Phương pháp cải tiến trong gia công tay nắm cửa hình dạng phức tạp

Nội dung text: Phương pháp cải tiến trong gia công tay nắm cửa hình dạng phức tạp

1. PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN TRONG GIA CÔNG TAY NẮM CỬA HÌNH DẠNG PHỨC TẠP AN INNOVATION METHOD OF MANUFACTURING THE INTEGRATED DOOR HANDLES Trần Mai Văn Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM TÓM TẮT Sản phẩm tay nắm cửa được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta đặc biệt là trong gia đình và các công ty Để sản xuất hàng loạt loại sản phẩm tay nắm cửa trước đây, người ta phải chế tạo rất nhiều bộ khuôn đơn. Việc này làm cho tốc độ sản xuất giảm và tốn kém. Do đó, cần thiết phải cải tiến phương pháp chế tạo này. Trong phần nghiên cứu này, bộ khuôn dập phức hợp sản phẩm tay nắm cửa được thiết kế và phân tích biến dạng bằng phần mềm ETA-DYNAFORM và Deform 3D. Tiếp theo, bộ khuôn dập phức hợp được gia công và tiến hành thực nghiệm. Việc kiểm tra và đánh giá sản phẩm sẽ được tiến hành sau đó. Kết quả này sẽ được so sánh với thiết kế và tìm ra thông số tối ưu cho việc thiết kế và gia công sản phẩm dạng tay nắm cửa. Từ khóa: Khuôn phức hợp, tay nắm cửa, DYNAFORM, DEFORM-3D. ABSTRACT The integrated door handles have been generally used in our life and considered as not to be replaced in homes and entrepreneurs In order to manufacture these parts, engineers must design and build a lot of simple dies which decrease manufacturing velocity. Therefore, an innovation method of manufacturing the integrated door handles need to be considered. In this research, door handle parts were designed and simulated by ETA-DYNAFORM and SFTC DEFORM-3D software; then, the operations were optimised and experimented. The products were calibrated and evaluated. The results were compared with designs and analysed to make a decision on designing and manufacturing these products by manufacturing complex dies. Keywords: Door handles, complex die, DYNAFORM, DEFORM-3D.
2. 1. TỔNG QUAN Tay nắm cửa tủ nhân viên là loại sản phẩm có nhu cầu cao và phổ biến trong lắp ráp đồ dùng văn phòng ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Hiện nay tuy cũng đã có bộ khuôn dập cho khuôn nắm nhưng vẫn chưa đáp ứng sự tối ưu cũng như hiệu quả trong quá trình dập do trải qua nhiều lần dập. Trước yêu cầu đó đã đặt ra là thiết kế bộ khuôn dập phức hợp chỉ một lần dập để tối ưu và tiết kiệm vật liệu và thời gian. Dâp phức hợp là một dạng kết hợp nhiều nguyên công bao gồm: dập vuốt, đột lỗ, cắt phôi trong một bộ khuôn. Sản phẩm được tạo ra trong một lần dập. Ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm vật liệu tạo khuôn, thời gian dập, chi phí nhân công và máy móc trong sản xuất. Tuy nhiên, việc tính toán và thiết kế bộ khuôn khó khăn hơn và bộ khuôn dập phức tạp hơn. Đối với xu thế hiện nay đòi hỏi sản phẩm cần có nhanh chóng và chuộng hàng nhỏ gọn và đơn giản. Vì vậy việc sử dụng khuôn dập phức hợp sẽ đem lại lợi nhuận cao hơn các khuôn dập thông thường khác. 2. QUY TRÌNH CHẾ TẠO VÀ THIẾT KẾ BỘ KHUÔN SẢN PHẨM TAY NẮM CỬA Quy trình chế tạo tay nắm cửa gồm 4 bước: Phôi tấm – Dập vuốt định hình – Đột lỗ - cắt rìa được trình bày trong Bảng 1. Bảng 1: Quy trình chế tạo tay nắm cửa Bước Mô tả công việc Hình dạng Phôi tấm 1 Kích thước 80x90x0.5 mm. Dập vuốt định hình 2 Tạo phần lồi hình hộp chữ nhật thấp 20x68 (mm) và nửa hình elipxoit 31x20.5x15 (mm)
3. 3 Đột lỗ Tạo lỗ hình chữ nhật 16x64 mm. Cắt rìa Cắt bỏ nửa ngoài của nửa khối elipxôit và cắt bỏ rìa ngoài tạo góc vát 1.5x1.5mm. 4 chi tiết sau cắt có kích thước là 70x80x0.5 mm, lỗ hình chữ nhật 16x64 mm, một phần tư hình elipxôit 31x20.5x15m . Bộ khuôn dập phức hợp được thiết kế và thi công nhằm chế tạo sản phẩm tay nắm cửa. Thiết kế của chi tiết được trình bày trong Hình 1.
4. Hình 1: Bộ khuôn dập phức hợp tay nắm cửa dành cho tủ nhân viên Bộ khuôn bao gồm 12 chi tiết chính: tấm đế trên, tấm lót trên, tấm áo chày, tấm cắt, tấm chặn, tấm lót dưới, chân đế, chày, cối, chày và cối cắt elip, búa cắt, búa đẩy. Ngoài ra còn có các chi tiết phụ đi kèm như Bulong lục giác chìm, cơ cấu định vị, kẹp chặt khuôn, lò xo, chốt đẩy. Phần tính toán sơ bộ lực dập được thực hiện và tiến hành mô phỏng lực dập trước khi quyết định chọn máy với công suất 40 tấn để tiến hành dập. Quá trình mô phỏng được thực hiện với từng nguyên công và khảo sát từng thông số ảnh hưởng đến quá trình biến dạng của chi tiết trong khuôn dập phức hợp
5. 3. Kết quả Nguyên công 1: Dập định hình eclipxoic và khung chứa bảng tên Kết quả được trình bày trong Hình 3 Hình 2: Kết quả mô phỏng dập vuốt nguyên công 1 Kết quả biến dạng của chi tiết sau khi dập: Toàn bộ sản phẩm không xuất hiện vùng nguy hiểm có nguy cơ bị rách hay vật liệu quá mỏng. Ở vùng chịu kéo, chi tiết phẳng, không bị nhăn và nằm trong vùng an toàn Ở vùng chịu nén, chi tiết tương đối bằng phẳng, phần vật liệu nằm gần phần rìa phôi bị nhăn do bề dày sản phẩm tăng lên. Lực dập luôn nằm phía trên trục hoảnh thể hiện đây là lực chủ động, lực chặn phôi nằm phía dưới trục hoành thể hiện là lực bị động, do cối tác động vào tấm chặn tạo ra
6. Hình 3: Biểu đồ lực dập và lực chặn phôi theo các bước dập Theo kết quả phân tích từ biểu đồ lực dập, lực dập lớn nhất là 6 tấn, đạt được ở cuối hành trình, lực chặn phôi ổn định ở mức 1.7 tấn. Trong quá trình dập, lực dập của cối thay đổi theo chiều hướng ổn định, thuận lợi cho việc thiết kế các thông số khác của quá trình dập. a. Khảo sát lực chặn phôi Lực chặn phôi có liên quan trực tiếp tới lực dập của cối. Sau đây là một số kết quả thu được sau quá trình mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của lực chặn phôi tới quá trình dập, với các thông số dập như sau: chiều dày phôi 0.5mm, khe hở giữa chày và cối 0.7 mm, vận tốc chặn phôi 50 mm/s, vận tốc dập vuốt 15mm/s, để tìm ra lực chặn phôi và lực dập tối ưu cho quá trình dập ta khảo sát lực chặn phôi với một số giá trị như trong bảng 2. Bảng 2: Lực chặn phôi nguyên công 1 Lực chặn phôi (N) Lực dập mô phỏng Lực chặn phôi sau mô phỏng STT (Nhập vào phần mềm) (N) (N) 1 10000 52792.3 -9998.72 2 17000 61156.9 -16998.7 3 25000 71707.2 -24998.6 4 30000 76403 -29998.6 5 40000 87629 -39998.2
7. STT Lực Kết quả Nhận xét chặn phôi (KN) 1 Với lực chặn phôi từ 17KN trở xuống, phần elip biến dạng đều, không xuất hiện vùng có 10 nguy cơ biến dạng lớn dẫn đến rách vật liệu, phần vành ngoài chỉ xuất hiện vùng nhăn ở rìa do chiều dày vật liệu 2 tăng lên. Tuy nhiên, vùng xuất hiện nhăn còn lớn, biến dạng ở các góc không đồng đều. 17 Với lực chặn phôi từ 17KN trở lên, phần elip biến dạng 3 đều, không xuất hiện vùng có nguy cơ biến dạng lớn dẫn đến rách vật liệu, vùng xuất 25 hiện nhăn ít, biến dạng ở các góc đồng đều. 4 30
8. 5 40 Sau khi khảo sát một số giá trị của lực chặn phôi, ta rút ra được biểu đồ lực dập theo các lực chặn phôi khác nhau như Hình 3. Ứng với mỗi giá trị lực chặn phôi, một biểu đồ lực dập và một biểu đồ lực chặn phôi được thể hiện. Hình 3: Biểu đồ khảo sát lực dập khi thay đổi lực chặn phôi Khi lực chặn phôi là từ 2.5 tấn đến 4.5 tấn thì biểu đồ lực dập có xu hướng ổn định, đồng thời sản phẩm dập ít bị nhăn rách, đảm bảo chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, đối với lực chặn phôi 1.7 tấn cho ta kết quả mô phỏng sản phẩm dập tốt nhất nên ta chọn giá trị lực chặn phôi là 1.7 tấn để thực hiện các thao tác tiếp theo trong quá trình mô phỏng.
9. b. Khảo sát khe hở giữa chày và cối Khe hở giữa chày và cối dùng để giảm ma sát giữa chày, cối và vật liệu. Nếu trị số khe hở nhỏ sẽ làm tăng lực dập vuốt, tăng ứng suất kéo ở tiết diện nguy hiểm và giảm mức độ biến dạng. Ngược lại, nếu khe hở quá lớn thì sản phẩm dập sẽ không đảm bảo biên dạng cần thiết. Bảng 3 trình bày kết quả khảo sát ảnh hưởng của khe hở giữa chày và cối tới quá trình dập, với các thông số dập như sau: chiều dày phôi 0.5 mm, vận tốc chặn phôi 15 mm/s, vận tốc dập vuốt 50 mm/s, lực chặn phôi 17000 N, để xác định khe hở tối ưu giữa chày và cối ta khảo sát khe hở giữa chày và cối từ 0.3mm ÷1.7 mm. Bảng 3: Khe hở giữa chày và cối STT Khe hở giữa chày và cối [mm] Lực dập mô phỏng [N] Lực chặn phôi mô phỏng [N] 1 0.3 63324 -16996 2 0.5 61294.5 -16989 3 0.7 61156.9 -16995 4 0.9 40793.7 -16991 5 1.2 40683.4 -17010 Hình 4 trình bày kết quả khảo sát các giá trị lực dập ứng với các khe hở khác nhau giữa chày và cối và biểu đồ lực dập và lực chặn phôi ứng với các giá trị khe hở đó. 80000 60000 40000 20000 LỰC DẬP (N) 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 -20000 -40000 THỜI GIAN (s) NC1 - Z= 0.7 - DIE NC1 - Z=0.7 - BINDER NC1 - Z=0.3 - DIE NC1 - Z=0.3 - BINDER NC1 - Z=0.5 - BINDER NC1 - = 0.5 - BINDER NC1 - Z=0.9 - DIE NC1 - Z=0.9 - BINDER NC1 - Z=1.2 - DIE NC1 - Z=1.2 - BINDER NC1 - Z=1.7 DIE NC1 - Z=1.7 - BINDER Hình 4: Biểu đồ khảo sát lực dập khi thay đổi khe hở giữa chày và cối
10. Khi thay đổi khe hở giữa chày và cối thì lực dập cũng thay đổi. Khoảng khe hở cho phép ta dập ra sản phẩm có độ biến dạng, nhăn rách hợp lý là khoảng Z=0.5÷1 mm (khe hở một phía). c. Khảo sát chiều dày phôi Chiều dày tương đối của phôi có ý nghĩa quyết định đối với khả năng dập vuốt. Chiều dày phôi càng lớn thì lực dập càng phải lớn để đảm bảo dập vuốt được chi tiết. Nếu chiều dày phôi quá lớn thì lực dập sẽ rất lớn, đòi hỏi máy móc thiết bị có công suất cao, không có hiệu quả kinh tế. Ngược lại, nếu chiều dày phôi quá nhỏ thì có thể giảm được lực dập, nhưng vật liệu mỏng sẽ không đảm bảo độ biến dạng cần thiết, dẫn tới chi tiết có thể bị biến mỏng quá nhiều, hoặc nhăn rách. Bảng 4 trình bày kết quả khảo sát ảnh hưởng của chiều dày phôi tới quá trình dập, với các thông số dập như sau: khe hở giữa chày và cối 0.7 mm, vận tốc chặn phôi 20 mm/s, vận tốc dập 50 mm/s, lực chặn phôi 17000 N. Để xác định chiều dày phôi tối ưu ta khảo sát chiều dày phôi từ 0.5 ÷1.5 mm. Bảng 4: Ảnh hưởng của chiều dày phôi tới quá trình dập STT Chiều dày phôi [mm] Lực dập mô phỏng [N] Lực chặn phôi mô phỏng [N] 1 0.5 61156.9 -16999.5 2 0.8 93649.7 -16998.6 3 1.0 112294 -16999.3 4 1.2 151098 -169986 5 1.5 231621 -169986 Biểu đồ lực dập và biểu đồ lực chặn phôi ứng với các chiều dày phôi khác nhau được thể hiện trong Hình 5. Với khoảng chiều dày T=0.5÷1 mm, quá trình mô phỏng cho ra sản phẩm dập có biến dạng tốt, không xuất hiện các vùng có nguy cơ rách hoặc nhăn quá nhiều, với chiều dày phôi T=0.5 mm thì lực dập không lớn (khoảng 6.5 tấn), đồng thời lực dập ổn định. Do vậy, chiều dày phôi là 0.5 mm được chọn để tiến hành gia công sản phẩm. Hơn nữa xét về tính kinh tế phôi càng mỏng thì giá trị kinh tế càng cao nên việc lựa chọn chiều dày phôi 0.5 mm là phù hợp.
11. 120000 100000 80000 60000 40000 20000 LỰC LỰC DẬP (N) 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 -20000 -40000 THỜI GIAN (s) NC1 - T=0.5 - DIE NC1 - T =0.5 - BINDER NC1 - T= 0.8 - DIE NC1 - T=0.8 - BINDER NC1 - T=1 - DIE NC1 - T=1 - BINDER Hình 5: Biểu đồ khảo sát lực dập khi thay đổi chiều dày phôi d. Khảo sát tốc độ dập Bảng 5 trình bày kết quả thu được sau quá trình khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dập tới quá trình dập, với các thông số dập như sau: chiều dày phôi 1 mm, khe hở giữa chày và cối 1.225 mm, lực chặn phôi 30000 N. Bảng 5: Ảnh hưởng của tốc độ dập Tốc độ dập vuốt Tốc độ chặn phôi Lưc dập mô phỏng Lực chặn phôi mô STT [mm] [mm] [N] phỏng [N] 1 15 10 59677 -16959 2 20 15 59858 -16995 3 25 10 40381 -16996 4 30 15 40457 -16998 Hình 6 thể hiện biểu đồ lực dập, ứng với mỗi thông số tốc độ chặn phôi và tốc độ dập khác nhau ta có được một biểu đồ lực chặn phôi và biểu đồ lực dập tương ứng
12. Hình 6: Biểu đồ khảo sát lực dập khi thay đổi tốc độ dập Tốc độ dịch của cối tăng làm cho lực dập tăng, thời gian dập giảm xuống. Khi tốc độ tăng đến một giá trị nào đó sẽ làm cho sản phẩm dập bị ô van hoặc cong vênh. Tốc độ di chuyển của cối trong quá trình chặn phôi nên nằm trong khoảng 10÷30 (mm/s) và tốc độ của cối trong quá trình dập vuốt nằm trong khoảng 10÷20 mm/s để đảm bảo chi tiết ít bị cong vênh, đồng thời lực dập có xu hướng ổn định. Với giá trị tốc độ được chọn từ 10÷20 mm/s thì lực dập vuốt chi tiết khá nhỏ có thể đáp ứng trên mọi máy dập. Sau khi khảo sát nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình dập, các thông số của quá trình dập vuốt nguyên công 1 được trình trong bảng 6. Bảng 6: Các thông số ảnh hưởng đến nguyên công vuốt chi tiết Thông số dập Giá trị Chiều dày phôi [mm] 0.5 Khe hở một bên giữa chày và cối [mm] 0.7 Lực chặn phôi [N] 17000 Tốc độ của cối khi chặn phôi [mm/s] 15 Tốc độ của cối khi dập vuốt [mm/s] 10 Chi tiết sản phẩm của nguyên công 1 sẽ được sử dụng để đột lỗ trong nguyên công 2.
13. Sau khi khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình dập vuốt, bộ khuôn được thiết kế và gia công. Kết quả sau khi gia công và lắp ráp như Hình 7. Hình 7: Bộ khuôn hoàn chỉnh Bộ khuôn sau khi gia công đem đi dập thử và kết quả phù hợp với quá trình tính toán và thiết kế. Sản phẩm hoàn chỉnh sau gia công được trình bày ở hình 8. Hình 8: Sản phẩm hoàn chỉnh sau dập. 4. Kết luận và đề nghị Sau khi thiết kế bộ khuôn dập, ứng dụng phần mềm CAE Eta/Dynaform 5.6 vào quá trình mô phỏng dập và chế tạo bộ khuôn, các kết quả được rút lại như sau: Tính toán thiết kế hoàn chỉnh các thành phần khuôn dập phức hợp tay nắm cửa. Phân tích quá trình dập vuốt và dập cắt trên phần mềm mô phỏng, so sánh với kết quả tính toán và tìm ra thông số tối ưu cho quá trình dập. Ứng dụng tính toán mô phỏng CAE trong công nghệ dập tấm là một định hướng quan trọng ứng dụng trong công việc thiết kế chế tạo khuôn. Mô phỏng giúp cho việc phỏng đoán nhanh các hư hỏng có thể xảy ra đồng thời kiểm tra và tối ưu các thông số đã được tính toán trong phần thiết kế. Tiết kiệm thời gian và rủi ro cho quá trình chế tạo.
14. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V.L. Martrenco, L.I Rudman. Dịch giả: Võ Trần Khúc Nhã. Sổ tay thiết kế khuôn dập tấm. NXB Hải Phòng. Tháng 03-2005. [2] Nguyễn Mậu Đằng. Công nghệ tạo hình kim loại tấm. NXB Khoa học và Kỹ thuật. Năm 2005. [3] Nguyễn Giảng, Lê Nhương. Sổ tay dập nguội. Tập 1. NXB khoa học và kỹ thuật. Hà Nội-1972. [4] Nguyễn Giảng, Lê Nhương. Sổ tay dập nguội. Tập 2. NXB khoa học và kỹ thuật. Hà Nội-1972. [5] Lê Nhương. Kỹ thuật dập nguội. NXB công nhân kỹ thuật. Hà Nội – 1981 [6] Lý thuyết khuôn – Phạm Đăng Minh sưu tầm. [7] Atlat khuôn. [8] PGS. TS. Hoàng Tùng, Giáo trình vật liệu và công nghệ cơ khí. NXB Giáo Dục, 2004 [9] Mc Graw – hill. Handbook of die design [10] Phụ lục tiêu chuẩn Việt Nam 2008 [11] Phụ lục tiêu chuẩn Việt Nam 8301/2009 Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): ThS. Trần Mai Văn Họ tên: ThS. Trần Mai Văn Đơn vị: Khoa Cơ khí máy, trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Điện thoại: 0909.449.642 Email: vantm@hcmute.edu.vn Chuyên ngành chính: Công nghệ khuôn mẫu (Biến dạng kim loại trong khuôn)
15. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.