Nghiên cứu thiết kế máy đột dập điều khiển số

Nghiên cứu thiết kế máy đột dập điều khiển số Nghiên cứu thiết kế máy đột dập điều khiển số Nghiên cứu thiết kế máy đột dập điều khiển số luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

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

NGUYỄN MINH QUANG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY ĐỘT DẬP ĐIỂU KHIỂN SỐ

Chuyên ngành: CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS PHẠM VĂN NGHỆ

Hà Nội – 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là: NGUYỄN MINH QUANG

Học viên lớp: Cao học 10BCTM-KH

Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS PHẠM VĂN NGHỆ tôi nhận nghiên cứu

đề tài:

“ Nghiên cứu thiết kế máy đột dập dập điều khiển số”

Tôi xin cam đoan, luận văn này là quá trình nghiên cứu của bản thân Nếu có sai sót gì tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tác giả

NGUYỄN MINH QUANG

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 1

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 VỀ MÁY ĐỘT DẬP CNC 4

1.1 Lịch sử phát triển 4

1.2 Khả năng công nghệ của máy của máy đột dập CNC 9

1.3 Giới thiệu một số máy đột dập CNC 12

1.3.1 Máy đột CNC Vipros 255 của hãng Amada (Nhật Bản) 12

1.3.2 Máy đột CNC V20 - 1225 của hãng LVD (Bỉ) 13

1.3.3 Máy đột CNC CP1250 của hãng Tailift (Đài Loan) 14

Chương 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐỘT DẬP CNC 15

2.1 Các phương pháp tính toán lực và công biến dạng trên cơ sở lý thuyết gia công kim loại bằng áp lực 15

2.1.1 Cơ sở của phương pháp tính toán lý thuyết 15

2.1.2 Một số phương pháp xác định lực cắt 16

2.2 Nguyên công cắt 19

2.2.1 Trạng thái ứng suất và biến dạng 19

2.2.2 Các giai đoạn của quá trình cắt bằng khuôn 20

2.2.3 Xác định lực cắt đột 21

2.2.4 Xác định lực đẩy và tháo gỡ sản phẩm 22

2.2.5 Những yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt 24

2.2.7 Dung sai trên kích thước làm việc của chày cối khuôn cắt 26

2.2.8 Kích thước làm việc của chày cối khi cắt hình và đột lỗ các chi tiết phức tạp 29

2.2.9 Độ chính xác khi cắt hình, đột lỗ 30

2.2.10 Các phương pháp cắt hình và đột lỗ chính xác 31

2.3 Phân tích cấu trúc điều khiển máy đột dập CNC CP – 1250 hãng Tailift 33

2.3.1 Thông số kỹ thuật của máy đột dập CNC CP-1250 33

2.3.2 Các bộ phận chính của máy dập CNC 35

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐỘT DẬP CNC 52

3.1 Thiết kế sơ đồ động của máy 52

3.1.1 Động học máy 52

3.1.2 Động lực học máy 58

3.1.3 Hệ thống dẫn động servo 59

3.1.4 Cơ cấu chấp hành 71

3.1.5 Hệ thống điều khiển 72

3.2 Hệ thống thay khuôn tự động 73

3.2.1 Sơ đồ hoạt động 73

3.2.2 Một số kết cấu khuôn thường được sử dụng 74

3.2.2.1 Với các biên dạng đột từ 1  2.9 76

3.2.3 Cơ cấu định vị bàn gá khuôn 78

3.2.4 Bàn gá khuôn 80

3.2.5 Cơ cấu khuôn xoay tự động 81

3.3 Hệ thống di chuyển phôi 82

3.3.1 Thiết kế hệ thống di chuyển phôi 82

3.3.2 Cơ cấu di chuyển ngang 84

3.4 Hệ thống chặn phôi 94

3.5 Một số hệ thống khác 94

Chương 4 LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY ĐỘT DẬP CNC CP1250 95

4.1 Giới thiệu hệ điều khiển FANUC 95

4.1.1 Một số khái niệm chung 95

4.1.2 Một số mã lệnh trong hệ điều khiển FANUC 97

4.1.3 Cấu trúc chương trình gia công CNC – FANUC 100

4.2 Một số ví dụ lập trình gia công trên máy đột dập CNC CP 1250 102

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

1 Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của máy đột CNC Vipros 255

2 Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật của máy đột CNC V20 – 1225

3 Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật của máy đột CNC CP-1250

4 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của máy đột dập CNC CP-1250

5 Bảng 2.2 Các thông số về 36 ổ dụng cụ

6 Bảng 2.3 Khối giao tiếp trong các máy đột CNC

7 Bảng 3.1 Các thông số điển hình của động cơ servo

8 Bảng 3.2 Bảng thông số kỹ thuật của động của động cơ servo được sử dụng trong máy dập cao tốc

9 Bảng 4.1 Các địa chỉ sử trong phần mềm FANUC

10 Bảng 4.2.Bảng mã lệnh G

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

1 Hình 1.1 Một số sản phẩm gia công trên máy đột dập CNCNC

2 Hình 1.2 Kết cấu khung máy đột dập CNC

3 Hình 1.3 Kết cấu đầu nhiều dao

4 Hình 1.4 Kết cấu một số đầu dao

5 Hình 1.5 Máy đột CNC Vipros 255

6 Hình 1.6 Máy đột CNC V20 – 1225

7 Hình 1.7 Máy đột CNC CP1250

8 Hình 2.1 Phân bố biến dạng trong quá trình cắt đột

9 Hình 2.2 Trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình cắt vùng 1

10 Hình 2.3 Trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình cắt vùng 2

11 Hình 2.4 Mức độ lún sâu cảu chày vào vật liệu

12 Hình 2.5 Chày cối có mép cắt nghiêng

13 Hình 2.6 Sơ đồ tác dụng của lực ma sát

14 Hình 2.7 Các dạng kết cấu của lỗ cối

15 Hình 2.8 Kích thước làm việc của chày cối khi cắt hình và đột lỗ các chi

tiết phức tạp

16 Hình 2.9 Cắt hình bằng cối mép cong

17 Hình 2.10 Sơ đồ gọt bằng khuôn theo biên dạng ngoài – gọt lỗ

18 Hình 2.11 Sơ phân bố lượng dư để gọt

19 Hình 2.12 Kết cấu khung máy đột dập CNC

20 Hình 2.13 Bàn máy

21 Hình 2.14 Mâm gá trên máy đột dập CNC loại CP-1250

22 Hình 2.15 Mâm gá dưới máy đột dập CNC loại CP-1250

23 Hình 2.16 Pít tông định vị vị trí dụng cụ

24 Hình 2.17 Cụm điều chỉnh trục X máy đột dập CNC loại CP-1250

25 Hình 2.18 Cụm điều chỉnh trục Y máy đột dập CNC loại CP-1250

26 Hình 2.19 Sensor xác định toạ độ gốc trên trục X

27 Hình 2.20 Công tắc hành trình xác định toạ độ gốc trên trục Y

28 Hình 2.21 Hệ thống điều khiển trục chính máy đột dập CNC loại CP-1250

35 Hình 2.28: Bộ truyền trục vít - bánh vít trên ổ index

36 Hình 2.29 Các biên dạng chày tiêu chuẩn

37 Hình 2.30 Các biên dạng chày không tiêu chuẩn

38 Hình 3.1 Sơ đồ khối máy dập CNC - cơ cấu chấp hành trục khuỷu – thanh

truyền

39 Hình 3.2 Sơ đồ động máy dập CNC cơ cấu chấp hành trục khuỷu – thanh

truyền

40 Hình 3.3 Sơ đồ khối máy dập CNC cơ cấu chấp hành piston – xy lanh

41 Hình 3.4 Sơ đồ động máy dập CNC cơ cấu chấp hành piston – xy lanh

42 Hình 3.5 Sơ đồ khối máy dập CNC cơ cấu chấp hành vít me – đai ốc bi

43 Hình 3.6 Sơ đồ động máy dập cao tốc cơ cấu chấp hành vít me – đai ốc bi

44 Hình 3.7 Cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ servo

45 Hình 3.8 Cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ servo với các điều

khiển tốc độ - điểm – mômen

46 Hình 3.9 Cấu tạo của động cơ servo

47 Hình 3.10 Tín hiệu ra của Vôn kế là một điện áp biến thiên từ 0  5V

48 Hình 3.11 Sự biến đổi xung trong mạch điều khiển servo

49 Hình 3.12 Một phương pháp phổ biến dùng IC 555 để điều khiển servo

50 Hình 3.13 Bản vẽ lắp động cơ Servo Series SVM – 230B

51 Hình 3.14 Mạch điều khiển động cơ Servo Series SVM – 230B

52 Hình 3.15 Cấu tạo của Driver Series SVA – 2300

53 Hình 3.16 Kết nối điều khiển động cơ Servo Series SVM – 230B

54 Hình 3.17 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ Servo Series SVM – 230B

55 Hình 3.18 Kết nối điều khiển trong máy dập CNC

56 Hình 3.19a Hệ thống thay khuôn tự động

57 Hình 3.19b Hệ thống thay khuôn tự động

58 Hình 3.20 Sơ đồ khuôn lắp trên bàn gá khuôn

59 Hình 3.21 Kết cấu khuôn đột các biên dạng từ 1  2.9

60 Hình 3.22 Kết cấu khuôn đột các biên dạng từ 3  30

61 Hình 3.23 Kết cấu khuôn đột các biên dạng đột lớn hơn 30

62 Hình 3.24a Cơ cấu định vị bàn gá khuôn

63 Hình 3.24b Cơ cấu định vị bàn gá khuôn

64 Hình 3.24c Cơ cấu định vị bàn gá khuôn

65 Hình 3.24d Cơ cấu định vị bàn gá khuôn

66 Hình 3.25 Kết cấu bàn gá khuôn

67 Hình 3.26 Cơ cấu xoay khuôn tự động

68 Hình 3.27 Cơ cấu di chuyển phôi theo trục X

69 Hình 3.28 Cơ cấu di chuyển phôi theo trục Y

70 Hình 3.29 Quan hệ giữa lực ma sát và tốc độ của vít me đai ốc thường và

vít me đai ốc bi

71 Hình 3.30 Kết cấu của vít me – đai ốc bi

73 Hình 3.31 Profil ren nửa tròn

74 Hình 3.32 Rãnh hồi bi kiểu ống

75 Hình 3.33 Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trong đai ốc

76 Hình 3.34 Các hốc phay trên đai ốc để đặt máng lót rãnh hồi bi

77 Hình 3.35 Khử khe hở và tạo sức căng ban đầu bằng tấm đệm

78 Hình 3.36 Khử khe hở và tạo sức căng bằng lò xo

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong sự nghiệp đổi mới nền kinh tế đất nước, mục đích đưa nước ta thoát 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 nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước” Chính vì vậy, trong những năm qua khoa học công nghệ luôn luôn được nhà nước quan tâm Khoa học công nghệ trong cơ khí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết Từ cuối thập niên 80 của thế kỷ XX đến nay đã

có rất nhiều doanh nghiệp trang bị các loại máy, thiết bị sử dụng kỹ thuật NC, CNC nhằm phục vụ nâng cao năng suất 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 sử dụng các loại thiết bị NC, CNC trong đó sự phát triển vượt bậc của ngành đột dập công nghệ CNC đã mang lại hiệu quả kinh tế cao, tiết kiệm được nhiều vật tư và nhiên liệu đã đóng góp quá trình phát triển nền công nghiệp hiện đại hoá Tuy nhiên cũng còn gặp không ít khó khăn trong việc khai thác sử dụng thiết bị như:

- Chuyển giao công nghệ chưa đầy đủ, đầu tư thiếu đồng bộ, nhập nhiều 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

Vì vậy: đề tài “Nghiên cứu thiết kế máy đột dập điều khiển số” được tác giả

chọn là hết sức cấp thiết nhằm mục đích nâng cao hiệu quả khai thác sử dụng máy đột dập CNC trong sản xuất cơ khí

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

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu chủ yếu của đề tài là tổng quan về máy gia công CNC; khảo sát, nghiên cứu một số loại máy dập CNC có trên thị trường, đặc biệt là máy dập CNC CP 1250 của hãng Tailift Đài Loan Sau đó nghiên cứu cơ sở

lý thuyết tính toán thiết kế, và thiết kế máy đột dập Cuối cùng là giới thiệu về hệ

điều khiển FANUC và tiến hành gia công một số sản phẩm mẫu trên máy đột dập CNC CP 1250

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 khi đột dập CNC, 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 đột dập CNC 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 một phương pháp quản lý hiện đại, mà cùng với đó là những thiết bị tối tân trợ giúp quá trình tạo

ra sản phẩm một cách nhanh chóng, dễ dàng và chính xác nhất có thể 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 việc làm 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 cái nhìn thấu đáo về công nghệ và thiết kế máy dập CNC mà những lý thuyết trước 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 công kim 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 án tối ưu

− Nguyên lý hoạt động của một số cụm chính trên máy dập CNC

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 tế cũng 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 xác định được các nguyên nhân gây hỏng và có biện pháp khắc phục khi có sự cố

Các kết quả mang tính thực tiễn:

− Đã xác định được lực đột dập ứng với độ dày của kim loại tấm

− Thiết kế một số cụm chính trên máy dập CNC

− Giới thiệu hệ điều khiển gia công FANUC

− Viết chương trình gia công cho một số chi tiết trên máy dập CNC CP 1250 của hãng Tailift Đài Loan

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐỘT DẬP CNC 1.1 Lịch sử phát triển

Quá trình phát triển của công nghệ chế tạo và máy cắt kim loại đã trải qua các giai đoạn :

✓ Công nghệ thủ công

✓ Công nghệ cơ khí hoá với sự ra đời của ngành chế tạo máy công cụ

✓ Từ tự động hoá cơ khí sang tự động hoá có sự trợ giúp của máy vi tính (CNC)

Sau đây là những mốc quan trọng của quá trình phát triển máy công cụ điều khiển số (CNC = computerized Numerical control), nó gắn liền với quá trình phát triển của công nghệ điện tử và tin học

+ Năm 1808: JOSEPB MJAC QUARD đã dùng những tấm tôn đục lỗ điều khiển tự động các máy dệt

+ Năm 1863: MFO URNEAUX phát minh “Đàn dương cầm tự động” nổi tiếng thế giới với tên gọi là PIANNOLA Trong đó dùng một băng giấy có chiều rộng 30

cm được đục lỗ theo vị trí tương thích để điều khiển luồng khí nén tác động vào các phím bấm cơ khí Băng giấy đục lỗ dùng làm vật mang tin đã được phát minh + Năm 1946: Dr JOHNW MAUCHLY và Dr JSPRESPER ECKERT đã phát minh ra máy tính điện tử đầu tiên có tên là “ENIAC” cho quân đội Mỹ được ứng dụng

+ Năm 1948 - 1952: T.PARSON và viện công nghệ MIT (Masachusetts institute of Technology) đã nghiên cứu thiết kế theo hợp đồng của không quân Mỹ (US AF) một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ Để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục vít me thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính bằng chứng cho khả năng gia công một chi tiết T PARSON đã đưa ra 4 luận điểm cơ bản:

1- Những vị trí đã được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào bìa đục lỗ 2- Các bìa đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động

3- Các vị trí đã đuợc đọc ra phải được thông báo một cách liên tục và bổ sung thêm tính toán cho các giá trị trung gian

4- Các động cơ SERVO (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động của các trục

+ Năm 1952: Hãng MIT đã cung cấp chiếc máy phay đầu tiên mang tên CINCINNATI HYDROTEL có trục thẳng đứng Tủ điều khiển lắp bảng bằng bóng điện tử có thể dịch chuyển đồng thời theo 3 trục Nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ nhị phân (Binary Code Punched Band )

+ Năm 1954: BENDX đã mua bản quyền phát minh của T.PARSONS và chế tạo thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên (vẫn dùng bóng đèn điện tử)

+ Năm 1957: Những máy phay đầu tiên có trong các phân xưởng của không lực Hoa Kỳ, ở Nhật bản viện công nghệ TOKYO và công ty IKEGAI liên kết, kế thừa chế tạo thành công máy điều khiển số trên cơ sở máy thuỷ lực và chiếc máy tiện NC đầu tiên ra đời ở Nhật Bản

+ Năm 1958: KERNY và TRECKER liên kết giới thiệu hệ thống thay dụng cụ

tự động ATC (AutomaticTool Changer) còn gọi là “Milwaukee Matic” giới thiệu ngôn ngữ lập trình biểu trưng đầu tiên APT gắn liền với máy tính IBM704

+ Năm 1960: Hệ điều khiển NC dùng đèn bán dẫn đã thay thế các hệ điều khiển cũ dùng đèn điện tử (dùng đèn điện tử) Các nhà chế tạo máy người Đức trưng bày chiếc máy điều khiển NC đầu tiên tại hội chợ HANOVER

+ Năm 1965: Giải pháp thay dụng cụ tự động (ATC) đã nâng cao trình độ tự động hoá khâu gia công

+ Năm 1968: Kỹ thuật mạch tích hợp IC (intergrated Circuits) đã làm cho các

hệ điều khiển nhỏ gọn và tin cậy hơn

+ Năm 1969: Những giải pháp đầu tiên về điều khiển liên kết chung từ một máy tính trung tâm DNC (Direct Numecial control) đã thiết lập ở Mỹ bằng hệ điều khiển (Sundstran Ominicontrol) và máy tính IBM

+ Năm 1970: Giải pháp thay thế bệ phiến gá phôi tự động (Automatic Palate Changer)

+ Năm 1972: Hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp một máy vi tính nhỏ Đó là hệ điều khiển số dùng vi tính có hệ vi xử lý (Microprocessor - CNC) sau này

+ Năm 1976: Các hệ vi xử lý (Micro Processors) tạo ra cuộc cách mạng trong

kỹ thuật CNC

+ Năm 1978: Các hệ thống gia công linh hoạt được tạo lập hiện thực

+ Năm 1979: Những khớp nối liên hoàn CAD/CAM thiết kế và chế tạo có trợ giúp của máy tính (Computer Aided Design/ Computer Aided manufacturing) đầu tiên xuất hiện

+ Năm 1980: Những công cụ trợ giúp lập trình tích hợp trong hệ điều khiển CNC đã tạo ra cuộc tranh cãi về quan điểm ủng hộ hay chống đối giải pháp điều khiển qua cấp lệnh trực tiếp bằng tay

+ Năm 1984: Xuất hiện hệ điều khiển CNC có công năng mạnh mẽ được trang

bị các công cụ trợ giúp lập trình đồ hoạ (Graphic) tiến thêm một bước phát triển mới lập trình tại phân xưởng Các hệ điều khiển CNC có màn hình CRT làm cho người đứng máy nhìn thấy và thay đổi chương trình NC dễ hơn

+ Những năm (1986 -1987): Những giao diện tiêu chuẩn hoá (Standard Interfaces) mở ra con đuờng tiến tới các xí nghiệp tự động trên cơ sở hệ thống trao đổi hệ thống thông tin liên thông CIM (Computer Intergrated Manufacturing) + Từ năm 1990: Các giao diện số giữa điều khiển số NC và hệ các khởi động đã được cải thiện độ chính xác và đặc tính điều chỉnh của các trục điều khiển NC và trục chính

+ Từ 1994: Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM/CNC bằng cách sử dụng hệ NURBS làm phương pháp nội suy được truy cập từ hệ CAD nhằm diễn tả bề mặt đạt độ mịn và độ sắc nét cao

Cho đến nay, các hãng sản xuất máy trên thế giới tiếp tục hoàn thiện các máy CNC cả về phần chấp hành và phần điều khiển nhằm nâng cao độ chính xác và tốc

độ xử lý tạo ra chuyển động đều đặn của máy, tăng tuổi thọ của máy và dụng cụ đồng thời mở rộng khả năng công nghệ của thiết bị Các máy CNC hiện đại có thể đạt độ chính xác định vị cao trong một hướng chiều trục (0,008~0,015 mm trên

toàn bộ dịch chỉnh) và định vị lặp lại ( 0,001~  0,002 mm Độ chính xác gia công nhiều trục phụ thuộc vào độ chính xác của đường băng dẫn hướng và vị trí góc giữa các trục do đó thấp hơn 1 chút

Xu hướng mới trong thiết kế hệ điều khiển CNC là sử dụng hệ thống điều khiển

có liên hệ ngược (Adaptive) mà chúng truyền và chuẩn nhận các tham số đặc tính như lực cắt, nhiệt độ dao, mô men động cơ và độ mòn dụng cụ mà chúng không thể

có ở các hệ điều khiển CNC truyền thống Các hệ có liên hệ ngược đã cải biên các lệnh NC sao cho có thể hớt tối ưu kim loại và duy trì điều kiện an toàn Các đầu đo được lắp vào trục chính của máy công cụ, nó có thể kiểm tra vị trí lắp đặt như các thành phần kích thước và làm các sửa chữa cần thiết Để sử dụng đầu đo, hệ điều khiển CNC phải có khả năng tự động thực hiện nhiều chương trình phụ đo lường hoặc các chu kỳ đo

Song song với việc hoàn chỉnh các máy CNC đơn lẻ, việc kết nối các máy CNC tạo thành mạng LAN - mạng cục bộ hoặc WAN - mạng liên thông toàn cầu (dòng thông tin điều khiển được thu phát, chuyền giao bằng hệ thống vệ tinh, thực hiện mối liên kết hệ thống: nhu cầu thị trường - đơn đặt hàng - nhà thiết kế - nhà chế tạo

- nhà cung cấp - nhà tiêu dùng …); hay kết nối các máy CNC, các thiết bị sản xuất

tự động và các thiết bị truyền tải thông tin tạo thành hệ thống nhất khép kín quá trình sản xuất (hệ thống sản xuất linh hoạt - FMS) hiện tại cũng đang phát triển ở trình độ cao Hệ thống sản xuất linh hoạt khắc phục được nhược điểm của dây chuyền sản xuất tự động là chỉ chế tạo một chủng loại sản phẩm Hệ thống FMS có tính linh hoạt cao, có thể gia công được nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau, bất

cứ chi tiết nào cũng có thể được đưa vào hệ thống theo bất cứ tuần tự nào và được gia công với bất kỳ sản lượng nào Hệ thống sản xuất linh hoạt thích hợp với gia công loạt vừa và nhỏ và điều này rất phù hợp với tình trạng sản xuất hiện tại và tương lai Hiện nay trong hệ thống FMS các máy gia công (các tế bào gia công) đều

là các máy CNC, còn hệ thống vận chuyển phôi không chỉ còn là hệ thống cứng như trước nữa Các hệ thống vận chuyển mềm (sử dụng các xe rùa chuyển động trên các

ray mềm trên nền xưởng) cho phép thích ứng nhanh với quá trình sản xuất và tiết kiệm không gian nhà xưởng

Ở Việt Nam, những năm gần đây với chính sách mở cửa phát triển nền kinh tế, nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất được xây dựng Nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước đã đầu tư nhiều thiết bị công nghệ cao điều khiển số CNC Đặc biệt là các công ty nước ngoài như công ty Robotech khu công nghiệp Hải Phòng, công ty Toho khu công nghiệp Bắc Thăng Long, công ty Tsukuba khu công nghiệp Sài Đồng… đã đưa sang Việt Nam những dàn thiết bị tiên tiến, những máy CNC, trung tâm gia công hiện đại góp phần làm phong phú thêm các máy gia công CNC ở Việt Nam Nhiều trường Đại học kỹ thuật, trường Cao đẳng kỹ thuật, dạy nghề công nghệ CNC cũng đã được đưa vào giảng dạy không chỉ lý thuyết mà cả thực hành Tuy nhiên với trình độ hiện tại, công nghệ CNC của ta còn rất non yếu Chúng ta mới chỉ tập trung ở phần khai thác vận hành thiết bị và thực hiện phần duy tu bảo dưỡng, sửa chữa nhỏ Phần lớn các công ty khi mua máy thường kí luôn hợp đồng bảo dưỡng bảo trì thiết bị với nhà cung cấp Nói chung các sai hỏng lớn trong các máy CNC ít xảy ra nhưng nếu có xảy ra thì buộc phải có sự giải quyết từ các kỹ sư của hãng cung cấp máy ở chúng ta một số viện nghiên cứu, trường Đại học cũng đã bắt đầu đi vào nghiên cứu chuyên sâu về điều khiển CNC Viện nghiên cứu máy và dụng cụ cơ khí (IMI) trong vài năm gần đây đã thực hiện việc nâng cấp các máy công cụ CNC Các máy CNC cũ nhập về Việt Nam được sữa chữa, bảo dưỡng và thay thế hệ điều khiển cũ bằng hệ điều khiển mới có tính năng mạnh hơn, thích hợp hơn cho quá trình sản xuất Một số trường Đại học như Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Học viện kỹ thuật quân sự… cũng đã cho sinh viên đi vào nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển CNC ứng dụng điều khiển trên các máy công cụ hiện có và bước đầu cũng đã đạt được những kết quả nhất định Tuy rằng trình độ công nghệ CNC trên thế giới là rất cao so với ta hiện nay, rất nhiều chương trình phần mềm với công năng mạnh mẽ được bán sẵn trên thị trường với giá cả hợp lý Song việc đầu tư nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển CNC vẫn là điều cần thiết cho sinh viên của các trường đại học kỹ thuật,

các cán bộ nghiên cứu của các Viện Trong tương lai không xa, với sự phát triển nền kinh tế, sự đòi hỏi gắt gao của thị trường, các máy gia công CNC sẽ được đầu

tư nhiều hơn ở Việt Nam Chúng ta cần làm chủ trang thiết bị công nghệ, có như vậy mới làm chủ được quá trình sản xuất Việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển CNC sẽ giúp các sinh viên hiểu sâu hơn về quá trình điều khiển CNC và như vậy chắc chắn việc vận hành, khai thác các thiết bị CNC sẽ có hiệu quả hơn và tương lai sẽ thiết kế, chế tạo ra hệ điều khiển cho các máy CNC đó Thêm vào đó, với xu thế hội nhập phát triển, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật chúng ta đào tạo ra không chỉ làm việc tại Việt Nam, họ có thể làm việc ở khắp nơi trên thế giới, đó sẽ là

những kiến thức cần thiết để giúp họ tiếp tục học tập, nghiên cứu và phát triển 1.2 Khả năng công nghệ của máy của máy đột dập CNC

Trong lĩnh vực gia công đột dập hiện nay, có rất nhiều phương pháp và nhiều loại máy móc thiết bị với các ứng dụng khác nhau, từ thủ công hoàn toàn cho đến bán tự động và tự động Với tốc độ phát triển của công nghệ hiện nay, yêu cầu về tốc độ, độ chính xác gia công, tiện lợi trong việc sử dụng, tiết kiệm năng lượng là yêu cầu bắt buộc Với các yếu tố trên, hiện nay trên thị trường máy móc thiết bị gia công đột dập đã xuất hiện một chủng loại máy gia công hiện đại, điều khiển CNC với tính năng phù hợp cho nhu cầu sử dụng tại thị trường Việt Nam Đó là máy đột dập điều khiển CNC

Về khả năng ứng dụng:

Máy được tích hợp nhiều loại ứng dụng

− Gia công được nhiều loại vật liệu khác nhau như thép mềm, thép không rỉ, nhôm, đồng thau, đồng đỏ với nhiều kích thước khác nhau như: 1000mm x 2000mm – 1250mm, 2500mm – 1500mm x 3000mm, các loại kích thước quá khổ, thanh dẹp dài trên 10.000mm

− Máy có khả năng gia công nhiều dạng như đột dập, vát mép, định hình, taro khắc chạm, đóng dấu, tạo gân ổn nổi, uốn cong, tạo hình, tạo lưới,…nhờ việc tích hợp dụng cụ cắt đa dạng, số lượng lớn và khả năng thay đổi linh hoạt

Hình 1.1 Một số sản phẩm gia công trên máy đột dập CNC NC

Về khả năng công nghệ: H

− Khung máy đúc bằng thép hình chữ C, chữ O (65kg/mm2) loại bỏ hoàn toàn

độ võng và sự dịch chuyển không cần thiết, làm cho quá trình đột dập có độ chính xác cao Khung được tiêu chuẩn hoá, khử hoàn toàn ứng suất bên trong, cho độ cững vững tối ưu Kết cấu khung được thiết kế trên sự tính toán khoa học chính xác

Hình 1.2 Kết cấu khung máy đột dập CNC

− Hệ thống chỉ số tác động cho đầu dao đơn và đầu nhiều dao, giúp cho việc xoay đầu dao được chính xác Đây là hệ thống thể hiện sự linh hoạt của thiết bị

Hình 1.3 Kết cấu đầu nhiều dao

− Hệ thống CPS (điều khiển tốc độ) cho phép điều chỉnh tốc độ đột dập tuỳ theo từng ứng dụng khác nhau

− Phần mềm điều khiển dễ sử dụng, cung cấp đầy đủ các chỉ số, lập trình nhanh, đơn giản Máy tính chạy trên hệ điều hành Window và có thể lập trình cho các ứng dụng mới khi máy vẫn hoạt động bình thường

− Sự linh hoạt trong việc tiếp nhận nhiều file bản vẽ khác nhau, fomat trực tiếp trên máy, chuyển đổi sang mã CNC thông qua phần mềm CAD – CAM Điều này cho phép bảo trì và lựa chọn các giải pháp phần mềm một cách linh hoạt

− Sau khi tính toán vị trí gia công thích hợp, bàn kẹp sẽ được cài đặt hoàn toàn

tự động để cố định vị trí trước khi gia công Hai bàn kẹp tiêu chuẩn có thể mở rộng

từ 7mm – 11mm

− Hệ thống bôi trơn tự động cho các đầu dao khác nhau

− Máy tiêu thụ năng lượng thấp nhờ việc cải thiện hệ thống thuỷ lực, cho phép chạy tất cả các chương trình của hệ thống CPS chỉ ở 7,5 KW

Về các loại đầu dao:

Máy tích hợp được với rất nhiều các loại đầu dao khác nhau, cũng như các loại dao khác nhau, giúp năng suất gia công có thể tăng đáng kể

− Việc tháo lắp dao từ mâm cặp một cách nhanh chóng và đơn giản

− Hệ thống nhiều đầu dao cho phép người dùng lựa chọn giữa 4, 6 hoặc 10 dao Máy sẽ tự động chọn chương trình chạy dao phù hợp

− Một số đầu dao cho máy:m

Hình 1.4 Kết cấu một số đầu dao

Về khả năng vận chuyển và lắp đặt:

− Nhờ vào kết cấu đơn giản và chắc chắn, có thể tháo rời từng cụm dễ dàng, việc vận chuyển và lắp đặt sẽ trở nên dễ dàng hơn

1.3 Giới thiệu một số máy đột dập CNC

1.3.1 Máy đột CNC Vipros 255 của hãng Amada (Nhật Bản)

Đây là loại máy có tốc độ cao, với khoảng cách đột 2 mm theo trục X, tốc độ có thể đạt 1000 hành trình/phút

1.3.2 Máy đột CNC V20 - 1225 của hãng LVD (Bỉ)

LVD là một hãng của Bỉ chuyên nghiên cứu và sản xuất các thiết bị máy móc cho ngành gia công kim loại tấm Máy đột CNC V20 – 1225 có tốc độ lên tới 1000 hành trình/phút khi đột rỉa với bước độ là 1mm

1.3.3 Máy đột CNC CP 1250 của hãng Tailift (Đài Loan)

Đây là một trong những máy được dự án Jica tài trợ cho trường đại học Công Nghiệp Hà Nội nhằm phục vụ cho mục đích giáo dục Máy đột dập CNC CP 1250 cũng chính là đối tượng nghiên cứu của đề tài

Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật của máy đột CNC CP1250

Chương 2

CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ĐỘT DẬP CNC

2.1 Các phương pháp tính toán lực và công biến dạng trên cơ sở lý thuyết gia công kim loại bằng áp lực

2.1.1 Cơ sở của phương pháp tính toán lý thuyết

Trong phần lớn các phương pháp gia công kim loại bằng áp lực, bộ phận làm việc của thiết bị cùng với các công cụ biến dạng gắn trên nó một thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay Lực hoặc mômen xoắn do thiết bị sản ra tác dụng lên vật thể kim loại thông qua công cụ biến dạng chủ yếu để khắc phục trở lực biến dạng của vật thể và lực ma sát Nếu biết được lực biến dạng thì ta có thể căn cứ

để chọn đúng thiết bị cho một phương pháp gia công nào đó

Lực biến dạng có thể đặt lên vật thể biến dạng hay bộ phận vật thể biến dạng nhờ sự tiếp xúc trực tiếp giữa công cụ biến dạng và vật thể hoặc gián tiếp bằng cách tác dụng lên bộ phận không biến dạng của vật thể nằm kề bộ phận biến dạng

Để xác định lực biến dạng thì cần phải biết trị số và quy luật phân bố ứng suất trên bề mặt tiếp xúc giữa công cụ biến dạng và vật thể biến dạng (đối với trường hợp đầu) hoặc trên bề măt gianh giới với vùng biến dạng (đối với trường hợp thứ hai)

2.1.2 Một số phương pháp xác định lực cắt

− Phương pháp cân bằng công:

Công của ngoại lực có thể viết dưới dạng chung như sau:

ux, uy, uz là chuyển vị tương ứng theo các phương của các trục toạ độ

− Phương pháp giải phương trình vi phân kết hợp với điều kiện dẻo:

Thực chất của phương pháp này là tìm nghiệm chung thoả mãn phương trình vi phân và điều kiện dẻo Tuỳ theo các điều kiện củabài toán mà viết các phương trình dưới dạng thích hợp (đối với trạng thái ứng suất khối và phẳng hoặc trạng thái ứng suất đối xứng trục hoặc trạng thái biến dạng phẳng) và trong hệ toạ độ thích hợp (vuông góc, trụ, cực hoặc cầu)

− Phương pháp đường trượt:

Nội dung của phương pháp này là giải phương trình đặc tính thay cho việc giải phương trình vi phân cân bằng kết hợp với điều kiện dẻo Nếu giải được phương trình đặc tính thì đường trượt được xác định và do đó cũng tính được ứng suất (giả thiết là không có ma sát trên bề mặt tiếp xúc) Trường hợp có tồn tại ma sát thì phải dùng phương pháp gần đúng – phương pháp tích phân số để tím đường trượt

Phương trình vi phân cân bằng của đường trượt:

dztandxdz

cotdx

Nó chính là phương trình vi phân của đường đặc tính

Giải phương trình đặc tính thường được thực hiện bằng cách thay các biến số x,

z bằng cách biến số mới  và  Trên có sở tích phân Hencky, ta có:

 = (α) = (β)

Từ những phương trình này ta có thể xác định đường trượt phụ thuộc vào  và  trong đó:

( ) ( )1 2

trong khoảng giữa các kết quả tính toán bằng phương pháp đường trượt và phương pháp giải tích

Tóm lại nguyên lý cực trị cho ta bất đẳng thức:

− Phương pháp trở lực biến dạng dẻo

1) Trong điều kiện biến dạng đơn điệu hoặc gần đơn điệu thì cá trục chính của biến dạng (1, 2, 3) trùng với phương của các trục ứng suất chính (1, 2, 3) Điều này có nghĩa là trong quá trình biếm dạng đơn điệu ta có thể dùng những phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong trường hợp biến dạng nhỏ cho cả biến dạng lớn

Xét cường độ biến dạng trong trường hợp biến dạng lớn:

Ở đây 2 và 2 đều là những trị số đại số trung gian của ứng suất chính và mức

− Tất cả các thành phần ứng suất có thể xác định được nếu biết tổng 1 + 2 +

3 Muốn tính tổng này ta phải sử dụng phương trình cân bằng lực đối với từng phần tử nhỏ của vật thể

2.2 Nguyên công cắt

Trong các loại máy đột dập CNC cũng như máy đột dập cao tốc thì phương pháp cắt bằng khuôn được sử dụng phổ biến

2.2.1 Trạng thái ứng suất và biến dạng

Trạng thái ứng suất và biến dạng khi cắt hình

và đột lỗ đều là trạng thái ứng suất khối

Biến dạng cực đại εp theo hướng kính ở phần

mép làm việc của chày và cối, còn biến dạng nhỏ

nhất ở khoảng giữa của các mép làm việc

− Vùng 1: sát mặt phẳng làm việc của chày

+ Hướng trục chính 3: ứng suất nén, biến dạng

Hình 2.2 Trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình cắt vùng 1

− Vùng 2: vùng nằm trên mặt cối

+ Hướng trục chính 3: ứng suất nén, biến dạng nén

+ Hướng trục chính 1: ứng suất kéo, biến dạng kéo

+ Hướng trục chính 2: ứng suất nén, biến dạng nén

Hình 2.3 Trạng thái ứng suất và biến dạng trong quá trình cắt vùng 2

− Vùng 3, 4, 5: vùng nằm trên mặt cắt

+ Theo hướng trục chính hợp với đường cắt một góc 450: ứng suất và biến dạng nén

+ Theo hướng trục chính 2: ứng suất và biến dạng kéo

2.2.2 Các giai đoạn của quá trình cắt bằng khuôn

Quá trình cắt kim loại bằng khuôn được chia ra làm 3 giai đoạn:

− Giai đoạn 1: Biến dạng đàn hồi và bắt đầu chuyển sang biến dạn dẻo Chày nén kim loại xuất hiện trạng thái uốn đàn hồi

− Giai đoạn 2: Biến dạng dẻo xuất hiện và bắt đầu xuất hiện vết nứt

− Giai đoạn 3: Kim loại bị cắt đứt

Khi đó bề mặt cắt có 3 vùng rõ rệt:

− Vùng 1: bị uốn nhẹ

− Vùng 2: Mặt cắt sạch, tạo thành dải hình trụ sáng

− Vùng 3: Mặt cắt xù xì

2.2.3 Xác định lực cắt đột

Lực cắt hình và đột lỗ là một hàm của các đại lượng: c, S, L, hình dạng và trạng thái mép làm việc của chày và cối, khe hở Z, tốc độ biến dạng, độ lún sâu của chày (tại thời điểm xuất hiện vết nứt)

Xác định một cách gần đúng:

P = F c.k = L.S.c.k Trong đó:

1 b

x : Độ lún sâu của chày

Hình 2.4 Mức độ lún sâu cảu chày vào vật liệu

2.2.3.2 Xác định lực cắt đột với khuôn có mép cắt nghiêng

Hình 2.5 Chày cối có mép cắt nghiêng

− Khi cối được vát nghiêng hai phía:

Nếu coi phế liệu chỉ tiếp xúc với chày với chiều cao h thì công thức xác định lực gỡ sẽ là:

− Chiều rộng mạch nối giữa các đường bao cắt (mạch nối càng lớn thì lực đẩy,

gỡ càng lớn)

− Hình dạng và kích thước chi tiết

− Khe hở giữa chày và cối

− Khả năng dịch chuyển của phế liệu đối với chày,…

Việc xác định chính xác những ảnh hưởng của các yếu tố này đến lực đẩy, gỡ là rất khó khăn Vì vậy thường sử dụng công thức kinh nghiệm để xác định lực đẩy, gỡ:

n : Số chi tiết nằm trong cối, n = h/S

h : Chiều cao phần làm việc của cối

S : Chiều dày của vật liệu

Kđ, Kg : Hệ số, Kđ = 0,05  0,14 ; Kg = 0, 02  0,2

(Chiều dầy vật liệu càng lớn thì hệ số Kđ, Kg càng lớn)

2.2.5 Những yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt

− Yếu tố liên quan tới vật liệu: Cơ tính của kim loại, chiều dày vật liệu, hình dáng và kích thước chu vi cắt

− Yếu tố liên quan tới cấu trúc của khuôn: Trị số khe hở z, kết cấu và hình dáng cối

− Yếu tố liên quan tới điều kiện tạo hình: Tốc độ biến dạng, chất bôi trơn, vật liệu chế tạo dụng cụ cắt, tình trạng mép cắt

2.2.5.1 Ảnh hưởng của cơ tính

− Theo tính toán lý thuyết cũng như thực nghiệm đã chỉ rõ: khi tăng độ bền b

và giảm tính dẻo thì trở lực cắt tăng

− Chiều dày S càng tăng thì trở lực cắt càng nhỏ, vì:

+ Cắt vật liêu dầy dễ hơn cắt vật liệu mỏng do vật liệu mỏng có xu hướng bị uốn

+ Vật liệu mỏng dễ tạo thành lớp biến cứng trên bề mặt cắt

+ Vật liệu dầy thì xác suất gặp tạp chất là lớn hơn

− Hình dáng và kích thước của chu vi cắt:

+ Kích thước tăng, trở lực cắt giảm, do nếu kích thước nhỏ sẽ làm cho chi tiết

dễ bị kẹt

+ Kích thước lớn, khuyết tật nhiều hơn, dễ cắt hơn

2.2.5.2 Ảnh hưởng của khe hở z

− Khe hở giữa chày và cối có ảnh hưởng quan trọng tới lực cắt Khe hở z hợp

lý, giá trị của trở lực cắt sẽ đạt giá trị nhỏ nhất

Khi z < 0 hoặc z > (20  30%).S, trở lực cắt tăng đáng kể

2.2.5.3 Cấu trúc và hình dáng của cối

Hình 2.7 Các dạng kết cấu của lỗ cối

Cối có lỗ thoát hình côn thì trở lực cắt nhỏ hơn so với cối có lỗ thoát hình trụ

2.2.5.4 Yếu tố liên quan tới điều kiện tạo hình

− Tốc độ biến dạng: khi tốc độ cắt tăng thì trở lực cắt tăng

− Chất bôi trơn: khi cắt chất bôi trơn có ảnh hưởng đến giá trị lực cắt và trở lực cắt Nếu bôi trơn tốt, thì trở lực sẽ giảm

− Trạng thái mép cắt của khuôn: Nếu lưỡi cắt cùn thì trở lực cắt tăng lên do góc cắt và diện tích tiếp xúc tăng

2.2.6 Xác định khe hở giữa chày và cối

− Ý nghĩa và tầm quan trọng của khe hở z:

z = Dc - Dch(Dc, Dch là đường kính của cối và của chày) + Khe hở z có ý nghĩa ccoong nghệ lớn đối với chất lượng sản phẩm, ảnh hưởng tới độ cứng vững của khuôn, tới năng lượng tiêu hao

+ Nếu khe hở z hợp lý, vết nứt phát sinh giữa vùng tiếp xúc của vật liệu với chày và cối, mặt cắt có chất lượng tốt, không có ba via và nứt

+ Nếu khe hở quá nhỏ, các vết nứt không trùng nhau, mặt cắt bị bong thành lớp tạo thành ba via

+ Nếu khe hở quá lớn, đối với vật liệu mỏng thì kim loại bị uốn trong khe hở trước khi đứt, đối với vật liệu dầy thì mép dưới và trên chi tiết bị uốn cong nhiều

− Xác định trị số khe hở z :

Trị số của z phụ thuộc vào:

+ Tính chất cơ học của vật liệu

+ Chiều dầy của vật liệu

+ Số hành trình

− Nguyên tắc xác định trị số khe hở z :

Khi cắt hình:

+ Kích thước cối lấy bằng kích thước giới hạn nhỏ nhất của chi tiết

+ Khe hở z được xác định bằng cách giảm kích thước của chày

Ví dụ: Cắt chi tiết với D = 100- 0,5 :

Dcối = 100 – 0,5 = 99,5

Dchày = 100 – 0,5 - zmin

Khi đột lỗ:

+ Kích thước chày lấy bằng kích thước giới hạn lớn nhất của chi tiết

+ Khe hở z được xác định bằng cách tăng kích thước của cối

Ví dụ: Đột lỗ chi tiết với D = 100+ 0,5 :

Dchày = 100 + 0,5 = 100,5

Dcối = 100,5 + 0,5 + zmin

Chú ý:

+ Nếu S < 0,3 mm, sử dụng khuôn không có khe hở

+ Khi đột lỗ nhỏ d < 0,5S, khe hở z = (0,01  0,015)S

2.2.7 Dung sai trên kích thước làm việc của chày cối khuôn cắt (Chi tiết tròn)

− Khi bị mòn, kích thước làm việc của cối tăng, của chày giảm

− Khi chế tạo, cối luôn có dung sai dương, chày luôn có dung sai âm

− Đối với chi tiết cắt hình thì dung sai luôn có dấu âm

− Đối với chi tiết đột thì dung sai luôn có dấu dương

Dcối = (Ddn - ) + cối Dcối = (Ddn +  + Zmin) + cối

Dchày = (Ddn -  - Zmin)- chày Dchày = (Ddn + )- chày

Trong cả hai trường hợp cắt hình và đột lỗ chi tiết tròn, dung sai trên kích thước làm việc của chày và cối phải thỏa mãn:

chày + cối < zmax - zmin

Vì chày gia công dễ hơn cối nên dung sai chế tạo của cối bằng 2 lần dung sai chế tạo của chày:

chày = 0,5.cối

− Chú ý:

+ Nếu S < 4 mm, cối lấy theo cấp chính xác 2 (Chi tiết tròn)

+ Nếu S > 4 mm, cối lấy theo cấp chính xác 3 (Chi tiết tròn)

+ Nếu S > 3 mm, cối lấy theo cấp chính xác 2 (Chi tiết không tròn)

− Khi các tấm kim loại có chiều dầy lớn hơn 2 cần chú ý đến độ côn của bề mặt cắt do sự trượt vỡ của các vết nứt theo một góc độ nhất định so với bề mặt của tấm tạo hình Vì vậy để hạn chế khả năng kích thước của chi tiết vượt ra ngoài miền dung sai cho phép người ta giảm dung sai của chi tiết khi xác định kích thước làm việc của khuôn Khi đó, dung sai của chi tiết sẽ là ’ = (0,6  0,8)., với  là dung sai danh nghĩa của sản phẩm

− Kích thước chày cối được xác định như sau:

+ Khi cắt hình:

Dcối = [Ddn – (0,6  0,8).]+ 

c

Dchày = [Ddn – (0,6  0,8). - z]- ch + Khi đột lỗ:

dcối = [ddn + (0,6  0,8).]+ 

c

dchày = [ddn + (0,6  0,8). – z]- ch

− Chú ý: cần phân biệt hai trường hợp cắt hình và đột lỗ Bởi:

+ Khi cắt hình, kích thước của sản phẩm tương ứng với kích thước phần làm việc của lỗ cối Khi làm việc cối bị mài mòn làm chi kích thước phần làm việc của lỗ cối tăng lên (đối với các chi tiết có đường bao lồi) Vì vậy kích thước của cối khi cắt hình được lấy bằng kích thước giới hạn nhỏ nhất của chi tiết, nghĩa là:

Dcối = [Ddn – ]+ 

cTrong đó:

Ddn : Đường kính danh nghĩa của chi tiết

 : Dung sai kích thước của sản phẩm

c : Dung sai kích thước của cối

+ Kích thước làm việc của chày khi cắt hình sẽ nhỏ hơn kích thước của cối đúng bằng giá trị khe hở z, nghĩa là:

Dchày = [Ddn –  – z]- ch Trong đó:

ch : Dung sai kích thước của chày

+ Khi đột lỗ, đường kính nhận được tương ứng với đường kính của chày Khi

bị mài mòn, kích thước của chày bị giảm đi vì thế đường kính của chày cần phải lấy bằng giá trị giới hạn lớn nhất của lỗ, nghĩa là:

dchày = [ddn + ]- ch Trong đó:

ddn : Kích thước danh nghĩa của lỗ

 : Dung sai của lỗ

Kích thước của cối sẽ là:

dcối = [ddn +  + z]+ 

cCác công thức trên xác định các kích thước làm việc của chày và cối khi cắt hình và đột lỗ các chi tiết bằng kim loại có chiều dầy S < 2 bởi vì khi đó bề mặt cắt

có thể coi như vuông góc với bề mặt tấm kim loại

− Phương pháp chế tạo phối hợp:

Dung sai của chày đột và cối cắt lấy theo dung sai sản phẩm, do đó độ chính xác của sản phẩm càng nhỏ thì cacng giảm được độ chính xác của khuôn

2.2.8 Kích thước làm việc của chày cối khi cắt hình và đột lỗ các chi tiết phức tạp

− Cắt hình:

+ Khi cắt hình các chi tiết phức tạp, tất cả các dung sai và kích thước liên quan đến chi tiết dập được ghi trên bản vẽ chế tạo cối

+ Chày được chế tạo với cối để có khe hở zmin

+ Kích thước làm việc của cối được chia ra làm 3 loại:

• Các kích thước tăng lên khi bị mài mòn và mài lại: a1, a2

• Các kích thước bị giảm đi khi bị mài mòn và mài lại: b, b1, b2

• Các kích thước không thay đổi khi bị mài mòn và mài lại: c, c1, f

Hình 2.8 Kích thước làm việc của chày cối khi cắt hình và đột lỗ các chi tiết phức tạp

+ Kích thước tăng (a, a1): kích thước danh nghĩa của cối lấy bằng kích thước giới hạn dưới của chi tiết Dung sai có dấu dương và bằng /4

+ Kích thước giảm (b, b1): kích thước danh nghĩa của cối lấy bằng kích thước giới hạn trên của chi tiết Dung sai có dấu âm và bằng /4

+ Kích thước không đổi loại c: kích thước danh nghĩa của cối lấy bằng kích thước giới hạn dưới của chi tiết cộng 1/2 dung sai chi tiết Dung sai lấy đối xứng và bằng /4

+ Kích thước không đổi loại f: kích thước danh nghĩa của cối lấy bằng kích thước danh nghĩa của chi tiết Dung sai lấy đối xứng và bằng /4

+ Khi đột lỗ các chi tiết phức tạp, tất cả dung sai và kích thước liên quan đến chi tiết dập được ghi trên bản vẽ chế tạo chày

+ Cối được chế tạo phối hợp với chày để có khe hở zmin

+ Kích thước làm việc của chày được chia ra làm 3 loại:

• Các kích thước tăng lên khi bị mài mòn và mài lại: a'1, a'2

• Các kích thước bị giảm đi khi bị mài mòn và mài lại: b', b'1, b'2

• Các kích thước không thay đổi khi bị mài mòn và mài lại: c', c'1, f'

Nguyên tắc thiết kế tương tự như khi cắt hình

2.2.9 Độ chính xác khi cắt hình, đột lỗ

− Độ chính xác khi cắt hình và đột lỗ là mức độ sai lệch về hình dáng và kích thước của chi tiết dập đối với chi tiết cho trong bản vẽ

− Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác khi cắt hình và đột lỗ:

+ Vật liệu: vật liệu mềm thì biến dạng đàn hồi nhỏ, sai lệch nhỏ,…

+ Công nghệ cán, hướng cán

+ Hình dáng, kích thước chi tiết dập

+ Quá trình công nghệ dập: dập riêng và dập phối hợp, khuôn có dẫn hướng hoặc không

+ Khe hở z và mức độ phân bố đều đặn theo chu vi

+ Cấu trúc và độ cứng vững của máy

+ Hình dáng và độ nghiêng lỗ thoát của cối

+ Điều kiện làm việc và tính thần làm việc của công nhân

2.2.10 Các phương pháp cắt hình và đột lỗ chính xác

Trong công nghiệp chế tạo máy, cũng như trong công nghiệp chế tạo các dụng

cụ đo, đồng hồ,… thường yêu cầu phải nâng cao chất lượng bề mặt cắt và độ chính xác cao về hình dạng và kích thước chi tiết cắt đột, nhất là đối với các chi tiết phẳng Yêu cầu độ chính xác kích thước tương ứng cấp 8  11, còn độ bóng bề mặt bên (mặt cắt) trên toàn bộ chiều dày tương ứng với Ra = 2,5  1,25 m đối với thép

và đối với Ra = 1,25  0,63 m đối với kim loại mầu (theo OCT 2789 - 73)

Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, phương pháp hiệu quả nhất để chế tạo các chi tiết phẳng thỏa mãn được các yêu cầu nêu trên là sử dụng phương pháp cắt hình và đột lỗ chính xác hoặc nguyên công cắt gọt trong khuôn

Sử dụng các phương pháp này có thể thay thế cho các phương pháp gia công cơ

và đặc biệt là nâng cao năng suất lao động, giảm phế liệu kim loại và hạn giá thành sản phẩm

Hiện nay phương pháp cắt hình và đột lỗ chính xác được sử dụng rộng rãi nhất

là phương pháp sử dụng chày và cối có khe hở giữa chúng rất nhỏ và có chặn phôi trước khi đột dập

Đặc điểm của phương pháp này là phôi trước khi cắt đột được nén với áp lực lớn ngay sát ổ biến dạng bởi vòng gân hình nêm trên tấm chặn của khuôn Khi đó suất nén tập trung ở ổ biến dạng sẽ làm tăng các thành phần tensơ ứng suất yêu cầu,

do đó tính dẻo của kim loại được nâng cao

Việc tách phần phôi này ra khỏi phần phôi khác chỉ là do trượt dưới tác dụng của ứng suất tiếp, điều đó cho phép nhận được chi tiết có độ chính xác kích thước

và độ nhẵn bề mặt rất cao

2.2.10.1 Cắt hình bằng cối có mép cong