Nghiên cứu hệ thống cảm biến trên khuôn dập liên tục và hệ thống cấp phôi tấm tự động

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu hệ thống cảm biến trên khuôn
dập liên tục và hệ thống cấp phôi tấm
tự động
TRẦN TRỌNG NGHĨA


Ngành Kỹ thuật cơ điện tử

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Lê Trung Kiên

Trường:

Cơ khí – Đại học Bách khoa Hà Nội

HÀ NỘI, 5/2023

Chữ ký của GVHD


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Trần Trọng Nghĩa
Đề tài luận văn: Nghiên cứu hệ thống cảm biến trên khuôn dập liên tục và
hệ thống cấp phôi tấm tự động

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử
Mã số SV: 20202560M

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
15/4/2023 với các nội dung sau:
1. Chỉnh sửa hình ảnh và văn phong trong luận văn.
2. Cấu trúc lại luận văn, bổ sung tính tốn thơng số cơng nghệ vào chương 3.
3. Bổ sung kết luận chương, làm rõ kết quả nghiên cứu đạt được mỗi chương.
4. Làm rõ kết quả mơ phỏng ở chương 3.
5. Bổ sung trích dẫn và chuẩn hóa các tài liệu tham khảo.
Ngày 10 tháng 05 năm 2023
Giáo viên hướng dẫn

Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
“ Nghiên cứu hệ thống cảm biến trên khuôn dập liên tục và hệ thống cấp phôi tấm
tự động”

Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên


Lời cảm ơn
Lời đầu tiên em xin gửi cảm ơn ơn sâu sắc đến Thầy – PGS.TS Lê Trung
Kiên, người đã hướng dẫn khoa học đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt

quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Đại học Bách Khoa Hà
Nội đã nhiệt tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học
tập, nghiên cứu.
Xin gửi lời cảm ơn tới Tổng công ty Công nghiệp Công nghệ cao Viettel đã tạo
điều kiện cho em có thể học tập và hồn thành khóa học. Xin cảm ơn những người
thân yêu trong gia đình dành cho em sự quan tâm, động viên, khích lệ trong suốt
thời gian học tập và nghiên cứu để em hoàn thành luận văn


Tóm tắt nội dung luận văn
a) Mục đích nghiên cứu của luận văn
Nghiên cứu hệ thống cảm biến tự động hóa trên 3 đối tượng Phơi – Khn
– Máy khi sử dụng khn liên tục tạo hình phơi tấm nhằm giúp nhận biết sự cố bất
thường trên ba đối tượng này và dừng máy khẩn cấp để tránh thiệt hại trong sản
xuất.
b) Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của luận văn là thiết kế hệ thống cảm biến và lập trình
chương trình điều khiển PLC giúp hệ thống máy dập liên tục nhận biết và xử lý
các lỗi liên quan đến q trình gia cơng sản phẩm.
- Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào nghiên cứu các loại cảm biến phù
hợp cho hệ thống dập, thiết kế chương trình điều khiển PLC để xử lý tín hiệu từ
các cảm biến. Đánh giá khả năng ứng dụng của hệ thống cảm biến và PLC vào
máy dập liên hồn.
c) Các nội dung chính
Luận văn gồm 03 chương với nội dung như sau:
- Chương 1: Tổng quan đề tài, nêu tổng quan lý thuyết của đề tài
- Chương 2: Xây dựng mơ hình tổng qt cho nghiên cứu
- Chương 3: Ứng dụng thiết kế hệ thống cấp phôi liên tục và dập tự động cho lá
tản nhiệt CPU

d) Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu mô phỏng.
-Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu mơ hình tổng thể hệ thống cảm biến tự
động hóa trên 3 đối tượng khi dập phơi tấm trên khuôn liên tục và thiết lập
hệ thống.
-Nghiên cứu mô phỏng: Xây dựng tiến hành thiết kế tính tốn và mơ phỏng
hệ thống
e) Kết luận
Luận văn đã đạt được một số kết quả quan trọng sau:
- Thiết lập mơ hình nghiên cứu tổng quát cho hệ cảm biến trên hệ thống cấp phôi
tấm tự động và dập liên tục.
- Xây dựng sơ đồ điều khiển cho mơ hình nghiên cứu
- Ứng dụng phần mềm NX và TIA-portal thiết kế hệ thống cảm biến tự động hóa
cấp phơi tấm và dập liên tục.
HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ................................................................. 1
1.1

1.2

1.3

Dây chuyền dập liên tục ............................................................................. 1
1.1.1

Khuôn dập liên tục ...................................................................... 1

1.1.2

Máy dập trục khuỷu .................................................................... 9

1.1.3

Hệ cơ cấu cấp và định hướng phôi ............................................ 10

Cảm biến và ứng dụng trong dây chuyền dập tấm liên tục ...................... 12
1.2.1

Cảm biến ................................................................................... 12

1.2.2

Ứng dụng cảm biến trong dây chuyền dập tấm liên tục ........... 13

Bộ xử lý tín hiệu và điều khiển logic ....................................................... 16
1.3.1

Khái niệm PLC .......................................................................... 16

1.3.2

Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại ............................... 16

1.3.3

Ứng dụng của PLC trong cơng nghiệp ..................................... 18

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU.................................. 20
2.1
Sơ đồ hoạt động của hệ thống ..................................................................20
2.2

2.3

2.4

Thiết kế mơ hình cơ sở .............................................................................22
2.2.1

Thiết kế khn dập ....................................................................23

2.2.2

Tính lực dập, chọn máy dập phù hợp ........................................25

2.2.3

Xác định thông số hệ cơ cấu cấp phôi liên tục.......................... 26

Thiết kế các cơ cấu đáp ứng hoạt động mơ hình nghiên cứu ...................28
2.3.1

Cơ cấu kẹp và giữ cuộn phôi ..................................................... 28

2.3.2

Cơ cấu dẫn hướng phôi .............................................................30

Thiết kế hệ thống cảm biến ...................................................................... 31
2.4.1

Cảm biến xác định đường kính cuộn phơi ................................ 31

2.4.2

Cảm biến phôi trên máy nắn phẳng ..........................................32

2.4.3

Cảm biến độ võng dải phôi .......................................................32

2.4.4

Cảm biến nhận biết phôi trên bộ cấp phôi tự động ................... 34

2.4.5

Cảm biến phôi trong vùng làm việc của máy dập .....................34

2.4.6

Cảm biến định vị dải phôi .........................................................34

2.4.7

Cảm biến nhận biết phoi thoát ra ..............................................35

2.4.8

Cảm biến phát hiện tấm gạt phôi ..............................................36

2.4.9

Cảm biến nhận biết sản phẩm ...................................................36

2.4.10

Cảm biến vùng an toàn của máy dập ........................................ 37

2.4.11

Cảm biến hành trình xylanh ...................................................... 37


2.5

Thiết kế chương trình điều khiển PLC .....................................................37
2.5.1
Xác định thơng số bộ PLC ........................................................ 37
2.5.2

Đấu nối PLC với các thiết bị đầu vào, đầu ra ........................... 38

2.5.3

Lập trình chương trình điều khiển trên phần mềm ................... 41

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI LIÊN TỤC VÀ DẬP TỰ
ĐỘNG CHO LÁ TẢN NHIỆT CPU ................................................................ 47
3.1
Lá tản nhiệt CPU ...................................................................................... 47
3.2

Mô tả hoạt động của hệ thống ..................................................................49

3.3

Thiết kế dây chuyền dập .......................................................................... 49

3.4

3.5

3.3.1

Phân tích chi tiết ........................................................................49

3.3.2

Thiết kế khn dập ....................................................................50

3.3.3

Tính chọn máy dập ....................................................................53

3.3.4

Thiết kế hệ cấp phơi liên tục cho máy dập ................................53

Thiết kế hệ thống cảm biến ...................................................................... 55
3.4.1

Cảm biến đo đường kính cuộn phơi trên máy nhả cuộn ...........55

3.4.2

Cảm biến xác định chiều dày phôi vào máy nắn phẳng ............55

3.4.3

Cảm biến xác định độ võng dải phôi ........................................56

3.4.4

Cảm biến nhận biết phôi trong bộ cấp phôi tự động .................57

3.4.5

Cảm biến nhận biết phôi trong vùng làm việc của máy dập .....58

3.4.6

Cảm biến định vị dải phơi .........................................................58

3.4.7

Cảm biến nhận biết phoi đi qua lỗ thốt phoi ...........................59

3.4.8

Cảm biến nhận biết có tấm gạt phơi khi máy dập đi xuống ......60

3.4.9

Cảm biến cữ hành trình khn dập ........................................... 60

3.4.10

Cảm biến đếm sản phẩm ........................................................... 61

3.4.11

Cảm biến vùng an tồn..............................................................62

Thiết kế chương trình điều khiển PLC .....................................................63
3.5.1

Xác định thơng số của bộ PLC .................................................63

3.5.2

Lập trình trên TIA-Portal .......................................................... 67

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN .................................................................................. 83
4.1

4.2

Kết luận ....................................................................................................83
4.1.1

Kết quả đạt được .......................................................................83

4.1.2

Các hạn chế ............................................................................... 83

Hướng phát triển của đồ án trong tương lai ............................................. 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 84


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền tự động dập tấm liên tục........................................................1
Hình 1.2 Kết cấu của khn dập liên tục...............................................................................2
Hình 1.3 Chi tiết bồn rửa bát và khn dập bồn rửa bát...................................................2
Hình 1.4 Khn dập liên tục stator trong động cơ điện.....................................................2
Hình 1.5 Mơ hình khn dập bản lề cửa................................................................................3
Hình 1.6 Các dạng cuống khn...............................................................................................3
Hình 1.7 Trụ và bạc dẫn hướng bi (a) và loại thường (b).................................................4
Hình 1.8 Phương pháp bố trí 2 trụ dẫn hướng tréo (a) và 4 trụ dẫn hướng (b)..........4
Hình 1.9 Chày cắt đột..................................................................................................................5
Hình 1.10 Kết cấu chày cắt có vai............................................................................................6
Hình 1.11 Chày cắt có vai có đẩy phơi...................................................................................6
Hình 1.12 Chày cắt có vai có vát chống xoay......................................................................6
Hình 1.13 Chày cắt bắt bằng bulong khơng có đẩy phơi..................................................6

Hình 1.14 Chày cắt bắt bằng bulong chày có đẩy phơi.....................................................7
Hình 1.15 Kết cấu phần làm việc cối cắt đột........................................................................7
Hình 1.16 Cối cắt đột có vai......................................................................................................7
Hình 1.17 Cối cắt đột khơng có vai.........................................................................................8
Hình 1.18 Sơ đồ phân loại thiết bị dập tạo hình...................................................................9
Hình 1.19 Cấu tạo của máy ép trục khuỷu..........................................................................10
Hình 1.20 Sơ đồ cấp phơi trong dây chuyền dập tấm......................................................10
Hình 1.21 Máy nhả cuộn tự động có xe tiếp phơi.............................................................11
Hình 1.22 Máy nắn phẳng phơi tấm......................................................................................11
Hình 1.23 Bộ cấp phơi tự động bằng khí nén.....................................................................12
Hình 1.24 Bộ cấp phơi tự động bằng bằng trục lăn..........................................................12
Hình 1.25 Nguyên lý hoạt động của cảm các loại cảm biến quang điện...................13
Hình 1.26 Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm...................................................14
Hình 1.27 Cảm biến áp suất.....................................................................................................14
Hình 1.28 Cảm biến vùng ứng dụng trong dây chuyền sản xuất..................................15
Hình 1.29 Cấu tạo của bộ PLC...............................................................................................16
Hình 1.30 Chu kỳ quét của PLC.............................................................................................17
Hình 2.1 Chương trình hoạt động tổng quát của hệ thống.............................................20
Hình 2.2 Chu trình thay phơi...................................................................................................21
Hình 2.3 Chu trình gia cơng sản phẩm.................................................................................22
Hình 2.4 Mơ hình tham chiếu..................................................................................................23
Hình 2.5 Sơ đồ quy trình thiết kế khn liên tục..............................................................24


Hình 2.6 Sơ đồ bố trí con lăn trên máy nắn phẳng...........................................................26
Hình 2.7 Các con lăn đặt song song để nắn tấm có chiều dày t ≥ 4 mm....................26
Hình 2.8 Các con lăn đặt nghiêng để nắn tấm có chiều dày t≤ 4 mm.........................27
Hình 2.9 Cơ cấu kẹp cuộn phơi..............................................................................................28
Hình 2.10 Cơ cấu giữ phôi không bị bung ra khi máy nhả hoạt động........................29
Hình 2.11 Cụm xylanh điều khiển tay con lăn giữ cuộn phơi.......................................29

Hình 2.12 Máng dẫn hướng phơi đi vào máy nắn phẳng................................................30
Hình 2.13 Trục lăn cố định hướng của dải phơi vào máy nắn phẳng.........................30
Hình 2.14 Dẫn hướng phôi từ máy nắn phẳng vào bộ cấp phôi tự động...................31
Hình 2.15 Cảm biến đo đường kính cuộn phơi và cảm biến đo chiều dày dải phơi
32
Hình 2.16 Sử dụng cảm biến siêu âm xác định độ võng dải phơi................................33
Hình 2.17 Sử dụng 2 cặp cảm biến ánh sáng để xác định vùng võng làm việc của
dải phơi...........................................................................................................................................34
Hình 2.18 Sử dụng cảm biến quang phát hiện phôi trên bộ cấp phôi tự động và
trong vùng làm việc của máy dập..........................................................................................34
Hình 2.19 Sử dụng cảm biến tiệm cận định vị dải phơi trực tiếp.................................35
Hình 2.20 Sử dụng cảm biến tiệm cận định vị gián tiếp thông qua chốt định vị. 35
Hình 2.21 Cảm biến nhận biết phoi.......................................................................................35
Hình 2.22 Trường hợp có dị vật ngăn khơng cho tấm gạt phơi đi xuống..................36
Hình 2.23 Sử dụng cảm biến quang điện nhận biết sản phẩm đi ra.............................36
Hình 2.24 Sử dụng cảm biến vùng nhận biết sản phẩm đi ra........................................36
Hình 2.25 Vị trí cảm biến vùng an tồn trên máy dập.....................................................37
Hình 2.26 Cảm biến từ gắn trên xylanh...............................................................................37
Hình 2.27 Sơ đồ PLC AC/DC/Rly.........................................................................................38
Hình 2.28 Sơ đồ đấu nối nút nhấn vào PLC.......................................................................38
Hình 2.29 Sơ đồ đấu dây cảm biến số..................................................................................39
Hình 2.30 Đấu nối cảm biến NPN với PLC kiểu sourcing............................................39
Hình 2.31 Sơ đồ đấu nối cảm biến analog với PLC.........................................................40
Hình 2.32 Sơ đồ đấu nối PLC với van điện từ...................................................................40
Hình 2.33 Giản đồ thời gian mơ tả hoạt động của các lệnh Timer..............................43
Hình 2.34 Giản đồ đồ hoạt động của lệnh CTU (a) và CTD (b)..................................44
Hình 3.1 Tác dụng truyền nhiệt của lá tản nhiệt trong bộ tản nhiệt khí cho CPU 47
Hình 3.2 Phương án gắn heatpipe làm cối nguyên công cuối trên khn dập liên
tục....................................................................................................................................................47
Hình 3.3 Q trình dập theo phương án 1...........................................................................48

Hình 3.4 Phương án gia cơng lá tản nhiệt với lỗ trên lá tản nhiệt khơng được đóng
chặt với heatpipe.........................................................................................................................48


Hình 3.5 Bản vẽ chi tiết lá tản nhiệt CPU...........................................................................50
Hình 3.6 Thiết kế 3D chi tiết trên NX..................................................................................50
Hình 3.7 Layout bước dập trên phần mềm NX..................................................................51
Hình 3.8 Layout các cặp chày cối trên NX.........................................................................51
Hình 3.9 Layout các chi tiết trên khn trên ( khơng có tấm đè phơi )......................52
Hình 3.10 Khn trên có tấm đè phơi...................................................................................52
Hình 3.11 Layout các chi tiết trên khn dưới..................................................................52
Hình 3.12 Khn dập lá tản nhiệt CPU................................................................................52
Hình 3.13 Thiết kế 3D máy dập TP-45FX trên NX.........................................................53
Hình 3.14 Máy nhả phơi và máy nắn phẳng.......................................................................54
Hình 3.15 Bộ cấp phơi tự động...............................................................................................54
Hình 3.16 Hệ thống cơ khí.......................................................................................................55
Hình 3.17 Cảm biến nhận biết phơi trên máy nhả cuộn..................................................56
Hình 3.18 Cảm biến xác định chiều dày phơi vào máy nắn...........................................56
Hình 3.19 Cảm biến xác định độ võng dải phơi................................................................57
Hình 3.20 Cảm biến nhận biết phôi trong bộ cấp phôi tự động/ vùng làm việc của
máy dập..........................................................................................................................................58
Hình 3.21 Cảm biến định vị dải phơi....................................................................................59
Hình 3.22 Cảm biến nhận biết phoi thốt qua lỗ thốt phoi..........................................60
Hình 3.23 Cảm biến cữ hành trình khn dập...................................................................60
Hình 3.24 Cảm biến nhận biết tấm gạt phơi trong hành trình đi xuống của máy dập
61
Hình 3.25 Cảm biến đếm sản phẩm......................................................................................62
Hình 3.26 Cảm biến vùng an tồn của máy dập................................................................62
Hình 3.27 Sơ đồ đấu nối PLC 6ES7 215-1AG40-0XB0................................................65
Hình 3.28 Sơ đồ đấu nối modul mở rộng 6ES7 223-1BL32-0XB0............................65

Hình 3.29 Sơ đồ đấu nối modul mở rộng 6ES7-231-5ND32-0XB0...........................66
Hình 3.30 Khởi động chu trình thay phơi khi khơng có phơi trong máy dập...........74
Hình 3.31 Khởi động chương trình gia cơng sản phẩm khi có phơi trong máy dập
74
Hình 3.32 Khi chưa có phơi trên máy nhả cuộn................................................................75
Hình 3.33 Khi phơi mới được thay vào................................................................................76
Hình 3.34 Khi phơi mới đã cố định trên máy nhả cuộn..................................................77
Hình 3.35 Phơi đúng độ dày....................................................................................................77
Hình 3.36 Cấp tín hiệu cho máy nắn phẳng và dẫn hướng phơi vào bộ cấp phơi 78
Hình 3.37 Khi phơi đi vào bộ cấp phơi tự động................................................................78
Hình 3.38 Khi dập đủ số lá tản nhiệt cho một bộ heatsink.............................................80
Hình 3.39 Các trường hợp tạm dừng hệ thống dập..........................................................81


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Đặc điểm và ứng dụng của các loại máy ép thông dụng.................................9
Bảng 2.1 Quan hệ giữa chiều dày phôi và số con lăn trên máy nắn............................27
Bảng 2.2 Các thông số lựa chọn loại cơ cấu cấp phơi.....................................................27
Bảng 2.3 Nhóm câu lệnh Logic..............................................................................................41
Bảng 2.4 Nhóm câu lệnh Timer..............................................................................................42
Bảng 2.5 Nhóm câu lệnh Counter..........................................................................................44
Bảng 2.6 Lệnh Move..................................................................................................................45
Bảng 2.7 Nhóm lệnh chuyển đổi............................................................................................45
Bảng 2.8 Nhóm lệnh tốn học.................................................................................................45
Bảng 3.1 Tính chất vật liệu đồng đỏ.....................................................................................50
Bảng 3.2 Thơng số máy dập TP-45FX.................................................................................53
Bảng 3.3 Thông số của bộ máy nhả và nắn phẳng phôi..................................................54
Bảng 3.4 Thông số cảm biến nhận biết phôi trên máy nhả cuộn..................................55
Bảng 3.5 Thông số cảm biến xác định độ dày phôi..........................................................55
Bảng 3.6 Thông số cảm biến xác định độ võng dải phôi................................................57

Bảng 3.7 Thông số cảm biến nhận biết phôi trong bộ cấp phôi/ trong vùng làm việc
của máy dập..................................................................................................................................57
Bảng 3.8 Thông số cảm biến nhận định vị dải phôi.........................................................58
Bảng 3.9 Thông số cảm biến nhận biết phoi thốt ra.......................................................59
Bảng 3.10 Thơng số cảm biến đếm sản phẩm....................................................................61
Bảng 3.11 Thông số cảm biến vùng an toàn.......................................................................62
Bảng 3.12 Bảng thiết bị đầu vào............................................................................................63
Bảng 3.13 Bảng thiết bị đầu ra................................................................................................64
Bảng 3.14 Khai báo các địa chỉ I/O trên TIA-Portal........................................................67


MỞ ĐẦU
Công nghệ dập liên tục trong dập tấm đang rất phát triển trên thế giới và là
một trong những công nghệ phổ biến trong các khu công nghiệp 4.0 hiện nay. Ứng
dụng cơng nghệ dập liên tục có vai trị rất quan trọng trong việc giảm nhân cơng,
chi phí, thời gian gia công đồng thời tăng chất lượng sản phẩm.
Khn liên tục với đặc tính cấp phơi tự động cho phép phơi vào trong lịng
khn với một vận tốc khá lớn (thường khoảng 12m/phút). Tốc độ này đảm bảo cho
năng suất khi sử dụng khuôn liên tục rất cao. Vấn đề đặt ra ở đây là khi phôi, sản
phẩm, bộ phận máy có sự cố như: đứt dải phơi, bộ phận cấp phôi không cấp, phôi
không di chuyển, phôi nằm ngồi vị trí gia cơng, kẹt phơi … thì rất nguy hiểm cho cả
hệ thống máy và khuôn. Việc ứng dụng cảm biến và bộ điều khiển logic
( PLC ) sẽ giúp phát hiện các sự cố trong quá trình dập tấm đồng thời đưa ra các
hành động thích hợp cho hệ thống để đảm bảo an toàn cho hệ thống và an toàn cho
người sử dụng.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Dây chuyền dập tấm liên tục được sử dụng rộng dãi trong công nghiệp để gia
cơng các sản phẩm có chiều dày mỏng, biên dạng phức tạp và yêu cầu năng suất

sản phẩm lớn. Dây chuyền dập tấm liên tục bao gồm 4 thành phần chính là hệ cơ
cấu cấp và định hướng phơi, máy dập, khuôn dập và hệ cơ cấu xử lý sản phẩm. Để
đáp ứng yêu cầu năng suất và chất lượng sản phẩm, tự động hóa dây chuyền dập
liên tục là điều cần thiết.
Tự động hóa dây chuyền cần có các thiết bị nhận biết, đo đạc tín hiệu đầu
vào, hệ thống xử lý tín hiệu, các thiết bị đầu ra để điều khiển dây chuyền theo ý
muốn.

Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền tự động dập tấm liên tục

Trong phạm vi nghiên cứu đề tài không nghiên cứu đến hệ thống xử lý sản phẩm
và giả định hệ thống xử lý sản phẩm đáp ứng được với điều kiện hoạt động của các
bộ phận khác của dây chuyền dập tự động.
1.1 Dây chuyền dập liên tục
1.1.1

Khn dập liên tục

Khn dập đóng vai trị quyết định hình dáng sản phẩm và số nguyên công
tạo ra sản phẩm. Khuôn dập liên tục (gọi tắt là khuôn liên tục) là loại khuôn dập
bao gồm nhiều cặp chày-cối được bố trí trên cùng một đế khuôn để thực hiện các
nguyên công dập tấm khác nhau (dập vuốt, uốn, dập nổi, dập cắt...) trong một hành
trình của máy dập [1]. Mỗi cặp chày-cối thực hiện một hoặc nhiều bước công nghệ
riêng biệt và nhờ cơ cấu cấp phôi tự động mà phôi được chuyển dịch liên tục, tuần
tự qua các vị trí chày-cối để hồn thành chi tiết cần chế tạo. Sản phẩm được hình
thành sau lần dập ở lịng khn cuối cùng, mỗi lần dập sẽ cho ra một sản phẩm.
Việc thực hiện tuần tự các ngun cơng khiến cho khn dập liên hồn có khả
năng tự động hóa rất cao.

1

1. Bu lơng

Hình 1.2 Kết cấu của khn dập liên tục
2. Chốt định vị
3. Vít
4. Đế khn trên

5. Bu lơng treo
9. Chày định tâm
13. Chốt dẫn
hướng phụ
17. Chốt đẩy phôi

6. Chày
10. Đẩy trên
14. Bạc dẫn hướng
phụ
18. Cối đột

7. Bạc dẫn hướng
11. Lị xo
15. Kẹp phơi

8. Chày có vai
12. Cối uốn
16. Chày uốn

19. Cữ nâng phôi

21. Đế khuôn dưới
26. Trụ, bạc dẫn
hướng
30. Tấm đệm chày

22, 23. Tấm kê
27. Tấm gạt

24. Tấm kê cối
28. Tấm gá gạt
phôi

20. Cữ chiều dày
vật liệu
25. Áo cối
29. Áo chày

Do có nhiều ưu điểm nổi bật về chất lượng sản phẩm (độ chính xác, cơ tính), khả
năng gia công chi tiết phức tạp, năng suất cao mà trên thế giới khuôn dập liên tục
được ứng dụng trong rất nhiều ngành sản xuất: điện, điện tử, máy bay, ơ tơ, phụ
tùng cơ khí, đồ gia dụng…

Hình 1.3 Chi tiết bồn rửa bát và khn dập bồn rửa bát

Hình 1.4 Khuôn dập liên tục stator trong động cơ điện
2


Hình 1.5 Mơ hình khn dập bản lề cửa

a) Kết cấu chính của khn dập liên tục
Cũng giống như khn dập đơn, kết cấu chính của khn dập liên tục bao
gồm cụm đế khuôn và cụm các chi tiết làm việc chủ yếu của khn [1] [2].
Trong đó :
- Cụm đế khuôn bao gồm đế khuôn trên, đế khuôn dưới, trục và bạc dẫn hướng,
cuống khuôn. Đế khuôn trên sẽ được lắp với cuống khuôn và bàn máy di động
(hoặc đầu trượt) của máy dập, đế khuôn dưới được gá cố định với bàn máy của
máy dập. Hình dạng, kích thước và vị trí của các chi tiết trong cụm đế khn rất
khác nhau tùy theo việc bố trí các nguyên công và các chi tiết làm việc trong
khuôn, tuy nhiên khi chế tạo và lắp ghép cần đảm bảo độ song song giữa hai mặt
đáy của hai đế khuôn.
Cuống khn chỉ được sử dụng cho các máy dập có lực dập danh nghĩa nhỏ.
Cuống khuôn được lắp với đế khn trên, nó có tác dụng định vị và kẹp chặt nửa
khuôn trên lên đầu trượt của máy đối với khuôn nhỏ. Đối với khuôn lớn cần tăng
cường kẹp chặt bằng bulong hoặc thanh kẹp lên đầu trượt [2]. Vị trí của cuống khn
nên chọn trùng với trung tâm áp lực của khuôn [1]. Cấu tạo và phương pháp lắp của
cuống khn ảnh hưởng đến độ chính xác khi làm việc của khn dập và an tồn của
kết cấu khn. Nếu cuống khuôn nối cứng với đế khuôn trên bằng mặt bích, vai trục,
ren... (hình 1.6 a, b, c, d) thì tồn bộ sự dao động của đầu trượt máy ép theo hướng
ngang, được chuyển đến bộ phận dẫn hướng của khn dập.

Hình 1.6 Các dạng cuống khn
3


Khi dập chính xác hay dập vật liệu mỏng (độ dày nhỏ hơn 0,5 mm) thì cuống
khn nối cứng khơng thuận lợi. Vì sự chuyển động khơng chính xác của đầu trượt
máy dập truyền cho bộ phận dẫn hướng gây nên sự mài mòn trụ và bạc dẫn hướng,
dẫn đến khe hở không đều giữa chày và cối, làm giảm độ bền và độ chính xác của

khn dập. Để khắc phục hiện tượng đó người ta chế tạo khn cuống lắc (hình
1.6 e, g), cuống khn tỳ lên một mặt cầu có thể nghiêng với vị trí thẳng đứng.
Song vị trí đó của cuống khn khơng ảnh hưởng đến sự chuyển động chính xác
của đế trên theo trụ và bạc dẫn hướng.
Trụ và bạc dẫn hướng được lắp trên đế khn, có tác dụng dẫn hướng chính
xác cao và được tiêu chuẩn hóa. Trụ dẫn hướng được lắp lỏng với bạc dẫn hướng
với các cấp độ khác nhau tùy theo độ chính xác của khn u cầu [2]. Đặc biệt
đối với khuôn cắt cần chọn trụ và bạc dẫn hướng có độ chính xác cao do hai nửa
khn trên và dưới làm việc có trị số khe hở giữa chày và cối nhỏ. Đường kính
phần trụ được chọn tùy thuộc vào tải trọng của khuôn dập thực hiện nặng hay nhẹ.
Chiều dài phần trụ tương ứng với hành trình làm việc khác nhau của máy dập và
nguyên công khác nhau mà khuôn dập thực hiện. Chiều dài lắp ghép của phần trụ
vào tấm khn từ 1.5-2 lần đường kính của nó. Chế độ làm việc càng nặng kích
thước chiều dài phần lắp ghép càng lớn.

a)
b)
Hình 1.7 Trụ và bạc dẫn hướng bi (a) và loại thường (b)

Để dẫn hướng chính xác cho các khn có trị số khe hở chày cối nhỏ người ta sử
dụng bạc dẫn hướng kiểu bi. Ưu điểm của dẫn hướng bi là ma sát trượt giữa trụ và
bạc dẫn hướng được thay thế bằng ma sát lăn. Do đó bước chuyển nhẹ nhàng và
độ mài mịn khơng đáng kể. Dẫn hướng có bi được sử dụng trong những khuôn cắt
lớn và trong các trường hợp khi sử dụng dẫn hướng trượt thông thường không
đảm bảo độ bền và độ chính xác.

a)
b)
Hình 1.8 Phương pháp bố trí 2 trụ dẫn hướng tréo (a) và 4 trụ dẫn hướng (b)
4

Trong khuôn dập liên tục, trụ dẫn hướng thường được bố trí theo hai cách là bố trí
hai trụ dẫn hướng theo đường chéo qua tâm áp lực của khuôn hoặc sử dụng bốn trụ
dẫn hướng ở bốn góc của hình chữ nhật với tâm trùng với tâm áp lực của khuôn.
- Cụm chi tiết làm việc chủ yếu của khuôn bao gồm các chi tiết: chày, cối, áo
chày, áo cối và các chi tiết khác nhằm tạo ra hình dạng và kích thước của sản phẩm
[2]. Kích thước và hình dạng của chi tiết làm việc của khn phụ thuộc vào kích
thước và hình dạng, vật liệu, u cầu về chất lượng của sản phẩm và cách bố trí các
nguyên công... . Các chi tiết này quyết định đến chất lượng sản phẩm và tuổi thọ
của khuôn. Khi thiết kế cần chú ý xem xét kỹ các yêu cầu của sản phẩm để lựa
chọn phương án tối ưu. Kết cấu của chày và cối phải đảm bảo tính cơng nghệ trong
gia công cơ. Đối với chày cối của chi tiết lớn người ta có thể làm ghép từ nhiều
mảnh để thuận tiện trong q trình gia cơng, nhiệt luyện và tiết kiệm vật liệu nhằm
giảm giá thành khn.

Hình dạng của chày cắt đột phụ thuộc vào chiều dày tương đối s/d
của phơi, hình dạng, kích thước của chi tiết.

Hình 1.9 Chày cắt đột
a) Loại chày đơn giản
c) Loại chày có góc cơn

b) Loại chày giảm trọng lượng

d) Loại có mũi tâm ở góc

Kết cấu phần làm việc của chày hình 1.9a là dạng đơn giản nhất, được dùng phổ
biến. Kết cấu chày hình 1.9b được sử dụng khi cắt đột chi tiết lớn, đầu chày được
làm rỗng hoặc khoét lõm mặt đầu để giảm trọng lượng và dễ mài lại. Khi cắt đột

chi tiết loại dày người ta dùng kết cấu chày như hình 1.9c, chày được tiện 1 góc
cơn nhỏ. Khi cần giảm lực đẩy sản phẩm người ta dùng chày có kết cấu như hình
1.9d, chày có một góc cơn ngược và chóp nhọn ở tâm. Để thuận lợi cho q trình
thiết kế và chế tạo khn, giảm được thời gian chuẩn bị sản xuất, các chi tiết chày
cối của khn đã được tiêu chuẩn hóa.
Dưới đây là một số loại chày cắt đột tiêu chuẩn [3].
Chày có vai: được sử dụng trong trường hợp khoảng cách giữa các chày đủ
lớn để khơng bị kích vào nhau hoặc chày chịu tải trọng lớn.

5


Hình 1.10 Kết cấu chày cắt có vai

Chày có vai và có đẩy phơi: được sử dụng trong trường hợp phơi bám dính
vào chày, kết cấu giống như chày có vai và thêm phần chốt đẩy ở đầu chày.

Hình 1.11 Chày cắt có vai có đẩy phơi

Chày có vai có định vị chống xoay: loại chày này không xoay tương đối với
trục của chày, chày được vát tại phần lắp ghép với cối.

Hình 1.12 Chày cắt có vai có vát chống xoay

Chày lắp bằng bulong: được sử dụng khi các chày lắp gần nhau làm cho vai
chày ảnh hưởng không lắp được.

Hình 1.13 Chày cắt bắt bằng bulong khơng có đẩy phôi

6

Hình 1.14 Chày cắt bắt bằng bulong chày có đẩy phơi

Hình dạng cối cắt đột có nhiều điểm khác nhau tùy theo mức độ chính xác
của sản phẩm và phương pháp gia cơng cối. Kết cấu của cối như hình 1.15a được
sử dụng để cắt các chi tiết phức tạp, chiều cao h của phần làm việc phụ thuộc vào
chiều dày của vật liệu cắt và tuổi thọ của khuôn. Hình 1.15b kết cấu cối dùng cho
chi tiết có hình dạng đơn giản, độ chính xác thấp và chi tiết khơng lớn. Hình 1.15c
kết cấu cối cắt các chi tiết lớn hoặc trong khn phối hợp. Hình 1.15d sử dụng
trong trường hợp cắt đột các chi tiết lỗ hình trịn với kích thước nhỏ.

a)

b)
c)
Hình 1.15 Kết cấu phần làm việc cối cắt đột

a) Loại cối có thốt phoi có thể mài lại

d)

b) Loại cối có thốt phoi khơng mài lại

c) Loại cối khơng có thốt phoi
d) Loại cối hình trịn xoay
Tương tự như chày, cối cắt đột cũng được tiêu chuẩn hóa để thuận lợi cho q

trình thiết kế và chế tạo [3].

Hình 1.16 Cối cắt đột có vai

7


Hình 1.17 Cối cắt đột khơng có vai

b) Vật liệu chế tạo các chi tiết của khuôn
Vật liệu chế tạo các chi tiết của khuôn ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn và
chất lượng sản phẩm. Các chi tiết đế khuôn, tấm gạt, cuống khuôn, bulong…
thường sử dụng các loại thép cacbon thơng thường hoặc một số hợp kim có tính
bền nhiệt, có khả năng chịu tải trọng tốt và đảm bảo độ cứng vững tốt như CT3,
S45C… Riêng với những chi tiết làm việc chính của khn dập (chày-cối) thông
thường làm việc trong điều kiện chịu nhiều va đập, chịu mài mịn cao và áp lực cao
[2]. Do đó vật liệu dùng cho khn dập phải có độ bền cao, độ cứng cao và chịu
mài mịn tốt.
Khi gia cơng chế tạo các chi tiết của khuôn dập cần chú ý đến công đoạn
nhiệt luyện để đảm bảo yêu cầu làm việc của chi tiết. Một số loại vật liệu thông
dụng dùng để chế tạo các chi tiết của khuôn dập tấm liên tục:
- Vật liệu DC53 (SKD11 cải tân): có độ cứng cao, chịu mài mịn, thích hợp tơi ở
nhiệt độ cao, tính gia cơng mài và cắt dây tốt. Được dùng cho khuôn dập nguội,
khuôn đúc áp lực sản xuất hàng loạt, khn địi hỏi độ chính xác cao.
- Vật liệu DC11 (SKD11): có tính chịu mài mịn tốt, độ dãn kích thước sau khi tơi
thấm thấp. Chun dùng khuôn dập nguội sản xuất hàng loạt.
- Vật liệu DCX: có tính gia cơng, hàn sửa khn tốt. Dùng cho khn dập hạng
trung, sản xuất số lượng ít.
- Vật liệu DC3: cịn được gọi thép hóa cứng dưới hơi lạnh, tính chịu mài mịn rất
cao. Thường được dùng trong con lăn máy cán sắt, khn dập nguội có số lượng
nhỏ.
- Vật liệu GOA (SKS3): có tính tơi, chịu mài mịn tốt, chun dùng làm khn

dập.
- Vật liệu GO5: cịn gọi là thép chun dùng làm khung, lịng khn, tính tôi cao.
Dùng làm chày và cối trong khuôn dập cắt.
- Vật liệu GO4: tính tơi tốt, độ biến dạng sau tơi thấp. Chun dùng làm khn
chính xác, các khn có độ vát tháo khn lớn.
- Vật liệu CX1: có độ biến dạng sau xử lý nhiệt thấp, chuyên dùng làm khuôn dập
chi tiết thành mỏng, các chi tiết bộ phận trong khn.
- Vật liệu GO40F: tính gia cơng tốt, dùng làm các loại khuôn đơn giản.
8