Nghiên cứu chế tạo mô hình máy dập tự động điều khiển mạch điện tử

Trong chế tạo cơ khí nói chung, chuyên ngành chế tạo máy nói riêng đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong một số năm qua, các phương pháp gia công kim loại dựa trên sự biến dạng dẻo củ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

ngành: công nghệ cơ khí

nghiên cứu chế tạo mô hình máy dập tự động

điều KHIểN MạCH điện tử

LÊ HUY TùNG

HÀ NỘI - 2009

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

nghiên cứu chế tạo mô hình máy dập tự động

điều KHIểN mạch điện tử

Trường ĐHBK Hà Nội

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan những nghiên cứu và các kết quả được trình bày trong luận văn và những thực nghiệm này là của riêng tôi, không sao chép từ bất kỳ các nghiên cứu của người khác

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu sai

Tác giả

Lê huy tùng

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lời cảm ơn chân thành đến các Thầy Cô, các đồng nghiệp ở trong và ngoài trường , đặc biệt là GS-TS Trần Văn Địch đã tận tình hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến và giúp đỡ tôi thực hiện luận văn này

được hoàn thành

Tôi xin chân thành cảm ơn

1 Tính cấp thiết của đề tài

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Khoảng nhiệt độ tạo hình

2.2 ảnh hưởng của quá trình tạo hình đến cơ tính của kim loại

Chương 3: Thiết kế chế tạo Mô hình máy dập tự động điều khiển mạch điện tử

3.1 Thiết kế và chế tạo cơ khí

3.1.1 Thân máy 3.1.2 Hệ bàn máy 3.1.3 Đầu dập ( con trượt) 3.1.4 Các chi tiết điển hình 3.1.5 Khuôn dập

3.2 Thiết kế lập trình điều khiển

3.2.1 Mạch điều khiển 3.2.2 Lập trình điều kiển Chương 4: Thông số kỹ thuật máy

C Kết luận chung

D.Tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

Trong bất kỳ một xã hội hay một quốc gia nào,việc nghiên cứu chế tạo ra một sản phẩm mới hay các thiết bị máy móc nhằm thay thế sức lao động cho con người đều là hết sức cần thiết

Để tăng năng xuất và chất lượng cho một sản phẩm đồng nghĩa với việc phải cải tiến về kỹ thuât,vận dụng công nghệ mới,điều đó phụ thuộc vào chính sự tư duy và sáng tạo của con người

Trong chế tạo cơ khí nói chung, chuyên ngành chế tạo máy nói riêng đã đạt

được nhiều thành tựu to lớn trong một số năm qua, các phương pháp gia công kim loại dựa trên sự biến dạng dẻo của vật liệu (gọi tắt là gia công biến dạng dẻo hay gia công áp lực) đã chiếm một vị trí quan trọng với một tỷ trọng ngày càng tăng trong sản xuất cơ khí, Bên cạnh những phương pháp mang tính truyền thống chuyên sản xuất bán thành phẩm và tạo phôi như cán, rèn, kéo, ép đã xuất hiện những phương pháp cho phép sản xuất ra sản phẩm là những chi tiết hoàn chỉnh không cần phải gia công tiếp theo, đặc biệt là các sản phẩm dập Cộng nghệ tạo hình kim loại bằng phương pháp dập là công nghệ gia công kim loại bằng áp lực nhằm làm biến dạng kịm loại (nóng hoặc nguội) để được các chi tiết và sản phẩm

có hình dạng và kích thước mong muốn Đây là loại hình công nghệ đang được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong các lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử, công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp hàng

không, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp quốc phòng, thực phẩm, hoá chất, y tế…

Sở dĩ công nghệ dập được ứng dụng rộng rãi như vậy là do nó có những ưu

điểm nổi bật hơn hẳn các loại hình công nghệ khác: Có thể hoàn thành công việc phức tạp bằng một động tác đơn giản của máy dập, gia công được các chi tiết có hình dạng phức tạp (các chi tiết có thành mỏng, gân, gờ…) có thể cơ khí hoá, tự

động hoá và đạt năng xuất rất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật liệu

và tận dụng được phế liệu (gia công không phoi), quá trình biến dạng dẻo nguội còn làm tăng độ bền đáng kể của chi tiết gia công

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các nghành khoa học khác, công nghệ tạo hình sản phẩm dập đã và đang được trang bị bằng các thiết bị hiện đại nhất phục vụ cho việc phát triển và ứng dụng tại các nước tiên tiến có nền công nghiệp hiện đại như: Mỹ, Anh, Pháp, Nhật, Đức, Thụy Sỹ…

Tại Việt Nam vào những năm gần đây một số các cơ sở sản xuất, các doanh nghiệp có vốn nước ngoài và một số viện nghiên cứu cơ khí đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ tạo hình sản phẩm dập cho sản xuất bước đầu có kết quả Tuy nhiên những máy móc thế hệ mới đang được sử dụng trong nước hiện nay chủ yếu nhập ngoại với giá thành rất đắt và số luợng đang còn rất hạn chế, đa số trong các công ty, xí nghiệp hay các cơ sở sản xuất cơ khí hiện nay của ta vẫn sử dụng các loại máy dập thế hệ cũ dùng trong sản xuất đơn chiếc loạt vừa và nhỏ như : Máy ép

ma sát, máy dập trục khuỷu, máy ép thuỷ lực, …những loại máy này cho năng xuất rất thấp, điều kiện làm việc độc hại và nặng nhọc

Trong khuôn khổ một luận văn cao học với mong muốn được chế tạo ra một chiếc máy dập tự động dạng mô hình điều khiển bằng mạch điện tử, nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy cũng như thực nghiệm sản xuất thông qua một số các sản phẩm thông thường

Luận văn này là cơ hội tốt cho tôi từng bước rèn luyện khả năng nghiên cứu khoa học, vận dụng lý thuyết vào sản xuất chế tạo, ứng dụng các công nghệ mới vào thực tiễn, đó là tiền đề cho các bước phát triển của tôi sau này trong giảng dạy cũng như trong thực hành sản xuất Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn GS.TS Trần Văn Địch, người đã chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như việc thực hiện đề tài này Tôi cũng xin được bày tỏ sự biết

ơn đến các thầy cô đã dạy tôi, xin cảm ơn khoa cơ khí, cảm ơn bộ môn Công nghệ Chế tạo máy – Trường ĐHBK Hà Nội , Trường CĐCN Việt Đức Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Hà Nội tháng 3 năm 2009

Lê Huy Tùng

A Mở đầu

Một sản phẩm được người tiêu dùng chấp nhận phải trải qua nhiều công

đoạn, nhiều khâu : Khảo sát thị trường, định hình sản phẩm, nghiên cứu, thiết kế , chế tạo thử, nhận thông tin phản hồi, khảo nghiệm đặc tính kỹ thuật, chuẩn bị sản xuất , chế tạo, lắp ráp, chạy thử,…

Để nghiên cứu chế tạo ra một thiết bị máy móc có khả năng tự động hoá cao thì việc giải quyết hàng loạt công việc phải mang tính chính xác cao và phải được thực hiện theo một trình tự bắt buộc Công việc này đòi hỏi thời gian, nhân lực, chi phí đáng kể Đó là công việc liên tục, tiến hành không ngừng do điều kiện cụ thể

và trong các tình huống khác nhau, nó luôn luôn biến động và liên quan đến tính thời sự cùng với quá trình phát triển không ngừng của thế giới, với sự thay đổi của các phần cứng, phần mềm, các cơ cấu chấp hành, các linh kiện lắp ráp,…

Việt Nam là một trong những Quốc gia có nền công nghiệp kém phát triển trong những năm đầu thập niên 60 của thế kỷ trước, nhưng một số năm trở lại đây của thế kỷ XXI chúng ta đã đổi mới cơ chế, hội nhập cùng thế giới do vậy đã cập nhật được nhiều những tiến bộ mới về Khoa học kỹ thuật ở hầu hết các lĩnh vực như: chế tạo ôtô - xe máy, bưu chính viễn thông, công nghiệp đóng tàu, khai khoáng…

Nói chung chúng ta đã đạt được một số thành tựu to lớn nhưng điều đó là chưa đủ mà vẫn cần phải tiếp tục phát triển và nghiên cứu chế tạo ra nhiều sản phẩm máy móc hơn nữa trong điều kiện thực tế cấp bách Hiện nay các máy tự

động đang sử dụng trên thị trường trong nước chủ yếu là các máy cơ khí điều khiển theo chương trình PLC và CNC các loại này hoạt động rất tốt nhưng việc thay đổi chương trình hay sửa chữa chúng rất phức tạp, giá thành rất cao, phụ thuộc chủ yếu vào nhà sản xuất, trong khi đó các cơ sở của ta đa phần là các máy thế hệ cũ Do vậy việc nghiên cứu để tận dụng và nâng cấp chúng thành những máy móc có khả

năng bán tự động hay tự động hoá với chi phí rẻ hợp túi tiền mà vẫn chủ động thay

đổi chương trình điều khiển hay sửa chữa kịp thời là hết sức cần thiết

1-Tính cấp thiết của đề tài:

Xuất phát từ lý do, công nghệ dập là công nghệ có rất nhiều các ưu điểm nổi bật cũng là những đặc điểm chủ yếu như :

- Có thể thực hiện một công việc phức tạp bằng một chuyển động đơn giản của máy dập Chế tạo được các chi tiết có hình dạng phức tạp mà đôi khi các phương pháp gia công khác không thể thực hiện được, hoặc thực hiện rất khó khăn

- Sản phẩm dập có thể sử dụng được ngay, không cần qua gia công cắt gọt lại

có độ bền vững cao

- Tiết kiệm được nhiều nguyên vật liệu (gia công không phoi)

- Năng xuất cao, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự động hoá

- Người Công nhân điều khiển máy không cần có trình độ cao

- Năng xuất cao, giá thành hạ

Chính vì các đặc điểm nổi bật trên cũng như mong muốn tự chế tạo ra một mô hình máy dập tự động phục vụ cho việc giảng dạy, từ đó làm cơ sở nghiên cứu nâng cấp các thế hệ máy cũ thành bán tự động hoặc tự động là việc cần làm của mỗi Kỹ sư Chế Tạo Máy chúng ta hiện nay

2- Mục tiêu nghiên cứu:

- Nghiên cứu chế tạo ra một máy dập tự động dưới dạng mô hình (Máy Dập Mi Ni) có khả năng hoạt động như một máy thật, tạo ra được một sản phẩm ứng dụng vào thực tế

- Thiết kế hợp lý, gọn nhẹ, dễ sử dụng, đảm bảo các yếu tố về thẩm mỹ kiểu dáng công nghiệp và đạt được một số chỉ tiêu về kỹ thuật nhất định

- Chi phí hợp lý, có khả năng ứng dụng cao trong thực tế

3- Phạm vi nghiên cứu :

- Tập chung nghiên cứu kết cấu chung của các loại máy dập đã và đang sử dụng trên thị trường từ đó làm cơ sở thiết kế chế tạo hợp lý

- Nghiên cứu chế tạo khuân dập liên tục phục vụ sản xuất

- Tham khảo tìm tòi nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho máy

2.1 Khoảng nhiệt độ tạo hình

2.2 ảnh hưởng của quá trình tạo hình đến cơ tính của kim loại

Chương 3: Thiết kế chế tạo Mô hình máy dập tự động điều khiển mạch điện tử

3.1 Thiết kế và chế tạo cơ khí

3.1.1 Thân máy 3.1.2 Hệ bàn máy 3.1.3 Đầu dập ( con trượt) 3.1.4 Các chi tiết điển hình

3.1.5 Khuôn dập 3.2 Thiết kế lập trình điều khiển

3.2.1 Mạch điều khiển 3.2.2 Lập trình điều kiển Chương 4: Thông số kỹ thuật máy

B nội dung chính Chương 1 Tổng quan về công nghệ tạo hình kim loại tấm trên máy dập:

1.1 Bản chất, vị trí, đặc điểm và phạm vi ứng dụng

* Bản chất:

-Dập tấm là một trong những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực, bao gồm nhiều quy trình công nghệ làm biến dạng dẻo cưỡng bức các tấm phôi kim loại, tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau (trong đó có những sản phẩm có hình dáng rất phức tạp, nhẹ và bền)

-Do phôi dập chủ yếu là những tấm, dải, băng kim loại hay vật liệu phi kim

dễ biến dạng nên quá trình gia công thường được tiến hành ở trạng thái nguội Vì thế dập tấm nhiều khi còn được gọi là dập nguội So với các phương pháp gia công kim loại khác dập tấm là một phương pháp gia công tiên tiến có những ưu điểm sau:

- Thực hiện những nguyên công phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị, cho phép chế tạo những chi tiết rất phức tạp mà các phương pháp gia công khác rất khó khăn hoặc không thực hiện được

- Sản phẩm được chế tạo có độ chính xác cao, thường không phải gia công cơ khí vẫn đảm bảo lắp lẫn tốt

- Chế tạo được các sản phẩm có độ bền và cứng vững cao, gọn nhẹ và ít tốn vật liệu, phế liệu tương đối nhỏ

- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá, đạt năng suất chế tạo rất cao (có thể tới 3 ữ 4 vạn chi tiết trong một ca sản xuất), thích hợp với loại hình sản xuất hàng khối đảm bảo giá thành của sản phẩm chế tạo thấp

- Thao tác dập tấm trên máy tương đối đơn giản, không đòi hỏi phải có công nhân trình độ kỹ thuật cao

* Phương hướng phát triển:

Ngày nay ngành dập tấm đang được phát triển mạnh mẽ theo phương hướng sau đây:

- Mở rộng lĩnh vực áp dụng dập tấm, dùng các chi tiết dập hoặc dập – hàn thay thế cho các chi tiết đúc và rèn để giảm bớt gia công cắt gọt

- ứng dụng dập tấm vào sản xuất hàng loạt nhỏ bằng cách dùng những khuôn dập

đơn giản và khuôn dập vạn năng rẻ tiền

- Giảm bớt tiêu hao vật liệu bằng cách thiết kế các sản phẩm có tính công nghệ tốt, nghiên cứu cách xếp hình hợp lý, tận dụng phế liệu, nâng cao độ chính xác khi tính toán, thiết kế phôi

- Nâng cao độ chính xác của sản phẩm dập (đến cấp chính xác 3, 4)

- Dùng dập nguội để lắp ghép các chi tiết thành phẩm

- Nâng cao tuổi thọ của các khuôn dập, nhất là đối với các khuôn dập dùng trong sản xuất hàng loạt và sản xuất hàng khối

- Tăng năng suất lao động bằng cách cơ khí hoá và tự động hoá quá trình dập

Ngày nay dập tấm được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt ngành chế tạo máy bay, máy nông nghiệp, ô tô, thiết bị điện và đồ dân dụng, ví dụ khối lượng chi tiết dập tấm trong ngành máy điện tới 60 ữ 70%, điện thoại tới 75 ữ 80%, ô tô máy kéo tới 60 ữ 95%, hàng dân dụng tới 95 ữ 98%, dụng cụ chính xác tới 85 ữ 90%

Hiện tại phạm vi dập tấm đã được mở rộng Bằng dập tấm đã có thể chế tạo

được những sản phẩm rất lớn (kích thước tới 10 m), cắt được tấm dày tới 25 mm,

đột lỗ trên tấm dầy đến 35 mm, dập vuốt tấm dầy đến 20 mm, uốn nguội vật liệu dày 100 mm, cũng như gia công được những sản phẩm tinh xảo có kích thước rất nhỏ (khí cụ điện tử, radio .) Vật liệu dùng để dập tấm rất đa dạng gồm thép cacbon, thép hợp kim thấp, đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken

và hợp kim niken, thiếc, chì và một số vật liệu phi kim như giấy, các tông, êbônit, fip, amiăng, da

- Trên thực tế có tới hàng mấy trăm phương pháp biến dạng khác nhau và trong mỗi phương pháp đồng thời xuất hiện nhiều trạng thái ứng suất khác nhau, chúng biến đổi trong quá trình biến dạng Bởi vâỵ chỉ có thể cắc cứ vào những ứng suất các tác dụng chủ yếu đối với quá trình biến dạng, lấy đó làm tiêu chuẩn để

đánh giá các phương pháp biến dạng Dựa trên quan điểm này có thể phân chia các phương pháp biến dạng thành 5 nhóm lớn sau đây:

Quá trình công nghệ là toàn bộ các tác động trực tiếp làm thay đổi hình dạng , kích thước, tính chất và trạng thái của phôi ban đầu để đạt được mục đích nào đó Quá trình công nghệ bao gồm những nguyên công và được sắp xếp theo một trình

tự nhất định

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết các hình dạng và kích thước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật liệu và không có phế liệu ở dạng phôi Dập tấm thường được thực hiện với phôi

ở trạng thái nguội( nên còn được gọi là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ

( thường S ≤ 4mm) hoặc có thể phải dập với phôi ở trạng nóng khi chiều dày của vật liệu lớn

* Vị Trí:

Gia công kim loại bằng áp lực là môn khoa học ứng dụng các nghiên cứu lý thuyết, các quy luật vận động, các phương pháp và phương tiện tạo hình bán thành phẩm và các chi tiết kim loại, hợp kim nhờ biện pháp biến dạng dẻo( gia công không phôi) Vị trí của quá trình biến dạng dẻo trong bảng phân loại các phương pháp công nghệ ban đầu được trình bày trong hình 1.1

Nhóm 1 Quá trình tạo hình chi tiết bằng cách loại bỏ vật liệu thừa từ khối

nhất định để tạo cho phôi có hình dạng và đặc điểm cần thiết theo yêu cầu ( bằng gia công cơ, hoặc xử lý bằng điện hoá, các phương pháp gia công bằng điện vật lý, bằng nấu chảy, bằng cách cho bay hơi v.v ) Cơ tính của chi tiết trong trường hợp này bằng hoặc thấp hơn cơ tính của bán thành phẩm ban đầu ( σct ≤ σph)

Nhóm 2.Tạo hình chi tiết từ các phần tử rời rạc (ép chảy vật liệu dạng hạt,

ép bột) Cơ tính của chi tiết khi đó gần bằng cơ tính của các phần tử rời (σct / σph≤ 1)

Nhóm 3 Tạo hình chi tiết từ kin loại nóng chảy Cơ tính của chi tiết khi đó

bằng hoặc thấp hơn cơ tính của bán thành phẩm ban đầu (σct / σph -> 1)

Nhóm4 Quá trình tạo hình chi tiết trên cơ sở ứng dụng khả năng của kim

loại và hợp kim trong điều kiện xác định không thuận nghịch Thay đổi hình dạng phôi mà không làm phá huỷ ( gia công kim loại bằng biến dạng dẻo hay còn gọi là bằng áp lực) Cơ tính của vật liệu sau gia công được tăng lên ( σct / σph≤ 1)

Nhóm 5 Quá trình tạo hình chi tiết và cụm chi tiết có hình dạng phức tạp từ

tổ hợp các phần tử cơ sở bằng phương pháp tạo liên kết giữa các phần tử ( hàn, biến dạng dẻo) , (σct / σph -> 1)

H×nh 1.2 Ph©n lo¹i nguyªn lý nh÷ng øng dông khoa häc cña c«ng nghÖ gia

c«ng vµ vÞ trÝ cña gia c«ng kim lo¹i b»ng ¸p lùc

Trong c¸c qu¸ tr×nh trªn, chØ cã c¸c qu¸ tr×nh thuéc nhãm 4 lµ t¹o ®­îc s¶n phÈm cã c¬ tÝnh lín h¬n c¬ tÝnh cña ph«i ban ®Çu Qu¸ tr×nh c¬ b¶n cña gia c«ng

C«ng nghÖ s¶n

xuÊt chÕ t¹o m¸y

Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt

kim lo¹i vµ hîp kim

(Ho¸ - lý kim lo¹i

vµ hîp kim)

Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt kim lo¹i vµ hîp kim (Ho¸ - lý kim lo¹i

vµ hîp kim)

Nhãm II Nhãm III Nhãm IV Nhãm V

Qu¸ tr×nh chÕ t¹o chi tiÕt tõ vËt liÖu rêi

Qu¸ tr×nh chÕ t¹o chi tiÕt tõ kim lo¹i nãng ch¶y

Qu¸ tr×nh chÕ t¹o chi tiÕt b»ng biÕn d¹ng dÎo

Qu¸ tr×nh chÕ t¹o chi tiÕt b»ng hµn

kim loại bằng áp lực được hiểu là sơ đồ bố trí các ngoại lực tác dụng lên toàn bộ vật gia công sao cho đạt được sự biến dạng theo yêu cầu, đồng thời còn tạo cho sản phẩm những tính chất cơ - lý cần thiết Khi đó dưới tác dụng của ngoại lực, ở các

điểm khác nhau của vật biến dạng xuất hiện ứng suất với mức độ và phương chiều khác nhau khiến cho sự dịch vật liệu theo yêu cầu.Sự biến dạngcó thể đạt được tuỳ theo các sơ đồ tác dụng ngoại lực lên phôi được gia công Tuỳ theo đặc tính và cường độ của lực tương tác giữa phôi và dụng cụ mà sự biến dạng cùng một nguyên công cũng có thể đạt được khác nhau Theo từng điều kiện sản xuất cụ thể, hiển nhiên là quá trình nào hao phí năng lượng gia công ít nhất trong khi vẫn đảm bảo các điều kiện yêu cầu thì quá trình hợp lý

Xuất phát từ việc xác định bản chất của một quá trình sơ cấp là những tiêu chí quan trọng nhất để xây dựng dưới dạng bảng phân loại các quá trình gia công bằng

áp lực, cần đưa vào những nội dung sau đây:

- Hình dạng của bán thành phẩm ban đầu ( dày mỏng, đặc hay rời rạc);

- Chế độ nhiệt ( biến dạng nguội hay nóng );

- Loại môi trường tác động được sử dụng biến dạng ( rắn, dẻo – nhớt, dẻo, Lỏng, khí hay trường lực);

- Điều kiện nén thuỷ động của toàn khối được biến dạng (áp suất khí quyển, trường áp suất thuỷ tính cao);

- Chế độ vận tốc của tải trọng tác dụng ( tĩnh, động hay xung lực);

- Dạng nguồn năng lượng tạo xung ( nổ, xung điện thuỷ lực hay từ xung, laze hay các loại khác)

* Đặc điểm:

Đặc điểm chủ yếu của công nghệ dập tấm

Dập tấm là một công nghệ mới so với lịch sử phát triển công nghiệp thế giới Công nghệ dập tấm là bước phát triển của công nghệ gò Đó là quá trình gia công kim loại bằng áp lực, biến kim loại tấm hay khối thành sản phẩm có hình dáng mong muốn Công nghệ dập tấm có những đặc điểm chủ yếu và cùng là những ưư

điểm đặc biệt như sau:

Có thể hoàn thành công việc phức tạp bằng một động tác đơn giản của máy dập Chế tạo được những chi tiết có hình dáng phức tạp ( đặc biệt là những chi tiết

có thành mỏng) mà đôi khi các phương pháp gia công cắt gọt không thực hiện

được, hoặc thực hiện được rất khó khăn;

 Sản phẩm dập ra có thể sử dụng được ngay, không cần phải gia công cắt gọt lại, có độ bền vững cao; tiết kiệm được nhiều nguyên vật liệu;

 Năng suất cao, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự động hoá;

Công nhân không cần trình độ tay nghề cao;

 Sản lượng lớn, giá thành hạ

Do những đặc điểm trên của công nghệ dập tấm, mà ở các nước công nghiệp tiên tiến, dập tấm chiếm một tỷ lệ cao trong nhiều ngành công nghiệp

- Phạm vi ứng dụng của công nghệ tạo hình kim loại tấm

ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt trong các lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử, công nghiệp chế tạo ôtô, công nghiệp hàng không, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp quốc phòng , thực phẩm , hoá chất, y tế

1.2 Vật liệu dùng để dập tấm

1.2.1 Kim loại tấm và băng

Trong ngành chế tạo máy người ta thường sử dụng nhiều loại thép tấm cán và thép cán định hình với nhiều chủng loại khác nhau bao gồm cả kim loại đen và kim loại màu Đặc trưng của các tấm kim loại cán là đã được tiêu chuẩn hoá về các điều kiện kỹ thuật, thành phần hoá học và chủng loại Chúng thường được sản xuất dưới dạng tấm, băng hoặc cuộn Tuỳ theo phương pháp sản xuất, kim loại tấm có thể là cán nguội hoặc cán nóng Thép cán nguội ( thường có chiều dày S ≤ 4mm) có độ nhẵn bề mặt cao hơn so với thép cán nóng, sự đồng đều về chiều dày và các tính chất công nghệ cũng cao hơn Vì vậy thép cán nguội được sử dụng rộng rãi hơn để chế tạo các chi tiết bằng phương pháp dập nguội, còn thép cán nóng được sử dụng

để chế tạo các chi tiết phẳng, hình dạng đơn giản và dập vuốt không sâu Hầu hết các chi tiết trong ngành chế tạo máy ( trong đó có nhiều chi tiết của ôtô, máy kéo…) được sản xuất bằng phương pháp dập nguội từ các tấm thép các bon chất lượng và thép các bon thấp hoặc thép các bon thấp cán nguội ( thép hoá bền)

Bảng 1.1 Các dạng thép các bon chủ yếu

Chủng loại

Tiêu chuẩn kỹ thuật ΓOCT ( liên xô)

lượng dùng để dập nguội S = 0,5 ữ 3mm

08KΠ Thép tấm hợp kim kết cấu công dụng chung

S = 0,5 ữ 3,9mm

10Γ2; 25XΓCA v.v Thép không rỉ, chịu nhiệt và bền nhiệt

S = 0,7 ữ 3,9mm

12X17; 12X18H9T

Hiện nay, người ta còn sản xuất thép 2 pha cán nguội có cấu trúc pherit – maxtenxit chứa ( 20 – 25 )% pha cứng maxtenxit trên nền pherit mềm Độ bền của các loại thép này sẽ được nâng cao khi sử dụng bổ xung thêm hợp kim manga (đến 1,6%) và silic ( đến 0,7%) Các loại thép 2 pha này có tỷ số giữa giới hạn chảy

và giới hạn bền thấp (σS/σb = 0,6 ữ 0,65); chỉ số cường độ hoá bền biến dạng và hệ

số dị hướng thông thường ( phẳng) R* cao ( n = 0,21ữ 0,25; R* = 1,1 ữ 1,6 ), phạm

vi thay đổi giới hạn bền rộng (σb = 400 ữ 550 MPa) Do có những ưu điểm này, các loại thép 2 pha cán nguội được sử dụng rất rộng rãi để chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp bằng phương pháp dập nguội Đặc biệt, khi dập các chi tiết bằng các loại thép này, độ bền của các chi tiết được tăng lên nhiều Ví dụ: Trước khi dập thép 2 pha cán nguội có σT = 208MPa và σb = 550 MPa thì sau khi dập ( biến dạng

650 MPa và σb≥ 800 MPa

Các loại thép 2 pha cán nguội được đưa vào sản xuất dưới dạng tấm, băng

Các loại thép hợp kim ( thép chống gỉ crôm và crôm - niken) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo tuabin, chế tạo máy hoá, chế tạo các mặt hàng dân dụng, dụng cụ y tế Các loại thép này rất thuận lợi cho công nghệ dập nguội khi đã được ủ Điều đó được đặc trưng bởi độ giãn tỷ đối cao và tỷ số σT/σb thấp thuận lợi cho quá trình dập Sư khác biệt giữa thép không gỉ và thép cácbon thấp là trở lực biến dạng và cường độ hoá bền trong quá trình dập nguội cao Trong ngành công nghiệp chế tạo ôtô, máy kép , kỹ thuật điện và rađiô v.v người ta sử dụng nhiều các loại thép tấm cán 2 lớp và 3 lớp ( bimetal) Các tấm théo này có lớp cơ bản là thép các bon hoặc thép hợp kim thấp, còn các lớp phủ có thể là : đồng, đồng thau, nhôm, kẽm, thiếc, chì hoặc thép không gỉ và các hợp kim niken Chiều dày của các lớp phủ chiếm từ ( 10 ữ 25) % so với tổng chiều dày của tấm

Các tấm kim loại cán 3 lớp phủ kẽm( tôn hoa) được sử dụng để sản xuất các sản phẩm dân dụng ( xô, thùng, chậu v.v )và các tấm lợp Tấm cán 3 lớp phủ chỉ

được sử dụng để chế tạo các thùng chứa nhiên liệu Cán hoặc mạ một lớp thiếc mỏng ( sắt tây trắng) được sử dụng để sản xuất bao bì trong công nghiệp sản xuất

đồ hộp Tấm kim loại phủ vật liệu chống cháy dùng để bọc cabin, vỏ capo của xe

ôtô, máy kéo và các thiết bị máy móc khác với mục đích cách âm Các tấm thép và ống phủ chất dẻo được sử dụng như là một lớp phủ chống ăn mòn và cả mục đích trang trí

Các tấm kim loại và hợp kim mầu có những đặc điểm như: tính chống ăn mòn (chống rỉ) và độ dẫn nhiệt cao, điện trở nhỏ ( đồng, đồng thau, nhôm) tỷ trọng nhỏ (nhôm và hợp kim nhôm, hợp kim titan và manhê), độ bền riêng cao (titan) Tuỳ thuộc vào lĩnh vực sử dụng mà chúng được dùng để phủ cho thích hợp Các tấm kim loại và hợp kim màu bao gồm các loại sau:

Niken và hợp kim niken: HK0, HMГ, HB3 v.v…

Hợp kim manhê: MA, MA5, MA8 v.v…

1v.v

Các tấm kim loại và hợp kim mầu được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không, chế tạo đồng hồ, kỹ thuật điện, điện tử và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác cũng như để chế tạo các mặt hàng dân dụng ( xô, chậu, nồi, xoong, máy ảnh, máy giặt v.v…)

Về chủng loại của các tấm thép cán : Có rất nhiều loại khác nhau Các kích thước chiều dày , chiều rộng và dài cũng như các sai lệch kích thước tương ứng đã

được tiêu chuẩn hoá

Các tấm thép cán nóng có chiều dày S = ( 0,4 ữ 1,2)mm Khi chiều dày tấm

6000)mm ( có 210 loại kích thước khác nhau) Các tấm thép cuộn trong rulô có chiều rộng từ ( 500 ữ 2200) mm Sai lệch giới hạn theo chiều dày với độ chính xác bình thường δ = ( 0,05 ữ 0,07) khi S = 0,4 ữ 0,5 và δ = ( +0,02 ữ - 0,8) khi S = ( 10

ữ 12)mm Các tấm thép cán nguội có S = ( 0,35 ữ 5)mm Tuỳ theo chiều dày, các tấm thép có chiều rộng từ 500 ữ 2300 mm và chiều dài từ 1000ữ 6000mm ( có 372 loại kích thước khác nhau) Chiều rộng các tấm thép trong rulô từ 500 ữ 2300 mm Sai lệch giới hạn chiều dày của tấm với độ chính xác thông thường là:

1.2.2.1 Sự hoá già do biến dạng

Hệ quả của sự hoá già kim loại là làm giảm tính dẻo và nâng cao tính bền của kim loại.Vì vậy kim loại trở nên dòn và kém dẻo Xu hướng của sự hoá già kim loại khi biến dạn tuỳ thuộc vào thành phần nitơ tự do chứa trong thép và đặc biệt là cácbon trong nền cứng ( pherit) Trong quá trình hoá già, các nguyên tử cácbon và nitơ khuếch tán và tập trung vào các vùng biến dạng của mạng tinh thể, xung quang lệch Điều đó cản trở sự di chuyển của lệch và gây khó khăn cho quá trình biến dạng dẻo Sự hoá già biến dạng xảy ra không đồng đều, trước tiên nó làm tăng độ cứng của kim loại tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và cácbon cao, chủ yếu là ở mặt trượt, tại đây đặc biệt có nhiều lệch

Với thép cácbon thấp, sự hoá già do biến dạng xảy ra mãnh liệt hơn sia khi biến dạng dẻo nguội, cường độ của nó tỷ lệ thuận với mức độ biến dạng, nhiệt độ môi trường xung quanh và thời gian Vì vậy đối với thép tấm cán nguội và ngay cả những bán thành phẩm của nó đã được dập, không nên để quá lâu ở trong kho hoặc trong phân xưởng , đặc biệt là khi nhiệt độ tăng lên

Hiện nay người ta đã sản xuất những loại thép tấm hoá già Những loại thép này được khử ôxy bởi nhôm hoặc chất phụ gia vanađi Người ta đã chứng minh rằng sự ổn định của các loại thép này là do các liên kết của các nguyên tử nitơ dưới dạng nitơrua bền vững Chính vì vậy, sai khi dập nguội sự hoá già do biến dạng hầu như không xảy ra

1.2.2.2 Mặt trượt

Đối với các chi tiết có yêu cầu cao về chất lượng bề mặt, điều có ý nghĩa quan trọng là khả năng của kim loại giữ được bề mặt bằng phẳng trong quá trình dập, không có những mặt trượt là những dầu vết vật lý do biến dạng dẻo cục bộ gây ra Mặt trượt xuất hiện trên bề mặt của các chi tiết, nhất là khi dập các chi tiết không

xuất hiện các mặt trượt có liên quan đến tính chất cơ học không đồng đều của phôi

Sự không đồng đều này là do sự hoá già trong quá trình biến dạng gây ra Trên bề mặt của chi tiết sau khi dập có thể quan sát thấy những phần lồi lõm tương ứng với các mặt trượt

Một trong những phương pháp rộng rãi nhất được sử dụng để ngăn ngừa khả năng xuất hiện của các mặt trượt là tiến hành ép nguội theo chiều dày tấm thép một lượng biến dạng nhỏ bằng thiết bị chuyên dùng trước khi đưa vào dập Trị số lượng

ép tuỳ thuộc vào chiều dày của tấm và loại vật liệu Ngoài ra khi thử kéo mẫu kim loại và lập đồ thị kéo người ta thấy không có vùng chảy rão tức là những dấu hiệu

đặc trưng cho khả năng xuất hiện mặt trượt bị mất đi

1.2.2.3 Sự phát sinh hiện tượng ăn mòn ( gỉ)

Trong quá trình biến dạng dẻo nguội kim loại xảy ra sự hoá bền Sự hoá bền

cùng với một số hiện tượng khác làm cho khả năng chống ăn mòn của kim loại bị giảm đi

Sự phát sinh hiện tượng gỉ của các chi tiết bằng đồng thau có chứa hơn 20% kẽm được dập vuốt nguội với mức độ biến dạng lớn ( như đui đèn, vỏ đạn v.v…) thường xuất hiện vào những mùa ẩm ướt khi độ ẩm và nồng độ khí amôniắc trong không khí tăng lên kích thích sự ăn mòn sâu vào các tinh thể Vì vậy vào mùa mưa các chi tiết sau khi dập cần được bảo quản ngay bằng phương pháp gia nhiệt Đối với các chi tiết bằng đồng thau, có một phương pháp chống gỉ hiệu quả là giảm ứng

1.3 Phân loại các nguyên công dập tấm

Tất cả các nguyên công tạo hình vật liệu tấm được hệ thống hoá và phân loại theo những đặc điểm của quá trình biến dạng và công nghệ:

Theo đặc điểm biến dạng của quá trình dập tấm, người ta chia thành 2 nhóm chính:

Nhóm các nguyên công vật liệu nhằm tách 1 phần vật liệu này ra khỏi một phần vật liệu khác theo một đường bao khép kín hoặc không khép kín và kim loại

bị phá vỡ liên kết giữa các phần tử ( phá huỷ) tại vùng cắt

Nhóm các nguyên công biến dạng dẻo vật liệu nhằm thay đổi hình dạng và kích thước bề mặt của phôi bằng cách phân phối lại và chuyển dịch thể tích kim loại để tạo ra các chi tiết cáo hình dạng và kích thước cần thiết nhờ tính dẻo của kim loại và không bị phá huỷ tại vùng biến dạng Trong quá trình dập tấm người ta

có thể dập riêng biệt từng nguyên công hoặc có thể kết hợp 2 hay nhiều nguyên công trên cùng một khuôn

Khi kết hợp 2 hoặc nhiều nguyên công trên cùng một khuôn người ta gọi là dập liên hợp Dập liên hợp sẽ cho năng suất cao, độ chính xác chi tiết cao, đồng

thời giảm được số lượng thiết bị, giảm số công nhân do đó hạ được giá thành sản phẩm, nhưng nhược điểm là khuôn phức tạp, độ chính xác gia công cao, khó chế tạo do đó giá thành khuôn đắt, khó sửa chữa và thay thế khi hỏng hóc Vì vậy dập liên hợp được áp dụng thích hợp khi sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối

Tuỳ theo phương pháp kết hợp giữa các nguyên công, dập liên hợp được chia thành 3 dạng chính

- Dập phối hợp là phương pháp đồng thời hoàn thành một số nguyên công khác nhau trên cùng một khuôn trong một hành trình cua rmáy ( 1 nhát đập) với một lần đặt phôi

- Dập liên tục là phương pháp kết hợp 2 hay nhiều nguyên công khác nhau trên cùng một khuôn được thực hiện liên tiếp nhau bởi những cặp chày – cối riêng biệt trong một số hành trình của máy và có sự dịch chuyển phôi từ chày này sang chày khác

- Dập liên tục – phối hợp là phương pháp kết hợp cả 2 phương pháp trên để hoàn thành 1 số nguyên công trên cùng 1 khuôn

Khả năng kết hợp giữa các nguyên công rất đa dạng và phong phú, có thể kết hợp các nguyên công cắt - đột với nhau, tuỳ theo hình dạng và kích thước của chi tiết, sự sáng tạo của người thiết kế công nghệ, các chi tiết dập tấm có thể được tạo

ra với sự kết hợp của nhiều nguyên công khác nhau sao cho số nguyên công dập là

ít nhất và giá thành thấp nhất

Tuỳ theo đặc điểm biến dạng và đặc điểm công nghệ, phương pháp tiến hành v.v… người ta phân loại các nguyên công dập tấm như sau :

Hình 1.3 Phân loại nguyên công dập tấm

Tên gọi , đặc điểm, hình vẽ minh hoạ và định nghĩa của các nguyên công dập tấm

Cắt

phôi

Cắt vật liệu thành các phần

theo đường bao

Tách một phần kim loại theo một đường bao khép kín, phần kim loại tách ra

là chi tiết Đột lỗ

Cắt vật liệu theo đường bao khép kín để tạo thành lỗ suốt trên chi tiết hoặc trên tấm Phần vật liệu cắt ra là phế liệu

Cắt

trích

Tách một phần vật liệu theo

kín Phần vật liệu tách ra không rời khỏi chi tiết

Cắt

chia

Cắt phôi phẳng, phôi cong hoặc

thành hai hoặc một vài chi tiết riêng biệt

áp dụng khi chế tạo những chi tiết không

đối xứng, ban

đầu chế tạo thành phôi đối xứng , sai đó cắt chia

Cắt

mép

Cắt bỏ phần kim loại thừa theo đường bao ngoài hoặc

không đều của chi tiết cong hoặc chi tiết đã dập vuốt

Cắt

tinh

Cắt bỏ phần lượng dư công nghệ rất nhỏ theo đường bao của phôi hoặc

lỗ nhằm mục

đích đạt được hình dạng và

chính xác, bề mặt cắt sạch và vuông góc với

có dạng vòng neo hoặc hình trụ

Vặn

Quay một phần

quang trục dọc của nó

Chiều dày vật liệu hầu như không đổi

phôi rỗng có chủ định biến

Dập

nổi

Thay đổi hình dạng của sản

không thay đổi chiều dày vật liệu, được thực hiện nhờ các phần lồi và lõm tương ứng của các bộ phận của khuôn

Lên

vành

Tạo thành gờ theo đường bao ngoài hoặc

Tạo

thành

Thay đổi hình dạng của phôi

đã được dập vuốt sơ bộ để nhận được chi tiết có hình dạng cuối cùng

được dập vuốt sơ bộ

Giãn

rộng (

nong)

Tăng tiết diện ngang ở một phần của chi tiết rỗng hoặc ống

Dập

nổi mặt

Tạo những hình nổi lồi lõm trên bề mặt chi tiết, có sự thay

đổi chiều dày vật liệu

bằng cách làm chảy dẻo kim loại qua khe hở giữa chày và cối

Dập

dấu

Tạo vết lõm trên bề mặt chi tiết để sau đó khoan lỗ; ghi

rõ loạt sản xuất

hay logo của sản phẩm

Dập

liên tục

Liên tục thực hiện hai hoặc một vài nguyên công khác nhau trên một bộ khuôn sau một vài hành trình của máy với sự

phôi liên tục theo bước của chày Sau mỗi hành trình cuả máy nhận được một chi tiết

ép

Tạo ra mối ghép bằng cách lắp có độ dôi

Gấp

mép

tiết bằng cách tạo ra các khoá vòng

Uốn tai

Ghép hai chi tiết bằng cách uốn các tai

Uốn

mép

Ghép hai hoặc một vài chi tiết bằng cách uốn

gờ mép

Tóp

Ghép hai chi tiết bằng cách tóp một trong các chi tiết ghép

Giãn

Ghép hai chi tiét bằng cách giãn rộng một chi tiết ở bên trong

1.4 Cắt vật liệu tấm – Cắt hình và đột lỗ

1.4.1 Nguyên lý biến dạng và khe hở tối ưu

Nguyên lý biến dạng khi thực hiện các nguyên công cắt có thể khảo sát qua ví

dụ nguyên công cắt phôi và cắt chia Những nguyên công này được thực hiện nhờ những lưỡi cắt chuyên dùng hoặc bằng khuôn cắt Bộ phận làm việc là những lưỡi cắt nhấn sâu vào trong kim loại làm cho nó bị biến dạng dẻo cho đến khi tách hoàn toàn một phần vật liệu này ra khỏi phần vật liệu khác Giữa các lưỡi cắt có một khe

hở Z Khi cắt sẽ sinh ra mô men uốn M bằng tích số giữa lực cắt, đặt tại lưỡi cắt với khoảng cách ( cánh tay đòn) lớn hơn khe hở Z một chút: M = a.R trong đó a > Z Mômen uốn làm cho phôi cắt bị quay đi Khi đó sẽ sinh ra phản lực N ở bề mặt bên của lưỡi cắt ( hình 1.4) Tấm kim loại sẽ ngừng quay khi mô men uốn M cân bằng với mô men do phản lực N gây ra: M – a R = N b

Trong quá trình cắt nếu tấm kim loại bị quay đi một góc thì chất lượng mặt cắt

sẽ rất kém, bị bavia và đôi khi không thể cắt được, nếu trị số khe hở Z lớn Vì vậy cần phải loại bỏ hiện tượng quay của tấm trong quá trình cắt bằng cơ cấu chặn với lực chặn Q, đồng thời giảm khe hở giữa 2 lưỡi dao đến trị số thích hợp và mài dao vát góc trước γ

Hình 1.4 Sơ đồ tác dụng lực khi cắt và hình dạng lưỡi cắt

Trong quá trình tách phần kim loại này ra khỏi một phần kim loại khác có thể chia thành các giai đoạn riêng biệt ( hình 1.5)

z S

Q

F = à N

F = à N N

ở giai đoạn đấu của quá trính cắt biến dạng dẻo biến dạng tập trung ở mép làm việc của lưỡi cắt sau đó ổ biến dạng bao quanh lưỡi cắt ( hình 1.5.a)

Giai đoạn 2 bắt đầu khi có sự dịch chuyển tương đối giữa phần này đối với phần kia của tấm ( hình 1.5.b) ở giai đoạn này nó tạo ra bề mặt phẳng nhẵn, sáng bóng và được san bằng bởi lực ma sát F hướng dọc theo bề mặt bên của lưỡi dao

Do sự tiến lại gần nhau của các lưỡi cắt, mức độ biến dạng tăng lên và khi đó tính dẻo của kim loại bị mất đã bắt đầu giai đoạn 3 Các vết nứt xuất hiện, phát triển và phá huỷ kim loại cho đến khi kết thúc quá trình tách phần vật liệu này ra khỏi phần vật liệu này ra khỏi phần vật liệu khác của tấm ( hình 1.5.c) Sự phá huỷ kim loại xảy ra ở phía trước mép làm việc của lưỡi dao trong tấm, vì thế các vết nứt được gọi

là các vết nứt phá vỡ trước Sự đứt vỡ bắt đầu khi lưỡi dao ép sâu vào trong tấm đến một chiều sâu h xác định Chiều sâu h này tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý của kim loại và chiều dày S của tấm, nó được xác định bằng thực nghiệm và thay đổi trong

Chúng ta có thể thấy rõ các giai đoạn của quá trình cắt được đặc trưng bởi hình dạng của bề mặt cắt ( hình 1.6)

Vùng I là vùng bị uốn của tấm là do các loại lớp kim loại liền kề với bề mặt cắt ( dọc theo chiều rộng của tấm) bị bao trùm bởi biến dạng dẻo mà biến dạng này thay đổi từ giá trị không ở lớp giới hạn ngoài cùng đến giá trị cực đại ở bề mặt tách

ra, hơn nữa mức độ của sự thay đổi này lại xảy ra theo một quy luật hàm số mũ Vùng II là vùng có bề mặt sáng bóng, được san phẳng bởi lực ma sát

Vùng III là vùng bề mặt nứt vỡ được tạo ra do sự xuất hiện và phát triển của các vết nứt Các vết nứt này tạo với bề mặt của tấm một góc θ xác định và được gọi

liệu Tuỳ thuộc khe hở giữa các lưỡi cắt Z và độ lún sâu của lưỡi dao vào chiều dày tấm h tại thời điểm bắt đầu sự phá huỷ, các vất nứt vỡ xuất phát từ các mép làm việc của lưỡi dao trên và dưới có thể song song với nhau (hình 1.7.a) hoặc gặp nhau (hình 1.7.b) Khi các vết nứt ở mép làm việc của các lưỡi cắt gặp nhau thì trị số khe

hở Z là tối ưu bởi vì khi đó chất lượng mặt cắt là tốt nhất, mặt cắt phẳng và nhẵn