Tính toán, thiết kế và gia công hoàn thiện khuôn đúc chi tiết ring clamp của drone cho công ty real time robotics việt nam

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ, nhiều công nghệ mới ra đời hỗ trợ con người trong các lĩnh vực khác nhau Trong số đó, drone hay máy bay không người lái là một trong những phát minh nổi bật, đặc biệt được ứng dụng trong quân sự và trinh sát Bên cạnh đó, drone dân dụng còn được biết đến với chức năng ghi hình trên không, hay còn gọi là flycam.

Realtime Robotics Việt Nam cam kết phát triển và cải tiến công nghệ drone nhằm phục vụ nhu cầu cuộc sống con người Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, công ty liên tục mở rộng quy mô sản xuất, chế tạo và lắp ráp các linh kiện của thiết bị bay không người lái Một trong những bộ phận quan trọng trong hệ thống này là Ring Clamp – vòng kẹp, có chức năng giữ chặt các chi tiết, giúp drone duy trì sự ổn định khi bay.

Để giảm thời gian sản xuất Ring Clamp, nhóm chúng em đã chọn giải pháp thiết kế khuôn đúc áp lực cao thay vì gia công truyền thống tốn nhiều công sức Đề tài nghiên cứu của chúng em là “Tính toán, thiết kế và gia công hoàn thiện khuôn đúc chi tiết Ring Clamp của drone cho công ty Real-Time Robotics Việt Nam”, dưới sự hướng dẫn của thầy TS Võ Xuân Tiến.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Vận dụng kiến thức chuyên ngành về khuôn đúc áp lực cao là rất quan trọng, giúp nghiên cứu, thiết kế và gia công hoàn thiện bộ khuôn một cách hiệu quả.

- Ý nghĩa thực tiễn: Đây là đề tài mang tính thực tế, góp phần tăng năng suất, đáp ứng được các nhu cầu của doanh nghiệp.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Tổng hợp và phân tích các tài liệu đã được công bố trong nước và quốc tế là bước quan trọng để định hướng thiết kế và phát triển đề tài đồ án Việc nghiên cứu kỹ lưỡng các tài liệu này giúp xác định xu hướng và nhu cầu hiện tại, từ đó đưa ra những giải pháp sáng tạo và hiệu quả cho dự án.

Đề xuất các phương án thiết kế khuôn đúc và phương pháp gia công cơ khí cho khuôn đúc áp lực cao, nhằm lựa chọn phương án tối ưu và phù hợp nhất Việc này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí.

- Kiểm tra và chỉnh sửa hoàn thiện chi tiết Ring Clamp

- Nghiên cứu và phân tích dòng chảy trong khuôn đúc áp lực

- Tính toán, thiết kế khuôn đúc áp lực cao cho sản phẩm

- Gia công hoàn thiện và lắp ráp bộ khuôn

- Đánh giá, kiểm nghiệm khuôn và đề ra hướng phát triển.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Công dụng và đặc tính làm việc của sản phẩm

- Tìm hiểu về các chi tiết và bộ phận tiêu chuẩn trong khuôn

- Đặc tính của vật liệu đúc, các khuyết tật khi đúc và vật liệu làm khuôn

- Ứng dụng công nghệ đúc áp lực cao trong thiết kế khuôn

- Tính toán và thiết kế, gia công các tấm khuôn và chọn chi tiết khuôn theo tiêu chuẩn

- Sử dụng các phần mềm để mô phỏng dòng chảy kim loại và thiết kế khuôn.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

- Đánh giá đặc điểm, tính chất, các yêu cầu của đề tài

- Xây dựng các cơ sở và phương pháp, định hướng nghiên cứu đề tài

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

- Tham khảo các giáo trình về thiết kế và chế tạo khuôn mẫu

- Tìm hiểu các tài liệu có liên quan đến việc thiết kế khuôn trên Internet

- Nghiên cứu cách sử dụng các phần mềm mô phỏng, thiết kế.

Kết cấu của ĐATN

Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương với các nội dung chính như sau:

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về thiết kế hệ thống kênh dẫn

Chương 5: Tính toán, thiết kế hoàn thiện khuôn đúc

Chương 6: Chế tạo và thực nghiệm

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu về công nghệ đúc

2.1.1 Khái niệm chung về đúc

Phương pháp đúc là quy trình nung chảy kim loại và rót vào khuôn có hình dạng và kích thước của sản phẩm mong muốn Sau khi kim loại đông đặc, sản phẩm thu được sẽ có hình dáng tương tự như khuôn đúc.

Vật đúc có thể được sử dụng ngay lập tức được gọi là chi tiết đúc, trong khi đó, những vật đúc cần thêm gia công cơ khí để cải thiện độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt được gọi là phôi đúc.

2.1.2 Công nghệ đúc áp lực cao

Công nghệ đúc áp lực cao là phương pháp trong đó kim loại nóng chảy được nén với áp lực và tốc độ lớn, sau đó được đưa vào khuôn Quá trình này được duy trì cho đến khi kim loại lỏng đông đặc hoàn toàn.

Công nghệ đúc áp lực cao được ứng dụng rộng rãi cho các chi tiết có hình dạng phức tạp và thành mỏng, đặc biệt là trong sản xuất vỏ và bộ phận hộp giảm tốc Phương pháp này thường sử dụng các kim loại màu có nhiệt độ nóng chảy thấp và độ loãng cao, như hợp kim nhôm, kẽm, đồng và magie, nhằm đảm bảo độ chính xác cao trong sản phẩm.

Có hai loại cơ cấu bắn kim loại lỏng là cơ cấu đúc áp lực buồng nóng và cơ cấu đúc áp lực buồng nguội

Hình 2.1: Cơ cấu đúc áp lực cao buồng nóng

Cơ cấu đúc áp lực buồng nóng bao gồm piston đẩy vật liệu nóng chảy, được đặt thẳng đứng và hướng xuống lò giữ nhiệt, nơi chứa kim loại nóng chảy Piston và một phần cổ cò liên kết với đầu phun, tiếp xúc liên tục với kim loại nóng chảy, do đó cần bảo dưỡng thường xuyên Cơ cấu này thường được áp dụng cho các hợp kim như kẽm, thiếc và chì.

Hình 2.2: Cơ cấu đúc áp lực cao buồng nguội

Cơ cấu đúc áp lực cao buồng nguội bao gồm quy trình nung kim loại tại lò riêng, sau đó đổ vào buồng ép bằng phương pháp thủ công hoặc tự động Piston sẽ đẩy vật liệu lỏng vào lòng khuôn, tạo ra sản phẩm chất lượng cao.

Dựa vào hướng chuyển động của piston, có hai dạng máy đúc áp lực chính:

- Máy đúc áp lực buồng nguội với cơ cấu cấp liệu thẳng đứng (chủ yếu áp dụng cho công nghệ đúc áp lực thấp)

- Máy đúc áp lực buồng nguội với cơ cấu cấp liệu nằm ngang (chủ yếu áp dụng cho công nghệ đúc áp lực cao)

Cơ cấu cấp liệu buồng nguội bao gồm xylanh, piston và buồng ép, với hợp kim nhôm và đồng là hai loại hợp kim phổ biến nhất cho quá trình đúc áp lực cao Ưu điểm của cơ cấu này là khả năng chịu lực tốt, độ bền cao và khả năng tạo ra sản phẩm chất lượng.

- Sản xuất các chi tiết lớn với độ dày thành mỏng, thể tích lớn và tốc độ sản xuất nhanh

- Sản phẩm có độ chính xác cao, độ hoàn thiện về bề mặt, tối ưu về mặt cơ tính

- Góp phần thúc đẩy phát triển sản xuất hàng loạt và giảm giá thành sản phẩm

- Rỗ khí là điểm yếu điển hình và không thể loại bỏ hoàn toàn khỏi sản phẩm, tạo ra các nốt phồng trên bề mặt sản phẩm

- Chi phí đầu tư cao hơn các phương pháp gia công khác.

Các khuyết tật khi đúc

Trong quá trình đúc, kim loại nóng chảy đông đặc trong khuôn để hình thành sản phẩm mong muốn Tuy nhiên, trong quá trình hóa rắn, có thể xuất hiện khuyết tật do sự bất thường trong vật liệu đúc hoặc quy trình đúc.

Các khuyết tật đúc có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân, bao gồm sự phát triển của khí, phương pháp đổ dung dịch vào khuôn, và độ co ngót trong quá trình kim loại đông đặc khi chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn.

Trong sản phẩm đúc, có hai loại rỗ chính: rỗ khí (gas porosity) và rỗ co (shrinkage) Rỗ khí hình thành khi khí bị cuộn xoắn vào dòng kim loại trong quá trình điền đầy, tạo ra các bọt khí với kích thước khác nhau, làm giảm chiều dày của vật đúc Trong khi đó, rỗ co xuất hiện khi vật liệu đông đặc, chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn, dẫn đến sự hình thành các rỗ trong sản phẩm.

Hình 2.3: Hiện tượng rỗ trong đúc kim loại

Các khuyết tật về rỗ không chỉ ảnh hưởng đến bề mặt và tính thẩm mỹ của vật đúc mà còn làm giảm độ bền cơ học và chất lượng sản phẩm, khiến chúng dễ bị phá hủy khi chịu ứng suất lớn Một trong những loại khuyết tật nghiêm trọng là nứt nguội.

Khuyết tật nứt nguội (ngắt nguội) xuất hiện trên sản phẩm khi hai dòng chảy kim loại tiếp xúc trong quá trình điền đầy, dẫn đến các đường đứt đoạn không liên tục trong quá trình đúc Hiện tượng này thường làm giảm sự kết dính của vật liệu và độ bền của sản phẩm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng.

Hình 2.4: Hiện tượng nứt nguội trong đúc kim loại

Hiện tượng này xuất hiện khi dòng kim loại nóng chảy với tốc độ cao tiếp xúc trực tiếp với bề mặt lòng khuôn, dẫn đến giảm chất lượng bề mặt sản phẩm, tăng độ nhám và rút ngắn tuổi thọ của khuôn.

Bảng 2.1: Một số khuyết tật đúc và biện pháp phòng ngừa [1]

STT Dạng khuyết tật Nguyên nhân Biện pháp phòng ngừa

1 Không liền Dòng kim loại hoặc dòng khí trong khuôn chảy đối kháng

Tăng tốc độ dòng nạp và áp lực ép giúp giảm thời gian điền đầy, đồng thời thay đổi vị trí dẫn kim loại và vật đúc để giảm áp lực đối kháng.

Kim loại nguội và đông đặc quá sớm, áp lực khí trong khuôn quá lớn hoặc thiếu kim loại lỏng

Tăng nhiệt độ rót, tốc độ nạp và tốc độ ép, tăng dung tích gáo định lượng và buồng ép

3 Vết nứt xuyên suốt Ứng suất do nguội không đều, lỗ xốp lớn làm giảm độ bền ở trạng thái nóng

Thay đổi kết cấu vật đúc, tăng diện tích rãnh hơi và tăng thời gian điền đầy khuôn

Bề mặt lồi lõm, không đều

Tốc độ dòng chảy quá nhỏ và trở lực thủy lực trong khuôn quá lớn

Tăng tốc độ dòng và tốc độ ép, thay đổi kết cấu vật đúc hoặc tăng rãnh thoát hơi

Tổng quan về vật liệu đúc

Hợp kim nhôm là sự kết hợp giữa nhôm và các nguyên tố kim loại khác như đồng, magie, silic, kẽm và sắt Với tỷ trọng của nhôm thường cao hơn các thành phần kim loại khác, hợp kim này thường sở hữu nhiều đặc tính nổi bật của nhôm.

Hợp kim nhôm nổi bật với màu trắng bạc, ánh kim nhẹ và cấu trúc tốt, mang lại nhiều đặc tính ưu việt như khả năng chống ăn mòn, chống oxy hóa, khối lượng nhẹ và độ bền cao hơn so với nhôm nguyên chất Hiện nay, hợp kim nhôm đang được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong các sản phẩm công nghệ đúc.

Hợp kim nhôm nổi bật với độ bền cao, tính dẻo dai dễ gia công và khả năng hàn tốt Tính năng đúc của hợp kim nhôm được cải thiện đáng kể khi điều chỉnh tỷ lệ thành phần hóa học và thời gian đông đặc Ngoài ra, hợp kim nhôm đúc có tính ổn định hóa học vượt trội, giúp chống ăn mòn hiệu quả và mang lại bề mặt hoàn thiện tốt.

Theo tiêu chuẩn Việt Nam, hợp kim nhôm được ký hiệu bằng các ký hiệu hóa học của các nguyên tố, với số theo sau biểu thị hàm lượng phần trăm Đối với hợp kim nhôm đúc, ký hiệu sẽ có thêm chữ "Đ" ở cuối.

Theo tiêu chuẩn AA (Aluminium Association) của Mỹ, hợp kim nhôm được ký hiệu là AA xxxx, trong đó số đầu tiên đại diện cho nhóm hợp kim theo bảng 2.2, và ba số xxx tiếp theo được sử dụng để tra cứu các tính chất cụ thể của hợp kim.

Bảng 2.2: Một số ký hiệu của nhôm và hợp kim nhôm [15]

Loại biến dạng Loại đúc

1xxx Al sạch (>99%) 1xx.x Al thỏi

2xxx Al-Cu hoặc Al-Cu-Mg 2xx.x Al-Cu

3xxx Al-Mn 3xx.x Al-Si-Mg hoặc Al-Si-Cu

4xxx Al-Si 4xx.x Al-Si

5xxx Al-Mg 5xx.x Al-Mg

6xxx Al-Mg-Si 6xx.x Không có

7xxx Al-Zn-Mg hoặc Al-Zn-Mg-Cu 7xx.x Al-Zn

8xxx Al-các nguyên tố khác 8xx.x Al-Sn

Mỗi nguyên tố trong hợp kim nhôm mang lại những đặc tính riêng biệt Chẳng hạn, Silic giúp tăng tính lỏng và độ bền, đồng thời giảm nhiệt độ nóng chảy và cải thiện tính đúc Đồng cải thiện độ bền, khả năng tạo hình và khả năng chống ăn mòn, trong khi Magie nâng cao độ bền, độ dẻo và khả năng chịu va đập.

Một số đặc điểm và tính ứng dụng của một số loại hợp kim nhôm điển hình:

Hợp kim nhôm Al-Cu loại 2xxx và hợp kim Al-Zn-Mg-Cu loại 7xxx được ưa chuộng trong ngành công nghiệp hàng không nhờ vào độ bền cao của chúng.

Hợp kim Al-Mg loại 5xxx nổi bật với khả năng chống ăn mòn xuất sắc, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt như xây dựng và đóng tàu.

Hợp kim nhôm đúc Al-Si loại 4xxx và hợp kim Al-Mg-Si loại 6xxx được ưa chuộng trong ngành công nghiệp ô tô nhờ vào khả năng đúc tốt, khả năng hàn hiệu quả và cơ tính vượt trội.

Máy đúc áp lực cao

2.4.1 Máy đúc áp lực cao YOTA DC-100V5

Hình 2.5: Máy đúc áp lực cao YOTA DC-100V5

Máy đúc áp lực cao YOTA DC-100V5

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật máy đúc Yota [13]

Chiều cao khuôn (min/max) mm 200 – 450

Khoảng cách thanh nối (Tie Bar) mm 395 × 395

Hành trình piston mm 355 Áp suất đúc kg/cm 2 100 Đường kính piston (tùy chọn) mm 42 mm (45 mm; 50 mm)

Khối lượng vật đúc (phụ thuộc vào piston) kg 0.64 – 0.9 – 1.0

Cơ cấu đẩy sản phẩm

Công suất động cơ kW 11.25

Dung tích dầu thủy lực L 400

Hình 2.6: Máy đúc áp lực cao cùng với lò nung và bảng điều khiển

2.4.2 Một số ảnh hưởng của thông số máy đến việc thiết kế khuôn

- Kích thước tối đa của khuôn: 260 × 300 (mm)

- Khoảng cách thanh nối (Tie Bar): 395 × 395 (mm)

- Khoảng mở khuôn lớn nhất: 275 (mm)

Hình 2.7: Tấm bàn máy cố định

- Đường kính piston (plunger): 42 (mm)

- Kích thước buồng ép (sơ mi):

Hình 2.8: Kích thước buồng ép

Hình 2.9: Kích thước đầu bắn

Hình 2.10: Tấm bàn máy di động

Kích thước bậc định vị

Kích thước đường kính piston

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.5.1 Các nghiên cứu ngoài nước

The study titled "Effect of High Pressure Die Casting on the Castability, Defects, and Mechanical Properties of Aluminium Alloys in Extra-Large Thin-Wall Castings," authored by Zhichao Niu, Guangya Liu, and Shouxun Ji, investigates how process parameters influence the castability, defects, and mechanical properties of aluminum alloys in large thin-wall castings.

The article titled "Investigation of the Microstructure and Properties of Aluminum–Copper Compounds Fabricated by the High-Pressure Die Casting Process," authored by Nane Nolte, Thomas Lukasczyk, and Bernd Mayer, focuses on the microstructure and properties of aluminum-copper alloys It emphasizes the mechanical strength and electrical conductivity of these compounds produced through high-pressure die casting.

The article "Prediction of Surface Porosity Defects in High Pressure Die Casting," authored by Mahdi Saeedipour, Simon Schneiderbauer, Stefan Pirker, and Salar Bozorgi, focuses on simulating the breakdown of metallic structures caused by surface defects, particularly porosity, in products produced through high-pressure die casting technology.

2.5.2 Các nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ khuôn đúc thân bơm BRA50 cho máy đúc áp lực 420T được thực hiện bởi nhóm tác giả gồm Nguyễn Tiến Tài, Vũ Văn Miêng, Thái Văn An, Nguyễn Chí Dũng, Nguyễn Cao Minh, Trần Thanh Mai, Võ Thanh Sơn và Lê Văn Trị tại Viện Công Nghệ Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển bộ khuôn đúc nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm bơm BRA50.

Luận văn thạc sĩ của Trần Công Thức tại Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu tính toán thiết kế khuôn đúc áp lực cao cho chi tiết hợp kim nhôm bằng phần mềm SolidWorks ProCAST Nghiên cứu này phân tích các thông số quan trọng như áp lực đúc, lưu lượng chảy, nhiệt độ và độ co ngót của chi tiết Báo cáo cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tính toán và thiết kế khuôn đúc nhằm đảm bảo chất lượng và độ chính xác cho chi tiết hợp kim nhôm sau khi đúc.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về khuôn

Khuôn là công cụ thiết yếu trong quá trình sản xuất, giúp tạo ra các sản phẩm đồng nhất và chất lượng cao thông qua phương pháp định hình Chúng thường được chế tạo từ kim loại, nhựa, gỗ hoặc vật liệu composite, và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như đúc, ép, dập và cắt Việc thiết kế khuôn cần phải phù hợp với kích thước và hình dạng sản phẩm, nhằm đảm bảo tính chính xác và hiệu quả Hơn nữa, khuôn còn hỗ trợ sản xuất hàng loạt, giúp giảm thời gian sản xuất và nâng cao năng suất.

Khuôn được cấu tạo từ nhiều chi tiết lắp ghép, bao gồm hai phần chính: phần cavity (khuôn cái) và phần core (khuôn đực) Phần khuôn cố định được gắn trên tấm cố định của máy, trong khi phần khuôn di động được gắn trên tấm di động Lòng khuôn (khuôn âm) xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm, còn lõi (khuôn dương) xác định hình dạng bên trong Mặt phân khuôn là phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi.

3.1.2 Kết cấu chung của một bộ khuôn

Bộ khuôn đúc áp lực bao gồm hai tấm khuôn chính: tấm khuôn di động và tấm khuôn cố định Trước khi bắt đầu quá trình đúc, hai tấm khuôn cần được đóng và khóa chặt hoàn toàn Ngoài ra, bộ khuôn còn bao gồm nhiều bộ phận khác, được lắp ghép để tạo thành hệ thống cơ bản của bộ khuôn.

Hệ thống dẫn hướng và định vị đảm bảo chính xác vị trí làm việc của hai phần khuôn khi ghép lại, tạo ra lòng khuôn chính xác Các thành phần quan trọng trong hệ thống này bao gồm chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị và chốt hồi.

- Hệ thống dẫn kim loại: bao gồm bạc cuống phun, kênh dẫn kim loại và miệng phun

- Hệ thống lõi mặt bên: làm nhiệm vụ tháo undercut, bao gồm các chi tiết như lõi mặt bên, cơ cấu định vị, hệ thống ray dẫn, chốt xiên…

Hệ thống đẩy sản phẩm là một phần quan trọng trong quy trình đúc, có nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi quá trình đúc hoàn tất Hệ thống này bao gồm các chi tiết thiết yếu như chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, tấm giữ, tấm đẩy và khối đỡ, đảm bảo sản phẩm được tách ra một cách hiệu quả và an toàn.

Hệ thống làm mát đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ ổn định cho khuôn và nhanh chóng làm nguội sản phẩm Hệ thống này bao gồm các thành phần thiết yếu như đường nước, ống dẫn nhiệt và các rãnh, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất.

1: Piston 10: Chốt dẫn hướng 2: Bàn máy đúc 11: Tấm kẹp dưới 3: Tấm kẹp trên 12: Bulong

4: Tấm khuôn âm 13: Separator 5: Tấm support 14: Kênh dẫn 6: Gối đỡ 15: Bạc cuống phun 7: Ty đẩy 16: Tấm khuôn dương 8: Tấm đẩy 17: Sản phẩm

Hình 3.2: Kết cấu chung của một bộ khuôn đúc [1]

Undercut là những hình dạng sản phẩm bị vướng, gây cản trở việc lấy sản phẩm theo hướng mở khuôn Để giải phóng sản phẩm, các bề mặt có undercut sẽ được tách thành những bề mặt lõi riêng biệt, rút theo hướng khác với hướng mở khuôn.

Khuôn đóng Khuôn mở Lấy chi tiết

Hình 3.3: Tháo undercut mặt ngoài sử dụng lõi trượt [3]

Hệ thống trượt (slides) thường được sử dụng để thoát undercut phía ngoài Chuyển động trượt được tác động bởi cơ cấu cơ khí

Một hệ thống trượt cơ bản gồm các thành phần sau:

Chốt xiên là thiết bị quan trọng giúp di chuyển khối trượt, với góc nghiêng hợp với phương thẳng đứng dao động từ 5 đến 28 độ Độ lớn của góc nghiêng và chiều dài chốt ảnh hưởng trực tiếp đến hành trình trượt của lõi mặt bên.

- Lõi trượt: là một phần của khuôn tạo hình chi tiết, thường trượt trên tấm chống mòn và được giữ trong hệ thống ray dẫn hướng

- Ray dẫn: giữ lõi trượt, đảm bảo cho lõi trượt chuyển động chính xác và nhẹ nhàng, không có bất kỳ sự xê dịch nào

- Tấm chống mòn: tạo bề mặt cho lõi trượt di chuyển, chống mài mòn trong suốt vòng đời của bộ khuôn

- Cơ cấu giữ: giữ lõi trượt tại thời điểm khuôn mở hoàn toàn

Khối nêm là một thành phần quan trọng trong quá trình phun ép, giữ cho lõi trượt đứng yên Trong suốt quá trình này, nêm phải chịu toàn bộ lực ép, trong khi chốt xiên không tiếp xúc với lõi trượt.

- β: góc nghiêng của chốt xiên

- α: góc nghiêng của khối nêm S1 = S + 5 mm α = β + (2 - 5) độ

Khe hở giữa lỗ và chốt xiên thường là 0.5 (mm)

Hình 3.4: Các thông số cơ bản của hệ thống trượt [3]

3.1.4 Nguyên lý hoạt động của khuôn Đây là khuôn đúc hai tấm có hệ thống trượt (slides) để mở undercut mặt ngoài, và cơ cấu mở slides là dùng chốt xiên Sau khi dòng kim loại nóng chảy được đông đặc hoàn toàn, khuôn sẽ được mở ra và hệ thống đẩy hoạt động giúp đẩy sản phẩm ra ngoài, sau đó lò xo sẽ hỗ trợ hệ thống đẩy trở về vị trí ban đầu Cuối cùng, khuôn đóng lại để chuẩn bị cho quá trình đúc tiếp theo

Tổng quan về CAE

CAE – Kỹ thuật hỗ trợ máy tính, sử dụng công nghệ và phần mềm để hỗ trợ kỹ sư trong việc thiết kế, phân tích và tối ưu hóa sản phẩm và quy trình kỹ thuật Các công nghệ CAE bao gồm mô phỏng, mô hình hóa và tính toán, áp dụng trong các lĩnh vực như cơ khí, điện tử, động cơ và vật liệu.

3.2.2 Các phương pháp phân tích trong CAE

Hiện nay, ba phương pháp phổ biến nhất trong phân tích CAE bao gồm phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), phương pháp sai phân hữu hạn (FDM) và phương pháp phần tử biên (BEM).

Việc áp dụng các phương pháp phân tích CAE trong kỹ thuật không chỉ giúp kiểm tra tính năng mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm Đặc biệt, CAE cho phép quan sát và đánh giá các rủi ro trong những trường hợp mà phương pháp thí nghiệm truyền thống khó thực hiện, từ đó giúp tối ưu hóa thiết kế Điều này mang lại lợi ích lớn về thời gian và chi phí trong quá trình phát triển sản phẩm Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các phần mềm CAE sử dụng phương pháp tính toán có sai số, do đó, kết quả mô phỏng chỉ mang tính chất tham khảo và không đảm bảo độ chính xác 100% so với thực tế.

Hình 3.5: Tổng quan về CAE

3.2.3 Ứng dụng của CAE trong kỹ thuật thiết kế khuôn

Việc áp dụng CAE trong thiết kế khuôn đúc mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng đánh giá và lựa chọn phương pháp tối ưu, rút ngắn thời gian hiệu chỉnh khuôn CAE cũng giúp dự đoán và phát hiện khuyết tật, độ co ngót của kim loại trong quá trình đúc, từ đó cung cấp giải pháp khắc phục các vấn đề thiết kế khuôn đúc, nâng cao tỷ lệ thành phẩm và giảm tỷ lệ phế phẩm.

Thiết kế sản phẩm

Bảng 3.1: Trình tự thiết kế sản phẩm

Bước Thao tác Kết quả

1 Trong môi trường sketch, vẽ các đường cơ sở, lên kích thước tạo hình chi tiết

2 Dùng lệch Extrude để tạo khối chi tiết

3 Tiếp tục vẽ sketch với các kích thước như hình tạo biên dạng cho chi tiết

4 Dùng lệnh Extrude Cut để tạo khối cắt hai mặt bên của chi tiết

5 Dùng lệnh Round bo viền của chi tiết

6 Vẽ sketch cho việc tạo gân

7 Dùng lệnh Extrude tạo khối cho gân và lệnh Pattern nhân đôi gân của chi tiết

8 Dùng lệnh Round để bo các gân

9 Vẽ sketch và dùng lệnh Extrude Cut để tạo lỗ ở mặt đối diện

10 Tiếp tục dùng lệnh Extrude Cut để tạo lỗ

11 Vẽ sketch và dùng lệnh Extrude để hoàn thành việc tạo lỗ

12 Vẽ sketch ở mặt đáy chi tiết

13 Dùng lệnh Extrude để tạo bề dày cho viền ở mặt đáy chi tiết

Dùng lệnh Round và Chamfer để bo và vác các cạnh còn lại, ta được chi tiết

Hình 3.6: Bản vẽ chi tiết Ring Clamp

Chọn vật liệu và kiểm tra chi tiết

Dựa trên các đặc tính của sản phẩm, việc chọn lựa vật liệu phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ và chức năng là rất quan trọng Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng, nhóm đã quyết định sử dụng nhôm Al6061 cho sản phẩm Ring Clamp.

Bảng 3.2: Một số đặc tính của nhôm hợp kim Al6061

Nhiệt độ nóng chảy Khoảng 650 °C

Hệ số giản nở vì nhiệt 23.5 ×10 -6 /K Độ đàn hồi khoảng 70 GPa

Chỉ số điện trở 0.040 ×10 -6 Ω.m Ứng suất kéo 276 MPa Độ cứng 95 HB

3.4.2 Kiểm tra khối lượng và thể tích sản phẩm

Sau khi thiết kế lại sản phẩm bằng phần mềm Creo Parametric 8.0 và sử dụng công cụ Mass Properties, khối lượng sản phẩm đạt 30.65 gram và thể tích là 11.326 cm³, đáp ứng yêu cầu của công ty là dưới 31 gram so với mô hình 3D ban đầu.

Hình 3.7: Kiểm tra khối lượng chi tiết

3.4.3 Kiểm tra bề dày sản phẩm

Kiểm tra bề dày sản phẩm là cần thiết để đảm bảo quá trình đông đặc đồng đều, ngăn ngừa khuyết tật trong quá trình đổ vật liệu và đảm bảo các yêu cầu làm việc của chi tiết được đáp ứng.

Sử dụng phần mềm NX và công cụ Check Wall Thickness, chúng tôi đã xác định được bề dày trung bình của sản phẩm là 1.6 mm và diện tích thành vật đúc là 32 cm² Theo bảng 3.3, bề dày 1.6 mm được coi là phù hợp cho quá trình đúc.

Hình 3.8: Kiểm tra bề dày sản phẩm

Hình 3.9: Kiểm tra diện tích thành vật đúc

Bảng 3.3: Chiều dày cho phép của thành vật đúc, mm [1]

Diện tích thành vật vật đúc cm 2 Dưới 25 25 – 100 100 – 250 250 – 500 Trên 500

3.4.4 Kiểm tra góc thoát khuôn

Dùng phần mềm NX và công cụ Slope Analysis để kiểm tra góc thoát khuôn của các bề mặt của chi tiết, ta được kết quả như sau:

Hình 3.10: Kiểm tra góc thoát khuôn

Sản phẩm Ring Clamp đã đảm bảo góc thoát khuôn tối ưu, giúp đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn dễ dàng mà không gây hư hỏng bề mặt Nhờ đó, tính chất công năng làm việc của sản phẩm được duy trì ổn định.

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH DẪN

Các thông số ban đầu

Dựa vào thông số của máy đúc áp lực cao (Bảng 2.3), chúng ta có được những thông số cho phần tính toán như sau:

Bảng 4.1: Thông số máy đúc áp lực cao

Hành trình piston 355 mm Khoảng cách pha 1 150 mm Đường kính piston dpt 42 mm Khối lượng đúc 0.64 kg

Bên cạnh đó, thông qua phần mềm Creo Parametric 8.0, chúng ta có được các thông số trong mô hình thiết kế 3D như sau:

Bảng 4.2: Thông số của chi tiết đúc

Khối lượng vật mẫu dạng rắn 32.1 gram Khối lượng của đường dẫn và thoát khí 12.84 gram

Diện tích chiếu của vật mẫu 1002.2 mm 2

Tính toán lực kẹp khuôn

Lực kẹp khuôn là lực được áp dụng lên khuôn đúc thông qua hệ thống kẹp thủy lực, nhằm giữ cho khuôn luôn đóng kín trong suốt quá trình đúc Để đảm bảo hiệu quả, lực kẹp cần phải lớn hơn và ngược chiều với lực tách khuôn, lực này phát sinh do áp suất đúc trong khuôn.

Lực tách khuôn được tính bằng phép nhân của áp suất đúc và diện tích hình chiếu của tất cả các thành phần trong lòng khuôn:

- P là áp suất đúc, thông thường P = 600 ÷ 800 (kg/cm 2 )

→ Chọn P = 800 (kg/cm 2 ) = 8 (kg/mm 2 )

- A là tổng diện tích hình chiếu, có thể được tính bằng tổng diện tích hình chiếu của các thành phần trong lòng khuôn:

AP = 1002.2 (mm 2 ) là diện tích hình chiếu của chi tiết (Bảng 4.2)

AO là diện tích chiếu của hộp thoát khí (overflow)

A R là diện tích hình chiếu của rãnh dẫn

A C là diện tích hình chiếu của lõi

AC = 0 (mm 2 ) do sản phẩm không có lõi

Tổng diện tích chiếu được tính như sau:

- Lực tách khuôn: F1 = P × A1 = 8 × 1498.29 = 11986.32 (kg) = 11.986 (tấn)

- Lực tác dụng vào slides: F2 = P × A2 = 8 × 1640.54 × cos 22 ° = 12168 (kg) = 12.168 (tấn) Trong đó: A2 là diện tích chiếu của slides, A2 = 1640.54 mm 2

22 ° là góc nghiêng của khối nêm

- Lực tác dụng vào separator: F3 = P × A3 = 8 × 𝜋42 2

Tổng lực tách khuôn được tính bằng công thức Ftổng = F1 + F2 + F3, trong đó F1 = 11.986 tấn, F2 = 12.168 tấn (nhân đôi) và F3 = 11.083 tấn, dẫn đến Ftổng = 47.405 tấn Diện tích chiếu của separator là A3 và đường kính của piston là 42 mm Giả sử hiệu suất của máy đúc đạt 80%, lực tách khuôn F được tính bằng Ftổng chia cho 0.8.

Tính toán lực kéo

Trong quá trình đúc áp lực và làm nguội, hợp kim nhôm bao quanh lõi sẽ bị co lại về thể tích Để tháo khuôn, cần phải khắc phục lực co rút và lực ma sát Công thức tính lực kéo được áp dụng trong trường hợp này.

- p là áp lực của kim loại đúc lên bên mặt slide

- f là hệ số ma sát giữa vật đúc và bề mặt slide

- A là diện tích bề mặt của slide (mm 2 )

- α là góc nghiêng của chốt xiên

Bảng 4.3: Bảng giá trị f và p của một số kim loại [1] f p (MPa)

Hình 4.1: Mô phỏng hướng mở slide

Hình 4.2: Diện tích bề mặt của slide 1

* Lực uốn của chốt xiên: Fb1 = F1/tanα = 7.02/tan20 o = 19.28 (N) ≈ 1.97 (kg)

Hình 4.3: Diện tích bề mặt của slider 2

* Lực uốn của chốt xiên: Fb2 = F2/tanα = 7.56/tan20 o = 20.77 (N) ≈ 2.12 (kg)

Tổng khối lượng vật đúc

Thể tích chi tiết = 11326 (mm 3 ) (Hình 3.7)

Thế tích chi tiết + thể tích overflow + runner (không tính biscuit) = Thể tích chi tiết × 1.2 = 11326 × 1.2 = 13591.2 (mm 3 ) [6]

Thể tích vật đúc thực tế = 13591.2 + π𝑑

Diện tích bề mặt slide 1

Diện tích bề mặt slide 2

- h là độ dày của biscuit, h = 20 (mm)

Đường kính piston (d) là 42 mm Đối với máy đúc 100T, khoảng đẩy tối đa của piston đạt 355 mm, trong khi khoảng đẩy tối thiểu là 216 mm Độ sâu bạc rót là 85.5 mm và khoảng hở để lắp khuôn với ống rót là 6 mm.

Chiều dài ống rót khả dụng = khoảng đẩy tối thiểu + độ sâu bạc rót – khoảng hở để lắp khuôn = 216 + 85.5 – 6 = 295.5 (mm)

Khối lượng vật đúc = Thể tích vật đúc × khối lượng riêng

Khối lượng kênh dẫn + thoát khí = Khối lượng chi tiết × 40% = 32.1 × 40% = 12.84 (g)

- Tỷ lệ vật liệu tối thiểu trong ống rót để điền đầy sản phẩm = Thể tích vật đúc

- k là hằng số thực nghiệm, k = 0.0346

- ti là nhiệt độ của kim loại nóng chảy khi nó đi vào khuôn, ti = 650°C

- tf là nhiệt độ dòng chảy tối thiểu của kim loại, tf = 570°C

- td là nhiệt độ bề mặt lòng khuôn ngay trước khi kim loại đi vào, td = 200°C

- S là phần trăm chất rắn cho phép trong kim loại khi kết thúc quá trình điền đầy, S = 30%

- Z là hệ số chuyển đổi đơn vị, Z = 3.8 °C %⁄

- T là độ dày thành đúc, T = 2 (mm)

Tính toán áp lực kim loại

P là áp lực kim loại (kgf/cm 2 )

Gv là tốc độ vào cổng, chọn Gv = 30 (m/s) = 3000 (cm/s) (theo Bảng 2.7 trang 85, [1])

𝑝 là khối lượng riêng của nhôm, 𝑝 = 2.7 (g/cm 3 ) g là gia tốc trọng trường, g = 981 (cm/s 2 )

Cd là hệ số lưu lượng, Cd = 0.4

Lưu lượng (tỷ lệ điền đầy) Q = thể tích kim loại qua cổng thời gian điền đầy = 13591.2

0.0363 = 374413.22 (mm 3 /s) Tóm lại ta có

Do đó tổng diện tích 2 cổng Ag = Cd×√𝑃 ×2𝑔/𝒑 Q = 374.413

Suy ra diện tích 1 cổng là 𝐴𝑔

Khoảng cách và vận tốc pha

- Vận tốc của gia đoạn pha 1 (vận tốc của piston V css ): V 1 =C cc × 100%−f i

Với C cc : hệ số cố định, C cc =0.579 (m 0.5 /s); fi là tỷ lệ điền đầy, fi = 10.09% và d là đường kính của piston, dpt = 42 (mm) = 0.042 (m)

- Vận tốc của gia đoạn pha 2: V 2 = A g × G v

A plunger Với Ag là diện tích cổng, Ag = 0.125 (cm 2 ), Gv là tốc độ vào cổng, Gv = 3000 (cm/s) và

Aplunger là diện tích của piston, Aplunger = π𝑑

- Khoảng cách pha 2: H2 = Thể tích kim loại qua cổng

- Khoảng cách pha 1: H1 = Chiều dài ống rót khả dụng – Khoảng cách pha 2

Tính toán kênh dẫn

Diện tích kênh dẫn: Ar = 1.3 × Ag với Ag là diện tích cổng [6]

30 Độ dày kênh dẫn: Hr = √ A r

Chiều rộng kênh dẫn: Wr = 2 ×H r = 2 × (2.9 ~ 3.2) = 5.8 ~ 6.4 (mm)

Bảng 4.4: Tóm tắt các kết quả tính toán

Yêu cầu về trọng tải 100 tấn Khối lượng vật đúc 111.51 gram

Tỷ lệ điền đầy ống rót 10.09%

Diện tích cổng S1 = S2 = 6.25 mm 2 Diện tích kênh dẫn 12.5 mm 2 Độ dày kênh dẫn Hr = 2.9 ~ 3.2 mm Chiều rộng kênh dẫn Wr = 5.8 ~ 6.4 mm

Áp dụng CAE vào phân tích dòng chảy

Áp dụng công cụ CAE trong giai đoạn thiết kế khuôn đúc giúp mô phỏng dòng chảy kim loại vào lòng khuôn, từ đó đánh giá và lựa chọn các phương án thiết kế tối ưu Việc này cho phép xác định cổng vào kim loại phù hợp để đảm bảo dòng chảy đồng nhất, dự đoán các khuyết tật có thể xảy ra và đưa ra giải pháp khắc phục kịp thời, đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm được điền đầy trong quá trình đúc.

Hình 4.4: Phần mềm Altair Inspire Cast

Phần mềm Inspire Cast, phát triển bởi công ty Luxion Inc, là một công cụ hỗ trợ mạnh mẽ trong thiết kế và mô phỏng sản phẩm Với chức năng chính là giúp kỹ sư dễ dàng tạo ra các mô hình mô phỏng, Inspire Cast tối ưu hóa quy trình đúc, mang lại hiệu quả cao trong thiết kế sản phẩm.

Phương hướng và giải pháp thực hiện

Phần mềm Inspire Cast cho phép mô phỏng và thử nghiệm thiết kế vị trí cổng vào kim loại tại nhiều vị trí khác nhau Qua đó, chúng ta có thể đánh giá ưu nhược điểm của từng trường hợp, từ đó tối ưu hóa thiết kế kênh dẫn.

Dựa vào các kết quả tính toán ở trên, ta có các thông số đầu vào trước khi mô phỏng các phương án thiết kế cổng vào như sau

Bảng 4.5: Bảng thông số đầu vào trước khi mô phỏng

STT Các thông số mô phỏng Giá trị

5 Nhiệt độ ban đầu khuôn 200 ℃

7 Đường kính Shot Sleeve 42 mm

10 Khoảng nghỉ giữa mỗi lần đúc 60 s

11 Lượng kim loại bắn vào 111.51 gram

13 Áp suất đúc tối đa của máy 10 MPa

14 Vật liệu khuôn Carbon-Steel

Trong phương án đầu tiên, cổng vào kim loại được đặt ở giữa chi tiết, giúp tạo góc thoát khuôn dễ dàng hơn cho việc lấy sản phẩm Tuy nhiên, dòng chảy kim loại phun trực tiếp vào slides có thể gây xói mòn và tạo ra nhiều khuyết tật, như rỗ khí và đường hàn.

Hình 4.6: Mô phỏng rỗ khí và đường hàn cho phương án 1

Kết quả mô phỏng từ phương án 1 cho thấy việc thiết kế hệ thống cổng vào kim loại ở giữa sản phẩm có thể dẫn đến khuyết tật rỗ khí và đường hàn, chủ yếu tập trung ở phần cuối sản phẩm.

Hình 4.7: Phương án đặt cổng vào 2

Với việc đặt cổng vào ở vị trí dưới chi tiết, mô phỏng dòng chảy cho thấy sự ổn định và ít rối hơn, giúp giảm thiểu hiện tượng rỗ khí và đường hàn so với phương án 1 Tuy nhiên, vị trí cổng vào này làm cho việc tạo góc thoát khuôn trở nên phức tạp hơn.

Kết quả mô phỏng rỗ khí và đường hàn trong thiết kế cổng vào kim loại cho thấy sự tương đồng với phương án 1 Tuy nhiên, thiết kế này giúp hạn chế dòng chảy phun trực tiếp vào slides, từ đó nâng cao độ bền của khuôn và cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm.

Hình 4.9: Phương án đặt cổng vào 3

Với cổng vào nằm ở phần trên của chi tiết, kết quả mô phỏng dòng chảy cho thấy sự ổn định và không có hiện tượng rối, tương tự như phương án 2 Tuy nhiên, thiết kế góc thoát khuôn lại gặp nhiều phức tạp.

Trong thiết kế cổng vào kim loại, khuyết tật rỗ khí thường tập trung chủ yếu ở phần cuối sản phẩm, giống như ở các phương án 1 và 2 Ngoài ra, khuyết tật đường hàn cũng xuất hiện nhiều hơn trong phương án này.

Kết luận về sự hạn chế giữa khuyết tật rỗ khí và đường hàn, nhóm đã quyết định chọn phương án 2 để phát triển Lý do là phương án này có sự tập trung đường hàn ít hơn, trong khi khí đều tập trung tại một vị trí cuối sản phẩm, tạo thuận lợi cho việc thiết kế hệ thống thoát khí (overflow).

Hình 4.11: Thiết kế hệ thống thoát khí cho phương án 2

Nhóm sẽ tiến hành mô phỏng phương án 2 sau khi thiết kế thêm hệ thống thoát khí ở vị trí cuối sản phẩm Dưới đây là một số kết quả mô phỏng của phương án 2 với việc bổ sung hệ thống thoát khí (overflow).

Hình 4.12: Kết quả mô phỏng áp suất

Kết quả mô phỏng cho thấy áp suất cực đại khi có hệ thống thoát khí đạt 81 kgf/cm² (8.1 MPa), trong khi máy đúc áp lực Yota DC-100V5 có áp suất tối đa là 100 kgf/cm² (10 MPa) Điều này cho thấy thiết kế của máy rất phù hợp cho quá trình đúc, tương thích với áp suất đúc cần thiết.

Hình 4.13: Kết quả mô phỏng rỗ khí

Kết quả mô phỏng cho thấy hầu hết các rỗ khí đã được thoát ra hoàn toàn vào hệ thống thoát khí, chứng tỏ rằng hệ thống này được thiết kế hợp lý Điều này giúp giảm thiểu tối đa khuyết tật rỗ khí, từ đó đảm bảo chất lượng bề mặt sản phẩm.

Hình 4.14: Kết quả mô phỏng đường hàn

Kết quả mô phỏng đường hàn cho thấy khuyết tật thường xảy ra nhiều ở các thành mỏng, ảnh hưởng đến độ cứng vững và độ bền của chi tiết Vì vậy, việc thay đổi diện tích cổng vào kim loại là cần thiết.

4.9.5 Thiết kế lại kênh dẫn

Hình 4.15: Kênh dẫn sau khi thiết kế lại

Tiến hành thiết kế lại hai cổng vào kim loại với diện tích lần lượt là S1 = 7.68 mm 2 và

S2 = 6.72 mm 2 và ta được kết quả mô phỏng mới sau khi thiết kế lại kênh dẫn như sau:

Hình 4.16: Kết quả mô phỏng lại đường hàn

Kết quả mô phỏng cho thấy việc thiết kế lại kênh dẫn đã giảm đáng kể khuyết tật đường hàn, chuyển từ vị trí thành mỏng sang các vị trí thành dày hơn Điều này cải thiện độ bền và độ cứng vững của sản phẩm, chứng tỏ rằng việc hiệu chỉnh kênh dẫn với diện tích cổng như trên là hợp lý.

Hình 4.17: Kết quả mô phỏng lại khí

Kết quả mô phỏng khí cho thấy khí vẫn chủ yếu tập trung ở vị trí overflow, với một số khuyết tật khí xuất hiện trong kênh dẫn Tuy nhiên, chất lượng sản phẩm đúc không bị ảnh hưởng bởi những khuyết tật này.

Hình 4.18: Kết quả mô phỏng lại áp suất

Kết quả mô phỏng cho thấy, sau khi thiết kế lại hệ thống kênh dẫn, áp suất có xu hướng giảm nhẹ, với áp suất tối đa đạt khoảng 59.5 kgf/cm² (5.95 MPa), không vượt quá áp suất tối đa của máy là 10 MPa, do đó không ảnh hưởng đến quá trình đúc sản phẩm.

Hình 4.19: Kết quả mô phỏng tốc độ và hướng dòng chảy

Trình tự công việc tiến hành

Bảng 4.6: Trình tự tiến hành các công việc

STT Nội dung Chi tiết công việc

1 Nhận chi tiết từ công ty

- Kiểm tra khối lượng, bề dày chi tiết

- Tìm hiểu công dụng, chức năng của chi tiết

- Thiết kế lại chi tiết cho phù hợp cho việc đúc

- Hoàn thiện bản vẽ 2D CAD

2 Lên phương án thiết kế khuôn

- Thiết kế hệ thống dẫn kim loại

- Tiến hành mô phỏng dòng chảy dựa trên phần mềm Inspire Cast

- Chọn phương án tối ưu

4 Hoàn chỉnh thiết kế khuôn

- Thiết kế hoàn thiện các tấm khuôn và các chi tiết trong khuôn

- Lên bản vẽ chi tiết các tấm khuôn

5 Tính khối lượng gia công

- Phân loại các chi tiết cần gia công

- Tính toán khối lượng gia công, dụng cụ cắt

6 Tiến hành gia công khuôn

- Lặp các bản qui trình công nghệ

- Gia công các bộ phận khuôn theo tiêu chuẩn bản vẽ thiết kế

7 Lắp ráp hoàn thiện bộ khuôn - Đo kiểm kích thước và lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn

8 Kiểm nghiệm và đánh giá

- Kiểm tra và đánh giá về bộ khuôn hoàn chỉnh

- Hoàn thiện quyển báo cáo đồ án

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HOÀN THIỆN KHUÔN ĐÚC

Thiết kế bộ khuôn đúc cho chi tiết

Trước khi thiết kế khuôn cho sản phẩm Ring Clamp, nhóm đã thu thập đầy đủ thông tin cần thiết bao gồm bản vẽ chi tiết, mô hình 3D, vật liệu Al6061 và máy đúc áp lực cao Yota DC-100V5 Sau khi trao đổi với công ty Real-Time Robotics, nhóm đã thống nhất các vị trí quan trọng như mặt phân khuôn, cổng vào kim loại, hệ thống ty đẩy và số lòng khuôn là một lòng theo yêu cầu Đối với dung sai độ nhám, chi tiết sau đúc yêu cầu Rz25 (độ nhám cấp 5) cho bề mặt trong và Rz12.5 cho các bề mặt còn lại.

Drone Hera được cấu tạo từ ba loại chi tiết Ring Clamp, có hình dạng và chức năng tương tự nhưng khác nhau về kích thước Nhóm thiết kế đã đề xuất phương án tạo khuôn có insert, giúp thuận tiện trong việc đúc cả ba loại chi tiết bằng cách thay thế lõi khuôn.

Để đạt được yêu cầu về sản phẩm, vật liệu chi tiết phải đồng chất, sản phẩm cần có hình dáng chính xác và đảm bảo các đặc tính làm việc Nhằm nâng cao năng suất thông qua phương pháp đúc áp lực với mục tiêu 2000 sản phẩm mỗi năm, nhóm đã quyết định thiết kế bộ khuôn với hai slides để mở undercut mặt ngoài, sử dụng một lòng khuôn và có khả năng thay thế lõi khuôn.

5.1.1 Xác định kích thước lõi khuôn dương

Kích thước lõi khuôn phụ thuộc vào kích thước sản phẩm, cấu trúc bộ khuôn và hệ thống làm mát Trong thiết kế này, bộ khuôn thuộc loại nhỏ và có hai slides để mở undercut ngoài.

Để đảm bảo sản phẩm được lấy ra một cách dễ dàng và an toàn, khoảng mở của slide cần có độ dài tối thiểu là 15 mm, kèm theo khoảng thêm 2 đến 3 mm để đẩy sản phẩm ra Như vậy, tổng khoảng cách trượt cần thiết là 17.5 mm.

Để tránh sai số khi tính chiều dài làm việc của chốt xiên, khoảng cách trượt thực tế thường là 20 mm Khi cụm slide hoạt động, con trượt (body slide) sẽ trượt trên tấm khuôn dương, trong khi lõi của con trượt (insert slide) cần tỳ vào lõi khuôn với khoảng cách tối thiểu từ 3 đến 5 mm Nếu không tuân thủ khoảng cách này, con trượt có thể bị vấp vào lõi khuôn, dẫn đến nguy cơ hỏng hóc khuôn.

Hình 5.2: Trạng thái đóng và mở của cụm slide

Hình 5.3: Chiều rộng của lõi khuôn

Chi tiết có đường kính ∅53 mm, với hai khoảng mở slide rộng 20 mm và khoảng cách giữa hai bên tỳ của insert slide trên lõi khuôn dương là 3.5 mm.

→ Chiều rộng của lõi khuôn dương 53 + 2 × 20 + 2 × 3.5 = 100 (mm) (Hình 5.3)

Chiều dày lõi khuôn được xác định bởi số tầng hệ thống làm mát, trong thiết kế này chỉ sử dụng một tầng với đường kính lỗ khoan ∅8 mm Khoảng cách từ bề mặt sản phẩm đến mặt đáy lõi khuôn là khoảng 28 mm, trong khi khoảng cách từ đường làm mát đến bề mặt sản phẩm là khoảng 10 mm.

→ Chiều cao của lõi khuôn dương là bằng 28 + 25 (chiều cao sản phẩm) = 53 (mm)

Hình 5.4: Khoảng cách từ mặt đáy sản phẩm đến mặt đáy của lõi

Hình 5.5: Khoảng cách từ đường làm mát đến bề mặt sản phẩm

Ngoài ra, chiều dài của lõi khuôn dương cũng phụ thuộc vào khoảng cách của hệ thống thoát khí (overflow) và hệ thống kênh dẫn (Hình 5.6)

Hình 5.6: Chiều dài của lõi khuôn dương

Vậy ta có kích thước tổng quát của lõi khuôn dương là 130×100×53 (mm)

Mặt đáy của sản phẩm

5.1.2 Xác định kích thước lõi khuôn âm Đối với lõi khuôn âm, kích thước chiều dài và chiều rộng cũng tương tự như kích thước của lõi khuôn dương, lần lượt là 130 (mm) và 100 (mm) Chiều dày của lõi cũng được xác định xác định dựa vào số tầng của hệ thống làm mát, do đó với việc thiết kế một tầng làm mát và đường kính lỗ khoan là ∅8 (mm) thì chiều dày từ bề mặt sản phẩm đến mặt đáy của lõi sẽ khoảng 28 (mm) (Hình 5.7) và khoảng cách từ đường làm mát đến bề mặt sản phẩm là khoảng

Ta có khoảng cách từ mặt phân khuôn đến mặt trên chi tiết là 18 (mm) (Hình 5.7) Suy ra chiều dày của insert khuôn âm sẽ là 16.8 + 28 = 44.8, ta chọn 45 (mm)

Hình 5.7: Khoảng cách từ mặt trên sản phẩm đến mặt đáy của lõi

Hình 5.8: Khoảng cách từ đường làm mát đến bề mặt sản phẩm

Vậy ta có kích thước tổng quát của lõi khuôn âm là 130×100×45 (mm)

Mặt phân khuôn Mặt trên của sản phẩm

5.1.3 Thiết kế vỏ khuôn theo tiêu chuẩn Futaba

Sau khi xác định được kích thước của lõi khuôn cùng với thông số của máy đúc YOTA ở bảng 2.3, chương 2

Bảng 5.1: Tóm tắt thông số máy đúc ảnh hưởng đến thiết kế khuôn

Chiều cao khuôn (min/max) mm 200 – 450

Khoảng cách thanh nối (tie-bar) mm 395 × 395 Đường kính piston (tùy chọn) mm 42

Khối lượng vật đúc (phụ thuộc vào piston) kg 0.64

Để thiết kế khuôn với khoảng đẩy 50 mm, trước tiên cần chọn vỏ khuôn phù hợp cho hai lõi khuôn, đảm bảo chúng lọt trong hệ thống đẩy và cách chốt hồi ít nhất 15 mm nhằm tránh việc chốt hồi đâm qua lõi khuôn Nhóm thiết kế đã chọn tiêu chuẩn vỏ khuôn hai tấm loại SC của Futaba, trong đó A là chiều dày của tấm khuôn âm, B là chiều dày của tấm khuôn dương, và C là chiều cao gối đỡ.

Hình 5.9: Tiêu chuẩn vỏ khuôn SC theo Futuba [8]

5.1.4 Xác định kích thước tấm khuôn dương và tấm khuôn âm

Chiều dày của tấm khuôn dương được xác định bởi chiều dày của lõi khuôn dương và hệ thống làm mát trên vỏ khuôn, thường dao động từ 25 đến 35 mm Cụ thể, chiều dày tấm khuôn dương B được tính bằng chiều dày lõi khuôn dương cộng thêm 35 mm, dẫn đến B = 35 + 35 = 70 mm.

Tương tự, ta có chiều dày của tấm khuôn âm A = chiều dày của lõi khuôn âm + 25 Vậy chiều dày tấm khuôn âm là A = 45 + 25 = 70 (mm)

Chiều cao của gối đỡ C = 20 + 15 + h1 + h2, trong đó h1 là chiều cao của cử lói và h2 là khoảng đẩy để lấy sản phẩm (Hình 5.10)

Hình 5.10: Chiều cao gối đỡ

Hình 5.11: Khoảng cách đủ để đẩy sản phẩm

Để đảm bảo lò xo hoạt động hiệu quả với chiều cao 30 (mm), cần chọn lò xo có chiều dài 70 (mm) để đạt được lượng nén ban đầu phù hợp Chiều cao cử lói nên được thiết lập là 25 (mm), đồng thời cần tạo hốc trên tấm khuôn dương với độ sâu 10 (mm) để đảm bảo lò xo hoạt động đúng 50% chiều dài của nó.

Vậy ta có chiều cao của gối đỡ sẽ là C = 20 + 15 + 25 + 30 = 90 (mm)

5.1.5 Xác định chiều dài của chiều rộng của tấm khuôn dương và tấm khuôn âm

Bộ khuôn này thuộc loại khuôn nhỏ, với kích thước và khối lượng sản phẩm phù hợp Khoảng cách từ lõi khuôn đến mặt bên của vỏ khuôn là 75 mm, đặc biệt trong trường hợp khuôn cỡ nhỏ và con trượt dạng rút gọn không có đuôi.

Vậy ta có chiều rộng của hai tấm khuôn bằng chiều rộng của lõi khuôn + 2 × 75

→ Chiều rộng của hai tấm khuôn bằng 100 + 150 = 250 (mm)

Chiều dài của tấm khuôn âm và tấm khuôn dương được xác định dựa trên hệ thống ty đẩy và vòng định vị khuôn của máy đúc Đối với tấm khuôn dương, chiều dài được chọn là 250 mm.

→ Ta chọn vỏ khuôn hai tấm Futaba, loại SC

Hình 5.12: Tiêu chuẩn vỏ khuôn 250×250 theo Futaba [8]

Bảng 5.2: Tóm tắt các kích thước vỏ khuôn

STT Chi tiết Đơn vị Kích thước

5.1.6 Tính toán kích thước chốt xiên

Để lấy sản phẩm từ khuôn, cần xác định vị trí slide khi đóng khuôn với độ sâu của undercut S là 15 mm Hành trình trượt cần thiết là 17.5 mm, cộng thêm 2.5 mm khoảng cách an toàn để tránh sai số trong việc tính chiều dài của chốt xiên Do đó, khoảng trượt thực tế cần đạt là 20 mm.

Thiết kế vỏ khuôn

Lên kích thước tổng thể (mm)

Tạo lỗ gắn bạc cuống phun

Tấm kẹp trên hoàn chỉnh

Tạo hốc để gắn lõi khuôn âm

Tạo lỗ gắn bạc dẫn hướng và lỗ gắn bulong

Tạo lỗ gắn bạc cuống phun

Thiết kế hệ thống đường nước làm mát

Tấm khuôn âm hoàn chỉnh

Kích thước tổng thể lõi khuôn âm (mm)

Cắt khối gắn bạc cuống phun

Thiết kế hệ thống nước làm mát và định vị

Lõi khuôn âm hoàn chỉnh

Lên kích thước tổng thể (mm) 250×250×70

Tạo hốc gắn lõi khuôn dương

Tạo lỗ gắn chốt dẫn hướng

Tạo lỗ gắn bulong và separator

Tạo lỗ gắn ty đẩy

Thiết kế hệ thống đường nước làm mát

Tấm khuôn dương hoàn chỉnh

Kích thước tổng quát (mm) 100×130×48

Tạo kênh dẫn và hệ thống thoát khí (overflow)

Thiết kế hệ thống đường nước làm mát và định vị

Lõi khuôn dương hoàn chỉnh

Tạo lỗ gắn gối đỡ phụ

Tạo lỗ gắn bulong, lỗ gắn ty lói và lỗ gắn cử lói

Tạo lỗ gắn gối đỡ phụ

Tấm kẹp dưới hoàn chỉnh

5.2.10 Thiết kế các bộ phận trong hệ thống trượt

5.2.11 Các bộ phận khác của khuôn

Bulong vòng Vòng đệm cao su

Bạc dẫn hướng Chốt dẫn hướng

Gối đỡ phụ Đầu nối

Hình 5.31: Bộ khuôn hoàn chỉnh

Vật liệu làm khuôn

Để đảm bảo tính bền vững và độ chính xác của sản phẩm, khuôn đúc áp lực cao thường được chế tạo từ vật liệu chất lượng cao với khả năng chịu nhiệt tốt Thép SKD61 là lựa chọn phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp khuôn dập nóng và khuôn đúc.

Bảng 5.8: Thành phần hóa học của thép SKD61 [3]

Thành phần C Si Mn Cr Mo

Thép SKD61 nổi bật với khả năng chống mài mòn cao nhờ vào hợp kim Molypden, độ cứng vượt trội nhờ chứa Cacbon, và khả năng chống gỉ tốt nhờ vào thành phần Crom và Silic Thép này có thể đạt độ cứng khoảng 50 – 55 HRC qua xử lý nhiệt, nhưng nếu độ cứng quá cao sẽ làm cho thép trở nên giòn Đối với vỏ khuôn, thép S50C là lựa chọn lý tưởng với khả năng chịu nhiệt cao, độ kháng lực bề mặt tốt và khả năng chịu va đập mạnh, phù hợp cho ứng dụng trong khuôn đúc áp lực cao.

Bảng 5.9: Thành phần hóa học của thép S50C

CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM

Tổng quan về máy gia công

Máy phay CNC, với những ưu điểm vượt trội so với máy phay cơ truyền thống, ngày càng trở nên phổ biến trong các doanh nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu Thiết bị này không chỉ đảm bảo độ chính xác cao mà còn giúp tiết kiệm thời gian gia công hiệu quả.

Cấu tạo chung của một máy phay CNC bao gồm:

- Khung máy: là bộ phận hỗ trợ, tạo độ ổn định và độ cứng vững cho máy

- Các trục: máy thường có 3 trục là X, Y, Z

- Trục chính: là nơi đến gắn dao vào thông qua giá đỡ dao

Gá đỡ dao là thiết bị quan trọng giúp lắp dao cắt một cách chắc chắn, ngăn chặn sự dịch chuyển và rung động trong quá trình gia công, từ đó giảm thiểu sai số.

- Bộ thay dao: dùng để thay dao tự động như đã được lập trình trước trên máy tính

- Bảng điều khiển CNC: nơi tập trung các thao tác chính để vận hành máy, di chuyển các trục, thiết lập chương trình để gia công chi tiết

- Bàn máy: là nơi để kẹp các chi tiết, có thể dùng đồ gá hoặc dụng cụ cố định chi tiết

- Hệ thống làm mát: cung cấp nước làm mát cho bề mặt cắt và dao cắt khi gia công 6.1.1 Máy phay CNC TAIKAN T-V856H

Hình 6.1: Máy phay CNC TAIKAN T-V856H

Máy phay CNC TAIKAN T-V856H là máy phay đứng với hiệu suất cắt cao và độ chính xác vượt trội, đến từ thương hiệu Taikan, một trong những thương hiệu hàng đầu thế giới.

Bảng 6.1: Bảng thông số máy phay CNC TAIKAN [18]

Kích thước bàn làm việc mm 1000×500

Tốc độ trục chính vòng/phút Kết nối trực tiếp 12000

Tốc độ di chuyển nhanh ba trục X/Y/Z m/phút 30/30/30

Dung tích ổ chứa công cụ bó 24 (30)

6.1.2 Máy phay CNC MORI SEIKI

Hình 6.2: Máy phay CNC MORI SEIKI Bảng 6.2: Bảng thông số máy phay CNC MORI SEIKI [17]

Hệ điều hành FANUC 16MA

Hình trình 3 trục X/Y/Z 800/410/510 mm Tốc độ trục chính 8000 vòng/phút

Một số dụng cụ cắt gọt cơ khí quan trọng trong gia công khuôn bao gồm: mũi khoan, mũi chấm tâm, dao phay endmill, dao phay ball mill, dao chamfer và mũi taro Những dụng cụ này đóng vai trò thiết yếu trong quá trình gia công, giúp tạo ra các chi tiết chính xác và chất lượng.

Gia công các tấm khuôn

6.2.1 Công thức tính thông số chế độ cắt

Số vòng quay của trục chính n = 1000 × 𝑣 𝜋 𝑐 × 𝐷 (v/ph) Trong đó: vc là tốc độ cắt (m/ph)

D là đường kính dao (mm)

Bước tiến dao trên mỗi vòng quay F = n × 𝑓 𝑧 × 𝑧 (mm/ph)

Trong đó: n là tốc độ quay trục chính (v/ph) fz là lượng ăn dao z là số me cắt

6.2.2 Các bước xét chuẩn phôi và đo dao

Bước 1: Kiểm tra kích thước phôi trước khi gia công và bản vẽ thiết kế

Bước 2: Làm sạch bề mặt phôi và ê-tô trước khi gá

Bước 3: Gá phôi, dùng đồng hồ so kiểm tra độ phẳng của mặt phôi

Bước 5: Tạo chuẩn phôi, đo dao và kiểm tra chương trình gia công

Bước 6: Tiến hành gia công

Bước 7: Đo kiểm các kích thước chi tiết sau gia công

Quy trình nguyên công phay bao gồm các bước quan trọng như đọc bản vẽ, khởi động máy, gá phôi, vận hành máy để gia công chi tiết, và đo kiểm các kích thước Mỗi bước cần được thực hiện cẩn thận nhằm đảm bảo rằng các chi tiết gia công đạt đúng kích thước, dung sai, độ nhám bề mặt và các yêu cầu kỹ thuật theo bản vẽ.

Các tấm phôi đều được gia công 6 mặt đạt tiêu chuẩn kích thước bản vẽ Chuẩn gia công được đặt ở góc phôi

Nhóm nghiên cứu đã chọn nhôm Al6061 để chế tạo mô hình khuôn đúc, nhằm tìm hiểu về công nghệ đúc áp lực cao và quy trình sản xuất sản phẩm đúc, đảm bảo tính kinh tế và phù hợp với mục đích nghiên cứu.

Các bảng quy trình công nghệ

Bảng 6.3: Quy trình công nghệ gia công tấm khuôn âm

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG CÁC LỖ VÀ GÓC THOÁT Kích thước: 200×230×50 Vật liệu: Al6061 Gá kẹp: ê tô

Chuẩn gia công Kết quả

TT Bước công nghệ Loại dao

Chế độ cắt F(mm/ph) S(v/ph) t(mm)

1 Khoan mồi 13 lỗ Center Drill ∅10 100 2000 1

6 Phay lỗ lắp vai bạc dẫn hướng EndMill ∅10 1500 3500 0.25

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG CÁC HỐC VÀ LỖ LẮP BẠC Kích thước: 200×230×50 Vật liệu: Al6061 Gá kẹp: ê tô

2 Phay bán tinh hốc Endmill ∅10 1500 3500 0.25

4 Phay bán tinh hốc trượt slide Endmill ∅4 800 6000 0.2

5 Phay tinh mặt đáy hốc trượt slide Endmill ∅4 800 6000

6 Phay tinh thành hốc trượt slide Ballmill ∅4 1000 6000 0.05

7 Phay tinh bề mặt sản phẩm Ballmill ∅2 600 10000

8 Phay bán tinh lỗ lắp bạc dẫn, lỗ phun Endmill ∅10 1800 3500 0.25

9 Phay tinh lỗ lắp bạc dẫn hướng Endmill ∅10 1000 3500

NGUYÊN CÔNG 3: GIA CÔNG CÁC ĐƯỜNG NƯỚC

Kích thước: 200×230×50 Vật liệu: Al6061 Gá kẹp: ê tô

3 Khoan 1 lỗ lắp khóa khuôn Drill ∅5.3 50 1000 0.6

Hình 6.3: Tấm khuôn âm sau khi gia công

Bảng 6.4: Quy trình công nghệ gia công tấm khuôn dương

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG CÁC LỖ

2 Khoan 3 lỗ thoát ty đẩy ∅6 Drill ∅7 60 1000 1

3 Khoan 1 lỗ thoát ty đẩy ∅8 Drill ∅9 60 1000 1

6 Khoan 4 lỗ chốt hồi Drill ∅13 60 500 0.6

7 Khoan 4 lỗ lắp chốt dẫn hướng Drill ∅16 60 400 0.6

8 Phay rộng hốc lắp lò xo và vai chốt dẫn hướng Endmill ∅10 1500 3500 0.25

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG CÁC LỖ

1 Phay thô các hốc và bề mặt tấm khuôn 32R6 2000 1200 0.5

3 Phay tinh các thành và bề mặt tấm khuôn

4 Phay bán tinh thành trượt slide EndMill ∅4 1000 5000 0.2

5 Phay tinh mặt đáy slide và mặt phân khuôn EndMill ∅4 1200 6000

6 Phay tinh thành trượt slide BallMill ∅4 1200 6000 0.1

7 Phay tinh biên dạng sản phẩm BallMill ∅2 700 7000 0.05

8 Phay tinh mặt đáy biên dạng sản phẩm BallMill ∅2 600 7000

9 Phay tinh kênh dẫn BallMill ∅2 800 6000

10 Khoan mồi 4 lỗ Center Drill

11 Khoan 3 lỗ lắp ty đẩy ∅6 Drill ∅5.8 60 1000 0.6

12 Khoan 3 lỗ lắp ty đẩy ∅8 Drill ∅7.8 50 1000 0.6

13 Khoan mồi 8 lỗ lắp ray dẫn Center Drill

18 Phay bán tinh các lỗ lắp chốt hồi và chốt dẫn hướng Endmill ∅10 1200 3500 0.25

Hình 6.4: Tấm khuôn dương và chốt dẫn hướng

NGUYÊN CÔNG 3: GIA CÔNG LỖ LẮP STOP SLIDE VÀ ĐƯỜNG NƯỚC

NGUYÊN CÔNG 4: GIA CÔNG LỖ LẮP STOP SLIDE

NGUYÊN CÔNG 5: GIA CÔNG ĐƯỜNG NƯỚC KHÓA KHUÔN VÀ BULONG VÒNG

3 Khoan 1 lỗ lắp khóa khuôn Drill ∅5.3 50 1000 0.6

Hình 6.5: Tấm khuôn dương sau khi gia công

Bảng 6.5: Quy trình công nghệ gia công khối nêm

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG LỖ ∅12 VÀ BẬC LẮP CHỐT XIÊN

3 Phay thô lỗ ∅16 và lỗ lắp chốt xiên End Mill ∅8 700 3000 0.25

4 Phay bán tinh đáy lỗ ∅16 lắp chốt xiên End Mill ∅10 600 2200

5 Doa tinh lỗ lắp chốt xiên Reamer ∅12 50 200 0.6

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG 2 LỖ M6 VÀ PHAY BIÊN DẠNG KHỐI NÊM

1 Khoan mồi 2 lỗ Center Drill

4 Phay bán tinh biên dạng và bậc định vị End Mill ∅10 1200 3500 0.25

5 Phay tinh thành bậc định vị End Mill ∅10 800 3500 2

Hình 6.6: Khối nêm và chốt xiên

NGUYÊN CÔNG 3: GIA CÔNG BIÊN DẠNG KHỐI NÊM

1 Phay thô biên dạng ngoài End Mill ∅10 1200 3500 0.25

2 Phay thô biên dạng trong End Mill ∅10 1500 3000 0.3

3 Phay tinh bậc nghiêng 22 độ Ball Mill ∅4 1200 6000

4 Phay tinh mặt đáy End Mill ∅10 800 3500

Hình 6.7: Khối nêm sau khi gia công

Hình 6.8: Chi tiết slide sau khi gia công Bảng 6.6: Quy trình công nghệ gia công slide 1

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG LỖ ∅13

3 Phay thô lỗ ∅13 End Mill ∅8 1000 3000 0.25

4 Phay bán tinh lỗ ∅13 End Mill ∅8 600 3000 3

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG LỖ M6

NGUYÊN CÔNG 3: GIA CÔNG BIÊN DẠNG SLIDE

1 Phay bán thô biên dạng End Mill ∅10 1500 4000 0.25

2 Phay tinh góc nghiêng 22 ° End Mill ∅10 1000 4000 1.5

3 Phay tinh bậc giữ và mặt bên slide End Mill ∅10 1000 4000 1

2 Phay tinh góc nghiêng 22 độ End Mill ∅10 1000 4000 1.5

NGUYÊN CÔNG 5: GIA CÔNG THÀNH TRƯỢT CỦA SLIDE, BIÊN DẠNG SẢN PHẨM

1 Phay thô biên dạng End Mill

2 Phay tinh đáy End Mill

3 Phay tinh biên dạng trượt của slide End Mill

4 Phay bán tinh biên dạng trong chi tiết End Mill ∅4 800 5000 0.3

5 Phay bán tinh biên dạng trong chi tiết Ball Mill ∅2 800 10000 0.2

6 Phay tinh biên dạng trong chi tiết Ball Mill ∅2 800 10000

7 Phay tinh biên dạng trong chi tiết Ball Mill ∅1 500 10000

Bảng 6.7: Quy trình công nghệ gia công slide 2

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG LỖ ∅13

3 Phay thô lỗ ∅13 End Mill ∅8 1000 3000 0.25

4 Phay bán tinh lỗ ∅13 End Mill ∅8 600 3000 3

Hình 6.10: Hai chi tiết slide sau khi gia công

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG LỖ M6

Hình 6.11: Chi tiết slide 1 và slide 2 sau khi gia công

NGUYÊN CÔNG 5: GIA CÔNG THÀNH TRƯỢT CỦA SLIDE VÀ BIÊN DẠNG

1 Phay thô biên dạng End Mill ∅10 1500 3500 0.35

2 Phay tinh đáy End Mill ∅10 800 4000

3 Phay tinh biên dạng trượt của slide End Mill ∅10 800 4000 0.5

4 Phay bán tinh biên dạng trong sản phẩm End Mill ∅4 800 5000 0.3

5 Phay tinh biên dạng trong sản phẩm End Mill ∅4 600 6000 0.5

6 Phay bán tinh biên dạng trong sản phẩm Ball Mill ∅2 800 10000 0.2

7 Phay tinh biên dạng trong sản phẩm Ball Mill ∅2 800 10000

8 Phay tinh biên dạng trong sản phẩm Ball Mill ∅1 500 10000

Bảng 6.8: Quy trình công nghệ gia công tấm lói

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG LỖ LẮP BULONG M8

3 Phay bán tinh lỗ lắp tán bulong

Hình 6.12: Tấm lói sau khi gia công

NGUYÊN CÔNG 2: CHAMFER Kích thước: 230×120× 20 Vật liệu: Al6061 Gá kẹp: ê tô

Bảng 6.9: Quy trình công nghệ gia công tấm giữ

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG LỖ LẮP BULONG M8

9 Phay thô lỗ lắp chốt hồi và ty đẩy End Mill ∅6 800 3500 0.25

10 Phay bán tinh bậc lắp chốt hồi và ty đẩy End Mill ∅6 600 3500

Hình 6.13: Tấm giữ sau khi gia công

Bảng 6.10: Quy trình công nghệ gia công tấm kẹp trên

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG GIA CÔNG LỖ LẮP BULONG, LỖ THOÁT CHỐT

DẪN HƯỚNG VÀ BẬC ĐỊNH VỊ KHUÔN

Phay bán tinh lỗ lắp tán bulong

∅20, lỗ cuống phun ∅42 và bậc định vị ∅60

5 Phay tinh lỗ cuống phun ∅42 và bậc định vị ∅60 End Mill ∅10 800 3500 2.5

Hình 6.14: Tấm kẹp trên sau khi gia công

Bảng 6.11: Quy trình công nghệ gia công tấm kẹp dưới

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG LỖ LẮP BULÔNG, LỖ CHỐT ĐẨY

3 Phay bán tinh lỗ lắp tán bulong

∅20 và 2 lỗ chốt đẩy ∅28 End Mill ∅8 1200 3500 0.25

Hình 6.15: Tấm kẹp dưới sau khi gia công

Hình 6.16: Các chi tiết và bộ phận của khuôn sau khi gia công

Hình 6.17: Mô hình khuôn đúc áp lực cao hoàn thiện

Sau khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tính toán, thiết kế và gia công hoàn thiện khuôn đúc chi tiết Ring Clamp cho drone tại Real-Time Robotics Việt Nam”, nhóm chúng em đã áp dụng kiến thức từ các môn học cơ sở và chuyên ngành vào thực tiễn Đồng thời, chúng em cũng học hỏi thêm về công nghệ đúc áp lực cao và quy trình thiết kế khuôn đúc, rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm, tìm kiếm và tổng hợp thông tin cũng như giải quyết vấn đề.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS Võ Xuân Tiến đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ chúng em trong suốt quá trình thực hiện dự án Bên cạnh đó, chúng em cũng rất biết ơn các Thầy, Cô trong khoa Cơ khí Chế tạo máy đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất.

Trong bài viết này, chúng tôi đã học hỏi được nhiều kiến thức về thiết kế và mô phỏng dòng chảy kim loại, chế tạo và lắp ráp bộ khuôn đúc, cũng như các khía cạnh liên quan đến công nghệ đúc áp lực cao Mặc dù đây là những kiến thức mới mẻ, chúng tôi vẫn gặp một số hạn chế, như việc chưa tối ưu hóa quá trình tính toán và thiết kế cổng vào kim loại cùng hệ thống làm mát Tuy nhiên, nhìn chung, bộ khuôn đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của khuôn đúc áp lực có undercut.

Với kiến thức và kỹ năng tích lũy từ đồ án này, chúng tôi tin rằng đây sẽ là những kinh nghiệm quý báu, tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp và sự phát triển trong tương lai.

[1] Nguyễn Hữu Dũng, Các phương pháp đúc đặc biệt, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ Thuật Hà Nội, 1956 – 2006

[2] Trần Quốc Hùng, Giáo trình Dung Sai – Kỹ Thuật Đo, Nhà xuất bản ĐHQG TP.HCM,

[3] Phạm Minh Sơn – Trần Minh Thế Uyên, Giáo trình Thiết kế và Chế tạo khuôn ép nhựa, Nhà xuất bản ĐHQG TP.HCM, 2014

Nguyễn Tiến Tài, Vũ Văn Miêng và Thái Văn An cùng nhóm nghiên cứu đã thực hiện thiết kế và chế tạo bộ khuôn đúc thân bơm BRA50, sử dụng trên máy đúc áp lực 420T tại Viện Công nghệ vào ngày 16 tháng 02 năm 2009.

Trần Công Thức và PGS.TS Đinh Bá Trụ đã nghiên cứu về tính toán và thiết kế khuôn đúc áp lực cao cho chi tiết hợp kim nhôm, ứng dụng phần mềm SolidWorks ProCAST Nghiên cứu này được trình bày trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật của Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội vào năm 2010.

The article by Y Abdulfatah Abdu et al discusses the design and analysis of pressure die casting dies specifically for automobile components Published in the Global Journal of Researches in Engineering: A Mechanical and Mechanics Engineering, Volume 16 Issue 3, the study spans pages 1-8 and highlights the significance of optimizing die design to enhance manufacturing efficiency and product quality in the automotive industry.

[7] Altair Engineering, Inc, Learn Casting and Solidification with Altair Inspire Cast, 2021

[8] Futaba Corporation, Blue_book_EN_2014, 2014

[10] Nane Nolte, Thomas Lukasczyk và Bernd Mayer, Investigation of the Microstructure and Properties of Aluminum–Copper Compounds Fabricated by the High-Pressure Die Casting Process, Metals, 05/08/2022

[11] Mahdi Saeedipour, Simon Schneiderbauer, Stefan Pirker và Salar Bozorgi, Prediction of Surface Porosity Defects in High Pressure Die Casting, Advances in the Science and Engineering of Casting Solidification, pp 155-163, 2015

The study by Zhichao Niu et al investigates how high pressure die casting influences the castability, defects, and mechanical properties of aluminum alloys specifically in extra-large thin-wall castings The findings, published in the Journal of Materials Processing Technology, highlight the critical relationship between casting techniques and the quality of aluminum components, emphasizing the importance of optimizing these processes to enhance performance and reduce defects in manufacturing.

[13] YOTA DIE-CASTING M/C SINCE 1964, YOTA 目錄 , Full digital control cold- chamber die casting M/C, 2018

[14] Nguyễn Phước Hải, CAE là gì? Những ứng dụng trong kỹ thuật, https://advancecad.edu.vn/cae-la-gi/#top, 22/09/2018

[15] Nhung Vu, CÁC HỆ THỐNG KÝ HIỆU VẬT LIỆU KIM LOẠI, https://www.academia.edu/4991098/C%C3%81C_H%E1%BB%86_TH%E1%BB%90NG_ K%C3%9D_HI%E1%BB%86U_V%E1%BA%ACT_LI%E1%BB%86U_KIM_LO%E1%BA

Sevit Special Steel provides comprehensive insights into SKD61 steel, highlighting its unique properties and various applications in everyday life This high-performance steel is widely utilized in the manufacturing of molds and dies due to its excellent wear resistance and toughness Understanding the characteristics and uses of SKD61 is essential for industries seeking durable and reliable materials for their production processes For more detailed information, visit Sevit's dedicated page on SKD61 steel applications.

[17] Tuloctechnology, Máy phay CNC MORISEIKI, https://tuloctechnology.com/san- pham/may-phay-cnc-moriseiki-sv503-40/

[18] Tuloctechnology, Máy phay CNC TAIKAN T-V856S, https://tuloctechnology.com/san-pham/phay-cnc-taikan-tv856s/

XÁC NHẬN CỦA ĐƠN VỊ ỨNG DỤNG

Tiêu đề	Tính Toán, Thiết Kế Và Gia Công Hoàn Thiện Khuôn Đúc Chi Tiết Ring Clamp Của Drone Cho Công Ty Real-Time Robotics Việt Nam
Tác giả	Nguyễn Lương Khuê, Nguyễn Hoàng Thiên, Dương Gia Quyền
Người hướng dẫn	TS. Võ Xuân Tiến
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	123
Dung lượng	11,82 MB