❖ Một số mô hình nghiên cứu của nước ngoài: - Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xiên của bề mặt khuôn đến chất lượng sản phẩm của khuôn dập vuốt sâu [1]: Nghiên cứu trên thực hiên mô phỏng qu
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Các quốc gia hàng đầu như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc đã tiên phong trong việc áp dụng những thành tựu công nghệ vào nhiều ngành, đặc biệt là trong sản xuất khuôn mẫu Họ đã xây dựng các cơ sở sản xuất hiện đại với các dịch vụ như thiết kế và sản xuất khuôn dập nóng, khuôn dập lạnh, khuôn đúc chịu lực và khuôn tự động hóa Các công ty này cũng cung cấp dịch vụ nhiệt luyện cho các nhà sản xuất khuôn khác và phát triển các bộ phận tiêu chuẩn như khối khuôn, thanh dẫn hướng, trụ dẫn hướng, cao su ép và bộ phận đế khuôn, tất cả đều tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng và độ chính xác cao Hơn nữa, họ còn triển khai các phần mềm chuyên biệt như CAE, CAD và CAM để tối ưu hóa quy trình sản xuất, áp dụng máy CNC để cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm, từ đó có thể xuất khẩu ra toàn cầu
❖ Một số mô hình nghiên cứu của nước ngoài:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xiên của bề mặt khuôn đến chất lượng sản phẩm của khuôn dập vuốt sâu [1]: Nghiên cứu trên thực hiên mô phỏng quá trình dập vuốt chi tiết để khảo sát ảnh hưởng từ các góc nghiêng khác nhau của tấm cối so với lực kẹp của tấm chạy, với các góc độ khảo sát lần lượt là
0 , 5 , 10 , 15 o o o o Kết quả thu được lực giữ phôi của tấm chạy giảm từ 3000N xuống 600N khi góc nghiêng của bề mặt cối tăng từ 0 o lên 15 o Lực giữ phôi là một hằng số khi góc nghiêng lớn hơn hoặc bằng 5 o Với góc nghiêng là
0 o thì độ dày của chi tiết ít biến đổi nhất, tuy nhiên, khả năng dẻo và chất lượng bề mặt của sản phẩm mô phỏng kém và lực kẹp phôi lớn nhất là 3000N
Do đó, góc xiên của bề mặt khuôn 15 o là trường hợp phù hợp nhất để sử dụng cho bản vẽ khuôn lận vuốt kim loại tấm
- Sản xuất khuôn mẫu [2]: Bài báo trên đã nêu lên tầm quan trọng và công dụng của khuôn trong việc sản xuất các linh kiện chính xác Các công nghệ ngày nay được áp dụng trong việc thiết kế, chế tạo khuôn mẫu Trong đó có các công nghệ nổi bật như in 3D, phay tốc độ cao, cắt dây EDM, gia công cơ,…Tiêu chuẩn hóa các quy trình trong thiết kế và chế tạo khuôn để giảm thời gian và chi phí Từ các yếu tố trên ngành thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có thể đứng vững trên thị trường
- Khảo sát độ dày tấm và lực đột trong phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc cạnh bề mặt khuôn [3]:
Trong nghiên cứu này, quy trình thiết kế khuôn lận vuốt của vật liệu kim loại tấm DIN EN 10130 – 1999 dày 0,9 mm được thực hiện bằng phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc cạnh bề mặt khuôn Các thí nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng mảng trực giao L18 trong thiết kế thí nghiệm Taguchi Các thông số góc bề mặt khuôn, bán kính góc bo tấm chày, bán kính góc bo tấm cối, áp suất khi dập và điều khiển lực giữ phôi của tấm chạy được sử dụng làm tham số quy trình Trong các kết quả phân tích thực nghiệm và số học, ảnh hưởng của các thông số quy trình đến lực dập của tấm chạy và kết quả thay đổi độ dày kim loại tấm đã được kiểm tra Ngoài ra, các mức tham số quy trình tối ưu được xác định bằng cách tính đến tỷ lệ S/N và kết quả phân tích phương sai ANOVA để xác định độ dày thành danh nghĩa của thành tấm kim loại tấm và lực đục lỗ tối thiểu Đánh giá chung của nghiên cứu:
+ Độ mỏng tối đa của giá trị độ dày kim loại tấm là 15% và độ dày tối đa là 10%
+ Với việc tăng tham số góc bề mặt khuôn lên tới 12,5 o , độ mỏng của chi tiết cũng tăng lên Tuy nhiên, với mức tăng sau 12,5 o , độ dày chi tiết tăng lên
+ Các góc bề mặt khuôn nằm giữa 12,5 o và 15 o độ dày của chi tiết là một giá trị danh nghĩa
+ Với sự gia tăng bán kính cối, sự thay đổi độ dày chi tiết là một giá trị danh nghĩa
+ Khi giá trị bán kính chày tăng lên tới 8 mm, độ dày chi tiết sẽ đạt đến giá trị danh nghĩa Tuy nhiên, trong trường hợp bán kính mũi đột vượt quá 8 mm, giá trị danh nghĩa sẽ bị chuyển đi
+ Áp suất khi dập đạt gần giá trị danh định ở mức 8 MPa
+ Mức tối ưu cho tham số lực giữ phôi của tấm chạy là FBH X82,78N + Lực dập tăng khi góc bề mặt khuôn tăng
+ Lực đột giảm cho đến khi bán kính cối tăng đến 8 mm, sau đó tăng lên khi bán kính cối lớn hơn 8
+ Khi bán kính chày tăng thì lực dập cũng tăng
+ Lực dập tăng cho đến khi áp suất đạt 8 MPa, nhưng giảm khi áp suất tăng trên giá trị 8 MPa
- Tỷ lệ kéo giới hạn trong phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc cạnh khuôn [4]: Trong nghiên cứu này, họ đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số trên chày cối đến tỉ lệ kéo giới hạn trong phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc cạnh bề mặt khuôn Ảnh hưởng của góc, bán kính góc bo của chày cối, lực giữ phôi của tấm chạy và áp suất khuôn lên tỷ lệ kéo giới hạn (β) đã được phân tích bằng thực nghiệm và bằng số Các kết quả chung rút ra từ nghiên cứu trên là:
+ Khi góc khuôn tăng lên tới 12,5 o , xác định được tỷ lệ kéo giới hạn tăng lên tới β = 2,6 và giảm sau giá trị này
+ Tỉ lệ kéo giới hạn tăng khi bán kính chày tăng
+ Khi bán kính khuôn được tăng lên đến R8 mm, người ta quan sát thấy tỷ lệ kéo giới hạn tăng lên và sau giá trị này, tỷ lệ này giảm xuống
+ Thông số áp suất khi dập cho tỷ số vẽ giới hạn tốt nhất ở mức 8 MPa + Tỉ lệ kéo giới hạn tăng khi lực giữ phôi của tấm chạy tăng lên đến một giá trị nhất định nhưng giảm ở giá trị cao hơn Người ta nhận thấy rằng giá trị ảnh hưởng lớn nhất của thông số này lên giới hạn kéo là 5882,72 N + Theo kết quả phân tích thực nghiệm và số, người ta xác định rằng phương pháp dập vuốt sâu thủy cơ góc khuôn được sử dụng trong nghiên cứu này có hiệu quả trên tỷ lệ kéo giới hạn và khi chọn được các thông số tối ưu thì giá trị này có thể tăng lên đến 2,6
- Mô hình FE phi tuyến 3D và tối ưu hóa quy trình hydroforming [5]: Nghiên cứu này đi sâu vào quy trình hydroforming (CDSHF) cho hợp kim nhôm AA5083 cán nguội có độ bền cao, tập trung vào hai câu hỏi nghiên cứu chính Đầu tiên, họ khám phá việc sử dụng mô hình phần tử hữu hạn phi tuyến 3D (Finite Element) tính để hiểu tác động của nó đến độ chính xác về chiều của các thành phần được tạo hình bằng hydro trong quy trình CDSHF Cụ thể, họ đã nghiên cứu cách đánh giá định lượng việc giảm áp suất chất lỏng và tăng thời gian duy trì áp suất chất lỏng cực đại
Thứ hai, họ đi sâu vào việc tối ưu hóa các thông số quy trình-áp suất chất lỏng (FP), lực giữ phôi của tấm chạy (BHF), hệ số ma sát (CoF) và bán kính mặt bích (FR)để đạt được độ chính xác về kích thước trong lòng chi tiết định hình hydro thông qua quy trình CDSHF Họ có những phát hiện mới chẳng hạn như giảm áp suất chất lỏng tối đa xuống 22 MPa, thực hiện thời gian giữ 30 giây và sử dụng đường dẫn dỡ tải, đã nâng cao chất lượng thành phần Họ đã chứng minh điều này bằng chi tiết lận vuốt sâu hình vuông 35 mm có bán kính góc 16,1 mm và giảm độ mỏng của vật liệu xuống 5,5%
Tận dụng mô hình 3D FE phi tuyến tinh vi kết hợp với phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) và các kỹ thuật tối ưu hóa đa mục tiêu, Nghiên cứu đã xác định một cách có hệ thống các cấu hình quy trình tối ưu, tính đến các tương tác tham số Kết quả của họ nhấn mạnh hiệu quả định lượng của các chiến lược tối ưu hóa này, vì mô hình RSM được tối ưu hóa rất phù hợp với kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn (FE), dự đoán tỷ lệ mỏng là 5,27 và bán kính góc là 18,64 mm Nhìn chung, nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết sâu sắc có giá trị về việc nâng cao độ chính xác về chiều và tối ưu hóa quy trình trong CDSHF, với ý nghĩa sâu rộng trong việc thúc đẩy các công nghệ tạo hình kim loại
- Tối ưu hóa thực nghiệm và số hóa các thông số quy trình dập vuốt sâu cho thiết kế hộp đựng y tế hình vuông bằng phương pháp Taguchi [6]:
Nghiên cứu này đã xác định các yếu tố thiết kế của hộp đựng y tế hình vuông và kiểm chứng bằng thực nghiệm quá trình dạp vuốt sâu được mô hình hóa trên phần mềm Abaqus/Explicit phần tử hữu hạn (FE) Phương pháp thống kê Taguchi được sử dụng để giảm số lượng thí nghiệm Lực giữ phôi của tấm chạy (BHF), bán kính chày (RP), bán kính cối (RD), hệ số ma sỏt giữa cối và phụi (àDB), hệ số ma sỏt giữa chày và phụi (àPB), hệ số ma sỏt giữa chày và phụi (àHB) ) làm hệ số thay đổi trong khi chọn mức giảm độ dày (TR) và lực dập tối đa (PF) được chọn làm tham số đầu ra Ảnh hưởng của các yếu tố thay đổi đến các thông số đầu ra được xác định bằng phân tích ANOVA Kết quả của các cuộc kiểm tra đã xác định rằng TR và
PF tăng khi cỏc giỏ trị BHF, àDB và àHB tăng, trong khi chỳng giảm khi
Tính cấp thiết của đề tài
Cơ khí là một trong những ngành công nghiệp có lịch sử lâu đời ở nước ta Ban đầu nó được biểu hiện dưới dạng các nghề thủ công tạo ra công cụ sản xuất, binh khí… phục vụ công cuộc xây dựng, phát triển và gìn giữ đất nước
Dưới thời Pháp thuộc, tuy nghề này đã được phát triển mạnh, nhưng chưa thể trở thành một ngành theo đúng nghĩa là ngành Cơ khí Phải đến năm 1958, khi Nhà máy Cơ khí Trần Hưng Đạo được xây dựng, thì nền móng ngành công nghiệp cơ khí mới được nhen nhóm
Tuy nhiên, trong những năm gần đây ngành sản xuất cơ khí Việt Nam đang ngày càng tụt hậu so với các mốc và nhu cầu phát triển của đất nước Doanh nghiệp cơ khí trong nước hiện nay đang phải đương đầu với nhiều thách thức, sức cạnh tranh yếu hơn so với doanh nghiệp cơ khí các nước trong khu vực và trên thế giới Một trong những ngành đó là sản xuất các chi tiết phụ tùng ô tô, xe máy…với số lượng hàng loạt
Trước thực tiễn nêu trên, để đáp ứng nhu cầu sử dụng của xã hội nói chung và các ngành cơ khí nói riêng, với sự cho phép của Khoa Cơ Khí Máy, giáo viên hướng dẫn và được yêu cầu từ Công Ty Cổ Phần Công Nghiệp Chính Xác Việt Nam (VPIC), chúng tôi xin thiết kế, chế tạo khuôn dập tạo sản phẩm charging port support tại công ty VPIC làm đề tài tốt nghiệp.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Khuôn dập nguội đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất Dưới đây là một số tác dụng của việc chế tạo khuôn dập nguội:
Chính xác: Khuôn dập nguội phải được thiết kế cẩn thận để đảm bảo sản phẩm cuối cùng chính xác và đúng kích thước Bất kỳ sai số hay khuyết điểm nào trong thiết kế khuôn dập sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm Độ bền và độ tin cậy: Khuôn dập nguội thường phải chịu rất nhiều lực và nhiệt độ cao trong quá trình sử dụng Do đó, thiết kế khuôn dập nguội phải được tối ưu hóa để đảm bảo khuôn có thể chịu được áp lực và nhiệt độ Chất liệu được sử dụng để chế tạo khuôn cũng rất quan trọng để đảm bảo độ bền cao
Hiệu suất: Một khuôn dập tốt sẽ tăng hiệu suất sản xuất và giảm thời gian cần thiết để sản xuất một bộ phận Thiết kế khuôn dập nguội phải tối ưu hóa quá trình dập để đảm bảo tối đa hóa năng suất và giảm thiểu thời gian chết
Tóm lại, việc chế tạo khuôn dập nguội đóng góp quan trọng vào chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng trong ngành công nghiệp.
Mục tiêu nghiên cứu đề tài
• Đề xuất các phương án chế tạo khuôn dập nguội
• Tính toán thiết kế khuôn dập nguội
• Chế tạo, chạy thử khuôn dập nguội
• Vận hành thực tế và cải tiến khuôn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Tính toán thiết kế khuôn dập nguội
• Vận hành và sửa chữa phương án thực nghiệm của khuôn.
Phương pháp nghiên cứu
1.6.1 Cơ sở phương pháp luận
• Dựa vào nhu cầu chế tạo các chi tiết ô tô, xe máy ngày càng nhiều
• Dựa vào khả năng công nghệ có thể chế tạo khuôn một cách hiệu quả
• Cơ sở lý thuyết về khuôn dập nguội
1.6.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• Tiến hành tìm hiểu, thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài như sách, video, tạp chí
• Khảo sát thực tế ở công ty
• Nghiên cứu tài liệu và xử lý số liệu
• Tính toán, thiết kế khuôn
• Lắp ghép, chế tạo và chạy thử nghiệm khuôn
• Vận hành khuôn thực tế, và ghi nhận ưu và nhược điểm của khuôn.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
• Chương 2 Cơ sở lý thuyết
• Chương 3 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
• Chương 4 Tính toán – thiết kế khuôn dập
• Chương 5 Chế tạo, lắp ráp khuôn dập và thử nghiệm
Vật liệu
2.1.1 Vật liệu làm khuôn dập tấm
Một số loại vật liệu hay dùng làm khuôn: SKD11, S50C, S45C,…và một số vật liệu theo tiêu chuẩn JIS:
- Vật liệu DC53 (tức SKD11 cải tân) Đặc trưng: độ cứng cao, chịu mài mòn, thích hợp với tôi ở nhiệt độ cao, tính gia công, mài và cắt dây tốt
Chuyên dụng: Khuôn dập nguội, khuôn đúc áp lực sản xuất hàng loạt, khuôn đòi hỏi độ chính xác cao
- Vật liệu DCII (tức tên gọi mới của SKD11) Đặc trưng: tính chịu mài mòn tốt, độ giãn kích thước sau khi tôi thấp
Chuyên dụng: khuôn dập nguội sản xuất hàng loạt
- Vật liệu DCX Đặc trưng: tính gia công, hàn sửa khuôn tốt
Chuyên dụng: dùng cho các loại khuôn dập hàng trung, sản xuất số lượng ít
- Vật liệu DC3 Đặc trưng: còn gọi thép hóa cứng dưới hơi lạnh Tính chịu mài mòn rất cao
Chuyên dụng: thường được dùng làm con lăn trong máy cán sắt, khuôn dập nguội số lượng nhỏ
- Vật liệu GOA (tức tên gọi mới của SKS3) Đặc trưng: tính tôi, chịu mài mòn tốt
Chuyên dụng: dùng làm khuôn dập
- Vật liệu GO5 Đặc trưng: còn gọi là thép chuyên dụng làm khung, lòng khuôn, tính tôi cao Chuyên dụng: dùng làm cối, chày, khuôn dập cắt (blanking)
- Vật liệu GO4 Đặc trưng: tính tôi tốt, độ biến dạng sau tôi thấp
Chuyên dụng: làm khuôn chính xác cao, các loại khuôn cần độ vát tháo khuôn lớn
- Vật liệu CX1 Đặc trưng: độ cứng 50 HRC, độ biến dạng sau xử lý nhiệt thấp
Chuyên dụng: các loại khuôn dập chi tiết có thành mỏng, các chi tiết bộ phận trong khuôn kim loại
- Vật liệu GO40F Đặc trưng: độ cứng 40HRC, tính gia công tốt
Chuyên dụng: dùng làm các loại khuôn đơn giản
- Vật liệu YK30 (tức tên mới của SKS93) Đặc trưng: thép thích hợp với tôi dầu, dễ xử lý nhiệt
Chuyên dụng: dùng sản xuất các loại khuôn dập nhỏ, số lượng ít Dùng làm Jig (đồ gá)
- Vật liệu SLD-MAGIC/SLD cải tiến (SLD còn gọi là SKD61) Đặc trưng: Vật liệu mới nghiên cứu, không cần tôi tháp khuôn sau gia công, độ cứng, dai cao, tính gia công cao, thích hợp với gia công cao tốc, tính chịu mài mòn, va đập cao Khuôn bằng SLD-MAGIC có thể sản xuất đến 300.000 shot mới cần tu sửa khuôn Thành phần vật liệu không được công khai vì HITACHI METAL đang xin bản quyền
Chuyên dụng: làm tất cả các loại khuôn từ dập nguội đến Dic-casting
2.1.2 Vật liệu chế tạo khuôn dập nóng, khuôn dập đúc áp lực
- Vật liệu DHA1 (tên mới của SKD61 cải tiến)
Chuyên dụng: làm khuôn đúc, khuôn đùn, khuôn dập nóng
- Vật liệu DH31-S Đặc trưng: tính tôi và chịu nhiệt cao, cường độ cao, ứng chịu mài mòn cao, nếu dùng phương pháp HIT và AHIT để xử lý nhiệt thì tuổi thọ của khuôn sẽ rất cao
Chuyên dụng: làm khuôn đúc áp lực cao tính năng, khuôn đúc áp lực loại lớn, khuôn dập nóng loại lớn
- Vật liệu DHA (tên mới của DKD61 cải tiến) Đặc trưng: tính tôi cao, độ biến dạng sau xử lý nhiệt thấp, tính chống nứt (heat checking) tốt
Chuyên dụng: khuôn đúc, khuôn dập nóng
- Vật liệu DH2F Đặc trưng: độ cứng 40 HRC
Chuyên dụng: làm khuôn đúc, khuôn đúc nhựa, các loại chốt trong khuôn
- Vật liệu DH62 (tên gọi mới của SKD62) Đặc trưng: độ kháng mềm cao tính chịu mài mòn tốt
Chuyên dụng: khuôn dập nóng, khuôn đùn
- Vật liệu DH32 Đặc trưng: chuyên dùng làm khuôn chịu được lực va đập, cao tốc, nhiệt độ cao, thích hợp với các loại khuôn dập nóng, khuôn rèn cao tốc
- Vật liệu DFA (tên gọi mới của SKT4 cải tiến) Đặc trưng: tính chịu va đập cao
Chuyên dụng: khuôn rèn, khuôn đùn, bua máy
2.1.3 Chọn vật liệu làm khuôn
Với các chi tiết như đế khuôn, tấm gá, gối đỡ, bu lông,…ta sử dụng các loại thép (cacbon) thông thường hoặc một số loại hợp kim có tính bền nhất định chịu tải trọng tốt và đảm bảo độ cứng vững tốt tuy không quá cao: CT38, S45C,… Riêng đối với lòng và lõi khuôn, vì điều kiện làm việc khắc nghiệt nên cần lựa chọn vật liệu tốt Thông thường lựa chọn thép JIS SKD61 là loại thép chuyên dụng chế tạo lòng khuôn đúc, khuôn dập nóng Khi làm khuôn ta luôn phải định hướng và lựa chọn vật liệu làm khuôn sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của khuôn:
+ Cơ tính vượt trội so với thép cacbon thông thường, đặc biệt là loại thép chuyên dụng cho dập nóng, có khả năng nhiệt luyện để cải thiện tính chất đáng kể + Độ cứng nóng cao, chịu được nhiệt độ cao trong thời gian dài
+ Khả năng chống mài mòn rất tốt
2.1.4 Nhiệt luyện các chi tiết khuôn dập tạo hình a Khái niệm về nhiệt luyện
- Là khâu quan trọng không thể thiếu trong các nhà máy cơ khí
- Hầu hết các chi tiết máy đều phải qua khâu nhiệt luyện (các chi tiết qua quá trình nhiệt luyện ở ôtô, máy kéo là 7080%; máy công cụ 6070%; tất cả các dụng cụ cơ khí như panme, thước kẹp đều qua nhiệt luyện) Các chi tiết chính của khuôn cần thiết phải nhiệt luyện
- Tác dụng: tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu
- Bản chất của nhiệt luyện kim loại: Là làm thay đổi tính chất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu Một quy trình nhiệt luyện bao gồm ba giai đoạn: nung, giữ nhiệt, làm nguội Khi nung, tổ chức vật liệu sẽ thay đổi theo nhiệt độ, tùy thời điểm nâng, hạ nhiệt với các tốc độ khác nhau mà nhiệt luyện với các phương pháp khác nhau sẽ cho ra tính chất vật liệu mong muốn
+ Nhiệt độ nung: là nhiệt độ lớn nhất phải đạt được
+ Thời gian giữ: là thời gian giữ nhiệt độ nung, đóng vai trò quan trọng + Vận tốc làm nguội: độ giảm của nhiệt độ trên đơn vị thời gian ( o C/s) b Nhiệt luyện các chi tiết của khuôn dập
- Việc lựa chọn nhiệt độ nung khuôn trước khi tôi được xác định bởi thành phần hóa học của thép
- Các khối khuôn thường được nung trong các lò có ngọn lửa để tôi và ram Để rút ngắn thời gian nung, người ta đã sử dụng phương pháp nung bằng dòng điện cao tần và dòng điện tần số công nghiệp Để giảm thời gian trong quá trình tôi, người ta sử dụng phương pháp tôi đập nhiệt
- Trước khi đưa vào lò, các bề mặt bên của khuôn có các lòng khuôn đã được gia công cần phải trát một lớp đất chịu lửa, còn ở mặt gương của khuôn, các lòng khuôn được phủ các chất thấm cacbon đã bỏ đi hoặc các phoi gang đã được nung nóng, sau đó trát đất chịu lửa và amiăng
- Sau khi tôi, khuôn cần phải được làm sạch cẩn thận khỏi các chất bẩn, lớp bùn trát và giữ sạch Quá trình làm nguội như vậy được thực hiện cho đến khi nhiệt độ giảm xuống còn 150 o C đến 200 o C Sau khi tôi, khuôn cần phải ram để giảm ứng suất dư bên trong, giảm tính giòn của thép và nhận được độ cứng cần thiết đã cho
- Nhiệt độ tối ưu để ram và độ cứng của khuôn thường liên quan đến kích thước của khuôn và quá trình công nghệ chế tạo chúng Chế độ ram phụ thuộc vào độ cứng yêu cầu Tốc độ nung trong quá trình ram được xác định không lớn hơn 50 o C/giờ
- Việc nhiệt luyện khuôn bằng dòng điện tần số cao thường được sử dụng đối với các phần làm việc của khuôn dập nguội có yêu cầu cần phải tôi với nhiệt độ cao
- Ngoài ra, dưới tác dụng của nhiệt do phôi nóng (từ 750 đến 1300 o C) tiếp xúc với khuôn, làm cho độ cứng của khuôn nhanh chóng bị giảm đi
- Với mục đích nâng cao độ cứng bề mặt làm việc của khuôn, người ta đã sử dụng phương pháp nhiệt luyện bằng dòng điện có tần số cao để nhiệt luyện các bề mặt của lòng khuôn hoặc các miếng ghép có lòng khuôn, tuổi thọ của khuôn sau khi nhiệt luyện bằng phương pháp này có thể tăng lên từ hai đến ba lần c Quy trình nhiệt luyện chi tiết khuôn đập bằng lò tôi chân không
So với các thiết bị nhiệt luyện truyền thống, sử dụng các lò chân không có nhiều ưu điểm như:
- Tránh các hiện tượng oxy hóa, thoát cacbon làm giảm chất lượng cũng như cơ tính bề mặt chi tiết,…
- Loại bỏ các tạp chất hình thành trong quá trình gia công chi tiết như oxit hay dầu mỡ
- Đặc biệt, nhiệt luyện chân không giảm thiểu biến dạng chi tiết nên giảm được sai hỏng đặc biệt là cho các loại khuôn hình dạng phức tạp
Quá trình nhiệt luyện chân không bao gồm các giai đoạn:
Giới thiệu chung về khuôn dập
Khuôn là một dụng cụ đặc biệt bao gồm nhiều bộ phận và các chi tiết được lắp ghép thành một tổ hợp, nhằm thực hiện một hoặc một số nguyên công trên những thiết bị thích hợp tạo ra một hoặc một số chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết bằng cách làm cho vật liệu kim loại bị biến dạng dẻo (uốn, dập vuốt, tạo hình ) hoặc bị biến dạng phá hủy (cắt, đột )
Hình 2.2 Khuôn dập chất lượng cao
Quá trình công nghệ là toàn bộ các tác động trực tiếp làm thay đổi hình dạng, kích thước, tính chất và trạng thái của phôi ban đầu để đạt được mục đích nào đó.Quá trình công nghệ bao gồm những nguyên công và được sắp xếp theo một trình tự nhất định
Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ được thực hiện bởi một hay một số công nhân ở một vị trí nhất định trên một máy bao gồm toàn bộ những tác động liên quan để gia công phôi đã cho
Khi dập, nguyên công có thể chia thành các bước và mỗi bước có thể bao gồm một số động tác Động tác là những tác động có mục đích và có quy luật của công nhân (chẳng hạn đưa phôi đến vị trí khuôn, đặt phôi vào khuôn và cho khuôn làm việc )
2.2.2 Phân loại khuôn dập tấm
- Các khuôn dập tấm được phân loại theo đặc điểm công nghệ gia công và đặc điểm biến dạng:
- Phân loại theo kết cấu:
+ Khuôn không có dẫn hướng
- Phân loại theo mức độ phức tạp của khuôn:
+ Khuôn đơn giản (khuôn đơn): Sau một lần dập chỉ thực hiện được một công việc nhất định
+ Khuôn liên tục: Sau mỗi lần dập thực hiện được hai hay nhiều nguyên công
+ Khuôn phối hợp: Chi tiết được hoàn chỉnh sau một lần dập của máy, có nghĩa là tất cả các nguyên công tạo thành sản phẩm được thực hiện đồng thời cùng một lúc trên cùng một vị trí của máy
Khuôn cắt đột thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết phẳng hay tạo lỗ trên các chi tiết rỗng, chi tiết cong hoặc tạo phôi cho các nguyên công khác
Khuôn cắt đột có thể sử dụng riêng biệt hoặc phối hợp với các nguyên công khác như uốn, dập vuốt, tạo hình Khuôn cắt đột lại được chia thành: khuôn cắt hình, khuôn đột lỗ, khuôn cắt
1 Cuống phun; 2 Chốt dẫn hướng; 3 Đế trên; 4 Đệm chày; 5 Áo chày; 6
Lò xo; 7 Gạt phôi; 8 Áo cối; 9 Đế dưới; 10 Bạc dẫn hướng; 11 Chày;
12 Trụ dẫn hướng; 13 Vít Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lí khuôn cắt hình
Khuôn uốn nhằm biến đổi phôi phẳng, thẳng thành các chi tiết có trục cong, tùy thuộc vào hình dạng và yêu cầu của chi tiết mà kết cấu khuôn có những thay đổi sao cho phù hợp
1 Cuống phun; 2 Chốt dẫn hướng; 3 Đế trên; 4 Đệm chày; 5 Áo chày; 6
Gạt phôi; 7 Cối; 8 Đệm cối; 9 Đế dưới; 10 Bạc dẫn hướng; 11 Trụ dẫn hướng; 12 Chày uốn; 13 Đẩy; 14 Lò xo; 15 Vít
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lí khuôn uốn chi tiết chữ U
Các kết cấu khuôn dập tấm điển hình
Cắt là nguyên công gia công không phoi nhằm tách một phần hoặc toàn bộ kim loại ra khỏi tấm vật liệu
Khi chày tiếp xúc vào phôi, lưỡi cắt ép vào vật liệu đến khi ứng suất vượt quá giá trị ứng suất cắt cho phép Tại mép cắt của cối có sự hình thành nứt vỡ vật liệu, về nút phát triển vào trong tấm và tách rời vật liệu u: Khe hở một bên chày và cối; u L : Khe hở một bên chày cối lớn nhất; u S : Khe hở một bên chày cối nhỏ nhất
Hình 2.5 Quá trình cắt vật liệu tấm bằng khuôn b Các phương pháp cắt vật liệu
- Cắt chia (slitting): là phương pháp tách hoàn toàn vật liệu theo đường cong có hai đầu không gặp nhau
Hình 2.6 Phương pháp cắt chia
- Cắt trích (lancing): là phương pháp cắt một phần vật liệu theo đường cong có hai đầu không gặp nhau
Hình 2.7 Phương pháp cắt trích
- Cắt hình (blanking): tách một phần kim loại theo một đường bao khép kín, phần kim loại tách ra là chi tiết
Hình 2.8 Phương pháp cắt hình
- Đột lỗ (piercing): cắt vật liệu theo đường bao khép kín để tạo thành lỗ suốt trên chi tiết hoặc trên tấm Phần vật liệu cắt ra là phế liệu
Hình 2.9 Phương pháp đột lỗ
- Cắt hình, đột lỗ chính xác (fine blanking): cắt hình hoặc đột lỗ khi vật liệu được kẹp chặt để có sản phẩm chính xác về kích thước và bề mặt cắt
Hình 2.10 Phương pháp cắt hình, đột lỗ chính xác
- Cắt biên (deburring): cắt phần vành biên khi dập chi tiết dạng khối trên khuôn hở
Hình 2.11 Phương pháp cắt biên c Tính toán khe hở và dung sai chày, cối khi cắt
Khe hở chày và cối, kích thước danh nghĩa của chày và cối sẽ được lấy theo nguyên công cắt hình hay đột lỗ
- Cắt hình: Khi cắt hình, kích thước danh nghĩa của cối được lấy theo kích thước danh nghĩa của chi tiết, khi đó kich thước chày được lấy và tính theo công thức trang 34 tài liệu [19]:
Với L chày , B chày – chiều dài và chiều rộng chày (mm) l, b – chiều dài và chiều rộng chi tiết (mm) 2 z= u – khe hở hai phía chày và cối (mm)
Hình 2.12 Các kích thước chày và cối khi cắt hình
- Đột lỗ: Khi đột lỗ, kích thước danh nghĩa của chày được lấy theo kích thước danh nghĩa của chi tiết, khi đó kich thước cối được lấy và tính theo công thức trang 34 tài liệu [19]:
Với d – đường kính danh nghĩa chày;
D – đường kính danh nghĩa cối
Hình 2.13 Các kích thước chày và cối khi đột lỗ.(vẽ hình lại)
- Khe hở chày – cối khi cắt: Thông thường trong thực tế, khe hở chày cối được lấy theo chiều dày vật liệu và bằng (36)%.s d Mạch nối chi tiết và mạch nối biên
Khi xếp hình có phế liệu chi tiết hoặc phôi thường được cắt theo đường bao kín Khi đó giữa các chi tiết và giữa chi tiết với mép dải hoặc tấm đều có mạch nối (hình 2.8) Việc xếp hình có phế liệu theo toàn bộ đường bao chi tiết thường được sử dụng khi dập các chi tiết có biên dạng ngoài phần lớn là đường cong và yêu cầu độ chính xác cao
Mạch nối cũng được chia thành hai loại: mạch nối giữa các chi tiết e và mạch nối biên là khoảng cách giữa mép chi tiết với mép phôi tấm hoặc dải a
− Trị số của mạch nối bên a tùy thuộc vào hình dạng của chi tiết và chiều dài vật liệu, trị số này thường lớn hơn (1,15 1,3) lần so với trị số mạch nối giữa các chi tiết e theo công thức trang 36 tài liệu [19]:
Kích thước mạch nối e và a phụ thuộc vào:
Tùy theo các yếu tố ảnh hưởng, trị số mạch nối có thể thay đổi từ (1 3,2) mm với S4mm và từ (2,5 6,5) mm với S=(4 10) mm
Xếp hình ít phế liệu thường không có mạch nối bên a=0, khi đó chiều rộng của dải bằng chiều rộng của chi tiết dập Xếp hình ít phế liệu thường được sử dụng khi đập các má xích của băng tải và một số chi tiết khác Hệ số sử dụng vật liệu K S cao hơn so với xếp hình có phế liệu
Xếp hình không có phế liệu được sử dụng khi dập các chi tiết mà đường bao của nó có thể tiếp xúc nhau hoàn toàn giữa các chi tiết Khi đó không có mạch nối nên hệ số K S = 1 Có thể xếp hình không có phế liệu đối với một loại chi tiết hoặc các chi tiết có hình dạng khác nhau trên cùng một dải phôi
Hình 2.14 Các kích thước mạch nối khi cắt hình e Kết cấu khuôn cắt đột
Kết cấu của khuôn cắt – đột rất đa dạng, phong phú và rất khác nhau tùy theo hình dạng, kích thước và độ chính xác của sản phẩm Tuy nhiên, về mặt kết cấu, mỗi khuôn đều có các bộ phận với các công dụng giống nhau là:
- Cụm đế khuôn dùng để gá kẹp các chi tiết, các bộ phận làm việc của khuôn và bộ phận dẫn hướng cho khuôn;
- Cụm các chi tiết làm việc chủ yếu bao gồm chày, cối, áo chày, áo cối và các chi tiết đệm, đẩy, tháo gỡ sản phẩm hoặc phế liệu
- Cụm các chi tiết định vị, dẫn hướng phôi, tự động hoặc bán tự động cấp phôi và thu hồi, phân loại sản phẩm hoặc di chuyển sản phẩm sang thiết bị khác để thực hiện nguyên công tiếp theo
Về nguyên lý, khuôn cắt thường được sử dụng theo các sơ đồ sau: a) Kết cấu khuôn cắt thuận không có chặn phôi; b) Kết cấu khuôn cắt thuận có chặn phôi cố định; c) Kết cấu khuôn cắt thuận có chặn phôi di động; d) Kết cấu khuôn cắt nghịch không và có chặn phôi
Hình 2.15 Các sơ đồ kết cấu khuôn cắt thuận và nghịch
2.3.2 Khuôn uốn a Định nghĩa và phân loại
Uốn được phân thành hai nhóm chính: uốn cục bộ bằng khuôn và uốn liên tục bằng phương pháp uốn lốc
Khuôn uốn có nhiều loại rất khác nhau, khuôn uốn đơn giản là loại khuôn uốn một góc Đối với các chi tiết phức tạp, người ta có thể chia ra nhiều nguyên công riêng biệt nhưng cũng có thể kết hợp nhiều nguyên công lại trên cùng một khuôn Có thể uốn đồng thời nhiều góc hoặc uốn liên tục tuần tự từng góc Đối với một số trường hợp, người ta phải sử dụng những khuôn uốn đặc biệt trên các máy chuyên dùng (chẳng hạn: uốn có kéo, uốn có nén và uốn có nung nóng cục bộ phôi ) Các dạng khuôn uốn chủ yếu được trình bày trong bảng 2.1
Bảng 2.1 Các loại khuôn uốn
Loại khuôn Hình dạng, thông số
1 Khuôn uốn V gồm hoai loại:
- Uốn có đáy (V-die bending with Bottoming)
- Uốn không đáy (Air bending, No bottoming)
4 Uốn trên khuôn tự lựa
5 Uốn liên tục (roll bending)
Các kích thước cơ bản của khuôn uốn phụ thuộc vào chiều dày vật liệu s (mm)
Hình 2.16 Kết cấu và kích thước cơ bản của các khuôn uốn b Các thông số cần tính toán khi uốn
❖ Hiện tượng đàn hồi lại khi uốn
Các bộ phận chủ yếu của khuôn dập tấm
Cụm đế khuôn bao gồm đế khuôn trên, đế khuôn dưới, trụ bạc dẫn hướng và cuốn khuôn a Cuống khuôn
Cuống khuôn là một chi tiết trong cụm đế khuôn Cuống khuôn được đinh vị và kẹp chặt với đế khuôn trên, nó có tác dụng đinh vi và kẹp chặt nửa khuôn trên lên đầu trượt của máy đối với những khuôn nhỏ Đối với những khuôn lón, người ta có thể tăng cường việc kẹp chặt bằng các bu lông hoặc thanh kẹp lên đầu trượt b Trụ bạc dẫn hướng
Trụ và bạc dẫn hướng là những cặp chi tiết được lắp trên đế khuôn Trụ và bạc dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng chính xác cho khuôn làm việc, nghĩa là đảm bảo cho hai nửa khuôn trên và duới làm việc ồn định với trị số khe hở hợp giữa chày và cối đã được xác đinh, nhất là đối với các khuôn cắt, đột có trị số khe hở nhỏ Trụ và bạc dẫn hướng có rất nhiều loại khác nhau và được tiêu chuẩn hóa Trụ dẫn hướng được lắp lỏng với bạc dẫn hướng với các cấp độ khác nhau tùy theo mức độ chính xác của khuôn yêu cầu Vì vậy khi thiết kế khuôn, tùy theo mức độ chính xác yêu cầu, chúng ta chọn trụ và bạc dẫn hướng theo tiêu chuẩn sao cho phù hợp Đối với các khuôn dập vuốt lớn, hình dạng phức tạp, người ta sử dụng các tấm dẫn hướng để dẫn hướng cho chày, cối và tấm chặn Các dạng chủ yều của trụ, bạc và tấm dẫn hướng như sau:Đề dẫn hướng chính xác cho các khuôn có trị số khe hở giữa chày và cối nhỏ, người ta sử dụng bạc dẫn hướng kiểu bi
2.4.2 Cụm các chi tiết làm việc chủ yếu của khuôn
Cụm các chi tiết làm việc chủ yếu của khuôn bao gồm các chi tiết: chày, cối, chày, áo cối và các chi tiết khác nhằm tạo ra hình dạng và kích thước của chi tiết a Các kết cấu chày cắt – đột tiêu chuẩn a) Chày có vai b) Chày lắp bảng bu lông c) Chày lắp bảng vít chí vào rãnh Hình 2.28 Kết cầu phần làm việc của chày cắt đột
- Chày có vai: được sử dụng trong các trường hợp khoàng cách giữa các chày đủ lớn để không bị kích với nhau hoặc các chày chịu tải trọng nặng
- Chày kết cấu vai có đẩy phôi: được sử dụng cho các nguyên công đẩy phôi bám dính vào chày, kết cấu có thê giống như chày có vai và thêm phần chốt đẩy ở đầu chày
- Chày có định vị chống xoay: nhằm tác dụng chống xoay nên kết cấu chày được làm vát tại phần lắp với áo cối
- Chày lắp bằng bu lông: sử dụng khi lắp các chày với kích thước gần nhau nên vai chày ảnh hưởng lẫn nhau không lắp được
- Chày lắp bằng vít chí vào rãnh b Các kết cấu chày định tâm tiêu chuẩn
Chày định tâm có tác dụng định vị phôi chính xác để thực hiện các nguyên công khác trên cùng một khuôn đảm bảo cho kích thước chi tiết cần thực hiện một cách chính xác Kết cấu của chày định tâm cũng giống như chày cắt đột, phần đầu chày có các hình dạng khác nhau để định vị phôi là hình côn, ôvan
Hình 2.29 Kết cấu các dạng chày định tâm
Hình 2.30 Kết cấu cơ bản chày định tâm c Các kết cấu cối tiêu chuẩn
Hình 2.31 Kết cấu cơ bản cối
Hình 2.32 Kết cấu khuôn lắp cụm chày cối tiêu chuẩn
2.4.3 Cụm các chi tiết chặn, đẩy và tháo gỡ sản phẩm hoặc phế liệu
Cụm các chi tiết chặn, đẩy và tháo gỡ sản phẩm hoặc phế liệu, tùy theo nguyên công công nghệ có tác dụng đảm bảo chất lượng của sản phẩm, chống nhăn trong quá trình dập vuốt, tháo gỡ sản phẩm hoặc phế liệu ra khỏi chày, cối và đặc biệt là làm cho năng suất lao động được nâng cao, do đó hạ được giá thành sản phẩm Kết cấu của các cụm chi tiết chặn, đẩy và tháo gỡ sản phẩm rất đa dạng và phong phú, tùy theo từng loại nguyên công
1 Cuống khuôn; 2 Lò xo; 3 Chốt đẩy; 4 Cối dập vuốt; 5 Đẩy trên; 6 Cữ phôi;
7 Tấm chặn; Chày vuốt; 9 Áo chày; 10 Đế khuôn dưới; 11 Chốt đẩy; 12,15 Tấm đẩy; 13 Lò xo; 14 Cọc đẩy; 16 Đai ốc; 17 Đòn gánh
Hình 2.33 Các kẹp chặn, đẩy bằng lò xo hoặc cao su
2.4.4 Cụm các chi tiết định vị và dẫn hướng phôi a Tấm cữ
Tấm cữ thường được sử dụng cho dẫn hướng các tấm phôi dài khi vào khuôn Bộ dẫn phôi thường được thiết kế bao gồm tấm trái, phải và tấm đế b Chốt cữ
Chốt cữ thường được sử dụng cho dẫn hướng các phôi rời khi vào khuôn, có thể sử dụng chốt định vị và các chốt cữ tiêu chuẩn Độ lớn lực do cữ gây ra phụ thuộc vào màu của lò xo trên chốt cữ (đỏ, xanh, cam, nâu ) c Cữ nâng phôi
Các loại cữ nâng phôi có tác dụng nâng phôi lên trên mặt cối nhằm tránh phôi ma sát với mặt cối đồng thời nâng phôi lên khỏi các mặt chày Các cữ nâng phôi thường được sử dụng trên khuôn liên tục Chiều rộng rãnh dẫn hướng thường lớn hơn 0,1 mm so với chiều dày vật liệu d Các cữ phôi và định vị phôi
Có rất nhiều kiểu cữ phôi có thể sử dụng làm cữ định vị phôi Cữ định vị phôi có tác dụng giữ kích thước của các mạch nối giữa các bước, các mạch nối giữa chi tiết và biên Có thể sử dụng cữ cố định hoặc cữ di động
2.4.5 Cụm các cơ cấu cấp phôi, gạt phôi
Các cơ cấu dùng để cấp phôi vào khuôn thường được sử dụng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối Trong sản xuất hàng loạt và loạt nhỏ, người ta có thể sử dụng phương pháp cấp phôi bằng tay hoặc bán tự động Tùy theo loại phôi mà cơ cấu cấp phôi cũng có những kết cấu rất khác nhau
2.4.6 Lò xo cho khuôn dập
Lò xo sử dụng cho khuôn dập thường được chế tạo theo tiêu chuẩn và có tiết diện vuông, tùy thuộc vào tải trọng cần thiết mà lựa chọn theo mẫu lò xo Khi lắp lò xo trong khuôn dập, luôn phải đảm bảo cho lò xo thẳng, nếu trong khuôn lắp nhiều lò xo thì các mặt lò xo luôn phải song song, cùng kích cỡ và loại Khi lắp lò xo bắt buộc phải có lõi định vị hoặc phải tạo rãnh đặt cho lò xo Mỗi loại lò xo có độ nhún giới hạn, cần tra bảng hoặc catalog để tránh tình trạng "ngồi" lò xo
Các phương pháp lắp lò xo sai quy trình
- Lắp hai lò xo không đồng đều độ cứng
- Lắp hai lò xo lồng vào nhau
- Lắp hai lò xo chồng lên nhau
2.4.7 Tiêu chuẩn hóa các chi tiết khuôn
Trên đây là những chi tiết đã được tiêu chuẩn hóa Do vậy, khi thiết kế và chế tạo chúng, ta chỉ việc chọn các chi tiết khuôn tiêu chuẩn dựa vào hình dạng và kích thước của sản phẩm, loại nguyên công công nghệ, lực công nghệ yêu cầu, hành trình làm việc, chiều cao kín của khuôn và các thông số cần thiết khác.
Dữ liệu ban đầu
- Các số liệu ban đầu theo yêu cầu của khách hàng
+ Số lượng sản phẩm: 19344 ~ 23328 PCS/năm
+ Vật liệu sản phẩm: SAPH440 (tiêu chuẩn JIS G3113 của Nhật Bản)
- Các thông số của vật liệu:
+ Giới hạn bền kéo: b ≥ 440 MPa
+ Kích thước tấm tole ban đầu:
Trong đó: B là bề rộng được cắt sau khi trải mẫu
Kích thước tấm tole ban đầu được cắt từ cuộn tole tiêu chuẩn có chiều rộng bằng 1219(mm)
Kích thước tấm tole ban đầu được đặt từ khách hàng có chiều rộng B là bề rộng có được sau khi trải mẫu và L là chiều dài của cuộn tole
=> Ta chọn phương án 1 vì sử dụng cuộn tole có có sẵn tuy sẽ mất thời gian cắt nhưng sẽ nhanh và tiện lợi hơn mà không phụ thuộc vào khách hàng, đảm bảo được việc sản xuất đúng tiến độ
Hình 3.1 Bản vẽ sản phẩm Charging port sport
Hình 3.2 Vị trí gia công
Hình 3.3 Bản vẻ triển khai phôi
Phân tích và lựa chọn phương án trãi mẫu
Một trong các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí thành phẩm của sản phẩm đó là giá thành vật liệu Giá thành vật liệu chiếm đến 60% đến 70% sản phẩm Nên yếu tố xếp hình sản phẩm cũng rất quan trọng trong việc thiết kế sao cho tiết kiệm vật liệu nhất
Chọn khoảng cách lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến lãng phí nguyên liệu, tăng giá thành sản phẩm Chọn khoảng cách nhỏ hơn tiêu chuẩn khi khuôn hoạt động sẽ sinh ra lực tác dụng ngang làm dao nhanh bị vỡ ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn và sản phẩm sinh ra rất nhiều ba via gây ra khó khăn trong việc xử lý ba via
Theo trang 20,21 tài liệu [20] ta có:
- Trường hợp 1 biên dạng cong hoặc R2T
- Trường hợp 2 biên dạng cong hoặc song song
- Trường hợp 2 biên dạng cong hoặc song song ap = 1,3.a bp = 1,3.b bw = 1,5.b
Do hầu hết các chi tiêt có hình phức tạp nên công ty lập ra tiêu chuẩn chung và dùng cho hầu hết các trường hợp trên
Theo trang 22 tài liệu [20] ta có: thông số tiêu chuẩn khoảng cách mạch tole dùng cho khuôn cắt của công ty VPIC
Hình 3.4 Khoảng cách mạch tole
+ L&D: lần lượt kích thước dài – rộng của linh kiện
+ t: Chiều dày tấm vật liệu
+ a: Khoảng cách từ mép linh kiện ra mép rìa tấm vật liệu
+ b: Khoảng cách giữa 2 mép ngoài cùng của linh kiện
Vì chi tiết có độ dày t=1.6(mm) nên ta có: a b; =1.6(mm)
Vật liệu tole: S-JIS G3113 SAPH440
Theo tiêu chuẩn của JIS thì khổ tole là 1219 (mm) đối với mác thép và 1250 (mm) đối với nhôm
Trường hợp của ta là vật liệu SAPH440 nên chọn khổ 1219 (mm), và nếu còn dư ta làm tận dụng cho các line tole sau, nên khi tính phần trăm diện tích chỉ tính phần trăm cắt được chứ không tính hết 1219 (mm)
Hình 3.5 Một số phương án trãi mẫu
Sau khi triển khai 4 phương án ta đã thấy được line 4 có tỉ lệ phần trăm diện tích cao nhất nên ta chọn line 4 để dập cắt.
Phân tích các phương án thiết kế
Bảng 3.1 So sánh phương án thiết kế đề xuất
Phương án 1 Triển khai theo 04 công đoạn
Phương án 2 Triển khai theo 03 công đoạn Công đoạn 1
Dập cắt biên dạng 1 và đột lỗ 2, 3
Dập lận định hình góc số 4 và số 5
Dập lận định hình góc số 4,5,6 và 7
Dập lận định hình góc số 6 và số 7
Dập lận định hình góc số 8 và số 9
Dập lận góc số 8 và số 9 Ưu điểm
- Dễ kiểm soát dung sai
- Khuôn không quá phức tạp nên dễ dàng trong việc thiết kế
- Thời gian sản xuất chi tiết nhanh giúp nâng cao năng suất
- Chiếm ít nhân công và máy móc
- Làm ít khuôn tiết kiệm chi phí và thời gian gia công Nhược điểm
- Làm nhiều khuôn dẫn đến chi phí ban đầu cao
- Việc sản xuất chi tiết tốn nhiều thời gian hơn
- Tốn nhân công và máy móc
- Chiếm nhiều không gian trong việc cất giữ
- Dập lận nhiều góc cùng lúc sẽ khó kiểm soát dung sai
- Việc thiết kế khuôn lận nhiều góc cùng lúc sẽ khó hơn so với khuôn lận ít góc
Chọn phương án thiết kế
Qua hai phương án trên ta thấy được cả hai phương án đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, đều đáp ứng được yêu cầu của khách hàng Nhưng ở phương án hai nó tiết kiệm được nhiều chi phí hơn trong việc chế tạo khuôn, nhân công, máy móc Hơn nữa quá trình sản xuất nhanh chóng là điều rất quan trọng đối với các công ty để có thể đảm bao giao hàng đúng tiến độ
Với số lượng sản phẩm lên đến 19344 ~ 23328 PCS/năm thì việc đảm bảo sản xuất đúng tiến độ cũng không phải là điều dễ dàng vì máy móc phải chia ra để dập nhiều sản phẩm khác nhau nữa Việc lận nhiều góc trong một bộ khuôn sẽ khó để kiểm soát dung sai và thiết kế cũng khó hơn Tuy vậy ở chi tiết này khách hàng không cho dung sai quá nhỏ nên việc dùng phương án hai là hoàn toàn khả thi Qua đó cả nhóm đã quyết định chọn phươn án hai làm phương án thiết kế Ở công đoạn 2 và công đoạn 3 của phương án thứ 2, có thể thấy cả hai khuôn đều chỉ lận được một chi tiết và hành trình của hai khuôn đều gần bằng nhau nên cả nhóm đã quyết định thiết kế hai khuôn công đoạn 2 và công đoạn 3 chung một lòng khuôn.
Lưu trình chế tạo sản phẩm
Công đoạn 1: Nhập nguyên liệu và kiểm tra (bộ phận QA)
Công đoạn 2: Cắt nguyên liệu bằng máy cắt lazer (bộ phận khuôn mẫu)
Công đoạn 3: Dập thử khuôn lận định hình bằng máy dập 110 tấn (bộ phận kỹ thuật)
Công đoạn 4: Kiểm tra chi tiết bằng máy quét 3D (phòng CMM thuộc bộ phận thiết kế)
• Nếu chi tiết đạt: Tiến hành gia công khuôn cắt đột và chuyển sang công đoạn 5
• Nếu chi tiết không đạt: Xem xét để tiến hành sửa khuôn và triển khai lại layout rồi quay lại công đoạn 2
Công đoạn 5: Bàn giao khuôn cho bộ phận sản xuất
Công đoạn 1: Nhập nguyên liệu và kiểm tra (bộ phận QA)
Công đoạn 2: Cắt nguyên liệu bằng máy cắt tole (bộ phận cắt)
Công đoạn 3: Dập cắt hình bằng máy dập 110 tấn và khuôn cắt đột (bộ phận dập)
Công đoạn 4: Dập lận định hình bằng máy dập 110 tấn và khuôn lận (bộ phận dập)
Công đoạn 5: Kiểm tra sản phẩm (bộ phận QA)
Triển khai hình
- Độ dài phôi ban đầu trong nguyên công uốn không cân bằng với tổng độ dài của chi tiết sao uốn Độ dài phôi ban đầu lmm được tính theo công thức (2.8) và (2.9) trang 79 tài liệu [19]: l a b= + + khi uốn chi tiết có góc từ 0 o đến 165 o l a b= + khi uốn chi tiết có góc từ 165 o đến 180 o với a và b là chiều dài hai cánh uốn;
(mm) – lượng biến dạng thêm (bớt) do sự dãn nở khi uốn (có giá trị dương hoặc âm)
Giá trị v được tính toán theo công thức (2.10) và (2.11):
Với hệ số k R được tính toán theo công thức (2.13) và (2.14):
Từ bản vẽ khách hàng ta xác định được 6 góc lận theo thứ tự như trong hình
Hình 4.1 Số góc cần lận của chi tiết
Hình 4.2 Số liệu từ bản vẽ khách hàng của góc 1 và 2
Hình 4.3 Số liệu từ bản vẽ khách hàng của góc 3-4
Với góc 1, 2, 3, 4 có góc lận 90 0 nên ta sử dụng công thức (2.8) và (2.10): l a b v= + +
Hình 4.4 Số liệu từ bản vẽ khách hàng của góc 5
Với góc 5 có góc lận 154,6 o nên ta sử dụng công thức (2.8) và (2.11): l a b= + +
Hình 4.5 Số liệu từ bản vẽ khác hàng của góc 6
Với góc 6 có góc lận 150,2 o nên ta sử dụng công thức (2.8) và (2.11): l a b= + +
Hình 4.6 Hình hoàn thiện sau khi trải hình
Tính toán thiết kế khuôn cắt
4.2.1 Tính toán tâm dập cắt cho khuôn:
Các biên dạng phức tạp tìm tâm rất khó và tốn rất nhiều thời gian thay vào đó chúng tôi đã sử dụng phần mền AUTOCAD để tìm tâm tự động của các biên dạng khó rồi sử dụng phương pháp giải tích để tính toán tâm dập của hình
Hình 4.7 Tâm dập cho chi tiết được xác định bằng phần mềm AUTOCAD
Sau khi đã tìm tâm của các biên dạng, tiến hành dựng góc tọa độ ảo để tìm ra tọa độ X, Y của các tâm biên dạng của chi tiết
Hình 4.8 Đưa chi tiết vào góc toạ độ
Công thức giải tích tính trung tâm áp lực khuôn khi cắt trang 32 tài liệu [19]:
L - chu vi của biên dạng x n ; y n - khoảng cách góc tọa độ đến tâm các đoạn
Hình 4.9 Tính chu vi trong AUTOCAD
Trong AUTOCAD ta sử dụng lệnh PROPERTIES cho ta được kết quả:
Hình 4.10 Tính diện tích trong AUTOCAD
Như vậy ta đã tìm được các chu vi của biên dạng một cách nhanh chóng
Giải: Trung tâm áp lực của chi tiết được tính toán theo công thức (3.1) và (3.2) như sau:
Vậy ta tìm được tọa độ của trung tâm áp lực của chi tiết so với góc tọa độ ảo
Hình 4.11 Toạ độ tâm dập cho chi tiết
4.2.2 Tính toán lực cắt và chọn máy dập
Tính toán lực cắt và khe hở chày cối
Lực cắt là lực để dùng phá vỡ nguyên liệu để tạo ra linh kiện, dựa vào lực này để chọn máy phù hợp
Theo công thức trang 66 tài liệu [19]: c C
+C : Chu vi biên dạng cắt
+ C : Ứng suất cắt (tra theo tiêu chuẩn JIS Vật liệu)
Hình 4.12 Các biên dạng cần cắt của sản phẩm
Hình 4.13 Chu vi của biên dạng 2 được đo bởi phần mền AUTOCAD
Hình 4.14 Chu vi của biên dạng 3 được đo bởi phần mềm AUTOCAD
Chu vi của biên dạng cắt và biên dạng lỗ đột:
Vật liệu tấm: S-JIS G3113 SAPH440 Ứng suất cắt của vật liệu là 440 (MPa)
Lực cắt của sản phẩm được tính toán như sau (bao gồm cắt biên dạng và đột lỗ):
P C t= = = (kg) f,5(T) Theo trang 48 tài liệu [20], ta có: lực tháo tấm chạy (lực lò xo trong khuôn):
+P c 2 : Lực cắt của biên dạng ( không tính biên dạng đột lỗ)
Với tole dày 1,6mm nên hành trình của khuôn là 3,6 mm, trong đó là 2,6mm hành trình cắt tole và 1mm hành trước khuôn chờ để kẹp tole trước khi khuôn cắt tole
Với lực nén trước của cao su vàng là 3mm nên chọn hành trình nén của cao su hợp lí nhất là 6,6(mm)
Hình 4.15 Tra tiêu chuẩn cao su vàng của MISUMI
Tra theo tiêu chuẩn của MISUMI, chọn loại cao su 25, chiều dài của cao su là 38mm có độ nén trung bình là 7mm, từ đó lập được biểu đồ lực của cao su
Hình 4.16 Biểu đồ lực cao su
Lực máy cần chọn để dập:
Ta tính toán lực của máy cần chọn theo trang 48 tài liệu [20], ta có: m c
+ klà hệ số an toàn: k =1.3
Từ các tính toán trên và điều kiện trang thiết bị của công ty VPIC, chọn máy dập loại 110 TF
Máy dập 1 trục khuỷu SN1 Series khung chữ C là sản phẩm của hãng SEYI Dòng máy này được sử dụng để đột dập kim loại và giảm thiểu chi phí gia công Dưới đây là thông số kỹ thuật cho model SN1-110:
+ Đường kính tiện qua bàn dao: 85,725 mm
+ Đường kính tiện qua băng máy: 127 – 140 mm
+ Tốc độ trục chính: 70 ~ 4200 RPM
+ Động cơ trục chính: 3 - 5 HP
Máy dập SN1 Series có khả năng đột lỗ với nhiều hình dáng khác nhau như lỗ vuông, lỗ tròn và lỗ oval Nó cũng có thể gia công trên các tấm kim loại có kích thước lớn và vận hành thông qua hệ thống điều khiển tiên tiến
4.2.3 Thiết kế bộ khuôn cắt – đột
Hình 4.18 Tiêu chuẩn vật liệu của CTY VPIC
Hình 4.19 Kết cấu cơ bản khuôn cắt đục a Thiết kế tấm chày và cối:
Bảng 4.1 Tiêu chuẩn về khoảng cách giữa các lỗ dẫn hướng
Mép khuôn đến dẫn hướng
Hình vòng cung gần dẫn hướng Lỗ đục gần dẫn hướng
Khoảng cách tối thiểu từ mép lỗ dẫn hướng đến mép khuôn phải lớn hơn đường kính lỗ dẫn hướng
Vật liệu tấm cối Kích thước tối thiểu
Bảng 4.2 Tiêu chuẩn chọn chiều dày tấm chày và tấm cối
Chiều dày vật liệu t (mm)
Với chiều dày tole của khách hàng đề ra là 1,6 (mm), nhóm đã dựa vào tiêu chuẩn của CTY VPIC chọn được chiều dày của tấm cối là 25 (mm)
Bảng 4.3 Tiêu chuẩn về khoảng cách từ mép cắt đến mép khuôn
Trường hợp biên dạng tròn hoặc có R
Trường hợp biên dạng thẳng hoặc song song
Trường hợp biên dạng có góc nhọn
Chiều dày tấm cối là 25 (mm) nên khoảng cách an toàn từ mép cắt đến mép khuôn nằm trong khoảng từ 25 (mm) cho đến 50 (mm) Nhờ vào công nghệ WIRECUT có góc nghiên nên dựa vào đó nhóm đã thiết kế cho cắt chày, cối và chốt đục biên dạng chung 1 phôi để tiết kiệm nguyên liệu Khi đó góc nghiêng của đầu cắt dựa vào khe hở của chày cối để tạo ra góc cắt phù hợp nhất
Bảng 4.4 Tiêu chuẩn khe hở chày và cối của khuôn cắt
Loại nguyên liệu Chiều dày vật liệu t(mm)
Khe hở chày và cối về 1 phía (mm) Thép cán nguội
Với vật liệu tole là SAPH 440 và chiều dày tole là 1,6 (mm), tra với tiêu chuẩn trên tìm được khe hở chày và cối là 8% chiều dày của tole là 0,128 (mm)
Với tiêu chuẩn của công ty khi thiết kế các tấm kích thước chiều dài và rộng phải là bội của 25 cho thuận tiện cho việc mua phôi cũng như tiết kiệm khi cắt phôi từ các khổ phôi to Vì vậy, thiết kế kích thước vừa đạt được khoảng cách an toàn của mép cắt đến mép khuôn vừa đạt bội của 25 (mm) và line tole cách dẫn hướng trên 15 (mm)
Từ các sự lựa chọn theo tiêu chuẩn trên, tiến hành lên bản vẽ 2D
Hình 4.20 Bản vẽ chày và cối
Với công dụng chính của chày và cối là trực tiếp cắt tole để tạo hình sản phẩm nên lựa chọn vật liệu cực kì quan trọng, khi chọn vật liệu có độ cứng thấp sẽ gây mài mòn nhanh, ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn, khi chọn các vật liệu có cơ tính tốt hơn sẽ dẫn đến chi phí nhiều, với sản lượng 19344 –
23328 sản phẩm/năm, dựa vào tiêu chuẩn của công ty, tiến hành lựa chọn vật liệu của chày và cối là JIS SKD11 có độ cứng sau khi tôi đạt được 58 – 60 HRC b Thiết kế tấm chạy và tấm đánh
Tương tự tấm chày và cối thì tấm chạy có công dụng chịu lực ít hơn chỉ có tác dụng kẹp phôi và đánh phoi ra sau khi cắt và nó vẫn trượt trên chày cối nên đã chọn vật liệu có độ cứng thấp hơn cho giảm chi phí của khuôn đó là SCM 440 có độ cứng sau khi tôi là 48 – 52 HRC Đối với tấm chạy cũng nhờ vào công nghệ WIRECUT có góc nghiên để cho tấm chạy và tấm đánh cắt chung 1 lần
Bảng 4.5 Tiêu chuẩn khe hở giữa tấm chạy và chày, cối
Chiều dày vật liệu t (mm) Khe hở giữa miếng chạy và chốt đục về một phía (mm) 0,6 t 0,15
Với chiều dày tole là 1,6 (mm), tra với tiêu chuẩn trên tìm được khe hở tấm chạy và chày là 0,2(mm)
Dựa vào biên dạng và line tole nhóm đã bố trí được các cữ để giúp xác định đúng vị của line đã xếp
Hình 4.21 Bản vẽ tấm chạy và tấm đánh c Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn cắt ( M1-3 )
Hình 4.22 Tiêu chuẩn đế khuôn trên của công ty VPIC
Hình 4.23 Tiêu chuẩn đế khuôn dưới của công ty VPIC
Hình 4.24 Section của bộ khuôn qua hình chiếu đứng
Bảng 4.6 Kết cấu khuôn cắt
STT Tên chi tiết Vật liệu Công dụng
01 Tấm đế trên SS41 Liên kết, định vị và kẹp chặt nửa khuôn trên với máy dập
Tấm đệm thêm thân khuôn và tạo khoảng trống cho tấm liên kế chốt đánh của máy với khuôn
03 Tấm chịu lực đánh của máy SS41
Chịu lực đánh từ chốt của máy để phân bổ lực lên các bu long ống canh truyền xuống tấm đánh chi chi tiết
04 Tấm chặn chốt đột SS41 Giúp chặn chốt đột không trượt lên tăng tính ổn định cho chốt đột
05 Tấm giữ chân chốt đột SS41 Giúp cố định và định vị trí chính xác cho chốt đột
06 Tấm cối SKD11 Kết hợp với tấm chày để tạo ra biên dạng cắt
07 Tấm chốt đột biên dạng SKD11 Kết hợp với lỗ đột trên chày tạo ra biên dạng đột
08 Tấm chày SKD11 Kết hợp với tấm chày, các chốt đục để tạo ra biên dạng cắt
(tấm đẩy phôi) SCM440 Giúp kẹp phôi trước khi dập và đẩy line tole ra tấm chày sau khi dập
10 Tấm giữ chân dẫn hướng SS41 Định vị và giữ chân các dẫn hướng, chứa các cao su để đẩy tấm chạy, dẫn hướng cho các cữ nhún giúp định vị line tole chính xác
11 Tấm đế phụ SS41 Phân tán lực của chày và lực đỡ cao su
12 Tấm chân đế SS41 Đỡ khuôn dưới, đảm bảo chiều cao tiêu chuẩn cho khuôn
13 Tấm đế dưới SS41 Liên kết, định vị và kẹp chặt nửa khuôn dưới với máy dập
14 Móc cẩu khuôn SS41 Giúp dễ dàng cẩu khuôn
15 Cử nhún SKD11 Dùng để định vị line tole
16 Stop khuôn S50C Khống chế hành trình khuôn khi dập
Giúp khuôn được kê lên khi không hoạt động tránh tình trạng cao su bị nén lâu không còn tính đàn hồi
18 Thanh cho xe nâng khuôn SS41 Để xe nâng khuôn lên máy dập
19 Tấm đôn dẫn hướng ụ SS41 Tiết kiệm chi phí, giúp đôn dẫn hướng ụ cao hơn sao với dẫn hướng trong
20 Dẫn hướng ụ MISUMI Dẫn hướng khuôn thêm vững chắc
21 Dẫn hướng trong MISUMI Dẫn hướng khuôn
22 Bu long ống canh MISUMI Giữ tấm chạy của khuôn
23 Cao su vàng MISUMI Tác dụng lực lên tấm chạy
24 Tấm đánh SCM440 Đẩy chi tiết không bị dính vào tấm cối sau khi dập
25 Chốt đột SKD11 Dùng để đột các biên dạng lỗ
26 Độn bu lông ống canh SS41 Tiết kiệm chi phí, dễ dàng canh chỉnh hành trình hơn
27 Pin đẩy SKD11 Đẩy sản phẩm tránh tình trạng dính trên tấm đánh sau khi dập
28 Đỡ tấm chặn chốt đột SS41 Tránh tình trạc bị lún khuôn khi dập nhiều.
Tính toán và thiết kế khuôn dập công đoạn 2 và công đoạn 3
Vì ở cả hai công đoạn được dập trong một bộ khuôn nên ta có thể tính toán chung cho cả hai bộ khuôn
4.3.1 Xác định lực và công biến dạng khi uốn
Theo công thức (3-17) tài liệu [21] trang 99 ta có:
Thì lực nắn lớn hơn 50 – 60 lần lực uốn
Trong đó: r là bán kính trong của chày (mm): ở mọi góc lận của chi tiết đều có bán kính bằng 1.6 (mm)
S là chiều dày của vật liệu (mm): S 1,6= (mm) naén u
Trong đó: k là hệ số ( số lần lực nắn lớn hơn lực uốn)
Vì lực nắn lớn hơn rất nhiều so với lực uốn trong khoảng từ 50 - 60 lần, nên ta có thể bỏ qua lực uốn và lấy lực nắn lớn nhất làm lực để chọn máy dập Lực nắn khi đó sẽ được tính theo công thức (3.24) tài liệu số trang 99 tài liệu [21]: c ch
Trong đó: F ch là tổng diện tích phần bị uốn (mm 2 )
- Dựa vào phần mềm AUTOCAD ta có thể tính được diện tích của phần bị uốn: + Khuôn lận công đoạn 2
F ch = + = (mm) q là ứng suất kéo của vật liệu (kg/mm 2 )
- Đối với vật liệu SAPH440 ta có ứng suất kéo qD,85(kg/mm 2 )
Theo công thức trang 48 tài liệu [20], lực chọn máy sẽ là:
Trong đó: 1,3 là hệ số an toàn khi chọn máy dập
Từ đó ta có thể chọn máy dập nhỏ nhất là 45 tấn, tùy vào kết cấu khuôn ta có thể thay thành máy 60 tấn, 80 tấn, 110 tấn, …
Hình 4.25 Diện tích phần lận được đo bằng AUTOCAD
4.3.2 Thiết kế chày, cối và tấm chạy của khuôn lận công đoạn 2 a Chày
Thiết kế chày có bán kính lận bằng với bán kính trong của chi tiết Dựa vào trang 76 tài liệu [19] ta sử dụng 2 phương pháp chống đàn hồi lại cho chi tiết:
- Phương pháp 1: Giảm góc lận 1 o đối với các góc lận lớn hơn 90 o
- Phương pháp 2: Nhấn góc lận sâu xuống thêm một khoảng h (mm) Trong đó:
Chiều sâu phần nhấn xuống được tính bằng công thức:
10% 0,16 h= S= 100 = (mm) (4.9) Ở đây có thể làm tròn chiều sâu lên thành 0,2 (mm) Chiều cao của chày phải được thiết kế cao hơn chi tiết sau khi lận
Biên dạng chày thiết kế theo biên dạng trong của chi tiết sau khi lận
Chày là chi tiết lận trực tiếp chi tiết nên được dùng vật liệu SKD11 được xử lí nhiệt lên đến độ cứng 58 – 60HRC
Hình 4.26 Bản vẽ chi tiết chày lận
Hình 4.27 Bản vẽ 3D tấm chày b Cối
Theo tài liệu [22] ta có:
Hình 4.28 Tiêu chuẩn chày cối Đối với hai góc lớn hơn 90 o thì để đảm bảo độ chính xác ta sẽ thiết kế cối ôm chân R Đối với hai góc bằng 90 o : ta có một góc có cạnh lận bằng 14,79 lớn hơn chiều dài a nên ta thiết kế cối không ôm chân R và một góc có cạnh lận bằng 6,4 bằng chiều dài a nên ta sẽ thiết kế cối ôm chân R
Hình 4.29 Layout khuôn lận công đoạn 2 và công đoạn 3
Theo tài liệu [21], chiều cao tấm cối phải thiết kế sao cho khi lận hết hành trình cạnh lận phải nằm trên tấm cối tối thiểu là 4S (6,4mm), nếu cạnh lận nhỏ hơn hoặc bằng 4S thì cối phải vượt qua cạnh lận tối thiểu là 2mm Tấm chạy luôn luôn nằm trong phần cối tối thiểu là 10mm để đảm bảo tấm chạy luôn trượt ổn định Bán kính cối tối thiểu bằng 2 lần chiều dày của chi tiết
Hình 4.30 Tiêu chuẩn chày cối
Vì phần làm việc quá nhỏ so với kích thước của chi tiết, phần cối lận cần được xi mạ, dung sai chi tiết khó đạt nên phần cối sẽ được ghép INSERT Việc ghép INSERT sẽ làm việc điều chỉnh kích thước trở nên dễ hơn, giảm giá thành vật liệu, chiều cao của các góc lận khác nhau nên việc ghép INSERT giúp gia công dễ dàng hơn so với việc gia công trong một tấm
Cối là chi tiết được lắp INSERT để làm việc nên được dùng vật liệu SS400 còn các chi tiết INSERT là phần trực tiết làm việc và phải chịu lực rất lớn nên được dùng vật liệu SLD được xử lí nhiệt lên đến độ cứng 58-60HRC
Hình 4.31 Bản vẽ sơ bộ tấm cối
Hình 4.32 Bản vẽ 3D tấm cối b Tấm chạy
Tấm chạy được thiết kế trượt trong các INSERT và có chiều cao bằng chiều cao từ mặt đáy INSERT đến chân R lận của chi tiết
Tấm chạy là phần đỡ chi tiết và chịu lực ép từ tấm chày để nắn chi tiết nên được dùng vật liệu SKD11 được xử lí nhiệt lên đến độ cứng 58 – 60HRC
Hình 4.33 Bản vẽ chi tiết tấm chạy
Hình 4.34 Bản vẽ 3D tấm chạy
4.3.3 Thiết kế chày, cối và tấm chạy của khuôn lận công đoạn 3 a Chày
Chày được thiết kế tương tự như công đoạn 2 Nhưng vì vùng lận ở công đoạn 3 bị cấn các cạnh lận ở công đoạn 2 nên phải thiết kế thêm phần thoát cho chi tiết để lúc dập không bị cấn Ngoài ra phải thiết kế chày có ghép slider để có thể lấy chi tiết ra được
Hình 4.35 Bản vẽ 3D tấm chày b Cối
Cối lận được thiết kế tương tự như công đoạn 2
Hình 4.36 Bản vẽ sơ bộ tấm cối
Hình 4.37 Bản vẽ 3D tấm cối c Tấm chạy
Tấm chạy được thiết kế tương tự công đoạn 2 nhưng vì tấm chạy nằm trong hai tấm nên thiết kế hai cai cho tấm chạy thay vì phải bắt bu lông ống canh
Hình 4.38 Bản vẽ chi tiết tấm chạy
Hình 4.39 Bản vẽ 3D tấm chạy
4.3.4 Thiết kế kết cấu 2 khuôn lận chung một lòng khuôn
Vì hai bộ khuôn được thiết kế chung trong một lòng khuôn nên kích thước tấm đế lớn phải dùng đến đế máy của máy dập 110 tấn Nên khuôn phải thiết kế kết cấu sao cho phù hợp với máy 110 tấn
Hình 4.40 Kết cấu sơ bộ khuôn lận uốn
Bảng 4.7 Kết cấu khuôn lận định hình
STT Tên chi tiết Vật liệu Công dụng
01 Tấm đế trên SS400 Liên kết, định vị và kẹp chặt nửa khuôn trên với máy dập
02 Tấm giữ chân dẫn hướng SS400 Định vị và giữ chân dẫn hướng
Thay thế phần chày không làm việc trực tiếp với chi tiết nhằm tiết kiệm chi phí vật liệu
04 Chày SKD11 Lận trực tiếp chi tiết lên tấm cối
05 Chống lắc dẫn hướng SS400 Đảm bảo dẫn hướng không bị lắc khi chuẩn bị trượt trong sơ mi
06 Stop khuôn S50C Giới hạn hành trình của khuôn đảm bảo chi tiết không bị nén biến dạng
07 Cối SS400 Lắp insert để lận trực tiếp với tấm chày
08 Insert SLD Được lắp trong cối và là phần chịu lực lận thay thế cho tấm cối
09 Tấm chạy SKD11 Đặt chi tiết trước khi lận, ép sát chi tiết vào chày trong lúc lận và chịu lực ép trực tiếp từ chày
10 Tấm đệm SS400 Đỡ cối và tấm chạy
11 Tấm đế phụ SS400 Đỡ phần trên của khuôn dưới, stop, cố định lò xo, đỡ cho tấm cối không bị cong
12 Tấm giữ chân lò xo SS400 Giữ chân cho lò xo nén ổn định
13 Tấm đỡ lò xo SS400 Đỡ lò xo, đảm bảo lò xo nén đúng hành trình
14 Tấm chân đế SS400 Đỡ khuôn dưới, đảm bảo chiều cao tiêu chuẩn cho khuôn
15 Tấm đế dưới SS400 Liên kết, định vị và kẹp chặt nửa khuôn dưới với máy dập
16 Pin định vị chi tiết SKD11 Định vị chi tiết và chống đặt ngược chi tiết
17 Pin đẩy chi tiết SKD11 Đẩy chi tiết không bị dính vào chày khi dập
18 Thanh cho xe nâng khuôn SS400 Để xe nâng khuôn bỏ lên bàn máy dập
19 Móc cẩu khuôn SS400 Cẩu khuôn khi cần lắp ráp, di chuyển, sửa chữa khuôn
20 Giữ sơ mi SS400 Giữ cho sơ mi không bị tuột ra ngoài khi dập
21 Độn stop SS400 Đảm bảo khi khuôn ở trạng thái nghỉ lò xo không bị nén nhằm kéo dài tuổi thọ lò xo
❖ Tính toán lực và hành trình lò xo
- Tác dụng lò xo là giúp tấm chạy giữ chặt linh kiện khi làm việc và đẩy tấm chạy đúng vị trí đặt phôi khi chuẩn bị làm việc
- Căn cứ vào hành trình, kích thước khuôn, lực tháo, … mà ta chọn lò xo phù hợp
- Theo tài liệu [21] ta có công thức tính lực lò xo:
Trong đó: P c 2 là tổng lực dập của khuôn lận công đoạn 2 Ở công thức (4.12) để đảm bảo lò xo luôn đẩy ổn định ta chọn:
Khuôn có hành trình lận là 18mm nhưng theo tài liệu [21] lò xo phải được nén trước 3mm để không bị trọng lượng của tấm chạy làm lò xo bị nén được dẫn đến chi tiết bị bấp bênh khi đặt lên tấm chạy nên có thể dùng hành trình là 21mm để tính lò xo
Theo lực lận và hành trình của khuôn ta chọn lò xo SWH để bố trí vừa đủ lò xo cho tấm chạy
- Theo công thức (4.12) tính lực lò xo:
Khuôn lận công đoạn 3: p lx 3 = −5 7%P c 3
Trong đó: P c 3 là tổng lực dập của khuôn lận công đoạn 3 Ở công thức (4.13) để đảm bảo lò xo luôn đẩy ổn định ta chọn p lx 3 =7%P c 3
Tương tự như ở trên hành trình khuôn lận công đoạn 3 là 15mm nên dùng lò xo có hành trình là 18mm để tính, chiều dài tương ứng của lò xo đối với hành trình được tra trong MISUMI là: L3 90= (mm) với khoảng nén F3 18 (mm), đường kính phù hợp cho lò xo cả nhóm đã chọn làD3 30= (mm)
Số lò xo cần dùng là:
Trong đó: N3 là lực đẩy tương ứng của lò xo theo MISUMI:
3 1275,23.18 5,12 243.18 n = Vậy số lò xo cần dùng là 6 cái Tùy vào kết cấu khuôn ta có thể xếp nhiều lò xo hơn để tấm chạy lên khuôn nhanh hơn giúp rút ngắn thời gian lận
4.3.5 Mô phỏng quá trình dập tạo hình cho chi tiết
Hình dạng sản phẩm tạo ra sẽ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và chúng ta rất khó dự đoán được Để tránh rủi ro về hình dạng sản phẩm chúng ta sẽ mô phỏng quá trình dập chi tiết trên phần mềm mô phỏng 3D PAM STAMP Qua đó ta có thể quan sát, phân tích và đánh giá chi tiết trước khi tiến hành làm khuôn thực tế
Theo tài liệu [20]: Chi tiết sau khi mô phỏng phải có độ dày không vượt quá 10% chiều dày vật liệu vì khi chi tiết khi dày quá sẽ bị nhăn và chi tiết mỏng quá sẽ bị rách
Dung sai chiều dày cho phép:
Chiều dày nhỏ nhất cho phép của chi tiết: min 1,6 0,16 1,44
S = − =S t − = (mm) Chiều dày lớn nhất cho phép của chi tiết: max 1,6 0,16 1,76
S = + =S t + = (mm) a Khuôn lận công đoạn 2
Hình 4.41 Chi tiết khi chuẩn bị lận
Hình 4.42 Chi tiết lúc dập được nửa hành trình
Chế tạo
Quy trình chế tạo các chi tiết chày, cối và chốt đục của khuôn cắt đột: lấy dấu khoan taro các lỗ của 3 chi tiết trước, cuối cùng thực hiện gia công cắt dây để ra thành phẩm:
- Đầu tiên, nhập phôi có kích thước 37725227
- Phay thô và phay tinh đúng kích thước 37525025
- Lấy dấu trên máy CNC:
+ Đối với chốt đục: lấy dấu 3−M6
+ Đối với chày cắt: lấy dấu 6,7(LO DUC)−8 20D , 2−8, 3−9−14 4D
+ Đối với tấm cối: lấy dấu 2−9, 4−9, 10−9−14D4 Ngoài ra trên tấm cối còn có phay bậc biên dạng như hình bên dưới:
Hình 5.1 Phay bậc 10mm trên tấm cối với biên dạng 25185 bo góc R10 như hình
- Tiếp theo, tiến hành kiểm tra các dấu đã lấy và khoan trên máy khoan cơ:
Hình 5.2 Bản vẽ gia công cho các chi tiết chày, cối và chốt đục
- Cắt dây các lỗ có dung sai H:
- Cuối cùng, 3 chi tiết chày, cối và chốt đục sẽ được gia công cắt dây từ 1 tấm phôi ban đầu
5.1.2 Chế tạo khuôn dập vuốt a Khuôn M2
- Lấy dấu các lỗ khoan và taro trên máy CNC: 6−M8,10D14,4, 2−9 11D
Hình 5.3 Phay CNC lỗ bậc 10
- Gia công cắt dây các lỗ có dung sai H: 2−8 8H ,4−6 7H
- Gia công cắt dây để ra biên dạng cuối cùng của chi tiết chày
Hình 5.4 Phay CNC lỗ bậc
- Lấy dấu các lỗ khoan và taro trên máy CNC: 10−11, 33 24D ,
- Khoan và taro các lỗ đã lấy dấu
- Gia công cắt dây các lỗ có dung sai H: 3−30 6H , 35 6H
- Cắt dây biên dạng ngoài và biên dạng lỗ ở giữa cối
Hình 5.5 Bản vẽ gia công tấm cối khuôn M2
- Lấy dấu các lỗ khoan và taro trên máy CNC: 5−M8
- Khoan và taro các lỗ đã được lấy dấu trên máy khoan cơ
- Gia công cắt dây các lỗ có dung sai H: 8 6H , 2−6 6H
- Cắt dây biên dạng ngoài từ A đến B với dung sai − 0,02 + 0 so với chuẩn
Hình 5.6 Bản vẽ gia công tấm chạy khuôn M2
- Lấy dấu các lỗ taro M8và M10
- Khoan các lỗ đã lấy dấu
- Cắt dây các biên dạng ngoài theo bản vẽ gia công
Hình 5.7 Bản vẽ gia công các tấm insert b Khuôn M3
Hình 5.9 Phay CNC lỗ bậc
- Khoan và taro các vị trí đã lấy dấu
Hình 5.10 Gia công khoan trên máy khoan cơ
- Gia công cắt dây các lỗ có dung sai H: 6 7H , 2−6 7H , 2−8 6H
- Xoay chi tiết và cắt dây theo biên dạng yêu cầu
Hình 5.11 Gia công cắt dây để hoàn thành chi tiết chày
Hình 5.12 Gia công cắt dây để hoàn thành chi tiết chày (tiếp theo)
- Lấy dấu các lỗ khoan và taro: 8−M6, 2−9D11
- Khoan và taro các lỗ đã lấy dấu
- Gia công cắt dây các lỗ có dung sai H: 8 11H , 3−30 6H , 2−10 6H
- Cắt dây biên dạng ngoài và rãnh ở giữa
Hình 5.13 Bản vẽ gia công tấm cối của khuôn M3
- Gia công cắt dây các lỗ có dung sai H: 8 6H , 2−6 6H , 4−6 7H
- Cắt dây biên dạng ngoài
Hình 5.14 Bản vẽ gia công chi tiết tấm chạy của khuôn M3
- Lấy dấu các lỗ taro M8và M10
- Khoan các lỗ đã lấy dấu
- Cắt dây các biên dạng ngoài theo bản vẽ gia công
Hình 5.15 Bản vẽ gia công các tấm insert của khuôn M3
Lắp ráp khuôn
5.2.1 Yêu cầu kỹ thuật lắp ráp khuôn
Tất cả các chi tiết của khuôn đều được kiểm tra trước khi lắp ráp, bao gồm: các kích thước, dung sai phải được đảm bảo nằm trong miền cho phép, các kích thước vị trí tương quan, độ bóng, độ nhám đúng với bản vẽ chế tạo
Thành lỗ cối và thành ngoài của chày phải song song với nhau, vuông góc với mặt cối và mặt đặt khuôn nhằm tránh hiện tượng chày va vào thành cối khi chày đi vào trong cối
Khe hở z giữa chày và cối phải đúng trị số khe hở cho phép Khi lắp chày và căn chỉnh đi vào trong cối, khe hở chày – cối cần đồng đều trên toàn bộ biên dạng của chày
5.2.2 Trình tự lắp ráp khuôn
- Lắp ráp cụm đế khuôn:
+ Khi lắp ráp khuôn, đế khuôn thường được lắp ráp trước Đế khuôn trên và dưới được gia công hoàn toàn, sau đó sơ mi và dẫn hướng được lắp vào đế khuôn và cố định vào đế
- Lắp các chày lên tấm gá chày: Khi lắp ráp khuôn để đảm bảo khe hở đồng đều giữa chày và cối dọc theo chu vi cắt, sử dụng các lá kim loại mỏng (giấy kim loại) có chiều dày bằng trị số khe hở tối ưu nhất (Zmin) để căn vào các vị trí cần thiết của cối, sau đó cho chày và cối lồng vào nhau tạo thành cụm chày – cối
- Định vị và kẹp các chi tiết, bộ phận khuôn: trước khi bắt vít các cụm với nhau, tiến hành đóng các chốt định vị giữa các cụm
- Gá kẹp và thử khuôn trên máy dập: nửa khuôn trên nắp vào đầu trượt, căn chỉnh nửa khuôn dưới theo nửa khuôn trên
- Gắn kẹp và thử khuôn trên máy Căn chỉnh nửa trên của khuôn với đầu trượt và nửa dưới theo nửa trên của khuôn
Hình 5.17 Khuôn lận công đoạn 2 và công đoạn 3
Kiểm tra
Sử dụng máy đo 3D Quantum Max FaroArm để kiểm tra độ chính xác của sản phẩm sau khi dập:
Hình 4.47 Máy đo 3D Quantum Max FaroArm
Hình 5.18 Thực hiện quét sản phẩm
Sau khi chạy thử và dập chi tiết, công ty sẽ tiến hành đo đạc và điều chỉnh những chỗ chưa phù hợp:
Hình 5.19 Sản phẩm sau khi dập thử
Sử dụng phần mềm POLYWORKS để kiếm tra độ chính xác của sản phẩm: Với dung sai cho phép là 1mm
Hình 5.20 Kết quả đo các điểm
Hình 5.21 Kết quả các điểm (tt)
Hình 5.22 Kết quả đo các điểm (tt)
Kết quả đo cho ta thấy:
+ Các điểm được kiểm tra đều đạt dung sai cho phép (100%)
+ Các kết quả tô vàng(18/41 điểm, đạt tỉ lệ 43,9%): điểm được đo vẫn đạt dung sai nhưng dung sai lớn (lớn hơn 0,1mm).
