Các công nghệ chế tạo trong gia công áp lực

4.1.2.1. Chế tạo các chi tiết dạng tấm vỏ.

Trong ô tô có rất nhiều chi tiết dạng tấm mỏng như n p capô, cánh cửa xe, n p cốp sau v.v. (H nh 4-2a). Các chi tiết này chủ yếu là sản phẩm dập vuốt (deep drawing), với chiều sâu dập vuốt thấp.

Công nghệ dập vuốt cho các chi tiết này cũng đạt được những thành tựu nhất định như ứng dụng hệ thống chặn đàn hồi và chặn cục bộ với lực chặn thay đổi trên vành phôi, công nghệ này được ứng dụng rất nhiều ở Đức trong sản xuất ô tô và máy bay.

Trong khi dập vuốt các chi tiết lớn và mức độ dập vuốt thấp, các chi tiết này khó đạt độ s c nét ở góc cạnh và hiện tượng đàn hồi lại xảy ra. Để kh c phục hiện tượng này, phương pháp dập vuốt có kéo và gân vuốt thường được ưu tiên. Kết cấu của bộ phận khuôn dập vuốt chi tiết được thể hiện ở (hình 4-2b) và nguyên lý dập vuốt được minh họa ở (hình 4-2c).

62

Hình 4-2. Chi tiết dạng tấm và công nghệ dập vuốt.

Theo sơ đồ nguyên lý h nh trên, th chày được g n với đế khuôn (bàn máy), cối g n với đầu trượt. Ở vị tri ban đầu, chặn sẽ nâng lên cùng chiều cao với chày (đôi khi cao hơn chày để tạo lực nâng ban đầu), phôi tấm được đặt lên bề mặt phẳng của chặn. Ở hành trình dập, cối đi xuống cùng với chuyển động của đầu trượt, ép vào phôi và tạo lực kẹp ban đầu.

Khi cối tiếp tục đi xuống, phôi sẽ được chày vuốt vào trong cối để tạo chi tiết. Quá trình dập vuốt trên được thực hiện trên máy ép thủy lực có xilanh đẩy dưới. Với công nghệ dập vuốt truyền thống hay chày cối cứng thì việc chế tạo chày cối có kích thước tương quan chính xác gây khó khăn.

Việc ứng dụng chất lỏng, cao su, polyurethane đóng vai trò của chày hoặc cối đã mở ra trang mới cho công nghệ dập vuốt. Tiết kiệm thời gian gia công khuôn, tiết kiệm kim loại, mức độ dập vuốt tăng lên, tạo hình chi tiết phức tạp.

Nguyên lý và dạng sản phẩm dập thủy cơ được minh họa ở (hình 4-3). Qua sơ đồ nguyên lý này, điểm khác biệt so với dập vuốt truyền thống là chất lỏng đóng vai trò cối, tạo ra áp lực cần thiết và ép phôi vào biên dạng chày.

63

Hình 4-3. Dập vuốt thủy cơ ứng dụng chất lỏng.

Cùng với các công nghệ dập bằng chất lỏng thì công nghệ dập bằng xung điện từ, dập bằng chất nổi cũng đã được ứng dụng và tiếp tục nghiên cứu. Các công nghệ này góp phần tạo hình các chi tiết phức tạp và kích thước ngoại cỡ.

4.1.2.2. Chế tạo chi tiết dạng khối.

Các chi tiết dạng khối như tay biên, trục khuỷu, khớp nối trong ô tô là những chi tiết điển hình sản xuất bằng công nghệ dập khối, vì những yêu cầu cao về cơ tính hay chịu tải trọng động khi làm việc. Các công nghệ dập khối đến nay cũng đã có nhiều cải tiến để sản phẩm có độ chính xác cao hơn, đặc biệt là ứng dụng các bộ khuôn kín và công nghệ gia công ảo. Quá trình dập có thể tiến hành ở trạng thái nguội, trạng thái nửa nóng (nhiệt độ kết tinh lại), trạng thái bán lỏng và nhiệt độ cao 1200oC (khoảng 70% Tchảy).

Hình 4-4. Chi tiết dạng khối và công nghệ.

Trên (Hình 4-4a) là các chi tiết dạng khối thường gặp trong công nghiệp ô tô. Hai đại diện công nghệ điển h nh để sản xuất các chi tiết này là dập khối khuôn

64

hở/kín và ép chảy, (Hình 4-4b,c). Dập khối thường được được thực hiện trên các máy như dập búa, máy ép thủy lực dập nóng, máy ép ma sát trục vít.

Hình 4-5. Quy trình công nghệ và khuôn dập khối.

Trong khí đó ép chảy thường được thực hiện trên máy ép thủy lực nằm ngang. Hiện tại ở Việt Nam việc ứng dụng các công nghệ dập khối trong các nhà máy vẫn ở mức độ thấp và chủ yếu là chuẩn bị phôi. Công nghệ này phát triển còn hạn chế là do thiếu thiết bị tạo lực lớn, thiếu thiết bị nung công suất lớn và thiếu cả thị trường tiêu thụ. Ép chảy Profile định h nh cho kim loại màu đang là hướng đi của các nước công nghiệp phát triển. Không thuần túy chỉ dừng lại tạo các phôi có đường sinh thẳng, ép chảy ngày nay thường g n với các thiết bị uốn liên tục có điều khiển linh hoạt ngay khi phôi c n nóng để tạo ra các khung dàn có độ chống uốn tốt và nhẹ.

(Hình 4-5) là ví dụ về thiết kế công nghệ dập và kết cấu nửa khuôn dập cho chi tiết tay biên. Theo quy trình trên thì phôi dập tay biên phải được thực hiện qua ba bước tạo hình chính (ép trụ, dập thô, dập tinh) và hai bước phụ (tạo chuôi kẹp kìm, c t biên). Các quá trình biến dạng khối diễn ra phức tạp, do đó trước khi sản xuất hàng loạt cần phải có các nghiên cứu cụ thể và thử nghiệm. Ở các nước công nghiệp phát triển các quá trình dập khối thường được tính toán mô phỏng trên máy tính sau đó đưa ra chế tạo thử nghiệm và sản xuất hàng loạt.

65

4.1.2.3. Chế tạo chi tiết dạng ống.

Phương pháp dập tạo hình vật liệu kim loại bằng chất lỏng đã được nghiên cứu và thủ nghiệm từ những năm 50 của thế kỷ 20. Công nghệ này chỉ được áp dụng cho hai dạng phôi chủ yếu là phôi tấm và phôi ống, tương ứng với các dạng phôi sẽ có các thuật ngữ tương ứng như dập tĩnh thủy cơ phôi tấm (HBU), dập áp lực cao bên ngoài (AHU) và bên trong ống (IHU). Dập thủy tĩnh chi tiết tấm đ i hỏi áp lực chất lỏng từ 500at đến 2000at. Áp lực này thường thấp hơn khi dập bằng chất

lỏng cho phôi ống, thường từ 10004000at, do đó c n gọi công nghệ này là áp lực

cao bên trong. Sơ đồ nguyên lý phương pháp IHU được thể hiện qua (Hình 4.6).

Hình 4-6. Nguyên lí dập chi tiết ống chữ T.

Theo nguyên lý (Hình 4-6), đầu tiên ống được đưa vào l ng khuôn, khuôn trên đi xuống và ép khuôn dưới với lực đóng khuôn Fs. Tiếp theo các chày dọc trục đi vào đóng kín hai đầu ống. Chất lỏng được bơm vào đầy ống. Ở công đoạn tạo hình (c), chất lỏng với áp lực thích hợp và các chuyển động có điều khiển của chày

66

dọc trục và chày đối áp sẽ làm phôi ống biến dạng và phình ra theo biên dạng khuôn. Dầu sau khi tạo hình sẽ được h t ra trước khi tháo khuôn và gỡ sản phẩm.

Hình 4-7. Các dạng sản phẩm ứng dụng IHU.

Dập chi tiết dạng ống chữ T là một nguyên lý cơ bản ban đầu cho phương pháp IHU và đến nay được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là các đường ông xả và ống dẫn liệu có hình dáng phức tạp trên ô tô, (H nh 4.7) thể hiện các chi tiết dạng ống tạo hình bằng chất lỏng áp lực cao bên trong.

4.1.2.4. Chế tạo chi tiết dạng khung.

Các chi tiết dạng khung thân trong ô tô rất đa dạng và có yêu cầu về độ cứng vững cao, an toàn khi va đập (Hình 4-8). Các cụm chi tiết này thường được chế tạo bằng việc l p ghép các chi tiết dập vuốt, uốn bằng công nghệ hàn, bu lông, đinh tán v.v. Trong hai chục năm trở lại đây với sự phát triển của công nghệ ép chảy profile tạo h nh đã tạo ra các khung xe vừa nhẹ lại đảm bảo độ chống uốn cao.

67

Công nghệ ép chảy profile kết hợp với công nghệ uốn bằng máy CNC đã tạo ra các sản phẩm uốn phục vụ công nghiệp dân dụng đến các chi tiết chịu lực trong ô tô (Hình 4-9). So với các chi tiết đặc biệt, các sản phẩm rỗng này làm cho các phương tiện vận chuyển nhẹ hơn, do đó tiết kiệm được năng lượng, một trong những động lực để thay đổi công nghệ hiện nay. Công nghệ đ c vẫn không thể thay thế khi chế tạo chi tiết có hình dạng phức tạp và tiết kiệm kim loại.

Hình 4-9. Ép chảy kết hợp uốn nóng linh hoạt.

ng dụng công nghệ tạo hình ông áp lực cao bên trong (IHU) đã đề cập phần 2.2.3, người ta đã chế tạo các khung xương liền không cần hàn làm tăng khả năng chịu tải động.

4.1.2.5. Công nghệ ghép nối tấm mỏng.

Công nghệ l p ráp và ghép nối trong công nghiệp ô tô phát triển mạnh ở Nhật Bản, Mỹ, đặc biệt là ở Đức. Các dây chuyền l p ráp hiện nay không chỉ đơn thuần được điều khiển bằng cơ khí hay khí nén mà đã được thay thế bởi các hệ thống tay máy rô bốt điều khiển linh hoạt, kết hợp với hệ thống định vị vị trí điều khiển PLC. Ở tại các vị trí này các mối ghép có thể được thực hiện bằng hàn, dán, ghép nối đinh tán v.v. (Hình 4-10a) minh họa mối ghép bằng biến dạng dẻo trong đầu xe ô tô BMW5 và ứng dụng rô bốt để ghép nối (Hình 4-10b).

68

Hình 4-10. Ghép nối chi tiết tâm trong khung xe ô tô.

Hiện có rất nhiều phương pháp ghép nối cơ khí nhưng trong lĩnh vực biến dạng dẻo, tác giả xin giới thiệu các phương pháp ghép nối tiên tiến bằng biến dạng dẻo đang được nghiên cứu và ứng dụng tại Đức.

Hình 4-11. Ghép nối chi tiết tấm trong khung xe ô tô.

Phương pháp ghép nối bằng đinh tán tỏ ra chiếm ưu thế so với các phương pháp ghép nối khác như hàn, dán v khả năng chịu tải động và mối ghép kín. Hai phương pháp đinh tán r t (a) và đinh tán đặc (b) đã rất phổ thông trong lĩnh vực kết cấu. Những năm gần đây, các phương pháp ghép nối clinching (c) và đinh tán rỗng (d) đã được phát minh và ứng dụng mạnh trong ngành công nghiệp khung vỏ ô tô. Hai phương pháp này không cần đột lỗ trước. Ở phương pháp ghép nối clinching, không cần đinh tán mà mối ghép hình thành dựa vào biến dạng dẻo trong lòng cối. Trong khi mối ghép đinh tán rỗng có độ bền cao hơn mối ghép clinching, đinh tán rỗng c t phôi tấm trên và biến dạng phôi tấm dưới để tạo mối ghép. Các mối ghép này yêu cầu các vật liệu có độ biến dạng dẻo cao đặc biệt thích hợp cho các mối ghép hỗn hợp vật liệu nhiều tấm thép.

69

4.1.2.6. Công nghệ uốn tấm.

Trong ô tô có rất nhiều chi tiết được tạo từ công nghệ uốn, như thành thùng

xe tải, các xương trần, các bệ đỡ v.v. Các chi tiết này phải đảm bảo độ bền nhẹ, độ chống uốn cao, khả năng l p ráp và l p ghép dễ dàng. Các công nghệ uốn thường b t gặp như uốn bằng khuôn (máy dập vạn năng hoặc máy sấn thủy lực), uốn bằng trục quay và uốn liên tục trên các trục con lăn (H nh 4-12).

Hình 4-12.Công nghệ uốn tấm điển hình.

Trong đó công nghệ uốn bằng khuôn thường áp dụng cho các chi tiết nhỏ và có góc uốn phức tạp (Hình 4-13a), uốn bằng trục lăn thường chế tạo các cung hoặc ống tròn cho phôi tấm phẳng, phôi ống tròn, phôi profile (Hình 4-13a), và đối với các chi tiết uốn dài vô hạn thì uốn lốc vẫn là giải pháp chưa thể thay thế. Với sự phát triển của thiết bị có điều khiển chính xác, các góc uốn được kiểm soát trong quá trình và bù trừ lượng biến dạng đàn hồi.

70

4.2. Đề xuất giải pháp nâng cao dể chế tạo hạ giá thành sản xuất.

Nhằm để phát triển ngành công nghiệp chế tạo ô tô phục vụ cho tiến trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, đẩy mạnh quá trình hội nhập của Việt Nam với khu vực và thế giới. Đồng thời đặt ra được phương hướng phát triển của ngành trong thời gian tới tương xứng với tầm vóc của ngành công nghiệp chủ đạo của đất nước trong thế kỷ 21. Ngành công nghiệp chế tạo ô tô là ngành công nghiệp chủ yếu của hầu hết các quốc gia. Sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo ô tô sẽ tạo điều kiện th c đẩy sự phát triển của nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Việt Nam với dân số hơn 86 triệu người và là một trong những quốc gia có mức tăng trưởng kinh tế ổn định, được đánh giá là thị trường tiêu thụ ô tô đầy tiềm năng trong khu vực Đông Nam Á. Đây chính là tiền đề vững ch c cho sự phát triển của ngành công nghiệp này trong tương lai. Tác giả xin đề xuất một số giải pháp sau đây:

4.2.1. Giải pháp chọn vật liệu chế tạo và gia công. 4.2.1.1.Chọn vật liệu và các yêu cầu khi gia công. 4.2.1.1.Chọn vật liệu và các yêu cầu khi gia công.

Trong quá trình làm việc của hệ thống lái thì thanh răng và bánh răng chịu áp suất cao và mài mòn lớn, lực tác dụng lên chúng lớn chủ yếu là lực tác dụng của người lái và phản lực từ mặt đường tác dụng lên. Vậy tác giả chọn vật liệu chế tạo bánh răng và thanh răng là thép CT45 cán tròn, độ cứng HB = 170 ÷ 220, ứng suất

bề chảy của vật liệu là σch= 270N/mm2, ứng suất bền kéo nhỏ nhất σbk= 540N/mm2

để chế tạo thanh răng và bánh răng mới đáp ứng được các yêu cầu trên. Trong quá trình chế tạo tác giả chọn phôi đ c để giảm vật liệu và giảm các nguyên công trong quá trình sản xuất ra chi tiết. Khi gia công bánh răng và thanh răng cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Răng có độ bền mỏi tốt.

- Răng có độ cứng cao.

- Tính truyền động ổn định, không gây ồn.

- Hiệu suất truyền động lớn, năng suất cao (hiệu suất 0,96 ÷ 0,99)

- Độ nhám đạt cấp 8 đến cấp 11, tức là Ra = 0.63 ÷ 0.08 μm

71

4.2.1.2. Qui trình gia công bánh răng và thanh răng.

Ngày nay công nghệ cơ khí ở nước ta đang phát triển. Trên cơ sở đó ch ng ta lựa chọn vật liệu để tiến hành gia công trên các máy tiện hiện đại sẵn có thì việc giúp cho giá thành sản phẩm sẽ giảm đi rất nhiều cụ thể như sau:

+ Gia công bánh răng: Trong quá tr nh gia công bánh răng của hệ thống lái chúng ta có các nguyên công cơ bản sau đây:

 Nguyên công 1: Tiện

Bƣớc 1: Tiện vạt mặt đầu, hai mặt

Bƣớc 2: Khoan lỗ Ф28.

Bƣớc 3: Tiện rộng lỗ Ф30+0.1

 Nguyên công 2: Xọc rãnh then 6mm

 Nguyên công 3: Gá trên trục Ф30 tiện trụ Ф58.7 = đường kính đỉnh răng.  Nguyên công 4: Phay răng xo n.

Bƣớc 1: L p trục gá phôi trên ụ phân độ và tâm tĩnh

Bƣớc 2: Chọn dao đ ng mô đun, l p dao đ ng.

Bƣớc 3: Chọn chế độ c t.

Bƣớc 4: Tính toán và l p bộ bánh răng thay thế.

Bƣớc 5: Xoay nghiêng đầu dao phay theo góc xo n β.

Bƣớc 6: Tiến hành phay từng răng theo chiều cao răng đã tính toán.

Bƣớc 7: Kiểm tra răng.  Nguyên công 5: Nhiệt luyện.

+ Gia công thanh răng: Trong quá tr nh gia công thanh răng ch ng ta thực hiện các nguyên công như sau:

 Nguyên công 1: Tiện

Bƣớc 1: Vặt mặt, khoan tâm đầu thứ I

Bƣớc 2: Vặt mặt, khoan tâm đầu thứ II

Bƣớc 3: Tiện trụ Ф20-0.1

 Nguyên công 2: Phay thanh răng nghiêng theo β của bánh răng xo n các bước phay giống như bánh răng xo n.

72  Nguyên công 3: Nhiệt luyện.

4.2.2. Giải pháp kỹ thuật gia tăng độ bền cho bánh răng và thanh răng.

Sau khi đã gia công xong bánh răng và thanh răng th tiến hành chọn các kỹ thuật gia tăng độ bền của thanh răng và bánh răng. Có rất nhiều kỹ thuật nhưng ở Việt Nam để đơn giản tác giả chọn các kỹ thuật sau đây để làm gia tăng độ cứng cũng như độ bền cho bánh răng và thanh răng như sau:

+ Chọn phương pháp tôi bề mặt của thanh răng và bánh răng, đây là phương pháp nhiệt luyện nhưng tiến hành làm nguội với tốc độ lớn, môi trường làm nguội thường là nước, dầu, nước muối…Kết quả là nhận được một bánh răng và thanh răng có độ cứng cao. Mục đích là tăng độ cứng, độ bền cho thanh răng và bánh răng. Ở bánh răng và thanh răng chỉ tôi bề mặt ngoài cho có độ cứng mà thôi còn bên trong của