Cho phôi vào Chày định vị (17), thả cụm Tháo sản phẩm - lựa Chốt ngang trên cụm Tháo sản phẩm nằm dọc theo rãnh trên Chày định vị - sau đó xoay cụm Tháo sản phẩm đi một góc 900, bấm nút điều khiển trên bảng điều khiển của máy ép thủy lực để bệ trên (lắp chày chồn, bạc ép) đi xuống, đến khi Bạc ép chạm phôi, Chày ép tiếp tục đi xuống, lò xo bị nén lại tác động lực ép lên phôi, kẹp chặt phôi (lực kẹp phôi tăng lên khi Chày ép càng đi xuống), đến khi chày chồn đi xuống ép vào bề mặt đầu của phôi (theo tiết diện hình vành khăn), quá trình biến dạng bắt đầu xảy ra. Chày ép tiếp tục đi xuống, quá trình biến dạng xảy ra mạnh mẽ cho đến khi vật liệu chảy dẻo điền đầy vào các vùng thoáng của dụng cụ theo nguyên tắc trở lực biến dạng nhỏ nhất, kết thúc quá trình biến dạng, tiết diện ngang cục bộ được tăng lên, hình dáng sản phẩm được tạo thành theo mong muốn.
Rõ ràng rằng, theo hình 4.26 đây là bộ dụng cụ dập trong khuôn kín để chồn chi tiết Ống chứa thuốc nổ nên ngoài việc tính toán phôi chính xác, thì chi tiết Cữ điều chỉnh (8) đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghệ - nó đảm bảo bộ khuôn không bị phá hỏng khi máy đi xuống quá sâu.
Chuẩn của bộ dụng cụ là chi tiết Chày định vị (17), là chi tiết trung tâm; khi rà, gá, lắp bộ dụng cụ lên máy ép thủy lực phải rà theo nó. Chi tiết Bạc chồn dưới (16), trong quá trình biến dạng, ép lên phôi (nhận lực từ lực nén của 6 Lò xo (12); Bạc chồn dưới phải ép chặt phôi Ống chứa thuốc nổ sao cho trong suốt quá trình biến dạng, phần dưới của Ống chứa thuốc nổ - được giữ bởi lực ma sát - cố định cứng, không bị thay đổi hình dáng dưới tác dụng nén ép của chày.
Cụm tháo sản phẩm (11) có chi tiết bạc bung: khi chày chồn đi xuống, bạc bung bị bóp lại chui vào trong lỗ của chày ép; kết thúc quá trình biến dạng, chày chồn đi lên, bạc bung thoát và bung ra và gạt sản phẩm dính đang dính vào Bạc chồn trên – dưới ở lại.
Hình 4.27: Nguyên lý tháo lắp của Cụm tháo sản phẩm
Bạc chồn trên (10), được dẫn chuyển động tịnh tiến lên, xuống theo Chày chồn (9), đóng vai trò khống chế phần trụ nhỏ của Ống chứa thuốc nổ phình ngang theo hướng kính ra phía ngoài; đồng thời, Chày định vị (17) khống chế phần trụ nhỏ của Ống chứa thuốc nổ không bị chồn tăng kích thước hướng kính vào phía trong. Các phân tích vừa nêu đồng nghĩa rằng, phần trụ nhỏ của Ống chứa thuốc nổ chỉ còn một chuyển động duy nhất là bị chồn nén tịnh tiến xuống dưới để cung cấp phôi cho phần cần tăng kích thước tiết diện ngang của Ống chứa thuốc nổ (ổ biến dạng) dưới tác dụng của lực máy ép thủy lực P1, xem hình 4.27
Hình 4.28: Mô hình công nghệ trước và sau khi biến dạng xong
Hình 4.28 mô tả tập trung vùng biến dạng của ổ biến dạng. Nửa bên trái của hình 4.28 mô tả chày chồn, bạc ép đang chuyển động từ trên xuống dưới tác dụng của bàn ép trên của máy ép thủy lực, tại thời điểm trước khi phôi bị biến dạng; nửa bên phải của hình 4.28 mô tả chày chồn, bạc ép vừa kết thúc quá trình biến dạng, tạo hình cho sản phẩm.
Hình 4.29: Phân tích vùng trụ nhỏ Ống chứa thuốc nổ không biến dạng
Bạc chồn dưới (16), thông qua các áp suất đơn vị p, ép chặt lên biên dạng từ phần côn đến phần trụ to của Ống chứa thuốc nổ nhằm cố định, khóa cứng phần này nhờ tác dụng của lực ma sát để biên dạng của phần này không bị trượt xuống dưới hoặc đẩy ngược Bạc chồn dưới (16) lên trên.
Hình 4.30: Phân tích phần dưới của Ống chứa thuốc nổ - không biến dạng
Thông qua hình 4.28, hình 4.29 và cùng với sự phân tích đã nêu ở trên - phần trên và phần dưới của Ống chứa thuốc nổ đã được không chế để đảm bảo rằng hình dáng của nó không bị thay đổi bởi biến dạng ngoài mong muốn, nhằm nhấn mạnh vùng cần tăng kích thước cục bộ để tạo hình cho Ống chứa thuốc nổ, hình... chỉ mô tả tập trung ổ biến dạng khi chồn, hai trạng thái của quá trình công nghệ: nửa bên trái mô tả khuôn, phôi trước khi biến dạng chồn; nửa bên phải mô tả khuôn, phôi sau khi biến dạng chồn xong, tạo được các vùng có tiết diện ngang tăng cục bộ.
4.6.2. Phân tích các bƣớc làm việc của dụng cụ chồn:
4.6.3. Phân tích, hiệu chỉnh các chi tiết tạo hình của dụng cụ chồn:
Nghiên cứu kỹ lưỡng quá trình chồn Ống chứa thuốc nổ theo dụng cụ đã được thiết kế, chế tạo theo hình… nhận thấy rằng chi tiết Chày định vị (…) là chi tiết hết sức quan trọng: ngoài việc là chi tiết đóng vai trò làm chuẩn của bộ dụng cụ, định vị cho phôi khi thả vào thì biên dạng, bề mặt làm việc của nó đóng vai trò trong việc tăng hoặc giảm trở lực khi biến dạng và điền đầy kim loại khi chồn.
Nếu biên dạng làm việc có hình dáng như hình…, thì trở lực biến dạng rất lớn, kim loại khó điền đầy vào vị trí (gọi là vùng chết), thậm chí sẽ làm gãy chày chồn.
Biên dạng làm việc có hình dáng như hình…, thì trở lực biến dạng sẽ nhỏ hơn, kim loại điền đầy dễ dàng hơn
b) Thiết kế hợp lý c) Thiết kế chưa hợp lý
Đối với biên dạng làm việc của dụng cụ mà có diễn ra quá trình vật liệu chảy bám theo biên dạng của dụng cụ thì yêu cầu của bề mặt đó phải được đánh bóng, càng giảm hệ số ma sát càng tốt, tức là mong muốn hệ số ma sát nhỏ nhất có thể. Một trong phương pháp được áp dụng nhiều là, mạ crom cho bề mặt làm việc của dụng cụ nhằm tăng tính chống mài mòn, giảm hệ số ma sát; đồng thời, trong quá trình biến dạng kim loại phải bôi trơn cho dụng cụ nhằm giảm hệ số ma sát, giảm trở lực biến dạng của kim loại.
4.7. Tiến trình công nghệ chế tạo Ống chứa thuốc nổ, so sánh các phƣơng án 4.7.1. Tiến trình công nghệ chế tạo Ống chứa thuốc nổ đang áp dụng:
NC1: Cắt đoạn NC2: Dập tóp lần 1 NC3: Dập tóp lần 2
NC7: Dập hiệu chỉnh NC8: Chuốt NC9: Tôi, hóa già
NC10: Xén đầu, tiện ngoài sơ bộ NC11: Tiện sơ bộ lỗ
4.7.2. Tiến trình công nghệ chế tạo Ống chứa thuốc nổ theo đề xuất của tác giả (áp dụng công nghệ chồn): NC1: Cắt đoạn NC2: Dập tóp lần 1 NC3: Dập tóp lần 2
NC7: Chồn trụ NC8: Tôi, hóa già NC9: Dập hiệu chỉnh
NC10: Tiện tinh lỗ
4.7.3. So sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật giữa các phƣơng án:
Hình vẽ 4.36: Sự phân bố lượng dư cho nguyên công tiện theo phương án công nghệ hiện hành
Hình vẽ 4.37: Sự phân bố lượng dư cho nguyên công tiện theo phương án chồn ống
Bảng so sánh giữa 2 phương án
Hiện hành Tác giả đề xuất (chồn ống)
1 Vật liệu chế tạo: hợp kim nhôm Д16 Д16 2 Kích thước sản phẩm, mm
(kích thước bao lớn nhất) Ф70,5x188 Ф70,5x188
3 Khối lượng của sản phẩm, kg 0,1860 0,1860 4 Kích thước phôi ống, mm
(đường kính ngoài x chiều dày x chiều dài) Ф76,5xδ5,1x188,7 Ф72,9xδ3,3x167,2
5 Khối lượng phôi, kg 0,5890 0,3292
6 Hiệu suất sử dụng vật liệu, % 31,58 56,51
7 Số nguyên công 13 11
TT Thông số công nghệ
4.8. Kết quả thực nghiệm:
4.8.1. Một số hình ảnh quá trình thực nghiệm
Thực nghiệm ép thử sản phẩm bạc nối được thực hiện trên máy ép thủy lực với bộ khuôn được thiết kế như hình 4..., kích thước các chi tiết khuôn, phôi được lấy ra từ kết quả mô phỏng số.
a) Máy ép thủy lực 315 T b) Máy ép thủy lực tự động 350 T
Phôi Ống chứa thuốc nổ và sản phẩm ép thử nghiệm được trình bày trên hình 4... đến hình 4... Sản phẩm được cắt nửa để đo các kích thước đường kính, chiều dày các đoạn và thấy rằng các kích thước này hoàn toàn đúng với các kích thước trên hình 4... Tại vị trí chồn, hướng thớ kim loại chạy dọc theo đường sinh, không xuất hiện khuyết tật gấp.
a) Ống chứa thuốc nổ sau khi chồn b) Ống chứa thuốc nổ được tiện hoàn chỉnh từ phôi chồn
4.8.2. Hình ảnh soi tổ chức kim tƣơng sau biến dạng Mẫu 1: áp dụng công nghệ chồn
(Theo tiến trình đề xuất của tác giả như mục 4.7.2: sử dụng công nghệ chồn)
Ảnh 1a: VT3 x 50 Ảnh 1b: VT3 x 200
Mẫu 2: không áp dụng công nghệ chồn
(Theo tiến trình đang áp dụng như mục 4.7.1: chỉ sử dụng công nghệ tóp)
VÞ trÝ 2 VÞ trÝ 3
* Nhận xét:
Các mẫu hợp kim nhôm có tổ chức nền là pha , tồn tại các pha liên kim nằm rải rác trong mẫu.
- Mẫu 1:
+ Các hạt bị biến dạng theo hướng vòng cung biên giới hạt rõ nét, tồn tại các pha liên kim nằm rải rác trong tổ chức hạt.
+ Ảnh 1a, 1b ở trên cho thấy tổ chức hạt tế vi có hướng thớ ôm lượn theo biên dạng của dụng cụ chồn, hướng thớ này giúp chi tiết chịu được lực kéo theo phương hướng kính và phương dọc trục tốt.
- Mẫu 2:
+ Các hạt bị biến dạng dọc theo trục của mẫu, biên giới hạt rõ nét, tồn tại các pha liên kim nằm rải rác trong tổ chức hạt.
+ Ảnh 2a, 2b ở trên cho thấy tổ chức hạt tế vi có hướng thớ dọc trục - là hướng
của quá trình ép chảy ống phôi khởi thủy; tại các mặt cắt có thay đổi về tiết diện ngang, hướng thớ này bị tiện đứt trong quá trình gia công dẫn đến chi tiết chịu được lực kéo theo phương hướng kính và phương dọc trục kém hơn so với chi tiết được gia công theo phương án chồn.
4.9. KẾT LUẬN
Đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm vật liệu, giảm chi phí sản xuất đòi hỏi phải tích cực nghiên cứu công nghệ dập tạo hình để chế tạo các chi tiết trong công nghiệp quốc phòng. Đối với các chi tiết rỗng như Ống chứa thuốc nổ cần phải nghiên cứu phương án công nghệ phù hợp để tránh các hỏng hóc, khuyết tật xuất hiện trên sản phẩm. Qua việc đưa ra sơ đồ công nghệ hợp lý, kết hợp ép chảy thuận và chồn phôi hợp kim nhôm Д16 ở trạng thái nguội, phân tích, tính toán công nghệ nhờ mô phỏng số quá trình biến dạng đã cho thấy, việc ép tạo hình Ống chứa thuốc nổ hoàn toàn khả thi và cho kết quả sản phẩm đạt yêu cầu.
Với các kết quả đạt được khi thực nghiệm chồn Ống chứa thuốc nổ là cơ sở cho việc thiết kế tiến trình công nghệ chế tạo hoàn chỉnh từ phôi ống khởi thủy đến
ống đã giúp đạt được mục đích vốn có của nó là chỉ cần dùng phôi ống ban đầu mỏng hơn so với công nghệ tóp để tạo ra tiết diện có chiều dày thành cục bộ lớn hơn những vị trí còn lại thông qua việc tính toán, thiết kế công nghệ hợp lý.
Qua việc so sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cho thấy, khi áp dụng công nghệ chồn vào tiến trình công nghệ chế tạo Ống chứa thuốc nổ đã đạt được những hiệu quả rất tích cực, cụ thể như sau:
- Cơ tính của sản phẩm tăng lên ở vùng chồn;
- Khối lương phôi giảm 0,26 kg/sản phẩm, hiệu suất sử dụng vật liệu tăng lên gấp 1,79 lần so với phương án chỉ sử dụng công nghệ tóp ống;
- Năng suất lao động nguyên công tiện tăng khoảng 15%; - Giá thành sản phẩm giảm 61.500 đ/sản phẩm;
Từ những hiệu quả rất to lớn đạt được ở trên cả về khía cạnh kỹ thuật, đặt biệt là khía cạnh hiệu quả kinh tế, lợi ích thu được khi áp dụng công nghệ chồn nguội ống vào sản xuất Ống chứa thuốc nổ nói riêng và sản xuất các sản phẩm quân sự nói chung đã mở đường và cổ vũ cho các nhà kỹ thuật tại cơ sở sản xuất quốc phòng có niềm tin vững chắc để quyết liệt, dám thay đổi và áp dụng mạnh mẽ hơn nữa các công nghệ gia công áp lực vào sản xuất đề ngày càng nâng cao tỷ trọng gia công áp lực trong gia công cơ khí tại nơi đây.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Mậu Đằng, Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Trung Kiên, Đinh Văn Phong, Trần Đức Cứu: Công nghệ tạo hình khối, NXB Bách khoa Hà Nội 2008.
[2] C. Yang and G. Ngaile: Preform design for forging and extrusion processes based on geometrical resemblance, Proc. IMechE Vol. 224 / 2009 Part B:
J. Engineering Manufacture
[3] Nguyễn Quang Thắng: Nghiên cứu sự hình thành khuyết tật do mất ổn định trong dập khối, LVThS trường ĐH Bách khoa Hà Nội 2011.
[4] A. B. Abdullah, S. M. Sapuan, Z. Samad, H. M. T. Khaleed and N. A. Aziz: Prediction of geometric defects in the cold embossing of AA6061 aluminum alloy by finite element analysis, Scientific Research and Essays Vol. 7(15), ISSN
1992-2248, pp. 1630-1638, 23 April, 2012.
[5] Nguyễn Tất Tiến, Lý thuyết biến dạng dẻo, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà nội 2004.
[6] Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Như Huynh, Nguyễn Trung Kiên:
Mô phỏng số quá trình biến dạng, NXB Bách khoa Hà Nội 2011.
[7] “Simulation Of Folding Defect In Forging”, M.Poursina*, J.Parvizian
[8] "Deformation behavior of Al-4Cu-2Mg alloy during cold upset forging", J.Babu Rao, Syed Kamaluddin, J. Appa Rao, M.M.M. Sarcar, N.R.M.R. Bhargava.
[9] "Analysis of tube upsetting", Aydin Tuzun.