đồ án thiết kế công nghệ và chế tạo khuôn dập tạo hình

Trong chương trình học của bộ môn gia công áp lực em được phân công làm đồán công nghệ dập tạo hình với đề tài thiết kế quy trình công nghệ khuôn dập hai chitiết tấm và khối.. Đây là một

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ

NHÓM CHUYÊN MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC

-o0o -ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN DẬP TẠO HÌNHGIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS ĐINH VĂN DUY

Hà Nội, 10/2022

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ gia công áp lực là một phương pháp chế tạo chính trong lĩnh vực cơkhí Tại các nước phát triển, các sản phẩm gia công áp lực chiếm tỷ trọng lớn và ngàycàng tăng Ở Việt Nam những năm gần đây, công nghệ gia công áp lực cũng phát triểnmạnh mẽ trong các nghành công nghệ sản xuất phục vụ cho nhu cầu sử dụng trongnước

Sản phẩm gia công áp lực rất phong phú, đa dạng, từ những đồ gia dụng thôngthường, và những trang thiết bị phục vụ cho các ngành công nghiệp như máy móc sảnxuất, chi tiết phụ tùng trong các nghành công nghiệp khác nhau như sản xuất ô tô, xemáy, chi tiết phục vụ nhu cầu nội địa hóa sản phẩm cơ khí

Trong chương trình học của bộ môn gia công áp lực em được phân công làm đồ

án công nghệ dập tạo hình với đề tài thiết kế quy trình công nghệ khuôn dập hai chitiết tấm và khối Với mục đích là sau khi hoàn thành xong đồ án em sẽ hiểu kỹ hơn vềcác môn học trước trong chương trình học của bộ môn là công nghệ dập tạo hình khối,công nghệ dập tạo hình tấm, thiết kế khuôn…

Trong quá trình thực hiện đồ án này em đã nhận được sự giúp đỡ của thầy hướngdẫn là TS Đinh Văn Duy cũng như các thầy cô khác trong bộ môn gia công áp lực

Do kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế còn rất hạn chế nên không tránh khỏithiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô trong bộ môn để đồ ánnày có thể hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên

Trần Đức Quảng

PHẦN I – CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ DẬP

độ bền của chi tiết tăng lên…

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công côngnghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm (băng hoặc dải) để nhận được cácchi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dàycủa vật liệu và không có phế liệu ở dạng phoi

Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi làdập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thường s ≤ 4mm) hoặc có thể phải dập vớiphôi ở trạng thái nóng khi chiều dày phôi lớn

Ưu điểm của sản xuất dập tấm:

- Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản củathiết bị và khuôn.

- Có thể chế tạo những chi tiết phức tạp mà các phương pháp gia công kim loạikhác không thể chế tạo hoắc chế tạo khó khăn

- Độ chính xác của các chi tiết dập tấm tương đối cao

- Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loạikhông lớn

- Tiết kiệm nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hóa và tự động hóa do

đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm

- Hệ số sử dụng vật liệu của loại hình công nghệ này có thể đạt đến 80-90%,thậm chí có thể đạt 100% trong khi phương pháp gia công cơ khí thường chỉ đạtkhoảng 50- 60%

- Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành sản phẩm

- Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao

- Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu kim loại mà còn gia công những vậtliệu phi kim như: techtolit, hetinac, các loại chất dẻo

Nhược điểm của sản xuất dập tấm:

- Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản củathiết bị và khuôn

- Yêu cầu đội ngũ kỹ sư có trình độ chuyên môn cao

- Tính toán công nghệ tương đối phức tạp

1.1.2 Phân loại

Theo đặc điểm biến dạng của quá trình dập tấm, người ta chia thành 2 nhómchính :

- Biến dạng cắt vật liệu

- Biến dạng dẻo vật liệu

Biến dạng cắt vật liệu : Nhóm các nguyên công cắt vật liệu nhằm tách một phầnvật liệu này ra khỏi một phần vật liệu khác theo một đường bao khép kin hoặckhông khép kín và kim loại bị phá vỡ liên kết giữa các phần tử tại vùng cắt

Hình 1.1 Nguyên công đột lỗBiến dạng dẻo vật liệu : Nhóm các nguyên công biến dạng dẻo vật liệu nhằmthay đổi hình dạng, kích thước bề mặt của phôi để tạo ra các chi tiết có hìnhdạng, kích thước cần thiết nhờ tính dẻo của kim loại và không bị phá hủy tại vùngbiến dạng Trong đa số các trường hợp chiều dày vật liệu phôi hầu như khôngthay đổi hoặc thay đổi nhỏ nhưng không chủ định

Hình 1.2 Dập vuốt cốc trụ

1.1.3 Một số thiết bị, khuôn sử dụng trong dập tấm

Để dập tấm có thể dùng các máy ép cơ khí (chủ yếu là máy ép trục khuỷu) haymáy ép thuỷ lực

+ Khung thân kín, liên kết thép hàn cứng vững, tích hợp tự động hóa cao

=>khả năng tự động hóa thành dây chuyền, giảm ảnh hướng tới người laođộng

Hình 1.4 Máy ép thủy lực

Hình 1.5 Khuôn dập liên tục Hình 1.6 Khuôn phối hợp

- Trong dân dụng: các sản phẩm về khung cửa, bàn ghế, tủ các loại đồ dùng

dụng cụ gia đình như nồi, chảo,

- Công nghiệp ô tô: Khung xe, mui xe, cánh cửa, các loại ống xả, khung gầm,

- Công nghiệp hàng không: thân máy bay, cánh máy bay, các loại ống xả,

- Công nghiệp quốc phòng: vỏ xe bọc thép, súng, đầu đạn, tên lửa,

- Ngành y tế: các thiết bị y tế, dụng cụ y tế,

Hình 1.10 Tính thể tích trên NX

1.2.2 Phân tích và lựa chọn phương án công nghệ

Nguyên

công

Dập trên khuôn đơn Dập trên khuôn phối

Tốn thêm một nguyêncông từ quá trình cắthình tới dập tạo hình chitiết

Khuôn phối hợp

Sử dụng ít nguyên công,giảm sức lao động củacông nhân

Kết cấu khuôn phức tạp

Khuôn liên tục

Có thể sử dụng trong sảnxuất với số lượng lớn

Tính tự động hóa cao,nâng cao năng suất vàtăng mức độ cạnh tranhtrên thị trường

Chi tiết lớn nên khuôn

có kích thước lớn =>khó chế tạo, hệ số sửdụng vật liệu thấp

Lựa chọn phương án 1 dập tạo hình chi tiết trên khuôn đơn Vì chi tiết có kíchthước lớn nên cần khuôn lớn và máy lớn Các nguyên công cắt mép có thể thựchiện trên máy chuyên dụng

1.2.3 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết

Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết được thực hiện qua các bước sau :

Nguyên công 1 : Dải phôi được cắt thành nhiều tấm với biên dạng vuông bogóc

Nguyên công 2 : Dập tạo hình chi tiết với chiều sâu H = 200 mm

Nguyên công 3 : Dập tạo hình 2 gân dưới đáy

Nguyên công 4 : Cắt phần thừa vật liệu với khuôn cắt mép

2.1.1 Xác định kích thước và hình dạng của phôi

Trong quá trình dập chi tiết hình hộp cần phải tính khả năng cắt bỏ phần mép khôngđều của chiều cao Lượng dư để cắt mép ΔH = 10%H = 10%.200 = 20 mm

Chiều cao ban đầu H = H + ΔH = 200 + 20 = 220 mm0

Xác định các tỷ số

= = 1,67

.100 = 100 = 0,67 %

= = 8,8

Như vậy chi tiết không thể dập vuốt 1 lần

Xác định kích thước phôi theo phương pháp Vaintrauba

A0 = =

Trong đó : F = – 0,86 + 2 )(H - 0,43)0

= 500.300 – 0,86.25 + 2(500 + 300 – 0,86.25)(220 – 0,43.25)2 = 475264,75 mm2

RAo = = = 469,67 mm Lấy RAo=470mm

Xác định kích thước vật dập ở trước nguyên công cuối cùng

Để thuận lợi cho quá trình biến dạng ở lần dập cuối cùng, thì vật dập trước lần cuốicùng thường làm đáy vát 45 và bán kính lượn đáy r = (1620)s : 0

n-1

r = 16s = 16.2 = 32 mmn-1

Xác định kích thước vật dập ở các nguyên công trước

Hệ số dập vuốt của các nguyên công sau là : m =… = m = 0,750,86n-1 2

Hệ số dập vuốt ở nguyên công đầu là : m = 0,50,61

b, Kích thước làm việc chày, cối cắt mép

Kích thước làm việc của cối dập vuốt

+ L = 500 mm : chiều dài của chi tiếta

+ L = 300 mm : chiều rộng của chi tiếtb

+ ∆ = 0,1 mm : Dung sai sản phẩm

+ = 0,15∆ = 0,15.0,1 = 0,015 mm : Dung sai kích thước cối

+ = 0,15∆ = 0,15.0,1 = 0,015 mm : Dung sai kích thước chày

+ z = 0,2 mm : Khe hở chày cối

Vật liệu chế tạo: Để đảm bảo khả năng chịu mài mòn, chày và cối cắt được chế tạobằng thép SKD 11 (JIS G4404)

Chày cắt được ghép từ hai loại vật liệu khác nhau để tiết kiệm chi phí chế tạo

dựng mô hình 3D rất cần thiết Nó giúp hình dung ra tổng quan khuôn, giảm thiểu saisót trong khâu thiết kế và gia công, có thể tối ưu khuôn dễ dàng.

Chọn thiết bị cũng là một phần rất quan trọng, rất cần được chú ý

PHẦN II : CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH KIM LOẠI KHỐI

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH KHỐI1.1 CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI

Công nghê ™ tạo hình khối là mô ™t phần của công nghê ™ gia công kim loại bằng áp lực,nhờ tính dẻo của kim loại làm biến dạng phôi hoă ™c điền đầy kim loại vào lòng khuônhoă ™c làm kim loại chảy qua lỗ thoát của cốihoă ™c của chày để tạo ra chi tiết có hìnhdạng và kích thước theo yêu cầu

1.2 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI

1.2.1 Ưu điểm

cấu trúc tinh thể kim loại bị thay đổi (thường làm giảm độ hạt) và có thể tạo rahướng thớ kim loại phù hợp, do đó làm cho độ bền và độ cứng của chi tiết tăng lên

hàng loạt lớn và hàng khối Do đó hạ được giá thành sản phẩm

nhẹ hơn

có kích thước vô cùng lớn (khối lượng đến 500 tấn)

1.2.2 Nhược điểm

- Hầu hết các quá trình tạo hình đều được thực hiện với phôi ở trạng thái nóng, dovậy chất lượng bề mặt chi tiết thấp, độ chính xác không cao, khó khăn cho việc cơkhí hóa và tự động hóa quá trình sản xuất.

trường nóng, độc, khói bụi Khi làm việc, các thiết bị thường gây tiếng ồn lớn, ảnhhưởng đến sức khỏe của người lao động

khá phổi biến Khi đó độ nhẵn bóng bề mặt và độ chính xác chi tiết cao, không cầnqua gia công cơ, nhưng phương pháp này chỉ áp dụng được với những chi tiết nhỏ

và trung bình do lực công nghệ lớn

kết cấu phức tạp như đối với công nghệ đúc

hợp với sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối do phải đầu tư ban đầu lớn

Hình 1.1 Sản phẩm công nghệ dập khối

1.3 PHÂN LOẠI

Trên thực tế, công nghệ dập tạo hình khối được chia thành hai dạng công nghệ chính:rèn và dập khối (trong khuôn) như hình:

Hình 1.2 Phân loại công nghệ dập khối

● Chồn: Là nguyên công làm cho tiết diện ngang của phôi tăng lên, chiều cao giảmxuống

Hình 1.3 Nguyên công chồn

● Vuốt: Làm tăng chiều dài phôi bằng cách giảm diện tích tiết diện ngang của chi tiết

Hình 1.4 Nguyên công vuốt

● Uốn: Vuốt phôi thẳng thành phôi cong theo góc uốn cần thiết

Hình 1.5 Nguyên công uốn

● Dập thể tích trong khuôn hở : Đặc điểm cơ bản là sản phẩm có vành biên bao quanhchu vi của mặt phân khuôn Vành biên giúp kim loại điền đầy được lòng khuôn đồngthời chứa lượng dư kim loại

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý dập thể tích trong khuôn hở

● Dập thể tích trong khuôn kín : Đặc điểm dập trên khuôn kín không có vành biên,sản phẩm nằm gọn trong lòng khuôn sau khi dập

Lực yêu cầu để dập trong khuôn kín nhỏ hơn trong khuôn hở và chi tiết cũng có độchính xác cao hơn, chi tiết có thể không cần gia công cơ sau dập tuy nhiên tính toáncông nghệ phức tạp và khó thực hiện

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý dập thể tích trong khuôn kín

● Ép chảy: Đặc điểm của ép chảy khuôn có lỗ để kim loại thoát ra ngoài Có thể phânloại ép chảy ra làm 4 dạng: ép chảy xuôi, ép chảy ngược, ép chảy nghiêng và ép chảyhỗn hợp.

Hình 1.8 Sơ đồ ép chảy

1.4 MỘT SỐ THIẾT BỊ DẬP KHỐI

Trong công nghệ dập tạo hình khối, các thiết bị được sử dụng chủ yếu có thể kể đến như : Máy búa hơi nước – không khí nén, máy búa không khí nén, máy búa thủy lực, METK dập nóng, máy ép ma sát trục vít…

Đến nay do những thành tựu khoa học, kỹ thuật ngày càng cao, các nước công nghiệpphát triển đã chế tạo các thiết bị dập tạo hình cỡ lớn và hiện đại, các thiết bị phục vụcông nghệ dập thể tích khác như:

Dưới đây là một số thiết bị điển hình :

Hình 1.9 Máy búa thủy lực

Hình 1.9 Máy ép ma sát trục vít Hình 1.10 Máy búa không khí nén

Hình 1.11 Máy trục khuỷu dập nóng Hình 1.12 Máy trục khuỷu dập nóng 16500 T

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ QUY TRÌNH CÔNG

NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT

2.1 LẬP PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ

2.1.1 Bản vẽ chi tiết

Hình 2.1 Bản 2D chi tiết

Hình 2.2 Bản 3D chi tiết

2.1.2 Phân tích đánh giá chi tiết

Phân tích tính toán công nghệ và quy trình công nghệ sơ bộ

- Phương án 1: Đúc rồi gia công cơ;

- Phương án 2: Sử dụng phương pháp dập nóng rồi gia công cơ;

- Phương án 3: Hàn các khối thép nhỏ rồi gia công cơ

Phân tích phương án công nghệ:

Phương án 1:

- Ưu điểm: Kết cấu khuôn đơn giản, chi phí chế tạo khuôn nhỏ

- Nhược điểm: Cần nhiệt lượng lớn để nung nóng chảy phôi thép ban đầu, sản phẩmđúc dễ xuất hiện khuyết tật, tỉ lệ chi tiết phải loại bỏ cao cơ tính không tốt.Phương án 2:

- Ưu điểm: Sản phẩm có cơ tính cao, ít xuất hiện khuyết tật, năng suất cao phù hợpvới điều kiện sản xuất hàng loạt

- Nhược điểm: Bộ khuôn chế tạo phức tạp và có chi phí cao hơn khuôn đúc.Phương án 3:

- Ưu điểm: Không phải sử dụng khuôn, đơn giản, dễ thực hiện, chi phí thấp

- Nhược điểm: Sản phẩm tạo ra có hình dạng bị sai lệch lớn, cơ tính không tốt và cómẫu mã không đẹp tại vị trí các mỗi hàn.

Theo sự phân tích công nghệ kể trên quyết định chọn phương án 2 là phương án chếtạo sản phẩm

Quy trình công nghệ:

Cắt phôi – Nung phôi – Chồn – Dập tinh – Cắt vành biên – Đột lỗ – Kiểm tra

2.2 XÂY DỰNG BẢN VẼ VẬT DẬP VÀ CHỌN MẶT PHÂN KHUÔN

2.2.1 Xác định nhóm chính xác vật dập

Theo tiêu chuẩn ГOCT – 7505 – 55 tại trang 247 TL3 Thì ta có 4 nhóm cấp chínhxác của vật dập:

Nhóm 1: Những vật dập chính xác cao, sản xuất hàng khối được gia công cắt gọt trên

thiết bị và đồ gá chuyên dung

Nhóm 2: Những vật dập chính xác trung bình, sản xuất hàng loạt lớn, được gia công

cắt gọt trên máy vạn năng với đồ gá chuyên dùng (có thể bằng đồ gá vạn năng)

Nhóm 3: Những vật dập chính xác thấp, sản xuất hàng nhỏ được gia công cắt gọt trên

máy vạn năng

Nhóm 4: Những vật dập mà tại một số vị trí bộ phận của nó được tinh chỉnh phẳng

nguội độ chính xác cao hơn 3 nhóm trên

Như vậy xét đến chức năng làm việc của chi tiết thì sản phẩm sẽ thuộc nhóm

Ta có thể dựa vào 3 điều kiện sau để lựa chọn mặt phân khuôn :

Hình dáng hình học và kích thước của vật dập

Điều kiện điền đầy lòng khuôn.

Mặt phân khuôn phải nằm trong mặt phẳng chứa kích thước lớn nhất của vậtrèn

b, Xác định lượng dư gia công cơ

Sản phẩm sau quá trình dập thể tích sẽ được đem đi gia công cơ, chính vì vậy taphải thêm vào lượng dư gia công cho phôi để bù vào lượng gia công cơ

Hình 2.3 Thể tích của chi tiếtDựa vào phần mềm NX ta dễ dàng tính được thể tích của chi tiết là 566935 mm3Với vật liệu 18XГT, ta có khối lượng riêng γ = 7800 kg/ m3

Khối lượng của chi tiết G = V γ = 566935.10 7800 = 4,42 kgct -9

Xác định khối lượng vật dập : G = Gvd ct.Kp

Trong đó : G – khối lượng chi tiếtct

K = 1,5 – hệ số tính toán (phụ lục 3 – GOST 7505 89)p

Gvd = Gct.Kp = 4,42 1,5 = 6,63 kg

Dựa vào bảng 7.1 – 251 – Sách tra cứu rèn và dập khối Tập 1 ta tra được:

Lượng dư gia công cơ bản :

Theo đường kính 200 mm là 2,5 mm (mỗi bên) => Kích thước là 205 mmTheo đường kính 140 mm là 2,3 mm (mỗi bên) => Kích thước là 135,4 mmTheo chiều dày 40 mm là 2,1 mm (mỗi bên) => Kích thước là 44,2 mm

Theo chiều dày 16 mm là 2,1 mm (mỗi bên) => Kích thước là 20,2 mm

+ Góc nghiêng vật dập là 7

c, Dung sai kích thước vật dập

Tra bảng 7.2 sách Tra cứu rèn và dập khối tập 1

Chiều dài chu vi vật dập : L = d = 205 = 644,02 mm

Trên cơ sở chiều cao của cầu vành biên ra tra bảng 5.1/122.TL4 ta sẽ có các kích thướccủa vành biên như sau:

+ Vvb : thể tích của phôi điền đầy vành biên

+ S = 233 mm : diện tích thiết diện ngang trung bình của rãnh thoát biênr 2

+ L = 644,02 mm : chiều dài chu vi vật dập tính theo mặt phân khuôn tại trọng tâmthiết diện tính theo mặt phân khuôn tại trọng tâm thiết diện ngang rãnh thoát biên+ φ = 0,5 : là hệ số tính đến độ điền đầy rãnh thoát biên