2 .Phân loại
2.2 .2Mức độ biến dạng phôi dập
3.4. Thiết kế các bước biến dạng cơ bản
Nhận xét: Kẹp đàn hồi có kết cấu dạng 3D. Vì vậy, trong q trình thiết kế cần ít
nhất 2 hoặc nhiều hơn để đảm bảo hình dạng 3D của chi tiết.
Phương án 1: Ba bước tạo hình (Tạo hình dạng W cho chi tiết – Tạo hình dạng 2D
cho sản phẩm - Tạo độ uốn cong cho hình W (dạng 3D).
Bước 1: Tạo hình W
Hình 3. 4 Thay đổi hình dạng của phơi sau bước 1
Biến dạng tạo hình W: Thanh thép sau khi được gia nhiệt, được đặt vào vị trí dập (vị trí đã được thiết kế trước). Khn trên đi từ trên xuống, tạo hình cho phơi. Khn trên đi xuống mức tối đa sẽ trở về vị trí ban đầu, kết thúc bước 1.
Hình 3. 5 Phơi trong khn dậpBước 2: Tạo hình dạng 2D cho kẹp đàn hồi Bước 2: Tạo hình dạng 2D cho kẹp đàn hồi
Hình 3. 6 Thay đổi hình dạng phơi sau bước 2
Phôi được đặt cố định trong khn dưới nhờ 2 thiết kế như hình 3.4. Khn trên đi xuống tác dụng lực lên phôi làm biến dạng phần trên của chi tiết, đồng thời kích hoạt hệ thống địn bẩy đi lên, nhằm tạo hình phần dưới của phơi. Khn trên đi xuống hết q trình sẽ đi ngược lên về vị trí ban đầu, bước 2 kết thúc.
Hình 3. 7 Khn tạo hình bước 2
Tạo hình sản phẩm: thanh thép sau khi tạo hình W sẽ được để vào vị trí dập uốn và tạo hình thành phẩm.
Chương 3: Thiết kế cơng nghệ tạo hình w
Hình 3. 8 Thành phẩmƯu điểm: Ưu điểm:
Tiết kiệm được nhân cơng và khơng gian bố trí thiết bị. Năng suất cải thiện.
Nhược điểm:
Thiết kế khuôn và thiết kế vị trí máy ép khó khăn. Thay thế trang thiết bị khó khăn.
Khó gá phơi vào khn.
Phương án 2: 3 bước (Biến dạng tạo hình W sơ bộ- Biến dạng tạo hình 2D- Biến
dạng tạo độ uốn cho chi tiết).
Bước 1: Tạo hình móc cho chi tiết
Sau khi phơi được cố định vào khuôn dưới, khuôn trên sẽ từ từ đi xuống để tạo hình cho phơi. Ở bước này, chủ yếu tạo hình phần kẹp tiếp xúc với đường ray.
Hình 3. 9: Thay đổi hình dạng phơi sau bước 1
Hình 3. 10 Khn dập bước 1Bước 2: Tạo biên dạng 2D của chi tiết Bước 2: Tạo biên dạng 2D của chi tiết
Hình 3. 11 Thay đổi hình dạng phơi bước 2
Chương 3: Thiết kế cơng nghệ tạo hình w
Biến dạng tạo hình W: Hệ thống ép sẽ từ từ đi xuống kết hợp với khn 2 tạo hình dạng 2D cho kẹp đàn hồi W.
Hình 3. 12 Ý tưởng thiết kế khuôn bước 2
1. Bộ phận dập khuôn trên; 2. Bộ phận cố định vị trí của chi tiết; 3. Bộ phận định hình và cố định vị trí khn dưới
Bước 3 : Tạo hình dạng 3D tương tự như phương án 1 (Hình 3.8) Ưu điểm:
Thiết kế khn đơn giản.
Thiết kế chọn thiết bị dễ dàng. Thay thế đơn giản.
Như hình miêu tả các bước trên thì cần tính tốn tốc độ phù hợp để có kích thước 2D chính xác.
Sử dụng nhiều nhân cơng (tốn kém chi phí vận hành). Năng xuất thấp hơn.
Nhận xét: Phương án 1 và 2 đều có ưu và nhược điểm riêng
Tuy nhiên xét về tổng thể thì phương án 2 có khả năng lắp và cố định phôi đơn giản hơn sơ với phương án 1.
3.5. Tính tốn kích thước phơi
3.5.1 Điều kiện thiết kế
Bỏ qua sự đàn hồi trở lại của phôi sau mỗi bước dập do nhiệt độ dập cao kết hợp với dập ép.
Trong quá trình dập xảy ra quá trình nén hoặc chảy ra của vật liệu nên cần phải tính tốn đến q trình này để được chi tiết mong muốn.
Tính tốn đến chuyện giãn nở nhiệt của phơi trong q trình rèn.
3.5.2 Tính tốn kích thước phơi
Tính tốn chiều dài của chi tiết qua từng cơng đoạn:
Chiều dài của chi tiết bước 3
Dựa trên chi tiết dựng 3D trên phần mềm Solidwork ta xác định được: Thể tích của phơi cần dập là: V=56381.64 (mm3).
Bán kính của chi tiết là: 6.5mm.
Chiều dài của chi tiết tính gần đúng là: L=V/S=55347/(6.5×6.5×ᴨ) ≈ 424.7 (mm).
Vậy: Chọn chiều dài sơ bộ của chi tiết sau khi dập sẽ là: 425mm.
Chiều dài của phôi ở bước dập 2:
Xét thay đổi chiều dài trên hình chiếu cạnh 1 phần đối xứng của chi tiết: (Công thức trang 79, 80 tài liệu [11])
Chương 3: Thiết kế cơng nghệ tạo hình w
Hình 3. 13 Kích thước của phơi bước 3
Quá trình rèn bước thứ 3 tạo hình 3D cho chi tiết chỉ thay đổi kích thước theo một phương uốn nên xét theo phương này để tính tốn chiều dài của chi tiết thay đổi:
Hình 3. 14 Ký hiệu các cung uốn trên kẹpTính tốn sự thay đổi phơi theo cung uốn thứ nhất Tính tốn sự thay đổi phơi theo cung uốn thứ nhất
Cung uốn thứ nhất của chi tiết được tạo bởi 3 cung uốn lần lượt là: r=40 mm, chắn cung có góc φ1=37°
r=120mm, chắn cung có góc φ3=16° - Với góc β1=133°, r= 40 mm, s=13mm (Trong đó: β=180° -φ) K=0.65+12×log =0.65+12×log4013=0.894 υ1= ᴨ×(180180−β)×(r+2.K)-2(r+s)×tan(180 2− β)=-5.88mm - Với góc β2 =149°, r=15mm, s=13mm K =0.65+12×log =0.65+12×log1513=0.681 υ2= ᴨ×(180180−β) ×(r+2.K)-2(r+s)×tan(1802− β)=-5.02mm - Với góc β3 =164°, r =120mm, s =13mm K=1 ( = 120 13 =9 .23>5) υ3= ᴨ×(180180−β) ×(R+2.K)-2(R+s)×tan(180 2− β)=-2.06mm
Vậy: Chiều dài phơi theo cung thứ nhất chưa biến dạng là:
L= a1+a2+a3+a4+υ1+ υ2+v4=19.00+26.47+24.38+17.04-5.88-5.02- 2.06=73.95mm Tính tốn sự thay đổi phôi theo cung uốn thứ 2
Cung uốn thứ hai của chi tiết được tạo bởi 3 cung uốn và 1 đường thẳng lần lượt là: r=40mm, chắn cung có góc φ1=37°
r=15mm, chắn cung có góc φ2=26°
- Với góc β4=154°, R=15mm, s=13
K=0.65+12×log =0.65+12×log1513 = 0.681
υ4= ᴨ×(
Vậy: Chiều dài phôi theo cung thứ 2 chưa biến dạng:
L= a4+a5+a6+ υ1+ υ4=17.04+39.33+23.23-5.88-4.11=69.60mm 37
Chương 3: Thiết kế cơng nghệ tạo hình w
Các kích thước của phôi trước khi dập bước 3 thể hiện như hình 3.15.
Hình 3. 15 Kích thước của phơi bước 2
Tính tốn thay đổi kích thước phơi dập bước 2:
Bước dập thứ 2 chủ thay đổi kích thước trên 1 cung cong bán kính r=12mm và 2 cung cong bán kính r=16mm.
- Với góc β =0°, R=16mm, s=13mm (Chiều dày/đường kính của phơi) K=0.65+12×log =0.65+12×log1613= 0.679
υ5=ᴨ×(
- Với góc β =0°, R=12mm, s=13mm (Chiều dày của phơi) K=0.65+12×log =0.65+12×log1213= 0.616
υ6=ᴨ×(180180−β) ×(R+2.K)-2(R+s)= 0.62mm.
Vậy:
Chiều dài đoạn x của phôi trước khi dập bước 2 là:
X=86.65+v5=86.65+6.45=93.10mm
Chiều dài đoạn y của phôi trước khi dập bước 2 là:
Y=82.61+v6=82.6+0.62=83.10mm
Các kích thước của phơi trước khi dập bước 2 thể hiện như hình vẽ 3.16:
Hình 3. 16 Kích thước của phơi bước sau bước 1
Sự thay đổi chiều dài của chi tiết sau bước dập 1
Hình 3. 17 Kích thước tính tốn phơi ban đầu
- Với góc β =101°, r =6.5mm, s =13 (Chiều dày của phơi) K=0.65+12×log =0.65+12×log813.5= 0.558
υ1=ᴨ×(
- Với góc β =165°, R =23.5mm, s=13 (Chiều dày của phơi) K=0.65+12×log =0.65+12×log3013= 0.778
Chương 3: Thiết kế cơng nghệ tạo hình w
υ2=ᴨ×(
Vậy: Chiều dài phơi ban đầu là
L=2a +2b +2c+2v=(40.46+130.95+44.76)×2+(-23.57-2.1)×2=381.00mm
Kết luận: Vậy theo tính tốn như trên thì chiều dài phơi ban đầu là 381.00mm
3.5.3 Sự thay đổi kích thước của phơi do oxi hóa
Nhiệt độ rèn
Bảng 3. 3 Nhiệt độ cho phép của rèn nóng [14]
Theo bảng 3.3 thì nhiệt độ rèn cho phép với thép cacbon và hợp kim thấp thì nhiệt độ rèn nằm trong khoảng nhiệt độ là 850-1150°C. Chi tiết dập phải trải qua khá nhiều bước nên nhiệt độ giảm khá nhanh. Vậy nên chọn nhiệt độ ban đầu 1150°C để tối đa được nhiều bước dập mà không phải nung quá nhiều lần.
Kết luận: Vậy nhiệt độ bắt đầu rèn của chi tiết sẽ là 1150°C Thay đổi kích thước của phơi do oxi hóa
Do các q trình dập khơng có bavia nên thể tích của vật dập khơng thay đổi do gia công mà chủ yếu thay đổi do cháy hao của quá trình oxi hóa kim loại.
Số bước dập của q trình là 3 như đã giải thích ở trên. Giả sử mỗi bước dập tốn thời gian là 5 giây; thời gian nâng và giữ nhiệt đến nhiệt độ rèn là 1 phút (nhiệt độ rèn là 1000 °C). Vậy thời gian mẫu nóng là: 1020 (s)
Kích thước cháy hao bề mặt của phơi là
−23092
= √6. . (cm) [12]
Trong đó:
t là thời gian giữ nhiệt (s) T là nhiệt độ (K).
Giả sử nhiệt độ trung bình của cả quá trình là hằng số: T = 1000°C = 1137 K
- Thay vào công thức ta tính được chiều dày lớp cháy hao là: Dox = 0.02 (mm) Kích thước của phơi là: D =Dct +2×D = 13+2×0.02 = 13.04 (mm)
Kết luận: Do kích thước của phơi thay đổi khơng đáng kể nên chọn phơi có
D=13mm; chiều dài L là 384mm.