BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN THỊ THU

Nguyến Thị Thu

CHUYÊN NGÀNH
CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY THUẬN NGHỊCH MICRO
ĐỂ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT TIẾP ĐIỂM TRONG CÔNG NGHIỆP
ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY

KHÓA 2009
Hà Nội – Năm 2011


LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Nguyễn Thị Thu - học viên lớp Cao học Chế tạo máy – Khoá 2009 –
Viện Cơ Khí – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin cam đoan bản luận văn thạc
sỹ khoa học này do tôi tự làm, không sao chép nguyên bản của ai. Các nguồn tài liệu là
do tôi thu thập và dịch từ các tài liệu chuẩn nước ngoài. Số liệu trong bản luận văn này là
số liệu thực tế, không bịa đặt.
Nếu có bất cứ sai phạm nào tôi xin chịu trách nhiệm trước hội đồng tốt nghiệp và
nhà trường.
Học viên cao học

Nguyễn Thị Thu

2.2.1.3. Thiết bị và khuôn nguyên công dập nổi ( embossing ): .............................. 37
2.3 Các phương pháp gia công khuôn Micro (vi gia công). .................................... 37
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT ĐẦU
TIẾP ĐIỂM…………………………………………………………………….…43

2


3.1. Xây dựng bản vẽ sản phẩm............................................................................ 43
3.2. Xác định phương án công nghệ. .................................................................... 44
3.3. Tính toán các thông số công nghệ. ................................................................. 47
3.3.1.Tính toán phôi. ........................................................................................... 47
3.3.2. Tính toán lực công nghệ. ............................................................................ 41
3.4. Mô phỏng số quá trình ép chảy thuận nghịch……………………50
3.4.1. Ảnh hưởng của vận tốc………………………………………………….53
3.4.2. Ảnh hưởng của ma sát…………………………………………………..55
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KHUÔN VÀ THIẾT BỊ TẠO HÌNH MICRO …. ………….57
4.1. Thiết lập dây truyền chế tạo tổng thể ............................................................. 57
4.2. Khuôn và thiết bị phụ trợ .............................................................................. 58
4.2.1. Vật liệu làm khuôn ..................................................................................... 58
4.2.2. Kết cấu khuôn. ........................................................................................... 59

4.3. Chọn máy……………………………………………………………..…63
4.4. Chọn Xi lanh. ............................................................................................... 64
4.5. Xây dựng sơ đồ nguyên lý thuỷ lực: .............................................................. 64
4.6 Thiết kế mạch điều khiển ............................................................................... 66
4.7 .Kiểm nghiệm ................................................................................................ 69

4.8 Tính toán, thiết kế cơ cấu cấp phôi tự động……………………………..74
4.8.1. Giới thiệu chung về cơ cấu cấp phôi tự động. .............................................. 74


Nhôm

4

EDM

Gia công xung điện

5

FE

Ép chảy thuận

6

FBCE

Ép chảy thuận nghịch

7

DCE

Ép chảy theo hai hướng

8

IC

………71

3

Bảng 3:

Các chi tiết khuôn……………………………..

……….73

4

Bảng 4:

Cơ tính vật liệu làm khung máy là 40X ………

………..80

5

Bảng 5:

Các thành phần hoá học của thép 40X………

………..80

6

Bảng 6


2

Hình 1.2.

Dập tấm phục vụ đời sống sinh hoạt.

15

3

Hình 1.3.

Các sản phẩm dập khối điển hình.

17

4

Hình 1.4.

Các chi tiết Micro ứng dụng trong y tế và một số lĩnh vực. 18

5

Hình 1.5.

Một số linh kiện và chi tiết micro trong điện tử.

19


10 Hình 2.5.

Ảnh hưởng của ma sát.

28

11 Hình 2.6.

Đồ thị lực với các vận tốc.

29

12 Hình 2.7.

Quá trình ép có tác động sóng siêu âm.

30

13 Hình 2.8

Máy và khuôn cắt - uốn liên tục.

14 Hình 2.9

Một số kết cấu khuôn dập các chi tiết siêu nhỏ.

15 Hình 2.10.

Máy ép micro sử dụng tay gạt.



Khuôn mico thực hiện bằng các phương pháp vi gia công.

39

22 Hình 2.17

40
Khuôn được phay vi mô với các phần tử micro.
(phần tử nhỏ nhất: 0,05mm; nhám bề mặt Ra
61

31 Hình 4.1

Sơ đồ dây truyền sản xuất.

62

32 Hình 4.2

Nguyên lý hoạt động của máy.

63

33 Hình 4.3

Lòng cối ép chảy.

64

34 Hình 4.4

Gia công chày cối bằng phương pháp xung điện.

65

35 Hình 4.5

Chày.


73

41 Hình 4.11

Thiết bị xử lý JK Flip- Flop TLT 74107.

74

42 Hình 4.12

Sơ đồ logic điều khiển .

75

43 Hình 4.13

Biến dạng lưới của bài toán.

77

44 Hình 4.14

Chuyển vị tổng.

78

45 Hình 4.15

Ứng suất tương đương Von-mises.


82

7


MỞ ĐẦU
• Lý do chọn đề tài
Gia công áp lực là phương pháp gia công cho năng suất cao, đặc biệt là không chỉ
tạo ra sản phẩm có kích thước và hình dạng mong muốn, mà thông qua biến dạng còn có
thể cải thiện cơ tính của vật liệu. Sản phẩm của phương pháp rất đa dạng về kích thước,
hình dáng hình học, vật liệu, từ những chi tiết lớn như vỏ ô tô, vỏ máy bay… đến những
chi tiết rất nhỏ cỡ micro như chân IC, chíp điện tử trong máy tính, điện thoại. Đặc biệt,
các sản phẩm dạng micro ngày càng phổ biến rộng rãi và là một phần không thể thiếu
trong cuộc sống hiện đại. Tuy nhiên, việc chế tạo các chi tiết dạng micro để ứng dụng
trong công nghiệp điện tử ở nước ta còn là một dấu hỏi lớn. Một trong các phương pháp
công nghệ chế tạo các chi tiết đó là phương pháp ép chảy thuận – nghịch. Với phương
pháp này chúng ta có thể chế tạo những chi tiết đặc thù đặc hoặc rỗng.
Phương pháp ép chảy thuận nghịch chi tiết micro cho năng suất và chất lượng cao,
và hiện nay đang được áp dụng trên thế giới. Với tính chất là dùng trong công nghệ
micro nên bộ khuôn để chế tạo nó cũng rất nhỏ. Thiết bị sử dụng để chế tạo cũng nhỏ gọn
và đồng nghĩa với việc tiêu tốn ít năng lượng. Công nghệ ép chảy, đặc biệt là những chi
tiết siêu nhỏ hiện chưa được áp dụng tại Việt Nam. Do vậy, tôi chọn đề tài luận văn thạc
sỹ của tôi là “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY THUẬN –NGHỊCH MICRO ĐỂ
CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT TIẾP ĐIỂM TRONG CÔNG NGHIỆP ĐIỆN TỬ” để tìm hiểu,
khảo sát, nghiên cứu công nghệ tiên tiến này. Việc khảo sát, nghiên cứu và tiến tới đưa
vào sản xuất ứng dụng chính là cùng chung tay góp phần đẩy mạnh nền công nghiệp của
đất nước.

• Lịch sử nghiên cứu:
Từ trước tới nay, chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu và chế tạo các chi tiết có


9


NỘI DUNG
CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH VẬT LIỆU
1.1.

Tạo hình bằng phương pháp gia công áp lực.
Gia công áp lực là phương pháp tạo hình vật liệu dựa trên cơ sở biến dạng dẻo của

vật liệu, chiếm một vị trí quan trong trong ngành cơ khí chế tạo và được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực như chế tạo ôtô, xe máy, máy công cụ, sản phẩm phục vụ đời sống...Công
nghệ gia công áp lực được phân thành các loại hình: công nghệ dập tấm, công nghệ dập
khối, và công nghệ dập đặc biệt.
1.2. Phương pháp dập tấm.
Hiện nay dập tấm là một trong những phương pháp gia công kim loại tiên tiến nhất,
nó được áp dụng rộng rãi trong hầu hết các nhà máy chuyên môn sản xuất rèn dập cũng
như các nhà máy chế tạo và sửa chữa cơ khí khác. Ở các nước có nền công nghiệp tiên
tiến, quá trình sản xuất dập tấm được tự động hoá và cơ khí hoá với mức độ cao, nhiều
loại thiết bị mới có công suất lớn và có những tính năng kỹ thuật đặc biệt đã được thiết kế
và chế tạo.
Mặt hàng dập tấm rất phong phú và đa dạng. Nó không những bao gồm những sản
phẩm phục vụ nhu cầu đời sống hàng ngày của nhân dân mà còn được sử dụng rộng rãi
trong nhiều ngành công nghiệp như chế tạo máy, kỹ thuật điện, chế tạo ô tô, máy bay,
chế tạo thiết bị dụng cụ máy chính xác vv..
Sản xuất dập tấm được áp dụng rộng rãi như vậy vì nó có nhiều ưu việt so với các
phương pháp gia công kim loại khác.
Về mặt kỹ thuật: Bằng phương pháp dập tấm có thể thực hiện được những công việc
phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị, có thể chế tạo được những chi tiết

loạt lớn và hàng khối. Do đó hạ giá thành sản phẩm.
+ Do độ bền độ cứng được tăng lên nên kích thước chi tiết giảm đi, chi tiết sẽ gọn
nhẹ hơn.
+ Cho năng suất cao, thao tác đơn giản không cần thợ bậc cao và có khả năng
chế tạo rất linh hoạt từ chi tiết nhỏ tới những chi tiết rất lớn.
Tuy nhiên gia công bằng phương pháp dập thể tích cũng có các nhược điểm sau:
+ Không dập được những chi tiết phức tạp, chi tiết quá lớn như phương pháp đúc.
+ Hầu hết quá trình tạo hình được thực hiện ở trạng thái nóng nên quá trình thao
tác và tự động hóa phức tạp hơn.
+ Độ chính xác, độ bóng thấp hơn so với gia công cơ. Tuy nhiên hiện nay đã có
những phương pháp dập tiên tiến, có thể dập ra những chi tiết có độ bóng, độ chính
xác cao do đó đối với một số mặt hàng gia công áp lực có phần vượt gia công cơ và
người ta có khuynh hướng dùng phương pháp gia công kim loại bằng áp lực để tránh
phải gia công cơ.
Đặc biệt là dập thể tích trên máy ép trục khuỷu dập nóng với các đặc điểm của nó
như máy làm việc êm, thân máy và cụm trục khuỷu thanh truyền có độ cứng vững tốt,
dẫn hướng êm, chính xác, tốc độ của máy nhanh, có thể đẩy phôi tự động. Các đặc điểm
này sẽ cho sản phẩm có kích thước chính xác, góc nghiêng ở thành vật rèn nhỏ, lượng dư
gia công cơ nguyên công tiếp theo ít, mức độ biến hình trên các tiết diện của vật rèn
tương đối đều dẫn đền cơ lý tính của vật rèn cũng đều trong hàng loạt vật rèn, độ lệch
khuôn ít, phế phẩm ít nên tiết kiệm được vật liệu, do hành trình cố định nên chiều cao vật
rèn là rất chính xác. Hơn nữa dập thể tích trên máy ép trục khuỷu còn cho năng suất gấp
2÷3 lần so với khi dập trên máy búa.
Sản phẩm của dập thể tích rất phong phú và đa dạng, chúng có hình dạng, kích cỡ và
vật liệu khác nhau. Khối lượng của vật dập có thể từ vài chục gam đến một vài tấn. ở các

12


nước tiên tiến khối lượng các chi tiết qua dập thể tích chiếm trên 50% tổng số khối lượng



Hình 1.5. Một số linh kiện và chi tiết micro trong điện tử
Trong công nghệ micro, để thuận tiện trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và chế
tạo, sản xuất người ta cũng được phân chia ra những loại khác nhau chế tạo như chế tạo
macro thông thường như: uốn, cắt, đột, ép chảy, dập nổi,…
1.5. Ngành công nghiệp điện tử tại Việt Nam.
Trong những năm gần đây, sau khi nước ta gia nhập WTO với một thị trường ngày
càng mở cửa, hội nhập với thế giới, Việt Nam đã trở thành nơi hấp dẫn các nhà đầu tư
nước ngoài, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ điện, điện tử. Các nhà đầu tư nước ngoài
đã mang vào nước ta những phương thức quản lý, kinh doanh tiên tiến và công nghệ hiện
đại. Tuy nhiên, theo giới chuyên gia nhận định cho đến tận năm 2011 khi nói về sự phát
triển của các doanh nghiệp điện tử Việt Nam: Công nghiệp Điện tử ở Việt Nam có thể
nói gần như con số “0”. Có tới 95 đến 98% sản phẩm điện tử, tin học xuất đi từ Việt Nam
là của các Doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài. Hàm lượng chất xám và giá trị gia
tăng trong các sản phẩm điện tử, máy tính xuất đi từ Việt Nam chỉ vài phần trăm. Đa số
các sản phẩm của các Doanh nghiệp Điện tử Việt Nam xuất khẩu vẫn dừng lại ở lắp ráp,
phần lớn linh kiện nhập khẩu từ nước ngoài.
Ngành công nghiệp điện tử Việt Nam có tới 70% số doanh nghiệp điện tử nhỏ và vừa
theo con đường lắp ráp, số còn lại muốn tạo bước đột phá bằng cách mạnh dạn đầu tư thiết
kế, tạo ra sản phẩm mang thương hiệu riêng để đẩy mạnh giá trị gia tăng và cạnh tranh với
thương hiệu nước ngoài. Nhiều quốc gia trong khu vực đã thành công khi lấy ngành này
làm đòn bẩy để hiện đại hóa, họ đã kết hợp trong hợp tác quốc tế sử dụng nguồn đầu tư
nước ngoài để thúc đẩy sản xuất trong nước. Vì vậy mà khi nhà đầu tư nước ngoài rút đi,
Hàn Quốc còn có Sam Sung, LG; Thái Lan và Malaixia có nền công nghiệp phụ trợ lớn
mạnh, Trung Quốc kết hợp được cả hai loại này. Còn Việt Nam vẫn ở điểm xuất phát thấp.
Công nghiệp sản xuất phụ tùng linh kiện và công nghiệp phụ trợ của Việt Nam phát triển ì

15


nguyên chất mà sử dụng hợp kim đồng. Hợp kim đồng được chia ra làm hai nhóm:
Latong và Brong. Latong hay còn gọi là đồng thau, là hợp kim của đồng với nguyên tố
chủ yếu là kẽm. Brong có tên gọi là đồng thanh là hợp kim của đồng với các nguyên tố
trừ kẽm. Latong được chia 2 loại: Latong đơn giản (chỉ có đồng và kẽm) và Latong phức
tạp (có thêm một số nguyên tố khác).
LcuZn30: Latong có 70% Cu và 30% Zn
LcuZn38AL1Fe1: Latong có 38% Zn; 1%Al; 1%Fe; còn lại là Cu.
Latong đơn giản trong thực tế dùng loại chứa ít hơn 45% Zn nên tổ chức của nó chỉ
có dung dịch rắn α và pha điện tử β.
α là dung dịch rắn của kẽm trong đồng có mạng lập phương tâm mặt chứa 39% Zn ở
454oC. Đây là pha chủ yếu quyết định tính chất của Latong. Khi hòa tan vào đồng, kẽm
làm tăng độ bền khá mạnh nhưng không làm giảm độ dẻo của hợp kim. Độ dẻo cao nhất
ứng với 30% Zn.
β là pha điện tử ứng với công thức CuZn (N =3/2) là pha cứng và giòn hóa bền cho
Latong. Do vậy không dùng Latong chứa hơn 45% Zn vì lúc này tổ chức chỉ toàn β nên
rất giòn. Trong thực tế chỉ dùng loại dưới 40% Zn với hai loại Latong 1 pha và Latong 2
pha.

17


Latong 1 pha: thường chứa ít hơn 35% Zn có tính dẻo cao, được cán nguội thành bán
thành phẩm làm chi tiết máy qua dập sâu. Latong với lượng kẽm nhỏ từ 5 đến 12% có
mầu đỏ nhạt dùng làm tiền xu, huy hiệu khuy áo quần, dây kéo... Latong chứa 20% Zn có
màu vàng giống như vàng nên được dùng làm đồ trang sức. Latong chứa khoảng 30% Zn
có độ dẻo cao dùng làm vỏ đạn các loại… Latong 1 pha thường được pha thêm 0,4 - 3%
Pb để dễ cắt gọt.
Latong 2 pha: thường chứa đến 40% Zn tổ chức 2pha (α+ β) có pha thêm chì để tăng
tính gia công cắt. Latong 2 pha cứng, bền và ít dẻo hơn so với loại 1 pha được cung cấp
dưới dạng băng, ống, tấm để làm các chi tiết máy đòi hỏi độ bền cao.

Kích thước hạt kim loại là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất
lượng kim loại (chủ yếu là cơ tính). Trong kĩ thuật đúc khuôn có xu hướng làm nhỏ hạt
kim loại vì hạt nhỏ có cơ tính tốt hơn và ít giòn hơn.
Các phương pháp làm nhỏ hạt trong thực tế :
- Tăng độ quá nguội khi kết tinh: độ quá nguội phụ thuộc vào tốc độ nguội, tốc độ
nguội càng lớn thì độ quá nguội càng tăng. Vậy ta phải làm nguội thật nhanh. Để tăng tốc
độ nguội người ta thường dùng khuôn kim loại có tính dẫn nhiệt cao thay cho khuôn cát.
Có thể dùng nước lạnh làm nguội ngoài thành khuôn kim loại.
- Tăng số lượng tâm mầm không tự sinh: người ta cố ý cho vào kim loại lỏng các
chất đặc biệt để giúp cho sự tạo mầm không tự sinh: ví dụ trước khi rót thép người ta cho
một lượng nhỏ nhôm vào thùng thép lỏng. Nhôm sẽ kết hợp với oxy, nito hòa tan trong
thép tạo ra các phần tử Al203, AlN rất nhỏ mịn hơn.
- Hạn chế tốc độ phát triển mầm: người ta cho vào kim loại lỏng một chất đặc biệt,
nó hòa tan và hấp thụ bề mặt mầm, hạn chế sự phát triển dài của mầm. Ví dụ: khi đúc hợp
kim nhôm - silic người ta cho vào một hỗn hợp muối natri, chúng hòa tan vào và hạn chế
sự phát triển của tinh thể silic. Do vậy làm hạt nhỏ.
Ảnh hưởng của kích thước hạt.
- Ảnh hưởng của kích thước hạt lên độ bền kéo.
Định luật Hall- Petch:
Theo Hall-Petch: бy = бo+
Trong đó:

[1]

K là hệ số
d là kích thước hạt

19



- Áp suất tiếp xúc
- Điều kiện bôi trơn
- Nhiệt độ
Ta có: Fms= µ.P = µ.бn.Stx
Trong đó: µ : hệ số ma sát 0,28 …0,38
бn : áp suất tiếp xúc
Stx : diện tích tiếp xúc thực
-

Hệ số ma sát k trong micro (0.38) lớn hơn trong Macro (0,2)

-

Bôi trơn trong Micro ma sát giảm đáng kể hơn so với Macro

-

Hệ số ma sát giảm khi áp suất tiếp xúc tăng trong điều kiện có bôi trơn.

Hình 2.5. Ảnh hưởng của ma sát.
Sơ đồ trên minh họa hai quá trình: dập macro – chi tiết có kích thước lớn và dập
micro – chi tiết có kích thước nhỏ.
Ta có thể thấy rằng trong điều kiện dập khô, không bôi trơn: diện tích tiếp xúc giữa
dụng cụ và phôi trong trường hợp dập micro nhỏ hơn nhiều so với trường hợp dậm
macro. Điều này chứng tỏ rằng áp lực pháp tuyến trong quá trình dập micro lớn hơn so
với khi dập sản phẩm macro.
Trong trường hợp thứ hai, có bôi trơn thì diện tích tiếp xúc bề mặt tăng lên dẫn tới áp
lực pháp tuyến giảm đáng kể. Do đó lực ma sát tạo giữa bề mặt dụng cụ và phôi cũng
giảm theo.
2.1.4. Ảnh hưởng của tốc độ



trong hoạt động gia công và biến dạng dẻo. Tuy nhiên, kể từ khi gia tốc được đưa ra bởi
sự rung động siêu âm là hơn mười ngàn lần lớn hơn so với trọng lực, hiệu quả rõ rệt của
nó về quá trình biến dạng của kim loại có thể được dự đoán [Lucas,1996]. Phạm vi của
kim loại tạo thành các quy trình bao gồm ống, dây và bản vẽ tách, ép chảy,... Dưới đây là
bảng kết quả khảo sát quá trình ép chảy pin tiếp điểm.
Bảng 1: Kết quả khảo sát quá trình ép chảy pin tiếp điểm

Ép chảy

Vị trí
khảo
sát

Không có sóng siêu âm

24

Có sóng siêu âm