Nghiên cứu đánh giá và cải thiện chất lượng cho chi tiết dạng tấm và ứng dụng trong sản phẩm gia dụng công nghiệp

HỌ VÀ TÊN: ĐOÀN BÙI DUY TOÀN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Đoàn Bùi Duy Tồn

CHUN NGÀNH KỸ THUẬT
CƠ KHÍ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG CHO
CHI TIẾT DẠNG TẤM VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN PHẨM
GIA DỤNG CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ

KHỐ 2017A
Hà Nội – Năm 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Đoàn Bùi Duy Toàn

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG CHO CHI
TIẾT DẠNG TẤM VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN PHẨM GIA DỤNG
CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS Nguyễn Đức Toàn

Hà Nội – Năm 2019


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan

4

Danh mục các hình vẽ đồ thị

5

Lời mở đầu

7

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ DẬP TẤM VÀ LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG
DẺO CỦA KIM LOẠI

8

1.1/ Lý do chọn đề tài

8

1.2/ Tổng quan về tầm ảnh hưởng của công nghệ đến thực tiễn

9

1.2.1/ Sự phát triển của ngành gia công áp lực (GCAL)

9

1.2.2/ Ứng dụng của CAD/CAM/CIM trong các khâu sản xuất

10

1.2.3/ Phân loại

10

1.2.4/ Ưu, nhược điểm của công nghệ gia công áp lực

13

1.2.5/ Thiết bị gia công áp lực

13

1.3/ Công nghệ dập tạo hình tấm

15

1.3.1/ Khái niệm

15

1.3.2/ Phân loại

16

1.3.3/ Lĩnh vực ứng dụng và các thiết bị dùng trong công nghệ
dập tấm
1.3.3.1/ Lĩnh vực ứng dụng

16
16

1.3.3.2/ Các thiết bị dùng trong cơng nghệ dập tạo hình
kim loại tấm
1.3.4/ Các ngun cơng chính

17
18

1.3.4.1/ Ngun cơng cắt hình và đột lỗ

19

1.3.4.2/ Ngun công uốn tấm

20

1.3.4.3/ Nguyên công dập vuốt (Dập sâu)

21

1.3.4.4/ Các nguyên công khác

22

1.4/ Lý thuyết biến dạng dẻo của kim loại

23

1.4.1/ Cơ sở vật lý của quá trình biến dạng
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

23
Khóa: CTM2017A

1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Tồn

1.4.2/ Hóa bền biến dạng

25

1.4.3/ Các q trình kích hoạt nhiệt

26

1.4.4/ Ứng suất chảy và đường cong chảy

28

1.5/ Cơ học quá trình biến dạng

29

1.5.1/ Ứng suất

29

1.5.2/ Biến dạng

30

1.5.3/ Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

31

1.5.4/ Điều kiện dẻo

32

1.5.5/ Những nguyên tắc, định luật trong biến dạng dẻo

33

1.6/ Kết luận chương 1

34

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA FEM VÀ TỔNG QUAN VỀ
PHẦN MỀM ABAQUS
2.1/ Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

35
35

2.1.1/ Giới thiệu

35

2.1.2/ Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

36

2.1.3/ Các bước tổng quát giải bài toán bằng FEM

36

2.2/ Giới thiệu về ABAQUS và xây dựng mơ hình bài tốn trong ABAQUS

38

2.2.1/ Giới thiệu về ABAQUS

38

2.2.2/ Các bước xây dựng bài toán trong ABAQUS/CAE

39

2.3/ Kết luận chương 2

45

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG CHO CHI
TIẾT CHẬU RỬA INOX

46

3.1/ Giới thiệu chi tiết chậu rửa inox

46

3.2/ Phương án công nghệ chế tạo chậu rửa inox

47

3.3/ Thiết lập các điều kiện biên

49

3.3.1/ Thông số vật liệu

49

3.3.2/ Xác định kích thước, biên dạng phơi

51

3.3.3/ Tính tốn các thơng số cơng nghệ

52

HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

3.3.3.1/ Nguyên công cắt phôi

52

3.3.3.2/ Nguyên công dập vuốt

52

3.3.3.3/ Nguyên công cắt mép

54

3.4/ Mơ phỏng và tối ưu hóa

54

3.4.1/ Biểu đồ FLD – Forming Limit Diagram

54

3.4.2/ Mô phỏng

59

3.4.3/ Mảng trực giao Taguchi

72

3.5/ Kết luận chương 3

73

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CHO TẠO HÌNH SẢN PHẨM KHAY THUỐC
Y TẾ

74

4.1/ Giới thiệu chi tiết khay thuốc y tế

74

4.2/ Phương án công nghệ chế tạo khay thuốc y tế

75

4.3/ Thiết lập các điều kiện biên

77

4.3.1/ Thông số vật liệu

77

4.3.2/ Xác định kích thước, biên dạng phơi

79

4.3.3/ Tính tốn các thơng số cơng nghệ

80

4.3.3.1/ Ngun cơng cắt phôi

80

4.3.3.2/ Nguyên công dập vuốt

80

4.3.3.3/ Nguyên công cắt mép

82

4.4/ Mô phỏng và tối ưu hóa

82

4.4.1/ Mơ phỏng

82

4.4.2/ Mảng trực giao Taguchi

94

4.5/ Kết luận chương 4

95

KẾT LUẬN

96

TÀI LIỆU THAM KHẢO

98

HVTH: Đoàn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

LỜI CAM ĐOAN

Tơi tên là Đồn Bùi Duy Tồn, học viên lớp Cao học 17ACTM. Sau hai năm
học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ
của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp PGS. TS. Nguyễn Đức Tồn, tơi đã đi đến cuối
chặng đường để kết thúc khóa học.
Tơi đã quyết dịnh chọn đề tài tốt nghiệp là: " NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ
VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG CHO CHI TIẾT DẠNG TẤM VÀ ỨNG DỤNG
TRONG SẢN PHẨM GIA DỤNG CÔNG NGHIỆP ". Tơi xin cam đoan đây là
cơng trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn
Đức Toàn và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê. Tơi khơng sao chép cơng
trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào. Nếu có tơi xin chịu hồn tồn
trách nhiệm.
Người cam đoan

Đồn Bùi Duy Tồn

HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Phương pháp cán kim loại
Hình 1.2: Cơng nghệ kéo kim loại
Hình 1.3: Cơng nghệ ép kim loại
Hình 1.4: Sơ đồ rèn tự do
Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu một bộ khuôn dập thể tích
Hình 1.6: Một số loại máy búa điển hình trong cơng nghệ tạo hình
Hình 1.7: Một số loại máy ép thủy lực
Hình 1.8: Một số máy ép cơ khí điển hình.
Hình 1.9: Sơ đồ cơng nghệ dập tấm
Hình 1.10: Ứng dụng trong thực tế
Hình 1.11: Bộ khn dập tấm
Hình 1.12: Một số loại máy ép cơ khí
Hình 1.14: Ứng dụng đột lỗ
Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý đột lỗ
Hình 1.16: Ứng dụng uốn tấm
Hình 1.17: Sơ đồ nguyên lý uốn tấm.
Hình 1.18: Nguyên lý dập vuốt
Hình 1.19: Quá trình biến dạng đàn hồi

Hình 1.21: Trượt song tinh
Hình 1.22: Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng
Hình 1.23: Độ chính xác của sản phẩm
Bảng 1.1: Nhiệt độ kết tinh lại của một sơ vật liệu
Hình 1.24: Biểu đồ thép C15
Hình 1.25: Nội lực và ứng suất trong vật thể
Hình 1.26: Sơ đồ chảy hướng kính kim loại khi chồn
Hình 2.1: Giao diện ABAQUS/CAE
Hình 2.2: Các module làm việc của khối ABAQUS/CAE
Hình 2.3: Thao tác nhập file đã xây dựng thơng qua phần mềm khác
Hình 2.4: Thao tác trong Assembly
Hình 2.5: Thiết lập bước tính tốn
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Tồn

Hình 2.6: Đặt tải trọng tác dụng
Hình 3.1 a,b,c: Một số mẫu mã chậu rửa inox ngồi thị trường
Hình 3.2: Mơ hình 3D của sản phẩm được thiết kế
Bảng 3.1: Các nguyên cơng trong quy trình cơng nghệ
Hình 3.3: Kích thước sơ bộ sản phẩm được thiết kế
Hình 3.4 Biên dạng phơi ban đầu
Hình 3.5: Kích thước phơi ban đầu

Hình 3.6: Cách tính biến dạng chính và phụ
Hình 3.7: Các mẫu thử sau thí nghiệm
Hình 3.8: Hình dạng tiêu biểu của biểu đồ FLD
Hình 3.9: Biến dạng tại các vị trí khác nhau trên sản phẩm
Hình 3.10: Xây dựng đường biểu đồ FLD dựa trên biến dạng trên sản phẩm
Hình 3.11: Biểu đồ FLD
Hình 3.12: Biểu đồ giới hạn biến dạng và các vùng đặc trưng khác nhau
Hình 3.13: Mơ hình dập vuốt chậu rửa inox trên phần mềm ABAQUS
Bảng 3.2: Các hệ số và cấp độ của chúng trong mô phỏng
Bảng 3.3: Bảng trực giao Taguchi
Hình 3.14 – 3.22: Kết quả mô phỏng FLD, STH các phương án
Bảng 3.4: Kết quả mô phỏng theo mảng trực giao Taguchi
Bảng 3.5: Kết quả thu được sau tính tốn
Hình 4.1: Một số mẫu khay thuốc inox thơng dụng.
Hình 4.2: Mơ hình 3D của sản phẩm được thiết kế
Bảng 4.1: Các nguyên công trong quy trình cơng nghệ
Hình 4.3: Kích thước sơ bộ sản phẩm được thiết kế
Hình 4.4: Biên dạng phơi ban đầu
Hình 4.5: Kích thước phơi ban đầu
Hình 4.6: Mơ hình dập vuốt khay thuốc y tế trên phần mềm ABAQUS
Bảng 4.2: Các hệ số và cấp độ trong mô phỏng.
Bảng 4.3: Bảng trực giao Taguchi
Hình 4.7 – 4.15: Kết quả mơ phỏng FLD, STH các phương án
Bảng 4.5: Kết quả thu được sau tính tốn.
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

6

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, trên thế giới, để phát triển đất nước trên mọi lĩnh vực: Kinh tế, quốc
phòng, y tế, giáo dục… Các quốc gia đã và đang áp dụng nhiều loại hình cơng nghệ
khác nhau. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học cơng nghệ địi hỏi các sản
phẩm phải có chất lượng cao và giá thành hạ thì công nghệ gia công áp lực ngày
càng khẳng định được tầm quan trọng của mình do có nhiều ưu việt so với các công
nghệ khác.
Gia công kim loại bằng áp lực là một lĩnh vực cơ bản trong sản xuất cơ khí.
Cơng nghệ gia cơng áp lực cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dáng và kích
thước phức tạp đồng thời đảm bảo chất lượng về cơ tính, năng suất và giá thành hạ.
Đề tài: “NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG CHO
CHI TIẾT DẠNG TẤM VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN PHẨM GIA DỤNG
CÔNG NGHIỆP” là một đề tài có tính ứng dụng thực tế cao và có thể ứng dụng
vào các q trình sản xuất hiện nay.
Để có được kết quả ngày hơm nay, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ
bảo nhiệt tình của các thầy cơ trong bộ mơn Gia Cơng Vật Liệu Và Dụng Cụ Công
Nghiệp. Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tâm của giảng viên hướng dẫn PGS.
TS.Nguyễn Đức Tồn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ !
Hà Nội, /12/2018
Học viên

Đoàn Bùi Duy Toàn

HVTH: Đoàn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ DẬP TẤM VÀ LÝ THUYẾT
BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI

1.1/ Lý do chọn đề tài.
Ngày nay, chúng ta có thể thấy được mức độ phổ biến, thơng dụng của các sản
phẩm dập tấm trong công nghiệp cũng như gia dụng. Nhìn chung, tùy theo đặc tính
hay mục đích sử dụng của chi tiết, sản phẩm mà người thiết kế hướng tới mà có
những cách vận dụng, tính tốn khác nhau, đảm bảo độ bền cũng như giá thành hợp
lý. Với mục tiêu đó, em lựa chọn đề tài : “NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ CẢI
THIỆN CHẤT LƯỢNG CHO CHI TIẾT DẠNG TẤM VÀ ỨNG DỤNG TRONG
SẢN PHẨM GIA DỤNG CƠNG NGHIỆP” với mong muốn tìm hiểu về cơng nghệ
dập tấm cũng như các cách tính tốn, dự đốn trước những khả năng, hiện tượng
xảy ra với sản phẩm, chi tiết của q trình cơng nghệ nói trên.
Trong q trình sản xuất khn đa phần sử dụng phương pháp thủ cơng đó là
thiết kế và chế tạo xong rồi mới thực hiện dập thử để tìm ra thơng số tối ưu nhất cho
khn để sản phẩm đạt cơ tính cao nhất. Ngày nay nhờ sự phát triển của công nghệ
thơng tin đã có thể rút ngắn được q trình thử nghiệm đi rất nhiều nhờ vào những
phần mềm chuyên dùng cho từng ngành khác nhau như:
− Khuôn nhựa: 3Dtimon, Planet, Moldflow, Simpoemold.

− Khuôn dập khối: Deform, Matlab, Abaqus, ……
− Khuôn dập tấm: Autoform, Dynaform, Ansys, Abaqus ……
− Khuôn đúc áp lực: Magmasoft, Procast, Adstefa, Capcast, PamCast.
a/ Mục đích nghiên cứu:
Nhằm tìm hiểu, đi sâu một phần nào vào việc ứng dụng các phương pháp
phần tử hữu hạn hay các cơng cụ thiết kế, tính tốn tiên tiến giúp dự đốn được các
kết quả sơ bộ của q trình sản xuất thực tiễn, tiết kiệm được thời gian cũng như chi
phí kiểm thử thực tế.
b/ Đối tượng nghiên cứu:
Biến dạng dẻo của kim loại tấm trong q trình gia cơng, các hiện tượng xảy
ra đối với chi tiết trên các phần mềm mơ phỏng, tính tốn.
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

c/ Phạm vi nghiên cứu:
Sử dụng phần mềm mô phỏng số dự đoán trước hiện tượng xảy đến với chi
tiết, đưa ra các phương án tối ưu, cải thiện trong tương lai.
d/ Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu thị trường và nhu cầu tiêu dùng đề suất ý tưởng, với sự giúp đỡ
nhiệt tình của thầy hướng dẫn và những kiến thức có được qua các kỳ học ở trường
cũng như sưu tầm các tài liệu liên quan. Sử dụng các phần mềm mô phỏng số
chuyên dùng để điều chỉnh các thông số phù hợp, chọn phương án tối ưu cho quá

trình gia công thực tế.
e/ Ý nghĩa của đề tài:
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu các thông số công nghệ, ứng dụng phần mềm
mơ phỏng số trong q trình dập tạo hình kim loại tấm, đưa ra dự báo về khả năng
tạo hình, tìm được các phương án tối ưu và hướng khắc phục những sai hỏng có thể
xảy ra trong quá trình gia cơng.
Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả được ứng dụng trực
tiếp trong thiết kế chế tạo đồ dùng gia dụng tạo ra các sản phẩm đa dạng về mẫu mã
và chủng loại.
1.2/ Tổng quan về tầm ảnh hưởng của công nghệ đến thực tiễn
1.2.1/ Sự phát triển của ngành gia công áp lực (GCAL)
Cơng nghệ gia cơng áp lực có từ rất lâu đời, nhưng mãi đến vài thế kỷ nay
mới được phát triển nhờ sự phát triển của lý thuyết biến dạng dẻo và gia công áp lực
dựa trên cơ sở cơ học môi trường liên tục, cơ học vật rắn biến dạng lý thuyết dẻo,
kim loại vật lý, đại số tuyến tính. Các thành tựu kỹ thuật mơ phỏng cho lý thuyết và
công nghệ gia công áp lực là một sức mạnh mới, ta có thể tối ưu, sử dụng hết khả
năng biến dạng của vật liệu, tận dụng nguồn năng lượng quan trọng nhất là kỹ thuật
mô phỏng vào ngành gia công áp lực giải quyết công nghệ tạo hình mà khơng cần
chế thử, giai đoạn tốn phí tiền để chế tạo khn thử nghiệm và chi phí ngun vật
liệu thử nghiệm.
Phương pháp công nghệ gia công bằng áp lực hay cơng nghệ biến dạng tạo
hình là một phương pháp công nghệ, vừa là công nghệ chuẩn bị tạo phơi cho cơng
nghệ cơ khí vừa là cơng nghệ tạo hình sản phẩm cuối cùng, khơng những cho phép
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

9

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

tạo ra hình dáng kích thước sản phẩm mà cịn cho sản phẩm kim loại chất lượng cao
về tính cơ- lý- hóa, tiết kiệm nguyên vật liệu và cho năng suất lao động cao, từ đó
hạ giá thành sản phẩm. Là cơng nghệ duy nhất cùng một lúc biến đổi hình dáng kích
thước và tổ chức kim loại, nên chúng được sử dụng khi yêu cầu chất lượng sản
phẩm cao. Trong điều kiện biến dạng và xử lý nhiệt nhất định, tổ chức kim loại thay
đổi: phá bỏ tổ chức đúc, tạo tổ chức thớ, làm nhỏ hạt tinh thể, phá vỡ và làm phân
tán các tạp chất ... nhờ đó làm tăng tính bền, độ dai va đập, khả năng chịu mỏi, chịu
va đập, tăng tuổi thọ sản phẩm. Sản phẩm của công nghệ rất đa dạng, gia công
nhiều loại vật liệu, có thể tạo ra trạng thái siêu dẻo, gia cơng biến dạng lớn hoặc gia
cơng các vật liệu khó biến dạng. Công nghệ gia công kim loại bằng áp lực là thước
đo trình độ phát triển của một nền công nghiệp quốc gia.
Các công nghệ gia công áp lực kinh điển như: cán – kéo – ép – nén – rèn –
dập, chiếm 80% tổng sản lượng kim loại và hợp kim, đang tiếp tục hồn thiện cơng
nghệ, đảm bảo năng suất chất lượng của sản phẩm. Ngành gia cơng áp lực cịn mở
ra một số hướng phát triển mới và phương pháp công nghệ mới.
1.2.2/ Ứng dụng của CAD/CAM/CIM trong các khâu sản xuất
Ứng dụng công nghệ thông tin để tiến hành thiết kế công nghệ, thiết bị và
khuôn. Nhờ sự trợ giúp của các phần mềm cơ khí chế tạo máy và các phần mềm
chuyên dùng để thiết kế biến dạng tạo hình đã thiết kế nhanh chóng các bộ khn
dập phức tạp, có thể nhanh chóng thay đổi kết cấu, mẫu mã, năng suất tăng hàng
trăm lần. Trước đây, mỗi sản phẩm mới đều phải qua khâu sản xuất thử, phải thiết
kế chế tạo khuôn, gia cơng thử, sau đó dập thử và kiểm tra cịn chỉnh sửa khuôn và
chế tạo lại khuôn. Ngày nay, ứng dụng phần mềm thiết kế và mơ phỏng có khả năng
kiểm tra đánh giá độ chính xác về hình dáng kích thước, về độ bền, độ tin cậy của
cơng nghệ và khuôn, thay cho việc sản suất thử tốn kém và mất nhiều thời gian.
Hiện nay, nhiều máy điều khiển theo chương trình số CNC đang được sử

dụng để gia công các khuôn mẫu dùng trong GCAL, nhờ các thiết bị này công việc
gia công bề mặt phức tạp được xử lý nhanh chóng, chính xác. Đã có các chương
trình liên kết sau khi xử lý xong, có thể mã hóa, chuyển sang máy gia cơng CNC,
khơng cần giai đoạn lập trình riêng. Vì vậy, đã liên kết khâu thiết kế và chế tạo
khn làm một.
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

10


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

1.2.3/ Phân loại
❖

Phương pháp cán

Phương pháp cán là phương pháp biến dạng kim loại giữa hai trục cán quay
ngược chiều nhau để được sản phẩm cán có tiết diện giống như khe hở giữa hai trục
cán ( lỗ hình ) và có chiều dài khơng hạn chế. (Hình 1.1)

Hình 1.1: Phương pháp cán kim loại
❖

Phương pháp kéo kim loại

Là phương pháp biến dạng dẻo kim loại qua lỗ hình của khn kéo dưới tác
dụng của lực kéo, phôi được vuốt dài ra, giảm diện tích tiết diện ngang, tăng chiều
dài. (Hình 1.2)

Hình 1.2: Công nghệ kéo kim loại
❖

Phương pháp ép kim loại

Là phương pháp chế tạo các sản phẩm kim loại bằng cách đẩy kim loại chứa
trong buồng ép kín hình trụ, dưới tác dụng của chày ép kim loại biến dạng qua lỗ
khn ép có tiết diện giống như tiết diện ngang của chi tiết. (Hình 1.3)

Hình 1.3: Cơng nghệ ép kim loại
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

11


Luận văn tốt nghiệp

❖

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

Phương pháp rèn tự do

Rèn tự do là một phương pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng không bị

khống chế bởi một mặt nào khác ngoài bề mặt tiếp xúc giữa phôi kim loại và dụng
cụ gia công (búa và đế). (Hình 1.4)

Hình 1.4: Sơ đồ rèn tự do
❖

Phương pháp dập thể tích

Dập thể tích là phương pháp gia cơng kim loại bằng áp lực trong đó kim loại
biến dạng trong một không gian hạn chế bởi bề mặt lịng khn. (Hình 1.5)

Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu một bộ khn dập thể tích
❖

Phương pháp dập tấm

Là phương pháp biến dạng dẻo phôi kim loại ở dạng tấm trong khuôn dưới tác
dụng của ngoại lực để tạo thành sản phẩm có hình dạng, kích thước theo u cầu.
Vật liệu dùng trong dập tấm: Thép cácbon, thép hợp kim mềm, đồng và hợp kim
đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken, thiếc, chì vv…và vật liệu phi kim như: giấy
các-tơng, amiăng, da,vv…
❖

Phương pháp dập đặc biệt

HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

12

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

Đặc điểm của phương pháp dập này là sử dụng nguồn chất lỏng cao áp, môi
trường đàn hồi, môi trường điện trường và từ trường để tạo hình chi tiết, như cơng
nghệ dập thủy tĩnh, dập thủy cơ, dập bằng môi trường đàn hồi, dập nổ, dập xung
điện thủy lực, dập xung điện từ trường…. Tuy nhiên, ở Việt Nam thì cơng nghệ dập
đặc biệt còn rất mới và chỉ bước đầu được nghiên cứu trong các phịng thí nghiệm.
1.2.4/ Ưu, nhược điểm của công nghệ gia công áp lực
a./ So với công nghệ đúc
− Ưu điểm:
+ Khử được một số khuyết tật như rỗ khí, rỗ co, làm cho tổ chức kim
loại mịn, cơ tính sản phẩm cao.
+ Có khả năng biến tổ chức hạt của kim loại thành tổ chức thớ, có khả
năng tạo được các tổ chức thớ uốn, xoắn khác nhau làm tăng cơ tính
sản phẩm.
+ Độ bóng, độ chính xác cao hơn các chi tiết đúc.
+ Dễ cơ khí hóa và tự động hóa nên năng suất cao, giá thành hạ.
− Hạn chế:
+ Không gia công được các chi tiết phức tạp.
+ Không rèn dập được các chi tiết quá lớn.
+ Không gia công được các kim loại giịn.
b./ So với phương pháp gia cơng cắt gọt
− Ưu điểm :
+ Năng suất cao, phế liệu ít, giá thành hạ.
+ Rèn, dập là những phương pháp cơ bản để tạo phôi cho gia công cắt
gọt.

− Nhược điểm : Độ bóng, độ chính xác thấp hơn so với gia công cắt gọt.
1.2.5/ Thiết bị gia công áp lực
Ngày nay những thành tựu khoa học, kỹ thuật ngày càng cao, các nước công
nghiệp phát triển đã chế tạo các thiết bị dập tạo hình cỡ lớn và hiện đại, các thiết bị
phục vụ công nghệ gia công bằng áp lực.
Dựa vào cách phân loại theo dấu hiệu động học ta có các loại thiết bị sau :
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

13


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Tồn

Hình 1.6: Một số loại máy búa điển hình trong cơng nghệ tạo hình

Hình 1.7: Một số loại máy ép thủy lực

HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

14


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Tồn

Hình 1.8: Một số máy ép cơ khí điển hình.
1.3/ Cơng nghệ dập tạo hình tấm
1.3.1/ Khái niệm
Cơng nghệ dập tạo hình tấm kim loại là công nghệ tạo ra chi tiết (cụm chi
tiết) có hình dáng và kích thước từ kim loại tấm, bằng cách biến dạng tạo hình phơi
kim loại nhờ các dụng cụ đặc biệt gọi là khuôn dập.
Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội, chiều dày phơi
nhỏ S ≤ 4mm hoặc có thể dập phơi ở trạng thái nóng khi chiều dày vật liệu lớn.
a./ Ưu điểm của sản xuất dập tấm:
− Có thể chế tạo ra chi tiết rất phức tạp mà các phương pháp gia công kim
loại khác không thể tạo ra hoặc rất khó khăn.
− Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn
giản của thiết bị và khn.
− Độ chính xác của các chi tiết dập tương đối cao, đảm bảo lắp lẫn tốt,
không cần gia công cơ.
− Kết cấu chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại
khơng lớn.

HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

15


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

− Tiết kiệm nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hóa và tự động
hóa giúp nâng cao năng suất và hạ giá thành sản phẩm.
− Quá trình thao tác đơn giản.
b./ Nhược điểm của sản xuất dập tấm:
− Đầu tư ban đầu lớn ( khuôn và thiết bị ), do đó chỉ thích hợp với gia cơng
hàng loạt.
− u cầu đội ngũ kỹ sư và công nhân lành nghề có trình độ.
− Tính tốn cơng nghệ phức tạp.
1.3.2/ Phân loại
Dựa vào đặc điểm biến dạng người ta chia thành hai nhóm chính:
− Nhóm các ngun cơng cắt vật liệu: Khi tạo hình các chi tiết, các ngun
cơng của nhóm này thường phải tiến hành biến dạng phá hủy vật liệu,
tức là tách một phần vật liệu này ra khỏi một phần vật liệu khác.
− Nhóm các ngun cơng biến dạng dẻo vật liệu: Tạo hình chi tiết dựa trên
sự biến dạng dẻo của vật liệu và hầu hết các trường hợp đều có sự dịch
chuyển và phân bố loại kim loại.

Hình 1.9: Sơ đồ cơng nghệ dập tấm
1.3.3/ Lĩnh vực ứng dụng và các thiết bị dùng trong công nghệ dập tấm
1.3.3.1/ Lĩnh vực ứng dụng
HVTH: Đoàn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

16


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Tồn

Cơng nghệ này được áp dụng rộng rãi từ công nghiệp quốc phịng, y tế, hóa
chất, xây dựng, giao thơng vận tải, cơ khí chính xác, cho đến ngành dệt may cơng
nghiệp, chế biến thực phẩm, cơ khí tiêu dùng và đặc biệt là trong công nghiệp điệnđiện tử, công nghệ thông tin…

Hình 1.10: Ứng dụng trong thực tế
Sản phẩm vơ cùng đa dạng và phong phú, gần gũi với đời sống con người, từ
xoong, nồi, mâm, chảo, bát, đĩa, muôi, dao, ca, cốc, ấm đun nước, dụng cụ và thiết
bị y tế, đến nồi cơm điện, bếp ga, lị vi sóng, tivi, tủ lạnh, máy giặt, tiền kim loại,
đồng hồ, trang sức phụ nữ…

Hình 1.11: Bộ khn dập tấm
1.3.3.2/ Các thiết bị dùng trong cơng nghệ dập tạo hình kim loại tấm
Để tạo hình kim loại tấm có thể dùng các máy ép cơ khí (chủ yếu là máy ép
trục khuỷu) hay máy ép thuỷ lực. (Hình 1.12)

HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

17


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Tồn

Hình 1.12: Một số loại máy ép cơ khí
1.3.4/ Các ngun cơng chính

− Tạo hình:
+ Nắn: Khắc phục hiện tượng khơng bằng phẳng các bề mặt của
phôi hoặc chi tiết.
+ Dập nổi: Thay đổi hình dáng sản phẩm nhưng khơng thay đổi
chiều dày vật liệu, được thực hiện nhờ các phần lồi và lõm của
bộ phận khuôn.
+ Lên vành: Tạo thành gờ theo đường bao ngoài hoặc đường bao
trong của chi tiết.
+

Cuốn mép: Tạo thành gờ mép có dạng trịn.

+ Tạo hình: Thay đổi hình dáng của phơi đã được dập vuốt sơ bộ
để nhận được chi tiết có hình dáng cuối cùng hoặc kích thước
chính xác hơn.
+

Tóp: Làm giảm tiết diện ngang của một phần chi tiết rỗng hoặc
ống đã được dập vuốt sơ bộ.

+ Giãn rộng (nong): Tăng tiết diện ngang ở một phần chi tiết rỗng
hoặc ống.
+ Tinh chỉnh: Tạo cho chi tiết có hình dáng và kích thước chính
xác hơn.
− Dập ép:
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

18

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

+ Dập nổi mặt: Tạo những hình ảnh lồi lõm trên bề mặt chi tiết, có
sự thay đổi chiều dày vật liệu.
+ Ép chảy nguội: Biến đổi phôi dày thành chi tiết hoặc phôi rỗng
mỏng bằng cách làm chảy dẻo kim loại qua khe hở giữa chày và
cối.
+ Dập dấu: Tạo vết lõm trên bề mặt chi tiết.
− Lắp ghép:
+ Tán: Tạo mối ghép các chi tiết bằng đinh tán.
+

Ép: Tạo ra mối ghép bằng cách lắp có độ dơi.

+ Gắn mép: Ghép các chi tiết bằng cách tạo ra các khóa vòng.
+ Uốn tai: Ghép hai chi tiết bằng cách uốn tai.
+ Uốn mép: Ghép hai hoặc một số chi tiết bằng cách uốn gờ mép.
+ Tóp: Ghép hai chi tiết bằng cách tóp một trong các chi tiết
ghép.
+ Giãn: Ghép hai chi tiết bằng cách giãn rộng một chi tiết ở bên
trong.
1.3.4.1/ Ngun cơng cắt hình và đột lỗ
− Phá băng kim loại tấm thành các tấm nhỏ.
− Cắt chi tiết tấm thành các chi tiết nhỏ.
− Dập cắt tạo chi tiết.
− Dập tạo lỗ trên sản phẩm.

− Cắt vật liệu:
+ Cắt chia: Cắt phôi rỗng, phôi cong hoặc phôi phẳng thành hai
hoặc một vài chi tiết riêng biệt. Áp dụng khi chế tạo những chi
tiết không đối xứng, ban đầu chế tạo thành phơi đối xứng, sau đó
cắt chia.
+ Cắt mép: Cắt bỏ phần thừa theo đường bao ngoài hoặc phần mép
không đều của chi tiết cong hoặc chi tiết đã dập vuốt.

HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

19


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

+ Cắt tinh: Cắt bỏ phần lượng dư rất nhỏ theo đường bao của phơi
hoặc lỗ nhằm mục đích đạt được kích thước và hình dáng chính
xác, bề mặt cắt sạch và vng góc với bề mặt chi tiết.

Hình 1.14: Ứng dụng đột lỗ
− Sơ đồ nguyên lý cắt đột bằng khuôn: (Hình 1.15)

Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý đột lỗ
− Lực cắt hình và đột lỗ: hình dáng và trạng thái làm việc của chày và
cối, khe hở Z, tốc độ biến dạng, độ lún sâu của chày.
− Cơng thức tính gần đúng: P = F.  c .k = L.S.  c .k

Trong đó:

(1.1)

L: Chu vi cắt (mm)
S: Chiều dày vật liệu (mm)
K: Hệ số.

 c : Trở lực cắt của vật liệu ( N / mm2 )
1.3.4.2/ Nguyên công uốn tấm
− Uốn là một nguyên công nhằm biến đổi các phơi có trục thẳng thành các
chi tiết có trục cong.
− Uốn:
+ Uốn: Biến phôi phẳng thành chi tiết cong.
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

20


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

+ Cuốn: Cuốn các mép của phôi để tạo thành chi tiết có dạng vịng
neo hoặc hình trụ.
+ Vặn: Quay một phần phơi xung quanh trục dọc của nó.

Hình 1.16: Ứng dụng uốn tấm

− Sơ đồ nguyên lý uốn tấm : (Hình 1.17)

Hình 1.17: Sơ đồ ngun lý uốn tấm.
1.3.4.3/ Ngun cơng dập vuốt (dập sâu)
− Khái niệm:
+ Dập vuốt là một nguyên công nhằm biến đổi phôi phẳng hoặc
phôi rỗng để tạo ra các chi tiết có kích thước và hình dáng cần
thiết.
+ Dập vuốt không biến mỏng: là phương pháp nhận được chi tiết
rỗng từ phôi phẳng hoặc phôi rỗng, chiều dày vật liệu hầu như
khơng đổi.
+ Dập vuốt có biến mỏng: là phương pháp nhận được chi tiết rỗng
từ phơi phẳng hoặc phơi rỗng có chủ định biến mỏng chiều dày
vật liệu.
− Phân loại theo hình dạng sản phẩm:

HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

21


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Tồn

+ Nhóm các chi tiết có hình dạng trịn xoay (đối xứng trục): Đáy
của nồi hơi; các chi tiết hình trụ; các loại bát đĩa kim loại; các chi
tiết của thiết bị chiếu sáng như pha đèn, vỏ đèn.

+ Nhóm các chi tiết có hình dạng hình hộp: Thùng nhiên liệu của
động cơ; các loại vỏ hộp; các chi tiết bọc trong các chi tiết của
thiết bị điện tử; thiết bị đo…
+ Nhóm các chi tiết có hình dạng phức tạp có một trục đối xứng
hoặc khơng có trục đối xứng: Chi tiết xe máy, vỏ ôtô, cánh cửa
ôtô, chi tiết máy kéo, chi tiết máy bay…
− Phân loại theo đặc điểm công nghệ:
+ Dập vuốt không biến mỏng S = So (chỉ giảm đường kính mà
khơng làm thay đổi chiều dày phôi, khe hở giữa chày và cối (Z
≥S ).
+ Dập vuốt có biến mỏng S = So, chiều dày phơi giảm có chủ
định, đường kính phơi giảm một lượng nhỏ, khe hở Z+ Dập vuốt xuôi.
+ Dập vuốt ngược (chi tiết có hình dạng phức tạp).
− Phân loại theo chặn phơi:
+ Dập vuốt khơng có hệ thống chặn phơi.
+ Dập vuốt có sử dụng hệ thống chặn phơi.
− Sơ đồ nguyên lý dập vuốt: (Hình 1.18)

Hình 1.18: Nguyên lý dập vuốt
1.3.4.4/ Các nguyên công khác
− Nguyên công lên vành: Lên vành lỗ là một nguyên công nhằm tạo ra
vành gờ xung quanh lỗ trên các phơi.
HVTH: Đồn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

22

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đức Toàn

− Nguyên cơng tóp miệng: Tóp miệng làm giảm tiết diện ngang của một
đoạn phơi ống hoặc chi tiết hình trụ để tạo thành các chi tiết dạng chai,
lọ hoặc các chi tiết có tiết diện ngang thay đổi.
− Ngun cơng miết: Miết là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực
nhằm tạo hình chi tiết rỗng từ phơi phẳng hoặc phôi rỗng dựa vào
chuyển động quay của phôi dưới tác dụng của lực công tác làm biến
dạng dẻo cục bộ tại một điểm trên phôi quay.
1.4/ Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại
1.4.1/ Cơ sở vật lý của quá trình biến dạng
• Khái niệm về q trình biến dạng:
Sự dịch chuyển tương đối của các chất điểm, các phần tử của vật rắn dưới tác
dụng của ngoại lực, nhiệt độ hoặc một nguyên nhân nào đó dẫn đến sự thay đổi về
hình dáng kích thước vật thể, liên kết vật liệu được bảo toàn, được gọi là biến dạng
dẻo. Tất cả mọi phương pháp gia công áp lực đều dựa trên một tiền đề chung là thực
hiện một quá trình biến dạng dẻo. Vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực sẽ thay đổi
hình dáng và kích thước mà khơng mất đi sự liên kết bền chặt của nó. Khả năng
biến dạng dẻo được coi là một đặc tính quan trọng của biến dạng dẻo.
• Biến dạng mẫu khi thử kéo:
Ta làm thí nghiệm: Dưới tác dụng của lực kéo, mẫu kéo liên tục bị kéo dài
cho đến khi bị đứt. Trong thí nghiệm kéo với các thiết bị phù hợp ta có thể đo được
lực kéo và độ giãn dài tương ứng, từ đó xác định ứng suất và biến dạng theo các
mối quan hệ sau:
σ=

𝐹
𝐴0

;=

 l1
= −1
l
l
0 0

(1.2)

− Vùng biến dạng đàn hồi.
− Vùng biến dạng đàn hồi - dẻo ( trong đó biến dạng đàn hồi rất nhỏ
so với biến dạng dẻo).
− Vùng phá hủy.
• Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo trong tinh thể:

HVTH: Đoàn Bùi Duy Tồn

Khóa: CTM2017A

23