Tài liệu Đồ án tốt nghiệp thiết kế công nghệ và chế tạo khuôn dập liên hoàn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN DẬP LIÊN HOÀN ĐỖ HỒNG THÁI [email protected] Ngành kỹ thuật cơ khí Chuyên ngành gia công áp lực Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thu Bộ môn: Gia công áp lực Viện: Cơ khí __________________ Chữ ký của GVHD HÀ NỘI, 05/2022 1 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Thiết kế quy trình công nghệ và khuôn để chế tạo chi tiết từ phôi tấm dưới đây: Hình 1: Yêu cầu kĩ thuật: - Đảm bảo kích thước hình học - Không bị nhăn, không bị nứt - Đạt độ cứng vững - Đảm bảo ăn khớp với các chi tiết khác 2 Yêu cầu: - Thuyết minh: 70÷80 trang. Trình bày theo quy định về trình bày ĐA Tốt nghiệp. Bản vẽ: 01 bản vẽ LAYOUT Quy trình công nghệ (QTCN) chế tạo chi tiết tấm, 01 Bản vẽ lắp (Bản chung) của khuôn dập tấm. Tổng 02 bản vẽ. (Sinh viên có thể thiết kế nhiều hơn quy định) Giáo viên hướng dẫn Ký và ghi rõ họ tên 3 Lời cảm ơn 4 Tóm tắt nội dung đồ án 5 MỤC LỤC 6 DANH MỤC HÌNH VẼ 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC 1.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng 1.1.1 Gia công áp lực một trong các phương pháp gia công cơ khí cơ bản Khi xây dựng phương án công nghệ chế tạo một sản phẩm, một chi tiết cơ khí, tùy vào loạt sản phẩm, hình dạng cũng như các yêu cầu kỹ thuật của chúng, từ đó ta có thể chọn các phương pháp công nghệ (CN) cơ bản như: CN Đúc, CN Gia công áp lực(GCAL), CN Gia công cắt gọt, CN hàn & ghép nối, …(hình 1.1) CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ Nhóm 1 Đúc Nhóm 2 Gia công áp lực Nhóm 3 Gia công cắt gọt Nhóm 4 Hàn và ghép nối Nhóm 5 Phủ bề mặt Nhóm 6 Thay đổi tính chất vật liệu... Hình 1.1 Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí Mỗi nhóm phương pháp gia công đều có những ưu điểm, nhược điểm khác nhau. Phương pháp công nghệ tạo hình kim loại bằng áp lực – gia công áp lực (GCAL) thuộc nhóm 2, hình 1.1 là phương pháp dựa trên một tiền đề chung là thực hiện một quá trình biến dạng dẻo. Vật liệu kim loại dưới tác dụng của ngoại lực ở trạng thái nóng hoặc nguội luôn thay đổi hình dạng trong suốt quá trình gia công để đạt được hình dáng, kích thước theo yêu cầu. Dưới đây là một số sản phẩm cơ khí được chế tạo bằng công nghệ GCAL. Hình 1.2 Ô tô, xe máy, hàng không có các chi tiết dập chiếm tỷ lệ cao Các sản phẩm GCAL được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như lĩnh vực chế tạo máy, xây dựng, giao thông vận tải, kỹ thuật điện và điện tử, hóa chất, hang kim khí gia dụng và quân sự, v.v 8 Sản phẩm GCAL có thể chia thành 3 loại chính đó là sản phẩm dạng tấm, dạng khối và dạng ống. Sản phẩm tấm (chiều dày phôi ≤ 4 mm, phổ biến nhất là phôi có chiều dày từ 0,35 mm đến 2,0 mm) là các chi tiết dạng tấm, vỏ mỏng được chế tạo chủ yếu bằng các nguyên công dập nguội như cắt hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên vành, tóp miệng, cắt trích, kích thước hình học, không cần qua gia công cắt gọt để hoàn thiện sản phẩm. Hình 1.3 Một số chi tiết, sản phẩm dập tấm Các sản phẩm dạng khối khá phong phú, đa dạng, điển hình nhất là các chi tiết máy truyền động, các cơ cấu chịu tải trọng cao, tải trọng động hay va đập như trục truyền, bánh rang, khớp nối, trục khuỷu v.v. Sản phẩm khối có kích thước từ rất nhỏ như chi tiết trong đồng hồ, thiết bị đo, đến những chi tiết rất lớn, nặng vài chục tấn như các trục truyền động, trục cán trong công nghiệp luyện kim hay khai thác mỏ. Hình 1.4 Các sản phẩm dập khối Các chi tiết dạng rỗng như chi tiết ống dẫn, cút nối được sử dụng rất phổ biến trong ngành dầu khí, thiết bị thủy lực khí nén, động cơ, các chi tiết dầm rỗng chịu lực lớn trong xây dựng, ô tô được chế tạo bằng nhiều phương pháp (thông thường hoặc đặc biệt) 9 Hình 1.5 Một số sản phẩm dập thủy tĩnh dạng ống ứng dụng trong công nghiệp ô tô 1.1.2 Phân loại các công nghệ gia công áp lực Có nhiều cách phân loại công nghệ GCAL như: Dựa theo công nghệ: - Công nghệ cán, kéo kim loại (cán tấm, cán hình, cán ống, cán đặc biết, kéo dây…) Công nghệ dập khối. Công nghệ dập tấm. Công nghệ dập đặc biệt. Dựa vào chế độ nhiệt, trạng thái gia công: - Công nghệ dập nguội. Công nghệ dập nửa nóng. Công nghệ dập nóng. Dựa theo biến dạng do ứng suất chủ yếu tác dụng lên vật liệu: - - Biến dạng nén: Quá trình tạo hình vật liệu do ứng suất nén tạo nên. Ở đây có thể kể dến các phương pháp cán, rèn tự do, rèn khuôn, dập khối, ép chảy… Biến dạng kéo – nén: Quá trình tạo hình vật liệu do ứng suất kéo và nén tạo nên. Ví dụ như dập vuốt, uốn vành, miết… Biến dạng kéo: Quá trình tạo hình vật liệu do ứng suất kéo tạo nên. Ở đây có thể kể đến các phương pháp kéo, dãn, dập phình… Biến dạng uốn: Quá trình tạo hình vật liệu do lực uốn tạo nên. Thuộc nhóm này có các phương pháp uốn với dụng cụ chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay. Biến dạng cắt: Quá trình tạo hình vật liệu do lực cắt tạo nên. Thuộc nhóm này có các phương pháp trượt, xoắn. Theo cách thức tạo hình sản phẩm người ta lại phân thành: 10 Dập tấm A - Cắt vật liệu C - Dập liên hợp B - Thay đổi hình dáng phôi I - Cắt III - Dập vuốt II - Uốn 1. Cắt phôi 2. Cắt hình 3. Đột lỗ 4. Cắt trích 5. Cắt chia 6. Cắt mép 7 Cắt tinh 8. Cắt phi kim loại 1. Uốn 3. Vặn xoắn 2. Cuốn mép IV - Tạo hình 2. Dập vuốt có biến mỏng 1. Dập phối hợp 2. Dập liên tục 3 Dập phối hợp liên tục V - Dập ép 1. Nắn 2. Dập nổi 3. Lên vành 4. Tạo hình 5. Tóp 1. Dập vuốt 1. Dập nổi mặt 2. Dập dấu 3. Ép chảy 4. Lắp ghép các chi tiết 6. Dập giãn Dưới đây trình bày một vài ví dụ về phương pháp tạo hình 11 Hình 1.6 Biến dạng nén trong nguyên công dập khối Hình 1.7 Biến dạng kéo – nén trong nguyên công dập vuốt 1.1.3 Ưu, nhược điểm của công nghệ GCAL Công nghệ GCAL được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất cơ khí, song cũng như các phương pháp khác, nó có cả ưu điểm và nhược điểm. Những ưu điểm nổi bật như: - - Tiết kiệm nguyên vật liệu do gia công không phoi. Nếu so sánh với công nghệ gia công cắt gọt thì thể tích của phôi sẽ lớn hơn thể tích của sản phẩm bởi còn phải cắt bỏ đi phần phoi khi gia công. Hình … trình bày so sánh vật liệu hao mòn cho quá trình chế tạo khớp cầu, có thể thấy rằng chế tạo chi tiết bằng phương pháp GCAL sẽ tiết kiệm được tới 75% vật liệu so với gia công cắt gọt Năng suất cao, hạ giá thành sản phẩm. Cải thiện cơ tính của vật liệu thông qua biến dạng: chi tiết nếu được chế tạo bằng công nghệ đúc thường có tổ chức hạt, nếu được chế tạo bằng gia công cắt gọt thường có dạng thớ bị đứt đoạn. Những nhược điểm so với các phương pháp khác như: - Độ chính xác về kích thước, hay độ nhám bề mặt kém hơn so với chi tiết được chế tạo bằng gia công cắt gọt. Không phù hợp với sản xuất đơn chiếc. 12 - Thiết bị và khuôn dập đắt tiền. Môi trường làm việc có tiếng ồn, rung động… Cần phải tự động hóa khi sản xuất loạt lớn. Cần có thiết bị nâng chuyển, phụ trợ phù hợp khi tạo hình các chi tiết lớn, trọng lượng lớn. 1.1.4 Các lĩnh vực sản xuất hàng hóa sử dụng công nghệ GCAL - Các công ty, nhà máy chế tạo động cơ điện, máy điện, thiết bị điện, thiết bị đo điện. - Các công ty, nhà máy chế tạo nhiệt lạnh như: điều hòa không khí, máy lạnh… - Các nhà máy chế tạo các sản phẩm điện tử, điện thoại và y tế. - Các nhà máy chế tạo đồ gia dụng, dụng cụ nhà bếp… - Các nhà máy chế tạo ô tô, máy kéo, xe máy và phụ tùng ô tô, xe máy, xe điện, xe đạp… - Các nhà máy chế tạo tàu thủy, chế tạo toa xe… - Các nhà máy chế tạo các thiết bị quân sự như súng, đạn v.v. - Các nhà máy cán thép tấm, thép hình, thép xây dựng v.v. - Các nhà máy sản xuất chế tạo kết cấu thép. 1.2 Công nghệ tạo hình tấm Công nghệ dập tạo hình tấm là một phần của công nghệ gia công kim loại bằng áp lực nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước mong muốn. Đây là một loại hình công nghệ đang được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong các lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử, công nghiệp chế tạo ôtô,công nghiệp hàng không, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp quốc phòng, thực phẩm, hóa chất, y tế… Vật liệu dùng trong dập tấm: thép cácbon, thép hợp kim mềm, đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken, thiếc, chì vv…và vật liệu phi kim như: giấy cáctông, amiăng, da …  Ưu điểm của sản xuất dập tấm: - Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị và khuôn; - Có thể chế tạo những chi tiết phức tạp mà các phương pháp gia công kim loại khác không thể chế tạo hoắc chế tạo khó khăn; - Độ chính xác của các chi tiết dập tấm tương đối cao; 13 - Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại không lớn; - Tiết kiệm nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hóa và tự động hóa do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm; - Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao do đó giảm chi phí đào tạo và quĩ lương; - Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành sản phẩm; - Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao. Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu kim loại mà còn gia công những vật liệu phi kim như: techtolit, hetinac, các loại chất dẻo.  Nhược điểm của sản xuất dập tấm: - Đầu tư ban đầu lớn (khuôn, thiết bị), do đó chỉ thích hợp với gia công hàng loạt; - Yêu cầu đội ngũ kĩ sư và công nhân lành nghề, có trình độ; - Tính toán công nghệ phức tạp. Các sản phẩm đặc trưng như sau: 14 Hình 1.7 Ứng dụng trong công nghệ sản xuất ôtô Hình 1.8 Sản xuất các chi tiết máy và Sản phẩm dập tấm khác Sở dĩ được ứng dụng rộng rãi như vậy là dốc nhiều ưu điểm nổi bật so với những loại hình công nghệ khác: - Có thể cơ khí hóa và tự động hóa cao; - Năng suất cao, giá thành sản phẩm hạ; - Tiết kiệm nguyên vật liệu và tận dụng được phế liệu; - Độ bền của chi tiết tăng cao. Trong tương lai,công nghệ tạo hình tấm sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ bởi những hiệu quả và lợi ích to lớn mà nó mang lại cho các ngành sản xuất công nghiệp không chỉ ở Việt Nam mà trên cả thế giới. 1.3 Công nghệ dập liên hoàn Công nghệ dập liên hoàn (Progressive Stamping) trong dập tấm đang rất phát triển trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam đây vẫn còn là vấn đề “mới” và ứng dụng hạn chế do chưa làm chủ về công nghệ, trang thiết bị và vật liệu. Để bắt kịp những thành tựu trên thế giới, một số đơn vị trong nước đã đầu tư cho công nghệ này. Việc nghiên cứu công nghệ dập liên hoàn , chủ động đáp ứng nhu cầu trong nước có ý nghĩa cao về khoa học và thực tiễn công nghiệp. Dập liên hoàn là công nghệ đặc thù, khuôn liên hoàn tích hợp nhiều nguyên công dập tấm kim loại trên một hành trình của máy dập. Thiết kế và chế tạo khuôn liên hoàn là một quá trình phức tạp, tỉ mỉ, đòi hỏi người thiết kế nắm vững các nguyên công dập tấm, đồng thời nắm vững các công nghệ gia công tiên tiến hiện nay. Việc ứng dụng các công nghệ thiết kế, mô phỏng và gia công hiện đại đã ngày càng làm tăng độ chính xác, tốc độ, hiệu quả của khuôn dập bước liên hoàn nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất các chi tiết loạt lớn, có tính lắp lẫn cao, giá thành hạ cho các ngành công nghiệp. 15 Ưu, nhược điểm của công nghệ gia dập liên hoàn .  Ưu điểm: - Tổ chức kim loại mịn, cơ tính sản phẩm cao; - Độ bóng, độ chính xác cao hơn các chi tiết làm bằng phương pháp dập khác do quá trình dập xảy ra liên tục; - Tiết kiếm thời gian và hạn chế sai số một cách tối đa do không mất thời gian gá đặt và sai số gá đặt; - Dễ cơ khí hóa và tự động hóa nên năng suất cao, giá thành hạ; - Gia công được các chi tiết phức tạp một cách năng suất, hiệu quả.  Nhược điểm: - Không rèn dập được các chi tiết quá lớn; - Cần thiết kế và chế tạo một cách tỉ mỉ yêu cầu độ chính xác cao; - Cần có máy móc và thiết bị phù hợp với quá trình gia công. 1.4 Thiết bị và khuôn dùng trong dập tấm và dập liên hoàn  Một số loại máy dùng trong gia công áp lực. Ngày nay những thành tựu khoa học, kỹ thuật ngày càng cao, các nước công nghiệp phát triển đã chế tạo các thiết bị dập tạo hình cỡ lớn và hiện đại, các thiết bị phục vụ công nghệ gia công bằng áp lực. Các loại máy được sử dụng trong công nghệ dập tạo hình ngày càng được nghiên cứu phát triển và đa dạng hóa. Chúng được sản xuất phục vụ yêu cầu thực tế và thiết kế tối ưu đem lại nguồn lợi cho quá trình sản xuất. Nhưng trên cơ bản thường sử dụng một số loại máy điển hình như sau: Dựa vào cách phân loại theo dấu hiệu động học ta có các loại thiết bị sau : 16 Hình 1.9 Một số loại máy búa điển hình trong công nghệ tạo hình Hình 1.10 Một số loại máy ép thủy lực Hình 1.11 Một số máy ép cơ khí điển hình  Khuôn tạo hình. Khuôn tạo hình kim loại là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép lại với nhau, ở đó kim loại được gia công biến dạng dẻo và tạo thành chi tiết có hình dạng, kích thước theo ý muốn, sau đó được lấy ra và hoàn tất các nguyên công cuối. 17 Hình 1.12 Khuôn dập bình xăng ô tô Hình 1.9 Khuôn uốn. 18 Hình 1.10 Khuôn cắt đột Hình 1.11Khuôn cắt đột chi tiết cốc trụ 19 Hình 1.12 Khuôn liên tục dập lá ROTO-STATO của động cơ điện Hình 1.13 Khuôn dập chế tạo biểu tượng của toyota Một vài khuôn liên hoàn: Hình 1.14: Sản xuất các chi tiết máy và làm bánh 20