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
46
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 hình cho kim loại mầu đang là hướng đi của các nước công nghiệp phát triển. Không thuần túy chỉ dừng lại tạo các phơi có đường sinh thẳng, ép chảy ngày nay thường gắn với các thiết bị uốn liên tục có điều khiển linh hoạt ngay khi phơi cịn nóng để tạo ra các khung dàn có độ chống uốn tốt và nhẹ.
Hinh 2.5 là ví dụ về thiết kế công nghệ dập và kết cấu nửa khn dập cho chi tiết
tay biên. Theo quy trình trên thì phơi dập tay biên phải được thực hiện qua ba bước
tạo hình chính (ép trụ, dập thơ, dập tinh) và hai bước phụ (tạo chi kẹp kìm, cắt 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 q trình dập khối thường được tính tốn mơ phỏng trên máy tính sau đó đưa ra chế tạo thử nghiệm và sản xuất hàng loạt.
2.1.1.3. 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 phơi 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 đòi 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 cịn gọi cơng nghệ này là áp lực cao bên trong. Sơ đồ ngun lí phương pháp IHU được thể hiện qua hình 2.6.
47
Theo ngun lí hình 2.6, đầu tiên ống được đưa vào lịng khuôn, khuôn trên đi xuống và ép khn dưới với lực đóng khn Fs. Tiếp theo các chày dọc trục đi vào đóng kín hai đầu ống. Chất lỏng được bơm vào đầy ống. Ở cơng đoạn tạo hình (c), chất lỏng với áp lực thích hợp và các chuyển động có điều khiển của chày dọc trục và chày đối áp sẽ làm phôi ống biến dạng và phình ra theo biên dạng khn. Sau khi tạo hình là q trình tháo khn và gỡ sản phẩm.
Hình 2.7. Các dạng sản phẩm ứng dụng IHU
Dập chi tiết dạng ống chữ T là một nguyên lí 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 ơ tơ, hình 2.7 trên thể
hiện các chi tiết dạng ống tạo hình bằng chất lỏng áp lực cao bên trong.
2.1.1.4. 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 tồn khi va đập (hình 2.8). Các cụm chi tiết này thường được chế tạo bằng việc lắp 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 hình đã tạo ra các khung xe vừa nhẹ lại đảm bảo độ chống uốn cao.
48
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 ơ tơ (hình 2.9). 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 đúc vẫn không thể thay thế khi chế tạo chi tiết có hình dạng phức tạp và tiết kiệm kim loại.
Hình 2.9. Ép chảy kết hợp uốn nóng linh hoạt
Ứng dụng cơng nghệ tạo hình ơng áp lực cao bên trong (IHU) đã đề cập phần
2.9, người ta đã chế tạo các khung xương liền không cần hàn làm tăng khả năng
chịu tải động.
2.1.1.5. Công nghệ ghép nối tấm mỏng
Công nghệ lắp ráp và ghép nối trong công nghiệp ô tô phát triển mạnh ở Nhật Bản, Mỹ, đặc biệt là ở Đức. Các dây chuyền lắp 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 khiể 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 2.10a minh họa mối ghép bằng biến dạng dẻo trong đầu xe ô tô
49
Hình 2.10. 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 2.11. 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 vì khả năng chịu tải động và mối ghép kín. Hai phương pháp đinh tán rút (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 cắt
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.
50
2.1.1.6. Cơng nghệ uốn tấm
Trong ơ tơ có rất nhiều chi tiết được tạo từ cơng 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 lắp ráp và lắp ghép dễ dàng. Các công nghệ uốn thường bắt 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 (hình 2.12)
Hình 2.12. Cơng nghệ uốn tấm điển hình
Trong đó cơng nghệ uốn bằng khn thường áp dụng cho các chi tiết nhỏ và có góc uốn phức tạp (Hình 2.13a), uốn bằng trục lăn thường chế tạo các cung hoặc ống trịn cho phơi tấm phẳng, phơi ống trịn, phơi profile (Hình 2.13a), và đối với các chi tiết uốn dài vơ 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 sốt trong q trình và bù trừ lượng biến dạng đàn hồi.
51
2.1.1.7. Ứng dụng công nghệ thiết kế và mô phỏng tối ưu quá trình cơng nghệ
Một cơng đoạn khơng thể thiếu trong q trình sản xuất cơng nghiệp hiện nay là ứng dụng cơng nghệ tin học để tính tốn và tối ưu q trình tạo hình. Ở các nước có nền cơng nghiệp phát triển thì bước này khơng thể thiếu trong tồn bộ q trình sản xuất và phát triển sản phẩm. Sơ đồ các cơng đoạn chính của quá trình sản xuất sản phẩm dập thực tế được minh họa theo hình 2.14 dưới đây
Hình 2.14. Các bước của q trình sản xuất
Sau khi có ý tưởng hay sản phẩm mẫu của sản phẩm chế tạo, người ta tiến hành
xây dựng lại bản vẽ sản phẩm và mơ hình sản phẩm trên máy tính. Tiếp theo sẽ thiết kế cơng nghệ và khn dập sơ bộ. Ở các bước này có rất nhiều công cụ phần mềm hỗ trợ thiết kế như Catia, Inventer, AutoCAD. Để kiểm tra bộ khn có làm việc đúng như thiết kế không, ta sẽ tiến hành mơ phỏng q trình dập trên máy tính. Các phần mềm mơ tả q trình biến dạng dẻo nổi tiếng như Abaqus, Ansys được ứng dụng cả trong nghiên cứu và cơng nghiệp.
2.1.2. Thiết bị dập tạo hình
Để thực hiện một q trình cơng nghệ của một phương pháp cơng nghệ ta cần có các thiết bị thích hợp và cụ thể ở đây là thiết bị tạo lực. Các thiết bị dập tạo hình có thể phân loại theo nhiều khía cạnh khác nhau, như theo dạng cơng nghệ (tấm, khối, ống), theo truyền động (cơ khí, thủy lực, khí nén), theo đặc điểm hành trình (cứng,
mềm) v.v... Trong đề tài này tác giả xin giới thiệu các tính năng thiết bị điển hình
52
2.1.2.1. Máy ép thủy lực
Các thiết bị máy ép thủy lực có đặc điểm là bàn máy lớn, lực là hằng số trong q trình, có bộ phận đẩy dưới. Do đó, máy thủy lực được thiết kế ra phục vụ chủ yếu trong q trình dập vuốt nơng, sâu và cắt hình. Các biến hình khác của máy ép thủy lực là máy ép thủy lực cho nguyên công uốn tấm hay máy sấn thủy lực, máy ép thủy lực nằm ngang và máy búa thủy lực dùng trong rèn phôi (Hình 2.15)
Hình 2.15. Các dạng máy ép thủy lực
Các thơng số chính của máy ép thủy lực gồm có các thơng số kích thước bàn máy, thơng số lực danh nghĩa, lực đẩy dưới, hành trình, cơng suất của động cơ. Các
dòng máy thủy lực mới đã tích hợp bộ điều khiển PC để kiểm sốt hành trình. Bàn máy có thể cố định hoặc di động để thuận tiện lắp khn. Để tự động hóa cấp phơi phải tích hợp rơ bốt (tay máy) hoặc cơ cấu kẹp chân không. Xu hướng chung hiện
nay là dùng máy ép thủy lực thay thế cho các dạng máy khác, vì các ưu điểm của nó
như lực lớn, làm việc êm, dễ điều khiển, các phần tử thủy lực ngày càng có hiệu suất cao và tính năng mạnh.
2.1.2.2. Máy ép trục khuỷu
Máy ép thủy lực thường được sử dụng trong các phân xưởng cắt đột - công nghệ gia công tấm mỏng. Đây là thiết bị có hành trình cứng, đặc trưng bằng các thơng số như lực dập danh nghĩa, số lần dập trên phút, hành trình đầu trượt. Với các hành trình và tốc độ thay đổi chu kì nên phù hợp với hệ thống cấp phơi cứng cơ khí hoặc khí nén, để đảm bảo năng suất cao nhất, các chi tiết thực hiện trên máy này thường nhỏ, yêu cầu độ chính xác kích thước cao, hình 2.16 là máy ép trục khuỷu phổ biến.
53
Hình 2.16. Các dạng máy ép trục khuỷu
Các dạng máy ép này chuyên dùng trong dập tấm (cắt đột và dập vuốt). Máy ép trục khuỷu dập nóng có kết cấu cứng vững, đầu trượt được dẫn hướng, trục khuỷu dạng cam hoặc biên lệch tâm, bàn máy có kết cấu nâng hạ để tháo khn khi q tải và căn chỉnh màn hình.
2.1.2.3. Máy búa và máy ép vít - ma sát
Để thực hiện quá trình dập khối, cần thiết phải có thiết bị tạo lực lớn và đặc điểm thiết bị phải phù hợp với các ngun cơng dập nóng. Trong cơng nghệ dập khối như dập tay biên, trục khuỷu, bu lơng, khớp nối v.v... cần thiết phải có các bộ khn dập, quy trình cơng nghệ, chế độ nhiệt phù hợp. Các bộ khuôn này cần lắp trên các thiết bị phù hợp. Hình 2.17 là các dạng máy để dập nóng. Ở máy búa khí nén, đầu búa và bệ đe là dụng cụ tạo hình, thiết bị này chuyên để rèn chuẩn bị phôi. Máy búa hơi nước dùng để rèn (hình 2.17b) và để dập khối (hình 2.17c). Máy ép vít - ma sát dùng cho cả rèn và dập. Các máy để dập thường có kết cấu cứng vững và khơng gian làm việc hẹp, chỉ phù hợp với chi tiết nhỏ do yêu cầu lực biến dạng lớn.
54
2.1.2.4. Các loại thiết bị chuyên dùng
Trong thực tế ngồi các máy phổ thơng kể trên, cịn có nhiều loại máy chuyên dùng khác phù hợp cho từng công việc cụ thể. Trên hình 2.18 là các dạng máy chuyên dùng: Máy cắt đột CNC, máy uốn đa năng điều khiển PLC và máy ép thủy lực đùn ép thanh nhơm định hình.
Hình 2.18. Các dạng thết bị chuyên dùng
Ngồi các thiết bị cán định hình, cán chu kỳ (cán dọc) chuẩn bị phôi cho các nguyên công dập khối, hiện nay công nghệ cán ngang được Belarus đang nghiên cứu và chuyển giao trên diện rộng. Ưu điểm của công nghệ này là tiết kiệm cơng nghệ tối đa, cơ tính của sản phẩm tăng, năng suất cao, phù hợp với chi tiết trụ trịn. Hình dưới là 2.19 thiết bị cán ngang và các dạng sản phẩm của cán ngang.
Hình 2.19. Thiết bị cán ngang
Tại Việt nam, các loại thiết bị siêu trường và siêu trọng vẫn rất ít, do đó khi cần chế tạo các chi tiết như siêu trường và siêu trọng như trục tầu thủy, tua bin và trục
55
cán lớn gặp khơng ít khó khăn, hầu hết phải nhập ngoại. Hình 2.20 giới thiệu các thiết bị của nước ngồi sản xuất các sản phẩm có trọng lượng và kích thước rất lớn, máy cán vành cỡ lớn để cán vành công nghiệp và thiết bị rèn trục gồm một máy búa thủy lực và một cơ cấu vận chuyển - xoay phơi.
Hình 2.20. Các thiết bị siêu lớn
Các thiết bị siêu lớn này thường gắn với ngành nhiệt luyện và cán thép. Do đó cần được đầu tư đồng bộ và có chiến lược.
2.1.3. Công nghệ đúc
Ngày nay, sản phẩm khuôn đúc áp lực xuất hiện trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống hàng ngày. Trong các ngành công nghiệp nhẹ, từ trước đến nay đã sử dụng rất nhiều các chi tiết, thiết bị chế tạo từ vật liệu đúc. Trong các ngành công nghiệp nặng xưa kia hầu hết các chi tiết máy, các thiết bị đều được chế tạo từ thép. vật liệu dùng trong khuôn đúc áp lực thường là các hợp kim của nhôm, sản phẩm chế tạo từ hợp kim nhôm rất đa dạng và phong phú. Dễ nhận ra nhất, trong đời sống hàng ngày cũng như trong các ngành cơng nghiệp có rất nhiều các sản phẩm sử dụng phương pháp đúc áp lực.
56
Hình 2.21. Chi tiết đúc
Đúc là phương pháp chế tạo các vật phâm, bằng kim loại( hoặc hợp kim ) bằng cách rót kim loại hoặc hợp kim lỏng vào khn có hình dạng nhất định, sau khi kim loại lỏng đông đặc ta nhận được vật phẩm, có hình dạng và kích thước phù hợp với yêu cầu. Hình 2.21.
Nếu vật phẩm đạt được độ bóng, độ chính xác dùng được ngay gọi là chi tiết đúc.
Nếu vật phẩm phải gia cơng cơ khí, gia cơng áp lực để nâng cao độ chính xác
về hình dạng kích thước gọi là phơi đúc.
Các phương pháp: đúc chia làm 2 phương pháp + Đúc trong khuôn cát
+ Đúc đặc biệt : bao gồm đúc trong khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc li tâm, đúc trong khn mẫu cháy.
Với khả năng cơng nghệ đúc có thể chế tạo các chi tiết như hình 2. Cơng nghệ
đúc áp dụng trên cụm van đơn giản, kích thước nhỏ… do đó cơng nghệ đúc tại Việt
Nam hồn tồn có khả năng đúc áp lực thân và nắp van.
2.1.4. Cơng nghệgia cơng cơ khí
2.14.1. Gia cơng trên máy tiện vạn năng
Máy tiện là loại máy cắt kim loại, được dùng rộng rãi nhất để gia cơng các mặt
trịn xoay như: mặt trụ, mặt định hình, mặt nón, mặt ren vít, gia công lỗ ren, mặt đầu cắt đứt. Người ta có thể khoan, kht, doa, cắt ren bằng tarơ bàn ren trên máy tiện. Nếu có gá đỡ chuyên dụng có thể gia cơng các mặt khơng trịn xoay, hình nhiều