CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DẬP VUỐT, LỰC VÀ ÁP LỰC TÁC DỤNG LÊN CỐI DẬP 1. TỔNG QUAN VỀ DẬP VUỐT 1. Đặc điểm của công nghệ dập vuốt Dập vuốt là nguyên công dập biến vật liệ u (dạng tấm, dạng bánh tròn, dạng bát) thành vật rỗng, hở miệng. Dập vuốt là một trong những nguyên công chủ yếu của công nghệ dập nguội.
Phạm vi sử dụng của dập vuốt cũng rất rộng rãi, rất nhiều chi tiết trong ô tô, máy kéo, máy bay, máy điện và đồ dùng gia đình đều chế tạo theo phương pháp dập vuốt. Phân loại công nghệ dập vuốt 1. Phân loại theo nhóm và hình dạng sản phẩm TT Nhóm cơ bản Dạng sản phẩm Ghi chú 1 Nhóm có hình Dạng hình trụ, hình trụ có Có thể có vành hay không tròn xoay bậc, hình côn, hình bán có vành, đáy phẳng hay cầu. 2 Nhóm có dạng Có thể có vành hay không Hình hộp vuông, hình hộp hình hộp.
có vành, có đáy phẳng hoặc chữ nhật, hình hộp ôvan. 3 Nhóm có hình Có thể đối xứng hay không Ví dụ: mui ôtô, cánh cửa dạng phức tạp.1 Nhóm và dạng của sản phẩm dập vuốt 1. Phân loại theo đặc điểm biến dạng kim loại 1. Dập vuốt không biến mỏng thành Chiều dày vật liệu nhỏ hơn hoặc bằng khe hở giữa chày và cối.
Trong dập vuốt không biến mỏng thành, về phương pháp dập có thể chia ra: dập có chống nhăn và dập không có chống nhăn. Về hình dáng sản phẩm có thể chia ra dập sản phẩm có vành và không có vành. Dập sản phẩm hình trụ, hình hộp, hình côn, hình bán cầu. theo đặc điểm hình học riêng biệt của sản phẩm mà chúng có phương pháp tính toán công nghệ riêng.
Học viên Nguyễn Đức Thanh GVHD: PGS - TS Nguyễn Thị Phương Giang 16 Luận văn Thạc sỹ Ngành Chế tạo máy - Công nghệ Chế tạo máy 1. Dập vuốt có biến mỏng thành Chiều dày vật liệu lớn hơn khe hở giữa chày và cối. Dập vuốt có biến mỏng thành có hai phương pháp tiến hành: + Làm thay đổi đường kính xong mới làm biến mỏng thành. + Vừa thay đổi đường kính vừa biến mỏng thành cùng một lúc.
Với phương pháp này thì kim loại biến dạng mãnh liệt hơn. Quá trình biến dạng khi dập vuốt là quá trình chày kéo phôi vào trong lòng cối. Nghiên cứu quá trình biến dạng khi dập vuốt một sản phẩm hình trụ có đường kính ngoài là d, chiều cao h. Giả sử dùng một miếng vật liệu tròn có Hình 1.1 Quá trình chịu kéo và đường kính D’ = d + 2h, cắt các hình tam giác nén của vật liệu trong quá trình dập vuốt như hình 1.1 (phần gạch chéo) rồi uốn các cạnh dựng lên ta sẽ được hình trụ có đường kính đáy là d và chiều cao là h.
Nhưng thực tế trong quá trình dập vuốt không có phần kim loại bị cắt bỏ đi. Điều đó chứng tỏ trong quá trình biến dạng, phần vật liệu trên hình vành khăn (D’ – d) đã biến thành hình trụ với chiều cao là h1 lớn hơn chiều cao của hình vành khăn là h. Như vậy phôi để dập chi tiết hình trụ có đường kính d và chiều cao h là D < D’. Những tam giác kẻ sọc bị dồn ra phía ngoài khi dập vuốt và kéo dọc theo chiều cao của hình trụ Hình 1.2 Mức độ biến dạng vật liệu khi dập vuốt có biến mỏng rỗng giữa khe hở chày và cối.
Như vậy, phần thành Học viên Nguyễn Đức Thanh GVHD: PGS - TS Nguyễn Thị Phương Giang 17 Luận văn Thạc sỹ Ngành Chế tạo máy - Công nghệ Chế tạo máy vật liệu ở tam giác gạch chéo, chịu nén theo hướng tiếp tuyến và chịu kéo theo hướng kính do lực kéo của chày vào trong lòng cối. Để quan sát được sự phân bố vật liệu trong quá trình dập vuốt, ta nghiên cứu quá trình biến dạng sau: - Trên miếng phôi tròn, ta kẻ các vòng tròn đồng tâm với nhau và cách đều nhau như hình 1. Sau khi dập vuốt, các vòng tròn đó đều có đường kính bằng nhau và nằm trên thành của hình trụ tròn. Các vòng tròn càng lên phía trên càng cách xa nhau.
Điều đó chứng tỏ những điểm trên cùng một vòng tròn trên phôi thì mức độ biến dạng là như nhau. - Trên phôi tròn kẻ các đường qua tâm và chia đều thành các góc bằng nhau như hình 1. Sau khi dập vuố t, các tia đó làm thành những đường thẳng song song cách đều nhau trên thành hình trụ. Điều đó chứng tỏ khi biến dạng vật liệu di chuyển theo hướng kính.3 Biến dạng vật liệu di chuyển Hình 1.4 Trạng thái ứng suất của theo hướng kính những vùng khác nhau trên sản phẩm dập vuốt - Trên phôi tròn kẻ các đường dọc, ngang vuông góc với nhau và chia đều nhau như hình 1.
Sau khi dập vuốt, các đường thẳng đó trở thành các đường cong. Càng Học viên Nguyễn Đức Thanh GVHD: PGS - TS Nguyễn Thị Phương Giang 18 Luận văn Thạc sỹ Ngành Chế tạo máy - Công nghệ Chế tạo máy gần miệng hình trụ, các đường cong đó càng bị dồn lại. Điều đó chứng tỏ, phần kim loại càng gần phía mép ngoài càng bị dồn sát lại và vuốt dài ra theo chiều cao hình trụ. Trạng thái ứng suất ở những vùng khác nhau trên sản phẩm dập vuốt được trình bày như trên hình 1.
- Tại vành sản phẩm có ứng suất nén theo hướng tiếp tuyến và ứng suất kéo theo hướng tâm. - Thành sản phẩm chỉ có ứng suất kéo theo hướng chiều dập vuốt. - Đáy sản phẩm ứng suất kéo theo 4 phía. Do sự phân bố trạng thái ứng suất không đều tại các vùng khác nhau trên sản phẩm nên chiều dày thành của sản phẩm cũng khác nhau: ở đáy chiều dày vật liệu không thay đổi, ở góc lượn Hình 1.5 Trạng thái ké o nén của một đáy, vật liệu giảm đi nhiều nhất, gọi đó phân tố vật liệu trên sản phẩm dập vuốt là tiết diện nguy hiểm (có trường hợp giảm mỏng đến 30%).
Phần trên góc lượn đáy: càng lên phía trên, chiều dày càng giảm ít, đến gần phía trên thì lại dày hơn chiều dày ban đầu của nguyên vật liệu. Ở góc lượn trên, chiều dày vật liệu có thể tăng lên từ (15 ÷ 25)%. Tính kích thước phôi dập vuốt tròn xoay Phôi để dập vuốt những chi tiết tròn xoay phải có dạng hình trụ tròn. Bởi vậy xác định kích thước phôi là xác định đường kính D và chiều dày vật liệu S.
Có 3 phương pháp xác định phôi cho những chi tiết tròn xoay là: Phương pháp cân bằng khối lượng, phương pháp cân bằng thể tích, phương pháp cân bằng diện tích. Phải căn cứ vào hình dáng của chi tiết, mức độ phức tạp của sản phẩm mà lựa chọn phương pháp xác định phôi thích hợp. Trong luận văn này nghiên cứu phương pháp cân bằng khối lượng và cân bằng thể tích được áp dụng tính toán nhiều nhất. Học viên Nguyễn Đức Thanh GVHD: PGS - TS Nguyễn Thị Phương Giang 19 Luận văn Thạc sỹ Ngành Chế tạo máy - Công nghệ Chế tạo máy 1.
Phương pháp cân bằng khối lượng Nếu có sẵn sản phẩm mẫu thì sẽ xác định được khối lượng của nó bằng cách cân. Khối lượng của phôi bằng khối lượng của sản phẩm mẫu, từ đó ta xác định được đường kính phôi: .2) S Trong đó: D: đường kính phôi, mm. S: chiều dày vật liệu, mm. G’: khối lượng sản phẩm mẫu, g.
G: khối lượng phôi, g. γ: khối lượng riêng, g/mm3. TT Vật liệu Khối lượng riêng , γ ( g/mm 3) 1 Thép 0,00 785 2 Nhôm 0,00 27 3 Kẽm 0,00 71 4 Đồng thau 0,00 85 5 Đồng đỏ 0,00 89 Bảng 1.2 Khối lượng riêng của một số vật liệu Sản phẩm sau khi dập xong phải cắt mép, khi tính toán cần phải lấy thêm khối lượng của lượng dư để cắt mép. Thông thường có thể lấy tăng thêm từ (8 ÷ 12)% khối lượng sản phẩm.
Trên thực tế , đối với những sản phẩm rỗng tròn xoay phức tạp, phương pháp này ít được áp dụng vì tính toán công nghệ phức tạp và thiếu chính xác. Học viên Nguyễn Đức Thanh GVHD: PGS - TS Nguyễn Thị Phương Giang 20 Luận văn Thạc sỹ Ngành Chế tạo máy - Công nghệ Chế tạo máy 1. Phương pháp cân bằng thể tích Phương pháp này được sử dụng khi dập vuốt có biến mỏng thành, khi đó chiều dày thành của sản phẩm khác với chiều dày ở đáy và với phôi ban đầu. Thứ tự tính toán như sau: - Phân đoạn sản phẩm thành các phần có chiều dày như nhau.
- Tính thể tích từng đoạn rồi cộng lại. - Tính đường kính phôi. Khi dập vuốt sản phẩm hình trụ rỗng có chiều dày ở thành và đáy khác nhau, góc lượn ở mặt đáy rất nhỏ (hình 1. Theo điều kiện cân bằng thể tích, ta có: Thể tích của sản phẩm: Thể tích phôi: Hình 1.6 Phương pháp cân bằng thể tích .4) 4 Theo cân bằng thể tích V = V’, từ đó suy ra: S' D= d tb2 4 d tb (h h' ) S (1.5) Trong trường hợp sản phẩm được chia làm nhiều phần đơn giản và thể tích các phần đó là V1, V2 ,.
Thể tích phôi được xác định theo công thức tổng quát sau: D2 V .6) 4 Từ đó đường kính phôi : Học viên Nguyễn Đức Thanh GVHD: PGS - TS Nguyễn Thị Phương Giang 21 Luận văn Thạc sỹ Ngành Chế tạo máy - Công nghệ Chế tạo máy 4 D. Tính l ượng dư để cắt mép chi tiết tròn xoay Trong quá trình dập vuốt không thể có sự biến dạng đồng đều, cho nên sau khi dập vuốt, miệng ống chi tiết cao không bằng nhau. Bởi vậy khi tính phôi phải cộng thêm lượng dư để tiến hành cắt mép. Nếu chi tiết phải dập qua nhiều lần thì ở những lần trung gian khi mép chi tiết đã có sự nhấp nhô quá lớn thì phải tiến hành cắt mép.
Lượng dư để cắt mép được tính theo phần trăm chiều cao sản phẩm và được cho trong các bảng 1.4 áp dụng cho dập vuốt không biến mỏng thành và dập vuốt có biến mỏng thành: Chiều cao Trị số lượng dư, h (mm) chi tiết h Hình dáng chi tiết Chiều cao tương đối, d (mm) 0,5.3 Lượng dư cắt mép chi tiết trụ không có vành (dập vuốt không biến mỏng thành) Chiều cao chi tiết (mm) 10 10.250 Lượng dư cắt mép (%h) 15 8.4 Lượng dư cắt mép chi tiết hình trụ không có vành (dập vuốt có biến mỏng thành) Học viên Nguyễn Đức Thanh GVHD: PGS - TS Nguyễn Thị Phương Giang 22 Luận văn Thạc sỹ Ngành Chế tạo máy - Công nghệ Chế tạo máy 1.