ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 5, 2019 57 THIẾT KẾ VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO KHUÔN DẬP LIÊN HỢP CHO CHI TIẾT LINH KIỆN Ô TÔ DESIGN AND TECHNOLOGY OF PROGRESSIVE DIE FOR AUTOMOBILE PARTS Đỗ Minh Tâm1, Nguyễn Tấn Thịnh1, Phạm Xuân Mai2, Võ Văn Thanh1 Cơng ty TNHH MTV Cơ Khí Chu Lai – Trường Hải (CMC); nguyentanthinh@thaco.com.vn Trường Đại học Bách khoa Tp HCM; pmai_2002@yahoo.com Tóm tắt - Khn liên hợp ứng dụng để sản xuất linh kiện sản xuất phương pháp gia công áp lực cho ô tô giới, Việt Nam chưa nhà sản xuất ứng dụng chế tạo linh kiện nội địa hóa gặp khó khăn sản lượng công nghệ Bài báo giới thiệu thiết kế công nghệ chế tạo khuôn liên hợp để sản xuất cùm treo xe tải, linh kiện tơ, góp phần nâng cao hàm lượng cơng nghệ suất, hạ giá thành sản phẩm Công nghệ chế tạo khuôn liên hợp công nghệ tiên tiến công ty cổ phần ô tô Trường Hải ứng dụng thành công để chế tạo số chi tiết xe tải, từ nâng cao tỷ lệ nội địa hóa xe, giảm giá thành sản phẩm Trên sở này, nhóm tác giả tiến hành ứng dụng tiếp để sản xuất gia công tất khuôn dập liên hợp sau cho loại linh kiện tương tự xe tải, xe khách xe du lịch tương lai Abstract - The progressive die is increasingly being used in pressure processing for automobiles today However, in Vietnam, the automakers have not yet used this technology for localization of components because of difficulties in production and technology This article introduces the design and technology of progressive die to produce suspension shackles, one of the localized automotive components, contributing to improving technology content and productivity, lowering product costs Progressive die manufacturing technology is an advanced technology that has been successfully applied by Truong Hai automobile joint stock company to manufacture a number of truck parts, thereby increasing the localization rate of the car, reducing product price On this basis, we are conducting applications to manufacture all of the later progressive die presses for the same types of trucks, bus and passenger cars in the future Từ khóa - khn liên hợp; xe tải; linh kiện tơ; nội địa hóa Key words - progressive die; truck; automobile part; localization Giới thiệu [1, 2] 1.1 Công nghệ dập liên hợp Dập liên hợp q trình gia cơng bước thực liên hợp lần cấp phơi tích hợp nhiều ngun cơng dập hành trình máy dập Việc thiết kế chế tạo khuôn dập liên hợp q trình phức tạp địi hỏi nguời thiết kế phải nắm vững tất nguyên công công nghệ dập tấm, đồng thời nắm vững công nghệ gia công chế tạo tiên tiến Khuôn dập liên hợp (gọi tắt khuôn liên hợp) nghiên cứu ứng dụng ngành công nghiệp, đặc biệt công nghiệp điện, điện tử, ô tô, Khuôn liên hợp khuôn dập bao gồm nhiều cặp chày cối bố trí đế khuôn thực nguyên công dập khác (dập vuốt, uốn, dập nổi, dập cắt ) sau hành trình máy ép Mỗi vị trí làm việc (một cặp chày cối) thực nhiều bước công nghệ riêng biệt, nhờ cấu cấp phôi tự động phôi chuyển dịch liên hợp qua vị trí để hồn thành chi tiết cần chế tạo Một số yêu cầu thiết kế chế tạo khuôn liên hợp: - Bố trí bước dập phải tối ưu - Khn phải chế tạo xác - Khn liên hợp địi hỏi phải có thiết bị tháo phơi cuộn, nắn phôi, cấp phôi tự động với bước dịch chuyển phơi có độ xác cao - Vật liệu làm khuôn phải thép hợp kim chất lượng cao việc sửa chữa tháo lắp khn liên hợp khó khăn - Lực dập kích thước khn liên hợp lớn địi hỏi máy ép phải đủ lớn để thực Vì lý địi hỏi đầu tư ban đầu lớn phù hợp với sản xuất loạt lớn Một số đặc điểm kỹ thuật, kinh tế: - Về mặt kỹ thuật + Thực ngun cơng phức tạp hành trình đơn giản máy ép chế tạo chi tiết hình dạng phức tạp mà phương pháp gia cơng khác khơng thể chế tạo khó khăn + Chế tạo chi tiết có tính lắp lẫn kích thước tương đối cao + Chế tạo chi tiết có kết cấu bền, cứng, nhẹ với lượng tiêu hao vật liệu không lớn - Về mặt kinh tế + Tiết kiệm nguyên vật liệu, phế liệu tương đối + Năng suất thiết bị cao nhờ sử dụng khí hóa tự động hóa qua quy trình sản xuất + Thao tác máy đơn giản, không cần thợ bậc cao + Sản xuất hàng khối, giá thành thấp + Việc ứng dụng công nghệ dập đạt hiệu giải vấn đề kỹ thuật tất giai đoạn khâu chuẩn bị sản xuất + Thiết kế kết cấu/ hình dạng chi tiết hợp lí, có tính cơng nghệ, cho phép chế tạo chúng kinh tế + Sử dụng ngun liệu có tính tính chất cơng nghệ cần thiết loại biến dạng + Thiết kế áp dụng qui trình cơng nghệ dập kỹ thuật hợp lý kinh tế, bảo đảm nhận chi tiết yêu cầu phù hợp qui mô sản xuất + Chọn kết cấu khuôn hợp lý, bảo đảm chế tạo chi tiết có chất lượng độ xác cần thiết đồng thời đạt suất cao, độ cứng vững tốt an toàn làm việc 58 Đỗ Minh Tâm, Nguyễn Tấn Thịnh, Phạm Xuân Mai, Võ Văn Thanh + Chọn, sử dụng hợp lí kiểu cơng suất máy ép + Tổ chức chỗ làm việc phù hợp với đặc điểm qui mơ sản xuất Ngồi tính chống rung, cùm treo ống xả xe tải phải có chịu nhiệt độ cao từ ống xả truyền sang (500 – 7000C) Đây sản phẩm dập nguội cắt hình đột lỗ, dập vuốt uốn, loại chi tiết dập phức tạp có u cầu độ xác cao, chịu nhiệt độ cao vật liệu sản phẩm chọn thép cán nguội - JIS G 3141 Với nhu cầu suất cao, sản xuất hàng loạt lớn ta tính chọn phương án thiết kế cùm treo khn liên hợp Hình Sơ đồ công nghệ dập liên hợp Trên sở phân tích đánh giá loại linh kiện tô chế tạo theo phương pháp gia công áp lực, cơng ty TNHH MTV Cơ Khí Chu Lai – Trường Hải chọn chi tiết cùm treo trước ống xả xe tải nhẹ, loại xe có sản lượng đến 10.000 xe/năm, thích hợp với cơng nghệ dập liên hợp 1.2 Giới thiệu sản phẩm cùm treo trước ống xả Hệ thống ống xả xe ô tô dùng để giảm lượng khí thải độc hại môi trường làm giảm tiếng ồn gây khí thải áp lực cao Nó bao gồm ống góp xả, ống dẫn khí thải, chuyển đổi xúc tác, giảm ống xả Phần phía trước hệ thống ống xả gắn với động thơng qua chuyển đổi (Hình 2) Hệ thống xả thường treo khung gầm thân xe nhờ cùm treo, làm giảm nguy cháy nổ nhiệt độ ống xả cao giúp cách âm cho ca-bin Khí xả giãn nở phát sinh tiếng ồn, truyền qua liên kết tới ca-bin, đệm cao su làm nhiệm vụ hấp thụ rung động truyền lên thân xe Cùm treo ống xả phận quan trọng giúp chống rung, ồn cho xe Nghiên cứu thiết kế khuôn liên hợp [2, 6, 7, 8] 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế khuôn Để đảm bảo độ cứng vững cho lay-out phơi chày cối q trình hoạt động khn sau này, nhóm tác giả chọn phương án thiết kế khn Hình 3, bao gồm: - Bước 1: Đột lỗ định vị Ø8 cắt tạo Hình bên băng phơi - Bước 2: Cắt biên dạng hình thành biên dạng sản phẩm - Bước 3: Bước trung gian trình dập - Bước 4: Dập biên dạng chi tiết - Bước 5: Dựng thẳng góc chi tiết lên (mặt sản phẩm song song mặt khuôn dưới) - Bước 6: Đột lỗ vng 11x12 mm lỗ trịn Ø11 mm - Bước 7: Cắt rời sản phẩm - Bước 8: Cắt đứt lay-out phơi Hình Phương án lay-out khn 2.2 Kết cấu khn Khn thiết kế có kết cấu Hình 4, bao gồm: Hình 2a Hệ thống ống xả xe tải Hình 2b Cùm treo ống xả xe tải Hình Kết cấu khn điển hình Tấm đỉnh: Có chức liên kết, định vị kẹp chặt nửa khuôn với máy dập Dùng vật liệu: SS400 Tấm lót chày: Là lót, chống nguội hay chống lún cho chày Vật liệu thường dùng: C45 Tấm bắt chày: Tấm dùng để giữ chân chày chốt đục Vật liệu thường dùng: C45 Tấm kẹp phôi: Tấm di chuyển kẹp lay-out phôi Có chức ép phẳng vật liệu đánh liệu Vật liệu thường dùng: C45 Tấm cối: Tấm cối tham gia việc cắt tạo hình sản phẩm với chày bắt chày Vật liệu thường dùng: SDK11 SKS93 Nếu cối khơng sử dụng Inset nên sử dụng vật liệu SKD11, xử lý nhiệt: 58-62 HRC ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 5, 2019 Tấm lót cối: Tấm giữ chân chốt dẫn hướng phôi Tấm đế dưới: Liên kết nửa đế khuôn Vật liệu thường dùng: SS400 Tấm chân: Tấm nâng đỡ nửa khuôn với đế khuôn Tấm đế: Nâng đỡ khuôn liên kết với đế máy dập 10 Dẫn hướng: Dẫn hướng đảm bảo đồng tamacho khuôn khn 11 Lị xo 12 Chày: Cắt biên dạng đột lỗ Vật liệu sử dụng: SKD11 xử lý nhiệt 58-62 HRC 2.3 Mô khuôn Với việc ứng dụng phần mềm NX Unigraphic thiết kế khuôn liên hợp qua bước sau: Bước 1: Chuyển qua môi trường Progressive die khuôn liên hợp, lựa chọn thông số ban đầu cho khuôn 59 Bộ vẽ khn liên hợp thiết kế Hình 6a, b, c Hình 6a Lay-out bố trí băng phơi khn Hình 6b Tổng thể khn thiết kế Hình 5a Progressive die khuôn liên hợp Bước 2: Lựa chọn thông số mô phỏng, lựa chọn phận khuôn (Mount component) chi tiết khn phù hợp mơ Hình 6c Chi tiết thơng số kích thước khn Hình 5b Mount component khuôn liên hợp Bước 3: Thực chạy mơ (Run simulation), q trình thực qui trình ta ý chuyển động thao tác thực khuôn để phát lỗi bất cập sửa chữa cho phù hợp để phát lỗi gặp q trình khn làm việc Hình 5c Run simulation khn liên hợp Nghiên cứu công nghệ chế tạo khuôn liên hợp [4, 5, 7] 3.1 Thiết kế nguyên công bước gia cơng Các chi tiết khn mẫu u cầu độ xác cao nên ta chọn phương pháp gia công máy CNC: 3.1.1 Thiết kế nguyên công cho chi tiết a Chi tiết đỉnh Chi tiết sử dụng nguyên công: - Nguyên công 1: Gia công khoan lỗ, phay lỗ, phay rãnh bắt bu lông bàn máy vát mép lỗ, cạnh - Nguyên công 2: Lật mặt chi tiết lại Gia công khoan, phay, vát mép lỗ cạnh - Nguyên công 3: Gia cơng khoan lỗ móc cẩu - Ngun cơng 4: Lật chi tiết lại gia công lỗ bắt móc cẩu cịn lại Chọn máy: Chi tiết có kích thước lớn 1500x586 mm nên ta chọn máy phay cỡ trung OKK máy khoan cần NRD2000 Đỗ Minh Tâm, Nguyễn Tấn Thịnh, Phạm Xuân Mai, Võ Văn Thanh 60 Hình 7a Chi tiết đỉnh b Chi tiết bắt chày Hình 7b Chi tiết bắt chày Chi tiết sử dụng nguyên công: - Nguyên công 1: Gia công khoan lỗ, phay lỗ, doa lỗ định vị, lỗ lắp chày đột, phay biên dạng lắp ghép chày vát mép lỗ, cạnh biên dạng - Nguyên công 2: Lật chi tiết gia công phay biên dạng lắp ghép chày dập định hình, vát mép lỗ cạnh biên dạng Sử dụng đầu phay ngang gia công biên dạng lắp ghép chày cắt - Nguyên cơng 3: Gia cơng khoan lỗ móc cẩu - Nguyên công 4: Lật chi tiết gia công khoan lỗ ren bắt móc cẩu cịn lại Chọn máy: Chi tiết có kích thước lớn 1400x420 mm nên ta chọn máy phay giường MVR30Ex máy khoan cần NRD2000 c Chi tiết kẹp phôi Chi tiết sử dụng nguyên công: - Nguyên công 1: Gia công khoan lỗ, phay lỗ, doa lỗ dẫn hướng chốt định vị, lỗ dẫn hướng chày đột, lỗ dẫn hướng trụ Phay biên dạng dẫn hướng chày vát mép lỗ, cạnh biên dạng - Nguyên công 2: Lật chi tiết gia cơng khoan, phay lỗ lắp lị xo Vát mép lỗ, cạnh biên dạng Sử dụng đầu phay ngang gia công phay biên dạng trượt chày cắt layout - Ngun cơng 3: Gia cơng khoan lỗ móc cẩu - Nguyên công 4: Lật chi tiết gia công khoan lỗ ren bắt móc cẩu cịn lại Chọn máy: Chi tiết có kích thước lớn 1400x420 mm nên ta chọn máy phay giường MVR30Ex máy khoan cần NRD2000 Hình 7c Chi tiết kẹp phơi d Chi tiết chày cắt Chi tiết sử dụng nguyên công để gia công: - Nguyên công 1: Gia công khoan taro lỗ bắt bulong M5, M10 M12 mặt - Nguyên công 2: Cắt dây biên dạng chày cắt - Nguyên công 3: Gia công cắt dây lỗ định vị Ø8 Chọn máy để gia cơng khoan: Chi tiết có kích thước lớn 147,7x80,25 mm nên ta chọn máy phay DMC1150V (BT40) Chọn máy để gia công cắt dây: Ứng với chi tiết chày cắt ứng với độ xác yêu cầu ta chọn máy cắt day EZ50S Hình 7d Chi tiết chày cắt e Chi tiết chày dập định hình Chi tiết sử dụng nguyên công để gia công: - Nguyên công 1: Gia công khoan lỗ bắt bu long M10 mặt - Nguyên công 2: Gia công phay bề mặt làm việc Chọn máy: Chi tiết có kích thước lớn 126,5x93,6 mm nên ta chọn máy DMC1150V(BT40) Hình 7d Chi tiết chày dập định hình ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 5, 2019 f Chi tiết cối Chi tiết sử dụng nguyên công để gia công: - Nguyên công 1: Gia công khoan lỗ, doa lỗ làm gốc gia công cho nguyên công sau, phay hốc lắp khối đẩy vát mép lỗ, biên dạng lắp khối mặt A - Nguyên công 2: Gia công khoan lỗ, vát mép lỗ mặt B - Nguyên cơng 3: Gia cơng cắt dây biên dạng rãnh thốt, lỗ cơn, lỗ định vị lỗ dẫn hướng Chọn máy: Chi tiết có kích thước lớn 573x450 mm nên ta chọn máy DMC1150V(BT40) cho nguyên công Chọn máy để gia công cắt dây: Ứng với chi tiết chày cắt ứng với độ xác yêu cầu ta chọn máy cắt dây EZ50S 61 Với Vc – Tốc độ cắt (m/ phút) D – Đường kính mũi khoan (mm) Tốc độ khoan: F = n.z f z (mm/ phút) Với n – Tốc độ vòng quay (vòng/ phút) Z – số lưỡi cắt mũi khoan Fz – bước tiến dao (mm/ răng) 3.2.2 Tính tốn chế độ cắt gia cơng bề mặt Cơng thức tính chế độ cắt cho mũi phay: Tốc độ vòng quay: n = Vc 1000 (vòng/ phút) D Với Vc – Tốc độ cắt: (m/ phút) D – Đường kính mũi phay (mm) Tốc độ ăn dao ngang: F = n.z f z (mm/ phút) Hình 7e Chi tiết chày cối 3.1.2 Thiết lập sơ đồ nguyên lý định vị kẹp chặt cho nguyên công - Định vị gối: Định vị bậc tự - Sử dụng kẹp chặt vị trí chi tiết Với n – Tốc độ vòng quay (vòng/ phút) Z – số lưỡi cắt mũi khoan Fz – bước ăn dao ngang ren (mm/ ren) 3.3 Thiết kế đồ gá Các đỉnh, đế có kích thước lớn nên ta dùng vấu kẹp để kẹp chặt, định vị mặt đáy Còn chày, cối gia công nguyên công nên nguyên công đầu chọn cấu kẹp chặt vấu kẹp để taro lỗ bu long, nguyên công sử dụng lỗ bu long để bắt đồ gá, sử dụng cấu kẹp chặt vấu kẹp để kẹp hệ thống Quy trình triển khai gia cơng khn liên hợp Quy trình triển khai gia cơng thực Hình 8: Hình 7f Định vị kẹp chặt chi tiết đỉnh Hình 7g Định vị kẹp chặt chi tiết kẹp phôi Lượng dư gia công xác định phương pháp tra bảng phương pháp tính tốn 3.2 Tính tốn chế độ cắt phương án chạy dao 3.2.1 Tính tốn, chế độ cắt cho khoan, doa Cơng thức tính chế độ cắt cho mũi khoan: Tốc độ vòng quay: n = Vc 1000 (vịng/ phút) D Hình Quy trình triển khai gia công khuôn liên hợp 62 Đỗ Minh Tâm, Nguyễn Tấn Thịnh, Phạm Xuân Mai, Võ Văn Thanh Một số hình ảnh khn liên hợp thiết kế, chế tạo Trên sở thiết kế công nghệ gia công khuôn liên hợp cho chi tiết cùm treo trước ống xả xe tải điển hình thành cơng, tiến hành ứng dụng để sản xuất hàng loạt loại khuôn chi tiết cho tất xe tải loại Điều cho phép giảm giá thành nâng cao suất sản lượng, tương lai phần ô tô Trường Hải Trong hội nhập khu vực ASEAN, từ năm 2018, xe tải loại phải có tỉ lệ nội địa hóa cao, giá thành cạnh tranh với loại xe tải khác khu vực Khuôn liên hợp ngày ứng dụng để sản xuất linh kiện sản xuất phương pháp gia công áp lực cho ô tô giới, Việt Nam chưa nhà sản xuất ứng dụng chế tạo linh kiện nội địa hóa gặp khó khăn sản lượng công nghệ Công nghệ chế tạo khuôn liên hợp công nghệ tiên tiến Thaco ứng dụng thành công để chế tạo số chi tiết xe tải, từ nâng cao tỷ lệ nội địa hóa xe, giảm giá thành sản phẩm Trên sở này, nhóm tác giả tiến hành ứng dụng tiếp để sản xuất gia công tất khuôn dập liên hợp sau cho loại linh kiện tương tự xe tải, xe khách xe du lịch tương lai Bài báo thực khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu thiết kế chế tạo khuôn mẫu cho số chi tiết ô tô tải” Công ty TNHH MTV Cơ khí Chu Lai – Trường Hải chủ trì Hình 9a Khn liên hợp q trình gia cơng TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 9b Khn liên hợp hồn chỉnh Kết luận hướng phát triển Xe tải loại sản phẩm chủ lực công ty cổ [1] Siemens Industry, NX Progressive Die Design, The fastest and most complete progressive die design process, graphit.hu/ /nx_progressive_die_design_easyform.pdf [2] HÖLZEL Stanz- und Feinwerktechnik GmbH: Progressive die making, www.hoelzel-stanz.de [3] Gunter et all: Die & Mould manufacturing technology, Hanser publisher, 2001 [4] Nguyễn Đức Minh, Đinh Văn Duy: Kết bước đầu nghiên cứu công nghệ dập liên tục Viện IMI, Tạp chí Tự động hóa ngày nay, 2009 [5] Nguyễn Tất Tiến, Phạm Văn Nghệ: Đề tài KC.05-16 “Nghiên cứu thiết kế công nghệ dập vỏ xe ô-tô”, giai đoạn 2001-2003 [6] Pham Xuan Mai: Ứng dụng kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) thiết kế ô tô Thaco New, 11/2011 [7] Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Đắc Trung, Nghiên cứu thiết kế khuôn dập liên tục, NXB Bách khoa, 2013 [8] Lê Trung Kiên, Th.s Lê Gia Bảo: “Thiết kế chế tạo khuôn dập” – NXB Bách khoa, 2015 (BBT nhận bài: 04/3/2019, hoàn tất thủ tục phản biện: 02/5/2019)