Nghiên cứu thiết kế khuôn dập vuốt chi tiết khung xương nệm ghế ngồi xe tải

- Khuôn dập vuốt để sản xuất linh kiện phụ tùng cho cơ khí ô tô phải nhập khẩu với giá rất cao có giá từ hàng trăm nghìn đến trên dưới 1 triệu USD; - Nhân sự kỹ thuật trong chế tạo khuôn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN TẤN THỊNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KHUÔN DẬP VUỐT CHI TIẾT

KHUNG XƯƠNG NỆM GHẾ NGỒI XE TẢI

Chuyên ngành : Kỹ Thuật cơ khí

Mã số : 85.20.10.3

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Đà Nẵng – 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ HOÀI NAM

Phản biện 1: PGS.TS Trần Xuân Tùy

Phản biện 2: PGS TS Thái Thế Hùng

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 12 tháng 10 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Theo chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm

2025, tầm nhìn đến năm 2035 của Chính phủ và Quy hoạch tổng thể phát triển công nghiệp hỗ trợ đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 của Bộ Công Thương, đã đề cập đến sự “ưu tiên phát triển lĩnh vực linh kiện, phụ tùng phục vụ nhu cầu nội địa hóa, đặc biệt là ngành công nghiệp cơ khí, ô

tô Thaco đang khẩn trương đề ra các giải pháp để nâng cao tỷ lệ nội địa hóa và sản xuất linh kiện phụ tùng phục vụ lắp ráp các dòng xe

- Khuôn dập vuốt để sản xuất linh kiện phụ tùng cho cơ khí ô tô phải nhập khẩu với giá rất cao (có giá từ hàng trăm nghìn đến trên dưới 1 triệu USD);

- Nhân sự kỹ thuật trong chế tạo khuôn dập vuốt cho ô tô ở Việt Nam rất

ít và thiếu kinh nghiệm;

- Xuất phát từ lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế khuôn dập vuốt chi tiết khung xương nệm ghế ngồi xe tải” cho Công ty Sản xuất khuôn Chu Lai – Trường Hải làm luận văn tốt nghiệp

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Đáp ứng được nhu cầu nội địa hóa khung xương nệm ngồi xe tải của Thaco

- Nâng cao chất lượng thiết kế khuôn, giảm thời gian và chi phí sửa khuôn do dự đoán trước kết quả

- Tạo nền tảng về lý thuyết và công nghệ để thiết kế tối ưu các khuôn dập vuốt như khuôn dập cabin, sàn xe, cửa xe

II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng nghiên cứu:

- Khuôn dập vuốt khung xương nệm ngồi xe tải

2 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết biến dạng và mô phỏng tối ưu hóa thiết kế

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm

1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về biến dạng và tiêu chuẩn hóa trong thiết kế;

- Kỹ thuật thiết kế ngược;

- Kỹ thuật CAD/CAM/CAE

2 Phương pháp thực nghiệm:

- Đánh giá thực nghiệm quá trình dập thực tế sản phẩm;

- Đo kiểm sản phẩm hoàn thiện và so sánh với kết quả thiết kế, mô phỏng

V Ý NGHĨA THỰC TIỄN

- Áp dụng kết quả thiết kế để gia công và chế tạo sản phẩm phục

vụ lắp ráp các dòng xe tải của Thaco

VI DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

- Một bộ bản vẽ thiết kế và kết quả phân tích mô phỏng tối lựa chọn phương án thiết kế;

- Một bộ quy trình công nghệ thiết kế và chế tạo khuôn dập vuốt;

- Một bộ hồ sơ đánh giá so sánh chất lượng sản phẩm thực tế với kết quả mô phỏng

VII CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Gồm 4 chương:

CHƯƠNG I: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ dập vuốt

CHƯƠNG II: Nghiên cứu thiết kế sản phẩm khung xương nệm ghế ngồi xe tải

CHƯƠNG III: Nghiên cứu tính toán thiết kế khuôn và mô phỏng

CHƯƠNG IV: Đánh giá sản phẩm và hiệu chỉnh khuôn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP VUỐT 1.1 Khái quát về công nghệ dập vuốt

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý dập vuốtDập vuốt là quá trình biến đổi từ phôi phẳng (hoăc rỗng) thành một chi tiết rỗng có hình dạng bất kỳ và được tiến hành trên các khuôn dập vuốt

1.2 Đặc điểm công nghệ

Để phân tích nghiên cứu công nghệ dập vuốt đề tài đã khái quát các vấn đề, thông số của công nghệ dập vuốt như sau:

o Phân tích các thông số của công nghệ dập vuốt

o Phân tích các đặc điểm của công nghệ dập vuốt

1.3 Quy trình công nghệ t ổng quát

1.3.1 Các bước trong công nghệ dập vuốt

Bước 1: Cấp liệu: phôi tấm (hoặc

Bước 3: Dập vuốt: phôi được

dập vuốt theo hình dạng của chày

với lực dập thích hợp

Bước 4: Lấy sản phẩm: sản phẩm được lấy ra nhờ cơ cấu

hỗ trợ (phòng trường hợp sản phẩm bị dính chặt trong cối)

1.3.2 Hệ thống thiết bị trong công nghệ dập dập vuốt

Hình 1.2: Máy dập 110 tấn tại Thaco Hình 1.3: Máy dập 200 tấn tại Thaco

1.4 Ứng dụng công nghệ dập vuốt

Được ứng dụng trong lĩnh vực như ô tô, xe máy, y tế và đồ gia dụng,…

Hình 1.4 Khung vỏ xe ô tô. Hình1.5 Một số phụ tùng linh kiện sử dụng trong

- Khung sườn xe ô tô (chassis)

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ SẢN PHẨM KHUNG

XƯƠNG NỆM NGỒI XE TẢI 2.1 Khảo sát nhu cầu sử dụng chi tiết khung xương nệm ngồi ghế lái xe tải tại Thaco và trong công nghiệp ô tô việt nam

2.1.1 Giới thiệu chi tiết khung xương nệm ngồi ghế lái xe tải

Ghế ngồi là một trong những bộ phận quan trọng và thiết yếu nhất của

xe Sự thoải mái của ghế ngồi là một mối quan tâm lớn đối với lái xe

và hành khách vì họ phải ngồi lái trong thời gian dài Do đó sự mong đợi của khách hàng về sự thoải mái khi ngồi ghế ô tô đang tăng lên liên tục Thiết kế ghế ô tô luôn là một thách thức đối với các kỹ sư thiết kế

vì các thông số thiết kế phức tạp và ngày càng tăng

Hình 2.1: Ghế lái xe tải

Khung xương nệm ngồi ghế lái xe tải là chi tiết có hình dạng 3D phức tạp, yêu cầu kết cấu cứng vững, chịu lực tốt, vì thế công nghệ dập vuốt được áp dụng để chế tạo ra sản phẩm đáp ứng được các yêu cầu về hình dáng, kết cấu, chất lượng bề mặt sản phẩm Công nghệ dập vuốt có thể tạo ra chi tiết khung xương nệm ngồi trong thời gian ngắn nhất, kết hợp với các nguyên công khác như cắt hình, đột lỗ, dập uốn

để tạo ra sản phẩm đáp ứng yêu cầu khác hàng đề ra Chi tiết khung

xương nệm ngồi sử dụng công nghệ dập vuốt đảm bảo tính lắp lẫn cao, trong sản xuất hàng loạt lớn, tiết kiệm được nguyên vật liệu, và đặc biệt giá thành giảm đáng kể so với các phương pháp khác

Hình 2.2: Chi tiết khung xương nệm ngồi ghế lái xe tải

2.1.2 Nhu cầu sử dụng chi tiết trong nền công nghiệp Việt Nam và THACO

Khảo sát nhu cầu nội địa hóa và thiết kế sản phẩm làm khuôn:

Hình 2.3 Tốc độ tăng trưởng thì trường ô tô tại ASEAN giai đoạn

2018 - 2020

2.2 Đặc điểm thông số kỹ thuật và sơ đồ công nghệ thiết kế chi tiết khung xương nệm ngồi xe tải

 Thông số kỹ thuật

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật khung xương nệm ngồi ghế lái xe tải

Tên sản phẩm Khung xương nệm ngồi ghế lái xe tải

Yêu cầu kỹ thuật

của sản phẩm

 Bề mặt không trầy xước

 Sản phẩm không bị nhăn rách

 Gia công đúng kích thước bản vẽ

 Dung sai kích thước: ± 0,2mm

 Chiều cao ba via: ≤ 0,5mm

 Sản phẩm lắp ráp được trên xe tương đương với sản phẩm chính hãng

2.3 Sơ đồ công nghệ thiết kế chi tiết

Hình 2.2: Sơ đồ thiết kế

2.4 Thiết kế chi tiết khung xương nệm ngồi ghế lái xe tải

Yêu cầu kỹ thuật

 Vật liệu yêu cầu: SPCC

 Bề mặt không trầy xước

 Sản phẩm không bị nhăn rách

 Gia công đúng kích thước bản vẽ

 Dung sai kích thước: ± 0,2mm

 Chiều cao ba via: ≤ 0,5mm

 Sản phẩm lắp ráp được trên xe tương đương với sản phẩm chính hãng

Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu

 Thiết kế sản phẩm với sự hỗ trợ của dụng cụ đo

 Thiết kế sản phẩm với sự hỗ trợ của máy đo 3 chiều CMM

 Thiết kế sản phẩm với sự hỗ trợ của máy quét 3D (3D Scan)

và kiểm tra bằng máy đô 3 chiều CMM

Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm:

- Sản phẩm cần độ chính xác cao hình dáng hình học và các vị trí lỗ bắt bu lông

- Yêu cầu thời gian đo mẫu nhanh

2.5 Thiết kế chi tiết

 Giai đoạn lấy mẫu

Hình 2.3 Thiết bị quét 3D và thiết bị đo CMM

Hình 2.4 Dữ liệu quét 3D chi tiết khung xương nệm ngồi ghế lái xe tải

 Giai đoạn thiết kế sản phẩm:

Hình 2.2 Thiết kế ngược sản

phẩm bằng phần mềm Rapidform

Hình 2.6 Chỉnh sửa thiết kế bằng

phần mềm NX

 Giai đoạn ứng dụng CAE để tinh chỉnh, tối ưu sản phẩm:

Hình 2.7: Kiểm tra thiết kế so với dữ liệu mẫu quét 3D bằng phần mềm

Rapidform

2.6 Bộ bản vẽ thiết kế sản phẩm

Mô hình thiết kế 3D sản phẩm:

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN

VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Đánh giá lựa chọn phương án thiết kế khuôn

3.1.1 Lựa chọn phương án gia công chi tiết trên khuôn

Ta lựa chọn phương án thiết kế khuôn như sau:

 Nguyên công 1: Dập vuốt sâu chi tiết lần 1

 Nguyên công 2: Dập vuốt sâu chi tiết lần 2

 Nguyên công 3: Dập cắt hình biên dạng ngoài chi tiết kết hợp dập cắt đột các lỗ

3.1.2 Các phương án thiết kế khuôn dập vuốt chi tiết

Phương án 1: Dập vuốt định hình theo biên dạng của chi tiết:

Phương án 2: Dập vuốt sâu chi tiết theo mặt phân khuôn nằm ngang

Sản phẩm là khung xương nệm ngồi ghế lái xe tải, yêu cầu về

độ chính xác cao, phương án 1 định vị mặt phôi nằm nghiên, dễ gây sai lệch chi tiết

3.2 Thiết kế tổng thể và thiết kế chi tiết khuôn dập vuốt khung xương nệm ngồi ghế lái

3.2.1 Phương pháp thiết kế khuôn:

 Phân tích và chọn sơ đồ kết cấu của khuôn

 Lựa chọn các chi tiết và các bộ phận lắp ráp của khuôn

 Tính toán kiểm nghiệm về độ bền, độ ổn định và độ cứng của các chi tiết chịu tải lớn nhất của khuôn

 Xác định trung tâm áp lực của khuôn (trùng với trục cuống khuôn)

 Lựa chọn phương pháp cấp phôi vào khuôn, định vị bước cấp phôi khi dập từ phôi dài

 Lựa chọn phương pháp tháo gỡ chi tiết hoặc phế liệu ra khỏi khuôn

 Lựa chọn phương pháp kẹp chặt các chi tiết khuôn vào đế khuôn (gỡ định vị, kẹp chặt bằng bulông chốt định vị, …)

 Lựa chọn giới hạn của vùng nguy hiểm, sử dụng thiết bị có bảo vệ hai tay

 Phối hợp các kích thước của khuôn và máy ép về chiều cao kín, kích thước lỗ đầu trượt, kích thước lỗ bàn máy, …

 Bố trí và phối hợp bản vẽ lắp của khuôn ở vị trí kết thúc quá trình làm việc

 Chi tiết hóa các chi tiết khuôn

Hình 2.3: Khuôn dập vuốt lần đầu có chặn

phôi (trên máy ép tác động kép)

Hình 2.4: Khuôn phối hợp để cắt hình và dập vuốt

(trên máy ép tác động đơn)

Hình 2.5: Khuôn phối hợp để cắt hình và dập

vuốt (trên máy tác động kép)

Hình 2.6: Khuôn tác dụng phối hợp để dập vuốt bước 1 và 2 trên máy ép tác động kép

Hình 2.7: Khuôn phối hợp để cắt phôi – dập vuốt và đột lỗ

3.2.3 Các chi tiết điển hình và các cụm lắp ráp khuôn

3.2.3.1 Các chi tiết khuôn

Khuôn để dập tấm bao gồm: khối khuôn, các cụm và các chi tiết kẹp chặt Khối khuôn bao gồm đế khuôn trên và đế khuôn dưới, trụ

bạc dẫn hướng và cuống khuôn (nếu kích thước khuôn nhỏ) Cụm

khuôn bao gồm các chi tiết làm việc chủ yếu như chày, cối, áo chày, áo

cối, cơ cấu gỡ phế liệu, đẩy sản phẩm, chày định tâm, máng dẫn

phôi…

3.2.3.2 Vật liệu và nhiệt luyện các chi tiết làm việc của khuôn

Các chi tiết làm việc của khuôn: chày, cối, vòng chặn… được chế tạo bằng loại vật liệu có những yêu cầu nhất định như: độ bền cao,

có tính dẻo dai và chống mài mon, có khả năng tăng độ cứng sau khi nhiệt luyện, có độ thấm tôi cao Các loại thép cacbon dụng cụ và thép hợp kim có thể đạt được các yêu cầu nêu trên

Bảng 2.1: Các vật liệu thường dùng cho chế tạo khuôn

Mác thép tương đương

Ghi chú DIN

(Đức) (USA) AISI Japan/Korea

Khuôn dập nguội

C45 15HRC 38-45 CK45 1045

1046 S45C S50C

Chiều dày

phôi Sản lượng

Vật liệu chày và cối Độ cứng Loại

khuôn

<2.5 <100000 C45 40-45 Khuôn dập

<2.5 >100000 SKD11 55-60 Khuôn dập

>2.5 >5000 SKD11 55-60 Khuôn dập

Bảng 2.2: Lựa chọn vật liệu theo chi tiết kết cấu:

6 Cối dập Tùy sản lượng

Độ cứng sau nhiệt luyện (HRC)

Sản lượng (chi tiết/năm)

Nhiệt luyện

7 Các vật tư, chi tiết khác theo tiêu chuẩn vật liệu của nhà cung cấp

3.2.3.3 Độ bền các chi tiết làm việc của khuôn

Độ bền của khuôn có thể xác định một cách gần đúng theo công thức kinh nghiệm, chẳng hạn để xác định độ bền cho đến trước khi mài lại khuôn đột lỗ, chúng ta có thể sử dụng công thức sau:

max

P    2 rS  .sin 

Công thức trên đã được áp dụng để xác định độ bền của khuôn khi dập các thép tấm CT3, CT4, X12H9T có chiều dày S = 4 ÷ 10 mm với khe hở hai phía giữa chày và cối Z = 12 ÷ 18% và chày cối được làm bằng thép hợp kim X12M có độ cứng sau khi tôi 56 ÷ 62 HRC

Độ bền của khuôn có thể tăng lên 5 ÷ 6 lần nếu sử dụng các

biện pháp hóa nhiệt và vật lý khác nhau để tăng độ bền của dụng cụ.

3.2.4 Tính toán các chi tiết về độ bền và tính ổn định

b Tính toán lực cắt đột

Chu vi vùng cắt đột: C = 2.(445+995) + 370 = 3250 (mm2)

Lực cắt/ đột: F = 30.1,2.3250/1000 = 117 (tấn)

c Tính toán lực kẹp phôi

Lực kẹp phôi: Fkp = F.30% = 78.20% = 15 (tấn)

3.2.4.2 Tính toán cơ cấu kẹp, đệm, đẩy sản phẩm

Các bộ phận đệm, đẩy bằng khí nén tạo ra một đối áp không đổi, có trị số bằng khoảng 10% so với lực danh nghĩa của máy ép

Các kết cấu của đệm có thể có lỗ thoát cho phế liệu rơi ra hoặc không có lỗ thoát

Bộ phận làm việc của đệm là lò xo được định vị sau khi nén sơ

bộ với độ nén Fsơ bộ và độ nén khi làm việc của lò xo: Flàm việc chỉ còn 0,35F

Độ nén toàn phần của lò xo: F = Flàm việc/0,35 ≈ 2,9Flàm việc ≈ 2,9hchi tiết

Lực nén cực đại của lò xo, khi độ nén toàn phần là F được xác định bằng từ giá trị 0 đến cực đại

Ta có thể chọn thông số của lò xo theo lực cực đại Pmax và độ nén cực đại cho phép F dựa vào các lò xo tiêu chuẩn Khi cần thiết chúng ta có thể tính toán lo xo nén hình trụ theo các công thức sau:

 

3 max

8

d P

D

 Trong đó: Pmax – tải trọng cho phép cực đại

d – đường kính dây lò xo

D – đường kính trung bình của lò

xo

chi tiet

h n

f

Trong đó:

f – độ nén cực đại của một vòng lò xo

hchi tiết – chiều cao của chi tiết dập vuốt

Công thức nhận được từ điều kiện đã nêu trên là độ nén làm việc của lò xo chiếm khoảng 35% độ nén cho phép cực đại (độ nén toàn phần) và có thêm hai vòng ở hai đầu của lò xo không ảnh hưởng đến giá trị của độ nén

3.2.4.3 Xác định trung tâm áp lực của khuôn

Trung tâm áp lực của khuôn (có tạo độ x, y) chính là điểm đặt của tổng hợp lực P thỏa mãn điều kiện:

Hạn chế những sai sót về mặt kết cấu do sự không đồng bộ giữa nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới (chẳng hạn như độ dài của trụ và bạc dẫn hướng, độ dài của chày…)

Chiều cao của khuôn (khoảng cách giữa hai mặt tựa đế khuôn) khi khuôn kết thúc quá trình làm việc được gọi là chiều cao kín của khuôn, Hkhuôn

Chiều cao kín lớn nhất của máy là khoảng cách giữa bàn máy và đầu trượt Nếu khoảng điều chỉnh chiều dài tay biên là M thì khi chiều dài tay biên lớn nhất ta có:

Khi thiết kế khuôn để đảm bảo cho khuôn làm việc an toàn và chắc chắn, thì chiều cao kín của khuôn cần phải thỏa mãn:

Hmax – 5 ≥ Hkhuôn ≥ Hmin +10

Thông thường khuôn được thiết kế gần với chiều cao kín lớn nhất, vì khi đó chiều dài tay biên nhỏ sẽ an toàn, chắc chắn và có thể giảm được chiều cao của khuôn khi mài lại

- Công suất của máy cần phải đủ để thực hiện nguyên công

- Chiều cao kín của máy cần phải phù hợp với chiều cao kín của khuôn

- Kích thước của đầu trượt và bàn máy cần đảm bảo lắp được khuôn và các cơ cấu cấp phôi, truyền phôi tùy từng trường hợp cụ thể, lỗ bàn máy cần đủ cho chi tiết (hoặc phế liệu) rơi tự do,…

 Số hành trình đầu trượt/ phút cần phải đủ lớn để cho năng suất cao