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

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công và công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm băng hoặc dải để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN DẬP TẠO HÌNH

Giảng viên hướng dẫn : TS Đinh Văn Duy

Sinh viên thực hiện : Dương Văn Tỉnh

MSSV : 20195673 Lớp : CK04-K64

Hà Nội, 05/2023

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI – TRƯỜNG CƠ KHÍ

NCM Gia công áp lực

ĐỀ ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN DẬP TẠO HÌNH

Mã đề: (ĐAKHUON 07): Thiết kế quy trình công nghệ và khuôn để chế tạo chi tiết từ phôi tấm (hình 1), phôi dạng khối (hình 2) dưới đây:

Hình 1:

Vật liệu chi tiết: Al 99,8

Chiều dày chi tiết: 1,5 mm

Dạng sản xuất: Hàng loạt

Hình 2:

Vật liệu chi tiết: 18X

Dạng sản xuất: Hàng loạt

vừa

GVHD: TS Đinh Văn Duy

Sinh viên thực hiện: Dương Văn Tỉnh MSSV: 20195673 Ngày giao ĐA: //2023 Yêu cầu:

Thuyết minh: 30÷40 trang Trình bày theo quy định về trình bày ĐA Tốt nghiệp Bản vẽ: 01 bản A0 Quy trình công nghệ (QTCN) chế tạo chi tiết tấm, 01 bản A0 QTCN chế tạo chi tiết khối, 01 Bản vẽ lắp (Bản chung) của khuôn dập tấm, 01 Bản vẽ lắp của khuôn dập khối Tổng 04 bản vẽ A0 (Sinh viên có thể thiết kế nhiều hơn quy định)

MỤC LỤC

PHẦN A: ĐỒ ÁN TẤM CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

DẬP CHI TIẾT DẠNG TẤM

1.1 Tổng quan về công nghệ dập tạo hình tấm

1.1.1 Công nghệ tạo hình kim loại tấm

Công nghệ tạo hình kim loại tấm là một phần của công nghệ gia công kim loại bằng

áp lực nhằm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước như mong muốn Đây là một loại hình công nghệ đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong các lĩnh vực kỹ thuật điện và điện

tử, công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp hành không – vũ trụ, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp an ninh – quốc phòng, công nghiệp thực phẩm, hoá chất, y

tế, … Sở dĩ công nghệ này được ứng dụng rộng rãi như vậy là do nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại hình công nghệ khác như: nó có thể cơ khí hoá và tự động hoá cao

từ đó giúp nâng cao năng suất và hạ giá thành của sản phẩm, tiết kiệm được nguyên vật liệu và đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo nguội làm cho độ bền của chi tiết tăng lên giúp nâng cao cơ tính của sản phẩm, …

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công và công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm (băng hoặc dải) để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước theo yêu cầu với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật liệu và không có phế liệu ở dạng phôi

Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi là dập nguội) đối với những phôi có chiều dày nhỏ (thường s ≤ 4mm) hoặc có thể dập nóng đối với những phôi có chiều dày lớn

Ưu điểm

- Năng suất cao, do đó hạ giá thành sản phẩm, tiết kiệm thời gian sản xuất

- Sản phẩm có độ chính xác cao, tính lắp lẫn tốt

- Có khả năng tạo hình các chi tiết phức tạp

- Nâng cao cơ tính của sản phẩm

- Hệ số sử dụng vật liệu cao

Nhược điểm

- Vốn đầu tư ban đầu lớn, trang thiết bị đắt đỏ vì vậy chỉ thích hợp với gia công hàng loạt

- Yêu cầu đội ngũ kĩ sư lành nghề, có trình độ cao

- Tính toán công nghệ phức tạp

1.1.2 Phân loại

Dựa vào đặc điểm biến dạng

- Biến dạng cắt vật liệu: tách một phần vật liệu này ra khỏi một phần vật liệu khác theo một đường bao khép kín hoặc không khép kín, kim loại bị phá vỡ liên kết giữa các phần

tử (phá huỷ) tại vùng cắt

Hình 1.1: Nguyên công đột lỗ

Hình 1.2: Sản phẩm của nguyên công đột lỗ cắt hình

- Biến dạng dẻo vật liệu: thay đổi hình dạng và kích thước bề mặt của phôi bằng cách phân phối lại và chuyển dịch thể tích kim loại để tạo ra các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết nhờ tính dẻo của kim loại và không bị phá huỷ tại vùng biến dạng

Hình 1.3: Nguyên công dập vuốt

Hình 1.4: Sản phẩm gia công dập vuốt

Dựa vào cách thức tạo hình sản phẩm

Hình 1.5: Phân loại dập tấm theo cách thức tạo hình sản phẩm

1.1.3 Một số thiết bị tạo hình kim loại tấm

Trong công nghệ dập tạo hình kim loại tấm, các thiết bị máy móc thường được sử dụng bao gồm: máy ép trục khuỷu, máy ép thuỷ lực, máy cắt pha dải, máy đột dập CNC, máy uốn, …

a) Máy ép trục khuỷu

Hình 1.6: Máy ép trục khuỷu

- Máy ép trục khuỷu vạn năng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp xây dựng, công nghiệp chế tạo máy và dụng cụ, …

- Đặc điểm của máy ép trục khuỷu:

Ưu điểm:

- Sử dụng máy và kết cấu máy đơn giản

- Chế tạo được các chi tiết có hình dạng phức tạp, chất lượng bề mặt chi tiết cao mà không cần gia công cắt gọt

- Năng suất máy cao, xưởng không ổn, sạch sẽ, nền móng ít bị rung động như máy búa

Nhược điểm:

- Lực ép danh nghĩa của máy không được tăng quá lớn như máy ép thuỷ lực vì như vậy sẽ làm cho kích thước của máy rất lớn

- Ít vạn năng trong nguyên công dập thể tích, không thực hiện được các nguyên công dập vuốt, ép tụ

- Đầu trượt có thể bị kẹt ở điểm chết dưới

b) Máy ép thuỷ lực

Hình 1.7: Máy ép thuỷ lực

- Máy ép thuỷ lực làm việc theo nguyên lý dựa trên cơ sở của định luật Pascal Ở dạng tổng quan nhất thì máy ép gồm có 2 khoang: xi lanh có pittong và các đường nối ống Nếu đặt một lực P1 vào pittong 1, thì nó sẽ tạo ra áp suất Theo định luật Pascal thì áp suất p được truyền tới tất cả các điểm của thể tích chất lỏng và do có hướng vuông góc với mặt đáy của pittong 2, nó sẽ tạo ra áp lực , và lực này gây áp suất lên phôi

- Dựa trên cơ sở định luật Pascal ta có:

(Diện tích f2 gấp diện tích f1 bao nhiêu lần thì lực P2 gấp lực P1 bấy nhiêu lần) c) Máy cắt pha dải

Hình 1.8: Máy cắt pha dải d) Máy đột dập CNC

Hình 1.9: Máy đột dập CNC

1.1.4 Một số sản phẩm điển hình của dập tấm

Công nghệ dập tạo hình kim loại tấm được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống:

- Công nghiệp sản xuất ô tô: khung xe, mui xe, ống xả, …

- Công nghiệp an ninh – quốc phòng: vỏ đạn, vỏ xe bọc thép, …

- Công nghiệp điện – điện tử: tủ điện, các chân cắm, …

- Đồ dùng dân dụng: nồi, xoong, chảo, thìa, dĩa, …

- Công nghiệp hàng không – vũ trụ: vỏ máy bay, vỏ tên lửa, …

Hình 1.10: Khung xe ô tô

Hình 1.11: Vỏ đạn

Hình 1.12: Tủ điện

Hình 1.13: Các sản phẩm dân dụng

Hình 1.14: Vỏ máy bay

1.2 Thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết tấm

1.2.1 Phân tích chi tiết

- Vật liệu của chi tiết: Al 99,8 ;

- Chiều dày của chi tiết: S = 1,5 mm

Hình 1.15: Chi tiết tấm 2D và 3D

1.2.2 Phân tích và lựa chọn phương án công nghệ

a Thân nồi

Phương án 1: Sử dụng khuôn đơn: Cắt Hình Dập vuốt Đột lỗ ngang Hình ảnh

Ưu điểm: khuôn đơn thiết kế, chế tạo không quá phức tạp, nhanh gọn.

Nhược điểm: Do sử dụng khuôn đơn nên cần phải có nhiều khuôn, cùng với đó là nhiều máy móc, thiết bị vì vậy năng suất sẽ thấp và chi phí tốn kém

Phương án 2: Cắt hình kết hợp dập vuốt đột lỗ

Hình ảnh

Ưu điểm: Việc sử dụng khuôn phối hợp sẽ giúp giảm bớt được các nguyên công, đồng thời hạn chế được số lượng khuôn cần dùng mà việc chế tạo khuôn cũng không quá phức tạp, phù hợp với việc sản xuất hàng loạt

Nhược điểm: Do kết hợp nhiều nguyên công trên cùng một khuôn nên tuổi thọ của khuôn

sẽ không cao Hơn nữa nếu 1 nguyên công trong khuôn bị hỏng thì cần phải thay thế cả một bộ khuôn

Với yêu cầu sản xuất hàng loạt và dựa theo phân tích của 2 phương án đã nêu trên thì ta chọn gia công chi tiết theo phương án 2 (sử dụng khuôn phôi hợp)

b Vung nồi

Phương án 1: sử dụng khuôn đơn: dập vuốt (nông) đột lỗ

hình ảnh

Ưu điểm: khuôn đơn thiết kế, chế tạo không quá phức tạp, nhanh gọn

Nhược điểm: Do sử dụng khuôn đơn nên cần phải có nhiều khuôn, cùng với đó là nhiều máy móc, thiết bị vì vậy năng suất sẽ thấp và chi phí tốn kém

Phương án 2: sử dụng khuôn phối hợp Dập vuốt (nông) kết hợp đột lỗ

hình ảnh

Ưu điểm: Việc sử dụng khuôn phối hợp sẽ giúp giảm bớt được các nguyên công, đồng thời hạn chế được số lượng khuôn cần dùng mà việc chế tạo khuôn cũng không quá phức tạp, phù hợp với việc sản xuất hàng loạt

Nhược điểm: Do kết hợp nhiều nguyên công trên cùng một khuôn nên tuổi thọ của khuôn

sẽ không cao Hơn nữa nếu 1 nguyên công trong khuôn bị hỏng thì cần phải thay thế cả một bộ khuôn

Với yêu cầu sản xuất hàng loạt và dựa theo phân tích của 2 phương án đã nêu trên thì ta chọn gia công chi tiết theo phương án 2 (sử dụng khuôn phối hợp)

c Quai nồi

hình ảnh

Uốn ép dẹp đầu, đục lỗ uốn

d Quai vung nồi

hình ảnh

Uốn 2 bước ép dẹt đầu, đục lỗ

1.2.3 Tính phôi, chọn loại phôi chi tiết thân nồi

1 2 1 8 4 2

D

1.2.4 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết thân nồi

- Bước 1: Cắt dải phôi cuộn

Chọn phôi cuộn có chiều rộng 417 mm, chiều dài 1500 m

- Bước 2: Cắt hình trên khuôn đơn:

Kích thước cắt: 411mm.

Khoảng cách giữa 2 phôi cắt: 2,4mm

Khoảng cách từ mép phôi cắt đến mép phôi cuộn:

Tổng diện tích đột trên 1 sản phẩm: (đột 4 lỗ sau khi dập vuốt để gắn quai nồi) Vậy hệ số sử dụng vật liệu là:

2

411

2,4 411 6 411

- Bước 3: Dập vuốt trên khuôn đơn:

- Bước 4: Đột 4 lỗ ngang 6

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUÔN DẬP

TẠO HÌNH CHI TIẾT TẤM

2.1 Tính toán các thông số công nghệ:

2.1.1 Cơ sở lí thuyết:

a Cắt hình và đột lỗ bằng khuôn:

Cắt hình và đột lỗ là những nguyên công được sử dụng để tạo ra các chi tiết phẳng

từ các phôi tấm, dải hoặc băng và cũng có thể để cắt phôi cho các nguyên công uốn, dập vuốt và tạo hình

- Khe hở :

Là khe hở giữa chày và cối khi cắt hình hoặc đột lỗ Khe hở nhỏ thì các chi tiết được cắt

ra có kích thước chính xác hơn, phẳng và không cần nắn lại; tuy nhiên nó làm tăng sự tập trung ứng xuất pháp ở các mép làm việc của chày và cối khiến các mép sắc nhanh bị cùn, dẫn tới giảm độ cứng vững và tuổi thọ của khuôn

Khe hở hợp lí thì các vết nứt xuất hiện từ mép chày và mép cối sẽ gặp nhau theo đường thẳng Nếu khe hở quá nhỏ thì các vết nứt sẽ không gặp nhau, còn trong trường hợp khe

hở qua lớn sẽ xuất hiện ba via

Nguyên tắc lấy khe hở :

Khi cắt hình: lấy khe hở bằng cách giảm kích thước của chày, kích thước cối lấy bằng kích thước giới hạn nhỏ nhất của chi tiết

Khi đột lỗ: khe hở được lấy về phía cối (tăng kích thước của cối), kích thước chày lấy bằng kích thước giới hạn lớn nhất của lỗ

Với chiều dày chi tiết , khe hở một phía được tính theo công thức:

Trong đó:

: Khe hở một phía giữa chày và cối

: Chiều dày vật liệu

: Ứng suất cắt của vật liệu

Với chiều dày chi tiết , khe hở một phía được tính theo công thức:

Khi vận tốc của máy lớn (>120 nhát/phút) cần phải tăng trị số khe hở do giãn nở nhiệt do ma sát

- Kích thước làm việc của chày và cối:

Khi đột lỗ, kích thước chày lấy theo kích thước danh nghĩa của phôi Kích thước cối được lấy theo chày:

Khi cắt hình, kích thước cối lấy theo kích thước danh nghĩa của chi tiết Kích thước chày được lấy theo cối:

- Lực cắt và công biến dạng:

Lực cắt:

Trong đó:

: Chu vi cắt (mm)

: Chiều dày vật liệu (mm)

: Trở lực cắt của vật liệu

: Hệ số kể đến các yếu tổ ảnh hưởng khác

Lực đẩy – gỡ sản phẩm và phế liệu:

Lực đẩy:

Lực gỡ:

Trong đó:

: Số chi tiết nằm trong cối

: Chiều cao phần làm việc của cối

Công biến dạng:

Hoặc:

: Phụ thuộc vào chiều dày, loại vật liệu và độ cứng

b Dập vuốt