CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ DẬP CHI TIẾT 1. Tổng quan công nghệ dập tấm. Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm (băng hoặc dải) để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày vật liệu và không có phế liệu ở dạng phoi.1 Các bước tạo hình chi tiết Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ hoặc có thể phải dập phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày lớn. Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ được thực hiện bởi một hay một số công nhân ở một vị trí nhất định trên một máy bao gồm toàn bộ những tác động liên quan để gia công phôi đã cho.
Phân loại các nguyên công dập tấm. Dựa vào đặc điểm biến dạng người ta chia thành hai nhóm chính: + Nhóm các nguyên công cắt vật liệu Khi tạo hình các chi tiết, các nguyên công ở nhóm này thường phải tiến hành biến dạng phá huỷ vật liệu, tức là tách một phần vật liệu này ra khỏi vật liệu có khổ lớn hơn để phù hợp với quá trình chế tạo chi tiết. + Nhóm các nguyên công biến dạng vật liệu 5 Tạo hình chi tiết dựa trên sự biến dạng dẻo của vật liệu và hầu hết các trường hợp đều có sự dịch chuyển và phân bố lại kim loại. + Phân loại Hình 0.2 Phân loại các bước gia công kim loại tấm 1.
Dạng sản phẩm điển hình Hình 0.3 Các sản phẩm điển hình của công nghệ dập tấm 1. Ưu nhược điểm của công nghệ dập tấm. Ưu điểm Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị và khuôn. 6 Có thể chế tạo những chi tiết rất phức tạp mà các phương pháp gia công kim loại khác không thể hoặc rất khó khăn.
Độ chính xác của các chi tiết dập tấm tương đối cao, đảm bảo lắp lẫn tốt, không cần qua gia công cơ. Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại không lớn. Tiết kiệm được nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự động hóa do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm. Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao do đó giảm chi phí đào tạo và quỹ lương.
Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành sản phẩm. Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao. Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu là kim loại mà còn gia công những vật liệu phi kim như: textolit, hetinac, và các loại chất dẻo. Nhược điểm của công nghệ dập tấm: Đầu tư ban đầu lớn (khuôn, thiết bị), do đó chỉ thích hợp với gia công hàng loạt.
Yêu cầu đội ngũ kỹ sư và công nhân lành nghề có trình độ cao. Tính toán công nghệ phức tạp. Lĩnh vực áp dụng. Công nghệ dập tấm được áp dụng rất rộng rãi, từ công nghiệp quốc phòng, ý tế, hoá chất, gia dụng, xây dựng, giao thông vận tải, cơ khí chính xác, hàng không vũ trụ cho đến các nghành công nghiệp dệt may, chế biến thực phẩm, đặc biệt là trong công nghiệp điện-điện tử, công nghệ thông tin v.v… Sản phẩm vô cùng đa dạng và phong phú về hình dáng, vật liệu cũng rất gần gũi với đối sống của con người.
Đồ gia dụng như các thiết bị nhà bếp, thiết bị giao thông, thiết bị thể thao, đồ may mặc và trang sức. Giới thiệu về công nghệ dập vuốt. Khái niệm Để nghiên cứu quá trình dập vuốt, trước hết ta xem xét, phân tích quá trình dập vuốt phôi phẳng được thực hiện như trên sơ đồ hình 0.4 Quá trình dập vuốt Khi dập vuốt, chỉ có một phần của phôi nằm ở trên mặt cối phẳng và góc lượn của cối bị biến dạng dẻo. Các phần còn lại chịu biến dạng đàn hồi hoặc nếu có biến dạng dẻo thì không đáng kể.
Sự phân bố ứng suất Trong quá trình dập vuốt, chày dập vuốt tác dụng vào phần giữa của phôi và đẩy phôi vào trong lòng cối. Vật liệu bị kéo từ phần vành phôi và dịch chuyển vào lòng cối nên ở phần vành phôi sẽ xuất hiện ứng suất kéo theo hướng kính và ứng suất nén theo phương tiếp tuyến (hướng vòng). Khi dập vuốt có thể sử dụng hoặc không sử dụng tấm chặn. Nếu dập vuốt không có tấm chặn thì trên vành phôi sẽ không chịu lực nén, có nghĩa là không có ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên bề mặt phôi.
Sơ đồ trạng thái ứng suất là phẳng. Do đó, quá trình biến dạng có thể coi là một tấm tròn có lỗ giữa mà mép của lỗ đó chịu tác dụng của ứng suất kéo. Do đặc tính đối xứng trục nên =0 và và - là những ứng suất pháp chính. Vì vậy, ta có phương trình cân bằng: d + − =0 (1.1) d Và điều kiện dẻo - = kf (không kể đến hóa bền ) Giải đồng thời hai phương trình trên và kết hợp với điều kiện biên khi =R thì =0, ta được nghiệm: 8 =k R ln f (1.
1 − ln f Xét khi = r thì = max (Nếu tính chính xác thì phải lấy =r+s/2+rc). Nhưng trong dập vuốt max cũng không được vượt quá ứng suất chảy nên: ln R k R k f → ln (1.3) r f r Như vậy, có thể dùng bất đẳng thức này để xác định trị số lý thuyết của hệ số dập vuốt. Gọi Kv là trị số lý thuyết của hệ số dập vuốt giới hạn khi = kf thì: K =R 0 2,72 V (1.4) r Trong đó R0 là bán kính ban đầu của phôi. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình dập vuốt: Thay đổi chiều dày vành phôi Lực chặn phôi Sự uốn của phôi khi vào hoặc ra khỏi vùng bán kính lượn của cối Ma sát tiếp xúc giữa phôi và tấm chặn, phôi và góc lượn của cối Sự hóa bền của vật liệu a) Thay đổi chiều dày vành phôi Với tỷ lệ nhất định giữa kích thước ban đầu của phôi và kích thước chày dập vuốt, dưới tác dụng của ứng suất nén theo phương tiếp tuyến , vành phôi bị mất ổn định và tạo thành những nếp nhăn.
Muốn khắc phục hiện tượng này, có thể sử dụng tấm chặn. Vì vậy, trên bề mặt tiếp xúc phôi chịu tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp. Phần ngoài của vành phôi trong quá trình dập vuốt sẽ tăng chiều dày. Tại vùng n =−1 sát rìa ngoài khi = R thì chiều dày tăng nhiều nhất.
Do vậy, có thể 2 nói rằng lực chặn phôi chỉ phân bố ở một dải vành khăn hẹp gần rìa ngoài của phôi. 9 b) Ảnh hưởng của lực chặn phôi Hình 0.5 Ứng suất trong quá trình dập vuốt có chặn phôi Nếu đặt lực chặn phôi là Q, lực ma sát trên hai bề mặt tiếp xúc của phôi với tấm chặn và mặt cối sẽ là = 2.5) Lực này cản trở sự dịch chuyển của phôi vào trong cối. c) Ảnh hưởng của uốn và duỗi (uốn kép) Mỗi phần tử của vành khi dịch chuyển trong quá trình dập vuốt từ phần phẳng đến mép lượn của cối thì bán kính cong của mặt trung bình sẽ giảm từ ∞ đến R. Sự thay đổi độ cong của phôi là do tác dụng của mô men uốn Mu và lực dọc .Vì vậy có thể coi sự biến dạng các phần tử phôi khi dịch chuyển từ phần phẳng của vành đến mép lượn của cối hoàn toàn giống như khi uốn dải có lực kéo dọc.
Giá trị bán kính chuyển tiếp ảnh hướng đến quá trình biến dạng dẻo trong quá trình gia công. d) Ảnh hưởng của ma sát Ảnh hưởng của ma sát tại mép cối liên quan trực tiếp đến trị số ứng suất tại tiết diện nguy hiểm. Muốn biết chính xác trị số ứng suất có kể đến ảnh hưởng của ma sát thì phải giải phương trình cân bằng kết hợp với điều kiện dẻo. Tuy nhiên, bằng phương pháp này thì việc giải hệ phương trình sẽ rất phức tạp.
Bằng các phân tích đơn giản ta có thể nhận thấy vùng chịu ảnh hưởng của ma sát tại mép cối có kích thước nhỏ so với toàn bộ kích thước của ổ biến dạng nên không cần thiết phải tính lực ma sát tại mép cối một cách chính xác. e) Ảnh hưởng của hóa bền Trong quá trình biến dạng dẻo, kim loại có trạng thái hoá bền làm cản trở lại quá trình biến dạng. Để giảm tác động của hoá bền, áp dụng phương pháp gia công nhiệt như ủ, thường hoá, ram. Nguyên nhân nhăn phôi trên phần vành.
Nguyên nhân nhăn phôi trên phần vành trong quá trình dập vuốt là do yếu tố thay đổi chiều dày vành phôi.6 Ứng suất trong quá trình dập vuốt có chặn phôi 1 − 2 ln R Theo phần yếu tố nhăn phôi trên phần vành ta có =− n R 2 − ln (1.9) thấy rằng: ln R = 1 → Khi 2 = 0,368R thì = 0 n ln R 1→ Khi 2 > 0,368R thì trở thành biến dạng kéo. Như vậy chiều n dày phôi sẽ tăng lên. R 1 → Khi ln 2 < 0,368R thì n trở thành biến dạng nén và chiều dày phôi sẽ giảm đi. Như vậy hiện tượng nhăn phôi trên vành vành xảy ra ở khu vực 0,368R < = 1 R, tại vùng sát rìa ngoài khi = R thì n = − thì mức độ nhăn phôi là lớn nhất.
2 Để hạn chế hiện tượng nhăn phôi thì sử dụng phương án thiết kế khuôn dập vuốt có phần chặn phôi và xác định lực chặn phôi phù hợp. 11 Lực chặn đóng vai trò hết sức quan trong trong quá trình dập vuốt bởi lực chặn phải làm sao vừa đủ để cho kim loại không bị nhăn trên mặt vành phôi nhưng cũng không được phép gây cản trở lớn cho quá trình kéo kim loại từ mặt vành vào lòng cối. Đối với quá trình dập một chi tiết tròn xoay, ta có thể đặt lên tấm chặn lực chặn FNH đồng đều. Trên biểu đồ phân bố ứng suất (hình 1.8) ta nhận thấy phân bố ứng suất pháp là đồng đều tại mọi vị trí trên mặt vành.
Như vậy, để có được sản phẩm tốt ta chỉ cần đặt lực chặn không thay đổi theo vị trí vào phôi trên mặt vành là được. Kết cấu khuôn dập vuốt điển hình 1. Kết cấu khuôn dập vuốt trên máy tác động đơn và kép Hình 0.7 Kết cấu khuôn dập vuốt trên máy tác động kép 1. Kết cấu khuôn dập vuốt trên máy tác động hỗn hợp Hình 0.8 Kết cấu khuôn dập trên máy tác động hỗn hợp 12 1.
