Công nghệ chế tạo Gia công cơ khí Máy công cụ

1
Bộ Công thơng
Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp
Viện Công nghệ




Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN
M số: 247.07.RD/HĐ-KHCN


Tờn ti:

Nghiên cứu chế tạo khuôn uốn định hình
trên máy cnc sử dụng trong sản xuất bàn ghế
bằng thép ống


Cơ quan chủ quản: Bộ Công thơng
Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ
Chủ nhiệm đề tài: KS. Đặng thành công

6801
12/4/2008


Hà Nội 3 - 2008


2

Bộ Công thơng
Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp
Viện Công nghệ





Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN
M số: 247.07RD/HĐ-KHCN




Tờn ti:

Nghiên cứu chế tạo khuôn uốn định hình trên

máy cnc sử dụng trong sản xuất bàn ghế bằng
thép ống




















Hà Nội , 3 - 2008
Cơ quan chủ trì
Chủ nhiệm đề tài

KS. Đặng Thành Công

3
Mục lục


I. Tổng quan 2
1.1 Máy uốn ống, nguyên lý uốn ống kiểu trục tâm. 2
1.2 Khuôn mẫu kim loại và khuôn uốn ống. 9
II. gia công khuôn trên máy cnc 14
2.1 Máy CNC cắt kim loại bằng dao cụ 15
2.2 Máy tia lửa điện 18
2.3 Lập trình gia công khuôn mẫu trên máy CNC 20
III. Qui trình chế tạo khuôn uốn bàn ghế trên máy CNC. 23
3.1 Qui trình gia công cơ 23
3.2 Qui trình nhiệt luyện 33
3.3 Sơ đồ qui trình chế tạo 36
IV.Kết luận. 37
Tài liệu tham khảo
Phụ lục.
1. Biên bản nghiệm thu chạy thử sản phẩm
2. Phiếu đo độ cứng
3. Một số chu trình gia công trong các hệ điều khiển CNC

4
I. tổng quan

1.1 Máy uốn ống, nguyên lý uốn ống kiểu trục tâm
a) Máy uốn ống
Uốn ống truyền động thuỷ lực kiểu trục tâm đã đợc áp dụng phổ biến
ở nớc ta. Các loại máy uốn ống hiện nay đợc nhập ngoại từ nhiều nguồn
khác nhau nh hãng Shaw Group Inc Mỹ, Shanghai Guoqing Machinary -
Trung Quốc...Các máy uốn CNC nhập ngoại có giá thành khá cao từ vài chục
tới vài trăm ngàn USD. Trong nớc cũng đã có một số đơn vị đã và đang tiến
hành hợp tác nghiên cứu chế tạo máy uốn ống điều khiển CNC nh Công ty
Thiết kế và đóng tàu Miền nam (SESCO) với đề tài cấp Nhà nớc Nghiên cứu
thiết kế và chế tạo máy uốn ống CNC phục vụ công nghiệp uốn ống.
Máy uốn ống kiểu trục tâm điều khiển CNC có những đặc điểm sau:
- Tự động hoá cao, các chuyển động chính trong quá trình uốn đợc tự
động hoá.
- Các chuyển động đợc kiểm nghiệm bởi hệ thống đo kỹ thuật số với độ
chính xác cao.
- Kết nối dễ dàng với những phần mềm thiết kế ống.
Máy uốn ống kiểu trục tâm điều khiển PLC có các đặc điểm sau:
- Thao tác cấp ống và tháo ống đợc thực hiện bởi thợ vận hành máy với
các thớc đo cơ khí (cữ chặn, thao...) do đó độ chính xác của vị trí uốn,

góc uốn có phần phụ thuộc vào tay nghề thợ.
- Lập trình gia công cho các biên dạng uốn khác nhau thờng kém linh
hoạt.
- Việc kết nối giữa PC với bộ điều khiển khó khăn hơn (phải thông qua
những trình biên dịch riêng). Không hỗ trợ tơng thích với các phần
mềm thiết kế ống (các phần mềm thiết kế ống không xuất file gia công
trực tiếp cho các hệ điều khiển PLC).
Máy uốn ống kiểu trục tâm bao gồm các bộ phận chính sau:

5
- Hệ thống kết cấu, truyền động cơ khí: khung máy, hệ thống truyền
động bánh răng, xích tải, cụm gá lắp khuôn, cơ cấu kẹp ống, cụm bàn
máy và dẫn hớng, động cơ...
- Hệ thống truyền động thuỷ lực gồm bơm dầu, xi lanh thuỷ lực, các van
phân phối, tiết lu, an toàn.
- Hệ thống điều khiển: PLC hoặc CNC gồm bộ điều khiển trung tâm, các
mạch điều khiển các trục, các mạch khuyếch đại...


Hình 1: Máy uốn kiểu trục tâm điểu khiển CNC.
Đặc điểm, kết cấu một số bộ phận chính của máy uốn ống kiểu trục tâm:
- Cụm khung máy: Gồm cơ cấu hàn từ thép hình C45, gồm khung máy, dẫn
hớng. Cụm thân máy cần đảm bảo cứng vững để lắp các bộ phận khác của
máykhi làm việc ổn định không rung.

6

Hình 2: Kết cấu cụm khung máy.
- Cụm truyền động chính: Chuyển động chính của máy gồm chuyển động
kẹp chặt ống của cơ cấu kẹp ống, chuyển động đẩy ống tới vị trí theo

lập trình, và chuyển động quay của trục khuôn uốn tạo thành góc uốn
mong muốn.

Hình 3. Kết cấu truyền động chính máy uốn ống kiểu trục tâm.
- Cơ cấu đẩy: Các bộ phận chính gồm xi lanh piston đẩy, các thanh nối,
các giá đẩy. Cơ cấu đẩy có chức năng chính là đẩy ụ động quay tạo
chuyển động lệch tâm trong quá trình uốn

7

Hình 4. Cơ cấu đẩy
- Cơ cấu kẹp ống: Di chuyển ống đến vị trị định sẵn, kẹp chặt ống giúp
cho ống không dịch chuyển trong quá trình uốn. Cơ cấu bao gồm những
bộ phận chính nh: Xi lanh, ptiston, hộp giảm tốc, bộ truyền bánh vít,
các tay đòn, bạc kẹp...

Hình 5. Cơ cấu kẹp ống

- Cơ cấu gá lắp khuôn: Có chức năng gá lắp các khuôn uốn lên bàn máy,
bao gồm các bộ phận chính sau: Bích khung đỡ, giá đỡ xi lanh tay uốn,
giá đỡ ngang, tấm dẫn hớng...

8

Hình6. Cơ cấu gá lắp khuôn

Thụng s KT V
T
50TSR-
RBH

65TSR-
RBH
80TSR-
RBH
100TSR-
RBH
120TSR-
RBH
Kh nng un ln
nht.(S=40kgf/mm
2
)
mm 50x3.0 65x 3.0 80 x4.5
101.6
x5.5
120x5.5
ng kớnh un ln
nht
mm 30~220 35~250 40~250 60~400 80~450
Chiu di vt tõm
ln nht
mm 2200 2500 3000 3600 5000
Kớch thc tng th
(DxRxC)
mm
4400 x
1050
x 1400
5000 x
1250

x 1450
5300 x
1250
x 1500
6500 x
1600
x 1550
8650 x
1800
x 1600
Tng trng lng
kgs 2000 3000 4000 6000 8000


Bảng 1. Thông số kỹ thuật một số Máy uốn thuỷ lực điều khiển PLC





9
Thụng s KT VT CNC-F38H-4A CNC-F38H-5A
Kh nng un ln nht
O.D.(S=40kgf/mm
2
)
mm 38 x 2.5 38 x 2.5
Gúc un ln nht
mm 38 ~ 180 38 ~ 180
Khong cỏch gia bn un

mm 320~4200 320 ~ 4200
T l lm vic-OD.19.05mm
PC 3~4 3 ~ 4
T l lm vic- OD.25mm PC 2~3 2 ~ 3
T l lm vic - OD.32mm
PC 1~2 1 ~ 2
T l lm vic - OD.38mm
PC 1 1
Kớch thc tng th
(DxRxC)
mm 7000x1200x1500 7000x1200x1500
Tng trng lng
kgs 2000 2100

Bảng 2. Thông số kỹ thuật một số loại máy uốn hai đầu CNC
b) Nguyên lý uốn ống kiểu trục tâm:
Uốn ống kiểu trục tâm dựa trên chuyển động lệch tâm theo cung tròn để
uốn những bán kính mong muốn, khi đó bán kính góc uốn bằng bán kính của
cung. Cũng giống nh uốn thép thanh ống chịu kéo tại mé ngoài và nén tại
phía trong. Thông thờng với những bán kính uốn nhỏ hơn hai lần đờng kính
uốn ngời ta thờng nung nóng ống để khi uốn ống không bị nhăn, dập.
Trên máy uốn đợc bố trí khuôn mẫu, gá kẹp khuôn, thao uốnống sẽ
đợc đa vào thao đúng tới cữ chặn, dới tác động của thuỷ lực nửa khuôn
động sẽ chuyển động uốn ống theo đúng góc uốn mong muốn khớp với nửa
khuôn tĩnh. Khi uốn ống sẽ tỳ lên hai nửa khuôn, do đó khuôn uốn sẽ chịu lực
kéo, nén Mặt khác khi uốn thông thờng không sử dụng bôi trơn nên bề mặt
khuôn sẽ tiếp xúc trực tiếp với ống uốn gây nên ma sát, mài mòn lớn

10

















Hình 7. Bố trí khuôn trên máy uốn thuỷ lực
Tổng quát lại quá trình uốn bao gồm những bớc sau:
B1. Cấp ống: Đối với máy uốn PLC đa số cấp ống bằng thủ công, đối với
những ống có đờng kính lớn có sự hỗ trợ của palăng, xe nâng, cẩu. Đối với
máy uốn ống tích hợp điều khiển CNC có hệ thống cấp ống tự động để đảm
bảo quá trình uốn liên tục.
B2: Di chuyển, định vị, kẹp chặt ống: Trên các máy uốn điều khiển CNC hiện
nay các thao tác này hoàn toàn tự động. ống đợc di chuyển tới vị trí lập trình
sẵn và đợc kẹp chặt bởi cơ cấu kẹp ống sao cho khi uốn ống không bị di
chuyển.
B3: Uốn ống: Khuôn trên đợc hệ thống thuỷ lực đẩy sát vào khuôn dới, sau

đó cụm động quay quanh trục cố định uốn ống thành góc định trớc.
B4: Tháo ống: Đối với máy điều khiển CNC thao tác tháo ống cũng hoàn toàn
tự động.
Khuụn un
Khuụn
Thao
Khuụn un

11
1.2. khuôn mẫu kim loại, khuôn uốn ống.
Ngày nay khuôn mẫu đợc sử dụng rất nhiều trong các ngành khác
nhau khi cần tạo hình vật thể nh ngành gia công biến dạng nguội, đúc, sản
xuất sản phẩm nhựa. Vật liệu làm khuôn cũng rất đa dạng, từ hỗn hợp cát tới
các loại thép hợp kim khác nhau. Các loại khuôn mẫu làm bằng kim loại sử
dụng trong các ngành nh sau:
a) Khuôn sử dụng trong gia công biến dạng nguội và biến dạng nóng.
Các loại khuôn biến dạng nguội (dập, uốn) đợc sử dụng phổ biến
trong gia công cơ khí, có u điểm là năng suất cao, thao tác gia công đơn giản


Hình 8. Khuôn dập cắt

Hình 9. Khuôn dập liên hoàn trên máy thuỷ lực
Khuôn dập, uốn có đặc điểm làm việc là ngoài chịu áp lực lớn còn chịu
ứng suất uốn, va đập và ma sát lớn, đối với những khuôn biến dạng nóng còn
phải chịu cả nhiệt độ cao trong quá trình gia công do đó phải đáp ứng đợc
những điều kiện sau:
- Độ cứng: Khuôn dập nói chung phải đạt độ cứng từ 56HRC trở lên tuỳ
thuộc vào thép lá dập. Đối với thép dập có độ cứng cao nh thép kỹ
thuật điện (tôn silic) độ cứng yêu cầu lớn hơn 60HRC. Đặc điểm cần

12
chú ý khi chọn vật liệu làm khuôn dập là ở độ cứng lớn hơn 62 HRC
khuôn dễ bị nứt, mẻ khi làm việc
- Tính chống mài mòn: Khuôn dập phải chịu ma sát lớn nên đòi hỏi có
tính chống mài mòn cao để đảm bảo kích thớc và độ sai lệch của sản
phẩm sau dập.
- Độ bền và độ dai va đập: Thông thờng khuôn dập chịu tải trọng đột
ngột trong thời gian rất ngắn do đó khuôn cũng phải đảm bảo độ dai va
đập để không sứt, mẻ khi làm việc.
Để đảm bảo những yêu cầu nói trên, bớc chọn vật liệu làm khuôn khá
quan trọng trong quá trình thiết kế chế tạo khuôn. Những mác thép thông
thờng làm khuôn biến dạng nguội hiện nay là SKD 11, (tiêu chuẩn JIS), X12,
9XC (tiêu chuẩn Nga).... Những thép sử dụng trong làm khuôn biến dạng nóng
là SKD61, X40CrMoV5-1...,

TT Mác thép C W Mo Cr V Mn
1 SKD 11 1,4 1,6 0,8-
1,2
11,0-
13,0
0,2-0,3 0,6
2 SKD61 0,32-0,42 1-1,5 4,5-5,5 0,8-1,2 0,5
3 X12 2,0-2,2 - - 11,5-
13,0
- 0,15-
0,4
4 SKD1 1,8-2,4 - - 12-15 0,3 0,6
5 SKS31 0,95-1,05 1,00-1,5 - 0,8-1,2 - 0,9-1,2
6 100CrWMn 0,9-1,05 1,2-1,6 - 0,9-1,2 - 0,8-1,1

Bảng 3. Một số mác thép làm khuôn biến dạng thông dụng
b) Khuôn sử dụng trong ngành nhựa.
Có hai loại hạt nhựa hiện thờng đợc sử dụng hiện nay trong sản xuất
sản phẩm nhựa là thermoset và thermoplastic. Hiện nay, xu hớng chung là
dùng thermoplastic vì có thể tái chế có các loại nh Polyethylene LDPE,
Polycarbonate, PET...Vật liệu cho khuôn đùn ép nhựa thờng là thép P20 hoặc
NA-55.


13


Hình 10. Khuôn ép vỏ điện thoại
Trong thiết kế khuôn ép nhựa cần chú ý đến góc rút khuôn thông thờng
là từ 0,5 ữ 2
0
tuỳ theo chiều dài của sản phẩm. Hiện nay cha có sổ tay hay
tài liệu nào đề cập chính xác mà chủ yếu làm theo kinh nghiệm. Hai phần của
khuôn thờng đợc gắn trên hai miếng thép (lót khuôn) đủ dày để gắn lên hệ
thống thuỷ lực. Khi thiết kế khuôn ép nhựa cần chú ý bố trí rãnh dẫn tại những
vị trí chịu áp suất thấp nhất. Nếu là rãnh dẫn tròn đờng kính thông thờng
phải lớn hơn 0,9 mm. Bộ phận phun nhựa(Runner) thờng đi kèm máy nhng
chú ý phải chọn loại phù hợp với khối lợng sản phẩm.
Trong thiết kế khuôn ép nhựa độ chính xác là rất quan trọng và cũng
quyết định đến giá thành của khuôn (ví dụ độ chính xác khi làm khuôn ép chai
nhựa không cần yêu cầu cao nh ép vỏ chuột máy tính). Độ dày thành khuôn
cũng rất quan trọng nếu làm dày thì nguội chậm và độ co của nhựa sẽ cao còn
nếu làm mỏng thì ngợc lại.

c) Khuôn sử dụng trong Đúc áp lực.
Đa số các máy đúc áp lực cao hiện nay theo kiểu buồng ép nguội nằm
ngang. Khuôn đúc bao gồm hai nửa khuôn gồm một nửa cố định (nửa khuôn
tĩnh) và một nửa chuyển động (nửa khuôn động). Ruột đợc bố trí tại nửa
khuôn động vì dễ dỡ hơn. Cấu tạo khuôn đúc thờng rất phức tạp gồm buồng
ép, kênh dẫn, rãnh dẫn, các chốt dẫn hớng, chốt đẩy... (hình 11)


14


Hình 11. Máy đúc áp lực 420 tấn (Viện Công nghệ)
Khuôn đúc áp lực tuy không chịu áp lực cao và tải trọng va đập lớn bằng
các khuôn ép nguội nhng lại chịu nhiệt độ cao và thay đổi liên tục. Do đó vật
liệu làm khuôn đúc áp lực ngoài yêu cầu về độ bền, độ dai, độ chịu mài mòn
cao còn phải có khả năng chịu nhiệt độ cao và thay đổi liên tục. Đối với đúc
nhôm ngời ta hay dùng thép 4Cr5W2PPb, 3Cr2W8b, đúc kẽm vật liệu làm
khuôn thờng là 5CrMnNi. Khuôn phải đợc nhiệt luyện, các bề mặt làm việc
đợc mài nhẵn, (hiện nay thờng mài bằng tay), mạ crôm, anot hoá, hoặc phốt
phát hoá bề mặt khuôn.

d) Khuôn uốn ống.
- Khuôn uốn R (bản vẽ xem phần phụ lục)
Khuôn uốn ống có bán kính R là chi tiết có dạng trụ tròn xoay với rãnh
cầu. Khuôn uốn R đợc lắp trên phần băng máy cố định, nó đợc gắn vào trục
quay và chỉ kéo trên trục đó khi uốn. Đối với mỗi sản phẩm khác nhau khuôn
uốn sẽ có đờng kính phù hợp. Với đặc điểm là chịu kéo, nén, ma sát, mài
mòn lớn khi làm việc nên vật liệu làm khuôn để đáp ứng đợc những yêu cầu
về cơ tính là rất quan trọng. Trớc đây, ngời ta thờng dùng thép C45 gia

15
công sau đó nhiệt luyện tuy nhiên tuổi thọ của khuôn rất thấp, khuôn mòn
nhanh gây sai hỏng sản phẩm nh góc uốn không đảm bảo, cong vênh, xớc
bề mặt. Đối với những góc uốn nhỏ hơn hai lần đờng kính ống bắt buộc phải
nung nóng để chống nhăn ống do đó để đảm bảo yêu cầu về độ cứng, độ dai
va đập và bền nhiệt chọn vật liệu thép SKD61 với độ cứng đạt lớn hơn 50
HRC sau nhiệt luyện. Khi gia công khuôn uốn R là cần đảm bảo chính xác về
dung sai kích thớc lắp ghép giữa lỗ gá trục và phần gá khuôn đỡ dới. Để gia
công khuôn R sử dụng máy tiện là phù hợp nhất, gia công trên các máy công
cụ khác độ chính xác và hiệu quả sẽ không đạt đợc nh gia công trên máy
tiện. Trớc đây, các loại khuôn này thờng đợc gia công trên máy tiện cơ
nhng độ chính xác phụ thuộc nhiều vào tay nghề thợ đứng máy nên chất
lợng khuôn không ổn định. Nay các loại khuôn này đợc gia công trên máy
tiện CNC sẽ tăng năng suất, đảm bảo ổn định chất lợng khuôn

- Khuôn uốn trên (bản vẽ xem phần phụ lục):
Khuôn uốn trên có dạng hình hộp có rãnh cầu đợc gắn trên phần băng
động của máy uốn cùng với khuôn đỡ dới kẹp và giữ ống khi uốn. Tuỳ theo
bán kính uốn mà khuôn có chiều dài phù hợp. Khuôn đỡ trên chịu kéo, nén,
ma sát và mài mòn khi uốn. Cũng giống nh khuôn uốn R, thép chọn vật liệu
thép SKD61 để đảm bảo độ cứng và độ bền nhiệt (khi uốn ống có quá trình
nung nóng) của khuôn.

- Khuôn đỡ dới (bản vẽ xem phần phụ lục):
Khuôn đỡ dới cũng tơng tự nh khuôn đỡ trên. Vật liệu làm khuôn
cũng chọn thép SKD 61.