Mác C45: Chữ “C” là kí hiệu của thép Cacbon, trong đó “45” có nghĩa là mác thép chưa hàm lượng C là 0,45%.
2.2.3.2. Tính chất cơ học của thép C45
Ở điều kiện bình thường thép C45 có độ cứng HRC là 23, trong trường hợp yêu cầu cần thép có độ cứng cao hơn người ta sử dụng phương pháp tôi, ram để tăng độ cứng của thép C45.
Hình 2.22. Thành phần hóa học của thép C45
Hình 2.23. Đặc tính cơ học của thép C45
Hình 2.24. Chỉ số cấp bền của thép C45
Tùy theo độ cứng cần sử dụng, người ta có thể sử dụng phương pháp tơi dầu, tơi nước hoặc tôi cao tần trong các điều kiện thích hợp để có độ cứng mong muốn.
2.2.3.3. Ứng dụng của thép C45
Thép mác C45 được ứng dụng và sử dụng phổ biến trong các cơng trình xây dựng và cơng nghiệp hiện nay bởi cơ tính (độ bền, độ cứng, dộ dẻo,…) rất phù hợp cho gia cơng cơ khí, chế tạo chi tiết máy, xây dựng cầu đường, khung thép,… dễ dàng tôi, ram để đạt được độ cứng mong muốn.
Ngồi ra thép trịn C45 thường được dụng chế tạo, cán ren, bulong, làm chi tiết máy, chế tạo các loại trục, bánh răng, chế tạo bản mã, mặt bích thép, trục, liềm, rùi, khoan gỗ làm việc, dao,…
Kết luận : Qua q trình nghiên cứu và tìm hiểu, nhóm đã quyết định lựa chọn thép
cacbon kết cấu, có khả năng chịu va đập và tải trọng tĩnh tốt độ dẻo cao. Hơn nữa còn được sử dụng rộng rãi, có thể dễ dàng tìm kiểm ở nhiều nơi. Quan trọng nhất là giá thành tương đối mềm khi so với một số loại thép phổ biến khác.
2.2.4. Đồng thau2.2.4.1. Khái niệm 2.2.4.1. Khái niệm
Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm. Tỷ lệ pha chế giữa đồng và kẽm cho ta một loạt các đồng thau đa dạng khác nhau có tính chất cơ học và điện khác nhau.
Hình 2.25. Ống đồng thau2.2.4.2. Tính chất cơ học của đồng thau 2.2.4.2. Tính chất cơ học của đồng thau
Đồng thau có độ dẻo cao hơn đồng hoặc kẽm. Điểm nóng chảy tương đối thấp của đồng thau (900 đến 940 °C, 1.650 đến 1.720 °F, tùy thuộc vào thành phần) và đặc tính dịng chảy của nó làm cho nó trở thành một vật liệu tương đối dễ đúc. Bằng cách thay đổi tỷ lệ của đồng và kẽm, các tính chất của đồng thau có thể được thay đổi, cho phép đồng thau cứng hơặc mềm. Mật độ của đồng thau là 8,4-8,73 gram trên một centimet khối
Ngày nay, gần 90% tất cả các hợp kim đồng thau được tái chế.Vì đồng thau khơng có từ, nó có thể được tách ra khỏi phế liệu kim loại bằng cách chuyển phế liệu gần một nam châm cực mạnh. Phế liệu đồng thau được thu thập và vận chuyển đến xưởng đúc nơi nó được nấu chảy và đúc lại thành phơi. Phơi được nung nóng và đùn thành hình
dạng và kích thước mong muốn. Độ mềm chung của đồng thau có nghĩa là nó thường có thể được gia cơng mà khơng cần sử dụng chất lỏng cắt, mặc dù có những trường hợp ngoại lệ.
Nhơm làm cho đồng thau cứng hơn và chống ăn mịn hơn. Nhơm cũng làm cho một lớp nhơm oxit cứng (Al2O3) có lợi rất cao được hình thành trên bề mặt mỏng, trong suốt và tự phục hồi. Tin có tác dụng tương tự và tìm thấy cơng dụng của nó đặc biệt là trong các ứng dụng nước biển (đồng thau hải quân). Sự kết hợp của sắt, nhôm, silicon và mangan làm cho đồng thau chống mòn và rách.
2.2.4.3. Ứng dụng của đồng thau
Đồng thau là một hợp kim thay thế, được ứng dụng nhiều vào các lĩnh vực như đồ trang trí, vật liệu hàn, thiết bị điện, các loại đầu đạn súng cá nhân, và rất nhiều các nhạc cụ hơi...
Hình 2.26. Ống chữ T chế tạo từ đồng thau
Kết luận : Đồng thau là kim loại có tính dẻo tương đối cao, có thể biến dạng dễ dàng,
hạn chế việc rách trong quá trình tạo hình. Đồng thau cũng tương đối dễ tìm kiếm ở những chợ cơ khí, doanh nghiệp kinh doanh nhỏ lẻ hay những doanh nghiệp chuyên cung cấp sỉ. Tuy giá thành không hề rẻ (khoảng 180.000 đồng/kg) nhưng vẫn trong khoảng chấp nhận được. Với những lý do đó, nhóm quyết định chọn đồng thau làm phơi ép để có thể thu được những kết quả tốt nhất.
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHN TẠO HÌNH KIM LOẠI ỐNG THƠNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI.
3.1. Phương án thiết kế
Chính vì sự đa dạng của cơng nghệ dập tấm nên chúng em đã lên ý tưởng và được sự hướng dẫn của các thầy cơ thì chúng em đã “Thiết kế và chế tạo khn tạo hình kim
loại ống thơng qua vật liệu đàn hồi” mà vật liệu chúng em sử dụng để tạo hình sản
phẩm ở đây là cao su.
Để thiết kế và chế tạo thành cơng khn ép tạo hình kìm loại tấm thơng qua vật liệu đàn hồi thì nhóm chúng em cũng nghiên cứu, tìm hiểu và sử dụng các thiết bị gồm: Loadcell (cảm biến tải), đầu cân (bộ hiển thị), con đội thủy lực và máy dập con đội thủy lực để phục vụ cho việc ép tạo hình sản phẩm.
Đến cuối cùng chúng em đã lên những phương án thiết kế chế tạo và cũng chọn ra một phương án tốt nhất.
3.1.1. Lựa chọn phương án cấu tạo khuônPhương án 1 Phương án 1
Khuôn được thiết kế theo dạng hình hộp, gồm 6 tấm bao bọc ở mặt ngoài, bên trong là những tấm cố định bằng bu lơng hoặc có thể trượt bằng cách sử dụng ti trượt.
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý phương án 1
Ưu điểm:
- Khuôn cứng cáp liền lạc
- Khả năng tự động hóa cao
- Cao su khơng bị vung vãi
- Có thể kiểm sốt lượng cao su trong khoang chứa Nhược điểm:
- Khuôn không linh hoạt nếu xảy ra hiện tượng kẹt chày ép hoặc bạc tạo hình do cao su len lỏi vào những khoảng hở của khuôn. Phải tháo khuôn ra hồn tồn mới có thể giải quyết.
- Trong lượng của khuôn khá lớn, chắc chắn không thể di chuyển dễ dàng bằng sức người.
- Lực sinh ra khi ép cao su chủ yếu là lực dọc trục, nên dù khoang chứa có chứa nhiều cao su thì lượng cao su đó cũng khơng thể được di chuyển vào lịng khn ép, từ
đó áp suất tác dụng lên bề mặt phôi cũng không lớn, nên khơng thể làm biến dạng phơi.
- Chi phí gia cơng và mua vật liệu tốn kém.
Kết luận: sau khi xem xét những ưu điểm, nhược điểm của phương án 1, nhóm quyết định loại trừ phương án này. Ưu điểm của thiết kế này chủ yếu chỉ là hình dáng bên ngồi của khuôn, không mang lại nhiều hiệu quả phục vụ cho quá trình ép tạo sản phẩm. Trong khi đó những nhược điểm của phương án này mang tính chí mạng, làm cản trở nghiêm trọng đến quy trình nếu có bất kỳ vấn đề khơng mong muốn xảy ra trong quá trình ép, làm tiêu hao thời gian, giảm năng suất, hiệu quả của khn. Do đó những ưu điểm phương án này mang lại không thực sự đáng để ta đánh đổi, chấp nhận những nhược điểm nghiêm trọng này.
Phương án 2:
Sau khi tìm ra được những nhược điểm của phương án 1, nhóm tiến hành cải tiến khn để khắc phục những nhược điểm đó bằng cách kết hợp một số bộ phận của khuôn trực tiếp lên máy ép để tăng tính linh hoạt cho khn. Lúc này khn có thể tháo lắp rời các bộ phận một cách dễ dàng, phòng trong những trường hợp ngoài ý muốn xảy ra trong q trình ép. Ngồi ra để bù đắp cho việc khoang chứa cao su khơng cịn, dẫn đến lượng cao su có thể bị hao hụt, nhóm đã sử dụng thêm viên chêm nhằm tăng thêm áp suất tác dụng lên phôi cho những mẫu ép vùng biến dạng nằm ở giữa, yêu cầu khả năng tích áp trong lịng phơi nhanh. Tuy nhiên cũng giống như phương án 1, khuôn cũng tồn tại một số nhược điểm.
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý phương án 2
Ưu điểm:
- Khn mang tính linh hoạt cao, có thể dễ dàng tháo lắp, đề phịng những vấn đề có thể phát sinh, đặc biệt là giai đoạn lấy phôi ra khỏi sản phẩm
- Việc dùng 2 chày (chày ép ống và chày ép cao su) làm tăng hiệu quả khi ép lên đáng kể.
- Chi phí chế tạo khn rẻ.
- Trọng lượng nhẹ, có thể dễ dàng di chuyển. Nhược điểm:
- Việc loại bỏ cao su khi lấy phôi ra khỏi lịng khn là bắt buộc, dẫn tới vung vãi cao su.
- Khả năng tự động hóa kém.
- Việc tháo lắp khuôn liên tục sẽ khiến bạc trượt của tấm chặn trên và tấm chặn dưới hoạt động thường xuyên, sau một thời gian nhất định phải thay thế.
Sau khi so sánh những ưu và nhược điểm của phương án 2, đồng thời đắn đo với phương án 1, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án 2. Những nhược điểm của loại khuôn này chủ yếu chỉ ảnh hưởng tới những giai đoạn tiền hoặc hậu quá trình ép, ngồi ra khơng ảnh hưởng gì đến sản phẩm. Thêm vào đó phương pháp ép của phương án này mang tính tối ưu cao hơn, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm. Do đó việc lựa chọn phương án 2 là hoàn toàn hợp lý.
3.1.2. Thiết kế bạc định hình
Hình dạng của bạc định hình được thiết kế dựa theo phần cơ sở lý thuyết gồm 3 mẫu. Bạc định hình khơng phải là 1 chi tiết dài nguyên khối mà được chia thành 3 bạc nhỏ hơn. Điều này giúp cho việc gia công trở nên dễ dàng hơi, đồng thời đảm bảo tính lắp lẫn cho những chi tiết có phần đầu hoặc giữa có thể hốn chuyển cho nhau được. Phần góc nhọn tạo bởi vùng biến dạng và vùng không biến dạng đều được thiết kế và gia cơng vát cạnh, đảm bảo cho phơi có thể biến dạng dễ dàng hơn, hạn chế hiện tượng rách.
Đối với những chi tiết đặc biệt có undercut (mẫu 3) . Việc lấy chi tiết ra khỏi bạc tạo hình sau khi biến dạng là điều khơng thể. Do đó việc cắt đơi bạc tạo hình của những mẫu này là điều cần thiết.
Hình 3.7. Bạc định mẫu 2
3.2. Qui trình thiết kế, gia cơng và lắp ráp khuôn
3.2.1. Thiết kế khuôn bằng phần mềm Autodesk Inventor 2019
Để đảm bảo cho việc thiết kế ra được bộ khuôn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, nhóm đã sử dụng phần mềm Inventor 2019 để hỗ trợ trong việc mơ hình hóa và xuất bản vẽ Autodesk Inventor là phần mềm xây dựng mơ hình 3D, thiết kế, hình mẫu và kiểm tra
ý tưởng các sản phầm. Inventor tạo ra các nguyên mẫu mô phỏng chuẩn xác khối lượng, áp lực, độ ma sát, tải trọng,… của các đối tượng sản phẩm trong môi trường 3D. Các công cụ mơ phỏng, phân tích được tích hợp trong Inventor cho phép người dùng thiết kế từ khuôn đúc cơ bản đến nâng cao như thiết kế chi tiết máy, trực quan hóa sản phẩm. Inventor cịn được tích hợp CAD và các cơng cụ giao tiếp thiết kế nhằm nâng cao năng suất làm việc của CAD và giảm thiếu phát sinh lỗi, tiết kiệm thời gian.
Hình 3.9. Phần mềm Inventor Professional 2019
Những người đang hoặc sẽ sử dụng AutoCAD sẽ thừa hưởng được nhiều lợi ích của Inventor. Inventor cũng cấp một mơi trường thiết kế và phím tắt tương tự với
AutoCAD, hỗ trợ tập tin DWG, cho phép người dùng chuyển từ vẽ 2D hiện hành sang xây dựng mơ hình 3D. Inventor được sử dụng phổ biến trong tạo nguyên mẫu kỹ thuật số, các mẫu được tạo ra từ bản vẽ 2D AutoCAD được tích hợp và các dữ liệu 3D, hình thành nên sản phẩm ảo. Bằng cách này, các kỹ sư có thể thiết kế, mơ phỏng sản phẩm mà không phải tạo ra các mẫu vật lý. Người dùng có thể sử dụng các cơng cụ thiết kế 3D cơ khí trong Inventor để nghiên cứu và đánh giá mơ hình thuận tiện và hiệu quả hơn. AutoDesk Inventor cịn đưa ra các cơng cụ và tính năng khác nhằm nâng cao năng suất làm việc như: Integrated Data Management, Design Automation, Automatic Drawing Updates and Views, Automatic Bill of Materials,…
Chính vì những lợi ích đó, nhóm đã sử dụng phần mềm Autodesk Inventor làm công cụ hỗ trợ. 3.2.1.1. Tấm chặn dưới Hình 3.10. Tấm chặn dưới dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45 - Kích thước: 500x500x22mm - Số lượng: 1
Bảng 3.1 Phiếu công nghệ tấm chặn dướiTT Bước TT Bước công nghệ 1 Phay cạnh bên 1 2 Phay cạnh bên 2 3 Phay cạnh bên 3 4 Phay cạnh bên 4 5 Phay 4 hốc ∅20 6 Phay lỗ
∅87×5 7 Phay lỗ ∅47.8 8 Khoan 4 lỗ ∅32 9 Khoan và ta-rơ 16 lỗ M4 3.2.1.2. Tấm chặn trên Hình 3.11. Tấm chặn trên dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45 - Kích thước: 370x370x22 mm
- Số lượng: 1
Bảng 3.2. Phiếu công nghệ tấm chặn trên
TT Bước công nghệ 1 Phay cạnh bên 1 2 Phay cạnh bên 2 3 Phay cạnh bên 3 4 Phay cạnh bên 4 5 Phay lỗ bậc ∅87
6 Phay lỗ ∅47.5 7 Khoan 4 lỗ ∅32 8 Khoan và ta-rơ 16 lỗ M4 3.2.1.3. Bạc lót ngồi Hình 3.12. Bạc lót ngồi dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngồi 89 mm, đường kính trong 68 mm, dài 252 mm.
- Số lượng: 1
Bảng 3.3. Phiếu công nghệ bạc lót ngồi
TT Bước cơng nghệ 1 Vạt mặt đầu 2 Tiện trụ ngồi 3 Tiện trụ trong
3.2.1.4. Bạc tạo hình
Hình 3.13. Bạc tạo hình trơn Ø50 dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngồi 72 mm, đường kính trong 49 mm, dài 71 mm.
- Số lượng: 2
Bảng 3.4. Phiếu cơng nghệ bạc lót ngồi
TT Bước
cơng nghệ
1 Vạt mặt
2 Tiện trụ ngồi 3 Tiện trụ trong Hình 3.14. Bạc tạo hình Ø50 có góc vát dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngồi: 71 mm, đường kính trong: 49 mm, dài 77 mm.
- Số lượng: 2
Bảng 3.5. Phiếu cơng nghệ bạc tạo hình Ø50 có góc vát
TT Bước
cơng nghệ
1 Vạt mặt đầu 2 Tiện trụ ngồi 4 Tiện trụ trong 3 Tiện góc vát 22°
Hình 3.15. Bạc tạo hình trơn Ø58 dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngồi: 71 mm, đường kính trong: 49 mm, dài 77 mm.
Bảng 3.6. Phiếu cơng nghệ bạc tạo hình trơn Ø58TT Bước TT Bước cơng nghệ 1 Vạt mặt đầu 2 Tiện trụ ngồi 3 Tiện trụ trong
Hình 3.16. Bạc tạo hình cắt đơi dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: đường kính ngồi 71 mm, đường kính trong 49 mm, dài 71 mm.
Bảng 3.7. Phiếu cơng nghệ bạc tạo hình cắt đơi TT Bước cơng nghệ 1 Vạt mặt đầu 2 Tiện trụ ngồi 3 Tiện trụ trong 4 Cắt đơi chi tiết 3.2.1.5. Chày ép ∅ . Hình 3.17. Chày ép Ø47.8 dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45 - Kích thước: ∅50.5 mm, dài 502 mm. - Số lượng: 1 TT Bước cơng nghệ
đầu và khoan tâm 2 Tiện trụ ngồi 3 Cắt khúc
Bảng 3.8. Phiếu công nghệ chày ép Ø47.8
3.2.1.6. . Chày ép ∅
Hình 3.18. Chày ép Ø50 dạng Wireframe
- Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: ∅50.5 mm, dài 250 mm.
- Số lượng: 1
Bảng 3.9. Phiếu công nghệ chày ép Ø50
TT Bước công nghệ Loại dao Chế độ cắt f (mm/v) Ghi chú 65 1
2 3.2.1.7. Cây chống Hình 3.19. Cây chống dạng Wireframe - Vật liệu: Thép C45 - Kích thước: ∅20 mm, dài 501 mm. - Số lượng: 4
Bảng 3.10. Phiếu công nghệ cây chống
TT Bước công nghệ 1 Vạt mặt đầu 66
3.2.1.8. Viên chêm
Hình 3.20. Viên chêm dạng Wireframe
-Vật liệu: Thép C45
- Kích thước: ∅47.8mm, dài 200mm
- Số lượng: 1
Bảng 3.11. Phiếu công nghệ viên chêm
TT Bước