LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong các công trình nghiên cứu
nào khác
HỌC VIÊN CAO HỌC
Lê Văn Huy
2
LỜI CẢM ƠN
Sau 2 năm học tập và nghiên cứu, đƣợc sự giúp đỡ tận tình của Thầy Cô giáo
trong Viện Cơ khí, Bộ môn Gia Công Áp Lực cùng sự hƣớng dẫn khoa học tận tình
của PGS. TS. Phạm Văn Nghệ, tôi đã hoàn thành khóa học, luận văn tốt nghiệp Cao
học và đạt những kết quả mong muốn.
Nhân dịp hoàn thành luận văn Cao học, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tất
cả các Thầy, Cô giáo trong Bộ môn, Viện Cơ khí và Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà
Nội đã tận tình giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khoá học
của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS. TS. Phạm Văn Nghệ đã nhiệt tình
hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong việc thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cám ơn các thầy giáo phản biện đã đọc luận văn và đóng góp cho
tôi những ý kiến quý báu và bổ ích.
Tác giả
Lê Văn Huy
3
Hình 1.8.Các bƣớc thực hiện dập thủy tĩnh ống chữ T .............................................21
Hình 1.9.Sơ đồ dập thủy tĩnh ống chữ T ...................................................................22
Hình 1.10.Các nhóm sản phẩm cơ bản của dập thủy tĩnh từ phôi ống .....................23
Hình 1.11.Sơ đồ nguyên chung công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống ..........................24
Hình 1.12.Khuôn dập thủy tĩnh phôi ống..................................................................25
Hình 1.13.Máy ép thủy lực II -125 ...........................................................................29
Hình 1.14.Sơ đồ kết cấu khuôn dập thủy tĩnh ..........................................................29
Hình 1.15. Kết cấu của ống dẫn dầu trong hệ thống thủy lực ...................................30
Hình 1.16. Đồng hồ đo áp xuất bằng lo xo và đo cảm biến ......................................30
Hình 1.17. Các chi tiết ôtô đƣợc dập bằng phƣơng pháp thủy tĩnh từ phôi tấm .......33
Hình 1.18. Một số sản phẩm gia dụng dập bằng phƣơng pháp thủy tĩnh .................33
Hình 1.19. Một số loại sản phẩm dập bằng phƣơng pháp thủy tĩnh từ phôi ống ......34
Hình 2.1. Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh với tải trọng đơn ...........................36
Hình 2.2. Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi ống ...............37
Hình 2.3. Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh phôi theo phƣơng ngang ...............39
Hình 2.4. Trạng thái ứng suất ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 của dập thủy tĩnh
với ép dọc trục không có ép bổ sung (a) và giai đoạn 2 (3) dập thủy tĩnh với
ép dọc trục bổ sung theo toàn bộ tiết diện ngang của phôi nơi tạo hình ...................41
5
Hình 2.5. Trạng thái ứng suất khi dập thủy tĩnh với ép dọc trục và uốn ngang........41
Hình 2.6. Sơ đồ xác định áp lực phá hủy trên đỉnh vấu ............................................45
Hình 2.7. Mối quan hệ giữa áp lực chất lỏng làm việc 1 và áp lực phá hủy 2
Với việc chồn trục phôi từ nhôm và thép khi dập thủy tĩnh chi tiết đối xứng
(a) và mối nối chữ T (b) ............................................................................................47
Hình 2.8. Sự thay đổi áp lực làm việc p phụ thuộc vào việc chồn dọc trục phôi Δl147
Hình 2.9. Sự thay đổi của áp suất làm việc p theo KD khi KL=1,5, Kt = 0,09 ..........48
Hình 2.10. Sự thay đổi áp lực trục phôi Fa khi dập mối nối chữ T từ thép
Hình 4.8. Tấm đỡ khuôn. ..........................................................................................77
Hình 4.9. Lõi khuôn. .................................................................................................77
Hình 4.10. Bản vẽ chế tạo chi tiết tấm đỡ khuôn trên...............................................78
Hình 4.11. Bản vẽ chế tạo chi tiết khuôn trên. ..........................................................78
Hình 4.12. Bản vẽ chế tạo chi tiết khuôn dƣới..........................................................79
Hình 4.13. Bản vẽ chế tạo chi tiết tấm đỡ khuôn dƣới. ............................................79
Hình 4.14. Bản vẽ chế tạo chi tiết tấm đế khuôn. .....................................................80
Hình 4.15. Bản vẽ chế tạo chi tiết gối đỡ. .................................................................80
Hình 4.16. Bản vẽ chế tạo chi tiết lõi khuôn. ............................................................81
Hình 4.17. Hình chi tiết tấm đỡ khuôn trên trên phần mền Mastercam....................82
Hình 4.18. Hình chi tiết khuôn trên trên phần mền Mastercam. ...............................93
Hình 4.19. Hình chi tiết khuôn dƣới trên phần mền Mastercam...............................94
Hình 4.20. Hình chi tiết tấm đỡ khuôn dƣới trên phần mền Mastercam. .................94
Hình 4.21. Hình chi tiết tấm đế khuôn trên phần mền Mastercam. ..........................95
Hình 4.22. Hình chi tiết lõi khuôn trên phần mền Mastercam. .................................95
Hình 4.23. Ảnh khuôn đã đƣợc chế tạo.....................................................................98
7
MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Lời cam đoan
2
Lời cảm ơn
3
1.1.2. Phân loại các phƣơng pháp dập bằng nguồn chất lỏng cao áp
16
1.2. Công nghệ dập thủy tĩnh từ phôi dạng ống
19
1.2.1 Khái quát về công nghệ dập thủy tĩnh
19
1.2.2 Khả năng công nghệ của dập thủy tĩnh
22
1.2.3 Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh phôi ống
24
1.2.4 Khuôn dập thủy tĩnh phôi ống
25
1.2.5 Các thiết bị dùng trong dập thủy tĩnh phôi ống
26
8
2.4. Dập thủy tĩnh với lực ép trục phôi và các vấu.
39
2.5. Dập thủy tĩnh có ép dọc trục và uốn ngang phôi
41
2.6. Cơ sở tính toán các thông số năng lƣợng lực khi dập thủy tĩnh
42
2.6.1. Trƣờng hợp dập thủy tĩnh với tải trọng đơn
42
2.6.2. Trƣờng hợp dập thủy tĩnh có ép dọc trục phôi
44
2.6.3. Dập thủy tĩnh có ép dọc trục phôi và bộ phận phân chia
54
Chƣơng 3NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ
DẬP THỦY TĨNH CHI TIẾT DẠNG TRỤC BẬC RỖNG
60
3.3.2 Mô phỏng quá trình dập thủy tĩnh phôi ống, dạng trụ bậc
64
CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN TRÊN
MÁY PHAY CNC
73
4.1 Thiết kế khuôn
73
4.1.1 Giới thiệu về phần mền thiết kế Autodesk Inventor
73
4.1.2 Kết quả thiết kế các chi tiết của khuôn dập
73
4.1.3 Bản vẽ chế tạo
77
4.1.4 Giới thiệu về phần mền gia công Mastercam
81
năm 1950 và đầu những năm 1960 nhằm thỏa mãn nhu cầu giảm chi phí sản xuất các
chi tiết dập vuốt sâu với số lƣợng ít. Những năm 1975-1980 ngƣời ta bắt đầu nghiên
cứu dòng chất lỏng cao áp để từng bƣớc cải thiện tốc độ dập và tốc độ biến dạng trong
công nghệ dập bằng chất lỏng. Công nghệ dập thủy tĩnh có nhiều ƣu điểm nổi bật so
với dập và dập vuốt thông thƣờng. Ngƣời ta đã chứng minh đƣợc áp lực thủy tĩnh tác
dụng trên toàn bộ bề mặt vật liệu khi tăng lên sẽ giảm đáng kể các vết nứt, áp lực thủy
tĩnh ngăn cản việc khởi đầu và lan rộng của vết rách tế vi trong vật liệu kim loại và nhờ
có độ nhớt của chất lỏng tạo sự căng trên bề mặt của phôi tấm nên giảm thiểu sự hình
thành nếp nhăn do cƣờng độ ma sát tạo ra trên bề mặt, nâng cao độ chính xác cũng nhƣ
chất lƣợng bề mặt của sản phẩm, tiết kiệm thời gian gia công khuôn, tiết kiệm kim loại.
2. Tính cấp thiết của đề tài
Trong lĩnh vực sản xuất các chi tiết có hình dạng phức tạp dạng ống có hình dạng
phức tạp và có những yêu cầu kỹ thuật cao so với các chi tiết thông thƣờng. Do đó, cần
phải có những công nghệ thích hợp để chế tạo. Với công nghệ dập vuốt truyền thống
hay chày cối cứng thì việc chế tạo chày cối có kích thƣớc tƣơng quan chính xác gây
khó khăn. Việc ứng dụng chất lỏng mà đặc biệt là công nghệ dập thủy tĩnh có vai trò
rất quan trọng. Điểm khác biệt so với dập vuốt truyền thống là chất lỏng đóng vai trò
tạo ra áp lực cần thiết để làm biến dạng chi tiết theo biên dạng của lỏng khuôn, tiết
kiệm đƣợc thời gian gia công khuôn, tiết kiệm kim loại, mức độ dập vuốt tăng lên, tạo
hình chi tiết phức tạp.
Nhằm tìm hiểu thêm về công nghệ dập thủy tĩnh và xem xét đánh giá các yếu tố
ảnh hƣởng, nâng cao năng suất, chất lƣợng và hạ giá thành sản xuất, với sự giúp đỡ của
PGS. TS Phạm Văn Nghệ, Bộ môn Gia Công Áp Lực – Viện cơ khí ĐHBK Hà Nội
11
thì tác giả đã lựa chọn đề tài : Nghiên cứu công nghệ dập thủy tĩnh để chế tạo các chi
tiết rỗng có hình dạng đặc biệt
3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
dạng trục bậc rỗng
* Chƣơng 4 : Thiết kế và lập trình khuôn CNC
* Kết luận và hƣớng phát triển của đề tài
* Tài liệu tham khảo
13
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP BẰNG CHẤT LỎNG
1.1. Công nghệdập tạo hình bằng chất lỏng
1.1.1. Lịch sử phát triển
Công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng (Hydroforming), đã đƣợc bắt đầu từ
những năm 1960. Song đến tận những năm 1980 của thế kỷ 20 thì nó mới đƣợc nghiên
cứu và áp dụng trong công nghiệp cơ khí chế tạo máy một cách đáng kể
Hình 1.1 Sản phẩm dập thủy tĩnh từ phôi dạng ống
14
Hình 1.2 Sản phẩm dập thủy tĩnh từ phôi dạng tấm
Những năm 1975 ngƣời ta bắt đầu nghiên cứu dòng chất lỏng cao áp để từng
bƣớc cải thiện tốc độ dập và tốc độ biến dạng trong công nghệ dập bằng chất lỏng. Một
số nghiên cứu cho thấy những ƣu điểm của phƣơng pháp này :
- Mclintock (năm 1968), Rice và Tracey (năm 1969) đã bắt tay vào nghiên cứu trên
phôi tấm và chứng minh đƣợc rằng áp lực thủy tĩnh tác dụng trên toàn bộ bề mặt vật
liệu khi tăng lên sẽ giảm đáng kể các vết nứt.
- Clift, Hartley, Sturgess và Rowe (năm 1990), Hartley, Pillinger và Sturgess (năm
1992), đã chứng minh rằng việc sử dụng một áp lực thủy tĩnh ngăn cản việc khởi đầu
và lan rộng của vết rách tế vi trong vật liệu kim loại.
A. Công nghệ dập thủy tĩnh (High pressure forming)
Dập thủy tĩnh là một phƣơng pháp tạo hình vật liệu nhờ chất lỏng có áp suất cao tác
dụng trực tiếp vào bề mặt của phôi gây biến dạng phôi theo hình dạng của lòng cối.
16
Hình 1.3 Sơ đồ khuôn dập thủy tĩnh phôi kép
Phôi ban đầu thƣờng có hình dạng đơn giản (dạng ống, dạng tấm), dƣới tác dụng
của chất lỏng cao áp trong lòng phôi ống, phôi bị biến dạng theo hình dạng của cối tạo
thành sản phẩm rỗng có hình dạng phức tạp.
* Ƣu điểm
- Tạo ra chi tiết đồng nhất từ một vật liệu
- Cùng 1 bộ khuôn có thể dập đƣợc các chi tiết có chiều dày khác nhau
- Nâng cao độ bền cho chi tiết và kết cấu.
- Thời gian tạo hình ngắn đối với một chi tiết phức tạp.
- Giảm thiểu số nguyên công tạo hình so với các phƣơng pháp khác.
- Độ chính xác của chi tiết cao.
- Giảm thiểu phế phẩm.
* Nhƣợc điểm
- Giá thiết bị và khuôn cao
- Năng suất thấp
- Thƣờng xảy ra biến mỏng mãnh liệt ở vùng trung tâm
- Cần có hệ thống điều khiển để điều khiển các thông số công nghệ phụ thuộc thời
gian và hệ thống kín khít để tránh mất áp trong quá trình tạo hình.
17
Quy trình công nghệ biến đổi hình dạng của phối ống ở trạng thái nguội bằng
nguồn áp lực cao bên trong gọi là dập thủy tĩnh. Trong các quá trình tạo hình bằng
phƣơng pháp này, hình dạng sản phẩm đƣợc tạo ra bởi áp lực thủy tĩnh cao, tác động
19
trực tiếp lên bề mặt trong của phôi. Trong từng trƣờng hợp sự tác động của áp lực chất
lỏng cao đƣợc thực hiện ở bên ngoài của phôi.
Ở quy trình công nghệ kể trên chất lỏng đóng vai trò là dụng cụ tạo hình vạn năng,
nó cho phép tránh sự tập trung tải trọng, áp lực tác dụng đều trên bề mặt phôi gia công.
Hình 1.7 Sơ đồ dập thủy tĩnh áp lực cao và có lực dọc trục đối với phôi ống
* Các chi tiết chính trong khuôn dập thủy tĩnh :
- Khuôn trên
- Khuôn dƣới
- 2 chày ép dọc trục
* Quá trình dập có thể chia thành các bƣớc thực hiện nhƣ sau :
Các bƣớc công nghệ tạo hình sản phẩm dạng phôi ống (ống chữ T)
20
Hình 1.8 Các bước thực hiện dập thủy tĩnh ống chữ T
a) Đặt phôi vào lòng khuôn
b) Đóng khuôn, cấp chất lỏng cao áp vào lòng ống
c) Tăng áp làm phôi biến dạng theo lòng khuôn
d) Rút chất lỏng ra khỏi lòng khuôn, khuôn trên đi lên và lấy sản phẩm ra ngoài
* Đặc điểm của dập
- Áp suất chất lỏng công tác trong lòng ống có thể lên tới 1000 đến 10000 bar tùy thuôc
- Nhóm II : Thân các chi tiết chịu áp lực : Trong các chi tiết này có nhiều chi tiết giống
với các chi tiết trong nhóm I. Bằng công nghệ dập thủy tĩnh ngƣời ta có thể chế tạo
đƣợc phôi thân của các chi tiết chịu áp lực, và sẽ thu về sản phẩm không cần phải gia
công bổ sung thêm
- Nhóm III : Trục bậc rỗng : Nhìn chúng các chi tiết trục bậc rỗng làm việc trong điều
kiện nhẹ, cứng, làm mát. Do vậy phần lớn chúng đƣợc sản xuất từ công nghệ dập thủy
tĩnh
23
- Nhóm IV : Các chi tiết trục cam lệch tâm rỗng : Bằng phƣơng pháp dập thủy tĩnh ta
có thể sản xuất đƣợc bán sản phẩm có hình dạng đơn giản sau đó gia công cơ khí hoặc
gia công dẻo bổ sung
- Nhóm V : Trục khuỷu rỗng
- Nhóm VI : Các chi tiết khung xe đạp : các chi tiết này có hai hay nhiều vấu, hình
dạng của các vấu thƣờng là tròn, ôvan, vuông hay chữ nhật. bằng công nghệ dập thủy
tĩnh có thể tạo ra các chi tiết này chất lƣợng cao.
- Nhóm VII : Các chi tiết có nếp gấp ngang
- Nhóm VIII : Các chi tiết của trang thiết bị giao thông : Nhóm này là các chi tiết của
xe ôto, xe điện, .. có thể có vấu hoặc không vấu
- Nhóm IX : Các sản phẩm dân dụng khác : nhƣ cốc kim loại, các lọa hoa kim loại
1.2.3 Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh phôi ống
Sơ đồ nguyên lý chung của công nghệ dập thủy tĩnh nhƣ sau :
Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý chung công nghệ dập thủy tĩnh phôi ống
24
chuyển hóa thành năng lƣợng của dòng chất lỏng (áp năng), dòng chất lỏng đƣợc dẫn
đến vị trí thuận lợi, sau đó đƣợc chuyển hoá thành cơ năng và truyền đến bộ phận nhận
năng lƣợng.
Trong công nghiệp, truyền động thuỷ lực đóng vai trò hết sức quan trọng, nó có
rất nhiều ƣu điểm nhƣ:
- Truyền đƣợc công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tƣơng đối đơn giản, hoạt
động với độ tin cậy cao mà lại ít đòi hỏi về chăm sóc, bảo dƣỡng.
- Tốc độ truyền động cao.
- Điều chỉnh đƣợc vận tốc làm việc vô cấp và êm dịu, dễ thực hiện tự động hóa
theo điều kiện làm việc hay theo chƣơng trình có sẵn. Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần
tự dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với nhau, đƣờng truyền sử dụng thƣờng là các ống
mềm dễ thay đổi vị trí.
- Có khả năng giảm khối lƣợng và kính thƣớc các thiết bị nhờ chọn áp suất thuỷ
lực cao.
- Nhờ bán kính nhỏ của bơm và động cơ thuỷ lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên
có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập nhƣ trong trƣờng hợp truyền động
cơ khí.
26
Copyright: Tài liệu đại học ©