Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm khuôn dập nguội cho chi tiết body work

Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp nhóm bao gồm 6 chương, trong đó chương 2 trình bày về tổng quan nghiên cứu về thiết kế và chế tạo khuôn dập nguội, chương 3 đề cập đến cơ sở

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh cạnh tranh chiến lược giữa các cường quốc và sự thay đổi mạnh mẽ trong quan hệ quốc tế, kinh tế thế giới đang suy yếu Cách mạng công nghiệp 4.0 đã tác động sâu sắc đến mọi quốc gia và lĩnh vực đời sống xã hội Các quốc gia trên thế giới đang áp dụng nhiều công nghệ khác nhau để thúc đẩy sự phát triển Trong số đó, công nghệ gia công áp lực hiện đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ khác.

Gia công kim loại áp lực là một lĩnh vực quan trọng trong chế tạo máy, cho phép sản xuất các sản phẩm với hình dạng và kích thước phức tạp mà vẫn đảm bảo chất lượng cao, năng suất tốt và giá thành hợp lý Trong đó, công nghệ dập tạo hình là một phần thiết yếu của gia công áp lực, đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, hàng không, quân sự và gia dụng tại nhiều quốc gia phát triển như Nhật Bản, Anh, Đức và Mỹ.

Công nghệ dập tại Việt Nam hiện có tiềm năng lớn, hứa hẹn mang lại lợi nhuận hàng tỉ đô, nhưng quy mô vẫn nhỏ do thiếu đầu tư, không đáp ứng đủ nhu cầu sản xuất và đời sống Đặc biệt trong lĩnh vực quân sự, sản xuất vũ khí và trang thiết bị quân sự vẫn phụ thuộc vào nước ngoài Vì vậy, nghiên cứu và chế tạo khuôn dập nguội trở thành một chủ đề cấp bách và thiết thực Chủ đề này không chỉ giúp nhóm nghiên cứu hiểu rõ hơn về công nghệ mà còn giải quyết một số yếu tố kỹ thuật Nhóm nghiên cứu đã khảo sát thực trạng ngành dập trên thị trường và đưa ra đề xuất với sự hướng dẫn của thầy GVHD TS Võ Xuân Tiến, nhằm ứng dụng kiến thức vào thực tế và tạo ra sản phẩm phục vụ đời sống.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu các thông số kỹ thuật trong quy trình dập kim loại tấm giúp dự đoán khả năng định hình và xác định hướng loại bỏ khuyết tật.

Đề tài nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, với kết quả được áp dụng trực tiếp vào thiết kế và chế tạo sản phẩm cơ khí cũng như khuôn mẫu tại Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục đích của nghiên cứu là giải quyết các vấn đề sau:

- Áp dụng công nghệ tạo hình kim loại tấm để sản xuất các bộ phận máy móc có độ chính xác cao, chất lượng cao

Nghiên cứu và đánh giá đặc tính cũng như độ chính xác của công nghệ dập khuôn là rất quan trọng Qua việc áp dụng các bài toán mô phỏng số, chúng ta có thể thực hiện các điều chỉnh cần thiết cho quy trình gia công thực tế, từ đó nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

- Sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng quá trình thiết kế để đưa ra phương

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Công nghệ gia công áp lực, đặc biệt là công nghệ tạo hình kim loại tấm

- Phần mềm mô phỏng và xử lý số liệu: Solidworks, Creo

- Máy dập tại xưởng trường

- Nghiên cứu các loại khuôn dập đang có trên thị trường

- Tìm những điểm cần cải thiện, những điểm cần học hỏi và mục tiêu chung nhóm hướng tới – không kém quan trọng

- Triển khai những khâu đầu tiên tính toán lực dập, khe hở, tính bền, vật liệu, giá thành vật liệu…

- Lên ý tưởng về kết cấu, 3D…

- Tìm hiểu phương pháp gia công, cách lắp ráp vận hành

- Chọn vật liệu từng chi tiết khuôn, các bộ phận thay thế của máy dập cần bảo trì

- Tiến hành gia công, lắp ráp

- Thực hiện thử kiểm nghiệm độ bền, tiếng ồn, khả năng vận hành

- Khắc phục, sửa chữa các vấn đề của máy, khuôn dập

- Hoàn thiện máy, khuôn dập.

Phương pháp nghiên cứu

- Dựa vào nhu cầu thị trường sử từ các sản phẩm cơ khí được sản xuất bằng phương pháp dập nguội ngày càng cao

- Dựa vào khả năng công nghệ có thể tạo ra sản phẩm từ khuôn dập

- Cơ sở lý thuyết chế tạo khuôn dập

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

- Phương pháp thu nhập số liệu

- Phương pháp phân tích tổng hợp

Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp nhóm bao gồm 6 chương, trong đó chương 2 tổng quan nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn dập nguội Chương 3 trình bày cơ sở lý thuyết về công nghệ dập tạo hình kim loại tấm Chương 4 đề cập đến các phương hướng và giải pháp cho các vấn đề liên quan đến khuôn cắt đục Chương 5 liên quan đến tính toán, thiết kế và mô phỏng khuôn, và chương 6 tập trung vào chế tạo thực nghiệm và đánh giá.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Giới thiệu về khuôn dập tấm

Dập tấm là quá trình công nghệ bao gồm nhiều công đoạn khác nhau, nhằm biến dạng kim loại dập tấm (băng hoặc dải) để tạo ra các chi tiết với hình dạng và kích thước yêu cầu, trong khi chiều dày của vật liệu chỉ thay đổi không đáng kể và không tạo ra phế liệu dạng phoi.

2.1.2 Quá trình biến dạng công nghệ dập tạo hình

Phương pháp dập tấm kim loại chủ yếu được thực hiện ở trạng thái dập nguội, sử dụng lực bên ngoài để tạo ra biến dạng dẻo cho tấm hoặc tấm thép Đây là một phương pháp sản xuất không gây ô nhiễm môi trường, vì không phát sinh khí thải độc hại.

Công nghệ dập tạo hình kim loại tấm là phương pháp biến dạng và định hình phôi kim loại thành các chi tiết có hình dạng và kích thước phức tạp thông qua khuôn dập đặc biệt Công nghệ này không chỉ đảm bảo chất lượng cơ tính tốt mà còn đạt năng suất cao và giá thành hợp lý Ứng dụng của công nghệ dập tạo hình rất đa dạng, bao gồm các ngành công nghiệp hóa chất, y tế, quốc phòng, xây dựng và giao thông vận tải, cho thấy vai trò quan trọng của gia công áp lực trong ngành công nghiệp nặng.

Để phát triển bền vững ngành gia công áp lực tại Việt Nam, cần xây dựng một chiến lược cụ thể nhằm thu hút đầu tư từ các doanh nghiệp nước ngoài, qua đó nâng cao trình độ chuyên môn Công nghệ và thiết bị gia công áp lực là những yếu tố quan trọng đánh giá tiềm năng và mức độ phát triển của một quốc gia Do đó, việc đột phá và đổi mới trong lĩnh vực gia công áp lực là hết sức cần thiết để thúc đẩy sự phát triển này.

2.1.3 Ưu, nhược điểm công nghệ dập tạo hình bằng gia công áp lực a So với công nghệ đúc [2]:

+ Dễ tự đông hóa và cơ tính hóa

+ Tăng chất lượng bề ngoài sản phẩm bằng cách gia công áp lực kim loại sẽ cho độ bóng cao, chính xác đến từng chi tiết

Có khả năng chuyển đổi cấu trúc tổ chức sợi của kim loại thành dạng tổ chức sợi, từ đó tạo ra các dạng sợi uốn và xoắn đa dạng, góp phần nâng cao cơ tính cho sản phẩm.

+ Năng suất cao vì thế giá thành sản phẩm thấp, tiết kiếm được thời gian sản xuất

+ Độ bóng, độ chính xác cao hơn các chi tiết đúc

+ Chỉ phù hợp với gia công hàng lượt, vì chi phí ban đầu cao (khuôn, thiết bị, máy móc)

+ Không chế tạo được các loại vật liệu dẻo

+ Đòi hỏi phải có trình độ tay nghề cao

+ Tính toán quy trinh phức tạp

+ Điều kiện làm việc nặng nhọc

+ Đặc biệt không sản xuất được các khuôn phức tạp hay các chi tiết có kết cấu phức tạp b So với công nghệ gia công cắt gọt [2]:

+ Gia công được các hình dạng chi tiết lớn

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

+ 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

2.1.4 Định nghĩa khuôn dập tấm

Khuôn dập là một dụng cụ phức tạp, bao gồm nhiều bộ phận được lắp ghép để thực hiện các nguyên công trên thiết bị thích hợp Nó giúp tạo ra các chi tiết kim loại có hình dạng và kích thước cần thiết thông qua việc tác dụng áp lực, làm cho vật liệu kim loại biến dạng dẻo (như uốn, dập, vuốt, tạo hình) hoặc biến dạng phá hủy (như cắt, đột).

Dựa vào tính công nghệ và đặc điểm biến dạng của kim loại, khuôn dập tấm được phân loại thành các dạng sau [1]:

Khuôn cắt đột là công cụ quan trọng trong sản xuất, thường được sử dụng để tạo ra các chi tiết phẳng, lỗ trên các chi tiết rỗng hoặc cong, cũng như để tạo phôi cho các nguyên công khác Các loại khuôn cắt đột bao gồm khuôn đột lỗ, khuôn cắt và khuôn cắt trích, mỗi loại phục vụ cho những mục đích cụ thể trong quá trình chế tạo.

+ Khuôn dập vuốt: Để biến phôi phẳng hoặc rỗng thành các chi tiết rỗng có hình dạng mặt cắt ngang

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

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: Cứ mỗi làn dập máy nó có thể thực hiện hai công việc hai công việc trở lên

Khuôn phối hợp là một phương pháp sản xuất hiệu quả, trong đó tất cả các nguyên công để tạo ra sản phẩm được thực hiện đồng thời chỉ sau một lần dập Điều này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu thời gian cũng như chi phí.

Ngoài ra còn phân loại khuôn dập tấm theo kết cấu khuôn:

Thông số máy ép thủy lực khung chữ C Profi Press có tại xưởng

Hình 2.1: Máy ép thủy lực khung chữ C [7]

Bảng 2.1: Thông số máy ép thủy lực khung chữ C Profi Press có tại xưởng [7]

Tốc độ làm việc: 6.3 𝑚𝑚 𝑠⁄ Áp suất tối đa: 320 bar

Kích thước bàn máy trên: 550 x 300 mm Kích thước bàn máy dưới: 700 x 450 mm

Chiều cao hành trình: 850 mm

Hình 2.2: Các tính năng đặt biệt của máy ép thủy lực Profi Press [7]

A: Máy ép thủy lực khung chữ C này được trang bị bàn máy cơ khí hóa phía dưới có các rãnh chữ T Xi lanh được cơ khí hóa ở cuối để điều chỉnh các công cụ và khuôn mẫu

B: Hành trình xi lanh dễ dàng điều chỉnh bằng các công tắc hành trình ở bên cạnh máy ép

C: Hoạt động của các mô hình PPCD này được thực hiện bằng nút ấn hai tay với mô- đun bảo mật cấp IV Sự an toàn cho các mẫu khung C này được đảm bảo bởi hai màn chắn bảo vệ cố định và khoảng mở 600 mm phía trước

D: Bảng điều khiển có bộ vận hành thủ công hoặc bán tự động và bộ cho hai tốc độ xi lanh khác nhau (tốc độ làm việc nhanh và tốc độ làm việc chậm) Nó cũng chứa một công tắc áp suất và áp kế

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về gia công áp lực

Gia công kim loại bằng áp lực là quy trình sử dụng ngoại lực tác động lên kim loại ở trạng thái rắn, có thể thực hiện ở nhiệt độ cao (nóng) hoặc thấp (nguội) Phương pháp này tạo ra cường độ lực vượt quá giới hạn đàn hồi của kim loại, giúp thay đổi hình dáng của chi tiết mà vẫn bảo đảm tính liên kết và độ bền dẻo của vật liệu.

3.1.2 Phân loại Đối với các kim loại ở trạng thái mềm, nguội thường dùng các phương pháp như kéo dây, dập tấm, dập nguội thể tích, cán nguội, miết, gò Các sản phẩm làm bằng thép có khối lượng lớn hay chiều dài lớn thường cán nóng, rèn khuôn, rèn tự do, ép chảy

Dập tấm là quá trình chế tạo các chi tiết từ phôi dạng tấm, có thể thực hiện ở trạng thái nóng hoặc nguội Tuy nhiên, dập nguội thường được ưa chuộng hơn do tính tiện lợi của nó.

Dập nóng thể tích, hay còn gọi là rèn khuôn, là phương pháp biến đổi kim loại thông qua lực tác động từ đầu chày hoặc máy ép trong khuôn có kích thước và hình dạng sản phẩm mong muốn Phương pháp này thường được áp dụng trong sản xuất hàng loạt hoặc sản xuất quy mô lớn.

Rèn tự do là phương pháp biến dạng kim loại thông qua lực dập từ đầu chày máy hoặc lực ép từ máy ép, không sử dụng khuôn nên kim loại có thể biến dạng tự do mà không bị hạn chế Phương pháp này rất phù hợp cho sản xuất đơn chiếc và nhu cầu sửa chữa linh kiện.

Cán là một phương pháp biến dạng kim loại diễn ra giữa hai trục quay của máy cán, trong đó phôi kim loại sẽ bị biến dạng và di chuyển do lực ma sát giữa đầu máy và chi tiết Phương pháp này chủ yếu sử dụng lực ma sát để tạo ra sản phẩm cán chất lượng.

Kéo là phương pháp kéo dài phôi thông qua khuôn kéo, với lỗ khuôn có hình dạng và kích thước nhỏ hơn so với tiết diện của phôi ban đầu Phương pháp này mang lại sản phẩm có bề mặt nhẵn bóng và độ chính xác cao trong từng chi tiết.

Ép là phương pháp chế tạo thỏi hoặc ống từ kim loại màu và hợp kim của chúng Quá trình này bắt đầu bằng việc nung nóng kim loại, sau đó cho vào khuôn ép Dưới tác động của chày ép, kim loại sẽ chui qua lỗ khuôn với hình dạng và kích thước chi tiết mong muốn.

Miết (tiện dựng) là phương pháp chế tạo chi tiết hình tròn xoay từ kim loại tấm mỏng, mang lại hiệu quả cao trong sản xuất Phương pháp này có thể thay thế các kỹ thuật dập tấm truyền thống, giúp loại bỏ các công đoạn phức tạp như tóp miệng, viền mép và uốn vành, từ đó tiết kiệm thời gian và chi phí.

Gò là phương pháp biến dạng dẻo kim loại để tạo hình các phôi thành dạng tấm hoặc thanh theo yêu cầu, sau đó kết nối các bộ phận bằng các mối ghép tháo được hoặc không tháo được như hàn, tán đinh, hay ghép mí Trong ngành sửa chữa ô tô, nghề làm đồng kết hợp giữa công nghệ gò và công nghệ hàn để tạo ra các bộ phận hoàn chỉnh.

Biến dạng của kim loại

Kim loại dưới tác động của nội lực và ngoại lực sẽ sinh ra biến dạng Trong đó:

Ngoại lực là lực tác động từ bên ngoài lên kim loại gia công, được tạo ra bởi con người hoặc thiết bị, cũng như do ma sát và chuyển động của các vật thể Các thành phần của ngoại lực bao gồm lực chính, phản lực, lực ma sát và lực quán tính.

Nội lực là lực phát sinh bên trong vật thể khi có tác động của ngoại lực hoặc các hiện tượng hóa lý, như nung nóng hoặc làm nguội Sự xuất hiện của nội lực dẫn đến ứng suất bên trong vật thể Khi ứng suất này vượt quá giới hạn cho phép, nó có thể gây ra biến dạng, cong vênh hoặc nứt nẻ cho vật thể.

Lực chính là lực tác động lên kim loại do con người hoặc thiết bị thông qua các dụng cụ gia công như đầu búa, khuôn rèn và trục cán Lực này gây ra biến dạng cho kim loại và luôn hướng song song với bề mặt tác động.

Theo nguyên tắc cộng véc tơ, nhiều lực chính tác động vào vật gia công có thể được hợp nhất thành một lực tổng quát Lực chính này đóng vai trò quyết định trong việc gây ra sự biến dạng của vật Ngoài ra, vị trí đặt lực cũng có ảnh hưởng đáng kể đến mức độ biến dạng của vật.

Phản lực là lực cản ngăn không cho vật di chuyển tự do theo hướng của lực tác dụng Lực này thường xuất hiện ở các bộ phận của thiết bị, có chiều ngược lại với trục chính và chỉ xuất hiện khi có lực chính tác động.

Lực ma sát là lực xuất hiện khi hai vật chuyển động tương đối với nhau, có hướng ngược lại với chiều chuyển động và có giá trị bằng tích của hệ số ma sát và phản lực tiếp tuyến Lực ma sát đóng vai trò quan trọng trong việc cản trở chuyển động của kim loại khi chúng bị biến dạng.

Lực quán tính là lực sinh ra từ sự di chuyển của các gia tốc trong các chất điểm của vật thể khi chúng bị biến dạng Theo định luật 3 Newton, trị số của lực quán tính được xác định bằng tích số giữa khối lượng và gia tốc của vật thể.

3.2.2 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

Khi chịu tác dụng của ngoại lực, kim loại trải qua ba giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và cuối cùng là phá hủy khi vượt quá giới hạn lực chịu đựng của chi tiết.

- Là biến dạng mà luôn luôn tỉ lệ thuận với lực tác dụng, nếu dưng tác dụng lực thì chi tiết sẽ về trạng thái ban đầu

Dưới tác động của ngoại lực, các nguyên tử trong mạng tinh thể của kim loại sẽ bị lệch khỏi vị trí cân bằng do biến dạng đàn hồi, dẫn đến sự thay đổi khoảng cách giữa chúng Khi ngưng tác động ngoại lực, lực liên kết sẽ kéo các nguyên tử trở về vị trí cân bằng ban đầu, làm cho kim loại không còn biến dạng.

Biến dạng đàn hồi là hiện tượng mà sau khi lực tác dụng được loại bỏ, vật thể vẫn giữ lại một phần biến dạng dư Trong trường hợp này, các phần tử của vật thể không bị phá hủy, cho thấy khả năng co giãn của chúng.

Biến dạng dẻo xảy ra khi ứng suất do ngoại lực vượt quá giới hạn đàn hồi, dẫn đến sự thay đổi hình dạng vĩnh viễn của vật liệu Trong quá trình này, mặc dù có sự biến dạng dẻo, nhưng vẫn tồn tại một phần biến dạng đàn hồi.

- Gia công áp lực là quá trình lợi dụng giai đoạn biến dạng dẻo của kim loại để làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết

Khi ứng suất vượt quá giới hạn bền của kim loại, hiện tượng biến dạng phá hủy sẽ xảy ra, dẫn đến sự hư hỏng của chi tiết kim loại.

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

Ứng suất chính là loại ứng suất pháp tuyến xuất hiện bên trong vật thể khi bị tác động bởi ngoại lực Có ba dạng ứng suất chính cần lưu ý: ứng suất đường, ứng suất mặt và ứng suất khối.

- 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 có thể gây ra hiện tượng trượt và song tinh, dẫn đến biến dạng dẻo của vật thể Mức độ biến dạng dẻo tỉ lệ thuận với cường độ ứng suất tiếp; ứng suất tiếp càng lớn thì biến dạng dẻo càng nhiều Khi ứng suất tiếp đạt giá trị cực đại, vật liệu sẽ chịu tác động tối đa.

𝜏 tại các mặt tinh thể làm với phương của lực tác dụng một góc bằng 45 Trị số

𝜏 này phụ thuộc vào trạng thái ứng suất chính và giá trị của chúng

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

Khi ứng suất kéo giảm và ứng suất nén tăng, tính dẻo của kim loại sẽ cao hơn Ứng suất kéo khối làm giảm tính dẻo của kim loại so với ứng suất kéo mặt và đường Ngược lại, ứng suất nén khối lại nâng cao tính dẻo của kim loại hơn so với ứng suất nén mặt và đường.

3.3.3 Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Thành phần hóa học đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính dẻo và khả năng biến dạng của kim loại và hợp kim Hợp kim được cấu thành từ các nguyên tố cơ bản, nguyên tố hợp kim và tạp chất, những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính cơ lý của chúng.

Nguyên tố cơ bản là thành phần thiết yếu cấu thành các tổ chức cơ sở, ảnh hưởng trực tiếp đến tính dẻo và khả năng biến dạng dẻo của kim loại và hợp kim.

Nguyên tố hợp kim khi kết hợp với kim loại cơ sở tạo ra các liên kết kim loại, hình thành các hợp chất hóa học và hợp chất điện tử Những liên kết này thường có cấu trúc tinh thể phức tạp, khiến cho kim loại và hợp kim trở nên cứng và giòn.

Tạp chất trong kim loại, đặc biệt là các tạp chất phi kim loại như S, P, O, N và H, có ảnh hưởng lớn đến tính dẻo của kim loại, khiến nó giảm mạnh khi có nhiều tạp chất Những tạp chất dễ cháy thường tập trung ở vùng tinh giới hạn, gây rối loạn mạng tinh thể và làm giảm tính dẻo Ngoài ra, cần phân biệt giữa tốc độ biến dạng và tốc độ hành trình của thiết bị; ví dụ, một vật dài 100mm và một vật dài 10mm đều được kéo dài trên máy kéo với tốc độ hành trình 10 m/s, nhưng tốc độ biến dạng của vật thứ nhất là 10 %/s và của vật thứ hai là 100 %/s.

3.3.5 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 thường có cấu trúc nhánh cây và hạt không đều, kèm theo nhiều khuyết tật như xốp co, rỗ khí, rỗ co và lõm co Tuy nhiên, thông qua quá trình biến dạng dẻo, các khuyết tật này có thể được khử bỏ, giúp tăng cường độ mịn và độ chặt của kim loại, từ đó nâng cao cơ tính của vật liệu.

Biến dạng dẻo có thể tạo được các loại thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tính sản phẩm

3.3.6 Ảnh hưởng tới lý tính kim loại

Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trường trong kim loại

Biến dạng dẻo trong kim loại gây ra sự sai lệch trong mạng tinh thể, dẫn đến việc phá vỡ tính liên tục của điện trường Điều này tạo ra những rào chắn cản trở sự chuyển động tự do của điện tử, từ đó làm tăng điện trở của kim loại.

Biến dạng dẻo ảnh hưởng đến tính dẫn nhiệt bằng cách làm xô lệch mạng tinh thể và vùng tinh giới, dẫn đến giảm biên độ dao động nhiệt của các điện tử Kết quả là khả năng dẫn nhiệt giảm sút.

Từ tính trong kim loại có thể bị ảnh hưởng bởi biến dạng dẻo, dẫn đến sự thay đổi trong cách bố trí từ trường cơ bản Sự thay đổi này làm giảm độ thấm từ, độ từ giảo và độ từ dư, trong khi đó, lực khử từ và vòng trễ từ lại tăng lên.

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

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

Khi kim loại trải qua biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi có thể xảy ra đồng thời Mối quan hệ giữa lực và biến dạng trong quá trình biến dạng đàn hồi tuân theo định luật HUC.

Do sự biến dạng đàn hồi trong quá trình biến dạng dẻo, kích thước của chi tiết sau gia công sẽ khác với kích thước ban đầu trong quá trình gia công.

Ví dụ: Góc uốn của chi tiết khác với góc khi đang uốn (tức là khác với góc của khuôn uốn)

Căn cứ vào định luật này, khi thiết kế khuôn dập cần chú ý lượng dư biến dạng dư do biến dạng đàn hồi gây ra

3.4.2 Định luật ứng suất dư

“Bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư cân bằng nhau”

Do sự biến dạng không đều trong toàn thể tích kim loại và sự phân bố nhiệt không đồng nhất, kim loại sau gia công vẫn tồn tại ứng suất dư Ứng suất dư loại 1, được coi là quan trọng nhất, là ứng suất được cân bằng trên toàn bộ thể tích vật thể.

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP

Yêu cầu và thông số của đề tài

- Kích thước hình học và hình dáng sản phẩm phải phù hợp yêu cầu của bản vẽ

- Độ ăn khớp giữa các tấm khuôn cần đạt chính xác cao đặc biệt là chày và cối

- Bề mặt lòng khuôn và các điểm tiếp xúc cần có độ bóng cao

- Đảm bảo kích thước trong dung sai cho phép

- Không bị rách, các vành bề mặt chi tiết ít bị nhăn

- Dung sai khuôn đạt mức độ thấp nhất

4.1.2 Vật liệu và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết

Vật liệu chi tiết: SUS304

Sơ lược về vật liệu SUS304 [1*]:

SUS 304, còn được biết đến với tên gọi thép không gỉ SS304 hoặc AISI 304, là vật liệu tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản Đây là một trong những loại thép không gỉ phổ biến nhất được sử dụng hiện nay.

Cấu tạo của nó bao gồm 18% Crom và 8% Niken

Thép SUS304 có khả năng chịu nhiệt và độ bền tuyệt vời trong cả môi trường nhiệt độ cao và thấp Ở nhiệt độ phòng, loại thép này nổi bật với khả năng chống ăn mòn, hàn dễ dàng, gia công lạnh hiệu quả và các đặc tính cơ học xuất sắc.

+ 304: giới hạn bền kéo nhỏ nhất của vật liệu (MPa)

SUS304 là loại thép không gỉ nổi bật với đặc tính cơ học xuất sắc, khả năng chịu nhiệt tốt và độ bền cao trong nhiều điều kiện nhiệt độ khác nhau Với độ bền kéo khoảng 520 MPa, SUS304 vượt trội hơn so với SS400 (400 MPa), mặc dù cường độ năng suất của nó thấp hơn so với 205 Loại inox này còn được biết đến như một loại thép nhẹ điển hình, dễ gia công cứng, và khi gia công nguội, độ bền của nó được cải thiện đáng kể.

Nhiệt độ tới hạn an toàn của thép không gỉ SUS304 dao động từ 450°C đến 600°C Tuy nhiên, khi sử dụng ở nhiệt độ cao, độ bền của vật liệu sẽ giảm đáng kể Cụ thể, ở nhiệt độ 750°C, độ bền của SUS304 chỉ còn khoảng một phần so với khi ở nhiệt độ bình thường, dẫn đến nguy cơ biến dạng và ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình sản xuất.

Khi sử dụng thép không gỉ SUS304 cho các chi tiết máy ở nhiệt độ cao, cần lưu ý rằng nếu vật liệu này được đun nóng trên 10 phút ở nhiệt độ từ 600°C đến 800°C, nó có thể bị dãn nở do nhiệt và giảm khả năng chống ăn mòn.

SUS304, sau khi trải qua quá trình rèn và kéo nhanh với nguyên liệu tấm mỏng, có khả năng bị dãn nở và biến dạng khi tiếp xúc với nhiệt độ cao trên 450°C trong thời gian dài hơn 1 giờ.

Inox SUS304 có khả năng hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp, bao gồm cả nhiệt độ ni tơ lỏng (-196℃) mà không gặp vấn đề về độ giòn Khác với thép thông thường, SUS304 không yêu cầu xử lý bề mặt như mạ hoặc sơn trước khi sản xuất.

SUS304, so với thép, có độ bền tương đương và khả năng chống gỉ vượt trội Loại vật liệu này thường được sử dụng cho các sản phẩm cao cấp và có giá thành cao do chi phí gia công tốn kém Vì vậy, SUS304 thường được lựa chọn cho các chi tiết máy và đồ gá chất lượng.

Inox 304 nổi bật với khả năng gia công tuyệt vời và hàn dễ dàng, cùng với khả năng chống ăn mòn hiệu quả Vật liệu này chịu nhiệt tốt và có độ bền ở nhiệt độ thấp, đồng thời sở hữu các đặc tính cơ học ấn tượng Ngoài ra, Inox 304 còn được ứng dụng trong các quy trình dập và uốn mà không gặp phải hiện tượng cứng sau khi xử lý nhiệt.

SS 304 thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, trang trí nội thất, thực phẩm và y tế, v.v

Trong các sản phẩm gia dụng, nó được gọi là “thép không gỉ 18-8” và được sử dụng cho bộ đồ ăn như thìa và nĩa

Hình 4.1: Sản phẩm từ SUS304

Quy trình chế tạo sản phẩm

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

- Phương án 1: Thử công đoạn dập ra sản phẩm → Làm công đoạn đục → Tiến hành công đoạn cắt ra sản phẩm hoàn thiện (Phương án bao gồm 2 bộ khuôn)

- Phương án 2: Làm công đoạn đục biên dạng sảm phẩm → Tiến hành công đoạn cắt sản phẩm hoàn thiện (Phương án bao gồm 1 bộ khuôn)

- Phương án 3: Làm công đoạn đục và cắt ra sản phẩm hoàn thiện (Phương án bao gồm 1 bộ khuôn)

Sau khi lên phương án, nhóm tiến hành phân tích những điểm lợi và bất lợi ở mỗi phương án đã lên:

Phương án 1 cho phép nhóm dự đoán sai số trong quá trình thực nghiệm và có mẫu để so sánh với yêu cầu thiết kế ban đầu Tuy nhiên, việc chia thành hai bộ khuôn sẽ dẫn đến việc tăng chi phí sản xuất.

- Phương án 2: chỉ có 1 bộ khuôn, nhưng bao gồm 2 bước nên kích thước cho bộ khuôn khá lớn, chi phí cũng như độ chính xác tăng

- Phương án 3: tuy chỉ có 1 bộ khuôn, song kích thước bộ khuôn hợp lý – nhỏ hơn

2 phương án trên, nên chi phí gia công thấp hơn

→ Kết luận: Phương án 3 là phương án tối ưu hóa nhất

4.2.2 Quy trình chế tạo sản phẩm

Hình 4.2: Sơ đồ qui tình chế tạo sản phẩm

Tuy trải qua nhiều công đoạn nhưng chỉ có 1 bước công nghệ chính để thành hình sản phẩm: Dập cắt kết hợp đục lỗ

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Thông số thiết kế sản phẩm

5.1.1 Xây dựng ý tưởng thiết kế

Bia là một trong những thức uống phổ biến toàn cầu, và việc mở nắp chai bia đóng vai trò quan trọng trong trải nghiệm thưởng thức Vì vậy, dụng cụ khui bia trở thành một vật dụng thiết yếu, được sử dụng rộng rãi và có nhu cầu ổn định trên thị trường.

Dụng cụ khui bia là một vật dụng thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày, giúp mở chai bia hoặc nước ngọt một cách dễ dàng và nhanh chóng Sử dụng dụng cụ khui không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm bớt sức lực, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.

Dụng cụ khui bia không chỉ đơn thuần là một sản phẩm tiện ích mà còn mang tính nghệ thuật cao với thiết kế sáng tạo Nhóm thiết kế đã cho ra mắt những mẫu dụng cụ khui độc đáo, hấp dẫn và có thể sử dụng như móc khóa, từ đó nâng cao giá trị thẩm mỹ và thu hút sự chú ý của người tiêu dùng.

Nhóm đã thử và đưa ra nhiều phương án thiết kế sản phẩm:

Phương án I: tính thẩm mỹ không cao, khả năng khui mở nắp ở mức thấp – dưới 50%, phần thân trên chịu lực khá yếu

Phương án II: tính thẩm mỹ đạt mức trung bình, khả năng khui mở tương đối ổn, việc cầm, nắm mang tính thuận tiện hơn

Phương án III mang lại tính thẩm mỹ cao, nhưng đồng thời cũng gia tăng khả năng biến dạng ở phần trên Khi sử dụng nhiều, chi tiết có thể bị cong, dẫn đến độ bền không cao.

Sau khi thảo luận với thầy hướng dẫn, nhóm đã quyết định chọn phương án II do tính cấp thiết của đề tài, nhằm phát triển một sản phẩm vừa đẹp, vừa bền và có khả năng ứng dụng cao.

5.1.2 Vật liệu chế tạo chi tiết

Dụng cụ khui bia được sản xuất bằng phương pháp dập nguội và cắt biên, có thiết kế đơn giản với yêu cầu về độ chính xác không quá cao nhưng cần đảm bảo độ bền và dễ gia công Vật liệu chính được sử dụng là inox SUS304, với thành phần hóa học theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS).

Bảng 5.1: Thành phần hóa học SUS 304

C Cr Fe Mn Ni P Si S

0.08% 18 - 20% 66.345 - 74% 2% 8 – 10.5% 0.045% 1% 0.03% Một số thông số cơ tính của inox SUS 304 theo tiêu chẩn JIS như sau:

Hình 5.2: Bảng tra nguyên liệu SUS304 [4]

Thiết kế bộ khuôn cắt đục

5.2.1 Tiểu chuẩn để xếp tôn, khoảng cách mạch tôn

- Chọn khoảng cách lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến lãng phí nguyên liệu, tăng giá thành sản phẩm

Khi khuôn hoạt động, việc chọn khoảng cách nhỏ hơn tiêu chuẩn có thể tạo ra lực tác dụng ngang, dẫn đến việc dao nhanh bị vỡ và ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ của khuôn.

- Tiêu chuẩn: theo hình minh họa bên dưới [5]

Hình 5.3: Bảng tra đối với linh kiện cong R>2t

Hình 5.4: Bảng tra đối với linh kiện thẳng, song song hoặc nhọn

5.2.2 Tiêu chuẩn chọn chiều dày tấm cối (mặt cắt)

- Chọn kích thước lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến lãng phí nguyên liệu, gia công lâu, tăng giá thành khuôn

- Chọn kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ làm cho tính chịu lực của khuôn giảm ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn

- Tiêu chuẩn: theo hình minh hoạ bên dưới [5]

Hình 5.5: Bảng tra tiêu chuẩn chọn chiều dày tấm cối

5.2.3 Tiêu chuẩn sắp xếp vị trí lỗ bulong

- Chọn kích thước lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến kích thước khuôn bị lớn tốn nguyên liệu, giá thành khuôn cao

- Chọn kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ làm ứng suất tập trung nhiều tại các vị trí lỗ bulông làm cho khuôn dễ vỡ

Hình 5.6: Bảng tra tiêu chuẩn khoản cách bulong ra mép khuôn

Hình 5.7: Bảng tra tiêu chuẩn khoản cách giữa các lỗ bulong

Hình 5.8: Bảng tra tiêu chuẩn kích thước bắt lỗ bulong

5.2.4 Tiêu chuẩn sắp xếp vị trí lỗ dẫn hướng

- Chọn kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ làm ứng suất tập trung nhiều tại các vị trí lỗ dẫn hướng làm cho khuôn dễ vỡ

- Tuỳ vào từng kết cấu khuôn người thiết kế có thể quy định xem nên dùng dẫn hướng thường hay dẫn hướng đặc biệt

Hình 5.9: Bảng tra tiêu chuẩn khoảng cách giữa mép khuôn với lỗ dẫn hướng

Hình 5.10: Bảng tra tiêu chuẩn khoảng cách giữa mép khuôn với lỗ dẫn hướng

- Khi 𝐴× 𝐵 > 400 𝑑𝑚 và A, B > 200mm thì dùng 4 dẫn hướng

- Khi 𝐴× 𝐵 > 800 𝑑𝑚 thì dung 4 dẫn hướng và thêm ít nhất 2 dẫn hướng Ụ ngoài

- Khi thiết kế phải chọn đường kính dẫn hướng sao cho phù hợp với khuôn

- Bố trí dẫn hướng sao cho khuôn trên và khuôn dưới không rắp ngươc được (Poka-Yoke)

Bảng 5.2: Các kiểu bố trí dẫn hướng

Kiểu B (Trụ sau) C (Trụ giữa) D (Trụ chéo nhau) F (Bốn trụ)

- Có thể di chuyển vật liệu theo chiều trước, sau, trái, phải

- Có thể di chuyển vật liệu theo hướng trước sau

- Bạc dẫn hướng ở vị trí thẳng hàng với chảy/ cối

- Cấu tạo hoàn thiện nhược điểm của kiểu

- Độ chính xác cao nhất

- Áp dụng với khuôn có khe hở nhỏ hoặc khuôn sản xuất hàng loạt

- Khó duy trì độ chính xác do tải trọng lệch tâm hướng trước, sau

- Tiểu chuẩn tốt để duy trì độ chính xác

- Tiểu chuẩn tốt duy trì độ chính xác

- Thiết kế phải chọn đường kính và chiều dài sao cho phù hợp với điều kiện dẫn

29 hướng phải đi vào tấm cối trước khi khuôn làm việc 𝐻 𝑚𝑖𝑛 = 𝐷 hướng phải đi vào tấm cối trước khi khuôn làm việc 𝐻 𝑚𝑖𝑛 = 𝐷

- Trong khuôn vừa có dẫn hướng trơn vừa có dẫn hướng ụ thì nên chọn dẫn hướng ụ bi cho dễ tháo lắp khuôn

-Dẫn hướng ụ phải đi vào trước dẫn hướng trơn ít nhất 𝐻 𝑚𝑖𝑛 = 𝐷

5.2.5 Tiêu chuẩn về chốt đục và chày cắt

Hình 5.11: Bảng tra tiêu chuẩn khoảng cách giữa mép khuôn với lỗ dẫn hướng [5]

- Tất cả chốt đục hoặc chày cắt kích thước lớn hơn 8 mm thì phải có chốt đẩy bazớ

- Tất cả chày hoặc cối trên khuôn cắt có lực cắt lớn hơn 60 Tf thì phải mài giảm lực để giảm lực cho máy dập và giảm tiếng ồn

- Khi chày chỉ cắt một phía thì phải có phần chống lực tác dụng ngang

5.2.6 Tiêu chuẩn về lò xo và cao su [5]

Hình 5.12: Bảng tiêu chuẩn về lò xo và cao su

- Chỉ dùng cho khuôn cắt

- Lỗ chứa cao su phải theo tiêu chuẩn,

Thông thường lỗ khoan lớn hơn đường kính cao su 4 mm

- Nên dùng lò xo có lực lớn, ít nhất là lò xo xanh SWH

- Lỗ chứa lò xo phải lớn hơn đường kính lò xo 2 mm

- Lò xo có tác dụng giúp tấm chạy giữ chặt linh kiện khi làm việc và giúp tháo tấm chạy sau khi làm việc

- Công thức tính lực của lò xo: 𝑃 = 𝑙 × 𝐴 (𝑘𝑔𝑓)

𝑃 : Lực nén được của lò xo l: chiều dài nén được của lò xo

A: áp lực của lò xo trên 1 mm (Phụ thuộc vào từng loại lò xo)

- Quy định ký hiệu của các loại lò xo thường dung

+ SWM: Lò xo màu đỏ

+ SWF: Lò xo màu Vàng

+ SWL: Lò xo màu xanh da trời

+ SWH: Lò xo màu xanh lá cây

+ SWB: Lò xo màu nâu

Các thông số kỹ thuật của các loại lò xo trên tra theo tiêu chuẩn “MISUMI”

*Ưu điểm và Nhược điểm khi chọn cao su hoặc lò xo

Cao su Lo xo Ưu điểm

- Tính đàn hồi: Cao su thường có tính đàn hồi tốt, có thể uốn cong và trở lại hình dạng ban đầu một cách dễ dàng

- Điều này làm cho cao su phù hợp cho các ứng dụng cần có sự linh hoạt và đàn hồi

- Tính chống mài mòn: Cao su thường có khả năng chịu mài mòn tốt, giúp nó tồn tại lâu dài trong các môi trường khắc nghiệt

Cao su có khả năng điều chỉnh linh hoạt, cho phép định hình hoặc cắt theo kích thước và hình dạng cụ thể cho từng ứng dụng mà không cần sử dụng công nghệ gia công phức tạp.

Lò xo thường có độ bền và tuổi thọ vượt trội so với cao su trong nhiều ứng dụng, đặc biệt khi phải chịu áp lực và tác động liên tục.

Lò xo mang lại tính linh hoạt vượt trội trong thiết kế, cho phép tùy chỉnh theo yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng Điều này giúp cung cấp nhiều lựa chọn về kích thước, hình dạng và các tính chất kỹ thuật khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người sử dụng.

- Tuổi thọ thấp hơn so với lò xo:

Trong một số trường hợp, cao su có thể bị hao mòn nhanh hơn và mất tính đàn hồi sau một thời gian sử dụng dài

Giá cả của cao su thường cao hơn so với lò xo, đặc biệt khi cần tùy chỉnh theo kích thước hoặc hình dạng cụ thể.

Lò xo có khả năng phục hồi hình dạng kém hơn so với cao su, vì chúng ít linh hoạt và gặp khó khăn trong việc trở lại hình dạng ban đầu sau khi bị uốn cong hoặc nén.

Lò xo có độ cứng cao hơn cao su, điều này có thể ảnh hưởng đến sự thoải mái và tính linh hoạt trong một số ứng dụng.

Kết luận, việc lựa chọn giữa cao su và lò xo cần dựa vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng, bao gồm tính linh hoạt, độ bền và ngân sách.

5.2.7 Tiêu chuẩn kích thước từ mép cắt ra mép khuôn

- Chọn kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ làm ứng suất tập trung nhiều tại các vị trí mặt cắt làm cho khuôn dễ vỡ

Hình 5.13: Bảng tra tiêu chuẩn khoảng cách giữa mép cắt tới mép khuôn

5.2.8 Tiêu chuẩn kích thước phần cắt và góc côn của mặt cắt

Hình 5.14: Tiêu chuẩn kích thước phần cắt và góc côn của mặt cắt

Hình 5.15: Hình dáng mép cắt của cối cắt hình và dột lỗ [6]

Khi mài sửa đường kính long cối không thay

Mép cắt cối kiểu c: Phần mép cắt làm côn với góc côn nhỏ a phần mở

34 đổi vật dập có độ chính xác cao

Nhược điểm của quá trình dập là việc lấy vật dập ra gặp khó khăn, cần lực đẩy lớn Hơn nữa, lòng cối dễ bị mòn và xước do sự cọ sát của vật dập khi được đẩy ra.

Khi lòng cối mòn, thường bị côn ngược và mài sửa theo mặt trên Lượng mài sửa lớn ở phần mở rộng bên dưới tạo ra góc côn B rộng ở phía dưới.

Loại này có ưu điểm là dễ dàng lấy vật dập ra và thời gian giữa hai lần mài sửa lâu hơn, tuy nhiên nhược điểm là khí mài mặt trên của lòng cối sẽ bị rộng ra Cụ thể, nếu lấy a=1, mỗi lần mài sửa sẽ làm giảm 0,2mm và đường kính cối sẽ rộng ra 0,007mm Do đó, với vật liệu dày 1mm, đường kính sẽ dao động từ 30mm đến 50mm.

Khi mài sửa cối qua 10:12 lần, sản phẩm vẫn chưa đạt được dung sai của nhóm chính xác I Theo tiêu chuẩn, khe hở cắt và khe hở giữa chốt và tấm chạy cần được tuân thủ đúng quy định.

- Chọn khe hở lớn hơn tiêu chuẩn linh kiện khi dập ra sẽ bị bavia, bề mặt linh kiện bị kéo không phẳng

- Chọn khe hở nhỏ hơn tiêu chuẩn có thể gây khó khăn trong việc làm sạch và bảo trì, tuổi thọ của khuôn giảm

Chú ý: Khi cắt lấy hình thì offset chày, khi lấy lỗ thì offset cối

- Tiêu chuẩn: theo hình minh hoạ bên dưới

- Ngoài ra các trường hợp đặc biệt thì người thiết kế tự quy định

+ Khe hở giữa chốt và tấm chạy quy định = 0.15 → 0.02 𝑚𝑚

Hình 5.16: Khe hở chày cối

Hình 5.17: Công thức tính khe hở cắt

Hình 5.18: Bảng tra khe hở cắt và dung sai chốt đục

Quy trình làm khuôn cắt đục

5.3.1 Xem xét thiết kế tính toán phôi và xếp line cho tiết

Trong công nghệ dập tấm, chi phí nguyên liệu thường chiếm khoảng 50-70% giá thành sản phẩm Để giảm giá thành, việc sử dụng kim loại một cách tiết kiệm và giảm phế liệu là rất quan trọng Nếu giảm được 1% khối lượng phế liệu, giá thành sản phẩm có thể giảm từ 0.4 đến 0.5% Do đó, việc xếp hình sản phẩm sao cho tối ưu là cần thiết.

Hình 5.19: Bản vẽ kích thước sản phẩm

Triển khai xếp hình theo tiêu chuẩn

Để tối ưu hóa số lượng linh kiện trong cùng một diện tích, cần xếp các loại hình khác nhau một cách hợp lý Việc này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn thể hiện rõ ràng trên bản tổng kết.

Chú ý: khi xếp hình cần tuân theo nguyên tắc dưới đâyC1

Hình 5.20: Triển khai xếp hình

Vì tôn 𝑇 = 1.5 𝑚𝑚 thỏa 𝑇 < 2 ⇒ 𝑎, 𝑏 = 1.5 𝑚𝑚 Khổ tone: 1.5 × 88.3 × 300 (11PCS)

5.3.2 Tính toán lực cắt – đột lỗ

Lực cắt là yếu tố quan trọng trong việc phá vỡ nguyên liệu để sản xuất linh kiện, và việc chọn máy móc phù hợp dựa trên lực này là rất cần thiết Nhóm nghiên cứu đã tiến hành tính toán lực cắt cần thiết P c theo công thức cụ thể.

+ 𝑃: Lực cắt cần thiết để cắt biên dạng và đột lỗ (Tf)

+ 𝐶 : Chu vi biên dạng cắt (mm)

𝑚𝑚 ) + 𝑡 : Chiều dày chi tiết (mm) Để xác định diện tích và chu vi hình dạng của chi tiết, nhóm thực hiện như các bước sau:

Bước 1: Sử dụng phần mềm AutoCAD để tính toán diện tích và chu vi chi tiết tạo thành sau công đoạn dập cắt

Hình 5.21: Thông số diện tích (Area) và chu vi (Length) của chi tiết theo biên dạng ngoài

Hình 5.22: Thông số diện tích (Area) và chu vi (Length) của chi tiết theo biên dạng lỗ

Bước 2: Sử dụng thông số từ phần mềm để tính toán lực cắt và tìm máy dập có thông số thích hợp

+ Diện tích biên dạng ngoài (Area):𝑆 = 1514.80 𝑚𝑚 + Chu vi biên dạng cắt ngoài (Length): 𝐶 = 225.98 𝑚𝑚 + Diện tích biên dạng lỗ đột (Area): 𝑆 = 19.63 𝑚𝑚 + Chu vi biên dạng lỗ đột (Circumference):𝐶 = 15.7 𝑚𝑚

Trong một chu kì dập cắt 𝑃 sẽ được tính như sau:

Nhóm tính toán lực chọn máy theo công thức theo tiêu chuẩn VPIC [5]:

+ 𝑃 : Lực của máy dập (Tf)

+𝑃: Lực cắt biên dạng và đột lỗ cần thiết (Tf)

⇒Từ các tính toán trên và điều kiện trang thiết bị của trường mình, nhóm chọn máy ép thủy lực khung chữ C Profi Press có tại xưởng

5.3.3 Tính toán, thiết kế chày – cối khuôn cắt

Dựa trên bản vẽ chi tiết cần gia công, quy trình công nghệ và đặc tính sản phẩm, nhóm sẽ sử dụng vật liệu SKD11 cho chày và cối, nổi bật với các đặc điểm ưu việt.

+ Độ cứng có thể đạt từ từ 58HRC đến 60HRC

Vật liệu này có khả năng chịu mài mòn xuất sắc, đồng thời vẫn duy trì độ dẻo tốt, giúp giảm thiểu tối đa tình trạng nứt và bể trong quá trình sử dụng.

5.3.4 Tính toán, thiết kế chốt đục

Từ yêu cầu kích thước lỗ đục là 𝐷 = 5 ± 0.25 (𝑚𝑚) thì nhóm tính đường kính chốt đục (d) theo công thức sau :

𝑑 ± 𝑇 (𝑇: sai lệch giới hạn của lỗ đục) + TH1: 𝑇 > 0.1 thì 𝑑 = 𝐷 + 𝑇 – 0.05

+ TH2: Nếu Miền dung sai < 0.1 thì 𝑑 = 𝐷 − 𝑇 + 0.8 × (𝑚𝑖ề𝑛 𝐷𝑆)

Kích thước chốt đục được quy định là 𝑑 = ∅5.2 mm Khi thiết kế tấm chạy, cần đảm bảo rằng chốt đục và tấm chạy có khe hở 0.2 mm theo phương hướng ra ngoài dọc theo biên dạng chi tiết.

41 Đối với tất cả các sản phẩm có chiều dày không vượt quá 5mm thì nhóm dùng loại chốt đục JECTORPUNCHES theo Catalog Misumi

Hình 5.23: Tiêu chuẩn chốt đục lỗ theo Misumi

5.3.5 Tính toán biên dạng chày cối

- Để tính toán được được biên dạng của chày cối thì nhóm phải tính được khe hở (Z) của chày và cối vì:

+ Chọn khe hở lớn hơn tiêu chuẩn linh kiện dập ra sẽ bị bavia, bề mặt linh kiện bị kéo, gây biến dạng chi tiết

+ Còn chọn khe hở nhỏ hơn tiêu chuẩn linh kiện khi dập ra sẽ bị bavia, khiến tuổi thọ khuôn giảm

- Dựa theo tiêu chuẩn khe hở chày và cối của công ty VPIC [5], nhóm có công thức tính khe hở giữa chày và cối như sau:

- Vì khuôn cắt theo biên dạng chi tiết, biên dạng cối (kích thước cối) sẽ giống với biên dạng của chi tiết

Đối với biên dạng chày, nhóm sẽ điều chỉnh biên dạng chi tiết bằng cách dời mỗi phía vào trong theo khoảng khe hở đã được tính toán là 0.1mm.

5.3.6 Thiết kế bộ khuôn dập cắt – đột lỗ

Hình 5.24: Kết cấu bộ khuôn cắt theo tiêu chuẩn của công ty VPIC [5]

Các bộ phận của bộ khuôn dập cắt:

Bảng 5.3: Tên gọi, kích thước và công dụng các chi tiết thuộc khuôn dập cắt

Tên chi tiết Vật liệu Kích thước Công dụng Đầu chày C45 Định vị và kẹp chặt nửa khuôn trên lên đầu trượt của máy

Tấm đế trên SS41 Cố định các chi tiết lên nửa khuôn trên

Phân tán lực tác động cùa cối, giúp tăng tuổi thọ của tấm đế khuôn trên, ngăn cối lún vào đến khuôn trên

Tấm chặn chốt đục SS41 Chặn chốt đục không bị đẩy lên trên

Tấm giữ chốt đục SS41

Cố định chốt đục không bị rung lay nhằm tránh ảnh hưởng đến kích thước lỗ cắt đục

Tấm cối SKD11 Tạo hình sản phẩm

Chày SKD11 Kết hợp với cối để tạo ra sản phẩm

Tấm đánh chi tiết và tấm chạy SCM440

Tấm đánh chi tiết là một phần quan trọng giúp gạt phôi ra khỏi tấm cối, ngăn chặn tình trạng sản phẩm dập bị dính chặt vào cối, gây khó khăn trong việc lấy ra Bên cạnh đó, tấm chạy có chức năng kẹp chặt chi tiết trước khi tiến hành tạo hình, đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra suôn sẻ và hiệu quả.

Tấm giữ chân dẫn hướng SS41 Giữ cố định chốt dẫn hướng và chày trong quá trình dập

Tấm đế phụ SS41 Giúp khuôn phân tán lực

Chân đế SS41 Kê cao khuôn cho phù hợp với đế máy tăng độ cứng cho khuôn

Tấm đế khuôn dưới SS41 Định vị và cố định các chi tiết khuôn dưới với nhau

Tấm đánh chạy trên SS41 Dùng để hổ trợ đánh tấm chi tiết

Stop khuôn trên S50C Giúp cho người công nhân canh hành trình tấm động dễ hơn

Trong quá trình dập, hành trình tấm động được xác định khi khuôn trên tiếp xúc với khuôn dưới, đây là hành trình tối đa của chày vuốt hoặc nửa khuôn trên trong một chu kỳ dập.

Chi tiết bảo vệ đệm cao su SS41

Chống lún đệm cao su gây ra trọng lượng của nửa khuôn trên khi khuôn không còn làm việc Đệm cao su Cao su

Giảm chấn là một yếu tố quan trọng giúp tiêu hao lực tác động, bảo vệ các chi tiết khác khỏi hư hại Nó cũng đảm bảo tấm chạy giữ chặt linh kiện trong quá trình làm việc, đồng thời dễ dàng tháo rời khi không sử dụng.

5.3.7 Tính lực đàn hồi của đệm cao su

Nhóm có công thức tính lực đàn hồi của cao su:

+F: Chiều dài nén của cao su (mm)

+ N: Áp lực của cao su trên 1mm chiều dài (kgf/F) (N và F tra theo tiêu chuẩn Misumi)

Hình 5.25: Bảng tiêu chuẩn về lò xo và cao su

Hỡnh 5.26: Biều đồ thể hiện 2 thụng số N và F của đệm cao su ỉ20-L30

Vì cao su có tác dụng giúp tấm chạy giữ chặt linh kiện khi làm việc và giúp tháo tấm chạy sau khi làm việc nên:

𝑃 (lực tháo tấm chạy) = (5 ÷ 10)% × 𝑃 = 8% × 19.21 = 1.53 (Tf)

Theo kết cấu khuôn, nhóm đã chọn 11 miếng đệm cao su để đảm bảo lực kẹp chặt linh kiện được phân bổ đồng đều Việc bố trí cao su không đồng đều có thể dẫn đến tình trạng nghiêng khuôn và sản phẩm dập không đạt yêu cầu.

Chiều dài cao su tối thiểu được xác định bằng công thức: độ dày tole cộng với 1mm tấm chạy cao hơn chày, cộng thêm 3mm cao su bị nén trong khuôn ban đầu, và 1mm khi khuôn cắt qua tole Giá trị này có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của cán bộ, và kết quả cuối cùng được nhân với 4.

Ví dụ: Chiều dày tole 2.6 → Chiều dài tối thiểu: (2.6 + 1 + 3 + 1) × 4 = 30.4

→ Chọn cao su có chiều dài theo bảng mitsumi: 35 mm

Bố trí cao su (trên miếng số 9) sao cho:

+ Chia đều lực đẩy tấm chạy

Không trùng với vị trí lỗ bulong, định vị đã được bố trí

Là chi tiết giúp định vị chính xác hai phần khuôn (nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới) trong suốt quá trình đóng mở khuôn

Nhóm chọn chốt dẫn hướng theo Catalog Misumi:

Hình 5.27: Chốt dẫn hướng có rãnh dầu theo tiêu chuẩn Misumi

Trước khi tấm chạy kẹp chặt chi tiết, cần đảm bảo rằng chốt dẫn hướng đã vào tấm cối ít nhất một lần với khoảng cách chi tiết từ 2-5mm và đường kính của chốt dẫn hướng là D.

+ Khi bố trí dẫn hướng chúng ta phải cách mép khuôn ≥ 𝐷

Để đảm bảo quá trình lắp ráp hiệu quả, cần sử dụng 2 chốt dẫn hướng trên bộ khuôn Do đó, nên bố trí một chốt dẫn hướng lệch (3-5mm) hoặc áp dụng loại dẫn hướng khác để ngăn ngừa tình trạng lỏng lẻo khi lắp ráp.

Cử nhún: Đây là chi tiết để định vị tấm phôi với chày- cối, giúp cho bộ khuôn dập đúng những vị trí chi tiết đã xếp hình

CU BIEN CU DAU + CU BUOC CU BIEN

Mô phỏng và kiểm nghiệm độ bền sản phẩm

5.4.1 Mô phỏng quy trình cắt đục của bộ khuôn a Mô tả Để quan sát được quá trình cắt đục sản phẩm và tránh được một số rủi ro phát sinh thì nhóm quyết định mô phỏng quá trình dập sau khi thiết kế Từ đó, nhóm có thể xem sự biến dạng của phôi cũng như ứng suất trên phôi thay đổi như nào? Phần mềm dùng để mô phỏng là Deform 3D, đây là phần mềm chuyên mô phỏng quá trình dập tấm b Quy trình

Nhóm tiến hành vẽ 3D và thiết lập trình tự từ một phần mềm khác (Creo, Solid )

→ Xuất file 3D (.stl) → Vào phần mềm Deform 3D → Nhập dữ liệu đầu vào (kích thước, vật liệu, bước hành trình…) → Run → Xem kết quả mô phỏng

Hình 5.29: Nhập dữ liệu đầu vào

Nhập thông số đầu vào cho phôi:

Hình 5.30: Tấm tôn sau khi nhập thông số

51 Các thông số về chày, cối và chốt đục:

Hình 5.31: Chiều duy chuyển của cối và chốt đục

Hình 5.35: Sản phẩm khi sắp cắt đứt

Hình 5.36: Tấm tôn sau khi dập xong

Quan sát nhóm nhận thấy lực tác động tương đối đồng đều ở biên dạng chi tiết (Hình 3.20)

Hình 5.38: Hình ảnh các điểm bavia

Sau khi sản phẩm được tách ra khỏi phôi, vấn đề bavia trở thành một yếu tố quan trọng mà nhóm chú ý Bavia ảnh hưởng trực tiếp đến thẩm mỹ và độ hoàn thiện của sản phẩm Trong khảo sát này, nhóm đã tiến hành đánh giá tình trạng bavia của từng trường hợp cụ thể.

Sử dụng Point Tracking trong Deform 3D, chúng ta sẽ khảo sát độ cao của bavia ở phôi sau khi dập Nhóm điểm được đánh số từ P1 đến P6, trong đó P1 đóng vai trò là mốc để đánh giá các điểm còn lại.

Sau khi mô phỏng, nhóm nhận thấy rằng các thông số từ kết quả không ảnh hưởng đáng kể đến sản phẩm Do đó, nhóm đã tiến hành bước tiếp theo là gia công khuôn.

5.4.2 Mô phỏng kiểm nghiệm bền a Mô tả Để xem xét và dự đoán về độ bền của khuôn, nhóm dùng phần mềm Creo để mô phỏng bền cho các chi tiết quan trọng của khuôn (Chày, cối, chốt đục) b Các bước mô phỏng

Hình 5.40: Chọn mặt phẳng liên kết

Hình 5.41: Tải trọng tác dụng lên chi tiết

Hình 5.45: Ứng xuất tương đương của các chi tiết

Sau khi thực hiện mô phỏng, nhóm nhận thấy ứng suất tối đa của chi tiết không vượt quá giới hạn cho phép của vật liệu, chứng tỏ rằng chi tiết này có độ bền đủ đáp ứng yêu cầu sử dụng.

5.4.3 Kiểm nghiệm độ bền mỏi cho chày, cối

Hình 5.46: Biểu đồ đường S-N của SKD11

Các bước công nghệ chế tạo chi tiết trong khuôn

5.5.1 Quy trình công nghệ gia công tấm đế khuôn trên

Bảng 5.4: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm đế khuôn trên

TT Bước công nghệ Loại dao

1 Phay thô bề mặt Endmill ∅18 200 2000 0.5

2 Phay tinh bề mặt Endmill ∅18 600 4000 0.1

3 Khoan mồi 04 lỗ Center Drill ∅6 100 300 1

4 Khoan lỗ bậc ∅11 sâu 7 Drill ∅11 300 2500 1

Hình 5.47: Tấm đế khuôn trên

5.5.2 Quy trình công nghệ gia công tấm giữ chân chốt đục lò xo

Bảng 5.5: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm giữ chân chốt đục và lò xo

Hình 5.48: Tấm giữ chân chốt đục và lò xo

5.5.3.Quy trình công nghệ gia công tấm kep chi tiết trên 03, 04

Bảng 5.6: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm kẹp chi tiết trên 03

1 Phay thô bề mặt Endmill ∅12 200 2000 0,5

Hình 5.49: Tấm kẹp chi tiết trên 03

Bảng 5.7: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm kẹp chi tiết trên 04

5 Khoan 01 lỗ bậc ∅9 sâu 7 Drill ∅9 60 300 1

Hình 5.50: Tấm kẹp chi tiết trên 04

5.5.4 Quy trình công nghệ gia công chốt đục

Bảng 5.8: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm chốt đục

1 Tiện thô bề mặt Rough turning 1000 0.2

2 Tiện tinh bề mặt Finish turning 2000 0.05

5.5.5 Quy trình công nghệ gia công cối cắt

Bảng 5.9: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm cối cắt

8 Khoan mồi 03 lỗ ∅6 sâu 5 Center Drill ∅6 100 300 1

10 Cắt dây biên dạng cắt H7 Dây đồng 28

5.5.6 Quy trình công nghệ gia công tấm chạy

Bảng 5.10: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm chạy

7 Khoan 04 lỗ suốt ∅5 Center Drill ∅5 60 300 1

9 Cắt dây biên dạng cắt H7 Dây đồng 28

10 Khoan 03 lỗ ∅5 sâu 10 Center Drill ∅5 60 300 1

5.5.7 Quy trình công nghệ gia công tấm giữ chân cao su và dẫn hướng

Bảng 5.11: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm giữ chân cao su và dẫn hướng

7 Khoan 04 lỗ suốt ∅9 Center Drill ∅9 60 300 1

5.5.8 Quy trình công nghệ gia công tấm kep dưới chi tiết trên 09, 10

Bảng 5.12: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm kẹp chi tiết 09

6 Cắt dây biên dạng cắt Dây đồng 41

Bảng 5.13: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm kẹp chi tiết 10

6 Cắt dây biên dạng cắt Dây đồng 34

5.5.9 Quy trình công nghệ gia công tấm đế khuôn dưới

Bảng 5.14: Bảng quy trình công nghệ gia công tấm đế khuôn dưới

6 Khoan lỗ bậc ∅8 sâu 5 Drill ∅8 60 300 1

Lắp ráp, kiểm tra và điều chỉnh các chi tiết khuôn

5.6.1 Yêu cầu kỹ thuật về lắp ráp khuôn

Trước khi lắp ráp khuôn, tất cả các bộ phận cần được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo kích cỡ và dung sai nằm trong giới hạn cho phép Đồng thời, các kích cỡ lỗ phải đạt độ nhám và độ nhẵn phù hợp với bản vẽ chế tạo.

Thành trong cối và thành bên của chày cần phải ngang bằng và vuông góc với lòng cối cũng như bề mặt lắp khuôn Điều này giúp hạn chế va đập giữa chày và lòng cối khi chày rơi vào Ngoài ra, khe hở Z giữa chày và cối phải đạt giá trị quy định để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Khi đưa chày đã căn chỉnh đúng vô miệng cối thì khe hở chày – cối cần đều trên toàn biên dạng của chày

Khuôn có đa dạng kích thước và hình dạng, nhưng các chi tiết cấu tạo thường tương đồng Quy trình lắp ráp khuôn bao gồm những bước cơ bản cần thực hiện.

- Bước 1: Lắp ráp các đế khuôn

Khi lắp ráp khuôn, quá trình thường bắt đầu với việc hoàn thiện cụm đế khuôn trên và đế khuôn dưới trước, sau đó mới tiến hành lắp ráp các đế khuôn Tiếp theo, bạc và trục chỉ hướng được gắn vào cụm đế khuôn đã được cố định, trong đó bạc dẫn hướng được lắp chặt với đế trên, còn trụ dẫn hướng được lắp chặt với đế dưới.

- Bước 2: Lắp cụm chày trên thanh gá chày

Khi lắp khuôn dập, để tạo khoảng hở đều giữa chày và cối, người thợ cần sử dụng những thanh thép mỏng có độ dày tối ưu (𝑧) Việc khoan tại những điểm cần thiết trên cối sẽ giúp lắp chày và cối lồng với nhau, tạo thành bộ cụm chày - cối hoàn chỉnh.

Bước 3: Sau khi liên kết từng cụm của khuôn, cần định vị và siết chặt từng bộ phận Tiếp theo, hãy khoá chốt định vị giữa các cụm để đảm bảo tính chính xác và ổn định cho toàn bộ hệ thống.

- Bước 4: Gá kẹp và thử khuôn trên máy dập: nửa khuôn trên nắp vào đầu trượt, căn chỉnh nửa khuôn dưới theo nửa khuôn trên

72 5.6.3.Thực hiện lắp ráp khuôn

Hình 5.54: Lắp ráp cụm khuôn trên

Hình 5.55: Lắp ráp cụm khuôn dưới

Hình 5.56: Lắp ráp bộ khuôn hoàn chỉnh

Quá trình kiểm tra khuôn được tiến hành theo hai bước:

Bước đầu tiên trong quy trình kiểm tra khuôn là đánh giá tổng thể cấu trúc và kích cỡ để phát hiện các sai lệch do lắp đặt hoặc khoảng cách giữa lỗ chày, trục chỉ hướng và thân khuôn Việc này cũng bao gồm kiểm tra khoảng cách giữa lỗ cối và các thiết bị định vị hoặc dẫn phôi liệu Mục tiêu của bước kiểm tra tổng quát này là xác định những sai lệch có thể xảy ra trong quá trình lắp ráp.

Bước 2: Tiến hành dập thử nghiệm một số chi tiết để kiểm tra khả năng lắp ghép Nếu kiểu dáng, kích cỡ và các thông số bên ngoài của khuôn đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật, điều này chứng tỏ khả năng lắp ghép của khuôn là ổn định Việc lắp ghép chỉ được thực hiện khi gá lắp ráp khuôn đã được đặt trên máy dập thử nghiệm.

Trước khi lắp khuôn lên máy dập, hãy điều chỉnh đầu gạt máy về mức thấp nhất và nới lỏng ốc của lò xo giữa cuống khuôn Đảm bảo lau sạch bề mặt làm việc của khuôn và bôi dầu mỡ cho chày – cối cùng các chi tiết quan trọng Phần này cũng đề cập đến các phương pháp sửa chữa và thay thế linh kiện cho khuôn dập tấm.

Quy trình sửa chữa khuôn căn cứ vào mức độ hư hỏng và khối lượng công việc để quyết định phương pháp sửa chữa

Sửa chữa định kỳ hoặc theo chất lượng sản phẩm là cần thiết khi phát hiện khuôn bị mòn, dao cưa tạo ra bavia, hoặc các chi tiết như bánh răng hỏng và khoá cố định, lò xo ép bị mòn Cần tiến hành sửa chữa các chi tiết hư hỏng hoặc mài mòn như vết đứt của dao, thay chốt cố định bằng vít và bu lông Khối lượng thay thế không được vượt quá 15% tổng số chi tiết trong khuôn, và việc thay thế có thể thực hiện ngay trên máy hoặc tại nơi sản xuất.

Thực hiện thay thế 25 ÷ 30% tổng trọng lượng của các bộ phận trong khuôn là cần thiết Việc sửa chữa phải được thực hiện tại xưởng sửa chữa Trong quá trình nghiền, nếu cối chày gặp phải rung, nguyên nhân có thể do sự không đều trong quá trình ghép nối giữa cối với áo cối hoặc chày với áo chày Để khắc phục tình trạng này, cần nén chặt các chày vào áo chày và sử dụng các mũi đột chấn để đảm bảo sự liên kết chắc chắn.

Theo tiêu chuẩn công ty VPIC [5], nhóm có bảng tần xuất bảo trì bảo dưỡng các chi tiết:

Bảng 5.15: Tần suất bảo dưỡng các chi tiết của bộ khuôn

TẦN SUẤT BẢO DƯỠNG ĐỊNH KỲ CỦA 2 BỘ KHUÔN

STT TÊN CÁC CHI TIẾT SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM ĐÃ DẬP

KẾT QUẢ - SẢN PHẨM

Kết quả đạt được từ đề tài

- Bộ khuôn dập cắt – đột lỗ làm việc ổn định, không có dấu hiệu hư hại trên bộ khuôn và máy dập

- Chi tiết dập ra đạt yêu cầu kĩ thuật cho trong bản vẽ.

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Tính Toán, Thiết Kế, Chế Tạo Và Thử Nghiệm Khuôn Dập Nguội Cho Chi Tiết Body Work
Tác giả	Bùi Thái Bình, Nguyễn Tấn Phong Phê, Trần Phúc Thịnh
Người hướng dẫn	TS. Võ Xuân Tiến
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	8,24 MB