ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN DẬP LIÊN HOÀN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC1.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng 1.1.1 Gia công áp lực một trong các phương pháp gia công cơ khí cơ bản Khi xây dựng phương án công nghệ c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN DẬP LIÊN HOÀN

ĐỖ HỒNG THÁI

thai.dh171732@sis.hust.edu.vn

Ngành kỹ thuật cơ khí Chuyên ngành gia công áp lực

Chữ ký của GVHD

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Thiết kế quy trình công nghệ và khuôn để chế tạo chi tiết từ phôi tấm dưới đây:

Yêu cầu kĩ thuật:

kế nhiều hơn quy định)

Giáo viên hướng dẫn

Ký và ghi rõ họ tên

Lời cảm ơn

Tóm tắt nội dung đồ án

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC

1.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng

1.1.1 Gia công áp lực một trong các phương pháp gia công cơ khí cơ bản

Khi xây dựng phương án công nghệ chế tạo một sản phẩm, một chi tiết cơkhí, tùy vào loạt sản phẩm, hình dạng cũng như các yêu cầu kỹ thuật của chúng, từ

đó ta có thể chọn các phương pháp công nghệ (CN) cơ bản như: CN Đúc, CN Giacông áp lực(GCAL), CN Gia công cắt gọt, CN hàn & ghép nối, …(hình 1.1)

Hình 1.1 Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí

Mỗi nhóm phương pháp gia công đều có những ưu điểm, nhược điểm khácnhau Phương pháp công nghệ tạo hình kim loại bằng áp lực – gia công áp lực(GCAL) thuộc nhóm 2, hình 1.1 là phương pháp dựa trên một tiền đề chung là thựchiện một quá trình biến dạng dẻo Vật liệu kim loại dưới tác dụng của ngoại lực ởtrạng thái nóng hoặc nguội luôn thay đổi hình dạng trong suốt quá trình gia công đểđạt được hình dáng, kích thước theo yêu cầu

Dưới đây là một số sản phẩm cơ khí được chế tạo bằng công nghệ GCAL

Hình 1.2 Ô tô, xe máy, hàng không có các chi tiết dập chiếm tỷ lệ cao

Các sản phẩm GCAL được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh

tế quốc dân như lĩnh vực chế tạo máy, xây dựng, giao thông vận tải, kỹ thuật điện vàđiện tử, hóa chất, hang kim khí gia dụng và quân sự, v.v

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC CHI

TIẾT CƠ KHÍ

Nhóm 1

Đúc

Nhóm 2 Gia công

áp lực

Nhóm 3 Gia công cắt gọt

Nhóm 4 Hàn và ghép nối

Nhóm 5 Phủ bề mặt

Nhóm 6 Thay đổi tính chất vật liệu

Sản phẩm GCAL có thể chia thành 3 loại chính đó là sản phẩm dạng tấm,dạng khối và dạng ống.

Sản phẩm tấm (chiều dày phôi ≤ 4 mm, phổ biến nhất là phôi có chiều dày từ0,35 mm đến 2,0 mm) là các chi tiết dạng tấm, vỏ mỏng được chế tạo chủ yếu bằngcác nguyên công dập nguội như cắt hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên vành, tóp miệng,cắt trích, kích thước hình học, không cần qua gia công cắt gọt để hoàn thiện sảnphẩm

Hình 1.3 Một số chi tiết, sản phẩm dập tấm

Các sản phẩm dạng khối khá phong phú, đa dạng, điển hình nhất là các chitiết máy truyền động, các cơ cấu chịu tải trọng cao, tải trọng động hay va đập nhưtrục truyền, bánh rang, khớp nối, trục khuỷu v.v Sản phẩm khối có kích thước từ rấtnhỏ như chi tiết trong đồng hồ, thiết bị đo, đến những chi tiết rất lớn, nặng vài chụctấn như các trục truyền động, trục cán trong công nghiệp luyện kim hay khai thácmỏ

Hình 1.4 Các sản phẩm dập khối

Các chi tiết dạng rỗng như chi tiết ống dẫn, cút nối được sử dụng rất phổ biếntrong ngành dầu khí, thiết bị thủy lực khí nén, động cơ, các chi tiết dầm rỗng chịulực lớn trong xây dựng, ô tô được chế tạo bằng nhiều phương pháp (thông thườnghoặc đặc biệt)

Hình 1.5 Một số sản phẩm dập thủy tĩnh dạng ống ứng dụng trong công nghiệp ô tô

1.1.2 Phân loại các công nghệ gia công áp lực

Có nhiều cách phân loại công nghệ GCAL như:

Dựa theo công nghệ:

- Công nghệ cán, kéo kim loại (cán tấm, cán hình, cán ống, cán đặc biết, kéo dây…)

Dựa theo biến dạng do ứng suất chủ yếu tác dụng lên vật liệu:

- Biến dạng nén: Quá trình tạo hình vật liệu do ứng suất nén tạo nên Ở đây có thể kể dến các phương pháp cán, rèn tự do, rèn khuôn, dập khối, ép chảy…

- Biến dạng kéo – nén: Quá trình tạo hình vật liệu do ứng suất kéo và nén tạo nên Ví dụ như dập vuốt, uốn vành, miết…

- Biến dạng kéo: Quá trình tạo hình vật liệu do ứng suất kéo tạo nên Ở đây có thể kể đến các phương pháp kéo, dãn, dập phình…

- Biến dạng uốn: Quá trình tạo hình vật liệu do lực uốn tạo nên Thuộc nhóm này có các phương pháp uốn với dụng cụ chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay

- Biến dạng cắt: Quá trình tạo hình vật liệu do lực cắt tạo nên Thuộc nhóm này

có các phương pháp trượt, xoắn

Theo cách thức tạo hình sản phẩm người ta lại phân thành:

Dưới đây trình bày một vài ví dụ về phương pháp tạo hình

Dập tấm

A - Cắt vật liệu

II - Uốn

1 Uốn 2 Cuốn mép

3 Vặn xoắn

III - Dập vuốt

1 Dập vuốt vuốt có 2 Dập

biến mỏng

IV - Tạo hình

3 Ép chảy ghép các 4 Lắp

chi tiết

C - Dập liên hợp

1 Dập phối hợp liên tục2 Dập

3 Dập phối hợp liên tục

Hình 1.6 Biến dạng nén trong nguyên công dập khối

Hình 1.7 Biến dạng kéo – nén trong nguyên công dập vuốt

1.1.3 Ưu, nhược điểm của công nghệ GCAL

Công nghệ GCAL được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất cơ khí, song cũngnhư các phương pháp khác, nó có cả ưu điểm và nhược điểm

Những ưu điểm nổi bật như:

- Tiết kiệm nguyên vật liệu do gia công không phoi Nếu so sánh với công nghệ gia công cắt gọt thì thể tích của phôi sẽ lớn hơn thể tích của sản phẩm bởi còn phải cắt bỏ đi phần phoi khi gia công Hình … trình bày so sánh vật liệu hao mòn cho quá trình chế tạo khớp cầu, có thể thấy rằng chế tạo chi tiết bằng phương pháp GCAL sẽ tiết kiệm được tới 75% vật liệu so với gia công cắt gọt

- Năng suất cao, hạ giá thành sản phẩm

- Cải thiện cơ tính của vật liệu thông qua biến dạng: chi tiết nếu được chế tạo bằng công nghệ đúc thường có tổ chức hạt, nếu được chế tạo bằng gia công cắt gọt thường có dạng thớ bị đứt đoạn

Những nhược điểm so với các phương pháp khác như:

- Độ chính xác về kích thước, hay độ nhám bề mặt kém hơn so với chi tiết được chế tạo bằng gia công cắt gọt

- Không phù hợp với sản xuất đơn chiếc

- Thiết bị và khuôn dập đắt tiền.

- Môi trường làm việc có tiếng ồn, rung động…

- Cần phải tự động hóa khi sản xuất loạt lớn

- Cần có thiết bị nâng chuyển, phụ trợ phù hợp khi tạo hình các chi tiết lớn, trọng lượng lớn

1.1.4 Các lĩnh vực sản xuất hàng hóa sử dụng công nghệ GCAL

- Các công ty, nhà máy chế tạo động cơ điện, máy điện, thiết bị điện, thiết bị

đo điện

- Các công ty, nhà máy chế tạo nhiệt lạnh như: điều hòa không khí, máy

lạnh…

- Các nhà máy chế tạo các sản phẩm điện tử, điện thoại và y tế

- Các nhà máy chế tạo đồ gia dụng, dụng cụ nhà bếp…

- Các nhà máy chế tạo ô tô, máy kéo, xe máy và phụ tùng ô tô, xe máy, xe điện, xe đạp…

- Các nhà máy chế tạo tàu thủy, chế tạo toa xe…

- Các nhà máy chế tạo các thiết bị quân sự như súng, đạn v.v

Vật liệu dùng trong dập tấm: thép cácbon, thép hợp kim mềm, đồng và hợpkim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken, thiếc, chì vv…và vật liệu phi kim như:giấy cáctông, amiăng, da …

 Ưu điểm của sản xuất dập tấm:

- Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơngiản của thiết bị và khuôn;

- Có thể chế tạo những chi tiết phức tạp mà các phương pháp gia công kimloại khác không thể chế tạo hoắc chế tạo khó khăn;

- Độ chính xác của các chi tiết dập tấm tương đối cao;

- Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loạikhông lớn;

- Tiết kiệm nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hóa và tự độnghóa do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm;

- Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao do đó giảm chi phíđào tạo và quĩ lương;

- Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành sảnphẩm;

- Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao

Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu kim loại mà còn gia công nhữngvật liệu phi kim như: techtolit, hetinac, các loại chất dẻo

 Nhược điểm của sản xuất dập tấm:

- Đầu tư ban đầu lớn (khuôn, thiết bị), do đó chỉ thích hợp với gia cônghàng loạt;

- Yêu cầu đội ngũ kĩ sư và công nhân lành nghề, có trình độ;

- Tính toán công nghệ phức tạp

Các sản phẩm đặc trưng như sau:

Hình 1.7 Ứng dụng trong công nghệ sản xuất ôtô

Hình 1.8 Sản xuất các chi tiết máy và Sản phẩm dập tấm khác

Sở dĩ được ứng dụng rộng rãi như vậy là dốc nhiều ưu điểm nổi bật so vớinhững loại hình công nghệ khác:

- Có thể cơ khí hóa và tự động hóa cao;

- Năng suất cao, giá thành sản phẩm hạ;

- Tiết kiệm nguyên vật liệu và tận dụng được phế liệu;

- Độ bền của chi tiết tăng cao

Trong tương lai,công nghệ tạo hình tấm sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ bởinhững hiệu quả và lợi ích to lớn mà nó mang lại cho các ngành sản xuất công nghiệpkhông chỉ ở Việt Nam mà trên cả thế giới

1.3 Công nghệ dập liên hoàn

Công nghệ dập liên hoàn (Progressive Stamping) trong dập tấm đang rất pháttriển trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam đây vẫn còn là vấn đề “mới” và ứng dụnghạn chế do chưa làm chủ về công nghệ, trang thiết bị và vật liệu Để bắt kịp nhữngthành tựu trên thế giới, một số đơn vị trong nước đã đầu tư cho công nghệ này Việcnghiên cứu công nghệ dập liên hoàn , chủ động đáp ứng nhu cầu trong nước có ýnghĩa cao về khoa học và thực tiễn công nghiệp

Dập liên hoàn là công nghệ đặc thù, khuôn liên hoàn tích hợp nhiều nguyêncông dập tấm kim loại trên một hành trình của máy dập Thiết kế và chế tạo khuônliên hoàn là một quá trình phức tạp, tỉ mỉ, đòi hỏi người thiết kế nắm vững cácnguyên công dập tấm, đồng thời nắm vững các công nghệ gia công tiên tiến hiệnnay Việc ứng dụng các công nghệ thiết kế, mô phỏng và gia công hiện đại đã ngàycàng làm tăng độ chính xác, tốc độ, hiệu quả của khuôn dập bước liên hoàn nhằmđáp ứng nhu cầu sản xuất các chi tiết loạt lớn, có tính lắp lẫn cao, giá thành hạ chocác ngành công nghiệp

Ưu, nhược điểm của công nghệ gia dập liên hoàn

 Ưu điểm:

- Tổ chức kim loại mịn, cơ tính sản phẩm cao;

- Độ bóng, độ chính xác cao hơn các chi tiết làm bằng phương pháp dậpkhác do quá trình dập xảy ra liên tục;

- Tiết kiếm thời gian và hạn chế sai số một cách tối đa do không mất thờigian gá đặt và sai số gá đặt;

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa nên năng suất cao, giá thành hạ;

- Gia công được các chi tiết phức tạp một cách năng suất, hiệu quả

 Nhược điểm:

- Không rèn dập được các chi tiết quá lớn;

- Cần thiết kế và chế tạo một cách tỉ mỉ yêu cầu độ chính xác cao;

- Cần có máy móc và thiết bị phù hợp với quá trình gia công

1.4 Thiết bị và khuôn dùng trong dập tấm và dập liên hoàn

 Một số loại máy dùng trong gia công áp lực.

Ngày nay những thành tựu khoa học, kỹ thuật ngày càng cao, các nước côngnghiệp phát triển đã chế tạo các thiết bị dập tạo hình cỡ lớn và hiện đại, các thiết bịphục vụ công nghệ gia công bằng áp lực

Các loại máy được sử dụng trong công nghệ dập tạo hình ngày càng đượcnghiên cứu phát triển và đa dạng hóa Chúng được sản xuất phục vụ yêu cầu thực tế

và thiết kế tối ưu đem lại nguồn lợi cho quá trình sản xuất Nhưng trên cơ bảnthường sử dụng một số loại máy điển hình như sau:

Dựa vào cách phân loại theo dấu hiệu động học ta có các loại thiết bị sau :

Hình 1.9 Một số loại máy búa điển hình trong công nghệ tạo hình

Hình 1.10 Một số loại máy ép thủy lực

Hình 1.11 Một số máy ép cơ khí điển hình

 Khuôn tạo hình.

Khuôn tạo hình kim loại là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép lại với nhau,

ở đó kim loại được gia công biến dạng dẻo và tạo thành chi tiết có hình dạng, kíchthước theo ý muốn, sau đó được lấy ra và hoàn tất các nguyên công cuối

Hình 1.12 Khuôn dập bình xăng ô tô

Hình 1.9 Khuôn uốn.

Hình 1.10 Khuôn cắt đột

Hình 1.11Khuôn cắt đột chi tiết cốc trụ

Hình 1.12 Khuôn liên tục dập lá ROTO-STATO của động cơ điện

Hình 1.13 Khuôn dập chế tạo biểu tượng của toyota

Một vài khuôn liên hoàn:

Hình 1.14: Sản xuất các chi tiết máy và làm bánh

Hình 1.15: Một số khuôn liên hoàn khác

1.4 Một số sản phẩm dập tấm điển hình

Các sản phẩm dạng tấm hiện nay rất phong phú và đa dạng

Một số sản phẩm thông dụng thường gặp như:

- Trong công nghiệp

Hình 1.16: Sản xuất vỏ ô tô.

Hình 1.17: Sản xuất vỏ máy bay

Hình 1.18: Sản xuất phụ tùng xe máy

Hình 1.19: Sản xuất đồ gia dụng

Hình 1.20: Sản phẩm mái lợp dạng ngói

Hình 1.21: Bình cứu hỏa

Hình 1.22: Ống, cút nối

Hình 1.23: Sản phẩm dập liên tục

- Trong quân sự:

Hình 1.24: Sản phẩm ứng dụng trong quân sự

1.5 Lựa chọn phương án công nghệ

1.5.1 Lựa chọn phương án công nghệ

Kết luận:

Vậy ta thấy, công nghệ dập tạo hình kim loại tấm đã ra đời và phát triển rấtphong phú và đa dạng Các sản phẩm có tính ứng dụng cao trong cuộc sống, phục vụcác nhu cầu sinh hoạt và làm việc của con người và không ngừng phát triển tăngthêm về độ khó và chất lượng sản phẩm Ngày càng yêu cầu các sản phẩm có chấtlượng tốt và giá thành phải đảm bảo, công nghệ chế tạo và gia công ngày càng tiêntiến, các phương pháp gia công ngày càng đa dạng và tiến bộ

Với sự phát triển đa dạng của công nghệ gia công áp lực nói chung và côngnghệ dập tấm nói riêng thì việc chế tạo khuôn dập liên hoàn là có khả thi Nhưng doviệc chế tạo và thiết kế khuôn liên tục vẫn là một công việc chưa được sử dụngnhiều

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Nguyên công cắt hình và đột lỗ bằng khuôn

2.1.1 Ảnh hưởng của khe hở Z

- Cắt hình và đột lỗ là những nguyên công được sử dụng để tạo ra các chi tiết phẳng

từ các phôi tấm, dải hoặc băng và cũng có thể để cắt phôi cho các nguyên công uốn,dập vuốt và tạo hình

Các thành phần chính : 1- Chày 2 – chặn 3 – Cối Với trị số khe hở z xác định

Hình 2.1 Cắt kim loại tấm bằng khuôn

-Ổ biến dạng: giới hạn bởi nét đứt

- Trạng thái ứng suất và biến dạng khi

cắt hình và đột lỗ đều là trạng thái

khối

- Sự phân bố không đồng đều của ứng

suất và biến dạng là do tác động của

mô men uốn, mà mô men uốn này

phát sinh là do có khe hở giữa chày và

cối khi cắt đột

- Để giảm sự thay đổi hình dạng của

phôi khi cắt hình, người ta tìm biện

pháp làm giảm mô men uốn bằng cách

Ảnh hưởng của khe hở Z

Khi các vết nứt gặp nhau, quá trình phá huỷ kim loại kết thúc

Ztốiưu = f (chiều dày phôi, tính chất cơ lý của vật liệu)

- Với S = (0,3 ÷20) mm: Ztối ưu = (5  12) % So

- Với So <0,3 mmKhuôn không có khe hở

Hình 2.2 Sự phân bố các vết nứt phụ thuộc vào khe hở Z

- Cắt hình và đột lỗ trên máy tốc độ cao (>120 nhát/phút) : Ztối ưu tăng từ (1,5  2) lần

so với trị số khe hở thông thường

- Khe hở Z tăng => chất lượng mặt cắt xấu đi

Sau khi cắt đột => xuất hiện biến dạng nén đàn hồi => đường kính của chi tiết nhỏhơn so với đường kính của cối, đường kính của lỗ đột thì lớn hơn đường kính củachày = > dễ dàng lấy sản phẩm và phế liệu

- Khi Z giảm : xuất hiện biến dạng kéo đàn hồi và ten xơ ứng suất cầu => làm tăngđường kính của chi tiết đã được cắt và làm giảm đường kính của lỗ đột Khi đó chitiết vẫn nằm trong cối và phế liệu vẫn bám chặt vào chày

Việc giảm khe hở Z :

- Làm tăng sự tập trung ứng suất pháp Z ở các mép làm việc của chày và cối => cácmép sắc của chày và cối nhanh bị cùn => giảm độ cứng vững của khuôn và tuổi thọcủa khuôn

- Khi khe hở nhỏ các chi tiết được cắt ra có kích thước chính xác hơn, phẳng vàkhông cần phải nắn lại

Nguyên tắc lấy khe hở Z :

- Khi cắt hình được lấy bằng cách giảm kích thước của chày, còn kích thước của cốiđược lấy bằng kích thước giới hạn nhỏ nhất của chi tiết

- Khi đột lỗ khe hở được lấy về phía cối (tăng kích thước của cối) còn kích thướccủa chày được lấy bằng kích thước giới hạn lớn nhất của lỗ

- Trong thực tế, khe hở thường được lấy tùy thuộc vào chiều dầy vật liệu là chủ yếubởi vì sự khác nhau về trị số khe hở đối với các loại vật liệu khác nhau là rất nhỏ,không đáng kể, trừ một số loại vật liệu dẻo khó tạo nên vết nứt như nhôm, thépkhông gỉ, vv thì cần phải chú ý giảm trị số khe hở z

- Khi cắt các vật mỏng (S < 0,3) người ta thường lấy Z= 0

- Khi vận tốc của máy lớn cần phải tăng trị số Z do giãn nở nhiệt do ma sát

2.1.2 Kích thước làm việc của chày và cối

Khi cắt hình đối với chi tiết chiều dày không lớn (S<2mm)

Kích thước cối :

D cối=(D dn −Δ)+δ c

Trong đó :

- D dn : Đường kính danh nghĩa của chi tiết

- Δ: Dung sai đường kính của sản phẩm

- δ c: Dung sai kích thước của cối

d dn: Kích thước danh nghĩa của lỗ

∆: Dung sai của lỗ