Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế khuôn dập 3 chiều để chế tạo chi tiết vỏ mỏng phức tạp

Nghiên cứu về công nghệ và thiết kế khuôn dập 3 chiều. Luận văn phân tích phương pháp tạo hình chi tiết vỏ mỏng phức tạp, ứng dụng trong công nghiệp.

• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Nghệ
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Gia Công Áp Lực
• Đề tài: Thiết Kế Khuôn Dập 3 Chiều Để Chế Tạo Chi Tiết Vỏ Mỏng Có Hình Dạng Phức Tạp
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và đặc điểm chi tiết vỏ mỏng phức tạp

Thiết kế khuôn dập 3D là công nghệ tiên tiến để chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp. Những chi tiết này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ôtô, xe máy, và đồ gia dụng. Hình dạng phức tạp của các chi tiết này bao gồm nhiều mặt cong phối hợp với nhau, tạo nên những bề mặt không đối xứng trong không gian. Điều này đòi hỏi công nghệ chế tạo đặc biệt, vượt ra ngoài những phương pháp dập vuốt kim loại tắm truyền thống. Nhu cầu sản xuất các chi tiết vỏ mỏng phức tạp ngày càng tăng, nhất là trong lĩnh vực sản xuất các cabin, cửa xe, và bộ vỏ bọc ngoài các loại phương tiện.

1.1. Định nghĩa chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp

Chi tiết vỏ mỏng phức tạp là những chi tiết có bề mặt gồm nhiều mặt cong phối hợp tạo thành hình dạng không gian không đối xứng. Đây là những chi tiết điển hình có kích thước lớn, được chế tạo bằng phương pháp dập vuốt kim loại tắm mỏng. Các chi tiết này yêu cầu độ chính xác cao về hình dạng và kích thước.

1.2. Ứng dụng trong công nghiệp hiện đại

Các chi tiết vỏ mỏng phức tạp được ứng dụng rộng rãi trong ngành ôtô, xe máy, đồ gia dụng. Chúng là những thành phần quan trọng trong các cabin xe, cửa xe, và các bộ vỏ bọc ngoài. Nâng cao chất lượng và giảm giá thành của những chi tiết này đòi hỏi cải tiến công nghệ sản xuất.

II. Đặc điểm biến dạng và thách thức trong quá trình dập

Khi dập vuốt những chi tiết có hình dạng phức tạp và hình dạng không gian không đối xứng, trị số biến dạng của kim loại ở những vị trí khác nhau của phôi là khác nhau. Quá trình này không tuân theo một quy luật nhất định, gây ra những khó khăn đặc biệt. Đặc điểm chủ yếu là phần lớn bề mặt của phôi không được ép sát vào chày hoặc cối, dễ tạo thành nếp nhăn và gợn sóng. Ngoài ra, do lúc đầu phôi chỉ tiếp xúc với một phần nhỏ của khuôn, rất dễ gây ra sự nhăn cục bộ và biến mỏng vật liệu không đều. Những vấn đề này yêu cầu thiết kế khuôn dập 3 chiều đặc biệt để kiểm soát quá trình biến dạng.

2.1. Vấn đề nhăn và gợn sóng bề mặt

Trong quá trình dập, do bề mặt phôi không được ép sát đều vào khuôn, dễ xuất hiện nếp nhăn và gợn sóng. Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng với các chi tiết có hình dạng phức tạp. Khuôn dập 3D với hệ thống chặn đàn hồi chủ động giúp giải quyết vấn đề này bằng cách kiểm soát áp lực trên toàn bộ bề mặt phôi.

2.2. Biến mỏng và biến dạng cục bộ

Do phôi ban đầu chỉ tiếp xúc với một phần của khuôn, vật liệu dễ bị biến mỏng cục bộ và không đều. Quá trình dập thuỷ cơ kết hợp với công nghệ chặn đàn hồi giúp phân bổ áp lực đều hơn, giảm thiểu hiện tượng biến mỏng cục bộ.

III. Công nghệ dập thuỷ cơ và hệ thống chặn đàn hồi

Công nghệ dập thuỷ cơ là phương pháp tạo hình vật liệu sử dụng nguồn chất lỏng cao áp suất kết hợp với các chuyển động cơ khí của khuôn do máy tạo ra. Đây là công nghệ hiện đại giải quyết những hạn chế của phương pháp dập truyền thống. Điểm khác biệt cơ bản là quá trình này được diễn ra với sự hỗ trợ của hệ thống áp lực thuỷ lực, cho phép kiểm soát chính xác áp lực tác dụng lên phôi. Hệ thống chặn đàn hồi chủ động là một thành phần quan trọng, bao gồm các xi lanh chặn bố trí tại các vị trí khác nhau trên khuôn. Nhờ vậy, quá trình dập chi tiết vỏ mỏng phức tạp trở nên hiệu quả hơn, giảm thiểu khuyết tật bề mặt.

3.1. Nguyên lý hoạt động dập thuỷ cơ

Phương pháp dập thuỷ cơ sử dụng nguồn chất lỏng cao áp để tạo hình vật liệu. Kết hợp với chuyển động cơ khí của khuôn, kỹ thuật này cho phép kiểm soát chính xác lực ép và tốc độ biến dạng. Quá trình này diễn ra với áp lực đều đặn, giúp tạo ra chi tiết có chất lượng bề mặt tốt hơn so với phương pháp truyền thống.

3.2. Hệ thống chặn đàn hồi chủ động

Hệ thống chặn đàn hồi bao gồm tấm chặn, xi lanh chặn và hệ thống dẫn hướng. Các xi lanh được bố trí tại các vị trí chặn khác nhau trên khuôn, cho phép điều chỉnh áp lực cục bộ. Công nghệ này giúp thiết kế khuôn dập 3 chiều trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn.

IV. Quy trình thiết kế và tối ưu hóa khuôn dập 3 chiều

Thiết kế khuôn dập 3D để chế tạo chi tiết vỏ mỏng phức tạp đòi hỏi một quy trình khoa học và có hệ thống. Trước tiên, cần phải xác định các thông số năng lượng và lực dựa trên lý thuyết dập tạo hình kim loại. Tiếp theo, thiết kế sơ đồ công nghệ và khuôn 3 chiều dựa trên những thông số tính toán được. Quá trình này cần tính toán kỹ lưỡng các yếu tố như hình dạng phôi ban đầu, tuần tự dập, và các thông số khuôn. Trong thiết kế khuôn dập 3 chiều, cần xem xét các vị trí chặn đàn hồi để đảm bảo phôi được ép sát đều vào khuôn. Ngoài ra, cần phải tối ưu hóa hình dạng của các mặt chây để tạo ra chi tiết có kích thước chính xác và bề mặt chất lượng cao.

4.1. Xác định thông số năng lượng và lực

Tính toán công nghệ đòi hỏi xác định các thông số năng lượng và lực cần thiết cho quá trình dập. Dựa vào lý thuyết dập tạo hình kim loại tắm, có thể tính toán lực ép cần thiết, công suất máy, và các thông số khác. Những thông số này là cơ sở để thiết kế sơ đồ công nghệ và xác định loại máy dập phù hợp.

4.2. Tối ưu hóa hình dạng khuôn và vị trí chặn

Thiết kế khuôn 3 chiều cần phải xem xét kỹ lưỡng hình dạng của các mặt chây và vị trí các xi lanh chặn. Mục đích là đảm bảo phôi được ép sát đều vào khuôn, giảm thiểu nếp nhăn và gợn sóng. Quá trình tối ưu hóa này thường sử dụng phương pháp mô phỏng để kiểm chứng và cải tiến thiết kế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ‘TRUONG DAL HOC BACH KHOA HA NOL TRUONG VIET HOAL NGHIEN CUU, THIET KE KHUON DAP 3 CHIEU DE CHE TAO CAC CHI TIET VO MONG CÓ HÌNH DẠNG PHỨC TẠP LUAN VAN TIIAC S¥ CONG NGIIE CƠ KII TIA NOI — 2008 BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG BAI HOC BACH KHOA HA NOL TRUONG VIET HOAI NGHIEN CUU, THIET KE KHUON DAP 3 CHIEU DE CHE TAO CHI TIET VO MONG PHUC TAP Chuyên ngành: Gia Công Ấp Lục LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Người hưởng dẫn khoa hạc: PGS. PHẠM VĂN NGHỆ TIA NOI - 2008 ĐÈ TÀI TÓT NGHIỆP CAO HỌC 2006 — 2008 1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế khuôn dập 3 chiều để chế tạo chỉ tiết vẻ mồng có hình dáng phức tạp. Cơ sở khoa hạc và thực tiển của dễ tài: - Lỷ thuyết đập tạo hình chỉ tiết võ mỏng, - Công nghệ đập tắm.

- Nhu cầu sản xuất các dang chỉ tiết vỏ mỏng phức tạp trong công nghiệp, dân dụng 3. Mục đích của đề tài: - Thiết kế công nghệ đập vuốt 3 chiều. - Xác định các thông số chính trong quả trình tạo hình +. Nội dụng của đề tài, các van đề cân giải @ - Tổng quan về phương pháp chế tạo chỉ tiết vỏ mỏng phức tạp.

- Xác dinh các thông số năng lượng, lực - Thiết kế sơ đồ công nghệ, khuôn 3 chiêu. Dự kiến kế hoạch thực hiện: - Từ 01/02/2008 dến 30/04/2008: Tìm hiểu một số phương pháp chế tạo chi tiết vỏ mỏng phức tạp. - Tir 01/05/2008 dến 31/07/2008: Cơ sở lý thuyết đập tạo hình kim loại tắm (dập vuốt) - Từ 01/08/2008 đến 31/08/2008: Tính toán công nghệ, thiết kế khuôn dập 3 chiều. - Từ 01/09/2008 đến 30/09/2008: Hoàn chỉnh thuyết minh.

- Từ 01/10/2008 đến 30/11/2008: Bảo vệ luận văn. Cong nghé chan sw dung nguồn chất lỏng cao áp. Khuôn trên Hệ thống tấm chặn đản hổi chủ động Kénh dan chất long cao ap Tấmam chặn chan: đản ảnh chứachứ Kênh hồi chủ động chat lang cao áp trên Tấm tămchặn Cối 1. 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 1. Cong nghé chan sw dung nguồn chất lỏng cao áp. Khuôn trên Hệ thống tấm chặn đản hổi chủ động Kénh dan chất long cao ap Tấmam chặn chan: đản ảnh chứachứ Kênh hồi chủ động chat lang cao áp trên Tấm tămchặn Cối 1. 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 CHUONG I: TONG QUAN 1. Khai quát về chỉ tiết vỏ mông có hình dạng phức tạp 1. Khải niệm Các chỉ tiết có hình dạng phức tạp là những chỉ tiết có bề mặt là một biên dạng phức tạp gỗm nhiều mặt cong phép với nhau. Ví dụ như những chỉ tiết vỏ bọc ngoài các loại xe, tàu, như các cabin cửa xe thủng xe, những chỉ tiết của ôtô.

là những chỉ tiết điển hình có l:ích thước lớn mà người ta chế tạo bằng phương pháp đập vuốt kim loại tắm mông. I2o dặc diễm hình dang của các chỉ tiết này nên quá trình chế tạo chúng cần có những đặc điểm riêng biệt 1. Dặc điểm biến dạng của các chủ tiết có hình dạng phức tạp Khi dập vuốt những chi tiết có hình dạng phức tạp và hình dang không gian không dối xứng thì trị số biến dạng của kim loại ở những vi tri khác nhau của phôi là khác nhau. Người ta nhận thấy rằng quá trình đập vuốt các chỉ tiết có hình ding không gian phúc tạp không tuân theo một quy luật nhất định.

ic điểm chủ yếu của quá trình đập vuốt các loại chỉ tiết này là phần lớn bề mặt của phôi không dược ép sát vào chày hoặc cối đo đỏ rất rễ tạo thành nếp nhắn, gon sóng. Ngoài ra, do lúc dẫu phôi chỉ tiếp xúc với một phần của phôi nên rất để gây ra sự nhăn và biến mỏng cục bộ vật liệu. ứng dụng của các chỉ tiết có hình dụng phức tạp Các chỉ tiết có hình dang phức tạp được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: ôtô, xe máy, đỗ gia dụng. [Tién nay việc nâng cao chất lượng giảm giá thành cũng đòi hỏi chúng ta cần phải cải tiến công nghề, nghiên cứu các phương pháp tạo hình mới do các phương, pháp truyền thống không còn phủ hợp.

Một trong những phương pháp tạo hình mới đã Hình 1. Một số gân vuốt đừng trong dap tam. Công nghệ chặn đàn hôi. * Hê thống chan đàn hồi chủ đông: Tấm chặn dan hồi Xy lanh chặn ~ (nhiều xy lanh bố trí tại các vị trí chặn khác nhau) Đầu trượt Dẫn hướng Tấm để cối Hệ thong tam chặn đàn hồi Hình 1.

Khuôn có sử dụng hệ thông chặn đàn hồi bị động. được tìm ra và dang dược ứng dụng rộng rãi, dỏ là phương pháp tạo hình bằng khuôn dap 3 chiều. phương pháp tạo hình chỉ tiết vỏ mỗng có hình dạng phức tạp. Để lạo hình các chỉ tiết có hình dang phic lap cin có những công nghệ dặc 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 tiét dang nay.

Do giới han của noi dung nghien cuu va do thời gian lam luan van nén ở đây ta chi tim hiểu một số phương pháp đang được dùng phố biến nhất dé lao hình các chỉ tiết vỗ mông có hình dạng phức tạp 1. Công nghệ dập vuét co chan.1 Công nghệ chặn có gân vuật. Gần vuốt có tác dụng làm tăng trở lực biến dạng trên toàn bộ hoặc cục bộ chu vi phôi để không chế vật liệu được kéo vào cối và tăng độ cũng vững của vật đập. Trong các khuôn dập chỉ tiết vỏ ôtô thì gân vuốt là điều kiện tất yếu nó là nhương pháp có hiệu quả nhất có thể ngăn ngừa các hiện tượng nhăn, nhứm hoặc rách trên chỉ tiết.

Nếu hỗ trí gân vuốt không hợp lý thì hiện tượng nhắn nhúm hoặc rách trên vật dập lại càng nghiêm trọng. Giân vuốt có thể đặt trên vành chặn hoặc trên mặt chặn của cối Khi đặt gân vuốt ở trên hoặc dưới thì đều không ánh hưởng tới tác dụng của gân vuốt. Thông thường thì gân vuốt được bố trí trên mặt chặn của vành chin trên còn rãnh gân thì được bê 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 chỉ tiết thi đường xuyên mài rãnh gân trên céi sé làm cho mặt chặn có rãnh mau bị tốn hao vả ảnh hưởng tới chiều sâu dập vuốt.

Khi tốn hao đến một mức độ nhất định thì phải sửa chữa khắc phục. Việc ứng dụng các gân vuốt số tạo ra sự kớo đài vật liệu mãnh liệt theo hưởng đường CHUONG I: TONG QUAN 1. Khai quát về chỉ tiết vỏ mông có hình dạng phức tạp 1. Khải niệm Các chỉ tiết có hình dạng phức tạp là những chỉ tiết có bề mặt là một biên dạng phức tạp gỗm nhiều mặt cong phép với nhau.

Ví dụ như những chỉ tiết vỏ bọc ngoài các loại xe, tàu, như các cabin cửa xe thủng xe, những chỉ tiết của ôtô. là những chỉ tiết điển hình có l:ích thước lớn mà người ta chế tạo bằng phương pháp đập vuốt kim loại tắm mông. I2o dặc diễm hình dang của các chỉ tiết này nên quá trình chế tạo chúng cần có những đặc điểm riêng biệt 1. Dặc điểm biến dạng của các chủ tiết có hình dạng phức tạp Khi dập vuốt những chi tiết có hình dạng phức tạp và hình dang không gian không dối xứng thì trị số biến dạng của kim loại ở những vi tri khác nhau của phôi là khác nhau.

Người ta nhận thấy rằng quá trình đập vuốt các chỉ tiết có hình ding không gian phúc tạp không tuân theo một quy luật nhất định. ic điểm chủ yếu của quá trình đập vuốt các loại chỉ tiết này là phần lớn bề mặt của phôi không dược ép sát vào chày hoặc cối đo đỏ rất rễ tạo thành nếp nhắn, gon sóng. Ngoài ra, do lúc dẫu phôi chỉ tiếp xúc với một phần của phôi nên rất để gây ra sự nhăn và biến mỏng cục bộ vật liệu. ứng dụng của các chỉ tiết có hình dụng phức tạp Các chỉ tiết có hình dang phức tạp được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: ôtô, xe máy, đỗ gia dụng.

[Tién nay việc nâng cao chất lượng giảm giá thành cũng đòi hỏi chúng ta cần phải cải tiến công nghề, nghiên cứu các phương pháp tạo hình mới do các phương, pháp truyền thống không còn phủ hợp. Một trong những phương pháp tạo hình mới đã 1. Cong nghé chan sw dung nguồn chất lỏng cao áp. Khuôn trên Hệ thống tấm chặn đản hổi chủ động Kénh dan chất long cao ap Tấmam chặn chan: đản ảnh chứachứ Kênh hồi chủ động chat lang cao áp trên Tấm tămchặn Cối 1.

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 Hình 1. Một số gân vuốt đừng trong dap tam. Công nghệ chặn đàn hôi.

* Hê thống chan đàn hồi chủ đông: Tấm chặn dan hồi Xy lanh chặn ~ (nhiều xy lanh bố trí tại các vị trí chặn khác nhau) Đầu trượt Dẫn hướng Tấm để cối Hệ thong tam chặn đàn hồi Hình 1. Khuôn có sử dụng hệ thông chặn đàn hồi bị động. CHUONG I: TONG QUAN 1. Khai quát về chỉ tiết vỏ mông có hình dạng phức tạp 1.

Khải niệm Các chỉ tiết có hình dạng phức tạp là những chỉ tiết có bề mặt là một biên dạng phức tạp gỗm nhiều mặt cong phép với nhau. Ví dụ như những chỉ tiết vỏ bọc ngoài các loại xe, tàu, như các cabin cửa xe thủng xe, những chỉ tiết của ôtô.