Các tín hiệu bàn đạp phanh (ST), cơng tắc phanh tay, đều là dạng tín hiệu số gián đoạn với mức cao là 24V, mức thấp là 0V do cơng tắc hành trình tạo ra. Do đó, để
41
xử lý các tín hiệu này phù hợp với mức làm việc của vi điều khiển, dùng điện trở phân áp sao cho phù hợp với mức logic của vi điều khiển (mức cao ≥2,5V, mức thấp < 1V).
b) Khối cấp nguồn cho bộ điều khiển: linh kiện điện tử trong mạch ECU đều làm
việc ở mức điện áp là 5V, trong khi điện áp cung cấp trên xe là 24V. Do đó để mạch điều khiển làm việc được thì phải có nguồn ni ổn định ở mức điện áp 5V.
c) Khối điều khiển van điện từ: bộ chấp hành ABS trên xe là loại van điện từ 8
van 2 vị trí (4 van giữ áp và 4 van giảm áp); tín hiệu điều khiển các van điện từ là dạng
tín hiệu điện áp (24V), làm việc theo nguyên tắc ON –OFF; tần số điều khiển dao động
42
Chương 2 : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ĐIỂN HÌNH VÀ KHẢNĂNG CƠNG NGHỆ
GIA CƠNG TẠI VIỆT NAM 2.1. Các cơng nghệ chế tạo điển hình
Nền công nghiệp ô tô đánh giá khả năng phát triển khoa học kỹ thuật của một
quốc gia bởi một quốc gia có nền cơng nghiệp ơ tô phát triển sẽ kéo theo một nên công nghiệp phụ trợ phát triển. Tại Việt Nam, một đất nước đang phát triển cũng đã và đang có những bước tiến mới trong nghành công nghiệp phụ trợ ô tô.
Trong mười năm gần đây, công nghiệp ôtô đang được chú trọng đầu tư và phát triển tại Việt nam. Trong đó chủ yếu là cơng nghiệp sản xuất các chi tiết phụ trợ trong ôtô cho xe con và xe tải nhẹ. Các cụm chi tiết khác phức tạp như động cơ, hệ thống điều khiển điện tử chủ yếu vẫn là nhập khẩu. Các doanh nghiệp tiêu biểu sản xuất và lắp ráp ô tô như Trường Hải, Xuân Kiên, VEAM… đã cho xuất xưởng khá nhiều các chủng loại và dần đáp ứng được nhu cầu xe tải nhẹ và một phần xe con tại Việt nam.
Công nghệ gia công áp lực, thuật ngữ quốc tế là Metal forming technology đã ra đời rất sớm và phát triển rất mạnh ở các nước có nền cơng nghiệp phát triển như Đức, Mỹ, Nga, Nhật, v.v. Bản chất của công nghệ gia công này là ứng dụng khả năng biến dạng dẻo của kim loại để tạo hình trong lịng khn bằng tác dụng ngoại lực thích hợp. Do đó các yếu tố chính của cơng nghệ gồm có vật liệu và khả năng biến dạng dẻo, kết cấu các bộ phận khn và thiết bị dập, cũng như quy trình cơng nghệ hợp lí.
Theo cơng nghệ chế tạo này thì các sản phẩm dạng tấm như vỏ, nắp (hình 2.1), có thể chế tạo bằng các phương pháp dập tấm, dạng khung bệ thì ứng dụng cơng nghệ dập khối, ghép nối, các chi tiết dạng ống dẫn chế tạo bằng dập vuốt thủy cơ ứng dụng chất lỏng và các chi tiết truyền động trong động cơ như bánh răng, khớp nối, tay biên thì được sản xuất bằng cơng nghệ dập khối.
43
Hình 2.1. Các cụm chi tiết chính trong ơ tơ con
2.1.1. Các công nghệ chế tạo trong gia công áp lực 2.1.1.1. Chế tạo các chi tiết dạng tấm vỏ 2.1.1.1. Chế tạo các chi tiết dạng tấm vỏ
Trong ơ tơ có rất nhiều chi tiết dạng tấm mỏng như nắp capô, cánh cửa xe, nắp cốp sau v.v (hình 2.2a). 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 sắc nét ở góc cạnh và hiện tượng đàn hồi lại xảy ra. Để khắc 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 2.2 b và ngun lí dập vuốt được minh họa ở hình 2.2 c.
Theo sơ đồ ngun lí hình 2.2, thì chày được gắn với đế khuôn (bàn máy), cối gắn với đầu trượt. Ở vị trí ban đầu, chặn sẽ nâng lên cùng chiều cao với chày (đôi
44
khi cao hơn chày để tạo lực nâng ban đầu), phôi tấm được đặt lên bề mặt phẳng của chặn.
Hình 2.2. Chi tiết dạng tấm và cơng nghệ dập vuốt
Ở hành trình dập, cối đi xuống cùng với chuyển động của đầu trượt, ép váo 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 cơng nghệ dập vuốt truyền thống hay chày cối cứng thì việc chế tạo chày cối có kích thước tương quan chính xác sẽ khó khăn. Việc ứng dụng chất lỏng, cao su, polyurethane đóng vai trị 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 lí và dạng sản phẩm dập thủy cơ được minh họa ở hình 2.3. Qua sơ đồ nguyên lí này, điểm khác biệt so với dập vuốt truyền thống là chất lỏng đóng vai trị cối, tạo ra áp lực cần thiết và ép phôi vào biên dạng chày.
Hình 2.3. Dập vuốt thủy cơ ứng dụng chất lỏng
Cùng với các công nghệ dập bằng chất lỏng thì cơng nghệ dập bằng xung điện từ cũng đã được ứng dụng và tiếp tục nghiên cứu. Các cơng nghệ này góp phần tạo hình các chi tiết phức tạp và kích thước ngoại cỡ.
45
2.1.1.2. 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 cơng nghệ dập khối, vì những u 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 khn kín và cơng nghệ gia cơng ảo. Q 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 2.4. Chi tiết dạng khối và cơng nghệ
Trên hình 2.4a là các chi tiết dạng khối thường gặp trong công nghiệp ô tô. Hai đại diện công nghệ điển hình để sản xuất các chi tiết này là dập khối khn hở/kín và ép chảy, hình 2.4b,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 2.5. Quy trình cơng nghệ và khn 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
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 cơng nghệ dập và kết cấu nửa khuôn 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 tơ
49
Hình 2.10. Ghép nối chi tiết tâm trong khung xe ơ tơ
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. Công nghệ uốn tấm
Trong ô 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 quá 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 công 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