Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật cơ khí: Thiết kế và chế tạo bộ khuôn dập cho sản phẩm Anchorage _Shock Absorber vật liệu SPFH590

Nội dung chính của đồ án: - Tính toán kích thước sản phẩm ở dạng trải phẳng; - Tính toán lực dập, chọn thông số máy; - Tính toán kích thước khuôn và chọn vật liệu làm khuôn; - Thiết kế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

GVHD: TS TRẦN VĂN TRỌN SVTH: NGUYỄN NHẬT KHÁNH

ĐÀO THANH HUY NGUYỄN LÂM TRUNG KIÊNTHIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ KHUÔN DẬP CHO SẢN PHẨM ANCHORAGE _SHOCK ABSORBER VẬT LIỆU SPFH590

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

NGUYỄN LÂM TRUNG KIÊN MSSV: 20144410

Khóa: 2020 – 2024

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí

TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGUYỄN LÂM TRUNG KIÊN MSSV: 20144410

Khóa: 2020 – 2024

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí

TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2024

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ II/ năm học 2023-2024

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Văn Trọn

Sinh viên thực hiện:

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Bản vẽ chi tiết và yêu cầu kĩ thuật sản phẩm;

- Thông số máy dập;

- Phần mềm CAD hỗ trợ dựng hình, mô phỏng, tính toán;

3 Nội dung chính của đồ án:

- Tính toán kích thước sản phẩm ở dạng trải phẳng;

- Tính toán lực dập, chọn thông số máy;

- Tính toán kích thước khuôn và chọn vật liệu làm khuôn;

- Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn trên phần mềm NX;

- Mô phỏng quá trình biến dạng của sản phẩm;

- Lập quy trình công nghệ gia công các chi tiết trong bộ khuôn;

- Gia công, lắp ráp và thử khuôn;

4 Các sản phẩm dự kiến

- Hai bộ khuôn dập cho sản phẩm Anchorage_shock Absorber (1 bộ khuôn cắt đục và

1 bộ khuôn dập định hình)

- Sản phẩm được dập từ 2 bộ khuôn;

- Báo cáo đồ án tốt nghiệp;

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

5 Ngày giao đồ án: 01/01/2024

6 Ngày nộp đồ án: 01/07/2024

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh ◻ Tiếng Việt ◻

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh ◻ Tiếng Việt ◻

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

◻ Được phép bảo vệ

(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo bộ khuôn dập cho sản phẩm Anchorage_shock

Absorber vật liệu SPFH590”

- GVHD: TS Trần Văn Trọn

- Họ và tên sinh viên: Nguyễn Nhật Khánh MSSV: 20144120 Lớp: 201441A

- Số điện thoại liên lạc: 0365232498 Email: 20144120@student.hcmute.edu.vn

- Họ và tên sinh viên: Đào Thanh Huy MSSV: 20144401 Lớp: 201441A

- Số điện thoại liên lạc: 0349905759 Email: 20144401@student.hcmute.edu.vn

- Họ và tên sinh viên: Nguyễn Lâm Trung Kiên MSSV: 20144410 Lớp: 201441B

- Số điện thoại liên lạc: 0355289381 Email: 20144410@student.hcmute.edu.vn

- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 01/07/2024

- Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do

chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện Chúng tôi không sao chép từ bất cứ một bài viết nào

đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2024 Nhóm sinh viên ký tên

NGUYỄN NHẬT KHÁNH ĐÀO THANH HUY NGUYỄN LÂM TRUNG KIÊN

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian 4 năm học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố

Hồ Chí Minh, nhóm đã có cơ hội được thầy cô, bạn bè trao đổi nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong môi trường giáo dục hiện đại và than thiện này Đồ án tốt nghiệp cũng chính là kết quả cho sự nỗ lực và học tập của nhóm trong suốt 4 năm tại môi trường đại học

Để đồ án này được đạt kết quả tốt như hiện nay chúng em đã nhận được rất nhiều sự

hỗ trợ và hướng dẫn của thầy TS Trần Văn Trọn Xuất phát từ sự chân thành, chúng em

xin bày tỏ sự biết ơn đến thầy

Với thời gian 6 tháng Thực tập tốt nghiệp tại Công ty CP Gia công chính xác VPIC:

Tại đây em được học tập nội quy, tác phong trong công việc Đặc biệt em đã học được nhiều điều bổ ích, ngoài việc củng cố lại kiến thức, chúng em còn có được cái nhìn thực tế, mô hình hóa những lý thuyết đã được học trên lớp đồng thời cũng tích lũy cho bản thân được những điều mới, các kinh nghiệm thực tế khi làm việc tại công ty Điều này đã giúp chúng em rất nhiều cho đồ án tốt nghiệp này Chúng em chân thành cảm ơn công ty

đã hổ trợ cho chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất

Bên cạnh đó, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo và nhà trường đã tạo điều kiện để cho chúng em có được một môi trường học tập và làm đồ án tốt nhất

Cuối cùng chúng em xin chúc thầy, cô sức khỏe, hạnh phúc!

TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2024

Nhóm sinh viên thực hiện NGUYỄN NHẬT KHÁNH ĐÀO THANH HUY NGUYỄN LÂM TRUNG KIÊN

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Nội dung đề tài “Thiết kế và chế tạo bộ khuôn dập cho sản phẩm Anchorage_shock

Absorber vật liệu SPFH590” gồm có định nghĩa, đặc điểm của 2 bộ khuôn dập cắt đục và

khuôn dập vuốt, lên phương án thiết kế và chế tạo dựa trên file bản vẽ yêu cầu của khách hàng, tính toán lực dập, lực cắt khi thiết kế bộ khuôn tổng, sau đó tách bộ khuôn tổng ra từng tấm khuôn hoàn chỉnh bằng phần mềm Autocad 2D, tiếp tục sử dụng phần mềm chuyên dụng

NX để dựng 3D và sẽ tính toán lập trình các công đoạn gia công cho từng tấm khuôn, sau khi gia công xong, bộ khuôn sẽ được mang đi láp ráp và thử khuôn tạo ra sản phẩm sau đó sẽ được mang mô phỏng bằng thiết bị đo CMM (Coordinates Measuring Machine) ra những thông số đạt và chưa đạt theo dung sai của chi tiết, căn cứ vào thông số khi đã mô phỏng sẽ thay đổi thiết kế chỉnh sửa lại bộ khuôn nhằm tạo ra sản phẩm đúng với yêu cầu kĩ thuật có trong bản vẽ

The topic "Design and Manufacture of Stamping Dies for Anchorage Shock Absorber

Product made of SPFH590 Material" includes the definition and characteristics of two

types of stamping dies: blanking-piercing and forming The project involves developing a design and manufacturing plan based on the customer's drawing files, calculating stamping and cutting forces when designing the composite die, and then separating the composite die into individual complete die plates using AutoCAD 2D software Subsequently, specialized

NX software will be used to construct 3D models and calculate the machining processes for each die plate After machining, the dies will be assembled and tested to produce the product, which will then be simulated using a CMM (Coordinate Measuring Machine) to measure the parameters that meet or do not meet the detail tolerances Based on the simulation results, the die design will be adjusted to create a product that meets the technical requirements specified

in the draw

MỤC LỤC

2.1.3 Mục tiêu chính của công nghệ gia công áp lực 6

2.3 Những nhân tố ảnh hưởng tới tính dẻo và biến dạng dẻo của kim loại 9

2.3.2 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính đối với tính dẻo và biến dạng dẻo

2.4 Các định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực 10

2.4.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại đồng thời với biến dạng dẻo 10

3.6.2 Phương pháp triển khai hình bằng phần mềm NX 24

3.9 Lý thuyết tính toán chày-cối cho bộ khuôn dập vuốt và khuôn dập cắt đục 30

3.10 Lý thuyết tính toán chốt dục cho bộ khuôn dập cắt đục 32

3.14.2 Chức năng của các tấm trong khuôn dạp vuốt 40

4.2.1 Lên phương án các bước công nghệ chế tạo chi tiết 44

5.1 Triển khai hình cho sản phẩm Anchorage_shock Absorber 47

5.1.1 Áp dụng tiêu chuẩn triển khai hình của công ty VPIC 47

5.1.2 Áp dụng những tính năng, công cụ của phần mềm NX để triển khai hình 55

5.3 Tính toán, thiết kế bộ khuôn dập vuốt và chọn máy dập vuốt cho sản phẩm

5.3.2 Thiết kế chày và cối dập vuốt cho sản phẩm Anchorage_shock Absorber 61

5.5 Tính toán, thiết kế bộ khuôn dập cắt đục và chọn máy dập cắt đục cho sản phẩm

5.5.2 Thiết kế chốt, chày và cối dập cắt đục cho sản phẩm Anchorage_shock

5.5.3 Tính toán lực đệm cao su cho sản phẩm Anchorage_shock Absorber 78

5.5.4 Thiết kế bộ khuôn dập cắt đục cho sản phẩm Anchorage_shock Absorber 80

CHƯƠNG 6: GIA CÔNG, LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM CÁC BỘ KHUÔN 86

6.4 Thử nghiệm khuôn dập vuốt 133

GIẤY XÁC NHẬN CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ 155

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

- VPIC: Vietnam Precision Industrial Company

- CAD: Computer –aided design

- CAM: Computer-Aided Manufacturing

- CNC: Computer Numerial Control

- NX: NX Unigraphics

- CMM: Coordinates Measuring Machine

- SPFH: Steel Plate Formable Hot-rolled

- SS: Steel Structure

- SKD: Steel Kogyo Dai

- SCM: Steel Chromium Molybdenum

- TS: Tensile strength

- YS: Yield strength

- El: Elongation

Bảng 3.10 Bảng tham chiếu khe hở chày và cối theo chiều dày vật liệu [13] 30

Bảng 4.1 Tên gọi của thép SPFH590 theo tiêu chuẩn từng nước [17] 42

Bảng 5.10 Các kích thước của bàn gá tĩnh của máy dập vuốt 68Bảng 5.11 Các kích thước (mm) của tấm trượt (bàn gá động) của máy dập vuốt 69Bảng 5.12 Các kích thước (mm) của rãnh chữ T của máy dập vuốt 69

Bảng 5.14 Các thông số của lực dập cắt đục và máy dập cắt đục 73

Bảng 5.18 Các kích thước của bàn gá tĩnh của máy dập cắt đục 84Bảng 5.19 Các kích thước (mm) của tấm trượt (bàn gá động) của máy dập căt đục 85Bảng 5.20 Các kích thước (mm) của rãnh chữ T của máy dập cắt đục 85

Bảng 6.1 Phiếu công nghệ gia công tấm đế trên khuôn cắt đục 88

Bảng 6.3 Phiếu công nghệ gia công tấm chặn chân chốt khuôn cắt đục 91Bảng 6.4 Phiếu công nghệ gia công tấm giữ chân chốt khuôn cắt đục 94Bảng 6.5 Phiếu công nghệ gia công tấm cối chêm khuôn cắt đục 94Bảng 6.6 Phiếu công nghệ gia công tấm chày - cối khuôn cắt đục 96Bảng 6.7 Phiếu công nghệ gia công tấm chạy – tấm đánh chi tiết khuôn cắt đục 98Bảng 6.8 Phiếu công nghệ gia công tấm đóng dao khuôn cắt đục 100Bảng 6.9 Phiếu công nghệ gia công tấm đế dưới khuôn cắt đục 102

Bảng 6.11 Phiếu công nghệ gia công tấm đế phụ khuôn cắt đục 106Bảng 6.12 Phiếu công nghệ gia công tấm đế trên khuôn dập vuốt 109Bảng 6.13 Phiếu công nghệ gia công tấm đôn khuôn dập vuốt 111Bảng 6.14 Phiếu công nghệ gia công tấm đóng chày khuôn dập vuốt 113Bảng 6.15 Phiếu công nghệ gia công tấm chêm chày khuôn dập vuốt 115Bảng 6.16 Phiếu công nghệ gia công tấm chày khuôn dập vuốt 117

Bảng 6.17 Phiếu công nghệ gia công insert chày khuôn dập vuốt 119Bảng 6.18 Phiếu công nghệ gia công tấm cối khuôn dập vuốt 121Bảng 6.19 Phiếu công nghệ gia công tấm đệm khuôn dập vuốt 123Bảng 6.20 Phiếu công nghệ gia công tấm đế phụ khuôn dập vuốt 125Bảng 6.21 Phiếu công nghệ gia công chân khuôn khuôn dập vuốt 127Bảng 6.22 Phiếu công nghệ gia công tấm đế dưới khuôn dập vuốt 129

DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ

Hình 3.4 Một số biên dạng thường gặp: (a) Biên dạng 1, (b) biên dạng 2 22

Hình 3.21 Biều đồ thể hiện 2 thông số N và F của đệm cao su 34

Hình 5.25 Bản vẽ 3D chi tiết chày vuốt 62

Hình 5.32 Ký hiệu các kích thước bao hình của máy dập vuốt 66Hình 5.33 Ký hiệu các kích thước của bàn gá tĩnh của máy dập vuốt 68Hình 5.34 Ký hiệu các kích thước của tấm trượt (bàn gá động) của máy dập vuốt 68Hình 5.35 Ký hiệu các kích thước của rãnh chữ T của máy dập vuốt 69

Hình 5.49 Biều đồ thể hiện 2 thông số N theo chiều dài đệm cao su Ø20 78

Hình 5.53 Nửa dưới bộ khuôn dập cắt đục 80

Hình 5.56 Ký hiệu các kích thước bao hình của máy dập cắt đục 82Hình 5.57 Ký hiệu các kích thước của bàn gá tĩnh của máy dập cắt đục 84Hình 5.58 Ký hiệu các kích thước của tấm trượt (bàn gá động) của máy dập cắt đục 84Hình 5.59 Ký hiệu các kích thước của rãnh chữ T của máy dập cắt đục 85

Hình 6.8 Bản vẽ tấm chạy – tấm đánh chi tiết khuôn cắt đục 97

Hình 6.21 Bản vẽ tấm đệm khuôn dập vuốt 122

Hình 6.49 Dải màu biên dạng không tốt 145

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của ngành sản xuất và gia công cơ khí, công nghệ gia công áp lực đóng một vai trò quan trọng, trong việc chế tạo các chi tiết máy và sản phẩm đơn giản như nồi, chảo, dụng cụ y tế, đến các sản phẩm có hình dạng phức tạp như khung sườn, phụ tùng xe máy, xe địa hình, ô tô, Quy trình gia công áp lực đảm bảo khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao bên cạnh đó giúp tăng năng suất sản xuất với chi phí giảm xuống đáng kể Sự tiết kiệm nguyên vật liệu và khả năng tận dụng phế liệu làm cho phương pháp này trở thành lựa chọn ưu việt trong môi trường sản xuất ngày nay Đặc biệt, quá trình biến dạng dẻo nguội không chỉ mang lại độ chính xác cao cho sản phẩm mà còn tăng độ bền của chi tiết, thỏa các tiêu chuẩn an toàn và chất lượng ngày càng khắt khe trong công nghiệp hiện đại Để đáp ứng được các yêu cầu này, trên thế giới đã có các công trình nghiên cứu về công nghệ dập như sau:

- Theo bài báo: “State-of-the-Art of Stamping-Forging Process with sheet metal blank” của nhóm tác giả XinYun Wang, Junsong Jin and Lai Deng [1], đã đưa ra các đánh giá về sự phát triển của quá trình dập kim loại tấm, sự khác nhau của các quá trình dập, phương hướng kết hợp dập các khuôn và ứng dụng của mỗi phương pháp đó

- Theo bài báo: “A Stamping Die Design Procedure for Part Springback and Compensation” của nhóm tác giả E Esener, M Yenice, M Firat [2], đã nêu ra những nguyên nhân làm méo mó biến dạng của sản phẩm sau khi dập, bên cạnh đó nhóm tác giả áp dụng các thuật toán phần mềm để mô phỏng số liệu, những rủi ro có thể xảy ra từ đó đánh giá và đưa ra phương hướng giải pháp khắc phục vấn đề

- Theo bài báo: “Analysis and optimization of stamping and forming process of bearing outer ring” của nhóm tác giả Shichao Zhu, Yuly Ding, Bing Long, Hun Guo, Linhan Ouyang, Wengang Chen, Zhengyi Jiang [3], đã phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm như: tốc độ dâp, độ dày tấm, hệ số ma sát, …Thông qua những số liệu thu nhập được để mô phỏng phân tích kết quả Từ đó tối ưu quá trình sản xuất

- Theo bài báo: “Temperature conditions during ‘cold’ sheet metal stamping” của nhóm tác giả Michael P Pereira, Bernard F Rolfe [4], đã phân tích sự ảnh hưởng của nhiệt

độ đối với quá trình dập nguội

Hiện nay, trong và ngoài nước, nhiều công ty và nhà máy đang phát triển mạnh mẽ trong việc áp dụng công nghệ khuôn dập nguội để sản xuất các sản phẩm đa dạng về kích thước và hình dạng Điều này tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho các sinh viên mới tốt nghiệp Để tham gia vào ngành sản xuất sản phẩm, sinh viên cần có kiến thức vững về qui trình thiết kế và chế tạo bộ khuôn dập nguội Chính vì lý do này, nhóm tác giả đã quyết định nghiên cứu về các

khía cạnh này, nhờ sự hỗ trợ của giáo viên hướng dẫn nhóm tác giả đã lên ý tưởng và thực

hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo bộ khuôn dập cho sản phẩm anchorage_shock absorber

vật liệu SPFH590” Với mục đích là cung cấp tài liệu tham khảo về quy trình thiết kế và chế

tạo bộ khuôn dập hoàn chỉnh

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Nhận thức rõ những ứng dụng đa dạng và quy mô lớn của công nghệ gia công áp lực và mục tiêu được trải nghiệm cũng như mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào công tác nghiên cứu và giảng dạy của giảng viên và sinh viên Ý tưởng về chế tạo bộ khuôn dập tấm bằng cách áp dụng phương pháp và lý thuyết của công nghệ gia công áp lực, các nguyên lý và cơ cấu để tạo nên bộ khuôn giúp sinh viên có cái nhìn bao quát và sâu sắc hơn về kim loại, gia công cũng như đáp ứng được các yêu cầu của khách hàng yêu cầu

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài sản phẩm đóng góp nguồn tài liệu và kiến thức công nghệ gia công kim loại bằng phương pháp gia công áp lực cho giảng viên và sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và sự phát triển của các ngành công nghiệp trong nước và trên thế giới nói chung

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Sản phẩm của đề tại tại ra 2 bộ khuôn giúp Công ty Cổ phần Công nghiệp chính xác Việt Nam (VPIC) tạo ra sản phẩm khách hàng yêu cầu, đem lại lợi ích kinh tế cho công ty

1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

- Thiết kế, tính toán, gia công khuôn bằng phần mềm Autocad, NX

- Nghiên cứu về công nghệ gia công áp lực và cụ thể là phương pháp dập tấm

- Nắm vững quy trình sản xuất sản phẩm

- Hiểu về các cơ tính, thành phần của các vật liệu chế tạo khuôn và sản phẩm

- Tiến hành đo đạc, thử nghiệm và đánh giá và ứng dụng vào sản xuất hàng loạt

- Đáp ứng các yêu cầu cụ thể từ phía khách hàng

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu

- Bản vẽ ANCHORAGE_SHOCK ABSORBER của khách hàng

- Công nghệ dập cắt đục và công nghệ dập vuốt

Cơ sở pháp luận của đề tài được xây dựng trên những cơ sở chính sau đây:

- Đánh giá nhu cầu thị trường

- Khả năng công nghệ

- Quy trình chế tạo

- Kiểm soát chất lượng

- Thử nghiệm và đánh giá

1.6.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể

- Thu thập số liệu: Chọn sản phẩm thích hợp cho đề tài, ví dụ như một chi tiết dập nguội, thu thập dữ liệu về kích thước và đặc tính kỹ thuật của sản phẩm

- Thu thập tài liệu: Tham khảo thông số kỹ thuật từ các chi tiết tương tự đã sản xuất, dựa vào đó để bổ sung hoặc xác nhận dữ liệu

- Phương pháp so sánh: So sánh nhiều giải pháp thiết kế khuôn dập nguội Đánh giá hiệu suất của mỗi giải pháp dựa trên độ chính xác, hiệu quả sản xuất và chi phí

- Phương pháp nghiên cứu: Mô phỏng số kết hợp với thực nghiệm khoa học để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ

+ Áp dụng phần mềm Autocad để thiết kế từng tấm khuôn riêng biệt

+ Áp dụng phần mềm NX để dựng 3D khuôn hoàn chỉnh và gia công từng tấm khuôn

+ Áp dụng phần mềm Pam_Stamp để mô phỏng, tính toán độ biến dạng của sản phẩm sau khi dập để đưa ra hướng giải pháp tối ưu và tiết kiệm thời gian khi thiết

kế

1.7 Kết cấu của đề tài

Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ khuôn dập cho sản phẩm vật liệu

SPFH590” gồm 7 chương và Tài liệu tham khảo:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Tổng quan về công nghệ gia công áp lực

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Chọn phương án thiết kế các bộ khuôn

Chương 5: Tính toán và thiết kế

Chương 6: Gia công, lắp ráp và thử nghiệm các bộ khuôn

Chương 7: Kết luận

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC

2.1 Công nghệ gia công áp lực

2.1.1 Khái niệm chung

Quá trình công nghệ gia công áp lực bao gồm một loạt các công đoạn và kỹ thuật, nhằm biến dạng kim loại (dạng băng hoặc tấm) để tạo ra các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết, trong đó sự thay đổi về độ dày của vật liệu là không đáng kể [5]

Phân loại [5]:

- Dập tấm: Chế tạo các chi tiết từ phôi dạng tấm có thể được thực hiện ở trạng thái

nóng hoặc nguội Tuy nhiên, thông thường, việc dập ở trạng thái nguội, hay dập nguội, thường thuận tiện hơn

- Dập nóng thể tích (rèn khuôn): Là phương pháp biến đổi, biến dạng kim loại trong

lòng khuôn dưới tác động của lực từ đầu chày hoặc đầu máy ép để tạo ra sản phẩm có kích thước và hình dạng mong muốn Phương pháp này thường được áp dụng trong sản xuất hàng loạt

- Rèn tự do: Biến dạng kim loại dưới lực dập từ đầu chày máy hoặc lực ép từ máy ép

mà không cần sử dụng khuôn Phương pháp này cho phép kim loại biến dạng mà không bị hạn chế bởi khuôn bên trong Rèn tự do thích hợp cho sản xuất đơn chiếc hoặc khi cần sửa chữa linh kiện

- Cán: Là cách biến dạng kim loại bằng cách đặt phôi giữa hai trục quay của máy

Trong quá trình này, phôi bị biến dạng và di chuyển qua các đầu máy và chi tiết, sử dụng chủ yếu lực ma sát để tạo ra sản phẩm cán

- Kéo: Là phương pháp kéo dài phôi qua khuôn kéo, trong đó lỗ khuôn có hình dạng

và kích thước nhỏ hơn so với phôi ban đầu Quá trình này tạo ra bề mặt sản phẩm nhẵn bóng

và độ chính xác cao trong chi tiết

- Ép: Là phương pháp chế tạo các thỏi hoặc ống bằng kim loại màu hoặc hợp kim

Trong quá trình này, kim loại được nung nóng và đặt vào khuôn ép Dưới tác động của chày

ép, kim loại trải qua lỗ khuôn ép có hình dạng và kích thước chi tiết cần chế tạo

- Miết (tiện dựng): Là phương pháp chế tạo các chi tiết có dạng tròn xoay từ kim loại

tấm mỏng Nó có thể thay thế các phương pháp dập tấm, giúp tránh cần phải tóp miệng, viền mép hay uốn vành sau khi đã dập tấm

- Gò: Là phương pháp biến dạng kim loại để tạo hình, sau đó kết nối các bộ phận bằng

hàn, tán đinh Trong sửa chữa ô tô, nghề làm đồng thường kết hợp công nghệ gò và hàn

2.1.2 Ứng dụng của công nghệ gia công áp lực

Là một phương pháp phổ biến trong ngành sản xuất kim loại nên được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp

- Ngành công nghệ kỹ thuật cơ khí: Sản xuất các dụng cụ cắt, khuôn đúc để tạo ra các sản phẩm yêu cầu độ bền và chính xác cao

- Ngành ô tô: Sản xuất các thành phần của xe hơi như bộ khung, động cơ, và các bộ phận nội thất thông qua việc dập và ép các tấm kim loại

- Ngành hàng không và vũ trụ: Tạo ra các chi tiết máy bay và tàu vũ trụ bằng cách dập

và ép các tấm kim loại, đảm bảo sự chắc chắn và độ bền của các bộ phận quan trọng

- Ngành đóng tàu: sản xuất các bộ phận của tàu biển và tàu cá như cấu trúc thân tàu và các bộ phận nội thất

- Ngành công nghiệp năng lượng: sản xuất các bộ phận của thiết bị năng lượng như các thành phần của turbine gió và đường ống dẫn dầu

- Ngành công nghiệp công trình và xây dựng: Sản xuất các chi tiết kim loại cho cơ sở

hạ tầng và cấu trúc xây dựng như ống dẫn nước và cầu cống

2.1.3 Mục tiêu chính của công nghệ gia công áp lực

Mục tiêu chính của công nghệ gia công áp lực là tạo ra các chi tiết hoặc sản phẩm từ vật liệu kim loại thông qua việc áp dụng áp lực lên vật liệu đó:

- Định hình và định dạng: Tạo ra các chi tiết hoặc sản phẩm có hình dạng và kích thước mong muốn từ vật liệu kim loại

- Đạt được độ chính xác và đồng đều: Đảm bảo rằng các chi tiết hoặc sản phẩm được sản xuất với độ chính xác cao và đồng đều, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và thẩm mỹ

- Tăng năng suất sản xuất: Nâng cao hiệu suất sản xuất bằng cách tạo ra các sản phẩm với tốc độ và khả năng sản xuất lớn

- Tiết kiệm chi phí và tài nguyên: Tối ưu hóa quy trình sản xuất và sử dụng tài nguyên

để giảm thiểu lãng phí và chi phí sản xuất

- Đáp ứng yêu cầu của thị trường: Sản xuất các sản phẩm với chất lượng cao và giá cả cạnh tranh để đáp ứng nhu cầu của thị trường

2.1.4 Ưu và nhược điểm công nghệ gia công áp lực

a So với công nghệ đúc [5]:

- Ưu điểm:

+ Dễ tự động hóa và cơ tính hóa

+ Nâng cao chất lượng bề ngoài sản phẩm với độ bóng và độ chính xác cao

+ Có khả năng tạo ra tổ chức sợi uốn, xoắn khác nhau, tăng tính linh hoạt và cơ tính cho sản phẩm

+ Năng suất cao và giá thành sản phẩm thấp hơn

+ Đạt được độ bóng và độ chính xác cao hơn so với công nghệ đúc

- Nhược điểm:

+ Phù hợp chủ yếu với gia công hàng lượt do chi phí ban đầu cao, bao gồm khuôn, thiết bị và máy móc

+ Không thể chế tạo được các vật liệu dẻo

+ Yêu cầu trình độ tay nghề cao

+ Quy trình tính toán phức tạp

+ Điều kiện làm việc nặng nhọc

+ Không thích hợp cho việc sản xuất các khuôn hoặc chi tiết có kết cấu phức tạp

b So với công nghệ gia công cắt gọt [5]:

- Ưu điểm:

+ Năng suất cao

+ Gia công được các hình dạng chi tiết lớn

+ Thích hợp cho các cá nhân hay tổ chức sản xuất hàng loạt

- Nhược điểm:

+ Độ chính xác và độ bóng thấp hơn so với gia công cắt gọt

+ Đòi hỏi phải có trình độ tay nghề cao

+ Thời gian sẽ gia công lâu hơn và tốn nhiều chi phí sản xuất

2.2 Biến dạng kim loại

- Ngoại lực: Là lực từ bên ngoài tác động lên kim loại gia công, bao gồm lực chính, phản lực, lực ma sát và lực quán tính, có thể do người hoặc thiết bị tạo ra, hoặc do sự ma sát

và chuyển động của vật thể gây ra [5]

- Nội lực: Là lực xuất hiện trong nội bộ vật thể khi có tác động của ngoại lực, cũng có thể do các hiện tượng hóa lý như nung nóng hoặc làm nguội gây ra Nội lực gây ra ứng suất bên trong vật thể, và khi vượt quá giới hạn, có thể làm biến dạng, cong vênh hoặc gây nứt nẻ [5]

2.2.1 Phân loại ngoại lực

- Lực chính: là do người, thiết bị thông qua dụng cụ gia công (như đầu búa, khuôn rèn, trục cán,…) tác dụng lực vào kim loại gây ra biến dạng Hướng lực chính song song với hướng chuyển động của dụng cụ gia công Theo nguyên tắc cộng véc tơ, có thể tập hợp nhiều lực chính tác dụng vào một vật gia công thành một lực thống nhất Lực chính có ảnh hưởng quyết định tới sự biến dạng của vật Điểm đặt lực cũng ảnh hưởng tới sự biến dạng [5]

- Phản lực: Là lực ngăn cản vật bị di chuyển tự do theo hướng của lực chính, thường xuất hiện ở các bộ phận của thiết bị Chiều của phản lực thường ngược với trục chính và chỉ tồn tại khi có lực chính tác động [5]

- Lực ma sát: Là lực phát sinh khi hai vật chuyển động tương đối lên nhau Chiều của lực ma sát thường ngược với hướng chuyển động của vật và có giá trị bằng tích của hệ số ma sát và phản lực tiếp tuyến Lực ma sát gây cản trở cho sự di chuyển của kim loại trong quá trình biến dạng [5]

- Lực quán tính: Là lực gây ra do sự di động các gia tốc của các chất điểm vật thể khi biến dạng Theo định luật III Niu tơn, trị số lực quán tính bằng tích số của khối lượng và gia tốc [5]

2.2.2 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

Khi chiu tác dụng của ngoại lực, kim loại sẽ biến dạng theo 3 giai đoạn: biến dạng đàn

hồi, biến dạng dẻo và phá hủy (vượt quá giới hạn lực chịu đựng của chi tiết) [5]

- Biến dạng đàn hồi: Là quá trình mà kim loại biến dạng theo tỉ lệ thuận với lực tác động Khi lực ngừng tác dụng, kim loại sẽ trở về trạng thái ban đầu Dưới tác động của ngoại lực, các nguyên tử trong mạng tinh thể của kim loại sẽ dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng, thay đổi khoảng cách giữa chúng Tuy nhiên, khi ngừng tác dụng của lực ngoại, lực liên kết giữa các nguyên tử sẽ đưa chúng trở về vị trí ban đầu, kết thúc quá trình biến dạng

- Biến dạng dẻo: Là quá trình khi một phần biến dạng vẫn được giữ lại sau khi loại bỏ lực tác dụng, mà không gây phá hủy rõ ràng trên các phần tử của vật thể Điều này xảy ra khi ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi, và trong quá trình này, biến dạng đàn hồi vẫn duy trì Gia công áp lực sử dụng giai đoạn biến dạng dẻo của kim loại để thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết

- Phá hủy: Xảy ra khi ứng suất tác động vượt quá giới hạn bền của kim loại, dẫn đến quá trình biến dạng phá hủy của chi tiết kim loại

2.3 Những nhân tố ảnh hưởng tới tính dẻo và biến dạng dẻo của kim loại

2.3.1 Ảnh hưởng của ứng suất chính

Ứng suất chính là ứng suất pháp tuyến sinh ra bên trong vật thể khi có ngoại lực tác dụng

Có 3 dạng ứng suất chính: ứng suất đường, ứng suất mặt và ứng suất khối [5]

- Ứng suất chính: Làm cho vật thể biến dạng đàn hồi hoặc biến dạng phá hủy và ảnh hưởng quyết định đến ứng suất tiếp

- Ứng suất tiếp: Sẽ gây ra sự trượt và song tinh làm cho vật thể biến dạng dẻo Ứng suất tiếp càng lớn thì biến dạng dẻo càng nhiều Ứng suất tiếp đạt trị số cực đại τmax tại các mặt tinh thể làm với phương của lực tác dụng một góc bằng 45o Trị số τmax này phụ thuộc vào trạng thái ứng suất chính và giá trị của chúng

2.3.2 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính đối với tính dẻo và biến dạng dẻo của kim loại

Khi tác động của ứng suất kéo càng ít và ứng suất nén càng nhiều thì tính dẻo của kim loại càng cao, trạng thái ứng suất kéo khối làm cho kim loại kém dẻo hơn so với trạng thái ứng suất kéo mặt và đường Trạng thái ứng suất nén khối làm cho kim loại có tính dẻo cao

hơn ứng suất nén mặt và đường [5]

2.3.3 Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Thành phần hóa học ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại và hợp kim, thành phần hóa học của hợp kim được quyết định bởi nguyên tố cơ bản, nguyên tố hợp kim và tạp chất [5]

- Nguyên tố cơ bản: Nguyên tố cơ bản tạo nên các tổ chức cơ sở, do đó ảnh hưởng quyết định tới tính dẻo và khả năng biến dạng dẻo của kim loại và hợp kim

- Nguyên tố hợp kim: Khi hợp kim hóa, nguyên tố hợp kim có thể tạo với kim loại cơ

sở những liên kết kim loại (các hợp chất hóa học, hợp chất điện tử,…) Các liên kết kim loại này thường có tổ chức tinh thể phức tạp làm cho kim loại và hợp kim rất cứng và giòn

- Nguyên tố tạp chất: Tạp chất trong kim loại ảnh hưởng lớn tới tính dẻo của nó Trong kim loại càng nhiều tạp chất (nhất là các tạp chất phi kim loại như S, P, O, N, H,…) đều làm

giảm mạnh tính dẻo của kim loại Tạp chất dễ cháy thường tập chung ở vùng tinh giới hạn gây rối loạn mạng tinh thể tại đấy, từ đây tính dẻo kim loại kém đi

2.3.4 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Đầu tiên, cần phân biệt tốc độ biến dạng và tốc độ hành trình của thiết bị Ví dụ: một vật dài 100mm và một vật khác dài 10mm đều được kéo dài trên một máy kéo có tốc độ hành trinh máy là 10m/s nhưng tốc độ biến dạng của vật thứ nhất là 10%/s và của vật thứ hai là

100%/s [5]

2.3.5 Ảnh hưởng tới tổ chức và cơ tính kim loại

Tốc độ biến dạng càng tăng thì sự vỡ nát của các hạt càng lớn, độ hạt càng giảm do đó cơ tính tăng lên, tổ chức kim loại vật đúc có dạng nhánh cây, hạt không đều, có nhiều khuyết tật như xốp co, rỗ khí, rỗ co, lõm co,… Nhờ biến dạng dẻo các khuyết tật trên được khử bỏ, tăng

độ mịn chặt của kim loại làm cho cơ tính tăng lên [5]

2.3.6 Ảnh hưởng tới lý tính kim loại

- Tính dẫn điện: Biến dạng dẻo tạo ra sự sai lệch trong mạng tinh thể làm tính liên tục của điện trường trong tinh thể bị phá vỡ, ngoài ra còn tạo ra những rào chắn cản trở sự chuyển động tự do của điện tử Đây là nguyên nhân làm tăng điện trở của kim loại [5]

- Tính dẫn nhiệt: Biến dạng dẻo làm giảm tính dẫn nhiệt, nguyên do từ việc biến dạng dẻo làm xô lệch mạng, xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ giao động nhiệt của các điện tử

do đó giảm khả năng dẫn nhiệt [5]

- Từ tính: Biến dạng dẻo làm thay đổi cách bố trí từ trường cơ bản trong kim loại do đó làm thay đổi từ tính Độ thấm từ, độ từ giảo và độ từ dư giảm, lực khử từ và vòng trễ từ tăng [5]

2.4 Các định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực

2.4.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại đồng thời với biến dạng dẻo

“Khi biến dạng dẻo kim loại, biến dạng hồi có thể xảy ra đồng thời với biến dạng dẻo Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo định luật HUC”

Vì có biến dạng đàn hồi khi biến dạng dẻo nên kích thước của chi tiết sau khi gia công

khác với kích thước của nó khi đang gia công

2.4.2 Định luật ứng suất dư

Do sự biến dạng không đều toàn thể tích kim loại, sự phân bố nhiệt không đều, thành phần tổ chức kim loại không đều nên sau khi gia công trong kim loại còn tồn tại ứng suất dư, đặc biệt ứng suất dư loại 1 là quan trọng nhất (là ứng suất được cân bằng trên toàn thể tích vật thể)

2.4.3 Định luật đàn hồi ngược

- Springback là một hiện tượng phổ biến trong quá trình hình thành tấm kim loại, trong

đó vật liệu trải qua một phục hồi co giãn khi các tải trọng tác dụng bị loại bỏ Springback gây

ra hình dạng hình thành lệch khỏi hình học thiết kế dự kiến Hiện tượng này có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố [6]

+ Thuộc tính vật liệu

+ Bề dày vật liệu

+ Hình dạng chi tiết

+ Góc trung tâm uốn

+ Điều kiện phù hợp của khe hở khuôn

- Có hai quan điểm cơ bản về lý do Spring Back xảy ra [6]:

+ Do sự di chuyển của phân tử và quan điểm khác xem xét Springback dưới dạng một biểu đồ stress-strain

+ Khi vật liệu bị uốn, khu vực bên trong uốn bị ép lại trong khi khu vực bên ngoài

bị căng ra Điều này có nghĩa là mật độ phân tử cao hơn ở phần bên trong của uốn Thông thường, sức ép nén của vật liệu lớn hơn so với sức căng của nó Điều này có nghĩa là áp suất

sẽ biến đổi vĩnh viễn khu vực bên ngoài của mảnh trước khi nó biến dạng khu vực bên trong

Hình 2.1 Biểu đồ stress-strain [6]

- Vùng 1 (Zone 1): Vật liệu là đàn hồi, có nghĩa là nếu nó bị uốn, nó sẽ trở lại hình dạng ban đầu mà không có biến dạng vĩnh viễn Cuối cùng, vật liệu đạt đến điểm chảy của nó

và biến dạng vĩnh viễn của kim loại sẽ xảy ra

- Vùng 2 (Zone 2): Cho thấy rằng khi công việc được thực hiện trên tấm kim loại tăng lên, kim loại bắt đầu uốn cong, tuy nhiên trong khu vực này nó sẽ trở lại một chút Số lượng

mà nó trở lại là một thuộc tính của kim loại cũng như dụng cụ được sử dụng để uốn nó

- Vùng 3 (Zone 3): Vật liệu đến đáy của khuôn và trải qua một giai đoạn ngắn của Spring back âm hoặc spring forward Điều này cũng là một thuộc tính của kim loại nhưng có thể quan trọng như một vài độ qua uốn 90°

- Khi lực tăng đáng kể ở Vùng 4 (Zone 4): Vật liệu bắt đầu trung bình giữa spring forward và Spring back cuối cùng trải qua quá trình được biết đến là Coining trong đó không

có Springback

a Tính toán đàn hồi ngược [6]

- Nếu giới hạn uốn trước và sau đàn hồi ngược nhau bằng nhau thì:

+ E: Modul đàn hồi

+ Tỷ lệ ngược với R/T (Tỷ số bán kính uốn và độ dày)

+ Tỷ lệ ngược với Y/E (Tỷ số giới hạn chảy và modul đàn hồi)

Hình 2.2 Biểu đồ hệ số an toàn theo R/T [6]

- Trên đường cong biến dạng - ứng suất trượt [6]

Hình 2.3 Biểu đồ đường cong ứng suất trượt [6]

+ Vật liệu có giới hạn chảy cao thì mức độ khôi phục đàn hồi lớn hơn

𝐸𝑒2 > 𝐸𝑒1 + Biến dạng càng nhiều thì mức độ khôi phục đàn hồi càng cao

𝐸𝑒3 > 𝐸𝑒1 + Vật liệu có modul đàn hồi lớn thì mức độ khôi phục đàn hồi nhỏ

+ Với khuôn sử dụng nhiều phương pháp như cấu trúc CAM để tránh Under-Cut

Hình 2.4 Phương án uốn quá

- Uốn đáy

+ Phương pháp gia tăng lực nén lên phần góc khi gia công uốn

Hình 2.5 Phương án uốn đáy

- Bổ sung gân

+ Phương pháp bổ sung gân khi gia công uốn

+ Phương pháp tránh đàn hồi ngược bằng cách tạo them gân trước khi gia công để tăng độ bền tự thân

Hình 2.6 Phương án bổ sung gân

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Khái quát công nghệ dập tấm

3.1.1 Định nghĩa khuôn dập tấm

Khuôn dập là dụng cụ đặc biệt, lắp ghép từ nhiều chi tiết, để thực hiện nguyên công trên vật liệu kim loại và tạo ra các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết Bằng cách tác động áp lực, khuôn dập có thể biến dạng vật liệu thành các hình dạng mong muốn (uốn, dập,

vuốt, tạo hình ) hoặc bị biến dạng phá hủy (cắt, đột ) [7]

+ Khuôn dập vuốt: Dùng để biến phôi phẳng hoặc rỗng thành các chi tiết rỗng với hình dạng mặt cắt ngang

+ Khuôn tạo hình: Bao gồm các loại như khuôn tóp, lên vành, dập nổi,

- Phân loại theo mức độ phức tạp của khuôn:

+ Khuôn đơn giản: Chỉ thực hiện một công việc nhất định sau mỗi lần dập

+ Khuôn liên tục: Mỗi lần dập máy có thể thực hiện hai công việc trở lên

+ Khuôn phối hợp: Chi tiết được hoàn thành sau mỗi lần dập, thực hiện tất cả các nguyên công cùng một lúc

- Phân loại khuôn dập tấm theo kết cấu khuôn:

+ Khuôn không có dẫn hướng: Rất ít khuôn không sử dụng dẫn hướng

+ Khuôn có dẫn hướng: Phần lớn khuôn đều sử dụng dẫn hướng

3.2 Các vật liệu chế tạo khuôn

3.2.1 Thép tấm SS41 (SS400)

Thép SS41 (hay SS400) là ký hiệu mác thép trong tiêu chuẩn Nhật Bản JISG 3101 năm

1987 Đây là mác thép được sử dụng cực kỳ phổ biến trong công nghiệp nặng ở nước ta Mác

thép SS400 có thế ứng dụng cho nhiều loại sản phẩm như thép ống; thép tấm thông thường; thép hình H, U, I,… [8]

Bảng 3.1 Tên gọi của thép SS41 theo tiêu chuẩn từng nước [8]

Quốc gia Tiêu chuẩn Tên gọi

Tính dẻo, khả năng định hình sản phẩm tốt, khả năng chịu nhiệt và giá thành hợp lý

là những ưu điểm nổi bật của thép SS41, khiến cho nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Cơ tính của thép SS41 được chia theo các khoảng độ dày thép như sau: Đối với thép có T < 5 (mm) (TS: 400 Mpa đến 510 MPa, YS: 245 Mpa, EL:21%) Đối với T (5mm-16mm) (TS: 400 Mpa - 510 Mpa, YS: 245 Mpa, EL: 17 %) Đối với T (16mm-40mm) (TS: 400 Mpa – 510 Mpa, YS: 235 Mpa, EL: 21%)