Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp ô tô và xe máy, việc chế tạo các chi tiết kim loại có hình dạng phức tạp và độ chính xác cao là yêu cầu thiết yếu nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Công nghệ dập tấm, đặc biệt là công nghệ khuôn dập phối hợp liên tục, đã trở thành giải pháp ưu việt nhờ khả năng gia công nhanh, tiết kiệm nguyên liệu và tự động hóa cao. Theo ước tính, công nghệ dập liên tục giúp tăng năng suất sản xuất lên đến 30-50% so với các phương pháp truyền thống, đồng thời giảm thiểu phế liệu và sai số kích thước. Tuy nhiên, thiết kế và chế tạo khuôn dập liên tục đòi hỏi sự am hiểu sâu sắc về các nguyên công dập, vật liệu khuôn và cấu trúc vật liệu chi tiết sau gia công.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển công nghệ khuôn dập phối hợp liên tục và phân tích cấu trúc vật liệu của chi tiết ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô xe máy, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các chi tiết kim loại được gia công bằng công nghệ dập liên tục trong ngành ô tô và xe máy tại Việt Nam, trong giai đoạn từ năm 2020 đến 2023. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa thiết kế khuôn, giảm chi phí sản xuất và nâng cao độ bền, độ chính xác của chi tiết, góp phần thúc đẩy phát triển công nghiệp hỗ trợ trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: công nghệ dập tấm và cơ học vật liệu kim loại biến dạng. Công nghệ dập tấm bao gồm các nguyên công như cắt, uốn, dập vuốt, đột lỗ, được thực hiện liên tục trên khuôn dập phối hợp. Mô hình khuôn dập liên tục (progressive die) được nghiên cứu chi tiết với các thành phần chính như chày-cối, hệ thống dẫn hướng, chốt đẩy phôi, stopper và bộ phận cấp phôi tự động. Các khái niệm trọng tâm gồm: nguyên công cắt (cắt chia, cắt trích, cắt hình, đột lỗ), nguyên công uốn (uốn V, uốn U, uốn liên tục), nguyên công dập vuốt (có biến mỏng và không biến mỏng), cùng các tiêu chuẩn kỹ thuật về kích thước, vật liệu và lắp ráp khuôn.

Ngoài ra, cơ học vật liệu được áp dụng để phân tích cấu trúc vi mô và ứng suất trong quá trình dập, nhằm đánh giá ảnh hưởng của công nghệ dập liên tục đến tính chất cơ lý của chi tiết. Các lý thuyết về biến dạng dẻo, phân bố ứng suất và hiện tượng nhăn, rách vật liệu được sử dụng để giải thích các hiện tượng thực nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Về lý thuyết, tác giả tổng hợp và phân tích các tài liệu chuyên ngành về công nghệ dập tấm, thiết kế khuôn dập liên tục, vật liệu chế tạo khuôn và chi tiết. Phần mềm Unigraphics NX12 được sử dụng để thiết kế mô hình khuôn dập liên tục, giúp mô phỏng và tối ưu hóa cấu trúc khuôn.

Về thực nghiệm, nghiên cứu tiến hành thiết kế, chế tạo khuôn dập liên tục cho chi tiết ứng dụng trong ngành ô tô xe máy, sau đó thực hiện gia công trên máy ép trục khuỷu với lực ép danh nghĩa phù hợp. Cỡ mẫu gồm nhiều chi tiết được dập liên tục để đánh giá chất lượng sản phẩm và kiểm tra cấu trúc vật liệu bằng phương pháp soi tổ chức tế vi trước và sau khi dập. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đại diện cho các dạng chi tiết phổ biến trong ngành. Phân tích dữ liệu sử dụng các chỉ số về độ chính xác kích thước, độ bền cơ học và tổ chức vi mô vật liệu. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2022 đến tháng 4/2023.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thiết kế khuôn dập liên tục tối ưu: Khuôn dập phối hợp liên tục được thiết kế với 4 bước nguyên công chính gồm cắt gờ định vị, tạo hình lần 1, tạo hình lần cuối và cắt rời chi tiết. Việc bố trí các bước công nghệ trên dải phôi giúp tăng hệ số sử dụng vật liệu lên khoảng 85%, giảm phế liệu so với phương pháp dập đơn lẻ.

  2. Chất lượng chi tiết sau dập: Sản phẩm dập trên khuôn liên tục có độ chính xác kích thước đạt ±0.05 mm, cao hơn 20% so với các phương pháp dập truyền thống. Độ bóng bề mặt chi tiết được cải thiện rõ rệt, giảm ma sát và hao mòn trong quá trình sử dụng.

  3. Ảnh hưởng của công nghệ dập đến cấu trúc vật liệu: Soi tổ chức tế vi cho thấy vật liệu chi tiết sau dập có cấu trúc hạt mịn hơn, phân bố ứng suất đồng đều, tăng cường tính dẻo dai và độ bền kéo lên đến 15% so với vật liệu ban đầu. Hiện tượng nhăn và rách vật liệu được hạn chế nhờ sử dụng tấm chặn phôi và điều chỉnh khe hở khuôn hợp lý.

  4. Hiệu quả sản xuất và tự động hóa: Hệ thống cấp phôi tự động và cơ cấu dẫn hướng chính xác giúp giảm thời gian gá đặt khuôn xuống còn khoảng 10 phút, tiết kiệm 30% thời gian so với khuôn dập đơn. Năng suất máy ép tăng lên 40% nhờ giảm sai số và phế phẩm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả tích cực trên xuất phát từ việc áp dụng đồng bộ các nguyên công dập trên cùng một khuôn liên tục, giúp giảm thiểu sai số lắp ráp và biến dạng không mong muốn. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ dập tự động hóa cao, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc sử dụng phần mềm thiết kế hiện đại như Unigraphics NX12 cũng góp phần tối ưu hóa cấu trúc khuôn, giảm thời gian thiết kế và tăng độ chính xác.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ chính xác kích thước và độ bền cơ học giữa chi tiết dập liên tục và dập truyền thống, cũng như bảng thống kê hệ số sử dụng vật liệu và thời gian sản xuất. Những kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của công nghệ khuôn dập phối hợp liên tục trong sản xuất chi tiết ô tô xe máy.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường ứng dụng công nghệ thiết kế mô phỏng: Khuyến nghị các doanh nghiệp và nhà máy sản xuất sử dụng phần mềm CAD/CAM hiện đại để thiết kế và tối ưu hóa khuôn dập liên tục, nhằm nâng cao độ chính xác và giảm chi phí thiết kế. Thời gian thực hiện trong 6-12 tháng, do bộ phận kỹ thuật đảm nhận.

  2. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành máy ép trục khuỷu và bảo trì khuôn dập liên tục, nhằm nâng cao tay nghề và giảm thiểu lỗi sản xuất. Mục tiêu tăng năng suất lao động 20% trong vòng 1 năm.

  3. Áp dụng hệ thống cấp phôi tự động chính xác: Đầu tư và nâng cấp hệ thống cấp phôi tự động với độ chính xác cao để đảm bảo quá trình dập liên tục diễn ra liên tục, giảm thời gian dừng máy và phế phẩm. Thời gian triển khai 3-6 tháng, do phòng kỹ thuật và quản lý sản xuất phối hợp thực hiện.

  4. Nghiên cứu vật liệu khuôn và chi tiết mới: Khuyến khích nghiên cứu và thử nghiệm các loại thép dụng cụ có độ cứng và chống mài mòn cao hơn, cũng như vật liệu chi tiết có tính dẻo dai tốt hơn để nâng cao tuổi thọ khuôn và chất lượng sản phẩm. Thời gian nghiên cứu 1-2 năm, phối hợp với viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế khuôn và công nghệ gia công áp lực: Luận văn cung cấp kiến thức chi tiết về thiết kế khuôn dập liên tục, tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình công nghệ, giúp kỹ sư nâng cao năng lực thiết kế và tối ưu hóa sản xuất.

  2. Nhà quản lý sản xuất trong ngành ô tô và xe máy: Các giải pháp và kết quả nghiên cứu giúp nhà quản lý hiểu rõ hơn về công nghệ dập liên tục, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí.

  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật cơ khí, gia công áp lực: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá về công nghệ dập tấm, thiết kế khuôn và phân tích cấu trúc vật liệu, hỗ trợ học tập và nghiên cứu chuyên sâu.

  4. Doanh nghiệp sản xuất khuôn và chi tiết kim loại: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để cải tiến công nghệ chế tạo khuôn, nâng cao chất lượng sản phẩm và khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ khuôn dập liên tục khác gì so với khuôn dập đơn?
    Khuôn dập liên tục tích hợp nhiều nguyên công trên cùng một khuôn, cho phép gia công chi tiết phức tạp trong một hành trình máy ép, tăng năng suất và độ chính xác so với khuôn dập đơn chỉ thực hiện một nguyên công mỗi lần.

  2. Vật liệu khuôn dập liên tục thường sử dụng là gì?
    Thép dụng cụ có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt như SKD11 được sử dụng phổ biến để đảm bảo tuổi thọ khuôn và chất lượng sản phẩm trong quá trình dập liên tục.

  3. Làm thế nào để giảm phế liệu trong công nghệ dập liên tục?
    Bố trí hợp lý các bước công nghệ trên dải phôi, sử dụng tấm chặn phôi và điều chỉnh khe hở khuôn giúp tăng hệ số sử dụng vật liệu lên khoảng 85%, giảm phế liệu đáng kể.

  4. Phần mềm nào được sử dụng để thiết kế khuôn dập liên tục?
    Phần mềm Unigraphics NX12 được áp dụng để thiết kế mô hình khuôn, hỗ trợ mô phỏng và tối ưu hóa cấu trúc khuôn, giúp giảm thời gian thiết kế và tăng độ chính xác.

  5. Cấu trúc vật liệu chi tiết thay đổi như thế nào sau khi dập liên tục?
    Sau dập liên tục, vật liệu có cấu trúc hạt mịn hơn, phân bố ứng suất đồng đều, tăng tính dẻo dai và độ bền kéo lên đến 15%, đồng thời giảm hiện tượng nhăn và rách vật liệu.

Kết luận

  • Luận văn đã nghiên cứu thành công công nghệ khuôn dập phối hợp liên tục và phân tích cấu trúc vật liệu chi tiết ứng dụng trong ngành ô tô xe máy.
  • Thiết kế khuôn dập liên tục với 4 bước nguyên công chính giúp tăng hệ số sử dụng vật liệu lên khoảng 85% và nâng cao độ chính xác sản phẩm ±0.05 mm.
  • Cấu trúc vật liệu chi tiết sau dập có sự cải thiện rõ rệt về tính chất cơ lý, tăng độ bền kéo lên đến 15%.
  • Hệ thống cấp phôi tự động và cơ cấu dẫn hướng chính xác giúp tăng năng suất máy ép lên 40% và giảm thời gian gá đặt khuôn 30%.
  • Đề xuất các giải pháp ứng dụng công nghệ thiết kế mô phỏng, đào tạo nhân lực, nâng cấp hệ thống cấp phôi và nghiên cứu vật liệu mới nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất trong tương lai.

Tiếp theo, cần triển khai các đề xuất trong thực tế sản xuất và mở rộng nghiên cứu về vật liệu khuôn và chi tiết mới. Các doanh nghiệp và viện nghiên cứu được khuyến khích phối hợp để ứng dụng và phát triển công nghệ này. Hành động ngay hôm nay để nâng cao năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp ô tô xe máy.