công nghệ kỹ thuật dập vuốt

công nghệ dập vuốt các vật dụng kim loại tấm

4 – dập vuốt

Dập vuốt hay còn gọi là dập sâu là quá trình biến phôi phẳng thành một chi tiết rỗng có hình dạng bất kỳ (hoặc tiếp tục thay đổi các kích thớc của chi tiết ấy) và

đ-ợc tiến hành trên các khuôn dập vuốt

Có hai phơng pháp dập vuốt khác nhau:

- Dập vuốt không mỏng thành, tức là không làm thay

đổi chiều dày thành của chi tiết so với chiều dày phôi ban

đầu; khe hở giữa chày và cối khuôn dập lớn hơn chiều dày phôi Trong quá trình dập phần phôi (D – d) (H.IV.18) biến thành phần hình trụ có đờng kính d và chiều cao h1 Vì rằng thể tích kim loại khi dập là không đổi nên chiều cao của sản phẩm h1 lớn hơn chiều rộng h của phần phôi (D – d) Khi biến dạng kim loại dịch chuyển theo chiều cao rất mạnh Phần kim loại đợc biểu diễn có tính chất quy ớc bằng những tam giác vạch kẻ trên phôi là phần kim loại “thừa” sẽ bị dồn

ép khi dập làm tăng chiều cao của sản phẩm đợc chế tạo Chính thể tích dịch chuyển “thừa” này là nguyên nhân tạo nên các nếp nhăn và có thể gây nên phế phẩm (H.IV.19a)

Để tránh nếp nhăn ngời ta dùng một vòng ép ép chặt phôi lên mặt khuôn bằng những cơ cấu đặc biệt hoặc bằng các con trợt bên của máy ép tác dụng kép (H.IV.19b)

Phôi càng dày, hiệu số giữa đờng kính phôi và đờng kính sản phẩm càng nhỏ thì càng giảm bớt đợc nếp nhăn khi dập Chiều cao sản phẩm hoặc bán sản phẩm sau mỗi nguyên công dập không đợc quá lớn vì rằng khi tăng chiều sâu dập thì lực tác dụng sẽ tăng lên rất lớn có thể phá huỷ vật liệu ở những phần chịu kéo Vì thế tuỳ thuộc vào tỷ lệ giữa chiều cao với đờng kính của chi tiết đợc dập và chiều dày của phôi mà thực hiện dập một hoặc một số lần

Vị trí nguy hiểm nhất khi vuốt là vùng chuyển tiếp từ

đáy tới các thành của chi tiết vì sự giảm mỏng chiều dày của vật liệu phát sinh ở những vị trí này rất mạnh do ứng suất tập trung rất lớn

ứng suất kéo ở trên thành của

phần trụ rỗng sẽ tăng lên khi tăng

chiều rộng ban đầu

2

D d

của phần phôi tròn ứng suất kéo giới hạn ở

trên thành của phần trụ rỗng phụ

thuộc vào độ bền của vật liệu

biến dạng ở tiết diện nguy hiểm

nhất

Có thể giảm bớt sự thay đổi

chiều dày ở vị trí nguy hiểm bằng

cách tăng bán kính lợn của khuôn,

khe hở giữa chày và cối, thực hiện

bôi trơn, giảm bớt mức độ biến

dạng và lực nén ép phôi

- Dập vuốt có làm mỏng

thành:

Dập vuốt có mỏng thành

làm thay đổi chiều dày thành chi

tiết so với chiều dày phôi ban đầu (hình H.IV.20) Trong tr-ờng hợp này khe hở giữa chày và cối nhỏ hơn chiều dày phôi tấm và số lần gia công đợc xác định theo mức độ biến dạng cho phép, có giá trị đợc xác định nh sau:

ở đây:

F(n-1) và Fn – diện tích tiết diện ngang của bán thành phẩm sau lần dập thứ (n-1) và thứ n

S(n-1) và Sn – chiều dày thành của bán thành phẩm sau lần dập thứ (n-1) và thứ n

D d

h h

H.IV.18 - Dập vuốt một chi tiét hình trụ có dạng cốc

H.IV.19 - Quá trình dập

vuốt

H.IV.20 - Dập vuốt có làm mỏng

thành

Đặc điểm của dập vuốt có mỏng thành là đờng kính của chi tiết giảm ít, chiều sâu tăng nhiều và do đó giảm chiều dày phôi (hoặc bán thành phẩm) Quá trình dập vuốt này không làm thay đổi chiều dày của đáy sản phẩm

Để rút ngắn số lần dập vuốt thờng thực hiện một số lần dập không làm mỏng thành trớc để đạt đợc chiều sâu nào đó, sau đó mới dập vuốt làm mỏng thành

Dập vuốt làm mỏng thành có u điểm là không cần vành ép để chống nhăn, không cần thiết bị để dẫn hớng, chỉ cần dập trên máy tác dụng đơn, khuôn đơn giản, rẻ tiền, nhng quá trình dập phải qua nhiều nguyên công và bắt buộc phải ủ trung gian

Có nhiều phơng pháp xác định kích thớc phôi khác nhau dựa vào sự cân bằng diện tích, thể tích hoặc khối l-ợng của sản phẩm và của phôi ban đầu Khi dập vuốt không làm mỏng thành hoặc làm thay đổi chiều dày thành ít th-ờng xác định kích thớc phôi theo sự cân bằng diện tích bề mặt của phôi và bề mặt chi tiết thành phẩm, có kể thêm l-ợng d để cắt mép Khi dập vuốt có làm mỏng thành kích thớc phôi đợc xác định căn cứ vào sự cân bằng thể tích phôi và thành phẩm Dới đây giới thiệu một số cách tính toán kích thớc phôi đối với các chi tiết dập có hình dáng khác nhau

- Dập chi tiết có dạng hình trụ và các hình tròn xoay

đơn giản Phôi tròn để dập các chi tiết đơn giản hình tròn có đờng kính D:

4 1,13 1,13



ở đây F- diện tích của chi tiết

1 2 n

f    f f f

� - tổng diện tích của các phần tử riêng biệt của bề mặt chi tiết, mm2

Với các chi tiết tròn xoay rỗng có thể chia bề mặt của chúng thành các hình đơn giản (tròn, trụ ) rồi xác định

bề mặt chi tiết bằng cách cộng các diện tích các phần tử

có hình dáng đơn giản lại

Sau khi dập thờng cắt vành mặt bích của sản phẩm, vì thế cần phải để một lợng d cắt thích hợp

Đối với các phôi để chế tạo các chi tiết dạng tròn xoay phức tạp đờng kính của nó đợc xác định theo quy tắc Gunđen Nội dung của quy tắc này là: diện tích mặt ngoài của một vật thể tròn xoay đợc tạo nên bằng cách quay một

đờng cong có hình dáng tuỳ ý xung quanh một trục bằng tích số của chiều dài đờng sinh với quỹ đạo của trọng tâm

đờng sinh ấy

F = 2RS L

ở đây F – diện tích mặt ngoài của vật thể tròn xoay, mm2;

RS – khoảng cách từ trọng tâm đờng sinh

đến đờng trục quay, mm;

L - độ dài đờng sinh, mm

Đờng kính của phôi tính theo công thức sau đây:

D = 8LR S  8�lr

ở đây: L.RS = �lr;

r – khoảng cách từ trọng tâm của tong đoạn

đờng sinh phần tử đến trục quay

Có thể xác định chiều dài đờng sinh và vị trí trọng tâm của nó theo

các phơng pháp

sau:

- Phơng pháp

thứ 1:

Chia đờng

sinh của chi tiết

thành các phần tử

riêng biệt 1, 2, 3,

để cho các phần

đợc chia là các

đoạn thẳng hay

cung tròn (H.IV.21)

Nếu đờng sinh có

những phần là

đ-ờng cong thì các

phần này đợc chia

thành các đoạn

nhỏ và thay thế

bằng các đoạn

thẳng Xác định

trọng tâm của mỗi phần và qua các trọng tâm này kẻ các đ-ờng song song với trục chi tiết Vẽ các đoạn L1, L2 Ln tơng ứng với chiều dài các đoạn 1, 2, n Sau đó trên đoạn AB lần lợt đặt nối tiếp các đoạn L1, L2, Ln Từ một tâm O bất

kỳ vẽ các tia đến đầu mút của các đoạn thẳng này Tiếp tục vẽ các đoạn thẳng song song với các tia trên, tức là vẽ 6’//6; 7’//7; 8’//8 , giao điểm của các tia 6’ và 11’ xác

định vị trí trọng tâm S và bán kính RS Đờng kính của phôi đợc xác định theo các công thức đã giới thiệu ở trên hoặc là theo quan hệ hình học R2 = 2.RS.L, ở đây R – bán kính phôi, chính là đoạn BD vuông góc với đờng kính của nửa vòng tròn L + 2RS tại điểm B (H.IV.21)

H.IV.21 - Ph ơng pháp tìm kích th ớc

phôi bằng đồ thị

- Phơng pháp thứ 2: Có kết qủa chính xác hơn phơng

pháp 1 và đợc tiến hành trình tự nh sau:

+ Chia đờng sinh của chi tiết thành

các phần riêng biệt

(H.IV.22) Đánh dấu trọng

tâm của mỗi phần

Trọng tâm của đoạn

thẳng nằm ở giữa đoạn

Bán kính trọng tâm của

cung cong đợc xác định

nh sau (H.IV.23):

Với cung lồi:

r = B + A

Với cung lõm:

r = B - A

ở đây: B – khoảng

cách từ trục chi tiết

đến trọng tâm

cung cong

+ Xác định chiều dài của các đờng sinh

+ Nhân chiều dài l của các phần với bán kính trọng tâm r rồi tìm tổng

1 1 2 2 n n

lr l r l r   l r

�

+ Theo giá trị của tổng này để tìm

đ-ờng kính phôi theo công

thức:

8

D �l r

- Dập các chi tiết

hình hộp:

H.IV.22 - Tính toán đ ờng kính phôi

R

 x

A

B y

y

R

B A

x



y

y

H.IV.23 - Vị trí trọng tâm của các đoạn phôi có dạng cung

tròn

Khi dập các chi tiết hình hộp sẽ xuất hiện ứng suất

và biến dạng rất phức tạp, gồm biến dạng nén (co) theo chu

vi và biến dạng dài theo phơng thẳng đứng và có giá trị lớn nhất ở các góc Trong trờng hợp này các kích thớc và hình dáng phôi (H.IV.24) đợc xác định theo thứ tự sau đây:

+ Xác định chiều dài các thành phẳng của hộp

t-ơng tự nh khi uốn Bán kính r chọn nh với bán kính uốn

+ Bán kính phôi R đợc tính toán cũng nh khi dập hình trụ có đờng kính d và chiều cao h theo công thức:

2 4 2

d dh

R 

+ Xác định trọng tâm O của vật thể tròn xoay và qua đó kẻ các đờng Ob và Od tơng ứng vuông góc với nhau Sau đó từ tâm O vẽ cung tròn có bán kính r giới hạn phần phẳng của đáy vật thể tròn xoay và vẽ cung bán kính R

+ Vẽ đờng giới hạn phần phẳng của phôi với chiều dài

l + r từ tâm O

+ Chia ab và cd thành hai phần đều nhau Qua

điểm chia ở giữa vẽ các đờng tiếp tuyến với cung tròn bán kính R

r l

H.IV.24 - Kích th ớc hình dáng phôi dập chi tiết

hình hộp

+ Dùng bán kính lợn R ở góc để nối liền các đờng

thẳng của thành hộp với các đờng tiếp tuyến vừa kẻ

Chu vi nhận đợc bằng các đờng vẽ trên là chu vi của

phôi cần tìm Khi bán kính lợn giữa các thành chi tiết nhỏ

hoặc là chi tiết thành hộp cao thì chu vi của phôi có thể là

không phải là lồi mà là lõm vào (H.IV.25) Lúc này ngời ta

dùng bán kính R lợn tròn ở phía ngoài giữa các đờng tiếp

tuyến

Các kích thớc của phôi khi dập các hộp có mặt bích

cũng đợc xác định giống nh hộp không có mặt bích, lúc

đó cần tính thêm chiều rộng của mặt bích và bán kính

phôi R (H.IV.26) đợc tính nh sau:

2

2 4 1

2

d d h



- Dập chi tiết có hình dáng gồm những mặt cong

phức tạp và chiều cao không đều

R

R O

r

H.IV.25 - Xác định kích

th ớc phôi khi dập chi tiết

dạng hộp có mặt bích

H.IV.26 - Xác định hình dáng

và kích th ớc phôi để dập chi tiết hình hộp có bán kínhl ợn nhỏ và thành hộp cao

Đối với các loại chi tiết nh vậy không nên tính toán các kích thớc của nó Khi thiết kế các khuôn cắt và khuôn dập chỉ xác định sơ bộ các kích thớc ngoài cơ bản của phôi, còn các kích thớc và hình dáng chính xác của nó đợc xác

định bằng thực nghiệm khi thử và rà mài khuôn dập Các phôi nhận đợc bằng thực nghiệm đợc hiệu chỉnh lại nhằm

đảm bảo hình dáng bên ngoài của nó đơn giản (bằng phẳng hoặc tròn đều) Những phôi đã đợc hiệu chỉnh nh thế đợc dùng làm dỡng để chế tạo khuôn

Trờng hợp dập vuốt có làm mỏng thành, việc xác định kích thớc phải xuất phát từ tính chất bằng nhau giữa thể tích vật liệu phôi với thể tích chi tiết thành phẩm, cộng thêm lợng d cắt mép Hình vẽ chi tiết đợc chia thành các thể tích riêng có hình dạng hình học đơn giản mà các thể tích ấy đợc xác định bằng các công thức, rồi tổng cộng lại

Chiều dày phôi thờng đợc xác định theo hình vẽ của chi tiết thành phẩm và theo điều kiện gia công nó Đờng kính phôi đợc xác định theo công thức:

11,3 V

D

S



ở đây:

V – thể tích phôi kể cả phần thừa bỏ khi cắt mép;

V = (1 + a).Vtp

a – hệ số chỉ lợng thừa bỏ khi cắt mép,

a = 8 � 15%, phụ thuộc chiều cao tơng đối của chi tiết

S – chiều dày phôi (từ 1,0 đến 1,2 chiều dày

đáy)

Có thể tính số lần dập vuốt không làm mỏng thành

đối với chi tiết hình trụ không có vành theo hệ số dập sâu

m là tỷ số giữa đờng kính chi tiết d và đờng kính của phôi D:

d m D



Nếu gọi phôi ban đầu có đờng kính D, còn đờng kính bán thành phẩm sau lần dập thứ nhất, thứ hai, , thứ (n – 1) là d1 , d2 , , dn-1 , đờng kính sản phẩm là dn thì các

hệ số dập vuốt lần lợt là:

1 1

d m D

2 1

d m d

 ; ;

1

n n n

d m

d 



Từ các biểu thức trên suy ra:

d1 = m1.D; d2 = m2.d1 = m1.m2.D; ; dn = mn.dn-1 dn-1 = m1.m2 mn.D

Số lợng nguyên công dập vuốt có thể xác định sơ bộ theo công thức sau đây:

1 2

lg lg( ) lg

n

n

m





ở đây:

n – số lợng nguyên công dập vuốt

dn – đờng kính chi tiết thành phẩm (mm)

D – đờng kính phôi (mm) m2 – hệ số dập vuốt ở nguyên công thứ hai (cũng xấp xỉ bằng hệ số dập vuốt của các nguyên công tiếp theo)

m1 – hệ số dập vuốt ở nguyên công dập đầu tiên

Khi tính toán công nghệ quá trình dập vuốt các sản phẩm, thờng thờng các kích thớc yêu cầu của chi tiết không trùng với kích thớc tính toán theo các hệ số Trong trờng hợp này phải làm cho các lần biến dạng ở các nguyên công đồng

đều nhau, còn hệ số dập vuốt sẽ điều chỉnh về phía tăng lên

Khi dập vuốt có làm mỏng thành chiều dày, đờng kính ngoài và đờng kính trong của phôi đều giảm đi nhng vì

biến dạng chủ yếu là sự giảm chiều dày của thành chứ không phải là sự giảm đờng kính nên khi tính toán số lần gia công có thể bỏ qua sự thay đổi của đờng kính Trong trờng hợp này số nguyên công dập đợc xác định theo mức

độ biến dạng cho phép E

1

bm

ở đây:

Sn-1 và Sn – chiều dày của thành trớc và sau khi dập vuốt có biến mỏng thành, mm

Fn-1 và Fn – diện tích tiết diện ngang trớc và sau khi biến dạng, mm2

mbm – hệ số dập vuốt

Số nguyên công tiến hành đợc tính theo công thức:

lg lg 100 100

n

E







Giá trị trung bình của mức độ biến dạng E khi dập vuốt có làm mỏng thành đối với thép mềm bằng 55 � 60% (nguyên công thứ nhất), bằng 35 � 45% (nguyên công sau);

đối với thép có độ cứng trung bình E = 35 � 40% (nguyên công thứ nhất); E = 25 � 30% (nguyên công sau)

Có thể xây dựng công thức lý thuyết tính lực dập vuốt

để phân tích lý thuyết quá trình dập vuốt Khi tính toán

kỹ thuật có thể sử dụng các công thức xác định lực dập vuốt và lực chặn thực tế sau đây:

- Đối với các chi tiết hình trụ không có vành:

1

.

b

P  dS K

- Đối với các chi tiết hình trụ có vành rộng:

2

.

b

P  dS K

ở đây:

P – lực dập, N;

d - đờng kính chi tiết ở nguyên công cần xác

định lực dập, mm;

S – chiều dày vật liệu, mm;

b

 - giới hạn bền của vật liệu, N/mm2; K1 , K2 – các hệ số, giới thiệu trong các sổ tay rèn dập;

- Đối với chi tiết dạng hộp chữ nhật thấp (dập vuốt qua một nguyên công)

3

(2 2 1,72 ) .b

P A B r S K

ở đây:

A và B – chiều dài và chiều rộng của hộp chữ nhật, mm;

r – bán kính góc lợn của hộp, mm;

K3 – hệ số phụ thuộc chiều cao tơng đối của hộp

h

B , chiều dày tơng đối của phôi S

D và bán kính lợn tơng đối r

B

- Đối với chi tiết hình trụ dập vuốt có làm mỏng thành:

1

P d S  S  K

ở đây:

dn - đờng kính ngoài của chi tiết sau nguyên công dập vuốt thứ n, (mm);

Sn-1 và Sn – chiều dày thành sau nguyên công dập vuốt thứ (n – 1) và thứ n, (mm);

Kbm – hệ số (với thép Kbm = 1,8 � 2,25; với đồng thau Kbm = 1,6 � 1,8)

Lực chặn phôi đợc tính toán phải đảm bảo không để xảy ra đứt kim loại hay tạo nếp nhăn Thông thờng có thể dùng các công thức tính lực chặn sau đây:

- Khi dập vuốt nhừng chi tiết có hình dáng bất kỳ (tổng quát)

P = F.q

- Khi dập vuốt lần thứ nhất những chi tiết hình trụ (từ phôi phẳng)

1

[ ( 2 ) ]

Q D  d  r q

- Khi dập vuốt tiếp tục những chi tiết hình trụ (từ phôi rỗng)

1



Trong các công thức trên:

F – diện tích của phôi dới tấm chặn, mm2 ;

q - áp lực chặn, N/mm2 (thép mềm S < 0,5 mm thì q = 2,5 � 3

S > 0,5 mm thì q = 2

� 2,5)

d1 , , dn - đờng kính dập vuốt (cối), ở nguyên

công thứ nhất và thứ n, mm;

rc – bán kính góc lợn của cối, mm;

D - đờng kính của phôi, mm