Nghiên Cứu Thiết Kế Khuôn Dập Liên Tục Để Chế Tạo Chi Tiết Bản Lề Dưới

Gia công kim loại bằng áp lực có lịch sử lâu đời, từ thời đồ đồng. Trong giai đoạn đầu của công nghiệp cơ khí, nó đóng vai trò chuẩn bị phôi. Hiện nay, gia công áp lực chiếm vị trí quan trọng nhờ ưu điểm như tiết kiệm kim loại, độ đồng đều cao, chất lượng tốt, và năng suất cao. Sản phẩm có mặt ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp. Các nước phát triển như Anh, Nga, Mỹ có ngành Gia Công Áp Lực phát triển sớm, đóng góp lớn cho kinh tế. Việt Nam đã chế tạo thành công máy uốn thép, máy làm tấm lợp kim loại, và máy ép thủy lực cỡ lớn. Công nghệ và thiết bị Gia Công Áp Lực là tiêu chí đánh giá năng lực ngành công nghiệp nặng của một quốc gia.

Đề tài "Nghiên cứu thiết kế khuôn dập liên tục để chế tạo chi tiết bản lề dưới" là một đề tài mang tính tổng hợp cao, sát với thực tế sản xuất. Đề tài này đòi hỏi người nghiên cứu nắm bắt rõ những kiến thức về thiết bị, công nghệ tạo hình sản phẩm, chế tạo khuôn … Luận văn bao gồm 4 chương: Tổng quan về công nghệ dập tạo hình kim loại tấm; Cơ sở lý thuyết của quá trình tạo hình kim loại tấm; Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm; Tính toán thiết kế khuôn liên tục. Do thời gian có hạn nên trong khuôn khổ của đề tài em mới chỉ dừng lại ở khâu nghiên cứu công nghệ và ứng dụng trong tính toán thiết kế khuôn dập liên tục chi tiết bản lề dưới.

Sản xuất dập tấm có nhiều ưu điểm: thực hiện công việc phức tạp bằng động tác đơn giản, chế tạo chi tiết phức tạp mà các phương pháp khác khó thực hiện, độ chính xác tương đối cao, kết cấu cứng vững, bền nhẹ, tiết kiệm kim loại, thuận lợi cho cơ khí hóa và tự động hóa, năng suất cao, hạ giá thành sản phẩm. Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao, giảm chi phí đào tạo. Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối, hạ giá thành sản phẩm. Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao. Dập tấm không chỉ gia công kim loại mà còn gia công vật liệu phi kim. Tuy nhiên, cũng có nhược điểm: đầu tư ban đầu lớn (khuôn và thiết bị), chỉ thích hợp với sản xuất loạt lớn và hàng khối, yêu cầu kỹ sư chất lượng lành nghề trình độ cao, và tính toán công nghệ phức tạp.

Theo đặc điểm biến dạng, các nguyên công trong công nghệ dập tạo hình tấm được chia thành hai nhóm chính: biến dạng cắt vật liệu và biến dạng dẻo vật liệu. Biến dạng cắt vật liệu tách một phần vật liệu ra khỏi phần khác theo đường bao khép kín hoặc không khép kín, kim loại bị phá vỡ liên kết tại vùng cắt. Biến dạng dẻo vật liệu thay đổi hình dạng và kích thước bề mặt của phôi để tạo ra chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết nhờ tính dẻo của kim loại, không bị phá hủy tại vùng biến dạng. Trong đa số trường hợp, chiều dày vật liệu phôi hầu như không thay đổi hoặc thay đổi nhỏ nhưng không chủ định.

Khuôn dập liên tục (gọi tắt là khuôn liên tục) là khuôn dập bao gồm nhiều cặp chày cối được bố trí trên cùng một đế khuôn, thực hiện các nguyên công dập tấm khác nhau (dập vuốt, uốn, dập nổi, dập cắt) sau một hành trình của máy ép. Mỗi vị trí làm việc (một cặp chày cối) thực hiện một hoặc nhiều bước công nghệ riêng biệt. Nhờ cơ cấu cấp phôi tự động, phôi được chuyển dịch liên tục và tuần tự qua các vị trí để hoàn thành chi tiết cần chế tạo. Sản phẩm được hình thành sau lần dập ở lòng khuôn cuối cùng, mỗi lần dập sẽ cho ra một sản phẩm. Mỗi hành trình của đầu trượt sẽ thực hiện rất nhiều nguyên công công nghệ khác nhau. Việc thực hiện tuần tự các nguyên công khiến cho khuôn dập liên hoàn có khả năng tự động hóa rất cao. Luôn đi cùng khuôn liên tục đó chính là hệ thống cấp phôi tự động. Nó đóng vai trò quyết định đến khả năng tự động hóa của mỗi nhà máy. Khuôn liên tục cần đến sự dịch chuyển phôi một cách chính xác đến tuyệt đối mới đem lại sản phẩm có chất lượng cao.

Khuôn liên tục có thể phân loại như sau: Khuôn liên tục thực hiện các nguyên công dập vuốt; Khuôn liên tục thực hiện các nguyên công uốn; Khuôn liên tục dập cắt; Khuôn liên tục bao gồm nhiều nguyên công khác nhau (uốn, vuốt, đột, cắt…). Khuôn liên tục với những ưu điểm như: năng suất và độ chính xác sản phẩm cao, giảm diện tích sản xuất… đang có xu hướng được sử dụng rộng rãi hơn ở nước ta. Do vậy, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo các bộ khuôn liên tục chất lượng cao là hết sức cần thiết và cấp bách đối với sản xuất. Khuôn dập liên tục được thiết kế và chế tạo trong nước với giá thành phù hợp có thể đảm bảo nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời mở ra khả năng phát triển và đa dạng hoá sản phẩm, thay thế dần việc nhập khẩu, nâng cao giá trị gia tăng, tạo sức cạnh tranh của các sản phẩm trong nước.

Khác biệt so với máy ép thủy lực, truyền động của trục khuỷu là truyền động cứng, khoảng hành trình của máy khống chế chính xác nên sản phẩm dập tấm có chất lượng cao và đồng đều. Khi động cơ quay, trục khuỷu có thể được điều khiển bằng bàn đạp, khi không làm việc, trục khuỷu ở vị trí cao nhất để dễ tháo sản phẩm và đưa phôi vào. Ngoài ra, máy ép trục khuỷu vạn năng có đặc điểm nổi bật là tốc độ thực hiện hành trình lớn, có thể kết hợp với các dạng cơ cấu cấp phôi và lấy sản phẩm tự động, thích hợp cho sản xuất hàng loạt. Máy ép thủy lực: Máy ép thủy lực với đặc điểm truyền động mềm, tốc độ biến dạng kim loại không đổi, không gây quá tải. Máy có cấu tạo phức tạp, lực ép có trị số lớn nên thường dùng để chế tạo các chi tiết lớn, phức tạp.

Việc lựa chọn vật liệu làm khuôn dập liên tục là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ và độ chính xác của khuôn. Các yếu tố cần xem xét bao gồm: độ bền, độ cứng, khả năng chống mài mòn, khả năng chịu nhiệt, và khả năng gia công. Thép hợp kim thường được sử dụng làm vật liệu khuôn do có độ bền và độ cứng cao. Tuy nhiên, cần lựa chọn loại thép hợp kim phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Ngoài ra, các lớp phủ bề mặt cũng có thể được sử dụng để tăng cường khả năng chống mài mòn và giảm ma sát.

Quy trình thiết kế khuôn dập liên tục chi tiết bao gồm nhiều bước, từ phân tích yêu cầu kỹ thuật đến thử nghiệm và nghiệm thu khuôn. Mỗi bước đều đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của khuôn. Việc sử dụng phần mềm CAD/CAM/CAE giúp tăng tốc quá trình thiết kế và giảm thiểu sai sót. Ngoài ra, cần chú ý đến việc lựa chọn vật liệu và các chi tiết tiêu chuẩn phù hợp để đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của khuôn.

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng công nghệ dập liên tục vào sản xuất chi tiết bản lề dưới có thể giúp tăng năng suất, giảm chi phí, và nâng cao chất lượng sản phẩm. Khuôn dập liên tục được thiết kế và chế tạo có thể đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của chi tiết và hoạt động ổn định trong quá trình sản xuất. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là cung cấp một giải pháp công nghệ hiệu quả cho việc sản xuất các chi tiết khóa bản lề của hòm gỗ bảo quản đạn pháo của nhà máy Z113, góp phần nâng cao năng lực sản xuất và giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu.

Luận văn đã trình bày một cách tổng quan về công nghệ dập liên tục, quy trình thiết kế khuôn dập liên tục, và ứng dụng thực tế trong sản xuất chi tiết bản lề dưới. Các kết quả đạt được bao gồm: Thiết kế và chế tạo thành công khuôn dập liên tục chi tiết bản lề dưới; Nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm; Giảm chi phí sản xuất; Cung cấp một giải pháp công nghệ hiệu quả cho nhà máy Z113.

Trong tương lai, cần tập trung vào các hướng nghiên cứu và phát triển sau: Nghiên cứu các vật liệu mới cho khuôn dập liên tục để tăng tuổi thọ và độ bền; Phát triển các phương pháp thiết kế và tối ưu hóa khuôn dập liên tục bằng phần mềm CAE; Nghiên cứu các công nghệ gia công tiên tiến để chế tạo khuôn dập liên tục với độ chính xác cao; Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) vào quá trình thiết kế và điều khiển khuôn dập liên tục.