Tài liệu Công nghệ gia công áp lực-automobile

CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC ỨNG DỤNG SẢN XUẤT CHI TIẾT TRONG CÔNG NGHIỆP Ô TÔ METAL FORMING TECHNOLOGY - APPLICATIONS IN AUTOMOBILE MANUFACTURING Bộ môn Gia công áp lực – Viện Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Hà nội TÓM TẮT Công nghiệp sản xuất ô tô và công nghiệp sản xuất các thiết bị phụ trợ đang được các doanh nghiệp trong lĩnh vực cơ khí đầu tư và phát triển đáp ứng nhu cầu vận chuyển trong nước. Các công nghệ để đáp ứng cho các ngành trên vẫn còn non trẻ và chưa được nghiên cứu cũng như ứng dụng một cách chính xác và hiệu quả. Mục đích của nghiên cứu này là tìm hiểu các công nghệ truyền thống và tiên tiến trong nước và đặc biệt trên thế giới, đã và đang nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp ô tô. Qua đó giúp doanh nghiệp có cái nhìn tổng quan về khả năng công nghệ, điều kiện áp dụng, để áp dụng vào thực tế sản xuất tại Việt nam. ABSTRACT Automobile industry and alternative auto part industry are being invested by mechanical enterprise to develop and to adapt domestic remaining in the field of transport. The appropriate technologies are still young and weren’t researched exactly and weren’t applied efficiently in Vietnam. The purpose of this investigate is an overall survey in conventional and advantageous technologies in Vietnam and over the World, which was and are applied in Automobile industry. With this state of the art enterprise could catch the technology abilities, conditions in overview to apply in manufacturing in Vietnam. Keywords: metal forming, forging, sheet metal forming, tube forming, joining 1. GIỚI THIỆU Trong chục năm gần đây, công nghiệp ô tô đang được chú trọng và đầu tư phát triển tại Việt nam. Trong đó chủ yếu là công nghiệp sản xuất các chi tiết phụ trợ trong ô tô, gồm có xe con và xe tải nhẹ. Các cụm chi tiết phức tạp khác 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 như cầu xe tải nhẹ và một phần xe con tại Việt nam. Hình 1.1 Các cụm chi tiết chính trong ô tô cá nhân 1 Các loại xe con do yêu cầu cao hơn về chất lượng nên vẫn chủ yếu là lắp ráp và nhập khẩu nguyên chiếc về Việt nam. Lý giải cho vấn đề nhập khẩu vẫn là việc hạn chế trong lĩnh vực chế tạo các chi tiết và cụm chi tiết trong xe ô tô. Trên Hình 1.1 liệt kê các cụm chi tiết chính trong ô tô cá nhân, gồm có động cơ, vở nắp, khung bệ, ống dẫn v.v. Theo thống kê của tập đoàn BMW năm 2005 thì có 25% các chi tiết trong ô tô chế tạo bằng gia công cắt gọt, 15% ứng dụng công nghệ đúc, 12% công nghệ hàn, 35% các chi tiết được chế tạo bằng công nghệ dập, còn lại các các công nghệ khác. Để tiếp tục phát triển ngành chế tạo xe ô tô nói riêng và phương tiện giao thông nói chung, chúng tôi xin giới thiệu tổng quan các công nghệ gia công áp lực để chế tạo các chi tiết chính trong xe ô tô. Qua đó làm rõ khả năng ứng dụng và tiềm năng phát triển của công nghệ này 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 mạnh ở các nước công nghiệp phát triển như Nga, Mỹ, Đức, Nhật, v.v. Bản chất của công nghệ này là ứng dụng khả năng biến dạng dẻo của kim loại để tạo hình trong lòng khuôn bằng tác dụng ngoại lực thích hợp. Do đó các yếu tố chính của công nghệ này gồm có vật liệu và khả năng biến dạng dẻo, kết cấu của các bộ khuôn và thiết bị dập, cũng như quy trình công nghệ hợp lý. Theo công nghệ này thì các dạng sản phẩm dạng tấm như vỏ, nắp, xem Hình 1.1, có thể chế tạo bằng các phương pháp dập tấm, dạng khung bệ thì ứng dụng công nghệ dập khối, ghép nối, các chi tiết dạng ống dẫn chế tạo bằng chất lỏng và các chi tiết truyền động trong động cơ như bánh răng, khớp nối, tay biên thì được sản xuất bằng công nghệ dập khối. Ở nội dung chính của bài báo, các dạng sản phẩm điển hình và các công nghệ dập truyền thống và tiên tiến sẽ được trình bày. 2. CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC 2.1 CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT DẠNG TẤM VỎ Trong ô tô có rất nhiều chi tiết dạng tấm mỏng như nắp ca pô, cánh cửa xe, nắp cốp sau v.v., xem Hình 2.1.a. 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 đã 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 công nghiệp ô tô, máy bay. Trong khi dập vuốt các chi tiết lớn và mức độ dập vuốt thấp, các chi tiết này rất khó đạt được 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 sử dụng gân vuốt thường được ưu tiên. Kết cấu của bộ khuôn dập vuốt chi tiết chán xe được trình bày qua Hình 2.1.b, và nguyên lý dập vuốt được minh họa trên Hình 2.1.c. a) Chi tiết dập vuốt b) Kết cấu khuôn c) Sơ đồ nguyên lý Hình 2.1 Chi tiết dạng tấm và công nghệ dập vuốt [8] Theo sơ đồ nguyên lý trên Hình 2.1.c, thì chày được gắn với đế khuôn (bàn máy), cối gắn với đầu trượt. Ở vị trí ban đầu, chặn sẽ dâng lên cùng chiều cao với chày (đôi khi cao hơn chày để tạo lực chặn ban đầu), phôi tấm được đặt lên bề mặt phẳng của chặn. Ở hành trình dập, cối đi xuống cùng với chuyển 2 động của đầu trượt, ép vào phôi và tạo lực kẹp và chặn 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 thực hiện trên máy ép thủy lực có xy lanh đẩy dưới. Với công nghệ dập vuốt truyền thống hay chày cối cứng thì việc chế tạo chày cối có kích thước tương quan chính xác gây khó khăn. Việc ứng dụng chất lỏng, cao su/ polyurethan, với vai trò 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 lý và dạng sản phẩm dập thủy cơ được minh họa qua Hình 2.2. Qua sơ đồ nguyên lý này, điểm khác biệt so với dập vuốt truyền thống là chấy lỏng đóng vai trò cối, tạo ra áp lực cần thiết và ép phôi vào biên dạng chày. a) Nguyên lý dập thủy cơ b) Nắp ô tô và chi tiết khác Hình 2.2 Dập vuốt thủy cơ ứng dụng chất lỏng Cùng với các công nghệ dập bằng chất lỏng thì công nghệ dập bằng xung điện từ, dập bằng chất nổ cũng đã được ứng dụng và đang tiếp tục nghiên cứu. Các công nghệ này góp phần tạo hình các chi tiết phức tạp và kích thước ngoại cỡ. 2.2 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 công nghệ dập khối, vì những yêu cầu cao về cơ tính hay chịu tại 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 việc ứng dụng các bộ khuôn kín và công nghệ gia công ảo. Quá trình dập có thể tiến hành ở trạng thái nguội, trạng thái nửa nóng (nhiệt độ kết tinh lại), trạng thái bán lỏng và tại nhiệt độ cao 1200 độ C (khoảng 70% Tchảy). a) Sản phẩm dạng khối b) Nguyên lý dập khối hở c) Nguyên lý ép chảy Hình 2.3 Chi tiết dạng khối và công nghệ [7] Trên Hình 2.3.a là các chi tiết dập 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 khuôn hở/kín và ép chảy, xem Hình 2.3 b,c. Dập khối thường được thực hiện trên các máy dập như máy búa, máy ép trục khuỷu dập nóng, máy ép ma sát trục vít. 3 a) Quy trình công nghệ dập tay biên b) Khối khuôn dập tay biên Hình 2.4 Quy trình công nghệ và khuôn dập khối [7] Trong khi đó ép chảy thường thực hiện trên máy ép thủy lực nằm ngang. Hiện tại ở Việt nam ứng dụng các công nghệ dập khối trong các nhà máy ở vẫn mức độ thấp và chủ yếu là chuẩn bị phôi. Khó khăn để công nghệ này còn phát triển hạn chế là 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 phôi có đường sinh thẳng, ép chảy ngày nay thường gắn với các thiết bị uốn liên tục có điều khiển linh hoạt ngay khi phôi còn nóng để tạo các khung dàn có độ chống uốn tốt và lại nhẹ. Hình 2.4 là ví dụ về thiết kế quy trình công nghệ dập và kết cấu nửa khuôn dập khối hở cho chi tiết tay biên. Theo quy trình trên thì phôi dập tay biên phải được thực hiện qua ba bước tạo hình chính (ép tụ, dập thô, dập tinh) và hai bước phụ (tạo chuôi kẹp kìm, cắt biên). Các quá trình biến dạng khối diễn ra phức tạp, do đó trước khi sản xuất hàng loạt cần có các nghiên cứu cụ thể và thử nghiệm. Ở các nước có công nghiệp phát triển các quá trình dập khối thường được tính toán mô phỏng trên máy tính sau đó đưa ra chế tạo thử nghiệm và sản xuất hàng loạt [6]. 2.3 CHẾ TẠO CHI TIẾT DẠNG ỐNG Phương pháp dập tạo hình vật liệu kim loại bằng chất lỏng đã được nghiên cứu và thử nghiệm từ những năm 50 của thế kỷ 20 [1]. Công nghệ này được áp dụng cho hai dạng phôi chủ yếu là phôi tấm và phôi ống, tương ứng với các dạng phôi sẽ có các thuật ngữ tương ứng như dập thủy 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 còn gọi công nghệ này là dập bằng áp lực cao bên trong. Sơ đồ nguyên lý phương pháp IHU được thể hiện qua Hình 2.5. Hình 2.5. Nguyên lý dập chi tiết ống chữ T, [2] Theo nguyên lý Hình 2.5, đầu tiên ống được đưa vào lòng khuôn, khuôn trên đi xuống và ép vào khuôn dưới với lực đóng khuôn FS. Tiếp theo các chày dọc trục đi vào và đóng kín hai đầu ống. Chất lỏng được bơm vào đầy ống. Ở công đoạn tạo hình (c), chất lỏng với áp lực thích hợp và các chuyển động có 4 điều khiển của chày dọc trục và chày đối áp sẽ làm phôi ống biến dạng và phình ra theo biên dạng khuôn. Sau khi tạo hình là quá trình tháo khuôn và gỡ sản phẩm. a) Ống chia liệu b) Ống dẫn liệu c) Trục cam rỗng Hình 2.6. Các dạng sản phẩm ứng dụng IHU d) Khung đỡ Dập chi tiết ống dạng chữ T là một nghiên cứu cơ sở ban đầu cho phương pháp IHU và đến nay đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô, đặc biệt là các đường ống xả và ỗng dẫn liệu có hình dáng phức tạp trong ô tô, xem Hình 2.6, các chi tiết dạng ống tạo hình bằng chất lỏng áp lực cao bên trong. 2.4 CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT DẠNG KHUNG Chi tiết dạng khung thân trong ô tô rất đa dạng và yêu cầu độ cững vững cao, an toàn khi va đập, xem Hình 2.7. Các cụm chi tiết này thường 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 về đây với sự phát triển của công nghệ ép chảy profile định hình đã tạo ra các khung xe vừa nhẹ lại đảm bảo độ chống uốn cao. Hình 2.7 Khung thân xe con 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 chi tiết chịu lực trong ô tô, Hình 2.8. So với các chi tiết đặc, các sản phẩm rỗng này làm cho các phương tiện vận chuyển nhẹ hơn do đó tiết kiệm 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 các chi tiết có hình dạng phức tạp và tiết kiệm kim loại. a) Chi tiết (profile) trần xe b) Ép chảy kết hợp uốn linh hoạt Hình 2.8 Ép chảy kết hợp uốn nóng linh hoạt 5 Ứng dụng công nghệ tạo hình ống áp lực cao bên trong (IHU) đã đề cập phần 2.3, người ta đã chế tạo các khung xương liền không cần hàn làm tăng khả năng chịu tải động. 2.5 CÔNG NGHỆ GHÉP NỐI TẤM MỎNG Công nghệ lắp ráp và ghép nối trong công nghiệp ô tô phát triển mạnh ở Nhật, Mỹ và đặc biệt ở Đức. Các dây chuyền lắp ráp hiện nay không đơn thuần chỉ được điều khiển bằng cơ khí cứng hay khi nén mà đã được thay thế bởi các hệ thống tay máy và rô bốt điều khiển linh hoạt, kết hợp với hệ thống định vị trí điều khiển PLC. Ở tại các vị trí này các mối ghép được thực hiện có thể là hàn, dán, ghép nối đinh tán v.v. Hình 2.9 minh họa mối ghép bằng biến dạng dẻo trong đầu xe ô tô BMW5 và ứng dụng rô bốt để ghép nối Hình 2.9.b. a) Đầu xe BMW5 b) Ghép nối khung nắp capo xe Audi Hình 2.9 Ghép nối chi tiết tấm trong khung xe ô tô Hiện nay có rất nhiều phương pháp ghép nối trong cơ khí nhưng trong lĩnh vực biến dạng dẻo, bài báo xin giới thiệu các phương pháp ghép nối tiên tiến bằng biến dạng dẻo đang được nghiên cứu và ứng dụng tại Đức. a) Tán rút b) Tán đặc/mũ c) Ghép nối clinching d) Đinh tán rỗng Hình 2.10 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 công nghiệp khung vỏ và 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 cục bộ trong lòng cối. Trong khi đó 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 đạng dẻo cao và đặc biệt thích hợp cho các mối ghép hỗn hợp vật liệu nhiều tấm ghép. 6 2.6 CÔNG NGHỆ UỐN TẤM Trong ô tô có rất nhiều chi tiết được tạo hình từ công nghệ uốn, như thành thùng xe tải, các xương trần, các bệ đỡ v.v. Các chi tiết uốn này phải đảm bảo 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 bằng máy sấn thủy lực), uốn bằng trục quay và uốn liên tục trên các cặp con lăn, xem Hình 2.11. a) Uốn bằng khuôn b) Uốn bằng trục quay c) Uốn liên tục trên các cặp con lăn Hình 2.11 Công nghệ uốn tấm điển hình Trong đó công nghệ uốn bằng khuôn thường áp dụng cho các chi tiết nhỏ và có các góc uốn phức tạp (Hình 2.12.a), uốn bằng trục lăn thường chế tạo các cung hoặc ống tròn cho phôi tấm phẳng, phôi ống tròn, phôi profile (Hình 2.12.b), và đối với các chi tiết uốn dài vô 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 soát trong quá trình và bù trừ lượng biến dạng đàn hồi. a) Sản phẩm uốn bằng khuôn b) Sản phẩm uốn trục lăn Hình 2.12 Công nghệ uốn tấm điển hình c) Uốn lốc liên tục 2.7 ỨNG DỤNG CÔNG CỤ THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TỐI ƯU QUÁ TRÌNH CN Một trong những công đoạn không thể thiếu trong quá trình sản xuất công nghiệp hiện nay là ứng dụng công cụ tin học để tính toán và tối ưu quá trình tạo hình. Ở các nước có nền công nghiệp phát triển thì bước này không thể thiếu trong toàn bộ quá trình sản xuất và phát triển sản phẩm. Sơ đồ các công đoạn chính của quá trình sản xuất sản phẩm dập thực tế được minh họa theo Hình 2.13. 7 Hình 2.13 Các bước của quá trình sản xuất Sau khi có ý tưởng hay sản phẩm mẫu của sản phẩm cần chế tạo, người ta tiến hành xây dựng lại bản vẽ sản phẩm và mô hình sản phẩm trên máy tính. Tiếp theo sẽ thiết kế công nghệ và khuôn dập sơ bộ. Ở các bước này có rất nhiều công cụ phần mềm hỗ trợ thiết kế như Catia, Inventor, AutoCAD. Để kiểm tra bộ khuôn có làm việc đung như thiết kế không, ta sẽ tiến hành mô phỏng quá trình dập trên máy tính. Các phần mềm mô phỏng quá trình biến dạng dẻo nổi tiếng như Abaqus, Ansys, được ứng dụng cả trong nghiên cứu và công nghiệp. Kết quả mô phỏng làm căn cứ cho việc hiệu chỉnh và tối ưu khuôn ở bước trước. Kết quả tối ưu sẽ đưa vào sản xuất thử nghiệm ở bước tiếp theo và cuối cùng là sản xuất hàng loạt. Hình 2.14 Ví dụ dập chân bàn học sinh Xuân hòa minh họa các kết quả từ mô phỏng đến sản xuất chân bàn học sinh Xuân hòa. a) Mô phỏng số quá trình BD b) Dập thử nghiệp c) Sản xuất hàng loạt Hình 2.14 Ví dụ dập chân bàn học sinh Xuân hòa 3. THIẾT BỊ DẬP TẠO HÌNH Để thực hiện một quá trình công nghệ của một phương pháp công nghệ ta cần có các thiết bị thích hợp và cụ thể ở đây là thiết bị tạo lực. Các thiết 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 bài báo này chúng tôi xin giới thiệu các tính năng thiết bị điển hình cũng như khả năng áp dụng vào các quá trình dập các dạng sản phẩm ở trên. 3.1 MÁY ÉP THỦY LỰC Các thiết bị máy ép thủy lực có đặc điểm là bàn máy lớn, hành trình mềm, lực là hằng số trong quá trình, có bộ phần đẩy dưới. Do đó máy thủy lực được thiết kế ra chủ yếu phục vụ cho nguyên công dập vuốt nông, sâu và cắt hình. Các biến thể 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, xem Hình 3.1. 8 a) Máy ép thủy lực dập vuốt b) Máy sấn thủy lực Hình 3.1 Các dạng máy ép thủy lực c) Máy búa thủy lực Các thông số chính của máy ép thủy lực gồm có các thông số kích thước bàn máy, thông số lực danh nghĩa, lực đẩy dưới, hành trình, công suất của động cơ. Các dòng máy thủy lực mới đã tích hợp bộ điều khiển PLC để kiểm soát hành trình. Bàn máy có thể cố định hoặc di động để thuận tiện lắp khuôn. Để tự động hóa cấp phôi phải tích hợp rô bốt (tay máy) hoặc cơ cấu kẹp chân không. Xu hướng chung hiện nay là xử dụng 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 phẩn tử thủy lực ngày càng có hiệu suất cao và tính năng mạnh. 3.2 MÁY ÉP TRỤC KHUỶU Máy ép trục khuỷu thường được xử 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 thông số như lực dập danh nghĩa, số nhát dập trên phút, hành trình đầu trượt. Với các đặc điểm như hành trình và tốc độ thay đổi chu kỳ nên phù hợp với hệ thống cấp phôi cứng cơ khí hoặc khí nén, để đảm bảo năng suất cao nhất. Các chi tiết được thực hiện trên các máy này thường nhỏ, yêu cầu độ chính xác kích thước cao. Trên Hình 3.2 là các dạng máy ép truỷu khuỷu phổ biến. a) Máy trục khủy vạn năng b) Máy trục khuỷu dập vuốt c) Máy trục khuỷu dập nóng Hình 3.2 Các dạng máy ép trục khuỷu Các máy ép trục khuỷu Hình 3.2.a. và Hình 3.2.a.b chuyên dùng trong dập tấm (cắt đột và dập vuốt). Máy éo trục khuỷu dập nóng có kết cấu cứng vững, đầu trượt được dẫn hướng, khuỷu dạng cam hoặc biên lệch tâm, bàn máy có kết cấu nâng hạ để tháo khuôn khi quá tải và căn chỉnh hành trình. 9 3.3 MÁY BÚA VÀ MÁY ÉP VÍT- MA SÁT Để thực hiện quá trình dập khối, cần thiết phải có các thiết bị tạo lực lớn và đặc điểm thiết bị phù hợp với các nguyên công dập nóng. Trong công nghệ dập khối như dập tay biên, trục khuỷu, bu lông, khớp nối v.v. cần thiết phải có các bộ khuôn dập, quy trình công nghệ, chế độ nhiệt phù hợp. Các bộ khuôn này cần được lắp trên các thiết bị phù hợp. Trên Hình 3.3 là các dạng máy để dạp nóng. Ở máy búa không 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 3.3.b và để dập khối Hình 3.3.c. Máy ép vít- ma sát dùng cho cả rèn và dập. Nhận xét thấy các máy để dập thường có kết cấu cứng vững và không gian làm việc hẹp, chỉ phù hợp chi tiết nhỏ, do yêu cầu lực biến dạng lớn. a) Máy búa không b) Máy búa hơi nước - c) Máy búa dập khí nén Rèn Hình 3.3 Các dạng máy dập khối d) Máy ép vít - ma sát 3.4 CÁC LOẠI THIẾT BỊ CHUYÊN DÙNG Trong thực tế ngoài các máy phổ thông ở trên, ta còn bắt gặp rất nhiều dạng máy chuyên dùng khác phù hợp cho từng công việc cụ thể. Trên Hình 3.4 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 nhôm định hình. a) Máy cắt đột CNC b) Máy uốn PLC đa năng c) Máy đùn nhôm định hình Hình 3.4 Các dạng thiết bị chuyên dùng Ngoài 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 đang được Beralus đang nghiên cứu và chuyển giao trên diện rộng. Ưu điểm của công nghệ này là tiết kiệm kim loại phôi tối đa, cơ tính của sản phẩm tăng, năng suất cao, phù hợp các chi tiết trụ tròn. Hình 3.5 thiết bị cán ngang và các dạng sản phẩm cán ngang. 10 a) Thiết bị cán ngang b) Sản phẩm cán ngang Hình 3.5 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 siêu trường siêu trọng như trục tầu thủy, tua bin và các trục cán lớn gặp không ít khó khăn, hầu hết phải nhập ngoại. Hình 3.6 giới thiệu các thiết bị của nước ngoài sản xuất các sản phẩm có trọng lượng và kích thước rất lớn: máy cán vành cỡ lớn để cánh vành công nghiệp và thiết bị rèn trục gồm một máy búa thủy lực và một cơ cấu vận chuyển-xoay phôi. a) Máy cán vành cỡ lớn b) Thiết bị rèn trục siêu trọng Hình 3.6 Các thiết bị siêu lớn Các thiết bị siêu lớn này thường gắn với ngành luyện thép và cán thép. Do đó cần được đầu tư đồng bộ và có chiến lược. 4. KẾT LUẬN Nội dung của bài báo này đã trình bày các công nghệ điển hình và tiên tiến trong lĩnh vực dập tạo hình kim loại, ứng dụng cụ thể trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất chi tiết ô tô và chi tiết phụ trợ trong ô tô. Cũng trong bài báo này, nhóm tác giả đã đưa ra các dạng thiết bị thường gặp trong gia công áp lực và khả năng ứng dụng của chúng trong quá trình tạo hình. Qua nghiên cứu tổng quan này, chúng ta cũng thấy được các các hạn chế của nền công nghiệp trong nước trong lĩnh vực dập tạo hình cả về công nghệ và thiết bị. Từ đó tìm ra hướng đầu tư và nghiên cứu phù hợp, để làm chủ công nghệ và nâng cao năng lực nghiên cứu ứng dụng. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. [2]. Schuler GmbH (Hrsg.): Handbuch der Umformtechnik. Berlin: Springer,1996, ISBN 3-54061099-5. R. Neugebauer (Hrsg.): Hydro Umformung, Berlin: Springer, 2007, ISBN-10 3-540-21171-3 11 [3]. [4]. [5]. [6]. [7]. [8]. E. Doege, B.A. Behrens: Handbuch Umformtechnik, ISBN-10 3-540-23441-1 Springer Berlin Heidelberg, 2007. Máy búa và máy ép thủy lực: Phạm Văn Nghệ (Chủ biên), NXB GD, 2005. Máy ép cơ khí: Phạm Văn nghệ, Đỗ Văn Phúc, NXB KHKT, 2005 Mô phỏng số quá trình biến dạng, Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Như Huynh, Nguyễn Trung Kiên, NXB Bách khoa, 2011 Công nghệ tạo hình khối, Phạm Văn Nghệ (Chủ biên), NXB Bách khoa, 2008 Công nghệ tạo hình tấm, Nguyễn Mậu Đằng (Chủ biên), NXB KHKT, 2006 Liên hệ: ThS. Nguyễn Trung Kiên Department of Metal forming, School of Mechanical Engineering, Hanoi University of Science and Technology No.1, Dai Co Viet Str., Hanoi, Vietnam Email: [email protected] Tel: +84.4.3869.2430 Mob. 0123.9088.568 12 Nội dung 1. GIỚI THIỆU .................................................................................................................................. 1 2. CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC ................................................... 2 2.1 CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT DẠNG TẤM VỎ ............................................................................ 2 2.2 CHẾ TẠO CHI TIẾT DẠNG KHỐI........................................................................................... 3 2.3 CHẾ TẠO CHI TIẾT DẠNG ỐNG ............................................................................................. 4 2.4 CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT DẠNG KHUNG .............................................................................. 5 2.5 CÔNG NGHỆ GHÉP NỐI TẤM MỎNG .................................................................................... 6 2.6 CÔNG NGHỆ UỐN TẤM .......................................................................................................... 7 2.7 ỨNG DỤNG CÔNG CỤ THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TỐI ƯU QUÁ TRÌNH CN ................. 7 3. THIẾT BỊ DẬP TẠO HÌNH .......................................................................................................... 8 3.1 MÁY ÉP THỦY LỰC.................................................................................................................. 8 3.2 MÁY ÉP TRỤC KHUỶU ............................................................................................................ 9 3.3 MÁY BÚA VÀ MÁY ÉP VÍT-MASAT ................................................................................... 10 3.4 CÁC LOẠI THIẾT BỊ CHUYÊN DÙNG ................................................................................. 10 4. KẾT LUẬN .................................................................................................................................. 11 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 11 Hình vẽ Hình 1.1 Các cụm chi tiết chính trong ô tô cá nhân ............................................................................... 1 Hình 2.1 Chi tiết dạng tấm và công nghệ dập vuốt [8] .......................................................................... 2 Hình 2.2 Dập vuốt thủy cơ ứng dụng chất lỏng ..................................................................................... 3 Hình 2.3 Chi tiết dạng khối và công nghệ [7] ........................................................................................ 3 Hình 2.4 Quy trình công nghệ và khuôn dập khối [7] ............................................................................ 4 Hình 2.5. Nguyên lý dập chi tiết ống chữ T, [2] .................................................................................... 4 Hình 2.6. Các dạng sản phẩm ứng dụng IHU ........................................................................................ 5 Hình 2.7 Khung thân xe con................................................................................................................... 5 Hình 2.8 Ép chảy kết hợp uốn nóng linh hoạt ........................................................................................ 5 Hình 2.9 Ghép nối chi tiết tấm trong khung xe ô tô ............................................................................... 6 Hình 2.10 Ghép nối chi tiết tấm trong khung xe ô tô ............................................................................. 6 Hình 2.11 Công nghệ uốn tấm điển hình ............................................................................................... 7 Hình 2.12 Công nghệ uốn tấm điển hình ............................................................................................... 7 Hình 2.13 Các bước của quá trình sản xuất............................................................................................ 8 Hình 2.14 Ví dụ dập chân bàn học sinh Xuân hòa ................................................................................. 8 Hình 3.1 Các dạng máy ép thủy lực ....................................................................................................... 9 Hình 3.2 Các dạng máy ép trục khuỷu ................................................................................................... 9 Hình 3.3 Các dạng máy dập khối ......................................................................................................... 10 Hình 3.4 Các dạng thiết bị chuyên dùng .............................................................................................. 10 Hình 3.5 Thiết bị cán ngang ................................................................................................................. 11 Hình 3.6 Các thiết bị siêu lớn ............................................................................................................... 11 13