Lấy tiếp điểm hình chữ U bằng đồng nguyên chất làm ví dụ, việc cải tiến quy trình được triển khai nhằm giải quyết những thiếu sót của quy trình gia công cơ học sau khi uốn. Thông qua phân tích cấu trúc bộ phận và thiết kế khuôn, quy trình dập được sử dụng thay vì khoan và phay để hoàn tất quá trình xử lý cung, khía và lỗ của tiếp điểm hình chữ U, đơn giản hóa quy trình, tránh các lỗi xử lý do kẹp nhiều lần và cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm cũng như hiệu quả sản xuất.
1. Giới thiệu
Là thành phần chính của bộ ngắt kết nối, chất lượng xử lý và độ chính xác của tiếp điểm hình chữ U bằng đồng nguyên chất ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ máy. Cấu trúc của tiếp điểm hình chữ U{2}}được thể hiện trong Hình 1. Trong công nghệ xử lý truyền thống, phôi trước tiên phải được uốn thành hình chữ U, sau đó được kẹp và xử lý nhiều lần, bao gồm phay qua các lỗ tròn, lỗ rãnh then, vát đầu, khía khía đáy phay và các quy trình khác theo hướng ba{4}} chiều. Quy trình xử lý phức tạp và thời gian xử lý kéo dài. Do kẹp nhiều lần nên dễ gây ra lỗi xử lý tích tụ, ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước và chất lượng bề mặt của sản phẩm. Ngoài ra, xử lý nhiều lần còn làm tăng chi phí sản xuất, giảm hiệu quả sản xuất, khó đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp hiện đại đạt hiệu quả cao, chi phí thấp và chất lượng cao.
Hình 1 Cấu trúc tiếp xúc hình chữ U{1}}
Để khắc phục những nhược điểm của công nghệ xử lý truyền thống và cải thiện hiệu quả xử lý cũng như chất lượng sản phẩm của các điểm tiếp xúc hình chữ U, một quy trình dựa trên việc dập khuôn được đề xuất để đơn giản hóa quy trình xử lý, giảm các bước xử lý và tránh các lỗi xử lý do kẹp nhiều lần, nhằm đạt được mục đích cải thiện độ chính xác và chất lượng xử lý sản phẩm. Ngoài ra, do quá trình dập khuôn có ưu điểm là hiệu quả sản xuất cao và chi phí thấp nên có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế.
2. Phân tích và cải tiến quy trình
2.1 Cơ cấu sản phẩm
Tiếp điểm của công tắc cách ly được làm bằng chất liệu đồng nguyên chất, có độ dẫn điện, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn tốt [1]. Theo các mức độ hiện tại khác nhau, nó được xử lý thành các độ dày và kích cỡ khác nhau của các điểm tiếp xúc. Tiếp điểm được thiết kế có hình chữ U- để có thể tạo thành diện tích tiếp xúc lớn hơn khi tiếp xúc với tiếp điểm tương ứng, nhờ đó làm giảm điện trở tiếp xúc và cải thiện độ dẫn điện. Nó cũng giúp giảm sự tích tụ bụi bẩn, cải thiện khả năng tự làm sạch và giảm các vấn đề như tiếp xúc kém do ô nhiễm.
Lấy tiếp điểm hình chữ U{0}} trên bộ ngắt kết nối GW10-363DW/J5000 làm ví dụ, kích thước cấu trúc của nó được hiển thị trong Hình 2. Vật liệu phôi là tấm đồng nguyên chất T2Y dày 5mm, độ cứng Lớn hơn hoặc bằng 80HBW, phần trăm độ dẫn điện %IACS Lớn hơn hoặc bằng 97, Hàm lượng Cu (phần khối lượng) Lớn hơn hoặc bằng 99,9%[1].
Hình 2 Kích thước cấu trúc của tiếp điểm hình chữ U{1}}trên bộ ngắt kết nối GW10-363DW/J5000
Tiếp điểm hình chữ U{0}}có các lỗ-xuyên suốt và lỗ then ở cả hai bên, các rãnh khía ở cả hai đầu và các lỗ ren và lỗ xuyên ở phía dưới. Các lỗ xuyên ở cả hai bên và các lỗ xuyên ở phía dưới được sử dụng để định vị và kích thước định vị được yêu cầu nghiêm ngặt. Các lỗ ở cả hai bên bắt buộc phải xuyên qua-lỗ và yêu cầu độ chính xác cao chỉ 0,022mm. Đây là một thách thức lớn cho việc gia công.
2.2 Quy trình hiện tại
Luồng quy trình hiện tại của tiếp điểm hình chữ U- là: cắt vật liệu tấm → ép uốn → hiệu chỉnh → phay xung quanh → loại bỏ các gờ ở bốn cạnh → phay cung R20mm, lỗ bên và lỗ rãnh then trên trung tâm gia công thẳng đứng → khoan lỗ đáy → phay khía bề mặt đáy → khoan → khai thác → doa → sửa chữa và đánh bóng kìm.
Trong quy trình hiện tại, các lỗ tròn, lỗ rãnh then, lỗ đáy và rãnh khía trên cả hai mặt của điểm tiếp xúc hình chữ U{0}} được hoàn thiện bằng phay, khoan và các phương pháp xử lý cơ học khác, đòi hỏi phải kẹp nhiều lần và dễ xảy ra lỗi xử lý. Mười miếng tiếp xúc hình chữ U sau khi gia công được chọn ngẫu nhiên để đo kích thước và tỷ lệ chất lượng sản phẩm chỉ khoảng 66% (xem Bảng 1).
Bảng 1 Kích thước gia công và tỷ lệ tiếp xúc hình chữ U- đủ tiêu chuẩn
2.3 Cải tiến quy trình
Sau khi phân tích cấu trúc của điểm tiếp xúc hình chữ U, người ta tin rằng các lỗ xuyên, lỗ then, lỗ đáy và rãnh khía ở cả hai bên có thể được hoàn thiện bằng cách dập. Quá trình hiện tại được cải thiện. Quy trình quy trình được cải tiến là: cắt vật liệu tấm → ép uốn → hiệu chỉnh → phay xung quanh → loại bỏ các gờ ở bốn cạnh → đục lỗ vòng cung R20mm, lỗ bên và lỗ rãnh then → đục lỗ đáy → đục lỗ đáy → khai thác → sửa chữa và đánh bóng kìm.
Trung tâm gia công đứng ban đầu phay vòng cung R20mm, lỗ bên và lỗ rãnh then được thay đổi để hoàn thiện bằng cách dập; việc khoan 5 lỗ đáy ban đầu được thay đổi thành một-dập một lần; rãnh phay ban đầu được thay đổi để hoàn thiện bằng cách dập.
III. Thiết kế khuôn
Việc sử dụng khuôn để dập đòi hỏi phải xem xét toàn diện các đặc tính vật liệu sản phẩm, các thông số quá trình dập, cấu trúc khuôn và hiệu quả sản xuất. Theo cấu trúc tiếp xúc hình chữ U, cần thiết kế ba bộ khuôn để thực hiện việc đột các lỗ xuyên suốt, lỗ then và đường cung R20mm ở cả hai bên, đột một lần-năm lỗ dưới cùng và đột các rãnh khía ở cả hai đầu của đáy.
3.1 Thông số quy trình
Công thức tính lực dập là
P＝KLtτ/1000 (1)
Trong đó P là lực dập (kN); K là hệ số an toàn, thường bằng 1,3; L là chu vi đột bao hình (mm), tức là chu vi của phần đột bao hình; t là chiều dày vật liệu (mm); τ là độ bền cắt của vật liệu (N/mm2), đồng nguyên chất τ=240N/mm2.
Lực dập của tiếp điểm hình chữ U- là P＝1.3×170×5×240/1000＝265.2 (kN) và có thể chọn máy ép 350kN hoặc 400kN. Khe hở trống của đồng nguyên chất thường bằng 13% độ dày vật liệu và khe hở trống hai mặt của tấm dày 5mm là khoảng 0,65mm. Tốc độ dập được điều chỉnh theo tình hình sản xuất thực tế để đảm bảo tính ổn định của quá trình dập và chất lượng sản phẩm [2].
3.2 Thiết kế kết cấu khuôn và nguyên lý làm việc
Ba bộ khuôn cần thiết để dập các điểm tiếp xúc hình chữ U đều sử dụng cấu trúc khuôn được gắn thẳng, bao gồm khuôn trên và khuôn dưới. Hình 3 cho thấy khuôn dập hình vòng cung R20mm hai lỗ-từ cạnh xuyên qua, lỗ rãnh then và khuôn dập hình cung R20mm, Hình 4 cho thấy khuôn dập khuôn năm lỗ dưới cùng một-thời gian và Hình 5 cho thấy khuôn dập khía khía đáy. Nguyên lý làm việc của lỗ bên, lỗ then và khuôn dập hồ quang R20mm như sau: đặt phôi 3 lên khuôn 6 và định vị dựa trên độ dày của tiếp điểm. Phôi 3 được định vị dưới phần kẹp của khối giới hạn (khối giới hạn bên 4 và khối dừng phía sau 7). Phần khuôn trên của khuôn được kết nối cố định với máy dập thông qua tay cầm khuôn 17, và phần khuôn dưới được kết nối cố định với máy dập thông qua bệ khuôn dưới 1. Khi máy dập khởi động, phần khuôn trên di chuyển xuống dưới và phôi được kẹp giữa tấm dỡ 8 và khuôn 6. Sau khi đột bằng máy đột, quá trình xử lý các lỗ xuyên, lỗ rãnh then và vòng cung R20mm ở cả hai bên được thực hiện hoàn thành. Sau đó máy ép dừng ở vị trí thấp nhất, thân đàn hồi 11 được nén đến vị trí tối đa, sau đó tấm xả di chuyển xuống dưới dưới lực đàn hồi của thân đàn hồi, và phần khuôn trên trở về trạng thái ban đầu, hoàn thành một chu trình đột.
Hình 3 Lỗ bên, lỗ then và khuôn dập hồ quang R20mm 1 bệ khuôn dưới 2 miếng đệm dưới 3 phôi 4 khối giới hạn 5 cột dẫn hướng 6 khuôn 7 nút chặn phía sau 8 tấm dỡ tải 9 ống bọc cột dẫn hướng định vị 10 đục lỗ 1 11-thân đàn hồi 12 ống bọc dẫn hướng Tấm cố định 13 đục lỗ Tấm đệm 14 trên 15 bệ khuôn trên 16 cú đấm tay cầm 17 khuôn 18 cú đấm 2 19-cú đấm 3
Hình 4 Khuôn dập một lần-lỗ dưới cùng
Hình 5 Khuôn dập khía đáy
Vì đây là kiểu đột đồng thời nhiều lỗ nên chày được chế tạo theo kiểu bậc thang để trì hoãn hoặc giảm áp lực lên chày.
Thiết kế cấu trúc và nguyên lý làm việc của khuôn dập thể hiện trong Hình 4 và 5 tương tự như khuôn dập thể hiện trong Hình 3.
Lỗ dưới cùng của khuôn như trong Hình 4 được định vị bằng hình dạng bên trong của miếng tiếp xúc hình chữ U, do đó rãnh hình chữ U phải đồng đều và bề mặt đáy phải nhẵn và phẳng để đảm bảo độ chính xác của kích thước lỗ đáy và kích thước định vị lỗ sau khi dập.
Khuôn được hiển thị trong Hình 5 sử dụng lỗ dưới được đục lỗ trong quy trình trước đó làm tham chiếu để định vị rãnh khía nhằm đảm bảo độ chính xác của kích thước rãnh khía.
3.3 Lựa chọn vật liệu khuôn
Vì khuôn dập cần phải chịu được áp lực, va đập và độ rung lớn trong quá trình vận hành nên khuôn dập rất dễ bị hư hỏng, gãy và biến dạng do hao mòn lâu dài. Vì vậy, khi lựa chọn vật liệu khuôn nên ưu tiên thép khuôn Cr12Mo1V1 có độ cứng cao, chống mài mòn tốt và độ bền cao. Do hàm lượng các nguyên tố kim loại như molypden và vanadi trong thép khuôn Cr12Mo1V1 tương đối cao, các hạt được tinh chế hoàn toàn và sự phân bố cacbua được cải thiện hoàn toàn nên loại thép này có độ bền uốn và độ dẻo dai tốt, đồng thời có tuổi thọ sử dụng và khả năng chống mài mòn rất cao, có thể mang lại sự đảm bảo cơ bản tốt cho hoạt động-lâu dài của khuôn dập [2]. IV. Quá trình xác minh và phân tích
4.1 Kích thước xử lý
Sau khi xác minh trên máy, 10 điểm tiếp xúc hình chữ U{1}}được chọn ngẫu nhiên để đo kích thước dập và tất cả các kích thước đo được đều nằm trong phạm vi dung sai. Kích thước trung bình đo được và tỷ lệ chất lượng sản phẩm được thể hiện trong Bảng 2.
Bảng 2 Kích thước dập tiếp xúc hình chữ U{1}} và tỷ lệ chất lượng sản phẩm
4.2 So sánh dải dung sai
Việc so sánh các dải dung sai kích thước dập và gia công cơ khí được thể hiện trong Bảng 3. Có thể thấy, dải dung sai kích thước sau khi gia công cơ khí có độ biến động và không ổn định lớn. Sự không ổn định này dẫn đến bước nhảy kích thước lớn. Dải dung sai lớn hơn dải dung sai tiêu chuẩn, cho thấy sự khác biệt về kích thước của cùng một lô bộ phận là tương đối rõ ràng, điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thay thế lẫn nhau và độ chính xác lắp ráp của các bộ phận trong quá trình lắp ráp. Tỷ lệ chất lượng sản phẩm chỉ là 66%, nghĩa là chi phí xử lý rất cao. Sau khi dán tem, dải dung sai kích thước nhỏ, hẹp, nhỏ hơn dải dung sai tiêu chuẩn, kích thước ổn định và độ chính xác cao, cho thấy chênh lệch kích thước của các bộ phận trong cùng một lô là nhỏ và tỷ lệ chất lượng sản phẩm đạt 100%. Độ ổn định cao về kích thước không chỉ cải thiện khả năng thay thế lẫn nhau của sản phẩm mà còn đơn giản hóa quá trình lắp ráp tiếp theo và nâng cao hiệu quả sản xuất [3].
Bảng 3 So sánh dải dung sai kích thước giữa gia công và dập (đơn vị: mm)
4.3 Hiệu quả công việc
Quá trình dập giúp tiết kiệm 48 phút thời gian xử lý trên mỗi chi tiết so với quy trình gia công và hiệu quả công việc tăng lên gấp 3 lần, giúp giảm số lượng quy trình và giảm độ khó xử lý.
4.4 Lợi ích kinh tế
Dập tiết kiệm trung bình 57,53 nhân dân tệ mỗi mảnh so với gia công, giảm đáng kể chi phí xử lý và nâng cao khả năng cạnh tranh thị trường.
V. Kết luận
Bài viết này cải tiến quy trình dựa trên các đặc điểm cấu trúc của phần tiếp xúc hình chữ U, áp dụng quy trình dập khuôn để thay thế quy trình khoan và phay truyền thống, đơn giản hóa quy trình và rút ra các kết luận sau sau khi xác minh quy trình.
1) Quy trình gia công chi tiết tiếp xúc hình chữ U{1}} được thay đổi thành quy trình dập, có thể cải thiện độ chính xác về kích thước, nâng cao độ ổn định về kích thước, giảm quy trình, giảm độ khó xử lý, nâng cao hiệu quả xử lý và chất lượng sản phẩm cũng như giảm chi phí.
2) Quá trình dập giải quyết được vấn đề là quá trình gia công không thể đảm bảo độ chính xác của lỗ thủng và vượt qua nút cổ chai là vị trí tương đối của lỗ định hướng ba chiều và lỗ rãnh then không thể được đảm bảo do kẹp nhiều lần và tích lũy lỗi.
3) Quy trình dập này có thể được thúc đẩy và áp dụng để sản xuất và xử lý tất cả các điểm tiếp xúc hình chữ U của bộ ngắt kết nối, đồng thời cung cấp một tài liệu tham khảo quan trọng cho việc xử lý các bộ phận hình chữ U trong các ngành công nghiệp khác.
