Nghiên cứu công nghệ chặn tọa độ để dập các chi tiết có hình dạng phức tạp

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
--------------------------------------đỗ toàn thắng

đỗ toàn thắng

NGNH CễNG NGH C KH

Nghiên cứu công nghệ chặn tọa độ
để dập các chi tiết có Hình dạng phức tạp

luận văn thạc sĩ Ngành công nghệ cơ khí
KHO 2009 -20011

H Ni Nm 2012


bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
-------------------------------------- TON THNG

NGHIấN CU CễNG NGH CHN TA
DP CC CHI TIT Cể HèNH DNG PHC TP

Chuyên ngành : CH TO MY

luận văn thạc sĩ Ngành công nghệ cơ khí

ngời hớng dẫn khoa học :
TS. NGUYN C TRUNG

H Ni Nm 2012


LÝ LỊCH KHOA HỌC
(Dùng cho học viên cao học)

I. Sơ lược lý lịch:
ảnh 4x6
Họ và tên: . . . . . . . . . . . . Đỗ Toàn Thắng. . . . . . . . . . . . . . . . . ……………...
Giới tính: Nam
Sinh ngày: . . . 14 . . . . . . .tháng 12 . . . . năm . . 1983. . . . .
Nơi sinh(Tỉnh mới): . . . . . . Bắc Thái . . . . . . . . . . . . . . . .
Quê quán: . . . . . . Quang Minh – Mê Linh – Vĩnh Phúc .. . . . . . . . . .
Chức vụ: . . . . . . . . . . Cán bộ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đơn vị công tác: ……Công ty cổ phần xây dựng và thiết bị công nghiệp CIE1
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: . . Thị trấn Quang Minh – Mê Linh – Hà Nội
Điện thoại CQ: ………. . . Điện thoại NR: ………. Điện thoại di động: 0168 444 1042
Fax: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E-mail: . . . . . . . . . . . .
II. Quá trình đào tạo:
1. Trung học chuyên nghiệp (hoặc cao đẳng):
- Hệ đào tạo(Chính quy, tại chức, chuyên tu) . . ….….. . Thời gian đào tạo: từ. . . . /. . . . .. đến . ……. .
- Trường đào tạo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …… . . . . . . . . . . . . ………………. . . . . . . . . . . .
- Ngành học: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………. . . . . . Bằng tốt nghiệp đạt loại. . . . . . … . .
2. Đại học:
- Hệ đào tạo(Chính quy,tại chức, chuyên tu): Chính quy …Thời gian đào tạo: từ. 9/2002 đến .6/2007 .
- Trường đào tạo. . . . Đại học Bách Khoa Hà Nội . . . . . . . . . . . . . ….. . . . . . . . . . . . . . . .
- Ngành học: . . . …………Cơ khí.. . …………………. . . Bằng tốt nghiệp đạt loại. . TB Khá . .
3. Thạc sĩ:
- Hệ đào tạo: Thạc sĩ khoa hoc Thời gian đào tạo: từ. . 10.. /..2009 . . đến. . .10 .. / .2011
Chuyên ngành học: .Công nghệ chế tạo máy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

- Tên luận văn: Nghiên cứu công nghệ chặn tọa độ để dập các chi tiết có biên dạng phức tạp. . . . . .
............................................ ...
- Người hướng dẫn Khoa học: . . ..TS Nguyễn Đắc Trung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
....
4. Trình độ ngoại ngữ (Biết ngoại ngữ gì, mức độ nào): . Tiếng Anh – B1 .


III. Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học:
Thời gian
2007 - 2011

Nơi công tác
Công việc đảm nhận
Công ty cổ phần khuôn mẫu chính xác Đảm nhiêm việc thiết kế cơ
và máy CNC
khí

2011- nay

ty cổ phần xây dựng và thiết bị công Đảm nhiêm việc thiết kế cơ
nghiệp CIE1
khí

IV. Các công trình khoa học đã công bố:
Tôi cam đoan những nội dung viết trên đây là đúng sự thật.
Ngày
tháng
năm
NGƯỜI KHAI KÝ TÊN

Mục lục
Lời cảm ơn
Mục lục

1

Lời nói đầu

3

Các từ viết tắt trong luận văn

5

Chơng 1. Tổng quan về công nghệ dập tấm

7

1.1. Vài nét về công nghệ dập tấm trong sản xuất cơ khí

7

1.2. Qui trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, sản xuất các chi tiết dạng tấm

9

1.3. Các yếu tố ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm dập vuốt

15

1.4. Mục đích, ý nghĩa của luận văn

18

Chơng 2. Nghiên cứu ảnh hởng của lực chặn tới quá trình dập vuốt

21

2.1. ảnh hởng của lực chặn trong quá trình dập vuốt

21

2.2. Phơng pháp xác định lực chặn

31

2.3. Các phơng tạo lực chặn thay đổi theo tọa độ

37

2.3.1. Phơng pháp thay đổi biên dạng hình học của phôi

37

2.3.2. Phơng pháp thay đổi biên dạng hình học của tấm chặn

37

2.3.3. Phơng pháp tạo ra bề mặt chặn có hệ số ma sát thay đổi theo vị trí

38

2.3.4. Phơng pháp điều chỉnh lực chặn trực tiếp trên thiết bị

38

2.3.5. Phơng pháp sử dụng hệ thống chặn có gân vuốt

38

2.3.6. Phơng pháp điều khiển lực chặn bằng khuôn có hệ thống đàn hồi

42

2.4. Kết luận

57

Chơng 3. Mô phỏng số quá trình tạo hình chi tiết vỏ két chứa nhiên

58

liệu
3.1 Giới thiệu về phần mềm Dynaform
3.1.1 Giới thiệu chung và phạm vi ứng dụng

58
58

3.1.2 Giao diện và vận hành phần mềm

59

-1-


3.2 Thiết lập bài toán mô phỏng số quá trình dập tạo hình chi tiết vỏ két
chứa

66

3.2.1 Các bớc thực hiện bài toán mô phỏng

66

3.2.2 Mô phỏng quá trình dập tạo hình

76

Chơng 4. Xác định lực chặn theo tọa độ khi dập chi tiết vỏ két chứa

80

nhiên liệu
4.1 Xác định lực chặn thay đổi theo vị trí

80

4.2 Giải pháp xác kết hợp lực chặn thay đổi theo vị trí và bố trí gân vuốt

trên bề mặt chặn
4.3 Kết luận

87
100

Kết luận

101

Tài liệu tham khảo

103

-2-


Lời nói đầu
Do tính u việt của công nghệ gia công áp lực nh năng suất cao, chất lợng
tốt, sản phẩm đa dạng, phong phú và khả năng thay đổi kiểu dáng dễ dàng nên công
nghệ này hiện đang là một vấn đề đợc chú trọng trong ngành cơ khí. ở Việt Nam,
một loại hình công nghệ đang rất phát triển đó là công nghệ dập tấm. Với đặc điểm
của phơng pháp công nghệ này là sử dụng lực ép từ dụng cụ gia công để tạo hình
chi tiết từ phôi tấm có hình dáng từ đơn giản thành các sản phẩm có hình dạng phức
tạp và đợc ứng dụng trên nhiều lĩnh vực, nhất là các ngành công nghiệp chế tạo ô
tô, công nghiệp dân dụng, điện lạnh, hàng không vũ trụ, tàu thủy, quốc phòng, y tế

Tại Việt Nam, trong những năm gần đây công nghệ tạo hình vật liệu tấm
đợc ứng dụng và phát triển rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất ô tô nhất là
các chi tiết vỏ xe có biên dạng phức tạp. Đối với các chi tiết có biên dạng phức tạp,

việc sử dụng khuôn có kết cấu lực chặn không thay đổi thờng làm cho sản phẩm có
chất lợng không cao, chi tiết thờng bị nhăn hoặc rách. Theo các nghiên cứu mới
nhất tại nhiều nớc tiến cho thấy đối với các chi tiết có biên dạng phức tạp, lực chặn
phải thay đổi theo vị trí và phụ thuộc vào hành trình của chày. Trong khi đó, ở Việt
Nam, khi dập tạo hình vẫn thờng sử dụng tấm chặn cứng, lực chặn phân bố đều. Vì
vậy, khi dập các chi tiết có biên dạng phức tạp, mức độ dập vuốt thay đổi theo vị trí
trên sản phẩm, thì các nhà kỹ thuật trong nớc gặp nhiều khó khăn với hệ thống
chặn có tấm chặn cứng và sản phẩm thờng có chất lợng thấp.
Do đó đề tài Nghiên cứu công nghệ dập tọa độ để dập các chi tiết có biên
dạng phức tạp là một đề tài thiết thực phục vụ cho thực tiễn sản xuất ở nớc ta. Đề
tài đã chỉ ra rằng công nghệ chặn đóng một vai trò hết sức quan trọng trong công
nghệ dập tấm. Vì vậy, đề tài cũng nghiên cứu và phát triển công nghệ chặn tọa độ và
ứng dụng để giải quyết các vấn đề về nhăn và rách xuất hiện khi dập các chi tiêt có
biên dạng phức tạp. Giải quyết đợc các vấn đề trong công nghệ này, ta có thể làm

-3-


chủ đợc vấn đề ảnh hởng của lực chặn và đa vào sản xuất tạo để ra các sản phẩm
có chất lợng cao.
Nội dung chính của luận văn là tập trung giải quyết các vấn đề tính toán lý
thuyết giải tích và mô phỏng số để đa ra những lý thuyết quan trọng nhất về ảnh
hởng của lực chặn trong dập vuốt và nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ
chặn trong việc dập các chi tiết phức tạp. Luận văn đợc trình bày trong 4 chơng.
Chơng 1 trình bày về các vấn đề cần nghiên cứu trong công nghệ dập tấm. Những
nghiên cứu cơ bản về ảnh hởng của lực chặn tới quá trình dập vuốt dựa trên biến
dạng dẻo kim loại với các khái niệm cơ bản về lý thuyết, nguyên lý đợc trình bày
trong chơng 2. Chơng 3 trình bày về công nghệ chặn đàn hồi. Chơng 4 trình bày
về mô phỏng số quá trình dập tạo hình với sản phẩm cụ thể là chi tiết bình xăng xe
otô. Phần kết luận đa ra một vài tổng kết quan trọng và hớng phát triển tiếp theo

của đề tài.
Hà nội, tháng 03 năm 2012
Tác giả

-4-


Các Từ viết tắt trong luận Văn

Các phần mềm mô phỏng : ANSYS, MARC, ABAQUS, PAM-STAMP,
LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS, Catia
ý nghĩa

Ký hiệu

Đơn vị

B

Chiều rộng hộp

mm

bB

Chiều rộng gân vuốt

mm

DBRF

Trở lực kéo qua gân vuốt

N/mm

D0

Đờng kính của phôi

mm

d

Đờng kính chi tiết dập vuốt

mm

E

Mô đun đàn hồi

N/mm2

FNH, Q

Lực chặn

N, kN

FZ

Lực kéo phôi

N, kN

FBZ

Trở lực kéo sinh ra do gân vuốt

N/mm

F1, F2, F3, F4,
F5, F6, F7, F8

Các lực chặn theo vị trí

N, kN

FRN

Lực ma sát cản trở sự chảy của vật liệu

N, kN

h

Chiều sâu vuốt trong cối

mm

hB

Chiều cao của gân vuốt

mm

K

Mức độ dập vuốt

kf

ứng suất chảy của vật liệu

N/mm2

L

Chiều dài hộp

mm

Mu

Mômen uốn

N/mm2

Pmax

Lực dập vuốt cực đại

N, kN

q

áp lực chặn riêng trung bình

N/mm2

R

Bán kính lợn ở mép ngoài của vành

mm

Rm

ứng suất bền của vật liệu tấm

N/mm2

rB

Bán kích lợn của gân vuốt

mm

-5-

rc

Bán kính góc lợng của cối

mm

rch

Bán kính góc lợng của chày

mm

rg

Bán kính góc lợn ở góc hộp

mm

rN

Bán kích góc lợn của hốc gân trên cối

mm

S

Chiều dầy vật liệu

mm

,

Góc

Rad

max

Hệ số dập vuốt tới hạn

0

Hệ số dập vuốt

,

Toạ độ trụ



Mức độ biến dạng logarit

à

Hệ số ma sát

n

Mức độ biến dạng

ứng suất tiếp

N/mm2

k

Trị số ứng suất tiếp cực đại

N/mm2

Các ứng suất chính theo các hớng

N/mm2

ứng suất kéo hớng kính cực đại

N/mm2

, , n
max

-6-


Chơng 1.
Tổng quan về công nghệ dập tấp

1.1 Vài nét về công nghệ dập tấm trong sản xuất cơ khí
Ngày nay, các phơng pháp gia công kim loại dựa trên sự biến dạng dẻo của
vật liệu (gọi tắt là gia công biến dạng dẻo hay gia công áp lực) đã chiếm một vị trí
quan trọng với một tỷ trọng ngày càng tăng trong sản xuất cơ khí và luyện kim (lên
đến 35%). Chủng loại sản phẩm của gia công áp lực hết sức phong phú, đa dạng và
đợc ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân, đời sống xã hội
nh xây dựng, giao thông vận tải, kỹ thuật điện, điện tử, hoá chất, hàng kim khí gia
dụng, v.v... Bên cạnh những phơng pháp mang tính truyền thống chuyên sản xuất
bán thành phẩm và tạo phôi nh cán, rèn, ép này đã xuất hiện những phơng pháp
cho phép sản xuất ra sản phẩm là những chi tiết hoàn chỉnh không cần phải gia công
tiếp theo, đặc biệt là những sản phẩm dập tấm.
Công nghệ tạo hình kim loại tấm (dập tấm) là một phần của công nghệ gia
công kim loại bằng áp lực nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận đợc các chi
tiết có hình dạng và kích thớc mong muốn. Sở dĩ dập tấm ứng dụng rộng rãi nh
vậy là do nó có nhiều u điểm nổi bật so với các loại hình công nghệ khác nh: có
thể cơ khí hoá và tự động hoá cao; năng suất rất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết
kiệm nguyên vật liệu và tận dụng đợc phế liệu; đặc biệt do quá trình biến dạng dẻo
nguội làm cho độ bền của chi tiết tăng lên
Các dạng sản phẩm của dập tấm rất đa dạng, từ những sản phẩm đơn giản
dạng cốc, hộp đến những sản phẩm có hình dạng phức tạp nh vỏ ô tô (hình 1.1).
Công nghệ dập tấm mà nguyên công tạo hình quan trọng trong đó là dập vuốt
đợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, điện dân dụng, thiết bị y
tế là nhờ những u điểm nổi bật nh:

-7-


-

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 phơng pháp gia công
kim loại khác không thể làm đợc hoặc rất khó khăn.

-

Độ chính xác của các chi tiết dập tấm 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
nhỏ.

-

Tiết kiệm đợc nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự
động hoá, 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 quĩ lơng.

-

Dạng sản xuất thờng là loạt lớn và hàng khối, do đó hạ giá thành sản

phẩm.

-

Tận dụng đợc phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao.

-

Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu là kim loại mà còn gia công
những vật phi kim nh: Techtolit, hêtinac và các loại chất dẻo.

Hình 1.1 Hình ảnh về sản phẩm dập tấm
Dập tấm thờng đợc thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn đợc gọi
là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thờng s 4 mm) hoặc có thể phải dập
với phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày của vật liệu lớn. Một chi tiết sản xuất bằng

-8-


công nghệ dập tấm có thể thực hiện qua rất nhiều nguyên công công nghệ nh: cắt
hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên vành, tóp miệng, cắt trích v.v...

1.2 Qui trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, sản xuất các chi tiết dạng tấm
Hiện nay, ở Việt Nam, lĩnh vực gia công áp lực nói chung và dập tấm nói
riêng cha phát triển mà chỉ dừng lại ở quy mô nhỏ và manh mún, các sản phẩm
nhỏ có độ phức tạp cha cao. Công nghệ chế tạo khuôn cũng còn non kém, hầu
hết chỉ chế tạo đợc các khuôn nhỏ và đơn giản với chất lợng không cao. Trang
thiết bị đã rất lạc hậu so với thế giới vì hầu hết là đợc tài trợ hoặc mua của nớc
ngoài từ những thập kỷ 70 hoặc 80 của thế kỷ trớc. Một số liên doanh, doanh
nghiệp nớc ngoài nớc ngoài đã áp dụng gia công khuôn phức tạp trên các máy

điều khiển số hiện đại, song hiệu quả, chất lợng vẫn cha cao. Hơn nữa, trong
nớc còn thiếu cả nhân lực cũng nh các phần mềm thiết kế, mô phỏng cần thiết
đáp ứng yêu cầu thực tiễn.
Quy trình thiết kế chế tạo các sản phẩm dập tấm trong nớc thờng đợc tiến
hành theo sơ đồ nh hình 1.2.
Quá trình thiết kế công nghệ, chế tạo khuôn và sản xuất mang tính kinh nghiệm
là chủ yếu. Chính vì vậy, đối với các chi tiết có hình dạng đơn giản (dạng cốc, hộp,
côn) thì đi theo con đờng tính toán công nghệ, chế tạo khuôn rồi dập thử, hiệu
chỉnh khuôn cho đến khi đạt đợc chất lợng sản phẩm theo yêu cầu thì đa ra sản
xuất loạt lớn. Nhng khi gặp phải các chi tiết có hình dạng không đối xứng trục,
phức tạp nh các chi tiết vỏ ô tô thì quá trình thiết kế theo trình tự nh hình 1.2
không thực hiện đợc bởi tốn rất nhiều thời gian, tiền bạc vào việc sản xuất khuôn
mẫu, dập thử và chỉnh sửa. Mặc dù vậy, đôi khi không cho ra sản phẩm có chất
lợng theo yêu cầu.

-9-


Hình 1.2 Quá trình thiết kế, chế tạo sản xuất
các chi tiết dạng tấm trong nớc
Với chính sách nội địa hoá các sản phẩm cơ khí, nhiều cơ sở, nhà máy đã đầu
t để thiết kế và chế tạo các chi tiết phức tạp, ví dụ nh các liên doanh sản xuất ô tô,
các thiết bị điện, chắc chắn trong khoảng thời gian không xa, nền sản xuất các chi
tiết dạng tấm sẽ đợc thúc đẩy và tiếp cận với các nền sản xuất của các nớc công
nghiệp hiện đại.
ở những nớc có ngành công nghiệp ô tô phát triển nh Mỹ, Nhật, Đức, Anh
thì việc thiết kế qui trình công nghệ sản xuất các chi tiết tấm có hình dạng phức tạp
đợc thực hiện rất bài bản với tính khoa học và độ chuyên môn hoá rất cao. Sơ đồ
thiết kế chế tạo đợc tiến hành nh sơ đồ hình 1.3.
Theo phơng pháp thiết kế công nghệ và chế tạo nh vậy cho phép tiết kiệm

thời gian, nguyên vật liệu cho sản xuất thử nghiệm, nâng cao chất lợng sản phẩm
dập, nhanh chóng thay đổi mẫu mã sản phẩm và có thể sử dụng các cụm chi tiết
trong bộ khuôn vạn năng. Điểm cơ bản trong việc thiết kế công nghệ theo phơng
pháp này là Công nghệ ảo, mô phỏng số quá trình tạo hình chi tiết trên máy tính
với sự trợ giúp của các phần mềm thiết kế mô phỏng.

- 10 -


Hình 1.3 Sơ đồ thiết kế công nghệ chế tạo các chi tiết dập tấm
tại các nớc tiên tiến
Với các chi tiết dập tấm vỏ mỏng, có kích thức lớn, hình dạng không gian
phức tạp nh vỏ ô tô, việc thiết kế các bộ khuôn dập không đơn giản, các bộ khuôn
dập cũng có kích thớc lớn và hình dạng phức tạp tơng tự nh chi tiết, giá thành
của các bộ khuôn rất cao (ví dụ nh khuôn dập tai trớc ôtô UAZ cũng lên tới nửa tỉ
đồng), mất nhiều thời gian thiết kế, chế tạo. Nếu chỉ tính toán thiết kế khuôn căn cứ
vào kinh nghiệm thì việc chế tạo khuôn, dập thử, hiệu chỉnh, sửa khuôn sẽ rất mất
thời gian và đôi khi không cho sản phẩm có chất lợng nh mong muốn. Nhng nếu
dựa trên cơ sở mô phỏng số quá trình biến dạng, việc tính toán khuôn dập vỏ ôtô sẽ
đợc tiến hành nhanh chóng, chính xác trên máy tính. Căn cứ vào kết quả mô phỏng
số, ta sẽ xác định đợc qui trình công nghệ tối u nh số lần dập tạo hình, các thông
số của quá trình biến dạng nh lực dập, lực chặn, ma sát và sẽ có đợc kích thớc
hình học, biên dạng của dụng cụ gia công một cách hợp lý.

- 11 -


Hình 1.4 biểu diễn quá trình tính toán thiết kế khuôn và tối u công nghệ dựa
trên mô phỏng số. Đầu tiên, sản phẩm mẫu (chi tiết) sẽ đợc số hoá dới dạng mô
hình 3D. Mô hình số ban đầu là tập hợp của nhiều điểm trong không gian hoặc có

thể là mô hình lới. Sau đó mô hình sẽ đợc dựng ở dạng mặt. Đây sẽ là mô hình cơ
sở cho việc thiết kế mô hình hình học của khuôn (chày, cối, chặn) và phôi nh trên
hình 1.5.

Hình 1.4 Tính toán thiết kế khuôn dập vỏ ô tô dựa trên mô phỏng số
Sau khi có mô hình hình học của cả bài toán bao gồm mô hình chày, cối, tấm
chặn, phôi, ta sẽ tiến hành mô phỏng số bao gồm các bớc:
-

Xây dựng mô hình thuộc tính biến dạng của phôi và dụng cụ gia công.

-

Chia lới phần tử cho mô hình bài toán.

-

Thiết lập mô hình tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ gia công.

-

Xây dựng mô hình điều kiện biên của bài toán nh ràng buộc chuyển vị, lực,
nhiệt độ...

-

Giải bài toán nhờ tính toán phần tử hữu hạn.

Hình 1.5 Mô hình bài toán dập tạo hình bao gồm mô hình khuôn và phôi

- 12 -


Tối u hoá công nghệ bằng mô phỏng số đợc thực hiện với sự trợ giúp của
các phần mềm nh ANSYS, MARC, ABAQUS, LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS,
PAM-STAMP, DEFORM Kết quả mô phỏng là các hình ảnh trực quan về trờng
phân bố ứng suất, biến dạng, tốc độ biến dạng, chuyển vị... nh trên hình 1.6. Thông
qua các kết quả này ta có thể đánh giá chính xác cả quá trình tạo hình, nhng khuyết
tật nh nhăn, rách, vị trí xảy ra khuyết tật trên phôi. Tại các vị trí biến dạng lớn
(mầu đỏ trên biểu đồ hình 1.6 b và c), vật liệu tấm bị biến mỏng mãnh liệt (có thể
lên đến 50%), tại đó ứng suất tập trung rất lớn và tạo ra các vùng nguy hiểm có thể
gây rách sản phẩm. Tại các vị trí trên mặt vành phôi xuất hiện sự tăng và có thể gây
nên hiện tợng nhăn.

a)

b)

c)

Hình 1.6 Kết quả mô phỏng số quá trình dập tạo hình chi tiết tai trớc xe con
a) Lới biến dạng b) Phân bố biến dạng trên phôi c) Vị trí nguy hiểm

Hình 1.7 Sản phẩm dập chi tiết tai trớc xe con

- 13 -


Qua quá trình mô phỏng, ta không chỉ có đợc các kết quả để đánh giá một
quá trình tạo hình vật liệu mà một u điểm khác nữa của quá trình mô phỏng số là ta

có thể thay đổi đợc điều kiện biên ảnh hởng trực tiếp đến quá trình biến dạng của
phôi nh vật liệu, lực ép, lực chặn, điều kiện bôi trơn hay hình dạng hình học của
khuôn, kết cấu khuôn. Các yếu tố ảnh hởng trực tiếp này đôi khi khảo sát thực tế
rất khó khăn vì chúng phụ thuộc vào mức độ biến dạng hay hành trình chày dập.
Nhng với việc mô phỏng số hoàn toàn có thể giải quyết đợc vấn đề khó khăn này.
Qua đó, ta có thể chọn ra điều kiện tốt nhất cho quá trình biến dạng và cố gắng tạo
ra các điều kiện mô phỏng số giống nh trong môi trờng thực tế.
Sau khi chọn đợc phơng án công nghệ phù hợp thì bớc tiếp theo là chế tạo
sản phẩm mẫu và kiểm chứng độ chính xác của sản phẩm mẫu so với thiết kế. Nếu
chất lợng đạt yêu cầu (sản phẩm dập thử trên hình 1.7) thì có thể cho sản xuất loạt
lớn, nếu còn có nhng sai sót ta có thể thay đổi điều kiện biên nh lực chặn, tốc độ
biến dạng hay ma sát để đạt đợc kết quả tốt hơn. Nhng chắc chắn sự thay đổi này
không lớn, bởi kết quả mô phỏng đã đánh giá một cách kỹ lỡng. Trong suốt thời
gian sản xuất loạt, ta vẫn phải kiểm tra lại, đánh giá sản phẩm để đảm bảo độ chính
xác và đánh giá ảnh hởng của các thông số công nghệ.
Khuôn dập tạo hình có biên dạng thờng rất phức tạp, phụ thuộc vào hình
dạng của sản phẩm, nên việc gia công khuôn phải đợc tiến hành trên các thiết bị
gia công hiện đại nh máy phay điều khiển CNC, gia công tia lửa điện, gia công
khuôn bằng tia laze, thiết bị gia công có kết cấu HEXAPOD, các thiết bị này có thể
gia công những lòng khuôn hết sức phức tạp với chất lợng và năng suất cao hơn.
Hơn thế nữa, công nghệ xử lý bề mặt khuôn cũng có các bớc tiến về kỹ thuật ngoài
những phơng pháp nhiệt luyện thông thờng nh thấm cacbon, nitơ để tăng độ bền,
ngày nay còn dùng công nghệ phủ để tạo ra bề mặt, laser hoá bề mặt có chất lợng
cao hơn hẳn, đồng thời có thể tạo ra các bề mặt ma sát hợp lý cho quá trình tạo hình
sản phẩm.
Tóm lại, nghiên cứu thiết kế khuôn dập các chi tiết lớn, hình dạng phức tạp
nh vỏ ôtô dựa trên mô phỏng số quá trình biến dạng cho phép giảm thiểu thời gian

- 14 -

thiết kế, chỉnh sửa khuôn mẫu, nhanh chóng thay đổi mẫu mã sản phẩm, đồng thời
giảm thiểu các chi phí cho chế tạo và dập thử. Thông qua mô phỏng số, ngời kỹ s
nhanh chóng tối u các thông số công nghệ và khuôn mẫu sao cho tránh đợc các
khuyết tật nh nhăn, rách sản phẩm, đồng thời tạo ra công nghệ hợp lý nhất vừa tiết
kiệm nhng vẫn đảm bảo đợc chất lợng sản phẩm. Các phơng án công nghệ,
điều kiển các thông số công nghệ ảnh hởng tới quá trình tạo hình hoàn toàn có thể
thực hiện trong thực tế nh việc xử lý bôi trơn đã tạo điều kiện cho việc kéo kim loại
vào lòng cối tránh đợc các khuyết tật, nâng cao năng suất và tuổi thọ khuôn lên rất
nhiều. Hơn thế nữa, các phơng pháp chặn tiến bộ nh chặn bằng gân vuốt, chặn toạ
độ, bề mặt có lực ma sát thay đổi cho phép thay đổi lực chặn liên tục trong quá trình
tạo hình phù hợp với hành trình chày dập vuốt đã đem lại hiệu quả thiết thực hạn chế
tới mức thấp nhất các khuyết tật hay gặp là nhăn hay rách và góp phần nâng cao chất
lợng sản phẩm dập.

1.3 Các yếu tố ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm dập vuốt
Khi nghiên cứu sự sai hỏng sản phẩm dập tấm có thể dễ dàng nhận thấy các
dạng phế phẩm sau đây:
-

Sản phẩm dập bị nhăn trên vành (hình 1.8)

-

Sản phẩm bị rách (hình 1.8)

-

Chiều cao sản phẩm không đồng đều (hình 1.9)

-

Bề mặt chi tiết bị cào xớc

-

Sản phẩm không đạt kích thớc chính xác do đàn hồi lại (hình 1.10)
Các dạng hỏng hóc của sản phẩm này có liên quan trực tiếp tới việc thiết kế

qui trình công nghệ, khuôn, chế tạo khuôn, vật liệu phôi và đặc biệt nhất là các
thông số công nghệ.
Hiện tợng rách phôi nh trên hình 1.8a xảy ra có thể do nhiều nguyên nhân
mà trong đó chủ yếu là do: mức độ biến dạng vợt quá mức độ biến dạng tới hạn,

- 15 -


lực chặn phôi quá lớn, góc lợn cối nhỏ... Để hạn chế mức độ biến dạng quá lớn, có
thể chọn hệ số dập vuốt phù hợp hay chia thành các nhiều nguyên công trung gian.
Góc lợn của cối cũng hoàn toàn có thể điều chỉnh đợc, thay đổi góc lợn phù hợp
hơn. Nhng lực chặn phôi là một thông số công nghệ rất quan trọng bởi nếu điều
chỉnh lực chặn phôi không đủ thì phôi lại có hiện tợng nhăn trên phần vành nh
hình 1.8b. Đối với việc dập vuốt các chi tiết có hình dạng phức tạp, nếu không điều
khiển lực chặn hợp lý thì sẽ không thể tìm ra một giá trị lực chặn nào thích hợp vì
trên sản phẩm đồng thời xuất hiện cả nhăn lẫn rách. Trong những trờng hợp nh
vậy buộc phải có những phơng pháp đặc biệt nh chặn theo vị trí và lực chặn thay
đổi.

a) Chi tiết bị rách ở đáy
b) Chi tiết bị nhăn trên bề mặt vành

Hình 1.8 Chi tiết bị rách và nhăn khi dập vuốt
Hiện tợng chiều cao của sản phẩm dập vuốt không đồng đều nh trên hình
1.9 rất hay xảy ra do vật liệu tấm không đồng nhất và đẳng hớng. Tính dị hớng
ban đầu của các tấm cán nguội (từ đó cắt thành các tấm phôi) sẽ tạo thành các thớ.
Trong quá trình biến dạng, các hạt kim loại và tạp chất phi kim loại có dạng bị kéo
dài, do đó tạo thành cấu trúc dạng chuỗi đợc xác định trớc bởi tính dị hớng của
kim loại. Tính dị hớng của tấm cán sẽ làm cho biến dạng theo các hớng khác nhau
là không giống nhau, có thể làm cho phôi theo hớng này dễ dàng bị kéo dài ra, còn
theo hớng khác lại rất khó biến dạng. Sự biến dạng không đồng đều này sẽ làm cho
quá trình công nghệ dài hơn, tốn kém hơn, bởi ta phải thêm một nguyên công cắt
mép một lợng H. Khi tính toán phôi dập vuốt ta phải thêm vào kích thớc theo
các phơng một lợng d hợp lý. Nhng điều này sẽ làm cho bề mặt tiếp xúc giữa

- 16 -


phôi và mặt vành cối thay đổi, hệ số dập vuốt thay đổi và làm cho lực chặn cũng
thay đổi theo.

Hình 1.9 Sản phẩm có chiều cao không đồng đều
Để giảm sự ảnh hởng của tính dị hớng kim loại đến sự không đều chiều
cao chi tiết khi dập vuốt, ngoài việc sử dụng phôi có hình dạng phức tạp (bởi phải
tính đến mức độ biến dạng theo các phơng khác nhau), ngời ta còn sử dụng cối
với mép lợn có độ cong thay đổi (dọc theo đờng bao của lỗ cối) hoặc nung nóng
không đều phần vành phôi, hoặc thay đổi áp lực chặn theo đờng bao của cối ...
Hiện tợng bề mặt sản phẩm bị cào xớc, không nhẵn là do ma sát giữa bề
mặt phôi và phần vằnh chặn, góc lợn cối quá lớn, cũng có thể do lực chặn phôi trên
phần vành lớn. Hiện tợng này không những làm giảm chất lợng của sản phẩm dập
mà còn gây ra phế phẩm nếu ta dập nhng vật liệu tấm có lớp sơn, mạ bảo vệ trên bề
mặt, bởi các lớp phủ trên bề mặt sẽ bị cào xớc và phá huỷ. Để giảm hiện tợng này

ta có thể giảm ma sát bằng cách bôi trơn hoặc có thể tạo ra lực chặn phôi hợp lý.

- 17 -


Hình 1.10 Sản phẩm bị đàn hồi lại
Một trong những hiện tợng thờng xuyên xảy ra đối với các quá trình uốn
tấm, dập các chi tiết có bán kính cong lớn, đặc biệt là tấm mỏng, đó là đàn hồi lại.
Hiện tợng này có nghĩa là sau khi biến dạng, phôi bị đàn hồi lại và làm cho các góc
bị sai lệch (lớn hơn) so với góc sản phẩm tính toán ban đầu (hình 1.10). Để giảm
hiện tợng đàn hồi lại, có thể tính toán góc thực tế nhỏ hơn, làm cho vật liệu phôi
vừa bị biến dạng theo phơng này là kéo thì lại biến dạng nén ngay theo phơng đó
hoặc ngợc lại. Trong nhiều trờng hợp ngời ta có thể dử dụng công nghệ chặn có
gân vuốt.

1.4 Mục đích, ý nghĩa của luận văn
Trong phần trình bày tóm tắt về các yếu tố ảnh hởng đến quá trình dập vuốt
và trực tiếp ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm ở mục trớc, có thể nhận thấy có ba
yếu tố chính đó là:

- 18 -


Vật liệu phôi tấm: các thông số vật liệu, đờng cong chảy, vật liệu có khuyết
tật, không đồng nhất, tính dị hớng của vật liệu tấm, chiều dày vật liệu, biên
dạng phôi, trạng thái bề mặt phôi....
Hình dạng, kết cấu, kích thớc hình học của khuôn mẫu: kích thớc chày,
góc lợn mép cối, khe hở chày cối, hình dạng bề mặt chặn, kích thớc vành
chặn
Thông số công nghệ: mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, lực dập vuốt, lực

chặn, ma sát giữa dụng cụ gia công và vật liệu, trạng thái bề mặt dụng cụ gia
công
Ngoài ra còn các nguyên nhân khác nh thiết bị không chính xác, gá đặt
không chính xác... Tuy nhiên các yếu tố này có thể dễ dàng khắc phục.
Cho đến nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu đã công bố các kết quả về
ảnh hởng của các thông số công nghệ tới quá trình dập vuốt mà đặc biệt là ảnh
hởng của lực chặn phôi. Đa phần các chi tiết dập tấm đều có biên dạng rất phức
tạp, lực chặn cần thiết trong quá trình dập không phải là một hằng số, chúng biến
thiên theo hành trình dập và theo vị trí chặn. Nếu chỉ sử dụng các hệ thống chặn
cứng nh hiện tại ở Việt Nam sẽ không đáp ứng đợc yêu cầu về chất lợng sản
phẩm dập đối với các chi tiết phức tạp nh vỏ máy, vỏ két chứa hay vỏ ô tô. Các vấn
đề về lực chặn phôi, ảnh hởng của lực chặn phôi và điều khiển lực chặn phôi ở
trong nớc hoàn toàn cha đợc nghiên cứu một cách cụ thể để có thể ứng dụng vào
thực tiễn công nghiệp. Nếu điều khiển đợc lực chặn, ta hoàn toàn có thể điều khiển
đợc sự chảy của kim loại vào cối, có nghĩa là việc vuốt kim loại vào cối đợc đồng
đều hơn. Do đó, có thể khắc phục đợc ảnh hởng của vật liệu nh tính dự hớng
hay kích thớc của dụng cụ gia công nh góc lợn mép cối. Chính vì vậy, nội dung
chính của luận văn sẽ tập chung vào các vấn đề sau:
Nghiên cứu ảnh hởng của lực chặn trong quá trình dập tạo hình các chi tiết
tấm (có hình dạng đơn giản và phức tạp)
Khảo sát các phơng pháp điều khiển lực chặn phù hợp với công nghệ dập
vuốt

- 19 -


Nghiên cứu phơng pháp theo vị trí trên bề mặt tiếp xúc giữa phôi và tấm
chặn nhờ hệ thống các xy lanh đợc lắp trực tiếp trên khuôn
Nghiên cứu ứng dụng phần mềm DynaForm để mô phỏng quá trình biến
dạng của vật liệu dới các điều kiện chặn khác nhau

Xác định lực chặn theo vị trí hợp lý nhờ mô phỏng số.

- 20 -


Chơng 2.
Nghiên cứu ảnh hởng của lực chặn
Tới quá trình dập vuốt
2.1 ảnh hởng của lực chặn trong quá trình dập vuốt
Dập vuốt là một nguyên công nhằm biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng để
tạo ra các chi tiết rỗng có hình dạng và kích thớc cần thiết. Khi nghiên cứu một quá
trình dập vuốt chi tiết cốc nh hình 2.1, ta thấy dập vuốt đợc tiến hành trên khuôn
bao gồm các bộ phận làm việc nh: cối có mép làm việc đợc lợn tròn, chày dập
vuốt và tấm chặn vật liệu. Khi dập các chi tiết có chiều dày tơng đối s/D lớn thì
khuôn dập vuốt thì có thể không cần dùng tấm chặn. Giữa chày và cối dập vuốt có
một khe hở z, trị số khe hở z tuỳ thuộc vào phơng pháp dập. Khi dập vuốt không có
chặn, ngoại lực đợc truyền qua chày, tác dụng vào phần đáy của chi tiết dập vuốt
còn phần vành của phôi vẫn đợc tự do và không chịu tác dụng của ngoại lực. Phôi
phẳng nằm trên vành cối đợc vuốt qua góc lợn cối và tạo thành chi tiết dạng cốc.
Chiều sâu của chi tiết phụ thuộc vào hành trình chày đi xuống, tuy vậy, chiều sâu
không thể quá lớn so với đờng kính cốc để đảm bảo ứng suất trong vật liệu không
vợt quá ứng suất phá huỷ gây rách vật liệu.

Hình 2.1 Sơ đồ dập vuốt chi tiết cốc
Khi dập vuốt không có chặn, phần phôi trên bề mặt vành cối sẽ không bị liên
tục ép vào vành cối mà có xu hớng bị uốn cong lên và bị mất ổn định. Dập vuốt
phôi trong trờng hợp không dùng chặn chỉ thực hiện khi chiều dày tơng đối của

- 21 -