Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu thế tự động hóa và phát triển công nghiệp hiện đại, công nghệ gia công kim loại bằng áp lực đóng vai trò nền tảng trong ngành chế tạo máy. Phương pháp này tận dụng ngoại lực tác động để tạo biến dạng dẻo trên phôi kim loại theo biên dạng yêu cầu, cho phép sản xuất các chi tiết có hình học phức tạp với năng suất cao, tiết kiệm phôi liệu và giá thành thấp. Trong đó, công nghệ dập tạo hình kim loại tấm (đặc biệt là nguyên công dập vuốt) đã được ứng dụng sâu rộng trong các lĩnh vực chế tạo ô tô, hàng không, quân sự và thiết bị gia dụng tại các quốc gia phát triển. Tại Việt Nam, quy mô ứng dụng công nghệ dập tấm đang từng bước mở rộng nhưng vẫn còn đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật trong quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo bộ khuôn chính xác.
Đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo khuôn dập vuốt” (Mã số: CTM-42) được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Vũ Lưng dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thanh Tân tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 03/2024). Nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tiễn cần thiết kế, cải tiến bộ khuôn dập vuốt sản phẩm chi tiết dạng cốc tròn xoay (cụ thể là sản phẩm vỏ đồng hồ) và tương thích hóa với thiết bị máy ép thủy lực hiện có tại xưởng chế tạo.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 3 nhiệm vụ cụ thể:
- Áp dụng công nghệ tạo hình kim loại tấm để sản xuất các bộ phận máy móc có độ chính xác và chất lượng cao.
- Nghiên cứu và đánh giá các đặc tính, độ chính xác của công nghệ dập khuôn thông qua các bài toán mô phỏng số, từ đó thực hiện các điều chỉnh đối với quy trình gia công thực tế.
- Sử dụng phần mềm Deform 3D để mô phỏng quá trình dập vuốt, đưa ra phương án chế tạo khuôn hợp lý, chính xác nhằm tạo ra sản phẩm đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật.
Đối tượng nghiên cứu của đồ án bao gồm:
- Công nghệ gia công kim loại bằng áp lực, trọng tâm là công nghệ dập tạo hình kim loại tấm.
- Phần mềm hỗ trợ thiết kế 3D (Creo Parametric) và phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn chuyên ngành dập (Deform 3D).
- Thiết bị máy ép thủy lực khung chữ C Profi Press 50 tấn tại xưởng thực hành.
Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát các kết cấu khuôn dập vuốt trên thị trường; tính toán lực dập, khe hở chày - cối, bán kính góc lượn, độ bền chi tiết; lên phương án thiết kế 3D cải tiến bộ khuôn; mô phỏng số ảnh hưởng của các thông số công nghệ (bán kính góc lượn cối, chiều dày phôi, đường kính phôi, vật liệu phôi); chế tạo, lắp ráp và dập thử nghiệm thực tế trên máy ép Profi Press 50 tấn.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đề tài xây dựng trên nền tảng lý thuyết biến dạng dẻo kim loại và công nghệ dập nguội kim loại tấm:
- Lý thuyết biến dạng dẻo: Dưới tác dụng của tải trọng, kim loại trải qua 3 giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo (được biểu thị bằng mức độ biến dạng dư $\varepsilon_P$) và biến dạng phá hủy. Quá trình dập vuốt thuộc nhóm biến dạng kéo - nén kết hợp, biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng thành các chi tiết rỗng có hình dạng tiết diện ngang theo thiết kế với sự thay đổi không đáng kể của chiều dày vật liệu $S$ (thường $S \le 4\text{ mm}$ đối với dập nguội).
- Kết cấu khuôn và vật liệu làm khuôn: Phân loại khuôn dập tấm gồm khuôn đơn giản (khuôn đơn), khuôn liên hợp và khuôn phối hợp. Các chi tiết làm việc chịu tải trọng và ma sát cao (chày, cối) được chế tạo từ thép hợp kim dụng cụ chất lượng cao như SKD11, DC11, SKS93, SK3 (được nhiệt luyện tôi - ram đạt độ cứng 50–62 HRC). Các bộ phận kết cấu đỡ và định vị (áo chày, áo cối, tấm chặn phôi, tấm gá, tấm đế) sử dụng thép kết cấu carbon CT38 hoặc C45.
- Tài liệu lý thuyết tham khảo cốt lõi: "Công nghệ dập nguội" (tác giả Lê Nhương) và "Thiết kế chế tạo khuôn dập nguội" (tác giả Lê Trung Kiên).
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán giải tích, mô phỏng số và thực nghiệm chế tạo:
- Phương pháp tính toán giải tích: Xác định các thông số công nghệ dập vuốt cho sản phẩm vỏ đồng hồ ($d = \varnothing 100\text{ mm}$, chiều cao $h = 26\text{ mm}$, bán kính góc lượn đáy $r = 5\text{ mm}$, chiều dày $s = 1\text{ mm}$), bao gồm: đường kính phôi khai triển ban đầu $D_0$, hệ số dập vuốt $\beta$, khe hở hướng kính $u$, bán kính góc lượn cối $r_c$, diện tích và lực chặn phôi $Q$, lực dập vuốt lớn nhất $P_{DV}$, tổng lực dập của máy $F$ và công dập $W$.
- Phương pháp mô phỏng số phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm Deform 3D để thiết lập mô hình bài toán biến dạng dẻo. Bộ chày và cối được gán mô hình vật liệu cứng tuyệt đối (rigid), phôi được gán mô hình vật liệu dẻo (plastic) chia lưới 100.000 phần tử. Khảo sát biến thiên đơn yếu tố đối với góc lượn cối, chiều dày phôi, đường kính phôi và mác vật liệu để đánh giá phân bố ứng suất, lực dập và các hiện tượng khuyết tật (nhăn, rách, biến mỏng thành).
- Phương pháp thực nghiệm và kiểm nghiệm: Gia công cơ khí chính xác các chi tiết khuôn bằng máy công cụ, xử lý nhiệt luyện chày cối, tiến hành lắp ráp căn chỉnh khe hở và thực hiện dập thử trên máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn để so sánh sản phẩm thực tế với kết quả tính toán và mô phỏng.
Thiết kế kỹ thuật và triển khai thực nghiệm
Tính toán thông số công nghệ dập vuốt
Chi tiết dập vuốt vỏ đồng hồ có đường kính ngoài $d = 100\text{ mm}$ (đường kính trong trung bình tính toán $d_{tb} = 98\text{ mm}$), chiều cao $h = 26\text{ mm}$, bán kính góc $r = 5\text{ mm}$, độ dày phôi $s = 1\text{ mm}$.
| Thông số công nghệ tính toán |
Công thức áp dụng |
Giá trị tính toán (Nhôm Al99,5) |
Giá trị tính toán (Thép CT38) |
| Đường kính phôi ban đầu ($D_0$) |
$D_0 = \sqrt{d^2 + 4dh} = \sqrt{98^2 + 4 \cdot 98 \cdot 26}$ |
$140,7\text{ mm} \rightarrow$ Chọn $141\text{ mm}$ |
$140,7\text{ mm} \rightarrow$ Chọn $141\text{ mm}$ |
| Mức độ dập vuốt ($\beta$) |
$\beta = D_0 / d = 141 / 100$ |
$1,41 < [\beta] = 2$ (Dập 1 nguyên công) |
$1,41 < [\beta] = 2$ (Dập 1 nguyên công) |
| Khe hở chày - cối ($u$) |
$u = s \cdot \sqrt{D_0 / d} = 1 \cdot \sqrt{141 / 98}$ |
$1,19\text{ mm} \rightarrow$ Chọn $1,2\text{ mm}$ |
$1,19\text{ mm} \rightarrow$ Chọn $1,2\text{ mm}$ |
| Khe hở 2 bên ($z$) |
$z = 2 \cdot u$ |
$2,4\text{ mm}$ |
$2,4\text{ mm}$ |
| Bán kính góc lượn cối ($r_c$) |
$r_c = 0,035 \cdot [50 + (D_0 - d)] \cdot \sqrt{s}$ |
$\approx 5\text{ mm}$ |
$\approx 5\text{ mm}$ |
| Diện tích chặn phôi ($F_v$) |
$F_v = \frac{\pi}{4} \cdot (D_0^2 - d_e^2)$ |
$6.382,4\text{ mm}^2$ |
$6.382,4\text{ mm}^2$ |
| Lực dập vuốt lớn nhất ($P_{DV}$) |
$P_{DV} = \pi(d + s) \cdot s \cdot \sigma_b \cdot \frac{\beta - 1}{[\beta] - 1}$ |
$16,37\text{ kN}$ ($\sigma_b = 100\text{ N/mm}^2$) |
$80,19\text{ kN}$ ($\sigma_b = 490\text{ N/mm}^2$) |
| Lực chặn phôi ($Q$) |
$Q = F_v \cdot q$ |
$1,1\text{ kN}$ |
$5,15\text{ kN}$ |
| Tổng lực dập cần thiết ($F$) |
$F = P_{DV} + Q$ |
$17,37\text{ kN} \approx 1,77\text{ tấn}$ |
$85,34\text{ kN} \approx 8,70\text{ tấn}$ |
| Công dập vuốt ($W$) |
$W = P_{DV} \cdot h \cdot k$ |
$0,3274\text{ kNm}$ |
$1,6038\text{ kNm}$ |
Cải tiến kết cấu và chế tạo khuôn dập
Dựa trên việc phân tích nhược điểm của bộ khuôn cũ, tác giả đề xuất phương án thiết kế mới với các điểm cải tiến kỹ thuật cụ thể:
| Tiêu chí kết cấu |
Phương án thiết kế cũ |
Phương án thiết kế mới (Cải tiến) |
| Tương thích thiết bị |
Chiều cao không phù hợp máy ép Profi Press 50 tấn |
Điều chỉnh chiều cao tổng thể tương thích không gian làm việc của máy |
| Định vị chày |
Thiếu bậc định vị chống xoay, dễ lệch tâm và hư hỏng |
Bổ sung bậc định vị chống xoay chính xác cho chày |
| An toàn lò xo |
Lò xo quá dài, dễ bị bung nguy hiểm cho thợ vận hành |
Cắt ngắn và hiệu chỉnh hành trình lò xo đảm bảo an toàn thao tác |
| Thao tác lấy sản phẩm |
Không có cơ cấu đẩy phôi, tốn nhiều thời gian lấy chi tiết |
Tích hợp hệ thống chốt đẩy phôi, tối ưu hóa thời gian chu kỳ dập |
Quy cách vật liệu và kích thước chế tạo các chi tiết chính trong bộ khuôn:
- Cối dập: Thép SKD11, kích thước $150 \times 106 \times 58\text{ mm}$, độ cứng sau nhiệt luyện đạt 50–60 HRC.
- Chày dập: Thép SKD11, kích thước $100 \times 60 \times 88\text{ mm}$, độ cứng 50–60 HRC.
- Tấm gá cối: Thép CT38, kích thước $330 \times 25 \times 180\text{ mm}$.
- Tấm gá chày: Thép CT38, kích thước $410 \times 35 \times 250\text{ mm}$.
- Tấm đế khuôn: Thép CT38, kích thước $410 \times 250 \times 25\text{ mm}$.
- Dẫn hướng: Trục dẫn hướng $\varnothing 25\text{ mm}$ ($L = 145\text{ mm}$); Bạc dẫn hướng $\varnothing 35\text{ mm}$ ($L = 50\text{ mm}$).
Thông số thiết bị máy ép thử nghiệm
Thiết bị thực hiện dập thử là máy ép thủy lực khung chữ C Profi Press (PPCD):
- Lực ép danh nghĩa: 50 tấn; Công suất động cơ: $4\text{ kW}$; Áp suất làm việc tối đa: $320\text{ bar}$.
- Vận tốc làm việc: $6,3\text{ mm/s}$; Hành trình piston tối đa: $250\text{ mm}$; Chiều cao hành trình mở: $850\text{ mm}$.
- Kích thước bàn máy trên: $550 \times 300\text{ mm}$; Kích thước bàn máy dưới: $700 \times 450\text{ mm}$ (có rãnh chữ T).
- Hệ thống an toàn: Điều khiển nút bấm hai tay đạt mô-đun an toàn cấp IV, hai màn chắn bảo vệ cố định phía bên và khoảng mở làm việc $600\text{ mm}$ phía trước.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 làm rõ tính cấp thiết của việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ gia công kim loại tấm trong bối cảnh sản xuất hiện đại. Tác giả nêu bật ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài trong việc làm chủ quy trình công nghệ dập vuốt, kết hợp mô phỏng số dự báo khuyết tật phục vụ sản xuất cơ khí chính xác tại Việt Nam. Chương này xác định rõ 3 mục tiêu nghiên cứu trọng tâm, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và bố cục 6 chương của toàn bộ đồ án.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 2 trình bày tổng quan lý thuyết về công nghệ dập tạo hình kim loại tấm, phân loại nguyên công dập nguội, lý thuyết biến dạng dẻo qua 3 vùng (đàn hồi, dẻo, phá hủy) và các phương pháp biến dạng cơ bản. Tác giả phân tích cấu tạo khuôn dập vuốt, phân loại khuôn (đơn, liên hợp, phối hợp), đặc tính kỹ thuật các mác thép làm khuôn (SKD11, DC11, SKS93, SK3). Đồng thời, chương này tổng thuật chi tiết 23 công trình nghiên cứu quốc tế và 3 công trình trong nước liên quan đến các yếu tố ảnh hưởng trong dập vuốt (bán kính chày cối, lực chặn phôi, khe hở xuyên tâm, biến mỏng thành, ứng suất dư và phần mềm mô phỏng).
Chương 3: Tính toán và thiết kế
Chương 3 trình bày toàn bộ quá trình tính toán giải tích các thông số kỹ thuật cho sản phẩm vỏ đồng hồ ($d = \varnothing 100\text{ mm}, h = 26\text{ mm}, s = 1\text{ mm}$). Kết quả tính toán cho thấy mức độ dập vuốt $\beta = 1,41 < 2$, cho phép thực hiện trong 1 nguyên công dập vuốt với đường kính phôi $D_0 = 141\text{ mm}$, khe hở $u = 1,2\text{ mm}$, bán kính góc cối $r_c = 5\text{ mm}$. Tổng lực dập tính toán đối với nhôm Al99,5 là $17,37\text{ kN}$ và thép CT38 là $85,34\text{ kN}$, hoàn toàn phù hợp với máy ép Profi Press 50 tấn. Chương này phân tích chi tiết ưu nhược điểm giữa phương án thiết kế khuôn cũ và phương án cải tiến mới, đồng thời đưa ra bản vẽ kích thước và chọn vật liệu cho từng chi tiết trong bộ khuôn (cối, chày, tấm gá cối, tấm gá chày, tấm đế, trục và bạc dẫn hướng).
Chương 4: Mô phỏng
Chương 4 thực hiện 5 bài toán mô phỏng số trên Deform 3D để khảo sát các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình biến dạng dẻo của chi tiết:
- Ảnh hưởng của góc lượn cối ($R_c = 2, 3, 4, 5, 6\text{ mm}$): Khi $R_c$ tăng, diện tích tiếp xúc tăng làm giảm ứng suất tập trung; $R_c$ quá nhỏ ($2\text{ mm}$) khiến ứng suất tập trung cục bộ rất lớn gây rách chi tiết.
- Ảnh hưởng của chiều dày phôi ($s = 1,0 \div 1,5\text{ mm}$): Chiều dày phôi tăng làm tăng ma sát và biến mỏng thành, lực dập cối tăng từ $501.475,8\text{ N}$ lên $5.547.185\text{ N}$. Phôi $s = 1,0\text{ mm}$ nhỏ hơn khe hở ($1,2\text{ mm}$) dễ xuất hiện vết nhăn; phôi $s = 1,5\text{ mm}$ lớn hơn khe hở gây biến mỏng thành lên tới $43,4%$ dễ dẫn đến rách thành cốc.
- Ảnh hưởng của đường kính phôi ($D_0 = 145, 150, 160\text{ mm}$): Ứng suất biến thiên từ $119\text{ MPa}$ đến $205\text{ MPa}$, lực dập thay đổi không đáng kể, do đó cần tối ưu hóa kích thước phôi nhỏ nhất ($141\text{ mm}$) để tiết kiệm chi phí.
- Ảnh hưởng của vật liệu phôi: Khảo sát so sánh giữa nhôm $1050$ ($\sigma_b = 85\text{ MPa}$) và thép CT3 ($\sigma_b = 373\text{ MPa}$).
- Ảnh hưởng của bước hành trình: Đánh giá sự phân bố ứng suất và biến dạng theo hành trình tịnh tiến của cối.
Chương 5: Chế tạo, thực nghiệm và đánh giá
Chương 5 mô tả quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết khuôn tại xưởng, yêu cầu kỹ thuật và trình tự các bước lắp ráp bộ khuôn hoàn chỉnh. Tác giả tiến hành kiểm tra độ đồng tâm, độ êm và khe hở dẫn hướng, sau đó gá đặt bộ khuôn lên máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn để dập thử nghiệm thực tế trên phôi có chiều dày $s = 1\text{ mm}$. Sản phẩm sau dập được tiến hành đo đạc kích thước hình học thực tế, kiểm tra chất lượng bề mặt và đánh giá độ sâu định hình.
Chương 6: Kết luận – Đánh giá
Chương 6 tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được của đồ án về mặt tính toán lý thuyết, thiết kế 3D, mô phỏng số Deform 3D và kết quả dập thử nghiệm thực tế bộ khuôn.
Kết quả và đóng góp
Kết quả định lượng từ mô phỏng và thực nghiệm
- Khảo sát ảnh hưởng của bán kính góc lượn cối ($R_c$) trên Deform 3D:
| Góc lượn cối ($R_c$) |
Lực tác động lên cối ($F$) |
Đánh giá biến dạng và khuyết tật |
| $R_c = 2\text{ mm}$ |
$5.832.009\text{ N}$ |
Diện tích tiếp xúc nhỏ, ứng suất tập trung cao, nguy cơ rách vật liệu lớn |
| $R_c = 3\text{ mm}$ |
$3.384.675\text{ N}$ |
Lực dập giảm mạnh, vùng biến dạng bắt đầu ổn định |
| $R_c = 4\text{ mm}$ |
$3.550.895\text{ N}$ |
Lực phân bố đều, tạo hình ổn định |
| $R_c = 5\text{ mm}$ |
$4.013.929\text{ N}$ |
Giá trị góc lượn tối ưu theo tính toán giải tích, sản phẩm không bị rách |
| $R_c = 6\text{ mm}$ |
$6.110.232\text{ N}$ |
Lực cối tăng cao do diện tích tiếp xúc uốn mở rộng |
- Khảo sát ảnh hưởng của chiều dày phôi ($s$) và hiện tượng biến mỏng thành:
| Chiều dày phôi ($s$) |
Mức độ biến mỏng thành |
Hiện tượng biến dạng quan sát qua mô phỏng |
| $s = 1,0\text{ mm}$ |
Thành đáy biến dạng nhẹ |
Nhỏ hơn khe hở ($1,2\text{ mm}$), xuất hiện nếp nhăn ở phần tường chi tiết |
| $s = 1,2\text{ mm}$ |
$14,16%$ |
Bằng khe hở chày - cối, nếp nhăn giảm thiểu rõ rệt, chất lượng đạt yêu cầu |
| $s = 1,4\text{ mm}$ |
$36,18%$ |
Biến mỏng thành mạnh, xuất hiện vết rách ở đường cong đáy |
| $s = 1,5\text{ mm}$ |
$43,40%$ |
Lực dập tăng lên $5.547.185\text{ N}$, ứng suất vượt giới hạn bền gây phá hủy |
- Khảo sát đường kính phôi ($D_0$):
- Phôi $D_0 = 145\text{ mm}$: Ứng suất $\sigma = 119\text{ MPa}$.
- Phôi $D_0 = 150\text{ mm}$: Ứng suất $\sigma = 192\text{ MPa}$.
- Phôi $D_0 = 160\text{ mm}$: Ứng suất $\sigma = 205\text{ MPa}$.
- Lực tác động thay đổi rất ít, khẳng định việc chọn $D_0 = 141\text{ mm}$ theo tính toán lý thuyết là tối ưu về mặt chi phí và lực máy.
- Kết quả chế tạo và dập thực nghiệm:
- Hoàn thành bộ khuôn dập vuốt thực tế với chày, cối bằng thép SKD11 đạt độ cứng 50–60 HRC, các tấm gá bằng thép CT38.
- Bộ khuôn vận hành an toàn và ổn định trên máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn, thực hiện dập thành công sản phẩm vỏ đồng hồ bằng phôi nhôm/thép có chiều dày $s = 1\text{ mm}$, đạt chiều cao $h = 26\text{ mm}$ theo đúng bản vẽ kỹ thuật.
Đóng góp của đề tài
- Hoàn thiện giải pháp kết cấu: Khắc phục các lỗi mất an toàn và khó khăn khi vận hành của khuôn cũ thông qua việc bổ sung cơ cấu đẩy phôi tự động/bán tự động, khóa bậc định vị xoay cho chày và thu ngắn chiều dài làm việc của lò xo.
- Tích hợp mô phỏng số vào thiết kế: Thiết lập quy trình phân tích phần tử hữu hạn bằng Deform 3D giúp dự báo chính xác các vị trí xuất hiện khuyết tật (nhăn thành, rách đáy, biến mỏng thành), rút ngắn thời gian thử nghiệm khuôn thực tế và giảm chi phí phế phẩm.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Nghiên cứu thực nghiệm thực tế mới chỉ dừng lại ở nguyên công dập vuốt đơn giản 1 lần cho chi tiết dạng cốc tròn xoay đối xứng (vỏ đồng hồ) với chiều dày phôi $s = 1\text{ mm}$; chưa thực nghiệm mở rộng trên nhiều dải chiều dày và các mác vật liệu hợp kim đặc chủng khác.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Nghiên cứu phát triển bộ khuôn dập liên tục hoặc khuôn phối hợp (cắt phôi - dập vuốt - đột lỗ) để gia tăng mức độ tự động hóa và năng suất.
- Khảo sát sâu hơn các điều kiện bôi trơn và thông số nhiệt sinh ra trong quá trình dập vuốt hàng loạt trên phần mềm mô phỏng và thực tế.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Chế tạo máy, Cơ khí động lực, Cơ điện tử: Cung cấp ví dụ thực tế đầy đủ từ tính toán lý thuyết, thiết kế kết cấu 3D, mô phỏng số đến quy trình gia công, lắp ráp và chạy thử khuôn dập.
- Kỹ sư thiết kế khuôn mẫu dập nguội kim loại tấm: Tham khảo bộ thông số thiết lập mô phỏng chi tiết trên Deform 3D (phương pháp chia lưới 100.000 phần tử, thiết lập chuyển vị cối, điều kiện biên ma sát) và các giải pháp kết cấu an toàn cho khuôn dập trên máy ép thủy lực công nghiệp.
Câu hỏi thường gặp
1. Đường kính phôi khai triển của sản phẩm vỏ đồng hồ được tính toán là bao nhiêu và sản phẩm cần dập qua mấy nguyên công?
Theo công thức tính toán khai triển diện tích không đổi $D_0 = \sqrt{d^2 + 4dh} = \sqrt{98^2 + 4 \cdot 98 \cdot 26}$, đường kính phôi tính được là $140,7\text{ mm}$, tác giả chọn $D_0 = 141\text{ mm}$. Hệ số dập vuốt tính toán $\beta = D_0 / d = 141 / 100 = 1,41$. Do $\beta = 1,41$ nhỏ hơn hệ số giới hạn $[\beta] = 2$ tra bảng, chi tiết chỉ cần dập vuốt qua 1 nguyên công duy nhất.
2. Bán kính góc lượn của cối ($R_c$) ảnh hưởng như thế nào đến ứng suất và khuyết tật của sản phẩm trong mô phỏng Deform 3D?
Khi bán kính $R_c$ quá nhỏ ($2\text{ mm}$), diện tích tiếp xúc $A$ giảm làm ứng suất tập trung tăng vọt, lực dập lên cối đạt $5.832.009\text{ N}$ khiến sản phẩm dễ bị phá hủy (rách đáy/thành). Khi tăng bán kính lên $3–5\text{ mm}$, diện tích tiếp xúc tăng, ứng suất phân bố đều và lực dập giảm xuống mức tối ưu ($3,38 \div 4,01\text{ MN}$), loại bỏ khuyết tật rách.
3. Tại sao khi dập phôi có chiều dày $s = 1,5\text{ mm}$ sản phẩm lại có nguy cơ hỏng cao hơn phôi $s = 1,0\text{ mm}$ và $s = 1,2\text{ mm}$?
Với khe hở chày cối được thiết kế $u = 1,2\text{ mm}$, khi sử dụng phôi dày $s = 1,5\text{ mm}$ (lớn hơn khe hở), hiện tượng biến mỏng cưỡng bức xảy ra rất mạnh với độ biến mỏng thành lên tới $43,40%$. Lực ma sát và lực ép cối tăng vọt lên $5.547.185\text{ N}$, dẫn đến ứng suất vượt giới hạn bền của vật liệu, gây rách sản phẩm và làm mài mòn nhanh bề mặt làm việc của khuôn. Ngược lại, khi phôi mỏng $s = 1,0\text{ mm}$ (nhỏ hơn khe hở), lực ma sát phân bố không đều dẫn đến xuất hiện nếp nhăn ở thành cốc.
4. Những cải tiến chính của kết cấu bộ khuôn mới so với bộ khuôn cũ là gì?
Phương án thiết kế mới đã: (1) Điều chỉnh chiều cao khuôn để tương thích với không gian làm việc của máy ép Profi Press 50 tấn; (2) Thiết kế thêm bậc định vị chống xoay cho chày; (3) Cắt ngắn chiều dài lò xo để tránh nguy cơ lò xo bị bung gây mất an toàn lao động; (4) Tích hợp hệ thống chốt và tấm đẩy phôi giúp lấy sản phẩm ra nhanh chóng, giảm chu kỳ thao tác.
5. Vật liệu và độ cứng sau nhiệt luyện của chày và cối dập được quy định như thế nào?
Chày dập (kích thước $100 \times 60 \times 88\text{ mm}$) và cối dập (kích thước $150 \times 106 \times 58\text{ mm}$) được chế tạo từ thép hợp kim chuyên dụng SKD11 theo tiêu chuẩn JIS. Sau quá trình gia công cơ khí, chi tiết được nhiệt luyện (tôi và ram) để đạt độ cứng bề mặt làm việc trong khoảng 50–60 HRC nhằm đảm bảo khả năng chống mài mòn và chịu tải trọng dập lặp lại.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Vũ Lưng đã hoàn thành trọn vẹn quy trình nghiên cứu, tính toán công nghệ, mô phỏng số và chế tạo thực tế bộ khuôn dập vuốt cho sản phẩm vỏ đồng hồ. Bằng việc kết hợp phần mềm Deform 3D để phân tích 5 bài toán biến dạng dẻo, tác giả đã làm rõ quy luật ảnh hưởng của góc lượn cối, chiều dày và đường kính phôi đến sự hình thành khuyết tật và phân bố lực dập. Kết quả dập thử nghiệm thành công trên máy ép thủy lực Profi Press 50 tấn đã kiểm chứng tính chính xác của các giải pháp thiết kế cải tiến, tạo ra sản phẩm cơ khí đạt đúng tiêu chuẩn kỹ thuật đề ra.
