Nghiên ứu, thiết kế khuôn dập 3 chiều để chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp

Do giới hạn của noi dung nghien cuu và do thời gian lam luan van nờn ở đõy ta chỉ tỡm hiểu một số phương phỏp đang được dựng phổ biến nhất để tạo hỡnh cỏc chi tiết vỏ mỏng cú hỡnh dạng p

-

-

NGHIÊN C U, THI Ứ Ế T K KHUÔ Ế N D ẬP 3 CHIỀU ĐỂ CHẾ TẠO CHI TIẾT Ỏ ỎNG PHỨC T V M ẠP

Chuyên ng nh: Gia Công p L à Á ực

Ngư i hư ờ ớ ng d n khoa h c: PGS.TS PHẠ ẫ ọ M VĂN NGH Ệ

HÀ N Ộ I 2008 -

1 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế khuôn d 3 chiều ập để chế tạo chi tiết vỏ mỏng có hình áng phức t d ạp

2 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:

- Lý thuyết ập ạo ình chi tiết ỏ ỏng d t h v m

4 Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết:

- Tổng quan về phương pháp ch ế tạo chi tiết v mỏ ỏng phức tạp

- X ác định ác thô c ng số ăng lượng, lực n

- Thiết ế ơ đồ k s công nghệ, khu n 3 chiềuô

5 Dự kiến kế hoạch thực hiện:

- Từ 01/02/2008 đến 30/04/2008: Tìm hiểu ột ố phương pháp chế ạo chi tiết m s t

- Từ 01/09/2008 đến 30/09/2008: Hoàn chỉnh thuyết minh

- Từ 01/10/2008 đến 30/11/2008: Bảo vệ luận văn

Gia công kim loại bằng áp lực là phương pháp công nghệ chế tạo c ơ khí

có từ rất lâu đời Từ đó đến nay nó không ngừng phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau Ngày nay gia công

áp lực trở thành một phương pháp công nghệ tiên tiến do các ưu điểm sau của nó: Tiết kiệm nguyên vật liệu (gia công không phoi), sản phẩm đa dạng

và phong phú, năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt, giá thành hạ v.v Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp, ngành gia công áp lực cũng không ngừng phát triển cả về thiết bị và công nghệ Số lượng và chủng loại máy dập không ngừng tăng lên và nhiều phương pháp dập mới và

Phương phá đặc biết đã được áp dụng vào sản xuất p

Phương pháp Gia công áp lực đã và đang được áp dụng rất rộng ãi rtrong các ngành công nghiệp, ặc biệt là ngành công nghiệp ôtô, xe máy, đcông nghiệp tầu thuỷ, điện, i n tửđ ệ , y t Hầu hết các chi tiết vỏ ôtô, xe ếmáy và vỏ tầu đều được chế tạo bằng ph ng pháp tạo hình tấm ươ nỞ ước ta

hiện nay ph ng tiươ ện đi lại ph biổ ến là xe máy, nhiều chi tiết xe máy được

s ản xuất ằng gia c ng áp ực ột trong c c chi tiết phức tạp của xe m y l b ô l M á á à

bình xăng C nhiều p ương phó h áp như ập thủy cơ, thủy kính để chế ạo chi d t

ti t ế t bạo ình xăng trong đó có phương pháp ập 3 chiều d

T hạo ình tr n khu«n dËp 3 chiÒu lµ ph¬ng ph¸p ng nghệ ph ê cô ù h ợp

v i ới đ ều kiện ản xuất ước ta s n

Ở nước ta trong những n m gần ây, ngành Gia công áp lực ã và ă đ đđang nhận được sự quan tâm và đầu t thoả áng ư đ Nh ều êi li n doanh ô tô, xe

m áy ra đời như oyota, ord, Vinaxuki, Honda, Yamaha Đ đáp ứng được T F ã

phần n ào nhu cầu êti u dùng trong nước và ất ẩu Nhiều ề tài cấp quốc xu kh đgia về các lĩnh vực thuộc ngành gia công áp lực ã đ được triển khai như: KC05-19, KC 05 16 ….– Tuy nhiên sự phát triển của ngành gia công áp

nghiệp trong nước

d Tôi xin chân thành cảm ơn thầy h ớng ẫn PGS.TS.Ph¹m V¨n NghÖ, ư

-TS NguyÔn §¾c Trung, thÇy NguyÔn MËu §»ng vµ bộ môn gia công áp lực

đã giúp ỡ tôi hoàn thành luận v n cao h c này đ ă ọ Nh n â ôâ đ y t i cũng xin c m ả

ơn gia ình và các bạn ồng nghiệp ã đ đ đ giúp đỡ và ộng ê ôđ vi n t i trong quá trình làm luận ăn v

Hà nội, tháng 02 năm 2008

H ên ọc vi

Trương Viết Hoài

1.1 Khái quát về chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp

1.1.1 Khái niệm

Các chi tiết có hình dạng phức tạp là những chi tiết có bề mặt là một biên dạng phức tạp gồm nhiều mặt cong ghép với nhau Ví dụ như những chi tiết vỏ bọc ngoài các loại xe, tàu, như các cabin cửa xe thùng xe, những chi tiết của ôtô v v là những chi tiết điển hình có kích thước lớn mà người ta chế tạo bằng phương pháp dập vuốt kim loại tấm mỏng Do đặc điểm hình dạng của các chi tiết này nên quá trình chế tạo chúng cần có những đặc điểm riêng biệt

1.1.2 Đặc điểm biến dạng của các chi tiết có hình dạng phức tạp

Khi dập vuốt những chi tiết có hình dạng phức tạp và hình dáng không gian không đối xứng thì trị số biến dạng của kim loại ở những vị trí khác nhau của phôi là khác nhau

Người ta nhận thấy rằng quá trình dập vuốt các chi tiết có hình dáng không gian phức tạp không tuân theo một quy luật nhất định Đặc điểm chủ yếu của quá trình dập vuốt các loại chi tiết này là phần lớn bề mặt của phôi không được ép sát vào chày hoặc cối do đó rất rễ tạo thành nếp nhăn, gợn sóng Ngoài ra, do lúc đầu phôi chỉ tiếp xúc với một phần của phôi nên rất

dễ gây ra sự nhăn và biến mỏng cục bộ vật liệu

1.1.3 ứng dụng của các chi tiết có hình dạng phức tạp

Các chi tiết có hình dạng phức tạp được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: ôtô, xe máy, đồ gia dụng Hiện nay việc nâng cao chất lượng giảm giá thành cũng đòi hỏi chúng ta cần phải cải tiến công nghệ, nghiên cứu các phương pháp tạo hình mới do các phương pháp truyền thống không còn phù hợp Một trong những phương pháp tạo hình mới đã

1.2.1 Công nghệ dập vuốt co chặn

1.2.1.1 Công nghệ chặn có gân vuốt

Gân vuốt có tác dụng làm tăng trở lực biến dạng trên toàn bộ hoặc cục

bộ chu vi phôi để khống chế vật liệu được kéo vào cối và tăng độ cứng vững của vật dập Trong các khuôn dập chi tiết vỏ ôtô thì gân vuốt là điều kiện tất yếu nó là phương pháp có hiệu quả nhất có thể ngăn ngừa các hiện tượng nhăn, nhúm hoặc rách trên chi tiết Nếu bố trí gân vuốt không hợp lý thì hiện tượng nhăn nhúm hoặc rách trên vật dập lại càng nghiêm trọng

Gân vuốt có thể đặt trên vành chặn hoặc trên mặt chặn của cối Khi đặt gân vuốt ở trên hoặc dưới thì đều không ảnh hưởng tới tác dụng của gân vuốt Thông thường thì gân vuốt được bố trí trên mặt chặn của vành chặn trên còn rãnh gân thì được bố trí trên mặt chặn của cối dưới, như vậy sẽ thuận tiện cho việc mài và đánh bóng Nếu mặt chặn phôi cũng chính là phần mặt bích của chi tiết thì đường xuyên mài rãnh gân trên cối sẽ làm cho mặt chặn có rãnh mau bị tổn hao và ảnh hưởng tới chiều sâu dập vuốt Khi tổn hao đến một mức độ nhất định thì phải sửa chữa khắc phục Việc ứng dụng các gân vuốt sẽ tạo ra sự kéo dài vật liệu mãnh liệt theo hướng đường

thành các nếp nhăn trên chi tiết.Tuy nhiên điều đó làm tăng trở lực biến dạng của vành lên rất nhiều và tăng ứng suất kéo theo hướng đường kính ở tiết diện nguy hiểm Từ đó cho thấy, điều kiện thuận lợi nhất khi dập vuốt trong khuôn có gân vuốt sẽ đạt được trong trường hợp ứng dụng cho kim loại có

độ bền cao khi độ dẻo cao

Công nghệ dập vuốt có sử dụng gân vuốt được ứng dụng rất rộng dãi trong ngành công nghiệp chế tạo ôtô

Hình 1.1 Phân bố gân vuốt trên vành chặn

1.2.1.2 Công nghệ chặn đàn hồi

* Hệ thống chặn đàn hồi chủ động:

Hình 1.3 Khuôn có sử dụng hệ thống chặn đàn hồi chủ động

Hình 1.4 Khuôn có sử dụng hệ thống chặn đàn hồi bị động

1.2.1.3 Công nghệ chặn sử dụng nguồn chất lỏng cao áp

1.2.2 Công nghệ dập thuỷ cơ

Dập thuỷ cơ là phương pháp tạo hình vật liệu có sử dụng nguồn chất lỏng cao áp suất cao kết hợp với các chuyển động cơ khí của khuôn do máy tạo

ra

Điểm khác biệt cơ bản mang tính nguyên tắc của quá trình vuốt thuỷ

cơ và quá trình vuốt truyền thống trên cối cứng là quá trình này được diễn ra

áp suất của chất lỏng bị nén trong hành trình đi xuống của chày

Hình 1.5 Sơ đồ dập thủy cơ

Chính do đặc điểm này mà quá trình vuốt thuỷ cơ có các ưu điểm tốt

mà quá trình vuốt bình thường ở khuôn dập cứng không có

Có các lực ma sát có ích giữa chày và phôi được tạo bởi lực ép phôi vào bề mặt của chày bằng áp suất từ phía cối

 Không có các lực ma sát có hại giữa phôi và cối

 Áp suất về phía cối tương đối đều trên bề mặt của phôi

 Khả năng thực hiện quá trình với bán kính thay đổi của vùng liên kết giữa mặt bích phôi và phần hình trụ của nó (bán kính quy ước lớn nhất của cối ,

m

r )

 Phôi được kẹp chặt và vững (kẹp bằng lực ma sát), tránh các dịch chuyển có thể so với chày,đặc biệt là khi dạp các chi tiết có hình thù phức tạp và không đối xứng

của vỏ được tạo hình

Nhược điểm đã hạn chế ở một mức độ nhất định sự ứng dụng của quá trình vuốt bằng cối dẻo hoặc cối chất lỏng chính là phải tạo ra các áp suất cao (để ngăn sự mất ổn định ) và điều chỉnh các áp suất này trong quá trình dập vuốt theo hành trình của chày.Sự mất ổn định của thành vỏ phôi có thể xảy ra ở phần mặt bích và phần có bán kính cong của phần chuyển tiếp giữa mặt bích với thành vỏ thẳng đứng của chi tiết

Nhờ những đặc điểm nổi bật trên, phơng pháp dập thuỷ cơ đang đợc ứng dụng tại các nớc công nghiệp phát triển nh Mỹ, Nhật, Nga, Đức trong việc chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp như vỏ ô tô, ống xả,

vỏ đạn pháo ….Tại Việt nam việc nghiên cứu tính toán công nghệ dập thuỷ

cơ vẫn chưa được thực hiện một cách tổng quát, chính vì thế nên việc áp dụng công nghệ này trong thực tế vẫn còn rất hạn chế

1.2.3 Công nghệ dập thuỷ tĩnh

Công nghệ dập thuỷ tĩnh là một trong những phương pháp gia công áp lực đặc biệt, chủ yếu sử dụng chất lỏng cao áp (có thể lên đến 10.000 at) để làm biến dạng dẻo phôi theo biên dạng của lòng khuôn Đối tượng của công nghệ dập thuỷ tĩnh là các loại phôi tấm và phôi ống

Hình 1.7.Sơ đồ nguyên lý dập thuỷ tĩnh

Ưu điểm chính của phương pháp này so với phương pháp dập vuốt thông thường là chỉ cần biên dạng của cối còn chất lỏng đóng vai trò là chày

và tạo hình các chi tiết ngóc ngách rất phức tạp mà công nghệ dập vuốt truyền thống không làm được Công nghệ này về bản chất thì cũng giống quá trình dập vuốt phôi tấm, nhưng sơ đồ công nghệ thì phức tạp hơn nhiều Phần lớn sản phẩm của công ngệ dập thuỷ tĩnh cho các phôi ống trụ là các chi tiết máy, phần tử nối và các thiết bị chịu áp lực Do đó chúng luôn phải chịu tải trong quá trình làm việc

Trong công nghệ dập thuỷ tĩnh áp lực thuỷ tĩnh rất cao tác dụng lên mặt trong của phôi Tuy nhiên một vài trường hợp khác áp lực chất lỏng cao được tác dụng lên mặt ngoài của phôi ống Ở đây, chất lỏng (nước hay dầu) đóng vai trò là chày, là dụng cụ tạo hình vạn năng, tạo ra áp suất phân bố đều trên bề mặt trong của ống Tải trọng tạo ra là tải trọng mềm tránh được

sự va chạm giữa dụng cụ gây biến dạng và phôi như ở trường hợp tải trọng

nên nâng cao khả năng biến dạng Nhờ đó công nghệ này có khả năng tạo ra nhiều sản phẩm ống có chất lượng cao và hình dạng không gian phức tạp,

mà trước đây chỉ có thể được tạo ra bằng phương pháp đúc hay hàn ghép các phần ống đơn giản lại với nhau

Bản chất của quá trình tạo hình chính là tạo ra sự chuyển động cưỡng bức cục bộ hay toàn phần của vật liệu phôi trong giới hạn chảy của vật liệu theo biên dạng mong muốn của lòng khuôn để tạo nên những chi tiết có hình dạng phức tạp, mà các phương pháp gia công truyền thống khác không thực hiện được

Đặc điểm của phương pháp dập thuỷ tĩnh là:

- Tạo hình các chi tiết dạng ống trụ thành những chi tiết ống phức tạp, không đối xứng, đa hướng trong không gian

- Chi tiết sau khi tạo hình tăng cứng, hoá bền, độ bóng bề mặt có xu hướng giảm Chiều dày phôi bị thay đổi khó xác định: Có chỗ dày lên, có chỗ mỏng đi

- Cần thiết bị tạo áp lực rất cao và đòi hỏi chính xác

- Trạng thái ứng suất và biến dạng rất phức tạp, do đó rất khó khăn trong việc tính toán chính xác áp lực riêng cần thiết bên trong

- Hệ số sử dụng vật liệu cao, năng suất thấp, chi phí ban đầu lớn

1.3.2 Một số sản phẩm vỏ mỏng phức tạp

Theo chuyển động của chày tạo hình ra các chi tiết vỏ mỏng

ta có thể phân loại các chi tiết vỏ mỏng ra 2 loại như sau:

* Loại thứ nhất: các chi tiết vỏ mỏng được tạo hình khi chày chuyển động theo hướng của đầu trượt

* Loại thú hai: Các chi tiết vỏ mỏng được tạo hình khi chày chuyển động theo hướng khác với hướng chuyển động của đầu trượt

- Sản phẩm dập thủy tĩnh

Tấm nắp (coverplate) Unequal Flange Draw In

1.3.2.2 Các sản phẩm vỏ mỏng loại thứ hai (không đối xứng, mặt xung quanh có dạng mặt cong phức tạp…)

- Các chi tiết vỏ ôtô:

- Các sản phẩm gia dụng:

- Thùng đựng nhiên liệu (Fuel Tank):

1.4 Giới thiệu khuôn dập phối hợp để tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng phức tạp

Khi dập tạo hình một chi tiết thường phải qua một số nguyên công Đa

số trường hợp dập chi tiết bằng cách thực hiện một số nguyên công riêng

biệt thì không có lợi về kinh tế, do đó người ta thường ứng dụng những

phương pháp dập liên hợp, trong đó đồng thời kết hợp hai hoặc một số biến

dạng và nguyên công riêng biệt Ngoài ta trong sản xuất còn ứng dụng

nguyên công ghép, dựa trên việc sử dụng biến dạng uốn, tạo hình hoặc dập

thể tích

Dập liên hợp là sự kết hợp hai hoặc một số nguyên công công công

nghệ dập khác nhau trong một bộ khuôn

Theo đặc điểm công nghệ nguyên công dập liên hợp có thể chia ra làm

ba nhóm:

1 Liên hợp những nguyên công cắt tức là kết hợp những dạng nguyên

công cắt khác nhau (cắt hình, cắt đột, cắt rời);

những dạng nguyên công biến đổi hình dáng khác nhau (dập vuốt, dập nổi, uốn, dập lên vành…);

3 Liên hợp những nguyên công cắt và thay đổi hình dáng tức là kết hợp nguyên công cắt với những nguyên công thay đổi hình dáng

Theo phương pháp kết hợp nguyên công, dập liên hợp được chia làm

Khi dập liên tục, một số nguyên công (bước) khác nhau được thực hiện liên tục trong một số hành trình của máy dập bằng những chày riêng biệt khi dịch chuyển phôi từ chày này sang chày khác; mỗi hành trình của máy dập cho ta một chi tiết thành phẩm

Khi dập phối hợp liên tục, một số nguyên công khác nhau được thực – hiện bằng cách kết hợp dập phối hợp và liên tục trong một bộ khuôn

Do khả năng kết hợp kết hợp các nguyên công riêng biệt khác nhau rất lớn, cho nên trong thực tế có rất nhiều kiểu dập và khuôn liên hợp, không thể phân loại hoàn toàn và đầy đủ được

1.3.1 Một số bộ khuôn phối hợp sử dụng cơ cấu chêm, chất dẻo (cao su, nhựa…)

Để tạo hình các chi tiết vỏ mỏng dạng phức tạp trong 1.3.2 thì chày phải chuyển động theo hướng vuông góc với phương chuyển động của đầu trượt hoặc phải dùng chất lỏng, chất dẻo để tạo hình Nếu tạo hình các chi tiết dạng này bằng chày cứng, cối cứng thì phải sử dụng cơ cấu chêm

Một số khuôn phối hợp dùng cơ cấu chêm cao su, chất dẻo:

- Dùng cơ cấu chêm

- Khuôn dùng cao su để tạo hình

1.5 Mục đích và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Xuất phát từ nhu cầu của công nghiệp và dân dụng đòi hỏi phải chế tạo ra những chi tiết vỏ mỏng có hình dáng phức tạp mà trong hành trình đi thẳng xuống của chày không thể tạo hình dược Vì vậy ngành gia công áp lực cần nghiên cứu tìm ra những phương pháp để có thể tạo ra những chi tiết trên

Ngày nay, đã có nhiều phương pháp mới như dập thủy cơ, dập thủy tĩnh, dập xung điện …v.v để chế tạo các chi tiết vỏ mỏng phức tạp nhưng phương pháp truyền thống vẫn có những thế mạnh riêng, nhất là với điều kiện nền công nghiệp đang phát triển nước ta chưa có những thiết bị hiện đậi

để phục vụ cho việc sản xuất theo phương pháp dập thuỷ cơ Viêc ứng dụng khuôn 3 chiều để tạo hình các chi tiết vỏ mỏng có hình dáng phức tạp là một giải pháp thích hợp cho lĩnh vực này

So với phương pháp dập thuỷ cơ phương pháp dập trên khuôn dập 3 chiều để sản xuất chi tiết vỏ mỏng phức tạp có những thuận lợi sau :

- Dễ gia công chế tạo do dụng cụ không cần đạt độ chính xác cao

- Giá thành chế tạo khuôn, các thiết bị phục vụ cho sản xuất không cao

- Phối hợp được nhiều nguyên công trên cùng một bộ khuôn nên năng suất cao

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, công ngh c a quá ìệ ủ tr nh bi n d ng khi tạo ế ạhình các chi tiết vỏ mỏng phức tạp, các thông s công nghố ệ cơ b n nh ả ả

hư ng đ n quá trình tạo hình.ở ế

- Nghiên cứu, thiết kế khuôn dập 3 chiều để tạo hình chi tiết vỏ mỏng phức tạp

- Mô phỏng qu tr nh dập chiều.á ì 3

- T kừ ết quả mô phỏng tối ưu các thông số để sản xuất ra sản phẩm đạt chất lượng tốt

Luận văn gồm 4 chương:

 Chương 1: Tổng quan v công ngh t o hình các chi tiết vỏ mỏng ề ệ ạ

Lời cam đoan

Mục lục

1B1.1 Khái quát về cac chi tiết dạng vỏ mỏng phức tạp

5B1.1.1 Khái niệm

6B1.1.2 Đặc điểm biến dạng các chi tiết dạng vo mong phức tạp

7B1.1.3 ứng dụng của các chi tiết có hình dạng phức tạp

2B1.2 Một số phương pháp tạo hình chi tiết vỏ mỏng phức tạp

8B1.2.1 Công nghệ dập vuốt co chặn

9B1.2.1.1 Công nghệ chặn có gân vuốt

1.2.1.2 Công nghệ chặn đàn hồi

1.2.1.3 Công nghệ chặn sử dụng nguồn chất lỏng cao áp

1.2.2 Công nghệ dập thuỷ cơ

1.4.1 khuôn phối hợp sử dụng cơ cấu chêm,

1.4.2.khuon phoi hop su dung chat deo ,cao su, nhựa

1.5 Mục đích và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Chương 2 Cơ sở lý thuyết – khi dập tạo hình

tiết vỏ mỏng

2.2 Cơ sở lý thuyết quá trình dập vuốt

2.2.1 cac yeu to anh huong den qua trinh dập vuốt không có

2.1.2.3 Ảnh hưởng của lực chặn phôi

2.1.2.4 Ảnh hưởng của uốn kép (uốn và duỗi)

2.2.5 Ảnh hưởng của ma sát tại góc lượn của cối 2.2.6 Ảnh hưởng của hoá bền vật liệu khi biến dạng

0B

than trên bình xăng

3B3.1 Xây dựng quy trình công nghệ

11B3.1.1 Phân tích đặc điểm hình dạng chi tiết

12B3.1.2 Các phương án công nghệ

13B3.1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ

14B3.1.4 Phần bù công nghệ

15B3.1.5 Tính toán phôi

4B3.2 Tính toán công nghệ và thiết kế khuôn cho nguyên

công dap 3 chieu

16B3.2.1 Nguyên công cắt phôi

17B3.2.2 Nguyên công dập tạo hình lần 1

18B3.2.3 Nguyên công dập 3 chiều tạo hình sản phẩm

1.1.2 Ứ ng dụng của các chi tiết dạng v mỏng phức tạp ỏ

Các chi tiết có hình dạng phức tạp được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: ôtô, xe máy, đồ gia dụng Hiện nay việc nâng cao chất lượng giảm giá thành cũng đòi hỏi chúng ta cần phải cải tiến công nghệ, nghiên cứu các phương pháp tạo hình mới do các phương pháp truyền thống không còn phù hợp Một trong những phương pháp tạo hình mới đã được tìm

ra và đang được ứng dụng rộng rãi, đó là phương pháp tạo hình bằng khuôn dập 3 chiều

1.1.3 Đặc điểm biến dạng của các chi tiết ạng ỏ ỏng phức tạp d v m

Khi dập vuốt những chi tiết có hình dạng phức tạp và hình dáng không gian không đối xứng thì trị số biến dạng của kim loại ở những vị trí khác nhau của phôi là khác nhau

Người ta nhận thấy rằng quá trình dập vuốt các chi tiết có hình dáng không gian phức tạp không tuân theo một quy luật nhất định Đặc điểm chủ yếu của quá trình dập vuốt các loại chi tiết này là phần lớn bề mặt của phôi không được ép sát vào chày hoặc cối do đó rất rễ tạo thành nếp nhăn, gợn

sóng Ngoài ra, do lúc đầu phôi chỉ tiếp xúc với một phần của phôi nên rất dễ gây ra sự nhăn và biến mỏng cục bộ vật liệu

1.2 P hương pháp tạo hình chi tiết ạng vỏ mỏng phức tạp. d

Để tạo hình các chi tiết có hình dạng phức tạp cần có những công nghệ đặc biệt, hiện nay do những tiến bộ mạnh mẽ của khoa học công nghệ nói chung và ngành gia c ng als lựcô nói ri ng ê đã có rất nhiều phương pháp tạo hình các chi tiết dạng này Do giới hạn của noi dung nghien cuu và do thời gian lam luan van nên ở đây ta chỉ tìm hiểu m s ột ố phương pháp đang được dùng phổ biến nhất để tạo hình các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp

1.2.1 Công nghệ dập vuốt có chặn.

1.2.1.1 Công nghệ chặn có gân vuốt

Gân vuốt có tác dụng làm tăng trở lực biến dạng trên toàn bộ hoặc cục

bộ chu vi phôi để khống chế vật liệu được kéo vào cối và tăng độ cứng vững của vật dập Trong các khuôn dập chi tiết vỏ ôtô thì gân vuốt là điều kiện tất yếu nó là phương pháp có hiệu quả nhất có thể ngăn ngừa các hiện tượng nhăn, nhúm hoặc rách trên chi tiết Nếu bố trí gân vuốt không hợp lý thì hiện tượng nhăn nhúm hoặc rách trên vật dập lại càng nghiêm trọng

Gân vuốt có thể đặt trên vành chặn hoặc trên mặt chặn của cối Khi đặt gân vuốt ở trên hoặc dưới thì đều không ảnh hưởng tới tác dụng của gân vuốt Thông thường thì gân vuốt được bố trí trên mặt chặn của vành chặn trên còn rãnh gân thì được bố trí trên mặt chặn của cối dưới, như vậy sẽ thuận tiện cho việc mài và đánh bóng Nếu mặt chặn phôi cũng chính là phần mặt bích của chi tiết thì đường xuyên mài rãnh gân trên cối sẽ làm cho mặt chặn có rãnh mau bị tổn hao và ảnh hưởng tới chiều sâu dập vuốt Khi tổn hao đến một mức

độ nhất định thì phải sửa chữa khắc phục Việc ứng dụng các gân vuốt sẽ tạo

ra sự kéo dài vật liệu mãnh liệt theo hướng đường kính và giảm biến dạng nén theo hướng tiếp tuyến từ đó hạn chế việc tạo thành các nếp nhăn trên chi tiết.Tuy nhiên điều đó làm tăng trở lực biến dạng của vành lên rất nhiều và

tăng ứng suất kéo theo hướng đường kính ở tiết diện nguy hiểm Từ đó cho thấy, điều kiện thuận lợi nhất khi dập vuốt trong khuôn có gân vuốt sẽ đạt được trong trường hợp ứng dụng cho kim loại có độ bền cao khi độ dẻo cao

Công nghệ dập vuốt có sử dụng gân vuốt được ứng dụng rất rộng dãi trong ngành công nghiệp chế tạo ôtô

Hình 1.1 Phân bố gân vuốt trên vành chặn

Hình 1.2 Một số gân vuốt dùng trong dập tấm

1.2.1.2 Công nghệ chặn đàn hồi

* Hệ thống chặn đàn hồi chủ động:

Hình 1.3 Khuôn có sử dụng hệ thống chặn đàn hồi chủ động

Hình 1.4 Khuôn có sử dụng hệ thống chặn đàn hồi bị động

1.2.1.3 Công nghệ chặn sử dụng nguồn chất lỏng cao áp

1.2.2 Công nghệ dập thuỷ cơ.

Dập thuỷ cơ là phương pháp tạo hình vật liệu có sử dụng nguồn chất lỏng cao

áp suất cao kết hợp với các chuyển động cơ khí của khuôn do máy tạo ra

Điểm khác biệt cơ bản mang tính nguyên tắc của quá trình vuốt thuỷ cơ

và quá trình vuốt truyền thống trên cối cứng là quá trình này được diễn ra trong điều kiện chịu tải lớn tác dụng từ phía cối, tải trọng này được tạo ra do

áp suất của chất lỏng bị nén trong hành trình đi xuống của chày

Hình 1.5 Sơ đồ dập thủy cơ

Chính do đặc điểm này mà quá trình vuốt thuỷ cơ có các ưu điểm tốt mà quá trình vuốt bình thường ở khuôn dập cứng không có

Có các lực ma sát có ích giữa chày và phôi được tạo bởi lực ép phôi vào bề mặt của chày bằng áp suất từ phía cối

 Không có các lực ma sát có hại giữa phôi và cối

 Áp suất về phía cối tương đối đều trên bề mặt của phôi

 Khả năng thực hiện quá trình với bán kính thay đổi của vùng liên kết giữa mặt bích phôi và phần hình trụ của nó (bán kính quy ước lớn nhất của cối ,

m

r )

 Phôi được kẹp chặt và vững (kẹp bằng lực ma sát), tránh các dịch chuyển có thể so với chày,đặc biệt là khi dạp các chi tiết có hình thù phức tạp và không đối xứng

 Độ chính xác cao và chất lượng bề mặt cao của các kích thước của vỏ được tạo hình

Nhược điểm đã hạn chế ở một mức độ nhất định sự ứng dụng của quá trình vuốt bằng cối dẻo hoặc cối chất lỏng chính là phải tạo ra các áp suất cao (để ngăn sự mất ổn định ) và điều chỉnh các áp suất này trong quá trình dập vuốt theo hành trình của chày.Sự mất ổn định của thành vỏ phôi có thể xảy ra

ở phần mặt bích và phần có bán kính cong của phần chuyển tiếp giữa mặt bích với thành vỏ thẳng đứng của chi tiết

Nhờ những đặc điểm nổi bật trên, phơng pháp dập thuỷ cơ đang đợc ứng dụng tại các nớc công nghiệp phát triển nh Mỹ, Nhật, Nga, Đức trong việc chế tạo các chi tiết vỏ mỏng có hình dạng phức tạp như vỏ ô tô, ống xả, vỏ đạn pháo ….Tại Việt nam việc nghiên cứu tính toán công nghệ dập thuỷ cơ vẫn chưa được thực hiện một cách tổng quát, chính vì thế nên việc áp dụng công nghệ này trong thực tế vẫn còn rất hạn chế

Hình 1.6 Sản phẩm và khuôn dập thuỷ cơ

1.2.3 Công nghệ dập thuỷ tĩnh

Công nghệ dập thuỷ tĩnh là một trong những phương pháp gia công áp lực đặc biệt, chủ yếu sử dụng chất lỏng cao áp (có thể lên đến 10.000 at) để làm biến dạng dẻo phôi theo biên dạng của lòng khuôn Đối tượng của công nghệ dập thuỷ tĩnh là các loại phôi tấm và phôi ống

Hình 1.7.Sơ đồ nguyên lý dập thuỷ tĩnh

Ưu điểm chính của phương pháp này so với phương pháp dập vuốt thông thường là chỉ cần biên dạng của cối còn chất lỏng đóng vai trò là chày

và tạo hình các chi tiết ngóc ngách rất phức tạp mà công nghệ dập vuốt truyền thống không làm được Công nghệ này về bản chất thì cũng giống quá trình dập vuốt phôi tấm, nhưng sơ đồ công nghệ thì phức tạp hơn nhiều Phần lớn sản phẩm của công ngệ dập thuỷ tĩnh cho các phôi ống trụ là các chi tiết máy, phần tử nối và các thiết bị chịu áp lực Do đó chúng luôn phải chịu tải trong quá trình làm việc

Trong công nghệ dập thuỷ tĩnh áp lực thuỷ tĩnh rất cao tác dụng lên mặt trong của phôi Tuy nhiên một vài trường hợp khác áp lực chất lỏng cao được tác dụng lên mặt ngoài của phôi ống Ở đây, chất lỏng (nước hay dầu) đóng vai trò là chày, là dụng cụ tạo hình vạn năng, tạo ra áp suất phân bố đều trên

bề mặt trong của ống Tải trọng tạo ra là tải trọng mềm tránh được sự va chạm giữa dụng cụ gây biến dạng và phôi như ở trường hợp tải trọng cứng Phương

pháp này loại bỏ được sự tập trung ứng suất trên bề mặt phôi, nên nâng cao khả năng biến dạng Nhờ đó công nghệ này có khả năng tạo ra nhiều sản phẩm ống có chất lượng cao và hình dạng không gian phức tạp, mà trước đây chỉ có thể được tạo ra bằng phương pháp đúc hay hàn ghép các phần ống đơn giản lại với nhau

Bản chất của quá trình tạo hình chính là tạo ra sự chuyển động cưỡng bức cục bộ hay toàn phần của vật liệu phôi trong giới hạn chảy của vật liệu theo biên dạng mong muốn của lòng khuôn để tạo nên những chi tiết có hình dạng phức tạp, mà các phương pháp gia công truyền thống khác không thực hiện được

Đặc điểm của phương pháp dập thuỷ tĩnh là:

- Tạo hình các chi tiết dạng ống trụ thành những chi tiết ống phức tạp, không đối xứng, đa hướng trong không gian

- Chi tiết sau khi tạo hình tăng cứng, hoá bền, độ bóng bề mặt có xu hướng giảm Chiều dày phôi bị thay đổi khó xác định: Có chỗ dày lên, có chỗ mỏng đi

- Cần thiết bị tạo áp lực rất cao và đòi hỏi chính xác

- Trạng thái ứng suất và biến dạng rất phức tạp, do đó rất khó khăn trong việc tính toán chính xác áp lực riêng cần thiết bên trong

- Hệ số sử dụng vật liệu cao, năng suất thấp, chi phí ban đầu lớn

1.3.2 Một số sản phẩm vỏ mỏng phức tạp

Theo chuyển động của chày tạo hình ra các chi tiết vỏ mỏng ta

có thể phân loại các chi tiết vỏ mỏng ra 2 loại như sau:

* Loại thứ nhất: các chi tiết vỏ mỏng được tạo hình khi chày chuyển động theo hướng của đầu trượt

* Loại thú hai: Các chi tiết vỏ mỏng được tạo hình khi chày chuyển động theo hướng khác với hướng chuyển động của đầu trượt

1.3.2.1 Các sản phẩm vỏ mỏng d ạng đối xứng

- Sản phẩm từ phương pháp miết (spinning)

- Các sản phẩm gia dụng:

- Các chi tiết khác:

- Th ng đựng nhiên liệu (Fuel Tank): ù

Các sản phẩm ạng v m d ỏ ỏng phức ạp có t thể được tạo hình tr ên khu n dập ô

phối hợp, cụ thể: Là khuôn dập 3 chiều

1.4 Giới thiệu khuôn dập phối hợp ể tạo hình chi tiết dạng vỏ mỏng đ phức tạp

Khi dập tạo hình một chi tiết thường phải qua một số nguyên công Đa

số trường hợp dập chi tiết bằng cách thực hiện một số nguyên công riêng biệt thì không có lợi về kinh tế, do đó người ta thường ứng dụng những phương pháp dập liên hợp, trong đó đồng thời kết hợp hai hoặc một số biến dạng và nguyên công riêng biệt Ngoài ta trong sản xuất còn ứng dụng nguyên công ghép, dựa trên việc sử dụng biến dạng uốn, tạo hình hoặc dập thể tích

Dập liên hợp là sự kết hợp hai hoặc một số nguyên công công công nghệ dập khác nhau trong một bộ khuôn

Theo đặc điểm công nghệ nguyên công dập liên hợp có thể chia ra làm

3 Liên hợp những nguyên công cắt và thay đổi hình dáng tức là kết hợp nguyên công cắt với những nguyên công thay đổi hình dáng

Theo phương pháp kết hợp nguyên công, dập liên hợp được chia làm ba nhóm:

Khi dập phối hợp liên tục, một số nguyên công khác nhau được thực – hiện bằng cách kết hợp dập phối hợp và liên tục trong một bộ khuôn

Do khả năng kết hợp kết hợp các nguyên công riêng biệt khác nhau rất lớn, cho nên trong thực tế có rất nhiều kiểu dập và khuôn liên hợp, không thể phân loại hoàn toàn và đầy đủ được

1.4.1 Khuôn phối hợp sử dụng cơ cấu chêm

Để tạo hình các chi tiết vỏ mỏng dạng phức tạp trong 1.3.2.2 thì chày phải chuyển động theo hướng vuông góc với phương chuyển động ủa đầuc

trượt ta có thể ử s dụng c cấu êm ơ ch

Một số khu n phối ợp ử ụng ơ cấu ch m:ô h s d c ê

1.4.2 Khuôn phối hợp sử dụng cao su chất d ẻo

- Khu n dùng cao su để tạo hình.ô

1.5 Mục đích và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Xuất phát từ nhu cầu của công nghiệp và dân dụng đòi hỏi phải chế tạo

ra những chi tiết vỏ mỏng có hình dáng phức tạp mà trong hành trình đi thẳng

xuống của chày không thể tạo hình dược Vì vậy ngành gia công áp lực cần nghiên cứu tìm ra những phương pháp để có thể tạo ra những chi tiết trên

Ngày nay, đã có nhiều phương pháp mới như dập thủy cơ, dập thủy tĩnh, dập xung điện …v.v để chế tạo các chi tiết vỏ mỏng phức tạp nhưng phương pháp truyền thống vẫn có những thế mạnh riêng, nhất là với điều kiện nền công nghiệp đang phát triển nước ta chưa có những thiết b ịhiện i đạ để

phục v ụ cho việc s ản xuất theo ph ng phươ áp dập thuỷ ơ Viêc ứng ụng c dkhuôn 3 chiều t hđể ạo ình ác chi tiết ỏ ỏng có h c v m ình áng d phức t là mạp ột

gi phải áp ích th h ợp cho lĩnh vực này

So với ương pháp ập thuỷ ơ phương pháp dập tr n khu n dập 3 chiều để sản xuất chi tiết vỏ mỏng phức tạp có những thuận lợi sau :

- Dễ gia công chế tạo do dụng ụ kh ng cần đạt độ chính ác cao c ô x

- Giá thành chế tạo khuôn, các thiết ị phục ụ cho sản xuất không b v cao

- Phối hợp được nhiều nguyên công trên cùng một bộ khuôn