Ưu điểm của công nghệ tạo hình bằng áp lực cao còn được gọi là công nghệ THF_Tube Hydro Forming trong sản xuất là: Nhiều chi tiết sau gia công hàn lại với nhau được thay thế bằng một chi
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Bộ Môn: CN VẬT LIỆU
Khoa: Cơ Khí BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TẠO PHÔI
TÊN ĐỀ TÀI: GIA CÔNG BIẾN DẠNG KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÁC
GVHD: LƯU PHƯƠNG MINH
Sinh viên thực hiện 1: TRƯƠNG NHỰT ĐỨC MSSV: 209T3031 Sinh viên thực hiện 2: MSSV:
Sinh viên thực hiện 3: MSSV:
Trang 2DẬP BẰNG ÁP L ỰC TH ỦY T ĨNH
I Giới thiệu
a Giới thiệu công nghệ tạo hình bằng áp lực thũy tĩnh
Nhu cầu phát triển các ngành công nghiệp ôtô, xe máy cũng như công nghiệp hàng không trên thế giới đòi hỏi ứng dụng các công nghệ tiên tiến thay thế có thể cạnh tranh trên thị trường tiêu dùng.
Ưu điểm của công nghệ tạo hình bằng áp lực cao (còn được gọi là
công nghệ THF_Tube Hydro Forming) trong sản xuất là:
Nhiều chi tiết sau gia công hàn lại với nhau được thay thế bằng một chi tiết rỗng vững chắc, chỉ cần một nguyên công sản xuất
Giảm mạnh khối lượng các chi tiết kết cấu liền khối kiểu tổ ong Đảm bảo độ bền và độ cứng của chi tiết
Giá thành dụng cụ giảm
Loại bỏ được các nguyên công hàn và có thể tạo lỗ trên thân chi tiết Giảm kích thước chi tiết
Giảm phế phẩm
Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng nghệ tạo hình bằng áp lực cao bên trong vẫn chưa được áp dụng rộng rãi Một trong số các nguyên nhân là giá thành thiết bị cao Hiện nay, nhiều công ty trên thế giới đã lấy việc áp dụng nghệ tạo hình bằng áp lực cao bên trong làm biện pháp hoàn thiện sản phẩm cơ khí ôtô
Hình 1 minh họa các nguyên công của công nghệ tạo hình bằng áp lực cao bên trong, gồm các bước:
Phôi ống đã tính toán theo chi tiết (trong nhiều trường hợp đòi hỏi uốn trước) được đưa vào khuôn, hai nửa khuôn trên và dưới đóng lại với lực đóng khuôn vừa đủ
Hai ống được bịt kín lại bằng các piston của xxi lanh thủy lực và chất lỏng được bơm vào ống
Tăng áp lực bên trong ống đồng thời với ép hai đầu ống bằng piston thủy lực, phôi ống biến dạng điền đầy các hốc khoang rỗng của khuôn.
Áp lực trong cũng có thể dùng làm lực tách khuôn Piston đối áp có mục đích chính là cân bằng áp lực tạo hình trong và ngoài nhằm tránh phá hủy
Trang 3Hình 1 Các bước công nghệ tạo hình bằng áp cao lực bên trong
Như vậy, thiết kế quá trình tạo hình bằng áp lực cao bên trong cần phải xem xét tổng thể nhiều vấn đề:
Nghiên cứu thuộc tính, chọn và thử khả năng biến dạng vật liệu và tạo phôi Các bước gia công trước uốn
Ma sát giữa kim loại và dụng cụ
Trạng thái ứng suất và biến dạng của ống
Thiết kế khuôn mẫu và đồ gá
Xác dịnh thiết bị tạo lực đóng khuôn…
Thông thường thiết bị tạo lực đóng khuôn là máy ép thủy lực Để đảm bảo quá trình biến dạng loại trừ phế phẩm, các thông số cần có sự liên quan lẫn nhau và là hàm của thời gian Quá trình biến dạng phải được điều khiển tự động theo chương trình đảm bảo duy trì các thông số đã tính toán
Công nghệ tạo hình bằng áp lực thấp bên ngoài được sử dung khi tạo các chi tiết ống sóng đường ren Chi tiết tháo ra khỏi lỗ khuôn bằng cách quay theo đường ren (Hình 2)
Đặc điểm:
Áp lực thường dùng trong phạm vi 200-700 at
Chu vi ống không đổi và sự biến mỏng giảm
Khi thực hiện công nghệ áp lực thấp thì quá trình làm kín và áp lực chất lỏng bơm vào ống trước khi có lực đóng khuôn, còn công nghệ áp lực cao khi áp lực trong phạm vi 1000-4000 at thì ngược lại – lực đóng khuôn được ép trước có thể nói trong công nghệ tạo hình bằng áp lực thấp thì quá trình biến dạng luôn gắn liền với sự dịch chuyển của khuôn
Trang 4Hình 2 Tạo hình bằng áp lực bên ngoài
Hiện nay chưa có một cơ sở lý thuyết rông rãi để thiết kế quá trình biến dạng cũng như thiết kế khuôn mẫu cho công nghệ chế tạo bằng áp lực thủy tĩnh Chính vì vậy việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để có thể đưa ra công thức tính toán các thông số công nghệ cơ bản của quá trình và làm cơ sở tính toán thiết
kế khuôn mẫu là rất cần thiết
Hình 3 Công nghệ tạo hình
a Áp lực thấp
b Áp lực cao
A
Trang 5b Nhu cầu và khả năng áp dụng công nghệ tạo hình bằng áp lực thủy tĩnh trong chế tạo cơ khí tại Việt Nam
Cơ khí chế tạo ôtô và cơ khí giao thông vận tải được xác định là một trong 8 lĩnh vực ưu tiên phát triển của ngành cơ khí Việt Nam Chất lượng các loại xe ôtô cũng như các phương tiện giao thông khác được lưu hành trên thị trường sẽ làm thay đổi bộ mặt xã hội, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cũng như áp dụng công nghệ mới trong sản xuất chế tạo đòi hỏi sự quan tâm của các cấp, sự hợp tác nghiên cứu và phát triển đồng bộ của các ngành Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài tạo hình bằng áp lực cao bên trong không chỉ là nhu cầu của nhế tạo ôtô, xe máy mà còn có thể áp dụng trong các ngành khác nên có ý nghĩa lớn trong việc phát triển ngành cơ khí nói chung
II Sản phẩm cơ khí được chế tạo bằng công nghệ THF
Rất nhiều chi tiết của ôtô được chế tạo bằng công nghệ tạo hình bằng áp lực thủy tĩnh các chi tiết từ phôi ống sau khi đã uốn hoặc phôi tấm sau khi đã hàn và
uốn Hình 4 minh họa một số chi tiết của ôtô được chế tạo bằng công nghệ THF
Các chi tiết được chế tạo bằng công nghệ THF có thể phân thành 4 nhóm:
Hệ thống ống dẫn khí, thường được chế tạo từ hợp kim có tính chịu nhiệt, chống gỉ như ống xả ống nối khí
Trang 6Hình 4 Các chi tiết ống nối khí của ôtô
Hệ thống khung gầm, được chế tạo từ thép ống với mác thép cacbon trong bình: là các chi tiết kết nối, khung gầm sau, giá đỡ động cơ
Trang 7Hình 5 Trục gầm sau xe ôtô được chế tạo bằng công nghệ THF
Hệ thống truyền động như trục cam, trục bánh răng rỗng
Hình 6 Trục rỗng
Hệ thống thân xe: khung tay lái, khung ghế ngồi, tay vịn…
Trang 8Hình 7 Các chi tiết trên thân xe ôtô được chế tạo bằng công nghệ THF
Ngoài ra, công nghệ tạo hình THF còn áp dụng sản xuất các chi tiết cơ khí khác:
Hình 8 Giá đỡ động cơ xe ôtô được chế tạo bằng công nghệ THF
Trang 9Hình 9 Các chi tiết xe đạp được chế tạo bằng công nghệ THF
III Công nghệ tạo hình THF
Hình 10 các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình công nghệ
Khuôn mẫu
Gia công
Phủ bề mặt
Nhiệt luyện
Thông số ống
Chiều dài Đường kính Chiều dày Vật liệu
Thông số quá trình
Các lực tác dụng
Áp lực bên trong Hành trình
Các giới hạn
Biến dạng
Phá hủy Phế phẩm
Ma sát
Công nghệ THF
Trang 10Hình 11 Phân vùng biến dạng
Hình 12 Quy trình thiết kế sản phẩm được chế tạo bằng công nghệ THF
Phân loại sản phẩm
Để thuận tiện cho việc thiết kế sản phẩm và xem xét khả năng chế tạo bằng phương pháp áp lực thủy tĩnh, căn cứ vào hình dáng các sản phẩm, điều kiện biến
dạng cụ thể, các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp THF cần được phân loại
a Phân loại theo đặc điểm biến dạng
Dập phình (Bulging): là quá trình biến dạng tự do hay điền đầy các khoang khuôn
Trang 11Hình 13 Dập phình Dập kết hợp (Crushing): là quá trình THF cần có các giai đoạn tạo hình trước Ví dụ: uốn, làm bẹp trước
Hình 14 Ống hút gió
Dập ống nhánh (Potrusion): là một phương pháp tạo các chạc ba nối ống
Hình 15 Ống nhánh
Dập uốn (Bend): là một nguyên công tiền xử lý được áp dụng rất
nhiều trong công nghệ THF
Trang 12Hình 16 Uốn
b Phân loại theo hình dáng sản phẩm
Các chi tiết 1D
Hình 17 Chi tiết 1D Các chi tiết 2D
Hình 18 Chi tiết 2D Các chi tiết 3D
Hình 19 Chi tiết 3D Các chi tiết phối hợp
Trang 13Hình 20 Dập phối hợp
c Các thông số thiết kế
Hình 21 Các thông số thiết kế
Việc phân loại sản phẩm cho ta biết trước sản phẩm nào đã đươc chế tạo, sản phẩm nào cần phải tiến hành nghiên cứu và dập thử để khảo sát thông số thiết
kế và làm cơ sở tính các thông số công nghệ
IV Điều khiển quá trình công nghệ
Các quá trình tạo hình bằng áp lực thủy tĩnh này gồm các nguyên công nối tiếp liên tục thường được xác định bằng cách mò mẫm Việc thực hiện quá trình không quan tâm đúng mức đến đặc tính vật liệu và các bước chuẩn bị trước sẽ dẫn đến
Trang 14thất bại Điều khiển lập trình (PLC) có đầy đủ khả năng biểu thị quá trình này nhưng các nhà sản xuất khi áp dụng công nghệ THF đều thấy một đều là các bước thao tác cần phối hợp thời gian thực hiện một cách không tin cậy Ví dụ đầu piston không được làm kín và áp lực không được thiết kế, khi đó lực đẩy có thể làm cong ống Lực cao cùng với tốc độ tạo hình thấp sẽ làm cho quá trình không thực thi Những khó khăn trên được khắc phục khi áp dụng các phương pháp điều khiển bằng vòng lặp khép kín gồm các bước:
Đóng khuôn Dịch chuyển các piston phụ làm kín Đóng điều khiển duy trì tải (áp lực) dọc riêng biệt độc lập Bơm và làm tăng áp lực trong ống
Điều khiển xi lanh dọc trục duy trì lực dọc trục bằng lực đóng kín và tăng lực này như một hàm của áp lực cao bên trong ống
Lúc này, lực tác dụng lên đầu ống chỉ tăng tỉ lệ với áp lực bên trong nhằm làm giảm khả năng tạo chùn ống Để thực hiện quá trình này, máy ép phải được điều khiển bằng vòng lặp khép kín và xi lanh dọc trục phải được điều khiển như một hàm của áp lực trong Quá trình này không thể thực hiện một cách xác định chắc chắn với hệ thống điều khiển vòng lặp hở, mà ở đó sử dụng thời gian trên cơ
sở chuỗi thao tác Sự xen kẽ ở đây là điều khiển xi lanh dọc trục Duy trì chuyển động của piston dọc đều đặn với sự xuất hiện ma sát đòi hỏi phải có điều khiển chuyển động của piston dọc bằng vòng lặp khép kín Trong một số trường hợp khác, quá trình còn yêu cầu có xi lanh đối áp hạn chế biến dạng cục bộ Có thể có
xi lanh cần duy trì lực không đổi, còn loại khác chuyển động phụ thuộc vào xi lanh dọc trục Đều đó đòi hỏi thêm các bước sau:
Chuyển động piston đối áp đến ống Điều khiển tải và duy trì lực không đổi lên thành ống Duy trí chuyển động của xi lanh thứ hai như là hàm chuyển động của xi lanh dọc trục
Các tác dụng này đòi hỏi hệ thống điều khiển vòng lặp khép kín đa kênh, có thể lặp trình các sự kiện như hàm phụ thuộc thời gian Nó phải liên kết chuyển động của một hoặc nhiều kênh với các sự kiện của các kênh khác Nó cũng phải điều tiết các tín hiệu động lực phản hồi xuất hiện trong quá trình công nghệ
V Kết luận
Nhiều sản phẩm cơ khí được chế tạo bằng công nghệ THF có tính năng sử dụng cao đáp ứng nhu cầu thị trường Hiện nay công nghệ THF mới chỉ được áp dụng tại các nước tiên tiến và việc nghiên cứu áp dụng để chế tạo các chi tiết cơ khí nước nhà là rất cần thiết
Giá thiết bị trên thị trường là rất đắt, cụ thể đối với thiết bị chế tạo chi tiết của đề tài cần mua có giá là 450 000 USD (> 7 tỷ VNĐ) nên việc nghiên cứu, chế tạo trong nước các thiết bị ép thủy lực chuyên dùng trước mắt phục vụ nghiên cứu có
ý nghĩa thiết thực
