Thiết kế và chế tạo mô hình máy dập mini sử dụng khí nén để biến dạng phôi kim loại tấm

Trong phäm vi bài viết đi vào nghiên cĀu để tính toán, thiết kế và chế täo mô hình máy dêp mini sā dýng khí nén để täo hình một số däng chi tiết, phát huy hiệu quâ tính công ng[r]

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY DẬP MINI SỬ DỤNG KHÍ NÉN ĐỂ BIẾN DẠNG PHÔI KIM LOẠI TẤM

Nguyễn Thị Thu Trang*, Nguyễn Hữu Hưởng

Khoa Cơ - Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

*Tác giả liên hệ: ntttrang.cd@vnua.edu.vn

Ngày nhận bài: 28.11.2018 Ngày chấp nhận đăng: 20.02.2019 TÓM TẮT

Thiết kế mơ hình máy dập mini sử dụng khí nén dựa sở trang thiết bị có áp dụng phần mềm thiết kế kỹ thuật kết hợp với kết nghiên cứu tính tốn Mơ hình ứng dụng chủ yếu vào việc phục vụ đào tạo nghiên cứu khoa học Các thông số công nghệ máy tính tốn, xác định lựa chọn dựa vào hình dáng, kích thước vật liệu chi tiết cần chế tạo Máy dập mini sử dụng khí nén chế tạo nhiều dạng chi tiết nhờ vào việc thay đổi nhanh chóng, thuận tiện kết cấu hình dáng khn dập Trên sở vẽ thiết kế tiến hành chế tạo chi tiết, cụm chi tiết máy, lắp ráp thành mơ hình máy hồn chỉnh ứng dụng vào việc gia cơng tạo hình kim loại

Từ khóa: Máy dập, kim loại tấm, khí nén, biến dạng, thiết kế kỹ thuật

Design and Manufacture of Mini-Stamping Machine with Compressed Air for Deformmation of Sheet Metal

ABSTRACT

A mini-stamping machine model using compressed air was designed on the basis of the existing equipment and technical design softwares combined with the results of calculations The machine model is intended for use in training and scientific research Technological parameters of the machine were calculated, determined and selected based on the shape, size and materials of the parts to be manufuctered Mini stamping machine using compressed air can be fabricated in variable types of parts thanks to the quick, convenient structure and shape change of the forming machine Based on the design drawings, the parts and part cluster were manufactured and assembled into a complete machine model and applied to the processing of sheet metal forming

Keywords: Stamping machine, sheet metal, compressed air, deformation, technical design software

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, nhiu ngnh sõn xuỗt nhỵ: in t, thit bð y tế, hàng không, hàng tiêu dùng, thiết bð cụng nghip, rỗt nhiu chi tit ỵc ch tọo t phụi tỗm vi kớch thỵc khỏc nhau, phụi chu tỏc động trăc tiếp bći áp lăc cûa khí nén để tọo hỡnh, vi mýc ớch lm bin dọng phụi tỗm ban đỉu thành chi tiết có hình dáng kớch thỵc mong mun Trong cỏc mỏy dờp dựng khớ nộn, khụng khớ nộn cú ỏp lc ỵc dộn t máy nén khí truyền vào khoang chĀa cûa xi lanh thỷy lc phớa trờn phụi p suỗt tọo bỡng

khơng khí nén khơng lĆn lím, nên máy dêp bỡng khớ nộn thỵng dựng gia cụng bin dọng cỏc phụi tỗm múng (Phọm Vởn Ngh, 2011)

phỉn cịn läi chû yếu biến däng n hi hoc bin dọng nhú v hổu nhỵ cỏc chi tit ỵc bin dọng trọng thỏi ngui (Nguyễn Mêu Đìng, 2006)

Trong phäm vi viết vào nghiên cĀu để tính tốn, thiết kế chế täo mơ hình máy dêp mini sā dýng khí nén để täo hình số däng chi tiết, phát huy hiệu q tính cơng nghệ cûa dêp täo hình, phýc vý nghiên cĀu khoa học đào täo chuyên môn

2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 Vật liệu nghiên cứu

Một số däng máy dêp täo hình bìng khơng khí nén có mt trờn th trỵng hoc ang ỵc s dýng mt s c s sõn xuỗt ln nhú; thit b máy nén khí, hệ thống van điều khiển, van phân phối; số vêt liệu sā dýng để chế täo chi tiết máy (Træn Vën Đðch, 2006)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cĀu tổng hĉp tài liệu lý thuyết về: thiết kế chi tiết máy, công nghệ chế tọo mỏy, cụng ngh tọo hỡnh kim loọi tỗm, thit k khuụn dờp tỗm, h thng thỷy lc khớ nộn, vờt liu kim loọi, mt s dọng chi tit ỵc ch tọo bỡng cụng ngh dờp tỗm phự hp

Nghiên cĀu lý thuyết q trình biến däng bìng cơng nghệ cít hình, đột lỗ, cơng nghệ dêp vuốt làm c s cho vic tớnh toỏn, la chn kt cỗu, kớch thỵc v õm bõo khõ nởng lm vic cỷa mỏy, cỷa khuụn sau ch tọo v ỵa s dýng

2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Thiết kế chi tiết máy hệ thống mô hình tổng thể cûa máy dêp mini sā dýng khơng khí nén phỉn mềm kỹ tht 2D, 3D Tính tốn, lăa chọn hệ thống máy nén khí, xy lanh số thiết bð phý trĉ

Chế täo chi tiết máy tồn mơ hình máy cĄ sć kết q mơ hình thiết kế thiết bð có Ứng dýng mơ hình để thăc q trình gia cơng biến däng dẻo số däng chi tiết tÿ phơi kim lội tỗm

3 KT QU V THO LUN

3.1 Lựa chọn nguyên lý kết cấu máy dập mini sử dụng khí nén

3.1.1 Thân máy

Qua khâo sát, phân tích số sõn phốm mỏy cú mt trờn th trỵng hoc ó ỵc ch tọo v ỵa vo s dýng, tỏc giõ la chn kt cỗu mỏy gm cỏc phổn chớnh l: Thân máy, hệ thống khí nén, hệ thống khn dêp

Thân máy gồm chi tiết là: Đế trờn v dỵi ỵc lớp rỏp vi bn trý mỏy, cỏc chi tit ỵc ch tọo bỡng thộp CT3 Khung máy líp vĆi hệ thống khí nén ć phía trờn v ỵc iu khin bỡng h thng van iu chợnh, khuụn s lớp vi cỏc b khuụn tỵng Āng cûa tÿng chi tiết cý thể, líp vĆi hệ thng dộn hỵng v ỵc liờn kt vi dỵi cûa máy Ngồi cón có khung đĈ tồn máy đâm bâo độ xác gia cơng, tính thèm m v thuờn tin cho ngỵi s dýng (Hỡnh 1)

Ghi chú: Đế dưới; Trụ máy; Đế trên; Đế khuôn

Bâng Thành phần hóa học khơng khí

N2 O2 Ar CO2 H2 Ne.10-3 Kr.10-3 X.10-6 He.10-3

Thể tích (%) 78,08 20,45 0,93 0,03 0,01 1,8 0,1 0,5

Khối lượng (%) 75,51 23,01 0,04 1,286 0,001 1,2 0,3 40 0,07

Nguồn: Bùi Hải Triều cs., 2006

Hình Sơ đồ phân bố biến dạng cắt đột

3.1.2 Hệ thống khí nén

Sā dýng hệ thng mỏy nộn khớ cung cỗp ngun khụng khớ nộn, ỏp suỗt cao Khi lm vic, mỏy nộn khớ hút khơng khí ngồi khí đèy vào hệ thống Thành phỉn hóa học cûa khơng khí khơ ỵc xỏc nh nhỵ bõng

Ngoi cỏc thành phỉn hóa học khơng khí khơ cịn cú thờm býi bốn, hi nỵc v mt s tọp chỗt khỏc tựy thuc vo iu kin thi tit khớ hêu

Hệ thống khí nén cûa máy gồm phổn nhỵ sau:

Th nhỗt l phổn tọo khớ nộn: ồy l phổn quan trng nhỗt quỏ trỡnh hột động cûa tồn hệ thống khí nén Ở đåy tọo khớ nộn sõn sinh ỏp suỗt chờnh lch vi ỏp suỗt khụng khớ mụi trỵng;

Th hai l bỡnh tớch khớ nộn v ỵng dộn khớ nộn: Cú chc nởng dộn khớ nộn ỏp suỗt cao n bình tích khí dén đến nĄi tiêu thý Thành phổn ny khỏ n giõn chợ l nhng ỵng ng nhăa chðu lăc;

ThĀ ba xy lanh khí nộn: Cú nhim vý bin i nởng lỵng tớch lỹy khớ nộn

thnh nởng lỵng chuyn ng thợng, nghùa l thnh lc v quóng ỵng;

Th tỵ phỉn khác hệ thống khí nén: Thiết bð van điều khiển hệ thống khí nén, đồng hồ o ỏp suỗt lm vic

3.1.3 H thng khuụn tạo hình

Trong q trình tính tốn thiết kế khn phâi gín vĆi việc gia cơng tÿng chi tit cú hỡnh dỏng v kớch thỵc cý th VĆi mơ hình máy dêp dùng khí nén này, nhóm tác giâ lăa chọn khn cít hình, đột lỗ dêp vuốt để täo hình số chi tiết đĄn giõn Chy v ci cỷa khuụn ỵc la chn ch täo bìng vêt liệu thép C45 (Trỉn Vën Đðch, 2006)

Kớch thỵc cỷa ci cớt hỡnh v t l trũn, cú mt bớch ỵc ch tọo theo tiờu chuốn OCT 16641-80, khơng có mặt bích theo tiêu chuẩn

vào vêt liệu thąi gian vuốt, nhng ch lỵn trũn, cỏc mộp vỏt chuyn tip, cỏc g chn quỏ cởng iu ny õnh hỵng ln n chỗt lỵng cỷa chi tit sau dờp

Khi cít hình đột lỗ ổ biến däng bao trùm tồn chiều dày phơi, sát mép làm việc cỷa chy v ci ng suỗt phỏp sinh cít hình đột lỗ phân bố ổ biến däng không đồng đều, điều dén đến să phân bố biến däng khơng lĆp kim lội song song vĆi mặt phỵng cûa phơi tồn chiều dy Trọng thỏi ng suỗt v bin dọng cớt hình,

đột lỗ träng thái khối (Hình 2)

Dờp vut ỵc tin hnh khuụn bao gm cỏc b phờn lm vic nhỵ: ci cú mộp lm vic ỵc lỵn trũn, chy dờp vut v tỗm chặn phơi GiĂa chày cối dêp vuốt có khe hć Z, trð số cûa Z phý thuộc vào phỵng phỏp dờp (cú bin múng hoc khụng bin múng thnh) Khi dờp vut ngoọi lc ỵc truyn qua chy, tác dýng vào phæn đáy cûa chi tiết dêp vuốt, cũn phổn vnh cỷa phụi vộn ỵc t v khơng chðu tác dýng cûa ngội lăc (Nguyễn Mêu Đìng, 2006) (Hình 3)

Hình Sơ đồ khn dập vuốt

Ghi chú: Đồng hồ áp; Ống dẫn khí; Bình chứa khí; 4 Bánh xe; Motor

Hình Máy nén khí áp suất làm việc kG/cm2

3.2 Cơ sở tính tốn, lựa chọn hệ thống thiết bị khí nén máy

3.2.1 Máy nén khí

Ngày nhu cỉu sā dýngmáy nén khí rỗt ln cỏc ngnh cụng nghip, nờn ỏp

Khi lỵng: 15 kg; Dung tớch bỡnh: lớt Cụng suỗt ng c: 0,75 HP

in ỏp/tổn s: 220 V/50 Hz p suỗt lm vic: kg/cm2

Thąi gian nén đỉy bình hĄi: phỳt Lỵu lỵng khớ: 60 lớt/phỳt

Kớch thỵc: 57 × 24 × 51 cm 3.2.2 Xi lanh khí nén

Tùy thuộc vào nhu cæu sā dýng lăc truyền động tác động theo câ hai chiều chuyển động nên lăa chọn loäixi lanh tác động kép Chuyển ng tin lựi cỷa piston ỵc iu khin bỡng van phõn phi Mc dự ỵng kớnh cỷa piston v lc tỏc ng bi mtxi lanh khớcú liờn quan nhỵng chỳng khơng tỵ lệ thn vĆi Lăc truyền động có th s ýng ỵc trờn xi lanh tỏc ng kộp cú giỏ tr ln hn trỵng hp xi lanh tác động đĄn (Bùi Hâi Triều cs., 2006)

Cën cĀ vào thơng số máy nén khí phọm vi nghiờn cu cỷa ti la chn ỵc xi lanh SC 100 ì 50 (Hỡnh 5) vi ỵng kính piston: D = 100 mm; hành trình piston: h = 50mm

T ũ tớnh toỏn, xỏc nh ỵc lăc truyền động cûa xi lanh theo công thĀc:

F = P.A

Trong ũ: P - ỏp suỗt khớ nộn cung cỗp (kg/cm2)

A - Din tích cûa piston (cm2)

P = (kg/cm2)- thông số cho cûa máy

A = R2 = 3,14 52 = 78,5 (cm2)

F = 78,5 = 628 (kg) 3.2.3 Một số thiết bị khác

- Bộ điều áp khí nén: Cơng dýng cën chỵnh áp lăc cho thiết b vờn hnh trn chu, gi cho ỏp suỗt ổu vào có mĀc độ cân bìng Việc chỵnh ỏp ny nhỡm giỳp vic vờn hnh thit b ỵc n nh, an ton v cú ỏp xuỗt lm vic phù hĉp

- Van gạt điều khiển tay: H thng khớ nộn ỵc liờn kt bi nhiu b phên vĆi nhau, đị van điều khiển khí nén ũng vai trũ rỗt quan trng cho quỏ trỡnh hoọt động cûa hệ thống Van gät taykhí nén lội van c ỵc iu khin bỡng tay, phổn tay gọt giĂ vai trñ làm đñn bèy việc vên hành sā dýng van ChĀc nëng cûa nị để kiểm sốt tốc độ, địng ngít dịng khí nén q trình sā dýng Trên cĄ sć đị, lăa chọn loäi van gät SOLENOLD - Model: HV-02

- Ống dẫn khí nén: Khi lăa chọn lội kớch thỵc cỏc ỵng ng dộn khớ l rỗt quan trng, nú s õnh hỵng v liờn quan n: Lỵu lỵng khớ qua h thng, khoõng cỏch mỏy nộn khớ đến thiết bð sā dýng khí nén Nếu máy nén khí chỵ cách xa vài mét, sā dýng cỏc ỵng ng nhú hn so vi vic mỏy nén khí đặt cách xa Sā dýng ống dén khí bìng nhăa giúp dễ dàng líp đặt tit kim chi phớ, khụng cổn bỗt k dýng cý đặc biệt nào, cüng khơng cỉn hàn Dăa vào mơ hình thiết kế hệ thống máy mýc đích sā dýng ó la chn ỵc ng dộn khớ bỡng nha

Hình Bân vẽ đế mơ hình máy dập mini

Hình Bân vẽ đế mơ hình máy dập mini 3.3 Thiết kế chế tạo số chi tiết

chính máy dập mini khí nén

3.3.1 Đế máy khung trụ máy

Một số yêu cæu đặt đối vĆi hệ thống mơ hình máy dêp bìng khơng khí nén l:

- Kt cỗu nhú gn, linh hoọt gia cụng; - Cú th gia cụng tọo hỡnh ỵc nhiều däng chi tiết khác nhą vào việc thay i hỡnh

dỏng kt cỗu khuụn s cho cỏc dọng chi tit cũ hỡnh dỏng v kớch thỵc mong mun;

- Cú th s dýng ỵc ngun khớ nộn t xỵng gia cụng hoc trc tip t mỏy nộn khớ;

- Lm vic ỵc n nh, đâm bâo độ bền độ tin cêy trình sā dýng

tiếp đến trỡnh mỏy lm vic mỏy ỵc ch tọo bỡng vờt liu thộp CT3 (Trổn Vởn ch, 2006) v ỵc kết hĉp vĆi hệ thống khung trý máy làm nhiệm vý ton b c cỗu mỏy 3.3.2 Khung tr dn hng

Khung trý mỏy õnh hỵng trăc tiếp đến độ xác cûa máy dêp, làm sai lệch vð trí, làm biến däng liên kết làm gãy vĈ hệ thống máy, đị u cỉu khung máy phâi cĀng vĂng, đâm bâo độ xác gia cơng, kích thỵc v hỡnh dỏng cỷa khung trý mỏy cho hỡnh 8, s lỵng l trý v vờt

liu ch tọo l thộp C45 (Lờ Cụng Dỵng, 1996) 3.3.3 Đế khuôn

Đế khuôn gồm đế khuôn trờn v khuụn dỵi, ch tọo bỡng thộp CT3 (Trổn Vởn ch, 2006) Trong ũ, khuụn dỵi (Hỡnh 9a) ỵc gỏ lớp lờn dỵi cỷa mỏy v s ỵc lớp vi phổn ci dờp, trờn khuụn dỵi cú lớp hai trý dộn hỵng õm bõo cho khn làm việc ổn đðnh, xác Đế khn (Hỡnh 9b) ỵc liờn kt vi h thng chn phụi, chy dờp v nh hỵng lm vic theo trý dộn hỵng lớp khuụn dỵi

Hỡnh Bõn vẽ trụ khung máy dập mini khí nén

(a) (b)