Thiết kế chế tạo cánh Tuarbine của bơm nước sử dụng thủy năng từ dòng suối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ


LÊ MINH TƢỜNG
CK51 – CTM


THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁNH TURBINE CỦA BƠM NƢỚC SỬ
DỤNG THỦY NĂNG TỪ DÒNG SUỐI


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY







NHA TRANG – 07/2013



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ


LÊ MINH TƢỜNG
CK51 – CTM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁNH TURBINE CỦA BƠM NƢỚC SỬ
DỤNG THỦY NĂNG TỪ DÒNG SUỐI


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY






NHA TRANG – 07/2013
Cán bộ hƣớng dẫn: PGS. TS Phạm Hùng Thắng

i


PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
Họ, tên sinh viên: Lê Minh Tƣờng Lớp: 51CT
Chuyên ngành: Chế tạo máy MSSV: 51131914

Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo cánh turbine của bơm nƣớc sử dụng thủy
năng từ dòng suối”.
Số trang: 90 Số chƣơng: 4 Số tài kiệu tham khảo: 16
Hiện vật:
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN







Kết luận:

Nha Trang, ngày tháng năm 2013
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN


PGS. TS PHẠM HÙNG THẮNG

ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ


ii


PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Họ, tên sinh viên: Lê Minh Tƣờng Lớp: 51CT
Chuyên ngành: Chế tạo máy MSSV: 51131914
Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo cánh turbine của bơm nƣớc sử dụng thủy
năng từ dòng suối”.
Số trang: 89 Số chƣơng: 4 Số tài kiệu tham khảo: 16
Hiện vật:
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN




Điểm phản biện:
Nha Trang, ngày…tháng 7 năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN


___________________________________________________________________
Nha Trang, ngày…tháng 7 năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG



ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ


iii

MỤC LỤC
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ HƢỚNG
DẪN i
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ PHẢN
BIỆN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH vii
LỜI NÓI ĐẦU 1
TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY NĂNG & CÔNG NGHỆ HÀN, DẬP 2 CHƢƠNG 1
1.1 Tổng quan về bơm thủy năng. 2
1.2 Tổng quan công nghệ dập nguội 7
1.3 Tổng quan công nghệ hàn kim loại 27
XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO TURBINE 35 CHƢƠNG 2
2.1 Thông số kỹ thuật và yêu cầu kỹ thuật Turbine 35
2.2 Phân tích kết cấu và phƣơng án công nghệ 38
2.3 Chọn vật liệu chế tạo 41
2.4 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo 44
THIẾT KẾ BỘ KHUÔN DẬP BẢN CÁNH TURBINE 49 CHƢƠNG 3
3.1 Phƣơng án dập trên khuôn 49
3.2 Thiết kế kỹ thuật khuôn 55
3.3 Chọn máy công nghệ 70
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN BẢN CÁNH TURBINE 72 CHƢƠNG 4
4.1 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo bầu cánh 72
4.2 Xây dựng đồ gá hàn 80
4.3 Quy trình công nghệ hàn cánh 85
4.4 Tinh chỉnh cánh turbine 88
KẾT LUẬN & ĐỀ XUẤT 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

iv



DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu Diễn giải
CT Công thức
QTCN Quy trình công nghệ
BCT Bánh công tác
S Chiều dày phôi
Z Khe hở tối ƣu
M Mômen uốn
a Cánh tay đòn
γ Góc trƣớc
α Góc sau
δ Góc cắt
β Góc sắc
Q
p
Phản lực
b Cánh tay đòn
 Ứng suất dƣ
MIG Metal Inert Gas
TIG Tungsten Inert Gas
V
z
Vận tốc dòng chất lỏng
v Tốc độ quay của cánh (v/p)
N Công suất
D Đƣờng kính mép cánh

d Đƣờng kính bầu cánh
L Chiều dài bầu cánh
H Chiều cao cánh
Z Số cánh
α Góc xoắn cánh
S Diện tích cánh
v


S
t
Diện tích hình trụ turbine
θ Tỉ số mặt đĩa
H Cột áp làm việc
Q
t
Lƣu lƣợng tính toán
BPHN Bộ phận hƣớng nƣớc



vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 So sánh tính chất của họ thép không gỉ – Nguồn Wikipedia 43
Bảng 2.2 So sánh cơ tính của họ thép không gỉ – Nguồn Wikipedia 43
Bảng 2.3 Thành phần hóa học chính thép không gỉ SUS304 44
Bảng 2.4 Bảng thứ tự nguyên công phƣơng án 1 46
Bảng 2.5 Bảng thứ tự nguyên công phƣơng án 2 46

Bảng 3.1 Sự ảnh hƣởng của các nguyên tố hợp kim 68
Bảng 3.2 Tính chất của một số mác thép dụng cụ (theo tiêu chuẩn Nhật) 69
Bảng 3.3 Thành phần % hóa học thép SKD11 – Nguồn: tapsteel.com 69
Bảng 3.4 Nhiệt luyện và độ cứng của thép – Nguồn: tapsteel.com 70
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật máy dập AMADAM 45 tấn. 71
Bảng 4.1 Thông số dao tiện lỗ 76
Bảng 4.2 Hệ số C
v
và các số mũ 76
Bảng 4.3 Chế độ cắt khi tiện mặt đầu 77
Bảng 4.4 Hệ số C
v
và các số mũ 78
Bảng 4.5 Chế độ cắt khi cắt đứt 78
Bảng 4.6 Thông số máy hàn PROTIG – 200D – Nguồn: www.weldcom.vn 87


vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Một vài loại bơm thủy năng 2
Hình 1.2 Cấu tạo bơm thủy năng loại đồng trục 3
Hình 1.3 Khi lắp đặt bơm của Viện Thủy Lợi 5
Hình 1.4 Loại bơm do sinh viên Đặng Ngọc Tuyền chế tạo 6
Hình 1.5 Khuôn dập vỏ ô tô 10
Hình 1.6 phân loại các nguyên công dập tấm 15
Hình 1.7 Dập cắt 16
Hình 1.8 Sơ đồ tác dụng lực khi cắt và hình dạng lƣỡi cắt 17
Hình 1.9 Dập uốn 18

Hình 1.10 Dập vuốt 19
Hình 1.11 Tạo hình 19
Hình 1.12 Dập ép 20
Hình 1.13 Lắp ghép 20
Hình 1.14 Biểu đồ biến dạng kim loại 21
Hình 1.15 Sơ đồ lệch 22
Hình 1.16 Sơ đồ song tinh 23
Hình 1.17 Máy ép thủy lực – Nguồn: vatgia.com 26
Hình 1.18 Máy ép trục khuỷu – Nguồn: Google Image 26
Hình 1.19 So sánh mối ghép nối hàn và tán ri vê 28
Hình 1.20 Biểu đồ vùng hàn 29
Hình 1.21 Sơ đồ phân loại các phƣơng pháp hàn 29
Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý hàn trong môi trƣờng khí bảo vệ 30
Hình 1.23 Các phƣơng pháp hàn trong các môi trƣờng khí bảo vệ 30
Hình 1.24 Hàn TIG 32
Hình 2.1 Bản vẽ BCT turbine 2D 36
Hình 2.2 Sản phẩm đúc trong khuôn cát 39
Hình 2.3 Sản phẩm đƣợc mài bớt để bù lƣợng mất cân bằng 40
Hình 2.4 Đánh số bề mặt gia công 45
viii


Hình 2.5 Bản vẽ đánh số bề mặt gia công phƣơng án 2 47
Hình 3.1 Hai khuôn đơn 49
Hình 3.2 Biên dạng chày cối khuôn tạo hình 49
Hình 3.4 Mô hình chày và cối khi làm việc 50
Hình 3.5 Công đoạn dập tạo hình trên khuôn 50
Hình 3.6 Mô hình bộ khuôn dập liên hoàn phƣơng án 2 51
Hình 3.7 Mô hình khuôn phƣơng án 3 52
Hình 3.8 Mô hình khuôn khi bắt đầu một chu kỳ 53

Hình 3.9 Đƣờng xoắn ốc của turbine và hình vẽ khai triển 56
Hình 3.10 Giao diện khi khỏi động phần mềm Plate 'n' Sheet 56
Hình 3.11 Tùy chọn chức năng khai triển mặt xoắn ốc hình trụ tròn đứng 57
Hình 3.12 Giao diện nhập dữ liệu 57
Hình 3.13 Mặt xoắn ốc trụ tròn đƣợc khai triển 58
Hình 3.14 Chức năng tự động ghi kích thƣớc 59
Hình 3.15 Phần mềm tự động ghi kích thƣớc 59
Hình 3.17 Biên dạng cắt 60
Hình 3.18. Kích thƣớc sau khi dập 61
Hình 3.19 Hình dáng sản phẩm bản cánh sau tạo hình 61
Hình 3.20 Khe hở Z giữa chày và cối 62
Hình 3.21 Sản phẩm khi khe hở hợp lý 63
Hình 3.22 Tác hại do khe hở quá nhỏ 63
Hình 3.23 Tác hại do khe hở quá lớn 63
Hình 3.24 Hình dáng và kết cấu của cối 64
Hình 3.25 Kích thƣớc cơ bản của cối 65
Hình 3.26 Kết cấu phần làm việc của chày 66
Hình 3.28 máy dập AMADA 45 tấn 71
Hình 4.1 Bản vẽ chi tiết 72
Hình 4.2 Đánh số bề mặt gia công 73
Hình 4.3 Dao tiện ngoài thân cong có góc nghiêng chính 90° 74
ix


Hình 4.4 Sơ đồ gá đặt gia công 74
Hình 4.5 Dao cắt đứt 75
Hình 4.6 Sơ đồ gá đặt khi cắt đứt 75
Hình 4.7 Mô hình đồ gá trên phần mềm Pro/E 82
Hình 4.8 Đặt bầu cánh vào và vạch dấu 82
Hình 4.9 Gá đặt bản cánh đầu tiên 83

Hình 4.10 Mô phỏng khi hàn xong 4 bản cánh 83
Hình 4.11 Mô hình 3D phƣơng án 2 84
Hình 4.12 Máy hàn PROTIG – 200D – Nguồn: www.weldcom.vn 87
Hình 4.13 Sơ đồ cân bằng tĩnh 88


1


LỜI NÓI ĐẦU
Địa hình Việt Nam đa dạng: đồi núi, đồng bằng, bờ biển và thềm lục địa, phản
ánh lịch sử phát triển địa chất, địa hình lâu dài trong môi trƣờng gió mùa, nóng ẩm,
phong hóa mạnh mẽ. Địa hình thấp dần theo hƣớng Tây bắc – Đông nam, đƣợc thể
hiện rõ qua hƣớng chảy của các dòng sông lớn. Đồi núi chiếm tới 3/4 diện tích lãnh
thổ nhƣng chủ yếu là đồi núi thấp. Ở những nơi này điều kiện tƣới tiêu thƣờng hạn
chế, tác động rất lớn đến năng suất canh tác. Những năm qua Đảng và Nhà nƣớc đã
đầu tƣ rất nhiều vào các hệ thống thủy lợi phục vụ bà con vùng núi. Nhƣng nhu cầu
con ngƣời thì vô hạn, trong khi khả năng và thời gian con ngƣời có hạn, những
chƣơng trình, dự án đầu tƣ vẫn chƣa thực sự bao phủ hết đƣợc các vùng miền.
Nhận thấy những vùng suối dân cƣ còn thƣa, đồi núi phức tạp đang thiếu hệ
thống tƣới tiêu cỡ nhỏ tôi đã bắt tay vào phối hợp cùng sinh viên Đặng Ngọc Tuyền
thiết kế Máy bơm thủy năng phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng miền núi. Phục vụ
chủ yếu các vùng có suối, khe nhỏ.
Đề tài đƣợc chia làm hai phần: Thiết kế chế tạo cánh turbine của bơm do tôi
thực hiện, phần chế tạo bộ truyền động do sinh viên Đặng Ngọc Tuyền đảm nhiệm.
Nội dung đề tài đƣợc trình bày xuyến suốt qua 4 chƣơng:
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY NĂNG & CÔNG NGHỆ HÀN,
DẬP
CHƢƠNG 2 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO CÁNH TURBINE
CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ KHUÔN DẬP BẢN CÁNH TURBINE

CHƢƠNG 4 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN BẢN CÁNH TURBINE
Khi thực hiện đề tài này, do trình độ còn hạn chế, tài liệu còn hiếm, kinh
nghiệm thiếu,… Do vậy không tránh khỏi những thiếu sót và lỗi sai. Tôi mong đƣợc
Thầy, Cô trong bộ môn, bạn bè,… góp ý để đề tài đƣợc hoàn thiện hơn nữa! Xin
chân thành cảm ơn!
Nha Trang, 22 tháng 7 năm 2013
Lê Minh Tƣờng
2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY NĂNG & CÔNG NGHỆ HÀN, DẬP
1.1 Tổng quan về bơm thủy năng.
Ở vùng núi Khánh Hòa kinh tế còn rất khó khăn, đƣờng xá, mạng lƣới điện,…
còn rất hạn chế, vì thế việc thiết bị sử dụng nhiên liệu không tái tạo phuc vụ tƣới
tiêu rất hạn chế. Thay vào đó, ở các địa phƣơng này đã bắt đầu sử dụng một số loại
bơm thủy năng phục vụ tƣới tiêu (Hình 1.1).

Hình 1.1 Một vài loại bơm thủy năng
Thiết bị bơm thủy năng có các ƣu điểm: không hề tiêu hao nhiên liệu (không
dùng điện, than, dầu…) nó tự động làm việc suốt ngày, đêm. Thiết bị có cấu tạo đơn
giản, dễ sử dụng, công tác quản lý vận hành đơn giản, tuổi thọ cao.
Bơm thủy năng thích hợp cho cấp nƣớc sạch, tƣới vƣờn đồi, tƣới ruộng bậc
cao; diện tích tƣới từ vài chục hecta tại những nơi xa vùng điện lƣới.
Qua một thời gian sử dụng, công nghệ đã chứng tỏ nhiều ƣu điểm nhƣ dễ vận
hành, giá thành. Về bản chất, turbine và máy bơm giống nhƣ máy phát điện và động
3


cơ điện, đây là đặc điểm rất phù hợp cho việc lắp đặt máy móc trên địa hình các tỉnh

miền núi. Bơm có khả năng đƣa nƣớc lên độ cao 20 – 50m. Năng lƣợng của nƣớc sẽ
làm quay cánh turbine (có thể) qua bộ phận tăng tốc sẽ làm quay cánh bơm và đƣa
nƣớc lên cao. So với các loại bơm truyền thống thì bơm thủy năng có nhiều ƣu điểm
nổi bật là nó không sử dụng năng lƣợng truyền thống nhƣ điện, than, dầu v.v… nó
sử dụng nguồn năng lƣợng tái tạo dùng sức nƣớc để bơm nƣớc. Một ƣu điểm nữa là
kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ ứng dụng các nguồn sông suối miền núi, điều này
rất phù hợp với tình hình thực tế vùng núi Khánh Hòa.

Hình 1.2 Cấu tạo bơm thủy năng loại đồng trục
1 – Ổ bi; 2 – Cánh bơm; 3 – Buồng bơm; 4 – Hƣớng dòng tua bin; 5 – Buồng
tua bin; 6 – Cánh tua bin; 7 – Trục; 8 – ổ bạc cao su; 9 – Vành mòn bơm; 10 – Chắn
rác; 11 – Vòng làm kín; 12 – Bích bơm; 13 – Nắp mỡ; 14 – Chóp cánh tua bin.
4


Loại bơm này thực chất là một thiết bị gồm cụm bơm, hệ thống truyền động
và turbine, trong đó cánh bơm và cánh turbine đƣợc lắp đặt trên cùng trục, năng
lƣợng của nƣớc làm quay cánh turbine, kéo theo cánh bơm cũng quay theo và đƣa
nƣớc lên cao (Hình 1.2). Turbine của bơm thủy năng là loại turbine hƣớng trục, ly
tâm. Ngoài những nguyên lý trên, bơm thủy năng còn có ƣu điểm chung: turbine và
bơm là một khối thống nhất, cùng một trục nên tiết kiệm đƣợc cơ cấu truyền chuyển
động mà cơ cấu rất chặt chẽ.
Theo tìm hiểu, trên thị trƣờng có nhiều loại bơm, tựu chung nhất có 2 lọai
phục vụ tƣới tiêu: loại thứ nhất do Viện thủy lợi chế tạo và sản xuất, loại thứ 2 do
sinh viên Đặng Ngọc Tuyền thiết kế.
Về bơm do Viện thủy lơi chế tạo có ƣu, nhƣợc điểm :
Ƣu điểm:
 Cột áp cao từ 50 ÷ 100m, lƣu lƣợng lớn;
 Không tốn điện, năng lƣợng không tái tạo,…
 Công suất lớn, thích hợp cho cấp nƣớc sạch, tƣới vƣờn đồi, tƣới ruộng

bậc cao, diện tích tới vài chục hecta tại những nơi xa vùng điện lƣới.
Nhƣợc điểm:
 Giá thành khá cao so với các loại bơm tự chảy khác, chỉ thích hợp với
đối tƣợng khách hàng có nhu cầu bơm nƣớc diện tích rộng (tính theo ha);
 Chế tạo phức tạp hơn so với các bơm tự chảy khác;
 Phải ngăn dòng chảy, tạo đạp lớn để tạo lực đẩy;
 Bảo trì khó và tốn kém.

5



Hình 1.3 Khi lắp đặt bơm của Viện Thủy Lợi
1 – Trục bơm; 2 – Cánh bơm; 3 – Buồng xoắn; 4 – Cánh turbine.
Loại bơm nhẹ, gọn hơn là bơm của sinh viên Đặng Ngọc Tuyền chế tạo (Hình
1.4), bơm này thích hợp cho hộp gia đình có nhu cầu tƣới tiêu vƣờn, ruộng nhỏ, gần
suối, rạch nhỏ.
1 – Ống dẫn nƣớc; 2 – Máng dẫn nƣớc; 3 – Buồng xoắn; 4 – Buồng xoáy; 5 –
Ống thoát nƣớc; 6 – Bơm li tâm đa cấp; 7 – Bộ truyền bánh răng.

1
2
3
4
6



Hình 1.4 Loại bơm do sinh viên Đặng Ngọc Tuyền chế tạo
Ƣu điểm:

 Cột áp cao từ 20 ÷ 50m;
 Công suất lớn, thích hợp cho cấp nƣớc sạch, tƣới vƣờn đồi, tƣới ruộng
bậc cao;
 Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, công tác quản lý vận hành đơn giản, tuổi
thọ cao;
 Thích hợp với những dòng suối dốc và nhỏ.
Nhƣợc điểm:
 Phải ngăn dòng chảy để tạo lực đẩy;
 Bảo trì khó và tốn kém.
Trong các chi tiết của bơm thủy năng thì bánh công tác (BTC) turbine là một
trong những chi tiết quan trọng nhất. Vì bơm đƣợc sử dụng trên miền núi, nơi mà
1
2
6
3
4
5
7
7


thời tiết khắc nghiệt dễ làm hƣ hỏng thiết bị, nguồn nƣớc có nhiều tạp chất (phân
hóa học, thuốc trừ sâu,…) nên sẽ ảnh hƣởng rất nhiều đến hiệu suất cũng nhƣ tuổi
thọ thiết bị, đặc biệt là BCT turbine. Vì vậy đòi hỏi nhà sản xuất phải tìm ra đƣợc
công nghệ chế tạo cũng nhƣ loại vật liệu thích hợp với điều kiện thời tiết cũng nhƣ
giá thành mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
Công nghệ sản xuất cánh turbine rất phong phú, phổ biến nhất là công nghệ
đúc. Trong đó thì công nghệ đúc vật liệu kim loại nhƣ gang, thép,… là cổ điển nhất.
Gần đây, đã đƣa vào sản xuất vật liệu mới composite. Công nghệ đúc đã có từ rất
lâu, đến nay đã đạt đƣợc đến độ gần nhƣ hoàn hảo. Tuy nhiên, cũng đòi hỏi sự đầu

tƣ xứng đáng mới cho ra đƣợc kết quả tƣơng xứng.
Bên cạnh công nghệ đúc thì còn có công nghệ hàn cánh turbine với vật liệu là
phi kim loại. Kết cấu cánh turbin gồm phần bầu và lá cánh, đƣợc dùng mối hàn để
gắn kết 2 phần trên thành một sản phẩm turbine hoàn chỉnh.
Bên cạnh đó thì còn nhiều công nghệ sản xuất turbine khác nữa! Do vậy, tùy
theo nhu cầu, yêu cầu kỹ thuật, điều kiện kinh tế, sản xuất… mà chọn ra phƣơng
pháp sản xuất phù hợp nhất.
1.2 Tổng quan công nghệ dập nguội
Hiện trạng ngành công nghệ dập nguội trên thế giới và ở Việt Nam
Trên thế giới ngành công nghệ dập nguội đã xuất hiện từ rất sớm. Hiện nay
ngành công nghệ dập nguội đóng một vai trò quan trọng và chiếm tỉ trọng cao trong
ngành công nghiệp đó là nhờ những lợi nhuận mà công nghệ dập nguội mang lại.
Điển hình là các nƣớc Liên Xô cũ (Nga), Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc, Trung
Quốc ví dụ nhƣ Liên Xô những năm 70 – 80 của thế kỷ 20 trong ngành chế tạo xe
hơi hàng nhẹ, các chi tiết chế tạo bằng dập nguội chiếm khoảng 60 – 70%. Trong
ngành chế tạo máy chính xác chiếm khoảng 80 – 85%. Trong ngành chế tạo máy
điện chiếm 60 – 70%. Trong ngành chế tạo hàng tiêu dùng chiếm 95 – 98%. Những
năm gần đây dập nguội còn sản xuất những linh kiện điện tử và lĩnh vực quân sự.
8


Tại Việt Nam, do hạn chế về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp
chỉ đáp ứng đƣợc một phần sản xuất khuôn dập nguội phục vụ cho chế tạo các sản
phẩm cơ khí tiêu dùng và một phần cho các công ty liên doanh nƣớc ngoài. Với
những sản phẩm có yêu cầu cao (máy giặt, tủ lạnh, điều hoà, ô tô, xe máy….) hầu
hết phải nhập bán thành phẩm hoặc nhập khuôn từ nƣớc ngoài vào sản xuất.
Một trong những nguyên nhân cần đƣợc đề cập đến là các doanh nghiệp
trong nƣớc hiện đa phần hoạt động ở tình trạng tự khép kín, chƣa có sự phối hợp
với nhau để đi vào sản xuất chuyên sâu một hoặc một số mặt hàng cùng chủng loại.
Trang thiết bị ở hầu hết các cơ sở thuộc trình độ công nghệ thấp, hoặc chƣa có nơi

đã đầu tƣ trang thiết bị công nghệ cao nhƣng sự đầu tƣ lại trùng lặp. Bên cạnh đó,
nguồn nhân lực thiết kế, chế tạo và chuyển giao công nghệ cũng bị phân tán. Cũng
do sản sản xuất nhỏ lẻ nên ngay cả việc nhập thép hợp kim làm khuôn cũng phải
nhập với giá thành cao. Những điều này giải thích vì sao chi phí sản xuất khuôn của
các doanh nghiệp Việt Nam luôn cao, dẫn đến sản xuất bị hạn chế.
Kết quả khảo sát thực tế về nhu cầu khuôn đến năm 2010, đơn cử riêng về
khuôn dập của một số công ty nhƣ sau:
 Công ty Cơ khí Thăng Long: khuôn dập là 1500 bộ; Công ty Điện cơ
Thống Nhất: khuôn dập là 75 bộ;
 Công ty chế tạo máy điện VN – HGK: khuôn dập là 150 bộ;
 Công ty Xích líp Đông Anh: khuôn dập là 500 bộ…
 Nhƣ vậy, ngay ở Việt Nam nhu cầu của thị trƣờng về khuôn dập nguội là
rất cao.
Tại Hà Nội, Công ty Kim khí Thăng Long là đơn vị đi đầu trong việc xây
dựng trung tâm khuôn dập: đã thiết kế, chế tạo hơn 3000 bộ khuôn dập định hình,
có độ phức tạp của xe máy nhƣ: đuôi xe, càng xe, bộ tay lái…Tại Đồng Nai công ty
TNHH OKURA cũng chuyên sản xuất các loại khuôn dập nguội các sản phẩm: bộ
lọc dầu, ARM thắng xe máy, các loại (plate pad) má thắng đĩa xe máy, nắp động
9


cơ….các mặt hàng phục vụ học tập và tiêu dùng nhƣ: ghim bấm, kẹp, các linh kiện
phục vụ y tế, nƣớc sạch…
Qua một số thông tin trên, phản ánh đƣợc một phần nào đó về công nghệ dập
tấm trên thế giới và ở Việt Nam. Là cở sở để nhà thiết kế lựa chọn vào quy trình
công nghệ phù hợp.
1.2.1 Khái niệm về dập tấm
Quá trình công nghệ là toàn bộ các tác động trực tiếp làm thay đổi hình dạng,
kích thƣớc, tính chất và trạng thái của phôi ban đầu để đạt đƣợc mục đích nào đó.
Quá trình công nghệ bao gồm những nguyên công và đƣợc 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 đƣợc các chi tiết có
hình dạng và kích thƣớc cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật
liệu và không có phế liệu dạng phôi.
Dập tấm thƣờng đƣợc thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn đƣợc gọi
là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thƣờng S < 4 mm) hoặc có thể phải dập
với phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày vật liệu lớn.
Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ đƣợc thực hiện bời một
hay một số công nhân ở một vị trí nhất định trên máy bao gồm toàn bộ những tác
động liên quan để gia công phôi đã cho.
Ví dụ: cắt hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn,…
Khi dập, nguyên công có thể chia thành các bƣớc và bƣớc có thể bao gồm một
số động tác.
Động tác là những tác động có mục đích và quy luật của công nhân (chẳng hạn
đƣa phôi đến vị trí khuôn, đặt phôi vào khuôn cho khuôn làm việc, )
10



Hình 1.5 Khuôn dập vỏ ô tô
Ƣu điểm của sản xuất dập tấm:
 Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn
giản của thiết bị và khuôn.
 Có thể chế tạo những chi tiết rất phức tạp mà các phƣơng pháp gia công
kim loại khác không thể hoặc rất khó khăn.
 Độ chính xác của các chi tiết dập tấm tƣơng đối cao, đảm bảo lắp lẫn tốt,
không cần qua gia công cơ.
 Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim
loại không lớn.

 Tiết kiệm đƣợc nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hóa và tự
động hóa do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm.
 Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao do đó giảm chi phí
đào tạo và quỹ lƣơng.
 Dạng sản xuất thƣờng là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành sản
phẩm.
 Tận dụng đƣợc phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao.
11


 Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu là kim loại mà còn gia công
những vật liệu phi kim loại nhƣ: techtolit, hétinac, và các loại chất dẻo.
1.2.2 Sự thay đổi tính chất của thép tấm trong thời gian và trong quá tình gia
công
Khi dập nguội tính chất của thép tấm bị thay đổi. Sở dĩ nhƣ vậy là vì trong quá
tình dập biến dạng dẻo nguội làm cho cấu trúc tinh thể thay đổi: mật độ khuyết tật
tăng lên mạnh mẽ dẫn tới độ bền kim loại tăng lên, kích thƣớc và hình dạng của các
hạt kim loại cũng nhƣ hƣớng của trục tinh thể thay đổi làm phát sinh ứng suất dƣ và
xuất hiện những mặt trƣợt kích thích quá trình hóa già kim loại.
1.2.2.1 Sự hóa già do biến dạng
Hệ quả của sự già hóa kim loại là làm giảm tính dẻo (chẳng hạn độ giãn dài tỷ
đối giảm) và nâng cao tính bền của kim loại (trở lực biến dạng, giới hạn chảy và độ
cứng tăng). Vì vậy kim loại trở nên dòn và kém dẻo. Xu hƣớng của sự già hóa kim
loại khi biến dạng tùy thuộc vào thành phần nitơ tự do chứa trong thép và đặc biệt là
carbon trong nền cứng (pherit). Trong quá tình hóa già, các nguyên tử carbon và
nitơ khuếch tán và tập trung vào các vùng biến dạng của mạng tinh thể, xung quanh
lệch. Điều đó cản trở sự di chuyển của lệch và gây khó khan cho quá trình biến
dạng dẻo. Sự hóa già biến dạng xảy ra không đồng đều, trƣớc tiên nó làm tăng độ
cứng của kim loại tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và carbon cao, chủ
yếu là ở mặt trƣợt, tại đây đặc biệt có nhiều lệch.

Với thép carbon thấp, sự hóa già do biến dạng xảy ra mãnh liệt hơn sau khi
biến dạng dẻo nguội, cƣờng độ của nó tỷ lệ thuận với mức độ biến dạng, nhiệt độ
môi trƣờng xung quanh và thời gian. Vì vậy đối với théo tấm cán nguội và ngay cả
những bán thành phần của nó đã đƣợc dập, không nên để nó quá lâu trong kho hoặc
trong phân xƣởng, đặc biệt khi nhiệt độ tăng lên.
Hiện nay, đã sản xuất những loại thép tấm không hóa già. Những loại thép này
đƣợc khử oxy bởi nhôm hoặc chất phụ gia vanadi (ví dụ: théo 08Ю, 08KП,
08CЮΦ, ). Khoa học đã chứng minh rằng sự ổn định của các loại thép này là do
12


các liên kết của các nguyên tử nitơ dƣới dạng nitơrua bền vững. Chính vì vậy, sau
khi dập nguội sự hóa già do biến dạng hầu nhƣ không xảy ra.
1.2.2.2 Mặt trƣợt
Đối với các chi tiết có yêu cầu cao về bề mặt (ví dụ các chi tiết vỏ xe ô tô),
điều có ý nghĩa quan trọng là khả năng của kim loại giữ đƣợc bề mặt phẳng trong
quá trình dập, không có những mặt trƣợt là những dấu vết vật lý do biến dạng dẻo
cục bộ gây ra. Mặt trƣợt xuất hiện trên bề mặt của các chi tiết, nhất là khi dập các
chi tiết không sâu với mức độ biến dạng nhỏ (5 ÷ 10%), làm giảm độ nhẵn bóng bề
mặt. Sự xuất hiện các mặt trƣợt có liên quan đến tính chất cơ học không đồng đều
của phôi. Sự không đồng đều này là do sự hóa già trong quá trình biến dạng gây ra.
Trên bề mặt của chi tiết sau khi dập có thể quan sát thấy những phần lồi lõm tƣơng
ứng với các mặt trƣợt.
Một trong những phƣơng pháp gia công rộng rãi nhất đƣợc sử dụng để ngăn
ngừa khả năng xuất hiện của các mặt trƣợt là tiến hành ép nguội theo chiều dày tấm
thép một lƣợng biến dạng nhỏ bằng thiết bị chuyên dung trƣớc khi đƣa vào dập. Trị
số lƣợng ép phụ thuộc vào chiều dày của tấm và loại vật liệu. Ví dụ: đối với thép
08KП lƣợng ép từ (0,8 ÷ 1,2)% còn đối với thép 08Ю lƣợng ép từ (1 ÷ 2)%.
Việc cán nguội với một lƣợng ép nhỏ các tấm thép có thể ví nhƣ một sự “tập
luyện”. Sau khi “tập luyện”, để loại trừ sự cong vênh thƣờng nắn thẳng tấm trên

các máy nắn chuyên dung. Các máy này có một vài cặp trục nắn mà tâm của chúng
có thể chuyển động tƣơng đối với nhau. Trong quá trình nắn tấm bị uốn dẻo nhiều
lần. Do sự “luyện tập” mà ngăn ngừa đƣợc khả năng xuất hiện mặt trƣợt, nhƣng khi
nắn nguội thì tính bền của kim loại tăng lên. Ngoài ra khi thử kéo mẫu kim loại đã
đƣợc “luyện tập” và lập đồ thị kéo thấy không có vùng chảy rão, tức là những dấu
hiệu đặc trƣng cho khả năng xuất hiện mặt trƣợt bị ẩn đi.
Do các tấm thép bị ép nguội với lƣợng ép nhỏ, lệch bị tách khỏi các nguyên tử
nitơ và carbon đồng thời xảy ra sự hình thành các lệch mới. Điều đó làm giảm trở
lực biến dạng của các tinh thể trên bề mặt trƣợt dẫn đến sự phân bố ứng suất đều
13


hơn theo chiều dày của tấm, do đó sự chảy của kim loại sẽ bắt đầu với lực nhỏ hơn
so với mẫu trƣớc khi ép. Tác dụng của việc ép nguội thƣờng rất ngắn vì vậy cần
phải ép và nắn ngay trƣớc khi dập. Những máy để ép và nắn đƣợc bố trí ở đầu dây
truyền, trƣớc một loạt thiết bị khác. Cần phải dập ngay sau khi ép vì sau khi ép một
thời gian ngắn sẽ xảy ra sự hóa già biến dạng với cƣờng độ lớn. Nếu không dập
ngay sẽ làm mất đi hiệu quả của việc ép và còn làm xấu đi khả năng dập của thép so
với trƣớc khi ép.
1.2.2.3 Sự phát sinh hiện tƣợng ăn mòn (gỉ)
Trong quá trình biến dạng dẻo nguội kim loại xảy ra sự hóa bền. sự hóa bền
cùng với một số hiện tƣợng khác làm cho khả năng chống ăn mòn của kim loại
giảm đi. Ví dụ: một cái đinh đặt trong môi trƣờng ẩm ƣớt thì phần đầu và mũi nhọn
của đinh, đã bị biến dạng dẻo nguội, sẽ bị gỉ trƣớc.
Tuy vậy, do những điều kiện không giống nhau, sự thay đổi hình dạng của các
vùng phôi kề nhau sau khi bỏ lực tác dụng sẽ phát sinh những ứng suất dƣ tế vi loại
một. Những ứng suất dƣ này kho có sự ăn mòn sâu vào các tinh thể sẽ làm suy yếu
liên kết ở biên giới giữa các hạt và có thể gây ra những “mầm” giòn tự phát của các
sản phẩm kim loại hoặc các bán thành phẩm.
Sự phát triển hiện tƣợng gỉ của các chi tiết bằng đồng thau có chứa hơn 20%

kẽm đƣợc dập vuốt nguội với mức độ biến dạng lớn (nhƣ đui đèn, vỏ đạn, ) thƣờng
xuất hiện vào những mùa ẩm ƣớt khi độ ẩm và nồng độ khó ammoniac trong không
khí tăng lên kích thích sự ăn mòn sâu vào các tinh thể. Vì vậy vào mùa mƣa các chi
tiết dập cần đƣợc bảo quản ngay bằng phƣơng pháp gia nhiệt. Đối với các chi tiết
bằng đồng thau, có một phƣơng pháp chống gỉ hiệu quả là giảm ứng suất kéo bằng
cách nung nóng đến nhiệt độ 300 ÷ 500°C.
1.2.3 Định nghĩa và phân loại các nguyên công dập tấm
Tất cả các nguyên công tạo hình vật liệu đƣợc hệ thống hóa và phân loại theo
những đặc điểm của quá trình biến dạng và công nghệ:
Theo đặc điểm biến dạng của quá trình dập tấm, chi thành 2 nhóm chính:
14


 Biến dạng cắt vật liệu;
 Biến dạng dẻo vật liệu.
Nhóm các nguyên công cắt vật liệu nhằm tách một phần vật liệu này ra khỏi
một phần vật liệu khác theo một đƣờng bao khép kín hoặc không khép kín và kim
loại bị phá vỡ liên kết giữa các phân tử (phá hủy) tại vùng cắt.
Nhóm các nguyên công biến dạng dẻo vật liệu nhằm thay đổi hình dạng và
kích thƣớc bề mặt phôi bằng cách phân phối lại và chuyển dịch thể tích kim loại để
tạo ra các chi tiết có hình dạng và kích thƣớc cần thiết nhờ tính dẻo của kim loại và
không bị phá hủy tại vùng biến dạng. Trong đa số các trƣờng hợp chiều dày vật liệu
phôi hầu nhƣ không thay đổi hoặc thay đổi nhỏ nhƣng không chủ định.
Trong quá trình dập tấm có thể dập riêng biệt từng nguyên công hoặc có thể
kết hợp 2 hay nhiều nguyên công trên cùng một khuôn.
Khi dập riêng biệt từng nguyên công nói chung năng suất thấp, độ chính xác
chi tiết thấp nhƣng ƣu điểm là khuôn đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp phù hợp
với sản xuất đơn chiếc hoặc loạt nhỏ.
Khi kết hợp 2 hoặc nhiều nguyên công trên cùng một khuôn gọi là dập liên
hợp.

Dập liên hợp sẽ cho năng suất cao, độ chính xác chi tiết cao, đồng thời giảm
đƣợc số lƣợng thiết bị, giảm số công nhân do đó hạ đƣợc giá thành sản phẩm,
nhƣng nhƣợc điểm là khuôn phức tạp; độ chính xác gia công cao, khó chế tạo do đó
giá thành khuôn đắt, khó sửa chữa và thay thế khi hỏng hóc. Vì vậy dập liên hợp
đƣợc áp dụng thích hợp khi sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối.
Tùy theo phƣơng pháp kết hợp giữa các nguyên công, dập liên hợp đƣợc chia
thành ba dạng chính:
 Dập phối hợp là phƣơng pháp đồng thời hoàn thành một số nguyên công
khác nhau trên cùng một bộ khuôn trong một hành trình máy (1 nhát
dập) với một lần đặt phôi;