ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC CHO SẢN PHẨM GẦU MÊN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1   TỔNG QUAN.. 7

1.1       Nghiên cứu thị trường. 7

1.2       Tổng quan về thiết bị8

1.2.1    Thiết bị trên thế giới8

1.2.2    Thiết bị trong nước. 10

1.3       Tính cấp thiết của đề tài11

1.4       Mục đích và nội dung đề tài12

1.4.1    Mục đích. 12

1.4.2    Nội dung. 12

1.5       Khái niệm, nguyên lý dập vuốt12

1.5.1    Khái niệm dập vuốt12

1.5.2    Nguyên lý dập vuốt14

1.6       Phân loại dập vuốt15

1.6.1 Dập vuốt có biến mỏng vật liệu. 15

1.6.1    Dập vuốt không biến mỏng vật liệu. 15

1.7       Dập vuốt một nguyên công, dập vuốt nhiều nguyên công. 18

1.8       Các khuyết tật trong quá trình dập. 21

1.9       Tổng quan về biến dạng dẻo kim loại22

1.10     Các hiện tượng xảy ra khi biến dạng dẻo. 24

1.11     Những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo kim loại25

1.11.1    Trạng thái ứng suất25

1.11.2    Tốc độ biến dạng và nhiệt độ. 25

1.11.3    Thành phần và tổ chức kim loại25

1.12     Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức kim loại26

1.12.1    Ảnh hưởng cửa biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại26

1.12.2    Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới lý tính kim loại26

1.12.3    Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới hóa tính. 26

1.13     Các định luật cơ bản áp dụng khi gia công bằng áp lực. 26

1.13.1    Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại song song với biến dạng dẻo. 26

1.13.2    Định luật ứng suất dư. 27

1.13.3    Định luật thể tích không đổi27

1.13.4    Định luật trở lực bé nhất27

CHƯƠNG 2   : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TẠO HÌNH SẢN PHẨM... 28

2.1       Xác định các yêu cầu kỹ thuật28

2.2       Lựa chọn phương án thiết kế. 30

2.2.1    Phân tích chức năng. 30

2.2.2    Phương án tạo hình sản phẩm.. 30

CHƯƠNG 3     : THIẾT KẾ KHUÔN NHỜ SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM PAMSTAMP  35

3.1       Thiết kế công nghệ. 35

3.1.1    Xác định kích thước phôi35

3.1.2    Xác định số lần dập cần thiết36

3.1.3    Xác định lực dập cần thiết36

3.1.4    Thông số giữa chày và khuôn. 37

3.2       Mô phỏng sử dụng phần mềm Pam Stamp. 40

CHƯƠNG 4   Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy dập thủy lực. 55

4.1       Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực. 55

4.2       Phân tích lựa chọn phương án kết cấu máy. 56

4.3       Các phương án động học. 61

4.3.1    Phương án 1: Thiết kế máy ép thủy lực sử dụng 1 xylanh công tác. 61

4.3.2    Phương án 2: Thiết kế máy ép thủy lực sử dụng 4 xylanh công tác hoạt động đồng bộ  62

4.3.3    Phương án 3: Thiết kế máy ép thủy lực sử dụng 2 xylanh công tác hoạt động đồng bộ  63

CHƯƠNG 5   THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG HỌC MÁY ÉP THỦY LỰC.. 65

5.1       Xác định các thông số động học. 65

5.1.1    Phân tích hoạt động của máy và chuyển động của các cơ cấu. 65

5.1.2    Phân tích thời gian, vận tốc chu kỳ dập.66

5.2       Thiết kế hệ thống thủy lực. 66

CHƯƠNG 6   THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC HỌCMÁY DẬP THỦY LỰC.. 68

6.1       Tính toán các thông số kỹ thuật của từng chi tiết68

6.1.1    Chất lỏng công tác và áp suất sử dụng. 68

6.1.2    Bộ phận tác động: xy lanh – piston. 69

 

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sản phẩm.. 7

Hình 1.2 Các thiết bị trên thế giới9

Hình 1.3  Các thiết bị hiện có tại Việt Nam.. 10

Hình 1.4 Các chi tiết dạng tròn xoay. 12

Hình 1.5 Các chi tiết dạng hộp. 13

Hình 1.6 Chi tiết dạng tấm trong ngành ô tô. 13

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý dập vuốt14

Hình 1.8. 16

Hình 1.9Sơ đồ dập vuốt có chặn phôi [1]. 17

Hình 1.10 Sự phân bố ứng suất và biến dạng ở phần vành khi dập vuốt [1]. 18

Hình 1.11 Các chi tiết có chiều cao và đường kính khác nhau. 18

Hình 1.12 Các giai đoạn của quá trình dập vuốt tiếp theo [1]. 19

Hình 1.13 Đặc điểm của quá trình dập vuốt ở nguyên công trung gian [1]. 19

Hình 1.14 Biểu đồ kéo vật liệu dẻo. 22

Hình 1.15 Sơ đồ lệch. 23

Hình 1.16Sơ đồ song tinh. 23

Hình 2.1 Hình vẻ các thông số của chi tiết28

Hình 2.2 Sơ đồ phân tích chức năng. 29

Hình 2.3 Dập vuốt tác động kép [2]. 30

Hình 2.4 Dập vuốt tác động đơn [2]. 31

Hình 2.5 Dập vuốt ngược, [2]. 32

Hình 3.1 Hình vẽ các thông số kỹ thuật của chi tiết34

Hình 3.2 Hình vẽ các thông số của chày và khuôn. 36

Hình 3.3 Trình tự mô phỏng sử dụng phần mềm Pam Stamp. 39

Hình 3.4 Mô hình hoá phần khuôn. 41

Hình 3.5 Biên dạng phôi41

Hình 3.6  a)Chày dập      b) Chặn phôi42

Hình 3.7 Gân hạn chế dòng vật liệu chảy vào. 43

Hình 3.8 Thông số cơ bản của gân vuốt43

Hình 3.9 Các hiện tượng có thể xảy ra khi tiến hành dập chi tiết44

Hình 3.10 Độ biến mỏng của sản phẩm sau khi dập. 44

Hình 3.11 Kết quả dập cuối cùng. 45

Hình 3.12 Biểu đồ biến mỏng cuối cùng. 46

Hình 3.13 Kết quả dập không có gân Drawbeads. 46

Hình 3.14 Biểu đồ lực dập cần thiết47

Hình 3.15 Sản phẩm hình chữ nhật48

Hình 3.16 Biểu đồ FLD sản phẩm hình chữ nhật49

Hình 3.17 Bề dày sản phẩm sau khi dập. 49

Hình 3.18 Biểu đồ biến mỏng của chi tiết50

Hình 3.19 Biểu đồ FLD sau khi dập. 50

Hình 3.20 Chiều dày sản phẩm sau khi dập. 51

Hình 3.21 Biểu đồ biến mỏng sản phẩm.. 51

Hình 3.22 Kích thước phôi sau khi tối ưu. 52

Hình 3.23 Biểu đồ FLD sau khi tối ưu phôi52

Hình 3.24. 53

Hình 3.25. 53

Hình 4.1 Các bộ phận chính của máy ép thủy lực. 54

Hình 4.2 Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực. 55

Hình 4.3 Máy ép dạng khung chữ C.. 55

Hình 4.4 Máy ép thủy lực 1 xylanh không có trụ định tâm.. 56

Hình 4.5 Máy ép thủy lực dạng song động. 57

Hình 4.6 Máy ép thủy lực 4 trụ dẫn hướng. 58

Hình 4.7 Sơ đồ mạch thủy lực máy ép sử dụng 1 xylanh công tác. 60

Hình 4.8 Sơ đồ mạch thủy lực sử dụng 4 xylanh công tác. 61

Hình 4.9 Sơ đồ mạch thủy lực máy ép thủy lực sử dụng 2 xylanh công tác. 62

Hình 5.1 Chu trình làm việc của hệ thống. 66

Hình 6.1 Các thành phần cơ bản của xylanh - piston. 68

Hình 6.2 Xylanh tác động đơn. 69

Hình 6.3 Xylanh tác động kép. 69

Hình 6.4 Xylanh kiểu bậc. 70

Hình 6.5 Xylanh kiểu Pluger. 70

 

CHƯƠNG 1                  TỔNG QUAN

1.1       Nghiên cứu thị trường

Hiện nay, ngành công nghiệp sản xuất đồ gia dụng ngày càng phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người.

Một trong số các sản phẩm được sử dụng rộng rãi là gầu mên một sản phẩm tiện dụng trong việc đựng thực phẩm.

 

Hình 1.1Sản phẩm

a)Sản phẩm gầu mên dạng hình trụ

 b)Sản phẩm gầu mên dạng hình hộp

Trên thực tế sản phẩm trên được sản xuất bằng phương pháp gia công áp lực làm biến dạng kim loại tấm theo hình dạng mong muốn. Ưu điểm của phương pháp này so với khi thực hiện bằng phương pháp đúc là:

-          Độ bóng, độ chính xác cao hơn các chi tiết đúc.

-          Dễ cơ giới hóa và tự động hóa năng suất cao, giá thành hạ.

-          Có thể gia công được chi tiết mỏng hơn.

-          Khử được một số khuyết tật đúc như rỗ khí, rỗ co làm cho tổ chức kim loại mịn, cơ tính sản phẩm cao.

-          Tiết kiệm được vật liệu sử dụng

Với sản phẩm trên theo theo khảo sát của nhóm thì hầu hết sử dụng phương pháp dập vuốt (deep drawing) trong sản xuất hàng loạt với các máy ép dùng cơ cấu như trục khuỷa hay thủy lực tạo ra lực ép yêu cầu.

 

1.2        Tổng quan về thiết bị

1.2.1        Thiết bị trên thế giới

Trên thế giới hiện nay có nhiều công ty chế tạo máy ép phục vụ cho ngành công nghiệp nặng và nhẹ như các loại máy ép dùng trong sản xuất giày, máy ép dùng để nong lỗ trong sản xuất chi tiết máy, máy ép dùng để đột, máy ép dùng để ép gạch, các đồ gia dụng,…

Qua tìm hiểu các công ty chuyên chế tạo và sản xuất máy ép chủ yếu tập trung ở những nước có nền công nghiệp phát triển mạnh như Mỹ có  công ty DENISON được thành lập từ năm 1900, tại Ấn Độ có công ty VELJAN, công ty YUKEN của Đài Loan chuyên cung cấp các loại van và bơm thủy lực khí nén, tại Đức có công ty SCHULER chuyên sản xuất chế tạo sửa chữa bảo dưỡng các loại máy ép thủy lực cũng như cung cấp thiết bị phụ tùng cho hệ thống thủy lực khí nén và một số công ty khác như ASHUN – Đài Loan, TAIWAN FLUID POWER – Đài Loan, WINNER – Đài Loan,…cũng chuyên cung cấp các thiết bị phụ tùng chohệ thống thủy lực và khí nén.

Hình 1.2Các thiết bị trên thế giới  a) Máy ép thủy lực 2 trụ dẫn hướng b) Máy ép thủy lực song động c) Máy ép thủy lực 2 xilanh ép khung chữ H d) Máy ép thủy lực SCHULER khung chữ C

 

1.2.2        Thiết bị trong nước

Đa số các công ty sản xuất máy ép chỉ sản xuất theo đơn đặt hàng của đối tác. Điều này đã dẫn đến thực trạng nước ta không có công ty nào thiết kế và chế tạo ra máy ép hoàn chỉnh. Do kinh nghiệm cũng như công nghệ là chưa đủ, mà các công ty chủ yếu là phân phối lại các sản phẩm của công ty nước ngoài hoặc nhận đơn đặt hàng ở Việt Nam rồi đưa sang các công ty chính để chế tạo. Mặt khác, việc đăng ký bản quyền phát minh ở Việt Nam chưa được Nhà nước ta bảo hộ nên các doanh nghiệp chưa mạnh dạn đầu tư thiết kế, chế tạo để cạnh tranh với doanh nghiệp ngoài nước.

Dưới đây là một số loại máy ép thủy lực đang có mặt trên thị trường Việt Nam

Hình 1.3  Các thiết bị hiện có tại Việt Nam

a) Máy ép thủy lực 1 xilanh không trụ dẫn hướng

             b) Máy ép thủy lực 1 xilanh loại lực ép nhỏ

                           c) Máy ép thủy lực 1 xilanh không trụ dẫn hướng loại lực ép lớn

                                    d) Máy ép thủy lực 1 xilanh không trụ dẫn hướng loại lực ép trung bình

                           e) Máy ép thủy lực dùng nhiều xilanh ép

                           f) Máy ép thủy lực có trụ dẫn hướng khung chữ H

                         

1.3       Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với tiến trình toàn cầu hóa, xu hướng các quốc gia xích lại với nhau về kinh tế nói chung cũng như việc chuyển giao công nghệ, máy móc nói riêng đó chính là hình thức các công ty đa quốc gia: công ty mẹ (nhà sản xuất) – công ty con (nhà phân phối). Hiện nay, tại Việt Nam chưa có công ty nào sản xuất và chế tạo máy ép thủy lực mà chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài về của các hãng sản xuất nổi tiếng như đã giới thiệu ở phần 1.2. Trong hoàn cảnh nước ta đang trên đường phát triển nền kinh tế công nghiệp, nhu cầu sử dụng máy móc là rất lớn và đa dạng. Tuy nhiên, lâu nay thị trường này vốn thuộc về các nhà sản xuất máy móc thiết bị nước ngoài với rất nhiều ưu thế về công nghệ và kinh nghiệm, đã tạo ra sự chi phối về giá cả cũng như mẫu mã kích thước của sản phẩm. Chính điều này đã tạo ra sự lãng phí trong việc sử dụng máy móc hoặc là sự không dung hòa về kích thước của chi tiết gia công và kích thước của máy.

1.4       Mục đích và nội dung đề tài

1.4.1        Mục đích

Hiện nay các nhà máy đang sử dụng những máy ép lâu đời, chủ yếu là mua lại những máy móc đã qua sử dụng, gây nguy hiểm cho người vận hành. Nguyên nhân trên là do chi phí mua những máy móc ngoại nhập cao, các máy móc sản xuất trong nước thì hạn hẹp, không đảm bảo yêu cầu. Vì vậy  nhóm quyết định chọn đề tài thiết kế máy ép thủy lực cho sản phẩm gầu mên để phục vụ cho nhu cầu cấp thiết trong nước.

Ưu điểm của đề tài là sử dụng thêm những phần mềm hỗ trợ làm cho việc thiết kế được chính xác hơn, tiết kiệm được các chi phí nguyên vật liệu dư thừa, nhưng vẫn đảm bảo sự an toàn  khả năng vận hành của máy ép thủy lực.

1.4.2        Nội dung

Nội dung sơ bộ của đề tài bao gồm các phần sau:

1. Sơ đồ nguyên lí.
2. Tính toán kích thước phôi, lực dập cần thiết.
3. Thiết kế sơ đồ mạch thủy lực.
4. Tính toán lựa chọn các thiết bị của mạch thủy lực.

• Bộ phận tác động: Xylanh -  Piston
• Hệ thống van
• Bơm
• Đường ống
• Hệ thống làm mát dầu
• Hệ thống lọc dầu
• Thùng chứa dầu
• Thân máy ép

5. Phân tích bền kết cấu máy.
6. Thiết kế, mô phỏng khuôn ép bằng phần mềm Pam Stamp.
7. Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy.

 

1.5       Khái niệm, nguyên lý dập vuốt

1.5.1         Khái niệm dập vuốt

Dập vuốt là một nguyên công nhằm biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng để tạo ra các chi tiết rỗng có hình dạng và kích thước cần thiết.

Dập vuốt là phương pháp gia công dựa vào khả năng biến dạng dẻo của kim loại, dùng lực của thiết bị làm cho kim loại biến dạng dẻo theo hình dạng, kích thước yêu cầu, kim loại vẫn giứ nguyên được tính nguyên vẹn, không bị phá hủy.

Dập vuốt thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn đàn hồi. Kết quả làm thay đổi hình dáng của vật thể kim loại mà không phá hủy tính liên tục và độ bền của chúng.

Đặc điểm của dập vuốt là kim loại gia công ở thể rắn, sau khi gia công xong không những thay đổi cả về cơ, lý, hóa: như phi kim mịn hơn, hạt đồng đều hơn, thay đổi tổ chức hạt của hạt thành tổ chức thớ, khử được các khuyết tật ( rổ khí,…) do đúc gây nên, nâng cao cơ tính và tuổi bền của chi tiết, chất lượng sản phẩm tốt, đặt biệt độ bóng bề mặt, giá thành sản phẩm hạ và tiết kiệm nguyên liệu, dễ cơ khí hóa và tự động hóa.

Các chi tiết dập vuốt có hình dạng khác nhau và được chia thành những nhóm như sau:

-          Nhóm các chi tiết có hình dạng  tròn xoay ( bát đĩa, võ đèn, chụp đèn).

-          Nhóm các chi tiết có dạng hình hộp ( vỏ bọc điện tử, thiết bị đo).

-          Nhóm các chi tiết có hình dạng phức tạp ( vỏ ô tô, các chi tiết máy kéo).

Hình 1.4Các chi tiết dạng tròn xoay

Hình 1.5Các chi tiết dạng hộp

Hình 1.6Chi tiết dạng tấm trong ngành ô tô

Các chi tiết thường được dập vuốt với phôi ở trạng thái nguội mà không cần phải nung phôi. Trừ khi dập vuốt các chi tiết từ các tấm kim loại dày ( S>20mm) thì người ta có thể nung phôi để giảm trở lực biến dạng. Khi dập vuốt các chi tiết từ phôi tấm bằng hợp kim nhôm, để nâng cao mức độ biến dạng sau mỗi nguyên công , người ta có thể nung nóng cục bộ vùng biến dạng dẻo. Để chế tạo các chi tiết dập vuốt, người ta sử dụng các kim loại tấm có tính dẻo cáo như thép cacbon thấp chất lượng và thép kết cấu hợp kim thấp, nhôm, hợp kim nhôm, và các kim loại khác…

1.5.2        Nguyên lý dập vuốt

Khi dập vuốt ngoại lực truyền qua chày, tác dụng vào phần đáy của chi tiết dập vuốt còn phần vành của phôi vẫn được tự do và không chịu tác dụng của ngoại lực.

Hình 1.7Sơ đồ nguyên lý dập vuốt

Dập vuốt được tiến hành trong các khuôn chuyên dùng bao gồm các bộ phận làm việc như: cối 1 có mép làm việc được lượn tròn, chày dập vuốt 2, tấm chặn vật liệu 3 và phôi 4. Khi dập vuốt có chiều dày tương dối S/D lớn thì khuôn dập vuốt có thể không cần dùng tấm chặn 3.Giữa chày và cối dập vuốt có 1 khe hở z, trị số khe hở z tùy thuộc vào phương pháp dập (có biến mỏng thành và không biến mỏng thành); chiều dày vật liệu phôi S và thứ tự nguyên công.

1.6        Phân loại dập vuốt

Phương pháp dập vuốt được chia làm hai phương pháp: dập vuốt có biến mỏng vật liệu và dập vuốt không biến mỏng vật liệu.

1.6.1 Dập vuốt có biến mỏng vật liệu

Dập vuốt có chủ định làm thay đổi ( giảm) chiều dày của phôi được gọi là dập vuốt có biến mỏng vật liệu (hay gọi là dập vuốt có biến mỏng). Đa số các trường hợp dập vuốt có biến mỏng được thực hiện với phôi đã được dập vuốt lần đầu không biến mỏng (từ phôi phẳng).

Khi dập vuốt có biến mỏng, chiều dày của thành chi tiết sẽ bị giảm đi so với chiều dày của phôi ban đầu và đường kính của phôi cũng sẽ giảm đi một chút nhưng không đáng kể (trong tính toán công nghệ người ta bỏ qua sự thay đổi về đường kính). Khi dập vuốt có biến mỏng, khe hở giữa chày và cối có trị số nhỏ hơn chiều dày phôi: z < S.

1.6.1         Dập vuốt không biến mỏng vật liệu

Dập vuốt không chủ định làm giảm chiều dày vật liệu được gọi là dập vuốt không biến mỏng. Dập vuốt không biến mỏng có đặc điểm là chỉ giảm đường kính của phôi còn chiều dày thành của chi tiết hầu như không đổi. Trong trường hợp này khe hở giữa chày và cối của khuôn dập vuốt có trị số bằng hoặc lớn hơn chiều dày phôi: z ≥ S.

Trong quá trình dập vuốt không biến mỏng, phần mép vành của phôi có thể không kéo hết vào trong cối đồng thời suất hiện các ứng suất kéo  và ứng suất nén . Thành phần ứng suất nén sẽ tác đọng theo hướng tiếp tuyến ( hướng vòng), vì vậy với một tỉ số giữa đường kính chi tiết dập vuốt và đường kính phôi nhất định sẽ gây ra hiện tượng nhăn ở phần vành (đó chính là hiện tượng mất ổn định ở phần vành) dẫn đến việc  kéo các sóng nhăn vào khe hở giữa chày và cối với ứng suất kéo  rất lớn, từ đó gây ra  phế phẩm ( đứt, rách,…). Để ngăn sự tạo nếp nhăn người ta dùng tấm chặn vật liệu. Do đó trong quá trình dập vuốt không có biến mỏng chia làm 2 dạng: dập vuốt có chặn phôi và dập vuốt không có chặn phôi.

1.6.1.1       Dập vuốt không có chặn phôi

Được thực hiện trên khuôn không có tấm chặn trên máy ép tác động đơn. Ổ biến dạng nằm ở phần vành có dạng côn trong đó có các thành phần ứng suất kéo hướng kính  và ứng suất nén tiếp tuyến .

Khả năng dập giới hạn bởi 2 yếu tố: nếu chiều dày tương đối của phôi nhỏ sẽ xảy ra sự tạo nếp nhăn ở vành côn do thành phần ứng suất nén tiếp tuyến  , hoặc chiều dày tương đối của phôi lớn biến dạng cục bộ trên chiều dày thành sẽ làm cho ứng suất tại vùng chuyển tiếp đáy và thành của chi tiết vượt quá giới hạn phá hủy gây ra đứt đáy.

Điều kiện để dập vuốt không có chặn phôi 1 cách gần đúng có thể sử dụng theo công thức số liệu của L.A. Sophman

                                     D₀ – d ≤ ( 18: 22) S                                          (1.1)

Với      D₀: đường kính phôi

d: đường kính chi tiết dập vuốt

S: chiều dày vật liệu

Thường khi dập vuốt không có chặn trong các cối có miệng hình côn sẽ ít bị nhăn hơn so với khi dập vuốt trong các cối có miệng hình trụ.Sự tạo thành nếp nhăn trong các cối hình côn tùy thuộc vào chiều rộng tương đối của vành, bán kính góc lượn của cối và góc nghiêng của nó.Góc nghiêng miệng cối lấy từ 30 ÷ 45 khi chiều dày tương đối của thành phần trụ d/s  > 30 và góc nghiêng  = 15 ÷20 khi d/s < 30.

                                            D_côn = 0,9 D₀                                           (1.2)

Để có thể giảm chiều cao của cối ta sử dụng cối có độ côn kép. Phần phía trên cối ( phần miệng) có góc côn φ₁ = 12÷15. Đường kính lỗ côn ở phần dưới ( cửa vào ) có thể được xác định dựa vào giả thiết của Valiev.

 

  (a)                                                                        (b)

Hình 1.8        

a) Giai đoạn đầu khi dập vuốt không có chặn phôi [1]

b) Cối có dạng hình côn kép [1]

 

Khi tăng mức độ biến dạng , lực ma sát, ứng suất chảy và chiều dày của  phôi thì ứng suất kéo hướng kính  cũng tăng lê. Còn khi bán kính góc lượn của cối tăng lên thì ứng suất  giảm đi.

Dập vuốt không có chặn phôi có thể thực hiện được với bề mặt làm việc của cối có dạng đường đẳng tiếp cự. Khi đó phần vành phôi tiếp thụ 2 mặt cong. Điều đó có khả năng nâng mức độ biến dạng tới hạn, đồng thời tăng tính chống mài mòn của cối.

Thực nghiệm cho thấy mức đọ biến dạng giới hạn cho phép khi dập vuốt không có chặn trong cối có dạng đường đẳng tiếp cự cao hơn cối côn (=30), và mức độ biến dạng tới hạn trong cối côn cao hơn cối trụ.

1.6.1.2        Dập vuốt có chặn phôi

Dập vuốt có chặn phôi chia thành 2 giai đoạn : giai đoạn đầu là khi phôi được kéo vào trong cối cho đến khi góc ôm của phôi xung quanh mép làm việc của chày và cối vơi góc <  . Giai đoạn sau khi góc ôm  xấp xỉ

Hình 1.9Sơ đồ dập vuốt có chặn phôi [1]

 

Ở giai đoạn đầu của quá trình có sự giảm chiều dày phôi tại ổ biến dạng là hình vành khăn có chiều rộng c-d. Khi đó bán kính phôi R₀ không giảm. Nếu lực biến dạng và lực chặn phôi lớn thì sự phá hủy phôi thường bắt đầu ở vùng c-d là vùng nguy hiểm ( có độ bền kém nhất). Khi lực dập vuốt tăng lên thì ổ biến dạng dẻo cũng tăng lên và cũng lan dần sang cả phần vành, thậm chí trong trường hợp riêng ổ biến dạng dẻo có thể cả ở phần đáy của phôi. Sau khi toàn bộ phần vành bị biến dạng thì giai đoạn 2 bắt đầu, được đặt trưng bỏi góc ôm và giảm bán kính vành ( R_vành < R₀)

Khi góc ôm tăng gần đến 90⁰ thì tâm bán kính góc lượn của chày và cối ( r_ch và r_c) gần như nằm trong cùng 1 mức ( nằm ngang) tại thời điểm tiếp xúc bất kỳ của giai đoạn 2, sau khi đã kéo phôi vào trong cối với chiều sâu nhất định, ở mép cối có 3 phần của phôi với 3 trạng thái khác nhau ( phần vành khăn 1, phần hình trụ 2, phần đáy 3).

Ở phần vành 1 được giới hạn bởi 2 vòng tròn có bán kính R và r , bằng thực nghiệm người ta đã xác định được trạng thái ứng suất là phẳng bởi vì ứng suất nén  do áp lực của tấm chặn gây ra là rất nhỏ so với ứng suất chảy , còn khi dập vuốt không có lực chặn thì hầu như không có

Như vậy phần vành của chi tiết dập vuốt được gọi là vùng biến dạng dẻo, còn phần hình trụ đáy gọi là vùng truyền lực biến dạng.

Hình 1.10Sự phân bố ứng suất và biến dạng ở phần vành khi dập vuốt [1]

1.7       Dập vuốt một nguyên công, dập vuốt nhiều nguyên công

Tùy theo chiều cao tương đối của chi tiết, người ta có thể dập một hay nhiều nguyên công để tạo ra chi tiết.Ở nguyên công đầu, phôi phẳng có đường kính D được dập vuốt để tạo ra thành phôi rỗng có đường kính d₁ và chiều cao h₁, ở các nguyên công sau, phôi rỗng được tiếp tục dập vuốt để nhằm mục đích tăng chiều cao và giảm đường kính (hoặc giảm tiết diện ngang) của phôi. Hình 1.11 giải thích cho việc tùy theo chiều cao tương đối của chi tiết mà có thể dập một hay nhiều nguyên công, số nguyên công dập giảm dần từ chi tiết 1 đến chi tiết 7.

Hình 1.11Các chi tiết có chiều cao và đường kính khác nhau

Khi dập vuốt từ phôi phẳng sau một nguyên công ta có thể nhận được chi tiết hình trụ với chiều sâu không lớn, thường chiều cao tương đối h/d ≤ 0,7 ÷ 0,8. Khi dập vuốt các chi tiết với chiều sâu lớn hơn, ứng suất kéo ở phần thành chi tiết (tại tiết diện ngang nguy hiểm) thường tăng lên rất lớn và có thể làm đứt đáy. Vì vậy khi dập vuốt các chi tiết có chiều cao tương đối h/d lớn, người ta thường phải tiến hành dập vuốt qua nhiều nguyên công. Khi đó, ứng suất kéo hướng kính, phát sinh ở phần thành chi tiết sẽ giảm đi tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dập vuốt.

Trong quá trình dập vuốt phôi ở trạng thái nguội, kim loại thường bị hóa bền, làm giảm tính dẻo của kim loại, Sự hóa bền quá mức của kim loại có thể dẫn đến làm mất tính dẻo và cuối cùng dẫn đến phá hủy. Vì vậy quá trình chế tạo các chi tiết có chiều cáo tương đối lớn ( h/d > 1) giữa các nguyên công dập vuốt người ta thường phải tiến hành ủ kết tinh lại các thành phẩm nhằm khử bỏ sự hóa bền và phục hồi tính dẻo của kim loại.

Các bước dập vuốt tiếp theo thường được thực hiện trong cối có phần côn. Để cho phôi hình trụ nhận được từ nguyên công đầu có thể dập vuốt được ở các nguyên công tiếp theo, đối với phôi dày có ( S/D) x 100 ≥ ( 5:7) ( 1- m) thì có thể không cần chặn phôi, còn khi ( S/D) x 100 < ( 5:7) ( 1- m) thì cần phải có chặn phôi. Trong đó m = d/D : hệ số dập vuốt

Khi dập vuốt ở những nguyên công tiếp theo , ổ biến dạng bao gồm 3 phần vòng ; hai phần vòng xuyến I, III và 1 phần vòng côn II (hình 1.12), được giới hạn bởi các bán kính R_phôi và r

Hình 1.12Các giai đoạn của quá trình dập vuốt tiếp theo [1]

Ở các giai đoạn của quá trình dập vuốt độ dài của ổ biến dạng hầu như không thay đổi trong khi ở bước dập vuốt đầu tiên do có sự kéo phôi vào trong cối, ổ biến dạng dẻo bị co ngắn.

Mức độ biến dạng ở nguyên công dập vuốt tiếp theo cần phải nhở hơn so với nguyên công đầu tiên vì phôi đã bị biến cứng ( hóa bền) có ứng suất chày thay đổi và sự thay đổi chiuề dày thành theo chiều cao.

Hình 1.13Đặc điểm của quá trình dập vuốt ở nguyên công trung gian [1]

Ở một thời điểm xác định, khi tiếp tục dập vuốt ( nguyên công 2) trong cối hình côn sẽ xảy ra sự thay đổi đọ cong của bề mặt trung bình theo đường sinh của phôi gây ra momen uốn ở vùng giới hạn giữa biến dạng đàn hồi và vùng biến dạng dẻo.Khi đó phần hình trụ của phôi chưa bị kéo vào trong cối sẽ có ứng suất kép tiếp tuyến  có thể sẽ gây ra những vết nứt dọc theo trong điều kiện nhất định.Sự hóa bền do biến dạng của phôi sau khi dập vuốt lần đầu làm cho tính dẻo của nó bị giảm đi cũng góp phần tạo thành những vết nứt dọc đó.

Để ngăn ngừa khả năng tạo vết nứt, người ta đã đặt vào cối 1 mặt tích cực dưới dạng vòng đệm có chiều cao H = 0,4 D₀ nhằm chống lại sự xuất hiện của biến dạng theo hướng kính.Việc sử dụng cối có vòng đệm tích cực cho phép tiến hành dập vuốt nhiuề nguyên công mà không cần phải ủ trung gian.

1.8       Các khuyết tật trong quá trình dập

Dập vuốt là nguyên công chính và phức tạp nhất trong công nghệ dập nguội, nó có rất nhiều dạng sai hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau. Sau đây là một số dạng sai hỏng chính và cách khắc phục:

1. Chi tiết dập bị lệch:

• Do tâm chày và cối không trùng nhau, phải chỉnh lại khe hở theo đường bao.
• Do định vị phôi không phù hợp với cối, phải chỉnh lại định vị theo lòng cối.
• Do tâm của chày không thẳng góc với bề mặt của cối, phải chỉnh lại cối và chày.

2. Các nếp nhăn ở mặt hông chi tiết dập:

• Do lực chặn không đủ phải tăng áp suất chặn.
• Do chiều dày phôi thiếu, phải thay phôi.
• Do các gân vuốt bị mòn thì phải thay gân vuốt.
• Do các rãnh vuốt bị mòn thì phải hàn đắp lại rãnh vuốt và sửa lại theo gân vuốt bằng cách mài.

3. Đáy chi tiết dập bị cong:

• Do không có lỗi thoát hơi thì phải khoan lỗ thoát hơi ở chày và đế.
• Do đường kính của chốt đẩy phôi bé thì phải thay chốt đẩy phôi có đường kính lớn hớn.

4. Chiều cao chi tiết dập bé hơn yêu cầu của bản vẽ:

• Nếu do phôi bé thì phải cắt lại phôi.
• Do bán kính chày to quá, phải sửa lại bán kính lượn của chày cho đúng.
• Do khe hở giữa chày và cối quá lớn, phải thay chày hoặc cối để đảm bảo khe hở.
• Áp suất chặn yếu phải tăng áp suất chặn.

5. Chiều cao chi tiết dập lớn hơn yêu cầu bản vẽ:

• Nếu cắt phôi lớn thì phải giảm kích thước phôi.
• Do bán kính lượn của cối nhỏ, phải sửa bán kính lượn ở miệng cốc.
• Do khe hở giữa chày và cối nhỏ hơn chiều dày của chi tiết dập thì phải tăng khe hở bằng cách mài chày hoặc cối.

6. Có chỗ đứt khi dập vuốt chi tiết phức tạp:

• Do chất lượng vật liệu dập xấu thì phải thay vật liệu.
• Do bán kính chuyển tiếp bé thì phải sửa tăng bán kính lượn.
• Áp suất chặn không đồng đều thì phải sửa các chốt đẩy cho chiều cao.

7. Đứt đáy sản phẩm:

• Do áp suất chặn lớn quá thì phải giảm bớt áp suất chặn.
• Do khe hở giữa chày và cối nhỏ thì phải tăng khe hở.
• Bán kính lượn của mép cối bé thì phải tăng bán kính lượn cối theo yêu cầu.
• Nếu hệ số dập vuốt bé, tính lại hệ số dập vuốt và tăng thêm nguyên công tức là tăng thêm khuôn dập.
• Do chọn chất bôi trơn không đúng thì phải thay chất bôi trơn.
• Vật liệu dập không phù hợp với yêu cầu kỹ thuật thì phải thay thế vật liệu khác.

8. Nứt dọc thành của chi tiết ở nguyên công tiếp theo vì thiếu vành dẫn hướng cho phôi hoặc vành dẫn không đủ chiều cao, phải chỉnh lại vành dẫn hướng tương ứng với kích thước của phôi.
9. Đứt phần trên của chi tiết ở nguyên công tiếp theo vì bán kính lượn của cối bé thì phải tăng bán kính lượn của cối.
10. Đứt đáy chi tiết ở nguyên công dập tiếp theo vì chiều cao dập vuốt ở nguyên công trước thấp thì phải tăng chiều cao dập vuốt ỏ nguyên công trước.
11. Vành rộng của chi tiết bị lệch vì định vị phôi không đúng thì phải chỉnh lại định vị phôi.
12. Dính kim loại ở cối, vết xước ở chi tiết dập vì:

• Khe hở giữa chày và cối bé thì phải tăng khe hở.
• Độ cứng của cối không đều, phải nitơ hóa cối.
• Bề mặt của cối có vết gia công, phải đánh bóng lại cối.
• Chất bôi trơn không phù hợp, phải thay chất bôi trơn đúng quy định.
• Chất bôi trơn hoặc bề mặt phôi bị bẩn, phải lau sạch phôi trước lúc dập và thay chất bôi trơn.

3. Chi tiết dập bị mỏng vì bán kính lượn của cối bé, phải tăng bán kính lượn của cối.

1.9       Tổng quan về biến dạng dẻo kim loại

Kim loại khi chịu tác dụng của ngoại lực đều xảy ra ba giai đoạn là biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, phá hủy.

Hình 1.14Biểu đồ kéo vật liệu dẻo

Biểu đồ kéo vật liệu dẻo được thể hiện trên hình 1.14. Quá trình kéo vật liệu chia làm ba giai đoạn:

-          Khi tải trọng tác dụng nhỏ hơn P_tl thì biến dạng kim loai tăng theo đường bậc nhất, đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi ( hay biến dạng tỉ lệ), trên hình ứng với đoạn OA.

-          Khi tải trọng từ P_tl - P_B thì tốc độ biến dạng tăng với tốc độ nhanh và đây là giai đoạn biến dạng dẻo, trên hình ứng với đoạn AB

-          Khi tải trọng tác dụng đạt đến giá trị lớn nhất P_B thì vật liệu bắt đầu xuất hiện vết nứt, tại đó ứng suất tăng nhanh và kích thước vết nứt tăng lên, cuối cùng là phá hủy vật liệu, trên hình ứng với đoạn BD

Xét biến dạng dẻo là biến dạng mà sau khi đã bỏ lực tác dụng vẫn còn một phần dư được giữ lại trên các phần tử của vật thể không nhận thấy có sự phá hủy.

Biến dạng dẻo theo cơ chế trượt và song tinh. Kim loại khác nhau thì có tính dẻo khác nhau.

v  Biến dạng dẻo của đa tinh thể:

Đa tinh thể là tập hợp các đơn tinh. Biến dạng của đa tinh gồm 2 dạng:

   + Biến dạng trong nội bộ hạt:

Gồm sự trượt và song tinh. Sự trượt xảy ra đối với các hạt có phương kết hợp với phương của lực tác dụng 45⁰ vá sẽ trượt trước rồi đến các mặt khác. Sự song tinh xảy ra khi có lực tác dụng lớn đột ngột gây ra biến dạng dẻo của kim loại.

   + Biến dạng ở vùng tinh giới:

Tại đây chứa nhiều tạp chất dễ chảy và mạng tinh thể bị rối loạn cho nên sự trượt và biến dạng thường ở nhiệt độ t⁰ > 950⁰C.

v  Giải thích sự trượt

Theo thuyết lệch, kim loại kết tinh không sắp xếp theo quy luật một cách lý tưởng mà thưc tế có những chỗ lệch, các nguyên tử ở vị trí lệch luôn có xu hướng trở về vị trí cân bằng. Khi có lực tác dụng thì đầu tiên sự di động xảy ra ở các điểm lệch, các vùng lân cận cũng dịch chuyển theo. Cuối cùng lại tạo nên chỗ lệch mới. Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi không còn tác dụng nữa.

Hình 1.15Sơ đồ lệch

Hiện tượng trượt còn được giải thích bằng một hiện tượng khác đó là sự khuyếch tán khi nhiệt dộ tăng cao, các nguyên tử di động mạnh dần và dịch chuyển sang một vị trí cân bằng khác, làm mạng tinh thể bị biến dạng dưới hình thức trượt. Biến dạng đàn hồi là biến dạng mà khi thôi tác dụng lực, kim loại sẽ trở về vị trí ban đầu.

v  Giải thích hiện tượng song tinh

Dưới tác dụng của ứng suất tiếp, trong tinh thể có sự dịch chuyển tương đối của hàng loạt các mặt nguyên tử  này so với mặt khác. Qua một mặt phẳng có định nào đó gọi là mặt song tinh. Hiện tượng song tinh xảy ra rất nhanh và mạnh khi biến dạng đột ngột, tốc độ biến dạng lớn.

Hình 1.16 Sơ đồ song tinh

1.10  Các hiện tượng xảy ra khi biến dạng dẻo

Sự thay đổi hình dạng hạt: chủ yếu là nhờ qua trình trượt. Hạt không những thay đổi về kích thước mà còn có thể vỡ ra thành nhiều khối nhỏ làm tăng cơ tính

Sự đổi hướng của hạt: trước khi biến dạng các hạt sắp xếp không theo một hướng nhất định nào. Sự hình thành tổ chức sợi dẫn đến sự sai khác về cơ, lý tính của kim loại theo những hướng khác nhau, làm cho kim loại mất tính đẳng hướng.

Sự tạo thành ứng suất dư: khi gia công áp lực di biến dạng không đều và không cùng một lực nên trong nội bộ vật thể sau khi biến dạng còn để lại ứng suất dư.

Có 3 loại ứng suất dư:

-          Ứng suất dư loại 1 () : là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không đòng đều giữa các bộ phận của vật thể.

-          ứng suất dư loại 2 () : là ưng suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đều giữa các hạt.

-          Ứng suất dư loại 3 () : là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đèu trong nội bộ hạt.

Sự thay đổi về thể tích và thể trọng

Khi biến dạng dẻo trong nội bộ hạt luôn xảy ra hai quá trình:

-          Tạo ta những vết nứt, khe xốp, lỗ rỗ tế vi do sự vỡ nát của mạng tinh thể khi trượt và song tinh.

-          Quá trình hàn gắn những lỗ rỗ, vết nứt khi kết tinh lại. Do đó khi gia công áp lực, tỉ trọng và thể tích của kim loại bị thay đổi đáng kể.

1.11  Những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo kim loại

1.11.1    Trạng thái ứng suất

Trạng thái ứng suất kéo càng ít, nén càng nhiều thì tính dẻo kim loại càng cao. Trạng thái ứng suất nén khối làm kim loại có tính dẻo cao hơn nén mặt phẳng và đường thẳng, còn trạng thái ứng suất kéo khối thì lại làm tính dẻo kim loai kém đi.

1.11.2    Tốc độ biến dạng và nhiệt độ

Tốc độ biến dạng là lượng biến dạng dài tương đối trong một đơn vị thời gian.

                                                  

Gia công nguội

Nếu tăng tốc độ biến dạng sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại do có sự biến cứng của kim loại.

Gia công nóng

Ở nhiệt độ không quá cao :

Đối với thép t⁰ =900⁰C

Khi tăng tốc độ biến dạng (W) thì lực ma sát làm tăng nhiệt độ của kim loại lên 1000⁰C÷1100⁰C nên thép rất dẻo.

Gia công kim loại ở nhiệt độ quá cao: nếu tăng W thì lực ma sát làm tăng nhiệt độ của kim loại đến vùng quá nhiệt làm độ dẻo giảm, độ cứng tăng lên.

1.11.3    Thành phần và tổ chức kim loại

Thành phần và tổ chức kim loại liên quan với nhau. Kim loại ở trạng thái nguyên chất hoặc một pha dung dịch rắn bao giờ cũng có tính dẻo cao hơn và dễ biến dạng hơn so với kim loại có cấu tạo hỗn hợp cơ học hoặc tập hợp chất hóa học.

Ví dụ : thép %C thấp dẻp hơn thép %C cao.

1.12  Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức kim loại

1.12.1    Ảnh hưởng cửa biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại

Tốc đọ biến dạng càng tăng thì sự phá vỡ nát của các hạt càng lớn, độ hạt càng giảm do đó cơ tính càng cao.

Biến dạng dẻo giúp khử được các khuyết tật như xốp co, rỗ khí, rỗ co, lõm co….làm tăng độ mịn chặt của kim loại, làm cơ tính tăng lên.

Biến dạng dẻo có thể tạo được các thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tính sản phẩm.

Tốc độ biến dạng cũng có ảnh hưởng lớn tới cơ tính sản phẩm: nếu tốc độ biến dạng càng lớn thì sự biến cứng càng nhiều, sự không đồng đều của biến cứng càng nghiêm trọng và sự phân bố thớ càng không đều do cơ tính kém.

1.12.2    Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới lý tính kim loại

Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trường trong kim loại.

Tính dẫn điện: biến dạng dẻo tạo ra sự sai lệch trong mạng tinh thể làm tính liên tục của điện trường trong tinh thể bị phá vỡ, ngoài ra nó còn tạo những màng chắn cản trở sự chuyển động tự do cúa điện tử. Đây là nguyên nhân làm tăng điện trở của kim loại.

Tính dẫn nhiệt: biến dạng dẻo làm giảm tính dẫn nhiệt. Do biến dạng dẻo làm xô lệch mạng, làm xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ dao động nhiệt của các điện tử.

Từ tính: các sai lệch tạo ra khi biến dạng dẻo làm thay đổi cách bố trí từ trường cơ bản trong kim loại, do đó làm thay đổi từ tính, độ thấm từ…

1.12.3    Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới hóa tính

Sau khi biến dạng dẻo, năng lượng tự do của các kim loại tăng do đó hoạt tính hóa học của kim loại cũng tăng lên.

1.13  Các định luật cơ bản áp dụng khi gia công bằng áp lực

1.13.1    Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại song song với biến dạng dẻo

Khi gia công áp lực nếu trong kim loại xảy ra biến dạng dẻo bao giờ cũng có một lượng biến dạng đàn hồi kèm theo (được xác định bằng góc đàn hồi, phụ thuộc vào modun đàn hồi E của vật liệu và chiều dày tấm kim loại).

Gia công nguội: kim loại tấm sẽ chịu ảnh hưởng lớn

Gia công nóng: kim loại dạng khối, ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi có thể bỏ qua

Thường để áp dụng khi thiết kế khuôn dập, vật dập phải kể đến lượng biến dạng dư do biến dạng đàn hồi gây ra.

1.13.2    Định luật ứng suất dư

Khi gia công áp lực do nung nóng và làm nguội không đều, lực biến dạng, lực ma sát…phân bố không đều làm phát sinh ra ứng suất dư tồn tại cân bằng bên trong vật thể kim loại. Nếu không cân bằng thì sẽ có quá trình tích, thoát ứng suất làm cho vật thể biến dạng ngoài ý muốn để ứng suất dư tồn tại cân bằng.

1.13.3    Định luật thể tích không đổi

Thể tích vật thể trươc khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi biến dạng

Gọi :

Vật thể trước khi gia công: có thể tích V₀, chiều cao h₀, chiều rộng b₀, chiều dài l₀.

Vật thể sau  khi gia công: có thể tích V, chiều cao h, chiều rộng b, chiều dài l.

Theo điều kiện thể tích không đổi ta có: h.b.l = h₀.b₀.l₀

Hay          <=>         

                                            <=>   

Phương trình (3.2) gọi là phương trình điều kiện thể tích không đổi. là các ứng biến chính.

Nhận xét: khi gia công biến dạng nếu tồn tại cả ba ứng biến chính nghĩa là có sự thay đổi kích thước cả ba chiều thì đầu của một biến phải trái dấu với hai ứng biến kia và có giá trị tuyệt đối bằng tổng của hai ứng biến kia.

                 =>

Khi có một ứng biến bằng 0 thì hai ứng biến còn lại phải ngược dấu và có trị số tuyệt đối bằng nhau.

Dập không làm mỏng thành phôi:

                                      

Áp dụng để tính toán kích thước, khối lượng phôi trước khi gia công.

1.13.4    Định luật trở lực bé nhất

Khi biến dạng kim loại, một chất điểm bất kì trên vật thể biến dạng sẽ di chuyển theo hướng có trở lực bé nhất hay di chuyển đến đường viền có chu vi bé nhất.

Áp dụng để thiết kế hình dáng của phôi trước khi gia công.

Kết luận: Trên cơ sở lý thuyết về biến dạng kim loại ở dạng tinh thể đã cung cấp những định luật quan trọng, là nền tảng của lý thuyết dẻo kỹ thuật ứng đụng trong ngành gia công áp lực nói chung và dập tấm nói riêng.

 

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TẠO HÌNH SẢN PHẨM

 

2.1       Xác định các yêu cầu kỹ thuật

Yêu cầu sản phẩm

Vật liệu sản phẩm là INOX 304 có giới hạn bền ( σ_b ), giới hạn chảy ( σ_ch )

Độ dày sản phẩm (s) : 0,5 mm ≤ s ≤ 1 mm

Kích thước đường kính sản phẩm (d) : 150 mm ≤ d ≤ 250 mm

Chiều cao sản phẩm (h): h = 80mm

Năng suất : 100000 chi tiết/ năm

Hình 2.1Hình vẻ các thông số của chi tiết

Yêu cầu thiết bị

Tất cả các máy khi thiết kế, chế tạo đều có yêu cầu kỹ thuật để quá trình hoạt động đạt hiểu quả cao. Dưới đây là yêu cầu kỹ thuật của máy ép thủy lực.

-          Lực ép danh nghĩa của máy phải phù hợp với chi tiết dập.

-          Máy phải đảm bảo độ cứng vững khi làm việc.

-          Máy phải an toàn khi sử dụng, chịu được điều kiện khí hậu nóng ở Việt Nam, vì nhiệt độ cao làm nhiệt độ chất lỏng tăng nhanh ảnh hưởng đến áp suất làm việc của chất lỏng.

-          Hoạt động hiệu quả, không làm rách, hư sản phẩm gây ra hao tổn nguyên vật liệu.

-          Dễ vệ sinh, lau chùi, sửa chửa, bảo trì, thay thế các chi tiết khi hỏng hóc.

-          Chi phí, giá thành phù hợp với điều kiện trong nước.

2.2       Lựa chọn phương án thiết kế

2.2.1        Phân tích chức năng

 

Hình 2.2Sơ đồ phân tích chức năng

2.2.2        Phương án tạo hình sản phẩm

Phương án 1: Dập vuốt tác động kép (double-action drawing operations)

 

Hình 2.3 Dập vuốt tác động kép [2]

 

1.Bàn máy         3.Chày                                    5.Đầu trượt chặn phôi             7.Khuôn

2.Phôi                 4.Đầu trượt đẩy chày            6.Chặn phôi                              8.Đẩy phôi

 

Nguyên lí

Khuôn [7] được cố định trên bàn máy [1]. Đầu tiên, đầu trượt chặn phôi [5] và đầu trượt đẩy chày [4] đồng thời đi xuống nhanh đến khi chặn phôi [6] chạm vào phôi [2] tạo ra lực chặn phôi F. Tiếp theo chày [3] tiếp tục đi xuống chậm đẩy phôi [2] vào khuôn [7] tạo hình sản phẩm. Sau đó bàn trượt chặn phôi [5] và chày [4] trở về vị trí ban đầu. Cuối cùng đẩy phôi [8] đẩy chi tiết ra khỏi khuôn [7], ta được chi tiết cần dập.

 

Ưu điểm

-          Nhờ cơ cấu chặn phôi nên khử được hiện tượng tạo các nếp nhăn.

-          Cơ cấu hoạt động đơn giản, dễ chế tạo.

 

Nhược điểm

-          Sau khi dập vuốt tốn thời gian xoay chi tiết lại 180⁰ cho nguyên công sau.

-          Khu vực gắn kết dài ( mounting area) nên gây ra  tổn hao năng lượng.

-          Năng suất gia công thấp.

-          Thiết bị cồng kềnh.

-          Giá thành cao.

Phương án 2:Dập vuốt tác động đơn (single-action drawing with a draw cushion)

Hình 2.4 Dập vuốt tác động đơn [2]

 

1.Bàn trượt dưới         3.Chày            5.Đẩy phôi                  7.Khuôn         9.Trụ áp suất

2.Bàn máy                   4. Phôi             6.Bàn trượt trên         8.Chặn phôi

 

Nguyên lí

Đầu tiên khuôn [7] đi xuống nhanh nhờ áp lực tác dụng vào bàn trượt trên [6] đến khi chạm phôi [4]. Áp lực giữa bàn trượt trên [6] và trụ áp suất [9] gắn trên bàn trượt dưới [1] tạo lực giữ phôi F. Chày [3] được cố định trên bàn máy [2] , khuôn [7] và trụ áp suất [9] di chuyển chậm xuống đẩy phôi [4] vào trong khuôn hình thành chi tiết. Sau đó phần khuôn [7] và bàn trượt trên [6] đi lên. Cuối cùng áp lực tác động vào bàn trượt dưới [1] đẩy sản phẩm lên thông qua trụ áp suất [9], ta được chi tiết dập.

Ưu điểm:

-          Không cần phải xoay chi tiết lại cho nguyên công sau, tiết kiệm thời gian hơn.

-          Thiết bị gọn gàng hơn.

-          Giá thành thấp hơn.

-          Áp dụng hệ thống thủy lực sẽ cho năng suất cao hơn.

-          Cơ cấu chặn phôi linh động hơn dẫn đến sản phẩm tạo ra ít phế phẩm hơn.

Nhược điểm:

-          Khu vực gắn kết còn dài (mounting area) nên ảnh hưởng đến năng suất và năng lượng

-          Mạch thủy lực phức tạp hơn so với phương án 1.

Phương án 3: Dập vuốt ngược (counter drawing/reverse drawing)

Hình 2.5Dập vuốt ngược, [2]

1.Bàn trượt dưới           3.Phôi                          5.Bàn trượt trên          7. Chặn phôi

2.Chày                           4.Đẩy phôi                 6.Khuôn                      8.Bàn máy

Nguyên lí

Đầu tiên phần khuôn [6] di chuyển nhanh xuống nhờ áp lực của bàn trượt trên [5] đến khi chạm phôi [3] được giữ trên cơ cấu chặn phôi [7] gắn với bàn máy [8] tạo ra lực kẹp phôi F. Tiếp theo áp lực đẩy bàn trượt dưới [1] lên làm chày [2] đẩy phôi [3] vào trong khuôn [7] hình thành chi tiết. Sau đó bàn trượt dưới [1] kéo chày [2] đi về vị trí ban đầu đồng thời đẩy phôi [4] đẩy chi tiết ra, bàn trượt trên [5] kéo khuôn [7] về vị trí cũ, ta được chi tiết dập.

Ưu điểm:

Nhờ sự kết hợp giữa 2 phương pháp trên nên dập vuốt ngược có :

-          Khu vực gắn kết ngắn ( mounting area) nên ít tổn hao năng lượng và thời gian giảm.

-          Năng suất dập vuốt tăng.

-          Mức độ tiêu hao năng lượng giảm nên  giá thành, chi phí giảm.

-          Dập vuốt tạp sản phẩm ít bị phế phẩm hơn.

Nhược điểm:

-          Việc thiết kế mạch thủy lực phức tạp.

-          Phần khung máy sẽ cồng kềnh hơn do có 2 cơ cấu di trượt là bàn trượt trên và trượt dưới. Dẫn đến việc thiết kế mà chế tạo sẽ khó khăn hơn.

-          Chi phí chế tạo sẽ cao hơn.

-          Việc dập những chi tiết đơn giản sẽ dẫn đến sự lãng phí.

Kết luận: Dựa vào ưu, nhược điểm của từng phương án nhóm thiết kế chọn phương pháp dập vuốt tác động đơn (single-action drawing with a draw cushion) là phương án thiết kế tạo hình sản phẩm. Vì phương pháp có thiết bị gọn gàng, năng suất cao và giá thành chế tạo thấp.