Nghiên cứu thiết kế công nghệ dập bằng chất lỏng cao áp để chế tạo capo máy kéo v22

..

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

TRẦN ĐÌNH HIẾU

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ DẬP BẰNG CHẤT
LỎNG CAO ÁP CHẾ TẠO CAPO MÁY KÉO V22

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS ĐỖ HỮU QUYẾT
2. PGS.TS PHẠM VĂN NGHỆ

Hà Nội – Năm 2013


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

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật đề tài: “Nghiên cứu thiết kế công
nghệ dập bằng chất lỏng cao áp để chế tạo capo máy kéo V22”
là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, 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

Trần Đình Hiếu


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6
MỞ ĐẦU 1

1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 1
2. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 2
4. Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................ 2
5. Cấu trúc luận văn ............................................................................................. 2
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ 4

1.1. Cơng nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng........................................................ 4
1.1.1. Lịch sử phát triển ................................................................................. 4
1.1.2. Phân loại các phương pháp dập bằng nguồn chất lỏng cao áp ................ 5
1.2. Công nghệ dập thủy cơ và phạm vi ứng dụng................................................ 7
1.2.1. Khái quát về công nghệ dập thủy cơ ...................................................... 7
1.2.2. Đặc điểm của công nghệ dập thuỷ cơ .................................................... 9
1.2.3. Đặc điểm chung của khuôn dập thủy cơ ............................................... 11
1.2.4. Các thiết bị dùng trong dập thủy cơ ...................................................... 14
1.2.5. Chất lỏng dùng trong gia công thuỷ cơ ................................................ 24
1.2.6. Các phương pháp dập thuỷ cơ ............................................................. 26
1.2.7. Một số sản phẩm dập thủy cơ điển hình .............................................. 26
1.2.8. Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới về phương pháp dập thủy
cơ .................................................................................................................. 29
1.2.9. Phương pháp dập thủy cơ (Hydromechanical): ..................................... 29
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 32

2.1. Trạng thái ứng suất và biến dạng khi ép thủy cơ ......................................... 32
2.2. Tính tốn các thông số công nghệ dập thủy cơ ............................................ 34
2.2.1. Tính áp suất chất lỏng .......................................................................... 34


2.2.2. Lực chặn phôi ...................................................................................... 40
2.2.3. Khe hở chày cối .................................................................................. 40
2.2.4. Lực tác dụng lên chày .......................................................................... 41
2.3. Phân tích ảnh hưởng của ma sát và bơi trơn trong dập thủy cơ .................... 42
2.3.1. Phần đáy của sản phẩm ....................................................................... 42
2.3.2. Phần hình trụ ....................................................................................... 43
2.3.3. Phần bán kính lượn của cối ................................................................. 43
2.3.4. Phần vành phôi.................................................................................... 44
2.3.5. Độ dày tối ưu của lớp bơi trơn có vành hẹp ......................................... 44
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ ĐỂ CHẾ TẠO CHI TIẾT
CAPO MÁY KÉO V22 45

3.1. Giới thiệu chung ......................................................................................... 45
3.2. Lý do chọn chế tạo chi tiết capo máy kéo V 22 bằng phương pháp dập thủy
cơ ...................................................................................................................... 46
3.3. Xây dựng bản vẽ sản phẩm ........................................................................ 49
3.3.1. Xây dựng bản vẽ đầu nắp ca po ............................................................ 49
3.3.2. Thân sau nắp capo ................................................................................ 50
3.4. Tính tốn cơng nghệ dập thủy cơ chi tiết capo máy kéo V22....................... 51
3.4.1. Yêu cầu công nghệ ............................................................................... 51
3.4.2. Chọn vật liệu tạo hình sản phẩm........................................................... 52
3.4.3 . Các lực cần tính trong q trình nhập mơ phỏng ................................. 53
3.4.4.Chọn thiết bị ......................................................................................... 55
CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG SỐ Q TRÌNH DẬP CAPO MÁY KÉO V22 BẰNG

CƠNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ 58

4.1. Bản vẽ chi tiết khuôn mô phỏng dập capo máy kéo V22 ............................. 58
4.2. Mô phỏng số quá trình dập capo máy kéo V22 ........................................... 59
4.3. Ưu điểm của phương pháp mô phỏng số ..................................................... 60
4.4. Các bước giải bài tốn mơ phỏng ................................................................ 61
4.5. Kết quả mô phỏng....................................................................................... 62
4.6. So sánh sản phẩm sau khi dập thủy cơ và dập cơ ........................................ 66


4.6.1. Sản phẩm dập cơ (Chày cứng – cối cứng) ............................................ 66
4.6.2. Sản phẩm mô phỏng dập bằng thủy cơ ................................................. 69
4.7. Kết luận ...................................................................................................... 69
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.So sánh ống chữ T bằng 2 phương pháp hàn và dập bằng chất lỏng .......... 4
Hình 1.2. Sơ đồ khn dập thủy tĩnh ....................................................................... 5
Hình 1.3.Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phơi ống ................................................................ 6
Hình 1.4. Quá trình biến dạng vật liệu trong dập thủy cơ ......................................... 7
Hình 1.5. Quá trình dập thủy cơ ............................................................................... 8
Hình 1.6. Lực tác dụng khi ép thủy cơ ..................................................................... 9
Hình 1.7. Sơ đồ khn dập thủy cơ ........................................................................ 13
Hình 1.8. Sơ đồ của máy dậpthủy cơ ..................................................................... 16
Hình 1.9. Cấu tạo chung của một bơm bánh răng................................................... 18
Hình 1.10. Kết cấu ống cứng và ống mềm ............................................................. 18
Hình 1.11. Các loại ống nối thường dùng. ............................................................. 19
Hình 1.12. Ký hiệu của các loại van phân phối ...................................................... 20

Hình 1.13. Cấu tạo van giới hạn áp suất điều khiển trực tiếp.................................. 21
Hình 1.14. Cấu trúc của van tiết lưu ...................................................................... 21
Hình 1.15. Bố trí các thiết bị trong thùng dầu ........................................................ 22
Hình 1.16. Bình lọc dầu ......................................................................................... 23
Hình 1.17. Đồng hồ đo áp kế bằng lị xo. ............................................................... 24
Hình 1.18. Các chi tiết mui ôtô được dập bằng phương pháp thủy cơ .................... 27
Hình 1.19. Một số dạng sản phẩm gia dụng dập bằng phương pháp thủy cơ .......... 27
Hình 1.20. Một số loại sản phẩm khác dập bằng phương pháp thủy cơ .................. 28
Hình 1.21. Sơ đồ dập thủy cơ ................................................................................ 30
Hình 1.22. Sơ đồ dập thủy tĩnh .............................................................................. 30
Hình 1.23. Sản phẩm tạo hình bằng phương pháp dập thủy tĩnh ............................ 31
Hình 2.1. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập vuốt trên chày cứng cối cứng
.............................................................................................................................. 32
Hình 2.2. Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng khi dập thuỷ cơ .............................. 32
Hình 2.3. Sơ đồ tính tốn lực ma sát trên đáy phơi................................................. 42


Hình 2.4. Sơ đồ tính lực ma sát trên phần hình trụ ................................................. 43
Hình 2.5. Ma sát thủy động của vùng bán kính lượn .............................................. 43
Hình 2.6. Ma sát thủy động trong phần vành phơi.................................................. 44
Hình 3.1 – Máy kéo V22 ....................................................................................... 45
Hình 3.2 – Nắp trước capơ máy kéo ...................................................................... 46
Hình 3.3 – Bản vẽ đầu nắp capo 2D và 3 D ........................................................... 49
Hình 3.4. Hình ảnh thân sau nắp capo máy kéo V22 .............................................. 50
Hình 3.5. Kích thước phơi ban đầu và cắt sơ bộ ..................................................... 54
Hình 4.1. Cối dập thủy cơ ...................................................................................... 58
Hình 4.2. Tấm chặn phơi ....................................................................................... 58
Hình 4.3. Khung dẫn hướng .................................................................................. 58
Hình 4.4. Chày dập thủy cơ ................................................................................... 59
Hình 4.5. Sơ đồ tối ưu hóa q trình thiết kế cơng nghệ......................................... 60

Hình 4.6. Ưu điểm của phương pháp mơ phỏng số ................................................ 61
Hình 4.5. Các bước của bài tốn mơ phỏng............................................................ 62
Hình 4.7. Q trình mơ phỏng chia lưới................................................................. 63
Hình 4.8. Lực dập .................................................................................................. 64
Hình 4.9. Quá trình biến mỏng của vật liệu trong khi dập ...................................... 64
Hình 4.10. Quá trình hư hỏng của vật liệu ............................................................. 65
Hình 4.11. Kết thúc q trình mơ phỏng ................................................................ 65
Hình 4.12. Sản phẩm cuối...................................................................................... 66
Hình 4.13. Sản phẩm sau khi mô phỏng chày cứng cối cứng ................................ 66
Hình 4.14. Q trình kéo phơi của chày cứng cối cứng ......................................... 67
Hình 4.15. Mặt trên sản phẩm sau khi dập của chày cứng cối cứng ....................... 67
Hình 4.16. Mặt bên nắp capo sau khi dập bằng chày cứng cối cứng....................... 68
Hình 4.17. Chi tiết dập bán thành phẩm trong thực tế của chày cứng cối cứng...... 68


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cơng 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 cơng nghệ thích hợp để chế tạo. Với công nghệ dập vuốt
truyền thống (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 trị cối tạo ra áp
lực cần thiết và ép phơi vào biên dạng chày, tiết kiệm được thời gian gia công
khuôn, tiết kiệm kim loại, mức độ dập vuốt tăng lên, tạo hình được các 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 Đỗ Hữu Quyết và 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 :

1


“Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong cơng 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 máy kéo V22.
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Việc nghiên cứu các thông số công nghệ trong công nghệ dập thủy cơ giúp
chúng ta ứng dụng cơng 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 thơng số ảnh hưởng chính trong cơng nghệ dập thủy cơ là thơng số thiết bị
như lực đóng khn ( FNh ), lực tịnh tiến của chày ( FSt ), áp suất chất lỏng cơng tác
(p). Việc tính tốn các thông số này cho từng trường hợp giúp chúng ta có được
hiệu suất gia cơng tối ưu, mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.

Mục đích của nghiên cứu là tìm hiểu được ảnh hưởng của các thơng 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 thơng số cơng nghệ đến q trình dập, qua đó đưa
ra hàm tối ưu cho mỗi thơng số gia cơng.
Nghiên cứu quy trình đặt phơi và nguồn chất lỏng cơng tác được đưa vào trong
khn.
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 4 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

2


* Chương 3 : Nghiên cứu, thiết kế công nghệ dập thủy cơ để chế tạo chi tiết
Capo máy kéo V22
* Chương 4 : Mơ hình hóa và mơ phỏng số q trình dập capo máy kéo V22
bằng cơng nghệ dập thủy cơ
* Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
* Tài liệu tham khảo

3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DẬP THỦY CƠ
1.1. Cơng nghệ dập tạo hình bằng chất lỏng
1.1.1. Lịch sử phát triển
Hydroforming (cơng 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.
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.

4


Ngày nay, công nghệ biến dạng bằng chất lỏng thay thế một thành phần khn
dập, giảm chi phí về kinh tế đối với dập các chi tiết có số lượng ít mà hình dạng
phức tạp, khơng 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 cơng 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
cơng nghệ này đều sử dụng chất lỏng để tạo hình nhưng áp dụng cho các dạng sản
ẩm 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 lịng cối.

Hình 1.2. Sơ đồ khn dập thủy tĩnh
Phơi ban đầu thường có hình dạng đơn giản (dạng ống), dưới tác dụng của
chất lỏng cao áp trong lịng phơi ống, phơi bị biến dạng theo hình dạng của cối tạo
thành sản phẩm rỗng có hình dạng phức tạp.

5


Hình 1.3.Sơ đồ dập thủy tĩnh từ phơi ống

* Ưu 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 ngun cơng tạo hình so với các phương pháp khác.
- Độ chính xác của chi tiết cao.
- Giảm thiểu phế phẩm.

* Nhược điểm
- Giá thiết bị và khn 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 q trình tạo hình.
B. Cơng nghệ dập thủy cơ (Hydromechanical deep drawing).

6


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 phơi.
Về cơ bản, phương pháp này hồn tồn giống với phương pháp dập vuốt thơng
thường, chỉ khác là có thêm đối áp trong lịng khn tạo ra sự bơi 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 lịng 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 bơi trơn ln),
phơi khơng tiếp xúc với góc lượn cối nên chất lượng bề mặt tốt hơn, đồng thời chiều
dày thành cũng đồng đều hơn.

7


Hình 1.5. Q trình dập thủy cơ

1.Kết cấu khn gồm: Chày-tấm chặn phôi- phôi – vành cối – buồng chứa chất lỏng
có ống thốt 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.
Q 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 phơi
- Khơng gian ép được hình thành giữa phơi và lòng cối
- Chất lỏng cao áp được bơm vào trong lòng cối
* Giai đoạn 3: Chày đi xuống thực hiện q trình dập. Áp suất chất lỏng trong
lịng 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.

8


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 phơi 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

9


nhưng không được quá lớn sao cho lực ma sát và ứng suất uốn xuất hiện khi đó sẽ
khơng 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 phơi, 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.
* Ưu điểm
- Giảm đáng kể lực ma sát có hại giữa phơi và dụng cụ.

- Tăng lực ma sát có ích giữa chày và phơi 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 phơi 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 ngun cơng 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 thơng 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 thơng
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.

10


- Chất lượng bề mặt của chi tiết dập rất cao do q trình vuốt khơng xảy ra qua
mép cạnh kim loại của khn vuốt, vì vậy giảm thiểu các ngun cơng chỉnh sửa.
- Trong q 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 bơi trơn thủy động giữa phơi và dụng cụ gia công
(cối).
- Khe hở chày-cối trong dập thủy cơ có thể lớn hơn nhiều so với dập vuốt
thơng thường.
- Có thể sử dụng một cối chất lỏng cho nhiều chi tiết khác nhau.

* Nhược điểm
- Có thể xảy ra sự mất ổn định ở phần mặt bích của phơi 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 phơi.
- 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 phơi, nếu lượng biến mỏng này là lớn và không
đồng đều, dễ xảy ra tình trạng làm rách, đứt phơi ở tiết diện nguy hiểm.
- Hệ thống khn, 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 vịng này có những
đường rãnh, nó vận chuyển ngay lập tức chất lỏng nổi lên thông qua sự chảy tràn.

11


Cối có một rãnh trịn 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 trịn 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 vịng trịn chắn nước bắn tóe được thiết kế để chứa chất lỏng

thốt ra. Phần chia này của khn 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 phơi. 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.

12


Hình 1.7. Sơ đồ khn 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 khơ 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 thơng thường. Cùng lúc đó áp suất chất lỏng trong lịng khn dưới làm
cho vật liệu phình lên. Biến dạng này tạo ra ứng suất căng hướng tâm và ứng suất
ép tiếp tuyến.

13


- Dập vuốt thủy cơ cho phép đạt được tỷ lệ dập vuốt lớn hơn đáng kể so với
dập vuốt thông thường. Trong khi hệ số 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 q trình
nhiệt luyện có thể bỏ qua và số bước vuốt trung gian có thể giảm bớt, 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 khơng cần thiết.
- Do ép phơi 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.
1.2.4. Các thiết bị dùng trong dập thủy cơ
A. Giới thiệu
Truyền động thuỷ lực có thể được hiểu là một q trình chuyển hố 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 hố thành cơ năng và truyền
đến bộ phận nhận năng lượng.
Trong cơng nghiệp, truyền động thuỷ lực đóng vai trị 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 địi 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
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.

14


- 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 cơng
nghiệp, đặc biệt là trong cơ khí. Việc thiết kế và lắp đặt một hệ thống thuỷ lực cũng
khơng 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:

15


Hình 1.8. Sơ đồ của máy dậpthủy cơ
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 tồn, van điều khiển, bình chứa….Ngồi 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
tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích

16


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 cơng 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 ngồi. Ngồi ra cịn 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 dịng 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 trong:
+ 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.
Thơng thường trong bơm bánh răng ăn khớp ngồi thì bánh răng được sử dụng
là bánh răng trụ thẳng, với các dạng răng khác nhau( răng thân khai hoặc răng
trochoit).

17


Hình 1.9. Cấu tạo chung của một bơm bánh răng
* Đường 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).

Hình 1.10. Kết cấu ống cứng và ống mềm

18