Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Công nghệ gia công kim loại bằng áp lực đóng vai trò nền tảng trong ngành cơ khí chế tạo, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất phụ tùng ô tô, xe máy, thiết bị điện và dân dụng. Tại Việt Nam, việc phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ đòi hỏi các quy trình công nghệ phải đạt năng suất cao, đảm bảo chất lượng cơ tính, độ chính xác lắp lẫn và giảm thiểu chi phí chế tạo. Trong các phương pháp tạo hình kim loại tấm, công nghệ dập liên tục (progressive die) cho phép tích hợp nhiều nguyên công độc lập như cắt hình, đột lỗ, uốn và cắt rời trên cùng một chu trình làm việc của máy ép, kết hợp với hệ thống cấp phôi tự động.

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu thiết kế khuôn liên tục dập chi tiết thân định vị dây điện trên xe máy" do sinh viên Hạ Quang Tiến thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Thị Vân Nga tại Bộ môn Công nghệ giao thông, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải (01-2024), tập trung giải quyết bài toán công nghệ cho chi tiết phụ tùng xe máy. Chi tiết thân định vị dây điện được gắn ở phần đầu xe máy, có chức năng cố định hệ thống dây dẫn điện, đảm bảo tính thẩm mỹ và an toàn vận hành cho phương tiện. Chi tiết có dạng tấm mỏng phức tạp, gồm nhiều lỗ đột và các đường gấp uốn không gian. Nếu áp dụng phương án gia công truyền thống bằng các bộ khuôn đơn riêng biệt, quy trình sản xuất sẽ đòi hỏi nhiều thiết bị, năng suất thấp, chi phí bảo dưỡng và nhân công cao, khó tự động hóa. Do đó, việc thiết kế một bộ khuôn dập liên tục hoàn chỉnh là yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tạo hình kim loại tấm, công nghệ dập liên tục và các thiết bị dập tạo hình (máy ép trục khuỷu, máy ép thủy lực).
  2. Thiết lập cơ sở lý thuyết tính toán cho các nguyên công dập tấm chủ đạo: nguyên công cắt hình - đột lỗ và nguyên công uốn định hình.
  3. Phân tích kết cấu, yêu cầu kỹ thuật và cơ tính vật liệu của chi tiết thân định vị dây điện xe máy; so sánh và lựa chọn phương án công nghệ tối ưu.
  4. Thiết kế layout dải phôi, xác định bước dập liên tục, chiều rộng phôi băng và các bước công nghệ trung gian.
  5. Tính toán các thông số lực công nghệ (lực cắt, lực đột, lực uốn tự do, lực ép chặt, lực nắn hiệu chuẩn, lực đẩy tháo phôi) và xác định tọa độ tâm áp lực của khuôn.
  6. Lựa chọn thiết bị máy ép phù hợp và tính toán, tra cứu các cụm chi tiết tiêu chuẩn của bộ khuôn (hệ thống dẫn hướng lifter, pilot định vị, lò xo nén, bu-lông, chốt định vị).
  7. Xây dựng bản vẽ kết cấu 2D/3D của bộ khuôn và lập tài liệu hướng dẫn lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng khuôn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Chi tiết thân định vị dây điện xe máy làm từ thép tấm cán nóng CT3 có chiều dày $S = 3\text{ mm}$; bộ khuôn dập liên tục 8 nguyên công và hệ thống cấp phôi cuộn tự động.
  • Phạm vi nghiên cứu: Đề tài giới hạn ở khâu tính toán công nghệ và thiết kế kết cấu khuôn dập tấm liên tục, được thực hiện với sự hỗ trợ chuyên môn từ Công ty Dụng Cụ Cơ Khí Xuất Khẩu và Bộ môn Công nghệ giao thông (Hà Nội, hoàn thành tháng 01/2024).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu áp dụng các nguyên lý cơ học biến dạng dẻo và phá hủy kim loại tấm trong công nghệ gia công áp lực:

  • Lý thuyết cắt hình và đột lỗ: Quá trình biến dạng dẻo dẫn đến phá hủy kim loại khi chày nhấn sâu vào vật liệu. Khe hở giữa chày và cối ($Z$) quyết định chất lượng mặt cắt và hiện tượng ba via. Với chiều dày phôi $S \le 4\text{ mm}$, khe hở tối ưu được xác định trong khoảng $Z_{\text{tối ưu}} = 0{,}03 \div 0{,}06\text{ mm}$ (tương đương $5% \div 12% S$). Lực cắt và đột lỗ được tính theo công thức: $$P_c = k \cdot L \cdot S \cdot \sigma_c$$ Trong đó: $L$ là chu vi đường cắt (mm); $S$ là chiều dày vật liệu ($S = 3\text{ mm}$); $\sigma_c$ là trở lực cắt của vật liệu ($\sigma_c = (0{,}7 \div 0{,}86)\sigma_B$); $k$ là hệ số an toàn tính đến các yếu tố ma sát và mài mòn ($k = 1{,}1 \div 1{,}3$).
  • Lý thuyết uốn kim loại tấm: Biến dạng dẻo uốn tạo ra trạng thái kéo ở lớp kim loại ngoài cùng và nén ở lớp kim loại bên trong. Quá trình uốn trong khuôn trải qua các giai đoạn: uốn tự do, uốn có ép chặt và uốn có nắn hiệu chuẩn.
    • Lực uốn tự do: $P_{rb} = \frac{B_r \cdot S \cdot K_r \cdot \sigma_B}{2}$ (với $B_r$ là tổng chiều dài đường uốn, $K_r$ là hệ số uốn phụ thuộc tỷ số bán kính uốn trên chiều dày $r/S$).
    • Lực ép chặt phôi: $P_{np} = (0{,}25 \div 0{,}3) P_{rb}$.
    • Lực uốn có nắn và hiệu chuẩn: $P_K = q \cdot F$ (với $q$ là lực riêng để nắn hiệu chuẩn theo loại vật liệu; $F$ là diện tích hình chiếu tiếp xúc giữa chi tiết và chày lên mặt phẳng vuông góc với hướng lực).
  • Tiêu chuẩn vật liệu: Thép tấm cán nóng CT3 theo tiêu chuẩn ГOCT 380–89 (Nga).
  • Hệ thống cấp phôi và định vị: Nguyên lý cấp phôi dạng cuộn tự động qua các cơ cấu xả cuộn, nắn thẳng phôi, cơ cấu nâng phôi (Lifter) và chốt định vị bước dập (Pilot) theo chuẩn linh kiện công nghiệp MISUMI.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp phân tích - so sánh công nghệ: Đánh giá ưu nhược điểm giữa phương án dập bằng nhiều bộ khuôn đơn độc lập và phương án dập tích hợp trên một bộ khuôn liên tục.
  • Phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật: Xác định chu vi cắt, diện tích biến dạng, tính toán lực cho từng nguyên công riêng biệt, tổng hợp lực dập toàn khuôn và xác định trọng tâm áp lực của khuôn theo phương pháp cân bằng mô-men lực tĩnh: $$X = \frac{\sum (X_i \cdot P_i)}{\sum P_i}, \quad Y = \frac{\sum (Y_i \cdot P_i)}{\sum P_i}$$
  • Phương pháp tra cứu và chuẩn hóa kỹ thuật: Tra cứu bảng cơ tính kim loại, bảng hệ số uốn $K_r$, áp lực nắn $q$, bảng thông số linh kiện khuôn chuẩn MISUMI (Pilot, Lifter), bảng phân loại lò xo khuôn theo mã màu tải trọng và bảng thông số kỹ thuật máy dập trục khuỷu công nghiệp.

Nguồn dữ liệu

  • Dữ liệu thực nghiệm cơ tính và thành phần hóa học của thép CT3 theo tiêu chuẩn ГOCT 380–89.
  • Dữ liệu hình học trích xuất từ bản vẽ kỹ thuật chi tiết thân định vị dây điện xe máy.
  • Thông số kỹ thuật từ Catalog linh kiện khuôn dập MISUMI và tài liệu máy ép cơ khí trục khuỷu.

Thiết kế và tính toán công nghệ

1. Phân tích chi tiết và vật liệu chế tạo

Sản phẩm là chi tiết thân định vị dây điện gắn phía trước xe máy, dạng tấm phẳng dập uốn phức tạp có chiều dày đồng nhất $S = 3\text{ mm}$. Chi tiết được chế tạo từ thép cán nóng CT3 với các chỉ tiêu thành phần và cơ tính kỹ thuật được ghi nhận:

Thành phần / Chỉ tiêu cơ tính Giá trị theo tiêu chuẩn ГOCT 380–89
Hàm lượng Carbon (C) $0{,}14% \div 0{,}22%$
Hàm lượng Silic (Si) $0{,}12% \div 0{,}30%$
Hàm lượng Mangan (Mn) $0{,}40% \div 0{,}60%$
Hàm lượng Photpho (P max) $0{,}45%$
Hàm lượng Lưu huỳnh (S max) $0{,}45%$
Giới hạn chảy ($\sigma_{ch} / \sigma_{cp}$) $329\text{ MPa}$
Giới hạn bền kéo ($\sigma_B$) $470\text{ MPa}$
Sức chống cắt tính toán ($\sigma_{cp}$) $330\text{ MPa}$

2. Thiết kế layout dải phôi và quy trình công nghệ dập liên tục

Phôi được cấp dưới dạng phôi băng liên tục từ cuộn thép. Dựa trên tính toán tối ưu hóa diện tích phôi và vị trí các nguyên công, các thông số dải phôi được xác định:

  • Chiều rộng dải phôi ($B$): $140\text{ mm}$.
  • Bước dập liên tục ($L$): $90\text{ mm}$.
  • Chiều dày phôi ($S$): $3\text{ mm}$.

Quy trình công nghệ dập liên tục của bộ khuôn gồm 8 nguyên công chính:

  1. Nguyên công 1: Chuẩn bị và nắn thẳng phôi băng ($B = 140\text{ mm}$).
  2. Nguyên công 2: Đột đồng thời 8 lỗ $\varnothing 7\text{ mm}$ và 1 lỗ định vị Pilot $\varnothing 8\text{ mm}$.
  3. Nguyên công 3: Cắt hình bước 1 (tạo biên dạng ngoài một phần).
  4. Nguyên công 4: Cắt hình bước 2 (hoàn thiện biên dạng cắt xung quanh).
  5. Nguyên công 5: Uốn định hình bước 1.
  6. Nguyên công 6: Uốn định hình bước 2.
  7. Nguyên công 7: Uốn định hình bước 3 (uốn các góc gập không gian).
  8. Nguyên công 8: Cắt rời sản phẩm thành phẩm ra khỏi dải phôi băng.

3. Tổng hợp tính toán lực dập và lựa chọn thiết bị

Tác giả đã tính toán chi tiết lực công nghệ cho từng bước dập dựa trên các thông số hình học và cơ tính vật liệu:

Bước nguyên công Thông số hình học tính toán Lực cắt/uốn chính ($N$) Lực phụ trợ/nắn ($N$) Tổng lực nguyên công ($N$)
Đột lỗ (Bước 1) Chu vi $L = 201{,}12\text{ mm}$ (8 lỗ $\varnothing 7$, 1 lỗ $\varnothing 8$) $258.416{,}34$ - $258.416{,}34$
Cắt hình (Bước 2+3) Chu vi cắt $L = 204\text{ mm}$ $261.752{,}40$ $P_{\text{đẩy}} = 15.705{,}10$ $277.457{,}50$
Cắt hình (Bước 4) Chu vi cắt $L = 170\text{ mm}$ $218.127{,}00$ $P_{\text{đẩy}} = 13.087{,}30$ $231.214{,}30$
Uốn bước 1 (Bước 5) $B_r = 68\text{ mm}, K_r = 0{,}48, F = 408\text{ mm}^2, q = 130\text{ N/mm}^2$ $P_{rb} = 46.022{,}40$ $P_K = 53.040{,}00$ $99.062{,}40$
Uốn bước 2 (Bước 6) $B_r = 68\text{ mm}, K_r = 0{,}48, F = 408\text{ mm}^2, q = 130\text{ N/mm}^2$ $P_{rb} = 46.022{,}40$ $P_K = 53.040{,}00$ $99.062{,}40$
Uốn bước 3 (Bước 7) $B_r = 158\text{ mm}, K_r = 0{,}48, F = 1358\text{ mm}^2, q = 130\text{ N/mm}^2$ $P_{rb} = 106.934{,}00$ $P_K = 176.644{,}00$ $283.578{,}00$
Cắt rời (Bước 8+9) Chu vi cắt $L = 282\text{ mm}$ $361.834{,}20$ $P_{\text{đẩy}} = 21.710{,}05$ $383.544{,}25$

Tổng hợp các nhóm lực tác dụng:

  • Tổng lực cắt hình và đột lỗ ($P_c$): $\approx 117\text{ Tấn}$.
  • Tổng lực uốn tự do có ép và nắn hiệu chuẩn ($P_K + P_{op}$): $282.620 + 248.724 = 531.344\text{ N} \approx 54{,}1\text{ Tấn}$.
  • Tổng lực dập toàn bộ khuôn ($P_T$): $$P_T = P_K + P_{op} + P_c = 1.681.976{,}292\text{ N} \approx 171\text{ Tấn}$$

Dựa trên tổng lực yêu cầu ($171\text{ tấn}$), tính đến hệ số an toàn lớn hơn $30%$, máy dập trục khuỷu vạn năng được lựa chọn có thông số kỹ thuật như sau:

Thông số máy dập trục khuỷu Giá trị lựa chọn
Lực ép danh nghĩa $200\text{ Tấn}$
Tốc độ đầu trượt (hành trình/phút) $35 \div 70\text{ hành trình/phút}$
Chiều cao kín của máy $450\text{ mm}$
Kích thước bàn máy dưới $2400 \times 850\text{ mm}$
Kích thước đầu trượt $540 \times 350\text{ mm}$
Chiều dài hành trình $80\text{ mm}$

4. Lựa chọn linh kiện tiêu chuẩn khuôn mẫu

  • Lifter dẫn hướng nâng phôi (Hãng MISUMI): Mã kích thước $D = 16\text{ mm}$, $W = 8\text{ mm}$, $A = 4\text{ mm}$, $e = 12\text{ mm}$, $L = 61\text{ mm}$, $D_1 = 19\text{ mm}$. Lifter có nhiệm vụ dẫn hướng và nâng dải phôi lên khỏi bề mặt cối cắt trong quá trình đẩy bước để tránh va quẹt cối uốn.
  • Pilot định vị hành trình (Hãng MISUMI): Mã kích thước $D = 13\text{ mm}$, $L = 29\text{ mm}$, $P = 8\text{ mm}$. Pilot đi vào lỗ $\varnothing 8\text{ mm}$ đã đột ở bước trước để định vị chính xác vị trí dải phôi trước khi chày thực hiện hành trình dập.
  • Hệ thống lò xo nén: Phân loại theo 5 mã màu chịu tải tiêu chuẩn (màu vàng cho tải cực nhẹ, cùng các nhóm lò xo tải trung, tải nặng). Lò xo được tính toán cho các cụm tấm gạt phôi, cụm ép phôi và chốt đẩy.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM VÀ DẬP LIÊN TỤC VÀ CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN

Chương 1 trình bày tổng quan về ngành gia công kim loại bằng áp lực trong sản xuất cơ khí và định hướng phát triển công nghệ phụ trợ tại Việt Nam. Tác giả khảo sát hai nhóm thiết bị chính: máy ép trục khuỷu vạn năng (ưu điểm kết cấu đơn giản, năng suất cao, không gây ồn rung lớn) và máy ép thủy lực (đặc tính truyền động êm, không gây quá tải, lực ép lớn hàng chục đến hàng trăm tấn).

Chương này đi sâu phân tích công nghệ khuôn dập liên tục, nêu bật 6 ưu điểm cốt lõi so với gia công đơn chiếc: tốc độ sản xuất cao, tỷ lệ phế liệu thấp, tích hợp quy trình tạo hình phức tạp trong một bộ khuôn duy nhất, loại bỏ thời gian gá đặt trung gian, độ lặp lại kích thước cao và giảm chi phí sản xuất chung. Tác giả phân loại các chi tiết trong khuôn dập thành hai nhóm: nhóm chi tiết công nghệ (chày, cối, chi tiết định vị, tấm ép, chốt đẩy) và nhóm chi tiết kết cấu (đế khuôn, áo chày, áo cối, trụ - bạc dẫn hướng trượt hoặc dẫn hướng bi).

Về mặt lý thuyết tính toán, chương 1 thiết lập các phương trình xác định lực cắt hình, đột lỗ ($P_c$), xác định khe hở $Z_{\text{tối ưu}}$, phân tích các dạng xếp hình phôi (có phế liệu, ít phế liệu, không phế liệu), và công thức tính lực uốn tự do ($P_{rb}$), lực ép chặt ($P_{np}$), lực nắn hiệu chuẩn ($P_K$). Đồng thời, chương 1 phân tích cấu tạo hệ thống cấp phôi tự động gồm: cơ cấu nhả cuộn, bộ nắn thẳng phôi (cho cuộn phôi tải trọng dưới hoặc trên $1000\text{ N}$), chốt định vị, hệ thống Lifter nâng phôi và Pilot định vị bước dập tiêu chuẩn MISUMI.

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH SẢN PHẨM VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHO BỘ KHUÔN SẢN XUẤT

Chương 2 tập trung vào chi tiết thân định vị dây điện xe máy. Sau khi phân tích đặc điểm hình học ($S = 3\text{ mm}$) và cơ tính vật liệu thép cán nóng CT3 ($\sigma_B = 470\text{ MPa}, \sigma_{ch} = 329\text{ MPa}$), tác giả tiến hành so sánh 2 phương án công nghệ:

  • Phương án 1 (Khuôn đơn): Chia quy trình thành 4 nguyên công trên các khuôn riêng (chuẩn bị phôi $\rightarrow$ cắt hình & đột 4 lỗ $\varnothing 7 \rightarrow$ uốn lần $1 \rightarrow$ uốn lần 2). Nhược điểm là chi phí khuôn gộp cao, tự động hóa kém, năng suất thấp và giá thành sản phẩm cao.
  • Phương án 2 (Khuôn liên tục): Tích hợp toàn bộ quá trình gia công thành chuỗi 8 nguyên công liên tục từ phôi cuộn đến sản phẩm hoàn chỉnh. Phương án này được lựa chọn do đảm bảo năng suất vượt trội và độ chính xác lắp lẫn cao.

Tác giả xác lập layout dải phôi với bề rộng phôi $B = 140\text{ mm}$, bước dập $L = 90\text{ mm}$, và xây dựng bảng tiến trình công nghệ 8 nguyên công. Toàn bộ các lực cắt đột, lực uốn 3 bước, lực nắn hiệu chuẩn và lực cắt rời được tính toán chi tiết, cho ra tổng lực cắt đột $\approx 117\text{ tấn}$, tổng lực uốn $\approx 54{,}1\text{ tấn}$ và tổng lực ép toàn khuôn $P_T = 1.681.976{,}292\text{ N} \approx 171\text{ tấn}$. Từ đó, máy ép trục khuỷu công suất $200\text{ tấn}$ được lựa chọn. Tác giả tính toán tọa độ trung tâm áp lực $(X, Y)$ của khuôn để cân bằng tải trọng, bố trí sơ đồ chày cối và tiến hành tính chọn các chi tiết tiêu chuẩn gồm Lifter, Pilot MISUMI, hệ thống lò xo nén theo mã màu, bu-lông và chốt định vị.

CHƯƠNG 3: KẾT CẤU CỦA KHUÔN VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG KHUÔN

Chương 3 trình bày bản vẽ kết cấu chi tiết nửa khuôn trên, nửa khuôn dưới và toàn bộ cụm khuôn liên tục. Nửa khuôn trên bao gồm: đế khuôn trên, tấm đệm trên, tấm áo chày, cụm chày đột lỗ, chày cắt hình, các chày uốn góc và chày cắt rời. Nửa khuôn dưới bao gồm: đế khuôn dưới, tấm áo cối, tấm cối cắt - đột, các khối cối uốn, cơ cấu nâng phôi Lifter và dẫn hướng Pilot.

Tác giả thuyết minh nguyên tắc hoạt động động học của khuôn theo chu kỳ lên - xuống của đầu trượt máy dập kết hợp cơ cấu cấp phôi tự động. Chương 3 đưa ra các hướng dẫn kỹ thuật cụ thể:

  • Quy trình tháo lắp khuôn và trình tự gá đặt, kẹp chặt khuôn trên bàn máy dập trục khuỷu (căn chỉnh chiều cao kín $450\text{ mm}$, kiểm tra độ song song, siết bu-lông định vị).
  • Đánh giá độ bền làm việc của các chi tiết chày, cối chịu tải va đập và mài mòn.
  • Quy trình bảo dưỡng, bôi trơn các trụ - bạc dẫn hướng, kiểm tra độ mòn mép cắt và chế độ mài lại lưỡi cắt định kỳ nhằm duy trì độ chính xác và tuổi thọ khuôn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ dập liên tục 8 nguyên công cho chi tiết thân định vị dây điện xe máy dạng tấm mỏng ($S = 3\text{ mm}$, vật liệu thép CT3).
  • Xác định chính xác các thông số hình học dải phôi: chiều rộng phôi băng $B = 140\text{ mm}$, bước dập liên tục $L = 90\text{ mm}$.
  • Tính toán đầy đủ hệ thống thông số lực công nghệ của bộ khuôn: tổng lực cắt hình và đột lỗ đạt $\approx 117\text{ tấn}$, tổng lực uốn tự do và nắn hiệu chuẩn đạt $\approx 54{,}1\text{ tấn}$, tổng lực dập toàn khuôn đạt $P_T = 1.681.976{,}292\text{ N} \approx 171\text{ tấn}$.
  • Xác định tọa độ trọng tâm áp lực của khuôn và lựa chọn máy dập trục khuỷu $200\text{ tấn}$ (hành trình $80\text{ mm}$, chiều cao kín $450\text{ mm}$, kích thước bàn máy $2400 \times 850\text{ mm}$) đảm bảo hệ số an toàn chịu lực $> 30%$.
  • Thiết kế kết cấu 3D/2D bộ khuôn liên tục và chuẩn hóa các chi tiết phụ trợ theo tiêu chuẩn công nghiệp (Lifter $D = 16\text{ mm}$, Pilot $D = 13\text{ mm}$ của MISUMI, hệ thống lò xo nén phân loại theo mã màu).

Giải pháp và kiến nghị

  • Ứng dụng công nghệ khuôn dập liên tục kết hợp hệ thống cấp phôi cuộn tự động nhằm thay thế phương pháp dập đơn lẻ thủ công trong sản xuất linh kiện phụ tùng xe máy.
  • Bố trí chốt định vị Pilot và cơ cấu nâng Lifter trong lòng khuôn để triệt tiêu sai số tích lũy của dải phôi khi vận hành ở tốc độ cao ($35 \div 70\text{ hành trình/phút}$).
  • Tuân thủ chế độ bảo dưỡng định kỳ, kiểm tra độ mòn mép cắt chày cối và bôi trơn hệ thống dẫn hướng để đảm bảo độ bền khuôn.

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp một tài liệu thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết tính toán cơ học biến dạng dập tấm với thực tiễn sản xuất khuôn mẫu tại doanh nghiệp cơ khí (Công ty Dụng Cụ Cơ Khí Xuất Khẩu).
  • Hệ thống hóa phương pháp tính toán lực dập phức hợp (kết hợp đồng thời đột lỗ, cắt biên dạng, uốn 3 giai đoạn có nắn hiệu chuẩn và cắt đứt) cho các chi tiết kim loại tấm dày $3\text{ mm}$.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đề tài mới dừng lại ở phạm vi nghiên cứu lý thuyết công nghệ, tính toán giải tích và thiết kế kết cấu khuôn trên mô hình 2D/3D; chưa tiến hành gia công chế tạo thực tế bộ khuôn và chưa có dữ liệu kiểm nghiệm thực nghiệm về độ mòn chày cối sau chu kỳ dập sản xuất hàng loạt. Đề tài cũng chưa ứng dụng các phần mềm mô phỏng số chuyên dụng (CAE) để phân tích hiện tượng hồi đàn hồi (springback) của kim loại sau khi uốn.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Ứng dụng phần mềm mô phỏng số (như Dynaform, AutoForm) để mô phỏng trường ứng suất, biến dạng và dự báo chính xác độ hồi đàn góc uốn của chi tiết; tiến hành chế tạo thử nghiệm bộ khuôn thực tế, tích hợp cảm biến giám sát lực ép và đánh giá tuổi thọ làm việc của khuôn trên dây chuyền sản xuất công nghiệp.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Chế tạo máy, Công nghệ Gia công áp lực; các kỹ sư thiết kế khuôn mẫu dập tấm tại các nhà máy sản xuất phụ tùng ô tô, xe máy và thiết bị công nghiệp.
  • Nội dung tham khảo giá trị:
    • Phương pháp phân tích công nghệ và xây dựng layout dải phôi cho chi tiết dập tấm phức tạp.
    • Bộ công thức và quy trình tính toán lực cắt đột, lực uốn tự do kết hợp nắn hiệu chuẩn và xác định tâm áp lực khuôn dập.
    • Bảng tra cứu và thông số ứng dụng linh kiện tiêu chuẩn khuôn mẫu công nghiệp (Lifter, Pilot MISUMI, lò xo khuôn theo mã màu tải trọng).

Câu hỏi thường gặp

1. Chi tiết thân định vị dây điện trên xe máy được làm từ vật liệu gì và có các đặc tính cơ lý nào?

Chi tiết được chế tạo từ thép tấm cán nóng CT3 theo tiêu chuẩn ГOCT 380–89 của Nga với chiều dày $S = 3\text{ mm}$. Thành phần hóa học gồm: $C = 0{,}14% \div 0{,}22%$, $Si = 0{,}12% \div 0{,}30%$, $Mn = 0{,}40% \div 0{,}60%$, $P \le 0{,}45%$, $S \le 0{,}45%$. Cơ tính của vật liệu: giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 329\text{ MPa}$, giới hạn bền kéo $\sigma_B = 470\text{ MPa}$, sức chống cắt tính toán $\sigma_{cp} = 330\text{ MPa}$.

2. Layout dải phôi và các bước công nghệ của bộ khuôn liên tục được thiết lập như thế nào?

Dải phôi sử dụng là phôi băng có chiều rộng $B = 140\text{ mm}$, chiều dày $S = 3\text{ mm}$ và bước dập liên tục $L = 90\text{ mm}$. Quy trình công nghệ gồm 8 nguyên công: (1) Chuẩn bị phôi $\rightarrow$ (2) Đột 8 lỗ $\varnothing 7\text{ mm}$ và 1 lỗ pilot $\varnothing 8\text{ mm} \rightarrow$ (3) Cắt hình bước $1 \rightarrow$ (4) Cắt hình bước $2 \rightarrow$ (5) Uốn bước $1 \rightarrow$ (6) Uốn bước $2 \rightarrow$ (7) Uốn bước $3 \rightarrow$ (8) Cắt rời hoàn thiện sản phẩm.

3. Tổng lực dập tính toán của bộ khuôn là bao nhiêu và tác giả đã chọn thiết bị máy ép nào?

Tổng lực cắt hình và đột lỗ là $\approx 117\text{ tấn}$; tổng lực uốn tự do có ép và nắn hiệu chuẩn là $531.344\text{ N} \approx 54{,}1\text{ tấn}$. Tổng lực dập toàn bộ khuôn là $P_T = 1.681.976{,}292\text{ N} \approx 171\text{ tấn}$. Thiết bị được lựa chọn là máy ép trục khuỷu có lực ép danh nghĩa $200\text{ tấn}$ (hệ số an toàn $> 30%$), tốc độ $35 \div 70\text{ hành trình/phút}$, chiều cao kín $450\text{ mm}$, hành trình đầu trượt $80\text{ mm}$, kích thước bàn máy $2400 \times 850\text{ mm}$.

4. Hệ thống dẫn hướng và định vị dải phôi trong khuôn sử dụng các linh kiện tiêu chuẩn nào?

Bộ khuôn sử dụng các linh kiện tiêu chuẩn của hãng MISUMI, bao gồm:

  • Lifter nâng phôi: Kích thước đường kính thân $D = 16\text{ mm}$, lõi trong $W = 8\text{ mm}$, bề rộng chứa băng tôn $A = 4\text{ mm}$, đầu lifter $e = 12\text{ mm}$, chiều dài $L = 61\text{ mm}$, đường kính vai $D_1 = 19\text{ mm}$.
  • Pilot định vị bước dập: Kích thước thân $D = 13\text{ mm}$, chiều dài $L = 29\text{ mm}$, đường kính định vị $P = 8\text{ mm}$.

5. Vì sao phương án khuôn dập liên tục được lựa chọn thay cho phương án dùng các bộ khuôn đơn?

Phương án khuôn đơn yêu cầu 4 nguyên công trên các máy riêng biệt, dẫn đến chi phí chế tạo nhiều bộ khuôn cao, tốn diện tích nhà xưởng, năng suất thấp và chi phí nhân công lớn do thao tác gá đặt thủ công. Ngược lại, khuôn dập liên tục tích hợp toàn bộ các nguyên công trên một bộ khuôn duy nhất, kết hợp cấp phôi cuộn tự động, cho năng suất rất cao, giảm thiểu phế liệu, độ lặp lại kích thước chính xác và hạ giá thành sản phẩm trong sản xuất quy mô lớn.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Hạ Quang Tiến đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ tính toán công nghệ và thiết kế kết cấu bộ khuôn dập liên tục 8 nguyên công cho chi tiết thân định vị dây điện xe máy làm từ thép tấm CT3 dày $3\text{ mm}$. Nghiên cứu đã xác lập các thông số công nghệ chính xác về dải phôi ($B = 140\text{ mm}, L = 90\text{ mm}$), tính toán tổng lực dập $P_T \approx 171\text{ tấn}$, lựa chọn máy ép trục khuỷu $200\text{ tấn}$ và chuẩn hóa các cụm chi tiết dẫn hướng, định vị theo tiêu chuẩn MISUMI. Kết quả của đồ án mang tính ứng dụng kỹ thuật cao, đóng góp tài liệu tham khảo giá trị cho việc nghiên cứu, thiết kế khuôn mẫu dập tấm trong ngành công nghiệp phụ trợ chế tạo ô tô, xe máy tại Việt Nam.