Thiết kế, chế tạo khuôn tạo hình ống kim loại thông qua vật liệu đàn hồi

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam đang trải qua giai đoạn phát triển kinh tế năng động, trong đó công nghiệp hóa và hiện đại hóa công nghệ sản xuất đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự tăng trưởng bền vững.

Trong những năm gần đây, nhiều thiết bị và phương pháp sản xuất tiên tiến đã được nhập khẩu và áp dụng để nâng cao năng suất, giảm chi phí sản xuất và giải phóng lao động Một trong những phương pháp nổi bật là tạo hình kim loại ống, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất và gia công hàng loạt Phương pháp này chủ yếu tạo ra các chi tiết cho thiết bị hiện đại và công nghệ cao, như khung sườn xe ô tô, xe máy, xe đạp, ống dẫn nhánh T, cũng như các bộ phận của máy bay và tên lửa.

Hình 1.1 Các sản phẩm của khuôn ép

Công nghệ dập ép đóng vai trò thiết yếu trong sản xuất, vì vậy nó đang được phát triển và cải tiến liên tục Hiện nay, có nhiều loại công nghệ dập ép khác nhau, mỗi loại mang đến những ưu và nhược điểm riêng Do đó, việc lựa chọn phương pháp phù hợp cần dựa vào điều kiện sản xuất cụ thể.

Dựa trên thực tế hiện tại, nhóm đã quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo khuôn tạo hình kim loại ống thông qua vật liệu đàn hồi” Qua đề tài này, nhóm hy vọng sẽ đạt được những kết quả nghiên cứu có giá trị trong lĩnh vực chế tạo khuôn.

Chúng tôi hy vọng rằng những nỗ lực này sẽ góp phần nâng cao năng suất và giảm thiểu chi phí, đồng thời đảm bảo rằng các sản phẩm và chi tiết được tạo ra vẫn đạt chất lượng tốt với giá cả hợp lý.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tạo điều kiện, tiền đề cho việc nghiên cứu áp dụng các kiến thức, kỹ năng đã học, thực tập và áp dụng vào đời sống thực tiễn

Tạo ra được sản phẩm có ích với đời sống, góp phần vào quá trình “công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước”

Giúp việc ép các chi tiết sản phẩm được nhanh chóng, gọn gàng, đáp ứng nhu cầu khách hàng

Giảm được chi phí sản xuất, chi phí nhiên liệu so với các phương pháp khác

Giảm giá thành sản phẩm và mang đến những sản phẩm thời đại 4.0 cho người tiêu dùng là mục tiêu quan trọng Đưa ra một đề tài và khuynh hướng mới mẻ cho đất nước, điều này chưa được thực hiện và phát triển.

1.2.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Khám phá chức năng và nguyên lý hoạt động của mô hình khuôn ép cao su, từ đó thiết kế và chế tạo các kết cấu phù hợp dựa trên tài liệu nghiên cứu quốc tế Mục tiêu là cải thiện tính ứng dụng của khuôn trong sản xuất thực tiễn.

Thiết kế khuôn ép tối ưu hóa hoạt động của máy ép thủy lực, giúp tiết kiệm nhiên liệu và sử dụng cơ năng hiệu quả Với tính năng dễ sử dụng, thiết kế này phù hợp với điều kiện thực tiễn tại Việt Nam.

Thiết kế đơn giản này phù hợp với nhiều bộ khuôn, phục vụ cho thí nghiệm tạo hình tấm kim loại bằng vật liệu đàn hồi, cụ thể là cao su.

Mô hình hóa thiết kế 3D bằng phần mềm Inventor 2019 Ứng dụng phần mềm Ansys 16 để tính toán-mô phỏng-phân tích

Tính toán, gia công, lắp ráp hoàn chỉnh khuôn và đưa vào ép thực nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Cơ sở phương pháp luận

Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức khoa học giúp đạt được chân lý khách quan thông qua sự chứng minh khoa học.

3 nghĩa này cần phải có những nguyên tắc cụ thể và dựa theo đó các vấn đề được giải quyết

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các cơ cấu và tính toán năng suất lý thuyết là rất quan trọng trong việc áp dụng các nguyên lý ép thực tế Điều này giúp đảm bảo tính chính xác trong việc tính toán, thiết kế và chế tạo khuôn ép, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể Để thực hiện đề tài này, chúng em sử dụng một số phương pháp sau:

1.3.2.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Để xác định các cơ cấu hoạt động và phương án thực hiện tối ưu cho khuôn ép, cần tham khảo nhiều nguồn tài liệu đáng tin cậy như sách, giáo trình, tài liệu tham khảo, bài viết từ Internet và các công trình nghiên cứu.

1.3.2.2 Phương pháp phân tích-tổng hộp:

Sau khi tham khảo và nghiên cứu tài liệu, quá trình nghiên cứu thực nghiệm đã cung cấp các số liệu cần thiết và những hình dung ban đầu.

Mô hình và phương pháp truyền động cần được phác thảo rõ ràng trên giấy, đồng thời phân tích các yếu tố thiết yếu ảnh hưởng đến quá trình này nhằm đáp ứng các yêu cầu sơ bộ đã được đặt ra.

Tổng hợp các yếu tố đã phân tích, loại bỏ những yếu tố không cần thiết và lựa chọn cơ cấu truyền tối ưu nhất cho quá trình làm việc.

1.3.2.3 Phương pháp mô hình hóa

Xây dựng mô hình 3D bằng phần mềm Inventor Professional 2019, sau đó kiểm nghiệm mô hình bằng phần mềm Ansys 16

Mục tiêu chính của đề tài là gia công và chế tạo sản phẩm, tạo cơ hội áp dụng kiến thức đã học và thực tập, đồng thời đối mặt với những thách thức từ kiến thức mới mà thực tiễn yêu cầu.

Sau khi hoàn tất quá trình gia công chế tạo, sản phẩm sẽ được tiến hành ép thử và đo lực bằng máy Điều này giúp kiểm nghiệm lại lý thuyết cũng như khắc phục những sai sót mà lý thuyết không thể dự đoán được.

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

1.4.1 Dập thủy tĩnh phôi ống kim loại

Quy trình công nghệ dập thủy tĩnh biến đổi hình dạng phôi ống ở trạng thái nguội thông qua áp lực cao bên trong Phương pháp này tạo ra hình dạng sản phẩm nhờ áp lực thủy tĩnh cao tác động trực tiếp lên bề mặt trong của phôi Đặc biệt, trong từng trường hợp, áp lực chất lỏng cao được áp dụng từ bên ngoài của phôi ống.

Công nghệ dập thủy tĩnh cho phép chế tạo các chi tiết máy chất lượng cao với hình dạng phức tạp Trước đây, các chi tiết này thường được sản xuất bằng phương pháp hàn ghép, nhưng hiện nay phương pháp này đã không còn được ưa chuộng.

Các chi tiết dập thủy tĩnh dạng ống cơ bản được chia thành 9 loại: a Các chi tiết mối nối đường ống dẫn

Các chi tiết mối nối đường ống dẫn là những thành phần không gian cơ bản, có vai trò quan trọng trong hệ thống ống dẫn Công nghệ dập thủy tĩnh cho phép tạo hình các chi tiết này một cách hoàn chỉnh và đạt chất lượng cao.

Hình 1.2.Chi tiết mối nối đường ống dẫn b Thân các thiết bị chịu lực

Công nghệ dập thủy tĩnh cho phép chế tạo phôi thân của các chi tiết với hình dạng cầu hoặc trụ, giúp thu được sản phẩm hoàn thiện mà không cần gia công bổ sung.

Hình 1.3 Thân các thiết bị chịu áp lực c Trục bậc rỗng

Các chi tiết này có tiết diện bậc, đáp ứng yêu cầu về độ nhẹ, độ cứng và khả năng làm mát Phần lớn trong số chúng được sản xuất bằng phương pháp dập thủy tĩnh.

Hình 1.4 Trục bậc rỗng d Các chi tiết trục cam lệch tâm rỗng

Phương pháp dập thủy tĩnh cho phép sản xuất bán sản phẩm với hình dạng đơn giản, sau đó có thể thực hiện gia công cơ khí hoặc gia công dẻo để hoàn thiện sản phẩm.

Hình 1.5 Trục cam lệch tâm rỗng e Trục khuỷu rỗng

Quy trình dập thủy tĩnh cho các chi tiết này được thực hiện trong giai đoạn nghiên cứu thực nghiệm Kết quả từ các nghiên cứu này đã chứng minh khả năng ứng dụng rộng rãi của phương pháp dập thủy tĩnh đối với các chi tiết dạng này.

Hình 1.6 Trục khuỷu rỗng f Các chi tiết của khung xe đạp

Các chi tiết này có hai hay nhiều vầu Hình dạng tiết diện ngang của vấu thường là tròn, ô-van, vuông hay chữ nhật

Hình 1.7 Chi tiết của khung xe đạp g Các chi tiết có nếp gấp ngang

Bằng công nghệ dập thủy tĩnh ta đã sản xuất được cac chi tiết loại này và các chi tiết rỗng có hình dạng đinh vít

Hình 1.8 Chi tiết có nếp gấp ngang h Các chi tiết trên phương tiện đi lại (xe máy, oto…)

Khung cầu ngoài của xe ô-tô là một bộ phận lớn, rỗng, được chế tạo bằng phương pháp dập thủy tĩnh Nó có thể được sản xuất bằng cách dập nguyên khối, với các dầm dưới dài giúp chịu lực hiệu quả.

Hình 1.9 Chi tiết cầu sau oto i Các chi tiết dạng khác

Đồ dùng loại này rất đa dạng và có thể được chế tạo với hình dạng phức tạp nhờ phương pháp dập thủy tĩnh Phương pháp này cho phép sản xuất các loại bình có đáy và cốc kim loại từ phôi phẳng một cách hiệu quả.

Hình 1.10 Các chi tiết dạng khác 1.4.1.3 Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh phôi ống điển hình a Dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn

Phương pháp dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn là kỹ thuật hiệu quả trong việc chế tạo các chi tiết rỗng thuộc nhóm II, III, IX Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là việc làm mỏng đáng kể thành phôi do trạng thái ứng suất tại nơi thành hình Do đó, phương pháp chỉ phù hợp cho các chi tiết có hình dạng đơn giản và quy trình dập được thực hiện với mức độ biến dạng nhỏ.

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn b Dập thủy tĩnh bằng tải trọng kết hợp

Phương pháp nghiên cứu dập thủy tĩnh được áp dụng rộng rãi trong việc chế tạo các chi tiết thuộc nhóm I, II và IX, cũng như các chi tiết có hình dạng đơn thuộc nhóm III, IV và VI.

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh bằng tải trọng kết hợp

Dập thủy tĩnh theo phương ngang tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành phôi ống với tiết diện ngang thay đổi Quá trình này diễn ra khi áp lực thay đổi theo hướng ngang và trục, với chất lỏng được dẫn vào bên trong phôi và khoang phôi được bịt kín Chất lỏng đóng vai trò như chày dập vạn năng, giúp ngăn chặn tổn thất năng lượng và đảm bảo phôi đạt được hình dạng và kích thước theo yêu cầu.

Hình 1.13 minh họa các sơ đồ dập thủy tĩnh với ép phôi theo tiết diện ngang và dọc trục phôi Để nâng cao hiệu quả quy trình dập thủy tĩnh, có thể áp dụng sơ đồ nguyên lý kết hợp lực ép phôi với lực ép trục bổ sung tại khu vực thành hình Sơ đồ này tồn tại dưới hai dạng khác nhau.

- Dập với lực ép dọc trục không có lực ép bổ sung tại nơi thành hình

- Dập ép dọc trục với lực ép bổ sung theo toàn bộ tiết diện ngang của phôi tại nơi tạo hình

Sơ đồ 1 đã được áp dụng để chế tạo các chi tiết phức tạp với một số vấu thuộc nhóm I, II và VI Đặc biệt, việc sử dụng sơ đồ này một cách hợp lý là cần thiết để sản xuất những chi tiết phức tạp có 2 vấu được bố trí ở một phía của ống kế tiếp nhau.

Hình 1.14 Sơ đồ dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi và ép trục bổ sung

11 e Dập thủy tĩnh với ép dọc trục và uốn ngang

Sơ đồ dập thủy tĩnh khác biệt so với các sơ đồ khác ở khả năng chế tạo chi tiết có nhiều bậc và trục lệch tâm Được thiết lập đầu tiên tại Liên Bang Nga, sơ đồ này chuyên dụng cho việc chế tạo các chi tiết thuộc nhóm V Sản phẩm thu được có thể sử dụng làm bàn thành phẩm để tạo ra các chi tiết cong theo yêu cầu của nhóm I.

Hình 1.15 Sơ đồ dập thủy tĩnh ép trục và uốn cong phôi theo phương ngang 1.4.2 Phương pháp kéo ống kim loại

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Quá trình tạo phình ống sử dụng chày cao su

Kỹ thuật làm phình là phương pháp tạo hình gần lưới hoặc phức tạp từ ống rỗng thông qua áp suất nội và tải dọc trục, ngày càng được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để tối ưu hóa sản xuất và giảm chi phí Trước đây, chày cứng là phương pháp duy nhất để tạo hình ống và chén, nhưng nó gây ra vết hằn không mong muốn trên bề mặt sản phẩm, khiến cho những chi tiết có bề mặt phức tạp không thể sử dụng Do đó, phương pháp tạo phình bằng áp suất nội thủy tĩnh đã được phát minh, cho phép tạo hình ống trong cối mà không tạo ra khuyết điểm bề mặt Tuy nhiên, phương pháp này gặp hạn chế với những chi tiết ống có bề dày nhỏ, nhưng có thể khắc phục bằng cách kết hợp tải dọc trục và áp suất nội, giúp ống dần dần mang hình dạng mong muốn Trong quá trình này, chiều dài ống sẽ giảm và độ dày thành ống cũng sẽ mỏng đi tương ứng với mức độ mở rộng.

Chày cao su mang lại ưu điểm lớn trong việc tạo ra áp suất trung gian so với chất lỏng thủy lực, nhờ vào ma sát giữa ống và cao su, giúp dễ dàng mở rộng ống mà không cần hệ thống kiểm soát lực dọc trục phức tạp Lực ma sát này cũng góp phần ổn định sự căng giãn và đơn giản hóa quy trình, loại bỏ nhu cầu về hệ thống chống rò rỉ chất lỏng Việc lắp đặt chày cao su nhanh chóng và tiện lợi hơn, không cần làm sạch bề mặt sau khi tạo hình Tuy nhiên, sự giãn nở của ống khi sử dụng chày cao su nhỏ hơn so với áp suất thủy lực, và để tăng lượng kim loại trong vùng biến dạng, cần lặp lại quy trình ép nhiều lần Hạn chế của phương pháp này là việc kiểm soát sự giãn nở không được tối ưu.

Việc xác định chính xác ứng suất dọc trục trong quá trình ép là một thách thức lớn, đòi hỏi nhiều lần thử nghiệm và chấp nhận thất bại để tích lũy kinh nghiệm Như đã đề cập, việc tạo tải trọng trong các quy trình tạo hình sử dụng đệm cao su thường được so sánh với các phương pháp truyền thống Tuy nhiên, phương pháp làm phình ống bằng chày cao su lại là một ngoại lệ, vì áp lực ép được tạo ra gần như tương đương với các phương pháp thủy lực hoặc phình ống truyền thống.

Phôi ống có thể được phình ra bằng cách áp dụng áp suất thủy tĩnh thông qua chày cao su vào bên trong, tạo hình theo biên dạng của cối Trong phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu một số phương pháp phình ống, bao gồm phình ở đáy, phình tự do và phình nhánh-T.

2.1.2 Các phương pháp tạo hình ống kim loại

Quy trình làm phình đáy ống được mô tả qua sơ đồ nguyên lý trong Hình 2.1, bao gồm một chày ép bằng kim loại, một chày cao su và khuôn (cối) Khuôn được chia thành hai phần, với phần trên có nhiệm vụ dẫn truyền chuyển động của chày ép Khuôn có thể là kim loại nguyên khối hoặc được cắt đôi theo phương thẳng đứng để tạo sự linh hoạt trong việc tạo hình chi tiết Để giảm lực ma sát giữa khuôn và phôi ống, bề mặt khuôn cần được đánh bóng.

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý quy trình phình đáy ống

Quy trình bắt đầu khi khuôn ở trạng thái mở, phôi ống được đặt vào bên trong và chày cao su cũng được lắp vào Sau khi khuôn đóng an toàn, chày ép được đưa vào qua lỗ trên đỉnh khuôn, tiếp xúc với chày cao su Khi máy ép thủy lực hoạt động, chày ép sẽ đè lên chày cao su, tạo ra áp suất và lực dọc trục lên thành ống, khiến ống bắt đầu biến dạng Cuối cùng, sau khi quy trình dập hoàn tất, chày cao su và ống đã biến dạng được lấy ra bằng cách mở khuôn.

Hình 2.2 Ống đã biến dạng hoàn toàn

Hình dạng của ống phình đáy giống như hình 10.2, với lực dọc trục sinh ra từ ma sát giữa chày và cao su, dẫn đến sự giãn nở ở đáy ống, tạo hình “miệng chuông” Ban đầu, ống phình ra ở phần đáy, nơi tiếp xúc với khuôn Khi tăng lực ép, ống sẽ biến dạng hoàn toàn và tiếp xúc với toàn bộ bề mặt khuôn, kết thúc quy trình Sự thắt và nứt của ống phụ thuộc vào độ dày của chi tiết, đây là những khuyết tật chính trong quy trình ép Nguyên nhân chính gây ra sự thắt là hệ số ma sát cao giữa ống và chày cao su, tạo ra lực dọc trục lớn, khiến ống dễ bị thắt.

Hình 2.3 Ống bị thắt do lực dọc trục quá lớn

Hình 2.4.Biểu đồ lực ép cần thiết

Biểu đồ trong Hình 2.4 minh họa lực cần thiết tác động lên chày ép để hình thành ống phình đáy Trong giai đoạn đầu, lực tác dụng lên chày ép tăng chậm rãi cho đến khi đạt được mức cần thiết.

Khi khoảng trống giữa ống và chày cao su được lắp đầy, lực cần thiết để tác dụng lên chày tăng nhanh chóng, nén chày cao su và tạo áp lực lên ống Quá trình kim loại của ống bắt đầu được đùn vào khoảng trống giữa ống và khuôn tại giao điểm giữa đường kính trong của ống với đường cong Khi lực ma sát tăng lên do chiều dài của ống giảm, lực tác dụng lên chày ép cũng tăng lên bởi sự dịch chuyển của chày Trong giai đoạn cuối cùng của sự tạo hình, diện tích tiếp xúc giữa ống và thành khuôn tăng đáng kể, dẫn đến việc tăng lực ma sát và tải tác dụng lên chày ép Lực tác dụng lên chày ép tiếp tục gia tăng cho đến khi ống biến dạng hoàn toàn.

Hình 2.5 Mối quan hệ giữa chiều dài chày cao su và áp suất

Mối quan hệ giữa chiều dài chày cao su và áp suất khi ép được thể hiện qua hình 2.5, với phôi ống đồng đỏ có bề dày 1.6mm và đường kính ngoài 38.2mm Áp suất cần thiết để tạo phình tăng lên khi chiều dài chày cao su dài hơn Hình 2.6 minh họa mối quan hệ giữa áp suất cần thiết để tạo phình và độ dày của ống.

Hình 2.6.Mối quan hệ giữa áp suất và chiều dày ống

Hình 2.7.Sự phân bố chiều dày khi ống biến dạng

Sự phân bố độ dày của ống sau khi biến dạng hoàn toàn được minh họa trong hình 2.7 Kết quả thí nghiệm cho thấy, độ dày mỏng nhất của ống xuất hiện ở phần đáy, nơi có sự giãn nở nhiều nhất, trong khi phần không biến dạng của ống gần như giữ nguyên.

Để giảm thiểu sự giảm độ dày của ống, việc kiểm soát lực ma sát giữa bề mặt cao su và ống là rất quan trọng Lực ma sát lớn giúp quá trình đùn kim loại vào vùng biến dạng diễn ra dễ dàng hơn, tuy nhiên, nếu lực ma sát quá lớn sẽ gây ra hiện tượng thắt Do đó, cần tối ưu hóa điều kiện ma sát để đảm bảo quy trình làm phình ống thành công.

Nguyên lý cơ bản của quy trình tạo hình này cũng giống hoàn toàn với quy trình tạo phình đáy ống

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý quy trình phình giữa

Quy trình này sử dụng khuôn tách đôi, chày ép ống và chày cao su để tạo hình ống Các chày tác dụng lực dọc trục lên chày cao su, có chiều dài ngắn hơn ống để tạo khoảng trống cho chày ép ống Chuyển động đồng thời của chày ép và chày ép ống tạo ra lực nén lên chày cao su, giúp cao su dẫn chiếm chỗ và đẩy vật liệu ống vào khoảng trống giữa phôi và khuôn Chày ép ống tiếp xúc với ống sau khi tạo ra lực nén ban đầu, nhằm tạo áp suất cần thiết cho việc tạo hình ống Khuôn chặn có thể được sử dụng để giữ khuôn ép ổn định trong suốt quá trình Quy trình này chia thành hai dạng, trong đó dạng thứ nhất là tạo hình tự do, nghĩa là khuôn và ống không cần tiếp xúc, ống sẽ phình tự do cho đến khi hoàn thành.

Sử dụng phương pháp phình ống có thể dẫn đến sự không đối xứng hoàn toàn do thiếu lực ma sát giữa khuôn và chày cao su Khi áp dụng dạng 2, khuôn được thiết kế sao cho ống ban đầu tiếp xúc với khuôn, giúp định hình bề mặt ống theo đúng biên dạng của khuôn Quá trình tạo phình bằng khuôn đóng được mô phỏng trong hình 2.8, trong khi hình 2.9 minh họa ống đã được phình thành bằng khuôn đóng.

Trong quy trình sản xuất ống, việc bôi trơn bề mặt giữa ống và khuôn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng Bôi trơn hiệu quả giúp giảm lực ma sát, cho phép ống trượt dễ dàng và giảm độ giãn dài Tối ưu hóa bôi trơn còn làm giảm chiều dài ống, phụ thuộc vào thể tích giãn nở của ống Tuy nhiên, hệ số ma sát quá nhỏ giữa khuôn và ống có thể dẫn đến giảm chiều dài đột ngột, gây hiện tượng thắt ống, đặc biệt với ống làm từ vật liệu có khả năng đùn kim loại kém Hình 2.10 đến 2.12 minh họa quá trình giãn dài này.

Hình 2.10 Biểu đồ biến dạng theo chu vi

Hình 2.11.Biểu đồ biến dạng dài

Hình 2.12 Biểu đồ biến dạng theo chiều dày

Vật liệu kim loại

2.2.1 Phân loại a Kim loại đen

- Kim loại đen bao gồm các loại : Gang và Thép

- Nếu tỉ lệ Cacbon trong vật liệu ≤2,14% thì được gọi là thép và >2,14% là gang

- Tỉ lệ cacbon càng cao thì vật liệu càng cứng và giòn

- Gang được phân làm 3 loại : Gang xám, gang trắng và gang dẻo

PHÂN LOẠI -3 loại : gang xám gang trắng, gang dẻo

-Thép cacbon -Thép hợp kim TÍNH CHẤT ĐẶC ĐIỂM

-Tình bền và tính cứng cao, chịu được mài mòn, chịu nén và chống rung động tốt, dễ đúc nhưng khó gia công cắt gọt vì quá cứng

-Tính cứng cao, chịu mài mòn…

CÔNG DỤNG -Dùng àm : ổ đỡ bàn trượt

, vỏ máy bơm, má phanh tàu hỏa, và dùng để luyện thép

-Dùng trong xây dựng và kết cấu xây dựng

-Dùng làm dụng cụ gia đình, chi tiết máy… b Kim loại màu

- Bao gồm các kim loại còn lại (Cu, Al, Zn, Sn, Pb…)

- Kim loại màu thường dùng ở dạng hợp kim

- Có 2 loại chính bao gồm : đồng và hợp kim của đồng ; nhôm và hợp kim của nhôm

- Tính chất : Dễ kéo dài, dễ dát mỏng, có tính mài mòn, tính chông ăn mòn cao, tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt…

- Ưu điểm : dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, ít bị oxy hóa hơn kim loại đen, dễ cán mỏng và kéo dài…

- Đồng và nhôm được dùng nhiều trong công nghệ truyền tải điện năng và các thiết bị dân dụng

Thép Cacbon là loại thép thông thường, thuộc nhóm kim loại đen, ngoài Fe và C còn chứa các tạp chất thường có như Mangan, Silic, Phốt-pho ,…

C < 2%, Mn < 0,8%, Si ≤ 0,4%, P ≤ 0,05%, S ≤ 0,05% Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố Cr, Ni, Cu(≤ 0,2%), W, Mo, Ti (≤ 0,1%)

2.2.2.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến chất của thép a Cacbon

- Là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định tổ chức, tính chất và công dụng của thép

Hình 2.17.Ảnh hưởng của C đối với cơ tính của thép

Khi tăng tỷ lệ phần trăm carbon (%C) trong hợp kim, độ dẻo và độ dai va đập sẽ giảm Đặc biệt, trong khoảng 0,8-1% %C, độ bền và độ cứng đạt mức cao nhất Tuy nhiên, khi vượt quá 1% %C, độ bền và độ cứng sẽ bắt đầu giảm.

- Theo %C có thể chia thép làm 4 nhóm có cơ tính và công dụng khác nhau :

 Thép cacbon thấp (%C ≤ 0,25%) : dẻo, dai nhưng có độ bền và độ cứng thấp

 Thép cacbon trung bình (%C từ 0,3-0,5%) : chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập cao

 Thép cabon cacbon tương đối cao (%C từ 0,55 - 0,65%): có tính đàn hồi cao, dùng làm lò xo

 Thép cacbon cao (%C ≥ 0,7%): có độ cứng cao nên được dùng làm dụng cụ đo, dao cắt, khuôn dập b Các nguyên tố khác

- Mn và Si: là các tạp chất có lợi, có công dụng khử ôxy

- P, S: là các tạp chất có hại, làm giảm cơ tính của thép

2.2.2.4 Phân loại các loại thép cacbon

Có nhiều cách phân loại thép như :

- Theo tổ chức tế vi

- Theo phương pháp luyện kim

- Theo phương pháp khử oxy

Trong ngành cơ khí, việc phân loại thép theo công dụng là rất quan trọng, giúp xác định cách sử dụng thép một cách hợp lý trong quá trình chế tạo sản phẩm Một trong những loại thép cần chú ý là thép cacbon, nổi bật với nhiều ứng dụng trong sản xuất.

Loại vật liệu này có cơ tính thấp, thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết máy và các kết cấu chịu tải nhỏ Nó thường được áp dụng trong ngành xây dựng và giao thông, như cầu, nhà, khung và tháp.

Hình 2.18.Thép cacbon công dụng

Thép cacbon thông dụng được phân loại thành ba nhóm A, B và C Nhóm A được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu cơ tính như độ bền, độ dẻo và độ cứng Nhóm B lại được đặc trưng bởi thành phần hóa học, trong khi nhóm C kết hợp cả hai yếu tố: chỉ tiêu cơ tính và thành phần hóa học.

- Khi cần biết cơ tính thì ta sử dụng nhóm A, khi cần tính toán về hàn, nhiệt luyện thì sử dụng nhóm B hoặc C

- Theo TCVN 1765 - 75 qui định ký hiệu thép thông dụng là hai chữ CT, sau chữ

CT chỉ giới hạn bền tối thiểu, theo đơn vị N/mm 2

- Ví dụ: CT 38 có giới hạn bền là

- Các nhóm B và C cũng có ký hiệu tương tự như nhóm A nhưng qui ước thêm vào đằng trước chữ CT chữ cái B hay C để phân biệt

- Ký hiệu theo tiêu chuẩn các nước

Ký hiệu CTx trong tiêu chuẩn Nga (ГOCT) đại diện cho các cấp độ bền, trong đó x là các con số từ 0 đến 6, với số càng cao tương ứng với độ bền càng lớn Ngoài ra, các phân nhóm A, Б, B của tiêu chuẩn này tương ứng với các phân nhóm A, B, C tại Việt Nam.

 Mỹ (ASTM): Ký hiệu theo các số 42, 50, 60, 65 chỉ (min) theo đơn vị ksi

Nhật (JIS) sử dụng ký hiệu SSxxx, SMxxx hoặc xxx để chỉ các số giới hạn bền kéo tối thiểu tính bằng Mpa Chẳng hạn, SS400 là loại thép cacbon thường với giới hạn bền kéo tối thiểu là 400 Mpa Thép cacbon kết cấu được phân loại theo tiêu chuẩn này.

Nhóm thép cacbon kết cấu này có chất lượng cao hơn so với nhóm chất lượng thường, với hàm lượng các tạp chất có hại như lưu huỳnh (S ≤ 0,04%) và photpho (P ≤ 0,035%) được kiểm soát chặt chẽ Ngoài ra, hàm lượng cacbon được xác định chính xác và các chỉ tiêu cơ tính cũng rõ ràng, đảm bảo tính năng vượt trội của sản phẩm.

40 tính Thép cacbon kết cấu được dùng trong chế tạo các chi tiết máy chịu lực cao hơn như: bánh răng, trục vít, cam, lò xo…

Hình 2.19.Thép cacbon kết cấu

- Theo TCVN ký hiệu thép cacbon kết cấu là chữ C, sau chữ C ghi chỉ số hàm lượng cacbon của thép như: C20, C45, C65…

- Ví dụ: C45 trong đó chữ C ký hiệu thép cacbon, 45 chỉ phần vạn cacbon trung bình ( tương đương với 0,45%C)

- Ký hiệu theo tiêu chuẩn các nước :

 Nga (ГOCT): Ký hiệu xx trong đó xx là số chỉ phần vạn C Ví dụ mác 40 có 0,4%C

 Mỹ (AISI/SAE): Ký hiệu 10xx trong đó xx là số chỉ phần vạn C Ví dụ mác

 Nhật (JIS): Ký hiệu SxxC trong đó xx là các số chỉ phần vạn C Ví dụ mác S45C có 0,45%C c Thép cacbon dụng cụ

Thép cacbon dụng cụ là loại thép có hàm lượng cacbon cao từ 0,7 đến 1,4% và hàm lượng tạp chất lưu huỳnh (S) và phốt pho (P) thấp hơn 0,025% Mặc dù thép này có độ cứng cao khi được nhiệt luyện, nhưng khả năng chịu nhiệt của nó hạn chế, do đó thường được sử dụng để chế tạo các dụng cụ như đục, dũa, dụng cụ đo lường và các loại khuôn dập.

- Theo TCVN ký hiệu thép cacbon dụng cụ là chữ CD, sau chữ CD ghi chỉ số hàm lượng cacbon của thép theo phần vạn như: CD70, CD80, CD100

- Ví dụ: CD100 - chữ CD ký hiệu thép cacbon dụng cụ, 100 chỉ phần vạn cacbon trung bình (tương đương với 1%C)

- Ký hiệu theo tiêu chuẩn các nước

 Nga (ГOCT): Ký hiệu Yxx trong đó xx là số chỉ phần nghìn C Ví dụ mác Y12 có 1,2%C

Hình 2.20.Thép cacbon dụng cụ 2.2.3 Thép C45

Thép C45 là loại thép carbon với hàm lượng carbon đạt 0,45% (0,45%C), bên cạnh đó còn chứa các nguyên tố khác như silic, mangan, lưu huỳnh, crom, phốt pho, đồng và niken.

Mác C45: Chữ “C” là kí hiệu của thép Cacbon, trong đó “45” có nghĩa là mác thép chưa hàm lượng C là 0,45%

2.2.3.2 Tính chất cơ học của thép C45 Ở điều kiện bình thường thép C45 có độ cứng HRC là 23, trong trường hợp yêu cầu cần thép có độ cứng cao hơn người ta sử dụng phương pháp tôi, ram để tăng độ cứng của thép C45

Hình 2.22.Thành phần hóa học của thép C45

Hình 2.23.Đặc tính cơ học của thép C45

Hình 2.24 Chỉ số cấp bền của thép C45

Tùy thuộc vào độ cứng mong muốn, có thể áp dụng các phương pháp tôi dầu, tôi nước hoặc tôi cao tần trong các điều kiện phù hợp để đạt được độ cứng cần thiết.

Thép mác C45 được ưa chuộng trong ngành xây dựng và công nghiệp nhờ vào các đặc tính cơ học vượt trội như độ bền, độ cứng và độ dẻo Loại thép này rất phù hợp cho gia công cơ khí, chế tạo chi tiết máy, xây dựng cầu đường và khung thép Ngoài ra, thép C45 cũng dễ dàng được tôi, ram để đạt được độ cứng mong muốn, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong các ứng dụng kỹ thuật.

Thép tròn C45 thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực chế tạo, bao gồm sản xuất bulong, chi tiết máy, trục, bánh răng, bản mã, mặt bích thép, cũng như các dụng cụ như liềm, rùi, và dao khoan gỗ.

Kết luận : Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu, nhóm đã quyết định lựa chọn thép

C45 làm vật liệu để gia công chi tiết khuôn của mình vì mác thép này thuộc loại thép

Cacbon kết cấu có độ dẻo cao, khả năng chịu va đập và tải trọng tĩnh tốt, được sử dụng rộng rãi và dễ dàng tìm kiếm Đặc biệt, giá thành của nó tương đối mềm so với nhiều loại thép phổ biến khác.

2.2.4.1 Khái niệm Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm Tỷ lệ pha chế giữa đồng và kẽm cho ta một loạt các đồng thau đa dạng khác nhau có tính chất cơ học và điện khác nhau

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN TẠO HÌNH KIM LOẠI ỐNG THÔNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI

Phương án thiết kế

Chúng em đã thiết kế và chế tạo khuôn tạo hình kim loại ống bằng vật liệu đàn hồi, cụ thể là cao su, nhờ vào sự đa dạng của công nghệ dập tấm và sự hướng dẫn của các thầy cô Để thực hiện thành công dự án này, nhóm đã nghiên cứu và sử dụng các thiết bị như Loadcell, đầu cân, con đội thủy lực và máy dập con đội thủy lực Cuối cùng, chúng em đã đưa ra nhiều phương án thiết kế và chọn lựa phương án tối ưu nhất cho việc ép tạo hình sản phẩm.

3.1.1 Lựa chọn phương án cấu tạo khuôn

Khuôn được thiết kế hình hộp với 6 tấm bao bọc bên ngoài, bên trong có các tấm cố định bằng bu lông hoặc có khả năng trượt nhờ vào ti trượt.

Hình 3.1.Cấu tạo khuôn phương án 1

Hình 3.2.Sơ đồ nguyên lý phương án 1 Ưu điểm:

- Khuôn cứng cáp liền lạc

- Khả năng tự động hóa cao

- Cao su không bị vung vãi

- Có thể kiểm soát lượng cao su trong khoang chứa

Khuôn không linh hoạt có thể gặp phải hiện tượng kẹt chày ép hoặc bạc tạo hình do cao su xâm nhập vào các khoảng hở Để khắc phục tình trạng này, cần phải tháo rời hoàn toàn khuôn.

- Trong lượng của khuôn khá lớn, chắc chắn không thể di chuyển dễ dàng bằng sức người

Lực ép cao su chủ yếu là lực dọc trục, do đó, dù khoang chứa có nhiều cao su, nhưng lượng cao su này không thể di chuyển vào lòng khuôn ép.

47 đó áp suất tác dụng lên bề mặt phôi cũng không lớn, nên không thể làm biến dạng phôi

- Chi phí gia công và mua vật liệu tốn kém

Kết luận, sau khi đánh giá kỹ lưỡng, nhóm quyết định không chọn phương án 1 do những nhược điểm nghiêm trọng của nó Mặc dù thiết kế này có ưu điểm về hình dáng bên ngoài, nhưng không đem lại hiệu quả thực sự trong quá trình ép sản phẩm Những nhược điểm của phương án này có thể gây cản trở lớn cho quy trình, dẫn đến việc tiêu tốn thời gian và giảm năng suất Do đó, những lợi ích mà phương án này mang lại không đủ để bù đắp cho những rủi ro tiềm ẩn.

Sau khi nhận diện nhược điểm của phương án 1, nhóm đã cải tiến khuôn bằng cách kết hợp một số bộ phận trực tiếp lên máy ép, nâng cao tính linh hoạt cho khuôn Khuôn mới cho phép tháo lắp dễ dàng các bộ phận, giúp xử lý các tình huống ngoài ý muốn trong quá trình ép Để bù đắp cho việc khoang chứa cao su không còn, nhóm đã sử dụng viên chêm để tăng áp suất tác dụng lên phôi, đặc biệt cho các mẫu ép vùng biến dạng ở giữa, yêu cầu khả năng tích áp nhanh Tuy nhiên, khuôn mới vẫn tồn tại một số nhược điểm tương tự như phương án 1.

Hình 3.3.Đồ án máy dập sinh viên K15

Hình 3.4.Khuôn sau khi lắp lên máy

Hình 3.5.Sơ đồ nguyên lý phương án 2 Ưu điểm:

Khuôn có tính linh hoạt cao, cho phép tháo lắp dễ dàng, nhằm phòng ngừa các vấn đề có thể xảy ra, đặc biệt trong quá trình lấy phôi ra khỏi sản phẩm.

- Việc dùng 2 chày (chày ép ống và chày ép cao su) làm tăng hiệu quả khi ép lên đáng kể

- Chi phí chế tạo khuôn rẻ

- Trọng lượng nhẹ, có thể dễ dàng di chuyển

- Việc loại bỏ cao su khi lấy phôi ra khỏi lòng khuôn là bắt buộc, dẫn tới vung vãi cao su

- Khả năng tự động hóa kém

Việc tháo lắp khuôn liên tục sẽ dẫn đến việc bạc trượt của tấm chặn trên và tấm chặn dưới phải hoạt động liên tục, do đó sau một khoảng thời gian nhất định, việc thay thế chúng là cần thiết.

Sau khi phân tích ưu nhược điểm của phương án 2 và so sánh với phương án 1, nhóm đã quyết định chọn phương án 2 Nhược điểm của khuôn này chủ yếu ảnh hưởng đến giai đoạn tiền hoặc hậu quá trình ép, nhưng không tác động đến chất lượng sản phẩm Hơn nữa, phương pháp ép của phương án này tối ưu hơn, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm Vì vậy, lựa chọn phương án 2 là hoàn toàn hợp lý.

3.1.2 Thiết kế bạc định hình

Hình dạng của bạc định hình được thiết kế dựa trên ba mẫu lý thuyết, không phải là một chi tiết dài nguyên khối mà được chia thành ba bạc nhỏ hơn Việc này giúp gia công dễ dàng hơn và đảm bảo tính lắp lẫn cho các chi tiết, cho phép hoán chuyển giữa những phần đầu hoặc giữa.

Phần góc nhọn giữa vùng biến dạng và không biến dạng được thiết kế và gia công vát cạnh để giúp phôi dễ dàng biến dạng hơn và giảm thiểu hiện tượng rách Đối với các chi tiết đặc biệt có undercut, việc lấy chi tiết ra khỏi bạc tạo hình sau khi biến dạng là không thể, do đó, cắt đôi bạc tạo hình cho những mẫu này là cần thiết.

Hình 3.6.Bạc định hình mẫu 1

Hình 3.8.Bạc định hình mẫu 3

Qui trình thiết kế, gia công và lắp ráp khuôn

3.2.1 Thiết kế khuôn bằng phần mềm Autodesk Inventor 2019 Để đảm bảo cho việc thiết kế ra được bộ khuôn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, nhóm đã sử dụng phần mềm Inventor 2019 để hỗ trợ trong việc mô hình hóa và xuất bản vẽ

Autodesk Inventor là phần mềm mạnh mẽ cho việc xây dựng mô hình 3D, thiết kế và kiểm tra ý tưởng sản phẩm Với khả năng tạo ra các nguyên mẫu mô phỏng chính xác về khối lượng, áp lực, độ ma sát và tải trọng trong môi trường 3D, Inventor giúp người dùng thiết kế từ khuôn đúc cơ bản đến các chi tiết máy phức tạp Ngoài ra, phần mềm còn tích hợp các công cụ mô phỏng và phân tích, cùng với CAD và các công cụ giao tiếp thiết kế, nhằm nâng cao năng suất làm việc, giảm thiểu lỗi và tiết kiệm thời gian.

Hình 3.9 Phần mềm Inventor Professional 2019

Những người sử dụng AutoCAD sẽ nhận được nhiều lợi ích từ Inventor, vì phần mềm này cung cấp một môi trường thiết kế và phím tắt tương tự, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc.

AutoCAD hỗ trợ định dạng tệp DWG, cho phép người dùng chuyển đổi từ vẽ 2D sang mô hình 3D Inventor thường được sử dụng để tạo mẫu kỹ thuật số, tích hợp dữ liệu 3D từ bản vẽ 2D AutoCAD để hình thành sản phẩm ảo Nhờ đó, kỹ sư có thể thiết kế và mô phỏng sản phẩm mà không cần tạo mẫu vật lý Người dùng có thể áp dụng các công cụ thiết kế 3D cơ khí trong Inventor để nghiên cứu và đánh giá mô hình một cách hiệu quả Ngoài ra, AutoDesk Inventor cung cấp nhiều công cụ và tính năng nâng cao năng suất làm việc như Quản lý Dữ liệu Tích hợp, Tự động hóa Thiết kế, Cập nhật và Xem bản vẽ Tự động, và Danh sách Vật liệu Tự động.

Chính vì những lợi ích đó, nhóm đã sử dụng phần mềm Autodesk Inventor làm công cụ hỗ trợ

Hình 3.10.Tấm chặn dưới dạng Wireframe

Bảng 3.1Phiếu công nghệ tấm chặn dưới

Loại dao Chế độ cắt Ghi chú

350 3000 485x500x22 Phay thô chừa lượng dư 1mm sau đó phay tinh Đảm bảo độ song song với mặt 2

350 3000 87x5 Đảm bảo độ đồng tâm với lỗ ∅50 không lớn

∅16 hơn 0.05mm Dung sai lỗ như bản vẽ

350 3000 50x17 Đảm bảo độ đồng tâm với lỗ ∅87 không lớn hơn 0.05mm

Dung sai lỗ như bản vẽ

Hình 3.11.Tấm chặn trên dạng Wireframe

Bảng 3.2.Phiếu công nghệ tấm chặn trên

Loại dao Chế độ cắt Ghi chú f (mm/ph)

350 3000 87x5 Đảm bảo độ đồng tâm với lỗ ∅87 không lớn hơn 0.05mm Dung sai lỗ như bản

350 3000 47.8x17 Đảm bảo độ đồng tâm với lỗ ∅47.8 không lớn hơn 0.05mm Dung sai lỗ như bản vẽ

8 Khoan và ta-rô 16 lỗ

Hình 3.12.Bạc lót ngoài dạng Wireframe

- Kích thước: đường kính ngoài 89 mm, đường kính trong 68 mm, dài 252 mm

Bảng 3.3 Phiếu công nghệ bạc lót ngoài

Chế độ cắt Ghi chú f (mm/v)

0.2 800 250 Đảo mặt vạt mặt đầu còn lại Đảm bảo độ song song giữa 2 mặt đầu không lớn hơn 0.05mm

0.2 800 87 Tiện thô chừa lượng dư

0.2mm sau đó tiện tinh

Hỡnh 3.13.Bạc tạo hỡnh trơn ỉ50 dạng Wireframe

Bảng 3.4 Phiếu công nghệ bạc lót ngoài

Hỡnh 3.14 Bạc tạo hỡnh ỉ50 cú gúc vỏt dạng Wireframe

- Kích thước: đường kính ngoài: 71 mm, đường kính trong: 49 mm, dài 77 mm

Bảng 3.5.Phiếu cụng nghệ bạc tạo hỡnh ỉ50 cú gúc vỏt

0.2 800 69 Tiện thô chừa lượng dư 0.2mm sau đó tiện tinh

0.2 800 Như bản vẽ Đánh lệch góc dao tiện 22°

Hỡnh 3.15.Bạc tạo hỡnh trơn ỉ58 dạng Wireframe

- Kích thước: đường kính ngoài: 71 mm, đường kính trong: 49 mm, dài 77 mm

Bảng 3.6.Phiếu cụng nghệ bạc tạo hỡnh trơn ỉ58

Hình 3.16.Bạc tạo hình cắt đôi dạng Wireframe

Bảng 3.7.Phiếu công nghệ bạc tạo hình cắt đôi

Sử dụng máy cắt dây

Hỡnh 3.17.Chày ộp ỉ47.8 dạng Wireframe

- Kích thước: ∅50.5 mm, dài 502 mm

Loại dao Chế độ cắt Ghi chú f (mm/v)

Bảng 3.8 Phiếu cụng nghệ chày ộp ỉ47.8

Hỡnh 3.18.Chày ộp ỉ50 dạng Wireframe

- Kích thước: ∅50.5 mm, dài 250 mm

Bảng 3.9.Phiếu cụng nghệ chày ộp ỉ50

Loại dao Chế độ cắt Ghi chú f (mm/v) S

1 Vạt mặt đầu và khoan tâm

Dao tiện hợp kim, mũi khoan tâm

0.2 800 500 Đảo mặt vạt mặt đầu còn lại Đảm bảo độ song song giữa 2 mặt đầu không lớn hơn 0.05mm Sau đó khoan tâm

0.2 800 47.8 Tiện thô chừa lượng dư 0.2mm sau đó tiện tinh

Sử dụng máy cắt dây cắt phôi thành 2 khúc 300mm và 200m Sử dụng chi tiết 300mm làm chày ép

1 Vạt mặt đầu và khoan tâm

Dao tiện hợp kim, mũi khoan tâm

0.2 800 250 Đảo mặt vạt mặt đầu còn lại Đảm bảo độ song song giữa 2 mặt đầu không lớn hơn 0.05mm Sau đó khoan tâm

Hình 3.19.Cây chống dạng Wireframe

- Kích thước: ∅20 mm, dài 501 mm

Bảng 3.10.Phiếu công nghệ cây chống

Hình 3.20.Viên chêm dạng Wireframe

- Kích thước: ∅47.8mm, dài 200mm

Bảng 3.11.Phiếu công nghệ viên chêm

3.2.1.9 Bạc trượt tròn có vai

Hình 3.21.Bạc trượt tròn có vai

60/50/40/30/20 Dùng máy cắt dây cắt thành 5 đoạn

Hình 3.22.Gối đỡ ray trượt 3.2.1.11 Bu lông lục giác M5

Hình 3.23.Bu lông lục giác M5 3.2.2 Mô phỏng nguyên lý hoạt động bằng phần mềm Ansys 16

3.2.2.1 Giới thiệu phần mềm Ansys 16

ANSYS là phần mềm mạnh mẽ, bao quát nhiều lĩnh vực vật lý, hỗ trợ mô hình hóa và phân tích kỹ thuật trong các giai đoạn thiết kế Nhiều nhà đầu tư ưa chuộng ANSYS nhờ vào khả năng phân tích vượt trội và giá trị đầu tư hợp lý mà phần mềm mang lại.

Phần mềm Ansys là công cụ phân tích mạnh mẽ, nâng cao quy trình thiết kế kỹ thuật lên một tầm cao mới Nó không chỉ làm việc hiệu quả với các môi trường và thông số biến động, mà còn hỗ trợ thích nghi với các mô hình kỹ thuật mới và các công cụ CAE đa năng Ansys giúp cải thiện hiệu suất thiết kế, khuyến khích sự sáng tạo, giảm thiểu ràng buộc vật lý và thực hiện các bài kiểm tra mô phỏng mà các phần mềm khác không thể thực hiện.

Trong quá trình tạo hình ống kim loại, phần bạc lót ngoài và bạc tạo hình được coi là một khối không di chuyển, vì vậy chúng được xem như là vật cứng tuyệt đối (Ridgid bodies).

Ống kim loại chỉ biến dạng theo phương xy trong khi phương z được giữ cố định Điều này xảy ra do trong suốt quá trình ép chày, một lực liên tục tác động vào đầu ống kim loại, khiến cho chân ống luôn tiếp xúc với tấm chặn dưới.

Áp suất tác dụng lên thành ống được xác định khi sử dụng lực chày ép tối đa 22 tấn, nhằm tạo ra một vùng thể tích đủ lớn để ống có thể biến dạng hoàn toàn.

Hình 3.25.Diện tích mặt tối thiểu để ống biến dạng hoàn phần

Khi đó diện tích mặt vùng cần tính là:

Hình 3.26.Điều kiện ban đầu 3.2.2.3 Kết quả mô phỏng

Hình 3.27.Kết quả mô phỏng mẫu 1

Hình 3.28.Sự phân bố biến dạng mẫu 1 (mm)

Hình 3.30.Sự phân bố biến dạng mẫu 2 (mm)

Hình 3.32.Sự phân bố biến dạng mẫu 3 (mm) Nhận xét:

- Khi áp dụng các điều kiện ban đầu, cả 3 mẫu đều đã biến dạng một cách tương đối

- Ứng suất tập trung ở những góc vát và tăng dần ở những vùng biến dạng nhiều

- Không có khuyết tật nào được tìm thấy, đặc biệt không có hiện tượng bị rách ở những góc vát

Kết luận: Kết quả mô phỏng cho thấy thiết kế khuôn đã đạt hiệu quả cao, sản phẩm mô phỏng không có khuyết tật Vì vậy, nhóm đã quyết định áp dụng phương án thiết kế này để tiến hành gia công.

3.2.3 Tiến hành gia công và lắp ráp khuôn

Nhóm thực hiện phần lớn các chi tiết gia công bằng kiến thức tích lũy trong 4 năm học Tại khu xưởng Việt Đức, nhóm tự hào khi được tự tay vận hành và thực hiện đồ án tốt nghiệp Chúng tôi xin cảm ơn thầy Công đã tạo điều kiện mượn trang thiết bị cần thiết và hỗ trợ nhóm trong suốt quá trình gia công.

Dưới đây là một số hình ảnh từ quá trình gia công, cùng với những bức ảnh thực tế của các chi tiết khuôn mà nhóm đã sử dụng trong các nội dung trước đó, nhằm tạo ra cái nhìn tổng quan nhất về quy trình này.

Hình 3.33.Phôi thô khi chưa qua gia công

Hình 3.34.Nhóm gia công trên máy tiện xưởng Việt Đức

Hình 3 35.Các bạc tạo hình sau khi đã gia công xong

Hỡnh 3.39.Bạc tạo hỡnh trơn ỉ50

Hỡnh 3.40 Bạc tạo hỡnh ỉ50 cú gúc vỏt

Hỡnh 3 41.Bạc tạo hỡnh trơn ỉ58

Hình 3.42.Bạc tạo hình cắt đôi

Bảng 3.12.Bảng quy trình lắp ráp khuôn và ép thực nghiệm

Bước Hình ảnh minh họa Chỉ dẫn

1 Chuẩn bị các chi tiết

2 Nâng 4 trục trượt lên và đặt các tấm chặn sao cho các lỗ lắp trục trượt thẳng hàng nhau

3 Lắp trục trượt xuyên qua các lỗ trên tấm chặn

4 Nâng 2 tấm chặn lên, sau đó gắn 4 cây chống để đỡ khuôn

5 Siết bu lông cố định cây chống với hệ thống ép

6 Chuẩn bị bạc bạc lót ngoài, phôi và bạc tạo hình phù hợp với chi tiết muốn ép

7 Lắp bạc lót ngoài và bạc tạo hình với nhau, đảm bảo thứ tự bạc tạo hình được bố trí chính xác

8 Lắp phôi ống vào bên trong bạc tạo hình

Lắp đặt cụm chi tiết bạc lót ngoài và bạc tạo hình phôi ống giữa tấm chặn trên và tấm chặn dưới là bước quan trọng trong quy trình ép Quy trình ép có thể bắt đầu từ giai đoạn này.

Sản phẩm thực tế khi sử dụng khuôn tạo hình kim loại ống

Hình 3.49.Sản phẩm mẫu 3 Bảng 3.13 So sánh kết quả mô phỏng CAE và thực tế

Mẫu Mô phỏng Thực tế

Toàn cảnh Chi tiết Toàn cảnh Chi tiết

- Các sản phẩm sau khi ép bằng khuôn do nhóm thiết kế và gia công nhìn chung có hình dạng khá giống so với kết quả mô phỏng

- Cũng giống như mô phỏng, sản phẩm sau khi ép cũng không hề xuất hiện khuyết tật

Kích thước sản phẩm thực tế gần giống với mô phỏng, nhưng có sự chênh lệch do áp suất bên trong lòng phôi ống khi ép tối đa công suất của con đội thủy lực không đạt được như trong mô phỏng Nguyên nhân chính của sự khác biệt này là do việc kiểm soát lượng cao su thực tế khi ép rất khó khăn, dẫn đến diện tích mặt thực tế không khớp với mô phỏng.

Kết luận: Kết quả thực tế cho thấy nhóm đã thành công trong việc mô hình hóa CAE bằng phần mềm Ansys 16

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Tiêu đề	Thiết Kế, Chế Tạo Khuôn Tạo Hình Ống Kim Loại Thông Qua Vật Liệu Đàn Hồi
Tác giả	Nguyễn Quốc Lộc Tiến
Người hướng dẫn	TS. Trần Anh Sơn
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Chế Tạo Máy
Thể loại	Công Trình Nghiên Cứu Khoa Học
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	109
Dung lượng	7,24 MB