thuyết mình công nghệ ép chảy nhôm và công nghệ gia công tạo hình khối

MỤC LỤC I – Cơng nghệ tạo hình kim loại Chương – Tổng quan cơng nghệ tạo hình kim loại 1.1 Công nghệ dập tạo hình 1.2 Phân loại 1.3 Một số thiết bị gia công, khuôn dập 1.4 Một số sản phẩm điển hình Chương – Lựa chọn phương án công nghệ, thiết lập vẽ vật dập 11 2.1 Lựa chọn phương án công nghệ 11 2.1.1 Giới thiệu sản phẩm 11 2.1.2 Các phương án công nghệ 11 2.2 Đanh gia cac phương an công nghê 12 2.3 Tinh toan qua trình dập 12 2.3.1: Tinh phôi ban đầu 12 2.3.2: Sắp xếp phôi phân chia cac phần cắt bỏ phế liêu .13 2.3.3: Bố tri cac nguyên công khuôn dập .14 2.3.4: Tính toán hệ số sử dụng vật liệu 14 2.4 Tinh toan cac thông số công nghê 15 2.4.1 Xac định lực cắt đột phôi 15 2.4.2 Xac định lực uốn 15 2.5: Tính chọn số kích thước khuôn 16 2.5.1 Trị số khe hở tối ưu 16 2.5.2: Một số kich thước khac 17 2.6: Thiết kế cac dụng cụ 19 2.6.1: Thiết kế cắt chày cắt đột uốn 19 2.6.2: Thiết kế cối 19 2.7: Thiết kế khối khuôn 21 2.7.1: Các lớp khuôn 21 2.7.2: Hồn thiện khn dập 21 2.8: Lựa chọn thiết bị 26 2.9: Chọn vật liệu làm khuôn 26 2.10: Kết mô phỏng: 27 KẾT LUẬN 34 II – Cơng nghệ dập tạo hình khối 35 Chương – Tổng quan cơng nghệ dập tạo hình kh ối .35 1.1 Cơng nghệ dập tạo hình khối 35 1.2 Phân loại dập khối 35 1.3 Một số thiết bị gia công 38 1.4 Một số sản phẩm điển hình 41 1.5 Tìm hiểu nguyên lý ép chảy: 42 1.5.1 Nguyên lý ép chảy 42 1.5.2 Đặc điểm trình ép chảy 42 1.5.3 Một số sản phẩm ép chảy: 43 1.5.4 Phân loại công nghệ ép chảy 45 1.5.5 Tính chất khơng đồng độ biến dạng nguyên công ép chảy 48 1.5.6 Kết cấu khuôn ép chảy 49 1.5.7 Bôi trơn 51 1.5.8 Khuyết tật ép chảy: 52 Chương – Lựa chọn phương án công nghệ, thiết lập vẽ vật dập 53 2.1 Lựa chọn phương án công nghệ .53 2.1.1 Chi tiết ống nhơm định hình 53 2.1.2 Các phương án công nghệ 53 2.1.3 Lựa chọn phương án công nghệ: 54 2.2 Thông số kỹ thuật vật liệu sản phẩm khuôn: .55 2.2.1 Thông số kỹ thuật hợp kim nhôm: 55 2.2.2 Thông số kỹ thuật vật liệu khuôn: 58 2.3 Tính tốn chọn phôi chế độ nhiệt luyện phôi: 62 2.3.1 Chọn phôi: 62 2.3.2 Chọn chế độ nhiệt luyện: .62 2.4 Thiết kế khuôn ép chảy: 64 2.4.1 Kết cấu khuôn ép chảy: 64 2.4.2 Các phương pháp cân vận tốc dòng chảy nhánh profin: 65  a) Cân vận tốc dòng chảy phương phap thay đổi kich thước phần định hình: 66  b) Cân vận tốc dịng chảy cac nhanh profin có chiều dày khac 69 2.4.3 Bố trí lỗ khn khn ép chảy: 71 2.4.4 Tính tốn lưc cơng nghệ ép chảy: 73 2.4.5 Chọn máy: 75 KẾT LUẬN 77 Tài liệu tham khảo 78 I – Cơng nghệ tạo hình kim loại Chương – Tổng quan cơng nghệ tạo hình kim loại 1.1 Cơng nghệ dập tạo hình Là cơng nghệ gia cơng biến dạng tạo hình kim loại dạng áp lực mà không ảnh hưởng nhiều đến chiều dày vật liệu Công nghệ dập tạo hình ứng dụng sản xuất rộng rãi ứng dụng tất lĩnh vực: phương tiện giao thơng, thiết bị y tế, quốc phịng, đồ gia dụng…  Ưu điểm công nghệ dập tấm:  Có thể thực cơng việc phức tạp động tác đơn giản thiết bị khuôn  Có thể chế tạo chi tiết phức tạp mà phương pháp gia công kim loại khác khơng thể thực th ực khó khan  Khả khí hóa, tự động hóa cao  Năng suất cao, tiết kiệm thời gian chi phí chung dẫn t ới hạ giá thành sản phẩm  Độ xác sản phẩm cao, độ lắp lẫn tốt  Kết cấu chi tiết dập cứng vững, nhẹ, mức độ hao phí kim loại khơng lớn  Hệ số sử dụng vật liệu kim loại cao, đạt tới 80 – 90% (cao nhiều so với gia công cơ), tận dụng phế liệu  Nhược điểm:  Vốn đấu tư lớn  u cầu đội ngũ kỹ sư có trình độ chun mơn cao  Tính tốn cơng nghệ tương đối phức tạp 1.2 Phân loại Theo đặc điểm biến dạng trình dập tấm, người ta chia thành nhóm chính: - Biến dạng cắt vật liệu - Biến dạng dẻo vật liệu  Biến dạng cắt vật liêu Tách phần vật liệu khỏi phần vật liệu khác nhờ biến dạng phá hủy Hình 1.1 – Nguyên công đột lỗ  Biến dạng dẻo vật liêu Thay đổi hình dạng kích thước bề mặt phơi cách phân ph ối l ại chuyền dịch thể tích kim loại để tạ chi tiết có hình d ạng kích thước cần thiết Chiều dày vật liệu gần không thay đổi thay đổi nhỏ Hình 1.2 – Ngun cơng dập vuốt sử dụng gân vuốt Theo cách thức tạo hình sản phẩm người ta lại phân thành: 1.3 Một số thiết bị gia công, khuôn dập Các loại thiết bị sử dụng công nghệ dập bao gồm: máy ép thủy lực, máy ép trục khuỷu, máy đột dập PLC, CNC , máy uốn, máy cắt pha dải … Hình 1.3 – May cắt pha dải tơn Hình 1.4 – May đột dập CNC Hình 1.5 – Chày, cối sử dụng may uốn Hình 1.6 - Khuôn liên tục dập la ROTO-STATO động điên 1.4 Một số sản phẩm điển hình Do tính ứng dụng công nghệ cao nên công nghệ dập đ ược ứng dụng sản suất cho sản phẩm phục vụ lĩnh vực xã hội : - Trong dân dụng: sản phẩm khung cửa, bàn ghế, tủ lo ại đ dùng dụng cụ gia đình nồi, chảo, - Trong ngành cơng nghiệp điện tử: loại vỏ điện thoại, v ỏ tivi, vỏ máy tính, vỏ chíp điện tử, vỏ tụ điện, - Công nghiệp ô tô: Khung xe, mui xe, cánh c ửa, lo ại ống x ả, khung gầm, - Công nghiệp hàng không: thân máy bay, cánh máy bay, loại ống x ả, - Cơng nghiệp quốc phịng: vỏ xe bọc thép, súng, đầu đạn, tên l ửa, - Ngành y tế: thiết bị y tế, dụng cụ y tế, Hình 1.7 –Một vài chi tiết tơ Hình 1.8 - Ống xả cac chi tiết dạng ống tơ Hình 1.9 – Cac chi tiết kich thước nhỏ chế tạo công nghê dập Hình 1.10 – Đồ dùng gia đình 10 2.4 Thiết kế khuôn ép chảy: 2.4.1 Kết cấu khuôn ép chảy: Khuôn đùn ép nhôm phân làm loại là: - Khn SOLID - Khn HOLLOW Hình 2.5: Kết cấu khn ép chảy Kết cấu khn SOLID gồm có thành phần là: + L.I.P + DIE + BACKER (BK) 66 Chức nguyên lý làm việc: - LIP: Phân chia dịng nhơm dẫn hướng cho dịng nhơm vào khn, đ ược lắp ghép phía trước DIE thông qua chốt định bị, chịu áp lực ép đ ộ đàn h ồi nhiệt cho khuôn, tăng độ cứng vững tuổi thọ khuôn trình làm việc - DIE: Tạo hình dáng hình học profin ch ất l ượng b ề m ặt c s ản phẩm, cho phép dòng nhôm chảy qua khe hở tạo bề mặt DIE - BACKER: Tăng độ cứng vững cho DIE, lắp ghép phía sau DIE thơng qua chốt định vị, làm tang độ ổn định tuổi thọ khn Kết cấu khn HOLLOW gồm có thành phần bản: + BRIDGE (BG) + DIE + BACKER (BK) Chức nguyên lý làm việc: - BG: Phân chia dịng nhơm dẫn hướng cho dịng nhơm vào khn, t ạo hình dáng hình học lỗ rỗng khép kín bên profin Đ ược l ắp ch ặt với DIE thông qua chốt định vị - DIE: Tạo hình dáng hình học bao quát phía bên ngồi c profin, đ ược lắp ghép với BG tạo hình dáng hình học sản phẩm hoàn ch ỉnh - BK: Tăng độ cứng vững cho khn, lắp ghép phía sau c DIE đ ảm bảo tính ổn định khn Sauk hi lắp ghép khn hồn chỉnh ta lắp ghép vào v ới DIE RING (là chi tiết bao bên ngồi tồn khn), tiếp tục lắp ghép v ới BOLSTER đặt vào DIE HOUSE sau đưa vào đùn ép Trước đưa vào đùn ép tồn khn phải gia nhiệt lên tới 430 oC – 450oC 2.4.2 Các phương pháp cân vận tốc dòng chảy nhánh profin: 67 Khi thiết kế khuôn ép chảy với xác định phân bố h ợp lý l ỗ khn vấn đề quan trọng hàng đầu chọn kích th ước phần đ ịnh hình biện pháp hiệu để đảm bảo tính ổn định q trình ép chảy  a) Cân vận tốc dòng chảy phương phap thay đổi kich thước phần định hình: Chiều cao phần định hình kích thước hình học quan trọng nh ất Trong trình ép nhiệm vụ chủ yếu phần định hình cân v ận t ốc dịng chảy nhánh tiết diện khác profin Trong tài liệu khoa học cịn đề cặp t ới việc xác định chi ều cao phần định hình khn ép chảy Trong cơng trình nghiên c ứu có đề cập đến phương phá tính chiều cao phần định hình dựa s ự cân vận tốc nhánh tiết diện profin cách cân áp l ực riêng c ần thiết cho chảy nhánh Để xác định áp lực riêng, tác giả cơng trình s dụng công th ức C.I Gub-kin xuất phát từ cân áp lực riêng c ần thi ết đ ể cho nhánh profin A1 A2 chảy qua, họ nhận mối liên hệ nh sau: LA2=LA1(ΠA1FA2)/( ΠA2FA1) (1) Trong đó: LA1 LA2 chiều cao phần định hình khn tương ứng với nhánh A1 A2 ΠA1 ΠA2 chu vi nhánh A1 A2 tương ứng FA1 FA2 diện tích tiết diện ngang nhánh A1 A2 t ương ứng Các tác giả để nghị sau cho chiều cao phần đ ịnh hình nhánh A1 hải xác định chiều cao phần định hình nhánh A2 t ương t ự với nhánh khác Cần phải lưu ý việc dẫn giải để tới công th ức (1) ch ấp nhận loạt giả thuyết Một thuyết cân hệ số biến dạng ép nhánh khác profin, hệ số bi ến d ạng thừa nhận hệ số biến dạng chung 68 µ=F/Fnp (2) Trong thực tế hệ số biến dạng ép nhánh khác profin ph ụ thuộc vào phân bố lỗ khuôn khn hồn tồn khác chúng khác hẳn hệ số biến dạng chung Ngoài tính theo phương pháp đề cặp cơng trình đó, chi ều cao phần định hình dọc theo chiều dài nhánh th ừa nhận giống Điều thực tế khơng chảy vùng bao gi dễ dàng so với vùng biên Ngoài khác lớn nhánh dài thi ết k ế khuôn ép chiều cao phần định hình theo chiều dài nhánh ph ải thay đổi với kích thước lớn vùng trung tâm nhánh Do phương pháp cho phép nhận giá trị ch ỉ có tính ch ất định hướng chiều cao phần định hình giá trị cần ph ải xác hóa sở thơng số thực nghiệm, cần tính đến y ếu t ố sau: 1) Chiều cao tối thiểu phần định hình xác định t điều kiện ch ịu mài mòn nó, đảm bảo độ ổn định kích th ước chiều dày cua nhánh profin, thông thường chiều cao tối thiểu phần định hình 1,5 – 3mm để tạo cứng cho phần cơng xơn ph ần định hình ng ười ta thực việc xén phần (như hình 2.6) 2) Chiều cao tối đa phần định hình xác định t điều kiện khơng có trễ profin từ phần định hình, trình ép ch ảy s ự trễ xu ất phát từ nguội profin giảm kích th ước lý chi ều cao tối đa phần định hình người ta chọn từ – 10mm Từ ta thấy việc cân dòng chảy nhờ việc thay đ ổi chi ều cao phần định hình hạn chế Điều rõ rệt thiết kế khn ép chảy loại profin có chiều dày nhánh khác 69 Hình 2.6: Sơ đồ rãnh khn Việc sử dụng góc hãm mở khả lớn để cân vận tốc dịng chảy cá nhánh profin có chiều dày khác nhau, góc hãm góc t ạo thành phần định hình trục ép Từ kinh nghiệm lâu năm thi ết kế sử dụng khn ép chảy nhơm định hình cho th góc hãm có hiệu nằm giới hạn - Việc sử dụng góc hãm ho ặc nhỏ trình ép dạng profin khác đóng vai trị c b ộ phận tự lựa Các mặt nghiêng phần định hình tạo thành góc hãm Trong trình ép thực tế trở nên song song với trục ép s ự u ốn đàn hồi khn tăng tính sử dụng hiệu chiều cao ph ần định hình (hình 2.7) 70 Hình 2.7: Sơ đồ định hướng tự lựa uốn đàn hồi lúc ép nh có góc nghiêng phần định hình a – chưa ép b – uốn đàn hồi ép  b) Cân vận tốc dịng chảy cac nhanh profin có chi ều dày khac Khi ép profin có chiều dày khác với việc s dụng ph ần định hình khác góc hãm lỗ khn, người ta cịn sử dụng m ặt nón mặt khuôn mặt nghiêng để đảm bảo hướng chảy kim lo ại nhánh mảnh biên (hình 2.8, 2.9) Hình 2.8: Sơ đồ khn có mặt nón mặt phân khn ép có chiều dày khác D= (d+510mm) 71 Hình 2.9: Sơ đồ khn có mặt nghiêng mặt phân khn đ ể ép có chiều dày khác D= (d+510mm) Ngồi việc tạo mặt nghiêng cịn cho phép tạo ều kiện thu ận l ợi chảy nhánh mảnh trình ép, s ự gi ảm chiều cao phần định hình đảm bảo bổ sung cho phần ngót ph ần ngoại vi nhánh Đối với profin có chiều dày khác kích th ước khơng l ớn lắm, người ta thường tạo hố cục nhánh mảnh lỗ khuôn m ặt phân khuôn, hố thường th ực máy phay, h ố sâu th ực thiết bị xung điện với đánh bóng trịn (hình 2.10) Biện pháp hiệu để cân vận tốc chảy nhánh profin r ỗng việc sử dụng khn hốc hướng (hình 2.11) Nó đảm bảo tăng them phần thể tích tương đối kim loại vùng h ướng th ể tích vào vùng chảy rãnh khuôn Cần lưu ý vài tr ường h ợp, thiết kế khuôn để ép chảy profin có hình thù ph ức tạp, việc tính tốn kích thước phần định hình lỗ khn góc hãm vấn đề ph ức tạp Vì ngày người ta thực gia cơng cuối kích th ước c khn sở ép thử nghiệm sau làm số sửa ch ữa c ần thiết vẽ chế tạo 72 Hình 2.10: Phương pháp bố trí hố cục mặt phân khuôn ép có chiều dài khác a- Thanh có nhánh mảnh dài b- Thanh có nhánh mảnh ngắn Hình 2.11: Cân vận tốc dòng chảy ép rỗng b ằng cách làm hốc hướng khuôn 2.4.3 Bố trí lỗ khn khn ép chảy: 73 Một yếu tố để xác định phân bố lỗ khuôn khuôn ép dạng tiết diện ngang profin, hình dạng có th ể dung làm mức độ đối xứng profin trục tọa độ Theo c ứ t ất c ả profin qui ước chia thành nhóm: a) Tiết diện ngang đối xứng với hai trục tọa độ (hình 2.12) b) Tiết diện ngang đối xứng với trục tọa độ (hình 2.13) c) Tiết diện ngang khơng đối xứng (hình 2.14) Khi ép tiết diện ngang đối xứng với hai tục tọa đ ộ, lỗ khuôn đ ược phân bố đối xứng trung tâm tiết diện ngang trùng với trung tâm hình h ọc khn Hình 2.12: Sự phân bố lỗ khuôn ép đối xứng v ới tr ục t ọa đ ộ Hình 2.13: Sự phân bố lỗ khuôn ép đối xứng v ới tr ục t ọa đ ộ 74 Hình 2.14: Sự phân bố khuôn ép không đối x ứng có chi ều dày nhánh khác Để ép chảy profin có tiết diện ngang đối xứng với trục tọa độ n ếu chiều dài nhánh hay khác nhỏ, lỗ khuôn đ ược phân bố để trục đối xứng profin trùng với trục tọa độ khn, cịn trung tâm tải trọng tiết diện ngang nằm trục tọa đ ộ Khi t ỷ số nhánh chiều dài profin lớn theo nguyên tắc phân bố lỗ khn khoảng cách từ trung tâm tiết diện ngang đến trục khuôn l ớn khó cân vận tốc dịng chảy nhánh khác profin cần địi hỏi chế tạo chi tiết đặc biệt phải có rãnh hiệu chuẩn v ới rãnh chuyển vị (tấm đệm, miệng ra, dẫn hướng) Vì với profin có chiều dày nhánh khác nhau, nh profin không đối xứng, lỗ khuôn khuôn cần bố trí nhánh m ỏng g ần trung tâm khn Trên hình 2.14, s ự phân bố lỗ khuôn nh v ậy với phương pháp cân vận tốc chảy kim loại khác cho phép nâng cao nhiều điều kiện ép đảm bảo di chuy ển tối thiểu c ph ần biên nhánh mỏng giảm bớt sai lệch hình học theo chiều ngang chiều dọc profin 2.4.4 Tính tốn lưc cơng nghệ ép chảy: Mức độ biến dạng: Trong đó: A0 – Tiết diện ngang chi tiết trước biến dạng - mm2 A1 – Tiết diện ngang chi tiết sau biến dạng – mm2 75 D0 – Đường kính phơi – mm D – Đường kính chày – mm Mức độ biến dạng cho phép: [] Ta có đường kính phơi D0 = 150mm Tiết diện ngang chi tiết trước biến dạng A0 = = 17672 mm2 Tiết diện ngang chi tiết sau biến dạng: A1 = 324 mm2 Mức độ biến dạng: = = 3.998 Tính lực biến dạng : Trong đó: = 0.6 0.8 – hiệu suất biến dạng phụ thuộc chi tiết - ứng suất chảy trung bình vật liệu – N/mm2 = 122 N/mm2 76 Tính lực biến dạng : = =11499 kN 2.4.5 Chọn máy: Từ kết tính tốn ta chọn máy ép chảy chun dụng Extrusion Press ABE – 1250 Thông số máy: Áp lực thủy lực 21MPa Lực ép : 1163 Tấn Tốc độ ép : 1.2 15 mm/s Kích thước container : đường kính 158mm/ chiều dài 650 mm Kích thước phơi: Đường kính 150 mm / chiều dài: 250600mm Cơng suất động : 180 kW Công suất động phần container: 2x15kW Kích thước máy: (LxWxH) 11x2.5x3.4 m Trọng lượng máy : 55 Tấn 77 78 KẾT LUẬN Qua việc tính tốn nghiên cứu khn ép chảy em nhận thấy cơng nghệ ép chảy nhơm nói riêng cơng nghệ gia cơng tạo hình kh ối có vai trị quan trọng, đặc biệt sản xuất công nghiệp, sản xuất linh kiện, gia dụng khía cạnh đời sống sinh hoạt, chi tiết v ới sản l ượng l ớn, đảm bảo chất lượng sản phẩm  Việc thiết kế khuôn cần tổng hợp kiến th ức v ề v ật li ệu, công nghệ chế tạo máy, lý thuyết thiết bị gia cơng áp l ực, ngồi cịn cần phải có kinh nghiệm sản xuất thực tế để tối ưu khuôn , gia công chế tạo khuôn , nhập chi tiết có sẵn khn, nhận bi ết tránh số lỗi hay gặp phải q trình gia cơng khn  Qua việc tính tốn thiết kế khn ép chảy em thu cho than số kiến thức về khn ép chảy, quy trình sản xuất khn hồn chỉnh, số hư hỏng hay gặp trình ép ch ảy, phương pháp sửa chữa bảo dưỡng khuôn thông th ường  Việc sử dụng phần mềm thiết kế khn mơ dịng ch ảy sản phẩm cần thiết khn ép chảy thường khn hở sản phẩm có chiều dài liên tục, chiều dày sản ph ẩm không đồng việc cân dịng chảy v ấn đề r ất ph ức t ạp Việc sử dụng phần mềm thiết kế cho phép tận dụng tối đa kinh nghiệm chuyên gia đúc kết phần mềm thiết k ế phép dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa thiết kế khuôn  Khi thiết kế khuôn phải phù hợp với sản xuất th ực tế, tối ưu khuôn (khuôn đơn, khuôn kết hợp, khuôn liên tục, cấp phôi tự động ), máy ép khí, yêu cầu chất lượng, giá thành, sử dụng thiết bị, chi tiết s ẵn có 79 Tài liệu tham khảo Nguyễn Mậu Đằng, Cơng nghê tạo hình kim loại tấm, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2006 L.I Rudma Biên dịch: Võ Trần Khúc Nhã , Sổ tay thiết kế khn dập NXB Hải Phịng 2004 Phí Văn Hào, Lê Gia Bảo, Phạm Văn Nghệ, Lê Trung Kiên, Tự động hóa qua trình dập tạo hình, Nhà xuất khoa học kĩ thuật PGS.TS Phạm Văn Nghệ - PGS.TS Đinh Văn Phong – GVC Nguy ễn M ậu Đằng – Ths Trần Văn Cứu – Ths Nguyễn Trung Kiên, Cơng nghệ dập tạo hình khối, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội PGS.TS Phạm Văn Nghệ- GVC Đỗ Văn Phúc- Ths Lê Trung Kiên, Thiết bị dập tạo hình may ép khi, Nhà xuất khoa học kĩ thuật TS Lê Trung Kiên – Ths Lê Gia Bảo, Thiết kế chế tạo khuôn dập, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Đắc Trung- Lê Thái Hùng- Nguyễn Như Huynh- Nguy ễn Trung Kiên, Mơ số qua trình biến dạng, Nhà xuất Bách Khoa- Hà Nội Ninh Đức Tốn , Dung sai Lắp ghép , Nhà xuất Giáo Dục 2006 Schuler , Metal Forming Handbook pdf , 1998 10 Heinz Tschaetsch , Metal Forming Practise pdf , NXB Springer 2005 11 Nghiêm Hùng , Vật liêu học sở– NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2002 12 Die Steels and Components for Extrusion – UDDEHOLM 13 GS.TSKH Nguyễn Tất Tiến - Báo cáo tổng quan ép chảy hợp kim nhôm 1997 14 Internet 80