ĐỒ ÁN THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG KHUÔN ĐỘT DẬP CHO CHI TIẾT ...

MỤC LỤC

MỤC LỤC....1

LỜI NÓI ĐẦU.. 2

MỤC LỤC.. 3

MỤC LỤC HÌNH ẢNH.. 4

MỤC LỤC BẢNG BIỂU.. 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẤM... 8

1.1 Khái niệm về dập tấm.. ..…8

1.2 Khái niệm phương pháp dập vuốt 9

1.3 Các phương pháp chống nhăn trong dập vuốt sâu. 13

1.3.1 Hiện tượng nhăn trong dập vuốt sâu. 13

1.3.2 Các phương pháp chống nhăn ở vùng vuốt sâu. 15

1.4 Sử dụng gân vuốt và khe hở giữa chày và cối trong quá trình dập vuốt sâu. 16

CHƯƠNG II; LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI 18

2.1 Khái niệm.. 18

2.2 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức của kim loại 19

2.2.1 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại 20

2.2.2 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới lý tính kim loại 20

2.2.3 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới hoá tính. 20

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ KHUÔN DẬP CHO CHI TIẾT.. 21

3.1 Nghiên cứu thị trường. 21

3.2 Thiết kế sản phẩm.. 21

3.2.1 Vật liệu làm chi tiết 21

3.3 Cấu tạo khuôn dập. 22

3.4 Tính toán công nghệ. 25

3.5 Quy trình công nghệ (sắp xếp theo layout đã thiết kế). 26

3.6 Chọn phương án công nghệ: 26

3.7 Tính toán kích thước phôi chi tiết để chọn tấm vật liệu đầu vào. 26

3.8  Xác định lực cho từng nguyên công: 28

3.9 Xác định trung tâm áp lực của khuôn: 37

3.10 Tính toán thiết kế chày cối: 38

3.11 Các bộ phận khác của khuôn. 73

3.12 Mô phỏng biến dạng chi tiết bằng phần mềm NX12. 87

3.12 Mô phỏng kiểm tra độ bền của chày, cối khi đột dập. 89

3.13.Ứng dụng phần mềm để mô phỏng kết quả ứng suất – biến dạng. 89

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI CHO KHUÔN DẬP. 99

4.1 Phân tích và chọn phương pháp điều khiển. 99

4.1.1 Khái niệm về phát triển tự động hóa và cơ khí 99

4.1.2 Chọn phương pháp điều khiển. 100

4.1.3 Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động. 104

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CÁC BỘ PHẬN CỦA KHUÔN. 109

5.1. Quy trình công nghệ gia công chi tiết cối 109

5.1.2 Phân tích yêu cầu kĩ thuật của chi tiết 110

5.1.3  Phương pháp chế tạo phôi. 110

5.1.4 Phương pháp gia công các bề mặt: 110

5.2 Quy trình công nghệ gia công chày. 140

5.2.2 phân tích chi tiết 140

5.2.3  Phân tích yêu cầu kĩ thuật của chi tiết 141

5.2.4  Phương pháp chế tạo phôi. 141

5.2.5  Phương pháp gia công các bề mặt: 142

CHƯƠNG 6: LẮP RÁP, KIỂM TRA VÀ SỬA CHỮA CÁC CHI TIẾT CỦA KHUÔN.. 168

6.1. Yêu cầu kỹ thuật lắp ráp khuôn. 168

6.2. Lắp ráp  khuôn. 169

6.3. Kiểm tra khuôn. 171

6.4. Các phương pháp sửa chữa và khắc phục khuôn dập tấm.. 173

CHƯƠNG VII : KẾT LUẬN CHUNG.. 176

7.1 Ưu điểm.. 176

7.2 Khuyết điểm.. 176

7.3 Hướng phát triển đề tài 176

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 177

LỜI NÓI ĐẦU

   Trong xu thế phát triển của nền kinh tế thế giới, công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp cơ khí nói riêng, hiện đang dần được đầu tư và ưu tiên phát triển. Để thực hiện mục tiêu “Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước” mà Đảng và Nhà nước ta đề ra, chúng ta phải thực hiện phát triển một số ngành như: Công nghiệp ô tô, Công nghệ thông tin, Điện tử, Công nghệ chế tạo máy… Trong đó ngành công nghiệp cơ khí là một ngành truyền thống và đang phát triển.Bởi vậy việc xây dựng và phát triển ngành công nghiệp cơ khí có vai trò hết sức quan trọng và có ý nghĩa kinh tế lớn.

   Sau bốn năm học tập ở mái trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, mỗi sinh viên chúng em đều nắm giữ một phần kiến thức không nhỏ, bước vào làm đồ án tốt nghiệp chúng em được thầy: Th.s……………. phân công thiết kế công nghệ, mô phỏng khuôn dập liên hoàn. Đây là loại đề tài mới mà chúng em được giao vì vậy gặp rất nhiều bỡ ngỡ về thể loại và quá trình thu thập tài liệu cũng như tìm hiểu về nguyên lý, tính năng làm việc của chi tiết trên. Dưới sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa, đặc biệt thầy: Th.s……………. trực tiếp hướng dẫn giúp chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Mặc dù đã rất cố gắng tuy nhiên không thể tránh khỏi một số thiếu sót trong đồ án, vậy chúng em mong được sự chỉ bảo thêm của các thầy và ý kiến đóng góp của các bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.

   Qua đây, chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ khí đặc biệt là thầy: Th.s……………. đã trực tiếp hướng dẫn đồ án. Chúng em, những sinh viên Cơ khí rất mong muốn sẽ mãi nhận được sự chỉ dạy tạo điều kiện giúp đỡ của các thầy cô để chúng em tiến bộ hơn, Sự quan tâm chỉ dạy giúp đỡ của các thầy cô đã giúp chúng em có kết quả tốt trong học tập, sẽ có việc làm tốt, phù hợp giúp chúng em tự tin khi tiếp xúc với công việc của mình sau khi ra trường, để xứng đáng là sinh viên của trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội và không phụ lòng mong mỏi của các thầy cô.

   Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                          Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                          Sinh viên thực hiện

                                                                         ………………

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP TẤM

1.1. Khái niệm về dập tấm

Quá trình công nghệ là toàn bộ các tác động trực tiếp làm thay đổi hình dạng, kích thước, tính chất và trạng thái của phôi ban đầu để đạt được mục đích nào đó. Quá trình công nghệ bao gồm những nguyên công và được sắp xếp theo một trình tự nhất định.

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật liệu và không có phế liệu dạng phôi.

Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thường S Lực đột lỗ là P1= L.S.σc.k= 25,12.1,5.205.1,2 =9269 (N)

Để nâng cao chất lượng đột, người ta sử dụng các bộ phận ép. Lực ép phải đảm bảo sự ép nhằm mục đích đảm bảo chất lượng bề mặt sau gia công của sản phẩm. Khi đó:

Pnp=L.S.qnp (công thức 2-trang 60-[1] )

Trong đó: qnp- Lực riêng, N/mm2,phụ thuộc vào bề dày vật liệu

Với S=1,5 mm ta tra bảng được qnp = 10÷15

⇒ Pnp= 25,12.1,5.13 = 489,84 N

Ngoài ra còn có các lực đẩy Pn để đảm bảo chày đẩy được phế liệu xuyên qua cối và lực gỡ Pc đề đảm bảo chày được gỡ ra khỏi chi tiết. Khi đó các lực này được tính với công thức:

Pn=Kn.P=0,04.(P1)=0,04.(9269)=370,76 (N)

3.8.4 Nguyên công 4: Dập cắt biên dạng chi tiết

Lực dập cắt : P = L.S. .k

Trong đó:

L - Chu vi hình, L = 341,5883 (mm)

S - Chiều dày vật liệu. S = 1,5 (mm)

σc - Trở lực cắt của vật liệu (kg/mm2), trở lực cắt được tính gần đúng bằng theo giới hạn bền chảy.Tra bảng lấy σc = 20,5 kg/mm2 = 205 N/mm2

P4= 341,5883.1,5.205.1,2  = 126046,0827 (N) = 126,046 (KN)

Để nâng cao chất lượng đột, người ta sử dụng các bộ phận ép. Lực ép phải đảm bảo sự ép nhằm mục đích đảm bảo chất lượng bề mặt sau gia công của sản phẩm. Khi đó:

Pnp=L.S.qnp (công thức 2-trang 60-[1] )

Trong đó: qnp - Lực riêng, N/mm2,phụ thuộc vào bề dày vật liệu

Với S=1,5 mm ta tra bảng được qnp = 10÷15

⇒ Pnp= 341,5883.1,5.13 = 6660,97 (N)

3.8.5 Nguyên công 5: Dập tạo hình chi tiết

Lực dập vuốt: P = L.S.σ b .α

Trong đó:

L - Chu vi hình, L = 495,597 (mm)

S - Chiều dày vật liệu. S = 1,5 (mm)

α = 0,3 ÷ 1,1 - Hệ số phụ thuộc mức độ biến dạng. Mức độ biến dạng càng lớn thì α lớn, ta chọn α = 1,1

σb: - Giới hạn bền của vật liệu; σb= 52 kG/mm2

Pd= 495,597.1,5.1,1.52 = 42522,2226 (N) = 42,522 (KN)

3.8.9 Nguyên công 9: Đột lỗ 2,5

 P = F.σc..k = L.S.σc.k      (CNTHKL-Nguyễn Mậu Bằng)

Trong đó:

L - Chu vi cắt (mm), L1= (2.3,14.2).2 = 43.4159(mm)

S - Chiều dày vật liệu (mm), S = 1,5 mm.

σc - Trở lực cắt của vật liệu (kg/mm2), trở lực cắt được tính gần đúng bằng theo giới hạn bền chảy. Tra bảng lấy σc = 20,5 kg/mm2 = 205 N/mm2.

k = 1,2

=> Lực đột lỗ là P9= L.S.σc.k= 43,4159.1,5.205.1,2 = 16020,4671 (N) = 16,020 (kN)

Để nâng cao chất lượng đột, người ta sử dụng các bộ phận ép. Lực ép phải đảm bảo sự ép nhằm mục đích đảm bảo chất lượng bề mặt sau gia công của sản phẩm. Khi đó :

Pnp=L.S.qnp (công thức 2-trang 60-[1] )

3.8.12 Nguyên công 12: Dập cắt đứt lấy sản phẩm

P = F.σc..k = L.S.σc.k      (CNTHKL- Nguyễn Mậu Bằng)

Trong đó:

L - Chu vi cắt (mm), L1= 426,3051 (mm)

S - Chiều dày vật liệu (mm), S = 1,5 mm.

σc - Trở lực cắt của vật liệu (kg/mm2), Trở lực cắt được tính gần đúng bằng theo giới hạn bền chảy. Tra bảng lấy σc = 20,5 kg/mm2 = 205 N/mm2.

k = 1,2

=> Lực đột lỗ là P12= L.S.σc.k= 426,3051.1,5.205.1,2=157306,5819 (N) =157,306(kN)

Để nâng cao chất lượng đột, người ta sử dụng các bộ phận ép. Lực ép phải đảm bảo sự ép nhằm mục đích đảm bảo chất lượng bề mặt sau gia công của sản phẩm. Khi đó:

Pnp=L.S.qnp (công thức 2-trang 60-[1] )

3.8.13 Lực chặn

Lực chặn tính theo công thức:

Q= q.F

Trong đó:

q - Áp lực chặn riêng; q = 0,2 Kg/mm2

F - Diện tích phần phôi tiếp xúc với chặn F = 15490 mm2

=> Q = 0,2.15490 = 3098 (N)

Suy ra tổng lực công nghệ là : 423,849 (KN)

3.9. Xác định trung tâm áp lực của khuôn

Việc xác định trung tâm áp lực của khuôn là điều cần thiết để tránh các trường hợp xảy ra trong quá trình hoạt động làm giảm tuổi thọ của khuôn.

Từ việc xác định được trung tâm áp lực ta sẽ đặt cuống khuôn trùng với trung tâm áp lực để tránh các vấn đề xảy ra như tạo momen lực lên chi tiết của khuôn làm giảm tuổi thọ cả khuôn và của máy.

Chọn máy: Với các thông số của khuôn như :

- Lực dập:

- Kích thước của khuôn:

- Chiều cao của kín:

- Chiều cao hở:

Ta chọn máy dập trục khuỷu: Chọn máy dập trục khuỷu J21-63A

Kết luận: Từ phần tính toán và chọn công nghệ ta đã hoành thành được bước đầu trong việc thiết kế khuôn

Quy trình công nghệ trên có thể có sai sót khi tiến hành thiết kế và hoạt động trong thực tế, ta sẽ tiếp tục cải tiến nếu có xảy ra lỗi.

Từ việc thiết kế xong quy trình công nghệ ta đã có cơ sở để tiến hành việc thiết kế khuôn dập dựa trên các số liệu đã tính toán.

3.10. Tính toán thiết kế chày cối

Chọn vật liệu chày cối là SKD11

3.10.1 Nguyên công đột lỗ định vị

Với kích thước lỗ là  ta chọn mã  chày cối theo tiêu chuẩn misumi như sau:

Ta chọn chày SP L với số lượng là 2.

Khe hở giữa chày và cối :

Khe hở Z đóng một vai trò quan trọng trong công việc dập. Nếu khe hở chọn không hợp lý sẽ làm đường nứt không gặp nhau, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (tạo ra bavia), tuổi thọ của khuôn dập, lực cắt tăng lớn, năng suất thấp. Vì vậy Z = (Zmin..Zmax).

Z = (Dc-Dch)/2 ; Z là khe hở 2 phía giữa chày và cối.

Z = (Zmin..Zmax).

Lúc đầu khi khuôn còn mới thì ta lấy khe hở nhỏ nhất Zmin,  và sau khi đã mòn thì ta lấy khe hở là Zmax.

Có thể xác định khe hở Z bằng một trong các cách sau:

- Xác định khe hở bằng biểu đồ dựa vào bề dày và tính chất nguyên vật liệu dùng để cắt dập.

- Tra bảng trong “sổ tay dập nguội” hoặc sách “công nghệ dập” dựa theo tính chất của nguyên vật liệu, theo bề dày của nguyên vật liệu. Sau đó dựa vào đường kính danh nghĩa của chi tiết để tìm ra trị số Zmin, Zmax

Với chiều dày vật liệu t =1,5 mm ta có khe hở cắt:

Z = (5 -10)% t = 0,075 – 0,15

Ta chọn Z = 0,1 mm

Yêu cầu kĩ thuật:

Vật liệu SKD11

 Nhiệt luyện đạt độ cứng 58-60 HRC

Dung sai kích thước tra theo cấp chính xác cấp 7.

3.10.2 Nguyên công cắt dập biên dạng chi tiết

Khi cắt hình các chi tiết có hình dạng phức tạp, người ta chỉ thiết kế bản vẽ cối với những kích thước làm việc và dung sai tương ứng liên quan đến kích thước của chi tiết

Với nguyên công cắt ta có:

với Z = 0,1mm

Với kích thước 16,1 (mm) ta có:

Dch = (16,1 + 0,05)-0,0125 = 16,15-0,0125 (mm.)

Dc = 16,25-0.0125

Với kích thước 4,2 (mm)

Dch = (4,2 + 0,05) -0,0125 = 4,25-0,0125  (mm)

Dc = 4,35-0.0125

Với kích thước 8 (mm) ta có:

Dch = (8 + 0,05)-0,0125 = 8,05-0,0125 (mm.)

Dc = 8,15-0.0125

Với kích thước 20,7 (mm)

Dch = (20,7 + 0,05) -0,0125 = 20,75-0,0125  (mm)

Dc = 20,85 -0.0125

3.10.5 Nguyên công cắt dập biên dạng chi tiết

Với kích thước 25,1 (mm) ta có:

Dch = (25,1 + 0,05)-0,0125 = 25,15-0,0125 (mm.)

Dc = 25,25-0.0125

Với kích thước 8,8 (mm)

Dch = (8,8+0,05) -0,0125 = 8,85 (mm)

Dc = 8,95-0.0125

Với kích thước 10,9 (mm) ta có:

Dch = (10,9 + 0,05)-0,0125 = 10,95-0,0125 (mm.)

Dc = 11,05-0.0125

Với kích thước 5,1 (mm)

Dch = (5,1 +0,05) -0,0125 = 5,15-0,0125  (mm)

Dc = 5,25-0.0125

3.10.6 Nguyên công cắt dập biên dạng chi tiết

Với kích thước 4,6 (mm) ta có:

Dch = (4,6 + 0,05)-0,0125 = 4,65-0,0125 (mm.)

Dc = 4,75-0.0125

Với kích thước 2,5 (mm)

Dch = (2,5+0,05) -0,0125 = 2,55-0,0125  (mm)

Dc = 2,65-0.0125

Với kích thước 2,0 (mm)

3.10.7 Nguyên công dập vuốt

Với Z = 0,1mm

Với kích thước 2,5 (mm)

Dch = (2,5 + 0,2*0,05) -0,0125 = 2,51-0,0125  (mm)

Dc = 2,71-0.0125

Với kích thước 10,0 (mm)

Dch = (10,0 + 0,2*0,05) -0,0125 = 10,01-0,0125  (mm)

Dc = 10,21-0.0125

Với kích thước 15,0 (mm)

Dch = (15,0 + 0,2*0,05) -0,0125 = 15,01-0,0125  (mm)

Dc  = 15,21-0.0125

3.10.10 Nguyên công cắt dập biên dạng chi tiết

Với Z = 0,1mm

Với kích thước 12,0 (mm)

Dch = (12,0+0,05) -0,0125 = 12,05-0,0125  (mm)

Dc = 12,15-0.0125

Với kích thước 7,0 (mm)

Dch = (7,0+0,05) -0,0125 = 7,05-0,0125  (mm)

Dc = 7,15-0.0125

Với kích thước 1,0 (mm)

Dch = (1,0+0,05) -0,0125 = 1,05-0,0125  (mm)

Dc  = 1,15-0.0125

3.10.13 Nguyên công đột lỗ

Với kích thước lỗ là  ta chọn mã  chày cối theo tiêu chuẩn misumi như sau:

Ta chọn chày SP L với số lượng là 2.

Ta chọn Z = 0,1 mm

 Dchày = 2,35-0.0125

 Dcối = 2,45 -0,0125

Ta chọn cối :với số lượng là 2:

3.10.14 Nguyên công uốn 450

Ta gia công chày cối uốn như hình

* Nguyên công uốn 900

Để tránh việc đàn hồi trở lại khi uốn chính xác 900 ta thiết kế 1 đường nhăn trong góc uốn để vật liệu mặt trong góc bị kéo tạo thành góc >900 sau quá trình đàn hồi sẽ trở về 900

Nếu quá trình uốn góc 900 không đạt yêu cầu do chày cối mòn ta có thể tiến hành giảm hoặc tăng khe hở uốn để điều chỉnh góc về 900

3.10.15 Nguyên công uốn 800

Để uốn góc 800 ta tiến hành uốn thêm góc 350 sau lần uốn trước đó

Ta gia công chày cối uốn như hình.

3.11. Các bộ phận khác của khuôn

3.11.1 Cơ cấu dẫn hướng

Ta có thể chọn các kích thước của cụm dẫn hướng căn cứ vào các kích thước quy cách của tấm dưới khuôn dập và căn cứ vào lực tác động P. Khi đó, nếu xác định về mặt kết cấu, rằng trong khuôn cần sử dụng hai cụm dẫn hướng bố trí chéo, thì có thể tính toán sơ bộ đường kính cực tiểu của cột dẫn hướng dH (mm).

Do bố trí 2 cụm dẫn hướng phía sau nên dH  phải lớn chọn giá trị lớn hơn so với các cách bố trí 2 cụm dẫn hướng khác. Ta chọn đường kính trục dẫn hướng theo chuẩn là dH = 50 (mm).

Chọn bạc dẫn hướng cho đế khuôn trên theo trục dẫn hướng đế khuôn dưới theo tiêu chuẩn “ Press Die Components ”.

3.11.2 Tấm đế

Tính toán kích thước của đế khuôn dưới và đế khuôn trên:

+ Trong thực tế thiết kế các khuôn dập cho phép xác lập các mối quan hệ phụ thuộc của độ dày  Hnl tấm dưới với diện tích Fnl bề mặt tì của nó. Quan hệ phụ thuộc dưới đây được xác lập căn cứ vào các yêu cầu về độ cứng để đảm bảo độ tin cậy làm việc cao của khuôn dập (các tấm thép).

3.11.3 Lò xo

Lực ép cần thiết đã tính được ở trên Pnp=2287,09 N

Lực đàn hồi của lò xo Plx=F.A

Trong đó :

 F - Khoảng nén cực đại lò xo đạt được , F=Llx.a%

A - lực nén lò xo trên 1mm chiều dài

(A và F tra theo tiêu chuẩn “ Press Die Components ”)

Với kết cấu khuôn ta lựa chọn 16 lò xo bố trí theo hình chữ nhật xung quanh chày. Khi đó : 16.Plxmax ≥ Pnp ⇒ Plxmax ≥ Pnp/16 =571,7 N

Tra bảng Catalog tiêu chuẩn của lò xo ta chọn loại SWL có thông số F = L×36% ;

D = 20 (mm) ; d = 10 (mm) ; L = 65mm ; A= 54 kgf ; Fmax=26 (mm)

3.11.6 Trụ dẫn hướng

- Chọn kích thước lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến kích thước khuôn bị lớn tốn nguyên liệu, giá thành khuôn cao - Chọn kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ làm ứng suất tập trung nhiều tại các vị trí lỗ dẫn hướng làm cho khuôn rễ vỡ

- Tiêu chuẩn : xem hình minh hoạ - Ngoài ra khi chọn đường kính dẫn hướng phải chọn theo quy  cách tiêu chuẩn của công ty

- Tuỳ vào từng  kết cấu khuôn người thiết kế có thể quy định xem nên dùng dẫn hướng thường hay dẫn hướng đặc biệt.

3.11.7 Vật liệu và nhiệt luyện các chi tiết làm việc của khuôn

Các chi tiết làm việc của khuôn: chày, cối, vòng chặn v.v… được chế tạo bằng loại vật liệu có những yêu cầu nhất định như: độ bền cao; có tính dẻo dai và chống mài mòn; có khả năng tăng độ cứng sau khi nhiệt luyện; có độ thấm tôi cao. Các loại thép cacbon dụng cụ và thép hợp kim có thể đạt được các yêu cầu trên.

Trong sản xuất hàng loạt nhỏ người ta còn sử dụng những chày không tôi với cối có tôi để cắt những phôi có đường kính 200-500mm bằng thép cacbon thấp với chiều dày S