CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 12.2022
144
KHOA H
ỌC
THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỤC VỤ TẠO HÌNH SẢN PHẨM TỪ KIM LOẠI TẤM THEO PHƯƠNG PHÁP GIA TĂNG ĐƠN ĐIỂM
DESIGN EQUIPMENT FOR SHAPING PRODUCTS FROM SHEET METAL BY SINGLE POINT INCREASE METHOD Vũ Văn Long1, Nguyễn Đức Chính 1, Phạm Tuấn Nghĩa1 , Nguyễn Huy Quang1, Đào Ngọc Tuấn 1, Phạm Thị Minh Huệ 2,* TÓM TẮT Bài báo nghiên cứu thiết kế thiết bị phục vụ tạo hình sản phẩm từ kim loạ
i
tấm theo phương pháp gia tăng đơn điểm. Khi tính toán thi
ết kế đồ gá cần lựa
chọn một số thông số và kích thước sử dụng trên máy CNC 3 tr
ục FUNAC. Từ việc
s
ử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng các chi tiết gia công đến thực hiện
gia công trên máy CNC thì đã giúp chúng ta hình dung đư
gá cần được gia công. Kết quả đã thiết kế thành công mô hình gia tăng đơn đi
ểm
và bước đầu gia công được các chi tiết có biên dạng đơn giản, chất lư
ợng bề mặt
chi tiết có thể sử dụng luôn sau khi gia công. Từ khóa: Thiết kế, gia tăng đơn điểm, đồ gá. ABSTRACT
This paper presents design equipment for shaping products from sheet metal
according to the single-point augmentation method.
when calculating jigs design,
it is necessary to select some parameters and dimensions used on FUNAC 3-
axis CNC
machines. From using Solidworks software to simulate machining details to
performing machining on CNC machines, it has helped us to visualize the parts of
the jigs that need to be machined. The result has successfully designed a single-poi
nt incremental model and initially processed the details with simple grooves,
detailed surface quality can be used always after processing. Keywords: Design, single point increment, jigs. 1Lớp Cơ khí 04 - K13, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: phamthiminhhue@haui.edu.vn 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, để có thể cạnh tranh được thì các doanh nghiệp cần phải cải tiến mẫu mã, chất lượng, tính toán thời gian sản xuất sao cho ngắn nhất nhằm mang lại lợi nhuận cao nhất. Như vậy vấn đề đặt ra đối với các nhà thiết kế là phải tối ưu tất cả các yếu tố kỹ thuật ngay trước khi cho sản xuất đại trà. Vì vậy công nghệ tạo hình biến dạng gia tăng mà cụ thể là công nghệ SPIF đã đáp ứng nhu cầu đó. Đây là một kỹ thuật sản xuất bộ phận bằng tấm kim loại không cần khuôn và dần được ứng dụng trong công nghiệp. Ngày nay SPIF vẫn còn giai đoạn tiếp tục nghiên cứu và cần phát triển hơn nữa trước khi nó được sử dụng cho các ứng dụng công nghệ kỹ thuật này Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu tiến hành thiết kế thiết bị phục vụ tạo hình sản phẩm từ kim loại tấm theo phương pháp gia tăng đơn điểm. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Thiết kế đồ gá phục vụ tạo hình sản phẩm a) Phân tích chi tiết gia công Chi tiết gia công vật liệu là đồng tấm C2680 với kích thước 328x328x1mm. Hình 1. Chi tiết gia công hình nón cụt Thành phần hóa học của đồng tấm C2680 như sau: Cu Fe Pb Zn 64 - 68% < 0,05% < 0,05% 31,9 - 35,9%
Có đặc điểm cơ tính như sau: Trọng lượng riêng: 8,47 (g/cm3) Giới hạn bền kéo: σb = 325 ÷ 410 (N/mm2) Độ giãn dài tương đối: δ5 ≥ 35% Ưu điểm của vật liệu chi tiết gia công: tính dẻo cao, dễ định hình, dễ annot và điện phân, đa dạng về kích thước, độ dày, dễ dàng hàn bằng quy trình MIG và TIG, chống ăn mòn mạnh mẽ dưới tác động của môi trường.
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 12.2022 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
145
Dựa vào việc phân tích yêu cầu kĩ thuật của chi tiết cùng với việc tham khảo các tài liệu về công nghệ gia công đơn điểm, chúng em đưa ra thiết kế mô phỏng hình dáng của đồ gá. Hình 2. Hình vẽ mô phỏng đồ gá SPIF 1. Tool: Dụng cụ, 2. Part: Chi tiết 3. Fixtrure: Đồ gá b) Phân tích chi tiết trong đồ gá - Chi tiết tấm đế Tấm đế là bộ phận tiếp xúc với bàn máy có tác dụng đảm bảo liên kết giữa bàn máy và bộ phận trụ đỡ của đồ gá. Do chi tiết có tác dụng đỡ các bộ phận khác của đồ gá nên yêu cầu độ cứng vững cao đồng thời đảm bảo độ song song giữa bàn máy và 2 mặt của tấm đế. Hình 3. Bản vẽ chi tiết tấm đế - Chi tiết trụ đỡ Chi tiết trụ đỡ giữ vai trò quan trọng trong kết cấu đồ gá, là bộ phận có tác dụng đảm bảo liên kết giữa tấm đế và tấm đỡ của đồ gá. Do chi tiết có tác dụng đỡ các bộ phận khác của đồ gá và là chi tiết chịu biến dạng lớn nhất trong quá trình gia công nên yêu cầu độ cứng vững cao đồng thời đảm bảo chịu được lực sinh ra trong quá trình gia công. Hình 4. Bản vẽ chi tiết trụ đỡ - Chi tiết tấm đỉnh Tấm đỉnh là loại chi tiết dạng tấm. Nhiệm vụ của tấm đỉnh là cơ sở để lắp các chi tiết, đỡ các chi tiết khác gồm cả mặt trên và dưới như là: trụ đỡ, tấm đỡ, bulông,… Do chi tiết dùng để gá đặt các chi tiết nên đòi hỏi sự chính xác tại các vị trí bắt bulong và kích thước của chi tiết. Bề mặt làm việc chính của chi tiết là mặt trên được lắp ghép chính xác cới các chi tiết như tấm đỡ, tấm giữa,… Khi chế tạo tấm chỉnh thì cần chú ý các yếu tố: các lỗ, vị trí lỗ với các mặt đầu, vị trí khung cần phải chính xác. Hình 5. Bản vẽ chi tiết tấm đỉnh - Chi tiết tấm lót Hình 6. Bản vẽ chi tiết tấm lót
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 12.2022
146
KHOA H
ỌC
Tấm lót trong đồ gá là chi tiết để cho chi tiết gia công đặt nên để tăng độ cứng vững cho khuôn phía trên, giúp tránh được chi tiết gia công bị hỏng, méo khi gia công dùng lực lớn. - Chi tiết tấm kẹp Tấm kẹp trên là loại chi tiết dạng tấm, nằm ở trên cùng của đồ gá. Nhiệm vụ là kẹp chặt chi tiết gia công bằng các bu lông lắp ghép. Do chi tiết tham gia vào quá trình kẹp chặt để gá đặt chi tiết gia công nên đòi hỏi sự chính xác tại các vị trí bắt bulong và kích thước của chi tiết. Bề mặt làm việc chính của chi tiết là mặt dưới được lắp ghép chính xác cới các tấm đỡ, chi tiết gia công. Khi chế tạo tấm kẹp trên thì cần chú ý các yếu tố: các lỗ, vị trí lỗ với các mặt đầu, vị trí khung cần phải chính xác. Hình 7. Bản vẽ chi tiết tấm kẹp 2.2 Thiết kế sản phẩm và mô phỏng gia công Các chi tiết được gia công có biên dạng tương đồng nhau nên nhóm đã thống nhất đưa ra một số chi tiết điển hình: - Chi tiết tấm đế Tấm đế là bộ phận tiếp xúc với bàn máy có tác dụng đảm bảo liên kết giữa bàn máy và bộ phận trụ đỡ của đồ gá. Hình 8. Mô hình chi tiết tấm đế Hình 9. Sản phẩm thực tế tấm đế - Chi tiết trụ đỡ Chi tiết trụ đỡ giữ vai trò quan trọng trong kết cấu đồ gá, là bộ phận có tác dụng đảm bảo liên kết giữa tấm đế và tấm đỡ của đồ gá. Hình 10. Mô hình chi tiết trụ đỡ Hình 11. Sản phẩm thực tế trụ đỡ - Chi tiết tấm kẹp Tấm đỉnh là chi tiết cơ sở để lắp các chi tiết, đỡ các chi tiết khác gồm cả mặt trên và dưới như là: trụ đỡ, tấm lót, bulông. Hình 12. Mô hình chi tiết tấm đỉnh
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 12.2022 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
147
Hình 13. Sản phẩm thực tế tấm đỉnh - Lắp ráp đồ gá Hình 14. Mô hình đồ gá gia tăng đơn điểm Mô hình thực tế: Hình 15. Sản phẩm thực tế 3. KẾT LUẬN Bài báo đã tổng quan về chi tiết cần chế tạo và phương án thiết kế chi tiết. Qua đó thấy được khả năng ứng dụng của phương pháp gia tăng đơn điểm trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Nghiên cứu và chế tạo một sản phẩm phục vụ tạo hình gia công bằng phương pháp gia tăng đơn điểm, cho thấy đây là một phương pháp gia công triển vọng trong tương lai gần và có tính ứng dụng trong ngành công nghệ chế tạo. Đã ứng dụng phần mềm Solidworks vẽ 3D các chi tiết, mô phỏng lắp ráp cũng như mô phỏng nguyên lý làm việc của phương pháp gia tăng đơn điểm. Đã thành công chế tạo, lắp ráp, vận hành đồ gá gia công và thực nghiệm phương pháp gia tăng đơn điểm trên máy CNC 3 trục. Đã sử dụng bộ đồ gá SPIF để tạo hình chi tiết hình nón cụt bằng vật liệu đồng có đường kính 210mm, đáy nón 70mm, chiều sâu 70mm. Các đường nét mang đặc trưng nhỏ, sát nhau trong một không gian hẹp, dùng dụng cụ tạo hình dao cầu để gia công sản phẩm. Sản phẩm có bề mặt sau gia công đạt được độ nhẵn bóng cao có thể sử dụng ngay mà không cần qua các bước xử lý như các công nghệ khác. Đã đánh giá sơ bộ hiệu quả gia công của phương pháp gia tăng đơn điểm so với phương pháp dập truyền thống cho thấy công nghệ tạo hình gia tăng đơn điểm SPIF trên máy CNC ba trục tạo ra các chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt cao, với các biên dạng phức tạp và đạt độ tinh xảo hơn so với các phương pháp tạo hình truyền thống như dập miết. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trần Văn Địch, 2007. Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy. NXB Khoa học và Kĩ thuật. [2]. Nguyễn Trọng Hiệp, 2006. Chi tiết máy tập 1. NXB Giáo dục. [3]. Bùi Bính Khiêm, 2009. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ SPIF (Single Point Incremental Forming) gia công tạo hình kim loại tấm trong công nghiệp. TP. Hồ Chí Minh. [4]. Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt, 2003. Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1. NXB Khoa học và Kĩ thuật. [5]. Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt, 2003. Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2. NXB Khoa học và Kĩ thuật. [6]. Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt, 2003. Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 3. NXB Khoa học và Kĩ thuật. [7]. Đặng Việt Cương, 2008. Sức bền vật liệu toàn tập. NXB Khoa học và Kĩ thuật.