Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong công nghệ dập thủy cơ các chi tiết có hình dạng phức tạp trong sản xuất vỏ ô tô

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

LỜI CAM ĐOAN
---------------***---------------

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu ảnh hƣởng của các
thông số công nghệ trong công nghệ dập thủy cơ các chi tiết có hình dạng phức
tạp trong sản xuất vỏ ô tô” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu sử
dụng được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong mục tài liệu tham khảo. Kết quả nghiên cứu
của luận văn này chưa từng được công bố ở một công trình nào khác.
Tác giả

Tô Hữu Thắng

Tô Hữu Thắng

Trang 1

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ 1
MỤC LỤC............................................................................................................ 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................. 5
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 7
1. Lý do chọn đề tài................................................................................................ 7
2. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 7

3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................ 8
4. Ý nghĩa của đề tài .............................................................................................. 8
5. Cấu trúc luận văn .............................................................................................. 8
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ ................... 10
1.1. Công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng ..................................................... 10
1.1.1. Lịch sử phát triển ....................................................................................... 10
1.1.2. Phân loại các phương pháp dập bằng nguồn chất lỏng cao áp ................... 11
1.2. Công nghệ dập thủy cơ và phạm vi ứng dụng ............................................. 13
1.2.1. Khái quát về công nghệ dập thủy cơ ........................................................... 13
1.2.2. Đặc điểm của công nghệ dập thuỷ cơ .......................................................... 15
1.2.3. Đặc điểm chung của khuôn dập thủy cơ ....................................................... 17
1.2.4. Các thiết bị dùng trong dập thủy cơ ............................................................. 20
1.2.5. Chất lỏng dùng trong gia công thuỷ cơ ....................................................... 30
1.2.6. Các phương pháp dập thuỷ cơ .................................................................... 32
1.2.7. Một số sản phẩm dập thủy cơ điển hình ...................................................... 33
1.2.8. Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới về phương pháp dập thủy cơ . 35
CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ .............. 36
2.1. Trạng thái ứng suất và biến dạng khi ép thủy cơ ........................................ 36
2.2. Tính toán các thông số công nghệ dập thủy cơ ............................................ 38

Tô Hữu Thắng

Trang 2

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

2.2.1. Tính áp suất chất lỏng ................................................................................. 38

2.2.2. Lực chặn phôi .............................................................................................. 44
2.2.3. Khe hở chày cối .......................................................................................... 44
2.2.4. Lực tác dụng lên chày .................................................................................. 46
2. 3. Phân tích ảnh hƣởng của ma sát và bôi trơn trong dập thủy cơ ............... 46
2.3.1. Phần đáy của sản phẩm .............................................................................. 47
2.3.2. Phần hình trụ .............................................................................................. 47
2.3.3. Phần bán kính lượn của cối ........................................................................ 48
2.3.4. Phần vành phôi ........................................................................................... 48
2.3.5. Độ dày tối ưu của lớp bôi trơn có vành hẹp ................................................ 49
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ ĐỂ
CHẾ TẠO CHI TIẾT CAPO XE Ô TÔ FORD EVEREST .............................. 50
3.1. Giới thiệu chung ........................................................................................... 50
3.2. Lý do chọn chế tạo chi tiết capo xe ô tô Ford Everest bằng phƣơng pháp
dập thủy cơ .......................................................................................................... 51
3.3. Xây dựng bản vẽ sản phẩm ......................................................................... 52
3.3.1. Nắp capo phía ngoài .................................................................................... 52
3.3.2. Nắp capo phía trong .................................................................................... 54
3.3.3. Hình vẽ 2D nắp capo ................................................................................... 57
3.4. Tính toán công nghệ dập thủy cơ chi tiết capo xe ô tô Ford Everest.......... 57
3.4.1. Yêu cầu công nghệ ....................................................................................... 57
3.4.2. Chọn vật liệu tạo hình sản phẩm .................................................................. 58
3.4.3 . Các lực cần tính trong quá trình nhập mô phỏng ........................................ 59
3.4.4.Chọn thiết bị ................................................................................................. 60
CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH DẬP CAPO
XE Ô TÔ BẰNG CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ ............................................. 62
4.1. Mô phỏng số quá trình dập capo xe Ford Everest ...................................... 62
4.2. Ƣu điểm của phƣơng pháp mô phỏng số ..................................................... 63

Tô Hữu Thắng

Trang 3

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

4.3. Các bƣớc giải bài toán mô phỏng ................................................................. 64
4.4. Kết quả mô phỏng......................................................................................... 66
CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ KHUÔN VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG CƠ TRÊN
MÁY PHAY CNC ............................................................................................... 68
5.1. Thiết kế khuôn .............................................................................................. 68
5.1.1. Giới thiệu phần mềm Mastercam ................................................................. 68
5.1.2. Kết quả mô phỏng thiết kế khuôn ................................................................. 69
5.2. Lập trình gia công cơ trên máy CNC .......................................................... 70
5.2.1 Giới thiệu máy CNC ..................................................................................... 70
5.2.2. Kết quả lập trình gia công cơ trên máy CNC ............................................... 71
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 73

Tô Hữu Thắng

Trang 4

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1.So sánh ống chữ T bằng 2 phương pháp Hàn và dập bằng chất lỏng ....... 10
Hình 1.2. Sơ đồ khuôn dập thủy tĩnh ..................................................................... 11
Hình 1.3.Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi ống .............................................................. 12
Hình 1.4. Quá trình biến dạng vật liệu trong dập thủy cơ ....................................... 13
Hình 1.5. Quá trình dập thủy cơ ............................................................................. 14
Hình 1.6. Lực tác dụng khi ép thủy cơ ................................................................... 15
Hình 1.7. Sơ đồ khuôn dập thủy cơ ........................................................................ 19
Hình 1.8. Sơ đồ của máy dập ................................................................................. 22
Hình 1.9. Cấu tạo chung của một bơm bánh răng................................................... 24
Hình 1.10. Kết cấu ống cứng và ống mềm ............................................................. 25
Hình 1.11. Các loại ống nối thường dùng. ............................................................. 25
Hình 1.12. Ký hiệu của các loại van phân phối ...................................................... 26
Hình 1.13. Cấu tạo van áp suất điều khiển trực tiếp ............................................... 27
Hình 1.14. Cấu trúc bơm của van tiết lưu............................................................... 28
Hình 1.15. Bố trí các thiết bị trong thùng dầu ........................................................ 28
Hình 1.16. Bình lọc dầu ......................................................................................... 29
Hình 1.17. Đồng hồ đo áp kế bằng lò xo. ............................................................... 30
Hình 1.18. Các chi tiết mui ôtô được dập bằng phương pháp thủy cơ .................... 33
Hình 1.19. Một số dạng sản phẩm gia dụng dập bằng phương pháp thủy cơ .......... 33
Hình 1.20. Một số loại sản phẩm khác dập bằng phương pháp thủy cơ .................. 34
Hình 2.1. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập vuốt trên chày cứng cối cứng
.............................................................................................................................. 36
Hình 2.2. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập thuỷ cơ .............................. 36
Hình 2.3. Sơ đồ tính toán lực ma sát trên đáy phôi ................................................. 47
Hình 2.4. Sơ đồ tính lực ma sát trên phần hình trụ ................................................. 47
Hình 2.5. Ma sát thủy động của vùng bán kính lượn .............................................. 48
Hình 2.6. Ma sát thủy động trong phần vành phụi.................................................. 48

Tô Hữu Thắng

Trang 5

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 3.1. Ô tô Ford Everest ................................................................................... 50
Hình 3.2. Hình ảnh nắp phía ngoài capo xe Ford Everest ....................................... 53
Hình 3.3. Hình dạng 3D phía ngoài của chi tiết capo xe Ford Everest .................... 54
Hình 3.4. Hình ảnh nắp phía trong capo xe Ford Everest ....................................... 55
Hình 3.5. Hình dạng 3D phía trong của chi tiết capo xe Ford Everest .................... 56
Hình 4.1. Sơ đồ tối ưu hóa quá trình thiết kế công nghệ ......................................... 63
Hình 4.2. Ưu điểm của phương pháp mô phỏng số ................................................ 64
Hình 4.3. Các bước của bài toán mô phỏng............................................................ 65

Tô Hữu Thắng

Trang 6

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Công nghệ tạo hình bằng chất lỏng đã được phát triển trong thời gian cuối
những năm 1940 và đầu những năm 1950 nhằm thỏa mãn nhu cầu giảm chi phí sản
xuất các chi tiết dập vuốt sâu với số lượng ít. Những năm 1975 người ta bắt đầu

nghiên cứu dòng chất lỏng cao áp để từng bước cải thiện tốc độ dập và tốc độ biến
dạng trong công nghệ dập bằng chất lỏng. Công nghệ dập thủy cơ có nhiều ưu điểm
nổi bật so với dập vuốt thông thường. Người ta đã chứng minh được áp lực thủy
tĩnh tác dụng trên toàn bộ bề mặt vật liệu khi tăng lên sẽ giảm đáng kể các vết nứt,
áp lực thủy tĩnh ngăn cản việc khởi đầu và lan rộng của vết rách tế vi trong vật liệu
kim loại và nhờ có độ nhớt của chất lỏng tạo sự căng trên bề mặt của phôi tấm nên
giảm thiểu sự hình thành nếp nhăn do cường độ ma sát tạo ra trên bề mặt, nâng cao
độ chính xác cũng như chất lượng bề mặt của sản phẩm, tiết kiệm thời gian gia công
khuôn, tiết kiệm kim loại.
2. Tính cấp thiết của đề tài
Trong lĩnh vực sản xuất các chi tiết có hình dạng phức tạp của vỏ ô tô có nhiều
nét đặc thù và có những yêu cầu kỹ thuật cao so với các chi tiết thông thường. Do
đó, cần phải có những công nghệ thích hợp để chế tạo. Với công nghệ dập vuốt
truyền thống hay chày cối cứng thì việc chế tạo chày cối có kích thước tương quan
chính xác gây khó khăn. Việc ứng dụng chất lỏng mà đặc biệt là công nghệ dập
thủy cơ với vai trò của chày hoặc cối đã mở ra trang mới cho công nghệ dập vuốt.
Điểm khác biệt so với dập vuốt truyền thống là chất lỏng đóng vai trò cối tạo ra áp
lực cần thiết và ép phôi vào biên dạng chày, tiết kiệm được thời gian gia công
khuôn, tiết kiệm kim loại, mức độ dập vuốt tăng lên, tạo hình chi tiết phức tạp.
Nhằm tìm hiểu thêm về công nghệ dập thủy cơ và xem xét đánh giá các yếu
tố ảnh hưởng, nâng cao năng suất, chất lượng và hạ giá thành sản xuất, với sự giúp
đỡ của PGS. TS Phạm Văn Nghệ, Bộ môn Gia Công Áp Lực – Viện cơ khí ĐHBK
Hà Nội thì tác giả đã lựa chọn đề tài :

Tô Hữu Thắng

Trang 7

Chế tạo máy 2011B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
“Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số công nghệ trong công nghệ dập thủy
cơ các chi tiết có hình dạng phức tạp trong sản xuất vỏ ô tô” mà cụ thể là dập
chi tiết Capo của xe ô tô.
3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
Việc nghiên cứu các thông số công nghệ trong công nghệ dập thủy cơ giúp
chúng ta ứng dụng công nghệ này có hiệu quả cao hơn.
Máy thủy lực chuyên dùng và hệ thống thiết bị dập thủy cơ.
Các phần mềm mô phỏng: Autoform, Abaqus, Matlab
Các thông số ảnh hưởng chính trong công nghệ dập thủy cơ là thông số thiết bị
như lực đóng khuôn ( FNh ), lực tịnh tiến của chày ( FSt ), áp suất chất lỏng công tác
(p). Việc tính toán các thông số này cho từng trường hợp giúp chúng ta có được
hiệu suất gia công tối ưu, mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
Mục đích của nghiên cứu là tìm hiểu được ảnh hưởng của các thông số công
nghệ trong công nghệ dập thủy cơ để sản xuất các chi tiết phức tạp của vỏ ô tô. Ứng
với mỗi loại vật liệu cho ta các thông số tối ưu nhất.
4. Ý nghĩa của đề tài
Nghiên cứu công nghệ dập thủy cơ các chi tiết có hình dạng phức tạp trong
sản xuất vỏ ô tô.
Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình dập, qua đó đưa
ra hàm tối ưu cho mỗi thông số gia công.
Nghiên cứu quy trình đặt phôi và nguồn chất lỏng công tác được đưa vào trong
khuôn.
Đón đầu để triển khai công nghệ dập thủy cơ trong sản xuất vỏ ô tô.
5. Cấu trúc luận văn
Nội dung luận văn được chia thành 5 chương, cuối luận văn là kết luận chung
và kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo, cụ thể gồm :
* Phần mở đầu
* Chương 1 : Tổng quan về công nghệ dập thủy cơ

* Chương 2 : Cơ sở lý thuyết và thông số công nghệ
Tô Hữu Thắng

Trang 8

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
* Chương 3 : Nghiên cứu, thiết kế công nghệ dập thủy cơ để chế tạo chi tiết
Capo xe ô tô Ford Everest
* Chương 4 : Mô hình hóa và mô phỏng số quá trình dập capo xe ô tô bằng
công nghệ dập thủy cơ
* Chương 5 : Thiết kế khuôn và lập trình gia công cơ trên máy phay CNC
* Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
* Tài liệu tham khảo

Tô Hữu Thắng

Trang 9

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ
1.1. Công nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng
1.1.1. Lịch sử phát triển
Hydroforming, (công nghệ tạo hình bằng chất lỏng hoặc tạo hình cao su màng

ngăn), đã được phát triển trong thời gian từ cuối những năm 1940 và đầu những
năm 1950 nhằm thỏa mãn nhu cầu giảm chi phí thấp sản xuất các chi tiết dập vuốt
sâu với số lượng tương đối ít.

Hình 1.1.So sánh ống chữ T bằng 2 phương pháp Hàn và dập bằng chất lỏng
Những năm 1975 người ta bắt đầu nghiên cứu dòng chất lỏng cao áp để từng
bước cải thiện tốc độ dập và tốc độ biến dạng trong công nghệ dập bằng chất lỏng.
Một số nghiên cứu cho thấy những ưu điểm của phương pháp này.
Mclintock (năm 1968), Rice và Tracey (năm 1969) đã bắt tay vào nghiên cứu
trên phôi tấm và chứng minh được rằng áp lực thủy tĩnh tác dụng trên toàn bộ bề
mặt vật liệu khi tăng lên sẽ giảm đáng kể các vết nứt.

Tô Hữu Thắng

Trang 10

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Clift, Hartley, Sturgess và Rowe (năm 1990), Hartley, Pillinger và Sturgess
(năm 1992), đã chứng minh rằng việc sử dụng một áp lực thủy tĩnh ngăn cản việc
khởi đầu và lan rộng của vết rách tế vi trong vật liệu kim loại.
Ngày nay, công nghệ biến dạng bằng chất lỏng thay thế một thành phần khuôn
dập, giảm chi phí về kinh tế đối với dập các chi tiết có số lượng ít mà hình dạng
phức tạp, không đối xứng. Tại các nước công nghiệp phát triển từ lâu đã áp dụng
công nghệ này vào trong sản xuất ở nhiều lĩnh vực khác nhau.
Ở Việt Nam, phương pháp dập thủy cơ vẫn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và
mới đang ở giai đoạn tìm hiểu, nghiên cứu công nghệ. Với mục tiêu trở thành một
nước công nghiệp vào năm 2020, trong chục năm gần đây, ngành công nghiệp ô tô

đang được chú trọng và đầu tư phát triển. Do đó, vấn đề nghiên cứu và ứng dụng
công nghệ dập thuỷ cơ là hết sức cần thiết trong giai đoạn hiện nay.
1.1.2. Phân loại các phương pháp dập bằng nguồn chất lỏng cao áp
Hydroforming được chia làm 2 dạng là tạo hình ống và tạo hình tấm. Hai dạng
công nghệ này đều sử dụng chất lỏng để tạo hình nhưng áp dụng cho các dạng sản
phẩm khác nhau. Quá trình tạo hình cơ bản khác nhau ở chỗ áp suất chất lỏng để tạo
ra các sản phẩm dạng ống và tấm là khác nhau.
A. Công nghệ dập thủy tĩnh (High pressure forming) : Dập thủy tĩnh là một
phương pháp tạo hình vật liệu nhờ chất lỏng có áp suất cao tác dụng trực tiếp vào bề
mặt của phôi gây biến dạng phôi theo hình dạng của lòng cối.

Hình 1.2. Sơ đồ khuôn dập thủy tĩnh

Tô Hữu Thắng

Trang 11

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Phôi ban đầu thường có hình dạng đơn giản (dạng ống), dưới tác dụng của
chất lỏng cao áp trong lòng phôi ống, phôi bị biến dạng theo hình dạng của cối tạo
thành sản phẩm rỗng có hình dạng phức tạp.
* Ƣu điểm
- Tạo ra chi tiết đồng nhất từ một vật liệu ( so với hàn từ nhiều chi tiết đơn
giản thành một chi tiết phức tạp).
- Giảm trọng lượng chi tiết.
- Nâng cao độ bền cho chi tiết và kết cấu.
- Thời gian tạo hình ngắn đối với một chi tiết phức tạp.

- Giảm thiểu số nguyên công tạo hình so với các phương pháp khác.
- Độ chính xác của chi tiết cao.
- Giảm thiểu phế phẩm.
* Nhƣợc điểm
- Giá thiết bị và khuôn cao.
- Cần có hệ thống điều khiển để điều khiển các thông số công nghệ phụ thuộc
thời gian và hệ thống kín khít để tránh mất áp trong quá trình tạo hình.

Hình 1.3.Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phôi ống

Tô Hữu Thắng

Trang 12

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
B. Công nghệ dập thủy cơ (Hydromechanical deep drawing).

Hình 1.4. Quá trình biến dạng vật liệu trong dập thủy cơ
1.2. Công nghệ dập thủy cơ và phạm vi ứng dụng
1.2.1. Khái quát về công nghệ dập thủy cơ
Dập thủy cơ là phương pháp tạo hình nhờ vào chất lỏng cao áp tác dụng lên
phôi làm biến dạng phôi tấm khi dụng cụ gia công chuyển động tác dụng lên phôi.
Về cơ bản, phương pháp này hoàn toàn giống với phương pháp dập vuốt thông
thường, chỉ khác là có thêm đối áp trong lòng khuôn tạo ra sự bôi trơn thủy động.
Có 2 cách tạo ra đối áp:
- Cách thứ nhất là chất lỏng được đổ đầy vào lòng khuôn, khi đầu trượt đi
xuống chất lỏng sẽ bị nén lại và tạo ra đối áp.

- Cách thứ hai là bơm trực tiếp chất lỏng có áp suất vào lòng cối, giá trị áp suất
sẽ được điều khiển bởi van giảm áp sao cho phù hợp.
Đối áp làm tăng ma sát giữa phôi và chày (tránh được hiện tượng mất ổn
định), giảm ma sát giữa phôi và cối (chất lỏng ở đây có tác dụng bôi trơn luôn),
phôi không tiếp xúc với góc lượn cối nên chất lượng bề mặt tốt hơn, đồng thời chiều
dày thành cũng đồng đều hơn.

Tô Hữu Thắng

Trang 13

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 1.5. Quá trình dập thủy cơ
1.Kết cấu khuôn gồm: Chày-tấm chặn phôi- phôi – vành cối – buồng chứa chất lỏng
có ống thoát và van điều tiết áp suất.
2. Chày đi xuống; áp suất thủy tĩnh nén phôi làm phôi áp sát chày, tấm chặn giữ
phôi tạo lực căng.
3.Khi chày đi xuống, phôi tấm được biến dạng phồng lên và bọc áp vào chày.
4. Cuối cùng phôi tấm biến dạng theo đúng hình dáng kích thước của chày ép.
Quá trình dập có thể chia làm các giai đoạn như sau:
* Giai đoạn 1: Đưa phôi vào khuôn dập.
* Giai đoạn 2:
- Phôi được kẹp chặt nhờ cơ cấu chặn phôi
- Không gian ép được hình thành giữa phôi và lòng cối
- Chất lỏng cao áp được bơm vào trong lòng cối
* Giai đoạn 3: Chày đi xuống thực hiện quá trình dập. Áp suất chất lỏng trong

lòng cối tăng tỷ lệ thuận với hành trình của chày và đẩy phôi áp sát vào bề mặt của
chày.
Dập thuỷ cơ chủ yếu được thực hiện trên máy ép thuỷ lực do có thể điều chỉnh
được tốc độ dập, hành trình của chày, lực chặn và áp suất chất lỏng phù hợp với
từng chủng loại sản phẩm điều này đảm bảo độ chính xác về hình dạng của chi tiết
cũng như nâng cao cơ tính của vật liệu.

Tô Hữu Thắng

Trang 14

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Phương pháp dập thuỷ cơ đang được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều
ngành công nghiệp như: ô tô, hàng không, gia dụng, công nghiệp dân dụng…tại các
nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Đức trong việc chế tạo các chi tiết vỏ
mỏng có hình dạng phức tạp.
1.2.2. Đặc điểm của công nghệ dập thuỷ cơ
* Lực tác dụng : Khi dập thủy cơ, có 3 lực tác dụng:
- Áp suất thủy lực để ép phôi áp sát chày, tạo hình theo biên dạng chày, áp lực
tăng khi chiều sâu ép tăng. Cần khống chế đến một áp lực nhất định đủ để áp phôi
vào bề mặt chày và giữ ổn định trong quá trình biến dạng.

Hình 1.6. Lực tác dụng khi ép thủy cơ
- Lực nén của chày để ép phôi tạo hình, hay lực ép vuốt; lực do pitton máy ép, lực
nén cân bằng với lực do áp suất thủy tĩnh theo phương đứng tạo nên.
- Lực ép biên, để giữ phôi, chống nhăn – rách. Nếu lớn quá sẽ gây rách, nhỏ
quá sẽ gây nhăn.

* Đặc điểm
- Điểm khác biệt đặc trưng của quá trình dập thuỷ cơ là sự cần thiết phải tạo ra
được áp suất thuỷ tĩnh biến đổi tác dụng vào phôi từ phía cối lỏng. Giá trị áp suất
này phải đủ lớn để ép chặt phôi vào bề mặt của chày và ngăn sự nhăn của phôi

Tô Hữu Thắng

Trang 15

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
nhưng không được quá lớn sao cho lực ma sát và ứng suất uốn xuất hiện khi đó sẽ
không làm đứt phôi.
- Giá trị áp suất thuỷ tĩnh cần thiết từ phía cối lỏng phụ thuộc vào các yếu tố
chính sau: Tính chất cơ lý tính của vật liệu phôi, chiều dày của tấm vật liệu bán
thành phẩm và đặc tính hình học của chi tiết ép.
- Hình dạng của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng của chày ép nên
đa dạng hoá sản phẩm mà chỉ sử dụng một loại cối ép.
- Ép thuỷ cơ chủ yếu được thực hiện trên máy ép thuỷ lực do có thể điều chỉnh
được tốc độ ép, hành trình của chày, lực chặn và áp suất chất lỏng phù hợp với từng
chủng loại sản phẩm điều này đảm bảo độ chính xác về hình dạng của chi tiết cũng
như nâng cao cơ tính của vật liệu.
* Ƣu điểm
- Giảm đáng kể lực ma sát có hại giữa phôi và dụng cụ.
- Tăng lực ma sát có ích giữa chày và phôi được tạo ra bởi sự ép mạnh vào bề
mặt chày bằng áp suất thuỷ tĩnh từ phía cối lỏng, do vậy nó loại bỏ được sự trượt
của phôi đối với chày và sự kéo căng của phôi, nhờ vậy mà hệ số dập vuốt được
nâng cao hơn nhiều so với dập trong khuôn kim loại: đến 0,40 đối với thép cacbon

thấp. Số lượng các nguyên công cũng được giảm.
- Có áp suất thuỷ tĩnh tương đối đồng đều từ phía cối lỏng tác dụng lên trên bề
mặt của phôi. Điều này sẽ làm tăng khả năng biến dạng dẻo của kim loại và độ đồng
đều về cơ lý tính của sản phẩm và dập các chi tiết có hình dáng phức tạp.
- Do sự thay đổi không đáng kể của chiều dày kim loại chỗ chuyển tiếp từ đáy
đến thành chi tiết (khu vực nguy hiểm nhất khi dập vuốt thông thường) nên có thể
dùng những vật liệu mỏng hơn và với bán kính chày rất nhỏ. Đồng thời, do ảnh
hưởng hưởng của khe hở giữa chày và cối không nhạy cảm như dập vuốt thông
thường nên có thể dập trong một lần các chi tiết có chiều dày khác nhau và từ các
vật liệu khác nhau.
- Sự tiêu tốn vật liệu dụng cụ cũng tương đối thấp do sự đơn giản hóa kết cấu
dập và giảm thiểu sự mài mòn dụng cụ.

Tô Hữu Thắng

Trang 16

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
- Chất lượng bề mặt của chi tiết dập rất cao do quá trình vuốt không xảy ra qua
mép cạnh kim loại của khuôn vuốt, vì vậy giảm thiểu các nguyên công chỉnh sửa.
- Trong quá trình tạo hình xuất hiện chất lỏng có áp suất cao tác dụng vào bề
mặt phôi làm cho biến dạng vật liệu đồng đều, giảm hiện tượng biến mỏng cục bộ,
tăng khả năng biến dạng của vật liệu (nâng cao hệ số dập vuốt).
- Hình thành màng dầu bôi trơn thủy động giữa phôi và dụng cụ gia công
(cối).
- Khe hở chày-cối trong dập thủy cơ có thể lớn hơn nhiều so với dập vuốt
thông thường.

- Có thể sử dụng một cối chất lỏng cho nhiều chi tiết khác nhau.
* Nhƣợc điểm
- Có thể xảy ra sự mất ổn định ở phần mặt bích của phôi và phần bán kính
cong của phần chuyển tiếp giữa mặt bích với thành vỏ thẳng đứng của chi tiết. Điều
này có thể gây ra các phế phẩm như hiện tượng nhăn, co, móp… ở phần vành phôi.
- Phải tạo ra nguồn chất lỏng áp suất cao và điều chỉnh được giá trị áp suất
trong quá trình ép vuốt.
- Có thể xảy ra sự biến mỏng của phôi, nếu lượng biến mỏng này là lớn và không
đồng đều, dễ xảy ra tình trạng làm rách, đứt phôi ở tiết diện nguy hiểm.
- Hệ thống khuôn, kín khít phức tạp.
- Cần có bộ điều khiển.
- Thiết bị đắt tiền.
1.2.3. Đặc điểm chung của khuôn dập thủy cơ
* Khuôn
Khuôn dưới được gọi là nơi cung cấp môi trường áp suất hoặc hộp chứa nước.
Nó được thiết kế như một buồng áp và phục vụ như một vòng kẹp cho bộ phận
riêng của cối.
Hộp chứa nước được nối tới bộ điều hòa áp trong quá trình ép. Để giữ chặt cối
trên hộp nước một cái kẹp hoặc vòng co được sử dụng. Cái vòng này có những
đường rãnh, nó vận chuyển ngay lập tức chất lỏng nổi lên thông qua sự chảy tràn.

Tô Hữu Thắng

Trang 17

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Cối có một rãnh tròn ở cạnh của bán kính kéo để đặt một sợi dây giống như

cái bịt polyurethane. Nó được mài ở hai cạnh một góc xấp xỉ 450 khi điền vào trong
rãnh làm kín. Rãnh làm kín này có thể được loại ra trong trường hợp những thành
phần cấu thành tròn rỗng đối xứng, có thể được cung cấp theo thiết kế của cối.
Những bộ phận trên của khuôn bao gồm tấm chặn và chày vuốt. Tấm chặn
thường là một tấm đúc, bộ phận riêng điền vào tấm chặn thì được gắn chặt vào
nhau. Nó chứa một vòng tròn chắn nước bắn tóe được thiết kế để chứa chất lỏng
thoát ra. Phần chia này của khuôn cũng hợp để nối một tấn chặn lớn hơn sẽ được
mở trong khi ép. Chày vuốt được định vị ở trong tấm chặn, nó được cung cấp bởi
một bộ phận mở rộng. Chày mở rộng được dẫn vào trong tấm chặn. Trong những
khuôn được chế tạo, một thiết bị dừng cơ khí bên trong nên được cung cấp để giới
hạn độ sâu dập vuốt.
* Chuỗi chức năng
Máy ép được mở ra và hộp nước được điền đầy. Sau khi điền phôi vào, máy
ép đóng lại và tấm chặn kẹp chặt phôi. Tấm chặn ép đặt ở chế độ ép, làm kín buồng
ép và quá trình tạo hình thực sự được bắt đầu. Môi trường áp suất được thiết lập như
một kết quả của sự thâm nhập của chày vuốt vào trong hộp nước. Trong suốt quá
trình tạo hình, tấm kim loại được ép sát vào chày vuốt. Trong suốt giai đoạn tạo
hình, hệ thống điều khiển được kết nối với buồng áp điều khiển ứng dụng của ép
thủy lực vào chức năng dập vuốt sâu.
Sau khi đạt được giới hạn dập vuốt, áp suất trong buồng được giải phóng và
thiết bị ép di chuyển ngược về vị trí ban đầu của nó.

Tô Hữu Thắng

Trang 18

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 1.7. Sơ đồ khuôn dập thủy cơ
* Những nét đặc trưng của quá trình tạo hình thủy cơ
- Áp suất phản ứng hoạt động bên trong hộp nước bởi sự thâm nhập của chày
vuốt có một sự đa dạng về hiệu ứng trong suốt quá trình tạo hình và ép kim loại
được tạo hình vào chày.
- Ma sát khô giữa chày và tấm kim loại khi đó được tăng lên về thực chất. Như
là một kết quả, lực dập vuốt tăng tới những mức độ cao hơn mà ta quan tâm so với
dập vuốt thông thường. Cùng lúc đó áp suất chất lỏng trong phần bầy ra của phôi

Tô Hữu Thắng

Trang 19

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
giữa cối và chày làm cho vật liệu phình lên. Biến dạng này tạo ra ứng suất căng
hướng tâm và ứng suất ép tiếp tuyến.
- Dập vuốt thủy cơ cho phép đạt được tỷ lệ dập vuốt lớn hơn đáng kể so với
dập vuốt thông thường. Trong khi tỷ lệ dập vuốt giới hạn sử dụng trong dập vuốt
truyền thống là 2.0 thì đối với dập vuốt thủy cơ có thể lên đến 2.7, do đó quá trình
nhiệt luyện và vuốt trung gian là không cần thiết, tạo hình hiệu quả và kinh tế là có
thể đạt được. giá cả về thiết bị cũng có thể giảm bởi vì giàm được số bước tạo hình
không cần thiết.
- Do ép phôi vào chày, nó đã làm giảm một lượng đàn hồi ngược trở lại, kích
thước chính xác chi tiết sản xuất có thể đạt được. Độ dày của tấm kim loại để dập
vuốt thủy cơ vẫn được giữ nguyên.
1.2.4. Các thiết bị dùng trong dập thủy cơ

A. Giới thiệu
Truyền động thuỷ lực có thể được hiểu là một quá trình chuyển hoá và truyền
năng lượng từ bộ phận này sang bộ phận khác trong các máy công tác. Truyền động
cơ học là quá trình truyền dẫn năng lượng trực tiếp từ bộ phận này sang bộ phận
khác mà dạng năng lượng không bị thay đổi. Đối với truyền động thuỷ lực, trong
quá trình truyền động, dạng năng lượng được qua hai lần chuyển hóa: Năng lượng
cơ học được chuyển hóa thành năng lượng của dòng chất lỏng (áp năng), dòng chất
lỏng được dẫn đến vị trí thuận lợi, sau đó được chuyển hoá thành cơ năng và truyền
đến bộ phận nhận năng lượng.
Trong công nghiệp, truyền động thuỷ lực đóng vai trò hết sức quan trọng, nó
có rất nhiều ưu điểm như:
- Truyền được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản,
hoạt động với độ tin cậy cao mà lại ít đòi hỏi về chăm sóc, bảo dưỡng.
- Tốc độ truyền động cao.
- Điều chỉnh được vận tốc làm việc vô cấp và êm dịu, dễ thực hiện tự động hóa
theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn. Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các

Tô Hữu Thắng

Trang 20

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
phần tự dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với nhau, đường truyền sử dụng thường là các
ống mềm dễ thay đổi vị trí.
- Có khả năng giảm khối lượng và kính thước các thiết bị nhờ chọn áp suất
thuỷ lực cao.
- Nhờ bán kính nhỏ của bơm và động cơ thuỷ lực, nhờ tính chịu nén của dầu

nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập như trong trường hợp
truyền động cơ khí.
- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ sang chuyển động tịnh tiển của
cơ cấu chấp hành.
- An toàn quá tải nhờ van áp suất.
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ thống thuỷ lực phức tạp và
nhiều mạch, nhiều nhánh truyền.
- Tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp bằng cách dùng các phần
tử tiêu chuẩn hóa.
Tóm lại, với những ưu điểm của mình, truyền động thủy lực ngày càng được
ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống máy phục vụ cho mọi lĩnh vực, mang lại
nguồn lợi rất lớn cho các hoạt động sản xuất của con người.
Truyền động thuỷ lực từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong máy móc công
nghiệp, đặc biệt là trong cơ khí. Việc thiết kế và lắp đặt một hệ thống thuỷ lực cũng
không gặp nhiều khó khăn.
Hệ thống thuỷ lực trên các máy ép thuỷ lực: Dựa vào tính chất không bị nén
của chất lỏng, người ta chế tạo hệ thống thủy lực trên các máy ép với lực ép rất lớn
nhờ vào áp suất lớn của chất lỏng do bơm tạo ra và kích thước lớn của xylanh thủy
lực. Ưu điểm của máy ép thủy lực là lực ép tăng từ từ cho tới khi cho tới khi đạt
được lực ép cần thiết. Khi lực ép tăng dần nó sẽ giảm được tải trọng động, ứng suất
phân bố tương đối đều trên toàn bộ chi tiết làm cho các chi tiết biến dạng từ từ theo
ý muốn, nó được vận dụng để uốn nguội các chi tiết.
Sơ đồ dập thủy cơ và sơ đồ thủy lực của máy:

Tô Hữu Thắng

Trang 21

Chế tạo máy 2011B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 1.8. Sơ đồ của máy dập
B. Các thiết bị thủy lực
Một hệ thống truyền động thuỷ lực cơ bản gồm có các thiết bị sau: Bơm dầu,
xylanh, van an toàn, van điều khiển, bình chứa….Ngoài ra trong hệ thống thủy lực
có thể có thêm các bộ phận phụ trợ như: bộ phận lọc dầu, bộ phận làm mát...
Tất cả các bộ phận trong hệ thống thủy lực đều có những yêu cầu kỹ thuật nhất
định. Những yêu cầu đó chỉ có thể được thỏa mãn, nếu như các thông số cơ bản của
các bộ phận ấy được lựa chọn thích hợp.
Các cơ cấu chấp hành, cơ cấu biến đổi năng lượng, cơ cấu điều khiển và điều
chỉnh, cũng như các phần lớn các thiết bị phụ khác trong hệ thống thủy lực đều
được tiêu chuẩn hóa.
* Bơm thủy lực
Bơm dầu là một cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng
lượng của dầu (dòng chất lỏng). Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng bơm thể
Tô Hữu Thắng

Trang 22

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích
các buồng làm việc, khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện
chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén.
Ta thấy bơm bánh răng và bơm vành răng là loại có thể được sử dụng làm
bơm hoặc động cơ thủy lực và hiện đang được sản xuất với số lượng lớn, trên thị

trường bán nhiều và đặc biệt giá thành của loại này cũng rẻ hơn các loại máy như
bơm piston dọc trục, bơm piston hướng kính hay bơm cánh quay...
Các loại máy bánh răng và máy vành răng có chung ưu điểm như:
- Thể tích cấu tạo nhỏ
- Mật độ công suất lớn
- Có cấu tạo đơn giản
- Gọn và phù hợp với điều kiện sử dụng khó khăn
Trong đó, loại máy vành răng lại có nhược điểm là hiệu suất thấp, chi phí hoạt
động cao. Do bố trí lệch tâm lớn giữa bánh răng chủ động và vành răng trong nên
với cùng một thể tích làm việc, máy bánh răng ăn khớp trong sẽ có kết cấu nhỏ gọn
hơn máy bánh răng ăn khớp ngoài. Ngoài ra còn cho phép chiều dài ăn khớp lớn và
do đó làm kín tốt hơn giữa vùng áp suất cao với vùng nạp cũng như giảm đáng kể
tính chất xung áp suất, lưu lượng và tiếng ồn so với máy bánh răng ăn khớp ngoài.
Ngoài ra, máy bánh răng ăn khớp trong có xung dòng nhỏ, êm dịu, tuổi thọ
cao. Do những ưu điểm về cả kinh tế và kỹ thuật nêu trên ta chọn loại bơm bánh
răng ăn khớp trong để sử dụng trong hệ thống thủy lực đang thiết kế.
Cấu tạo chung của một máy bánh răng ăn khớp ngoài:
+ Bánh răng chủ động quay truyền cho vành răng trong quay theo. Dầu thủy
lực được cuốn theo không gian giữa rãnh răng và vành nạp . Trên máy bánh răng ăn
khớp trong cũng có cấu trúc, khe hở dọc trục và hướng kính tự lựa thủy lực. Trong
thực tế do yêu cầu người ta còn có thể sử dụng loại bánh răng ăn khớp trong nhiều
cấp như hình vẽ dưới đây.

Tô Hữu Thắng

Trang 23

Chế tạo máy 2011B

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Thông thường trong bơm bánh răng ăn khớp ngoài thì bánh răng được sử dụng
là bánh răng trụ thẳng, với các dạng răng khác nhau( răng than khai hoặc răng
trochoit).

Hình 1.9. Cấu tạo chung của một bơm bánh răng
* Đƣờng ống dẫn
Để nối các phần tử điều khiển của mạch thủy lực (các loại van) với các cơ
cấu chấp hành, với hệ thống biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu), người ta
dùng các ống dẫn, ống nối hoặc tấm nối.
* Ống dẫn dầu
Yêu cầu: Ống dẫn dùng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực phổ biến là
ống dẫn cứng (vật liệu ống làm bằng thép hoặc đồng) và ống dẫn mềm (làm bằng
vải cao su hoặc ống mềm kim loại có thể làm việc ở nhiệt độ 1350C).

Tô Hữu Thắng

Trang 24

Chế tạo máy 2011B


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 1.10. Kết cấu ống cứng và ống mềm
* Ống nối

Hình 1.11. Các loại ống nối thường dùng.
- Yêu cầu của ống nối: Trong các hệ thống thủy lực, ống nối có yêu cầu tương
đối cao về độ bền và độ kín. Tùy theo điều kiện sử dụng ta có loại ống nối tháo

được và loại ống nối không tháo được.
- Các loại ống nối: Để nối các ống dẫn nới nhau hoặc nối ống dẫn với các phần
tử thủy lực, ta có các loại ống nối thường hay sử dụng sau là ống nối cứng và ống
nối mềm.
* Van phân phối

Tô Hữu Thắng

Trang 25

Chế tạo máy 2011B