1
Bộ Công thơng
Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp
Viện Công nghệ

Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN
M số: 247.07.RD/HĐ-KHCN Tờn ti:
Nghiên cứu chế tạo khuôn uốn định hình
trên máy cnc sử dụng trong sản xuất bàn ghế
bằng thép ống Cơ quan chủ quản: Bộ Công thơng
Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ
Chủ nhiệm đề tài: KS. Đặng thành công
Hà Nội , 3 - 2008
Cơ quan chủ trì
Chủ nhiệm đề tài


4
I. tổng quan

1.1 Máy uốn ống, nguyên lý uốn ống kiểu trục tâm
a) Máy uốn ống
Uốn ống truyền động thuỷ lực kiểu trục tâm đã đợc áp dụng phổ biến
ở nớc ta. Các loại máy uốn ống hiện nay đợc nhập ngoại từ nhiều nguồn
khác nhau nh hãng Shaw Group Inc Mỹ, Shanghai Guoqing Machinary -
Trung Quốc Các máy uốn CNC nhập ngoại có giá thành khá cao từ vài chục
tới vài trăm ngàn USD. Trong nớc cũng đã có một số đơn vị đã và đang tiến
hành hợp tác nghiên cứu chế tạo máy uốn ống điều khiển CNC nh Công ty
Thiết kế và đóng tàu Miền nam (SESCO) với đề tài cấp Nhà nớc Nghiên cứu
thiết kế và chế tạo máy uốn ống CNC phục vụ công nghiệp uốn ống.
Máy uốn ống kiểu trục tâm điều khiển CNC có những đặc điểm sau:
- Tự động hoá cao, các chuyển động chính trong quá trình uốn đợc tự
động hoá.
- Các chuyển động đợc kiểm nghiệm bởi hệ thống đo kỹ thuật số với độ
chính xác cao.
- Kết nối dễ dàng với những phần mềm thiết kế ống.
Máy uốn ống kiểu trục tâm điều khiển PLC có các đặc điểm sau:
- Thao tác cấp ống và tháo ống đợc thực hiện bởi thợ vận hành máy với
các thớc đo cơ khí (cữ chặn, thao ) do đó độ chính xác của vị trí uốn,
góc uốn có phần phụ thuộc vào tay nghề thợ.
- Lập trình gia công cho các biên dạng uốn khác nhau thờng kém linh


Hình 3. Kết cấu truyền động chính máy uốn ống kiểu trục tâm.
- Cơ cấu đẩy: Các bộ phận chính gồm xi lanh piston đẩy, các thanh nối,
các giá đẩy. Cơ cấu đẩy có chức năng chính là đẩy ụ động quay tạo
chuyển động lệch tâm trong quá trình uốn

7

Hình 4. Cơ cấu đẩy
- Cơ cấu kẹp ống: Di chuyển ống đến vị trị định sẵn, kẹp chặt ống giúp
cho ống không dịch chuyển trong quá trình uốn. Cơ cấu bao gồm những
bộ phận chính nh: Xi lanh, ptiston, hộp giảm tốc, bộ truyền bánh vít,
các tay đòn, bạc kẹp

Hình 5. Cơ cấu kẹp ống

- Cơ cấu gá lắp khuôn: Có chức năng gá lắp các khuôn uốn lên bàn máy,
bao gồm các bộ phận chính sau: Bích khung đỡ, giá đỡ xi lanh tay uốn,
giá đỡ ngang, tấm dẫn hớng

8

Hình6. Cơ cấu gá lắp khuôn

Thụng s KT V
T
50TSR-
RBH
65TSR-
RBH

1250
x 1500
6500 x
1600
x 1550
8650 x
1800
x 1600
Tng trng lng
kgs 2000 3000 4000 6000 8000 Bảng 1. Thông số kỹ thuật một số Máy uốn thuỷ lực điều khiển PLC 9
Thụng s KT VT CNC-F38H-4A CNC-F38H-5A
Kh nng un ln nht
O.D.(S=40kgf/mm
2
)
mm 38 x 2.5 38 x 2.5
Gúc un ln nht
mm 38 ~ 180 38 ~ 180
Khong cỏch gia bn un
mm 320~4200 320 ~ 4200
T l lm vic-OD.19.05mm
Hình 7. Bố trí khuôn trên máy uốn thuỷ lực
Tổng quát lại quá trình uốn bao gồm những bớc sau:
B1. Cấp ống: Đối với máy uốn PLC đa số cấp ống bằng thủ công, đối với
những ống có đờng kính lớn có sự hỗ trợ của palăng, xe nâng, cẩu. Đối với
máy uốn ống tích hợp điều khiển CNC có hệ thống cấp ống tự động để đảm
bảo quá trình uốn liên tục.
B2: Di chuyển, định vị, kẹp chặt ống: Trên các máy uốn điều khiển CNC hiện
nay các thao tác này hoàn toàn tự động. ống đợc di chuyển tới vị trí lập trình
sẵn và đợc kẹp chặt bởi cơ cấu kẹp ống sao cho khi uốn ống không bị di
chuyển.
B3: Uốn ống: Khuôn trên đợc hệ thống thuỷ lực đẩy sát vào khuôn dới, sau
đó cụm động quay quanh trục cố định uốn ống thành góc định trớc.
B4: Tháo ống: Đối với máy điều khiển CNC thao tác tháo ống cũng hoàn toàn

12
chú ý khi chọn vật liệu làm khuôn dập là ở độ cứng lớn hơn 62 HRC
khuôn dễ bị nứt, mẻ khi làm việc
- Tính chống mài mòn: Khuôn dập phải chịu ma sát lớn nên đòi hỏi có
tính chống mài mòn cao để đảm bảo kích thớc và độ sai lệch của sản
phẩm sau dập.
- Độ bền và độ dai va đập: Thông thờng khuôn dập chịu tải trọng đột
ngột trong thời gian rất ngắn do đó khuôn cũng phải đảm bảo độ dai va
đập để không sứt, mẻ khi làm việc.
Để đảm bảo những yêu cầu nói trên, bớc chọn vật liệu làm khuôn khá
quan trọng trong quá trình thiết kế chế tạo khuôn. Những mác thép thông
thờng làm khuôn biến dạng nguội hiện nay là SKD 11, (tiêu chuẩn JIS), X12,
9XC (tiêu chuẩn Nga) Những thép sử dụng trong làm khuôn biến dạng nóng
là SKD61, X40CrMoV5-1 ,

TT Mác thép C W Mo Cr V Mn
1 SKD 11 1,4 1,6 0,8-
1,2
11,0-
13,0
0,2-0,3 0,6
2 SKD61 0,32-0,42 1-1,5 4,5-5,5 0,8-1,2 0,5
3 X12 2,0-2,2 - - 11,5-
13,0
- 0,15-
0,4
4 SKD1 1,8-2,4 - - 12-15 0,3 0,6
5 SKS31 0,95-1,05 1,00-1,5 - 0,8-1,2 - 0,9-1,2
6 100CrWMn 0,9-1,05 1,2-1,6 - 0,9-1,2 - 0,8-1,1


c) Khuôn sử dụng trong Đúc áp lực.
Đa số các máy đúc áp lực cao hiện nay theo kiểu buồng ép nguội nằm
ngang. Khuôn đúc bao gồm hai nửa khuôn gồm một nửa cố định (nửa khuôn
tĩnh) và một nửa chuyển động (nửa khuôn động). Ruột đợc bố trí tại nửa
khuôn động vì dễ dỡ hơn. Cấu tạo khuôn đúc thờng rất phức tạp gồm buồng
ép, kênh dẫn, rãnh dẫn, các chốt dẫn hớng, chốt đẩy (hình 11) 14Hình 11. Máy đúc áp lực 420 tấn (Viện Công nghệ)
Khuôn đúc áp lực tuy không chịu áp lực cao và tải trọng va đập lớn bằng
các khuôn ép nguội nhng lại chịu nhiệt độ cao và thay đổi liên tục. Do đó vật
liệu làm khuôn đúc áp lực ngoài yêu cầu về độ bền, độ dai, độ chịu mài mòn
cao còn phải có khả năng chịu nhiệt độ cao và thay đổi liên tục. Đối với đúc
nhôm ngời ta hay dùng thép 4Cr5W2PPb, 3Cr2W8b, đúc kẽm vật liệu làm
khuôn thờng là 5CrMnNi. Khuôn phải đợc nhiệt luyện, các bề mặt làm việc
đợc mài nhẵn, (hiện nay thờng mài bằng tay), mạ crôm, anot hoá, hoặc phốt
phát hoá bề mặt khuôn.

d) Khuôn uốn ống.
- Khuôn uốn R (bản vẽ xem phần phụ lục)
Khuôn uốn ống có bán kính R là chi tiết có dạng trụ tròn xoay với rãnh
cầu. Khuôn uốn R đợc lắp trên phần băng máy cố định, nó đợc gắn vào trục
quay và chỉ kéo trên trục đó khi uốn. Đối với mỗi sản phẩm khác nhau khuôn
uốn sẽ có đờng kính phù hợp. Với đặc điểm là chịu kéo, nén, ma sát, mài
mòn lớn khi làm việc nên vật liệu làm khuôn để đáp ứng đợc những yêu cầu
về cơ tính là rất quan trọng. Trớc đây, ngời ta thờng dùng thép C45 gia 16
II. Gia công khuôn trên máy công cụ CNC

Sự xuất hiện của các máy công cụ CNC đã nhanh chóng thay đổi công
nghệ sản xuất khuôn mẫu. Các đờng cong lòng khuôn đợc gia công dễ dàng
hơn. Các cấu trúc phức tạp 3D cũng đợc thực hiện dễ hơn, lợng lớn các thao
tác của ngời thợ đợc giảm thiểu, góp phần tăng chất lợng và năng suất gia
công. Việc lập trình gia công khuôn trên các phần mềm bao gồm cả việc mô
phỏng quá trình gia công giúp cho qui trình gia công hoàn thiện hơn trớc khi
đa vào gia công thực tế. Ngày nay, trong môi trờng sản xuất linh hoạt, một
loạt các máy gia công CNC có thể kết hợp thành một tổ hợp (CNC
engineering center) để có thể sản xuất khép kín từ đầu vào đến đầu ra của một
sản phẩm khuôn mẫu. ở những nớc phát triển, ngời ta đã tích hợp để hình
thành những phân xởng sản xuất khuôn mẫu linh hoạt với tổ hợp CIM
(Computer Integarated Manufacturing) với việc trang bị thêm các robot cấp
liệu và hệ thống đo lờng quản lý chất lợng đồng bộ. Máy CNC có thể điều
khiển trực tiếp từ các bản vẽ của các phần mềm thiết kế vì thế có thể chuyển
trực tiếp từ bộ phận thiết kế sang bộ phận chi tiết mà không cần đến in bản vẽ
ra giấy. Máy gia công CNC sử dụng trong sản xuất khuôn mẫu có hai loại loại
cắt kim loại bằng dụng cụ cắt (dao) nh máy tiện, phay và loại cắt kim loại
bằng tia lửa điện (bản chất là làm bốc hơi kim loại). Về bản chất gia công trên
các máy công cụ cắt CNC là giống nhau, các thông số công nghệ nh lợng
chạy dao, tốc độ chạy dao, tốc độ trục chính vv đều đợc điều khiển bằng
kỹ thuật số.

1719

Hình 16. Phay khuôn trên máy phay vạn năng CNC
- Máy phay nằm ngang: Trục chính của máy phay nằm ngang là theo
phơng OZ, chiều dơng hớng vào máy, trục OX nằm trên mặt phẳng
định vị của chi tiết (hoặc song song với mặt phẳng định vị, và chiều
dơng của nó hớng về phía trái nếu nhìn theo hớng dơng của trục
chính

Hình 17. Hệ toạ độ máy phay nằm ngang

20
2.2 . Máy tia lửa điện.
Gia công tia lửa điện về bản chất là hớt đi bề mặt phôi bởi một quá
trình điện nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại thay cho tác
động của dụng cụ cắt vào phôi gồm 02 quá trình sau:
Bớc 1: Hình thành kênh phóng điện.
Máy phát điện tăng điện áp qua khe hở. Dới ảnh hởng của điện
trờng, các điện tử bị hút từ cực âm (catôt) về cực dơng (anôt). Điện trờng
sẽ mạnh nhất ở hai điểm điện cực gần nhau nhất, chất điện môi bị ion hoá. Tất
cả các phần tử dẫn điện đều hội tụ quanh điểm này tạo nên một cầu. Kênh
phóng điện hình thành và sự phóng điện xảy ra.
Bớc 2: Nóng chảy và bốc hơi vật liệu.
Tại thời điểm phóng điện, điện áp giảm, số lợng phần tử dẫn điện tăng
lên làm dòng điện chạy giữa các điện cực. Dòng điện cung cấp năng lợng
làm bốc hơi dung dịch điện môi. Lõi của bọt hơi bao gồm các kênh plasma.
Plasma này là chất khí có lẫn các điện tử và các ion dơng ở áp suất khoảng

22
2.3 . Lập trình gia công khuôn mẫu trên máy CNC
Để lập chơng trình gia công khuôn ngời ta đặt nó vào một hệ toạ độ cố
định gắn với phôi. Đặt gốc toạ độ cần tuân theo nguyên tắc sao cho đơn giản
nhất trong quá trình tính toán. Quá trình lập trình gia công khuôn có thể sử
dụng hệ toạ độ tuyệt đối hoặc tơng đối, hoặc phối hợp giữa hệ toạ độ tuyệt
đối và tơng đối.
- Các thông số hình học giúp xây dựng một chơng trình dịch chuyển
lỡi cắt dụng cụ trong hệ toạ độ đợc chọn.
- Các thông tin công nghệ Xác định các thông số về công nghệ nh:
loại dụng cụ cắt và các thông số hình học của nó nh góc trớc, góc
sau, bán kính lỡi cắt ; Các thông số chế độ cắt v,t,s và các điều kiện
khác nh bôi trơn, làm mát, thoát phoi; các biện pháp công nghệ nh
dừng có thời gian để làm bóng bề mặt
Có nhiều hình thức lập trình nh:
- Lập trình bằng tay trực tiếp trên máy CNC: Các máy CNC đợc trang bị
các phím chức năng và màn hình đồ hoạ cho phép trực tiếp nhập các
câu lệnh vào cụm CNC. Để giảm thời gian tính toán các điểm trung
gian, chiều dày lát cắt hệ thống CNC đợc cài đặt sẵn các chơng trình
con.
- Lập trình bằng máy tính: Từ cơ sở vẽ và thiết kế trên máy tính, một hệ
thống biên dịch sẽ trợ giúp cho quá trình lập trình. Sau khi thiết kế xong
khuôn sẽ lựa chọn quy trình công nghệ gia công và cách thức gia công
(cắt thô, cắt bán tinh, cắt tinh và các kiểu ăn dao). Từ những lựa chọn
đó máy tính sẽ thông qua bộ vi xử lý sẽ xác định một chơng trình gia
công thích hợp dới dạng mô tả các quá trình dịch chuyển dụng cụ và
các chế độ công nghệ tơng ứng. Sau đó là mã hoá chơng trình gia

B2 Chọn các tham số gia công tia lửa điện và xác định điều kiện dòng
chảy chất điện môi
- Đa lợng hớt vật liệu và độ thô hoặc tinh của bề mặt gia công vào bản
kê.
- Các tham số phóng điện
- Các tham số điều khiển khe hở REP, VM
- Các tham số ăn mòn điện AW, T

24
- Các tham số để tự động ngăn ngừa lỗi
- Dòng chảy SPL
B3 Chọn điểm bắt đầu
Đa vật liệu phôi và hình dáng yêu cầu vào bản kê
B4 Xác định các toạ độ:
- Block vị trí: XYZC
- Block ăn mòn điện
B5 Chuyển các bớc định vị và gia công tia lửa điện sang các lệnh lập trình
B6 Vào chơng trình
B7 Mô phỏng trên máy tính
B8 Chạy chơng trình gia công trên máy.