Thiết kế chế tạo khuôn tạo hình kim loại ống: Đề tài nghiên cứu khoa học với vật liệu đàn hồi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN TẠO HÌNH ỐNG KIM LOẠI THÔNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI

MÃ SỐ: SV2020-115

S KC 0 0 7 4 0 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN TẠO HÌNH ỐNG KIM LOẠI THÔNG QUA

VẬT LIỆU ĐÀN HỒI

SV2020 - 115

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Quốc Lộc Tiến

MSSV : 16143149

TP Hồ Chí Minh, 8/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN TẠO HÌNH ỐNG KIM LOẠI THÔNG QUA

VẬT LIỆU ĐÀN HỒI

SV2020 - 115

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật

SV thực hiện: Nguyễn Quốc Lộc Tiến Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: 16143CL1, Khoa ĐT CLC Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: 4

Ngành học: Công nghệ chế tạo máy

Người hướng dẫn: TS. Trần Anh Sơn

TP Hồ Chí Minh, 8/2020

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................... iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................ vii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ........................................ 1

1.1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................. 2

1.2.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................. 2

1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................. 2

1.2.3. Mục tiêu nghiên cứu đề tài .................................................................. 2

1.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 2

1.3.1. Cơ sở phương pháp luận ...................................................................... 2

1.3.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể.................................................... 3

1.4. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài ......................................................... 4

1.4.1. Dập thủy tĩnh phôi ống kim loại .......................................................... 4

1.4.2. Phương pháp kéo ống kim loại .......................................................... 11

1.4.3. Máy ép thủy lực ................................................................................. 12

1.4.4. Cảm biến tải (Loadcell) ..................................................................... 18

1.4.5. Đầu cân điện tử (Digital indicator) .................................................... 21

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ....................... 23

2.1. Quá trình tạo phình ống sử dụng chày cao su ........................................ 23

2.1.1. Giới thiệu ........................................................................................... 23

2.1.2. Các phương pháp tạo hình ống kim loại ............................................ 24

2.2. Vật liệu kim loại ..................................................................................... 36

2.2.1. Phân loại ............................................................................................ 36

2.2.2. Thép cacbon ....................................................................................... 37

2.2.3. Thép C45 ............................................................................................ 41

2.2.4. Đồng thau ........................................................................................... 43

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN TẠO HÌNH KIM LOẠI ỐNG THÔNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI. .................................................... 45

3.1. Phương án thiết kế .................................................................................. 45

3.1.1. Lựa chọn phương án cấu tạo khuôn ................................................... 45

3.1.2. Thiết kế bạc định hình ....................................................................... 51

3.2. Qui trình thiết kế, gia công và lắp ráp khuôn ......................................... 53

3.2.1. Thiết kế khuôn bằng phần mềm Autodesk Inventor 2019 ................. 53

3.2.2. Mô phỏng nguyên lý hoạt động bằng phần mềm Ansys 16 .............. 68

3.2.3. Tiến hành gia công và lắp ráp khuôn ................................................. 73

3.3. Sản phẩm thực tế khi sử dụng khuôn tạo hình kim loại ống .................. 84

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ........................................................... 87

4.1. Các lỗi thường gặp khi thí nghiệm ......................................................... 87

4.2. Kết quả thí nghiệm và nhận xét .............................................................. 88

4.2.1. Thông số lực: ..................................................................................... 89

4.2.2. Thông số %R: .................................................................................... 90

4.2.3. Thông số Linsert: ............................................................................... 92

4.2.4. Thông số hành trình ép L của mẫu 1: ................................................ 93

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 96

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Các sản phẩm của khuôn ép ............................................................................ 1

Hình 1.2. Chi tiết mối nối đường ống dẫn ....................................................................... 4

Hình 1.3. Thân các thiết bị chịu áp lực ............................................................................ 5

Hình 1.4. Trục bậc rỗng ................................................................................................... 5

Hình 1.5. Trục cam lệch tâm rỗng ................................................................................... 5

Hình 1.6. Trục khuỷu rỗng .............................................................................................. 6

Hình 1.7. Chi tiết của khung xe đạp ................................................................................ 6

Hình 1.8. Chi tiết có nếp gấp ngang ................................................................................ 6

Hình 1.9. Chi tiết cầu sau oto .......................................................................................... 7

Hình 1.10. Các chi tiết dạng khác .................................................................................... 7

Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn ........................................ 8

Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh bằng tải trọng kết hợp .................................. 8

Hình 1.13. Các sơ đồ dập thủy tĩnh với ép phôi theo tiết diện ngang ............................. 9

Hình 1.14. Sơ đồ dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi và ép trục bổ sung ...................... 10

Hình 1.15. Sơ đồ dập thủy tĩnh ép trục và uốn cong phôi theo phương ngang ............. 11

Hình 1.16. Sơ đồ phương pháp kéo ............................................................................... 12

Hình 1.17. Sơ đồ máy kéo sợi kéo thẳng ....................................................................... 12

Hình 1.18. Máy ép thủy lực ........................................................................................... 13

Hình 1.19. Máy ép thủy lực hoạt động bằng điện ......................................................... 14

Hình 1.20. Máy ép thủy lực hoạt động bằng tay ........................................................... 15

Hình 1.21. Máy ép thủy lực chữ H ................................................................................ 15

Hình 1.22. Máy ép thủy lực chữ C ................................................................................ 16

Hình 1.23. Con đội thủy lực .......................................................................................... 17

Hình 1.24. Sơ đồ hoạt động của kích thủy lực .............................................................. 17

Hình 1.25. Cấu tạo của strain gauge .............................................................................. 19

Hình 1.26. Mạch cầu Wheatstone .................................................................................. 19

Hình 1.27. Loadcell RNT LP7130 ................................................................................ 21

iii

Hình 1.28. Loadcell RNT LP7130 kèm bộ kit mounting rời ........................................ 21

Hình 1.29. Bàn cân điện tử ............................................................................................ 21

Hình 1.30. Đầu cân điện tử LP7516 .............................................................................. 22 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý quy trình phình đáy ống .................................................... 24

Hình 2.2. Ống đã biến dạng hoàn toàn .......................................................................... 25

Hình 2.3. Ống bị thắt do lực dọc trục quá lớn ............................................................... 26

Hình 2.4. Biểu đồ lực ép cần thiết ................................................................................. 26

Hình 2.5. Mối quan hệ giữa chiều dài chày cao su và áp suất ...................................... 27

Hình 2.6. Mối quan hệ giữa áp suất và chiều dày ống .................................................. 28

Hình 2.7. Sự phân bố chiều dày khi ống biến dạng ....................................................... 28

Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý quy trình phình giữa ........................................................... 29

Hình 2.9. Ống phình giữa .............................................................................................. 30

Hình 2.10. Biểu đồ biến dạng theo chu vi ..................................................................... 31

Hình 2.11. Biểu đồ biến dạng dài .................................................................................. 31

Hình 2.12. Biểu đồ biến dạng theo chiều dày ............................................................... 32

Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý quy trình tạo phình ống nhánh T ...................................... 33

Hình 2.14. Các giai đoạn của sự biến dạng ................................................................... 34

Hình 2.15. Biểu đồ lực dọc trục .................................................................................... 34

Hình 2.16. Biểu độ phân bố chiều dày .......................................................................... 35

Hình 2.17. Ảnh hưởng của C đối với cơ tính của thép .................................................. 37

Hình 2.18. Thép cacbon công dụng ............................................................................... 39

Hình 2.19. Thép cacbon kết cấu .................................................................................... 40

Hình 2.20. Thép cacbon dụng cụ ................................................................................... 41

Hình 2.21. Thép tấm C45 .............................................................................................. 41

Hình 2.22. Thành phần hóa học của thép C45 .............................................................. 42

Hình 2.23. Đặc tính cơ học của thép C45 ...................................................................... 42

Hình 2.24. Chỉ số cấp bền của thép C45 ....................................................................... 42

Hình 2.25. Ống đồng thau ............................................................................................. 43

Hình 2.26. Ống chữ T chế tạo từ đồng thau .................................................................. 44

Hình 3.1. Cấu tạo khuôn phương án 1 .......................................................................... 45

Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý phương án 1 ........................................................................ 46

Hình 3.3. Đồ án máy dập sinh viên K15 ....................................................................... 48

Hình 3.4. Khuôn sau khi lắp lên máy ............................................................................ 49

Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý phương án 2 ........................................................................ 50

Hình 3.6. Bạc định hình mẫu 1 ...................................................................................... 51

Hình 3.7. Bạc định mẫu 2 .............................................................................................. 52

Hình 3.8. Bạc định hình mẫu 3 ...................................................................................... 52

Hình 3.9. Phần mềm Inventor Professional 2019 .......................................................... 53

Hình 3.10. Tấm chặn dưới dạng Wireframe .................................................................. 54

Hình 3.11. Tấm chặn trên dạng Wireframe ................................................................... 56

Hình 3.12. Bạc lót ngoài dạng Wireframe ..................................................................... 58

Hình 3.13. Bạc tạo hình trơn Ø50 dạng Wireframe ...................................................... 60

Hình 3.14. Bạc tạo hình Ø50 có góc vát dạng Wireframe ............................................ 61

Hình 3.15. Bạc tạo hình trơn Ø58 dạng Wireframe ...................................................... 62

Hình 3.16. Bạc tạo hình cắt đôi dạng Wireframe .......................................................... 63

Hình 3.17. Chày ép Ø47.8 dạng Wireframe .................................................................. 64

Hình 3.18. Chày ép Ø50 dạng Wireframe ..................................................................... 65

Hình 3.19. Cây chống dạng Wireframe ......................................................................... 66

Hình 3.20. Viên chêm dạng Wireframe......................................................................... 67

Hình 3.21. Bạc trượt tròn có vai .................................................................................... 67

Hình 3.22. Gối đỡ ray trượt ........................................................................................... 68

Hình 3.23. Bu lông lục giác M5 .................................................................................... 68

Hình 3.24. Phần mềm Ansys 16 .................................................................................... 69

Hình 3.25. Diện tích mặt tối thiểu để ống biến dạng hoàn phần ................................... 70

Hình 3.26. Điều kiện ban đầu ........................................................................................ 71

Hình 3.27. Kết quả mô phỏng mẫu 1............................................................................. 71

Hình 3.28. Sự phân bố biến dạng mẫu 1 (mm) ............................................................. 72

Hình 3.29. Kết quả mô phỏng mẫu 2............................................................................. 72

Hình 3.30. Sự phân bố biến dạng mẫu 2 (mm) ............................................................. 72

Hình 3.31. Kết quả mô phỏng mẫu 3............................................................................. 73

Hình 3.32. Sự phân bố biến dạng mẫu 3 (mm) ............................................................. 73

Hình 3.33. Phôi thô khi chưa qua gia công ................................................................... 74

Hình 3.34. Nhóm gia công trên máy tiện xưởng Việt Đức ........................................... 74

Hình 3. 35. Các bạc tạo hình sau khi đã gia công xong ................................................ 75

Hình 3.36. Tấm chặn dưới ............................................................................................. 75

Hình 3.37. Tấm chặn trên .............................................................................................. 76

Hình 3.38. Bạc lót ngoài ................................................................................................ 76

Hình 3.39. Bạc tạo hình trơn Ø50 ................................................................................. 77

Hình 3.40. Bạc tạo hình Ø50 có góc vát........................................................................ 77

Hình 3. 41. Bạc tạo hình trơn Ø58 ................................................................................ 78

Hình 3.42. Bạc tạo hình cắt đôi ..................................................................................... 78

Hình 3.43. Chày ép Ø47.8 ............................................................................................. 79

Hình 3.44. Chày ép Ø50 ................................................................................................ 79

Hình 3.45. Cây chống .................................................................................................... 79

Hình 3.46. Viên chêm .................................................................................................... 79

Hình 3.47. Sản phẩm mẫu 1 .......................................................................................... 84

Hình 3.48. Sản phẩm mẫu 2 .......................................................................................... 84

Hình 3.49. Sản phẩm mẫu 3 .......................................................................................... 85

Hình 4.1. Sản phẩm bị lỗi do ép chày phía trên mạnh ................................................. 87

Hình 4.2. Sản phẩm bị lỗi do lực ma sát lớn giữa phôi và bạc tạo hình ........................ 88

Hình 4.3. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lực lên mẫu 1 ............................................. 89

Hình 4.4. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lực lên mẫu 2 ............................................. 89

Hình 4.5. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lực lên mẫu 3 ............................................. 90

Hình 4.6. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lượng cao su lên mẫu 1 ............................. 90

Hình 4.7. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lượng cao su lên mẫu 2 ............................. 91

Hình 4.8. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lượng cao su lên mẫu 3 ............................. 91

Hình 4.9. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của chiều dài insert lên mẫu 2 ......................... 92

Hình 4.10. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của chiều dài insert lên mẫu 3 ....................... 92

Hình 4.11. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của hành trình ép lên mẫu 1 ........................... 93

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Phiếu công nghệ tấm chặn dưới ..................................................................... 55

Bảng 3.2. Phiếu công nghệ tấm chặn trên ..................................................................... 57

Bảng 3.3. Phiếu công nghệ bạc lót ngoài ...................................................................... 59

Bảng 3.4. Phiếu công nghệ bạc lót ngoài ...................................................................... 60

Bảng 3.5. Phiếu công nghệ bạc tạo hình Ø50 có góc vát .............................................. 61

Bảng 3.6. Phiếu công nghệ bạc tạo hình trơn Ø58 ........................................................ 63

Bảng 3.7. Phiếu công nghệ bạc tạo hình cắt đôi ............................................................ 64

Bảng 3.8. Phiếu công nghệ chày ép Ø47.8 .................................................................... 65

Bảng 3.9. Phiếu công nghệ chày ép Ø50 ....................................................................... 65

Bảng 3.10. Phiếu công nghệ cây chống ......................................................................... 66

Bảng 3.11. Phiếu công nghệ viên chêm ........................................................................ 67

Bảng 3.12. Bảng quy trình lắp ráp khuôn và ép thực nghiệm ....................................... 80

vii

Bảng 3.13. So sánh kết quả mô phỏng CAE và thực tế................................................. 85

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo khuôn tạo hình ống kim loại thông qua vật liệu đàn hồi

- Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Quốc Lộc Tiến Mã số SV: 16143149

- Lớp: 16143CL1 Khoa: ĐT Chất lượng cao

- Thành viên đề tài:

Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa

1 Nguyễn ThànhPhương 16143120 16143CL1 ĐT CLC

2 Nguyễn Minh Trí 16143157 16143CL1 ĐT CLC

3 Nguyễn Hồng Trung Hiếu 16143364 16143CL1 ĐT CLC

- Người hướng dẫn: TS. Trần Anh Sơn

2. Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu, chế tạo bộ khuôn tạo hình ống kim loại.

3. Tính mới và sáng tạo: Tạo hình ống kim loại thông qua vật liệu đàn hồi là một

phương pháp mới trên thế giới và vẫn trong giai đoạn nghiên cứu, chưa đưa sản xuất.

4. Kết quả nghiên cứu: Chế tạo thành công bộ khuôn và ép được sản phẩm hoàn

thiện.

5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: đề tài nghiên cứu là một khuynh huớng mới đến với

đất nước mà hiện nay chưa ai làm và phát triển. Tạo ra được sản phẩm có ích với đời

sống, góp phần vào quá trình “công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước”

Ngày tháng năm

viii

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

...........................................................................................................................................

Ngày tháng năm

Người hướng dẫn (kí, họ và tên)

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Nước ta đang trong quá trình phát triển kinh tế năng động, song song với đó việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa công nghệ sản xuất là một trong những nhiệm vụ quan trọng. Do đó những năm gần đây rất nhiều thiết bị, phương pháp sản xuất tiến được nhập

khẩu, tiếp thu nhằm phục vụ quá trình sản xuất, giúp nâng cao năng suất, giảm chi phí

sản xuất, giải phóng lao động. Trong đó phương pháp tạo hình kim loại ống là một

phương pháp mới, được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là những ngành công nghiệp sản xuất, gia công hàng loạt. Những sản phẩm khi áp dụng

phương pháp này chủ yếu là những chi tiết trên những thiết bị hiện đại, mang tính

công nghệ cao. Ví dụ như các chi tiết trong sản xuất oto, xe máy, xe đạp (khung sườn,

cầu sau oto); ống dẫn nhánh T; bộ phận máy bay, tên lửa.

Hình 1.1. Các sản phẩm của khuôn ép

Từ đó ta thấy được những sản phẩm này đóng vai trò quan trọng, là nhu cầu thiết yếu trong sản xuất. Vì thế công nghệ dập ép không ngừng được phát triển và cải tiến. Hiện nay có rất nhiều công nghệ dập ép khác nhau. Mỗi loại tồn tại cho mình những ưu

nhược điểm riêng biệt nên tùy vào điều kiện sản xuất mà ta chọn cho mình phương pháp phù hợp.

Căn cứ vào thực tế đó, nhóm đã quyết định thực hiện đề tài : “Thiết kế chế tạo khuôn

tạo hình kim loại ống thông qua vật liệu đàn hồi”. Thông qua đề tài này, nhóm hy 1

vọng sẽ góp được phần nào vào việc nâng cao năng suất, giảm tối thiểu chi phí nhưng

vẫn đảm bảo những chi tiết, sản phẩm tạo ra đạt chất lượng tốt, giá hợp lý.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.2.1. Ý nghĩa khoa học

Tạo điều kiện, tiền đề cho việc nghiên cứu áp dụng các kiến thức, kỹ năng đã học, thực tập và áp dụng vào đời sống thực tiễn.

Tạo ra được sản phẩm có ích với đời sống, góp phần vào quá trình “công nghiệp

hóa, hiện đại hóa đất nước”.

1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn

Giúp việc ép các chi tiết sản phẩm được nhanh chóng, gọn gàng, đáp ứng nhu cầu khách hàng.

Giảm được chi phí sản xuất, chi phí nhiên liệu so với các phương pháp khác.

Góp phần hạ giá thành sản phẩm, đưa những sản phẩm của thời đại 4.0 đến tay

người tiêu dùng

Đưa một đề tài, một khuynh huớng mới đến với đất nước mà hiện nay chưa ai

làm và phát triển

1.2.3. Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Tìm hiểu chức năng, nguyên lý, cơ cấu mô hình khuôn ép cao su. Thiết kế, chế tạo

các kết cấu và nguyên lý của khuôn dựa trên tài liệu nghiên cứu của thế giới để

phù hợp hơn với thực tiễn, ứng dụng được vào sản xuất.

Thiết kế khuôn ép dựa trên hoạt động của máy ép thủy lực để không thao phí

nguồn nhiên liệu, hoạt động bằng cơ năng, sử dụng đơn giản, phù hợp với điều

kiện thực tiễn ở Việt Nam. Thiết kế đơn giản thích hợp cho nhiều bộ khuôn phục vụ cho thí nghiệm tạo hình

tấm kim loại bằng vật liệu đàn hồi cụ thể là cao su. Mô hình hóa thiết kế 3D bằng phần mềm Inventor 2019. Ứng dụng phần mềm Ansys 16 để tính toán-mô phỏng-phân tích. Tính toán, gia công, lắp ráp hoàn chỉnh khuôn và đưa vào ép thực nghiệm.

1.3. Phương pháp nghiên cứu

1.3.1. Cơ sở phương pháp luận

Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm

đạt đến chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học. Theo định

nghĩa này cần phải có những nguyên tắc cụ thể và dựa theo đó các vấn đề được giải

quyết. Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các cơ cấu, tính toán năng suất lý thuyết và các

nguyên lý ép thực tế đang áp dụng. Từ đó có sự bao quát đúng đắn trong việc tính

toán, thiết kế và chế tạo khuôn ép.

1.3.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

Để thực hiện đề tài này, chúng em sử dụng một số phương pháp sau:

1.3.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Tham khảo các nguồn tài liệu: sách, giáo trình, tài liệu tham khảo, các bài viết từ

những nguồn tin cậy trên Internet, các công trình nghiên cứu… nhằm xác định được các cơ cấu hoạt động, các phương án thực hiện, gia công tối ưu cho khuôn ép.

1.3.2.2. Phương pháp phân tích-tổng hộp:

Sau khi đã tham khảo, nghiên cứu tài liệu, quá trình nghiên cứu thực nghiệm cho ra

các số liệu cần thiết đầu tiên và những hình dung ban đầu.

Phác thảo nên mô hình và phương pháp truyền động trên giấy, phân tích các yếu tố

cần thiết tác động vào để đạt được yêu cầu sơ bộ ban đầu đặt ra.

Tổng hộp lại các yếu tố đã phân tích loại bỏ các yếu tố thừa không cần thiết và lựa

chọn được cơ cấu truyền tối ưu nhất trong quá trình làm việc.

1.3.2.3. Phương pháp mô hình hóa

Xây dựng mô hình 3D bằng phần mềm Inventor Professional 2019, sau đó kiểm

nghiệm mô hình bằng phần mềm Ansys 16.

Gia công, chế tạo ra sản phẩm là mục tiêu chính của đề tài, là cơ hội để áp dụng các

kiến thức đã học và thực tập, là thách thức với những kiến thức mới mà thực tiễn đòi hỏi đặt ra.

1.3.2.4. Phương pháp kiểm nghiệm

Sản phẩm gia công chế tạo xong sẽ được ép thử sản phẩm và đo lực bằng máy để kiểm nghiệm lại lý thuyết và khắc phục sai hỏng mà lý thuyết không lường hết được.

1.4. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

1.4.1. Dập thủy tĩnh phôi ống kim loại

1.4.1.1. Đặc điểm công nghệ

Quy trình công nghệ biến đổi hình dạng của phôi ống ở trạng thái nguội bằng

nguồn áp lực cao bên trong gọi là dập thủy tĩnh. Trong các quá trình tạo hình bằng

phương pháp này, hình dạng sản phẩm được tạo ra bởi áp lực thủy tĩnh cao, tác

động trực tiếp lên bề mặt trong của phôi. Trong từng trường hợp sự tác động của áp

lực chất lỏng cao được thực hiện ở mặt ngoài của phôi ống.

1.4.1.2. Khả năng công nghệ

Công nghệ dập thủy tĩnh có khả năng chế tạo các chi tiết máy có chất lượng cao, hình dạng không gian phức tạp. Các chi tiết máy này trước đây thường được sản xuất bằng

phương pháp hàn ghép các bộ phận với nhau, nhưng hiện nay người ta không dùng

phương pháp này nữa.

Các chi tiết dập thủy tĩnh dạng ống cơ bản được chia thành 9 loại:

a. Các chi tiết mối nối đường ống dẫn Các chi tiết mối nối đường ống dẫn là chi tiết không gian cơ bản. Bằng công nghệ dập

thủy tĩnh có thể tạo hình được các chi tiết nhóm này một cách hoàn chỉnh, chất lượng

cao.

Hình 1.2. Chi tiết mối nối đường ống dẫn

b. Thân các thiết bị chịu lực Bằng công nghệ dập thủy tĩnh người ta chế tạo được phôi thân của các chi tiết. Một số thân của chi tiết có dạng cầu hoặc trụ bằng phương pháp dập thủy tĩnh ta sẽ thu được sản phẩm mà không phải gia công bổ sung.

Hình 1.3. Thân các thiết bị chịu áp lực

c. Trục bậc rỗng Các chi tiết này có tiết diện bậc, do yêu cầu làm việc cần nhẹ, cứng, làm mát. Phần lớn trong số chúng được sản xuất bằng phương pháp dập thủy tĩnh.

Hình 1.4. Trục bậc rỗng

d. Các chi tiết trục cam lệch tâm rỗng Bằng phương pháp dập thủy tĩnh ta có thể sản xuất được bán sản phẩm có hình dạng

đơn giản sau đó gia công cơ khí hoặc gia công dẻo bổ sung.

Hình 1.5. Trục cam lệch tâm rỗng

e. Trục khuỷu rỗng Quy trình dập thủy tĩnh các chi tiết này nằm trong giai đoạn nghiên cứu thực nghiệm.Kết quả của các công trình nghiên cứu này đã đem lại cho ta khả năng ứng dụng rộng rãi của phương pháp dập thủy tĩnh đối với các chi tiết dạng này.

Hình 1.6. Trục khuỷu rỗng

f. Các chi tiết của khung xe đạp Các chi tiết này có hai hay nhiều vầu. Hình dạng tiết diện ngang của vấu thường là

tròn, ô-van, vuông hay chữ nhật.

Hình 1.7. Chi tiết của khung xe đạp

g. Các chi tiết có nếp gấp ngang Bằng công nghệ dập thủy tĩnh ta đã sản xuất được cac chi tiết loại này và các chi tiết

rỗng có hình dạng đinh vít.

Hình 1.8. Chi tiết có nếp gấp ngang

h. Các chi tiết trên phương tiện đi lại (xe máy, oto…) Khung cầu ngoài của xe ô-tô là một chi tiết rỗng có kích thước lớn nhất thuộc nhóm này được tạo hình bằng dập thủy tĩnh, nó có thể chế tạo bằng phương pháp dập nguyên khối với các dầm dưới dài đỡ chịu lực.

Hình 1.9. Chi tiết cầu sau oto

i. Các chi tiết dạng khác Các đồ dùng loại này rất đa dạng. Bằng Phương pháp dập thủy tĩnh người ta có thể chế tạo ra các loại bình có hình dạng không gian phức tạp và có đáy. Các cốc kim loại

được tạo hình từ phôi phẳng nhờ phương pháp dập thủy tĩnh rất hiệu quả.

Hình 1.10. Các chi tiết dạng khác

1.4.1.3. Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh phôi ống điển hình

a. Dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn Phương pháp dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn được sử dụng hiệu quả nhất trong việc

chế tạo các chi tiết rỗng thuộc nhóm II, III, IX. Tuy nhiên việc làm mỏng đáng kể

thành phôi do trạng thái ứng suất tại nơi thành hình là nhược điểm cơ bản của phương

pháp này.Vì vậy ta chỉ chế tạo được các chi tiết thuộc nhóm II, III, IX, đặc trưng cho

những hình dạng đơn giản và quy trình dập các chi tiết này được tiến hành cùng mới

mức độ biến dạng nhỏ.

Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh bằng tải trọng đơn

b. Dập thủy tĩnh bằng tải trọng kết hợp. Phương pháp nghiên cứu dập thủy tĩnh này được ứng dụng để chế tạo phần lớn các chi

tiết thuộc nhóm I, II và IX, các chi tiết có hình đơn thuộc nhóm III, IV, VI.

Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý dập thủy tĩnh bằng tải trọng kết hợp

c. Dập thủy tĩnh có ép phôi theo phương ngang Điều kiện thuận lợi để tạo hình thành phôi ống thành các chi tiết có tiết diện ngang thay đổi là xuất hiện áp lực trong thay đổi khi tại trọng theo hướng ngang và hướng

trục. Chất lỏng được dẫn vào bên trong của phôi, còn khoang phôi thì được bịt kín.

Chất lỏng được đóng vai trò như là chày dập vạng năng, ngăn chặn sự tổn thất năng

lượng và đảm bảo nhận được hình dạng và kích thước theo tiết diện ngang yêu cầu.

Hình 1.13. Các sơ đồ dập thủy tĩnh với ép phôi theo tiết diện ngang

d. Dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi và phần vấu Để tăng cường quy trình dập thủy tĩnh các chi tiết ta có thể ứng dụng sơ đồ nguyên lý với lực ép phôi kết hợp với lực ép trục phôi bổ sung tại nơi thành hình. Sơ đồ này có

hai dạng:

- Dập với lực ép dọc trục không có lực ép bổ sung tại nơi thành hình

- Dập ép dọc trục với lực ép bổ sung theo toàn bộ tiết diện ngang của phôi tại nơi tạo

hình. Trong số nhưng sơ đồ trên thì sơ đồ 1 đã được áp dụng để chế tạo những chi tiết phức

tạp có một số vấu thuộc nhóm I, II và VI. Đặc biệt phải sử dụng nó một cach hợp lý để

sản xuất những chi tiết phức tạp có 2 vấu được bố trí tại một phía của ống kế tiếp

nhau.

Hình 1.14. Sơ đồ dập thủy tĩnh với ép dọc trục phôi và ép trục bổ sung

e. Dập thủy tĩnh với ép dọc trục và uốn ngang Sơ đồ dập thủy tĩnh này khác với các sơ đồ nếu trên là nó đem lại khả năng chế tạo các chi tiết có nhiều bậc, trục lệch tâm. Đầu tiên sơ đồ được thiết lập ở Liên Bang Nga để

chế tạo các chi tiết nhóm V. Sản phẩm thu được có thể làm bàn thành phẩm để chế tạo

chi tiết cong đúng yêu cầu nhóm I. [1]

Hình 1.15. Sơ đồ dập thủy tĩnh ép trục và uốn cong phôi theo phương ngang

1.4.2. Phương pháp kéo ống kim loại

Kéo sợi là quá trình kéo phôi kim loại qua lổ khuôn kéo làm cho tiết diện ngang của

phôi giảm và chiều dài tăng. Hình dáng và kích thước của chi tiết giống lỗ khuôn kéo.

Đặc điểm:

- Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội.

- Kéo sợi cho ta sản phẩm có độ chính xác cấp 2÷4 và độ bóng cấp 7÷9.

Công dụng:

- Kéo sợi dùng để chế tạo các thỏi, ống, sợi bằng thép và kim loại màu

- Kéo sợi còn dùng gia công tinh bề mặt ngoài các ống cán có mối hàn và một số công việc khác.

Hình 1.16. Sơ đồ phương pháp kéo

Đối với kéo ống, khuôn kéo (2) tạo hình mặt ngoài ống tạo thành sản phẩm (3).còn lỗ được sửa đúng đường kính nhờ lõi (4) đặt ở trong.

Hình 1.17. Sơ đồ máy kéo sợi kéo thẳng

1) Kim loại; 2) Khuôn kéo; 3) Cơ cấu keo; 4) Xích kéo

Máy kéo sợi thẳng dùng khi kéo các sợi hoặc ống có đường kính lớn không thể cuộn

được (∅6÷10 mm hoặc lớn hơn). Lực kéo máy từ 0,2÷75 tấn, tốc độ kéo từ 15÷45 m/ph. Tùy kết cấu của máy kéo có thể kéo 1 hoặc 3 sản phẩm cùng 1 lúc. Đễ tạo chuyển động thẳng có thể dùng xích, vít êcu, thanh răng và bánh răng…Trên hình trình bày máy kéo sợi bằng xích sợi được kẹp chặt nhờ cơ cấu kẹp (3), được kéo nhờ hai xích kéo (4) nối chuyển động với hệ thống dẫn động.

1.4.3. Máy ép thủy lực

1.4.3.1. Giới thiệu về máy ép thủy lực

Máy ép thủy lực hay còn được gọi là máy thủy lực là một loại máy ép thông dụng trong đó sử dụng xi lanh thủy lực để tạo ra một lực nén. Hiểu một cách đơn giản hơn 12

thì đây là loại máy ép sử dụng áp lực tác động lên chất lỏng để nén ép hoặc đè bẹp một

vật dụng hay chất liệu nào đó tùy theo yêu cầu. Hoạt động của loại máy này tương tự với hệ thống thủy lực của một đòn bẩy cơ khí. Sức mạnh của máy thủy lực là rất lớn

với khả năng ép được các thanh thép nặng đến vài trăm tấn thành các hình dạng tùy ý

trong thời gian nhanh chóng.

1.4.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Máy ép thủy lực cấu tạo bởi một số bộ phận chính là: Xi lanh thủy lực, bộ nguồn bơm

thủy lực, khung máy, hệ thống ống dẫn dầu, khớp cút nối và hệ thống điều khiển.

Hình 1.18. Máy ép thủy lực

Nguyên lý tạo ra lực ép cực lớn cho máy ép thủy lực chính là nhờ nó được chế tạo theo định luật truyền áp suất trong chất lỏng dựa theo nguyên lý định luật Pascal. P = F * S Trong đó: P: Là lực ép, tải trọng tính bằng N (tấn)

F: Là áp suất dầu, tính bằng bar (hay kgf/cm2)

S: Là diện tích mặt tiếp xúc của đế piston với dầu (mm)

Khi áp suất được áp dụng trên các chất lỏng ở một hệ thống kín thì áp lực trong toàn hệ thống khép kín đó là luôn luôn không đổi. Các loại máy ép sử dụng xi lanh thủy lực 13

đều được trang bị hai chiếc xi lanh dung tích khác nhau đồng thời hai xi lanh có đường

ống nối với nhau, trong từng xi lanh lại có một piston vừa khít. Ở hệ thống này, có một piston hoạt động như một máy bơm với một lực cơ khí khiêm tốn trên diện tích mặt cắt

ngang nhỏ, một piston khác với diện tích lớn hơn tạo ra một lực tương ứng lớn trên

toàn bộ diện tích của piston đó. Điều đó giải thích tại sao máy ép thủy lực lại có áp lực

lớn đến như vậy để có thể thực hiện được các công việc đòi hỏi sức mạnh và công suất

nén lớn trong các ngành công nghiệp chế tạo hiện nay.

1.4.3.3. Phân loại máy ép thủy lực

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy ép thủy lực khác nhau được phân chia

thành các dòng máy cụ thể.

- Xét theo cách thức vận hành thì cơ bản có thể chia máy thủy lực làm hai loại chính

đó máy ép thủy lực hoạt động bằng điện và máy ép thủy lực hoạt động bằng tay.

Hình 1.19. Máy ép thủy lực hoạt động bằng điện

Hình 1.20. Máy ép thủy lực hoạt động bằng tay

- Xét về hình dáng máy và cấu tạo có máy ép thủy lực chữ C, máy ép thủy lực chữ H,

máy ép thủy lực 4 trụ hoặc máy ép thủy lực 2 trụ.

Hình 1.21. Máy ép thủy lực chữ H

Hình 1.22. Máy ép thủy lực chữ C

1.4.3.4. Ứng dụng của máy ép thủy lực

Máy ép hay máy nén bằng thủy lực ngoài thực tế có tính ứng dụng cao. Trong đó,

Nâng hạ hàng trọng lượng cao

Ép – nén tạo khuôn hình cho sản phẩm.

Dẫn đẩy trục trong máy đi theo quỹ đạo cố định.

Chịu tải trụ cao trong thời gian dài.

Làm hệ thống đàn hồi – hệ thống thụt dầu…

đáng kể nhất là những lĩnh vực về: - - - - - Kể đến những loại máy móc thực tế mà nó đang được ứng dụng thì rất nhiều. Bạn sẽ

Xe nâng hạ, cẩu hàng

Hệ thống kéo – đẩy trên xe ben, xe rơ móc… Các loại tay nâng thủy lực đơn giản…

dễ dàng gặp như: - - Máy xúc, máy ủi - Máy ép nhựa, đột dập kim loại, cắt gọt kim loại - - Có rất rất nhiều cái tên mà ứng dụng nó. Từ dân dụng đến công nghiệp. Ngay cả đến giảm xóc xe máy, ô tô cũng dựa trên nguyên lý đó để hoạt động.

1.4.3.5. Con đội thủy lực

a. Con đội thủy lực là gì

Con đội thủy lực là thiết bị dùng để nâng các vật nặng có trọng tải lớn, cồng kềnh lên

đến hàng chục, hàng trăm tấn, vì thế mà sản phẩm được sử dụng nhiều và không thể

thiếu trong các tiệm sửa chữa garage ô tô hay sản xuất, sửa chữa máy móc công

nghiệp.

Hình 1.23. Con đội thủy lực

b. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 1.24. Sơ đồ hoạt động của kích thủy lực

Trước hết, chúng ta hãy hình dung về nguyên lý của một khẩu súng nước. Nếu chúng

ta có thể bóp cò súng, nước sẽ chảy theo hướng ngược lại, nghĩa là chúng ta đã tạo ra

một lực đẩy lớn. Nếu phóng đại khẩu súng nước lên nhiều lần,

chúng ta có thể tạo ra một lực đủ lớn để nâng mọi thứ. Đây chính là cách hoạt động

của kích thủy lực hay còn gọi là con đội thủy lực. Kích con đội thủy lực hoạt động phụ thuộc vào lực tạo ra bởi áp lực và cơ chế hoạt

động chỉ sử dụng bằng Piston.

Cơ chế đẩy lên: Khi Piston (2) dịch chuyển về phía dưới một đoạn L1, van một chiều

(3) được đóng lại và chất lỏng trong bình công tắc 1 đi vào xilanh nâng qua van một

chiều (4). Khi đó Piston (6) và vật tải F2 (ví dụ như ô tô) sẽ được nâng lên một đoạn L2.

Cơ chế hạ xuống: Khi Piston (2) dịch chuyển về phía trên, van một chiều (4) đóng lại

và Sau đó Piston (2) hạ xuống một đoạn L2. Muốn hạ Piston kích thủy lực số (6) và

vật tải F2 (ví dụ như ô tô) xuống, chúng ta cần phải hạ khóa (5) để nối thông xilanh và bình chứa.

1.4.4. Cảm biến tải (Loadcell)

1.4.4.1. Khái niệm

Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu

điện.

Khái niệm“strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực

tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này.

Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên

chậm.Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào

thiết kế của Loadcell.

1.4.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là “Strain gage” và

thành phần còn lại là “Load”. Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán chết lên “Load” – một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.

Strain gauge là thành phần cấu tạo chính của loadcell, nó bao gồm một sợi dây kim loại mảnh đặt trên một tấm cách điện đàn hồi.

Hình 1.25. Cấu tạo của strain gauge

Trong đó:

R: Điện trở strain gauge (Ohm)

L: Chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m) S: Tiết diện của sợi kim loại strain gauge (m2) ρ: Điện trở suất vật liệu của sợi kim loại strain gauge

Khi dây kim loại bị lực tác động sẽ thay đổi điện trở Khi dây bị lực nén, chiều dài strain gauge giảm, điện trở sẽ giảm xuống.

Khi dây bi kéo dãn, chiều dài strain gauge tăng, điện trở sẽ tăng lên

Để tăng chiều dài của dây điện trở strain gauge, người ta đặt chúng theo hình ziczac,

mục đích là để tăng độ biến dạng khi bị lực tác dụng qua đó tăng độ chính xác của

thiết bị cảm biến sử dụng strain gauge.

Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng

(giãn hoặc nén). Kết quả là, hai trong số 4 điện trở strain gauges là trong nén, trong khi

hai strain gauges đang bị căng ra. Điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện

của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự

thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges.

Hình 1.26. Mạch cầu Wheatstone

Chúng ta sử dụng mạch cầu Wheatstone để chuyển đổi sự thay đổi tỉ lệ giữa lực căng

và trở kháng thành điện áp tỷ lệ với tải. Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó

chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị

cân điện tử (đầu cân).

1.4.4.3. Loadcell RNT LP7130

Loadcell chén RNT LP7130 dành cho cân bồn, trạm trộn, silo, thang máy, phễu.

Mức khối lượng: 1 / 2.2 / 5 / 10/ 15/ 22/ 33/ 47/ 68/ 100/ 150 / 220 tấn

Đang có hàng sẵn: 2.2t, 5t, 10t, 15t, 22 tấn

Tiêu chuẩn kháng nước/kháng bụi: IP67

Tiêu chuẩn: Atex Zone 0-1-2 (gas) and 20-21-22 (dust) ( option)

Cấp chính xác: D1

Vật liệu lựa chọn: sản xuất bằng thép không gỉ ( stainless steel), hoặc bằng thép ( Alloy Steel)

Dòng loadcell chịu nhiệt độ cao -30 đến +70 °C hoặc tùy chọn nhiệt độ có thể lên tới

200 °C (option)

Dạng loadcell: nén dạng chén

Quá tải an toàn: 150%

Quá tải tối đa: 300%

Điện trở: 2.85mv/v 0,005 mV / V

Trở kháng đầu vào: 1450 ±10Ω

Trở kháng đầu ra: 1402 ±3Ω

Nguồn cấp: 4 ~ 12V (DC / AC), Max .: 15V

Sử dụng thích hợp cho: cân xe tải, cân silo bồn, trạm trộn

Có thể mua rời module hay còn gọi là Mouting rời

Hình 1.27. Loadcell RNT LP7130

Hình 1.28. Loadcell RNT LP7130 kèm bộ kit mounting rời

1.4.5. Đầu cân điện tử (Digital indicator)

1.4.5.1. Khái niệm và cấu tạo

Đầu cân điện tử là thiết bị đọc các tín hiệu điện được xuất ra từ cảm biến lực

(Loadcell) sau đó thể hiện lên màn hình để cho người dùng có thể đọc những giá trị

đó. Đầu cân điện tử khi kết hợp với cảm biến tải sẽ trở thành một cụm hoàn chỉnh gọi

là bàn cân điện tử (Indicator weighing scale).

Hình 1.29. Bàn cân điện tử

Ngày nay ngoài khả năng thể hiện những giá trị lên màn hình, đầu cân điện tử còn có

những tính năng khác như kháng nước kháng bụi, cảnh báo giá trị tải tới hạn,…

Cấu tạo của đầu cân điện tử gồm 2 thành phần chính: màn hình LCD hiển thị và cụm nút thao tác.

1.4.5.2. Đầu cân điện tử LP7516

Tải trọng: 1kg-80t

Đầu cân đựơc làm bằng nhựa ABS tiêu chuẩn IP65 .

Đầu cân LP7516 LED Tiêu chuẩn NTEP

Kết nối tất cả các loại loadcell

Độ phân giải 30.000 chính xác cao.

Màn hình LED số đỏ cao 20.3mm dể nhìn.

Chức năng trừ bì, đếm số lựong, HILO, Cân động vật, giữ Hold, RS232 kết nối máy

tính....

Sử dụng Adapter 9v và bình khô 6v tiện lợi khi cúp điện

RS 232 tích hợp

Hình 1.30. Đầu cân điện tử LP7516

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

2.1. Quá trình tạo phình ống sử dụng chày cao su

2.1.1. Giới thiệu

Làm phình là kỹ thuật tạo ra hình dạng gần lưới hoặc phức tạp từ những đối tượng là

ống rỗng thông qua áp suất nội (áp suất tác động vào thành trong của ống) và tải dọc

trục. Trong những năm gần đây, kỹ thuật tạo phình ống được sự dụng rộng rãi trong công nghiệp để giảm thiểu chi phí sản xuất ngược lại tối ưu hóa công nghệ sản xuất.

Trước đây việc sử dụng chày cứng là phương pháp duy nhất để tạo hình chi tiết dạng

ống và chén. Tuy nhiên, việc ép bằng chày cứng sẽ tạo ra vết hằn không mong muốn

trên bề mặt sản phẩm. Do đó những chi tiết có bề mặt phức tạp, yêu cầu độ nhám cao sẽ không thể sử dụng phương pháp này. Vì những lý do này, phương pháp tạo phình

bằng áp suất nội thủy tĩnh đã được phát minh. Thông qua phương pháp này, các chi

tiết dạng ống được tạo hình mong muốn trong cối, và áp suất nội thủy tĩnh được tạo ra

thông qua chất lỏng hoặc chất rắn trung gian. Bởi việc áp suất nội tạo ra ở mức tương

đối cao nên những chi tiết ống có bề dày nhỏ khó có thể áp dụng được phương pháp

này. Đây cũng là điểm hạn chế chính của quy trình. Tuy nhiên, vấn đề này có thể được

khắc phục bằng cách sử dụng tải dọc trục tác dụng vào đáy của ống cùng với áp suất

nội. Bằng cách sử dụng tải dọc trục và áp suất nội một cách đồng thời, ống được đẩy

vào vùng biến dạng và từ từ mang hình dạng giống như hình dạng của cối. Trong đa số trường hợp, chiều dài của ống sẽ bị giảm, do đó sự mở rộng càng lớn bao nhiêu, thành

chi tiết càng bị mỏng đi bấy nhiêu.

Công dụng tạo ra áp suất trung gian của chày cao su là một ưu điểm lớn so với việc

dùng chất lỏng thủy lực. Bằng việc sử dụng chày cao su, ma sát giữa ống và cao su

được tạo ra. Lực ma sát đồng thời cũng góp phần tạo lên một phần áp suất lên ống, lảm

sự mở rộng xảy ra dễ dàng hơn. Do đó việc cần một hệ thống kiểm soát lực dọc trục

cực kì tinh vi và phức tạp bằng áp suất thủy lực là điều không cần thiết. Lực ma sát còn giúp ích cho việc ổn định sự căng giãn. Hơn nữa việc sử dụng cao su cũng đơn giản hơn, không yêu cầu hệ thống chống rò rỉ chất lỏng khi dùng áp suất thủy lực. Việc lắp đặt chày cao su cũng nhanh và tiện lợi hơn khi không cần làm sạch hoặc làm khô bề mặt chi tiết sau khi tạo hình. Tuy nhiên sự giãn nở của ống khi sử dụng phương pháp chày cao su nhỏ hơn so với sử dụng áp suất thủy lực. Ống có thể được làm phình ra một lượng nhiều hơn bằng cách ép nhả nhiều lần thông qua áp suất chày cao su tạo ra. Chày trở lại hình dáng ban đầu vốn có khi ngưng tác dụng tải trọng. Bằng cách lặp

đi lặp lại quy trình ép, lượng kim loại của ống được đùn vào vùng biến dạng phình sẽ

được cải thiện nhiều hơn. Một mặt hạn chế nữa của phương pháp này là việc kiểm soát

ứng suất dọc trục một cách chính xác trong suốt quy trình ép là điều rất khó khăn, đòi

hỏi ta phải thử nghiệm nhiều lần, chấp nhận thất bại sau đó mới rút ra được kinh nghiệm. Như đã đề cập ở trên, việc tạo ra tải trọng trong hầu hết các quy trình tạo hình

dùng đệm cao su luôn bị mang ra so sánh với các phương pháp truyền thống thông

thường. Tuy nhiên, phương pháp làm phình ống thông qua chày cao su là một ngoại lệ,

bởi việc tạo ra áp lực ép của nó gần như tương đương với những phương pháp dùng

thủy lực hoặc làm phình ống truyền thống.

Phôi ống có thể phình ra bằng việc tác dụng áp suất thủy tĩnh thông qua chày cao su

vào bên trong lòng phôi. Khi đó phôi ống sẽ được tạo hình như ý tùy theo biên dạng

của cối. Trong mục này, một số phương pháp làm phình ống như phình ở đáy, phình tự do và phình nhánh-T sẽ được giới thiệu.

2.1.2. Các phương pháp tạo hình ống kim loại

2.1.2.1. Ống dạng phình đáy

Hình 2.1 thể hiện sơ đồ nguyên lý của quy trình làm phình đáy ống bao gồm một chày

ép bằng kim loại, một chày cao su và khuôn (cối). khuôn có thể được chia ra thành 2

phần, trong đó khuôn trên sẽ có nhiệm vụ dẫn truyền chuyển động của chày ép. Khuôn

có thể là kim loại nguyên khối liền, hoặc được cắt đôi theo phương thẳng đứng để tạo ra sự linh hoạt trong việc tạo hình chi tiết. Bề mặt khuôn phải được đánh bóng để làm

giảm đi lực ma sát giữa khuôn và phôi ống.

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý quy trình phình đáy ống

Quy trình bắt đầu bằng việc khuôn trong trạng thái mở. Phôi ống sau đó được đặt vào

ống, đồng thời chày cao su cũng được đặt vào bên trong lòng ống. Sau khi khuôn đóng lại một cách an toàn, chày ép được lắp vào thông qua một cái lỗ ở trên đỉnh của khuôn

và tiếp xúc với chày cao su. Máy ép thủy lực hoạt động, chày ép đi xuống đè lên chày

cao su. Chày cao su biến dạng và tạo ra áp suất, lực dọc trục lên thành ống, lúc này

ống bắt đầu biến dạng. sau khi quy trình dập hoàn thành, chày cao su và ống đã biến

dạng được đưa ra bằng thao tác mở khuôn ra.

Hình 2.2. Ống đã biến dạng hoàn toàn

Hình dạng của một ống dạng phình đáy giống như hình 10.2. Lực dọc trục sinh ra bởi ma sát giữa chày và cao su dẫn đến sự giãn ở nở đáy ống, hình dạng giống như “miệng

chuông”. Lúc đầu, ống phình ra trước ở phần đáy, nơi tiếp xúc với đáy khuôn. Bằng cách tăng lực ép lên, ống biến dạng toàn phần và tiếp xúc vs toàn bộ bề mặt của khuôn, đồng thời quy trình kết thúc. Sự thắt và nứt có xảy ra hay không phụ thuộc

hoàn toàn vào độ dày chi tiết. Đây cũng là những khuyết tật chủ yếu trong quy trình

ép. Nguyên nhân chính gây ra sự thắt là hệ số ma sát cao giữa ống và chày cao su, điều

này sinh ra một lực dọc trục rất tới, dẫn tới việc ống bị thắt một cách dễ dàng.

Hình 2.3. Ống bị thắt do lực dọc trục quá lớn

Hình 2.4. Biểu đồ lực ép cần thiết

Hình 2.4 thể hiện biểu đồ phỏng đoán lực cần thiết tác dụng lên chày ép để tạo ra ống

phình đáy. Trong giai đoạn đầu tiên, lực tác dụng lên chày ép tăng rất chậm cho tới 26

khi khoảng trống giữa ống và chày cao su được lắp đầy. Khi đó lực cần thiết để tác

dụng lên chày tăng cực kì nhanh chóng để nén chày cao su và tạo áp lực lên ống. Quá trình kim loại của ống bắt đầu được đùn vào khoảng trống giữa ống và khuôn xảy ra

tại giao điểm giữa đường kính trong của ống với đường cong. Khi lực ma sát tăng lên

bởi chiều dài của ống giảm do phần vật liệu đùn vào khoảng trống giữa ống và khuôn,

lực cần thiết tác dụng lên chày ép cũng tăng lên một chút bởi sự dịch chuyển của

chày. Trong giai đoạn cuối cùng của sự tạo hình, diện tích tiếp xúc giữa ống và thành khuôn tăng lên một cách đáng kể, do đó bằng cách tăng lực ma sát lên, tải tác dụng lên

chày ép cũng được tăng lên. Lực tác dụng lên chày ép tiếp tục tăng cho tới khi ống đã

biến dạng hoàn toàn.

Hình 2.5. Mối quan hệ giữa chiều dài chày cao su và áp suất

Mối quan hệ giữa chiều dài chày cao su và áp suất khi ép được thể hiện qua hình 2.5 khi sử dụng phôi ống đồng đỏ có bề dày 1.6mm và đường kính ngoài 38.2mm. Áp suất cần thiết để tạo phình tăng lên khi chiều dài của chày cao su càng dài. Hình 2.6 thể hiện mối quan hệ giữa áp suất cần thiết để tạo phình với chiều dày của ống.

Hình 2.6. Mối quan hệ giữa áp suất và chiều dày ống

Hình 2.7. Sự phân bố chiều dày khi ống biến dạng

Sự phân bố chiều dày của ống sau khi ống biến dạng hoàn toàn được thể hiện trong hình 2.7. Theo những kết quả thí nghiệm, độ dày của ống mỏng nhất ở phần đáy, nơi

mà sự giãn nở xảy ra nhiều nhất. Phần không biến dạng của ống gần như giữ nguyên

chiều dày ban đầu. Sự giảm độ dày của ống có thể được giảm thiểu bằng cách kiểm

soát lực ma sát giữa bề mặt cao su và ống. Nhìn chung, lực ma sát càng lớn sẽ giúp cho việc đùn kim loại tới vùng biến dạng diễn ra dễ dàng hơn, do đó thành ống ở

những nơi này sẽ mỏng dần. Tuy vậy, nếu lực ma sát quá lớn có thể dẫn tới hiện tượng

thắt như đã đề cập ở trên. Vì vậy, chúng ta phải tìm cách tối ưu hóa điều kiện ma sát

cần thiết để làm cho quy trình làm phình ống diễn ra thành công.

2.1.2.2. Ống dạng phình giữa

Nguyên lý cơ bản của quy trình tạo hình này cũng giống hoàn toàn với quy trình tạo

phình đáy ống.

Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý quy trình phình giữa

Quy trình này sẽ sử dụng khuôn có khả năng tách đôi cùng với chày ép ống và chày

cao su. Các chày sẽ tác dụng lực dọc trục trên 2 đầu của chày cao su, chày cao su sẽ có

chiều dài ngắn hơn ống một chút do phải chừa khoảng trống cho chày ép ống (chày

bậc). Chuyển động của chày ép và chày ép ống cùng một lúc sẽ tạo lực nén lên chày cao su. Nhờ có lực nén này, cao su từ hình dạng ban đầu sẽ dẫn chiếm chỗ và đẩy phần vật liệu ống vào khoảng trống giữa phôi và khuôn ngay giữa. Phần vai của chày ép ống sẽ tiếp xúc với ống sau khi đã tạo ra được lực nén ban đầu lên chày cao su. Lý do chính của việc chế tạo chày ép ống dạng bậc là để tạo ra áp suất ban đầu, điều rất cần thiết cho việc tạo hình ống và góp phần tạo thêm áp suất. Một khuôn chặn có thể được

sử dụng thể giữ cho khuôn ép không bị tách ra trong suốt quá trình tạo hình. Quy trình

này có thể được chia ra thành 2 dạng. Dạng thứ nhất là tạo hình tự do, nghĩa là khuôn

tạo hình và ống ban đầu không cần phải tiếp xúc với nhau, sau đó ống sẽ phình tự do

cho tới khi quy trình hoàn thành.

Hình 2.9. Ống phình giữa

Nếu sử dụng phương pháp này, ống sau khi phình hoàn toàn có thể sẽ không đối xứng

hoàn toàn do không có lực ma sát tạo ra giữa khuôn và chày cao su. Nếu dùng theo

dạng 2, khuôn được thiết kế theo cách này (ống ban đầu tiếp xúc với khuôn) sẽ đảy bề

mặt của ống theo đúng như biên dạng của khuôn. Tạo phình bằng khuôn đóng được

mô phỏng như hình 2.8. Hình 2.9 là ống đã được tạo phình bằng khuôn đóng.

Trong quy trình này, việc bôi trơn bề mặt giữa ống và khuôn đóng vai trò rất quan

trọng, ảnh hướng tới chất lương của sản phẩm cuối cùng. Bằng cách thực hiện bôi trơn hiệu quả, lực ma sát giữa ống và khuôn được giảm đi đáng kể, dẫn tới vật liệu của ống có thể trượt một cách dễ dàng, giảm độ giãn dài. Việc tối ưu hóa bôi trơn còn dẫn tới

việc chiều dài của ống giảm đi đáng kể, phu thuộc vào phần thể tích giãn nở của ống. Tuy nhiên, một hệ số ma sát rất nhỏ giữa khuôn và ống cũng có thể gây ra sự giảm chiều dài đột ngột của ống, dẫn đến hiện tượng thắt ống. Hiện tượng này một phần

cũng xảy ra ở trường hợp ống làm bằng vật liệu có khả năng đùn kim loại kém. Hình

từ 2.10 đến 2.12 mô phỏng độ giãn dài trong suốt quá trình.

Hình 2.10. Biểu đồ biến dạng theo chu vi

Hình 2.11. Biểu đồ biến dạng dài

Hình 2.12. Biểu đồ biến dạng theo chiều dày

Theo kết quả, ống càng dày thì độ giãn dài càng lớn, dẫn tới ống càng được giãn nở nhiều hơn. Lý do là càng nhiều vật liệu của ống bám vào khuôn thì dẫn đến độ giãn dài

theo chu vi càng lớn. Mặt khác, tính dẻo cùng với tính chất cơ học của ống có thành

dày cũng tốt hơn so với ống có thành mỏng. Độ mỏng và độ giãn dài tính theo chu vi

đạt cực đại tại chính giữa ống, nơi độ giãn nở lớn nhất. Nơi mỏng nhất của ống đồng

đỏ với chiều dày ban đầu là 1.6mm giảm xuống khoảng 30% tại chính giữa của cung

biến dạng. Độ mỏng thấp nhất ở hai đầu của ống, nơi mà có thể thấy được độ giãn dài

theo chu vi thực tế gần như bằng với độ giãn dài chiều dày.

Đường cong độ giãn dài theo chiều dọc có dạng bị nén và giá trị cực đại đạt được tại

những trung điểm của đường thẳng chiều dài ống và cạnh của khuôn. Đồ thị độ giãn

dài theo chiều dọc có xu hướng dẫn tới sự thắt giống như hình 2.11. Điều này có thể được kiểm soát bằng cách sắp xếp điều kiện ma sát thích hợp, đồng thời tối ưu hóa lực dọc trục. Nhìn vào hình, ống càng dày càng có độ giãn dài theo chiều dọc lớn, làm giảm đi nguy cơ xảy ra sự thắt.

2.1.2.3. Ống nhánh T

Nguyên lý cơ bản của quá trình tạo hình ống nhánh T theo hình 2.12.

Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý quy trình tạo phình ống nhánh T

Máy được thiết kế sao cho có khả năng có tạc lực dọc trục từ 2 đầu ống và chày cao su. Để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, khuôn được thiết kế có thể tách đôi được. Đối với

tạo hình ống nhánh T, mỗi nửa khuôn có đường kính bằng với đường kính ống. Quy

trình sử dụng 2 chày cùng một lúc để giữa cho 2 nửa khuôn được tạo thành một khối

cứng, sau đó chày ép tác dụng lên chày cao su, đồng thời chày ép ống tác dụng lên cả

chày cao su và ống. Đường kính chày cao su nhỏ hơn một chút so với đường kính

trong của ống để thuận lợi cho việc tháo lắp. Chày cao su cũng ngắn hơn ống để thuận

lợi cho việc dẫn hướng chày ép phôi (chày bậc).

Quy trình bắt đầu bằng việc đặt chày cao su vào trong ống, đồng thời đặt ống vào

khuôn. Tiếp theo khuôn được đóng lại và 2 chày ép đi xuống, tạo ra lực dọc trục tác

dụng lên chày cao su từ 2 đầu. Chày cao su biến dạng, điền đầy khoảng trống giữa

chày cao su và ống. Tại thời điểm này, vai của chày ép ống tiếp xúc với ống và vật liệu

được đùn xuống. Sau khi sự tiếp xúc giữa chày ép ống và ống được tạo ra, bất kì ngoại lực nào tác động cũng đều tác động lực dọc trục lên chày cao su và 2 đầu ống. Khi chày cao su bị nén càng nhiều bởi việc tăng lực ép của 2 chày ép, nó bắt đầu biến dạng theo phương có kháng lực yếu nhất, tức là khuôn. Sự biến dạng của chày cao su đùn vật liệu vào nhánh chữ T như là hệ quả.

Sự chuyển vị của 2 đầu ống và 2 đầu chày cao su phải được kiểm soát một cách cẩn

thận để đảm bảo không tạo ra phế phẩm. Những khuyết tật chính của quà trình này là

sự nứt và thắt. Sự nứt tại vùng biến dạng diễn ra khi cao su bị nén quá mức đến nỗi

dẫn tới thành ống bị mỏng đi quá nhiều. Sự thắt xảy ra khi lực dọc trục tác dụng lên

thành ống quá lớn. Lực này cũng có thể được tạo ra khi ma sát giữa chày cao su và ống

quá lớn.

Hình 2.14. Các giai đoạn của sự biến dạng

Hình 2.14 cho thấy những giai đoạn khác nhau của quy trình hình thành ống dạng

nhánh T. Căn cứ vào hình, chiều dài nhánh T căng rất đều xuyên suốt quy trình. Mối quan hệ giữa lực dọc trục và chiều dài nhánh T được mô phỏng trong biểu đồ hình

2.15 với phôi ống đồng đỏ có chiều dày 1.2mmm đường kính ngoài 28mm và chiều

dài ban đầu 110mm. Mối quan hệ giữa lực dọc trục và chiều dài nhánh T gần như là

hàm bậc 1.

Hình 2.15. Biểu đồ lực dọc trục

Hình 2.16. Biểu độ phân bố chiều dày

Mối quan hệ giữa chiều dày thành ống với vùng phình được thể hiện trong biểu đồ 10.16. Có thể thấy rằng chiều dày ống giảm chậm từ điểm A tới điểm D . Ống mỏng

nhất ở đỉnh của chỗ phình. Đỉnh cũng có thể thấy ở giao điểm của ống với nhánh tại

vùng BC, do sự uốn xảy ra ở đây. Bởi lực dọc trục được tạo ra bởi chày bậc (chày ép

ống) và lực ma sát giữa ống và chày cao su, sự giảm độ dày thành ống bắt đầu diễn ra

ở vùng AB của ống

Tuổi thọ sử dụng của chày cao su phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như chất lượng ban

đầu, cùng với điều kiện làm việc của nó trong quá trình sử dụng. Thảm cao su và

phỉnh poker thường được sử dụng rỗng rãi để làm tăng tuổi thọ của chày cao su và tiết

kiệm chi phí mua dụng cụ. Nhìn chung, chày urethane có độ cứng Shore trong khoảng

80 đến 95 là giải pháp tốt nhất cho phương pháp tạo phình này.

Việc thiết kế ra những thiết bị phục vụ cho việc tạo phình là rất quan trọng bởi vì chất lượng phần phình được xác định bằng thiết bị tạo phình. Do đó phần thiết kế và sản xuất trang thiết bị để thực hiện quy trình làm phình luôn là giai đoạn tốn kém nhất của công nghệ này. Trang thiết bị thậm chí có thể rất phức tạp nhưng chỉ để sản xuất ra những sản phẩm khá đơn giản. Một máy nén thủy lực có dung tích lớn là yêu cầu bắt

buộc cho quy trình. Cần có thiết bị giữ cho 2 nửa khuôn luôn dính với nhau trong khi vận hành để đảm bảo rằng khuôn luôn trong trạng thái khóa chặt. Như đã để cập ở

trên, những chày ép thủy lực được dùng để tạo ra lực dọc trục lên ống và chày cao su

thông qua vai chày ép ống.

Trong đa số trường hợp, phương pháp tạo phình phôi ống sẽ không thể phát huy hết ưu

điểm nếu chỉ sử dụng những trang thiết bị đơn giản khi thực hiện quy trình ép. Những trang bị hiện đại như máy ép thủy lực tự động là cực kỳ cần thiết để tối ưu hóa quy

trình ép với áp suất nội và khả năng đùn vật liệu đã được kiểm soát. [2]

2.2. Vật liệu kim loại

2.2.1. Phân loại

a. Kim loại đen

- Kim loại đen bao gồm các loại : Gang và Thép

- Nếu tỉ lệ Cacbon trong vật liệu ≤2,14% thì được gọi là thép và >2,14% là gang

- Tỉ lệ cacbon càng cao thì vật liệu càng cứng và giòn.

- Gang được phân làm 3 loại : Gang xám, gang trắng và gang dẻo

NỘI DUNG GANG THÉP

TỈ LỆ C C≥2,14 C>2,14

PHÂN LOẠI -3 loại : gang xám gang -Thép cacbon

trắng, gang dẻo -Thép hợp kim

TÍNH CHẤT ĐẶC -Tình bền và tính cứng -Tính cứng cao, chịu mài

ĐIỂM cao, chịu được mài mòn, mòn…

chịu nén và chống rung

động tốt, dễ đúc nhưng

khó gia công cắt gọt vì

quá cứng

CÔNG DỤNG -Dùng àm : ổ đỡ bàn trượt -Dùng trong xây dựng và

, vỏ máy bơm, má phanh tàu hỏa, và dùng để luyện thép kết cấu xây dựng -Dùng làm dụng cụ gia đình, chi tiết máy…

b. Kim loại màu

- Bao gồm các kim loại còn lại (Cu, Al, Zn, Sn, Pb…)

- Kim loại màu thường dùng ở dạng hợp kim.

- Có 2 loại chính bao gồm : đồng và hợp kim của đồng ; nhôm và hợp kim của nhôm

- Tính chất : Dễ kéo dài, dễ dát mỏng, có tính mài mòn, tính chông ăn mòn cao, tính

dẫn điện dẫn nhiệt tốt…

- Ưu điểm : dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, ít bị oxy hóa hơn kim loại đen, dễ cán mỏng và kéo dài…

- Đồng và nhôm được dùng nhiều trong công nghệ truyền tải điện năng và các thiết bị

dân dụng.

2.2.2. Thép cacbon

2.2.2.1. Định nghĩa

Thép Cacbon là loại thép thông thường, thuộc nhóm kim loại đen, ngoài Fe và C còn

chứa các tạp chất thường có như Mangan, Silic, Phốt-pho ,…

2.2.2.2. Thành phần hóa học

C < 2%, Mn < 0,8%, Si ≤ 0,4%, P ≤ 0,05%, S ≤ 0,05%. Ngoài ra còn có một lượng

nhỏ các nguyên tố Cr, Ni, Cu(≤ 0,2%), W, Mo, Ti (≤ 0,1%)

2.2.2.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến chất của thép

a. Cacbon

- Là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định tổ chức, tính chất và công dụng của thép .

Hình 2.17. Ảnh hưởng của C đối với cơ tính của thép

- Theo hình 3.1 thì khi tăng %C sẽ làm giảm độ dẻo và độ dai độ va đập. Khi %C tăng trong khoảng 0,8-1% thì độ bền và độ cứng cao nhất và khi vượt quá 1% thì độ bền và

độ cứng bắt đầu giảm.

- Theo %C có thể chia thép làm 4 nhóm có cơ tính và công dụng khác nhau :

 Thép cacbon thấp (%C ≤ 0,25%) : dẻo, dai nhưng có độ bền và độ cứng thấp.

Thép cacbon trung bình (%C từ 0,3-0,5%) : chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va

 đập cao.

Thép cabon cacbon tương đối cao (%C từ 0,55 - 0,65%): có tính đàn hồi cao,

 dùng làm lò xo.

Thép cacbon cao (%C ≥ 0,7%): có độ cứng cao nên được dùng làm dụng cụ đo,

 dao cắt, khuôn dập.

b. Các nguyên tố khác

- Mn và Si: là các tạp chất có lợi, có công dụng khử ôxy.

- P, S: là các tạp chất có hại, làm giảm cơ tính của thép.

2.2.2.4. Phân loại các loại thép cacbon

Có nhiều cách phân loại thép như :

- Theo tổ chức tế vi

- Theo phương pháp luyện kim

- Theo phương pháp khử oxy

- Theo hàm lượng cacbon

- Theo công dụng.

Đối với ngành cơ khí cần quan tâm đến cách phân loại theo công dụng. Cách phân loại này cho phép chúng ta biết cách sử dụng thép một cách hợp lý khi chế tạo sản

phẩm bằng thép.

Loại này có cơ tính không cao, dùng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu

a. Thép cacbon công dụng - tải nhỏ. Thường dùng trong ngành xây dựng, giao thông (cầu, nhà, khung, tháp…)

Hình 2.18. Thép cacbon công dụng

- Thép cacbon thông dụng được chia ra làm ba nhóm A, B, C. Nhóm A chỉ đánh giá bằng các chỉ tiêu cơ tính (độ bền, độ dẻo, độ cứng…). Nhóm B đặc trưng bằng

Khi cần biết cơ tính thì ta sử dụng nhóm A, khi cần tính toán về hàn, nhiệt luyện

Theo TCVN 1765 - 75 qui định ký hiệu thép thông dụng là hai chữ CT, sau chữ

Ví dụ: CT 38 có giới hạn bền là Các nhóm B và C cũng có ký hiệu tương tự như nhóm A nhưng qui ước thêm vào

thành phần hóa học và nhóm C đặc trưng bằng cả hai chỉ tiêu cơ tính và thành phần hóa học. - thì sử dụng nhóm B hoặc C. - CT chỉ giới hạn bền tối thiểu, theo đơn vị N/mm2. - - đằng trước chữ CT chữ cái B hay C để phân biệt. - - Ví dụ: BCT31, CCT31. Ký hiệu theo tiêu chuẩn các nước

 Nga (ГOCT): Ký hiệu CTx trong đó x là các con số từ 0, 1, 2 đến 6 chỉ cấp độ bền (số càng cao thì độ bền càng cao) cũng có các phân nhóm A, Б, B tương ứng với các phân nhóm A, B, C của Việt Nam.

 Mỹ (ASTM): Ký hiệu theo các số 42, 50, 60, 65 chỉ (min) theo đơn vị ksi.

 Nhật (JIS): Ký hiệu SSxxx; SMxxx hay xxx là các số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu tính bằng Mpa. Ví dụ: SS400 là thép cacbon thường có giới hạn bèn kéo tối thiểu là 400 Mpa.

b. Thép cacbon kết cấu - Nhóm này có chất lượng cao hơn nhóm chất lượng thường thể hiện ở hàm lượng

các tạp chất có hại (S  0,04%, P  0,035%), hàm lượng cacbon chính xác và chỉ tiêu

cơ tính rõ ràng. Thép cacbon kết cấu trong các bảng chỉ dẫn ghi cả thành phần và cơ

tính. Thép cacbon kết cấu được dùng trong chế tạo các chi tiết máy chịu lực cao hơn như: bánh răng, trục vít, cam, lò xo…

Hình 2.19. Thép cacbon kết cấu

Theo TCVN ký hiệu thép cacbon kết cấu là chữ C, sau chữ C ghi chỉ số hàm

Ví dụ: C45 trong đó chữ C ký hiệu thép cacbon, 45 chỉ phần vạn cacbon trung

- lượng cacbon của thép như: C20, C45, C65… - bình ( tương đương với 0,45%C). - Ký hiệu theo tiêu chuẩn các nước :

 Nga (ГOCT): Ký hiệu xx trong đó xx là số chỉ phần vạn C. Ví dụ mác 40 có 0,4%C

 Mỹ (AISI/SAE): Ký hiệu 10xx trong đó xx là số chỉ phần vạn C. Ví dụ mác 1045 có 0,45%C.

 Nhật (JIS): Ký hiệu SxxC trong đó xx là các số chỉ phần vạn C. Ví dụ mác S45C có 0,45%C

Theo TCVN ký hiệu thép cacbon dụng cụ là chữ CD, sau chữ CD ghi chỉ số hàm

Ví dụ: CD100 - chữ CD ký hiệu thép cacbon dụng cụ, 100 chỉ phần vạn cacbon

c. Thép cacbon dụng cụ - Là loại thép có hàm lượng cacbon cao (0,7 - 1,4%) có hàm lượng tạp chất S và P thấp (< 0,025%). Thép cacbon dụng cụ tuy có độ cứng cao khi nhiệt luyện nhưng chịu nhiệt thấp nên chỉ dùng làm các dụng cụ như: đục, dũa, dụng cụ đo hay các loại khuôn dập. - lượng cacbon của thép theo phần vạn như: CD70, CD80, CD100. - trung bình (tương đương với 1%C). - Ký hiệu theo tiêu chuẩn các nước

 Nga (ГOCT): Ký hiệu Yxx trong đó xx là số chỉ phần nghìn C. Ví dụ mác Y12 có 1,2%C.

Hình 2.20. Thép cacbon dụng cụ

2.2.3. Thép C45

2.2.3.1. Khái niệm

Thép C45 là thép Carbon có hàm lượng Carbon là 0,45% (0,45%C), ngoài ra loại thép

này còn chứa các tạp chất khác như silic, mangan, lưu huỳnh, crom, phốt pho, đồng,

niken…

Hình 2.21. Thép tấm C45

Mác C45: Chữ “C” là kí hiệu của thép Cacbon, trong đó “45” có nghĩa là mác thép

chưa hàm lượng C là 0,45%.

2.2.3.2. Tính chất cơ học của thép C45

Ở điều kiện bình thường thép C45 có độ cứng HRC là 23, trong trường hợp yêu cầu cần thép có độ cứng cao hơn người ta sử dụng phương pháp tôi, ram để tăng độ cứng

của thép C45.

Hình 2.22. Thành phần hóa học của thép C45

Hình 2.23. Đặc tính cơ học của thép C45

Hình 2.24. Chỉ số cấp bền của thép C45

Tùy theo độ cứng cần sử dụng, người ta có thể sử dụng phương pháp tôi dầu, tôi nước

hoặc tôi cao tần trong các điều kiện thích hợp để có độ cứng mong muốn.

2.2.3.3. Ứng dụng của thép C45

Thép mác C45 được ứng dụng và sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng và công nghiệp hiện nay bởi cơ tính (độ bền, độ cứng, dộ dẻo,…) rất phù hợp cho gia công cơ khí, chế tạo chi tiết máy, xây dựng cầu đường, khung thép,… dễ dàng tôi, ram để đạt được độ cứng mong muốn.

Ngoài ra thép tròn C45 thường được dụng chế tạo, cán ren, bulong, làm chi tiết máy, chế tạo các loại trục, bánh răng, chế tạo bản mã, mặt bích thép, trục, liềm, rùi, khoan

gỗ làm việc, dao,…

Kết luận : Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu, nhóm đã quyết định lựa chọn thép

C45 làm vật liệu để gia công chi tiết khuôn của mình vì mác thép này thuộc loại thép

cacbon kết cấu, có khả năng chịu va đập và tải trọng tĩnh tốt độ dẻo cao. Hơn nữa còn

được sử dụng rộng rãi, có thể dễ dàng tìm kiểm ở nhiều nơi. Quan trọng nhất là giá thành tương đối mềm khi so với một số loại thép phổ biến khác.

2.2.4. Đồng thau

2.2.4.1. Khái niệm

Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm. Tỷ lệ pha chế giữa đồng và kẽm cho ta một

loạt các đồng thau đa dạng khác nhau có tính chất cơ học và điện khác nhau.

Hình 2.25. Ống đồng thau

2.2.4.2. Tính chất cơ học của đồng thau

Đồng thau có độ dẻo cao hơn đồng hoặc kẽm. Điểm nóng chảy tương đối thấp của

đồng thau (900 đến 940 °C, 1.650 đến 1.720 °F, tùy thuộc vào thành phần) và đặc tính dòng chảy của nó làm cho nó trở thành một vật liệu tương đối dễ đúc. Bằng cách thay đổi tỷ lệ của đồng và kẽm, các tính chất của đồng thau có thể được thay đổi, cho phép đồng thau cứng hơặc mềm. Mật độ của đồng thau là 8,4-8,73 gram trên một centimet khối

Ngày nay, gần 90% tất cả các hợp kim đồng thau được tái chế.Vì đồng thau không có

từ, nó có thể được tách ra khỏi phế liệu kim loại bằng cách chuyển phế liệu gần một

nam châm cực mạnh. Phế liệu đồng thau được thu thập và vận chuyển đến xưởng đúc

nơi nó được nấu chảy và đúc lại thành phôi. Phôi được nung nóng và đùn thành hình

dạng và kích thước mong muốn. Độ mềm chung của đồng thau có nghĩa là nó thường

có thể được gia công mà không cần sử dụng chất lỏng cắt, mặc dù có những trường hợp ngoại lệ.

Nhôm làm cho đồng thau cứng hơn và chống ăn mòn hơn. Nhôm cũng làm cho một

lớp nhôm oxit cứng (Al2O3) có lợi rất cao được hình thành trên bề mặt mỏng, trong suốt và tự phục hồi. Tin có tác dụng tương tự và tìm thấy công dụng của nó đặc biệt là

trong các ứng dụng nước biển (đồng thau hải quân). Sự kết hợp của sắt, nhôm, silicon

và mangan làm cho đồng thau chống mòn và rách.

2.2.4.3. Ứng dụng của đồng thau

Đồng thau là một hợp kim thay thế, được ứng dụng nhiều vào các lĩnh vực như đồ

trang trí, vật liệu hàn, thiết bị điện, các loại đầu đạn súng cá nhân, và rất nhiều các nhạc cụ hơi...

Hình 2.26. Ống chữ T chế tạo từ đồng thau

Kết luận : Đồng thau là kim loại có tính dẻo tương đối cao, có thể biến dạng dễ dàng, hạn chế việc rách trong quá trình tạo hình. Đồng thau cũng tương đối dễ tìm kiếm ở những chợ cơ khí, doanh nghiệp kinh doanh nhỏ lẻ hay những doanh nghiệp chuyên cung cấp sỉ. Tuy giá thành không hề rẻ (khoảng 180.000 đồng/kg) nhưng vẫn trong

khoảng chấp nhận được. Với những lý do đó, nhóm quyết định chọn đồng thau làm

phôi ép để có thể thu được những kết quả tốt nhất.

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN TẠO HÌNH KIM LOẠI ỐNG THÔNG QUA VẬT LIỆU ĐÀN HỒI.

3.1. Phương án thiết kế

Chính vì sự đa dạng của công nghệ dập tấm nên chúng em đã lên ý tưởng và được sự

hướng dẫn của các thầy cô thì chúng em đã “Thiết kế và chế tạo khuôn tạo hình kim

loại ống thông qua vật liệu đàn hồi” mà vật liệu chúng em sử dụng để tạo hình sản

phẩm ở đây là cao su.

Để thiết kế và chế tạo thành công khuôn ép tạo hình kìm loại tấm thông qua vật liệu

đàn hồi thì nhóm chúng em cũng nghiên cứu, tìm hiểu và sử dụng các thiết bị gồm:

Loadcell (cảm biến tải), đầu cân (bộ hiển thị), con đội thủy lực và máy dập con đội thủy lực để phục vụ cho việc ép tạo hình sản phẩm.

Đến cuối cùng chúng em đã lên những phương án thiết kế chế tạo và cũng chọn ra một

phương án tốt nhất.

3.1.1. Lựa chọn phương án cấu tạo khuôn

Phương án 1

Khuôn được thiết kế theo dạng hình hộp, gồm 6 tấm bao bọc ở mặt ngoài, bên trong là

những tấm cố định bằng bu lông hoặc có thể trượt bằng cách sử dụng ti trượt.

Hình 3.1. Cấu tạo khuôn phương án 1

Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý phương án 1

Ưu điểm:

- Khuôn cứng cáp liền lạc

- Khả năng tự động hóa cao

- Cao su không bị vung vãi

- Có thể kiểm soát lượng cao su trong khoang chứa

Nhược điểm:

- Khuôn không linh hoạt nếu xảy ra hiện tượng kẹt chày ép hoặc bạc tạo hình do cao su len lỏi vào những khoảng hở của khuôn. Phải tháo khuôn ra hoàn toàn mới có thể giải quyết.

Trong lượng của khuôn khá lớn, chắc chắn không thể di chuyển dễ dàng bằng

- sức người.

Lực sinh ra khi ép cao su chủ yếu là lực dọc trục, nên dù khoang chứa có chứa - nhiều cao su thì lượng cao su đó cũng không thể được di chuyển vào lòng khuôn ép, từ

đó áp suất tác dụng lên bề mặt phôi cũng không lớn, nên không thể làm biến dạng

phôi.

- Chi phí gia công và mua vật liệu tốn kém.

Kết luận: sau khi xem xét những ưu điểm, nhược điểm của phương án 1, nhóm quyết

định loại trừ phương án này. Ưu điểm của thiết kế này chủ yếu chỉ là hình dáng bên

ngoài của khuôn, không mang lại nhiều hiệu quả phục vụ cho quá trình ép tạo sản phẩm. Trong khi đó những nhược điểm của phương án này mang tính chí mạng, làm

cản trở nghiêm trọng đến quy trình nếu có bất kỳ vấn đề không mong muốn xảy ra

trong quá trình ép, làm tiêu hao thời gian, giảm năng suất, hiệu quả của khuôn. Do đó

những ưu điểm phương án này mang lại không thực sự đáng để ta đánh đổi, chấp nhận

những nhược điểm nghiêm trọng này.

Phương án 2:

Sau khi tìm ra được những nhược điểm của phương án 1, nhóm tiến hành cải tiến

khuôn để khắc phục những nhược điểm đó bằng cách kết hợp một số bộ phận của

khuôn trực tiếp lên máy ép để tăng tính linh hoạt cho khuôn. Lúc này khuôn có thể

tháo lắp rời các bộ phận một cách dễ dàng, phòng trong những trường hợp ngoài ý

muốn xảy ra trong quá trình ép. Ngoài ra để bù đắp cho việc khoang chứa cao su

không còn, dẫn đến lượng cao su có thể bị hao hụt, nhóm đã sử dụng thêm viên chêm

nhằm tăng thêm áp suất tác dụng lên phôi cho những mẫu ép vùng biến dạng nằm ở

giữa, yêu cầu khả năng tích áp trong lòng phôi nhanh. Tuy nhiên cũng giống như

phương án 1, khuôn cũng tồn tại một số nhược điểm.

Hình 3.3. Đồ án máy dập sinh viên K15

Hình 3.4. Khuôn sau khi lắp lên máy

Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý phương án 2

Ưu điểm:

- Khuôn mang tính linh hoạt cao, có thể dễ dàng tháo lắp, đề phòng những vấn đề

có thể phát sinh, đặc biệt là giai đoạn lấy phôi ra khỏi sản phẩm

Việc dùng 2 chày (chày ép ống và chày ép cao su) làm tăng hiệu quả khi ép lên

- đáng kể.

- Chi phí chế tạo khuôn rẻ.

- Trọng lượng nhẹ, có thể dễ dàng di chuyển.

Nhược điểm:

Việc loại bỏ cao su khi lấy phôi ra khỏi lòng khuôn là bắt buộc, dẫn tới vung vãi

- cao su.

- Khả năng tự động hóa kém.

Việc tháo lắp khuôn liên tục sẽ khiến bạc trượt của tấm chặn trên và tấm chặn

- dưới hoạt động thường xuyên, sau một thời gian nhất định phải thay thế.

Sau khi so sánh những ưu và nhược điểm của phương án 2, đồng thời đắn đo với

phương án 1, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án 2. Những nhược điểm của loại khuôn này chủ yếu chỉ ảnh hưởng tới những giai đoạn tiền hoặc hậu quá trình ép,

ngoài ra không ảnh hưởng gì đến sản phẩm. Thêm vào đó phương pháp ép của phương

án này mang tính tối ưu cao hơn, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm. Do đó việc lựa

chọn phương án 2 là hoàn toàn hợp lý.

3.1.2. Thiết kế bạc định hình

Hình dạng của bạc định hình được thiết kế dựa theo phần cơ sở lý thuyết gồm 3 mẫu.

Bạc định hình không phải là 1 chi tiết dài nguyên khối mà được chia thành 3 bạc nhỏ

hơn. Điều này giúp cho việc gia công trở nên dễ dàng hơi, đồng thời đảm bảo tính lắp lẫn cho những chi tiết có phần đầu hoặc giữa có thể hoán chuyển cho nhau được.

Phần góc nhọn tạo bởi vùng biến dạng và vùng không biến dạng đều được thiết kế và

gia công vát cạnh, đảm bảo cho phôi có thể biến dạng dễ dàng hơn, hạn chế hiện tượng

rách.

Đối với những chi tiết đặc biệt có undercut (mẫu 3) . Việc lấy chi tiết ra khỏi bạc tạo

hình sau khi biến dạng là điều không thể. Do đó việc cắt đôi bạc tạo hình của những

mẫu này là điều cần thiết.

Hình 3.6. Bạc định hình mẫu 1

Hình 3.7. Bạc định mẫu 2

Hình 3.8. Bạc định hình mẫu 3

3.2. Qui trình thiết kế, gia công và lắp ráp khuôn

3.2.1. Thiết kế khuôn bằng phần mềm Autodesk Inventor 2019

Để đảm bảo cho việc thiết kế ra được bộ khuôn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, nhóm đã

sử dụng phần mềm Inventor 2019 để hỗ trợ trong việc mô hình hóa và xuất bản vẽ

Autodesk Inventor là phần mềm xây dựng mô hình 3D, thiết kế, hình mẫu và kiểm tra ý tưởng các sản phầm. Inventor tạo ra các nguyên mẫu mô phỏng chuẩn xác khối

lượng, áp lực, độ ma sát, tải trọng,… của các đối tượng sản phẩm trong môi trường

3D. Các công cụ mô phỏng, phân tích được tích hợp trong Inventor cho phép người

dùng thiết kế từ khuôn đúc cơ bản đến nâng cao như thiết kế chi tiết máy, trực quan

hóa sản phẩm. Inventor còn được tích hợp CAD và các công cụ giao tiếp thiết kế nhằm nâng cao năng suất làm việc của CAD và giảm thiếu phát sinh lỗi, tiết kiệm thời gian.

Hình 3.9. Phần mềm Inventor Professional 2019

Những người đang hoặc sẽ sử dụng AutoCAD sẽ thừa hưởng được nhiều lợi ích của Inventor. Inventor cũng cấp một môi trường thiết kế và phím tắt tương tự với

AutoCAD, hỗ trợ tập tin DWG, cho phép người dùng chuyển từ vẽ 2D hiện hành sang

xây dựng mô hình 3D. Inventor được sử dụng phổ biến trong tạo nguyên mẫu kỹ thuật số, các mẫu được tạo ra từ bản vẽ 2D AutoCAD được tích hợp và các dữ liệu 3D, hình

thành nên sản phẩm ảo. Bằng cách này, các kỹ sư có thể thiết kế, mô phỏng sản phẩm

mà không phải tạo ra các mẫu vật lý. Người dùng có thể sử dụng các công cụ thiết kế

3D cơ khí trong Inventor để nghiên cứu và đánh giá mô hình thuận tiện và hiệu quả

hơn. AutoDesk Inventor còn đưa ra các công cụ và tính năng khác nhằm nâng cao năng suất làm việc như: Integrated Data Management, Design Automation, Automatic

Drawing Updates and Views, Automatic Bill of Materials,…

Chính vì những lợi ích đó, nhóm đã sử dụng phần mềm Autodesk Inventor làm công cụ hỗ trợ.

3.2.1.1. Tấm chặn dưới

Hình 3.10. Tấm chặn dưới dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: 500x500x22mm

- Số lượng: 1

Bảng 3.1 Phiếu công nghệ tấm chặn dưới

Loại dao Chế độ cắt Ghi chú

TT Bước công F S Kích thước nghệ

(mm/ph) (v/ph) (mm)

1 Phay 350 3000 485x500x22 Phay thô chừa lượng Dao

dư 1mm sau đó phay tinh cạnh bên 1 phay ngón

∅16 Đảm bảo độ song song

với mặt 2

350 3000 2

470x500x22 Phay thô chừa lượng dư 1mm sau đó phay Phay cạnh Dao phay

tinh bên 2 ngón

∅16 Đảm bảo độ song song

với mặt 1

350 3000 470x485x22 Phay thô chừa lượng Phay 3 Dao

dư 1mm sau đó phay cạnh phay

tinh bên 3 ngón

∅16 Đảm bảo độ song song

với mặt 4

350 3000 470x475x22 Phay thô chừa lượng Phay 4 Dao

dư 1mm sau đó phay cạnh phay

tinh bên 4 ngón

∅16

Đảm bảo độ song song với mặt 3

5 Phay 4 350 3000 20x10

hốc ∅20

Dao phay ngón

∅16

6 Phay lỗ Dao 350 3000 87x5 Đảm bảo độ đồng tâm

bậc phay với lỗ ∅50 không lớn

hơn 0.05mm ngón ∅87 × 5

∅16

Dung sai lỗ như bản vẽ

7 Phay lỗ Dao 350 3000 50x17 Đảm bảo độ đồng tâm

phay ∅47.8

ngón với lỗ ∅87 không lớn hơn 0.05mm

∅16 Dung sai lỗ như bản

vẽ

8 Khoan 4 80 300 Khoan suốt

Mũi khoan lỗ ∅32

∅32

9 Khoan 80 300 Khoan suốt Mũi

và ta-rô khoan

16 lỗ

M4 ∅4, Taro M4

3.2.1.2. Tấm chặn trên

Hình 3.11. Tấm chặn trên dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: 370x370x22 mm

- Số lượng: 1

Bảng 3.2. Phiếu công nghệ tấm chặn trên

TT Bước công Loại dao Chế độ cắt Ghi chú

nghệ

f (mm/ph) S (v/ph) Kích thước (mm)

Dao phay 350 3000 360x370x22 Phay thô chừa

1 Phay cạnh bên 1 lượng dư 1mm sau ngón ∅16

đó phay tinh

Đảm bảo độ song

song với mặt 2

2 Phay cạnh Dao phay 350 3000 350x370x22 Phay thô chừa

bên 2 lượng dư 1mm sau ngón ∅16

đó phay tinh

Đảm bảo độ song

song với mặt 1

3 Phay cạnh Dao phay 350 3000 350x360x22 Phay thô chừa

bên 3 lượng dư 1mm sau ngón ∅16

đó phay tinh

Đảm bảo độ song

song với mặt 4

4 Phay cạnh Dao phay 350 3000 350x350x22 Phay thô chừa

bên 4 lượng dư 1mm sau ngón ∅16

đó phay tinh

Đảm bảo độ song song với mặt 3

5 Phay lỗ Dao phay 350 3000 87x5 Đảm bảo độ đồng

bậc ∅87 ngón ∅16

tâm với lỗ ∅87 không lớn hơn

0.05mm

Dung sai lỗ như bản

vẽ

6 Phay lỗ Dao phay 350 3000 47.8x17 Đảm bảo độ đồng

ngón ∅16 ∅47.5

tâm với lỗ ∅47.8 không lớn hơn 0.05mm

Dung sai lỗ như bản

vẽ

7 Khoan 4 lỗ Mũi 80 300 Khoan suốt

khoan ∅32

∅32

80 300 Khoan suốt Mũi

8 Khoan và ta-rô 16 lỗ

M4 khoan ∅4, Taro M4

3.2.1.3. Bạc lót ngoài

Hình 3.12. Bạc lót ngoài dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: đường kính ngoài 89 mm, đường kính trong 68 mm, dài 252 mm.

- Số lượng: 1

Bảng 3.3. Phiếu công nghệ bạc lót ngoài

TT Bước Loại Chế độ cắt Ghi chú

dao công f S Kích nghệ (mm/v) (v/ph) thước

(mm)

1 Vạt mặt Dao 0.2 800 250 Đảo mặt vạt mặt đầu

đầu

tiện hợp kim còn lại. Đảm bảo độ song song giữa 2 mặt

đầu không lớn hơn

0.05mm

2 Tiện trụ Dao 0.2 800 87 Tiện thô chừa lượng dư

ngoài tiện hợp 0.2mm sau đó tiện tinh

kim

3 Tiện trụ Dao 0.2 800 69 Tiện thô chừa lượng dư

trong tiện hợp 0.2mm sau đó tiện tinh

kim

3.2.1.4. Bạc tạo hình

Hình 3.13. Bạc tạo hình trơn Ø50 dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: đường kính ngoài 72 mm, đường kính trong 49 mm, dài 71 mm.

- Số lượng: 2

Bảng 3.4. Phiếu công nghệ bạc lót ngoài

Chế độ cắt Ghi chú

Loại dao

TT Bước công nghệ f (mm/v) S (v/ph)

Kích thước (mm)

0.2 800 70

1 Vạt mặt đầu Dao tiện hợp Đảo mặt vạt mặt đầu còn lại. Đảm bảo độ

kim song song giữa 2 mặt

đầu không lớn hơn

0.05mm

2 Tiện trụ Dao 0.2 800 69 Tiện thô chừa lượng dư

0.2mm sau đó tiện tinh ngoài

tiện hợp kim

3 Tiện trụ Dao 0.2 800 50 Tiện thô chừa lượng dư

0.2mm sau đó tiện tinh trong tiện hợp

kim

Hình 3.14. Bạc tạo hình Ø50 có góc vát dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: đường kính ngoài: 71 mm, đường kính trong: 49 mm, dài 77 mm.

- Số lượng: 2

Bảng 3.5. Phiếu công nghệ bạc tạo hình Ø50 có góc vát

Chế độ cắt Ghi chú

TT Bước công Loại dao

nghệ f (mm/v) S (v/ph)

Kích thước (mm)

1 Vạt mặt Dao 0.2 800 75 Đảo mặt vạt mặt đầu

đầu

còn lại. Đảm bảo độ song song giữa 2 mặt tiện hợp kim

đầu không lớn hơn

0.05mm

2 Tiện trụ Dao 0.2 800 69 Tiện thô chừa lượng

ngoài

dư 0.2mm sau đó tiện tinh tiện hợp kim

4 Tiện trụ Dao 0.2 800 50 Tiện thô chừa lượng

dư 0.2mm sau đó tiện trong tiện hợp

tinh kim

3 Tiện Dao 0.2 800 Như bản Đánh lệch góc dao tiện

vẽ góc vát tiện hợp 22°

kim 22°

Hình 3.15. Bạc tạo hình trơn Ø58 dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: đường kính ngoài: 71 mm, đường kính trong: 49 mm, dài 77 mm.

- Số lượng: 1

Bảng 3.6. Phiếu công nghệ bạc tạo hình trơn Ø58

Chế độ cắt Ghi chú

TT Bước công Loại dao

nghệ f (mm/v) S (v/ph) Kích thước

(mm)

1 Vạt Dao tiện 0.2 800 75 Đảo mặt vạt mặt đầu

hợp kim

còn lại. Đảm bảo độ song song giữa 2 mặt mặt đầu

đầu không lớn hơn

0.05mm

2 Tiện Dao tiện 0.2 800 69 Tiện thô chừa lượng dư

0.2mm sau đó tiện tinh hợp kim trụ

ngoài

3 Tiện Dao tiện 0.2 800 50 Tiện thô chừa lượng dư

0.2mm sau đó tiện tinh hợp kim trụ

trong

Hình 3.16. Bạc tạo hình cắt đôi dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: đường kính ngoài 71 mm, đường kính trong 49 mm, dài 71 mm.

- Số lượng: 1

Bảng 3.7. Phiếu công nghệ bạc tạo hình cắt đôi

Chế độ cắt Ghi chú

TT Bước công Loại dao

nghệ f (mm/v) S (v/ph) Kích thước

(mm)

1 Vạt mặt Dao 0.2 800 70 Đảo mặt vạt mặt đầu

đầu

tiện hợp kim còn lại. Đảm bảo độ song song giữa 2 mặt

đầu không lớn hơn

0.05mm

2 Tiện trụ Dao 0.2 800 69 Tiện thô chừa lượng dư

ngoài tiện hợp 0.2mm sau đó tiện tinh

kim

3 Tiện trụ Dao 0.2 800 50 Tiện thô chừa lượng dư

trong tiện hợp 0.2mm sau đó tiện tinh

kim

4 Cắt đôi Sử dụng máy cắt dây

chi tiết

3.2.1.5. Chày ép ∅𝟒𝟕. 𝟖

Hình 3.17. Chày ép Ø47.8 dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: ∅50.5 mm, dài 502 mm.

- Số lượng: 1

Loại dao Chế độ cắt Ghi chú

f S Kích thước

TT Bước công nghệ (mm/v) (v/ph) (mm)

1 Vạt mặt Dao tiện 0.2 800 500 Đảo mặt vạt mặt đầu

đầu và khoan hợp kim, mũi khoan còn lại. Đảm bảo độ song song giữa 2 mặt

tâm tâm đầu không lớn hơn

0.05mm. Sau đó

khoan tâm

0.2 800 47.8

Tiện thô chừa lượng dư 0.2mm sau đó tiện 2 Tiện trụ ngoài Dao tiện hợp kim

tinh

3 Cắt

Sử dụng máy cắt dây cắt phôi thành 2 khúc khúc

300mm và 200m. Sử

dụng chi tiết 300mm

làm chày ép

Bảng 3.8. Phiếu công nghệ chày ép Ø47.8

3.2.1.6. . Chày ép ∅𝟓𝟎

Hình 3.18. Chày ép Ø50 dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: ∅50.5 mm, dài 250 mm.

- Số lượng: 1

Bảng 3.9. Phiếu công nghệ chày ép Ø50

TT Bước Loại dao Chế độ cắt Ghi chú

công f (mm/v) nghệ S (v/ph) Kích thước (mm)

0.2

1 Vạt mặt Dao tiện 800 250 Đảo mặt vạt mặt đầu

đầu và khoan hợp kim, mũi còn lại. Đảm bảo độ song song giữa 2

tâm khoan mặt đầu không lớn

tâm hơn 0.05mm. Sau đó

khoan tâm

0.2 800 50

2 Tiện trụ ngoài Dao tiện hợp kim Tiện thô chừa lượng dư 0.2mm sau đó

tiện tinh

3.2.1.7. Cây chống

Hình 3.19. Cây chống dạng Wireframe

- Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: ∅20 mm, dài 501 mm.

- Số lượng: 4

Bảng 3.10. Phiếu công nghệ cây chống

TT Bước Loại dao Chế độ cắt Ghi chú

công f S Kích thước nghệ (mm/v) (v/ph) (mm)

1 Vạt mặt Dao tiện 0.2 800 500 Đảo mặt vạt mặt đầu còn

đầu hợp kim lại. Đảm bảo độ song

song giữa 2 mặt đầu không lớn hơn 0.05mm

3.2.1.8. Viên chêm

Hình 3.20. Viên chêm dạng Wireframe

-Vật liệu: Thép C45

- Kích thước: ∅47.8mm, dài 200mm

- Số lượng: 1

Bảng 3.11. Phiếu công nghệ viên chêm

TT Bước Loại dao Chế độ cắt Ghi chú

công f S Kích thước nghệ (mm/v) (v/ph) (mm)

1 Cắt 60/50/40/30/20 Dùng máy cắt dây cắt

thành 5 đoạn khúc

3.2.1.9. Bạc trượt tròn có vai

- Số lượng: 8

Hình 3.21. Bạc trượt tròn có vai

3.2.1.10. Gối đỡ ray trượt

- Số lượng: 4

Hình 3.22. Gối đỡ ray trượt

3.2.1.11. Bu lông lục giác M5

- Số lượng: 40

Hình 3.23. Bu lông lục giác M5

3.2.2. Mô phỏng nguyên lý hoạt động bằng phần mềm Ansys 16

3.2.2.1. Giới thiệu phần mềm Ansys 16

ANSYS là một phần mềm toàn diện và bao quát hầu hết các lĩnh vực vật lý, giúp can

thiệp vào thế giới mô hình ảo và phân tích kỹ thuật cho các giai đoạn thiết kế. Hầu hết

các nhà đầu tư rất thích phần mềm phân tích kỹ thuật này so với những gì chúng làm

được và số tiền họ phải bỏ ra.

Hình 3.24. Phần mềm Ansys 16

Phần mềm phân tích mạnh này giúp quá trình thiết kế kỹ thuật qua một cấp độ mới,

không chỉ làm việc với những môi trường, thông số biến động, các hàm nhiều cấp bậc,

mà còn hỗ trợ làm việc mang tính thích nghi với những mô hình kỹ thuật mới, nhưng

công cụ CAE nhiều tính năng. Dĩ nhiên Ansys sẽ giúp nâng cao hiệu quả khi thiết kế,

nâng cao tính sáng tạo, giảm bớt ràng buộc, hạn chế vật lý, thực hiện các bài kiểm tra

mô phỏng mà không thể thực hiện trên những phần mềm khác.

3.2.2.2. Đặt giả thiết

- Phần bạc lót ngoài và bạc tạo hình ta xem như là một khối không di chuyển trong

suốt quá trình tạo hình ống kim loại nên ta đặt những vật này là vật cứng tuyệt đối

(Ridgid bodies)

- Ống kim loại chỉ biến dạng theo phương xy và cố định phương z, do trong suốt quá

trình ép chày trên luôn tác dụng một lực vào đầu ống kim loại, làm cho chân ống luôn

tiếp xúc với tấm chặn dưới

- Áp suất tác dụng lên thành ống: Giả sử ta dùng lực chày ép tối đa là 22 tấn, tác dụng lên vùng thể tích sao cho, vùng thể tích đó là vừa đủ để cho ống biến dạng hoàn toàn.

Hình 3.25. Diện tích mặt tối thiểu để ống biến dạng hoàn phần

Khi đó diện tích mặt vùng cần tính là:

𝑉 = 2𝜋𝑟2 + 2𝜋𝑟ℎ = 2𝜋 ∗ 47.82 + 2𝜋 ∗ 47.8 ∗ 86.24 = 40257 (𝑚𝑚2)

22000 𝑃 = = 𝐹 𝑉 40257 ∗ 10−9 = 546488809 ( 𝑁 𝑚2) = 546 (𝑀𝑝𝑎)

Hình 3.26. Điều kiện ban đầu

3.2.2.3. Kết quả mô phỏng

Hình 3.27. Kết quả mô phỏng mẫu 1

Hình 3.28. Sự phân bố biến dạng mẫu 1 (mm)

Hình 3.29. Kết quả mô phỏng mẫu 2

Hình 3.30. Sự phân bố biến dạng mẫu 2 (mm)

Hình 3.31. Kết quả mô phỏng mẫu 3

Hình 3.32. Sự phân bố biến dạng mẫu 3 (mm)

Nhận xét:

- Khi áp dụng các điều kiện ban đầu, cả 3 mẫu đều đã biến dạng một cách tương đối.

- Ứng suất tập trung ở những góc vát và tăng dần ở những vùng biến dạng nhiều.

- Không có khuyết tật nào được tìm thấy, đặc biệt không có hiện tượng bị rách ở

những góc vát.

Kết luận: Kết quả mô phỏng thuận lợi chứng tỏ việc thiết kế khuôn trước đó đã đặt

được hiệu quả nhất định, sản phẩm mô phỏng ra không bị khuyết tật. Do đó nhóm quyết định sử dụng phương án thiết kế này và tiến hành gia công.

3.2.3. Tiến hành gia công và lắp ráp khuôn

Phần lớn các chi tiết gia công đều được nhóm thực hiện. Nhóm đã sử dụng những kiến

thức đã học trong suốt 4 năm để tiến hành gia công, từ những nguyên vật liệu thô sơ, và ngay chính tại khu xưởng Việt Đức, nhóm cảm thấy rất tự hào vì được tự tay vận

hành và thực hiện chính đồ án tốt nghiệp của mình. Cảm ơn thầy Công đã tạo cơ hội

trong việc mượn những trang thiết bị cần thiết cũng như giúp đỡ nhóm trong suốt quá

trình gia công.

Sau đây là một số ảnh trong quá trình gia công. Ảnh thực tế của những chi tiết khuôn

cũng đã được nhóm sử dụng ở những nội dung trên để tạo ra cái nhìn tổng quan nhất.

Hình 3.33. Phôi thô khi chưa qua gia công

Hình 3.34. Nhóm gia công trên máy tiện xưởng Việt Đức

Hình 3. 35. Các bạc tạo hình sau khi đã gia công xong

Hình 3.36. Tấm chặn dưới

Hình 3.37. Tấm chặn trên

Hình 3.38. Bạc lót ngoài

Hình 3.39. Bạc tạo hình trơn Ø50

Hình 3.40. Bạc tạo hình Ø50 có góc vát

Hình 3. 41. Bạc tạo hình trơn Ø58

Hình 3.42. Bạc tạo hình cắt đôi

Hình 3.43. Chày ép Ø47.8

Hình 3.44. Chày ép Ø50

Hình 3.45. Cây chống

Hình 3.46. Viên chêm

Bảng 3.12. Bảng quy trình lắp ráp khuôn và ép thực nghiệm

Bước Hình ảnh minh họa Chỉ dẫn

1 Chuẩn bị các chi tiết

2 Nâng 4 trục trượt

lên và đặt các tấm

chặn sao cho các lỗ

lắp trục trượt thẳng

hàng nhau.

3 Lắp trục trượt xuyên

qua các lỗ trên tấm chặn.

4 Nâng 2 tấm chặn

lên, sau đó gắn 4

cây chống để đỡ

khuôn.

5 Siết bu lông cố định

cây chống với hệ

thống ép.

6 Chuẩn bị bạc bạc lót

ngoài, phôi và bạc tạo hình phù hợp

với chi tiết muốn ép.

7 Lắp bạc lót ngoài và

bạc tạo hình với

nhau, đảm bảo thứ

tự bạc tạo hình được

bố trí chính xác.

8 Lắp phôi ống vào

bên trong bạc tạo hình.

9 Lắp cụm chi tiết bạc

lót ngoài-bạc tạo

hình-phôi ống vào

giữa tấm chặn trên

và tấm chặn dưới. Quy trình ép có thể

bắt đầu từ đây

3.3. Sản phẩm thực tế khi sử dụng khuôn tạo hình kim loại ống

Hình 3.47. Sản phẩm mẫu 1

Hình 3.48. Sản phẩm mẫu 2

Hình 3.49. Sản phẩm mẫu 3

Bảng 3.13. So sánh kết quả mô phỏng CAE và thực tế

Mẫu Mô phỏng Thực tế

Toàn cảnh Chi tiết Toàn cảnh Chi tiết

Nhận xét:

- Các sản phẩm sau khi ép bằng khuôn do nhóm thiết kế và gia công nhìn chung có

hình dạng khá giống so với kết quả mô phỏng.

- Cũng giống như mô phỏng, sản phẩm sau khi ép cũng không hề xuất hiện khuyết tật.

- Kích thước của sản phẩm thực tế gần gần so với mô phỏng, sự chênh lệch có thể do khi ép tối đa công suất của con đội thủy lực, áp suất sinh ra bên trong lòng phôi ống không lớn bằng so với khi mô phỏng. Nguyên nhân của sự chênh lệch áp suất giữa

thực tế và mô phỏng là do lượng cao su thực tế khi ép rất khó để kiểm soát, do đó diện

tích mặt thực tế sẽ không giống so với khi mô phỏng.

Kết luận: Kết quả thực tế cho thấy nhóm đã thành công trong việc mô hình hóa CAE bằng phần mềm Ansys 16.

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

4.1. Các lỗi thường gặp khi thí nghiệm

Mục đích của việc thí nghiệm nhằm kiểm tra khả năng tạo hình kim loại của phương

pháp. Đồng thời, nhằm tìm ra và hạn chế những lỗi thường gặp trong quá trình vận

hành máy, bao gồm :

 Lực ép tạo áp suất cho cao su chưa đủ để biến dạng hoặc quá lớn làm phôi bị rách hoặc

oằn đầu

 Sử dụng cao su kích thước không phù hợp, kẹt vô khoảng hở giữa chày và phôi

 Lực ma sát giữa phôi và mặt trong của khuôn lớn hơn yêu cầu, cản trở quá trình bù

kim loại vào vùng biến dạng

Hình 4.1. Sản phẩm bị lỗi do ép chày phía trên mạnh

Hình 4.2. Sản phẩm bị lỗi do lực ma sát lớn giữa phôi và bạc tạo hình

4.2. Kết quả thí nghiệm và nhận xét

Các thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo hình và biến dạng của phôi được khảo sát đã

được đề cập ở trên bao gồm :

 Lực ép dọc trục từ chày để nén cao su, ký hiệu F(kN)

 Phần trăm cao su, ký hiệu %R (%)

 Chiều dài insert, ký hiệu Li (mm)

 Hành trình ép của chày L(mm) cho mẫu 1

Các thông số trên được khảo sát thông qua 2 giá trị là độ phình khoảng biến dạng

(mm), ký hiệu ∆R, và chiều dài khoảng biến dạng (mm), ký hiệu ∆L.

4.2.1. Thông số lực:

Hình 4.3. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lực lên mẫu 1

Hình 4.4. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lực lên mẫu 2

Hình 4.5. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lực lên mẫu 3

- Độ phình ∆R tăng dần khi lực tăng lên. Đặc biệt, ∆R bắt đầu thay đổi đột ngột ở những giá trị lực xác định, với mẫu 1 lực F>80 (kN), mẫu 2 với lực F>160(kN), và mẫu 3 lực

F>220(kN).

- Cả 3 mẫu vẫn chưa đạt được độ phình max tại ∆R= 4mm, với F = 220(kN).

4.2.2. Thông số %R:

Hình 4.6. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lượng cao su lên mẫu 1

Hình 4.7. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lượng cao su lên mẫu 2

Hình 4.8. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của lượng cao su lên mẫu 3

- Khi lượng cao su tăng, độ phình tăng không đáng kể, chủ yếu khoảng biến dạng tăng

lên, đặc biệt mẫu 1 và 2 dễ nhận thấy.

- Ở mẫu 3, tuy có sự thay đổi nhưng không rõ ràng do chiều dài khoảng biến dạng trên

khuôn nhỏ ∆L =20 mm. Trong khi mẫu 1 thì dài 85 mm, mẫu 2 dài 95mm.

4.2.3. Thông số Linsert:

Hình 4.9. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của chiều dài insert lên mẫu 2

Hình 4.10. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của chiều dài insert lên mẫu 3

- Thay đổi chiều dài insert ảnh hưởng đến khoảng tích áp cực đại của cao su rơi vào

vùng nào của phôi. Nếu áp suất hình thành tại khoảng biến dạng khuôn cho phép thì

∆L sẽ càng lớn.

- Với chiều dài insert càng lớn, ta thấy ∆L có sự thay đổi ở cả 2 mẫu, đặc biệt là mẫu 3.

4.2.4. Thông số hành trình ép L của mẫu 1:

Hình 4.11. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của hành trình ép lên mẫu 1

Khi hành trình ép tăng lên thì lực ép tăng theo để thắng được lực ma sát giữa cao su và

thành phôi, đồng thời áp suất tạo phình tăng theo làm biến dạng phôi nhiều hơn.

Cụ thể, với hành trình ép L=65mm, lực tương ứng là 100(kN), độ phình ∆R thay đổi đột ngột, và chiều dài biến dạng tăng lên gần bằng biến dạng toàn phần của mẫu 1.

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1. Kết luận

 Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã học tập được những điều mới cũng như tiếp thu được tinh hoa của nhân loại để thực hiện đề tài tạo hình kim loại ống thông qua vật

liệu đàn hồi. Bằng việc tìm hiểu các phương pháp nghiên cứu, sau đó là tổng hợp các

kiến thức nền tảng cần thiết, nhóm đã đưa ra một chuỗi quy trình thực hiện từ việc lựa

chọn những phương án thiết kế khuôn, lên bản vẽ kỹ thuật, mô phỏng bằng phần mềm CAE và sau cùng là tiến hành gia công. Từng bước thực hiện hiện đều được nhóm cân

nhắc kỹ càng, chỉnh sửa nhiều lần cho tới khi nhận được sự cho phép của GVHD mới

đi đến giai đoạn gia công khuôn và ép thử nghiệm ra sản phẩm. Cuối cùng nhóm đã thu được những kết quả như mong đợi, điều đó chứng minh cho việc tạo hình kim loại

ống thông qua vật liệu đàn hồi chính là một phương pháp sản xuất mới, mang lại hiệu

quả cao trong quá trình sản xuất, giảm tối thiểu chi phí sản xuất, đặc biết hơn trong

tương lai phương pháp này có thể trở thành xu thế trong việc tạo hình kim loại ống ở

Viết Nam. Sau khi thực hiện đề tài, nhóm đã nhận ra được những ưu điểm của việc tạo

hình kim loại ống thông qua vật liệu đàn hồi có thể kể đến như kết cấu khuôn đơn

giản, những cơ cấu và công cụ phụ trợ tương đối ít nên chi phí đầu tư ban đầu thấp; có

để thay đổi linh hoạt bạc tạo hình để cho ra nhiều sản phẩm ống có hình dạng khác

nhau; khuôn vận hành êm ái, không gây ồn ào; các bộ phận của khuôn có thể dễ dàng

tháo lắp để sửa chữa, hoặc thay thế khi cấn thế khi xảy ra hư hỏng cách dễ dàng; sản

phẩm sau khi ép ra đạt độ hoàn thiện cao, không có khuyết tật.

 Để tổng kết lại đề tài, nhóm khẳng định rằng việc thực hiện đề tài mang tính mới mẻ như thế này tạo điều kiện giúp nhóm có cơ hội nghiên cứu, tiếp thu những kiến thức

mới mẻ, đồng thời tổng hợp lại những kiến thức đã được đào trong thời gian còn ngồi trên ghế nhà trường, từ đó áp dụng tất cả vào đề tài để mục đích cuối cùng là thành

công trong việc tạo ra sản phẩm, khẳng định được tính ưu việt của khuôn. Nhóm tự

hào rằng thông qua thực hiện đề tài này có thể đóng góp một phần công sức trong việc thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, giúp cho đất nước ngày càng phát triển, kỹ thuật sản xuất ngày càng được cải thiện, cũng như đạt hiểu quả kinh tế cao.

 Kết quả đạt được:

- Nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình ép kim loại ống thông qua vật liệu đàn hồi.

- Ứng dụng vào phương pháp ép cao su

- Nghiên cứu thành công mô hình ép kim loại ống thông qua vật liệu đàn hồi

- Thiết kế và chế tạo thành công mô hình khuôn ép cao su

- Gia công, lắp ráp khuôn hoàn chỉnh - Thực nghiệm và ép thành công sản phẩm

5.2. Kiến nghị và một số đề xuất phát triển đề tài

Những lưu ý khi vận hành:

- Kiểm tra con đội định kỳ.

- Hiệu chỉnh cảm biến tải định kỳ .

- Bôi trơn, bảo quản khuôn trong và sau quá trình sử dụng để tránh rỉ sét.

Do hạn chế về mặt kinh tế cũng như về kiến thức nên còn tồn tại nhiều khuyết điểm, thiếu sót mà nhóm vẫn chưa thể khắc phục được. Vì vậy để đồ án được hoàn thiện và

phát triển hơn so với hiện tại, nhóm xin đưa ra những đề xuất sau:

- Tự động hóa máy ép.

- Nghiên cứu phát triển cơ cấu lấy sản phẩm tự động.

- Sử dụng ống bằng vật liệu khác để thí nghiệm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phan Văn Nghệ (2006), ‘‘ Giáo trình Công nghệ dập thủy tĩnh’’, Nhà xuất bản

Bách Khoa - Hà Nội, trang 235-250

[2] Maziar Ramezani and Zaidi Mohd Ripin. (2012) Rubber-pad forming processes Technology and applications. Woohead Publishing in Mechanical Engineering , pp.

229–245.