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

Nghiên cứu thiết kế khuôn dập liên tục nhằm chế tạo chi tiết bản lề dưới, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Hoàng Văn Việt
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đắc Trung
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế khuôn dập liên tục để chế tạo chi tiết bản lề dưới
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM
• 1.1. Công nghệ dập tạo hình tấm
• 1.2. Các sản phẩm đặc trưng
• 1.3. Dập tấm trên khuôn dập liên tục
• 1.4. Thiết bị và khuôn dùng trong dập tấm và dập liên tục
• 1.4.1. Máy dập tạo hình
• 1.4.2. Khuôn tạo hình
• 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM
• 2.1. Phân loại các nguyên công dập tấm
• 2.2. Nguyên công cắt hình và đột lỗ
• 2.2.1. Quá trình tách kim loại khi cắt
• 2.2.2. Cắt hình và đột lỗ bằng khuôn
• 2.2.3. Lực cắt hình và đột lỗ
• 2.3. Nguyên công uốn
• 2.3.1. Kích thước của phôi khi uốn
• 2.3.2. Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn
• 2.3.3. Uốn bằng khuôn
• 2.3.4. Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép
• 3. XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SẢN PHẨM
• 3.1. Tổng quan về sản phẩm
• 3.1.1. Giới thiệu về sản phẩm chi tiết bản lề dưới
• 3.1.2. Bản vẽ chi tiết
• 3.1.3. Đặc điểm chi tiết
• 3.2. Các phương án công nghệ và lựa chọn công nghệ phù hợp
• 3.2.1. Các phương án công nghệ
• 3.2.2. Tính phôi ban đầu
• 3.2.3. Phân tích lựa chọn công nghệ phù hợp
• 3.2.4. Thiết kế công nghệ
• 3.2.4.1. Các nguyên công công nghệ
• 3.2.4.2. Xây dựng layout sản phẩm
• 3.3. Tính toán các thông số công nghệ cho các nguyên công
• 3.3.1. Nguyên công đột lỗ Ø4; Ø6
• 3.3.2. Nguyên công cắt hình
• 3.3.3. Nguyên công uốn lần 1
• 3.3.4. Nguyên công uốn lần 2
• 3.3.5. Nguyên công cắt rời
• 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN LIÊN TỤC
• 4.1. Phân tích thiết kế khuôn liên tục
• 4.2. Thiết kế khuôn dập liên tục chi tiết bản lề dưới
• 4.3. Thiết kế một số chi tiết điển hình
• 4.4. Nguyên tắc hoạt động của khuôn
• 4.5. Tính toán lựa chọn các chi tiết tiêu chuẩn
• 4.5.1. Thiết kế tính toán lựa chọn lò xo
• 4.5.2. Chọn bulong và khoảng cách bulong trên khuôn
• 4.5.3. Tiêu chuẩn định vị
• 4.6. Lựa chọn thiết bị
• 4.7. Chọn vật liệu làm khuôn
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Khuôn Dập Liên Tục Ứng Dụng

Gia công kim loại bằng áp lực đóng vai trò then chốt trong sản xuất cơ khí. Công nghệ này tạo ra sản phẩm với hình dáng phức tạp, kích thước chính xác, cơ tính tốt, năng suất cao và giá thành hợp lý. Gia công áp lực có vị trí quan trọng trong chế tạo phụ tùng ô tô, máy kéo, xe máy, và các ứng dụng dân dụng, quốc phòng. Hai lĩnh vực chính là công nghệ cán kéo và công nghệ dập tạo hình. Dập liên tục là công nghệ đặc thù, khuôn liên tục tích hợp nhiều nguyên công dập tấm kim loại trên một hành trình của máy dập. Thiết kế và chế tạo khuôn liên tục là một quá trình phức tạp, tỉ mỉ, đòi hỏi người thiết kế nắm vững các nguyên công dập tấm, đồng thời nắm vững các công nghệ gia công tiên tiến hiện nay. Việc ứng dụng các công nghệ thiết kế, mô phỏng và gia công hiện đại đã ngày càng làm tăng độ chính xác, tốc độ, hiệu quả của khuôn dập bước liên tục nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất các chi tiết loạt lớn, có tính lắp lẫn cao, giá thành hạ cho các ngành công nghiệp.

1.1. Lịch Sử Phát Triển và Ưu Điểm của Gia Công Áp Lực

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.

1.2. Ứng Dụng Khuôn Dập Liên Tục Trong Sản Xuất Bản Lề

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.

II. Thách Thức Thiết Kế Khuôn Dập Liên Tục Bản Lề Dưới

Công nghệ tạo hình kim loại tấm là một phần của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực, làm biến dạng kim loại tấm để tạo ra chi tiết có hình dạng và kích thước mong muốn. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là kỹ thuật điện, điện tử, chế tạo ô tô, hàng không, sản xuất hàng tiêu dùng, quốc phòng, thực phẩm, hóa chất, và y tế. Ưu điểm của nó là cơ khí hóa và tự động hóa cao, năng suất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật liệu, và tăng độ bền của chi tiết. Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ, bao gồm nhiều nguyên công khác nhau để làm biến dạng kim loại tấm, tạo ra chi tiết với sự thay đổi không đáng kể về chiều dày và không có phế liệu ở dạng phôi.

2.1. Ưu Điểm và Nhược Điểm của Sản Xuất Dập Tấm

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.

2.2. Phân Loại Các Nguyên Công Dập Tấm Cơ Bản

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.

III. Phương Pháp Thiết Kế Khuôn Dập Liên Tục Bản Lề

Công nghệ dập liên tục (Progressive stamping) trong dập tấm đang phát triển mạnh trên thế giới, nhưng ở Việt Nam vẫn còn là vấn đề mới và ứng dụng hạn chế do chưa làm chủ công nghệ, trang thiết bị và vật liệu. Để bắt kịp thành tựu thế giới, một số đơn vị trong nước đã đầu tư vào công nghệ này. Nghiên cứu công nghệ dập liên tục, chủ động đáp ứng nhu cầu trong nước có ý nghĩa cao về khoa học và thực tiễn công nghiệp. Dập liên tục là công nghệ đặc thù, khuôn liên tục tích hợp nhiều nguyên công dập tấm trên cùng một hành trình của máy dập. Thiết kế và chế tạo khuôn dập liên tục là một quá trình phức tạp, tỉ mỉ, đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững tất cả các nguyên công công nghệ trong dập tấm và công nghệ gia công chế tạo tiên tiến.

3.1. Ưu Điểm và Ứng Dụng của Khuôn Dập Liên Tục

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.

3.2. Phân Loại Khuôn Dập Liên Tục Theo Nguyên Công

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.

IV. Lựa Chọn Thiết Bị và Khuôn Dập Liên Tục Phù Hợp

Hầu hết các nguyên công dập tạo hình tấm được thực hiện trên các thiết bị như máy ép thủy lực, máy ép trục khuỷu vạn năng, máy cắt, máy uốn lốc. Ở đây, trong khuôn khổ luận văn lựa chọn giới thiệu 02 thiết bị được sử dụng chủ yếu là máy ép trục khuỷu vạn năng và máy ép thủy lực. Máy ép trục khuỷu: dùng tay quay thanh truyền trong truyền động cơ khí để biến đổi chuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động đi lại của đầu trượt. Máy được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đa dạng về kiểu máy, phong phú về chủng loại. Ưu điểm của loại máy này khiến cho máy ép trục khuỷu được sử dụng rộng rãi là: Máy vận hành đơn giản; Kết cấu của máy đơn giản, dễ dàng sửa chữa; Có thể chế tạo được các chi tiết phức tạp; Năng suất dập cao, nền móng ít rung động hơn so với máy búa.

4.1. So Sánh Máy Ép Trục Khuỷu và Máy Ép Thủy Lực

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.

4.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Lựa Chọn Vật Liệu Khuôn

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.

V. Ứng Dụng Thực Tế Khuôn Dập Bản Lề Dưới Z113

Đề tài đã cứu nghiên cứu công nghệ và ứng dụng trong tính toán thiết kế khuôn dập liên tục chi tiết bản lề dưới. Đề tài nghiên cứu có giá trị sản xuất thực tế với nhu cầu sản xuất các chi tiết khóa bản lề của hòm gỗ bảo quản đạn pháo của nhà máy Z113. Các bước thiết kế khuôn dập liên tục bao gồm: Phân tích yêu cầu kỹ thuật của chi tiết; Lựa chọn phương án công nghệ dập; Thiết kế sơ bộ khuôn; Tính toán các thông số công nghệ; Thiết kế chi tiết khuôn; Kiểm tra và hiệu chỉnh thiết kế; Chế tạo khuôn; Thử nghiệm và nghiệm thu khuôn.

5.1. Quy Trình Thiết Kế Khuôn Dập Liên Tục Chi Tiết

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.

5.2. Kết Quả Nghiên Cứu và Ý Nghĩa Thực Tiễn

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.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Khuôn Dập Liên Tục

Nghiên cứu thiết kế khuôn dập liên tục để chế tạo chi tiết bản lề dưới là một đề tài có tính ứng dụng cao và đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu. Việc nắm vững các kiến thức về công nghệ dập tấm, thiết kế khuôn, và sử dụng phần mềm CAD/CAM/CAE là rất quan trọng để thành công trong lĩnh vực này. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả và độ chính xác của khuôn dập liên tục.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Đạt Được

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.

6.2. Hướng Nghiên Cứu và Phát Triển Trong Tương Lai

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Gia công kim loại bằng áp lực, đặc biệt là công nghệ dập tạo hình kim loại tấm, đóng vai trò then chốt trong ngành kỹ thuật cơ khí hiện đại. Theo ước tính, công nghệ này chiếm khoảng 1/3 tổng số máy gia công cơ khí tại các nước phát triển như Anh, Mỹ, Nga, góp phần quan trọng vào nền kinh tế quốc dân. Ở Việt Nam, từ năm 1995, ngành gia công áp lực đã có những bước tiến đáng kể với việc chế tạo thành công máy uốn thép và máy ép thủy lực cỡ lớn, phục vụ các ngành công nghiệp ô tô, quốc phòng và xây dựng. Tuy nhiên, công nghệ dập liên tục vẫn còn là lĩnh vực mới mẻ với nhiều thách thức về thiết kế và chế tạo khuôn.

Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế khuôn dập liên tục để chế tạo chi tiết bản lề dưới, một chi tiết dạng tấm mỏng dày 2mm, sử dụng trong hòm gỗ bảo quản đạn pháo tại nhà máy Z113. Mục tiêu chính là ứng dụng công nghệ dập liên tục nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và giảm giá thành sản xuất. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích cơ sở lý thuyết các nguyên công dập tấm, xây dựng quy trình công nghệ, tính toán và thiết kế khuôn dập liên tục phù hợp với vật liệu thép C15 theo tiêu chuẩn TCVN 1766-75.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp giải pháp thiết kế khuôn dập liên tục có khả năng tự động hóa cao, tiết kiệm nguyên vật liệu và phù hợp với sản xuất hàng loạt, góp phần nâng cao năng lực công nghiệp phụ trợ trong nước. Kết quả nghiên cứu dự kiến sẽ hỗ trợ nhà máy Z113 trong việc sản xuất chi tiết bản lề dưới với chất lượng đồng đều và chi phí hợp lý.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai nhóm lý thuyết chính trong công nghệ dập tạo hình kim loại tấm:

1. Nguyên công cắt hình và đột lỗ: Quá trình cắt kim loại tấm được mô tả qua các giai đoạn biến dạng dẻo, xuất hiện vết nứt và phá hủy vật liệu tại vùng cắt. Lực cắt được tính toán dựa trên chu vi cắt, chiều dày vật liệu và trở lực cắt của vật liệu, với hệ số điều chỉnh từ 1,1 đến 1,3 để phản ánh các yếu tố ảnh hưởng như khe hở lưỡi cắt và tốc độ biến dạng. Trị số khe hở tối ưu giữa chày và cối được xác định dựa trên chiều dày vật liệu, thường nằm trong khoảng 5-12% chiều dày phôi.

2. Nguyên công uốn: Uốn là quá trình biến dạng dẻo làm thay đổi hình dạng phôi từ thẳng sang cong, với sự phân bố ứng suất kéo và nén khác nhau trên tiết diện. Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được xác định dựa trên tính dẻo của vật liệu, chiều dày phôi và phương pháp uốn, nhằm tránh hiện tượng nứt gãy hoặc nhăn nheo. Hiện tượng đàn hồi sau uốn cũng được xem xét để điều chỉnh thiết kế khuôn nhằm đảm bảo kích thước và góc uốn chính xác.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng bao gồm: lực cắt, khe hở tối ưu, biến dạng dẻo, bán kính uốn nhỏ nhất, lớp trung hòa biến dạng, và hiện tượng đàn hồi sau uốn.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ tài liệu chuyên ngành, tiêu chuẩn kỹ thuật (TCVN 1766-75), các bài báo khoa học và tài liệu tham khảo trong nước và quốc tế. Dữ liệu thực nghiệm về thành phần hóa học và tính chất cơ lý của thép C15 được sử dụng làm cơ sở vật liệu.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm thiết kế và mô phỏng AutoCAD, NX, Inventor để xử lý số liệu, thiết kế bản vẽ chi tiết và mô hình 3D khuôn dập liên tục. Phân tích lực cắt, lực uốn và các thông số công nghệ dựa trên công thức toán học và mô hình hóa quá trình dập tấm.

• Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung vào thiết kế khuôn dập liên tục cho chi tiết bản lề dưới với kích thước phôi 2mm, thực hiện trong khoảng thời gian từ đầu năm 2022 đến tháng 4/2023 tại Đại học Bách Khoa Hà Nội và nhà máy Z113.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, chính xác và khả thi trong ứng dụng thực tế sản xuất hàng loạt.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế quy trình công nghệ tối ưu: Luận văn đã xây dựng thành công quy trình công nghệ gồm 6 nguyên công: chuẩn bị phôi, đột lỗ Ø4 và Ø6, cắt hình, uốn lần 1 (góc 90°, bán kính R4,5), uốn lần 2 (góc 296°, bán kính R4,5) và cắt rời. Quy trình này giúp giảm thiểu số lượng khuôn, tăng năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2. Lựa chọn vật liệu và thông số kỹ thuật: Vật liệu thép C15 với giới hạn chảy 230 MPa và độ bền kéo 380 MPa được xác định phù hợp cho chi tiết bản lề dưới. Trị số khe hở tối ưu khi cắt hình và đột lỗ được chọn trong khoảng 5-12% chiều dày phôi, đảm bảo lực cắt nhỏ nhất và chất lượng mặt cắt tốt.

3. Thiết kế khuôn dập liên tục: Khuôn liên tục tích hợp nhiều nguyên công trên cùng một hành trình máy dập, sử dụng hệ thống cấp phôi tự động, giúp tăng năng suất lên đến khoảng 30-40% so với phương án khuôn đơn. Thiết kế chi tiết các bộ phận như chày, cối, lò xo, bulong và hệ thống dẫn hướng được tính toán kỹ lưỡng, đảm bảo độ chính xác và độ bền khuôn.

4. Hiệu quả sản xuất thực tế: Ứng dụng khuôn dập liên tục cho chi tiết bản lề dưới tại nhà máy Z113 đã cho thấy giảm đáng kể thời gian sản xuất và chi phí nhân công, đồng thời nâng cao độ đồng đều và chất lượng sản phẩm. So với phương án khuôn đơn, năng suất tăng khoảng 35%, chi phí sản xuất giảm khoảng 20%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả trên là do khuôn dập liên tục cho phép thực hiện nhiều nguyên công trên cùng một phôi trong một hành trình, giảm thiểu thao tác thủ công và sai số gá đặt. So với các nghiên cứu trong ngành gia công áp lực, kết quả này phù hợp với xu hướng tự động hóa và cơ khí hóa cao trong sản xuất hàng loạt.

Việc lựa chọn vật liệu thép C15 với thành phần hóa học và tính chất cơ lý phù hợp giúp đảm bảo độ bền và độ dẻo cần thiết cho quá trình dập và uốn, hạn chế hiện tượng nứt gãy và biến dạng không mong muốn. Các thông số kỹ thuật như khe hở cắt và bán kính uốn được xác định dựa trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, góp phần nâng cao chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh năng suất và chi phí giữa hai phương án khuôn đơn và khuôn liên tục, cũng như bảng thống kê các thông số kỹ thuật chính của khuôn và vật liệu. Điều này giúp minh họa rõ ràng lợi ích của thiết kế khuôn dập liên tục trong sản xuất công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng khuôn dập liên tục trong sản xuất hàng loạt: Nhà máy Z113 và các đơn vị sản xuất chi tiết kim loại tấm nên ưu tiên sử dụng khuôn dập liên tục để nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất trong vòng 12 tháng tới.

2. Đào tạo kỹ sư và công nhân vận hành khuôn liên tục: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết kế, vận hành và bảo trì khuôn dập liên tục nhằm nâng cao trình độ kỹ thuật và giảm thiểu sự cố trong quá trình sản xuất, thực hiện trong 6 tháng đầu năm.

3. Đầu tư hệ thống cấp phôi tự động chính xác: Cải tiến hoặc trang bị hệ thống cấp phôi tự động với độ chính xác cao để đảm bảo phôi được cấp liên tục và chính xác, giảm sai số và tăng chất lượng sản phẩm, hoàn thành trong vòng 9 tháng.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ dập liên tục cho các chi tiết khác: Khuyến khích các đơn vị nghiên cứu và phát triển thiết kế khuôn dập liên tục cho các chi tiết dập tấm phức tạp khác trong ngành cơ khí, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và nâng cao giá trị gia tăng, kế hoạch thực hiện trong 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế khuôn và công nghệ chế tạo máy: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế khuôn dập liên tục, giúp kỹ sư nâng cao năng lực thiết kế và lựa chọn công nghệ phù hợp cho sản xuất hàng loạt.

2. Nhà quản lý sản xuất trong ngành cơ khí: Thông tin về hiệu quả năng suất và chi phí giúp nhà quản lý đưa ra quyết định đầu tư hợp lý vào công nghệ dập liên tục, tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật cơ khí – chế tạo máy: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá về cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng thực tế trong lĩnh vực gia công áp lực và dập tấm.

4. Các nhà cung cấp thiết bị và vật liệu công nghiệp: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và vật liệu sử dụng trong khuôn dập liên tục giúp các nhà cung cấp phát triển sản phẩm phù hợp, nâng cao chất lượng dịch vụ.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ dập liên tục khác gì so với khuôn đơn?
   Dập liên tục tích hợp nhiều nguyên công trên cùng một khuôn và hành trình máy dập, giúp tăng năng suất và giảm sai số so với khuôn đơn thực hiện từng nguyên công riêng biệt. Ví dụ, năng suất có thể tăng khoảng 30-40%.

2. Vật liệu thép C15 có phù hợp cho chi tiết bản lề dưới không?
   Thép C15 với giới hạn chảy 230 MPa và độ bền kéo 380 MPa đáp ứng tốt yêu cầu độ bền và dẻo cho chi tiết dập tấm, đồng thời dễ gia công và có giá thành hợp lý.

3. Làm thế nào để xác định khe hở tối ưu khi cắt?
   Khe hở tối ưu thường là 5-12% chiều dày phôi, được xác định dựa trên tính chất vật liệu và chiều dày, nhằm giảm lực cắt và đảm bảo chất lượng mặt cắt, tránh bavia.

4. Hiện tượng đàn hồi sau uốn ảnh hưởng thế nào đến sản phẩm?
   Đàn hồi sau uốn làm chi tiết thay đổi kích thước và góc uốn so với thiết kế khuôn, cần điều chỉnh thiết kế khuôn để bù trừ hiện tượng này, đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật.

5. Khuôn dập liên tục có nhược điểm gì?
   Khuôn liên tục đòi hỏi thiết kế và chế tạo phức tạp, chi phí đầu tư ban đầu cao, cần hệ thống cấp phôi tự động chính xác và đội ngũ kỹ thuật lành nghề để vận hành hiệu quả.

Kết luận

• Đã nghiên cứu và thiết kế thành công khuôn dập liên tục cho chi tiết bản lề dưới, phù hợp với vật liệu thép C15 dày 2mm.
• Quy trình công nghệ gồm 6 nguyên công được tối ưu hóa nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
• Khuôn dập liên tục giúp tăng năng suất khoảng 35% và giảm chi phí sản xuất khoảng 20% so với phương án khuôn đơn.
• Đề xuất triển khai áp dụng công nghệ dập liên tục tại nhà máy Z113 và mở rộng nghiên cứu cho các chi tiết dập tấm khác.
• Khuyến khích đào tạo kỹ thuật viên và đầu tư hệ thống cấp phôi tự động để đảm bảo hiệu quả sản xuất.

Next steps: Triển khai thực tế thiết kế khuôn, đào tạo nhân lực và đánh giá hiệu quả sản xuất trong 12 tháng tới.

Call-to-action: Các đơn vị sản xuất và nghiên cứu trong ngành cơ khí nên áp dụng và phát triển công nghệ dập liên tục để nâng cao năng lực cạnh tranh và giá trị sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM Gia công kim loại bằng áp lực là một ngành cơ bản trong sản xuất cơ khí. Công nghệ gia công áp lực cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dáng và kích thước phức tạp đồng thời đảm bảo chất lượn về cơ tính tốt, năng suất cao, giá thành hạ. Do vậy, gia công áp lực có một vị trí rất lớn trong công nghiệp chế tạo phụ tùng oto, máy kéo, xe máy, hàn dân dụng và quốc phòng với hai lĩnh vực lớn là công nghệ cán kéo và công nghệ dập tạo hình. [1] Gia công kim loại bằng áp lực có lịch sử phát triển rất lâu đời.

Từ thời kì đồ đồng, gia công kim loại bằng áp lực gần như là phương pháp duy nhất để tạo hình chi tiết-sản phẩm. Trong gia đoạn đầu của nền công nghiệp cơ khí, kim loại còn dư dật và không đủ khả năng tạo ra chi tiết có độ chính xác cao, nên gia công kim loại bằng áp lực chỉ tồn tại như một phương pháp chuẩn bị phôi cho gia công Cơ Khí. Hiện nay và trong tương lai, ngành gia công kim loại bằng áp lực chiếm vị trí rất quan trọng do các ưu điểm nổi bật như: tiết kiệm kim loại (do không có phoi), độ đồng đều về mọi mặt của loại chi tiết cao, chất lượng chi tiết tốt, năng suất lao động cao. Sản phẩm của gia công kim loại bằng áp lực có mặt ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp: công nghiệp ô tô, xe máy, máy bay, thiết bị điện, điện tử.

Tại các nước phát triển trên thế giới như Anh, Nga, Mỹ,…ngành Gia Công Áp Lực xuất hiện từ rất sớm và mang lại giá trị kinh tế cao, đóng góp cho nền kinh tế quốc dân. Cùng với trang thiết bị, máy móc tiên tiến với số lượng chiếm khoảng 1/3 tổng số máy gia công Cơ Khí. Trong suốt hơn 40 năm hình thành và phát triển, ngành Gia Công Áp Lực đã có nhiều đóng góp cho nền kinh tế nước nhà. Từ những năm 1995, Việt Nam đã có thể chế tạo thành công những loại máy uốn thép để tạo ra sản phẩm như: các loại thép định hình phục vụ xây dựng, những thanh chắn đường đạt tiêu chuẩn của Mỹ, máy làm các tấm lợp kim loại… Đây là những sản phẩm Việt Nam thường phải nhập khẩu từ Australia, Đài Loan.

Khi chế tạo thành công, sản phẩm của Việt Nam có chất lượng tương đương giá chỉ bằng 1/10 dây chuyền 2 ngoại nhập. Ngoài ra, Việt Nam cũng đã thiết kế và chế tạo thành công những máy ép thủy lực cỡ 500 - 1000 tấn. Công nghệ và thiết bị Gia Công Áp Lực được coi là một tiêu chí để đánh giá năng lực ngành công nghiệp nặng của một quốc gia. Muốn vậy, cần phải có sự đột phá trong phát triển ngành Gia Công Áp Lực.

Về lâu dài, cần phải xây dựng một chiến lược phát triển ngành Gia Công Áp Lực với các mục tiêu cụ thể. Hiện nay, Việt Nam đang chủ trương tăng cường các công nghệ phụ trợ trong nhiều lĩnh vực: ô tô, xe máy, dầu khí, xi măng, điện tử, hiện đại hóa trong công nghiệp, nông nghiệp - nông thôn. Vì thế ngành Cơ Khí nói chung và công nghệ GCAL nói riêng càng cần được chú trọng nghiên cứu và phát triển.1 Công nghệ dập tạo hình tấm Công nghệ tạo hình kim loại tấm là một phần của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước mong muốn. Đây là một loại hình công nghệ đang được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong các lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử, công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp hàng không, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp quốc phòng, thực phẩm, hóa chất, y tế…Sở dĩ được ứng dụng rộng rãi như vậy là do nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại hình công nghệ khác: có thể cơ khí hóa và tự động hóa cao; năng suất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật liệu, đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo nguội làm cho độ bền của chi tiết tăng lên… Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm (băng hoặc dải) để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật liệu và không có phế liệu ở dạng phôi.

[2] Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thường S ≤ 4mm) hoặc có thế phải dập với phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày phôi lớn. Ưu điểm của sản xuất dập tấm: - Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị và khuôn. 3 - Có thể chế tạo những chi tiết phức tạp mà các phương pháp gia công kim loại khác không thể chế tạo hoắc chế tạo khó khăn. - Độ chính xác của các chi tiết dập tấm tương đối cao.

- Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại không lớn. - Tiết kiệm nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hóa và tự động hóa do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm. - Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao do đó giảm chi phí đào tạo và quĩ lương. - Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành sản phẩm.

- Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao. - Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu kim loại mà còn gia công những vật liệu phi kim như: techtolit, hetinac, các loại chất dẻo. Nhược điểm của công nghệ dập tấm: - Đầu tư ban đầu tương đối lớn (khuôn và thiết bị) do đó chỉ thích hợp với sản xuất loạt lớn và hàng khối. - Yêu cầu đội ngũ kỹ sư chất lượng lành nghề trình độ cao.

- Tính toán công nghệ phức tạp. Phân loại công nghệ dập tấm. Theo đặc điểm biến dạng các nguyên công trong công nghệ dập tạo hình tấm được chia thành 2 nhóm chính: [2;3] Biến dạng cắt vật liệu: Nhóm các nguyên công công cắt vật liệu nhằm tách 1 phần vật liệu này ra khỏi một phần vật liệu khác theo một đường bao khép kín hoặc không khép kín và kim loại bị phá vỡ liên kết giữa các phần tử (phá hủy) tại vùng cắt Biến dạng dẻo vật liệu: Nhóm các nguyên công biến dạng dẻo vật liệu nhằm thay đổ hình dạng và kích thước bề mặt của phôi để tạo ra các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết nhờ tính dẻo của kim loại và không bị phá hủy tại vùng biến dạng. Trong đa số các trường hợp chiều dày vật liệu phôi hầu như không thay đổi hoặc thay đổi nhỏ nhưng không chủ định 4 Hình 1.1 Phân loại công nghệ dập tấm 1.2 Các sản phẩm đặc trưng Hình 1.2 Một số sản phẩm dập tấm 5 Hình 1.3 Một số sản phẩm dập tấm sử dụng trong hòm gỗ bảo quản đạn pháo 1.3 Dập tấm trên khuôn dập liên tục Công nghệ dập liên tục (Progressive stamping) trong dập tấm đang rất phát triển trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam đây vẫn còn là vấn đề “mới” và ứng dụng hạn chế do chưa làm chủ về công nghệ, trang thiết bị và vật liệu.

Để bắt kịp những thành tựu trên thế giới, một số đơn vị trong nước đã đầu tư cho công nghệ này. Việc nghiên cứu công nghệ dập liên tục, chủ động đáp ứng nhu cầu trong nước có ý nghĩa cao về khoa học và thực tiễn công nghiệp. [4;5] Dập liên tục là công nghệ đặc thù mà ở đó khuôn liên tục tích hợp nhiều nguyên công dập tấm trên cùng một hành trình của máy dập. Việc thiết kế cũng như chế tạo khuôn dập liên tục là một quá trình phức tạp, tỉ mỉ, đòi hỏi nguời 6 thiết kế phải nắm vững tất cả các nguyên công công nghệ trong dập tấm.

Đồng thời nắm vững các công nghệ gia công chế tạo tiên tiến hiện nay. Việc ứng dụng các công nghệ thiết kế, mô phỏng và gia công hiện đại đã ngày càng làm tăng độ chính xác, tốc độ, hiệu quả của khuôn dập bước liên tục nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất các chi tiết loạt lớn, có tính lắp lẫn cao, giá thành hạ cho các ngành công nghiệp. 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 một 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. Ưu điểm: - Tổ chức kim loại mịn, cơ tính sản phẩm cao; - Độ bóng, độ chính xác cao hơn các chi tiết làm bằng phương pháp dập khác do quá trình dập xảy ra liên tục; - Tiết kiệm thời gian và hạn chế sai số một cách tối đa do không mất thời gian gá đặt và sai số gá đặt; - Dễ cơ khí hóa và tự động hóa nên năng suất cao, giá thành hạ; - Gia công được các chi tiết phức tạp một cách hiệu quả. Nhược điểm: - Không dập được các chi tiết quá lớn. - Cần thiết kế và chế tạo tỉ mỉ yêu cầu độ chính xác cao.

7 - Cần có máy móc và thiết bị phù hợp với quá trình gia công.