Nghiên cứu chế tạo mô hình máy dập tự động điều khiển mạch điện tử

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA H NI
---------------------------------

LUN VN CAO HọC
ngành: công nghệ cơ khí

nghiên cứu chế tạo mô hình máy dập tự động
điều KHIểN MạCH ®iƯn tư

L£ HUY TïNG

HÀ NỘI - 2009


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội

Luận văn CAO HọC
Ngành: công nghệ cơ khí
Chuyên ngành: chế tạo máy
MÃ số:

đề tài:

nghiên cứu chế tạo mô hình máy dập tự động
điều KHIểN mạch điện tử

Người hướng dẫn: GS. TS. Trần Văn Địch

Trường ĐHBK Hà Nội
Người thực hiện: KS. Lê Huy Tùng
Trường CĐCN Việt - Đức Thái Nguyên

Hà néi - 2009


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan những nghiên cứu và các kết quả được trình bày trong luận
văn và những thực nghiệm này là của riêng tôi, không sao chép từ bất kỳ các
nghiên cứu của người khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu sai.

Tác giả

Lê huy tùng

1


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lời cảm ơn chân thành đến các Thầy
Cô, các đồng nghiệp ở trong và ngoài trường , đặc biệt là GS-TS Trần Văn Địch đÃ
tận tình hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến và giúp đỡ tôi thực hiện luận văn này
được hoàn thành.

Tôi xin chân thành cảm ơn.

2


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Mục lục
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Lời nói đầu
A. Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục tiêu nghiên cứu
3. Phạm vi nghiên cứu
4. Các nội dung chính
B. Nội dung chính
Chương 1: Tổng quan về công nghệ tạo hình kim loại tấm
trên máy dập
1.1.

Bản chất, vị trí, đặc điểm và phạm vi ứng dụng.

1.2.

Vật liệu để dùng để dập tấm

1.3.

Phân loại các nguyên công dập tấm

1.4.

Cắt vật liệu tấm cắt hình và đột lỗ

1.5.

Chọn phương án xếp hình trên tấm

Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ tạo hình
trên máy dập
2.1. Khoảng nhiệt độ tạo hình
2.2. ảnh hưởng của quá trình tạo hình đến cơ tính của kim loại
Chương 3: Thiết kế chế tạo Mô hình máy dập tự động điều
khiển mạch điện tử
3.1.

Thiết kế và chế tạo cơ khí

3

Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

3.1.1. Thân máy
3.1.2. Hệ bàn máy
3.1.3. Đầu dập ( con trượt)
3.1.4. Các chi tiết điển hình
3.1.5. Khuôn dập
3.2. Thiết kế lập trình điều khiển
3.2.1. Mạch điều khiển
3.2.2. Lập trình điều kiển
Chương 4: Thông số kỹ thuật máy
C. Kết luận chung
D.Tài liệu tham khảo

4


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Lời nói đầu

Trong bất kỳ một xà hội hay một quốc gia nào,việc nghiên cứu chế tạo ra
một sản phẩm mới hay các thiết bị máy móc nhằm thay thế sức lao động cho con
người đều là hết sức cần thiết.
Để tăng năng xuất và chất lượng cho một sản phẩm đồng nghĩa với việc phải

cải tiến về kỹ thuât,vận dụng công nghệ mới,điều đó phụ thuộc vào chính sự tư
duy và sáng tạo của con người.
Trong chế tạo cơ khí nói chung, chuyên ngành chế tạo máy nói riêng đà đạt
được nhiều thành tựu to lớn trong một số năm qua, các phương 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) đà chiếm một vị trí quan trọng với một tỷ trọng ngày càng tăng
trong sản xuất cơ khí,...Bên cạnh những phương pháp mang tính truyền thống
chuyên sản xuất bán thành phẩm và tạo phôi như cán, rèn, kéo, ép đà xuất hiện
những phương pháp cho phép sản xuất ra sản phẩm là những chi tiết hoàn chỉnh
không cần phải gia công tiếp theo, đặc biệt là các sản phẩm dập. Cộng nghệ tạo
hình kim loại bằng phương pháp dập là công nghệ gia công kim loại bằng áp lực
nhằm làm biến dạng kịm loại (nóng hoặc nguội) để được các chi tiết và sản phẩm
có hình dạng và kích thước mong muốn. Đây là loại hình công nghệ đang được ứng
dụng rất rộng rÃi trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong các
lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử, công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp hàng

5


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

không, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp quốc phòng, thực phẩm,
hoá chất, y tế
Sở dĩ công nghệ dập được ứng dụng rộng rÃi như vậy là do nó có những ưu
điểm nổi bật hơn hẳn các loại hình công nghệ khác: Có thể hoàn thành công việc
phức tạp bằng một động tác đơn giản của máy dập, gia công được các chi tiết có
hình dạng phức tạp (các chi tiết có thành mỏng, gân, gờ) có thể cơ khí hoá, tự
động hoá và đạt năng xuất rất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật liệu

và tận dụng được phế liệu (gia công không phoi), quá trình biến dạng dẻo nguội
còn làm tăng độ bền đáng kể của chi tiết gia công.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các nghành khoa học khác, công nghệ
tạo hình sản phẩm dập đà và đang được trang bị bằng các thiết bị hiện đại nhất
phục vụ cho việc phát triển và ứng dụng tại các nước tiên tiến có nền công nghiệp
hiện đại như: Mỹ, Anh, Pháp, Nhật, Đức, Thụy Sỹ
Tại Việt Nam vào những năm gần đây một số các cơ sở sản xuất, các doanh
nghiệp có vốn nước ngoài và một số viện nghiên cứu cơ khí đà nghiên cứu ứng
dụng công nghệ tạo hình sản phẩm dập cho sản xuất bước đầu có kết quả. Tuy
nhiên những máy móc thế hệ mới đang được sử dụng trong nước hiện nay chủ yếu
nhập ngoại với giá thành rất đắt và số luợng đang còn rất hạn chế, đa số trong các
công ty, xí nghiệp hay các cơ sở sản xt c¬ khÝ hiƯn nay cđa ta vÉn sư dơng các
loại máy dập thế hệ cũ dùng trong sản xuất đơn chiếc loạt vừa và nhỏ như : Máy ép
ma sát, máy dập trục khuỷu, máy ép thuỷ lực, những loại máy này cho năng
xuất rất thấp, điều kiện làm việc độc hại và nặng nhọc.

6


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Trong khuôn khổ một luận văn cao học với mong muốn được chế tạo ra một
chiếc máy dập tự động dạng mô hình điều khiển bằng mạch điện tử, nhằm phục vụ
cho công tác giảng dạy cũng như thực nghiệm sản xuất thông qua một số các sản
phẩm thông thường.
Luận văn này là cơ hội tốt cho tôi từng bước rèn luyện khả năng nghiên cứu
khoa học, vận dụng lý thuyết vào sản xuất chế tạo, ứng dụng các công nghệ mới
vào thực tiễn, đó là tiền đề cho các bước phát triển của tôi sau này trong giảng dạy

cũng như trong thực hành sản xuất. Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn thầy
giáo hướng dẫn GS.TS. Trần Văn Địch, người đà chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong quá
trình học tập cũng như việc thực hiện đề tài này. Tôi cũng xin được bày tỏ sự biết
ơn đến các thầy cô đà dạy tôi, xin cảm ơn khoa cơ khí, cảm ơn bộ môn Công nghệ
Chế tạo máy Trường ĐHBK Hà Nội , Trường CĐCN Việt Đức Thái Nguyên đÃ
giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này.

Hà Nội tháng 3 năm 2009

Lê Huy Tùng

7


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

A. Mở đầu

Một sản phẩm được người tiêu dùng chấp nhận phải trải qua nhiều công
đoạn, nhiều khâu : Khảo sát thị trường, định hình sản phẩm, nghiên cứu, thiết kế ,
chế tạo thử, nhận thông tin phản hồi, khảo nghiệm đặc tính kỹ thuật, chuẩn bị sản
xuất , chế tạo, lắp ráp, chạy thử,
Để nghiên cứu chế tạo ra một thiết bị máy móc có khả năng tự động hoá cao
thì việc giải quyết hàng loạt công việc phải mang tính chính xác cao và phải được
thực hiện theo một trình tự bắt buộc. Công việc này đòi hỏi thời gian, nhân lực, chi
phí đáng kể. Đó là công việc liên tục, tiến hành không ngừng do điều kiện cụ thể
và trong các tình huống khác nhau, nó luôn luôn biến động và liên quan đến tính
thời sự cùng với quá trình phát triển không ngừng của thế giới, với sự thay đổi của

các phần cứng, phần mềm, các cơ cấu chấp hành, các linh kiện lắp ráp,
Việt Nam là một trong những Quốc gia có nền công nghiệp kém phát triển
trong những năm đầu thập niên 60 của thế kỷ trước, nhưng một số năm trở lại đây
của thế kỷ XXI chúng ta đà đổi mới cơ chế, hội nhập cùng thế giới do vậy đà cập
nhật được nhiều những tiến bộ mới về Khoa học kỹ thuật ở hầu hết các lĩnh vực
như: chế tạo ôtô - xe máy, bưu chính viễn thông, công nghiệp đóng tàu, khai
khoáng
Nói chung chúng ta đà đạt được một số thành tựu to lớn nhưng điều đó là
chưa đủ mà vẫn cần phải tiếp tục phát triển và nghiên cứu chế tạo ra nhiều sản
phẩm máy móc hơn nữa trong điều kiện thực tế cấp bách. Hiện nay các máy tự
động đang sử dụng trên thị trường trong nước chủ yếu là các máy cơ khí điều khiển
theo chương trình PLC và CNC các loại này hoạt động rất tốt nhưng việc thay đổi
chương trình hay sửa chữa chúng rất phức tạp, giá thành rất cao, phụ thuộc chủ yếu
vào nhà sản xuất, trong khi đó các cơ sở của ta đa phần là các máy thế hệ cũ. Do
vậy việc nghiên cứu để tận dụng và nâng cấp chúng thành những máy móc có kh¶

8


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

năng bán tự động hay tự động hoá với chi phí rẻ hợp túi tiền mà vẫn chủ động thay
đổi chương trình điều khiển hay sửa chữa kịp thời là hết sức cần thiết.

1-Tính cấp thiết của đề tài:
Xuất phát từ lý do, công nghệ dập là công nghệ có rất nhiều các ưu điểm nổi bật
cũng là những đặc điểm chủ yếu như :
- Có thể thực hiện một công việc phức tạp bằng một chuyển động đơn giản của

máy dập. Chế tạo được các chi tiết có hình dạng phức tạp mà đôi khi các
phương pháp gia công khác không thể thực hiện được, hoặc thực hiện rất khó
khăn.
- Sản phẩm dập có thể sử dụng được ngay, không cần qua gia công cắt gọt lại
có độ bền vững cao.
- Tiết kiệm được nhiều nguyên vật liệu (gia công không phoi)
- Năng xuất cao, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự động hoá.
- Người Công nhân điều khiển máy không cần có trình độ cao.
- Năng xuất cao, giá thành hạ.
Chính vì các đặc điểm nổi bật trên cũng như mong muốn tự chế tạo ra một
mô hình máy dập tự động phục vụ cho việc giảng dạy, từ đó làm cơ sở nghiên
cứu nâng cấp các thế hệ máy cũ thành bán tự động hoặc tự động là việc cần làm
của mỗi Kỹ sư Chế Tạo Máy chúng ta hiƯn nay.

2- Mơc tiªu nghiªn cøu:
- Nghiªn cøu chÕ tạo ra một máy dập tự động dưới dạng mô hình (Máy Dập Mi
Ni) có khả năng hoạt động như một máy thật, tạo ra được một sản phẩm ứng
dụng vào thực tế.
- Thiết kế hợp lý, gọn nhẹ, dễ sử dụng, đảm bảo các yếu tố về thẩm mỹ kiểu
dáng công nghiệp và đạt được một số chỉ tiêu về kỹ thuật nhất định.

9


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

- Chi phí hợp lý, có khả năng ứng dụng cao trong thực tế.

3- Phạm vi nghiên cứu :
- Tập chung nghiên cứu kết cấu chung của các loại máy dập đà và đang sử dụng
trên thị trường từ đó làm cơ sở thiết kế chế tạo hợp lý.
- Nghiên cứu chế tạo khuân dập liên tục phục vụ sản xuất.
- Tham khảo tìm tòi nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho máy.
B. Nội dung chính
Chương 1: Tổng quan về công nghệ tạo hình kim loại tấm
trên máy dập
1.6.

Bản chất, vị trí, đặc điểm và phạm vi ứng dụng.

1.7.

Vật liệu để dùng để dập tấm

1.8.

Phân loại các nguyên công dập tấm

1.9.

Cắt vật liệu tấm cắt hình và đột lỗ

1.10. Chọn phương án xếp hình trên tấm
Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ tạo hình
trên máy dập
2.1. Khoảng nhiệt độ tạo hình
2.2. ảnh hưởng của quá trình tạo hình đến cơ tính của kim loại
Chương 3: Thiết kế chế tạo Mô hình máy dập tự động điều

khiển mạch điện tử
3.1.

Thiết kế và chế tạo cơ khí
3.1.1. Thân máy
3.1.2. Hệ bàn máy
3.1.3. Đầu dập ( con trượt)
3.1.4. Các chi tiết điển h×nh

10


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

3.1.5. Khuôn dập
3.2. Thiết kế lập trình điều khiển
3.2.1. Mạch điều khiển
3.2.2. Lập trình điều kiển
Chương 4: Thông số kỹ thuật máy

11


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

B. nội dung chính

Chương 1. Tổng quan về công nghệ tạo hình kim loại tấm
trên máy dập:
1.1. Bản chất, vị trí, đặc điểm và phạm vi ứng dụng.
* Bản chất:
-Dập tấm là một trong những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực,
bao gồm nhiều quy trình công nghệ làm biến dạng dẻo cưỡng bức các tấm phôi kim
loại, tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau (trong đó có những sản phẩm có hình dáng
rất phức tạp, nhẹ và bền).
-Do phôi dập chủ yếu là những tấm, dải, băng kim loại hay vật liệu phi kim
dễ biến dạng nên quá trình gia công thường được tiến hành ở trạng thái nguội. Vì
thế dập tấm nhiều khi còn được gọi là dập nguội. So với các phương pháp gia công
kim loại khác dập tấm là một phương pháp gia công tiên tiến có những ưu điểm
sau:
- Thực hiện những nguyên công phức tạp bằng những động tác đơn giản của
thiết bị, cho phép chế tạo những chi tiết rất phức tạp mà các phương pháp gia công
khác rất khó khăn hoặc không thực hiện được.
- Sản phẩm được chế tạo có độ chính xác cao, thường không phải gia công cơ
khí vẫn đảm bảo lắp lẫn tốt.
- Chế tạo được các sản phẩm có độ bền và cứng vững cao, gọn nhẹ và ít tốn
vật liệu, phế liệu tương đối nhỏ.
- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá, đạt năng suất chế tạo rất cao (có
thể tới 3 ữ 4 vạn chi tiết trong một ca sản xuất), thích hợp với loại hình sản xuất
hàng khối đảm bảo giá thành của sản phẩm chế tạo thấp.
- Thao tác dập tấm trên máy tương đối đơn giản, không đòi hỏi phải có công
nhân trình độ kỹ thuật cao.
* Phương hướng phát triển:

12

Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Ngày nay ngành dập tấm đang được phát triển mạnh mẽ theo phương hướng
sau đây:
- Mở rộng lĩnh vực áp dụng dập tấm, dùng các chi tiết dập hoặc dập hàn thay thế
cho các chi tiết đúc và rèn để giảm bớt gia công cắt gọt.
- ứng dụng dập tấm vào sản xuất hàng loạt nhỏ bằng cách dùng những khuôn dập
đơn giản và khuôn dập vạn năng rẻ tiền.
- Giảm bớt tiêu hao vật liệu bằng cách thiết kế các sản phẩm có tính công nghệ tốt,
nghiên cứu cách xếp hình hợp lý, tận dụng phế liệu, nâng cao độ chính xác khi tính
toán, thiết kế phôi ...
- Nâng cao độ chính xác của sản phẩm dập (đến cấp chính xác 3, 4).
- Dùng dập nguội để lắp ghép các chi tiết thành phẩm.
- Nâng cao tuổi thọ của các khuôn dập, nhất là đối với các khuôn dập dùng trong
sản xuất hàng loạt và sản xuất hàng khối.
- Tăng năng suất lao động bằng cách cơ khí hoá và tự động hoá quá trình dập.
Ngày nay dập tấm được dùng rộng rÃi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt
ngành chế tạo máy bay, máy nông nghiệp, ô tô, thiết bị điện và đồ dân dụng, ví dụ
khối lượng chi tiết dập tấm trong ngành máy điện tới 60 ữ 70%, điện thoại tới 75 ữ
80%, ô tô máy kéo tới 60 ữ 95%, hàng dân dụng tới 95 ữ 98%, dụng cụ chính xác
tới 85 ữ 90%.
Hiện tại phạm vi dập tấm đà được mở rộng. Bằng dập tấm đà có thể chế tạo
được những sản phẩm rất lớn (kích thước tới 10 m), cắt được tấm dày tới 25 mm,
đột lỗ trên tấm dầy đến 35 mm, dập vuốt tấm dầy đến 20 mm, uốn nguội vật liệu
dày 100 mm, ... cũng như gia công được những sản phẩm tinh xảo có kích thước rất
nhỏ (khí cụ điện tử, radio ...). Vật liệu dùng để dập tấm rất đa dạng gồm thép
cacbon, thép hợp kim thấp, đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken
và hợp kim niken, thiếc, chì ... và một số vật liệu phi kim như giấy, các tông,

êbônit, fip, amiăng, da ...

13


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

- Trên thực tế có tới hàng mấy trăm phương pháp biến dạng khác nhau và
trong mỗi phương pháp đồng thời xuất hiện nhiều trạng thái ứng suất khác nhau,
chúng biến đổi trong quá trình biến dạng. Bởi vâỵ chỉ có thể cắc cứ vào những ứng
suất các tác dụng chủ yếu đối với quá trình biến dạng, lấy đó làm tiêu chuẩn để
đánh giá các phương pháp biến dạng. Dựa trên quan điểm này có thể phân chia các
phương pháp biến dạng thành 5 nhóm lớn sau đây:
- Biến dạng nén.
- Biến dạng kÐo – nÐn.
- BiÕn d¹ng kÐo.
- BiÕn d¹ng uèn.
- BiÕn dạng cắt.

Dập phình
Kéo dây

Chồn

Uốn
TrƯ ợt

Hình 1.1. Bản chất của biến dạng dẻo.

Thuộc nhóm biến dạng cắt có các phương pháp trượt , xoắn. Bản chất của
công nghệ tạo hình kim loại tấm là biến dạng trượt. Tất cả mọi phương pháp trong
Gia công áp lực đều dựa trên một tiền đề chung là thực hiện một quá trình biến
dạng dẻo.
Quá trình công nghệ là toàn bộ các tác động trực tiếp làm thay đổi hình dạng ,
kích thước, tính chất và trạng thái của phôi ban đầu để đạt được mục đích nào đó.
Quá trình công nghệ bao gồm những nguyên công và được sắp xếp theo một trình
tự nhất định.
Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công
công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết
các hình dạng và kích thước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của
vật liệu và không có phế liệu ở dạng phôi. Dập tấm thường được thực hiện với phôi
ở trạng thái nguội( nên còn được gọi là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhá

14


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

( thường S 4mm) hoặc có thể phải dập với phôi ở trạng nóng khi chiều dày của
vật liệu lớn.
* Vị Trí:
Gia công kim loại bằng áp lực là môn khoa học ứng dụng các nghiên cứu lý
thuyết, các quy luật vận động, các phương pháp và phương tiện tạo hình bán thành
phẩm và các chi tiết kim loại, hợp kim nhờ biện pháp biến dạng dẻo( gia công
không phôi). Vị trí của quá trình biến dạng dẻo trong bảng phân loại các phương
pháp công nghệ ban đầu được trình bày trong hình 1.1.
Nhóm 1. Quá trình tạo hình chi tiết bằng cách loại bỏ vật liệu thừa từ khối

nhất định để tạo cho phôi có hình dạng và đặc điểm cần thiết theo yêu cầu ( bằng
gia công cơ, hoặc xử lý bằng điện hoá, các phương pháp gia công bằng điện vật lý,
bằng nấu chảy, bằng cách cho bay hơi v.v....). Cơ tính của chi tiết trong trường hợp
này bằng hoặc thấp hơn cơ tính của bán thành phẩm ban đầu ( ct ph).
Nhóm 2.Tạo hình chi tiết từ các phần tử rời rạc (ép chảy vật liệu dạng hạt,
ép bột). Cơ tính của chi tiết khi đó gần bằng cơ tính của các phần tử rời (ct / ph
1).
Nhóm 3. Tạo hình chi tiết từ kin loại nóng chảy. Cơ tính của chi tiết khi đó
bằng hoặc thấp hơn cơ tính của bán thành phẩm ban đầu (ct / ph -> 1).
Nhóm4. Quá trình tạo hình chi tiết trên cơ sở ứng dụng khả năng của kim
loại và hợp kim trong điều kiện xác định không thuận nghịch. Thay đổi hình dạng
phôi mà không làm phá huỷ ( gia công kim loại bằng biến dạng dẻo hay còn gọi là
bằng áp lực). Cơ tính của vật liệu sau gia công được tăng lên ( ct / ph 1).
Nhóm 5. Quá trình tạo hình chi tiết và cụm chi tiết có hình dạng phức tạp từ
tổ hợp các phần tử cơ sở bằng phương pháp tạo liên kết giữa các phần tử ( hàn, biến
dạng dẻo) , (ct / ph -> 1)

15


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Công nghệ sản

xuất chế tạo
máy

Quá trình sản xuất

kim loại và hợp kim
(Hoá - lý kim loại
và hợp kim)

Nhóm I

Quá trình
gia công
chi tiết có
phoi

Quá trình sản xuất
kim loại và hợp kim
(Hoá - lý kim loại
và hợp kim)

Nhóm II

Nhóm III

Quá trình
chế tạo chi
tiết từ vật
liệu rời

Quá trình
chế tạo chi
tiết từ kim
loại nóng
chảy

Quá trình sản xuất
kim loại và hợp kim
(Hoá - lý kim loại
và hợp kim)

Nhóm IV

Quá trình
chế tạo chi
tiết bằng
biến dạng
dẻo

Nhóm V

Quá trình
chế tạo chi
tiết bằng
hàn

Hình 1.2. Phân loại nguyên lý những ứng dụng khoa học của công nghệ gia
công và vị trí của gia công kim loại bằng áp lực
Trong các quá trình trên, chỉ có các quá trình thuộc nhóm 4 là tạo được sản
phẩm có cơ tính lớn hơn cơ tính của phôi ban đầu. Quá trình cơ bản của gia công

16


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

kim loại bằng áp lực được hiểu là sơ đồ bố trí các ngoại lực tác dụng lên toàn bộ vật
gia công sao cho đạt được sự biến dạng theo yêu cầu, đồng thời còn tạo cho sản
phẩm những tính chất cơ - lý cần thiết. Khi đó dưới tác dụng của ngoại lực, ở các
điểm khác nhau của vật biến dạng xuất hiện ứng suất với mức độ và phương chiều
khác nhau khiến cho sự dịch vật liệu theo yêu cầu.Sự biến dạngcó thể đạt được tuỳ
theo các sơ đồ tác dụng ngoại lực lên phôi được gia công. Tuỳ theo đặc tính và
cường độ của lực tương tác giữa phôi và dụng cụ mà sự biến dạng cùng một
nguyên công cũng có thể đạt được khác nhau. Theo từng điều kiện sản xuất cụ thể,
hiển nhiên là quá trình nào hao phí năng lượng gia công ít nhất trong khi vẫn đảm
bảo các điều kiện yêu cầu thì quá trình hợp lý.
Xuất phát từ việc xác định bản chất của một quá trình sơ cấp là những tiêu chí
quan trọng nhất để xây dựng dưới dạng bảng phân loại các quá trình gia công bằng
áp lực, cần đưa vào những nội dung sau đây:
- Hình dạng của bán thành phẩm ban đầu ( dày mỏng, đặc hay rời rạc);
- Chế độ nhiệt ( biến dạng nguội hay nóng );
- Loại môi trường tác động được sử dụng biến dạng ( rắn, dẻo nhớt, dẻo,
Lỏng, khí hay trường lực);
- Điều kiện nén thuỷ động của toàn khối được biến dạng (áp suất khí quyển,
trường áp suất thuỷ tính cao);
- Chế độ vận tốc của tải trọng tác dụng ( tĩnh, động hay xung lực);
- Dạng nguồn năng lượng tạo xung ( nổ, xung điện thuỷ lực hay từ xung, laze
hay các loại khác).
* Đặc điểm:
Đặc điểm chủ yếu của công nghệ dập tấm.
Dập tấm là một công nghệ mới so với lịch sử phát triển công nghiệp thế giới.
Công nghệ dập tấm là bước phát triển của công nghệ gò. Đó là quá trình gia công
kim loại bằng áp lực, biến kim loại tấm hay khối thành sản phẩm có hình dáng

mong muốn. Công nghệ dập tấm có những đặc điểm chủ yếu và cùng là những ưư
điểm đặc biệt như sau:

17


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Có thể hoàn thành công việc phức tạp bằng một động tác đơn giản của máy
dập. Chế tạo được những chi tiết có hình dáng phức tạp ( đặc biệt là những chi tiết
có thành mỏng) mà đôi khi các phương pháp gia công cắt gọt không thực hiện
được, hoặc thực hiện được rất khó khăn;
Sản phẩm dập ra có thể sử dụng được ngay, không cần phải gia công cắt
gọt lại, có độ bền vững cao; tiết kiệm được nhiều nguyên vật liệu;
Năng suất cao, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự động hoá;
Công nhân không cần trình độ tay nghề cao;
Sản lượng lớn, giá thành hạ.
Do những đặc điểm trên của công nghệ dập tấm, mà ở các nước công nghiệp
tiên tiến, dập tấm chiếm một tỷ lệ cao trong nhiều ngành công nghiệp.
- Phạm vi ứng dụng của công nghệ tạo hình kim loại tấm.
ứng dụng rất rộng rÃi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt trong
các lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử, công nghiệp chế tạo ôtô, công nghiệp hàng
không, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp quốc phòng , thực phẩm
, hoá chất, y tế...
1.2 Vật liệu dùng để dập tấm.
1.2.1. Kim loại tấm và băng.
Trong ngành chế tạo máy người ta thường sử dụng nhiều loại thép tấm cán và
thép cán định hình với nhiều chủng loại khác nhau bao gồm cả kim loại đen và kim

loại màu. Đặc trưng của các tấm kim loại cán là đà được tiêu chuẩn hoá về các điều
kiện kỹ thuật, thành phần hoá học và chủng loại. Chúng thường được sản xuất dưới
dạng tấm, băng hoặc cuộn. Tuỳ theo phương pháp sản xuất, kim loại tấm có thể là
cán nguội hoặc cán nóng. Thép cán nguội ( thường có chiều dày S 4mm) có độ
nhẵn bề mặt cao hơn so với thép cán nóng, sự đồng đều về chiều dày và các tính
chất công nghệ cũng cao hơn. Vì vậy thép cán nguội được sử dụng rộng rÃi hơn để
chế tạo các chi tiết bằng phương pháp dập nguội, còn thép cán nóng được sử dụng

18


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

để chế tạo các chi tiết phẳng, hình dạng đơn giản và dập vuốt không sâu. Hầu hết
các chi tiết trong ngành chế tạo máy ( trong đó có nhiều chi tiết của ôtô, máy
kéo) được sản xuất bằng phương pháp dập nguội từ các tấm thép các bon chất
lượng và thép các bon thấp hoặc thép các bon thấp cán nguội ( thép hoá bền).
Bảng 1.1. Các dạng thép các bon chủ yếu
Tiêu chuẩn kỹ
thuật

Chủng loại

Mác thép

OCT ( liên xô)
thép các bon chất l­ỵng th­êng

ΓOCT 380 - 71

CTO – CT6

16523 - 70

05KΠ - 50

17066 – 80

14. Γ2; 09. Γ2

S = 0,5 ÷ 4mm
ThÐp tấm các bon chất lượng và chất lượng
thường
S = 0,2 ÷ 3,9mm
ThÐp kÕt cÊu hỵp kim thÊp
S = 0,5 ÷ 3,9mm

12ΓC; 16 ΓC
15.
ΓΦ;14.XΓC

ThÐp tÊm c¸n nguéi tõ thÐp c¸c bon chất

9045 80

lượng dùng để dập nguội S = 0,5 ữ 3mm
Thép tấm hợp kim kết cấu công dụng chung

08; 08C
08K

1542 71

S = 0,5 ữ 3,9mm

60; 20X;
102;
25XCA v.v...

Thép không rỉ, chịu nhiệt và bền nhiệt

5582 - 82

08X13; 12X13;
12X17;

S = 0,7 ÷ 3,9mm

12X18H9T

19


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Hiện nay, người ta còn sản xuất thép 2 pha cán nguội có cấu tróc pherit –

maxtenxit chøa ( 20 – 25 )% pha cứng maxtenxit trên nền pherit mềm. Độ bền
của các loại thép này sẽ được nâng cao khi sử dụng bổ xung thêm hợp kim manga
(đến 1,6%) và silic ( đến 0,7%). Các loại thép 2 pha này có tỷ số giữa giới hạn chảy
và giới hạn bền thấp (S/b = 0,6 ữ 0,65); chỉ số cường độ hoá bền biến dạng và hệ
số dị hướng thông thường ( phẳng) R* cao ( n = 0,21÷ 0,25; R* = 1,1 ÷ 1,6 ), phạm
vi thay đổi giới hạn bền rộng (b = 400 ữ 550 MPa). Do có những ưu điểm này, các
loại thép 2 pha cán nguội được sử dụng rất rộng rÃi để chế tạo các chi tiết có hình
dạng phức tạp bằng phương pháp dập nguội. Đặc biệt, khi dập các chi tiết bằng các
loại thép này, độ bền của các chi tiết được tăng lên nhiều. Ví dơ: Tr­íc khi dËp
thÐp 2 pha c¸n ngi cã σT = 208MPa và b = 550 MPa thì sau khi dập ( biến dạng
dẻo nguội khoảng 25 %) giới hạn chảy và giới hạn bền đà tăng lên đáng kể T
650 MPa và b 800 MPa.
Các loại thép 2 pha cán nguội được đưa vào sản xuất dưới dạng tấm, băng
hoặc cuộn có chiều dày từ ( 0,7 ữ2) mm bao gồm các loại chủ yếu sau: 03 C,
03X, 06XC, 062C v.v ...
Các loại thép hợp kim ( thép chống gỉ crôm và crôm - niken) được sử dụng
rộng rÃi trong công nghiệp chế tạo tuabin, chế tạo máy hoá, chế tạo các mặt hàng
dân dụng, dụng cụ y tế.... Các loại thép này rất thuận lợi cho công nghệ dập nguội
khi đà được ủ. Điều đó được đặc trưng bởi độ giÃn tỷ đối cao và tỷ số T/b thấp
thuận lợi cho quá trình dập. Sư khác biệt giữa thép không gỉ và thép cácbon thấp là
trở lực biến dạng và cường độ hoá bền trong quá trình dập nguội cao. Trong ngành
công nghiệp chế tạo ôtô, máy kép , kỹ thuật điện và rađiô v.v...người ta sử dụng
nhiều các loại thép tấm cán 2 lớp và 3 lớp ( bimetal). Các tấm théo này có lớp cơ
bản là thép các bon hoặc thép hợp kim thấp, còn các lớp phủ có thể là : đồng, đồng
thau, nhôm, kẽm, thiếc, chì hoặc thép không gỉ và các hợp kim niken. Chiều dày
của các lớp phủ chiếm từ ( 10 ữ 25) % so với tổng chiều dày của tÊm.

20

Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Các tấm kim loại cán 3 lớp phủ kẽm( tôn hoa) được sử dụng để sản xuất các
sản phẩm dân dụng ( xô, thùng, chậu. v.v...)và các tấm lợp. Tấm cán 3 lớp phủ chỉ
được sử dụng để chế tạo các thùng chứa nhiên liệu. Cán hoặc mạ một lớp thiếc
mỏng ( sắt tây trắng) được sử dụng để sản xuất bao bì trong công nghiệp sản xuất
đồ hộp. Tấm kim loại phủ vật liệu chống cháy dùng để bọc cabin, vỏ capo của xe
ôtô, máy kéo và các thiết bị máy móc khác với mục đích cách âm. Các tấm thép và
ống phủ chất dẻo được sử dụng như là một lớp phủ chống ăn mòn và cả mục đích
trang trí.
Các tấm kim loại và hợp kim mầu có những đặc điểm như: tính chống ăn mòn
(chống rỉ) và độ dẫn nhiệt cao, ®iƯn trë nhá ( ®ång, ®ång thau, nh«m) tû träng nhỏ
(nhôm và hợp kim nhôm, hợp kim titan và manhê), độ bền riêng cao (titan). Tuỳ
thuộc vào lĩnh vực sử dụng mà chúng được dùng để phủ cho thích hợp. Các tấm
kim loại và hợp kim màu bao gồm các loại sau:
Nhôm và hợp kim nhôm: A2, A3 , AMII, AMΓ2, AMГЦ6, Д1, Д16, BA Д23
§ång: M1, M2, M3, v. v.. đồng thau: 68, 63, 59 1 v.v
Niken và hợp kim niken: HK0, HM, HB3 v.v
Hợp kim manhê: MA, MA5, MA8 v.v…
Hỵp kim titan: BT1, BT3.1, BT 6 – C, BT 8, BT9, BT10, BT14, OT1v.v...
Các tấm kim loại và hợp kim mầu được sử dụng rộng rÃi trong ngành hàng
không, chế tạo đồng hồ, kỹ thuật điện, điện tử và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác
cũng như để chế tạo các mặt hàng dân dụng ( xô, chậu, nồi, xoong, máy ảnh, máy
giặt v.v).
Về chủng loại của các tấm thép cán : Có rất nhiều loại khác nhau. Các kích
thước chiều dày , chiều rộng và dài cũng như các sai lệch kích thước tương ứng đÃ
được tiêu chuẩn hoá.
Các tấm thép cán nóng có chiều dày S = ( 0,4 ữ 1,2)mm. Khi chiều dày tấm

thép S 4mm thì chiều rộng tấm từ ( 500ữ 1600)mm và chiều dài từ ( 7100 ữ

21


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

6000)mm ( có 210 loại kích thước khác nhau). Các tấm thép cuộn trong rulô có
chiều rộng từ ( 500 ữ 2200) mm. Sai lệch giới hạn theo chiều dày với độ chính xác
bình th­êng δ = ( 0,05 ÷ 0,07) khi S = 0,4 ữ 0,5 và = ( +0,02 ữ - 0,8) khi S = ( 10
ữ 12)mm. Các tấm thép cán nguội có S = ( 0,35 ữ 5)mm. Tuỳ theo chiều dày, các
tấm thép có chiều rộng từ 500 ÷ 2300 mm vµ chiỊu dµi tõ 1000÷ 6000mm ( có 372
loại kích thước khác nhau). Chiều rộng các tấm thép trong rulô từ 500 ữ 2300 mm.
Sai lệch giới hạn chiều dày của tấm với độ chính xác thông thường là:
= ( 0,04 ữ 0,05) khi S = ( 0,35 ÷ 0,4) mm.
 δ = ( 0,2 ÷ 0,3) khi S = ( 4 ÷ 5) mm.
1.2.2 Sù thay ®ỉi tÝnh chÊt cđa thÐp tÊm theo thêi gian và trong quá trình
gia công.
Khi dập nguội tính chất của thép tấm bị thay đổi. Sở dĩ như vậy là vì trong quá
trình dập biến dạng dẻo nguội làm cho cÊu tróc tinh thĨ thay ®ỉi mËt ®é khut tật
tăng lên mạnh mẽ dẫn tới độ bền kim loại tăng lên, kích thước và hình dáng của các
hạt kim loại cũng như hướng của trục tinh thể thay đổi làm phát sinh ứng suất dư và
xuất hiện những mặt trượt kích thước quá trình hoá già của kim loại.
1.2.2.1 Sự hoá già do biến dạng.
Hệ quả của sự hoá già kim loại là làm giảm tính dẻo và nâng cao tính bền của
kim loại.Vì vậy kim loại trở nên dòn và kém dẻo. Xu hướng của sự hoá già kim loại
khi biến dạn tuỳ thuộc vào thành phần nitơ tự do chứa trong thép và đặc biệt là
cácbon trong nền cứng ( pherit). Trong quá trình hoá già, các nguyên tử cácbon và

nitơ khuếch tán và tập trung vào các vùng biến dạng của mạng tinh thể, xung quang
lệch. Điều đó cản trở sự di chuyển của lệch và gây khó khăn cho quá trình biến
dạng dẻo. Sự hoá già biến dạng xảy ra không đồng đều, trước tiên nó làm tăng độ
cứng của kim loại tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và cácbon cao, chủ
yếu là ở mặt trượt, tại đây đặc biệt có nhiỊu lƯch.

22


Trường ĐHBK Hà Nội

Luận văn cao học

Với thép cácbon thấp, sự hoá già do biến dạng xảy ra mÃnh liệt hơn sia khi
biến dạng dẻo nguội, cường độ của nó tỷ lệ thuận với mức độ biến dạng, nhiệt độ
môi trường xung quanh và thời gian. Vì vậy đối với thép tấm cán nguội và ngay cả
những bán thành phẩm của nó đà được dập, không nên để quá lâu ở trong kho hoặc
trong phân xưởng , đặc biệt là khi nhiệt độ tăng lên.
Hiện nay người ta đà sản xuất những loại thép tấm hoá già. Những loại thép
này được khử ôxy bởi nhôm hoặc chất phụ gia vanađi. Người ta đà chứng minh
rằng sự ổn định của các loại thép này là do các liên kết của các nguyên tử nitơ dưới
dạng nitơrua bền vững. Chính vì vậy, sai khi dập nguội sự hoá già do biến dạng hầu
như không xảy ra.
1.2.2.2. Mặt trượt.
Đối với các chi tiết có yêu cầu cao về chất lượng bề mặt, điều có ý nghĩa quan
trọng là khả năng của kim loại giữ được bề mặt bằng phẳng trong quá trình dập,
không có những mặt trượt là những dầu vết vật lý do biến dạng dẻo cục bộ gây ra.
Mặt trượt xuất hiện trên bề mặt của các chi tiết, nhất là khi dập các chi tiết không
sâu với mức độ biến dạng nhỏ ( 5

ữ 10%), làm giảm độ nhẵn bóng bề mặt. Sự

xuất hiện các mặt trượt có liên quan đến tính chất cơ học không đồng đều của phôi.
Sự không đồng đều này là do sự hoá già trong quá trình biến dạng gây ra. Trên bề
mặt của chi tiết sau khi dập có thể quan sát thấy những phần lồi lõm tương ứng với
các mặt trượt.
Một trong những phương pháp rộng rÃi nhất được sử dụng để ngăn ngừa khả
năng xuất hiện của các mặt trượt là tiến hành ép nguội theo chiều dày tấm thép một
lượng biến dạng nhỏ bằng thiết bị chuyên dùng trước khi đưa vào dập. Trị số lượng
ép tuỳ thuộc vào chiều dày của tấm và loại vật liệu. Ngoài ra khi thử kéo mẫu kim
loại và lập đồ thị kéo người ta thấy không có vùng chảy rÃo tức là những dấu hiệu
đặc trưng cho khả năng xuất hiện mặt trượt bị mất đi.
1.2.2.3. Sự phát sinh hiện tượng ăn mòn ( gØ).

23