Đang tải... (xem toàn văn)
CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC ỨNG DỤNG SẢN XUẤT CHI TIẾT TRONG CÔNG NGHIỆP OTO
1 CÔNG NGH GIA CÔNG ÁP LC NG DNG SN XUT CHI TIT TRONG CÔNG NGHIP Ô TÔ METAL FORMING TECHNOLOGY - APPLICATIONS IN AUTOMOBILE MANUFACTURING B môn Gia công áp lc – Vin C khí Trng i hc Bách khoa Hà ni TÓM TT Công nghip sn xut ô tô và công nghip sn xut các thit b ph tr đang đc các doanh nghip trong lnh vc c khí đu t và phát trin đáp ng nhu cu vn chuyn trong nc. Các công ngh đ đáp ng cho các ngành trên vn còn non tr và cha đc nghiên cu cng nh ng dng mt cách chính xác và hiu qu. Mc đích ca nghiên cu này là tìm hiu các công ngh truyn thng và tiên tin trong nc và đc bit trên th gii, đã và đang nghiên cu ng dng trong công nghip ô tô. Qua đó giúp doanh nghip có cái nhìn tng quan v kh nng công ngh, điu kin áp dng, đ áp dng vào thc t sn xut ti Vit nam. ABSTRACT Automobile industry and alternative auto part industry are being invested by mechanical enterprise to develop and to adapt domestic remaining in the field of transport. The appropriate technologies are still young and weren’t researched exactly and weren’t applied efficiently in Vietnam. The purpose of this investigate is an overall survey in conventional and advantageous technologies in Vietnam and over the World, which was and are applied in Automobile industry. With this state of the art enterprise could catch the technology abilities, conditions in overview to apply in manufacturing in Vietnam. Keywords: metal forming, forging, sheet metal forming, tube forming, joining 1. GII THIU Trong chc nm gn đây, công nghip ô tô đang đc chú trng và đu t phát trin ti Vit nam. Trong đó ch yu là công nghip sn xut các chi tit ph tr trong ô tô, gm có xe con và xe ti nh. Các cm chi tit phc tp khác nh đng c, h thng điu khin đin t ch yu vn là nhp khu. Các doanh nghip tiêu biu sn xut và lp ráp ô tô nh Trng Hi, Xuân Kiên, VEAM đã cho xut xng khá nhiu các chng loi và dn đáp ng đc nh cu xe ti nh và mt phn xe con ti Vit nam. Hình 1.1 Các cm chi tit chính trong ô tô cá nhân 2 Các loi xe con do yêu cu cao hn v cht lng nên vn ch yu là lp ráp và nhp khu nguyên chic v Vit nam. Lý gii cho vn đ nhp khu vn là vic hn ch trong lnh vc ch to các chi tit và cm chi tit trong xe ô tô. Trên Hình 1.1 lit kê các cm chi tit chính trong ô tô cá nhân, gm có đng c, v np, khung b, ng dn v.v. Theo thng kê ca tp đoàn BMW nm 2005 thì có 25% các chi tit trong ô tô ch to bng gia công ct gt, 15% ng dng công ngh đúc, 12% công ngh hàn, 35% các chi tit đc ch to bng công ngh dp, còn li các các công ngh khác. tip tc phát trin ngành ch to xe ô tô nói riêng và phng tin giao thông nói chung, chúng tôi xin gii thiu tng quan các công ngh gia công áp lc đ ch to các chi tit chính trong xe ô tô. Qua đó làm rõ kh nng ng dng và tim nng phát trin ca công ngh này ti Vit nam. Công ngh gia công áp lc, thut ng quc t là Metal forming technology, đã ra đi rt sm và phát trin mnh các nc công nghip phát trin nh Nga, M, c, Nht, v.v. Bn cht ca công ngh này là ng dng kh nng bin dng do ca kim loi đ to hình trong lòng khuôn bng tác dng ngoi lc thích hp. Do đó các yu t chính ca công ngh này gm có vt liu và kh nng bin dng do, kt cu ca các b khuôn và thit b dp, cng nh quy trình công ngh hp lý. Theo công ngh này thì các dng sn phm dng tm nh v, np, xem Hình 1.1, có th ch to bng các phng pháp dp tm, dng khung b thì ng dng công ngh dp khi, ghép ni, các chi tit dng ng dn ch to bng cht lng và các chi tit truyn đng trong đng c nh bánh rng, khp ni, tay biên thì đc sn xut bng công ngh dp khi. ni dung chính ca bài báo, các dng sn phm đin hình và các công ngh dp truyn thng và tiên tin s đc trình bày. 2. CÁC CÔNG NGH CH TO TRONG GIA CÔNG ÁP LC 2.1 CH TO CÁC CHI TIT DNG TM V Trong ô tô có rt nhiu chi tit dng tm mng nh np ca pô, cánh ca xe, np cp sau v.v., xem Hình 2.1 .a. Các chi tit này ch yu là sn phm dp vut (deep drawing), vi chiu sâu dp vut thp. Công ngh dp vut cho các chi tit này cng đã đt đc nhng thành tu nht đnh nh ng dng h thng chn đàn hi và chn cc b vi lc chn thay đi trên vành phôi, công ngh này đc ng dng rt nhiu c trong công nghip ô tô, máy bay. Trong khi dp vut các chi tit ln và mc đ dp vut thp, các chi tit này rt khó đt đc đ sc nét góc cnh và hin tng đàn hi li xy ra. khc phc hin tng này, phng pháp dp vut có kéo và s dng gân vut thng đc u tiên. Kt cu ca b khuôn dp vut chi tit chán xe đc trình bày qua Hình 2.1.b, và nguyên lý dp vut đc minh ha trên Hình 2.1.c. a) Chi tit dp vut b) Kt cu khuôn c) S đ nguyên lý Hình 2.1 Chi tit dng tm và công ngh dp vut [8] Theo s đ nguyên lý trên Hình 2.1.c, thì chày đc gn vi đ khuôn (bàn máy), ci gn vi đu trt. v trí ban đu, chn s dâng lên cùng chiu cao vi chày (đôi khi cao hn chày đ to lc chn ban đu), phôi tm đc đt lên b mt phng ca chn. hành trình dp, ci đi xung cùng vi chuyn 3 đng ca đu trt, ép vào phôi và to lc kp và chn ban đu. Khi ci tip tc đi xung, phôi s đc chày vut vào trong ci đ to chi tit. Quá trình dp vut trên thc hin trên máy ép thy lc có xy lanh đy di. Vi công ngh dp vut truyn thng hay chày ci cng thì vic ch to chày ci có kích thc tng quan chính xác gây khó khn. Vic ng dng cht lng, cao su/ polyurethan, vi vai trò ca chày hoc ci đã m ra trang mi cho công ngh dp vut. Tit kim thi gian gia công khuôn, tit kim kim loi, mc đ dp vut tng lên, to hình chi tit phc tp. Nguyên lý và dng sn phm dp thy c đc minh ha qua Hình 2.2. Qua s đ nguyên lý này, đim khác bit so vi dp vut truyn thng là chy lng đóng vai trò ci, to ra áp lc cn thit và ép phôi vào biên dng chày. a) Nguyên lý dp thy c b) Np ô tô và chi tit khác Hình 2.2 Dp vut thy c ng dng cht lng Cùng vi các công ngh dp bng cht lng thì công ngh dp bng xung đin t, dp bng cht n cng đã đc ng dng và đang tip tc nghiên cu. Các công ngh này góp phn to hình các chi tit phc tp và kích thc ngoi c. 2.2 CH TO CHI TIT DNG KHI Các chi tit dng khi nh tay biên, trc khuu, khp ni trong ô tô là nhng chi tit đin hình sn xut bng công ngh dp khi, vì nhng yêu cu cao v c tính hay chu ti đng khi làm vic. Các công ngh dp khi đn nay cng đã có nhiu ci tin đ sn phm có đ chính xác cao hn, đc bit là vic ng dng các b khuôn kín và công ngh gia công o. Quá trình dp có th tin hành trng thái ngui, trng thái na nóng (nhit đ kt tinh li), trng thái bán lng và ti nhit đ cao 1200 đ C (khong 70% T chy ). a) Sn phm dng khi b) Nguyên lý dp khi h c) Nguyên lý ép chy Hình 2.3 Chi tit dng khi và công ngh [7] Trên Hình 2.3.a là các chi tit dp khi thng gp trong công nghip ô tô. Hai đi din công ngh đin hình đ sn xut các chi tit này là dp khi khuôn h/kín và ép chy, xem Hình 2.3 b,c. Dp khi thng đc thc hin trên các máy dp nh máy búa, máy ép trc khuu dp nóng, máy ép ma sát trc vít. 4 a) Quy trình công ngh dp tay biên b) Khi khuôn dp tay biên Hình 2.4 Quy trình công ngh và khuôn dp khi [7] Trong khi đó ép chy thng thc hin trên máy ép thy lc nm ngang. Hin ti Vit nam ng dng các công ngh dp khi trong các nhà máy vn mc đ thp và ch yu là chun b phôi. Khó khn đ công ngh này còn phát trin hn ch là thiu thit b to lc ln, thiu thit b nung công sut ln và thiu c th trng tiêu th. Ép chy profile đnh hình cho kim loi mu đang là hng đi ca các nc công nghip phát trin. Không thun túy ch dng li to các phôi có đng sinh thng, ép chy ngày nay thng gn vi các thit b un liên tc có điu khin linh hot ngay khi phôi còn nóng đ to các khung dàn có đ chng un tt và li nh. Hình 2.4 là ví d v thit k quy trình công ngh dp và kt cu na khuôn dp khi h cho chi tit tay biên. Theo quy trình trên thì phôi dp tay biên phi đc thc hin qua ba bc to hình chính (ép t, dp thô, dp tinh) và hai bc ph (to chuôi kp kìm, ct biên). Các quá trình bin dng khi din ra phc tp, do đó trc khi sn xut hàng lot cn có các nghiên cu c th và th nghim. các nc có công nghip phát trin các quá trình dp khi thng đc tính toán mô phng trên máy tính sau đó đa ra ch to th nghim và sn xut hàng lot [6]. 2.3 CH TO CHI TIT DNG NG Phng pháp dp to hình vt liu kim loi bng cht lng đã đc nghiên cu và th nghim t nhng nm 50 ca th k 20 [1]. Công ngh này đc áp dng cho hai dng phôi ch yu là phôi tm và phôi ng, tng ng vi các dng phôi s có các thut ng tng ng nh dp thy tnh/thy c phôi tm (HBU), dp áp lc cao bên ngoài (AHU) và bên trong ng (IHU). Dp thy tnh chi tit tm đòi hi áp lc cht lng t 500at đn 2000at. Áp lc này thng thp hn khi dp bng cht lng cho phôi ng, thng t 1000-4000at, do đó còn gi công ngh này là dp bng áp lc cao bên trong. S đ nguyên lý phng pháp IHU đc th hin qua Hình 2.5. Hình 2.5. Nguyên lý dp chi tit ng ch T, [2] Theo nguyên lý Hình 2.5, đu tiên ng đc đa vào lòng khuôn, khuôn trên đi xung và ép vào khuôn di vi lc đóng khuôn F S . Tip theo các chày dc trc đi vào và đóng kín hai đu ng. Cht lng đc bm vào đy ng. công đon to hình (c), cht lng vi áp lc thích hp và các chuyn đng có 5 điu khin ca chày dc trc và chày đi áp s làm phôi ng bin dng và phình ra theo biên dng khuôn. Sau khi to hình là quá trình tháo khuôn và g sn phm. a) ng chia liu b) ng dn liu c) Trc cam rng d) Khung đ Hình 2.6. Các dng sn phm ng dng IHU Dp chi tit ng dng ch T là mt nghiên cu c s ban đu cho phng pháp IHU và đn nay đã đc ng dng rng rãi trong công nghip ô tô, đc bit là các đng ng x và ng dn liu có hình dáng phc tp trong ô tô, xem Hình 2.6, các chi tit dng ng to hình bng cht lng áp lc cao bên trong. 2.4 CH TO CÁC CHI TIT DNG KHUNG Chi tit dng khung thân trong ô tô rt đa dng và yêu cu đ cng vng cao, an toàn khi va đp, xem Hình 2.7. Các cm chi tit này thng ch to bng vic lp ghép các chi tit dp vut, un bng công ngh hàn, bu lông, đinh tán v.v. Trong hai chc nm tr v đây vi s phát trin ca công ngh ép chy profile đnh hình đã to ra các khung xe va nh li đm bo đ chng un cao. Hình 2.7 Khung thân xe con Công ngh ép chy profile kt hp vi công ngh un bng máy CNC đã to ra các sn phm un phc v công nghip dân dng đn chi tit chu lc trong ô tô, Hình 2.8. So vi các chi tit đc, các sn phm rng này làm cho các phng tin vn chuyn nh hn do đó tit kim nng lng, mt trong nhng đng lc đ thay đi công ngh hin nay. Công ngh đúc vn không th thay th khi ch to các chi tit có hình dng phc tp và tit kim kim loi. a) Chi tit (profile) trn xe b) Ép chy kt hp un linh hot Hình 2.8 Ép chy kt hp un nóng linh hot 6 ng dng công ngh to hình ng áp lc cao bên trong (IHU) đã đ cp phn 2.3, ngi ta đã ch to các khung xng lin không cn hàn làm tng kh nng chu ti đng. 2.5 CÔNG NGH GHÉP NI TM MNG Công ngh lp ráp và ghép ni trong công nghip ô tô phát trin mnh Nht, M và đc bit c. Các dây chuyn lp ráp hin nay không đn thun ch đc điu khin bng c khí cng hay khi nén mà đã đc thay th bi các h thng tay máy và rô bt điu khin linh hot, kt hp vi h thng đnh v trí điu khin PLC. ti các v trí này các mi ghép đc thc hin có th là hàn, dán, ghép ni đinh tán v.v. Hình 2.9 minh ha mi ghép bng bin dng do trong đu xe ô tô BMW5 và ng dng rô bt đ ghép ni Hình 2.9.b. a) u xe BMW5 b) Ghép ni khung np capo xe Audi Hình 2.9 Ghép ni chi tit tm trong khung xe ô tô Hin nay có rt nhiu phng pháp ghép ni trong c khí nhng trong lnh vc bin dng do, bài báo xin gii thiu các phng pháp ghép ni tiên tin bng bin dng do đang đc nghiên cu và ng dng ti c. a) Tán rút b) Tán đc/m c) Ghép ni clinching d) inh tán rng Hình 2.10 Ghép ni chi tit tm trong khung xe ô tô Phng pháp ghép ni bng đinh tán t ra chim u th so vi các phng pháp ghép ni khác nh hàn, dán vì kh nng chu ti đng và mi ghép kín. Hai phng pháp đinh tán rút (a) và đinh tán đc (b) đã rt ph thông trong lnh vc kt cu. Nhng nm gn đây các phng pháp ghép ni clinching (c) và đinh tán rng (d) đã đc phát minh và ng dng mnh trong công nghip khung v và ô tô. Hai phng pháp này không cn đt l trc. phng pháp ghép ni clinching, không cn đinh tán mà mi ghép hình thành da vào bin dng do cc b trong lòng ci. Trong khi đó mi ghép đinh tán rng có đ bn cao hn mi ghép clinching, đinh tán rng ct phôi tm trên và bin dng phôi tm di đ to mi ghép. Các mi ghép này yêu cu các vt liu có đ bin đng do cao và đc bit thích hp cho các mi ghép hn hp vt liu nhiu tm ghép. 7 2.6 CÔNG NGH UN TM Trong ô tô có rt nhiu chi tit đc to hình t công ngh un, nh thành thùng xe ti, các xng trn, các b đ v.v. Các chi tit un này phi đm bo bn nh, đ chng un cao, kh nng lp ráp và lp ghép d dàng. Các công ngh un thng bt gp nh un bng khuôn (máy dp vn nng hoc bng máy sn thy lc), un bng trc quay và un liên tc trên các cp con ln, xem Hình 2.11. a) Un bng khuôn b) Un bng trc quay c) Un liên tc trên các cp con ln Hình 2.11 Công ngh un tm đin hình Trong đó công ngh un bng khuôn thng áp dng cho các chi tit nh và có các góc un phc tp (Hình 2.12.a), un bng trc ln thng ch to các cung hoc ng tròn cho phôi tm phng, phôi ng tròn, phôi profile (Hình 2.12.b), và đi vi các chi tit un dài vô hn thì un lc vn là gii pháp cha th thay th. Vi s phát trin ca thit b có điu khin chính xác, các góc un đc kim soát trong quá trình và bù tr lng bin dng đàn hi. a) Sn phm un bng khuôn b) Sn phm un trc ln c) Un lc liên tc Hình 2.12 Công ngh un tm đin hình 2.7 NG DNG CÔNG C THIT K VÀ MÔ PHNG TI U QUÁ TRÌNH CN Mt trong nhng công đon không th thiu trong quá trình sn xut công nghip hin nay là ng dng công c tin hc đ tính toán và ti u quá trình to hình. các nc có nn công nghip phát trin thì bc này không th thiu trong toàn b quá trình sn xut và phát trin sn phm. S đ các công đon chính ca quá trình sn xut sn phm dp thc t đc minh ha theo Hình 2.13. 8 Hình 2.13 Các bc ca quá trình sn xut Sau khi có ý tng hay sn phm mu ca sn phm cn ch to, ngi ta tin hành xây dng li bn v sn phm và mô hình sn phm trên máy tính. Tip theo s thit k công ngh và khuôn dp s b. các bc này có rt nhiu công c phn mm h tr thit k nh Catia, Inventor, AutoCAD. kim tra b khuôn có làm vic đung nh thit k không, ta s tin hành mô phng quá trình dp trên máy tính. Các phn mm mô phng quá trình bin dng do ni ting nh Abaqus, Ansys, đc ng dng c trong nghiên cu và công nghip. Kt qu mô phng làm cn c cho vic hiu chnh và ti u khuôn bc trc. Kt qu ti u s đa vào sn xut th nghim bc tip theo và cui cùng là sn xut hàng lot. Hình 2.14 Ví d dp chân bàn hc sinh Xuân hòa minh ha các kt qu t mô phng đn sn xut chân bàn hc sinh Xuân hòa. a) Mô phng s quá trình BD b) Dp th nghip c) Sn xut hàng lot Hình 2.14 Ví d dp chân bàn hc sinh Xuân hòa 3. THIT B DP TO HÌNH thc hin mt quá trình công ngh ca mt phng pháp công ngh ta cn có các thit b thích hp và c th đây là thit b to lc. Các thit thit b dp to hình có th phân loi theo nhiu khía cnh khác nhau, nh theo dng công ngh (tm, khi, ng), theo truyn đng (c khí, thy lc, khí nén), theo đc đim hành trình (cng, mm) v.v. Trong bài báo này chúng tôi xin gii thiu các tính nng thit b đin hình cng nh kh nng áp dng vào các quá trình dp các dng sn phm trên. 3.1 MÁY ÉP THY LC Các thit b máy ép thy lc có đc đim là bàn máy ln, hành trình mm, lc là hng s trong quá trình, có b phn đy di. Do đó máy thy lc đc thit k ra ch yu phc v cho nguyên công dp vut nông, sâu và ct hình. Các bin th khác ca máy ép thy lc là máy ép thy lc cho nguyên công un tm hay máy sn thy lc, máy ép thy lc nm ngang và máy búa thy lc dùng trong rèn phôi, xem Hình 3.1. 9 a) Máy ép thy lc dp vut b) Máy sn thy lc c) Máy búa thy lc Hình 3.1 Các dng máy ép thy lc Các thông s chính ca máy ép thy lc gm có các thông s kích thc bàn máy, thông s lc danh ngha, lc đy di, hành trình, công sut ca đng c. Các dòng máy thy lc mi đã tích hp b điu khin PLC đ kim soát hành trình. Bàn máy có th c đnh hoc di đng đ thun tin lp khuôn. t đng hóa cp phôi phi tích hp rô bt (tay máy) hoc c cu kp chân không. Xu hng chung hin nay là x dng máy ép thy lc thay th cho các dng máy khác, vì các u đim ca nó nh lc ln, làm vic êm, d điu khin, các phn t thy lc ngày càng có hiu sut cao và tính nng mnh. 3.2 MÁY ÉP TRC KHUU Máy ép trc khuu thng đc x dng trong các phân xng ct đt – Công ngh gia công tm mng. ây là thit b có hành trình cng, đc trng bng các thông s nh lc dp danh ngha, s nhát dp trên phút, hành trình đu trt. Vi các đc đim nh hành trình và tc đ thay đi chu k nên phù hp vi h thng cp phôi cng c khí hoc khí nén, đ đm bo nng sut cao nht. Các chi tit đc thc hin trên các máy này thng nh, yêu cu đ chính xác kích thc cao. Trên Hình 3.2 là các dng máy ép truu khuu ph bin. a) Máy trc khy vn nng b) Máy trc khuu dp vut c) Máy trc khuu dp nóng Hình 3.2 Các dng máy ép trc khuu Các máy ép trc khuu Hình 3.2.a. và Hình 3.2.a.b chuyên dùng trong dp tm (ct đt và dp vut). Máy éo trc khuu dp nóng có kt cu cng vng, đu trt đc dn hng, khuu dng cam hoc biên lch tâm, bàn máy có kt cu nâng h đ tháo khuôn khi quá ti và cn chnh hành trình. 10 3.3 MÁY BÚA VÀ MÁY ÉP VÍT- MA SÁT thc hin quá trình dp khi, cn thit phi có các thit b to lc ln và đc đim thit b phù hp vi các nguyên công dp nóng. Trong công ngh dp khi nh dp tay biên, trc khuu, bu lông, khp ni v.v. cn thit phi có các b khuôn dp, quy trình công ngh, ch đ nhit phù hp. Các b khuôn này cn đc lp trên các thit b phù hp. Trên Hình 3.3 là các dng máy đ dp nóng. máy búa không khí nén, đu búa và b đe là dng c to hình, thit b này chuyên đ rèn chun b phôi. Máy búa hi nc dùng đ rèn Hình 3.3.b và đ dp khi Hình 3.3.c. Máy ép vít- ma sát dùng cho c rèn và dp. Nhn xét thy các máy đ dp thng có kt cu cng vng và không gian làm vic hp, ch phù hp chi tit nh, do yêu cu lc bin dng ln. a) Máy búa không khí nén b) Máy búa hi nc - Rèn c) Máy búa dp d) Máy ép vít - ma sát Hình 3.3 Các dng máy dp khi 3.4 CÁC LOI THIT B CHUYÊN DÙNG Trong thc t ngoài các máy ph thông trên, ta còn bt gp rt nhiu dng máy chuyên dùng khác phù hp cho tng công vic c th. Trên Hình 3.4 là các dng máy chuyên dùng: máy ct đt CNC, máy un đa nng điu khin PLC và máy ép thy lc đùn ép thanh nhôm đnh hình. a) Máy ct đt CNC b) Máy un PLC đa nng c) Máy đùn nhôm đnh hình Hình 3.4 Các dng thit b chuyên dùng Ngoài các thit b cán đnh hình, cán chu k (cán dc) chun b phôi cho các nguyên công dp khi, hin nay công ngh cán ngang đang đc Beralus đang nghiên cu và chuyn giao trên din rng. u đim ca công ngh này là tit kim kim loi phôi ti đa, c tính ca sn phm tng, nng sut cao, phù hp các chi tit tr tròn. Hình 3.5 thit b cán ngang và các dng sn phm cán ngang.