CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Các quy trình sản xuất hiện đại có các phương pháp tích hợp cho phép tùy biến kim loại thành phần nguyên mẫu. Công nghệ tạo mẫu bằng biến dạng cục bộ từ khi ra đời đến nay đã được cải tiến và phát triển rất nhiều. Hàng loạt phương pháp và công nghệ tạo mẫu ra đời, mỗi công nghệ tạo mẫu có những ưu điểm riêng. Hiện nay một trong những phương pháp tạo mẫu được sử dụng phổ biến nhất là công nghệ ISF với những ưu điểm về mặt công nghệ.
Công nghệ miết ép tạo hình được biết đến từ nhiều thế kỷ trước. Ban đầu những người thợ thủ công sử dụng các thiết bị thô sơ để miết tạo hình các tấm kim loại mỏng để tạo ra các đồ mỹ nghệ, vật dụng dạng tròn xoay như nồi, bình hoa. Người ta sớm thấy rằng các sản phẩm tròn xoay rỗng bằng vàng, bạc, đồng… được làm bằng cách này rất dễ dàng thực hiện, người thợ kim hoàn đã truyền cảm hứng nghệ thuật vào việc tạo hình mà không cần qua nhiều khuôn mẫu. Công nghệ miết ép được áp dụng nhiều vào đồ dân dụng, công nghiệp, đặc biệt là những năm thế kỷ 19.
Vật liệu sử dụng chế tạo sản phẩm lúc này đã xuất hiện cả hợp kim nhôm, thép, các hợp kim có độ bền cao… Ngày nay, công nghệ miếp ép đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau: hóa dầu, chế tạo máy, hàng dân dụng… sản phẩm được chế tạo từ công nghệ này rất đa dạng, từ các chi tiết rộng nhỏ vài mm đến các đáy bình áp suất đường kính 3/4m. Các chi tiết có hình dạng từ tròn xoay tới hình dạng rất phức tạp, trong công nghiệp hóa chất, hóa dầu, hàng không vũ trụ… cũng đã thực hiện bằng công nghệ miết ép. Do đó quá trình sản xuất hình thành gia tăng một điểm ngày càng được sử dụng vì tính linh hoạt của nó trong sản xuất các chi tiết đơn lẻ như bảng điều khiển thân xe ô tô,phản xạ, linh kiện hàng không vũ trụ, các ứng dụng y tế. Sản phẩm miết rất đa dạng và phong phú về chủng loại, hình dáng và kích thước, cũng như vật liệu của sản phẩm.
Các ngành công nghiệp ứng dụng công nghệ miết là: công nghệ sản xuất hàng tiêu dùng, công nghệ sản xuất ô tô, công nghệ quốc phòng… Do đặc điểm của công nghệ miết là biến dạng cục bộ từng phần của sản phẩm nên công suất đòi hỏi của thiết bị miết nhỏ hơn rất nhiều so với công suất của thiết bị khác dùng để chế tạo (bằng phướng pháp biến dạng) cùng một số loại sản phẩm đó. Ống thành mỏng độ bền cao chịu áp lực lớn được dụng nhiều trong công nghiệp hàng không, quân sự, chế tạo thiết bị thủy lực… Để ống chịu được áp lực cao, 1 Luan van vật liệu cần được chế tạo để có tổ chức phù hợp có độ bền kết cấu lớn, thớ kim loại hình thành theo chiều xoắn hướng tiếp tuyến của ống. Các ống chế tạo bằng phương pháp miết ép thỏa mãn các yêu cầu trên với giá thành không quá đắt. Do ống có kết cấu với độ bền cao, nhẹ, nên đã được dùng nhiều trong chế tạo các chi tiết quan trong trong tên lửa, máy bay, vũ khí.
Công nghệ này thay thế cho việc dùng các vật liệu hợp kim đặc biệt với những công nghệ phức tạp.2 Tính cấp thiết của đề tài Công nghệ tạo mẫu bằng biến dạng cục bộ từ khi ra đời đến nay đã được cải tiến và phát triển rất nhiều. Hàng loạt phương pháp và công nghệ tạo mẫu ra đời, mỗi công nghệ tạo mẫu có những ưu điểm riêng. Hiện nay một trong những phương pháp tạo mẫu được sử dụng phổ biến nhất là công nghệ ISF với những ưu điểm về mặt công nghệ. Một số ứng dụng của công nghệ này trong sản xuất là rất đa dạng với nhiều chủng loại sản phẩm dạng khối hoặc tấm.
Công nghệ miết thể hiện nhiều ưu điểm nổi bật mà các phương pháp khác không có được, và sản phẩm của của công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực từ đồ dụng gia dụng, các thiết bị công nghiệp, tới các chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao như hàng không và vũ trụ. Với sự phát triển mạnh mẽ của mình, phương pháp công nghệ miết hiện nay được xem như là một công nghệ tiên tiến có thể thay thế cho công nghệ dập vuốt. Bên cạnh những ưu điểm về mặt công nghệ nhưng có một số khó khăn còn tồn tại trong việc ứng dụng công nghệ biến dạng cục bộ liên tục ISF vào thực tiễn sản xuất, đó là sự thiếu hụt các máy móc thiết bị chuyên dụng, phù hợp với quá trình gia công biến dạng dẻo. Do đó đề tài "Thiết kế và chế tạo mô hình miết CNC có dao động" là một lĩnh vực tương đối mới mẻ ở Việt Nam.
Hiện tại có khá ít các tài liệu, các công trình nghiên cứu về vấn đề trên, cũng như việc ít có một cơ sở sản xuất nào ứng dụng công nghệ này đem lại hiệu quả.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài có những ý nghĩa khoa học và thực tiễn: - Thiết kế cụm chứa dao miết phù hợp với máy miết CNC với chất lượng sản phẩm miết tốt phục vụ cho công việc nghiên cứu và giảng dạy trên trường lớp. - Phát triển chất lượng về dao miết, có tích hợp dao động vào quá trình miết. - Thiết kế đồ gá (loadcell) đo lực miết để phục vụ cho công việc nghiên cứu thực nghiệm để rút ra được các thông số tối ưu nhất. - Làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo máy tạo mẫu chuyên dùng theo công nghệ tạo hình tấm bằng ISF phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam hiện nay, giúp doanh 2 Luan van nghiệp giảm giá thành đầu tư thiết bị tương đương từ nước ngoài, linh hoạt trong việc thay đổi mẫu mã, nâng cao khả năng cạnh tranh.
- Làm đa dạng hóa các phương pháp gia công kim loại cho ngành cơ khí ở nước ta 1.4 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu quy trình công nghệ miết CNC. - Cải thiện cụm chứa dao miết để tích hợp dao động vào trong quá trình miết. - Thiết kế và chế tạo đồ gá đo lực (loadcell). - Phân tích và mô phỏng trên phần mềm solidwork, inventor … - Thực Nghiệm.5 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo dao miết, cụm chứa dao, đồ gá đo lực ( loadcell) trên máy miết CNC và tích hợp thiết bị dao động PZT vào quá trình miết.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về công nghệ ISF Thiết kế và chế tạo dao miết, cụm chứa dao miết trên máy miết CNC.
Nghiên cứu và chế tạo đồ gá đo lực miết CNC phục vụ quá trình thực nghiệm.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài. - Nghiên cứu về lý thuyết tạo mẫu với công nghệ ISF. - Tìm hiểu về thuật toán điều khiển thiết bị dao động PZT. - Phân tích mô phỏng trên phần mềm creo, solidwork, inventor.
Thực nghiệm: - Thiết kế, chế tạo cụm chứa dao miết có tích hợp dao động phù hợp tương thích với máy. - Chế tạo dao miết. - Thiết kế đồ gá đo lực miết để phục vụ cho quá trình thực nghiệm. Nội dung ĐATN Bảng 1.1 Nội dung DATN T Các nội dung, công việc chủ yếu cần được thực Kết quả cần đạt T hiện 1 Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ miết Báo cáo 1 2 Tính toán, thiết kế cụm dao miết Bản vẽ 2 3 Thiết kế dao miết Bản vẽ 3 4 Tính toán, thiết kế đồ gá đo lực miết (loadcell) Bản vẽ 4 5 Thực nghiệm trên máy miết.
Các hoạt động phục vụ nội dung nghiên cứu của ĐATN - Nghiên cứu lý thuyết. - Thiết kế và mô phỏng trên các phần mềm: Creo, Invento, solidwork. - Tiến hành thực nghiệm trên máy CNC 4 Luan van CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MÁY GIA CÔNG ISF 2.1 Lịch sử các phương pháp tạo hình kim loại tấm và công nghệ ISF 2.1 Lịch sử phát triển của tạo hình kim loại tấm Ở châu âu, công nghệ gia công kim loại tấm ra đời từ thời kỳ đồ sắt, đồ đồng nhưng đến thời Trung cổ mới có nhiều sản phẩm đa dạng phục vụ cho cuộc sống, cho chiến tranh như ly, tách, thìa, dao, kiếm… các bộ áo giáp tinh xảo được lắp ráp khớp động cho phép người mặc cử động dễ dàng. Thời gian này thợ rèn kiêm luôn thợ gò và được xem như một ngành nghề quyết định sự tồn vong của một xã hội: chế tạo vũ khí.
Vào các thời kỳ sau này như Phục Hưng, Cổ điển… Sản phẩm chế tạo từ tấm kim loại vẫn còn phát triển rất chậm vì chỉ phục vụ các dụng cụ gia đình hay chiến tranh do kỹ nghệ cơ khí chưa phát triển và cũng chưa được nghiên cứu lý thuyết… Phải chờ đến thế kỷ thứ 18 khi cuộc cách mạng kỹ nghệ cơ khí phát triển tại Anh và lan rộng trên thế giới thì công nghệ gia công tấm mới được nghiên cứu, phát triển và đóng góp nhiều sản phẩm đa dạng cho ngành cơ khí.2 Các phương pháp tạo hình tấm truyền thống Phương pháp biến dạng kim loại bằng áp lực, hay công nghệ biến dạng tạo hình là một phương pháp công nghệ, vừa là công nghệ chuẩn bị - tạo phôi cho công nghệ cơ khí vừa là công nghệ tạo hình sản phẩm cuối cùng, không những cho phép tạo ra hình dáng, kích thước sản phẩm mà còn cho sản phẩm kim loại một chất lượng cao về tinh chất cơ – lý – hóa, tiết kiệm nguyên vật liệu, và cho năng suất lao động cao, từ đó hạ giá thành sản phẩm. Là dạng công nghệ duy nhất cùng một lúc biến đổi hình dáng kích thước và tổ chức kim loại, nên chúng được ứng dụng khi yêu cầu chất lượng sản phẩm cao. Trong điều kiện biến dạng và xử lý nhiệt nhất định, tổ chức kim loại thay đổi: phá bỏ tổ chức đúc, tạo tổ chức thớ, làm nhỏ hạt tinh thể, tạo tectua, phá vỡ và làm phân tán các hạt tạp chất, nhờ đó làm tăng tính bền, độ dai va đập, khả năng chịu mỏi, chịu va đập, tăng tuổi thọ sản phẩm. Sản phẩm của Công nghệ áp lực rất đa dạng, gia công nhiều loại vật liệu.
Có thể tạo ra trạng thái siêu dẻo, gia công với biến dạng lớn hoặc gia công các vật liệu khó biến dạng. 5 Luan van Hình 2.