CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Khái quát về chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp 1. Khái niệm Các chi tiết có hình dạng phức tạp là những chi tiết có bề mặt là một biên dạng phức tạp gồm nhiều mặt cong ghép với nhau. Ví dụ như những chi tiết vỏ bọc ngoài các loại xe, tàu, như các cabin cửa xe thùng xe, những chi tiết của ôtô.
là những chi tiết điển hình có kích thước lớn mà người ta chế tạo bằng phương pháp dập vuốt kim loại tấm mỏng. Do đặc điểm hình dạng của các chi tiết này nên quá trình chế tạo chúng cần có những đặc điểm riêng biệt. Đặc điểm biến dạng của các chi tiết có hình dạng phức tạp Khi dập vuốt những chi tiết có hình dạng phức tạp và hình dáng không gian không đối xứng thì trị số biến dạng của kim loại ở những vị trí khác nhau của phôi là khác nhau. Người ta nhận thấy rằng quá trình dập vuốt các chi tiết có hình dáng không gian phức tạp không tuân theo một quy luật nhất định.
Đặc điểm chủ yếu của quá trình dập vuốt các loại chi tiết này là phần lớn bề mặt của phôi không được ép sát vào chày hoặc cối do đó rất rễ tạo thành nếp nhăn, gợn sóng. Ngoài ra, do lúc đầu phôi chỉ tiếp xúc với một phần của phôi nên rất dễ gây ra sự nhăn và biến mỏng cục bộ vật liệu. ứng dụng của các chi tiết có hình dạng phức tạp Các chi tiết có hình dạng phức tạp được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: ôtô, xe máy, đồ gia dụng. Hiện nay việc nâng cao chất lượng giảm giá thành cũng đòi hỏi chúng ta cần phải cải tiến công nghệ, nghiên cứu các phương pháp tạo hình mới do các phương pháp truyền thống không còn phù hợp.
Một trong những phương pháp tạo hình mới đã 4 được tìm ra và đang được ứng dụng rộng rãi, đó là phương pháp tạo hình bằng khuôn dập 3 chiều. phương pháp tạo hình chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp. Để tạo hình các chi tiết có hình dạng phức tạp cần có những công nghệ đặc biệt, hiện nay do những tiến bộ mạnh mẽ của khoa học công nghệ nói chung và ngành gia công als lực nói riêng đã có rất nhiều phương pháp tạo hình các chi tiết dạng này. Do giới hạn của noi dung nghien cuu và do thời gian lam luan van nên ở đây ta chỉ tìm hiểu một số phương pháp đang được dùng phổ biến nhất để tạo hình các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp.
Công nghệ dập vuốt co chặn.1 Công nghệ chặn có gân vuốt. Gân vuốt có tác dụng làm tăng trở lực biến dạng trên toàn bộ hoặc cục bộ chu vi phôi để khống chế vật liệu được kéo vào cối và tăng độ cứng vững của vật dập. Trong các khuôn dập chi tiết vỏ ôtô thì gân vuốt là điều kiện tất yếu nó là phương pháp có hiệu quả nhất có thể ngăn ngừa các hiện tượng nhăn, nhúm hoặc rách trên chi tiết. Nếu bố trí gân vuốt không hợp lý thì hiện tượng nhăn nhúm hoặc rách trên vật dập lại càng nghiêm trọng.
Gân vuốt có thể đặt trên vành chặn hoặc trên mặt chặn của cối. Khi đặt gân vuốt ở trên hoặc dưới thì đều không ảnh hưởng tới tác dụng của gân vuốt. Thông thường thì gân vuốt được bố trí trên mặt chặn của vành chặn trên còn rãnh gân thì được bố trí trên mặt chặn của cối dưới, như vậy sẽ thuận tiện cho việc mài và đánh bóng. Nếu mặt chặn phôi cũng chính là phần mặt bích của chi tiết thì đường xuyên mài rãnh gân trên cối sẽ làm cho mặt chặn có rãnh mau bị tổn hao và ảnh hưởng tới chiều sâu dập vuốt.
Khi tổn hao đến một mức độ nhất định thì phải sửa chữa khắc phục. Việc ứng dụng các gân vuốt sẽ tạo ra sự kéo dài vật liệu mãnh liệt theo hướng đường 5 kính và giảm biến dạng nén theo hướng tiếp tuyến từ đó hạn chế việc tạo thành các nếp nhăn trên chi tiết.Tuy nhiên điều đó làm tăng trở lực biến dạng của vành lên rất nhiều và tăng ứng suất kéo theo hướng đường kính ở tiết diện nguy hiểm. Từ đó cho thấy, điều kiện thuận lợi nhất khi dập vuốt trong khuôn có gân vuốt sẽ đạt được trong trường hợp ứng dụng cho kim loại có độ bền cao khi độ dẻo cao. Công nghệ dập vuốt có sử dụng gân vuốt được ứng dụng rất rộng dãi trong ngành công nghiệp chế tạo ôtô.
Phân bố gân vuốt trên vành chặn 6 Hình 1. Một số gân vuốt dùng trong dập tấm. Công nghệ chặn đàn hồi. * Hệ thống chặn đàn hồi chủ động: Hình 1.
Khuôn có sử dụng hệ thống chặn đàn hồi chủ động. Khuôn có sử dụng hệ thống chặn đàn hồi bị động. Công nghệ chặn sử dụng nguồn chất lỏng cao áp. Công nghệ dập thuỷ cơ.
Dập thuỷ cơ là phương pháp tạo hình vật liệu có sử dụng nguồn chất lỏng cao áp suất cao kết hợp với các chuyển động cơ khí của khuôn do máy tạo ra. Điểm khác biệt cơ bản mang tính nguyên tắc của quá trình vuốt thuỷ cơ và quá trình vuốt truyền thống trên cối cứng là quá trình này được diễn ra 8 trong điều kiện chịu tải lớn tác dụng từ phía cối, tải trọng này được tạo ra do áp suất của chất lỏng bị nén trong hành trình đi xuống của chày. Chính do đặc điểm này mà quá trình vuốt thuỷ cơ có các ưu điểm tốt mà quá trình vuốt bình thường ở khuôn dập cứng không có. Có các lực ma sát có ích giữa chày và phôi được tạo bởi lực ép phôi vào bề mặt của chày bằng áp suất từ phía cối.
Không có các lực ma sát có hại giữa phôi và cối. Áp suất về phía cối tương đối đều trên bề mặt của phôi. Khả năng thực hiện quá trình với bán kính thay đổi của vùng liên kết giữa mặt bích phôi và phần hình trụ của nó (bán kính quy ước lớn nhất của cối rm, ) Phôi được kẹp chặt và vững (kẹp bằng lực ma sát), tránh các dịch chuyển có thể so với chày,đặc biệt là khi dạp các chi tiết có hình thù phức tạp và không đối xứng. 9 Độ chính xác cao và chất lượng bề mặt cao của các kích thước của vỏ được tạo hình.
Nhược điểm đã hạn chế ở một mức độ nhất định sự ứng dụng của quá trình vuốt bằng cối dẻo hoặc cối chất lỏng chính là phải tạo ra các áp suất cao (để ngăn sự mất ổn định ) và điều chỉnh các áp suất này trong quá trình dập vuốt theo hành trình của chày.Sự mất ổn định của thành vỏ phôi có thể xảy ra ở phần mặt bích và phần có bán kính cong của phần chuyển tiếp giữa mặt bích với thành vỏ thẳng đứng của chi tiết. Nhờ những đặc điểm nổi bật trên, phơng pháp dập thuỷ cơ đang đợc ứng dụng tại các nớc công nghiệp phát triển nh Mỹ, Nhật, Nga, Đức trong việc chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp như vỏ ô tô, ống xả, vỏ đạn pháo ….Tại Việt nam việc nghiên cứu tính toán công nghệ dập thuỷ cơ vẫn chưa được thực hiện một cách tổng quát, chính vì thế nên việc áp dụng công nghệ này trong thực tế vẫn còn rất hạn chế. Sản phẩm và khuôn dập thuỷ cơ. Công nghệ dập thuỷ tĩnh.
Công nghệ dập thuỷ tĩnh là một trong những phương pháp gia công áp lực đặc biệt, chủ yếu sử dụng chất lỏng cao áp (có thể lên đến 10.000 at) để làm biến dạng dẻo phôi theo biên dạng của lòng khuôn. Đối tượng của công nghệ dập thuỷ tĩnh là các loại phôi tấm và phôi ống.Sơ đồ nguyên lý dập thuỷ tĩnh. Ưu điểm chính của phương pháp này so với phương pháp dập vuốt thông thường là chỉ cần biên dạng của cối còn chất lỏng đóng vai trò là chày và tạo hình các chi tiết ngóc ngách rất phức tạp mà công nghệ dập vuốt truyền thống không làm được. Công nghệ này về bản chất thì cũng giống quá trình dập vuốt phôi tấm, nhưng sơ đồ công nghệ thì phức tạp hơn nhiều.
Phần lớn sản phẩm của công ngệ dập thuỷ tĩnh cho các phôi ống trụ là các chi tiết máy, phần tử nối và các thiết bị chịu áp lực. Do đó chúng luôn phải chịu tải trong quá trình làm việc. Trong công nghệ dập thuỷ tĩnh áp lực thuỷ tĩnh rất cao tác dụng lên mặt trong của phôi. Tuy nhiên một vài trường hợp khác áp lực chất lỏng cao được tác dụng lên mặt ngoài của phôi ống.
Ở đây, chất lỏng (nước hay dầu) đóng vai trò là chày, là dụng cụ tạo hình vạn năng, tạo ra áp suất phân bố đều trên bề mặt trong của ống. Tải trọng tạo ra là tải trọng mềm tránh được sự va chạm giữa dụng cụ gây biến dạng và phôi như ở trường hợp tải trọng 11 cứng. Phương pháp này loại bỏ được sự tập trung ứng suất trên bề mặt phôi, nên nâng cao khả năng biến dạng. Nhờ đó công nghệ này có khả năng tạo ra nhiều sản phẩm ống có chất lượng cao và hình dạng không gian phức tạp, mà trước đây chỉ có thể được tạo ra bằng phương pháp đúc hay hàn ghép các phần ống đơn giản lại với nhau.
Bản chất của quá trình tạo hình chính là tạo ra sự chuyển động cưỡng bức cục bộ hay toàn phần của vật liệu phôi trong giới hạn chảy của vật liệu theo biên dạng mong muốn của lòng khuôn để tạo nên những chi tiết có hình dạng phức tạp, mà các phương pháp gia công truyền thống khác không thực hiện được. Đặc điểm của phương pháp dập thuỷ tĩnh là: - Tạo hình các chi tiết dạng ống trụ thành những chi tiết ống phức tạp, không đối xứng, đa hướng trong không gian. - Chi tiết sau khi tạo hình tăng cứng, hoá bền, độ bóng bề mặt có xu hướng giảm. Chiều dày phôi bị thay đổi khó xác định: Có chỗ dày lên, có chỗ mỏng đi.
- Cần thiết bị tạo áp lực rất cao và đòi hỏi chính xác. - Trạng thái ứng suất và biến dạng rất phức tạp, do đó rất khó khăn trong việc tính toán chính xác áp lực riêng cần thiết bên trong. - Hệ số sử dụng vật liệu cao, năng suất thấp, chi phí ban đầu lớn. Một số sản phẩm vỏ mỏng phức tạp.
Theo chuyển động của chày tạo hình ra các chi tiết vỏ mỏng ta có thể phân loại các chi tiết vỏ mỏng ra 2 loại như sau: * Loại thứ nhất: các chi tiết vỏ mỏng được tạo hình khi chày chuyển động theo hướng của đầu trượt.