Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp gia công cơ khí hiện đại, nhu cầu sản xuất hàng loạt các chi tiết kim loại tấm có biên dạng phức tạp với độ chính xác cao, thời gian gia công ngắn và chi phí tối ưu ngày càng đóng vai trò then chốt. Phương pháp dập nguội truyền thống trên các khuôn đơn lẻ bộc lộ nhiều hạn chế về năng suất, đòi hỏi nhiều bước gá đặt trung gian và tiêu hao nhân công. Công nghệ dập liên hoàn (progressive die) tích hợp tuần tự nhiều nguyên công (dập vuốt, đột cắt chữ, đột lỗ định vị, cắt bao hình) trong cùng một hệ thống khuôn trên một lần cấp phôi, cho phép tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao tính đồng đều và chất lượng sản phẩm.

Tuy nhiên, việc thiết kế và chế tạo khuôn dập liên hoàn là một quá trình kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi việc tính toán chính xác lực dập, khe hở chày cối, bán kính góc lượn, cân bằng áp lực khuôn và lựa chọn vật liệu dụng cụ phù hợp. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp mã số CKM-76 tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, đề tài "Thiết kế, tính toán, mô phỏng và chế tạo khuôn dập liên hoàn" được thực hiện nhằm giải quyết các nhiệm vụ sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan về công nghệ dập nguội kim loại tấm và các kết cấu khuôn dập liên hoàn.
  2. Phân tích đặc điểm hình học, kích thước và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm kim loại tấm cụ thể (mặt dây chuyền biểu trưng Khoa Cơ khí Chế tạo máy - FME).
  3. Lựa chọn vật liệu làm phôi và vật liệu chế tạo các cụm chi tiết khuôn; so sánh, lựa chọn phương án công nghệ dập tối ưu.
  4. Tính toán các thông số công nghệ: lực dập cắt, lực dập vuốt, lực giữ phôi, lực đẩy phôi, hành trình làm việc, trọng tâm áp lực và bền cơ học của các chi tiết khuôn.
  5. Thiết kế bản vẽ 2D và mô hình 3D hoàn chỉnh cho kết cấu bộ khuôn dập liên hoàn.
  6. Ứng dụng phần mềm phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng quá trình dập tạo hình, khảo sát ảnh hưởng của khe hở chày cối, bán kính góc lượn và cơ tính vật liệu đến ứng suất, biến dạng, lực dập, độ biến mỏng thành và chiều cao bavia.
  7. Lập quy trình công nghệ gia công cơ khí, tiến hành chế tạo, nhiệt luyện, lắp ráp hoàn thiện bộ khuôn dập.
  8. Thử nghiệm dập thực tế trên máy ép thủy lực, thu thập dữ liệu về lực, đo đạc kích thước bavia và độ dày thành sản phẩm bằng kính hiển vi chuyên dụng để đối chứng với kết quả mô phỏng số.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Bộ khuôn dập liên hoàn (bao gồm cụm khuôn trên, cụm khuôn dưới, hệ thống dẫn hướng, tấm chặn phôi, chày vuốt, chày đột chữ, chày cắt hình và tấm cối); vật liệu làm khuôn (thép SKD11, SKS93, thép kết cấu C45); quá trình biến dạng dẻo và cơ chế phá hủy của kim loại tấm khi dập nguội.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Sản phẩm ứng dụng: Mặt dây chuyền hình trái tim dập nổi chữ "FME" từ phôi kim loại tấm mỏng.
    • Vật liệu khảo sát: Phôi đồng thau C36500 (vật liệu sản phẩm chính); mở rộng khảo sát mô phỏng và thực nghiệm trên nhôm A1050, thép không gỉ SUS 304, SUS 430 và thép carbon CT38.
    • Phần mềm thiết kế và tính toán mô phỏng: AutoCAD, Autodesk Inventor, Siemens NX, PowerMill, Deform 3D, Altair InspireForm.
    • Thiết bị gia công và thử nghiệm: Máy phay CNC, máy cắt dây tia lửa điện (WEDM), máy mài phẳng, máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn và kính hiển vi quang học đo lường tại Xưởng Cơ khí chính xác, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết chuyên ngành

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết cốt lõi của công nghệ tạo hình kim loại tấm:

  • Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại: Cơ chế chuyển dịch mạng tinh thể dưới tác dụng của ứng suất vượt quá giới hạn chảy mà không gây phá hủy cấu trúc vật liệu. Quá trình dập tấm thuộc nhóm biến dạng kéo - nén (trong nguyên công dập vuốt) và biến dạng cắt trượt định hướng (trong nguyên công đột lỗ, cắt hình).
  • Cơ chế nguyên công cắt: Quá trình biến dạng cắt dập nguội diễn ra qua 4 giai đoạn nối tiếp: (1) Biến dạng đàn hồi và nén dẻo cục bộ; (2) Sự thâm nhập của chày vào bề mặt tấm; (3) Giai đoạn xuất hiện vết nứt tế vi từ mép cắt của chày và cối; (4) Giai đoạn phá hủy và tách rời hoàn toàn phần phôi. Mặt cắt chi tiết sau dập bao gồm 4 vùng đặc trưng: mặt nén (roll-over, chiếm 10–30% độ dày), mặt cắt trượt bóng (burnish, chiếm 25–50% độ dày), mặt đứt gãy nhám (fracture, chiếm 20–50% độ dày) và bavia (burr, tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu $\le 10%$ độ dày vật liệu).
  • Nguyên công dập vuốt (drawing): Biến đổi phôi phẳng thành chi tiết rỗng có chiều sâu mà không làm rách hay nhăn nheo mép. Ứng suất chính trong vùng biến dạng gồm ứng suất kéo hướng kính và ứng suất nén hướng tiếp tuyến tại vành phôi.
  • Tiêu chuẩn kết cấu khuôn dập nguội: Quy chuẩn thiết kế khe hở chày cối ($C$), góc thoát cối (relief angle $\alpha$ từ $45'$ đến $1^\circ$), chiều cao đoạn thẳng định hình ($h$), quy chuẩn lựa chọn linh kiện dẫn hướng và lò xo khuôn dập tải trọng nặng (lò xo SWB màu nâu theo tiêu chuẩn Misumi).

Phương pháp nghiên cứu

Đồ án tích hợp ba phương pháp nghiên cứu kỹ thuật:

  1. Phương pháp tính toán giải tích: Ứng dụng các công thức kinh nghiệm và giáo trình khuôn dập tiêu chuẩn (Giáo trình Thiết kế và chế tạo khuôn dập - PGS. Lê Trung Kiên; Tài liệu kỹ thuật khuôn dập Samsung) để tính toán diện tích, chu vi đường cắt, lực cắt $P_{cắt} = L \cdot S \cdot \tau$, lực vuốt $P_{vuốt}$, lực ép biên $Q$, lực cởi phôi $P_{chặn}$, tính toán tọa độ trọng tâm áp lực và kiểm nghiệm bền cho chày đột có tiết diện phức tạp.
  2. Phương pháp mô phỏng số (FEM): Sử dụng phần mềm Deform 3D để chia lưới phần tử hữu hạn, gán đặc tính phi tuyến của vật liệu, thiết lập điều kiện biên tiếp xúc và ma sát, mô phỏng quá trình dập cắt và dập vuốt theo từng dải thông số khe hở ($4%, 6%, 8%, 10%, 12%, 14%$ độ dày $S$) và bán kính góc lượn chày cối ($R0.3 \div R1.5$).
  3. Phương pháp thực nghiệm công nghệ: Tiến hành gia công các chi tiết khuôn trên máy CNC, cắt dây WEDM; nhiệt luyện tôi chân không đạt độ cứng yêu cầu ($58 \div 62\text{ HRC}$ cho thép SKD11); lắp ráp bộ khuôn hoàn chỉnh; gá đặt lên máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn để dập thử nghiệm phôi thật; ghi nhận lực dập thông qua hệ thống đo áp lực và phân tích chất lượng bề mặt cắt, đo chiều cao bavia, đo độ mỏng thành sản phẩm bằng kính hiển vi quang học.

Thiết kế kết cấu và quy trình chế tạo khuôn dập liên hoàn

Lựa chọn phương án công nghệ

Nhóm tác giả tiến hành đánh giá và so sánh ba phương án bố trí nguyên công trên dải băng tôn (strip layout):

Tiêu chí đánh giá Phương án 1: Dập vuốt $\rightarrow$ Đột chữ $\rightarrow$ Cắt hình (Cối bố trí trên 2 tấm cối riêng) Phương án 2: Đột chữ $\rightarrow$ Dập vuốt $\rightarrow$ Cắt hình (Chung tấm cối) Phương án 3 (Được chọn): Dập vuốt $\rightarrow$ Đột chữ $\rightarrow$ Cắt hình (Đảo vị trí chày cối)
Trình tự nguyên công Vuốt định hình lòng chảo $\rightarrow$ Đột chữ FME $\rightarrow$ Cắt bao hình biên dạng trái tim. Đột chữ FME trên phôi phẳng $\rightarrow$ Dập vuốt $\rightarrow$ Cắt bao hình. Dập vuốt $\rightarrow$ Đột cắt chữ $\rightarrow$ Cắt biên dạng ngoài (cụm chày cối bố trí đảo chiều hợp lý).
Ưu điểm Giảm thiểu số lòng khuôn trên một cụm; kết cấu từng cụm đơn giản, dễ sửa chữa bảo trì. Năng suất cao, thời gian sản xuất một chu kỳ ngắn, kích thước bộ khuôn tương đối gọn. Triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng giãn méo chữ; kiểm soát hướng bavia đồng nhất; kết cấu khuôn nhỏ gọn, độ bền cao, độ chính xác lặp lại ổn định.
Nhược điểm Khuôn có kích thước cồng kềnh, tiêu hao nhiều thép làm khuôn; chi phí gia công cao. Quá trình dập vuốt kéo giãn kim loại làm biến dạng chữ đã đột trước đó; bavia quay ra ngoài gây mất thẩm mỹ. Yêu cầu kỹ thuật gia công và lắp ráp cụm chày cối đảo chiều đòi hỏi độ chính xác cao.

Phương án 3 được lựa chọn làm phương án thiết kế chính thức vì giải quyết triệt để vấn đề biến dạng hình học của phần chữ và kiểm soát hướng thoát phoi/bavia tối ưu cho sản phẩm trang sức, mỹ nghệ.

Kết cấu bộ khuôn dập liên hoàn

Bộ khuôn được thiết kế dạng cụm khuôn liên hoàn 3 bước, bao gồm:

  • Cụm khuôn trên: Tấm đế trên bằng thép C45 kết nối trực tiếp với đầu trượt máy ép; tấm lót chày bằng thép nhiệt luyện chống lún chày; tấm giữ chày (punch holder) cố định hệ thống chày vuốt, chày đột chữ và chày cắt bao hình; tấm chặn phôi động (stripper plate) dẫn động bởi cụm lò xo nén SWB Misumi có nhiệm vụ ép phẳng dải băng tôn trước khi dập và cởi phôi ra khỏi chày sau hành trình dập.
  • Cụm khuôn dưới: Tấm đế dưới bằng thép C45 bắt chặt vào bàn máy; tấm lót cối; tấm cối chính chế tạo từ thép hợp kim SKD11 tích hợp lòng cối vuốt, các lỗ cối cắt đột và cối cắt hình bao; hệ thống thanh dẫn hướng dải tôn và chốt định vị bước tiến (pilot pin).
  • Hệ thống dẫn hướng khuôn: Sử dụng cụm trụ dẫn hướng và bạc dẫn hướng tiêu chuẩn có độ chính xác cao, đảm bảo độ đồng tâm giữa cụm khuôn trên và khuôn dưới trong suốt chu kỳ chuyển động tịnh tiến.

Quy trình công nghệ chế tạo và lắp ráp

  1. Gia công phôi thô: Phay phá, mài chuẩn các mặt phẳng chuẩn định vị trên các tấm đế, tấm cối, tấm giữ chày.
  2. Gia công tinh CNC: Phay định hình các hốc lắp ghép, gia công các lỗ ren, lỗ dẫn hướng trên trung tâm gia công CNC.
  3. Gia công tia lửa điện (WEDM): Cắt dây các lỗ biên dạng cối cắt hình, cối đột chữ và chày cắt trên thép SKD11 sau khi đã nhiệt luyện tôi đạt độ cứng $58 \div 62\text{ HRC}$, đảm bảo dung sai khe hở đồng đều trên toàn bộ chu vi cắt.
  4. Lắp ráp và cân chỉnh: Lắp ráp cụm dẫn hướng, ép các chi tiết chày vào tấm giữ chày, lắp tấm stripper, cân chỉnh khe hở chày cối bằng căn lá kỹ thuật và chạy thử nghiệm không tải trước khi gá lên máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn.

Nội dung chi tiết theo từng chương của đồ án

Chương 1: Giới thiệu

Chương mở đầu tập trung làm rõ tính cấp thiết của việc nghiên cứu và làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo khuôn dập liên hoàn trong nước. Tác giả trình bày ý nghĩa khoa học trong việc làm chủ mô hình mô phỏng số biến dạng dẻo và ý nghĩa thực tiễn khi tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh phục vụ sản xuất. Xác định rõ mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu (hệ thống khuôn, vật liệu phôi C36500, A1050, SUS 304, SUS 430, CT38), phạm vi công nghệ và tóm tắt kết cấu 6 chương của bản thuyết minh.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày hệ thống lý thuyết về gia công biến dạng dẻo kim loại tấm, phân loại các phương pháp dập nguội, kết cấu chi tiết của khuôn dập đơn và khuôn dập liên hoàn. Phân tích sâu cơ chế hình thành vết nứt, bavia, các yếu tố ảnh hưởng trong nguyên công cắt và nguyên công dập vuốt. Tổng hợp và phân tích 20 công trình nghiên cứu quốc tế và 3 công trình trong nước liên quan đến tối ưu hóa khe hở chày cối, bán kính góc lượn, ma sát và sự biến mỏng thành chi tiết dập sâu, từ đó rút ra các khoảng trống nghiên cứu cần tiếp tục giải quyết.

Chương 3: Thiết kế, tính toán và chế tạo

Nội dung chương trình bày chi tiết bản vẽ 2D/3D của sản phẩm mặt dây chuyền FME từ vật liệu đồng thau C36500; phân tích và lựa chọn phương án công nghệ 3 bước (Vuốt $\rightarrow$ Đột chữ $\rightarrow$ Cắt hình). Sử dụng AutoCAD để trích xuất chu vi, diện tích và mô men quán tính của từng biên dạng; tính toán các lực dập công nghệ ($P_{cắt}$, $P_{vuốt}$, $P_{chặn}$, $P_{đẩy}$), xác định tâm áp lực của toàn bộ khuôn dập để bố trí chuôi khuôn chống hiện tượng lệch tâm gây kẹt. Lập bảng quy trình công nghệ gia công chi tiết cho tấm đế trên, tấm cối SKD11 và trình tự lắp ráp cụm khuôn.

Chương 4: Vật liệu và phương pháp

Giới thiệu chi tiết thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ tính (độ bền kéo, giới hạn chảy, độ giãn dài, hệ số biến cứng $n$, hệ số dị hướng $R$) của 5 loại vật liệu khảo sát: C36500, A1050, SUS 304, SUS 430, CT38. Mô tả quy trình thiết lập bài toán mô phỏng trên phần mềm Deform 3D (chia lưới, định nghĩa vật liệu dẻo, tiếp xúc ma sát, vận tốc dập). Trình bày thông số kỹ thuật của máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn, thiết bị gá kẹp, phương pháp đo lực và quy trình đo đạc kích thước vi mô trên kính hiển vi quang học.

Chương 5: Mô phỏng, thực nghiệm

Trình bày toàn bộ kết quả phân tích số và kết quả thực nghiệm dập mẫu:

  • Đánh giá ảnh hưởng của dải khe hở chày cối ($4%, 6%, 8%, 10%, 12%, 14%$) đến lực dập, trường ứng suất Von-Mises, biến dạng tương đương (effective strain) và chiều cao bavia trên cả nguyên công cắt biên và nguyên công cắt chữ FME.
  • Khảo sát ảnh hưởng của bán kính góc lượn cối ($R0.3 \div R1.5$) đến lực vuốt, độ biến mỏng thành và sự phân bố ứng suất cục bộ tại đáy chi tiết.
  • So sánh đáp ứng tạo hình của 5 loại vật liệu khác nhau; ghi nhận hiện tượng rách mép đối với nhôm A1050 và chất lượng bề mặt cắt tối ưu của đồng thau C36500. Trưng bày hình ảnh sản phẩm thực tế dập ra từ bộ khuôn hoàn thiện.

Chương 6: Kết luận – Kiến nghị

Đánh giá mức độ hoàn thành so với các mục tiêu ban đầu đề ra; khẳng định tính đúng đắn của mô hình tính toán và mô phỏng số thông qua mức độ tương quan cao với dữ liệu thực nghiệm; nêu rõ các đóng góp kỹ thuật và kiến nghị các hướng phát triển hoàn thiện hệ thống trong các nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả nghiên cứu và đóng góp kỹ thuật

Kết quả định lượng chính từ mô phỏng và thực nghiệm

  1. Ảnh hưởng của khe hở chày cối đến nguyên công cắt:

    • Khi khe hở chày cối tăng từ $4%$ lên $14%$ độ dày phôi, lực dập cực đại có xu hướng giảm dần do ứng suất trượt tập trung sớm hơn tại mép cắt.
    • Khe hở quá nhỏ ($4%$) gây ra hiện tượng cắt trượt thứ cấp (secondary shear), làm tăng độ mài mòn của lưỡi cắt và tăng lực cởi phôi.
    • Khe hở quá lớn ($> 10%$) làm tăng bán kính nén (roll-over) và làm chiều cao bavia (burr height) tăng nhanh vượt mức tiêu chuẩn cho phép ($> 10%$ độ dày tấm).
    • Khe hở tối ưu xác định cho phôi đồng thau C36500 nằm trong khoảng $6% \div 8%$ độ dày vật liệu, đảm bảo bề mặt cắt có tỷ lệ vùng cắt trượt bóng (burnish zone) đạt từ $35% \div 45%$, bavia nhỏ hơn $0.05\text{ mm}$ và vết nứt trên/dưới trùng khớp hoàn toàn.

  2. Ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến nguyên công dập vuốt:

    • Bán kính góc lượn cối ($R$) có ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái ứng suất kéo và độ biến mỏng cục bộ tại vùng góc lượn đáy sản phẩm.
    • Khi bán kính góc lượn nhỏ ($R \le 0.3\text{ mm}$), ứng suất kéo cục bộ tăng cao vượt quá giới hạn bền của vật liệu, dẫn đến hiện tượng biến mỏng quá mức ($> 25%$) và xuất hiện vết nứt/rách đáy.
    • Khi tăng bán kính góc lượn lên dải $R0.5 \div R0.8\text{ mm}$, ứng suất tập trung giảm dần, dòng kim loại chảy vào cối thuận lợi, độ biến mỏng thành giảm xuống mức an toàn ($8% \div 14%$) mà không làm xuất hiện nếp nhăn vành.

  3. Ảnh hưởng của đặc tính vật liệu đến quá trình tạo hình:

Loại vật liệu Giới hạn bền kéo $\sigma_b$ / Ứng suất cắt $\tau$ Đặc tính biến mỏng thành khi vuốt Hiện tượng bề mặt và bavia Khả năng ứng dụng trên bộ khuôn
Đồng thau C36500 $\tau = 275 \div 345\text{ N/mm}^2$ Độ biến mỏng đều ($10 \div 12%$), không nứt rách Bavia nhỏ, mặt cắt mịn bóng Tối ưu nhất cho sản phẩm mặt dây chuyền FME
Nhôm A1050 Giới hạn bền thấp, độ dẻo cao Biến mỏng cục bộ lớn, dễ rách mép góc lượn Dễ dính bám chày cối, bavia kéo dài Cần tăng bán kính góc lượn và giảm lực kẹp
Inox SUS 304 Độ bền cao, hóa bền biến dạng mạnh Yêu cầu lực vuốt lớn, biến mỏng thành thấp Bavia sắc, áp lực cắt lên chày lớn Đòi hỏi khe hở chày cối lớn hơn ($8 \div 10%$)
Inox SUS 430 Cơ tính trung bình Độ biến mỏng ổn định Mặt cắt đạt độ bóng khá Có thể dập tạo hình tốt
Thép CT38 Độ dẻo và độ bền cân bằng Biến mỏng thành đều Chiều cao bavia trung bình Đáp ứng tốt yêu cầu dập cắt định hình

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Hoàn thiện quy trình tích hợp từ khâu tính toán lý thuyết, mô phỏng số trên phần mềm Deform 3D đến chế tạo thực tế bằng công nghệ CNC, cắt dây WEDM cho bộ khuôn dập liên hoàn 3 bước.
  • Cung cấp bộ dữ liệu đối chứng thực nghiệm có độ tin cậy cao giữa mô hình FEM và sản phẩm thực tế dập trên máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn.
  • Đề xuất và chứng minh tính hiệu quả của phương án đảo vị trí chày cối trong việc bảo vệ hình học chữ dập nổi và kiểm soát hướng bavia đồng nhất cho các sản phẩm tấm mỏng có tính mỹ thuật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án

  • Thử nghiệm dập thực tế được thực hiện bằng phương pháp cấp phôi thủ công theo từng bước trên máy ép thủy lực có tốc độ dập tương đối thấp, chưa phản ánh đầy đủ ảnh hưởng của vận tốc dập cao và quán tính dòng chảy kim loại trong dây chuyền dập tự động công nghiệp.
  • Nghiên cứu chưa trang bị hệ thống tự động cuốn xả và nắn phẳng cuộn phôi liên tục (uncoiler - leveler - feeder) gắn liền với máy dập.
  • Chưa tiến hành khảo sát thực nghiệm chu kỳ dài hạn để đánh giá tốc độ mài mòn, tuổi thọ của lưỡi cắt chày cối SKD11 theo số lần dập (strokes).

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nghiên cứu tích hợp cơ cấu cấp phôi tự động tốc độ cao (feeder cơ khí hoặc servo) để nâng cao năng suất và đưa bộ khuôn vào ứng dụng sản xuất thực tiễn.
  • Ứng dụng các công nghệ xử lý bề mặt và phủ màng cứng mỏng tiên tiến (như phủ TiN, TiAlN, DLC bằng công nghệ PVD) trên chày và cối SKD11 nhằm tăng khả năng chống mài mòn và nâng cao tuổi thọ khuôn.
  • Mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các loại vật liệu kim loại tấm có cường độ siêu cao (thép AHSS, hợp kim titan) phục vụ ngành công nghiệp ô tô và hàng không.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Chế tạo máy: Cung cấp tài liệu hoàn chỉnh từ phương pháp luận, các bước tính toán thiết kế chi tiết khuôn, lựa chọn linh kiện tiêu chuẩn (Misumi) đến quy trình lập trình gia công phay CNC, cắt dây WEDM và lắp ráp khuôn dập liên hoàn.
  • Kỹ sư thiết kế khuôn mẫu (Die/Mold Engineer): Cung cấp các thông số kỹ thuật thực nghiệm, quy trình thiết lập bài toán mô phỏng biến dạng dẻo trên Deform 3D để dự đoán khuyết tật (rách, nhăn, bavia) trước khi tiến hành gia công chế tạo khuôn thực tế.
  • Các đề tài nghiên cứu tương tự: Sử dụng dữ liệu đối chứng về ảnh hưởng của khe hở chày cối và bán kính góc lượn đối với các mác vật liệu C36500, A1050, SUS 304 làm cơ sở so sánh cho các bài toán tối ưu hóa thông số công nghệ dập tấm.

Câu hỏi thường gặp

1. Sản phẩm thực nghiệm của đồ án là gì và được chế tạo từ loại vật liệu nào?
Sản phẩm thực nghiệm là mặt dây chuyền hình trái tim dập nổi chữ viết tắt tên Khoa Cơ khí Chế tạo máy ("FME" - Faculty of Mechanical Engineering). Vật liệu sản phẩm chính được lựa chọn là đồng thau C36500 nhờ tính dẻo tốt, dễ dập vuốt nhẹ, dễ đột cắt, không đòi hỏi lực dập quá lớn và có tính thẩm mỹ cao.

2. Trình tự công nghệ nào đã được nhóm tác giả lựa chọn cho bộ khuôn dập liên hoàn và tại sao?
Nhóm tác giả đã lựa chọn Phương án 3 với trình tự 3 nguyên công: Dập vuốt $\rightarrow$ Đột chữ $\rightarrow$ Cắt hình kết hợp đảo chiều bố trí chày cối. Phương án này ngăn chặn triệt để hiện tượng giãn méo chữ đã đột nếu dập vuốt sau, đồng thời giúp hướng bavia của đường cắt bao ngoài và các lỗ đột đồng nhất, tăng tính thẩm mỹ và độ chính xác cho sản phẩm.

3. Thép SKD11 được sử dụng cho bộ phận nào của khuôn và được gia công bằng phương pháp gì?
Thép hợp kim dụng cụ SKD11 được sử dụng để chế tạo các chi tiết chịu mài mòn và chịu lực cắt trực tiếp, bao gồm tấm cối chính, các đầu chày cắt hình và chày đột chữ. Quy trình gia công bao gồm phay thô, nhiệt luyện tôi chân không đạt độ cứng $58 \div 62\text{ HRC}$, mài phẳng và gia công cắt dây tia lửa điện (WEDM) để đạt dung sai khe hở chính xác.

4. Dải khe hở chày cối tối ưu cho nguyên công dập cắt được xác định là bao nhiêu?
Qua phân tích mô phỏng Deform 3D và thử nghiệm dập thực tế với 6 mức khe hở ($4%, 6%, 8%, 10%, 12%, 14%$), dải khe hở chày cối tối ưu cho phôi đồng thau C36500 là $6% \div 8%$ chiều dày vật liệu. Dải thông số này giúp đường nứt từ chày và cối gặp nhau trùng khít, giảm tối đa chiều cao bavia ($< 0.05\text{ mm}$) và tránh hiện tượng cắt trượt thứ cấp.

5. Thiết bị chính nào được sử dụng để kiểm chứng lực dập và đánh giá chất lượng sản phẩm thực tế?
Quá trình dập thử nghiệm thực tế được thực hiện trên máy ép thủy lực Profi Press công suất 50 tấn để ghi nhận lực tác động; chất lượng mặt cắt, chiều cao bavia và độ biến mỏng thành đáy sản phẩm được đo đạc, kiểm tra thông qua hệ thống kính hiển vi quang học độ phóng đại cao.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, tính toán, mô phỏng và chế tạo khuôn dập liên hoàn" đã giải quyết trọn vẹn chuỗi nhiệm vụ nghiên cứu kỹ thuật từ tính toán lý thuyết, thiết kế kết cấu 3D, mô phỏng số đến gia công cơ khí chính xác và thử nghiệm thực tế. Công trình chứng minh tính hiệu quả của phương án dập vuốt - đột chữ - cắt hình liên hoàn với kết cấu chày cối đảo chiều trên phôi đồng thau C36500, xác lập được dải thông số khe hở ($6% \div 8%$) và bán kính góc lượn ($R0.5 \div R0.8\text{ mm}$) tối ưu. Bộ khuôn dập hoàn chỉnh hoạt động ổn định trên máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn, tạo ra sản phẩm dập đạt độ chính xác hình học và chất lượng bề mặt cao, đóng góp một mô hình mẫu về phương pháp kết hợp mô phỏng FEM và thực nghiệm trong đào tạo và nghiên cứu công nghệ chế tạo máy.