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 NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ

NHÓM CHUYÊN MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC -o0o -

ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀCHẾ TẠO KHUÔN DẬP TẠO HÌNH

GIẢNG 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 đồán 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 DẬPCHI TIẾT

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẤM1.1.1 Khái niệm

Công nghệ tạo hình kim loại tấm là một phần của công nghệ gia công kim loạibằng áp lực nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạngvà kích thước mong muốn Đây là một loại hình công nghệ đang được ứng dụng rấtrộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong các lĩnh vực kỹthuật điện và điện tử, công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp hàng không, công nghiệpsản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp quốc phòng, thực phẩm, hóa chất, y tế…Sở dĩđược ứng dụng rộng rãi như vậy là do nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại hìnhcông nghệ khác: có thể cơ khí hóa và tự động hóa cao; năng suất cao, giá thành sảnphẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật liệu, đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo nguội làm chođộ 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 dođó 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 lỗ

Biến 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.

+ Thường là máy lớn, đa dạng về chủng loại và lực ép, hành trình lớn =>khảnăng gia công chi tiết lớn

+ 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 1.8 Sản phẩm xoong nồi

1.2 THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT1.2.1 Phân tích chi tiết

Hình 1.9 Hình vẽ sản phẩm 3D và mặt cắtSử dụng phần mềm NX ta xác định thể tích chi tiết V 902649 mm3

Hình 1.10 Tính thể tích trên NX

1.2.2 Phân tích và lựa chọn phương án công nghệ

Dập trên khuôn đơn Dập trên khuôn phốihợp

Dập trên khuôn liêntục

Nguyêncông 1

Nguyêncông 2

Nguyêncông 3

Nguyêncông 4

Nguyêncông 5

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 khuôncó 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 mmNguyên công 3 : Dập tạo hình 2 gân dưới đáy

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

KẾT LUẬN CHƯƠNG I :

- Với ứng dụng đa dạng và đơn giản dễ thực hiện đã cho thấy công nghệ tạo hìnhtấm tạo hình chi tiết đa dạng phù hợp cho ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo.- Sản phẩm được giao thiết kế có kích thước lớn phù hợp với khuôn đơn, sản xuất

hàng loạt nhỏ.

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUÔN DẬP

2.1 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH DẬP

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 mm0Xác 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

A0 = =825,64 mmLấy A = 826 mm0B0 = =

= = 724,9 mmLấy B = 725 mm0

Bán kính của phôi hình oval được xác định theo công thứcRBo = = = 339,56 mm Lấy R = 340 mmBoRAo = = = 469,67 mm Lấy RAo=470mm

Xác định kích thước vật dập ở trước nguyên công cuối cùngAn-1 = A – B + 2.R = A – B + 2.(0,71.B – 0,26r )nnbn-1nnneAn-1 = 500 – 300 + 2.(0,71.300 – 0,26.25) = 613 mm

Bn-1 =

Bn-1 = = 468,58 mm

Bán kính cong của tiết diện ovan được tính theo công thức :RBn-1 = 0,71B – 0,26r = 0,71.300 – 0,26.25 = 206,5 mmncRAn-1 = = = 400,3 mm

Chiều cao của vật dập trước nguyên công cuối cùng : H = 0,86.220 = 189,2 mmn-1

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-12Hệ số dập vuốt ở nguyên công đầu là : m = 0,50,61

A = A + B = 613 + 468,58 = 730,145 mmn-2n-1n-1 B = B + A = 468,58 + 613 = 621,83 mmn-2n-1n-1Bán kính cong của tiết diện ovan

RBn-2 = = = 286,26 mm RAn-2 = = = 424,55Chiều cao vật dập :

H = 0,86 H = 0,86.189,2 = 162,7 mmn-2n-1Bán kính góc lượn đáy :

b, Kích thước làm việc chày, cối cắt mép

Kích thước làm việc của cối dập vuốt

La cối = = (500 – 0,1)+0,015 = 499,9+0,015 mm

Lb cối = = (300 – 0,1)+0,015 = 299,9+0,015 mmKích thước làm việc chày dập vuốt :

+ = 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.

KẾT LUẬN CHƯƠNG II :

Qua việc tính toán nghiên cứu thiết kế khuôn dập đơn trong đồ án này, em nhậnthấy rằng công nghệ dập tạo hình kim loại tấm nói riêng và công nghệ gia công áp lựccó vai trò rất quan trọng, đặc biệt trong sản xuất công nghiệp, sản xuất các linh kiện,chi tiết với sản lượng lớn, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Việc thiết kế được một bộ khuôn này cần là tổng hợp từ rất nhiều kiến thức nhưtính toán kích thước chày cối, kết cấu khuôn, tiêu chuẩn chày cối, vật liệu, thiết bị…và nhiều kiến thức khác.

Việc thiết kế khuôn từ 3D trước rồi xuất sang 2D còn gặp nhiều khó khăn, vì chưađược học tập bài bản về phần mềm 3D về thiết kế khuôn, ví dụ như NX Xong xây

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 nhỏvà 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 CÔNGNGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT

2.1 LẬP PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ2.1.1 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.