CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO
3.4 Tính toán thông số thiết khế và gia công khuôn
3.4.1 Tính toán các lực tác động lên khuôn
-Lực dập cắt:
Lực dập cắt được xác định theo công thức [30] trang 30:
𝐹1 = 𝐶1× 𝑠 × 𝜏𝑐 (𝑁)(1) Trong đó:
F: Lực cắt (N)
C1: Chu vđường bao cắt (mm) → C1= 63.7945 (mm), A1= 281.7156 (mm2) s: Chiều dày của vật liệu → s = 0.6 (mm)
τc: ứng lực cắt của vật liệu (N/mm2)
40
Hình 3.6: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm diện tích và chu vi phần dập cắt Vật liệu phôi là C36500 (đồng thau) [20]: τc= 292 N/ mm2
Thay các hệ số vào công thức (1) ta có lực cắt:
F1= 63.7945x0.6.292 =11176.7964 N -Lực dập nổi:
Lực dập nổi được tính theo công thức [30] trang 119:
PDV = π × (d1+ s) × s × σ𝑏 × 1.2 × β − 1
βmax− 1 (N) (2) Trong đó:
PDV: Lực dập vuốt (N) d1: đường kính chày (mm) S: chiều dày vật liệu (mm)
σb: ứng suất bền của vật liệu (N/ mm2) β: mức độ dập vuốt thực tế
βmax: mức độ dập vuốt lớn nhất
Trong trường hợp tính toán lực cho các chi tiết có hình dạng như: vuông, elip, hình chữ nhật, v.v. với đường kính góc lượn chi tiết không quá nhỏ, các thông số d, D được tính toán tương đương như sau:
d = 1.13√Ach và D = 1.13√Aph theo [30] trang 120 với: Ach- diện tích tiết diện ngang của chày
Aph- diện tích phôi
41 d- đường kính tương đương chày
D- đường kính tương đương phôi ban dầu
Hình 3.7: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm diện tích và chu vi phần dập vuốt Theo như tính toán trên phần mềm CAD ta được diện tích tiết diện ngang của chày:
Ach= 228.0403 mm2
→d = 1.13√Ach = 1.13 × √228.0403 =17.06 mm Do chi tiết chỉ dập 1 lần nên β = βmax
σb = 365 (N/ mm2)
Thay vào công thức (2) ta được lực dập vuốt:
𝑃𝐷𝑉 = 𝜋 × (17.06 + 0.6) × 0.6 × 365 × 1.2 = 14580.2823 𝑁 -Lực cắt chữ FME và đột lỗ ỉ1,5:
Theo như tớnh toỏn trờn phần mềm CAD ta được chu vi của chữ FME và chu vi ỉ1,5 Lực dập cắt được xác định theo công thức [30] trang 30: s
F2 = C2× s × τc (N) (2) Trong đó:
F: Lực cắt (N)
C2: Chu vi đường bao cắt (mm) → C2= 62.5780 (mm), A2= 25.8570 (mm2) s: Chiều dày của vật liệu → s = 0.6 (mm)
τc: ứng lực cắt của vật liệu (N/mm2)
42
Hình 3.8: Sử dụng lệnh trên Autocad để tìm diện tích và chu vi phần dập cắt chữ và đột lỗ Vật liệu phôi là C36500 (đồng thau) [20]: τc= 292 N/ mm2
Thay các hệ số vào công thức (2) ta có lực cắt:
𝐹2 = 62.5780 × 0.6 × 292 = 10963.6656 𝑁
Tổng lực dập cần thiết: F1 + P +F2 = 11176.7964 + 14580.2823 + 10963.6656
= 36720.7443 N
-Tính toán lực cho các vật liệu khác:
Bảng 3.8: Tính toán lực cho các vật liệu Vật liệu
τ𝑐
Lực dập cắt
hình Lực dập nổi Lực cắt chữ và
đột lỗ Tổng lực dập A1050
88 3368.3496 N 4394.0576 N 3304.1184 N 12250.4072 N Sus 304
404 15463.7868 N 20172.7193 N 15168.9072 N 50805.4133 N Sus 430
400 15310.68 N 19972.9894 N 15018.72 N 50302.3894 N CT38
292 11176.7964 N 14580.2823 N 10963.6656 N 36720.7443 N
-Khe hở chày cối:
Khe hở giữa chày và cối là hiệu số giữa kích thước làm việc của cối và chày. Trị số khe hở khi cắt đột có ảnh hưởng đến chất lượng mặt cắt, độ chính xác vật cắt, lực cắt và độ bền của chày, cối.
Khe hở hợp lý (chọn đúng trị số) thì các vết nứt xuất hiện từ mép chày và cối sẽ gặp nhau theo đường thẳng
43
- Nếu khe hở quá nhỏ sẽ làm cho các vết nứt không trùng nhau
- Nếu khe hở quá lớn cũng làm cho các vết nứt từ mép chày và cối không trùng nhau. Một phần vật liệu bị vuốt dài lên phía trên tạo thành bavia.
+ Khe hở chày và cối cắt hình và đột lỗ:
Trị số khe hở phụ thuộc chủ yếu vào tính chất và bề dày vật liệu, được xác định theo công thức [1] trang 382 với t ≤ 3mm :
𝐶 = 0.005 × 𝑡 × √𝜏𝑐 τc: Ứng suất cắt của vật liệu
t: Chiều dày vật liệu
𝐶 = 0.005 × 0.6 × √365 × 0.8 = 0.05 mm C% = C
t × 100% = 0.05
0.6 × 100% = 8.33 %
- Khi đột lỗ, kích thước chày lấy theo kích thước danh nghĩa của phôi, đường kính chày d = 1.5 mm. Kích thước cối được mở rộng được lấy theo chày với trị số khe hở 8.33%:
D = d + 2u = 1.5 + 2x0.05 = 1.6 mm
- Khi dập cắt chữ, kích thước chày lấy theo kích thước danh nghĩa của phôi. Kích thước cối được mở rộng được lấy theo chày với trị số khe hở 8.33%:
- Tương tự, khi cắt hình kích thước cối được lấy theo kích thước của chi tiết. Kích thước chày được thu hẹp lấy theo kích thước cối với trị số khe hở 8.33% Thu hẹp 1 bên chày 0,05 mm.
+ Khe hở chày và cối dập vuốt:
Trị số khe hở phụ thuộc chủ yếu vào tính chất và bề dày vật liệu, được xác định theo công thức [1] trang 515 với điều kiện dập vuốt có Blank Holder:
Khe hở mặt bên C = 1.05 ~ 1.15t
= 1.05x0.6 ~ 1.15x0.6 = 0.63 ~ 0.69 mm Suy ra chọn khe hở dập vuốt u = 0.65 mm -Bán kính góc lượn chày cối:
- Bán kính góc lượn của chày dập vuốt (Punch Radius):
+ Bán kính góc lượn của chày nhỏ Rách (Fracture) + Bán kính góc lượn của chày lớn Nhăn (Wrinkle) + Bán kính góc lượn của chày theo [2] trang 514:
(3~5)t ≤ Rp ≤ (8~12t) Suy ra ta chọn Rp= 4xt = 4x0.6 = 2.4 mm
Trong đó: t là chiều dày vật liệu
44 - Bán kính góc lượn của cối dập vuốt (Die Radius):
+ Bán kính cong của cối nhỏ Rách (Fracture), lực dập nổi lớn + Bán kính lượn của cối lớn Nếp nhăn (Wrinkle)
+ Bán kính góc lượn của cối theo [1] trang 229: 0.2t ≤ RD ≤ 2.5t Do biên dạng dập vuốt có kích thước nhỏ nên ta chọn:
RD = 0.35 × 𝑡 = 0.35 × 0.6 = 0.2 𝑚𝑚 - Tính toán trọng tâm áp lực khuôn:
- Là vị trí để bắt chéo hai trụ dẫn hướng khuôn Tăng độ chính xác dẫn hướng cho khuôn - Là vị trí thường đặt cuống khuôn vào (trục của cuống khuôn trùng với trung tâm áp lực khuôn) Lực được phân bố đều giúp tăng tuổi thọ khuôn
- Sử dụng phương pháp giải tích để xác định tọa độ tâm tải trọng theo [30] trang 33:
(x0 =x1C1+ x2C2+ x3C3+ x4C4
C1+ C2+ C3+ C4 ; y0 =y1C1+ y2C2+ y3C3+ y4C4 C1+ C2+ C3+ C4 ) Trong đó:
x: tọa độ trọng tâm Ox của hình y: tọa độ trọng tâm Oy của hình C: Chu vi hình (mm)
Hình 3.9: Tọa độ trọng tâm áp lực khuôn
x0 =−22 × 58.5902 − 4.21 × 18.92 + 0 × 23.4 + 0 × 4.71 + 4.68 × 15.54 + 22 × 63.7945 58.5902 + 18.92 + 23.4 + 4.71 + 15.54 + 63.7945
= 0.581
y0 =1.27 × 58.59 + 1.37 × 18.92 + 1.46 × 23.4 + 8.4 × 4.71 + 1.72 × 15.54 + 1.4 × 63.79 58.5902 + 18.92 + 23.4 + 4.71 + 15.54 + 63.7945
= 1.173
45
Vậy tọa độ trọng tâm áp lực của khuôn là (0.581;1.173) - Công cắt
- Để lựa chọn máy dập phù hợp với yêu cầu gia công Công cắt theo [1] trang 397:
E = k × P × t Trong đó:
E: công (J)
k: hệ số điều chỉnh Theo bảng 2 [1] trang 397, vật liệu Brass k = 0,45 P: tải trọng cắt (N)
t: chiều dày vật liệu (mm), 𝑡 = 0.6 𝑚𝑚 = 0.6 1000 𝑚
𝐸 = 0.45 × 36720.7443 × 0.6
1000 = 9.914 J - Tính toán hệ số sử dụng vật liệu
Theo công thức [1] trang 403, ta có hệ số sử dụng vật liệu:
η = A
B. P × 100%
Trong đó:
A: Diện tích sản phẩm (mm2) = 281.7156 mm2 B: Khổ rộng vật liệu (mm) 29 mm
P: Bước dập (Pitch) = 25 mm η = A
B. P × 100% = 281.7156
29 × 25 100% = 38.85 %
Hình 3.10: Strip layout sản phẩm dập - Tính độ bền chày:
+Ứng suất tỏc dụng lờn chày đột hỡnh trũn cú đường kớnh ỉ1,5 theo [1] trang 416 σp = P
A (3) Trong đó:
46 P: tải trọng cắt (N)
A: tiết diện của chày (mm2)
(3)σP =2 × π × 0.75 × 0.6 × 292
π × 0.752 = 467.2 (N/mm2) = 47.62 (kgf/mm2) Sử dụng đường cong S – N theo theo [1] trang 416:
Chất liệu chày SKD11, chày đủ độ bền cho phép
Dự đoán phá hủy do mỏi khi dập hơn 100000 shot
+Ứng suất tác dụng lên chày cắt chữ FME theo [1] trang 416:
σp = P A (3) Trong đó:
P: tải trọng cắt (N)
A: tiết diện của chày (mm2)
(3)σP =10963.6656 − (2 × π × 0.75 × 0.6 × 292)
25.5870 − π × 0.752 = 408.76 ( N mm2)
= 41.66 ( kgf mm2 )
Sử dụng đường cong S – N theo theo [1] trang 416:
Chất liệu chày SKD11, chày đủ độ bền cho phép
Dự đoán phá hủy do mỏi khi dập hơn 100000 shot
+ Ứng suất tác dụng lên chày cắt hình theo theo [1] trang 416:
(3)σP1 = F1
A1 =11176.7964
281.7156 = 39.67 (N/mm2) = 4.04 (kgf/mm2) Sử dụng đường cong S – N theo [16] trang 416:
Chất liệu chày SKD11, chày đủ độ bền cho phép
Dự đoán phá hủy do mỏi khi dập hơn 100000 shot + Ứng suất tác dụng lên chày vuốt theo [16] trang 416:
(3)σPDV =PDV
Ach =14580.2823
228.0403 = 63.93 (N/mm2) = 6.51 (kgf/mm2) Sử dụng đường cong S – N theo theo [1] trang 416:
Chất liệu chày SKD11, chày đủ độ bền cho phép
Dự đoán phá hủy do mỏi khi dập hơn 100000 shot
47 - Dự kiến hư hại phần chuôi chày:
+ Ứng suất tác dụng lên phần chuôi chày đột lỗ theo theo [1] trang 418 σp = α P
A (4) α ≈ 3: chày đột bậc
P: tải trọng cắt (N)
A: mặt cắt mũi dao (mm2)
(4) σP= 32 × π × 0.75 × 0.6 × 292
π × 0.752 = 1401.6 (N/mm2) + Ứng suất tác dụng lên phần chuôi chày cắt hình theo theo [1] trang 418:
σP = α P A (4) α ≈ 2: chày dùng cho thép tấm dày
P: tải trọng cắt (N)
A: mặt cắt mũi dao (mm2)
(4) σ𝐹1 = 2 ×11176.7964
281.7156 = 79.3 (N/mm2) + Ứng suất tác dụng lên phần chuôi chày vuốt theo theo [1] trang 418:
σp = α P A (4) α ≈ 2: chày dùng cho thép tấm dày
P: tải trọng cắt (N)
A: mặt cắt mũi dao (mm2)
(4) σPDV = 2 ×14580.2823
228.0403 = 127.87 (N/mm2) + Ứng suất tác dụng lên phần chuôi chày cắt chữ theo theo [1] trang 418:
σP = α P A (4) α ≈ 2: chày dùng cho thép tấm dày
P: tải trọng cắt (N)
A: mặt cắt mũi dao (mm2)
(4) σPDV = 2 ×10963.6656 − (2 × π × 0.75 × 0.6 × 292)