CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ DẬP CHI TIẾT DẠNG TẤM 1.1 Tổng quan về công nghệ dập tạo hình tấm 1.1 Công nghệ tạo hình kim loại tấm Công nghệ tạo hình kim loại tấm là một phần của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực nhằm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước như mong muốn. Đây là một loại hình công nghệ đang được ứng dụng 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 hành không – vũ trụ, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp an ninh – quốc phòng, công nghiệp thực phẩm, hoá chất, y tế, … Sở dĩ công nghệ này được ứng dụng rộng rãi như vậy là do nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại hình công nghệ khác như: nó có thể cơ khí hoá và tự động hoá cao từ đó giúp nâng cao năng suất và hạ giá thành của sản phẩm, tiết kiệm được nguyên vật liệu và đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo nguội làm cho độ bền của chi tiết tăng lên giúp nâng cao cơ tính của sản phẩm, … Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công và 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 theo yêu cầu với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật liệu và không có phế liệu ở dạng phôi. Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi là dập nguội) đối với những phôi có chiều dày nhỏ (thường s ≤ 4mm) hoặc có thể dập nóng đối với những phôi có chiều dày lớn. Ưu điểm - Năng suất cao, do đó hạ giá thành sản phẩm, tiết kiệm thời gian sản xuất - Sản phẩm có độ chính xác cao, tính lắp lẫn tốt - Có khả năng tạo hình các chi tiết phức tạp - Nâng cao cơ tính của sản phẩm - Hệ số sử dụng vật liệu cao 8 Nhược điểm - Vốn đầu tư ban đầu lớn, trang thiết bị đắt đỏ vì vậy chỉ thích hợp với gia công hàng loạt - Yêu cầu đội ngũ kĩ sư lành nghề, có trình độ cao - Tính toán công nghệ phức tạp 1.2 Phân loại Dựa vào đặc điểm biến dạng - Biến dạng cắt vật liệu: tách một phần vật liệu này ra khỏi một phần vật liệu khác theo một đường bao khép kín hoặc không khép kín, kim loại bị phá vỡ liên kết giữa các phần tử (phá huỷ) tại vùng cắt.1: Nguyên công đột lỗ Hình 1.2: Sản phẩm của nguyên công đột lỗ cắt hình 9 - Biến dạng dẻo vật liệu: thay đổi hình dạng và kích thước bề mặt của phôi bằng cách phân phối lại và chuyển dịch thể tích kim loại để tạo ra các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết nhờ tính dẻo của kim loại và không bị phá huỷ tại vùng biến dạng.3: Nguyên công dập vuốt 10 Hình 1.4: Sản phẩm gia công dập vuốt Dựa vào cách thức tạo hình sản phẩm Hình 1.5: Phân loại dập tấm theo cách thức tạo hình sản phẩm 11 1.3 Một số thiết bị tạo hình kim loại tấm Trong công nghệ dập tạo hình kim loại tấm, các thiết bị máy móc thường được sử dụng bao gồm: máy ép trục khuỷu, máy ép thuỷ lực, máy cắt pha dải, máy đột dập CNC, máy uốn, … a) Máy ép trục khuỷu Hình 1.6: Máy ép trục khuỷu - Máy ép trục khuỷu vạn năng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp xây dựng, công nghiệp chế tạo máy và dụng cụ, … - Đặc điểm của máy ép trục khuỷu: Ưu điểm: - Sử dụng máy và kết cấu máy đơn giản - Chế tạo được các chi tiết có hình dạng phức tạp, chất lượng bề mặt chi tiết cao mà không cần gia công cắt gọt - Năng suất máy cao, xưởng không ổn, sạch sẽ, nền móng ít bị rung động như máy búa 12 Nhược điểm: - Lực ép danh nghĩa của máy không được tăng quá lớn như máy ép thuỷ lực vì như vậy sẽ làm cho kích thước của máy rất lớn - Ít vạn năng trong nguyên công dập thể tích, không thực hiện được các nguyên công dập vuốt, ép tụ - Đầu trượt có thể bị kẹt ở điểm chết dưới b) Máy ép thuỷ lực Hình 1.7: Máy ép thuỷ lực - Máy ép thuỷ lực làm việc theo nguyên lý dựa trên cơ sở của định luật Pascal.
Ở dạng tổng quan nhất thì máy ép gồm có 2 khoang: xi lanh có pittong và các đường nối ống. Nếu đặt một lực P1 vào pittong 1, thì nó sẽ tạo ra áp suất. Theo định luật Pascal thì áp suất p được truyền tới tất cả các điểm của thể tích chất lỏng và do có hướng vuông góc với mặt đáy của pittong 2, nó sẽ tạo ra áp lực , và lực này gây áp suất lên phôi. - Dựa trên cơ sở định luật Pascal ta có: (Diện tích f2 gấp diện tích f1 bao nhiêu lần thì lực P2 gấp lực P1 bấy nhiêu lần) c) Máy cắt pha dải 13 Hình 1.8: Máy cắt pha dải d) Máy đột dập CNC Hình 1.9: Máy đột dập CNC 14 1.4 Một số sản phẩm điển hình của dập tấm Công nghệ dập tạo hình kim loại tấm được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống: - Công nghiệp sản xuất ô tô: khung xe, mui xe, ống xả, … - Công nghiệp an ninh – quốc phòng: vỏ đạn, vỏ xe bọc thép, … - Công nghiệp điện – điện tử: tủ điện, các chân cắm, … - Đồ dùng dân dụng: nồi, xoong, chảo, thìa, dĩa, … - Công nghiệp hàng không – vũ trụ: vỏ máy bay, vỏ tên lửa, … Hình 1.10: Khung xe ô tô Hình 1.11: Vỏ đạn 15 Hình 1.12: Tủ điện Hình 1.13: Các sản phẩm dân dụng Hình 1.2 Thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết tấm 1.1 Phân tích chi tiết - Vật liệu của chi tiết: SUS201, - Chiều dày của chi tiết: S = 1 mm Hình 1.15: Bản vẽ kích thước chi tiết 17 Hình 1.16: Bản vẽ chi tiết tấm 2D 18 Hình 1.17: Bản vẽ hình chiếu 3D 19 1.2 Phân tích và lựa chọn phương án công nghệ - Phương án 1: Sử dụng khuôn phối hợp: Cắt hình, cắt trích và đột lỗ trên khuôn phối hợp Dập vuốt nông (chày nhấn) - Ưu điểm: Việc sử dụng khuôn phối hợp sẽ giúp giảm bớt được các nguyên công, đồng thời hạn chế được số lượng khuôn cần dùng mà việc chế tạo khuôn cũng không quá phức tạp, phù hợp với việc sản xuất hàng loạt.
- Nhược điểm: Do kết hợp nhiều nguyên công trên cùng một khuôn nên tuổi thọ của khuôn sẽ không cao. Hơn nữa nếu 1 nguyên công trong khuôn bị hỏng thì cần phải thay thế cả một bộ khuôn. - Phương án 2: Sử dụng khuôn đơn: Cắt hình Đột lỗ Cắt trích Dập vuốt nông (chày nhấn) - Ưu điểm: Tất cả các bước đều sử dụng khuôn đơn nên thiết kế đơn giản, nhanh gọn. - Nhược điểm: Do sử dụng khuôn đơn nên cần phải có nhiều khuôn, cùng với đó là nhiều máy móc, thiết bị vì vậy năng suất sẽ thấp và chi phí tốn kém.
20 - Phương án 3: Sử dụng khuôn liên tục: Cắt hình Đột lỗ Cắt trích Dập vuốt nông (chày nhấn) - Ưu điểm: Khuôn liên tục phù hợp với sản xuất hàng loạt, cho năng suất cao. Khi một nguyên công trong dây chuyền bị hỏng thì chỉ cần sửa chữa thay thế 1 nguyên công ấy mà không ảnh hưởng đến các nguyên công khác. - Nhược điểm: Việc chế tạo khuôn đòi hỏi sự liên tục trong dây chuyền sản xuất vì vậy sẽ khá là phức tạp. Với yêu cầu sản xuất hàng loạt và dựa theo phân tích của 3 phương án đã nêu trên thì ta chọn gia công chi tiết theo phương án 1 (sử dụng khuôn phối hợp).3 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết - Bước 1: Cắt dải phôi cuộn Chọn phôi cuộn có chiều rộng 156 mm, chiều dài 3000 m.
- Bước 2: Cắt hình, cắt trích và đột lỗ trên khuôn phối hợp +) Kích thước cắt (dài x rộng): 135 x 150 mm +) Khoảng cách giữa 2 phôi cắt: 3 mm +) Khoảng cách từ mép phôi cắt đến mép phôi cuộn: 3 mm +) Bo mép cắt với bán kính: R = 10 mm +) Cắt trích 6 đường với chiều dài mỗi đường: l = 83 m (Khoảng cách mỗi đường là 12 mm, được chia đều từ tâm phôi ra 2 mép phôi) +) Tổng diện tích đột trên 1 sản phẩm: Vậy hệ số sử dụng vật liệu là: Trong đó: 21 Số phôi = Chiều dài dải phôi (chiều dài 1 phôi + khoảng cách giữa 2 phôi) = - Bước 3: Dập vuốt nông (chày nhấn) 22 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUÔN DẬP TẠO HÌNH CHI TIẾT TẤM 2.1 Tính toán các thông số công nghệ 2.1 Cơ sở lý thuyết a) Cắt hình và đột lỗ bằng khuôn Cắt hình và đột lỗ là những nguyên công được sử dụng để tạo ra các chi tiết phẳng từ các phôi tấm, dài hoặc băng hoặc cũng có thể để cắt phôi cho các nguyên công uốn, dập vuốt và tạo hình. Khe hở z là khe hở giữa chày và cối khi cắt hình hoặc đột lỗ. Khe hở z nhỏ thì các chi tiết cắt ra sẽ có kích thước chính xác hơn, phẳng và không cần nắn lại. Tuy nhiên nó sẽ làm tăng sự tập trung ứng suất pháp ở các mép làm việc của chày và cối khiến các mép sắc nhanh bị cùn, dẫn tới giảm độ cứng vững và tuổi thọ của khuôn.
Khe hở z hợp lý thì các vết nứt xuất hiện từ mép chày và mép cối sẽ gặp nhau theo đường thẳng. Nếu khe hở z quá nhỏ thì các vết nứt sẽ không gặp nhau, còn nếu khe hở z quá lớn thì sẽ xuất hiện bavia. Nguyên tắc lấy khe hở z - Khi cắt hình: lấy khe hở z bằng cách giảm kích thước của chày, kích thước cối lấy bằng kích thước giới hạn nhỏ nhất của chi tiết. - Khi đột lỗ: lấy khe hở z bằng cách tăng kích thước của cối, kích thước chày lấy bằng kích thước giới hạn nhỏ nhất của lỗ.