Thiết kế, tính toán, mô phỏng và chế tạo khuôn dập liên hoàn

Công nghệ dập liên hoàn cho phép chế tạo các sản phẩm từ kim loại tấm với nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp gia công truyền thống như: Năng suất cao: Quy trình dập liên hoàn

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp chế tạo, nhu cầu sản xuất sản phẩm cơ khí phức tạp với độ chính xác cao, năng suất lớn và chi phí thấp ngày càng gia tăng Công nghệ dập liên hoàn đã được áp dụng rộng rãi để đáp ứng yêu cầu này trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau.

Công nghệ dập liên hoàn mang lại nhiều lợi ích vượt trội trong việc chế tạo sản phẩm từ kim loại tấm so với các phương pháp gia công truyền thống.

Quy trình dập liên hoàn tự động trên máy dập liên hoàn mang lại năng suất cao vượt trội so với các phương pháp gia công khác Khuôn dập được thiết kế và chế tạo với độ chính xác cao, đảm bảo sản phẩm đạt hình dạng và kích thước theo yêu cầu kỹ thuật.

Giảm thiểu hao phí vật liệu: Quá trình dập liên hoàn ít tạo phế liệu, giúp tiết kiệm vật liệu và giảm chi phí sản xuất

Quy trình dập liên hoàn có khả năng tự động hóa hoàn toàn, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Việc thiết kế và chế tạo khuôn dập liên hoàn là một quá trình phức tạp, yêu cầu người thiết kế phải sở hữu kiến thức chuyên môn vững vàng và kinh nghiệm thực tiễn phong phú.

Nghiên cứu và phát triển các giải pháp thiết kế, tính toán, mô phỏng và chế tạo khuôn dập liên hoàn là rất cần thiết nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh cho ngành công nghiệp chế tạo trong nước.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

-Đề tài góp phần hệ thống hóa các kiến thức lý thuyết và thực tiễn về thiết kế, tính toán, mô phỏng và chế tạo khuôn dập liên hoàn

Nghiên cứu và đề xuất các phương pháp mới nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng trong thiết kế và chế tạo khuôn dập liên hoàn là rất cần thiết Việc cải tiến quy trình này không chỉ giúp tối ưu hóa thời gian sản xuất mà còn nâng cao độ chính xác và độ bền của khuôn Các giải pháp sáng tạo có thể bao gồm ứng dụng công nghệ tiên tiến và phân tích dữ liệu để cải thiện quy trình thiết kế Từ đó, việc áp dụng những phương pháp này sẽ góp phần nâng cao năng suất và giảm thiểu chi phí sản xuất trong ngành công nghiệp chế tạo.

-Góp phần đào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo khuôn dập Ý nghĩa thực tiễn:

-Cung cấp giải pháp thiết kế và chế tạo khuôn dập liên hoàn cho một sản phẩm cụ thể, đáp ứng yêu cầu sản xuất thực tế

-Giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất, tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường

-Góp phần thúc đẩy quá trình tự động hóa và hiện đại hóa trong ngành công nghiệp chế tạo.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế và chế tạo khuôn dập liên hoàn cho mặt dây chuyền, đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật, năng suất và chất lượng sản phẩm.

Nghiên cứu và phân tích đặc điểm hình dạng, kích thước, cùng yêu cầu kỹ thuật của mặt dây chuyền là rất quan trọng Việc lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công phù hợp cho khuôn dập cũng đóng vai trò quyết định trong quá trình sản xuất.

Thiết kế, tính toán các thông số của khuôn dập liên hoàn

Mô phỏng quá trình dập liên hoàn trên phần mềm chuyên dụng để kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế

Chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm khuôn dập trên máy dập thực tế Đánh giá chất lượng sản phẩm sau khi dập và hiệu quả của khuôn dập.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là khuôn dập liên hoàn bao gồm:

Các bộ phận chính của khuôn dập như: cối dập, chày dập, bộ dẫn hướng…

Vật liệu chế tạo khuôn dập

Các thông số kỹ thuật, hình học của khuôn dập

Quy trình công nghệ chế tạo khuôn dập

Quá trình dập liên hoàn

Phạm vi về sản phẩm: Mặt dây chuyền hình trái tim

Phạm vi về vật liệu: A1050, C3650, SUS 304, SUS 430, Thép CT38

Phạm vi về công nghệ: Công nghệ dập liên hoàn

Phạm vi về phần mềm: Deform 3D, Inspireform, Nx, Inventor, Powermill, Autocad.

Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành các mục tiêu đề ra, đề tài sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết bao gồm việc khảo sát các tài liệu khoa học, sách chuyên ngành, luận văn và báo cáo khoa học có liên quan đến lĩnh vực thiết kế và chế tạo khuôn dập liên hoàn.

Phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng quá trình dập liên hoàn, giúp kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế khuôn dập một cách hiệu quả.

Phương pháp thực nghiệm bao gồm quá trình chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm khuôn dập trên máy dập thực tế Qua đó, đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả của khuôn dập được thực hiện một cách chính xác và khoa học.

Phương pháp phân tích, tổng hợp và thống kê là quá trình quan trọng trong việc thu thập và xử lý dữ liệu từ các nguồn tài liệu, kết quả mô phỏng và thực nghiệm Qua đó, chúng ta có thể rút ra những kết luận khoa học và đề xuất các giải pháp hiệu quả cho đề tài nghiên cứu.

Kết cấu của ĐATN

Chương 1: Giới thiệu, nội dung chính của ĐATN

Chương 2: Tổng quan về khuôn dập liên hoàn: Trình bày các cơ sở lý thuyết về công nghệ dập, đặc điểm và phân loại khuôn dập liên hoàn, các phương pháp thiết kế và tính toán khuôn dập, vật liệu chế tạo khuôn dập…

Chương 3: Thiết kế, tính toán và chế tạo khuôn dập: Phân tích yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, lựa chọn phương án công nghệ và thiết kế khuôn dập, tính toán các thông số cơ bản của khuôn dập, gia công các chi tiết của khuôn, chế tạo khuôn để thực nghiệm đánh giá Chương 4: Vật liệu và phương pháp: tập trung giới thiệu các loại vật liệu được dùng cho quá trình thí nghiệm đồng thời giới thiệu quy trình nghiên cứu, phương pháp mô phỏng bằng Deform 3D, quy trình thực nghiệm và thiết bị được sử dụng

Chương 5: Mô phỏng và thử nghiệm khuôn dập: Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố quan trọng trong dập tạo hình, bao gồm khe hở chày cối (đối với cả cắt hình và cắt chữ), bán kính góc lượn (trong dập vuốt), và đặc tính của từng loại vật liệu, đến chất lượng sản phẩm Bằng cách kết hợp mô phỏng và thực nghiệm

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển: Đánh giá kết quả nghiên cứu, chỉ ra những ưu điểm và hạn chế của đề tài, đề xuất hướng phát triển của đề tài trong tương lai

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo kim loại

Khái niệm biến dạng dẻo:

Sự dịch chuyển tương đối của các chất điểm và phần tử trong vật thể rắn, do tác động của ngoại lực, nhiệt độ hoặc nguyên nhân khác, gây ra sự thay đổi về hình dáng và kích thước của vật thể.

Có hàng trăm phương pháp biến dạng khác nhau, mỗi phương pháp chứa nhiều trạng thái ứng suất biến đổi trong quá trình biến dạng Do đó, để phân loại các phương pháp biến dạng, cần căn cứ vào các ứng suất tác dụng chủ yếu Dựa trên tiêu chí này, biến dạng được chia thành 5 nhóm lớn.

Biến dạng nén là trạng thái dẻo trong vật thể, chủ yếu xảy ra do ứng suất nén theo một hoặc nhiều chiều Các phương pháp liên quan đến biến dạng nén bao gồm cán, rèn tự do, rèn khuôn và ép chảy.

Biến dạng kéo – nén là trạng thái dẻo trong vật thể, chủ yếu do ứng suất kéo nén gây ra, bao gồm các phương pháp như kéo, dập vuốt, uốn và miết Trong khi đó, biến dạng uốn là trạng thái dẻo chủ yếu do ứng suất kéo ở một hoặc nhiều chiều, với các phương pháp như kéo dãn, dập phình và dập định hình.

Biến dạng uốn và biến dạng cắt là hai trạng thái dẻo trong vật thể biến dạng do các loại tải trọng khác nhau gây ra Biến dạng uốn xảy ra chủ yếu do trọng tải uốn, với các phương pháp uốn sử dụng dụng cụ chuyển động thẳng hoặc quay Trong khi đó, biến dạng cắt chủ yếu là kết quả của tải trọng cắt, bao gồm các phương pháp như trượt và xoắn.

Hình 2.1: Biến dạng dẻo kim loại [55]

Giới thiệu về công nghệ dập tạo hình kim loại tấm

2.2.1 Khái niệm về công nghệ dập tạo hình kim loại tấm

Dập tấm là phương pháp biến dạng dẻo phôi kim loại dạng tấm dưới tác dụng của ngoại lực, nhằm tạo ra sản phẩm với hình dạng và kích thước theo yêu cầu Phương pháp này thường được thực hiện ở trạng thái nguội với độ dày phôi nhỏ hơn hoặc bằng 4mm, được gọi là dập nguội Đối với phôi có chiều dày lớn hơn 10mm, quá trình dập có thể được thực hiện ở trạng thái nóng.

Hình 2.2: Công nghệ dập tấm [56]

2.2.2 Ưu và nhược điểm của công nghệ dập tấm

Công nghệ dập tấm mang lại nhiều lợi ích nổi bật so với các phương pháp chế tạo khác, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa cơ tính vật liệu Quá trình dập tấm tác động lực lên phôi kim loại, ép khuôn để định hình sản phẩm, đồng thời tạo ra ứng suất nén, sắp xếp lại cấu trúc hạt tinh thể và gia tăng mật độ trong vật liệu Kết quả là độ bền kéo, độ cứng và độ bền mỏi của sản phẩm dập tấm được cải thiện đáng kể so với vật liệu ban đầu.

Công nghệ dập tấm mang lại khả năng đa dạng hóa hình dạng sản phẩm, cho phép tạo ra các sản phẩm với thiết kế phức tạp và chi tiết tinh xảo Từ những chi tiết đơn giản như tấm ốp và vỏ hộp cho đến các cấu trúc phức tạp như khung gầm ô tô và cánh máy bay, công nghệ này đáp ứng tốt các yêu cầu thiết kế đa dạng.

Dập tấm mang lại hiệu suất sản xuất vượt trội so với các phương pháp gia công truyền thống, đặc biệt trong sản xuất hàng loạt Thời gian gia công mỗi sản phẩm được rút ngắn đáng kể, từ đó giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất hiệu quả.

Công nghệ dập tấm giúp tiết kiệm vật liệu bằng cách sử dụng phôi kim loại dạng tấm, giảm thiểu lượng vật liệu dư thừa so với các phương pháp gia công cắt gọt Điều này không chỉ giúp giảm chi phí nguyên vật liệu mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Dập tấm có khả năng tích hợp với các công nghệ gia công khác như hàn, đột và uốn, giúp tạo ra sản phẩm hoàn thiện với độ chính xác cao Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn giảm thiểu công đoạn gia công sau dập.

+ Độ chính xác của chi tiết dập tương đối cao, khả năng thay thế lẫn nhau cao và không cần gia công

- Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, công nghệ dập tấm vẫn tồn tại một số nhược điểm

Chi phí khuôn mẫu cao trong chế tạo khuôn dập tấm là một vấn đề lớn do quy trình phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao, cùng với việc sử dụng vật liệu đặc biệt Điều này gây khó khăn cho sản xuất quy mô nhỏ hoặc khi sản phẩm có hình dạng phức tạp, vì cần thiết phải đầu tư vào khuôn mẫu phức tạp hơn.

Khi thay đổi thiết kế sản phẩm, việc sửa chữa hoặc chế tạo mới khuôn dập tấm sẽ tiêu tốn nhiều thời gian và chi phí, dẫn đến giảm tính linh hoạt trong sản xuất, đặc biệt trong giai đoạn phát triển sản phẩm mới.

Dập tấm có khả năng tạo ra sản phẩm với hình dạng phức tạp, nhưng vẫn gặp hạn chế khi xử lý các chi tiết quá sâu, góc cạnh hẹp hoặc yêu cầu độ cong phức tạp Để đạt được hình dạng mong muốn trong những trường hợp này, cần kết hợp dập tấm với các phương pháp gia công khác.

Hao phí vật liệu trong quá trình dập tấm có thể xảy ra do hình dạng sản phẩm và thiết kế khuôn, dẫn đến việc tạo ra phôi thừa Tình trạng này trở nên nghiêm trọng hơn khi sản xuất hàng loạt với phôi kim loại có giá thành cao, gây lãng phí tài nguyên.

Vận hành và bảo trì máy dập tấm yêu cầu đội ngũ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao, với kiến thức sâu về vật liệu, khả năng tính toán lực dập chính xác và kiểm soát chất lượng sản phẩm hiệu quả.

Hình 2.3: Sản phẩm của công nghệ dập tấm [57]

2.2.3 Phân loại công nghệ dập tấm

Công nghệ dập tấm có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau Dưới đây là một số cách phân loại phổ biến:

Nhóm biến dạng cắt vật liệu liên quan đến việc tạo hình chi tiết thông qua quá trình biến dạng phá hủy vật liệu tại vùng cắt Quá trình này bao gồm việc tách một phần vật liệu khỏi phần khác dọc theo một đường viền kín hoặc không khép kín.

Nhóm biến dạng dẻo vật liệu tập trung vào việc tạo hình chi tiết phôi và cải thiện diện tích bề mặt thông qua quá trình biến dạng dẻo Trong nhiều trường hợp, sự phân bố lại của các kim loại là điều thường gặp Đáng chú ý, độ dày của vật liệu làm việc thường ít thay đổi hoặc chỉ thay đổi một cách nhỏ mà không được chú ý.

Hình 2.4: Phân loại nguyên công dập tấm [30]

Khuôn dập nguội

2.3.1 Khái niệm và phân loại khuôn dập nguội

Khuôn dập nguội là dụng cụ chính xác, thiết kế đặc biệt để định hình phôi kim loại ở nhiệt độ môi trường thành sản phẩm mong muốn nhờ lực ép từ máy dập Đây là phần quan trọng trong công nghệ dập nguội, quyết định đến hình dạng, kích thước, độ chính xác và chất lượng sản phẩm.

Phân loại khuôn dập nguội:

Dựa trên phương pháp tạp hình sản phẩm, có thể phân loại thành các loại khuôn như sau: Khuôn nguyên công cắt, khuôn nguyên công uốn, khuôn nguyên công vuốt, khuôn nguyên công tạo hình, và khuôn nguyên công nén.

+ Phân loại theo cấu tạo khuôn: Phân loại theo cách bố trí chày cối kiểu đặt chuẩn, đặt ngược

+ Phân loại theo cắt đặt stripper: Không có stripper, stripper cố định, stripper di động, stripper bán di động

+ Phân loại theo trụ dẫn hướng: không có guide, Trụ dẫn hướng ngoài biên, bộ dẫn hướng trong và ngoài, chỉ có bộ dẫn hướng trong

+ Phân loại theo kiểu hoạt động của khuôn: Khuôn đơn giản, khuôn dập kết hợp, khuôn dập liên hợp

+Phân lập theo phưởng thức sản xuất: Khuôn đơn, khuôn đột dập liên hợp, khuôn dập liên hoàn

2.3.2 Kết cấu cơ bản của khuôn dập nguội

Hình 2.5: Cấu tạo khuôn dập cắt [58]

Cụm khuôn trên, hay còn gọi là bộ phận dập trên, là một hệ thống chi tiết lắp ráp chính xác, có chức năng định vị phôi kim loại và tạo hình sản phẩm theo khuôn dập Nó đảm bảo độ chính xác cho quá trình dập nguội Cụm khuôn trên bao gồm nhiều thành phần quan trọng.

Tấm đế trên là khung đỡ chính cho cụm khuôn, kết nối với máy dập và chịu lực trong quá trình dập Được chế tạo từ vật liệu chịu lực tốt như thép hợp kim và gang cầu, tấm này đảm bảo độ cứng vững và ổn định, chống biến dạng Bề mặt tiếp xúc với tấm kẹp trên cần được gia công phẳng và song song tuyệt đối để phân bố lực dập đều Kích thước của tấm đế phải phù hợp với máy dập và khuôn dập, đồng thời có các lỗ định vị để lắp đặt chính xác trên bàn máy dập và kết nối với các chi tiết khác của khuôn.

Tấm lót là bộ phận quan trọng giúp cố định chày trong quá trình tạo hình khuôn dập Được chế tạo từ thép hợp kim có độ cứng cao và đã qua xử lý nhiệt, tấm lót có khả năng chịu lực tốt, ngăn ngừa tình trạng chày bị lún trong quá trình dập.

Tấm áo chày là bộ phận quan trọng giúp giữ và định vị chày đột trong quá trình dập Vỏ chày thường được thiết kế dạng khối trụ rỗng, được chế tạo từ vật liệu cứng vững cao, đảm bảo chày đột không bị dịch chuyển hay biến dạng trong suốt quá trình dập.

Tấm chặn phôi là một tấm kim loại phẳng, được lắp đặt song song với bề mặt phôi, có vai trò quan trọng trong quá trình dập Trong giai đoạn trước khi dập, tấm chặn phôi ép sát vào bề mặt phôi để giữ cố định phôi trong khuôn Trong giai đoạn dập, tấm chặn duy trì áp lực lên phôi, ngăn ngừa tình trạng nhăn, cong vênh hay dịch chuyển Sau khi dập, tấm chặn phôi sẽ di chuyển theo chày (nếu là loại động) hoặc giữ nguyên (nếu là loại tĩnh), giúp tách phôi ra khỏi chày đột nhờ lực đẩy từ lò xo hoặc cơ cấu đẩy.

Cụm khuôn dưới là một hệ thống chi tiết được lắp ráp chính xác, có chức năng định vị, giữ chặt phôi vật liệu và tạo hình dạng cho sản phẩm trong quá trình dập, đối diện với cụm khuôn trên.

Tấm cối là thiết bị quan trọng trong quá trình dập kim loại, bao gồm các cối cắt, vuốt và uốn kết hợp với chày để tạo hình sản phẩm Được chế tạo từ thép hợp kim có độ cứng cao và khả năng chịu lực tốt, tấm cối thường trải qua quy trình xử lý nhiệt để nâng cao độ cứng cơ tính, đảm bảo hiệu quả và độ bền trong sản xuất.

Tấm lót cối là phần quan trọng giúp cố định tấm cối trong quá trình tạo hình khuôn dập, thường được chế tạo từ thép hợp kim có độ cứng cao và khả năng chịu lực tốt Trong khi đó, tấm đế dưới là nền tảng cho cụm khuôn dưới, lắp đặt trực tiếp lên bàn máy dập, đóng vai trò kết nối giữa cụm khuôn và máy dập.

Các chi tiết dẫn hướng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tấm khuôn trên và tấm khuôn dưới di chuyển chính xác và đồng tâm trong quá trình dập Điều này không chỉ giúp tăng tuổi thọ của khuôn mà còn giảm thiểu hiện tượng mài mòn không đều, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

+ Lò xo: Tạo lực hồi cho cụm khuôn trên sau khi dập

+ Chốt định vị: Đảm bảo vị trí lắp ráp chính xác giữa các chi tiết khuôn

+ Hệ thống thoát phôi: Đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi dập (đối với một số loại khuôn)

2.3.3 Các loại khuôn dập thông dụng

Khuôn dập đơn là loại khuôn được thiết kế để thực hiện một công đoạn dập duy nhất mỗi lần máy dập tác động Cấu trúc của khuôn dập đơn khá đơn giản, bao gồm hai phần chính: cụm khuôn trên và cụm khuôn dưới, với số lượng chi tiết ít hơn so với khuôn dập phức tạp Chức năng của khuôn này chỉ tập trung vào việc thực hiện một công đoạn dập duy nhất mỗi lần.

Dập là một phương pháp sản xuất hiệu quả cho các chi tiết có hình dạng đơn giản, bao gồm các kỹ thuật như cắt, đột lỗ, uốn cong và dập nổi Phương pháp này thích hợp cho những sản phẩm không yêu cầu nhiều công đoạn gia công phức tạp, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình sản xuất.

Khuôn dập liên hoàn cho phép thực hiện các bước dập đồng thời hoặc theo trình tự mà không cần dịch chuyển phôi, từ đó mang lại độ chính xác cao hơn trong việc tạo ra chi tiết hoàn chỉnh So với dập liên tục, khuôn phôi hợp giúp loại trừ khả năng dịch chuyển giữa đường bao ngoài và đường bao trong của chi tiết Mặc dù cấu trúc của khuôn phôi hợp phức tạp, nhưng nó lại nhỏ gọn hơn so với khuôn liên tục.

Khi thực hiện quá trình dập liên tục, các bước dập được tiến hành riêng lẻ bởi các cặp chày cối được sắp xếp tuần tự trong cùng một khuôn Điều này yêu cầu phải dịch chuyển phôi từ vị trí của bước dập này đến vị trí của bước dập khác Sau một số chu trình làm việc của máy ép, chúng ta sẽ thu được sản phẩm phôi hoàn chỉnh.

Nguyên công cơ bản của khuôn dập [1]

2.4.1 Nguyên công cắt a Phân loại nguyên công cắt

- Cắt rời (Shearing): Thao tác dùng máy cắt (Shearing Machine) hoặc khuôn để cắt 1 phần vật liệu (Hình 2.7a)

- Cắt hình (Blanking): Thao tác cắt rời vật liệu thành hình dạng cho trước và sử dụng hình dạng đó làm sản phẩm (Hình 2.7b)

- Đột lỗ (Piercing): Thao tác tạo lỗ từ vật liệu muốn sử dụng làm sản phẩm, còn được gọi là Punching (Hình 2.7c)

- Cắt mép (Trimming): Thao tác cắt bỏ phần đường viền không đều của sản phẩm đã được tạo hình (Hình 2.7d)

Hình 2.6: Khuôn đơn và khuôn liên hoàn [59]

- Cắt rãnh (Notching): Do gia công cắt từ mép của vật liệu nên không hình dạng của đường cắt không tạo ra đường cong kín (Hình 2.7e)

Hình 2.7: Nguyên công cắt nhóm 1

- Đột rãnh (Slotting): Tương tự như cắt đột, thao tác cắt tạo lỗ mảnh và dài từ phần phía trong của kim loại tấm (Hình 2.8a)

+ Là nguyên công tạo ra đường cắt một phần vật liệu có sử dụng khuôn

Gia công cắt tấm kim loại dạng cuộn có khổ rộng lớn thành các cuộn có chiều rộng cố định được thực hiện bằng cách sử dụng Slitting Roller với dao cắt tròn.

+ Thao tác phân chia sản phẩm đã tạo hình thành 2 phần trở lên (Hình 2.8c)

+ Thao tác cắt đột nhiều lỗ trên tấm kim loại (hole) theo hàng đều nhau (Hình 2.8d)

+ Thao tác cắt lại để gia công làm nhẵn bề mặt cắt của vật liệu đã cắt ở công đoạn trước

Hình 2.8: Nguyên công cắt nhóm 2 b Lý thuyết nguyên công cắt

- Giai đoạn 1: Biến dạng dẻo do nén

+ Điểm bắt đầu xảy ra biến dạng dẻo ở giữa cối (Die) và mũi dao do chày (Punch) được hạ xuống và nén mạnh

+ Tương ứng với bề mặt nén, khe hở càng rộng thì biến dạng càng lớn

Hình 2.9: Giai đoạn biến dạng dẻo

-Giai đoạn 2: Thâm nhập (Penetration)

Khi trở lực biến dạng của vật liệu tăng cao và vượt quá độ bền trượt, hiện tượng thâm nhập vào tấm kim loại sẽ xảy ra.

Trở lực biến dạng được phân thành hai thành phần: thành phần dọc (FS) và thành phần nằm ngang (FC) Thành phần nằm ngang tạo ra áp suất ép biên, từ đó hình thành độ bóng cho vật liệu thông qua quá trình đánh bóng (burnishing) bằng chày hoặc mép cối.

Hình 2.10: Giai đoạn thâm nhập

- Giai đoạn 3: Phá hủy (Fracture)

Biến dạng trượt gây ra trở lực cắt xung quanh mũi dao tăng lên, và khi lực này vượt quá độ bền, sẽ dẫn đến việc hình thành vết nứt bên trong vật liệu xung quanh mép chày.

Vết nứt xuất hiện trên và dưới khớp nhau do đồng thời phát sinh ở cả mũi dao của chày và cối Lúc này, khuôn thực hiện quá trình cắt và phân tách.

Hình 2.11: Giai đoạn phá hủy

- Giai đoạn 4: Tách rời (Removal)

Áp suất biên tạm thời dư thừa trong giai đoạn thâm nhập xảy ra do sự tương tác giữa cạnh bên của chày (Punch) và thành phần nằm nang, dẫn đến sự di chuyển vào bên trong và tạo ra giao thoa mạnh mẽ.

(Interference) Do đó, cần có lực đẩy để thắng được sự giao thoa đó.

Hình 2.12: Giai đoạn tách rời c Cấu tạo bề mặt gia công

- Mặt phá hủy/ đứt gãy (Fracture):

- Bavia (Burr): Thước đo sửa chữa và bảo dưỡng khuôn

+ Mài mòn mũi dao kích thước Bavia (Burr)

+ Độ dẻo của vật liệu (Ductility) Kích thước Bavia (Burr)

- Bề mặt gia công (cắt) hiệu dụng

+ Mặt nén (roll - over) + Mặt cắt trượt (burnish) d Khe hở (Clearance)

+ Thể hiện lượng (gap) khoảng trống một bên giữa chày và cối

+ Biểu hiện bằng % tương đối của độ dày vật liệu

+ Chịu ảnh hưởng lớn bởi tải trọng cắt và hình dạng tiết diện cắt

- Cấu tạo mặt cắt theo khe hở:

+ Khe hở càng lớn thì mặt nén và burr tăng, mặt phá hủy giảm

Hình 2.13: Cấu tạo mặt cắt theo khe hở

- Ảnh hưởng do thay đổi khe hở (Clearance):

+ Phát sinh mặt cắt gọn thứ cấp (Secondary Shear) nếu khe hở quá nhỏ e Hướng của bavia (Burr)

+ Bavia phát sinh bên dưới sản phẩm (phía cối)

- Nguyên công cắt hình (Blanking):

+ Phát sinh phải trên sản phẩm

- Khuôn dập liên hoàn (Progressive die):

Trong quá trình gia công đồng thời đột lỗ và cắt hình, hướng bavia phát sinh tại đường viền đã được cắt bao hình và tại lỗ đã được đột sẽ có sự trái ngược nhau.

- Khuôn dập kết hợp (Compound Die):

Chày cắt hình (Blanking) không chỉ thực hiện chức năng cắt mà còn đóng vai trò như cối đột lỗ (Piercing) Tuy nhiên, khi được lắp đặt ngược, bavia sẽ phát sinh tại lỗ và đường viền có cùng hướng (f).

- Tiêu chuẩn bavia (Burr): Thông thường quản lý ở mức dưới 10%:

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn bavia Độ dày vật liệu

Chiều cao của Bavia (Burr) (mm) Linh kiện chính xác

(mm) Tiêu chuẩn (mm) Giới hạn cho phép

+ Tạo thành một bộ với chày và đóng vai trò là dao cắt

+ Loại nguyên khối: trạng thái gia công nguyên khối, không phải là cối dạng ghép hoặc bush

+ Dạng bush: hình thức cối dạng bush được lắp vào tấm cối (die plate)

+ Dạng rời: trạng thái chia cối thành các mảnh nhỏ để chế tạo

Hình 2.14: Tấm cối của bộ khuôn

+ Còn gọi là cối nút (button) và được sử dụng khi yêu cầu sửa chữa thường xuyên + Đặc điểm của cối dạng bush:

Tiết kiệm chi phí chế tạo khuôn bằng cách sử dụng thép giá thành cao cho cối, trong khi các bộ phận khác có thể được gia công với giá rẻ hơn.

 Đảm bảo độ tương thích giữa các loại khuôn

 Dễ dàng bảo dưỡng khuôn (khi mép cắt của cối bị hỏng thì chỉ cần thay thế cối Bush hoặc xử lý mài)

+ Trường hợp tạo hình sản phẩm cỡ lớn hoặc phức tạp, hoặc độ chính xác yêu cầu gia công cao

+ Đặc điểm của cối rời:

 Biến dạng do nhiệt được sửa/điều chỉnh bằng cách mài

 Dễ dàng áp dụng gia công cơ khí (đặc biệt trong gia công mài)

 Không cần vật liệu tạo cối lớn dù cối to

 Dễ dàng sửa chữa khi cối hỏng

 Có thể tạo ra khẻ hở đồng đều và có thể chỉnh sửa được

 Lỗ (hole) có thể cách nhau tùy theo phương pháp cố định

 Cần chú ý khi thiết kế cối với trường hợp tách sản phẩm có độ sắc nhọn do có nguy cơ hỏng thiết bị bởi tập trung ứng suất

Hình 2.15: Cối dạng bush g Góc thoát của cối (Relief angle)

- Lý do tạo góc thoát:

+ Phương pháp thiết kế để blank và scarp (đề xê) rơi ngay sau gia công cắt (độ dốc rút mẫu)

+ Dạng thêm góc nghiêng rãnh thoát phoi (land)

+ Dạng thêm góc nghiêng không có rãnh thoát phoi (land)

- Phần diện tích không có côn của lỗ cối (Land or Die life):

+ Hình thức có Die Land:

 Phần trụ (Die Land) là lý do để mài lại

When designing the flow penetration in a stamping process, it's crucial to consider that larger Land pillars may increase the likelihood of issues during scrap handling The flow penetration, defined as the traveling distance of the punch from the die surface, is measured from the top surface of the die.

+ Dạng không có phần trụ (Die Land):

 Chủ yếu sử dụng đối với gia công chính xác hoặc gia công thép lá mỏng

 Sử dụng trong trường hợp vật liệu dày hoặc không yêu cầu độ chính xác

Hình 2.16: Góc thoát của cối

4.0~6.0 45’~1 0 α will be small for hard material or small production

Phương pháp gia công tạo hình chi tiết rỗng bằng cách sử dụng chày sau khi đưa phôi phẳng vào cối được gọi là dập vuốt Khi gia công ở độ sâu đặc biệt, quy trình này được gọi là dập vuốt sâu (Deep Drawing).

- Dập vuốt nguyên công tiếp theo

+ Gia công thêm lần nữa để vừa thu hẹp đường kính chi tiết rỗng đã dập vuốt lần 1, vừa tăng thêm độ sâu cho sản phẩm

Gia công hoàn thiện là quá trình điều chỉnh các phần bị biến dạng để đảm bảo độ chính xác về hình dạng và kích thước của sản phẩm, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm từ các công đoạn trước đó.

- Dập vuốt biến mỏng thành (Ironing):

+ Nguyên công dập vuốt vừa làm mỏng thành, vừa làm tăng chiều cao sản phẩm a Lý thuyết quá trình dập vuốt

Các bước trong nguyên công dập vuốt

- Bước 1: Quá trình dập vuốt: Ổn định phôi (blank) hình tròn trên cối vuốt

- Bước 2: Quá trình dập vuốt: Giai đoạn đầu của quá trình dập vuốt

+ Blankholder nén phôi (blank) ở điều kiện cho trước (Spring, Gas - Spring hoặc Die - Cushion)

+ Tiến hành định hình uốn bởi phần góc của chày và cối

Hình 2.17: Nhóm nguyên công vuốt

- Bước 3: Quá trình dập vuốt

+ Chày kéo dần phôi tròn vào cối và tiến hành định hình sản phẩm

+ Phần mặt ngoài của phôi trượt trên bề mặt cối, xảy ra hiện tượng xâm nhập vào trong cối

- Bước 4: Quá trình dập vuốt

Mặt ngoài của vật liệu chịu ứng suất kéo theo hướng tiếp tuyến, đồng thời cũng bị kéo theo hướng kính, và quá trình này tiếp tục diễn ra sâu vào bên trong vật liệu.

+ Phần mép chịu ứng suất kéo từ trên xuống dưới

- Bước 5: Quá trình dập vuốt: Hoàn thiện sản phẩm cuối cùng có hình dạng chi tiết rỗng

Hình 2.22: Dập vuốt bước 5 b Tham số quan trọng trong nguyên công dập vuốt

- Khuôn: - bán kính chày (hình dạng chày), - bán kính cối (hình dạng cối), c - khe hở (Clearance), BHF - lực giữ phôi, V - tốc độ

Vật liệu và ma sát đóng vai trò quan trọng trong quá trình dập vuốt, với các yếu tố như LDR - mức độ dập vuốt tới hạn, n - hệ số mũ biến cứng, và R - hệ số dị hướng Trạng thái ứng suất trong quá trình dập vuốt ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.

- Trạng thái ứng suất tại điểm A:

+ Hướng bán kính (hướng kính) của cốc: ứng suất kéo

Hướng chu vi của cốc liên quan đến ứng suất nén, loại ứng suất xuất hiện khi tấm vật liệu có bán kính lớn bị đẩy vào cối có bán kính nhỏ.

+ Hướng ngang của tấm vật liệu: ứng suất nén (do nén của bộ giữ phôi (blankholder))

- Trạng thái ứng suất tại điểm B:

+ Hướng dọc: ứng suất kéo

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.5.1 Các nghiên cứu ngoài nước

1) Nghiờn cứu của nhúm tỏc giả Cebeli ệzek & Muhammet Bal “The effect of die/blank holder and punch radiuses on limit drawing ratio in angular deep-drawing dies” [2] đã được xuất bản trên International Journal of Advanced Manufacturing Technology ngày 13 tháng

Vào tháng 3 năm 2008, bài báo này phân tích ảnh hưởng của bán kính góc lượn của chày cối và góc nghiêng giữa tấm chặn và cối đến tỷ lệ dập vuốt cũng như lực tác động của chày Các tác giả đã thực hiện các thí nghiệm để đánh giá các yếu tố này.

23 nghiệm và đưa ra kết quả cho thấy tỷ lệ dập vuốt tăng khi tăng bán kính chày cối, góc giữa cối và tấm chặn tăng

2) Nghiên cứu của nhóm tác giả J.P De Magalhães Correia, G Ferron “Wrinkling of anisotropic metal sheets under deep-drawing: analytical and numerical study” [3] đã được xuất bản trên Journal of Materials Processing Technology vào năm 2004 Bài báo nghiên cứu sự hình thành nếp nhăn trên tấm kim loại dị hướng trong quá trình dập vuốt bằng cả phương pháp phân tích và mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) Các tác giả sử dụng tiêu chuẩn chảy dẻo do Ferron đề xuất để mô tả tính dị hướng phẳng của vật liệu và tiêu chuẩn phân nhánh của Hutchinson để xác định ngưỡng xuất hiện nếp nhăn Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của các thông số hình học và cơ tính đến giới hạn hình thành nếp nhăn thông qua việc xây dựng đường cong giới hạn nếp nhăn (WLC) Mô phỏng FEM với mã ABAQUS/Explicit được thực hiện cho hai trường hợp thử nghiệm dập vuốt cốc: cốc hình nón và cốc hình trụ qua khuôn tractrix Kết quả cho thấy cả dự đoán phân tích và mô phỏng đều phù hợp với kết quả thực nghiệm, chứng minh hiệu quả của phương pháp được đề xuất trong việc dự đoán nếp nhăn trên tấm kim loại dị hướng

3) Nghiên cứu của nhóm tác giả Xia Zhu, Keiji Ogi, Nagatoshi Okabe “Influence of Fillet Radius of Die End on Workability of Diameter-Enlarged Process” [4] đã được xuất bản trên Materials Science Forum ngày 15 tháng 01 năm 2019 Bài báo nghiên cứu xem xét ảnh hưởng của bán kính góc lượn ở đầu khuôn đến khả năng gia công và độ bền mỏi của chi tiết sau khi gia công Các thí nghiệm được thực hiện trên ba loại thép carbon, sử dụng năm loại khuôn có bán kính góc lượn khác nhau Kết quả cho thấy, việc tăng bán kính góc lượn giúp giảm sự tập trung ứng suất tại gốc của phần đường kính mở rộng, từ đó cải thiện khả năng gia công và tăng độ bền mỏi cho chi tiết Ngoài ra, nghiên cứu cũng phân tích các hệ số ảnh hưởng đến độ bền mỏi như hệ số tập trung ứng suất, hệ số nấc mỏi, và hệ số nhạy nấc Từ đó, bài viết đưa ra kết luận về giới hạn tỷ số đường kính để tránh hư hỏng mỏi trong quá trình gia công dựa trên bán kính góc lượn của khuôn

4) Nghiên cứu của nhóm tác giả Kaan Emre Engin, Omer Eyercioglu “The Effect of the Thickness-to-Die Diameter Ratio on the Sheet Metal Blanking Process” [5] đã được xuất bản trên Journal of Mechanical Engineering ngày 10 tháng 07 năm 2017 Bài báo đã nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ độ dày so với đường kính khuôn lên lực đột, năng lượng cắt, góc lan truyền vết nứt và sự phân bố vùng liên quan đến chất lượng bề mặt khi đột dập thép không gỉ AISI 304 Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp thử nghiệm và mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) với bốn tỷ lệ độ dày trên đường kính khuôn và năm khe hở khác nhau Kết quả cho thấy khe hở lý tưởng phụ thuộc vào cả độ dày vật liệu và tỷ lệ độ dày trên đường kính khuôn, với khe hở 3% phù hợp với tỷ lệ nhỏ và 5% cho tỷ lệ lớn hơn Nghiên cứu kết luận rằng việc điều chỉnh khe hở tối ưu có thể giảm thiểu năng lượng tiêu hao trong khi vẫn duy trì chất lượng bề mặt tốt cho quá trình đột dập

5) Nghiên cứu của nhóm tác giả Alimi Abdul Ghafar, Ahmad Baharuddin Abdullah, Johan Ihsan Mahmood “Experimental and numerical prediction on square cup punch– diemisalignment during the deep drawing process” [6] được xuất bản trên The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ngày 25 tháng 01 năm 2021 Bài báo nghiên cứu xem xét cả lệch tâm đơn trục và đa trục, sử dụng phần mềm Abaqus/Explicit để mô phỏng và thử nghiệm kéo trên máy kéo vạn năng để xác nhận Kết quả cho thấy lệch tâm làm tăng lực kéo và gây ra phân bố độ dày thành không đều, với mức độ nghiêm trọng tỷ lệ thuận với mức độ lệch tâm Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cân chỉnh chính xác trong quá trình kéo sâu để đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm thiểu khuyết tật như mỏng, rách

Các tác giả cũng lưu ý vai trò của đặc tính dị hướng của vật liệu trong việc chống lại tình trạng mỏng đi trong quá trình kéo

6) Nghiên cứu của nhóm tác giả I Dejmal, J Tirosh, A Shirizly, L Rubinsky “On the optimal die curvature in deep drawing processes” [7] được xuất bản trên International Journal of Mechanical Sciences ngày 05 tháng 10 năm 2001 Các tác giả đã sử dụng phương pháp giới hạn trên dựa trên trường vận tốc thử nghiệm và hệ tọa độ toroidal để mô tả dòng chảy dẻo dọc theo đường cong khuôn Nghiên cứu thực nghiệm trên phôi nhôm và đồng được thực hiện để kiểm chứng mô hình phân tích Kết quả cho thấy tồn tại một độ cong khuôn tối ưu giúp giảm lực dập và tăng LDR, đặc biệt trong điều kiện ma sát thấp Độ cong khuôn tối ưu phụ thuộc vào hệ số ma sát, đặc tính hóa cứng của vật liệu, và tỷ lệ kéo, nhưng không phụ thuộc vào độ dày phôi ban đầu

7) Nghiên cứu của nhóm tác giả Murat Dilmec, Mustafa Arap “Effect of geometrical and process parameters on coefficient of friction in deep drawing process at the flange and the radius regions” [8] được xuất bản trên International Journal of Advanced Manufacturing Technology ngày 09 tháng 09 năm 2015 Bài viết nghiên cứu về hệ số ma sát trong quá trình dập vuốt sâu kim loại tấm, đặc biệt là sự khác biệt đáng kể giữa vùng mép bích và vùng bán kính của khuôn dập Các tác giả đã thiết kế một thiết bị thử nghiệm ma sát mới cho phép xác định đồng thời hệ số ma sát ở cả hai vùng này chỉ với một lần thử nghiệm duy nhất Bài viết sử dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá ảnh hưởng của các thông số hình học và quy trình, chẳng hạn như bán kính khuôn, độ nhám bề mặt dụng cụ, tốc độ dập, lực ép phôi và loại dầu bôi trơn, đến hệ số ma sát Kết quả cho thấy loại dầu bôi trơn là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến hệ số ma sát ở cả hai vùng, tiếp theo là độ nhám bề mặt khuôn Các nghiên cứu tình huống được thực hiện bằng cả phương pháp thực nghiệm và mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) đã xác nhận tính chính xác của việc sử dụng các hệ số ma sát riêng biệt cho vùng mép bích và vùng bán kính để có kết quả mô phỏng sát với thực tế hơn

8) Nghiên cứu của nhóm tác giả Daxin E, Takaji Mizuno, Zhiguo Li “Stress analysis of rectangular cup drawing” [9] được xuất bản trên Journal of Material Processing Technology ngày 24 tháng 11 năm 2007 Nghiên cứu tập trung vào phân tích ứng suất tại các vùng bích thẳng và góc của cốc, sử dụng khái niệm “vòng tròn tương đương” để tính toán ứng suất tại góc cốc Kết quả cho thấy ứng suất kéo cực đại luôn nằm ở góc cốc và điểm tách rời giữa tấm kim loại và chày Nghiên cứu cũng đề xuất một phương pháp tính toán lực kẹp phôi tối ưu dựa trên phân tích ứng suất và mô phỏng số, từ đó giúp cải thiện khả năng tạo hình và ngăn ngừa nếp nhăn hoặc rách tấm kim loại trong quá trình kéo cốc hình chữ nhật

9) Nghiên cứu của nhóm tác giả H Zein, M El-Sherbiny, M Abd-Rabou, M El Shazly

“Effect of Die Design Parameters on Thinning of Sheet Metal in the Deep Drawing Process”

Bài báo nghiên cứu quy trình dập sâu kim loại tấm được công bố trên American Journal of Mechanical Engineering vào ngày 15 tháng 03 năm 2013, sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEM) để dự đoán độ dày kim loại tấm trong quá trình tạo hình, nhằm giảm chi phí sản xuất Các tác giả đã phát triển mô hình FEM để mô phỏng quy trình kéo sâu và xác nhận tính chính xác của mô hình thông qua so sánh với kết quả thử nghiệm và số liệu từ các nghiên cứu trước Kết quả cho thấy rằng bán kính vai khuôn, bán kính mũi chày, độ dày kim loại tấm và khe hở hướng kính đều có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình kéo sâu Cuối cùng, họ kết luận rằng FEM là công cụ hữu ích trong thiết kế khuôn dập kim loại tấm, giúp giảm thiểu nhu cầu thử nghiệm tốn kém.

10) Nghiên cứu của nhóm tác giả M El Sherbiny, H Zein, M Abd-Rabou, M El shazly

Bài báo "Thinning and residual stresses of sheet metal in the deep drawing process" được xuất bản trên Materials and Design vào ngày 30 tháng 10 năm 2013, giới thiệu một mô hình phần tử hữu hạn (FEM) hiệu quả, giúp dự đoán phân bố độ dày, độ mỏng và ứng suất dư lớn nhất của phôi kim loại tấm mà không cần thực hiện các thử nghiệm tốn kém Nghiên cứu cũng xem xét các hạn chế và yêu cầu ma sát tại các giao diện khác nhau trong quá trình kéo sâu.

11) Nghiên cứu của nhóm tác giả M Sahli, X Roizard, M Assoul, G Colas, S Giampiccolo, J P Barbe “Finite element simulation and experimental investigation of the effect of clearance on the forming quality in the fine blanking process” [12] được xuất bản trên Microsystem Technologies ngày 01 tháng 08 năm 2020 Bài báo này nghiên cứu về ảnh hưởng của khe hở đến chất lượng tạo hình trong quy trình đột dập tinh bằng phương pháp phần tử hữu hạn và thực nghiệm Các tác giả đã phát triển một mô hình tính toán số để kiểm tra ảnh hưởng của khe hở đột/khuôn đến trạng thái ứng suất của thép cán nguội trong quá trình đột Sau khi xác định các thông số mô hình dựa trên dữ liệu thử nghiệm kéo, các mô phỏng số được thực hiện bằng phần mềm Ls-Dyna/Explicit Kết quả cho thấy khe hở đột/khuôn ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng mép cắt, ứng suất cắt và biến dạng dẻo trong vùng cắt Các mô phỏng cũng cho thấy rằng việc xem xét đột là biến dạng hay không cũng ảnh hưởng đến chất lượng mép cắt Cuối cùng, các kết quả mô phỏng cho thấy sự phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, chứng minh tính hiệu quả của mô hình đề xuất

12) Nghiên cứu của nhóm tác giả C Gaudilliere, N Ranc, A Larue, A Maillard “High Speed Blanking: An Experimental Method to Measure Induced Cutting Forces” [13] được xuất bản trên Experimental Mechanics ngày 28 tháng 02 năm 2013 Bài báo nghiên cứu ưu điểm của kỹ thuật dâp tốc độ cao trong ngành gia công kim loại, đặc biệt là khả năng đạt được hình dạng mép cắt chất lượng cao và giảm vùng biến dạng dẻo Các tác giả đã phát triển một thiết bị thử nghiệm đặc biệt để đo lực cắt tác dụng lên mẫu vật trong quá trình dập ở tốc độ cao lên đến 10 ms−1 Dựa trên phương pháp ống Hopkinson, họ đã thiết lập một phương pháp hiệu chuẩn để tính toán chính xác lực dập, từ đó phân tích ảnh hưởng của các thông số như tốc độ dùi, chiều dày tấm kim loại và khe hở giữa chày và khuôn đến lực dập Kết quả cho thấy lực dập tối đa giảm khi tốc độ dùi tăng, và thời gian gia tải giảm cho thấy vết đứt gãy xảy ra sớm hơn khi tốc độ dùi tăng

13) Nghiên cứu của nhóm tác giả Wei Zhang, Shuqi Wang, Jinguo Chen, Chao Cheng, Lei Zhang “Experimental and continuous stamping simulation study on surface wear of hardened steel mold” [14] được xuất bản trên International Journal on Interactive Design and Manufacturing ngày 12 tháng 07 năm 2018 Bài báo đã kiểm tra ảnh hưởng của dập liên tục đến mài mòn khuôn bằng cách sử dụng mô phỏng phần tử hữu hạn và xác minh thực nghiệm Các tác giả đã phát triển một công thức để ước tính diện tích tiếp xúc thực và lượng mài mòn, xem xét hình thái học của bề mặt gia công Mô phỏng cho thấy sự phân bố trường ứng suất tập trung ở rìa lưỡi cắt và lan truyền theo dạng sóng dọc theo hướng ma sát Hơn nữa, nghiên cứu đã xác định tiêu chí cho trạng thái mài mòn ổn định và dự đoán tuổi thọ của khuôn bằng cách lắp một đường tuyến tính với độ sâu mài mòn tối đa trong vùng mài mòn ổn định

14) Nghiên cứu của nhóm tác giả Ferhat Akyürek, Kemal Yaman, Zafer Tekiner “An Experimental Work on Tool Wear Affected by Die Clearance and Punch Hardness” [15] được xuất bản trên The Arabian Journal for Science and Engineering ngày 15 tháng 05 năm 2017 Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở khuôn cắt và độ cứng chày đến độ mòn cạnh và mặt chày trong các hoạt động đột dập Các thí nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng chày thép công cụ AISI D2 với độ cứng 50, 55 và 60 HRC và ba khe hở khuôn cắt khác nhau (3%,

THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO

Thông số thiết kế sản phẩm

3.1.1 Xây dựng ý tưởng và thiết kế

Mặt dây chuyền không chỉ là món trang sức đeo cổ mà còn có thể dùng để trang trí vòng tay hoặc làm quà tặng ý nghĩa Nó thường mang ý nghĩa biểu tượng cho cá nhân, công ty, tổ chức hoặc thậm chí là các cuộc thi Nhận thấy tính ứng dụng và khả năng thiết kế, nhóm chúng tôi đã quyết định thiết kế mặt dây chuyền mang tên khoa Cơ khí Chế Tạo máy (FACULTY MECHANICAL ENGINEERING - FME) để dập nổi, cắt, và đột trên vật liệu đồng thau.

Hình 3.1: Chi tiết mặt dây chuyền 3D

3.1.2 Vật liệu chế tạo chi tiết

Mặt dây chuyền được sản xuất từ đồng thau C36500, với quy trình dập vuốt nhẹ và cắt chữ lỗ xỏa, cắt hình Sản phẩm này có thiết kế đơn giản, yêu cầu độ chính xác không quá cao nhưng cần hoàn thiện tốt, dễ gia công và dễ tạo hình.

Bảng 3.1: Thành phần hóa học của C36500

Zn Fe Cu Ni Al Mg Si Mn Sn

- Một số thông số cơ tính của C36500 như sau:

So sánh và lựa chọn phương án công nghệ

Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Đột Chữ - Dập Vuốt - Cắt Hình

Dập Vuốt - Đột Chữ - Cắt Hình

Dập Vuốt - Đột Chữ - Cắt Hình (Đảo vị trí chày cối )

- Thực hiện tuần tự 3 nguyên công: Đột Chữ

- Thực hiện tuần tự 3 nguyên công: Dập Vuốt - Đột Chữ - Cắt Hình với các cối chung một tấm cối

- Thực hiện tuần tự 3 nguyên công: Dập Vuốt - Đột Chữ - Cắt Hình với các cối ở hai tấm cối và cụm khuôn khác nhau Ưu điểm

- Đơn giản dễ chế tạo, lắp ráp, bảo trì

- Làm ổn định lâu dài

- Giảm tối thiểu số lòng khuôn

- Khuôn nhỏ nhất và sử dụng ít vật liệu hơn

- Thời gian sản xuất chi tiết là ngắn nhất

- Năng suất cao và không tốn nhiều thời gian chế tạo chi tiết

- Khắc phục được các nhược điểm hướng bavia ở phương án 2

- Nguyên công dập vuốt làm giãn méo chữ đã được đột ở nguyên công đột

- Mất nhiều thời gian để gia công từng khuôn và hao tổn vật liệu

- Nếu mạch nối giữ chi tiết nhỏ thì sản phẩm sẽ không ổn định

- Bavia hướng ra ngoài ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

- Kích thước khuôn lớn, số lượng chi tiết nhiều

- Chi phí vật liệu khuôn và gia công cao

- Yêu cầu người thiết có kinh nghiệm

Hình 3.2: Các phương án kết cấu khuôn

Kết luận từ việc so sánh ba phương án công nghệ cho thấy mỗi phương án đều có ưu nhược điểm riêng Tuy nhiên, phương án 3, với thứ tự dập vuốt - đột chữ - cắt hình, là giải pháp tối ưu nhất cho gia công chi tiết nhờ vào những ưu điểm vượt trội về năng suất, chất lượng sản phẩm và khả năng tối ưu hóa quy trình sản xuất Mặc dù yêu cầu chi phí đầu tư ban đầu cao hơn và kỹ thuật phức tạp hơn, nhưng phương án 3 vẫn là lựa chọn phù hợp nhất để đáp ứng yêu cầu sản xuất hàng loạt với chất lượng cao.

Thiết kế kết cấu bộ khuôn dập liên hoàn

3.3.1 Thiết kế bộ khuôn dưới

- Thiết kế tấm đế khuôn dưới

+ Dùng để bắt xuống bàn máy dập

+ Từ thực tế chiều dày thông thường từ 20 – 35mm

Kết luận: Để đảm bảo chiều cao khuôn và độ bền khuôn ta chọn chiều dày tấm đế khuôn dưới là 22mm

Bảng 3.2: Thành phần hóa học của Thép C45 [25]

+ Dùng để chống các chày nhỏ lún vào tấm đế, không bị rung lắc trong quá trình dập + Xử lý nhiệt 50 – 55 HRC

Theo [1] trang 438 thì độ dày tấm đệm chày từ 5–12 mm Để đảm bảo độ bền cũng như chiều cao khuôn, ta chọn độ dày tấm chày là 12 mm

+ Có vai trò vừa cố định, vừa giữ chày thẳng

- Hạng mục cần xem xét khi thiết kế tấm chày:

+ Độ dày 30 - 40% chiều dài chày (punch)

+ Độ dày guide (bộ dẫn đường) ≥ 1,5 lần so với đường kính

+ Dung sai phù hợp với lỗ của tấm đỡ (cố định) và đường kính chày:

+ 60 - 80% độ dày của Die Block (Khối đế)

- Thiết kế trụ dẫn hướng khuôn

+ Dùng để dẫn hướng khuôn trên và khuôn dưới trước khi dao cắt, chốt đục, chày lận

Bảng 3.3: Các 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 B,

- 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

Kết luận: Qua quá trình phân tích sản phẩm cũng như xét về độ bền nên ta chọn kiểu F

(Bốn trụ dẫn hướng) cho bộ dẫn hướng để vừa đảm bảo độ chính xác của khuôn

- Tính toán lực lò xo và chọn lò xo

+ Tác dụng lò xo là giúp tấm gạt phôi giữ chặt linh kiện khi làm việc và tháo tấm gạt phôi sau khi làm việc

+ Căn cứ vào khoảng chạy, kích thước khuôn, lực tháo … mà ta chọn lò xo phù hợp + Công thức tính lực lò xo theo [26] trang 243:

Bảng 3.4: Các loại lò xo trong khuôn thường dùng theo tiêu chuẩn Misumi

KH Tên gọi Khoảng nén F max Công dụng

SWF Lò xo vàng L 45% Nén khuôn

SWH Lò xo xanh lá cây L 21,6% -

- Do chọn lò xo dựa trên khoảng chạy lò xo và bộ nén lực lò xo  Đối với khuôn loại này ta chọn lò xo nâu (SWB)

- Công thức tính số lò xo theo [26] trang 212: lx mm n P

 k.F (3.2) Trong đó: k: hằng số độ cứng lò xo (kgf/mm)

Fmm: độ nén max lò xo

Bảng 3.5: Bảng thông số lò xo nâu SWB theo tiêu chuẩn Misumi

Hằng số lò xo N/mm [kgf/mm]

20 - 25 Vậy số lò xo cần dùng là:

4.314 = 2,924 (𝑙ò 𝑥𝑜) Vậy ta chọn số lò xo là: 4 (lò xo)

- Thiết kế tấm gạt phôi:

+ Chức năng cơ bản của tấm gạt phôi:

 Tấm gạt phôi có chức năng ép phẳng vật liệu khi khuôn trên ép chặt xuống khuôn dưới và kẹp chặt liệu khi cắt

 Vật liệu làm tấm gạt phôi thông thường là: C45, C50

Tấm gạt phôi kiểu 5, được chọn dựa trên các kiểu tấm gạt phôi theo tài liệu [27] trang 120 – 125, là loại di động với lò xo ở trên Loại tấm này có nhiều chày, giúp tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo tính ổn định trong quá trình sử dụng.

- Kết cấu sơ bộ bộ khuôn dưới:

Hình 3.3: Kết cấu sơ bộ khuôn dưới

3.3.2 Thiết kế bộ khuôn trên

- Thiết kế tấm đế khuôn trên

+ Dùng để bắt xuống bàn máy dập

+ Từ thực tế chiều dày thông thường từ 20 – 35mm

Kết luận: Để đảm bảo chiều cao khuôn và độ bền khuôn ta chọn chiều dày tấm đế khuôn dưới là 22mm

+ Dùng để chống các chày nhỏ lún vào tấm đế, không bị rung lắc trong quá trình dập + Xử lý nhiệt 50 – 55 HRC

Theo [1] sam sung trang 438 thì độ dày tấm đệm chày từ 5–10 Để đảm bảo độ bền cũng như chiều cao khuôn, ta chọn độ dày tấm chày là 10 mm

+Tấm cối: Tấm cối tham gia việc cắt tạo hình sản phẩm cùng với chày và tấm giữa chân +Vật liệu thường dùng: SKS93, SKD11

+Nếu tấm cối không sử dụng Inset thì nên sử dụng vật liệu SKD11 Xử lý nhiệt: 58 - 62 HRC

Bảng 3.6: Thành phần hóa học của thép SKD 11 [28]

C Si Mn Cr Mo Co PS Ni

Bảng 3.7: Thành phần hóa học của thép SKS 93 [29]

C Si Mn Cr P S Cu Ni

- Kết cấu sơ bộ bộ khuôn trên:

Hình 3.4: Kết cấu sơ bộ khuôn trên

3.3.3 Thiết kế sơ bộ bộ khuôn dập liên tục (liên hoàn)

Hình 3.5: Kết cấu bộ khuôn dập liên tục

Các tấm cơ bản của khuôn:

Tính toán thông số thiết khế và gia công khuôn

3.4.1 Tính toán các lực tác động lên khuôn

Lực dập cắt được xác định theo công thức [30] trang 30:

C1: Chu vđường bao cắt (mm) → C1= 63.7945 (mm), A1= 281.7156 (mm 2 ) s: Chiều dày của vật liệu → s = 0.6 (mm) τc: ứng lực cắt của vật liệu (N/mm 2 )

Hình 3.6: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm diện tích và chu vi phần dập cắt

Vật liệu phôi là C36500 (đồng thau) [20]: τc= 292 N/ mm 2

Thay các hệ số vào công thức (1) ta có lực cắt:

Lực dập nổi được tính theo công thức [30] trang 119:

PDV: Lực dập vuốt (N) d1: đường kính chày (mm)

S: chiều dày vật liệu (mm) σb: ứng suất bền của vật liệu (N/ mm 2 ) β: mức độ dập vuốt thực tế βmax: mức độ dập vuốt lớn nhất

Khi tính toán lực cho các chi tiết có hình dạng như vuông, elip, hình chữ nhật, với đường kính góc lượn không quá nhỏ, các thông số d và D được tính toán theo công thức d = 1.13√A ch và D = 1.13√A ph Trong đó, A ch là diện tích tiết diện ngang của chày.

41 d- đường kính tương đương chày

D- đường kính tương đương phôi ban dầu

Hình 3.7: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm diện tích và chu vi phần dập vuốt

Theo như tính toán trên phần mềm CAD ta được diện tích tiết diện ngang của chày:

Do chi tiết chỉ dập 1 lần nên β = βmax σb = 365 (N/ mm 2 )

Thay vào công thức (2) ta được lực dập vuốt:

-Lực cắt chữ FME và đột lỗ ỉ1,5:

Theo như tớnh toỏn trờn phần mềm CAD ta được chu vi của chữ FME và chu vi ỉ1,5 Lực dập cắt được xác định theo công thức [30] trang 30: s

C2: Chu vi đường bao cắt (mm) → C2= 62.5780 (mm), A2= 25.8570 (mm 2 ) s: Chiều dày của vật liệu → s = 0.6 (mm) τc: ứng lực cắt của vật liệu (N/mm 2 )

Hình 3.8: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm diện tích và chu vi phần dập cắt chữ và đột lỗ

Vật liệu phôi là C36500 (đồng thau) [20]: τc= 292 N/ mm 2

Thay các hệ số vào công thức (2) ta có lực cắt:

Tổng lực dập cần thiết: F1 + P +F2 = 11176.7964 + 14580.2823 + 10963.6656

-Tính toán lực cho các vật liệu khác:

Bảng 3.8: Tính toán lực cho các vật liệu

Lực dập cắt hình Lực dập nổi Lực cắt chữ và đột lỗ Tổng lực dập A1050

Khe hở giữa chày và cối là hiệu số kích thước làm việc của chúng, và trị số khe hở này ảnh hưởng đến chất lượng mặt cắt, độ chính xác của vật cắt, lực cắt cũng như độ bền của chày và cối.

Khe hở hợp lý (chọn đúng trị số) thì các vết nứt xuất hiện từ mép chày và cối sẽ gặp nhau theo đường thẳng

- Nếu khe hở quá nhỏ sẽ làm cho các vết nứt không trùng nhau

Khe hở quá lớn có thể dẫn đến việc các vết nứt từ mép chày và cối không trùng nhau, gây ra sự không đồng nhất trong quá trình gia công Hệ quả là một phần vật liệu bị kéo dài lên phía trên, hình thành nên bavia.

+ Khe hở chày và cối cắt hình và đột lỗ:

Trị số khe hở phụ thuộc chủ yếu vào tính chất và bề dày vật liệu, được xác định theo công thức [1] trang 382 với t ≤ 3mm :

𝐶 = 0.005 × 𝑡 × √𝜏 𝑐 τc: Ứng suất cắt của vật liệu t: Chiều dày vật liệu

Khi thực hiện quá trình đột lỗ, kích thước của chày được xác định theo kích thước danh nghĩa của phôi, với đường kính chày là 1.5 mm Kích thước của cối được mở rộng dựa trên kích thước chày, với trị số khe hở là 8.33%.

Khi dập cắt chữ, kích thước chày cần dựa vào kích thước danh nghĩa của phôi Đối với kích thước cối, nó sẽ được mở rộng theo kích thước của chày với tỷ lệ khe hở là 8.33%.

Khi cắt hình, kích thước cối được xác định dựa trên kích thước của chi tiết Kích thước chày sẽ được thu hẹp theo kích thước cối với khe hở là 8.33%, dẫn đến việc thu hẹp một bên chày 0,05 mm.

+ Khe hở chày và cối dập vuốt:

Trị số khe hở phụ thuộc chủ yếu vào tính chất và bề dày của vật liệu Khe hở được xác định theo công thức trang 515, áp dụng trong điều kiện dập vuốt có Blank Holder.

Suy ra chọn khe hở dập vuốt u = 0.65 mm

-Bán kính góc lượn chày cối:

- Bán kính góc lượn của chày dập vuốt (Punch Radius):

+ Bán kính góc lượn của chày nhỏ  Rách (Fracture)

+ Bán kính góc lượn của chày lớn  Nhăn (Wrinkle)

+ Bán kính góc lượn của chày theo [2] trang 514:

(3~5)t ≤ R p ≤ (8~12t) Suy ra ta chọn R p = 4xt = 4x0.6 = 2.4 mm

Trong đó: t là chiều dày vật liệu

- Bán kính góc lượn của cối dập vuốt (Die Radius):

+ Bán kính cong của cối nhỏ  Rách (Fracture), lực dập nổi lớn

+ Bán kính lượn của cối lớn  Nếp nhăn (Wrinkle)

+ Bán kính góc lượn của cối theo [1] trang 229: 0.2t ≤ R D ≤ 2.5t

Do biên dạng dập vuốt có kích thước nhỏ nên ta chọn:

- Tính toán trọng tâm áp lực khuôn:

- Là vị trí để bắt chéo hai trụ dẫn hướng khuôn  Tăng độ chính xác dẫn hướng cho khuôn

- Là vị trí thường đặt cuống khuôn vào (trục của cuống khuôn trùng với trung tâm áp lực khuôn) Lực được phân bố đều giúp tăng tuổi thọ khuôn

- Sử dụng phương pháp giải tích để xác định tọa độ tâm tải trọng theo [30] trang 33:

C 1 + C 2 + C 3 + C 4 ) Trong đó: x: tọa độ trọng tâm Ox của hình y: tọa độ trọng tâm Oy của hình

Hình 3.9: Tọa độ trọng tâm áp lực khuôn x 0 =−22 × 58.5902 − 4.21 × 18.92 + 0 × 23.4 + 0 × 4.71 + 4.68 × 15.54 + 22 × 63.7945

Vậy tọa độ trọng tâm áp lực của khuôn là (0.581;1.173)

- Để lựa chọn máy dập phù hợp với yêu cầu gia công

E: công (J) k: hệ số điều chỉnh  Theo bảng 2 [1] trang 397, vật liệu Brass  k = 0,45

 t: chiều dày vật liệu (mm), 𝑡 = 0.6 𝑚𝑚 = 0.6

- Tính toán hệ số sử dụng vật liệu

Theo công thức [1] trang 403, ta có hệ số sử dụng vật liệu: η = A

A: Diện tích sản phẩm (mm 2 ) = 281.7156 mm 2

B: Khổ rộng vật liệu (mm) 29 mm

Hình 3.10: Strip layout sản phẩm dập

+Ứng suất tỏc dụng lờn chày đột hỡnh trũn cú đường kớnh ỉ1,5 theo [1] trang 416 σ p = P

A: tiết diện của chày (mm 2 )

Sử dụng đường cong S – N theo theo [1] trang 416:

 Chất liệu chày SKD11, chày đủ độ bền cho phép

 Dự đoán phá hủy do mỏi khi dập hơn 100000 shot

+Ứng suất tác dụng lên chày cắt chữ FME theo [1] trang 416: σ p = P

A: tiết diện của chày (mm 2 )

Sử dụng đường cong S – N theo theo [1] trang 416:

 Chất liệu chày SKD11, chày đủ độ bền cho phép

 Dự đoán phá hủy do mỏi khi dập hơn 100000 shot

+ Ứng suất tác dụng lên chày cắt hình theo theo [1] trang 416:

Sử dụng đường cong S – N theo [16] trang 416:

 Chất liệu chày SKD11, chày đủ độ bền cho phép

 Dự đoán phá hủy do mỏi khi dập hơn 100000 shot

+ Ứng suất tác dụng lên chày vuốt theo [16] trang 416:

Sử dụng đường cong S – N theo theo [1] trang 416:

 Chất liệu chày SKD11, chày đủ độ bền cho phép

 Dự đoán phá hủy do mỏi khi dập hơn 100000 shot

- Dự kiến hư hại phần chuôi chày:

+ Ứng suất tác dụng lên phần chuôi chày đột lỗ theo theo [1] trang 418 σ p = α P

A: mặt cắt mũi dao (mm 2 )

(4) σ P = 32 × π × 0.75 × 0.6 × 292 π × 0.75 2 = 1401.6 (N/mm 2 ) + Ứng suất tác dụng lên phần chuôi chày cắt hình theo theo [1] trang 418: σ P = α P

A (4) α ≈ 2: chày dùng cho thép tấm dày

A: mặt cắt mũi dao (mm 2 )

281.7156 = 79.3 (N/mm 2 ) + Ứng suất tác dụng lên phần chuôi chày vuốt theo theo [1] trang 418: σp = α P

A (4) α ≈ 2: chày dùng cho thép tấm dày

A: mặt cắt mũi dao (mm 2 )

228.0403 = 127.87 (N/mm 2 ) + Ứng suất tác dụng lên phần chuôi chày cắt chữ theo theo [1] trang 418: σ P = α P

A (4) α ≈ 2: chày dùng cho thép tấm dày

A: mặt cắt mũi dao (mm 2 )

3.4.2 Tính toán các chi tiết khuôn

-Tính toán độ dày cho tấm cối:

Tấm cối là thành phần quan trọng trong khuôn dập kim loại, quyết định hình dạng và tính thẩm mỹ của sản phẩm Độ dày của tấm cối có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của khuôn; việc chọn độ dày nhỏ hơn yêu cầu có thể giảm tuổi thọ đáng kể Do đó, việc tính toán và lựa chọn độ dày tấm cối là rất quan trọng, được thực hiện theo công thức trên trang 430 của tài liệu tham khảo.

𝑡 = 𝑘 √𝑃 3 + 𝑔 𝑎 (5) Trong đó: t: độ dày cối (mm) k: hệ số điều chỉnh theo chiều dài đường cắt

𝑔 𝑎 : Dung sai mài (grinding allowance)

Chọn k = 1,11 do chiều dài đường cắt 50 ~ 70 mm theo bảng trang 416 [1]

Chọn chiều dày tấm cối: t = 20 mm

Dựa vào bảng 2 Độ dày các tấm gá trang 431 [1] ta chọn các độ dày, kích thước cho các tấm còn lại:

Tấm cối: t = 22 mm, chiều dài: 150 mm, chiều rộng: 100 mm

Tấm chặn: t = 14 mm, chiều dài: 150 mm, chiều rộng: 100 mm

Tấm áo chày: t = 14 mm, chiều dài: 150 mm, chiều rộng: 100 mm

Tấm lót: t = 12 mm, chiều dài: 150 mm, chiều rộng: 100 mm

+ Phương pháp thiết kế để sản phẩm và phế liệu rơi ngay sau khi gia công cắt

 Dạng thêm góc nghiêng rãnh thoát phoi (land)

 Dạng thêm góc nghiêng không có rãnh thoát phoi (land)

+ Phần diện tích không có côn của lỗ cối (Land or Die life):

+ Hình thức có Die Land:

 Phần trụ (Die Land) là lý do để mài lại

When designing the punch's traveling distance from the die surface, it is crucial to consider the size of the Land pillar; a larger Land increases the likelihood of issues occurring during the scarp handling process.

+Dạng không có phần trụ (Die Land):

 Chủ yếu sử dụng đối với gia công chính xác hoặc gia công thép lá mỏng

 Sử dụng trong trường hợp vật liệu dày hoặc không yêu cầu độ chính xác

Kết luận: Qua các kiểu góc thoát của cối trên ta nhận thấy kiểu có góc nghiêng thêm phần trụ (die land) là phù hợp nhất

Theo bảng [1] trang 433, vật liệu 0,6 mm ta chọn góc thoát α và land h: α = 1֠, h = 2 mm

Bảng 3.9: Tiêu chuẩn chuẩn chọn góc thoát α và land h

Công thức tính liên quan mất ổn định chày [1] trang 423:

Tải trọng phát sinh mất ổn định tại cột có chiều dài l

𝑙 2 Chiều dài phát sinh mất ổn định trong điều kiện có tải trọng P

𝑃E: Modul đàn hồi (Elatisc Modulus)

I: Momen quán tính diện tích (2nd Moment of Inertia) l: Chiều dài cột (Column) n: Hệ số phụ thuộc vào kiểu ngầm

-Trường hợp không có dẫn hướng bộ gạt phôi: n = 1

-Trường hợp có dẫn hướng bộ gạt phôi: n = 2

+ Chiều dài phỏt sinh mất ổn định trong điều kiện cú tải trọng đối với chày đột lỗ ỉ1.5

Với vật liệu làm chày chọn là SKD11 dựa vào bảng trang 423 [1] chọn được E = 21000 (kgf/mm 2 ) = 206010 N/mm 2 n = 1 (trường hợp không có dẫn hướng bộ gạt phôi)

+ Chiều dài phát sinh mất ổn định trong điều kiện có tải trọng đối với chày cắt chữ F

Với vật liệu làm chày chọn là SKD11 dựa vào bảng trang 423 [1] chọn được E = 21000 (kgf/mm 2 ) = 206010 N/mm 2 n = 1 (trường hợp không có dẫn hướng bộ gạt phôi)

Hình 3.12: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm chu vi và Momen quán tính của chữ F

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta được Monmen quán tính diện tích I = 7.428 mm 4

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta được chu vi C = 15.5416 mm

+ Chiều dài phát sinh mất ổn định trong điều kiện có tải trọng đối với chày cắt chữ M

Với vật liệu làm chày chọn là SKD11 dựa vào bảng trang 423 [1] chọn được E = 21000 (kgf/mm 2 ) = 206010 N/mm 2 n = 1 (trường hợp không có dẫn hướng bộ gạt phôi)

Hình 3.13: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm chu vi và Momen quán tính của chữ M

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta được Monmen quán tính diện tích I = 11.6763 mm 4

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta được chu vi C = 23.3965 mm

+ Chiều dài phát sinh mất ổn định trong điều kiện có tải trọng đối với chày cắt chữ E

Với vật liệu làm chày chọn là SKD11 dựa vào bảng trang 423 [1]chọn được E = 21000 (kgf/mm 2 ) = 206010 N/mm 2 n = 1 (trường hợp không có dẫn hướng bộ gạt phôi)

Hình 3.14: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm chu vi và Momen quán tính của chữ E

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta được Monmen quán tính diện tích I = 11.4274 mm 4

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta chu vi C = 18.9275 mm

3316.098 = 83.7 𝑚𝑚 + Chiều dài phát sinh mất ổn định trong điều kiện có tải trọng đối với chày cắt hình

Với vật liệu làm chày chọn là SKD11 dựa vào bảng trang 423 [1]chọn được E = 21000 (kgf/mm 2 ) = 206010 N/mm 2 n = 1 (trường hợp không có dẫn hướng bộ gạt phôi)

Hình 3.15: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm chu vi và Momen quán tính của chữ E

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta được Monmen quán tính diện tích I 5847.4446 mm 4

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta được chu vi C = 63.7945 mm

11176.7964 = 1031.37 𝑚𝑚 +Chiều dài phát sinh mất ổn định trong điều kiện có tải trọng đối với chày vuốt

Với vật liệu làm chày chọn là SKD11 dựa vào bảng trang 423 [1]chọn được E = 21000 (kgf/mm 2 ) = 206010 N/mm 2 n = 1 (trường hợp không có dẫn hướng bộ gạt phôi)

Hình 3.16: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm chu vi và Momen quán tính của chữ E

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta được Monmen quán tính diện tích I 3762.2344 mm 4

Theo như tính toán trên phầm mềm CAD ta được chu vi C = 58.5902 mm

Chế tạo khuôn dập

3.5.1 Quy trình công nghệ chế tạo chung

+ Kiểm tra vật liệu: Đảm bảo vật liệu tấm khuôn dập đúng mác thép, đạt tiêu chuẩn về kích thước, độ cứng,…

+ Gia công thô: Cắt, phay thô vật liệu tấm khuôn đến kích thước gần với bản vẽ thiết kế bằng dao phay mặt có đường kính lớn

+ Phay tinh các bề mặt

+ Khoan, khoét, taro: Gia công các lỗ bắt vít, lỗ định vị, lỗ thông, theo bản vẽ

+ Gia công biên dạng: Dùng máy phay CNC, xung EDM, để gia công chính xác các biên dạng, rãnh trượt, bậc,

- Xử lý nhiệt: Thực hiện ủ, tôi, ram, để đạt được độ cứng và tính cơ học yêu cầu cho khuôn dập

- Gia công tinh bề mặt khuôn sau xử lý nhiệt:

+ Gia công các lỗ, rãnh trượt bằng máy cắt dây WEDM

+ Mài, đánh bóng các bề mặt làm việc của khuôn như bề mặt dập, mặt trượt, đảm bảo độ nhẵn bóng yêu cầu

- Lắp ráp và hiệu chỉnh:

+ Kiểm tra khuôn: Kiểm tra lại kích thước, độ chính xác, độ bóng bề mặt,

+ Lắp ráp các chi tiết: Lắp ráp các chi tiết của khuôn dập theo bản vẽ, đảm bảo độ chính xác về vị trí và khe hở

+ Hiệu chỉnh: Kiểm tra hoạt động của khuôn dập, hiệu chỉnh khe hở, độ đồng tâm, các bề mặt lắp ráp,

3.5.2 Quy trình công nghệ chế tạo một số tấm khuôn điển hình a Quy trình công nghệ chế tạo tấm đế trên

Bảng 3.10: Quy trình gia công tấm đế trên của khuôn

TT Bước công nghệ Loại dao

1 Phay thụ bề mặt Face Mill ỉ160 200 1000 0.5

2 Phay tinh bề mặt Endmill ỉ18 600 2000 0.1

5 Phay 6 lỗ bậc ỉ11 sõu 7 Endmill ỉ11 60 300 0.5

6 Khoan lấy tõm 5 lỗ Center Drill ỉ6 100 300 1

9 Phay 4 lỗ bậc ỉ8 sõu 14,5 Endmill ỉ8 60 300 0.5

Hình 3.17: Một số hình ảnh gia công tấm đế trên b Quy trình công nghệ chế tạo tấm cối

Bảng 3.11: Quy trình gia công tấm cối

TT Bước công nghệ Loại dao

1 Phay thụ bề mặt Face Mill ỉ160 200 1000 0.5

2 Phay tinh bề mặt Endmill ỉ18 600 2000 0.1

3 Khoan lấy tõm 19 lỗ Center Drill ỉ6 100 300 1

5 Khoan 4 lỗ xỏ dõy ỉ6 suốt Drill ỉ6 300 800 1

6 Khoan 3 lỗ xỏ dõy ỉ4 suốt Drill ỉ4 300 800 1

7 Phay thụ hốc sõu 10 Endmill ỉ5 150 1500 0.5

8 Phay thô cối vuốt Ball Nose D2R1 250 1500 0.5

11 Phay tinh cối vuốt Endmill ỉ5 250 2000 0.05

12 Phay tinh hốc sâu 10 Ball Nose D2R1 250 2000 0.05

14 Cắt dây cối, lỗ lắp bạc, các lỗ dẫn hướng ty đẩy Bảng 3.12

Bảng 3.12: Thông số cắt dây vật liệu SKD 11 [31]

Thông Số Cắt Thô Cắt Bán

Hình 3.18: Một số hình ảnh gia công tấm cối

- Các chi tiết tiêu chuẩn lấy từ nhà cung cấp Đông Dương Equipment CO.LTD

Bảng 3.13: Các chi tiết linh kiện khuôn tiêu chuẩn

STT Tên linh kiện Mã linh kiện Quy cách Số lượng

1 Stripper bolt MSB 8-30 Bulong treo ỉ8 – dài 30 mm 4

Ejector pins EPJ-d4-100 Ty đẩy ỉ4 – dài 100 mm 4

3 Cap screw CB 6-40 Bu lông M8 – dài 40 mm 6

4 Cap screw CB 6-35 Bu lông M6 – dài 10 mm 7

5 Cap screw CB 5-25 Bu lông M5 – dài 25 mm 4

6 Cap screw CB 5-16 Bu lông M5 – dài 16 mm 3

7 Cap screw CB 4-16 Bu lông M4 – dài 16 mm 1

8 Dowel pin Dowel F6-20 Chốt định vị ỉ6 - dài 20mm 8

Punches SPC1,5x20 Chày đột lỗ ỉ1,5 – dài 20 mmm 1

10 Guide pin SGOH12-60 Trụ dẫn hướng ỉ12- dài 60 mm 4

Guide Bush SGBL12-15 Bạc dẫn hướng ỉ12 – dài 15 mm 4

Guide Bush SGBL12-20 Bạc dẫn hướng ỉ12 – dài 20 mm 4

12 Lũ xo SPRING 20-25 Lũ xo ỉ20 – dài 25 mm 4

Hình 3.19: Một số chi tiết phụ kiện khuôn dập

3.5.3 Trình tự lắp ráp khuôn dập a Chuẩn bị

Để hiểu rõ về khuôn, cần nắm vững cấu tạo và chức năng của từng chi tiết, cũng như vị trí lắp đặt và mối liên kết giữa chúng Việc đọc kỹ bản vẽ kỹ thuật, bao gồm các hình chiếu, kích thước, dung sai và các yêu cầu kỹ thuật là rất quan trọng.

Để đảm bảo chất lượng khuôn, cần kiểm tra và làm sạch tất cả các chi tiết như tấm khuôn, chày, cối, lò xo và bulong, đảm bảo chúng không bị gỉ sét, bavia hoặc bụi bẩn Việc kiểm tra kích thước là rất quan trọng, tất cả các kích thước công nghệ, sai lệch hình dạng và vị trí tương quan phải nằm trong phạm vi dung sai cho phép theo bản vẽ chế tạo Đồng thời, các kích thước vị trí tương quan giữa các chi tiết cũng cần phải chính xác Cuối cùng, độ bóng và độ nhám bề mặt phải tuân thủ các yêu cầu được quy định trong bản vẽ chế tạo.

Hình 3.20: Chuẩn bị các chi tiết, linh kiện khuôn dập

Để thực hiện lắp ráp cụm khuôn dưới, trước tiên cần chuẩn bị đầy đủ dụng cụ và thiết bị cần thiết như cờ lê, tua vít, búa cao su, thước kẹp, dầu bôi trơn, cùng với các thiết bị hỗ trợ như máy ép thủy lực.

- Lắp ráp tấm đế: Đặt tấm đế khuôn lên bàn ép hoặc bề mặt làm việc phẳng Đảm bảo tấm đế được đặt cố định và chắc chắn

Lắp ráp cụm cố định bao gồm việc lắp đặt các chi tiết như trụ dẫn hướng và chày cối insert lên tấm áo chày Sau đó, tiến hành gá đặt cụm này lên tấm lót và tấm đế bằng bulong cùng các chốt định vị để đảm bảo sự chắc chắn và chính xác.

- Lắp chốt và insert định vị phôi, bạc lót lên tấm chặn

Lắp đặt tấm chặn và lò xo vào cụm cố định là bước quan trọng, cần xác định khoảng cách chính xác bằng bulong treo Sau đó, hãy kiểm tra lại khoảng cách này một lần nữa bằng thước kẹp để đảm bảo độ chính xác trong quá trình lắp ráp.

Hình 3.21: Cụm khuôn dưới lắp ráp hoàn thiện c Lắp ráp cụm khuôn trên

Để lắp ráp tấm đế, đầu tiên hãy đặt tấm đế khuôn lên bàn ép hoặc bề mặt làm việc phẳng, đảm bảo rằng tấm đế được cố định và chắc chắn Tiếp theo, lắp lò xo và miếng đệm cho cơ cấu gạt trong bước đột chữ.

Lắp ráp cụm tấm cối và tấm lót bao gồm việc lắp các chi tiết như cối insert, chày đột chữ, đột lỗ và bạc lót lên tấm cối Tiếp theo, gá đặt chúng lên tấm lót bằng bulong và chốt định vị Cuối cùng, lắp hai insert tấm gạt cùng với lò xo và ty đẩy vào đúng vị trí.

- Gá đặt cụm tấm cối – tấm lót lên tấm đế bằng bulong và chốt định vị

Hình 3.22: Cụm khuôn trên lắp ráp hoàn thiện d Lắp ráp bộ khuôn

- Lắp ráp cụm khuôn trên lên cụm khuôn dưới thông qua bốn trụ dẫn hướng

Khe hở giữa chày và cối cần được điều chỉnh đúng trị số cho phép để đảm bảo hiệu suất làm việc Khi lắp đặt chày vào cối, cần đảm bảo khe hở đồng đều trên toàn bộ biên dạng của chày Để kiểm tra và căn chỉnh khe hở, có thể sử dụng các lá thép có độ dày tương ứng với trị số khe hở yêu cầu.

- Gá đặt khôn dập lên máy ép thủy lực

Hình 3.23: Khuôn dập gá lên máy ép thủy lực

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Vật liệu

Nghiên cứu này phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình dập tạo hình sản phẩm với các loại vật liệu khác nhau như A1050, C36500, SUS 304, SUS 430 và thép CT38 Mỗi vật liệu mang lại những tính chất riêng biệt, cho phép đánh giá ảnh hưởng của đặc tính vật liệu lên quá trình dập Các vật liệu này không chỉ có tính chất gia công tốt, dễ tạo hình và hàn, mà còn sở hữu bề mặt nhẵn, chống ăn mòn và mài mòn hiệu quả, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, tính thẩm mỹ và tuổi thọ sử dụng.

& 4.2 chỉ ra thành phần hóa học và tính chất cơ tính của vật liệu

Bảng 4.1: Thành phần hóa học của các vật liệu mô phỏng

Vật liệu Zn Fe Cu Ni Al C Mg Si Mn Cr P S Sn

Bảng 4.2: Thành phần cơ tính của các vật liệu

Phương pháp

4.2.1 Quy trình thực hiện nghiên cứu và đánh giá

Hình 4.1: Sơ đồ thực hiện nghiên cứu

-Nghiên cứu này được thực hiện theo một quy trình, được minh họa sơ bộ trong Hình 4.1

Bước đầu tiên trong quy trình thiết kế sản phẩm là sử dụng các phần mềm 3D-2D chuyên nghiệp như Inventor và AutoCad Việc ứng dụng những công cụ này giúp tạo ra bản vẽ kỹ thuật chi tiết và mô hình 3D chính xác, từ đó nâng cao hiệu quả trong quá trình thiết kế.

Bước 2 trong quy trình sản xuất là tính toán và thiết kế khuôn dập Sau khi hoàn thiện bản vẽ sản phẩm, việc thiết kế khuôn trở nên cần thiết Các thông số cơ bản cần xem xét bao gồm lực dập, khe hở giữa chày và cối, cũng như bán kính góc lượn.

Hệ số sử dụng vật liệu 66 được tính toán một cách cẩn thận, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hình dạng, kích thước và cấu trúc của khuôn dập.

Bước 3 trong quy trình là mô phỏng và phân tích để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như khe hở, bán kính góc lượn và vật liệu làm phôi Phần mềm DEFORM 3D được sử dụng như một công cụ dự đoán kết quả, cho phép tạo mô hình 3D của khuôn và phôi, sau đó thực hiện các phép tính mô phỏng để dự đoán kết quả dập Các tham số hình học của bộ khuôn, bao gồm khe hở, bán kính góc lượn R và vật liệu phôi, được thay đổi theo từng trường hợp cụ thể nhằm phân tích ảnh hưởng của chúng đến quá trình dập tạo hình Qua phân tích, các thông số tối ưu cho từng yếu tố được xác định.

Sau khi hoàn tất thiết kế và mô phỏng, bước tiếp theo là chế tạo khuôn Khuôn dập được gia công theo quy trình công nghệ hiện đại, sử dụng các thiết bị tiên tiến như máy CNC và máy cắt dây WEDM.

Bước 5 trong quy trình là thực nghiệm, nơi khuôn đã gia công hoàn chỉnh được gá lên máy nén thủy lực Profi Press để tiến hành dập thử nghiệm Quá trình này được theo dõi chặt chẽ, ghi nhận các số liệu quan trọng như chiều cao bavia, độ dày thành sản phẩm qua kính hiển vi và lực dập bằng lực kế Dữ liệu thu thập từ thực nghiệm sẽ được so sánh với kết quả mô phỏng, giúp đánh giá hiệu quả và độ chính xác của mô hình mô phỏng, đồng thời phân tích ảnh hưởng của các yếu tố đã nghiên cứu.

+ Bước 6: Đưa ra kết quả so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm

Hình 4.2: Sơ đồ phương pháp mô phỏng

Trong bước đầu tiên, chúng ta thiết kế các chi tiết cần thiết cho quá trình mô phỏng dựa trên các tính toán và thông số thí nghiệm bằng phần mềm 3D Sau đó, các chi tiết này sẽ được nhập vào phần mềm Deform 3D để tiến hành mô phỏng.

- Ở bước 2, nhập dữ liệu đầu vào:

- Thông số phôi đầu vào:

+ Vật liệu: C36500, A1050, SUS 304, SUS430, thép CT38

+ Số phần tử chia lưới: 100000

+ Thông số đồ vào của chày:

- Các thông số đầu vào Deform 3D được thể hiện ở Hình 4.3

Trong bước 3 của quá trình mô phỏng trên phần mềm Deform, các tham số khe hở được khảo sát với các giá trị lần lượt là 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 12% và 14% Kết quả từ mô phỏng cung cấp các thông số đầu ra quan trọng như lực dập, ứng suất, biến dạng và chiều cao bavia Những yếu tố này sẽ giúp đánh giá và xác định khe hở tối ưu, đảm bảo rằng sản phẩm dập đạt chất lượng tốt nhất với lực dập thấp, ứng suất và biến dạng trong giới hạn cho phép, đồng thời giảm thiểu sự hình thành bavia.

Sau khi xác định khe hở tối ưu, bước tiếp theo là tối ưu hóa bán kính góc lượn Sử dụng khe hở đã chọn, mô phỏng Deform 3D được thực hiện với các bán kính góc lượn lần lượt là 0.2 mm, 0.4 mm và 0.6 mm Kết quả mô phỏng bao gồm lực dập và ứng suất.

Để đánh giá và lựa chọn bán kính góc lượn tối ưu cho sản phẩm dập, cần xem xét các yếu tố như suất và biến dạng Mục tiêu chính là đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng tốt nhất với lực dập thấp nhất có thể, đồng thời giữ cho ứng suất và biến dạng trong giới hạn cho phép.

Sau khi xác định khe hở và bán kính góc lượn tối ưu, bước tiếp theo là phân tích ảnh hưởng của vật liệu phôi đến quá trình dập Mô phỏng Deform 3D được thực hiện với các vật liệu khác nhau như A1050, C36500, SUS 304, SUS 430 và CT38, trong khi vẫn duy trì các thông số tối ưu Các thông số đầu ra chính như lực dập, ứng suất, biến dạng và chiều cao bavia được phân tích Kết quả mô phỏng cho phép đánh giá ảnh hưởng của từng loại vật liệu đến chất lượng sản phẩm dập.

Hình 4.4: Sơ đồ thực nghiệm kết quả

Sau khi hoàn thiện khuôn, bước tiếp theo là tiến hành thực nghiệm để thu thập dữ liệu thực tế Khuôn được lắp đặt trên máy ép thủy lực Profi Press để dập sản phẩm Thực nghiệm nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố hình học khuôn và vật liệu phôi đến quá trình dập tạo hình sản phẩm, được thực hiện tương tự như quy trình mô phỏng, tối ưu từng thông số khe hở và bán kính góc lượn Mỗi trường hợp thực nghiệm đại diện cho một cặp giá trị khe hở và bán kính góc lượn cụ thể, từ đó phân tích tác động của sự thay đổi hình học khuôn lên hiệu quả dập.

Để đảm bảo tính toàn diện trong nghiên cứu, các thử nghiệm được thực hiện với năm loại vật liệu khác nhau: A1050, C36500 (Đồng brass), SUS 304, SUS 430 và Thép CT38 Việc sử dụng đa dạng các loại vật liệu này, với các đặc tính cơ học và tính chất gia công khác nhau, cho phép đánh giá chính xác ảnh hưởng của yếu tố vật liệu lên quá trình dập tạo hình.

Sau khi hoàn tất quá trình dập, sản phẩm sẽ được cắt đôi để tạo mặt cắt, giúp quan sát và đánh giá các thông số quan trọng Điều này phản ánh ảnh hưởng của giá trị khe hở đến chiều cao bavia của sản phẩm sau khi dập Phần trăm biến mỏng thành được xác định bằng cách so sánh độ dày ban đầu và độ dày sau khi dập, cho thấy mức độ biến dạng của phôi.

Việc thu thập dữ liệu từ các thử nghiệm khác nhau và kết quả mô phỏng sẽ giúp hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của thiết kế khuôn và tính chất vật liệu đối với quá trình dập tạo hình sản phẩm Điều này sẽ dẫn đến những kết luận khoa học có giá trị ứng dụng trong thực tiễn.

Thiết bị

Nghiên cứu được thực hiện trên máy ép thủy lực Profi Press với lực dập tối đa 50 tấn, trang bị motor 4 kW, cho phép máy đạt tốc độ làm việc 6.3 mm/s và tạo ra áp suất tối đa.

Máy dập 320 bar có hành trình piston 250 mm và kích thước bàn máy trên 550x300 mm, bàn máy dưới 700x450 mm Chiều cao hành trình tối đa đạt 850 mm Khuôn được lắp lên máy và quá trình dập thực hiện bằng khuôn dập liên hoàn với 4 bước: dập nổi, chờ, dập cắt chữ, và dập cắt hình Khuôn được chế tạo từ thép C45, trong khi chày cối làm từ thép SKD11 đã qua xử lý nhiệt, đạt độ cứng 60-62 HRC.

Hình 4.5: Máy ép thủy lực Profi Press (a), Khuôn được gá lên máy ép (b), Kết cấu bộ khuôn

Kính hiển vi Olympus được sử dụng để đánh giá mức độ biến mỏng, chiều cao bavia và cấu trúc bề mặt với độ phóng đại từ 40x đến 2000x và độ phân giải đạt 0.1 μm Mẫu được gá lên bàn mẫu như thể hiện trong sơ đồ Hình 4.6b.

MÔ PHỎNG, THỰC NGHIỆM

Ảnh hưởng của khe hở chày cối đến quá trình biến dạng của phôi khi dập cắt

5.1.1 Nguyên công cắt hình a Ảnh hưởng của khe hở đến lực tác động lên chày cắt hình

Hình 5.1: Kết quả mô phỏng nguyên công cắt hình với các khe hở a) 4%, b) 6%, c) 8%, d)

Hình 5.2 minh họa tác động của khe hở đến lực tác động lên chày, với phần a) thể hiện biểu đồ ảnh hưởng của hành trình đến lực tác động với các khe hở khác nhau, và phần b) trình bày biểu đồ lực dập lớn nhất ứng với từng khe hở.

Quá trình biến dạng cắt yêu cầu lực lớn hơn giới hạn bền của vật liệu, do đó, lực dập đóng vai trò quan trọng trong gia công kim loại tấm Kết quả mô phỏng từ Hình 5.1 cho thấy lực dập trong nguyên công dập cắt hình.

5.2a) kết quả cho thấy khe hở khác nhau lực tác động lên phôi cũng có sự khác nhau Tuy nhiên mức độ khác nhau không đáng kể từ 12964.2 N đến 13665.9 N, giá trị lớn nhất ở 6% a) b) e) c) f) d) a) b)

Khi khe hở giữa chày và cối tăng, quá trình biến dạng của phôi cũng gia tăng, với lực tác động bằng không đạt được ở 4%, 6% và 8%, trong khi ở 10%, 12% và 14% lực vẫn chưa về không, cho thấy phôi vẫn có khả năng biến dạng và tạo thành bavia Quá trình dập được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn đầu lực tăng nhanh, giai đoạn hai lực tăng chậm và đạt giá trị lớn nhất, sau đó giảm dần ở giai đoạn ba Sự thay đổi này xảy ra do vật liệu chuyển từ trạng thái đàn hồi sang trạng thái biến dạng dẻo, dẫn đến quá trình hóa bền biến dạng Kết quả mô phỏng cho thấy lực cắt đạt cực đại ở 6-8% khe hở, sau đó giảm xuống mức tối thiểu ở 10%, gần như bão hòa, do sự tương tác giữa ứng suất cắt, biến dạng dẻo và độ cứng biến dạng Việc giảm khe hở làm tăng ứng suất cắt, dẫn đến biến dạng dẻo và gia tăng độ cứng biến dạng trong vật liệu kim loại tấm, khiến cho cấu trúc bên trong thay đổi và tạo ra các khuyết tật mạng, làm tăng lực ma sát giữa các mép cắt Do đó, việc giảm khe hở yêu cầu lực cắt cao hơn để khắc phục các lực ma sát tăng lên.

Hình 5.3: Biểu đồ so sánh lực dập mô phỏng và thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm trong Hình 5.3a cho thấy sự giảm dần của lực dập khi khe hở tăng lên, điều này cũng được phản ánh trong kết quả mô phỏng ở Hình 5.3b Mặc dù lực dập trong thực nghiệm lớn hơn so với mô phỏng, có thể do sai số trong quá trình chế tạo khuôn, nhưng sự giảm lực dập khi tăng khe hở chày cối là rõ ràng, với chênh lệch 701.7N Kết quả này nhất quán với các nghiên cứu trước đây.

Khe hở là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng mép cắt, như đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu [12], [44], [45] Ngoài ra, độ mài mòn của khuôn cũng được đề cập trong công trình [15] Sự ảnh hưởng của khe hở giữa chày và cối đến biến dạng (strain) và ứng suất (stress) tác động lên phôi trong quá trình cắt hình là một yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

Hình 5.4: Ứng suất (Stress) của phôi trong mô phỏng nguyên công cắt hình

Hình 5.5: Biến dạng (Strain) của phôi trong mô phỏng nguyên công cắt hình

Hình 5.6: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của khe hở đến giá trị của Strain max và Stress max tác động lên phôi của nguyên công cắt hình

Trong quá trình dập, chất lượng sản phẩm bị ảnh hưởng bởi biến dạng của phôi, mà nguyên nhân chính là lực tác dụng và khe hở giữa chày và cối Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của khe hở giữa chày và cối đối với phôi trong quá trình biến dạng Khe hở được khảo sát trong khoảng từ 4-14% cho vật liệu đồng thau.

Khe hở trong quá trình dập có ảnh hưởng rõ rệt đến biến dạng và ứng suất tác dụng lên phôi Biểu đồ kết quả mô phỏng cho thấy, khi khe hở tăng, ứng suất và biến dạng ban đầu giảm, sau đó lại tăng trở lại Cụ thể, ứng suất giảm từ 1900 MPa ở khe hở 4% xuống 1360 MPa ở 10%, rồi tăng lên 1660 MPa ở 14% khe hở Biến dạng cũng tuân theo quy luật tương tự, giảm dần rồi lại tăng lên khi khe hở giữa chày và cối tăng.

Biến dạng mô phỏng đạt 44.6 mm/mm ở 4%, sau đó giảm xuống còn 7.59 mm/mm tại 10% và tăng lên 18.1 mm/mm ở 14% Ứng suất và biến dạng đạt cực tiểu tại khe hở 10%, khi khe hở nhỏ, lực dập lớn hơn, khiến phôi phải chịu lực ép cao hơn để vượt qua khe hở, dẫn đến hiện tượng biến dạng, hư hỏng và rạn nứt Khi khe hở nhỏ, diện tích vùng vật liệu chịu biến dạng cắt giảm, ứng suất được tính theo công thức 𝜎 = F.

Khi lực dập F và diện tích bề mặt tiếp xúc A được xem xét, công thức cho thấy rằng với khe hở nhỏ, diện tích tiếp xúc cũng nhỏ, dẫn đến áp lực lớn tập trung tại vùng cắt nhỏ, làm tăng ứng suất ở mép cắt của phôi Ngược lại, khi khe hở tăng, vùng biến dạng dẻo của vật liệu được mở rộng, giúp phân bố ứng suất đều hơn và giảm ứng suất cục bộ tại các mép cắt Sự thay đổi này được minh họa qua Hình 5.7, cho thấy vùng Sheared Zone giảm từ 150μm xuống 75μm khi khe hở tăng từ 6% lên 10%.

Hình 5.7 trình bày cấu trúc mặt cắt sản phẩm với các khe hở khác nhau: a) 6%, b) 8%, c) 10% Nghiên cứu cho thấy ứng suất tỉ lệ nghịch với diện tích tiếp xúc; diện tích tiếp xúc nhỏ hơn dẫn đến ứng suất lớn hơn quanh vùng cắt Khe hở lớn cho phép vật liệu uốn cong nhiều hơn trước khi bị cắt đứt, giảm biến dạng tập trung tại vùng cắt và dẫn đến biến dạng tổng thể giảm Kết quả này tương đồng với nghiên cứu trước đó [46] Ngoài ra, ứng suất và biến dạng tác động lên phôi trong quá trình cắt cũng ảnh hưởng đến độ giãn dài của vật liệu, làm tăng độ dài bavia, từ đó ảnh hưởng đến độ hoàn thiện, tính thẩm mỹ và chất lượng sản phẩm.

76 c Ảnh hưởng của khe hở đến độ cao bavia của nguyên công cắt hình

Hình 5.8: a ) Hình ảnh bavia mô phỏng, b) Hình ảnh bavia thực nghiệm của nguyên công cắt hình

Hình 5.9: Chiều cao bavia mô phỏng, thực nghiệm của nguyên công cắt hình

Chiều cao bavia là một thông số quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm Nghiên cứu này phân tích ảnh hưởng của khe hở chày cối đến chiều cao bavia, với khe hở được lựa chọn từ 4-14% bề dày vật liệu Kết quả mô phỏng cho thấy rằng khi khe hở tăng, chiều cao bavia cũng tăng từ 0,236 đến 0,704mm.

Khi tăng khe hở giữa chày và cối, moment uốn làm kéo vật liệu tăng lên, tạo ra khoảng hở lớn Ngược lại, khi khe hở cắt nhỏ lại, vùng biến dạng cắt bị thu hẹp, dẫn đến việc biến dạng dẻo tập trung vào diện tích nhỏ hơn, làm tăng mật độ lệnh mạng trong vùng cắt Độ lệch mạng, là những khuyết tật trong cấu trúc tinh thể, ảnh hưởng lớn đến quá trình biến dạng dẻo; khi độ lệch mạng tăng, chúng cản trở các chuyển động lệch mạng khác, gây ra hiện tượng cứng hóa biến dạng Sự cứng hóa này làm cho vật liệu trong vùng cắt trở nên giòn hơn, dẫn đến hiện tượng gãy giòn thay vì gãy dẻo Trong trường hợp gãy dẻo, vật liệu có thể kéo giãn đáng kể trước khi gãy, tạo ra vùng biến dạng dẻo lớn xung quanh mép cắt, trong khi gãy giòn tạo ra bavia thấp hơn do vùng biến dạng dẻo giảm.

Hình 5.10: Mô hình lực tác động lên phôi

Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi thay đổi khe hở chày cối, chiều cao bavia tăng lên theo sự gia tăng của khe hở, điều này phù hợp với dự đoán từ mô phỏng Cụ thể, ở khe hở 6%, với vật liệu C36500 (Đồng thau), chiều cao bavia đạt 0.037mm; ở 8% là 0.039mm, và ở 10% là 0.04mm Số liệu này chứng minh sự nhất quán giữa lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm Tuy nhiên, có sự chênh lệch giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng do khác biệt về tính chất cơ học thực tế của vật liệu và các yếu tố chế tạo khuôn dập so với điều kiện lý tưởng trong mô phỏng Các thông số như giới hạn bền, độ giãn dài và độ cứng không phải là giá trị cố định mà có thể dao động do nhiều yếu tố như điều kiện môi trường và sai số trong quá trình sản xuất.

Nghiên cứu cho thấy rằng sự chênh lệch kích thước giữa khe hở chày cối và chiều cao bavia có mối liên hệ chặt chẽ; khi khe hở chày cối tăng lên, chiều cao bavia cũng sẽ tăng theo Điều này được xác nhận qua các công trình nghiên cứu tương tự.

Kết luận: Qua kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trên nhận thấy khe hở tối ưu cho nguyên công này là 10%

5.1.2 Nguyên công dập cắt chữ: a Ảnh hưởng của khe hở đến lực tác động lên chày cắt chữ

Hình 5.11: Kết quả mô phỏng nguyên công cắt chữ với các khe hở a) 4%, b) 6%, c) 8%, d)

Ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến quá trình biến dạng của phôi khi dập vuốt

Hình 5.19: Biểu đồ ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến lực dập vuốt

Hình dạng hình học của dụng cụ cắt, đặc biệt là bán kính góc lượn R của cối, ảnh hưởng lớn đến quá trình biến dạng dẻo của phôi trong dập vuốt Nghiên cứu nhằm làm rõ cách bán kính góc lượn tác động đến quá trình biến mỏng, lực dập, ứng suất và biến dạng Nghiên cứu này thực hiện dập với nhiều bán kính khác nhau để phân tích ảnh hưởng này.

Khi tăng bán kính góc lượn R từ 0.2mm đến 0.6mm, lực dập trong cả mô phỏng và thực nghiệm đều có xu hướng giảm, với lực thực nghiệm giảm từ 13000N xuống 12300N và lực mô phỏng giảm từ 11474N xuống 10452N Sự gia tăng bán kính góc lượn làm cho vùng tiếp xúc giữa phôi và cối rộng hơn, giúp phân bố lực đều hơn và giảm ứng suất tập trung tại các góc Ứng suất tập trung tại các điểm góc có thể dẫn đến hiện tượng nứt gãy.

Hình 5.20: Nơi tập trung ứng suất ở phần góc với a) R0.2mm, b) R0.4mm, c) R0.6mm

Việc tăng bán kính góc lượn có tác dụng giảm ứng suất tập trung và nguy cơ khuyết tật trong quá trình gia công Một bán kính lớn giúp giảm lực ma sát giữa phôi và cối, từ đó giảm lực dập cần thiết Nghiên cứu của Wagoner và cộng sự (2001) cho thấy rằng với bán kính góc lượn lớn, lực dập cần thiết để tạo hình giảm do ma sát giảm Kết quả này cũng được xác nhận bởi Kopanathi Gowtham và cộng sự, cho thấy lực dập cần thiết giảm khi bán kính góc lượn của cối tăng Hình 5.21 minh họa rằng khi tăng dần bán kính góc lượn (0.2mm, 0.4mm, 0.6mm), hình dập vuốt không bị nhăn, nhưng phôi lại bị rút vật liệu.

Hình 5.21: a) Dập vuốt mô phỏng, b) Dập vuốt thực nghiệm

5.2.2 Ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến đọ biến mỏng thành

Bảng 5.1: So sánh ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến độ biến mỏng thành giữa mô phỏng và thực nghiệm

Hình 5.22: Biểu đồ ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến độ biến mỏng thành của phôi

Bán kính góc lượn của cối ảnh hưởng đáng kể đến quá trình dập vuốt và chất lượng sản phẩm Mối quan hệ giữa bán kính góc lượn và phần trăm biến mỏng thành cho thấy rằng khi bán kính tăng, phần trăm biến mỏng thành giảm dần Cụ thể, bán kính góc lượn 0.2 mm đạt giá trị cực đại với 55% mô phỏng và 45.26% thực nghiệm, sau đó giảm ở các bán kính 0.4 mm và 0.6 mm Bán kính nhỏ dẫn đến sự tập trung ứng suất cao tại vùng góc, gây khó khăn cho vật liệu trong việc chảy vào vùng này, từ đó làm tăng biến mỏng thành và có thể gây ra rách, nứt Ngược lại, bán kính lớn hơn giúp phân bố ứng suất đồng đều hơn, giảm ma sát và lực cản, dẫn đến biến dạng đồng đều và hạn chế biến mỏng thành cục bộ.

Bán kính góc lượn lớn hơn được ưu tiên trong quá trình sản xuất để nâng cao khả năng tạo hình và chất lượng sản phẩm dập vuốt, đặc biệt cho các sản phẩm yêu cầu độ dày thành đồng đều và khả năng chịu tải cao Nghiên cứu của Colgan và Monaghan (2001) trên Journal of Materials Engineering and Performance cũng khẳng định rằng việc tăng bán kính góc lượn có tác động tích cực đến độ dày thành sản phẩm dập vuốt.

Bán kính góc lượn 88 là yếu tố quan trọng trong thiết kế khuôn dập vuốt, ảnh hưởng lớn đến quá trình biến dạng và chất lượng sản phẩm Việc lựa chọn bán kính này cần dựa vào các yếu tố như tính chất vật liệu, hình dạng sản phẩm, yêu cầu về độ dày thành và lực dập, nhằm đảm bảo sản phẩm dập vuốt đạt tiêu chuẩn chất lượng và độ bền cao.

Hình 5.23: Diện tích bề mặt góc lượn nơi tập chung ứng suất trong quá trình mô phỏng dập vuốt R0.2, R0.4 và R0.6 với a )𝐴 1 08 𝑚𝑚 2 , b) 𝐴 2 = 33.99 𝑚𝑚 2 , c) 𝐴 3 = 53.99

5.2.3 Ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến ứng suất (Stress) và biến dạng (Strain)

Hình 5.24: Biểu đồ ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến sự thay đổi ứng suất (Stress) và biến dạng (Strain)

Bán kính góc lượn (R) của cối là yếu tố quan trọng trong thiết kế khuôn dập vuốt, ảnh hưởng đến dòng chảy vật liệu và phân bố ứng suất-biến dạng Nghiên cứu này phân tích mối quan hệ giữa bán kính góc lượn với độ biến dạng và ứng suất Kết quả cho thấy, khi bán kính góc lượn tăng, biến dạng và ứng suất giảm rõ rệt, với biến dạng giảm từ 1 xuống 0.802 và ứng suất giảm từ 592 xuống 554 Điều này chứng tỏ mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa ứng suất (σ) và diện tích tiếp xúc (A).

Khi bán kính R tăng từ 0.2 mm đến 0.6 mm, diện tích tiếp xúc cũng tăng từ 19.08 mm² lên 53.9 mm², dẫn đến giảm ứng suất tác dụng Công thức (σ = E εk) mô tả mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, trong đó E là modul đàn hồi và k là tham số thể hiện độ cứng của vật liệu Giá trị k phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất vật liệu, cấu trúc vi mô, phương pháp gia công, quá trình nhiệt luyện, nhiệt độ và tốc độ biến dạng Điều này cho thấy mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa biến dạng và ứng suất, giải thích việc biến dạng giảm khi ứng suất giảm, phù hợp với nghiên cứu của Kopanathi Gowtham và cộng sự.

Nghiên cứu đã áp dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp với mô phỏng số để phân tích ảnh hưởng của bán kính góc lượn cối đến ứng suất trong quá trình dập vuốt hộp vuông Kết quả thu được cho thấy những biến đổi đáng kể trong ứng suất liên quan đến các thông số của bán kính góc.

Bán kính góc lượn lớn hơn sẽ làm giảm ứng suất kéo cực đại tại vùng góc lượn, đồng thời mở rộng vùng chịu ứng suất cao, từ đó cải thiện khả năng tạo hình của vật liệu.

Hình 5.25: Sự phân biến dạng của phôi vuốt với a), b), c) là mô phỏng, d), e), f) là thực nghiệm lần lượt ứng với giá trị góc lượn R0.2, R0.4, R0.6

Hình 5.26: Sự phân bố ứng suất của phôi vuốt với a), b), c) là kết mô phỏng, d), e), f) là thực nghiệm lần lượt ứng với giá trị góc lượn R0.2, R0.4 và R0.6

Bán kính góc lượn của cối là yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm dập vuốt, ảnh hưởng đến biến mỏng thành, phân bố ứng suất - biến dạng và lực dập cần thiết Nghiên cứu cho thấy bán kính góc lượn nhỏ dẫn đến tăng phần trăm biến mỏng thành, phân bố ứng suất-biến dạng không đồng đều và lực dập cao Ngược lại, bán kính góc lượn lớn hơn giúp phân bố ứng suất và biến dạng đồng đều hơn, cải thiện dòng chảy trong quá trình sản xuất.

Việc lựa chọn bán kính góc lượn tối ưu trong thiết kế khuôn là rất quan trọng, vì nó giúp giảm thiểu phần trăm biến mỏng của vật liệu và lực dập cần thiết Cần cân nhắc giữa yêu cầu về hình dạng sản phẩm, tính chất vật liệu, khả năng gia công khuôn và công suất máy dập để đạt được hiệu quả tối ưu.

Kết luận: Qua kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trên nhận thấy bán kính góc lượn tối ưu cho nguyên công này là R0.6 mm.

Ảnh hưởng của vật liệu đến quá trình biến dạng của phôi

5.3.1 Ảnh hưởng của vật liệu đến độ biến mỏng thành sản phẩm

Hình 5.27: Biểu đồ ảnh hưởng của vật liệu tấm kim loại đến quá trình biến mỏng

Biến mỏng thành là hiện tượng phổ biến trong quá trình tạo hình kim loại tấm, đặc biệt trong dập vuốt, và có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Mức độ biến mỏng thành phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu Kết quả thực nghiệm cho thấy A1050 có tỷ lệ biến mỏng thành cao bất thường (81.65%) so với mô phỏng (50.17%) do độ dẻo cao dẫn đến hiện tượng đứt gãy trong quá trình dập vuốt Trong khi đó, C36500 (đồng thau) có tỷ lệ biến mỏng thành thấp nhất (45.27%) và SUS 430 đạt mức cao nhất (59.14%) Tuy nhiên, kết quả thực nghiệm khác biệt so với mô phỏng, với Thép CT38 và SUS 430 lần lượt có tỷ lệ biến mỏng thành lớn nhất và nhỏ nhất (54.74%, 47.17%).

Hình 5.28: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm ảnh hưởng của vật liệu đến độ mỏng thành

Hình 5.29: Trường hợp rách ở vật liệu A1050 a) mô phỏng; b) thực nghiệm

Nghiên cứu của Colgan và Monaghan cho thấy rằng giới hạn bền cao của vật liệu dẫn đến mức độ biến mỏng thành lớn hơn Dữ liệu từ Bảng 5.2 chỉ ra rằng SUS 304 và 430, với giới hạn bền lần lượt là 515 MPa và 450 MPa, dễ bị biến mỏng cục bộ, đặc biệt ở các vùng góc cạnh và bán kính nhỏ do lực dập lớn Ngoài giới hạn bền, độ giãn dài cũng ảnh hưởng đến phần trăm biến mỏng thành; vật liệu có độ giãn dài cao thường ít bị biến mỏng hơn Cụ thể, SUS 304 với độ giãn dài trên 40% cho thấy khả năng chịu biến dạng tốt hơn so với các vật liệu khác.

SUS 430, mặc dù có giới hạn bền thấp hơn, nhưng lại có tỷ lệ biến mỏng cao hơn SUS 304, khiến nó trở thành vật liệu dễ bị biến mỏng nhất trong nhóm Trong khi đó, vật liệu C36500 (đồng thau) có giới hạn bền trung bình và độ giãn dài cao (372 MPa, 30%), dẫn đến phần trăm biến mỏng thấp nhất.

C36500 (đồng thau) phù hợp với lý thuyết dập vuốt, nhờ vào giới hạn bền thấp và độ giãn dài cao, giúp vật liệu dễ dàng biến dạng đồng đều Điều này hạn chế sự tập trung ứng suất và giảm thiểu biến mỏng thành, dẫn đến khả năng phân bố ứng suất tốt hơn trong quá trình dập, từ đó tạo ra độ dày thành đồng đều hơn và giảm thiểu hiện tượng mỏng thành.

Bảng 5.2: Thông số tính chất cơ học của vật liệu

Sự khác biệt giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng chủ yếu xuất phát từ tính chất cơ học thực tế của vật liệu và các yếu tố chế tạo khuôn dập, so với điều kiện lý tưởng trong mô phỏng Các thông số như giới hạn bền, độ giãn dài và độ cứng không phải là giá trị cố định mà có thể dao động tùy thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện môi trường và sự khác biệt trong quy trình sản xuất vật liệu Đặc biệt, sự đa dạng về tính chất cơ học đã tạo ra sự khác biệt rõ rệt giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm.

Trong cuốn sách "Metal forming processes" của Paul, S K (2015), tác giả nhấn mạnh tầm quan trọng của các tính chất vật liệu đối với quá trình dập vuốt Các đặc tính cơ học như độ bền kéo, độ giãn dài, độ cứng và độ dẻo có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dập vuốt Cụ thể, vật liệu có độ dẻo cao và độ bền kéo thấp thường dễ dàng được dập vuốt mà không gặp phải các vấn đề như nứt hoặc biến dạng không mong muốn.

5.3.2 Ảnh hưởng của vật liệu đến chiều cao bavia

Bavia (Burr) là phần vật liệu thừa có hình dạng mỏng và sắc, hình thành trong quá trình gia công như cắt và đột dập Khi đột dập kim loại, bavia luôn xuất hiện do vật liệu bị đẩy ra khỏi khuôn Kích thước của bavia phụ thuộc vào loại vật liệu và khe hở giữa chày và cối; bavia sẽ lớn hơn khi chày và cối bị mòn Đặc biệt, vật liệu mềm và dễ chảy thường tạo ra bavia cao hơn so với vật liệu cứng, do chúng bị đẩy ra khỏi khe hở nhiều hơn.

Độ bền vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định chiều cao bavia cho chi tiết đột bao hình Bavia hình thành trên sản phẩm theo hướng ngược lại với dòng vật liệu trong quá trình đột dập kim loại tấm, và lượng bavia này có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm.

Ba via là hiện tượng không mong muốn khi vật liệu tràn ra ngoài các cạnh của sản phẩm hoặc phôi, thường xảy ra do biến dạng dẻo trong quá trình gia công hoặc tạo hình kim loại Nghiên cứu này nhằm làm rõ cách thức ảnh hưởng của vật liệu đến hiện tượng ba via, điều này vẫn còn chưa được làm sáng tỏ trong các nghiên cứu trước đây.

Nghiên cứu này tập trung vào quá trình dập bao hình với khe hở giữa chày và cối bằng 8% bề dày vật liệu trên các loại kim loại tấm khác nhau, bao gồm SUS 304, SUS 430, C36500, CT38 và A1050 Phương pháp nghiên cứu bao gồm cả mô phỏng và thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của quá trình dập.

Hình 5.30: Hình ảnh bavia mô phỏng bằng phần mềm Deform 3D

Hình 5.31: Đồ thị ảnh hưởng của vật liệu đến chiều cao bavia

Hình 5.30 mô phỏng bavia và Hình 5.31 biểu đồ cho thấy sự ảnh hưởng của vật liệu đến chiều cao bavia sau dập cắt Kết quả cho thấy chiều cao bavia khác nhau rõ rệt giữa 5 loại vật liệu: A1050 có chiều cao bavia thấp nhất (0.131 mm), tiếp theo là Thép carbon CT38 (0.163 mm) và C36500 (0.213 mm) Trong khi đó, SUS 430 (0.247 mm) và SUS 304 (0.274 mm) có chiều cao bavia cao nhất Những kết quả này hoàn toàn phù hợp với cơ tính của từng loại vật liệu như được trình bày trong Bảng 5.2.

Vật liệu có giới hạn bền kéo thấp và độ dẻo cao thường tạo ra bavia thấp hơn, trong khi vật liệu có giới hạn bền kéo và độ cứng cao thường tạo ra bavia cao hơn Cụ thể, A1050 với giới hạn bền kéo 95 MPa và độ giãn dài 15% có khả năng biến dạng dẻo nhỏ, dẫn đến ít bavia Ngược lại, SUS 304 và SUS 430 với giới hạn bền kéo lần lượt là 515 MPa và 450 MPa cho phép biến dạng dẻo diễn ra nhiều hơn, dễ tạo bavia Đồng thau và thép carbon CT38 nằm ở nhóm trung gian với giới hạn bền kéo cao hơn nhôm nhưng thấp hơn SUS, với giá trị lần lượt là 372 MPa cho C36500 và 365 MPa cho CT38.

Hình 5.32: Hình chụp mặt cắt sản phẩm với a) A1050, b) SUS 304, c) SUS 430, d) C36500, e) CT38

Khi thực hiện cắt hoặc đột kim loại, ứng suất cắt tác động lên phôi và gây ra sự tách rời vật liệu Khả năng chống lại sự tách rời này phụ thuộc vào độ bền kéo của vật liệu, với những vật liệu có độ bền kéo cao có khả năng chịu đựng ứng suất cắt lớn hơn trước khi xảy ra hiện tượng đứt gãy.

Hình 5.33: Các vùng biến dạng của quá trình dập cắt

Trong quá trình cắt, vùng vật liệu xung quanh lưỡi cắt trải qua biến dạng dẻo mà không bị đứt gãy ngay lập tức Vật liệu có độ bền kéo cao có khả năng chịu đựng mức độ biến dạng dẻo lớn hơn trước khi xảy ra đứt gãy Khi lưỡi cắt đi qua, vùng vật liệu bị kéo giãn sẽ hình thành ba via, như được minh họa trong Hình 5.32 và Hình 5.33 Do đó, độ bền kéo của vật liệu đóng vai trò quan trọng trong quá trình cắt.

Nghiên cứu cho thấy rằng khi kích thước khe hở đột dập tăng lên, vùng biến dạng dẻo cũng lớn hơn, dẫn đến chiều cao bavia cao hơn Các nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm với nhiều kích thước khe hở khác nhau trên các tấm thép mềm, đồng thau và nhôm, và đo chiều cao bavia bằng kính hiển vi Kết quả cho thấy đồng thau tạo ra bavia nhỏ nhất, tiếp theo là nhôm và thép mềm Nghiên cứu khẳng định rằng kích thước khe hở đột dập có ảnh hưởng lớn đến chiều cao bavia, và vật liệu có độ bền kéo cao hơn sẽ tạo ra bavia lớn hơn Thông tin này rất hữu ích cho các kỹ sư và nhà sản xuất trong việc lựa chọn khe hở đột dập để giảm thiểu bavia và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Sản phẩm ứng dụng

Hình 5.34: Hình ảnh sản phẩm ứng dụng

Bên cạnh giá trị khoa học và thực tiễn của đề tài, nhóm nghiên cứu từ Khoa Cơ khí chế tạo máy đã nỗ lực phát triển sản phẩm mang màu sắc FME như một lời tri ân đến quý Thầy Cô đã tận tình chỉ dẫn Sản phẩm này không chỉ có thể làm quà tặng mà còn giới thiệu cho các em học sinh tham gia hướng nghiệp tại trường.