Nghiên cứu thiết kế máy ép trục khuỷu vạn năng dạng thân hở có lực danh nghĩa p=630÷4000 KN

Giải quyết được những vẫn đề trên sẽ giúp cho những nhà chuyên môn có cái nhìn thấu đáo hơn về cơ sở hình thành các biên dạng bề mặt chi tiết khiđột dập, qua đó nắm bắt được nguyên lý và

Tôi xin cam đoan nội dung luận văn là công trình nghiên cứu của riêng

tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Vũ Quý Đạc Kết quả nêu trong luận

án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiêncứu nào khác

Hà Nội, ngày 01 tháng 12 năm 2015

Học Viên

VŨ THÁI BÌNH

Trong thời gian nghiên cứu thực hiện và hoàn thành luận văn, ngoài sự nỗlực của bản thân tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của nhiều cá nhân, tậpthể trong và ngoài trường.

Tôi xin chân thành cám ơn PGS.TS Vũ Quý Đạc Khoa Cơ khí, Trường

Đại học công nghiệp Hà Nội là người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từđịnh hướng đến quá trình thực hiện hoàn chỉnh luận văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy trong TrườngĐại học công nghiệp Hà Nội, các thầy giáo, cô giáo Viện sau Đại học đãhướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi làm tốt luận văn này

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do kinh nghiệm và kiến thức có hạn nênluận văn khó tránh khỏi những thiếu sót ngoài ý muốn Tôi rất mong các thầy

cô cùng bạn bè chỉ bảo thêm để luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện

Vũ Thái Bình

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

DANH MUC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

1.Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 2

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 2

3.2 Ý Nghĩa thực tiễn của đề tài 3

Chương 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÁC LOẠI MÁY DẬP VÀ TÌNH HÌNH THIẾT KẾ CHẾ TẠO 5

1.1 Giới thiệu chung về thiết bị cắt, đột, dập 5

1.1.1 Khái niệm chung về thiết bị cắt, đột, dập 5

1.1.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp gia cắt, đột, dập 5

1.1.3 Các phương pháp gia công bằng áp lực 6

1.2 Đại cương về công nghệ dập 14

1.2.1 Khái quát về công nghệ dập 14

1.2.4 Tính kích thước phôi 18

1.2.5 Các bước tiến hành khi gia công dập 19

1.3 Phân loại công nghệ dập 20

1.3.1 Máy dập trục khuỷu 20

1.3.2 Máy dập thủy lực 22

1.3.3 Máy dập ma sát trục vít 24

1.4 Lựa chọn thiết kế máy dập 25

1.4.1 Phân tích các yêu cầu kỹ thuật 25

1.4.2 Các loại máy ép trục khủy 26

1.4.3 Phân tích kết cấu máy 26

1.4.4 Chọn phương án thiết kế 29

Chương 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CƠ CẤU 30

2.1 Phân tích cấu trúc cơ cấu 30

2.1.1 Nguyên tắc làm việc 30

2.1.2 Sơ đồ máy ép trục khủy 30

2.2 Thiết lập sơ đồ động toàn máy 31

2.2.1 Các số liệu ban đầu 31

2.2.2 Hành trình và tốc độ đầu trượt 31

2.2.3 Chọn động cơ 32

2.2.4 Phân phối tỷ số truyền 34

2.3.1 Lược đồ động học 35

2.3.2 Bậc tự do của cơ cấu 35

2.3.3 Xếp hạng cơ cấu 36

2.3.4 Tổng hợp cơ cấu tay quay con trượt 36

2.4 Phân tích động học cơ cấu tay quay con trượt 37

2.4.1 Họa đồ vị trí của cơ cấu: 37

2.4.2 Vận tốc 38

2.4.3 Gia tốc 41

2.5 Xây dựng mô hình tự động cấp phôi dạng cơ khí 45

2.5.1 Mô hình cơ khí 45

2.5.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 47

2.6 Hệ thống cấp phôi tự động bằng điện tử 47

2.6.1 Động cơ 47

2.6.2 Vi điều khiển 51

Chương 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY DẬP CƠ KHÍ 56

3.1 Tính toán thiết kế thân máy dạng hở 56

3.1.1 Xác định tiết diện ngang của thân máy 56

3.1.2 Tính toán ứng suất 57

3.1.3 Tính thân máy ghép 58

3.2 Tính toán thiết kế cụm biên - đầu trượt 59

3.3 Thiết kế cơ cấu dẫn động 62

3.3.1 Thiết kế bộ truyền động ngoài 62

3.3.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng 65

3.3.3 Tính và thiết kế trục I 72

3.3.4 Tính và thiết kế trục II(Trục khuỷu) 81

3.3.5 Tính chọn ổ lăn 91

3.3.6 Chọn ly hợp 94

3.3.7 Chọn hệ thống phanh 95

3.3.8 Thiết kế thanh truyền 96

3.4 Thiết kế cơ cấu dẫn phôi 103

3.5 Mô phỏng chuyển động 104

KẾT LUẬN CHUNG 107

1 Kết luận 107

2 Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của quá trình 7

Hình 1.2 Dạng hình đơn giản 7

Hình 1.3 Dạng hình phức tạp 7

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý kéo sợi (a) và kéo ống (b) 9

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý ép sợi, thanh(a),(b) và ép ống (c) 9

Hình 1.6 Các dụng cụ sử dụng trong rèn tự do 11

Hình 1.7 Kết cấu của một bộ khuôn 12

Hình 1.8 Xác định vị trí mặt phân khuôn 15

Hình 1.9 Bán kính góc lượn 16

Hình 1 10 Kích thước và hình dáng lớp chưa thấu 17

Hình 1 11 Lòng khuôn vuốt 19

Hình 1.12 Lòng khuôn ép tụ 19

Hình 1.13 Lòng khuôn uốn 19

Hình 1.14 Lòng khuôn dập bán tinh 20

Hình 1.15 Lòng khuôn dập tinh 20

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý máy dập trục khuỷu 21

Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý máy dập thủy lực 23

Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý máy dập ma sát trục vít 24

Hình 1.19 Sơ đồ trục khuỷu hai trụ 27

Hình 1.20 Sơ đồ trục lệch tâm kiểu một trục 27

Hình 1.21 Sơ đồ chuyển động thông qua các khâu bản lề 28

Hình 2.2 Sơ đồ động máy dập CNC cơ cấu chấp hành trục khuỷu 31

Hình 2.3 Sơ đồ khối máy dập CNC cơ cấu chấp hành piston – xy lanh 32

Hình 2.4 Sơ đồ bộ phận biến đổi chuyển động 35

Hình 2.5 Lược đồ động học 35

Hình 2.6 Sơ đồ hạng cơ cấu 36

Hình 2.7 Sơ đồ động cơ cấu tay quay con trượt 36

Hình 2.8 Hoa đồ vị trí cơ cấu 37

Hình 2.9: Họa đồ vị trí của A, B 38

Hình 2.10: Họa đồ vị trí của cơ cấu trên phần mềm Geogebra 38

Hình 2.11 Sơ đồ cơ cấu trên phần mềm Geogebra 38

Hình 2.12 : Họa đồ vận tốc 39

Hình 2.13 Sơ đồ vận tốc góc khâu 2 41

Hình 2.14 Sơ đồ vận tốc góc khâu 3 41

Hình 2.15: Họa đồ gia tốc 42

Hình 2.16: Biểu đồ gia tốc góc khâu 2 44

Hình 2.17: Biểu đồ gia tốc dài khâu 3 44

Hình 2.18 Thân máy 45

Hình2.19 Bàn máy 45

Hình 2.20 Bàn băng tải 46

Hình2.21 Băng bàn máy 46

Hình 2.22 Trục vít 46

Hình 2.25: Cấu tạo động cơ bước 49

Hình 2.26: Một số động cơ bước 49

Hình 2.27: Động cơ RC servo 50

Hình 2.28: Một số dòng vi điều khiển AVR 52

Hình 2.29: Vi điều khiển PIC 53

Hình 2.30: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC18f4520 54

Hình 3.1 Tiết diện ngang thân máy dạng hở 56

Hình 3.2 Kết cấu thân máy dạng hở 57

Hình 3.3 Các kiểu ghép và điều điều chỉnh dẫn hướng của đầu trượt 59

Hình 3.4 Bộ phận dẫn hương đầu trượt 60

Hình 3.5 Lực tác dụng lên bộ phận dẫn hương đầu trượt 61

Hình 3.6 Sơ đồ kết cấu trục công tác 73

Hình 3.7 Sơ đồ lực tác dụng trục I 74

Hình 3.8 Biểu đồ nội lực trên trục I 77

Hình 3.9 Sơ đồ kết cấu trục khuỷu 82

Hình 3.10 Sơ đồ lực tác dụng trên trục khuỷu 83

Hình 3.11 Biểu đồ nội lực trên trục khuỷu 86

Hình 3.12 Sơ đồ kết cấu trục khuỷu 88

Hình 3.13 Sơ cấu tạo bộ ly hợp 94

Hình 3.14 Sơ cấu tạo bộ ly hợp 96

Hình 3.15 Cấu tạo của thanh truyền 98

Hình 3.18: Phôi được đưa vào băng tải 104

Hình 3.19: Phôi tại vị trí xác định trên băng bàn máy 104

Hình 3.20: Phôi được giữ cố định cho quá trình dập 105

Hình 3.21: Phôi sau khi dập được đưa trở lại vị trí băng bàn máy 105

Hình 3.22: Phôi thành phẩm được đặt lên khay chứa phôi 106

Bảng 1.1 Kết quả vận tốc 40 Bảng 1.2 Kết quả gia tốc 43

S :Chiều dày lớp chưa thấu

h :Chiều cao một phía lỗ

GCT: Khối lượng lớp chưa thấu trong trường hợp chi tiết có lỗ

GCH: Khối lượng cháy hao khi nung, có thể lấy bằng 3 ÷ 4%GVD

GPH :khối lượng phôi

LPH: chiều dài phôi

TCVN :tiêu chuẩn Việt Nam

nct: là tốc độ của bộ phận công tác

usb: tỷ số truyền sơ bộ của máy

uBR:tỷ số truyền sơ bộ bộ truyền bánh răng

uđai: tỷ số truyền sơ bộ bộ truyền đai

TTTK HDĐCK : Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí

KFC : Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải

mH,mF :Bậc đường cong mỏi khi thử về tiếp xúc và uốn

NFO :Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về uốn

NHE, NFE :Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương

Ka: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng

T1: Mô mem xoăn trên trục bánh chủ động

Ψba : hệ số kể đến quan hệ giữa chiều rộng bánh răng và khoảng cánh trụcu: Tỷ số truyền

KHβ: Hệ số kể đến sự phân bố không đều của tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về tiếp xúc

ZM: Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp

ZH: Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

Zε: Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

εα: Hệ số trùng khớp ngang

KH: Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc

Với KHβ: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng

KHα : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng ăn khớp

KHv : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp

m: Mô đun pháp tuyến

khi tính uốn

KFα: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời

ăn khớp khi tính về uốn KFv: Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trongvùng ăn khớp khi tính về uốn

σ-1 và τ-1: Giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng

σaj ; τaj ; σmj ; τmj : Biên độ trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại các tiết diện j

Ψσ và ψτ : Hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi

σ-1 và τ-1: Giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng

σaj ; τaj ; σmj ; τmj : Biên độ trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại các tiết diện j

MỞ ĐẦU1.Lý do chọn đề tài

Trong sự nghiệp đổi mới nền kinh tế đất nước, mục đích đưa nước tathoát khỏi tình trạng nghèo nàn, chậm phát triển đã được Đảng, nhà nước ta

đã lãnh đạo thực hiện trong 20 năm qua, để thực hiện mục tiêu “công nghiệphoá, hiện đại hoá đất nước”.Chính vì vậy, trong những năm qua khoa họccông nghệ luôn luôn được nhà nước quan tâm.Khoa học công nghệ trong cơkhí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết Từ cuốithập niên 80 của thế kỷ XX đến nay đã có rất nhiều doanh nghiệp trang bị cácloại máy, thiết bị sử dụng kỹ thuật NC, CNC nhằm phục vụ nâng cao năngsuất và chất lượng sản phẩm, đã mang lại những thành tích đáng kể

Qua tìm hiểu trên thực tế tại các doanh nghiệp sản xuất cơ khí có sửdụng các loại máy ép đột dập NC, CNC đã mang lại hiệu quả kinh tế cao, tiếtkiệm được nhiều vật tư và nhiên liệu đã đóng góp quá trình phát triển nềncông nghiệp hiện đại hoá Tuy nhiên cũng còn gặp không ít khó khăn trongviệc khai thác sử dụng thiết bị như:

- Chuyển giao công nghệ chưa đầy đủ, đầu tư thiếu đồng bộ, nhậpnhiều chủng loại và thế hệ máy không rõ nguồn gốc

- Giá thành đầu tư lớn nên mức khấu hao cao

- Chưa chủ động để bảo dưỡng bảo trì máy

- Phụ tùng, dụng cụ chày cối trong các máy đột dập CNC vẫn phải nhậpngoại

Trong khi đó công nghiệp sửa chữa, công nghiệp phụ trợ rất cần loại máy épđột dập cơ khí tự động vì: do qui mô sản xuất đơn chiếc nên tiết kiệm chi phíkhấu hao, hiệu quả đầu tư cao nên rất phù hợp

Trước thực tế đó em đã quyết định chọn đề tài "Nghiên cứu thiết kế máy ép

trục khuỷu vạn năng dạng thân hở có lực danh nghĩa P=630÷4000 KN”

một dạng máy đột dập cơ khí rất phổ biến, nhằm mục đích nâng cao hiệu quả

khai thác sử dụng máy ép đột dập trong sản xuất cơ khí, tạo ra các sản phẩmchất lượng, góp phần tạo việc làm cho người lao động

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do có nhiều khó khăn và hạn chế về mặt thời gian nên có những bước của quá trình thiết kế không tránh khỏi những thiếu sót Tuy nhiên em sẽ cố gắng trình bày đề tài với tất cả những hiểu biết

và khả năng của mình Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, đánh giá

từ thầy cô cùng các bạn học sinh để có thể hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất

và có hiệu quả thiết thực

Qua việc thực hiện đề tài giúp em có những kiến thức sâu về máy và công nghệ ép đột dập, cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình dập tạo hình Những kiến thức vô cùng bổ ích trong chuyên ngành Máy công cụ Em xin chân thành cảm ơn sự giúp

đỡ nhiệt tình của thầy PGS.TS VŨ QUÝ ĐẠC trong quá trình em thực hiện đề tài.

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu thiết kế máy đột dập cơ khí – máy ép trục khủyu vạn năng dạng thân hở có lực danh nghĩa P=630÷4000 KN

- Nghiên cứu hệ thống tự động cấp phôi cho quá trình đột dập trang bị cho máy dập vạn năng

Giải quyết được những vẫn đề trên sẽ giúp cho những nhà chuyên môn

có cái nhìn thấu đáo hơn về cơ sở hình thành các biên dạng bề mặt chi tiết khiđột dập, qua đó nắm bắt được nguyên lý và những cơ sở tính toán trong thiết

kế cũng như quá trình chế tạo để đạt hiệu quả kỹ thuật cũng như kinh tế cao

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Ngày nay công nghệ gia công áp lực nói chung, công nghệ gia công tấm bằng máy ép trục khuỷu nói riêng đang được ứng dụng nhiều trong thực

tế sản xuất các sản phẩm cơ khí chất lượng cao Nhờ vào các công nghệ này

mà chúng ta có thể sản xuất được những sản phẩm cơ khí chất lượng, có tính kinh tế và kỹ thuật cao và đem lại hiệu quả kinh tế to lớn trong ngành cơ khí chế tạo.

Hiện tại, với cơ chế mở cửa thu hút các nhà đầu tư trong và ngoài nước,đặc biệt là các nhà đầu tư nước ngoài đã đem đến cho nền công nghiệp nước nhà một diện mạo mới

Khi các nhà đầu tư nước ngoài vào nước nhà không chỉ đem đến mộtphương pháp quản lý hiện đại, mà cùng với đó là những thiết bị tối tân trợ giúpquá trình tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng, dễ dàng và chính xác nhất cóthể Tuy nhiên các thiết bị tối tân đó vẫn có giá rất cao và khi chúng có vấn đề

gì thì cần phải có sự khắc phục của các chuyên gia nước ngoài Do vậy việclàm chủ được công nghệ, thiết kế, chế tạo dần từng bộ phận, tiến tới thiết kế,chế tạo một thiết bị máy móc tối tân có ý nghĩa rất cấp thiết và quan trọng

Trong khuôn khổ hạn hẹp của đề tài này chỉ mong sao cung cấp một cáinhìn thấu đáo về công nghệ và thiết kế máy ép trục khuỷu mà những lý thuyếttrước đây khó thực hiện được Khi hiểu và nắm bắt được có thể sẽ mở ra hướng nghiên cứu mới sau này

Các kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học:

 Các phương pháp, các biên dạng có thể đạt được đối với gia côngkim loại tấm

 Các phương pháp xác định lực đột dập ứng với độ dầy kim loại tấm

 Nguyên lý hoạt động của một số sơ đồ động và lựa chọn phương ántối ưu

 Nguyên lý hoạt động của một số cụm chính trên máy ép trục khuỷu

3.2 Ý Nghĩa thực tiễn của đề tài

Từ kết quả nghiên cứu được, sẽ xác định được khả năng cắt (biên dạng

và lực cắt,…) của máy đối với kim loại tấm, qua đó nâng cao hiệu quả kinh tếcũng như độ chính xác của các chi tiết sau khi gia công

Hiểu được khả năng tạo hình, hoạt động của một số cụm cơ cấu máy sẽ

có ý nghĩa to lớn trong việc khai thác, cũng như vận hành máy Đồng thời xácđịnh được các nguyên nhân gây hỏng và có biện pháp khắc phục khi có sự cố

Các kết quả mang tính thực tiễn:

- Nghiên cứu lựa chọn lược đồ cho cơ cấu chấp hành, xây dựng sơ đồ

động toàn máy

- Xác định điều kiện quay toàn vòng động học của cơ cấu tay quay - thanh truyền (cơ cấu trục khuỷu –tay biên- đầu trượt)

- Cơ sở lý thuyết để thiết kế máy ép trục khuỷu vạn năng

- Thiết kế máy ép trục khuỷu vạn năng

Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÁC LOẠI MÁY DẬP VÀ TÌNH

HÌNH THIẾT KẾ CHẾ TẠO

1.1 Giới thiệu chung về thiết bị cắt, đột, dập ( [1] )

1.1.1 Khái niệm chung về thiết bị cắt, đột, dập

Thiết bị cắt, đột, dập là các loại thiết bị sản xuất ra các sản phẩm dựatrên phương pháp gia công bằng áp lực Phương pháp gia công kim loại bằng

áp lực là phương pháp chế tạo phôi hoặc chi tiết bằng cách dùng ngoại lực tácdụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại biến dạngdẻo để nhận hình dạng và kích thước mong muốn mà không phá hủy tính liêntục và độ bền của vật liệu

Quá trình gia công kim loại bằng phương pháp áp lực đây là một trongnhững phương pháp gia công cơ bản để chế tạo các chi tiết máy và các sảnphẩm kim loại

Phương pháp gia công bằng áp lực trong thực tế sản xuất không những

sử dụng để gia công các sản phẩm bằng kim loại mà còn dùng để gia công cácvật liệu khác như: Gốm sứ, chất dẻo, cao su…

1.1.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp gia cắt, đột, dập

* Ưu điểm

- Khử được một số khuyết tật so với phương pháp đúc như rỗ khí, rỗ

co làm cho tổ chức kim loại mịn, cơ tính sản phẩm cao

- Có khả nắng biến tổ chực hạt của khim loại thành tổ chức thớ, cókhả năng tạo được các tổ chức thớ xoắn, uốn khác nhau làm tăng cơ tính củavật liệu

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

- Năng suất cao, phế liệu ít

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

* Nhược điểm

- Không gia công được các chi tiết phức tạp, kích thước quá lớn và cácchi tiết có vật liệu dòn

- Độ bóng và độ chính xác thấp hơn so với phương pháp gia công cắt gọt

1.1.3 Các phương pháp gia công bằng áp lực

Phương pháp gia công bằng áp lực được phân thành các dang gia côngnhư sau:

Phương pháp cán kim loại là phương pháp làm biến dạng kim loạigiữa hai trục cán quay ngược chiều nhau và khe hở giữa hai trục cán nhỏ hơnchiều cao của phôi, kết quả làm cho chiều cao phôi giảm và chiều dài và chiềurộng tăng Hình dạng của khe hở giữa hai trục cán quyết định hình dạng củasản phẩm Quá trình phôi chuyển động qua khe hở trục cán là nhờ ma sát giữahai trục cán và phôi Cán không những thay đổi hình dạng kích thước củaphôi mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm vì trong quá trình cán các rỗ xốp,

rỗ khí trong thỏi cán được hàn lại, mật độ kim loại tăng lên hạt nhỏ, mịn

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của quá trình

Sản phẩm của cán rất da dạng được phân ra làm 4 nhóm chính:

* Dạng hình

Các sản phẩm được chia ra các dạng hình đơn dản (Hình 1.2) như dạng

thanh, thỏi tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, lục giác, bán nguyệt… và các dạng

Chiều rộng 200 ÷ 1500 mmChiều dài 4000 ÷ 60000 mm

* Dạng ống

Các sản phẩm được phân ra thành hai loại: Ống không có mối hàn vàống có mối hàn

- Ống không có mối hàn được cán từ phôi có Ф = 5 ÷ 462 mm, chiềudày thành ống 0,5 ÷ 40 mm.

- Ống có mối hàn được chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đócán đề hàn giáp mối với nhau Loại này có đường kính ngoài đến 720 mm vàchiều dày đến 14 mm

* Dạng đặc biệt

Các sản phẩm đặc biệt gồm só các loại có hình dạng đặc biệt theo yêucầu riêng như các loại chi tiết trên thân vỏ ôtô và các loại chi tiết có tiết diệnthay đổi theo chu kỳ

1.1.3.1 Phương pháp kéo dây kim loại

Phương pháp kéo dây kim loại là phương pháp làm biến dạng dẻo kimloại qua lỗ hình của khuôn kéo dưới tác dụng của lực kéo làm tiết diện củaphôi giảm, chiều dài tăng

Kéo dây có thể tiến hành ở hai trạng thái:

* Kéo nguội: Ở trạng thái này kim loại biến dạng khó nên phải dùnglực kéo lớn, năng suất thấp nhưng cơ tính cao do sau khi kéo kim loại đượchóa bền, độ bóng bề mặt cao, độ chính xác về kích thước cao Độ chính xác

có thể đạt cấp 2 ÷ 4, độ bóng đạt Rz 3,2 ÷ Rz 1,6 Kéo nguội thường được sửdụng kéo những kim loại có độ dẻo cao như thép có Cabon thấp, đồng,vàng…

* Kéo nóng: Trạng thái này kim loại biến dạng dễ, năng suất cao nhưng

cơ tính, độ bóng và độ chính xác của sản phẩm kém hơn kéo nguội

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý kéo sợi (a) và kéo ống (b)

1.Phôi; 2 Khuôn kéo; 3 Sản phẩm; 4 Lòng khuôn Kéo dây có thể tạo sản phẩm có tiết diện tròn hoặc đa giác, nhưngthường chỉ tạo tiết diện tròn đặc và tiết diện hình vành khăn

1.1.3.2 Phương pháp ép kim loại

Phương pháp ép kim loại là phương pháp chế tạo các sản phẩm kimloại bằng cách đẩy kim loại chứa trong buồng ép kín hình trụ, dưới tác dụngcủa chày ép kim loại biến dạng qua lỗ khuôn ép có tiết diện giống tiết diệnngang của chi tiết

Ép là phương pháp sản xuất các thanh thỏi có tiết diện định hình cónăng suất cao,độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao, trong quá trình ép, kimloại chủ yếu chịu ứng suất nén nên tính dẻo tăng, do đó có thể ép được cácsản phẩm có tiết diện ngang phức tạp Nhược điểm của phương pháp là kếtcấu ép phức tạp, khuôn ép yêu cầu chống mòn cao

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý ép sợi, thanh(a),(b) và ép ống (c)

1 Pistông; 2 Xi lanh; 3 Phôi; 4 Khuôn ép; 5 Lõi ống

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để để chế tạo các thỏi kimloại màu có đường kính từ 5÷200 mm, các ống có đường kính ngoài đến 800

mm, chiều dày từ 1,5÷8 mm và một số prôfin khác

1.1.3.3 Rèn tự do

Rèn tự do là một quá trình biến dạng tự do kim loại dưới tác dụng củadụng cụ đơn dản hoặc các thiết bị tạo lực Việc tạo hình nhờ bề mặt dụng cụ

và trình độ tay nghề của công nhân Rèn tự do chất lượng không cao độ bóng

bề mặt thấp, năng suất thấp hao phí nhiều kim loại, cường độ lao động lớn,thường dùng trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, trong sửa chữa thaythế…nhưng có khả năng tạo sản phẩm từ rất nhỏ đến rất lớn

Dụng cụ dèn tự do bao gồm nhiều nhóm khác nhau:

- Nhóm 1: Là những dụng cụ công nghệ cơ bản như các loại đe, búa,bàn là, bàn tóp, sấn, chặt, mủi đột

- Nhóm 2: Là những dụng cụ kẹp chặt như các loại kềm, êtô và các cơcấu kẹp chặt khác

- Nhóm 3: Là những dụng cụ kiểm tra và đo lường: êke, thước cặp (đotrong đo ngoài, đo chiều sâu, các loại compa

Hình 1.6 Các dụng cụ sử dụng trong rèn tự do

Thiết bị rèn tự do bao gồm: Thiết bị gây lực, thiết bị nung, máy cắtphôi, máy nắn thẳng, máy vận chuyển.v.v Rèn tự do có thể tiến hành bằngtay hoặc bằng máy Rèn tay chủ yếu dùng trong sản xuất sửa chữa, trong cácphân xưởng cơ khí chủ yếu là rèn máy

1.1.3.4 Rèn khuôn (Dập thể tích)

Rèn khuôn hay được gọi là dập thể tích là phương pháp gia công áplực trong đó kim loại biến dạng trong một không gian hạn chế bởi bề mặt lòngkhuôn Quá trình biến dạng của phôi trong lòng khuôn phân thành 3 giaiđoạn: Giai đoạn đầu chiều cao của phôi giảm, kim loại biến dạng và chảy raxung quanh, theo phương thẳng đứng phôi chịu ứng suất nén, cònphươngngang chịu ứng suất kéo Giai đoạn 2: kim loại bắt đầu lèn kín cửa

bavia, kim loại chịu ứng suất nén khối, mặt tiếp giáp giữa nữa khuôn trên vàdưới chưa áp sát vào nhau Giai đoạn cuối: kim loại chịu ứng suất nén khốitriệt để, điền đầy những phần sâu và mỏng của lòng khuôn, phần kim loạithừa sẽ tràn qua cửa bavia vào rãnh chứa bavia cho đến lúc 2 bề mặt củakhuôn áp sát vào nhau.

Hình 1.7 Kết cấu của một bộ khuôn

1- Khuôn trên; 2- Rãnh chứa vành biên; 3- Khuôn dưới;

4- Chuôn đuôi én; 5- Lòng khuôn; 6- Cửa vanh biênPhương pháp dập thể tích có ưu điểm: chế tạo phôi có hình dạng phứctạp, năng suất cao, dễ cơ khí hoá và tự động hóa Độ chính xác và độ bóng bềmặt phôi cao; chất lượng sản phẩm đồng đều và cao, ít phụ thuộc tay nghềcông nhân Tuy nhiên có nhược điểm: thiết bị cần có công suất lớn, độ cứngvững và độ chính xác cao, chi phí chế tạo khuôn cao, khuôn làm việc trongđiều kiện nhiệt độ và áp lực cao Bởi vậy dập thể tích chủ yếu dùng trong sảnxuất hàng loạt và hàng khối

Rèn khuôn được chia làm hai loại:

* Rèn khuôn nóng: là phương pháp rèn khuôn mà phôi được nungnóng đến nhiệt đô rèn Phương pháp này được sử dụng rộng rai hơn do kimloại được biến dạng dễ dàng, khả năng điền thấu được tốt, không yêu cầu thiết

bij có công suất cao, khuôn ít mòn Tuy nhiên rèn nóng chất lượng bề mặt bịhạn chế, độ chính xác về kích thước thấp khuôn phải chịu nhiệt tốt nếu nhiệtluyện không tốt thì khuôn dễ nứt vỡ.

* Rèn khuôn nguội: phương pháp này phôi không nung nóng hoặc chỉđược nung lóng đến nhiệt độ kết thúc rèn Vì thế kim loại biến dạng khó khăn,khả năng điền thấu kém, đòi hỏi công suất thiết bị cao, khuôn chóng mòn, dễgấy ứng suất dư trong kim loại Ưu điểm là chất lượng bề mặt tốt, độ chínhxác về kích thước cao, thường dùng để rèn lần cuối trước khi ra thành phẩm

1.1.3.5 Dập tấm

Dập tấp là phương pháp biến dạng dẻo phôi kim loại ở dạng tấp, trongkhuôn dưới tác dụng của ngoại lực để tạo thành sản phẩm có hình dạng vàkích thước theo yêu cầu

Dập tấm là một phương pháp gia công áp lực tiên tiến để chế tạo cácsản phẩm hoặc chi tiết bằng vật liệu tấm, thép bản hoặc thép dải Dập tấmđược tiến hành ở trạng thái nguội (trừ thép cácbon có S > 10mm) nên còn gọi

là dập nguội

Vật liệu dùng trong dập tấm: Thép cácbon, thép hợp kim mềm, đồng

và hợp kimđồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken, thiếc, chì vv và vật liệu phikim như: giấy cáctông, êbônít, fíp, amiăng, da, vv

Dập tấm có thể dập được những chi tiết phức tạp bằng những chuyểnđộng đơn giản của các thiết bị mà các phương pháp khác không thực hiệnđược, có thể dập được những chi tiết phức tạp và đẹp, có độ bền cao Sảnphẩm dập có độ chính xác cao thường không cần gia công cơ khí lại, khảnăng lắp lẫn của xản phẩm tốt Dập tấm được dùng rộng rãi trong các ngànhcông nghiệp đặc biệt ngành chế tạo máy bay, nông nghiệp, ôtô, thiết bị điện,dân dụng v.v

1.2 Đại cương về công nghệ dập ( [2] )

1.2.1 Khái quát về công nghệ dập

Nguyên lý cơ bản của các loại máy dập là lợi dụng tính dẻo của kimloại làm biến dạng kim loại ở thể rắn dưới tác dụng của ngoại lực để tạo rathành phẩm và bán thành phẩm có hình dạng kích thước nhất định Ngoài mụcđích tạo hình và kích thước mong muốn dập còn có tác dụng cải thiện tổ chứccủa kim loại trên toàn bộ sản phẩm loại chừ các khuyết tật do đúc như rỗ khí,

rỗ co làm cho tổ chức kim loại mịn chặt, nâng cao cơ tính của kim loại

Thiết bị dùng trong các loại máy dập bao gồm nhiều bộ phận khácnhau như thiết bị nung, thiết bị vận chuyển, máy cắt phôi, thiết bị làm nguội,thiết bị kiểm tra v.v Dập đòi hỏi phải có lực dập lớn, bởi vậy các máy dậpphải có công suất lớn, độ cứng vững của máy cao Mặt khác, do yêu cầu khidập, khuôn trên và khuôn dưới phải định vị chính xác với nhau, chuyển độngcủa đầu trượt máy dập phải chính xác, ít gây chấn động Trong sản xuất dậpthông dụng nhất là sử dụng các loại máy sau: Máy dập trục khuỷu, Máy dậpthuỷ lực, Máy dập ma sát trục vít

1.2.2 Những yêu cầu thiết kế vật dập thể tích

Cơ sở để thiết lập nên bản vẽ vật dập thể tích là bản vẽ chi tiết và phảitiến hành xác định các yếu tố sau:

1.2.2.1 Phân tích kết cấu chi tiết dập thể tích hợp lý

Để tạo phôi bằng phương pháp dập thể tích, kết cấu chi tiết phải phùhợp với đặc điểm công nghệ dập Khi thiết kế công nghệ, người thiết kế cần

phân tích kỹ kết cấu của chi tiết, trên cơ sở đảm bảo tính năng làm việc củachi tiết, sửa đổi kết cấu sao cho càng đơn giản càng tốt Mặt khác phải xét đếnđiều kiện thiết bị hiện tại của nhà máy Cần phân tích và lựa chọn kết cấu chohợp lý theo các nguyên tắc sau:

- Sữa đổi kết cấu cho đơn giản để dể gia công

- Những chi tiết có hình dạng và kích thước gần giống nhau thì chỉdùng một vật rèn điển hình

- Chia chi tiết phức tạp ra hai hay nhiều vật rèn để dể gia công sau đónối ghép lại

- Tổ hợp 2 hay nhiều chi tiết đơn giản thành một vật rèn sau đó táchchúng ra

- Dùng các phôi thép cán định hình có hình dáng và kích thước gầngiống vật rèn để công nghệ rèn dể dàng

1.2.2.2 Thành lập bản vẽ vật dập thể tích

a, Xác định vị trí mặt phân khuôn:

Mặt phân khuôn là ranh giới của hai nửa khuôn trên và khuôn dưới.Khi xác định mặt phân khuôn nên theo các quy tắc sau:

- Phải đảm bảo lấy vật rèn ra khỏi khuôn dể dàng (a)

- Lòng khuôn nên nông nhất và rộng nhất để kim loại dể điền đầy (b)

- Nên chọn mặt phẳng đừng chọn mặt cong hay mặt bậc (c)

- Không nên chọn vị trí mặt phân khuôn tại nơi thay đổi tiết diện độtngột để dể phát hiện sự chênh lệch lòng khuôn (d)

- Phần phức tạp của vật rèn (gân mỏng, thành mỏng cao ) thường bốtrí ở nữa khuôn trên vì kim loại dể điền đầy

Hình 1.8 Xác định vị trí mặt phân khuôn

b Xác định dung sai và lượng dư

Cần xác định lượng dư và dung sai cho hợp lý để tăng độ bóng vàchính xác cho chi tiết Lượng dư gia công cơ được xác định căn cứ vào vậtliệu gia công, kích thước, khối lượng chi tiết, độ chính xác yêu cầu, thiết bịdập và được tra theo các sổ tay thiết kế công nghệ Dung sai của vật dập thểtích phụ thuộc vào kích thước vật dập, lượng dư gia công, độ chính xác yêucầu và được chọn theo sổ tay thiết kế công nghệ

d, Độ nghiêng thành vật rèn

Khi thiết kế vật dập thể tích cần thiết phải thiết kế độ nghiêng tại cácthành đứng, dọc theo phương tháo vật dập với mục đích là để kim loại dể điềnđầy khuôn và dể lấy vật dập ra khỏi khuôn

Theo kinh nghiệm thì nếu lấy độ nghiêng quá lớn sẽ lãng phí kim loại,khi lấy độ nghiêng phụ thuộc vào thành trong hay thành ngoài:

- Thành trong: γ = 5÷150 (thành ứng với phần lõm vào của chi tiết)

- Thành ngoài: α= 3÷130 (thành ứng với phần lồi ra của chi tiết)

e, Bán kính góc lượn

Tại các phần chuyển tiếp của vật dập phảI có góc lượn để cho kim loạidịch trượt trong lòng khuôn dể dàng, tránh cho vật dập khỏi bị nứt, bị tật gấpnếp, nâng cao sức bền và tuổi thọ của khuôn Theo kinh nghiệm được tính:

Bán kính lượn ngoài (r) là bán kính ứng với phần lồi ra của chi tiết r =

1 ÷ 6 mm

Bán kính lượn trong (R) là bán kính ứng với phần lõm vào của chi tiết,

R = 3 ÷ 5 mm

Hình 1.9 Bán kính góc lượn

f, Xác định kích thước và hình dáng lớp chưa thấu

Để tránh quá tải, việc tạo lỗ khi dập thể tích chỉ thực hiện được dưới dạng lớp chưa

thấu Lớp kim loại này bảo vệ độ chính xác và độ bền của khuôn

(mm)

S = 0,45 d - 0,25h - 5 + 0,6 h

S - Chiều dày lớp chưa thấu (mm)

h - Chiều cao một phía lỗ (mm)

VD

Trong đó: FVD là diện tích tiết diện vật dập trên bề mặt phân khuôn (mm)

Sau khi xác định được kích thước h, các kích thước khác có thể tra trong sổ tay công nghệ

h, Quy tắc vẽ bản vẽ vật rèn khuôn

Bản vẽ vật dập thể tích được vẽ theo quy ước tương tự khi lập bản vẽvật rèn tự do:

- Quy ước hình bao vật dập vẽ bằng nét cơ bản (nét đậm), chi tiết vẽnét đứt hoặc nét mảnh

- Kích thước vật dập ghi trên, kích thước chi tiết ghi bên dưới kíchthước vật dập và để trong ngoặc đơn

- Các yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ vật dập gồm: lượng bavia cho phép,phương pháp làm sạch bề mặt, sai lệch cho phép về hình dạng …

- Bản vẽ vật dập theo tỷ lệ 1:1, nếu lớn quá vẽ tỷ lệ 1:2

Xác định khối lượng và kích thước phôi1.2.4

1.2.3 Tính khối lượng phôi

GPH = GVD + GBV + GCT + GCHTrong đó: GVD: Khối lượng vật dập được xác định theo bản vẽ chi tiết kể cảlượng dư và dung sai

GBV: Khối lượng bavia mà sau khi dập xong phảI cắt bỏ đI, được tính theo kếtcấu và kích thước rãnh bavia

GCT: Khối lượng lớp chưa thấu trong trường hợp chi tiết có lỗ

GCH: Khối lượng cháy hao khi nung, có thể lấy bằng 3 ÷ 4%GVD

1.2.4 Tính kích thước phôi

- Trường hợp tiết diện ngang của vật dập thay đổi ít, chọn chiều dàiphôi LPH, sau đó tính tiết diện phôi theo công thức:

PH PH

Trong đó, GPH là khối lượng phôi; γ là khối lượng riêng của vật liệu dập

- Với vật dập có tiết diện ngang thay đổi nhiều, tiết diện phôI được tínhtheo công

2

1.2.5 Các bước tiến hành khi gia công dập

Tùy thuộc vào mức độ phức tạp của kết cấu vật dập, quá trình dập có thể tiến hành qua một lòng khuôn hoặc qua nhiều lòng khuôn

1.2.4

1.2.51.2.5.1 Khi dập sơ bộ

Quá trình dập được tiến hành với các lòng khuôn sau:

Hình 1.13 Lòng khuôn uốn

1.3 Phân loại công nghệ dập ( [2] )

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng rất nhiều công nghệ khác nhaunhưng chủ yếu được thiết kế theo các dạng sau

1.3.1 Máy dập trục khuỷu

Máy ép trục khuỷu có lực ép từ 16÷10.000 tấn Máy này có loại hànhtrình đầu con trượt cố định gọi là máy có hành trình cứng; có loại đầu contrượt có thể điều chỉnh được gọi là hành trình mềm Nhìn chung các máy lớnđều có hành trình mềm Trên máy ép cơ khí có thể làm được các công việckhác nhau: rèn trong khuôn hở, ép phôi, đột lỗ, cắt ba via v.v

* Sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình sau

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý máy dập trục khuỷu

1 - Động cơ điện 6 - Bánh răng lớn 11 - Đầu trượt

2 - Bánh đai nhỏ 7 - Cơ cấu ly hợp 12 - Rãnh trượt

5 – Bánh răng nhỏ 10 - Tay biên

* Nguyên lý làm việc máy dập trục khuỷu:

Động cơ (1) qua bộ truyền đai (2),(3) truyền chuyển động cho trục (4),bánh răng, (5) ăn khớp với bánh răng (6) lắp lồng không trên trục khuỷu (8).Khi đóng li hợp (7), trục khuỷu (8) quay, thông qua tay biên (10) làm cho đầutrượt (11) chuyển động tịnh tiến lên xuống trong rãnh trượt (12) thực hiện chutrình dập Đe dưới (13) lắp trên bệ nghiêng có thể điều chỉnh được vị trí ănkhớp của khuôn trên và khuôn dưới Khi dừng máy, nhả ly hợp trục khuỷudừng lại ở vị trị ĐCT thuận lợi cho việc thao tác của công nhân.

Đặc điểm của máy ép trục khuỷu: chuyển động của đầu trượt êm hơnmáy búa, năng suất cao, tổn hao năng lượng ít, nhưng có nhược điểm là phạm

vi điều chỉnh hành trình bé, đòi hỏi tính toán phôi chính xác và phải làm sạchphôi kỹ trước khi dập

1.3.2 Máy dập thủy lực

Các máy dập thuỷ lực là các loại máy rèn truyền dẫn bằng dòng chấtlỏng (dầu hoặc nước) có áp suất cao Máy được chế tạo với lực ép từ 300 -7.000 tấn Cấu tạo máy ép thuỷ lực có nhiều kiểu khác nhau

* Sơ đồ nguyên lý làm việc:

Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý máy dập thủy lực

3 - Đồng hồ đo áp 7 - Xi lanh thủy lực 11 - Van tràn

* Nguyên lý làm việc máy dập thủy lực:

Động cơ truyền chuyển động làm quay bơm dầu (2), lấy dầu từ bể bểdầu (12) qua van tràn (11) và van tiết lưu (5) đến hệ thống van phân phối (6)theo đường ống dẫn dầu I Xi lanh (7) thực hiện quá trình ép đẩy dầu trượt (8)

đi xuống đồng thời dầu theo đường ống dẫn dầu II qua van phân phối (6) để

về lại bể dầu (12) Hành trình về của Piston sẽ theo chiều ngược lại Dầu theođường ống II và ra khỏi xi lanh ở đường ống I Sự đảo chiều của Piston đượcđiều khiển bởi hệ thống van phân phối (6)

Máy dập thủy lực có ưu điểm: lực ép lớn cố định ở bất kỳ vị trí nào củahành trình làm việc, chuyển động của đầu ép êm và chính xác được kiểm soátchặt chẽ trong từng chu kỳ, điều khiển được hành trình ép và lực ép dễ dàng.Nhược điểm của máy ép thuỷ lực là chế tạo phức tạp, bảo dưỡng khó khăn

4

10

9

w11

8

5

3

1.3.3 Máy dập ma sát trục vít

Các máy dập ma sát trục vít có lực ép từ 40÷630 tấn

* Sơ đồ nguyên lý hoạt động như sau:

Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý máy dập ma sát trục vít