Trân trọng Nguyễn Tuấn Kiệt Nguyễn Văn Thắng Trang 7 TÓM TẮT Công nghệ đúc áp lực cao là phương pháp dùng để chế tạo các chi tiết bằng kim loại, đặc biệt là nhôm hiện đang được phổ biế
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, nhiều chi tiết phức tạp trong lắp ráp ô tô, xe máy, máy giặt và tủ lạnh chủ yếu phải nhập khẩu từ nước ngoài hoặc cần công nghệ sản xuất khuôn đúc Sự phát triển công nghệ đúc, đặc biệt là công nghệ đúc áp lực cao, tại Việt Nam còn chậm do các doanh nghiệp hoạt động khép kín, thiếu sự liên kết và hợp tác, dẫn đến việc không tận dụng được nguồn nhân lực và công nghệ Việc đầu tư cho lĩnh vực này chưa được tập trung, khiến hiệu quả sản xuất chưa cao và các nguồn lực bị phân tán, gây khó khăn cho sự phát triển mạnh mẽ.
Để phổ biến công nghệ đúc áp lực cao tại Việt Nam, chúng tôi đã chọn nghiên cứu công nghệ này làm đề tài tốt nghiệp, với mong muốn tạo ra tài liệu giá trị thực tiễn, góp phần phát triển nền công nghiệp trong nước.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài này chưa phổ biến nghiên cứu tại Việt Nam, dẫn đến khó khăn trong việc tìm tài liệu Việc chưa được đưa vào chương trình giáo dục cũng hạn chế cơ hội học hỏi và chia sẻ kinh nghiệm từ các chuyên gia và kỹ sư Dù vậy, tài liệu về giáo trình thiết kế khuôn vẫn khá đa dạng, và khả năng truy cập tài liệu nước ngoài trên Internet giúp cải thiện hiệu quả nghiên cứu cho đề tài này.
Chúng tôi tự tin tạo ra sản phẩm khuôn đúc kim loại bằng máy đúc áp lực cao, dựa trên các thông số tính toán và thiết kế khoa học Khuôn đúc này được thiết kế và sản xuất riêng cho doanh nghiệp Real-time Robotics Việt Nam, chuyên về chế tạo máy bay không người lái, mở ra cơ hội hợp tác và việc làm cho sinh viên Bên cạnh đó, việc tận dụng máy đúc áp lực cao có sẵn tại trường không chỉ nâng cao chất lượng giảng dạy mà còn mang lại giá trị kinh tế và giáo dục cho hiện tại và tương lai Những yếu tố này là động lực chính thúc đẩy chúng tôi hoàn thiện đề tài tốt nghiệp một cách tốt nhất.
Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Đề tài nghiên cứu này còn mới mẻ và ít phổ biến, với mục tiêu chính là chế tạo bộ khuôn đúc hoàn chỉnh cho doanh nghiệp Realtime Robotics Việt Nam Việc sử dụng máy đúc có sẵn tại trường sẽ tạo nền tảng cho các giá trị thực tiễn trong tương lai Bên cạnh đó, tài liệu này được chia sẻ nhằm giúp các thế hệ sau làm chủ công nghệ thiết kế và chế tạo bộ khuôn đúc có thể sử dụng trên bất kỳ máy đúc áp lực cao nào, từ đó đúc được nhiều chi tiết đa dạng bằng vật liệu kim loại, đặc biệt là hợp kim nhôm Nội dung chi tiết sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Sử dụng máy đúc áp lực cao YOTA DC-100V5, chúng tôi tiến hành nghiên cứu và thiết kế khuôn đúc áp lực cao để chế tạo các chi tiết từ vật liệu hợp kim nhôm ADC12.
Tập trung thiết kế bộ khuôn hoàn thiện để tạo nên chi tiết và sản xuất chi tiết cung cấp cho phía doanh nghiệp liên kết.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này dựa trên kiến thức về thiết kế chế tạo khuôn nhựa đã học tại trường, kết hợp với kiến thức từ đồ án thiết kế khuôn đúc áp lực cao, dưới sự hướng dẫn của thầy Võ Xuân Tiến Để đảm bảo tính chính xác, phần lớn các tính toán được tham khảo từ tài liệu nước ngoài và mô phỏng bằng phần mềm InspireCast, chuyên về mô phỏng khả năng điền đầy và các khuyết tật có thể xảy ra, cũng như cung cấp thông số về nhiệt độ và áp suất trong quá trình đúc áp lực cao kim loại.
Kết cấu của ĐATN
Đồ án tốt nghiệp bao gồm 7 chương Trong đó: Chương 1 giới thiệu về đề tài Chương
Bài viết sẽ trình bày tổng quan về công nghệ đúc áp lực cao, bao gồm kiến thức nền tảng và cơ sở lý thuyết cho việc tính toán, thiết kế và mô phỏng chính xác Phương hướng chọn lựa giải pháp cụ thể cho từng công đoạn thực hiện sản phẩm sẽ được đề cập, cùng với việc tính toán, mô phỏng và thiết kế bộ khuôn hoàn chỉnh Bài viết cũng sẽ nêu ra phương án gia công hoàn thiện, quy trình thực nghiệm và điều chỉnh khuôn nếu cần Cuối cùng, bài viết sẽ tổng kết những kết luận về đề tài, phân tích ưu nhược điểm và định hướng phát triển trong tương lai.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu đề tài
Trong bối cảnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa, các ngành kỹ thuật, tài chính và công nghệ đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy và ngành đúc chi tiết Các sản phẩm như tay nắm tủ, bulong tán ngang trong ngành gỗ, cũng như tăng đơ, bulong cùm trong xây dựng và các linh kiện như mặt nạ xe, hộp số, lõi cốt thắng trong lĩnh vực xe máy đang ngày càng được cải tiến để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Ngành chế tạo máy, đặc biệt là công nghệ đúc áp lực, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của thị trường công nghệ hiện đại Để nâng cao nhận thức và phát triển công nghệ đúc áp lực tại Việt Nam, nhóm chúng tôi mong muốn người Việt Nam có thể làm chủ công nghệ này, từ đó tự sản xuất các chi tiết quan trọng cho xe máy, máy công nghiệp và các sản phẩm cơ khí khác Chúng tôi quyết tâm ghi chép toàn bộ quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và mô phỏng công nghệ đúc áp lực, đặc biệt là khuôn đúc áp lực, nhằm áp dụng hiệu quả vào máy móc hiện có tại trường.
Sơ lược về công nghệ đúc áp lực
2.2.1 Trên thế giới Đúc áp lực cao là quá trình sản xuất để tạo ra các chi tiết kim loại bằng cách đặt vật liệu kim loại trong một khuôn đúc và áp dụng áp lực cao vào vật liệu đó để nén và hình dạng nó theo yêu cầu Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới vì nó cho phép sản xuất các chi tiết có độ chính xác cao, độ bền và khả năng chịu được áp lực cao
Một số ứng dụng phổ biến của đúc áp lực cao bao gồm:
Ngành công nghiệp hàng không sử dụng đúc áp lực cao để sản xuất các bộ phận máy bay như cánh, khung thân và động cơ Những chi tiết này yêu cầu độ chính xác và độ tin cậy cao nhằm đảm bảo an toàn cho hành khách và nhân viên.
Ngành công nghiệp ô tô hiện nay áp dụng kỹ thuật đúc áp lực cao để sản xuất các bộ phận quan trọng như động cơ, hộp số, treo và phanh Phương pháp này không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn cải thiện hiệu suất của các bộ phận, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành.
Ngành công nghiệp dầu khí sử dụng đúc áp lực cao để sản xuất các thiết bị quan trọng như ống dẫn, mặt bích và vỏ thiết bị Những thành phần này được thiết kế để chịu đựng áp lực lớn và điều kiện khắc nghiệt trong quá trình khai thác và vận hành dầu khí.
Trong ngành công nghiệp đóng tàu, đúc áp lực cao đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các bộ phận quan trọng như đường ống, cốt thép và cấu trúc tàu Các bộ phận này phải chịu được áp lực từ môi trường nước và đòi hỏi sự chắc chắn, bền vững để đảm bảo an toàn cho tàu.
Đúc áp lực cao được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như công nghệ sinh học, năng lượng và xây dựng Kỹ thuật này đang không ngừng phát triển nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất và độ chính xác của các chi tiết kim loại.
2.2.2 Tại Việt Nam Đúc áp lực cao (DAC) là một ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng ở Việt Nam trong những năm gần đây Việt Nam đã đạt được những thành tựu đáng kể trong lĩnh vực này và có nhiều doanh nghiệp đúc áp lực cao hàng đầu trong khu vực Đông Nam Á Các lợi thế của ngành đúc áp lực cao ở Việt Nam bao gồm lao động giá rẻ, nguồn nguyên liệu kim loại phong phú và giá cả cạnh tranh Ngoài ra, các doanh nghiệp đúc áp lực cao ở Việt Nam cũng đã đầu tư vào công nghệ và thiết bị hiện đại để nâng cao năng lực sản xuất
Ngành đúc áp lực cao tại Việt Nam sản xuất các chi tiết kim loại cho nhiều lĩnh vực như ô tô, xe máy, điện tử, hàng không, dầu khí và xây dựng Các doanh nghiệp trong lĩnh vực này đã đạt được độ chính xác cao và chất lượng sản phẩm đáng tin cậy Để đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng tăng, ngành đúc áp lực cao đang không ngừng nâng cấp công nghệ sản xuất Chính phủ cũng đang thúc đẩy đầu tư vào công nghiệp công nghệ cao, bao gồm đúc áp lực cao, nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững và nâng cao khả năng cạnh tranh của nền kinh tế Việt Nam.
Ngành đúc áp lực cao ở Việt Nam đang đối mặt với thách thức trong việc nâng cao năng lực kỹ thuật, đào tạo nhân lực chất lượng cao và cải thiện quy trình quản lý sản xuất Để phát triển mạnh mẽ, cần thúc đẩy sự đổi mới và sáng tạo, qua đó góp phần quan trọng vào sự phát triển của nền kinh tế đất nước.
Hình 2.1: Một số chi tiết điển hình
Nhu cầu về các sản phẩm khuôn đúc tại Việt Nam
Trong bối cảnh hội nhập, các nhà đầu tư nước ngoài đang đổ xô vào Việt Nam để đặt hàng sản phẩm đúc áp lực với số lượng lớn và yêu cầu chất lượng đa dạng Việt Nam sở hữu lợi thế về nhân công giá rẻ và lực lượng lao động dồi dào, khiến các doanh nghiệp cần tìm kiếm nhà cung cấp nội địa nhằm giảm chi phí vận chuyển Đồng thời, chính sách nội địa hóa các thiết bị đơn giản như xe máy, động cơ Diesel và máy nông nghiệp đã tạo ra nhu cầu cao về sản phẩm đúc áp lực.
Hiện nay, trình độ và cơ sở vật chất trong nước chỉ đáp ứng một phần nhỏ các sản phẩm có yêu cầu chất lượng thấp và trung bình Để phát triển sản phẩm đúc áp lực và chế tạo máy, cần nâng cao cả về chất lượng và số lượng nhằm đáp ứng nhu cầu và tăng khả năng cạnh tranh với các quốc gia khác Đặc biệt, trong lĩnh vực sản xuất chi tiết xe ô tô, các hãng như LIFAN, SYM, YAMAHA, SUZUKI, và đặc biệt là HONDA Việt Nam, đã sản xuất hàng triệu chiếc xe máy mỗi năm, với kế hoạch tăng sản lượng lên 1,5 triệu chiếc vào năm 2008 Mỗi xe máy có khoảng 10 chi tiết được chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực, dẫn đến nhu cầu hơn 10 triệu chi tiết mỗi năm mà hiện tại chưa có nhà cung cấp Việt Nam nào đáp ứng được Tại miền Nam, các công ty như VIKYNO, VINAPPRO, và CƠ KHÍ AN GIANG sản xuất khoảng 60.000 máy mỗi năm, trong đó 60% là xuất khẩu.
Nhu cầu về sản phẩm đúc áp lực từ các công ty đang gia tăng đáng kể, đặc biệt trong ngành điện và gia dụng Các sản phẩm này không chỉ đáp ứng yêu cầu chất lượng cao mà còn góp phần quan trọng vào sự phát triển của nhiều lĩnh vực khác nhau.
Với sự gia tăng sản phẩm đúc áp lực tại Việt Nam, nhu cầu thiết kế và chế tạo khuôn đúc áp lực cũng tăng theo Để cải thiện chất lượng và ổn định quy trình sản xuất, nhiều doanh nghiệp trong nước thường nhập khẩu khuôn từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan Mặc dù một số công ty trong nước đã nghiên cứu và thiết kế khuôn đúc áp lực, nhưng chủ yếu dựa vào kết cấu khuôn nhập khẩu và kinh nghiệm, dẫn đến chất lượng sản phẩm đúc không ổn định.
Nghiên cứu và thiết kế khuôn đúc áp lực là cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm và thay thế hàng nhập khẩu Điều này giúp các cơ sở sản xuất giảm giá thành và chủ động hơn trong quy trình sản xuất.
Giới thiệu sơ bộ về chi tiết đúc
Nắp ổ camera trên drone là bộ phận thiết yếu giúp bảo vệ camera trong quá trình hoạt động Thường được làm từ nhựa ABS hoặc nhôm, nắp này có thiết kế chắc chắn và khả năng chịu lực tốt, đảm bảo camera không bị hư hại do va chạm hoặc tác động của thời tiết.
Nắp ổ camera được thiết kế gắn nhanh và dễ dàng, cho phép người dùng tháo lắp thuận tiện Một số nắp còn có dạng cửa sổ, giúp người dùng quan sát hình ảnh camera mà không cần tháo nắp Thiết kế nắp ổ camera thường phù hợp với từng mẫu drone cụ thể, nhằm đảm bảo khả năng tháo rời và bảo vệ tối ưu, giảm thiểu rủi ro khi sử dụng Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật từ công ty Realtime Robotic Việt Nam, nhóm sinh viên chúng tôi đã thiết kế và sử dụng công nghệ đúc áp lực cao để chế tạo chi tiết, đảm bảo mẫu mã, chi phí và sản lượng hàng năm.
Một số loại máy đúc
Một số máy đúc của YOTA-Đài Loan [8]
Hình 2.2: Máy đúc áp lực YOTA DC-150V5
Hình 2.3: Máy đúc áp lực YOTA DC-250V5
Hình 2.4: Máy đúc áp lực YOTA DC-650V5
Hình 2.5: Máy đúc áp lực YOTA DC-900V5 Ở đề tài nghiên cứu lần này, nhóm lựa chọn nghiên cứu trên máy đúc YOTA DC-100V5
Hình 2.6: Máy đúc áp lực cao YOTA DC-100V5
Các tồn tại của hệ thống
Máy đúc vẫn cần sức người để rót kim loại, phải cần thêm các công cụ phụ trợ để có thể tự động hóa
Vận hành máy đổ kim loại vẫn tiềm ẩn nhiều nguy hiểm, đặc biệt khi đổ kim loại nóng vào lỗ rót và ép Kim loại nóng có thể dễ dàng bắn ra, gây bỏng cho người vận hành.
Với bề rộng mở khuôn, bề rộng để lắp khuôn không quá lớn, nên không đúc được những chi tiết lớn
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về đúc áp lực cao
Đúc áp lực cao là một công nghệ tiên tiến, trong đó kim loại lỏng được đưa vào khuôn và đông đặc nhờ áp lực cao từ dòng khí nóng hoặc dầu ép trong xilanh Phương pháp này giúp tạo ra các sản phẩm kim loại với độ chính xác và bề mặt mịn màng.
Khuôn đúc áp lực cao bao gồm hai nửa: nửa khuôn tĩnh và nửa khuôn động Khi bắt đầu chu trình đúc, hai nửa khuôn sẽ đóng lại và kim loại lỏng được rót vào buồng ép qua lỗ rót trên xilanh ép 2 Pittông 1 trong xilanh 2 sẽ đẩy kim loại lỏng để điền đầy hốc khuôn trong khoảng thời gian chỉ vài chục giây với tốc độ lên đến hàng trăm mét mỗi giây và áp suất từ vài trăm đến hàng nghìn atmotphe Áp suất này được duy trì cho đến khi vật đúc đông đặc hoàn toàn Sau đó, nửa khuôn di động sẽ tách khỏi nửa khuôn tĩnh và chốt đẩy 4 sẽ đẩy vật đúc ra khỏi khuôn, sẵn sàng cho chu trình đúc mới.
Hình 3.1: Quy trình đúc áp lực Nguồn: Trang 64 [2] a, Giai đoạn cấp liệu; b, Giai đoạn điền đầy khuôn; c, Giai đoạn ép tĩnh; d, Giai đoạn tháo khuôn
Quy trình đúc áp lực buồng nguội
Giai đoạn I: Giai đoạn cấp liệu
Kim loại lỏng được đổ vào xilanh, khi Piston 1 di chuyển qua và bịt lỗ rót, vận tốc của piston ép và áp lực trong buồng ép vẫn còn thấp Lúc này, áp lực chỉ cần đủ để vượt qua ma sát trong buồng ép.
Giai đoạn II: Giai đoạn điền đầy hốc khuôn
Kim loại lỏng đã lấp đầy hoàn toàn buồng ép, khiến tốc độ của piston gia tăng và đạt giá trị cực đại v2 Đồng thời, áp suất p2 cũng tăng nhẹ do phải vượt qua các trở lực trong dòng chảy của buồng ép.
Giai đoạn III: Giai đoạn ép tĩnh
Kim loại lỏng được sử dụng để điền đầy lỗ rót và hốc khuôn, với thiết diện rãnh dẫn thu hẹp làm giảm tốc độ piston xuống v3, trong khi áp suất ép lại tăng lên Khi piston dừng lại, hiện tượng thủy kích khiến áp suất tiếp tục tăng, dẫn đến dao động áp suất tăng dần cho đến khi đạt giá trị không đổi, đây là áp suất thủy tĩnh cần thiết cho quá trình kết tinh Giai đoạn ép tĩnh có thể đạt áp suất từ 50-5000 kg/cm², tùy thuộc vào bản chất vật liệu đúc và yêu cầu công nghệ Khi áp lực đạt giá trị thủy tĩnh và vẫn còn kim loại lỏng trong rãnh dẫn, áp lực sẽ được truyền vào vật đúc, tạo ra kim loại kết tinh trong trạng thái áp lực cao.
Giai đoạn IV: Giai đoạn tháo khuôn
Trong giai đoạn này, vật đúc đã hoàn toàn đông đặc Tấm khuôn âm được tách ra khỏi khuôn dương, và hệ thống đẩy sản phẩm thực hiện việc đẩy vật đúc ra ngoài Hình mô phỏng dưới đây thể hiện hành trình của piston tương ứng với đồ thị về vận tốc và áp suất trong buồng ép.
Chất lượng của vật đúc chủ yếu phụ thuộc vào việc lựa chọn chế độ công nghệ cho quá trình điền đầy kim loại lỏng vào khuôn và chế độ ép Những chế độ này lại phụ thuộc vào cấu trúc của khuôn, cũng như loại và công suất của máy đúc áp lực.
Các nhân tố sau đây ảnh hưởng đáng kể nhất đến quá trình hình thành vật đúc:
- Áp lực trong buồng ép và trong hốc khuôn
- Vận tốc chuyển động của piston ép
- Các thông số của hệ thống rót
- Nhiệt độ của kim loại lỏng và của khuôn
- Chế độ bôi trơn và làm nguội
Hình 3.2: Sự thay đổi vận tốc và áp lực trong buồng ép
Ưu và nhược điểm
- Vật đúc đạt độ chính xác, độ bóng bề mặt cao, hầu như không cần gia công cơ khí
- Hoàn toàn không sử dụng hỗn hợp làm khuôn, ruột
- Có khả năng đúc được những vật đúc thành rất mỏng (< 1mm)
Với tốc độ lấp đầy khuôn lớn, áp lực tác động lên kim loại lỏng gia tăng, cùng với khả năng làm nguội nhanh chóng của khuôn kim loại, cấu trúc của vật đúc trở nên nhỏ mịn và chặt chẽ hơn.
- Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa cao, điều kiện lao động được cải thiện
- Năng suất cao, có thể đạt 1000 ≈ 3600 lần ép/giờ
- Khuôn kim loại có thể dùng được nhiều lần (đúc nhôm có thể từ 100000 ≈ 200000, kẽm, chì - có thể đến 500000 lần )
Giá thành khuôn ép rất cao, đặc biệt khi đúc các hợp kim có nhiệt độ rót cao như đồng và thép Vật liệu làm khuôn cần phải là hợp kim chịu nóng đặc biệt, được gia công tỉ mỉ và trải qua quá trình nhiệt luyện phù hợp.
Vật đúc có rỗ khí do bọt không khí bị cuốn theo khi kim loại chảy vào khuôn và quá trình kết tinh nhanh, dẫn đến giảm độ sít chặt của sản phẩm Nhược điểm này khiến vật đúc không thể trải qua quá trình nhiệt luyện, vì khi nung nóng, các rỗ khí sẽ nở ra, gây biến dạng cho vật đúc Do đó, cần đặc biệt chú ý đến vấn đề này khi thiết kế các chi tiết đúc áp lực.
- Kích thước và khối lượng vật đúc bị hạn chế theo cỡ máy đúc
- Tỉ lệ thành phẩm nhỏ vì hệ thống rót lớn.
Các khuyết tật khi đúc
Độ chính xác của vật đúc là một trong những yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng trong công nghệ đúc áp lực cao Yếu tố này chủ yếu phụ thuộc vào độ ổn định khe hở giữa hai nửa khuôn, điều này lại liên quan đến sự ổn định của cơ cấu ép và cơ cấu khóa khuôn Ngoài ra, độ mòn của các chi tiết máy đúc và cách thức vận hành, điều khiển máy cũng ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của sản phẩm đúc.
Trong công nghệ đúc áp lực cao, vật đúc cũng gặp phải các khuyết tật như khuyết tật bề mặt và rỗ xốp Các dạng khuyết tật này có thể được tóm tắt và ngăn ngừa thông qua các biện pháp cụ thể.
Bảng 3.1: Các khuyết tật khi đúc và cách khắc phục [2]
Dạng khuyết tật Nguyên nhân Biện pháp ngăn ngừa Đường hàn Dòng kim loại hoặc dòng khí trong khuôn chảy đối kháng
Tăng tốc độ dòng nạp và áp lực ép là những yếu tố quan trọng giúp cải thiện hiệu suất sản xuất Bên cạnh đó, việc giảm thời gian điền đầy cũng góp phần tối ưu hóa quy trình Thay đổi vị trí dẫn kim loại và vật đúc sẽ giúp giảm áp lực đối kháng, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.
Không đầy Kim loại nguội và đông đặc quá sớm; áp lực khí trong khuôn quá lớn, thiếu kim loại lỏng
Tăng nhiệt độ rót, tốc độ nạp và tôc độ ép; đặt thêm màng lọc khí ở chỗ vật đúc dày; tăng dung tích gầu định lượng, buồng ép
Vết nứt nóng Quá nhiệt kim loại; cấu trúc kim loại không đều
Giảm nhiệt độ rót hoặc nâng cao nhiệt độ khuôn; khử oxy và khuấy kim loại trước khi rót
Vết nứt xuyên suốt Ứng suất do nguội không đều; lỗ xốp lớn làm giảm độ bền ở trạng thái nóng; đẩy vật đúc không đều
Thay đổi kết cấu vật đúc; tăng diện tích rãnh hơi; tăng thời gian điền đầy khuôn; thay đổi kết cấu đẩy vật đúc
Bề mặt lồi lõm không đều
Tốc độ dòng quá nhỏ; trở lực thủy lực trong khuôn quá lớn
Tăng tốc độ dòng và tốc độ ép; thay đổi kết cấu vật đúc, tăng rãnh thoát hơi
Rỗ khí xảy ra khi không khí không thể thoát ra, dẫn đến việc khí bị dồn nén và phân bố trong kim loại cho đến khi áp suất của khí đạt đến mức tương đương với áp suất của kim loại.
Phân bố vị trí thoát hơi hợp lý, đảm bảo khuôn thông khí tốt Khử khí trong kim loại trước khi rót, tốt nhất nấu trong chân không
Các loại vật liệu có thể sử dụng cho đúc áp lực cao
Đúc áp lực được sử dụng để đúc các vật đúc nhỏ, hình dạng và kết cấu phù hợp, sản xuất hàng loạt
Các hợp kim được sử dụng trong đúc áp lực được lựa chọn dựa trên thành phần hóa học, tính chất sử dụng và các đặc tính công nghệ.
Hợp kim đúc áp lực cần có khoảng kết tinh hẹp để tạo ra vật đúc với độ sít chặt cao, đồng đều, và đảm bảo độ bền cũng như độ dẻo tốt ở nhiệt độ cao Ngoài ra, hợp kim cũng phải có độ chảy loãng tốt, không bám dính vào khuôn, và thành phần hóa học ổn định khi được giữ lâu trong lò.
3.4.1 Hợp kim trên cơ sở thiếc và chì Đây là những hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp và độ chảy loãng cao, độ bền và độ cứng thấp (bảng 3.2) Có thể đúc những hợp kim này trên máy đúc công suất nhỏ có buồng ép nóng
Các hợp kim thiếc dễ hàn thường được sử dụng trong ngành viễn thông và rơnghen nhờ vào khả năng chế tạo chi tiết chính xác Vật đúc đạt độ chính xác cao với chiều dày thành lên đến 0,5mm và độ bóng bề mặt từ R a = 0,32 đến 0,63μm Việc thêm đồng và asen vào hợp kim chì - antimon giúp cải thiện tính chất vật liệu, thúc đẩy quá trình tinh thể hóa và nâng cao khả năng chịu mài mòn của các chi tiết đúc.
Bảng 3.2: Thành phần hóa học và một số tính chất cơ lý của các hợp kim trên cơ sở thiếc và chì Nguồn: Trang 76 [1]
Thành phần hóa học và các chỉ tiêu về các tính chất cơ lý Thiếc Chì Chì - antimoan
3.4.2 Hợp kim trên cơ sở kẽm
Hợp kim kẽm chứa 3-5% Al được sử dụng phổ biến trong đúc áp lực nhờ tính đúc tốt, cho phép tạo ra các chi tiết mỏng, phức tạp và kích thước lớn Các hợp kim này không tương tác với khuôn kim loại, do đó có thể được đúc trên máy tự động với buồng ép nóng Với nhiệt độ nóng chảy thấp (dưới 400°C), tuổi thọ khuôn khi đúc hợp kim kẽm đạt từ 500.000 đến 1.000.000 lần ép Hơn nữa, năng lượng tiêu hao để chế tạo các sản phẩm từ hợp kim kẽm còn thấp hơn so với sản phẩm tương tự làm từ chất dẻo.
Hợp kim kẽm thường được sử dụng trong đúc áp lực bao gồm các loại như hợp kim kẽm nhôm ZnAl4 (không hóa già), hợp kim kẽm nhôm đồng ZnAl4Cu, ZnAl4Cu3, và ZnAl10Cu5 (đã qua quá trình hóa già nhân tạo).
Tất cả các hợp kim kẽm có xu hướng bị ăn mòn tinh giới, với sự phân bố của các nguyên tố như Cd, Sn, Pb, Fe tại biên giới hạt, ngay cả khi hàm lượng của chúng rất thấp Tổng lượng các nguyên tố này trong hợp kim tiêu chuẩn không được vượt quá 0,5%.
Bảng 3.3: Thành phần hóa học và cơ tính của một số hợp kim trên cơ sở kẽm
Thành phần hóa học và các tính chất cơ lý
ZnAl4 ZnAl4Cu1 ZnAl4Cu3 ZnAl10Cu5
3.4.3 Hợp kim trên cơ sở nhôm Để đúc áp lực, chủ yếu dùng hợp kim hệ Al-Si-Cu-Mg Silic có tác dụng làm tăng độ chảy loãng và độ bền Đồng có tác dụng hóa bền hợp kim, nhưng có khuynh hướng tập trung ở tinh giới, làm giảm tính chống ăn mòn của hợp kim (lượng đồng cho vào thường không vượt quá 4%) Magie cải thiện tính chống ăn mòn, độ dẻo và độ dai va đập Lượng magie cho vào có thể đến 10% Silic và magie tạo thành hợp chất Mg2Si, hòa tan trong dung dịch rắn trên cơ sở nhôm, làm tăng tính giòn của hợp kim Lượng Mg trong hợp kim Al-Si không nên quá 1%; Si trong hợp kim Al-Mg không nên quá 1,2%
Các hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi nhất: AlSi12, AlSi9Mg0,3, AlMg8, AlSi8Cu4 (bảng 3.4)
Hợp kim AlSi12 có độ chảy loãng cao nhưng cơ tính chưa đủ mạnh Hợp kim AlSi9Mg0,3 lại sở hữu độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt hơn, mặc dù độ chảy loãng thấp hơn Hợp kim AlMg8 có tính công nghệ thấp, thường được sử dụng khi cần tính chống ăn mòn cao Hợp kim AlSi8Cu4 có độ chảy loãng, khả năng chống ăn mòn và độ bền ở mức trung bình Đối với các chi tiết phải chịu tải rung động mạnh, hợp kim AlSi7Mg0,4, được hợp kim hóa bằng Ti, Zr, Be, là sự lựa chọn tối ưu Trong khi đó, các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao cần hàm lượng Si lên tới 18% Trong lĩnh vực kỹ thuật điện, hợp kim silumin kẽm với 0,9% kẽm và 0,1-0,3% Mg thường được sử dụng.
Bảng 3.4: Thành phần hóa học và cơ tính của một số hợp kim trên cơ sở nhôm
Thành phần hóa học và các tính chất cơ lý
Hợp kim AlSi12 AlSi9Mg0,3 AlMg8 AlSi8Cu4
3.4.4 Hợp kim trên cơ sở magie
Hợp kim trên cơ sở magie có khối lượng riêng nhỏ (1,71,8kg/dm 3 ), độ bền tương đối cao (150250MPa)
Bảng 3.5: Thành phần hóa học và cơ tính của một số hợp kim trên cơ sở magie
Thành phần hóa học và các tính chất cơ lý
GOST 2856-79 ANSI/ASTM B94-77 DIN 1729-73 ML5 M10410 M11910 MgAl8Zn1 MgAl9Zn1
Hợp kim magie có ưu điểm nổi bật là không "hàn dính" vào bề mặt buồng ép và khuôn, giúp giảm độ xiên thành của vật đúc từ 20% đến 25%.
18 tiêu hao vật liệu bôi trơn, tuổi thọ khuôn tăng 100150%, cho phép đúc những chi tiết có chiều dày thành không đồng đều
Hợp kim magie có khả năng chịu tải trọng va đập và rung động hiệu quả, ngay cả trong điều kiện nhiệt độ âm Chúng cũng có khả năng chống ăn mòn tốt trong các môi trường như dầu khoáng, xăng dầu, kiềm và môi trường ôxy hóa Đối với quy trình đúc áp lực, các hợp kim magie thường được sử dụng với thành phần từ 7% đến 10% nhôm (Al) và 0,2% đến 1,0%.
3.4.5 Hợp kim trên cơ sở đồng Để đúc áp lực, thường dùng các hợp kim đồng thau và đôi khi đồng thanh Bảng 3.6 trình bày thành phần hóa học và cơ tính một số mác hợp kim đồng sử dụng trong đúc áp lực theo tiêu chuẩn GOST, ASTM, DIN
Bảng 3.6: Thành phần hóa học và cơ tính của một số hợp kim trên cơ sở đồng
Mác hợp kim Thành phần hóa học,% (còn lại:Zn) b , MPa , % HB
Đồng thau silic có nhiệt độ nóng chảy thấp và khoảng đông hẹp, trong khi đồng thau chì nổi bật với tính gia công cắt tốt Đồng thau nhôm, ngược lại, lại có khả năng chống mài mòn cao.
Thiếc và antimoan tạo ra các hợp chất liên kim loại dòn như Cu2Sb và Cu2Sn Tổng lượng Sn và Sb trong hợp kim không nên vượt quá 0,3% Tuy nhiên, nếu hàm lượng Mn đạt 0,3%, hàm lượng Sn có thể tăng lên đến 1%.
Việc sử dụng hợp kim Mo và Mo - W trong chế tạo khuôn ép, buồng ép và piston ép giúp mở rộng khả năng ứng dụng của đồng thanh trong quá trình đúc dưới áp lực Đặc biệt, để sản xuất các chi tiết máy tàu thủy, các mác đồng thanh với hàm lượng 7,58,5% Al được áp dụng.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN ĐÚC
Yêu cầu của đề tài
Để lắp ghép nắp camera drone với thân drone, cần đảm bảo độ chính xác cao giữa các lỗ Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật từ công ty Realtime Robotic Việt Nam, nhóm sinh viên đã thiết kế và phân tích, sử dụng công nghệ đúc áp lực cao để chế tạo chi tiết theo mẫu mã, đồng thời đảm bảo chi phí và sản lượng hàng năm.
Chọn vật liệu đúc
Công ty yêu cầu sử dụng hợp kim nhôm AL6061, nhưng sau quá trình nghiên cứu, nhóm chúng tôi đã đề xuất sử dụng hợp kim nhôm ADC12 Hợp kim ADC12 có nhiều ưu điểm vượt trội so với AL6061, bao gồm khả năng đúc tốt hơn và tính chất cơ học cải thiện, giúp nâng cao hiệu suất sản phẩm.
Nhiệt độ nóng chảy của ADC12 (516-582℃) thấp hơn so với Al6061 (650℃), điều này giúp quá trình nung chảy và duy trì trạng thái lỏng của vật liệu khi đúc trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.
Vật liệu thay thế ADC12 là lựa chọn phổ biến cho nhiều khuôn đúc áp lực trên toàn cầu, trong khi Al6061 được sử dụng chủ yếu cho gia công và hàn.
ADC12 nổi bật với khả năng chống nứt dưới nhiệt, cải thiện khả năng làm đầy khuôn, dễ dàng trong quá trình đúc và duy trì kích thước ổn định Đặc biệt, hợp kim này đảm bảo độ cứng và độ bền cao, đáp ứng nhu cầu khắt khe trong sản xuất.
ADC12 có khả năng chống ăn mòn tốt, tính chất cơ học vượt trội và khả năng gia công tốt do hàm lượng silicon cao hơn
Giá thành vật liệu ADC12 thấp hơn so với AL6061, giúp giải quyết hiệu quả bài toán kinh tế trong việc lựa chọn phương pháp chế tạo và vật liệu sử dụng.
Bảng 4.1: So sánh thành phần phần trăm các hợp chất trong từng loại nhôm
Bảng 4.2: Bảng so sánh về thông số của 2 loại nhôm
Properties Metric US/Imperial Properties Metric Imperial
Phương hướng và giải pháp
4.3.1 Tính công nghệ của kết cấu vật đúc
Kết cấu của vật đúc cần được thiết kế để dễ dàng lấy ra khỏi khuôn, thuận tiện cho việc rút ruột và giảm thiểu ứng suất trong cả vật đúc lẫn khuôn.
Độ chính xác của vật đúc chủ yếu phụ thuộc vào cách bố trí trong khuôn và số lượng mặt phân khuôn Do đó, thiết kế chi tiết đúc cần được thực hiện sao cho số lượng mặt phân khuôn là tối thiểu, lý tưởng nhất là chỉ một mặt.
Vật đúc không được tạo bóng khi chiếu bằng các tia vuông góc với mặt phân khuôn Vật đúc nên có phần lớn ruột nằm ở nửa khuôn di động
Các thành bên trong nên nằm nghiêng để giảm ứng suất co
Khi đúc áp lực, việc tạo ra đông đặc có hướng là không khả thi, do đó cần đảm bảo rằng vật đúc đông đặc đồng thời Để đạt được điều này, vật đúc nên có thành dày đều và mỏng nhất có thể để giảm thiểu khả năng hình thành rỗ co tập trung và rỗ khí.
4.3.2 Phương án thiết kế đúc
❖ Một số kiểu kênh dẫn điển hình
Hình 4.1: Kiểu dẫn khi đúc 1 sản phẩm Hình 4.2: Kiểu dẫn khi đúc 2 sản phẩm
Hình 4.3: Kiểu dẫn khi đúc nhiều sản phẩm
❖ Bố trí mặt phân khuôn
Chọn vị trí mặt phân khuôn là mặt A:
+ Chi tiết sẽ nằm chủ yếu ở phần động của bộ khuôn
+ Kênh dẫn nằm hoàn toàn vào nửa khuôn di động
+ Những vấu lồi sẽ nằm hoàn toàn ở phần di động
Mặt A thường là lựa chọn tối ưu cho chi tiết, vì sau khi đúc, việc thêm góc thoát khuôn giúp dễ dàng rút sản phẩm ra, đảm bảo chi tiết được giữ lại trong bộ khuôn di động và tách ra bằng ty đẩy Việc giảm độ sâu các rãnh không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn rút ngắn thời gian gia công đáng kể Hơn nữa, các vấu lồi của khuôn hoàn toàn nằm trong tấm khuôn động, đảm bảo các lỗ được tạo ra gần như chính xác tuyệt đối, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của công ty.
Phương án thiết kế khuôn Insert sử dụng áo bên ngoài bằng thép C45 và thép SKD61 bên trong, giúp giảm chi phí vật liệu và gia công Thiết kế này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cũng như số lượng chi tiết mà công ty yêu cầu.
Sử dụng thép SKD61 cho nguyên tấm khuôn mang lại độ bền và tính ổn định cao, nhưng chi phí vật liệu và thời gian gia công lại tốn kém, dẫn đến giá thành cao Do yêu cầu của bộ khuôn không quá lớn, nên phương pháp này không phù hợp với nhu cầu đặt ra.
Lựa chọn giải pháp
Nhóm đã lựa chọn phương án thiết kế phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo tính thẩm mỹ và khả năng sử dụng bộ khuôn Quyết định này được đưa ra sau khi tham khảo ý kiến và nhận hỗ trợ từ các chuyên gia trong lĩnh vực khuôn đúc áp lực cao và công nghệ đúc.
Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, cần đảm bảo dòng chảy ổn định, kích thước tiết diện vào kim loại hợp lý, bề mặt kim loại đạt tiêu chuẩn và khả năng tính toán kênh dẫn cùng cổng vào phải phù hợp.
- Về phía mô phỏng: Đảm bảo được thời gian điền đầy, vận tốc cũng như hạn chế khuyết tật sau khi đúc áp lực cao
Khi thiết kế khuôn, việc đảm bảo kết cấu khuôn là rất quan trọng, bao gồm hình dạng và độ tương quan vị trí hình học Cần xem xét cả hai phương án khuôn nguyên khối và khuôn insert để tối ưu hóa thiết kế bộ khuôn trong tương lai.
Trình tự công việc tiến hành
Bảng 4.3: Trình tự công việc
TT Hoạt động Chi tiết thực hiện
Nhận chi tiết từ công ty bao gồm việc phân tích công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, cũng như các yêu cầu cụ thể từ phía công ty như sản lượng đúc và bề mặt làm việc.
- Tiến hành thiết kế lại, trao đổi thêm với công ty để hoàn thiện thiết kế CAD
2 Tính toán, lên phương án thiết kế khuôn
- Bố trí lòng khuôn và hệ thống rót (2 phương án thiết kế trở lên)
3 Mô phỏng dòng chảy trong khuôn theo phương án thiết kế đã chọn
- Tiến hành mô phỏng dòng chảy với phần mềm InspireCast
- Chọn phương án thích hợp
4 Hoàn chỉnh thiết kế khuôn - Lên bản vẽ chi tiết các tấm khuôn
5 Tính toán khối lượng gia công - Phân loại các chi tiết cần gia công và các chi tiết tiêu chuẩn
- Tính toán cụ thể khối lượng gia công: vật liệu, dao cụ
6 Tiến hành gia công khuôn - Lập bản vẽ chi tiết các chi tiết gia công
7 Ráp khuôn – hoàn thiện khuôn
8 Đúc thử và chỉnh khuôn
9 Đúc hàng loạt và hoàn thiện quy trình đúc chi tiết
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CAO CHO CHI TIẾT NẮP
Tính số lòng khuôn
Tính theo lực kẹp của máy
Trong đó: n: là số lòng khuôn tối đa trên khuôn
S: Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm theo hướng lực kẹp = 9500(mm 2 )
Fp: Lực kẹp khuôn tối đa của máy = 1334466 (N) P: Áp suất trong khuôn: Theo mô phỏng hình 4.10, ta có P = 88.18 (Mpa)
Bố trí các lòng khuôn
Hình 5.1: Cách bố trí lòng khuôn
Kiểm nghiệm độ bền khuôn
Kiểm nghiệm độ bền khuôn bằng phần mềm Creo Parametric chúng ta được kết quả kiểm nghiệm:
Hình 5.2: Ứng suất uốn mà tấm khuôn phải chịu khi tiến hành đúc
Hình 5.3: Chuyển vị của tấm khuôn khi đúc
Chọn chiều dày và vật liệu cho hai tấm khuôn là rất quan trọng để đảm bảo độ chuyển vị nhỏ hơn 0.2, giúp kim loại không chảy ra ngoài và chịu được ứng suất uốn do áp lực đúc Độ bền của thép, cụ thể là thép C45, cần đạt khoảng 700-800 Mpa để đáp ứng yêu cầu kiểm nghiệm.
Tuy nhiên việc sử dụng lòng khuôn Insert bằng vật liệu SKD61 sẽ đảm bảo được độ bền hơn nữa
Thiết kế tấm insert
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới thiết kế tấm insert khuôn động như:
Khi lựa chọn kích thước độ dày của insert, cần đảm bảo rằng nó đủ khả năng chịu áp lực đúc Độ dày quá mỏng có thể dẫn đến biến dạng của insert, trong khi độ dày quá dày sẽ làm tăng chi phí và gây cản trở cho quá trình đúc.
Khi thiết kế kích thước của insert, khoảng cách với các cấu trúc và chi tiết khác trong khuôn đúc cần được xem xét kỹ lưỡng để tránh va chạm hoặc xung đột Điều này giúp ngăn chặn các vấn đề như nứt, biến dạng hoặc hỏng hóc Để đảm bảo tính an toàn và kỹ thuật, bề rộng của tấm insert trên khuôn động thường được chọn từ 15-30 mm, tùy thuộc vào diện tích bề mặt của chi tiết và áp suất tác dụng lên khuôn Chiều dài tính từ overflow tới cạnh bên thường rơi vào khoảng 25mm, trong khi chiều dài insert khuôn phụ thuộc vào chiều dài kênh dẫn theo tính toán.
Bề dày của tấm insert nửa khuôn động tùy thuộc vào chiều cao chi tiết; rơi vào khoảng 15-30mm
Hình 5.4: Tấm Insert nửa khuôn động
Insert của nửa khuôn tĩnh có yêu cầu tương tự như Insert của nửa khuôn động, với thiết kế mỏng hơn nhằm tiết kiệm chi phí do không chịu tác động lớn Thông thường, độ dày của nửa khuôn tĩnh dao động từ 15-25mm, tùy thuộc vào chi tiết đúc.
Hình 5.5: Tấm Insert nửa khuôn tĩnh
Thiết kế vỏ khuôn
5.5.1 Thiết kế vỏ khuôn động
Khi lựa chọn kích thước cho vỏ khuôn insert, cần xem xét một số yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền và hiệu suất của quá trình đúc áp.
Kích thước và hình dạng của vỏ khuôn insert cần phải tương thích với tấm Insert, đảm bảo đủ không gian để quá trình đúc và tách sản phẩm diễn ra hiệu quả.
Độ dày và cấu trúc của vỏ khuôn là yếu tố quan trọng trong quá trình đúc Vỏ khuôn insert cần có độ dày đủ để chịu áp lực đúc và duy trì độ bền khi sử dụng Cấu trúc vỏ khuôn cũng phải được thiết kế hợp lý để đảm bảo tính ổn định và độ chính xác trong quá trình đúc Nếu vỏ quá mỏng, nó dễ bị biến dạng và gây ra hiện tượng xì khuôn; ngược lại, nếu quá dày, chi phí sẽ tăng cao và quá trình đúc có thể bị cản trở.
- Chiều sâu để lắp Insert phải thấp hơn tấm Insert khoảng 0.1-0.2mm để tránh bị xì khuôn
Khi lựa chọn vật liệu cho vỏ khuôn insert, cần xem xét kỹ lưỡng công nghệ gia công phù hợp để đảm bảo sản xuất hiệu quả Việc sử dụng vật liệu có giá cả hợp lý và chất lượng ổn định, kết hợp với công nghệ gia công đạt chuẩn, sẽ giúp nâng cao độ bền và chất lượng sản phẩm.
- Xử lý nhiệt: Xử lý nhiệt của vỏ khuôn có vai trò quan trọng trong đảm bảo độ bền và độ chính xác
- Chiều dài và chiều rộng của áo khuôn phải đáp ứng chứa đủ các chi tiết của bộ khuôn như: Bạc dẫn hướng, bulong, cốc rót, chốt hồi…
Sau khi kiểm nghiệm bằng phần mềm Inventor và Creo Parametric, chiều dày vỏ khuôn động được xác định là 80mm, đảm bảo độ bền khi chịu áp suất trong quá trình đúc.
5.5.2 Thiết kế vỏ khuôn tĩnh
Thiết kế vỏ khuôn tĩnh không cần bề dày quá lớn, do phần này tiếp xúc trực tiếp với bệ máy và ít chịu lực Để tiết kiệm chi phí, nên chọn bề dày hợp lý, phù hợp cho việc lắp đặt các chi tiết khuôn, đồng thời phải dày hơn tấm khuôn insert từ 10-15mm.
Thiết kế bạc phun
Khi lựa chọn kích thước của bạc phun trong đúc áp lực, cần xem xét các yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền và hiệu suất tối ưu.
Khi lựa chọn bạc phun, việc xác định kích thước đường kính và chiều dài là rất quan trọng Những kích thước này cần phải phù hợp với kích thước và hình dạng của đầu phun trên máy để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Vật liệu bạc phun cần được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo độ bền và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật Thường thì, vật liệu này là hợp kim thép hoặc thép công cụ, nổi bật với khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt tốt.
Xử lý nhiệt là một yếu tố quan trọng trong quy trình sản xuất bạc phun Để đảm bảo độ bền và độ cứng của bạc phun, quá trình này cần tuân thủ các thông số kỹ thuật nghiêm ngặt.
Thiết kế cốc rót
Khi chọn kích thước của cốc rót trong quá trình đúc áp lực, cần xem xét một số yếu tố để đảm bảo hiệu suất và chất lượng như:
- Kích thước của cốc rót cần phù hợp Đảm bảo rằng cốc rót có đủ kích thước để phân phối vật liệu một cách hiệu quả vào khuôn
Cốc rót cần được thiết kế để khớp chặt với bạc phun, đảm bảo dễ dàng bảo trì và thay thế Hình dạng và thiết kế của cốc rót rất quan trọng để vật liệu có thể di chuyển chính xác, tránh tình trạng rối dòng chảy.
Khi chọn vật liệu cho cốc rót, cần đảm bảo rằng nó phù hợp với yêu cầu của sản phẩm đúc và quy trình đúc áp lực Các loại vật liệu thường được sử dụng cho cốc rót phải có khả năng chịu đựng áp lực lớn và nhiệt độ cao, nhằm đảm bảo hiệu suất và độ bền trong quá trình sản xuất.
- Cổng ra của cốc rót cần phải gia công chính xác để nối vào kênh dẫn, tránh bị xì vật liệu đúc
Tính toán lò xo
Hình 5.10: Khoảng đẩy chi tiết
Tính toán lực cần thiết để đẩy 2 tấm giữ và đẩy
Khối lượng cần đẩy của lò xo ( 4 chiếc ): 25.117 𝑘𝑔
= (1.5 * 25.117)/4 = 9.4 (kg) Trong đó: K là hệ số an toàn (bao gồm cả lực ma sát lên chốt hồi ) = 1.5
Hình 5.11: Khối lượng tấm giữ
Hình 5.12: Khối lượng tấm đẩy
Khoảng nén của lò xo = khoảng đẩy của piston = 15 mm
Lực nén lò xo trên 1mm = 9.4/ 15 = 0.63 kg/mm = 6.3 N/mm
Tra bảng lò xo misumi ta chọn lò xo D = 26 mm, d.5 mm, L = 50 mm
Bảng 5.1: Bảng tra lò xo Misumi
Thiết kế hệ thống kênh dẫn
❖ Tính toán hệ thống cổng ra
Cổng ra là khu vực tiếp giáp giữa kênh dẫn và chi tiết, nơi cần kiểm soát và tính toán diện tích để đảm bảo lượng kim loại và vận tốc chảy vào phù hợp
Diện tích cổng ra = (Thể tích sau cổng)
(Thời gian điền đầy)× (Vận tốc tại cổng) (Công thức (5.4), trang 123, [6])
2.61 = 20 cm 3 = 20000 mm 3 m là khối lượng chi tiết d là khối lượng riêng của ADC12 ở trạng thái lỏng = 2,61 g/cm 3
Thể tích của Overflow được tính bằng 10% của Vpart, cụ thể là 0.1 * 20000 = 2000 mm³ Vận tốc dòng chảy qua cổng ra là 35 m/s, tương đương 35000 mm/s Thời gian điền đầy được xác định theo công thức (5.8, trang 46) là 0,028 giây.
Bảng 5.2: Bảng tra vận tốc lý tưởng của kim loại qua cổng ra
Recommended gate velocity, m/s Decorative parts Engineering Pressure-tight parts
Diện tích cổng ra Ag = 20000 + 2000
Để nâng cao khả năng điền đầy phù hợp với áp suất của máy, việc tăng diện tích cổng ra Ag lên 40 mm² là cần thiết Điều này không chỉ giúp tăng khối lượng kênh dẫn mà còn cải thiện tỉ lệ điền đầy, kéo dài kênh dẫn và đảm bảo dòng chảy kim loại mượt mà Nhờ đó, tình trạng bắn tung tóe và rối dòng chảy do
❖ Thông số hình học của kênh dẫn
Chức năng của kênh dẫn là dẫn dòng kim loại đến cổng và tạo ra mô hình dòng chảy mong muốn trong khoang Tỷ lệ diện tích cổng vào của kênh dẫn (Ar) so với diện tích cổng ra thường dao động từ 1,1 đến 1,4 tùy theo thiết kế bộ phận Đối với các chi tiết đúc có khối lượng và thể tích nhỏ, tỷ lệ diện tích này có thể lên đến 1,6.
Dựa vào đó ta có thể tính được diện tích cổng vào
Kênh dẫn có hình dạng quạt với tiết diện cắt tại cổng vào dạng hình thang, chiều cao hình thang được tính theo công thức 5.6 trong tài liệu [7] Chiều rộng Wr thường bằng gấp đôi chiều cao Hr.
Hình 5.13: Hình dạng kênh dẫn
Chiều cao ra của cổng vào phụ thuộc vào vận tốc và mật độ dòng chảy đi qua cổng và được tính bằng công thức 5.5 tài liệu [7] vg 1.707 x Hg x p ≥ J (5.5)
Trong đó: Hg là chiều cao cổng ra kim loại
J = hằng số = 998000 (Khi vật liệu đúc là nhôm) P: khối lượng riêng kim loại = 2,74 g/cm 3 = 2740 kg/m 3
Sau khi xác định chiều cao Hg và diện tích hình thang của cổng ra Ag, chúng ta có thể tính toán chiều rộng tương đối của cổng ra là Wg = 48 mm.
Chiều dài của kênh dẫn: Lg ≈ 𝐴𝑔
Hình 5.14: Biên dạng mặt cắt của kênh dẫn
Dựa trên các thông số đã tính toán và hình 2, chúng ta có thể ước lượng diện tích của từng mặt cắt, giảm dần từ cổng vào đến cổng ra, nhằm điều chỉnh áp suất của dòng chảy.
Thông số mặt cắt để tạo thành kênh dẫn được biểu diễn qua bảng:
Bảng 5.3: Thông số tiết diện mặt cắt của kênh dẫn
Khoét kênh dẫn một tiết diện hình tam giác ở giữa giúp tách chi tiết với kênh dẫn ra một cách thuận tiện hơn Thiết kế này cũng góp phần điều tiết dòng chảy, giảm thiểu tình trạng dòng kim loại bắn thẳng vào thành khuôn, từ đó làm giảm tình trạng xói khuôn khi đúc trong thời gian dài Do tiết diện cổng ra của kênh dẫn giảm đi một lượng nhất định, nên chiều rộng của cổng ra Wg được tăng lên 60 mm để đảm bảo dòng chảy ổn định.
(cộng thểm khoảng bị xén đi), điều này cũng giúp dòng kim loại vào chi tiết ổn định hơn tránh các khuyết tật không mong muốn
Hình 5.15: Kênh dẫn hoàn chỉnh
Thiết kế các hệ thống khác
5.10.1 Thiết kế hệ thống làm nguội
Yêu cầu của hệ thống làm mát:
Hệ thống làm mát cần đảm bảo hiệu suất đúc tối ưu bằng cách điều chỉnh tốc độ làm mát, hệ số lưu lượng và áp suất nước, đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu về nhiệt độ và thời gian đúc.
Hệ thống làm mát cần được thiết kế dễ dàng cho việc bảo trì và sửa chữa, điều này giúp duy trì hiệu suất và đảm bảo hoạt động ổn định trong thời gian dài.
- Các kênh làm nguội phải đặt gần bề mặt phân khuôn và đối xứng nhau để làm nguội đều sản phẩm
- Hệ thống làm nguội phải tránh các chi tiết của khuôn
- Đường kính kênh làm nguội 8mm - 10mm để dễ gia công và dễ lắp đặt
Hình 5.16: Bố trí hệ thống làm nguội
5.10.2 Thiết kế hệ thống đẩy
Yêu cầu của hệ thống đẩy:
- Bộ phận đẩy không được quá phức tạp
- Độ cứng ty đẩy phải đạt từ 50-52HRC được gia công chính xác và được lắp theo hệ thống trục, chịu mài mòn tốt
- Tốc độ tác dụng lên chi tiết phải nhanh, đồng đều, nếu không thì dễ gây biến dạng chi tiết, công vênh
- Có đủ khoảng đẩy chi tiết ra khỏi lòng khuôn, khoảng đẩy phải từ 10-15mm (lớn hơn chiều dày lớn nhất của chi tiết)
- Hệ thống đẩy phải nằm trên phần di động của máy đúc
Nguyên lý làm việc của hệ thống đẩy
Hình 5.17: Dùng ty đẩy để đẩy sản phẩm
Hình 5.18: Bố trí ty đẩy trong lòng khuôn
5.10.3 Thiết kế hệ thống thoát khí
Hệ thống thoát khí là các rãnh thiết kế nhằm giúp không khí và khí sinh ra từ vật liệu bôi trơn thoát ra ngoài từ hốc khuôn trong quá trình đúc.
- Thiết kế kênh thoát khí
Kênh thoát khí thường được bố trí ở mặt phân khuôn, có dạng khe hẹp và chiều sâu rãnh thoát khí sẽ phụ thuộc vào từng loại hợp kim đúc khác nhau, giúp đảm bảo quá trình đúc diễn ra hiệu quả và an toàn.
Ty đẩy Tấm khuôn động
Tấm giữ Tấm đẩy Tấm kẹp dưới
- Tính toán hệ thống thoát khí: Hệ thống overflow được thiết kế có dạng rãnh vuông góc
𝑓 ℎ : Tổng diện tích rãnh thoát khí
𝜌 𝑘 : Khối lượng riêng theo nhiệt độ của khí: 0.04
𝑉 𝑣đ : Thể tích vật đúc: 15.62cm 2
𝑇 𝑘 : Nhiệt độ khí (Lấy bằng nhiệt độ kim loại rót): 600 o c
Bảng 5.4: Khối lượng riêng của không khí phụ thuộc vào nhiệt độ
- Bố trí thoát khí thông qua hệ thống ty đẩy:
Bảng 5.5: Bảng tra rãnh thoát khí cho một số hợp kim
Hợp kim đúc 𝛿 𝑡ℎ.𝑘ℎí Hợp kim đúc 𝛿 𝑡ℎ.𝑘ℎí
Thiết kế rãnh thoát khí qua ty đẩy là 0.1
Chiều cao của độ hở để khí rơi vào khoảng 15-20mm
Phần còn lại lỗ làm rộng khoảng 0.3-0.5mm để ty đẩy dễ dàng hoạt động
Hình 5.19: Hệ thống thoát khí qua ty đẩy
5.10.4 Thiết kế hệ thống dẫn hướng và định vị
Yêu cầu của hệ thống dẫn hướng và định vị
Hệ thống cần đảm bảo độ chính xác cao trong việc định vị khuôn đúc, nhằm đảm bảo các bộ phận được đặt đúng vị trí Điều này sẽ giúp tạo ra sản phẩm đúc chất lượng và đáp ứng đúng yêu cầu kỹ thuật.
Hình 5.20: Bố trí bạc dẫn hướng Bảng 5 6: Bảng tra vị trí bố trí bạc dẫn hướng
Dựa vào bảng 5.5 tra thiết kế hệ thống bạc dẫn hướng
Hình 5.21: Thiết kế hệ thống dẫn hướng
Chọn vật liệu làm khuôn
Bảng 5.7: Thông số kỹ thuật thép SKD61
Bảng 5.8: Thông số kỹ thuật thép C45
Thép Giới hạn chảy Độ bền kéo Đồ dãn dài Độ bền va đập Độ cứng sau ram C45 36𝑘𝑔/𝑚𝑚 2 61𝑘𝑔/𝑚𝑚 2 16% 5𝑀/𝑐𝑚 2 197 ≤ 𝐻𝐵
Ngoài ra, các chi tiết còn lại chỉ có chịu lực nên có thể sử dụng thép C45 để tiết kiệm chi phí
Hoàn thiện bản thiết kế
Sau khi đánh giá các phương án thiết kế, nhóm chúng tôi thiết kế ra bản hoàn chỉnh như các phương án đã chọn
Hình 5.22: Hình ảnh khuôn khi đã hoàn thiện
Hình 5.23: Hình ảnh phân rã bộ khuôn
Tính toán đúc
5.13.1 Tính toán lực kẹp khuôn
P = Áp suất đúc, thông thường P = 600 – 800 kg/cm 2 (dựa vào vật liệu nhôm dùng để đúc)
→ Chọn P = 800 (kg/cm 2 ) = 8 (kg/mm 2 )
A= Tổng diện tích hình chiếu, có thể được tính bẳng tổng diện tích hình chiếu của các thành phần trong lòng khuôn:
Với: A P : Diện tích hình chiếu của chi tiết = 9469.95 mm 2
Bảng 5.9: Thông số đúc của vật mẫu nhôm
Khối lượng vật mẫu dạng rắn 49 g
Khối lượng của đường dẫn và thoát khí 19.6 g
Diện tích chiếu của vật mẫu 9469.95 mm 2
A O : Diện tích chiếu của hộp thoát khí (overflow) Thông thường, A O = (10% ÷ 15%) A P
A R : Diện tích hình chiếu của rãnh dẫn
A C : Diện tích hình chiếu của lõi (mm 2 ) Trong khuôn đúc này, sản phẩm của chúng ta không cần có lõi Do đó, A C = 0 (mm 2 )
Tổng diện tích chiếu được tính như sau:
Công thức tính thời gian điền đầy lòng khuôn (Công thức (5.1), trang 120, [7]) t = K ∗ { T I – T f + S × Z
T f – T d } ∗T (5.8) Với: k Hằng số thực nghiệm = 0,0346
Ti, Nhiệt độ của kim loại nóng chảy khi nó đi vào khuôn = 650°C
Tf, Nhiệt độ dòng chảy tối thiểu của kim loại = 570°C
Td, Nhiệt độ bề mặt lòng khuôn ngay trước khi kim loại đi vào = 250°C
S, phần trăm chất rắn cho phép trong kim loại khi kết thúc quá trình điền đầy = 20%
Z, Hệ số chuyển đổi đơn vị = 4,8 °C %⁄
T, độ dày thành đúc = 1.5 mm
5.13.3 Tính toán vận tốc pha
Với: C cc : hệ số cố định; C cc =0.579 m 0.5 /s
V css =Vận tốc của giai đoạn pha 1 (m/s) f i =tỷ lệ điền đầy (%);
Tỷ lệ điền đầy = Khối lượng đúc
Khối lượng Biscuit = Thể tích Biscuit × 2,75
Kênh dẫn + thoát khí = Khối lượng vật đúc × 40% = 50 × 40% = 19.6 (g) Ở trạng thái lỏng, khối lượng đúc = (39 + 76.2 + 19.6) × 2.61
2.74 = 128 (g) Trong đó: 2.61 g/cm 3 là khối lượng riêng của hợp kim nhôm ADC12 ở dạng nóng chảy
2.74 g/cm 3 là khối lượng riêng của hợp kim nhôm ADC12 ở dạng rắn Thể tích sơ mi = Diện tích piston × Chiều dài ống rót khả dụng
→ Chọn tỷ lệ điền đầy = 13 % thõa mãn khả năng điền đẩy lòng khuôn d pt = Đường kính piston (m)
Tốc độ bắn chậm tiêu chuẩn = (0,05 ÷ 0,7) m/s (Bảng 1, trang 216, [5])
Bảng 5.10: Tốc độ bắn chậm tiêu chuẩn
Vss (in/sec) Cold chamber diameter (in.)
3 23.9 Áp dụng vào công thức (5.10)
Khoảng cách và vận tốc pha 2
Khoảng đẩy pha 1= Chiều dài ống rót khả dụng – Khoảng đẩy pha 2 – Độ dày Biscuit
Hình 5.24: Các kích thước quan trọng của ống rót
Dựa vào hình 5.15 ta có thể tính
Chiều dài ống rót khả dụng = Khoảng đẩy tối thiểu của piston + bề dày bạc cuốn phun
– khoảng hở của cốc rót (5.12)
Trong đó: Khoảng đẩy tối đa của piston = 355 (mm)
Khoảng đẩy tối thiểu của piston = 210 (mm)
Bề dày bạc cuốn phun = 75 (mm)
Khoảng hở của cốc rót = 14 mm
Chiều dài ống rót khả dụng = 210 + 75 – 14 = 271 mm
Khoảng đẩy pha 2 được tính toán dựa trên công thức thể tích: (Tài liệu [6])
VKim loại quan cổng =A Piston ×H cylinder (5.13)
H cylinder : khoảng đẩy pha 2 cần đẩy
VKim loại quan cổng = 14200 + 1420 = 15620 (mm 3 ) = 15.62 (cm 3 )
→ H cylinder = V Kim loại quan cổng
V 2 = Diện tích cổng × Vận tốc cổng
Hình 5.25: Kích thước ống dẫn đẩy của piston trên máy đúc áp lực
- Vị trí cổng vào kim loại
Hình 5.26: Cổng vào kim loại
Hình 5.27: Mô phỏng thời gian điền đầy và điểm điền đầy cuối khi dùng cổng B
Hình 5.28: Mô phỏng áp suất và nhiệt độ đúc khi dùng cổng B
Hình 5.29: Mô phỏng đường hàn và rỗ khí khi dùng cổng B
Hình 5.30: Mô phỏng thời gian đông đặc và rỗ lớn khi dùng cổng B
Hình 5.31: Mô phỏng áp suất và nhiệt độ đúc khi dùng cổng C
Hình 5.32: Mô phỏng thời gian điền đầy và điểm điền đầy cuối khi dùng cổng C
Hình 5.33: Mô phỏng đường hàn và rỗ khí khi dùng cổng C
Hình 5.34: Mô phỏng thời gian đông đặc và rỗ lớn khi dùng cổng C
Từ 2 phương án cổng vào kim loại trên, phương án dùng cổng B gây ra khá nhiều khuyết tật đúc, quãng đường chảy của kim loại khá dài, dẫn tới khó điền đầy, đồng thời việc bố trí kênh dẫn không phù hợp với tính toán với chiều dài cổng ra Wg Còn tại vị trí cổng vào C thì
5.13.4 Thiết kế cốc rót (Separator)
Hình 5.35: Hình dạng cóc rót sau khi đúc
Overflow là một thành phần thiết yếu trong quy trình đúc áp lực, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo khuôn được điền đầy hoàn hảo Kích thước và số lượng của bộ phận overflow phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ dày, chất lượng bề mặt và hình dạng của chi tiết cần đúc.
Hình dạng và kích thước của bộ phận overflow, được thiết kế dựa trên
Hình 5.36: Hình dạng mặt cắt của overflow
Thông thường, diện tích cổng overflow, thường bằng phân nửa diện tích của cổng ra của kênh dẫn để đảm bảo khả năng thoát khí
Các kích thước tính toán thường là: A = Chiều dài dưới của cổng overflow (2 – 5 mm);
Hình 5.37: Hình dạng 3D của overflow
5.13.6 Tính toán sơ đồ PQ2
Casting Association), NSF cũng như các viện nghiên cứu khác trên toàn cầu
4.2 2 ) = 180 kg/cm 2 Trong đó: IP (injection pressure) = 100 kg/cm 2
EHCD (Effective Hydraulic Cylinder Diameter) = 5,5 cm
Vp = vận tốc của pít tông = (100-500) (cm/s) Tốc độ dòng chảy ở vận tốc tối đa của pít tông
Qmax = v p_max × (3,14 × R p 2 ) = 500 × 3,14 × 2,1 2 = 6923,7 cm 3 /s Tốc độ dòng chảy ở vận tốc tối thiểu của pít tông
Q=v p × A p = 100 × 13,85 = 1385 cm 3 /s Áp suất kim loại
Trong đó: Pm: áp suất phun của kim loại (kg/cm 2 )
Tốc độ tối đa của cổng 4000 cm/s
2 × 981 cm/s 2 ) × ( 4000 cm/s 0,5 ) 2 = 85,13 kg/cm 2 Tốc độ tối thiểu của cổng 3000 cm/s
2 × 981 cm/s 2 ) ∗ ( 4000 cm/s 0,5 ) 2 G,8 kg/cm 2 Tốc độ cổng mong muốn là 3500 cm/s
61 Đồ thị 5.1: Sơ đồ PQ 2
Sau khi hoàn thiện sơ đồ PQ 2 , ta có thể sử dụng nó để đối chiếu với kết quả tính toán như sau:
GIA CÔNG KHUÔN, THỰC NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH KHUÔN
Các chi tiết cơ bản trên bộ khuôn
Hình 6.1: Các bộ phận của khuôn đúc áp lực
Các chi tiết tiêu chuẩn
Bảng 6.1: Các chi tiết tiêu chuẩn
Bạc dẫn hướng Trục dẫn hướng
Khớp nối Đầu nối ống nước
Yêu cầu về gia công các tấm khuôn
- Mục đích: Xỏ bulong đi qua
- Yêu cầu: Dung sai vị trí lỗ: Cần chính xác hay độ đồng tâm với lỗ ren vỏ tấm khuôn cái phải cao
- Phương pháp gia công: Khoan
Lỗ lắp bạc cuống phun
Dung sai vị trí là yếu tố quan trọng, đảm bảo độ đồng tâm giữa cavity và insert cavity khi lắp bạc cuống phun Điều này giúp khi lắp insert cavity và cavity với vỏ khuôn trên, mọi thứ sẽ chính xác và không bị lệch.
- Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Đối với 4 mặt bên không ảnh hưởng lắp ghép, nên độ bóng và độ song song không cần cao
- Phương pháp gia công: Phay thô
- Dung sai vị trí lỗ: Độ đồng tâm lỗ bạc cuống phun cao
- Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Mục đích: Lắp đầu nối ống nước và cho dòng nước chảy qua
- Yêu cầu: Dung sai vị trí thấp
Dung sai đường kính thấp
- Phương pháp gia công: Khoan, taro ren côn
- Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Yêu cầu về độ song song và độ bóng của mặt tiếp xúc với tấm và tấm core Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
Hình 6.4: Tấm Core Insert cavity lắp cavity
- Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Mục đích: Lắp đầu nối ống nước và cho dòng nước chảy qua
- Yêu cầu: Dung sai vị trí thấp
Dung sai đường kính thấp
- Phương pháp gia công: Khoan, taro ren côn
- Dung sai vị trí lỗ: Độ đồng tâm lỗ separator cao
- Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Yêu cầu về độ song song và độ bóng của mặt tiếp xúc với cavity và insert core, kể cả hai bên mặt lắp đường ống nước
- Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Mục đích: Lắp ty đẩy đưa sản phẩm ra ngoài
- Yêu cầu: Dung sai vị trí chính xác cao, độ đồng tâm tốt
- Phương pháp gia công: Khoan, doa
(Lưu ý): Sau khi phay thô sẽ mang đi xử lí nhiệt, sau đó phay tinh
- Mục đích: Để xỏ bulông qua
- Yêu cầu: Dung sai vị trí lỗ: Cần chính xác hay độ đồng tâm với lỗ ren tấm giữ phải cao
- Phương pháp gia công: Khoan
- Yêu cầu về độ song song và độ bóng của mặt tiếp xúc với tấm giữ cao và tấm core Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Đối với các mặt còn lại yêu cầu tương đối thấp Phương pháp gia công: Phay thô
- Mục đích: Lắp và giữ chốt hồi
Yêu cầu về dung sai vị trí cần đạt tiêu chuẩn cao, đặc biệt là độ đồng tâm với lỗ chốt hồi trên tấm vỏ khuôn đực Đồng thời, dung sai kích thước không nên quá cao và cần có độ dôi vừa phải để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
- Phương pháp gia công: Khoan
- Mục đích: Lắp bulông để giữ tấm giữ và tấm đẩy lại với nhau
- Yêu cầu: Dung sai vị trí cao để khi lắp tấm giữ và tấm đẩy lại chính xác, không bị lệch Vít vặn vào dễ dàng
Dung sai đường kính tra theo tiêu chuẩn bảng ren
- Phương pháp gia công: Khoan, taro
- Mục đích: Lắp và giữ ty đẩy
- Yêu cầu: Dung sai vị trí: Cao, độ đồng tâm với lỗ ty đẩy trên tấm core và insert core cao
Dung sai kích thước không cao, độ dôi vừa phải
- Phương pháp gia công: Khoan
- Yêu cầu về độ song song và độ bóng của mặt tiếp xúc với tấm giữ và tấm đẩy Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Đối với các mặt còn lại yêu cầu tương đối thấp Phương pháp gia công: Phay
- Mục đích: Để xỏ bulông qua
- Yêu cầu: Dung sai vị trí lỗ: Cần chính xác hay độ đồng tâm với lỗ ren tấm giữ phải cao
Dung sai về kích thước đường kính là yếu tố quan trọng trong quá trình lắp ráp Mặc dù không cần thiết phải cao, nhưng đường kính phải lớn hơn đường kính bulông để thuận tiện cho việc tháo lắp bulông.
- Phương pháp gia công: Khoan
- Yêu cầu về độ song song và độ bóng của mặt tiếp xúc với tấm giữ và tấm đẩy Phương pháp gia công: Phay thô + phay tinh
- Đối với các mặt còn lại yêu cầu tương đối thấp Phương pháp gia công: Phay thô
- Mục đích: Để xỏ bulông qua
- Yêu cầu: Dung sai vị trí lỗ: Cần chính xác hay độ đồng tâm với lỗ ren tấm giữ phải cao
Xử lí nhiệt
6.4.1 Vai trò của việc xử lý nhiệt trong khuôn đúc áp lực
- Tăng độ bền: Tránh được sự xói mòn của lòng khuôn do dòng chảy khi đúc gây ra
- Tăng sức chịu lực của bộ khuôn
- Tăng độ cứng nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về độ dẻo dai của nó
6.4.2 Các bước thực hiện xử lí nhiệt
- Sau khi làm sạch thép được mang đi tôi trong lò chân không, đạt độ cứng tối đa 55-88HRC
Hình 6.14: Gá khuôn để nhiệt luyện
- Sau đó, thép sẽ được mang đi Ram trong lò điện trở và sẽ được mang đi kiểm tra độ cứng có đạt yêu cầu không
Hình 6.15: Kiểm tra độ cứng
- Sản phẩm sẽ được mang về lại xưởng, gia công tinh lần cuối, và sau đó sẽ được thấm Nito, kết thúc quá trình xử lí nhiệt
- Mỗi công ty sẽ có mỗi cách xử lí nhiệt khác nhau để đạt được độ cứng yêu cầu
Đánh bóng khuôn
Đánh bóng khuôn là quá trình rất quan trọng sau khi hoàn thành việc gia công khuôn
Nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự thành bại về chất lượng bề mặt của sản phẩm sau khi đúc, chuẩn bị cho bước lắp ráp khuôn
Hình 6.16: Máy đánh bóng siêu âm
6.5.1 Các dụng cụ cơ bản để đánh bóng khuôn
Hình 6.13-24: Phân loại các dụng cụ đánh bóng khuôn
Hình 6.17: Máy mài khuôn góc nghiêng 90 độ Minimo
Hình 6.18: Máy mài khuôn dạng rung
Hình 6.19: Máy mài khí nén dạng thẳng
Hình 6.20: Đầu đá mài, đánh bóng Hình 6.21: Đá mài đánh bóng dạng
Hình 6.22: Dũa sắt Hình 6.23: Dũa kim cương
Hình 6.24: Dụng cụ lấy via Hình 6.25: Đầu đánh bóng cao su
Hình 6.26: Bột kim cương Hình 6.27: Nỉ đánh bóng
6.5.2 Quy trình đánh bóng khuôn
Trước tiên ta dùng các máy đánh bóng bằng các dụng cụ cứng và thô: Đá mài bằng tay, dũa thô, giấy nhám thô,…
Sau đó sử dụng các loại công cụ đánh bóng mềm, ít thô hơn để làm mất đi các vết thô để lại
Tiếp theo, sử dụng các phương pháp đánh bóng tinh, dùng nỉ kết hợp với bột kim cương để đánh bóng
Lắp ráp bộ khuôn hoàn chỉnh
6.6.1 Lắp ráp các bộ phận động của bộ khuôn
Hình 6.28: Tấm Insert động Hình 6.29: Áo khuôn động, chốt dẫn hướng
Hình 6.30: Gối đỡ Hình 6.31: Tấm giữ
Hình 6.32: Tấm đẩy Hình 6.33: Tấm kẹp dưới
Hình 6.34: Ty đẩy Hình 6.35: Lò xo, chốt hồi
Bước 1: Lắp trục dẫn hướng vào áo khuôn động
Bước 2: Lắp tấm Insert vào áo khuôn
Bước 3: Lắp chốt hồi, lò xo, tấm giữ
Bước 5: Lắp gối đỡ và tấm kẹp dưới
Hình 6.36: Lắp ráp bộ phận động
6.6.2 Lắp ráp các bộ phận tĩnh của bộ khuôn
Hình 6.37: Tấm Insert tĩnh Hình 6.38: Áo khuôn tĩnh
Hình 6.39: Bạc phun Hình 6.40: Cốc rót
Bước 1: Lắp bạc dẫn hướng vào áo khuôn tĩnh
Bước 2: Lắp tấm Insert vào áo khuôn
Bước 4: Lắp tấm kẹp trên
Hình 6.41: Phần tĩnh hoàn chỉnh
6.6.3 Bộ khuôn lắp ráp hoàn chỉnh
Sau khi lắp ráp 2 phần động và phần tĩnh, hướng hoạt động thực tế của bộ khuôn sẽ như hình 6.42
Hình 6.42: Bộ khuôn hoàn chỉnh
Đúc thử trên máy đúc áp lực YOTA DC-100V
Hình 6.43: Máy đúc áp lực cao cùng với lò nung và bảng điều khiển
Bảng 6.2: Thông số kỹ thuật của máy
6.7.2 Khảo sát thông số máy đúc
Chiều cao khuôn (min/max) 200 – 450 mm
Hành trình piston 355 mm Áp suất đúc 100 kg/cm 2 Đường kính piston (tùy chọn) 42 mm (45mm; 50mm)
Khối lượng vật đúc (phụ thuộc vào piston) 0,64 – 0,9 – 1,0 kg
Cơ cấu đẩy sản phẩm
Công suất động cơ 11,25 kW
Dung tích dầu thủy lực 400L
Trong nghiên cứu này, ba tham số quá trình đã được chọn và giá trị của chúng ở các mức khác nhau được đưa ra trong bảng 6.3 và bảng 6.4
Bảng 6.3: Các thông số đúc với phạm vi và giá trị của của chúng ở ba cấp độ
Thông số quá trình Phạm vi Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3
A Áp suất tích lũy (kg/cm 2 ) 55-100 60 80 -
Bảng 6.4: Bố trí thực nghiệm của các thông số
Dựa vào kiến thức của phần máy đúc áp lực cao ở chương 3.2, chúng ta có được những thông số cho phần tính toán:
Bảng 6.5: Thông số của máy đúc
Hành trình của piston 150-355 mm
Chiều dài ống rót khả dụng 271 mm Đường kính piston d pt 42 mm Áp suất đúc 100 kg/cm 2
Bên cạnh đó, thông qua phần mềm Autodesk Inventor Professional phiên bản 2021, chúng ta đạt được các thông số trong mô hình thiết kế 3D như sau:
Bảng 6.6: Thông số đúc của vật mẫu nhôm
Khối lượng vật mẫu dạng rắn 49 g
Khối lượng của đường dẫn và thoát khí 19.6 g
Diện tích chiếu của vật mẫu 9469.95 mm 2
Thực nghiệm bộ khuôn
Hình 6.44: Gỡ nhôm bị dính trên khuôn Hình 6.45: Nhôm không điền đầy
Cài đặt thông số cho máy đúc
Kim loại đúc (Có thể là vụn kim loại)
Mở khuôn, đẩy chi tiết ra khỏi lòng khuôn Đổ kim loại vào ống rót, đóng khuôn
Loại bỏ xỉ, tạp chất
Làm sạch, chuẩn bị quá trình đúc tiếp theo
Hình 6.46: Kênh dẫn sau khi đúc thử lần 1 Hình 6.47: Vị trí không thể đẩy chi tiết
Kết quả đúc thử lần một
- Chưa điền đầy được lòng khuôn
- Ty đẩy không đáp ứng được khả năng đẩy toàn bộ chi tiết ra ngoài
- Thao tác rót còn thiếu sót, dẫn đến lượng kim loại đổ vào long khuôn ít chưa đủ để điền đầy chi tiết
- Điều chỉnh áp suất máy chưa đạt mức cần thiết
- Có khả năng hệ thống thoát hơi chưa đủ
- Thao tác đúc chậm cũng là nguyên nhân khiến kim loại rót vào mau bị đông đặc
Kết quả đúc thử lần hai
Tại ví trí số 5: Phần cuối của rãnh dẫn, do gia công còn thiếu sót nên diện tích tạo nên quá lớn không thể tự gãy
Hình 6.49: Phần kim loại bị dính lại khuôn tại vị trí số 1
Hình 6.50: Chi tiết được đẩy ra hoàn toàn tuy nhiên vẫn bị cong vênh tại ví trí 1
Hình 6.51: Phần gia công chưa hoàn thiện của rãnh dẫn
Hình 6.52: Chi tiết khi được điền đầy hoàn toàn trước khi đẩy
Hình 6.53 Chi tiết hoàn thiện sau khi làm nguội
Đánh giá và hiệu chỉnh bộ khuôn
- Bố trí thêm hệ thống ti đẩy tại các vị trí nguy hiểm
Hình 6.54: Hệ thống ty đẩy hiện tại Hình 6.55: Hệ thống ty đẩy thiết kế mới
- Thêm các rãnh thoát khí để đảm bảo khả năng điền đầy
- Đánh bóng thêm các rãnh nhỏ để hạn chế dòng kim loại bị dính lại
- Tiến hành đánh bóng kỹ phần kênh dẫn, rãnh bị kẹt
- Gia công hết phần kim loại mà dao chạy không hết ở kênh dẫn
- Thêm overflow để giảm rỗ co, rỗ khí
- Tăng lực ép của máy
6.10.2 Về thao tác đúc và điều chỉnh thông số máy
- Luyện tập để đáp ứng được khả năng rót đủ lượng kim loại vào buồng đẩy
- Tăng nhiệt độ khi nấu kim loại để giảm tăng thời gian đông đặc khi chảy vào khuôn
- Điều chỉnh tăng áp suất đúc ở mức phù hợp
- Điều chỉnh khoảng đẩy và vận tốc đẩy tại các pha sau những lần thực nghiệm sau
6.10.3 Phân tích, đánh giá khuyết tật
Hình 6.56: Rỗ khí, đường hàn
- Cách khắc rỗ co: Điều chỉnh chiều dày vật đúc, tăng diện tích rãnh dẫn, tăng lực ép khuôn, giảm nhiệt độ rót, thay đổi hợp kim đúc
- Cách khắc phục rỗ khí, đường hàn: Bố trí tăng cường overflow, tăng lực ép khuôn