Đồ Án - Gia Công Áp Lực - Đề Tài - Thiết Kế Dập Chi Tiết Dạng Trụ Từ Vật Liệu Thép Không Gỉ Ct3

CHƯƠNG IV 1 Thiết kế dập chi tiết dạng trụ từ vật liệu thép Không gỉ CT3 1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 1 Khái niệm Dập vuốt là quá trình biến đổi phôi phẳng thành một chi tiết rỗng có hình dạng bất kỳ và đ[.]

Thiết kế dập chi tiết dạng trụ từ vật liệu thép

Không gỉ CT3

1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

1.Khái niệm:Dập vuốt là quá trình biến đổi phôi phẳng thành một chi tiết rỗng

có hình dạng bất kỳ và được tiến hành trên các khuôn dập vuốt

Trên chuyển kim loại trong quá trình dập vuốt Sự tuần tự dịch chuyển được đặc

trưng bởi sự giảm đường kính ngoài của vành và bởi sự dịch chuyển các phần tử của

phôi (1-5) theo mức độ tăng chiều sâu dập vuốt

Hình 74: Sự dịch chuyển kim loại tuần tự trong qua trình dập vuốt

2 Các sản phẩm điển hình của phương pháp dập vuốt

3.Đặc điểm dập vuốt :Trong quá trình dập vuốt, phần vành khăn của phôi

(D-d) chuyển thành hình trụ có đường kính d và chiều cao h Vì thể tích kim loại khi

dập vuốt không thay đổi, nên khi dập vuốt hoàn toàn hình trụ, chiều cao chi tiết h

lớn hơn chiều rộng của phần vành khăn b

Như vậy, dập vuốt xảy ra nhờ biến dạng dẻo kèm theo sự dịch chuyển phần lớn

thể tích kim loại thành chiều cao

Đập vuốt là một trong những nguyên công chủ yếu của công nghệ dập nguội Phạm vi sử dụng sản phẩm dập vuốt rất rộng rãi Rất nhiều chi tiết trong máy bay ô

tô, máy kéo, máy điện và đồ dùng trong gia đình đều chế tạo bằng phương pháp dập vuốt

4.Các cách phân loại dập vuốt

• Theo dạng hình học

• Theo đặc điểm biến dạng kim loại

• Theo dạng hình học: có thể chia tất cả các chi tiết rỗng thành ba nhóm

1.Dạng đối xứng qua trục ( vật cốc hình tròn xoay);

Các chi tiết thuộc nhóm 3 bao gồm các chi tiết có hình dạng bất kỳ nhưng phức tạp và không đối xứng

• Theo đặc điểm biến dạng kim loại “

1 Dập vuốt không biến mỏng thành ( hay biến mỏng không đáng kể)

2 Dập vuốt có biến mỏng thành

3 Dập vuốt không biến mỏng thành ( hay biến mỏng không đáng kể) d ập vuốt không biến mỏng thành khi khe hở giữa chày và cối lớn hơn hoặc bằng chiều dày vật liệu Dập vuốt có biến mỏng thành khi khe hở giữa chày vàcối nhỏ hơn chiều dày vật liệu

Trong dập vuốt không biến mỏng thành, theo phương pháp dập người ta chia ra; dập có chống nhăn và dập không có chống nhăn Theo hình dạng sản phẩm, người

ta chia ra: dập có vành và dập không có vành

Tùy theo đặc điểm hình học riêng biệt của từng chi tiết mà có phương pháp tính toán công nghệ riêng

4 Dập vuốt có biến mỏng thành có hai phương pháp biến mỏng thành:

+ Làm thay đổi đường kính xong rồi mới biến mỏng thành;

+ Vừa thay đổi đường kính vừa tiến hành làm biến mỏng thành cùng một lúc Với phương pháp này thì kim loại biến dạng mãnh liệt hơn

5.Ưu nhược điểm của dập vuốt :

Ưu:

- Có thể gia công được các chi tiết thành mỏng từ đơn giản đến phức tạp mà các phương pháp khác không thể làm được như cán,kéo,rèn khuôn, đúc

-Chi tiết gia công có độ chính xác cao ,bề mặt láng bóng

-Quá trình dập vuốt gần như không sinh ra phoi như rèn hoặc đúc nếu tính toán chính xác phôi ban đầu

- Chi tiết sau gia công bằng phương pháp dập vuốt có thể sử dụng ngay hoặc chi cần qua một vài công đoạn nhỏ là sử dụng

-Thiết bị không quá tốn kém,có thể tự động hoá cao nên năng suất cao,giá thành sản phẩm hạ

Nhược:

-Chi tiết hình thù phức tạp thì việc chế tạo khuôn khó và tốn kém nên chỉ khả thi khi sản xuất với số lượng lớn

2 – Cơ sở lý thuyết và thiết kế

Do quá trình biến dạng dẻo, thể tích kim loại luôn luôn giữ không thay đổi cho nên nguyên tắc cơ bản để xác định kích thước phôi khi dập vuốt là sự cân bằng thể tích của phôi và chi tiết thành phẩm, cũng tức là cân bằng trọng lượng của chúng Khi dập vuốt không biến mỏng thành vật liệu, người ta thường bỏ qua sự thay đổi chiều dày vật liệu và xác định phôi theo sự cân bằng diện tích bề mặt của phôi

và chi tiết thành phẩm kể cả lượng dư để cắt mép.Khi dập vuốt có biến mỏng thành, kích thước phôi được tính theo sự cân bằng thể tích phôi và thành phẩm

Trong thực tế thường gặp một số trường hợp dập vuốt sau đây:

- Dâp vuốt các chi tiết tròn hình dạng đơn giản;

- Dập vuốt các chi tiết tròn hình dạng phức tạp;

- Dập vuốt các chi tiết hình chữ nhật;

- Dập vuốt các chi tiết có hình dạng phức tạp và không đối xứng

- Dập vuốt các chi tiết có biến mỏng vật liệu

Phương pháp tính kích thước phôi trong từng trường hợp khác nhau, sau đây chúng ta chỉ nghiên cứu trường hợp thứ nhất

1.Tính toán đường kính của phôi theo công thức 12 bảng 1

4 d1

d 2

) (

2 4

d22 + 2 1+ 8 2 + 4 2

10

2

r r

2 2 1 2

2

2 2

1 2

2 2

l

2 2 2 3 2 1 2

1 2l(d d ) d d

d l

2 4h

d +

4 12 1 22

2 Lượng dư để cắt mép chi tiết tròn xoay

Trong quá trình dập vuốt, do sự biến dạng không đồng đều cho nên sau khi dập, thành chi tiết cao không đều nhau mà thường tạo thành bốn múi nên phải cắt mép,

vì vậy khi tính phôi phải cộng thêm với lượng dư cắt mép Nếu chi tiết phải dập nhiều lần thì ở những lần trung gian, khi mép chi tiết đã có độ thấp nhô cao, phải tiến hành cắt mép

Đối với chi tiết hình trụ thấp mà độ phẳng ở mặt cắt không đòi hỏi cao thì không phải cắt mép

Trên bảng 2 ghi các lượng dư cắt mép phụ thuộc vào chiều cao tuyệt đối và tương đối của chi tiết không có vành, còn trên bảng 3 là của các chi tiết có vành rộng

Bảng 2

Lượng dư theo chiều cao để cắt mép chi tiết hình trụ, mm

Chiều cao toàn

phần của chi tiết,

1,5

2 3,3

5 6,5

8

9

10

2 2,5

1,4 2,0 3,0 3,6 4,2 4,6 5,0

1,2 1,8 2,5 3,0 3,5 3,8 4,0

1,0 1,6 2,2 2,5 2,7 2,8 3,0

3, Thiết kế dập chi tiết dạng trụ từ thép CT3

1.Hệ số dập vuốt Đối với những chi tiết tròn xoay dập vuốt không biến mỏng

thành, hệ số dập vuốt là tỉ số giữa đường kính sau và trước lần dập:

*Chiều dày tương đối của phôi S

D 100 = 3.100/130=2,3

Hệ số dập vuốt càng nhỏ càng tốt: Như vậy sẽ giảm được số bộ khuôn dùng để dập, giảm bớt thời gian máy, giá thành rẻ hơn Song hệ số dập vuốt càng nhỏ thì mức

độ biến dạng của kim loại càng lớn Nếu mức độ biến dạng vượt quá giới hạn bền của vật liệu sẽ gây nên phế phẩm, vì vậy việc xác định hệ số dập vuốt chính xác có

ý nghĩa rất lớn trong việc thiết kế quá trình công nghệ dập vuốt

0,78 – 0,80 0,80 – 0,82 0,81 – 0,82 0,82 – 0,83 0,83 – 0,85 0,85 – 0,86

0,80 – 0,82 0,82 – 0,84 0,84 – 0,85 0,85 – 0,86 0,86 – 0,87 0,87 – 0,88

Ghi chú: Trị số nhỏ tương ứng với bán kính lượn của cối lớn Rc = (8 – 15)S; trị số lớn tương ứng với bán kính lượn của cối nhỏ Rc= (3-8)S

Hệ số cho trên bảng dùng với thép 08, 10, 15F và đồng thau mềm 62, 68; khi dập vuốt thép 0,5, 08BF, 10BF và nhôm, hệ số trên lấy giảm đi 10 – 20%, đối vói thép 20, 25 CT2, CT3, thép sau khi rửa axit và đồng bị biến cúng, hệ số lấy tăng lên 10 – 15%

2.Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số dập vuốt

a)Tính chất cơ học và trạng thái bề mặt của vật liệu

Các đại lượng đặc trưng cho tính của vật liệu là giới hạn bền b, giới hạn chảy

T

 và độ giãn dài tương đối 

 và T xác định khả năng chống biến dạng của vật liệu, chúng càng lớn thì

sự chống biến dạng càng lớn, đòi hỏi phải tốn nhiều công suất của thiết bị và làm tăng tác dụng đàn hồi

Tỉ số T/b hay hiểu số b - T chỉ rõ khả năng biến dạng dẻo của vật liệu Tỉ

số T/b giảm hay hiểu số b - T tăng thì tính dẻo của vật liệu tăng

Độ giãn dài tương đối  cũng đánh giá khả năng biến dạng dẻo của vật liệu tấm dưới tác dụng của ứng suất kéo,  tăng thì tính dẻo tăng

Đối với hợp kim manhê và titan tính dẻo kém, phải áp dụng dập vuốt có đốt nóng

Đối với thép tấm không gỉ và chịu nhiệt, cần phải ủ trước khi dập để nâng cao

độ dẻo

Các hợp kim nhôm chóng biến cứng sau khi thường hóa hoặc tôi, cho nên các hợp kim д1 và д16 phải dập trong phạm vi 2 giờ sau khi tôi

Độ nhẵn bề mặt càng tốt thì hệ số dập vuốt càng giảm Với bề mặt kim loại bị

gỉ, phải nâng hệ số dập vuốt lên 25 – 30%, trong nhiều trường hợp không thể dập được

b)Chiều dày vật liệu

Tỉ số giữa chiều dày vật liệu và đường kính phôi S

D tăng thì hệ số dập vuốt giảm và

dập vuốt ít bị nhăn

c)Phương pháp dập vuốt

Phương phá dập vuốt có ảnh hưởng nhiều đến hệ số dập vuốt Khi dập vuốt có chặn phôi, hệ số dập vuốt nhỏ hơn so với dập vuốt không có chặn phôi

d)Hình dang hình học phần làm việc của chày và cối

Bán kính lượn ở cối nhỏ làm khó khăn cho việc kéo phôi vào lòng cối, làm tăng ứng suất kéo và co thể làm đứt tiết diện nguy hiểm Ngược lại bán kính quá lớn sản phẩm dễ bị nhăn Thông thường lấy bán kính lượn ở miệng cối bằng:

Rc = k(3 – 10)S Khi dập vuốt không cần chặn phôi trong lòng cối hình côn, thì hệ số dập vuốt nhỏ hơn khi dập trong hình trụ

Nếu phần làm việc của khuôn có độ nhẵn bề mặt cao, khe hở giữa chày cối hợp

lý, lắp và chỉnh khuôn tốt, chất bôi trơn tốt và dùng đúng quy định thì cho phép giảm

hệ số dập vuốt

h)Thứ tự các lần dập vuốt

Chi tiết phải dập vuốt nhiều lần thì ở những lần sau phải tăng dần hệ số dập vuốt

vì kim loại bị biến cứng

i)Xử lý nhiệt

Nếu số lần dập nhiều, kim loại bị biến cứng thì phải ủ trung gian để giảm hệ số dập vuốt

3 Hệ số dập vuốt các chi tiết có vành rộng

Trong quá trình dập vuốt chi tiết hình trụ có vành rộng ( h.75), mức độ biến dạng không những phụ thuộc vào tỉ số h

d mà còn phụ thuộc vào tỉ số

dv

d Khi đã tạo nên vành rộng thì phần kim loại ở vành hầu như không tham gia vào quá trình biến dạng ở cấn lần dập sau Vì vậy, khi tính toán cac bước dập, cần chú ý đến các đặc điểm sau:

- Sau lần dập đầu, đường kính của vành phải bằng đường kính yêu cầu, kể cả lượng Khi dập những chi tiết lớn có vành rộng thì chiều cao qua các lần dập thay đổi không nhiều lắm hoặc không thay đổi đường kính và bán kính lượn

- Khi dập những chi tiết nhỏ và trung bình thì chiều cao vật dập dần dần tăng lên còn bán kính lượn thay đổi không đáng kể

- Khi chế tạo chi tiết có vành dv

d = 1,1 – 1,4 và

h

d > 1 tức là vành không lớn thì lần dập đầu tiên tạo thành chi

tiết hình trụ không có vành, ở các làn dập sau, tạo thành

vành còn lớn dần và cuối cùng thì phẳng Ở tường hợp

này, công nghệ dập giống như chi tiết hình trụ không Hình 75: Chi tiết trụ có vành hình trụ có vành Đối với chi tiết hình trụ có vành lớn, hệ số dập vuốt lần thứ nhất giới thiệu trên bảng 6 và các lần dập tiếp theo trên bảng 7

0,53 0,51 0,49 0,46 0,43 0,41 0,48 0,35 0,33

0,55 0,53 0,50 0,47 0,44 0,42 0,38 0,35 0,33

0,57 0,54 0,51 0,48 0,45 0,42 0,38 0,35 0,33

0,59 0,55 0,52 0,48 0,45 0,42 0,48 0,35 0,33

0,75 0,78 0,80 0,82

0,76 0,79 0,82 0,84

0,78 0,80 0,83 0,85

0,80 0,82 0,84 0,86

4 Tính lực dập vuốt

Lực dập vuốt thực tế bao gồm nhiều lực: lực làm biến dạng vật liệu, lực để ép

chặn phôi, lực để thắng lực ma sát giữa vật liệu và chày, cối… Rõ ràng là trong quá

trình dập vuốt, lực không thể là một hằng số mà thay đổi theo mức độ biến dạng và

hành trình của đầu trượt, bởi vậy có nhiều công thức tính lực phức tạp Sau đây chỉ giới thiệu công thức tính lực dập vuốt dựa trên cơ sở những công

thức gần đúng xây dựng theo giá trị trung bình hoặc theo thực nghiệm của trở lực

biến dạng

1.Công thức thực tế để tính lực dập vuốt:

Lực dập vuốt lần thứ nhất:

P1 = k1 d1Sb,N=1,2.380.3,14.54.3=231958,N

Trong đó d1, d2, … dn – đường kính chi tiết qua các lần dập;

S – chiều dày vật liệu, mm;

b - giới hạn bền của vật liệu, N (bảng 8);

k1, k2, … kn – hệ số phục thuộc vào hệ số dập vuốt m (bảng 9 )

*LaY; K=1,2

Bảng 8

Giới hạn bền của các vật liệu

Thép CT1

CT2

CT3

05

08

10

15

20

25

15F

15X

20X

320 – 400

340 – 420

380 – 400

320

340

360

380

410

480

400

700

800

1X18H9, 1X18H9T Nhôm

AдM và Aд1M Đồng đỏ

Đồng thau д62(mềm) Niken

Thiếc Kẽm Hợp kim titan OT4 – 1,BT5

Hợp kim titan BT1 Hợp kim manhê

550

80 – 150

80

220 – 240

360

500

30

110

800

450 – 600

200 - 300

Bảng 10

5.Tính lực chặn phôi

Q=P/3=231958/3=77319.3N

V- Khuôn dập vuốt

5.1.Kích thước phần làm việc của khuôn dập vuốt

a) Bán kính lượn của chày và cối dập vuốt (h.77)

Bán kính lượn của chày và cối, đặc biệt là cối ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng chi tiết dập và các yếu tố trong quá trình dập vuốt

Bán kính lượn của cối lớn thì lực biến dạng nhỏ nên giảm được lực dập vuốt;

độ biến mỏng kim loại ít và có thể giảm được cả số lần dập nữa Nhưng bán kính cối lớn quá dễ tạo thành nếp nhăn ở thành và nhất là ở mép sản phẩm

Bởi vậy bán kính lượn của cối phải chọn trong giới hạn cho phép, phụ thuộc vào chiều dày vật liệu, loại vật liệu và mức độ thu nhỏ đường kính qua các bước Trị số bán kính lượn của cối có thể xác định theo bảng 11, hoặc chính xác hơn tính theo công thức sau:

Rc = 0,8 (D−d)S =12

Trong đó: D – đường kính phôi hoặc đường kính bước trước;

d – đường kính bước tiếp theo sau;

S – chiều dày vật liệu

Công thức này phù hợp với loại thép mềm dập vuốt

Bảng 12

Bán kính lượn của cối dập vuốt

Chiều dày vật liệu

(8 – 5) S (5 – 3) S (3 – 1,5) S

Ghi chú: Ở những nguyên công đầu và vật liệu mỏng

bán kính lượn bên trong của sản phẩm, nhưng không nên nhỏ hơn (2 – 3) đối với S 6mm,

và nhỏ hơn (1,5 – 2)S đối với S>6mm

Song ảnh hưởng của Rch không quan trọng như Rc cho nên có thể thay đổi Rch

chút ít để cho công nghệ dập đơn giản hơn

Khi linh chỉnh có thể giảm bán kính chày, cối 2 – 5 lần nhưng không nhỏ hơn

0,5S

b)Khe hở giữa chày và cối dập vuốt

Khe hở giữa chày và cối dập vuốt dùng để giảm ma sát giữa cối và vật liệu đồng

thời bảo đảm chất lượng của sản phẩm Nếu khe hở bé sẽ làm tăng trở lực biến dạng,

kim loại dễ bị đứt rách, chiều dày chi tiết bị biến mỏng, chiều cao bị kéo dài và chày

cối chống bị mòn

Nếu khe hở lớn quá thì vật dập dễ bị nhăn, chiều cao chi tiết không đủ

Khi xác định trị số khe hở, cần phải tính đến sự hóa dày ở mép phôi khi dập

vuốt và độ không đồng đều chiều dày của vật liệu

Khi dập vuốt có tinh chỉnh thì khe hở nhỏ hơn dập vuốt thông thường, Dập vuốt

ở nguyên công thứ nhất khe hở lớn hơn ở nguyên công trung gian

Khi dập vuốt thông thường, khe hở ở nguyên công thứ nhất bé hơn ở nguyên công trung gian và ở nguyên công cuối cùng thì khe hở bé nhất Ngoài ra khe hở còn phụ thuộc vào cấp chính xác của chi tiết dập

Trên bảng 13 giới thiệu những công thức để xác định trị số khe hở dập vuốt Khi dập vuốt có độ côn của thành nhỏ thì căn cứ vào mức độ côn cho phép hoặc cần thiết để xác định trị số khe hở

Trên bảng 14 giới thiệu những số liệu tổng quát về giá trị khe hở khi dập vuốt

có chặn và sau đó có tinh chỉnh Khi dập vuốt không có chặn phôi thì lấy trị số khe

hở lớn nhất trên bản 13

Bảng 13

Khe hở giữa chày và cối khi dập vuốt tròn xoay

Dập vuốt đầu tiên

Dập vuốt trung gian

Z – khe hở về một bên giữa chày và cối, mm;

S – chiều dày danh nghĩa của vật liệu, mm;

 - dung sai dương trên chiều dày của vật liệu, mm;

a – số gia phụ thuộc vào chiều dày vật liệu

Khe hở một bên khi dập vuốt chi tiết hình trụ sau có tinh chỉnh

Nguyên tắc chọn khe hở dập vuốt:

- Đối với tất cả các nguyên công trừ nguyên công cuối cùng, hướng của khe

hở lấy tùy ý

- Đối với nguyên công cuối cùng:

a)Khi dập vuốt chi tiết có kích thước bên ngoài cho trước, người ta lấy khe hở

do giảm đường kính chày:

dc = dng.ct ; dch = dc = 2Z;

b)Khi dập vuốt những chi tiết có kích thước bên trong cho trước, ta lấy khe hở

do tăng đường kính cối:

dch = dtrg.ct ; dc = dch + 2Z; trong đó dc và dch – đường kính của cối và chày, mm

Z – trị số khe hở một phía;

dng.ct – đường kính ngoài của chi tiết;

dtrg.ct – đường kính trong của chi tiết

- Thường người ta chế tạo khuôn theo khe hở bé Zmin và làm việc cho đến khi chày cối mòn tạo thành khe hở Z  Zmax thì phải sữa chữa lớn hay sửa chữa

a) Khuôn dập vuốt đơn giản, không có chặn chống nhăn Trên hình 78 giới

thiệu khuôn dập vuốt đơn giản, không có chặn chống nhăn, bước 1 Khuôn gồm có chày 5 được lắp trực tiếp vào lỗ của đầu trượt máy Cối 3 lắp trong đế khuôn