Thiết kế và chế tạo khuôn đúc áp lục chi tiết DPCT- TOP cho công ty TNHH Real-Time robotis Việt Nam

Trang 7 v TÓM TẮT ĐỒ ÁN TÊN ĐỀ TÀI “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CHI TIẾT DPCT-TOP CHO CÔNG TY TNHH REAL-TIME ROBOTIS VIETNAM” Trong sự phát triển lớn mạnh không ngừng của xã hội

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

SVTH:

Đề tài : ‘‘THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ĐÚC ÁP

LỰC CHI TIẾT DPCT-TOP CHO CÔNG TY TNHH REAL-TIME ROBOTIS VIETNAM’’

Giảng viên hướng dẫn: TS VÕ XUÂN TIẾN

Sinh viên thực hiện: VÕ DUY LINH

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

*******

Bộ môn: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ II / Năm học 2022-2023

Giảng viên hướng dẫn: TS Võ Xuân Tiến

Sinh viên thực hiện:

1 Võ Duy Linh MSSV: 19144148 Điện thoại: 0373403933

2 Lê Thiện Khiêm MSSV: 19144132 Điện thoại: 0938103469

3 Nguyễn Hoài Nam MSSV: 19144021 Điện thoại: 0365361028

1 Đề tài tốt nghiệp:

- Mã số đề tài: 22223DT65

- Tên đề tài: ‘‘THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CHI TIẾT DPCT-TOP

CHO CÔNG TY TNHH REAL-TIME ROBOTIS VIETNAM’’

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Bản vẽ thiết kế chi tiết

- Giáo trình, tài liệu về khuôn đúc áp lực

3 Nội dung chính của đồ án:

- Tìm hiểu vật liệu và công nghệ đúc áp lực

- Phân tích tính chất, yêu câu của chi tiết

- Thiết kế sản phẩm trên phần mềm PTC Creo Parametric 8.0

- Mô phỏng dòng chảy trong khuôn đúc với phần mền Inspire Cast

- Thiết kế bộ khuôn hoàn chỉnh với Modul Expert Moldbase Extension 11

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

 Được phép bảo vệ ………

(GVHD ký và ghi rõ họ tên)

- Sinh viên thực hiện:

1 Võ Duy Linh MSSV: 19144148 Điện thoại: 0373403933

2 Lê Thiện Khiêm MSSV: 19144132 Điện thoại: 0938103469

3 Nguyễn Hoài Nam MSSV: 19144021 Điện thoại: 0365361028

- Lớp: 19144CL1B

- Địa chỉ sinh viên: đường 23, khu phố 3, phường Linh Chiểu, thành phố Thủ Đức

- Email: 19144148@student.hcmute.edu.vn

- Ngày nộp khóa luận (ĐATN):

- Lời cam kết: ‘’Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do nhóm chúng tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ một bài viết nào đã được công bố

mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu cố bất kỳ sự vi phạm nào, tôi xin hoàn toàn trách nhiệm’’

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023

Ký tên

iv

LỜI CẢM ƠN

Nhóm chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức về chuyên ngành cũng như đời sống vô cùng bổ ích, là những con tàu đã đưa chúng em từ những ngày đầu bỡ ngỡ khi mọi thứ trên thành thị đều mới và xa lạ với mình Thiết nghĩ đó là hành trang quý giá nhất để bây giờ giấc mơ của chúng em đã đến lúc nảy chồi và vươn cao Ngày hôm nay, với sức trẻ và niềm tin chúng em xin hứa sẽ cố hết sức đem tuổi trẻ cống hiến cho đất nước là làm cho đất nước của chúng ta ngày càng giàu mạnh hơn

Và đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo khoa Cơ khí Chế tạo Máy

và khoa Đào tạo chất lượng cao, cùng các thầy cô trong bộ đã tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành khóa học đầy khó khăn và nỗ lực của cuộc đời mình, những sinh viên khóa 2019

- 2023 Riêng với thầy Võ Xuân Tiến, tuy bận công việc nhưng thầy đã tận tình giúp đỡ chúng em trong đồ án tốt nghiệp của mình Thầy đã hết lòng hướng dẫn, chia sẻ và động viên giúp chúng em hăng say hơn trong việc Không có dòng nào có thể viết hết nỗi lòng biết ơn của chúng em dành cho quý Thầy, Cô Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án

Những nội dung chính của đồ án tốt nghiệp:

- Tìm hiểu vật liệu và công nghệ đúc áp lực

- Phân tích tính chất, yêu câu của chi tiết

- Thiết kế sản phẩm trên phần mềm PTC Creo Parametric 8.0

- Mô phỏng dòng chảy trong khuôn đúc với phần mền Inspire Cast

- Thiết kế bộ khuôn hoàn chỉnh với Modul Expert Moldbase Extension 11

- Lập trình và gia công bộ khuôn

- Tiến hành lắp ráp khuôn

- Ép thử

Kết luận: Sau khi thực hiện đề tài nhóm chúng em đã tích lũy được một số kinh nghiệm trong thiết kế, trong gia công, cũng như trong quá trình đúc Điều này sẽ giúp cho nhóm thêm tự tin khi bước vào trong sản xuất thực tế

Giải pháp và hướng phát triển: Tối ưu hóa thông số đúc, tinh toán tối ưu hóa số lòng khuôn cho bộ khuôn, tạo hệ thống lấy sản phẩm tự động mà không làm hư bề mặt sản phẩm

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án

The main contents of the graduation project are:

- Study of materials and die-casting technology

- Analysis of characteristics and requirements of the detail

- Design product by using PTC Creo Parametric 8.0 software

- Stimulate the mold inside flow by using Inspire Cast software

- Complete mold design with Modul Expert Moldbase Extension 11

Solutions and development directions: Optimize casting parameters, optimize and calculate the number of mold cavities, create an automatic product retrieval system without damaging the product's surface

The project was carried out by the student group

vii

MỤC LỤC

Trang

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỜI CAM KẾT iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT ĐỒ ÁN v

MỤC LỤC vii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xv

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.1.1 Thế giới 1

1.1.2 Trong nước 2

1.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4

1.3 Mục tiêu đề tài 4

1.4 Phương pháp nghiên cứu 4

1.5 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Tổng quan về vật liệu đúc 6

2.1.1 Nhôm và hợp kim của nhôm 6

2.1.2 Phân loại và một số tính chất cơ bản 6

2.1.3 Một số ứng dụng của chúng 8

2.1.4 Cấu trúc hạt của vật liệu 9

2.1.5 Phương pháp phân tích hạt 11

2.2 Công nghệ đúc áp lực cao 12

2.3 Công nghệ đúc áp lực thấp 15

2.4 Thiết bị đúc áp lực cao 16

2.4.1 Khuôn đúc áp lực cao 16

viii

2.4.2 Máy đúc áp lực cao 18

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM 20

3.1 Công ty 20

3.2 Công dụng sản phẩm 20

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SẢN PHẨM 23

4.1 Phần mềm PTC Creo parametric 8.0 23

4.2 Cơ sở thiết kế 23

4.2.1 Góc thoát khuôn 23

4.2.2 Bề dày chi tiết 24

4.2.3 Góc bo 25

4.2.4 Gân 27

4.3 Thiết kế sản phẩm 27

4.3.1 Thiết kế kênh dẫn 31

4.3.2 Thiết kế Overflows 32

4.3.3 Thiết kế Biscuit 32

4.4 Vật liệu, khối lượng, kiểm tra sản phẩm 33

4.4.1 Vật liệu 33

4.4.2 Khối lượng và thể tích sản phẩm 34

4.4.3 Kiểm tra bề dày sản phẩm 35

4.4.4 Kiểm tra góc thoát khuôn 37

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN 39

5.1 Loại khuôn và số lòng khuôn 39

5.2 Kiểm nghiệm bền khuôn 39

5.2.1 Tầm quan trọng của việc kiểm nghiệm bền khuôn 39

5.2.2 Tiêu chí xét độ bền tầm khuôn dưới (Core plate) 40

5.2.3 Kết quả kiểm nghiệm bền 40

5.3 Hệ thống đẩy sản phẩm 42

5.4 Tính toán thông số đúc 43

5.4.1 Lực kẹp khuôn 43

ix

5.4.2 Vận tốc pha 1 44

5.4.3 Khoảng cách và vận tốc pha 2 45

5.4.4 Thời gian điền đầy 46

5.4.5 Tính toán kênh dẫn 46

5.4.6 Tính toán sơ đồ PQ2 47

5.5 Kết quả tính toán 49

CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY 50

6.1 Tổng quan về phần mềm Inspire Cast 2021 50

6.2 Phân tích quá trình mô phỏng đúc áp lực 51

6.2.1 Quá trình tiến hành mô phỏng 51

6.2.2 Kết quả mô phỏng 54

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ KHUÔN 59

7.1 Tổng quan về Expert Moldbase Extension (EMX) 59

7.2 Tách khuôn 60

7.3 Thiết kế khuôn với EMX 61

7.3.1 Lấy vỏ khuôn từ thư viện 61

7.3.2 Lắp ráp các thành phần của bộ khuôn 62

CHƯƠNG 8: GIA CÔNG 64

8.1 Gia công khuôn trên máy phay CNC 64

8.2 Xét chuẩn vôi và đo dao 64

8.3 Gia công 65

8.3.1 Gia công tấm kẹp cố định 65

8.3.2 Gia công insert khuôn dương 66

8.3.3 Gia công vỏ khuôn dương 67

8.3.4 Gia công tấm kẹp di động 69

8.3.5 Gia công insert khuôn âm 70

8.3.6 Gia công vỏ khuôn âm 72

8.3.7 Gia công gối đỡ 74

8.3.8 Gia công Insert chịu áp 75

x

8.3.9 Gia công ống trượt Piston 76

8.3.10 Gia công tấm đỡ 77

8.1.11 Gia công tấm đẩy 78

8.4 Lắp ráp khuôn 79

8.4.1 Rà khuôn 79

8.4.2 Ráp insert khuôn âm vào vỏ khuôn âm 79

8.4.3 Ráp hoàn thiện khuôn âm 80

8.4.4 Ráp khuôn dương 80

8.4.5 Ráp khuôn hoàn chỉnh 81

CHƯƠNG 9: ÉP THỬ 82

9.1 Tiến hành đúc thử không áp 82

9.2 Tiến hành đúc thử có áp 83

9.3 Một số lỗi khi ép thử 84

CHƯƠNG 10: KẾT LUẬN 86

10.1 Kết luận 86

10.2 Những nội dung đề tài đã đạt được 86

10.3 Hướng phát triển đề tài 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

PHỤ LỤC 88

xi

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Một số hợp kim nhôm đúc phổ biến……… …… ……7

Bảng 2.2: Thành phần hóa học tiêu chuẩn của hợp kim ADC12 (AlSi10Cu2Fe)…… 8

Bảng 4.1: Thành phần hóa học tiêu chuẩn của hợp kim ADC12 (AlSi10Cu2Fe).…… ….33

Bảng 4.2: Tính chất của ADC12………34

Bảng 5.1: Thông số của máy đúc……… ……….43

Bảng 5.2: Thông số đúc của vật mẫu nhôm……… ……43

Bảng 5.3: Tóm tắt kết quả tính toán……… ……49

Bảng 5.4: Thông số kỹ thuật của máy………49

Bảng 8.1: Quy trình công nghệ gia công tấm kẹp cố định……….65

Bảng 8.2: Quy trình công nghệ gia công Insert khuôn dương……… 66

Bảng 8.3: Quy trình công nghệ gia công vỏ khuôn dương….……… 68

Bảng 8.4: Quy trình công nghệ gia công tấm kẹp di động ……… ……….69

Bảng 8.5: Quy trình công nghệ gia công insert khuôn âm……….71

Bảng 8.6: Quy trình công nghệ gia công vỏ khuôn âm……….……….73

Bảng 8.7: Quy trình công nghệ gia công gối đỡ……… ……….74

Bảng 8.8: Quy trình công nghệ gia công insert chịu áp ……….75

Bảng 8.9: Quy trình công nghệ gia công ống trượt Piston……….76

Bảng 8.10: Quy trình công nghệ gia công tấm đở……….77

Bảng 8.11: Quy trình công nghệ gia công tấm đẩy ……… 78

xii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của máy đúc áp lực Sturgiss năm 1849.………2

Hình 1.2: Sơ đồ máy đúc áp lực của công ty H.H Franklin chế tạo năm 1904………2

Hình 1.3: Một số sản phẩm của đúc áp lực.………… 3

Hình 2.1: Một số sản phẩm đúc kim loại Kyoyo Việt Nam …… ….……… … 8

Hình 2.2: Một số sản phẩm tản nhiệt đúc Nhôm……… 9

Hình 2.3: Cơ cấu đúc áp lực cao buồng nóng………14

Hình 2.4: Cơ cấu đúc áp lực cao buồng nguội……….……….…….14

Hình 2.5: Cơ cấu khuôn đúc áp lực cao.……….……….………… 18

Hình 2.6: Mô hình khuôn đúc áp lực nằm ngang ……….……….…19

Hình 2.7: Máy đúc áp lực buồng ép nằm ngang………19

Hình 3.1: Đội ngũ thiết kế của của công ty Real-time Robotics ……… 20

Hình 3.2: Drone hoàn chỉnh.……… 21

Hình 3.3: Chi tiết DPCT gắn trên drone……… ……21

Hình 3.4: TS Lương Việt Quốc – CEO công ty Real-time Robotics……… ……22

Hình 3.5: Drone HERA cẩu đạn cối tại triễn làm quốc phòng Việt Nam 2022 ……… …22

Hình 4.1: Thiết kế góc thoát khuôn….……….……… ………… 23

Hình 4.2: Tuân thủ thiết kế bề dày đồng đều…… ……… ………… 24

Hình 4.3: Bo tròn các góc……… ………… 24

Hình 4.4: Tránh tạo những lỗ sâu……… ………… 25

Hình 4.5: Tránh tạo lỗ xuyên qua những phần bên trong……… ………… 25

Hình 4.6: Tránh tạo những mặt phẳng lớn ……….……… ………… 25

Hình 4.7: Thiết kế gân ……… ………… 26

Hình 4.8: Bản vẽ chi tiết DPCT-Top.……… ……… … ………… 27

Hình 4.9: Hình dạng sơ bộ chi tiết ……… ……… ………… 27

Hình 4.10: Tạo lỗ……….………….…….… ……… ………… 28

Hình 4.11: Cắt tạo biên dạng.……… … ……… …… ………… 28

Hình 4.12: Cắt tạo gân.……… ……… ……… ………… 28

Hình 4.13: Lấy đối xứng các lệnh cắt.……… …… ………….……… ………… 29

Hình 4.14: Lấy đối xứng các lệnh cắt.……… ………… …… ………… 29

Hình 4.15: Thành phần trong hệ thống cổng ……… ………… ………… 30

xiii

Hình 4.16: Thành phần hệ thống cổng ……… ……….………… 32

Hình 4.17: Hộp thoại Mass Properties Report ……….………… ………… 34

Hình 4.18: Kiểm tra bề dày sản phẩm……….……… ………… 35

Hình 4.19: Hộp thoại Draft Analysis……….…….……… ………… 36

Hình 4.20: Kiểm tra góc thoát khuôn……….….……… ………… 37

Hình 5.1: Kiểm nghiệm bền uốn.……….……… ……… ………… 39

Hình 5.2: Kiểm nghiệm độ võng.……….……… ……… ………… 40

Hình 5.3: Kiểm nghiệm bền uốn.……….……… ……… ………… 40

Hình 5.4: Kiểm nghiệm độ võng.……….……… ……… ………… 41

Hình 5.5: Active sleeve length.……….…… … ……… ………… 44

Hình 5.6: Cổng phun.……….……… ……… ……… ………… 45

Hình 5.7: Sơ đồ…….……….……… ……… ……… ………… 47

Hình 6.1: Phần mềm Inspire Cast…….……….……… … ……… ………… 50

Hình 6.2: Chọn hướng………….…….……….…….… … ……… …….…… 51

Hình 6.3: Chọn chi tiết………….…….……….……… … ……… … …… 51

Hình 6.4: Chọn cổng vào kim loại …….……….……… … ………… …… ……… 52

Hình 6.5: Chọn hệ thống Runner …….……….……… … ………… …… ……… 52

Hình 6.6: Chọn hệ thống Overflows… …….….……… … ………… …… ……… 53

Hình 6.7: Chạy mô phỏng……… …….……….……… … ………… …… ……… 54

Hình 6.8: Thời gian điền đầy…….…….……….……… … ………… …… ……… 54

Hình 6.9: Rổ khí ….……….…….……….……… … ………… …… ……… 55

Hình 6.10: Nhiệt độ…… ……….…….……….……… … ………… …… ……… 55

Hình 6.11: Thời gian điền đầy……….……….….……… … ………… ……… 56

Hình 6.12: Rổ khí……….……….…….……….……… … ………… …… ……… 56

Hình 6.13: Đường hàn…… …….…….……….……… …… ……… …… ……… 57

Hình 6.14: Áp suất.……….……… …… ……… 58

Hình 7.1: Quy trình thiết kế khuôn……… ….…….… ……… …… ……… 59

Hình 7.2: Lệnh Shrinkage by scale… ……….…….… … ………… …… ……… 60

Hình 7.3: Tạo phôi tự động………… ……….…….… … ………… …… ……… 60

Hình 7.4: Tách khuôn……….……….… … ………… …… ……… 61

Hình 7.5: Create new……….……….…….… … ………… …… ……… 61

Hình 7.6:Load EMX Assembly ……….…….… … ………… …… ……… 62

xiv

Hình 7.7: Các tấm khuôn thiết kế……….……….………… …… ……… 62

Hình 7.8: Bộ khuôn hoàn chỉnh… ….……….…….… … ………… …… ……… 63

Hình 8.1: Máy phay Makino……….….…….… … ………… …… ……… 64

Hình 8.2: Gia công tấm kẹp cố định……….….…….… … ………… …… ……… 65

Hình 8.3: Gia công insert khuôn dương.… … …….…… …… ……… 66

Hình 8.4: Gia công vỏ khuôn dương.……….….… … ………… …… ……… 67

Hình 8.5: Gia công tấm kẹp di động.… … ………… …… ……… …… 69

Hình 8.6: Gia công insert khuôn âm.….… … ……….…… …… ……… 70

Hình 8.7: Gia công vỏ khuôn âm.….… … …….……….…… …… ……… 72

Hình 8.8: Gia công gối đỡ……… ……….…… …… ……… 74

Hình 8.9: Gia công Insert chịu áp.…….… … ……….…… …… ……… 75

Hình 8.10: Gia công ống trượt Piston…….… … … ……….… …… ……… 76

Hình 8.11: Gia công tấm đở…… ….….… … …… ………….…… …… ……… 77

Hình 8.12: Gia công tấm đẩy……… ……… ….…… …… ……… 78

Hình 8.13: Rà khuôn để đánh bóng……… ……… ….…… …… ……… 79

Hình 8.14: Ráp insert khuôn âm vào vỏ khuôn âm ……… ….…… …… ……… 79

Hình 8.15: Ráp quả chịu áp và chốt định vị.……….…… …… ……… 80

Hình 8.16: Ráp hoàn thiện khuôn dương.………….…… …… ……… 80

Hình 8.17: Hoàn thiện bộ khuôn.……….….…… …… ……… 81

Hình 9.1: Chi tiết đúc không áp.……… …… ……… 82

Hình 9.2: Chi tiết đúc có áp ……….….…… …… ……… 83

Hình 9.3: Kênh dẫn………….… ……… … …… ……… 84

Hình 9.4: Nứt.……….… ……… … …… ……… 85

Hình 9.5: Không điền đầy.……….… …… …… ……… 85

Hình 9.6: Rổ khí.……… ….… …… …… ……… 85

xv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CNC Computeried Numerical Control

HPDC High Pressure Die-Casting

LPDC Low Pressure Die-Casting

PTC Parametric Technology Corp

1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

1.1.1 Thế giới

Trong những năm gần đây, nhiều công ty về khuôn đúc áp lực đã bị phá sản, và một

số khác thì bị bán đi Một vài lý do là do quản lý không được tốt, trong khi một vài lý do khác là do khách hàng không tốt Tuy nhiên, có thể thấy rằng nguyên nhân cơ bản là do thiếu kiến thức về cách tính toán, tăng lợi nhuận hay không và cách thiết kế sao cho giảm thiểu chi phí Để chứng minh tình huống thực tế là ngày nay thậm chí không có một công ty nào có thể tính giá thực tế của bất kỳ sản phẩm nào mà họ đang sản xuất Hơn nữa, nếu một công ty có thể sản xuất một sản phẩm cụ thể, thì không ai trong công ty đó xem xét việc thiết kế lại (khuôn mẫu hoặc quy trình) để giảm chi phí một cách có hệ thống

Để cạnh tranh với các ngành công nghiệp khác và các công ty khác, ngành công nghiệp đúc khuôn phải giảm chi phí càng nhiều càng tốt (20% đến 40%) và thời gian sản xuất đáng kể (1/2 trở lên) Để đạt được những mục tiêu này, kỹ sư phải học cách kết nối thiết kế khuôn với chi phí sản xuất (tính cho khách hàng) và sử dụng các nguyên tắc khoa học chính xác liên quan đến quy trình đúc khuôn để giảm/loại bỏ công việc phỏng đoán

Cũng giống như các ngành kỹ thuật khác, người ta không biết chắc chắn thời gian xuất hiện của ngành đúc áp lực vào thời gian cụ thể nào mà chỉ có thể ước lượng thời gian

ra đời của nó vào khoảng đầu thế kỷ 19, mặc dù đã có một vài ý tưởng hình thành ngành đúc áp lực đã có từ sớm hơn nữa bởi vì nó có sự liên hệ với việc sản xuất máy in Máy Đúc

áp lực đầu tiên Sturgiss được phát minh vào năm 1849 (Hình 1.1), máy này có buồng nấu chảy kim loại được đặt phía dưới Vào năm 1877, Dusenbery dựa trên nguyên lý của máy Sturiss để hình thành nên máy thế hệ mới có bổ sung thêm một pitông rỗng có gắn van một chiều cho phép kim loại lỏng có thể chảy từ khoang trên xuống khoang dưới Đặc biệt kể từ năm 1904 ngành đúc áp lực thực sự bắt đầu phát triển khi mà công ty H.H Franklin bắt đầu cho xuất hiện những máy đúc áp lực có gắn các thiết bị tự động bắt đầu từ đây ngành đúc áp lực đã chuyển sang một bước ngoặt mới cùng song hành tồn tại với ngành công nghiệp xe máy, xe hơi và ngành công nghiệp này đã trở thành khách hàng lớn của ngành đúc áp lực Vào những thời gian đầu, người ta sử dụng hợp kim chì, thiếc để làm nguyên liệu cho Đúc

áp lực bởi vì hợp kim này dễ dàng đúc ở nhiệt độ thấp, hơn nữa hợp kim này có khả năng chống ăn mòn tốt nhưng chúng lại có nhược điểm là rất mềm và khả năng chịu kéo thấp Ngày nay hai hợp kim này không còn được sử dụng trong ngành Đúc áp lực nữa Để khắc phục nhược điểm của hợp kim trên thì vào năm 1906 người ta sử dụng hợp kim kẽm để thay thế Vào năm 1914 cùng với sự phát triển của ngành sản xuất động cơ xe máy và ô tô người ta đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng hợp kim nhôm do nó có những ưu điểm sau: có

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của máy đúc áp lực Sturgiss năm 1849 [10]

Hình 1.2: Sơ đồ máy đúc áp lực của công ty H.H Franklin chế tạo năm 1904 [10]

3

bằng ion, để sản xuất các sản phẩm kim loại chất lượng cao và đáp ứng nhu cầu ngày càng

đa dạng của thị trường như:

- Phát triển công nghiệp: Việc sử dụng khuôn đúc áp lực trong quá trình sản xuất là một phần quan trọng của việc phát triển ngành công nghiệp trong nước Khuôn đúc áp lực giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất và cung cấp các bộ phận kim loại chất lượng cao cho các ngành công nghiệp khác nhau như ô tô, điện tử, máy móc, và xây dựng

- Đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước: Việc phát triển khuôn đúc kim loại trong nước là cấp thiết để đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước Khi có sự phát triển và hiện đại hóa ngành công nghiệp, cần có khả năng sản xuất và cung cấp các khuôn đúc kim loại chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu của các doanh nghiệp và ngành công nghiệp tại Việt Nam

- Tiết kiệm chi phí và thời gian: Việc sản xuất khuôn đúc kim loại trong nước giúp giảm chi phí vận chuyển và thời gian chờ đợi so với việc nhập khẩu từ nước ngoài Điều này

có thể giúp các doanh nghiệp tiết kiệm chi phí sản xuất và nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong quá trình sản xuất

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức đối với công nghệ đúc kim loại ở Việt Nam, bao gồm kỹ thuật và nhân lực còn hạn chế, chi phí sản xuất chưa được tối ưu, và cạnh tranh từ các nước trong khu vực và trên thế giới

Nhận thấy điều đó, thầy Võ Xuân Tiến cùng nhóm đồ án đã liên kết với doanh nghiệp thực hiện đồ án ““THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CHI TIẾT DPCT-TOP CHO CÔNG TY TNHH REAL-TIME ROBOTIS VIETNAM” này, để cung cấp phương pháp sản xuất tiết kiệm hơn, tăng năng suất và hiệu quả hơn

Hình 1.2: Một số sản phẩm của đúc áp lực

4

1.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Với sự phát triển mạnh mẽ trong ngành sản xuất Khuôn đúc áp lực là một công cụ quan trọng trong quá trình sản xuất các bộ phận kim loại có tính chính xác cao và yêu cầu

độ bền cơ học Nhận thấy điều đó thầy và nhóm chúng em đã liên kết với doanh nghiệp nhằm hỗ trợ thiết kế, sản xuất chi tiết cho công ty một cách hiệu quả hơn:

- Chất lượng sản phẩm: Khuôn đúc áp lực cho phép tạo ra các bộ phận kim loại với

độ chính xác cao và bề mặt mịn Áp lực cao trong quá trình đúc giúp loại bỏ các lỗ trống và lỗi hình dạng trong sản phẩm cuối cùng, đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng cao

- Tiết kiệm nguyên liệu: Khuôn đúc áp lực cho phép sử dụng lượng nguyên liệu tối thiểu để tạo ra các bộ phận kim loại Với áp lực cao, vật liệu được ép vào các khe hở và góc cạnh, giảm thiểu lượng vật liệu phụ gia cần thiết và đồng thời giảm thiểu lượng chất thải

- Tăng năng suất sản xuất: Quá trình đúc áp lực nhanh chóng và hiệu quả, cho phép sản xuất hàng loạt các bộ phận kim loại trong thời gian ngắn Khuôn đúc áp lực có thể được thiết kế để tạo ra nhiều sản phẩm cùng một lúc, tăng năng suất và giảm chi phí lao động

- Độ bền cơ học: Khuôn đúc áp lực cho phép tạo ra các bộ phận kim loại có độ bền

cơ học cao Quá trình đúc áp lực giúp nén chặt các phần tử kim loại lại với nhau, tạo ra một cấu trúc mạnh mẽ và chống lại tải trọng và áp lực bên ngoài

- Tính kinh tế: Giảm thiểu đáng kể các chi phí gia công CNC đắt đỏ

1.3 Mục tiêu đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và phân tích dòng chảy trong khuôn đúc áp lực

- Thiết kế sản phẩm và bộ khuôn đúc áp lực với các phần mềm hỗ trợ

- Chế tạo khuôn đúc áp lực cho sản phẩm đáp ứng được tiêu chuẩn của doanh nghiệp

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nhận sản phẩm do công ty, lên ý tưởng thiết kế phù hợp với tiêu chuẩn công ty

- Tham khảo tài liệu về khuôn đúc áp lực, kiến thức theo thời gian đã được tích lũy

- Tài liệu tham khảo được thu thập qua sách vở, giáo trình, các nghiên cứu và Internet

- Sử dụng phần mềm PTC Creo Parametric 8.0 để thiết kế sản phẩm, từ đó tiến hành các bước tiếp theo như tách khuôn, thiết kế bộ khuôn cho sản phẩm

- Sử dụng phần mềm Inspire Cast để phân tích dòng chảy quá trình ép phun

- Tìm hiểu các thông số và đặc tính của vật liệu mà doanh nghiệp yêu cầu để tiến hành thiết kế khuôn cho phù hợp

5

Phạm vi nghiên cứu:

- Phạm vi không gian: Đồ án tốt nghiệp xuất phát từ doanh nghiệp, giải quyết vấn

đề về phương pháp gia công, cũng như thay đổi phương pháp gia công, giúp giảm thiểu chi phí sản xuất Chuyển đổi từ phương pháp phay CNC tốn kém và tốn nhiều thời gian, sang phương pháp đúc áp lực Chính vì thế nội dung chính của đồ án sẽ tập trung về thiết kế khuôn đúc áp lực, thiết kế chi tiết đúc, phân tích dòng chảy, kiểm nghiệm bền

- Phạm vi thời gian: Đồ án tốt nghiệp bắt đầu thực hiện từ 15/3/2023 đến 15/7/2023

1.5 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

- Chương 1: Giới thiệu

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Chương 3: Tổng quan về sản phẩm

- Chương 4: Thiết kế sản phẩm

- Chương 5: Tính toán thiết kế khuôn và kiểm nghiệm bền

- Chương 6: Phân tích mô phỏng dòng chảy

- Chương 7: Thiết kế khuôn

- Chương 8: Gia công

- Chương 9: Ép thử

- Chương 10: Kết luận

6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về vật liệu đúc

2.1.1 Nhôm và hợp kim của nhôm

“Nhôm không được sử dụng cho bất kỳ mục đích nào nếu không tạo hợp kim, ngoại trừ rôto của động cơ điện vì độ bền và độ cứng thấp cũng như khả năng gia công kém.” Hợp kim nhôm là hợp kim mà nhôm là kim loại chính và chứa các nguyên tố điển hình như đồng, magiê, mangan, silic, thiếc và kẽm Hợp kim nhôm là một trong những vật liệu thiết yếu nhất với hơn 80% các ngành nghề khác nhau sử dụng sản phẩm đúc từ nó, xếp sau đó là kẽm và magiê Hợp kim nhôm được chia thành 2 loại: hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm rèn So với hợp kim nhôm rèn, hợp kim nhôm đúc có lợi thế vượt trội trong việc sản xuất hàng loạt các chi tiết cơ khí do chu kỳ xử lý ngắn hơn và được phân biệt với hợp kim rèn thông qua tỷ lệ silic (thành phần silic trong hợp kim nhôm đúc cao hơn) Hợp kim nhôm đúc

có một loạt các lợi thế so với các hợp kim đúc khác:

- Khả năng đúc tốt tăng lên đáng kể khi tăng tỷ lệ cùng tinh tương ứng theo thành phần hóa học

- Khoảng thời gian đông đặc ngắn

- Hàm lượng hydro trong vật đúc, là khí hòa tan duy nhất trong nhôm, có thể được giảm thiểu trong điều kiện công nghệ thích hợp

- Tính hóa học ổn định (chống ăn mòn)

- Đặc tính bề mặt tốt

- Phần lớn các phôi được xử lý có tỷ lệ hình thành các vết nứt dưới nhiệt thấp

Hợp kim nhôm đúc có thể giảm chi phí gia nhiệt do nhiệt độ nóng chảy thấp (516~582oC) Hệ thống hợp kim nhôm đúc quan trọng nhất là Al-Si, hợp kim có hàm lượng silic cao (4,0-13%) góp phần tạo ra đặc tính đúc tốt Trong công nghệ đúc khuôn chủ yếu sử dụng hợp kim nhôm hệ Al-Si-Cu-Mg

- Silicon có tác dụng tăng tính lỏng (độ lỏng) và độ bền

- Đồng có tác dụng tăng cường cho hợp kim, cải thiện khả năng cắt gọt nhưng làm giảm độ dẻo và khả năng chống ăn mòn của hợp kim (lượng đồng thêm vào thường không vượt quá 4%)

- Magiê cải thiện khả năng chống ăn mòn, độ dẻo và độ va đập [2]

2.1.2 Phân loại và một số tính chất cơ bản

Theo TCVN hợp kim của nhôm được ký hiệu bằng các ký hiệu hóa học của các nguyên tố và theo sau mỗi ký hiệu là số chỉ hàm lượng theo % Nếu là hợp kim nhôm đúc, ở cuối cùng ghi thêm chữ Đ

7

Bảng 2.1: Một số hợp kim nhôm đúc phổ biến

bị nứt dưới nhiệt hơn A380

Không bền bằng A380

8

tạo ra các sản phẩm đúc vì các đặc tính của nó Cụ thể, ADC12 có khả năng chống nứt vỡ dưới nhiệt tốt, khả năng gia công và đúc tốt do hàm lượng silicon cao và hàm lượng đồng thấp Hợp kim này đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như linh kiện hàng không vũ trụ, linh kiện xe cộ, máy móc, v.v

Bảng 2.2: Thành phần hóa học tiêu chuẩn của hợp kim ADC12 (AlSi10Cu2Fe)

- Nhôm: Nhôm có trọng lượng nhẹ và dễ gia công, nhưng nó không chịu được áp lực và nhiệt độ cao như gang thép Vì vậy, nhôm thường được sử dụng trong các ứng dụng đúc nhựa, như sản xuất các linh kiện điện tử, ống nước, vỏ bọc, và linh kiện máy móc nhẹ

Hình 2.1: Một số sản phẩm đúc kim loại Kyoyo Việt Nam

9

- Đồng và hợp kim đồng: Đồng có tính chất chống mài mòn tốt và dễ gia công, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử, đúc nhựa, và sản xuất linh kiện điện Hợp kim đồng như hợp kim đồng-niken-crom (CuNiCr) được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất, dầu khí, và năng lượng điện

- Thép không gỉ (inox): Thép không gỉ có tính chất chống ăn mòn và oxi hóa tốt, thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và y tế, nơi tính chất không gỉ

là yêu cầu quan trọng

- Hợp kim titan: Hợp kim titan có trọng lượng nhẹ, độ bền cao, và khả năng chống

ăn mòn tốt Nó thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không, hàng hải, y

tế, và thể thao, nơi yêu cầu sự kết hợp giữa tính chất nhẹ và độ bền cao

- Hợp kim nickel: Hợp kim nickel có tính chất chịu nhiệt tốt và khả năng chống ăn mòn cao Nó thường được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất, năng lượng điện, và dầu khí

2.1.4 Cấu trúc hạt của vật liệu

Cấu trúc hạt là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tính chất cơ học của hợp kim kim loại Cấu trúc bên trong của kim loại được tạo thành từ các vùng tinh thể riêng lẻ, đặc trưng với mỗi kim loại được gọi là hạt Những hạt này có thể khác nhau về kích thước và hình dạng, phương và hướng Tuy vậy, chúng vẫn là đặc trưng đối với mỗi

Hình 2.2: Một số sản phẩm tản nhiệt đúc Nhôm

10

loại kim loại khác nhau Hạt và ranh giới giữa các hạt là những gì tạo nên toàn bộ vật liệu Chiều dài và chiều rộng của các hạt có thể thay đổi tùy thuộc vào không gian mà các tinh thể lặp lại tiếp tục Ranh giới giữa các hạt hình thành khi các hạt vô định hướng tiếp xúc với nhau Chúng phân tách các vùng tinh thể có hướng thay đổi (đa tinh thể) với các vùng tinh thể giống hệt nhau Cấu trúc hạt được chia làm hai loại chính là cấu trúc vĩ mô và cấu trúc vi

mô

Cấu trúc vĩ mô là cấu trúc hạt có thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc kính lúp với độ phóng đại lên đến 25 lần Nó thường ít phổ biến, phụ thuộc vào kim loại nền đối với hợp kim, và dễ tìm thấy trong các kim loại màu như nhôm, đồng, kẽm, … Cấu trúc vĩ mô được nghiên cứu trong các mẫu phẳng, được cắt ra từ một vật đúc hoặc mẫu hoặc trên bề mặt đứt gãy của vật đúc Thông qua cấu trúc vĩ mô, kỹ sư có thể thấy được sự phân bố của các khuyết tật đúc (rỗ co, rỗ khí, vết nứt, …), sự phân bố của các tạp chất và tạp chất phi kim loại cũng như cấu trúc hạt ở các mặt cắt khác nhau của vật đúc Từ đó, họ có thể đưa ra những đánh giá hợp lý về chất lượng kim loại lỏng và quy trình đúc

Cấu trúc vi mô, hay còn gọi là cấu trúc tế vi của kim loại, là cấu trúc hạt được nhìn thấy qua kính hiển vi ở độ phóng đại trên 25 lần Kiểm tra cấu trúc tế vi có thể cho thấy kích thước hạt, các pha điển hình cũng như cấu trúc, hình dạng và kích thước phân bổ của chúng

Từ đó có thể thấy được cấu trúc vi mô có ảnh hưởng rất lớn đối với các đặc tính vật lý của kim loại như độ bền, độ dẻo dai, độ dẻo, độ cứng, khả năng chống ăn mòn, nhiệt độ cao / thấp, khả năng chống mài mòn và các đặc tính khác Ví dụ như kích thước hạt có thể được

sử dụng để xác định mức độ cứng và khả năng phục hồi của vật liệu; một số pha nhất định

có thể làm cho vật liệu trở nên giòn và giảm khả năng ăn mòn của vật liệu Cấu trúc vi mô không chỉ là phương tiện để đánh giá các đặc tính của sản phẩm đúc, mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá các khuyết tật xuất hiện trong vật đúc

Cấu trúc, kích thước và hướng của những hạt này là kết quả của sự xuất hiện nhiều thành phần vật liệu được gọi là hợp kim và cách hợp kim được tạo ra Đây có thể là rèn, đúc hoặc sản xuất bồi đắp Các hạt được hình thành từ kim loại nóng chảy khi nó đông đặc, tương tác với các thành phần khác, chẳng hạn như pha, hóa chất và tạp chất Thông thường, cấu trúc hạt được điều chỉnh phù hợp với ứng dụng kỹ thuật

Cấu trúc vật liệu thường được xem trên các mẫu vật đúc được giới hạn trong không gian hai chiều Các đặc điểm chính của cấu trúc hạt là kích thước hạt, hình dạng hạt và tính

dị hướng của chúng Với mỗi kim loại sẽ có cấu trúc hạt khác nhau tạo nên tính chất đặc trưng, có những cấu trúc hạt điển hình bao gồm cấu trúc cản trở (impingement structure), cấu trúc dạng cột (columnar structure), cấu trúc dạng trục (equiaxed structure), cấu trúc hạt biến dạng (deformed grain structure), cấu trúc ức chế sự tái kết tinh (inhibited recrystallization structure) và cấu trúc hạt kép (duplex grain structure)

11

Cấu trúc cản trở: Hình thành khi các hạt phát triển cho đến khi chúng tiếp xúc nhau hoặc chèn nhau, tạo ra các đường ranh giới với hình dáng của vết rách, nứt Loại cấu trúc này ít khi quan sát được, bởi vì khi xử lý (làm nhẵn, đánh bóng) các bề mặt của mẫu thử, nhiệt độ sinh ra làm thay đổi cấu trúc của chúng Cấu trúc cản trở được quan sát sau quá trình tái kết tinh

Cấu trúc dạng cột: Hình thành bởi các quá trình tăng trưởng một chiều, đặc biệt là trong quá trình đông đặc và bởi một quá trình tăng trưởng liên quan đến sự khuếch tán kèm theo chuyển đổi trạng thái rắn Cấu trúc hạt đều có thể do một số quá trình, chẳng hạn như đông đặc và kết tinh lại Cấu trúc hạt chủ đạo được hình thành khi các giao diện, ví dụ, các giao diện do va đập tự điều chỉnh dưới các lực dẫn động mao dẫn Cấu trúc hạt bị biến dạng

là sản phẩm của quá trình gia công nguội Trong cấu trúc như vậy, các hình dạng hạt là dị hướng

Cấu trúc hạt kép bao gồm các vùng rời rạc có kích thước hạt lớn hoặc nhỏ hơn bình thường, hay còn gọi là sự phân bố lưỡng cực của các kích thước hạt Cấu trúc này không liên quan đến các hợp kim song pha (là hợp kim có 2 pha mà tỷ lệ giữa chúng gần như bằng nhau) có cấu trúc đôi đặc trưng do ảnh hưởng của thành phần của hai pha cũng như kích thước hạt Kích thước trung bình hạt của kim loại là một đặc điểm cực kỳ cần thiết Kim loại được nung nóng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của quá trình tái kết tinh Phép đo kích thước hạt dựa trên khái niệm cân bằng hình thái hạt; kích thước biểu kiến của mỗi hạt gần giống nhau đối với mọi trục đo Trên thực tế, cấu trúc kim loại là tập hợp các hạt có kích thước và hình dạng khác nhau Kích thước hạt của kim loại hoặc hợp kim một pha là ước tính của đường kính hạt trung bình, thường được ghi bằng milimet Kích thước của hạt quyết định tính chất của kim loại [3]

Theo Chicago Metal Rolled Products Company (CMRP), “Độ bền của kim loại liên quan trực tiếp đến kích thước hạt của nó; giảm kích thước hạt là một cách phổ biến để cải thiện độ bền của vật liệu” Có thể trình bày lại như sau, kim loại sẽ tăng cường khi kích thước hạt trung bình giảm, trong khi tác động ngược lại xảy ra khi kích thước hạt tăng Nói chung, đối với một hợp kim và độ dày nhất định, độ dẻo tăng lên trong khi độ bền giảm theo kích thước hạt Điều này xảy ra vì sự trượt có thể đi qua một khoảng cách ngắn hơn khi hạt nhỏ hơn Do đó, kim loại có kích thước hạt trung bình thấp nhất có thể được sản xuất với giá rẻ thành thành phần cụ thể được ưu tiên

2.1.5 Phương pháp phân tích hạt

Việc kiểm tra cấu trúc hạt của nhôm và hợp kim của nó đòi hỏi một chuỗi các bước được tiến hành tốt dựa trên kiến thức chuyên ngành và kinh nghiệm thực tế Nói chung, để khảo sát hạt của kim loại đen và kim loại màu, phương pháp ăn mòn hoặc bão hòa axit là một trong những cách tiếp cận tối ưu nhất Tẩm thực là một quá trình trong đó các chất ăn

12

mòn thích hợp được áp dụng trực tiếp lên bề mặt của mẫu thử trong một thời gian ứng dụng

cụ thể để xuất hiện khả năng phản xạ của các pha khác nhau Tuy nhiên, thời gian được coi

là mặt hạn chế không thể phủ nhận của phương pháp này Nếu thời gian ăn mòn quá ngắn hoặc vượt quá độ dài hợp lý cho từng kim loại khác nhau, các mẫu vật sẽ không đáp ứng được yêu cầu và mục tiêu mà việc nghiên cứu hướng tới Khi nhìn thấy các mẫu vật sau khi bão hòa, có thể xác định thời gian tẩm thực dưới yêu cầu bằng các ranh giới nhỏ và không mạch lạc của cấu trúc kim loại vi mô Ngược lại, nếu có ranh giới lớn và tối cũng như độ bão hòa thấp, điều đó có nghĩa là thời gian khắc nằm ngoài phạm vi hợp lý Trong cả hai trường hợp, quá trình khắc phải được thực hiện lại, từ đánh bóng đến bão hoà Trên thực tế, đây là một quá trình rất phức tạp, tiêu tốn nhiều thời gian và phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm thực tế của các nhà nghiên cứu Trong khi đó, các đặc điểm như vết nứt hoặc độ xốp

có thể không nhìn thấy dưới kính hiển vi quang học trên một mẫu được đánh bóng đơn giản, cấu trúc vi mô như ranh giới, đuôi gai, kích thước và hướng hạt, và sự phân bố pha thường chỉ được nhìn thấy trên các mẫu đã được tẩm thực

Đề cập tới tẩm thực, tẩm thực kim loại là một kỹ thuật hóa học được sử dụng để làm nổi bật cơ tính của kim loại ở mức độ nhỏ, điển hình là hạt và cấu trúc tế vi Cách làm đó được gọi là tẩm thực, tạo ra sự tương phản giữa các thành phần của hợp kim kim loại Nó dẫn đến sự ăn mòn của các phần tử đó, được biểu thị là các vùng tối hơn do sự khác biệt về thành phần, cấu trúc hoặc pha của các thành phần kim loại

Các dung dịch khác nhau hữu ích để tẩm thực các kim loại khác nhau Với độ phóng đại quang học khác nhau, các vết ăn mòn có thể tiết lộ hình dạng và kích thước của ranh giới hạt, pha kim loại, vết nứt và các vấn đề khác trong mối hàn, v.v

Theo trang Metallographic.com, tẩm thực là một quá trình để lộ cấu trúc của vật liệu, các kỹ thuật ăn mòn phổ biến bao gồm: hóa học, điện phân, nhiệt, plasma, muối nóng chảy

và từ tính, trong đó ăn mòn hóa học và điện hóa là hai kỹ thuật phổ biến nhất Trong khi ăn mòn hóa học thường là sự kết hợp của axit hoặc bazơ với chất oxy hóa hoặc chất khử trong chất hòa tan như rượu, thì ăn mòn điện hóa là sự kết hợp của quá trình ăn mòn hóa học với điện áp

2.2 Công nghệ đúc áp lực cao

Quy trình đúc khuôn áp suất cao (HPDC) đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất nhiều loại sản phẩm có độ chính xác và năng suất cao về kích thước Nó có tốc độ sản xuất nhanh hơn nhiều so với các phương pháp khác và đây là phương pháp kinh tế và hiệu quả để sản xuất các bộ phận có độ nhám bề mặt thấp và độ chính xác kích thước cao Tất cả các bộ phận ô tô bằng nhôm chính đều có thể được xử lý bằng công nghệ này Trong quy trình này, kim loại được bơm vào khuôn ở tốc độ cao (30–100 m/s và thường là 40–60 m/s đối với hợp kim nhôm) và dưới áp suất cao thông qua các hệ thống cổng và đường dẫn phức tạp Mặc dù

13

các tính chất cơ học của sản phẩm đúc chủ yếu liên quan đến nhiệt độ khuôn, vận tốc kim loại tại cổng và áp suất đúc được áp dụng Đúc khuôn là một quy trình sản xuất có thể tạo ra các bộ phận kim loại phức tạp về mặt hình học thông qua việc sử dụng các khuôn có thể tái

sử dụng, được gọi là khuôn dập Quá trình đúc khuôn liên quan đến việc sử dụng lò nung, kim loại, máy đúc khuôn và khuôn Kim loại, điển hình là hợp kim màu như nhôm hoặc kẽm, được nấu chảy trong lò và sau đó được bơm vào khuôn trong máy đúc khuôn

Công nghệ đúc áp lực cao (HPDC) là quá trình mà kim loại nóng chảy được nén dưới

áp lực và tốc độ cao rồi được đẩy vào bộ khuôn và được giữ cho đến khi kim loại lỏng hoàn toàn đông đặc Quá trình đẩy kim loại loại lỏng vào lòng khuôn chỉ diễn ra từ vài đến vài chục mili giây tùy theo kích thước vật đúc Công nghệ này rất thích hợp cho các chi tiết phức tạp về hình dáng và độ dày thành cũng như các chi tiết có yêu cầu độ chính xác cao như vỏ và các bộ phận của hộp giảm tốc Đúc áp lực cao thường dùng kim loại màu có nhiệt

độ nóng chảy thấp và độ loãng cao như hợp kim nhôm, kẽm, đồng, magie, …

Có hai loại cơ cấu bắn kim loại lỏng: buồng nguội và buồng nóng Việc lựa chọn loại

cơ cấu nào là phụ thuộc vào kim loại đang sử dụng cũng như khả năng đầu tư của công ty Đối với cơ cấu đúc áp lực cao buồng nóng, piston đẩy vật liệu nóng chảy được đặt nằm thẳng đứng và hướng xuống lò giữ nhiệt Đây cũng là nơi chứa kim loại nóng chảy, được liên kết với đầu phun thông qua “gooseneck” (cổ cò) Các bộ phận như đầu piston đẩy vật liệu và một phần của cái cổ cò được đặt trong lò giữ nhiệt Nói cách khác, chúng tiếp xúc liên tục với kim loại nóng chảy nên cần bảo trì bảo dưỡng thường xuyên Cơ cấu đúc áp lực cao buồng nóng thường dùng cho các hợp kim như kẽm, thiếc và chì

Hình 2.3: Cơ cấu đúc áp lực cao buồng nóng [4]

Hình 2.4: Cơ cấu đúc áp lực cao buồng nguội [4]

Quá trình đúc đối với đúc áp lực thấp gồm 3 giai đoạn chính: giai đoạn cấp liệu, giai đoạn ép, giai đoạn mở khuôn

Giai đoạn 1: nung chảy kim loại trong lò nung Sau đó, nó được di chuyển và đổ vào

lò giữ nhiệt trong máy đúc áp lực thấp Có 2 cách để đổ nhôm vào lò giữ nhiệt: thông dụng nhất là thay thế lò giữ nhiệt trong máy đúc áp lực thấp bằng lò đã được đổ kim loại lỏng từ

lò nung Phương pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư rất lớn nhưng có thể tối ưu hóa quá trình đúc hơn phương pháp còn lại Cách thứ 2 là đổ nhôm trực tiếp vào lỗ rót nghiêng phía trên

lò gia nhiệt

Giai đoạn 2: giai đoạn ép và đông đặc Sau khi đổ kim loại lỏng vào lò gia nhiệt, khí nén áp lực thấp như Nitơ hoặc không khí khô (độ ẩm thấp) được đưa vào lò gia nhiệt liên tục và ổn định cho đến khi kim loại lỏng hoàn toàn đông đặc trong lòng khuôn Nó dùng để nén kim loại bên trong lò gia nhiệt và ép kim loại vào buồng ép để điền đầy lòng khuôn Sau khi kim loại đông đặc hoàn toàn, khí nén được xả ra, phần kim loại lỏng nằm trong buồng

ép sẽ quay trở lại lò gia nhiệt Thông qua quá trình nêu trên, khí nén đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ đúc áp lực thấp Vì vậy, việc tính toán và xác định lượng khí nén cần

sử dụng để điền đầy lòng khuôn phải được thực hiện một cách cẩn thận

Giai đoạn 3: Khuôn tách ra Vật đúc nằm hoàn toàn trên khuôn di động và được đẩy

ra bởi hệ thống ti đẩy Để sản phẩm không bị rớt xuống lòng khuôn cố định làm cấn, móp sản phẩm cũng như gây tổn hại đến bề mặt lòng khuôn, người ta dùng giá đỡ hoặc cánh tay robot đưa vào khoảng làm việc của khuôn trước khi sản phẩm đúc được đẩy ra khỏi khuôn

di động

LPDC có nhiều ưu điểm khiến nó trở thành phương pháp được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp hiện nay Độ chính xác là một trong những tiêu chí được các nhà sản

16

xuất ưu tiên hàng đầu trong quá trình lựa chọn công nghệ sản xuất phù hợp và hiệu quả Và, LPDC có thể cung cấp những sản phẩm đúc có độ nhẵn bề mặt và độ chính xác cao Do đó, đây được coi là phương pháp tốt nhất trong việc chế tạo các bộ phận cơ khí có tính đối xứng trục như khung bánh xe Các sản phẩm đúc từ phương pháp LPDC thường có độ tinh khiết cao Giai đoạn cấp liệu của LPDC là một giai đoạn gần như khép kín và hầu như không có hiện tượng hình thành xỉ từ tạp chất có trong kim loại đúc hay tác động từ môi trường bên ngoài Và tất nhiên, việc giảm thiểu tối đa lượng xỉ hình thành sẽ giúp làm tăng cơ tính của sản phẩm

Bên cạnh đó, phương pháp đúc áp lực thấp cũng có một số nhược điểm Nhược điểm đầu tiên đó là chu kì đúc chậm Vật đúc được điền đầy dưới áp lực thấp đồng nghĩa với việc

sử dụng vận tốc bắn chậm trong quá trình điền đầy lòng khuôn Kết quả là thời gian một chu

kì bị kéo dài và dẫn đến tỷ lệ sản xuất thấp, cũng như tăng chi phí sản xuất sản phẩm Tuy nhiên, khuôn đúc cho phương pháp này không có đậu hơi (riser) vậy nên 90% dòng kim loại nóng chảy trong buồng ép sẽ chảy ngược về trong lò nung sau khi áp suất giảm Do bị ngâm hoặc tiếp xúc lâu dài với kim loại quá nhiệt, một số bộ phận rất dễ bị ăn mòn và bong tróc

Do đó, doanh nghiệp và đơn vị sản xuất cần có kế hoạch bảo trì bảo dưỡng cụ thể và thời gian thay thế phù hợp để tránh làm giảm hiệu suất của máy Tương tự như máy đúc áp lực cao, máy đúc áp lực thấp ngày nay đã có vô số cải tiến và nhiều thiết bị phụ trợ Lò nung của máy đúc áp lực thấp truyền thống cần được đưa ra khỏi vùng làm việc của máy và đổ kim loại lỏng vào cổng cấp liệu ở trên lò nung Tuy nhiên, các máy hiện đại có thể khắc phục được nhược điểm đó với cổng cấp liệu nghiêng Với thiết kế nghiêng, lò nung có thể được làm đầy nhanh hơn và thuận tiện hơn rất nhiều khi mà ta không cần phải di chuyển lò nung ra ngoài [5]

2.4 Thiết bị đúc áp lực cao

2.4.1 Khuôn đúc áp lực cao

Khuôn đúc thường được làm bằng các loại thép chất lượng cao có khả năng chịu nhiệt Một bộ khuôn đúc bao gồm ít nhất hai nửa khuôn tạo thành một khoang chứa được điền đầy bởi kim loại lỏng trong quá trình đúc Một số khuôn đúc khác còn có các bộ phận như thanh trượt và lõi được dùng để sản xuất các sản phẩm phức tạp chẳng hạn như chi tiết

có lỗ, ren, hoặc undercuts Bên cạnh đó, các bộ khuôn đúc áp lực thường được trang bị thêm các chốt khóa an toàn (latches) do trong quá trình đúc, khuôn phải chịu áp lực rất lớn có thể làm hở khuôn, dẫn đến việc bắn kim loại, gây nguy hiểm cho người vận hành Ngoài ra, một

số bộ phận của khuôn được làm nguội hoặc gia nhiệt để vật đúc đông đặc như mong muốn Việc sản xuất khuôn rất tốn kém và tốn thời gian, nhưng một bộ khuôn có thể tạo từ chục nghìn đến hàng trăm nghìn sản phẩm tùy theo kích thước và độ phức tạp của chúng

17

Cấu trúc cơ bản của khuôn đúc kim loại cho máy đúc áp lực buồng nguội được mô tả trong hình bên dưới Quá trình đúc cụ thể đó là, kim loại nóng chảy được rót vào buồng ép (injection sleeve), được piston đẩy qua cốc rót (biscuit) và kênh dẫn (runner) rồi qua miệng phun (gate) Hai lòng khuôn (core insert và cavity insert) tạo ra một khoảng trống được gọi

là hốc khuôn hay khoang chứa (die cavity), nơi kim loại nóng chảy được định hình và đông đặc nhanh thông qua hệ thống làm mát (cooling channel) Sau khi kim loại đã đông đặc, khuôn sẽ được mở ra và hệ thống đẩy (ejector pins) sẽ đẩy sản phẩm ra khỏi tấm khuôn di động (movable plate) bằng tấm đẩy (ejector plate) và lùi về bằng tấm hồi (Retaining plate) Sau đó khuôn đóng lại và lặp lại quá trình

Hình 2.5: Cơ cấu khuôn đúc áp lực cao [4]

18

2.4.2 Máy đúc áp lực cao

Trong các máy đúc áp lực cao, loại máy nào cũng bao gồm hai bộ phận thủy lực, một bộ phận đóng mở, một bộ phận ép kim loại lỏng Bộ phận đóng mở khuôn gọi là cơ cấu khóa khuôn, bộ phận ép hay còn gọi là cơ cấu ép Hầu hết các máy đều có cơ cấu khóa khuôn kiểu nằm ngang Cơ cấu ép có thể là ép thẳng đứng hoặc ép nằm ngang, phủ thuộc cách bố trí phòng ép Dẫn động cho các cơ cấu này là bơm thủy lực kiểu pittông hoặc bơm kiểu cánh Bơm thủy lực có thể lắp trực tiếp trên máy hoặc bố trí độc lập

Chất lỏng công tác trong máy đúc áp lực thường là dầu khoáng vật hoặc huyền phù dầu – nước hoặc dầu khác Dầu khoáng vật có tính bôi trơn và chống ăn mòn tốt, tính chất làm việc khá ổn định, giá thành thấp cho nên được sự dụng khá phổ biến Nhược điểm của dầu khoáng vật là dễ cháy, làm ô nhiễm môi trường và đắt hơn nhũ tương dầu – nước

Hình 2.6: Mô hình khuôn đúc áp lực nằm ngang [10]

19

Để tiết kiệm chất lỏng công tác làm việc trong điều kiện áp suất cao, trên máy người

ta thường lắp thêm bình chứa chuyên dụng Bình chứa chịu áp lực cao, có lớp đệm khí cho nên chỉ cần sự dụng bơm hoặc động cơ điện có công suất nhỏ cũng đã đam bảo được áp lực làm việc Trong sản xuất hiện nay, máy đúc áp lực cao được sản xuất theo hai kiểu chính: máy ép buồng ép nóng và máy ép buồng ép nguội Trong số các loại máy buồng ép nóng thì kiểu buồng ép nóng dạng thẳng đứng được sử dụng rộng rãi hơn cả

Máy đúc buồng ép nguội lại được chia ra thành kiểu nằm ngang, kiểu ép thẳng đứng từ dưới lên, kiểu ép thẳng đứng từ trên xuống Đúc áp lực trong buồng ép nguội kiểu thẳng đứng, ép từ trên xuống, có thể coi là phương pháp ép trực tiếp Nguyên lý làm việc mô tả như sau: Khi pittông 1 đi lên, kim loại lỏng được nạp vào buồng ép nhưng sẽ đông đặc ngay tại chỗ thắt dòng 2 mà không thể đi vào hốc khuôn được Khi Pittông 1 đi xuống, dưới tác dụng của áp lực cao, phần kim loại đã đông đặc tại chỗ thắt dòng 2 sẽ bị đẩy xuống dưới và kim loại lỏng- điền đầy hốc khuôn trong khuôn đúc Phương pháp ép này phù hợp với đúc kẽm, magiê và nhôm

Hình 2.7: Máy đúc áp lực buồng ép nằm ngang [10]

20

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM 3.1 Công ty

Công ty TNHH Real-time Robotics (RtR) Việt Nam là công ty đầu tiên ở Việt nam sản xuất hàng máy bay không người lái (drone) Hera sang Mỹ Đây 100% là sản phẩm của người Việt 100%: do đội ngũ kỹ sư thiết kế, chế tạo từ phần vỏ, thân, đến các linh kiện điện

tử, mạch be Sản phẩm có giá giao động khoảng 25.000 - 30.000 USD/chiếc (chưa kèm các tính năng phụ) Công ty đã nhận được giấy phép đầu tư vào Khu công nghệ cao Tp Hồ Chí Minh để mở nhà máy sản xuất Drone vào năm 2017

Drone Hera ra đời đã làm dậy sóng giới công nghệ bởi những tính năng nổi trội so với các loại drone khác dùng trong việc trinh sát, tìm kiếm, cứu hộ, cứu nạn Sản phẩm nhỏ gọn, bỏ vừa ba-lô để 1 người mang nhưng có thể nâng được 15 kg, công suất quét tìm gấp đôi, có thể thả đồ tiếp tế, phao cứu sinh ngay khi tìm thấy nạn nhân đồng thời bảo đảm sự minh bạch và an ninh dữ liệu

3.2 Công dụng sản phẩm

Drone Hera là sản phẩm công nghệ cao với nhiều tính năng nổi trội:

- Nhỏ gọn

- Nâng được đến 15kg

- Thả đồ tiếp tế và phao cứu sinh

- Minh bạch và an ninh dữ liệu

- X2 công suất tìm quét

Hình 3.1: Đội ngũ thiết kế của của công ty

21

Là thiết bị dùng để gá, cố định camera hành trình Được sản xuất bằng phương pháp gia công CNC rất tốn kém Chính vì thế công ty và thầy Võ Xuân Tiến đã hợp tác tìm ra phương pháp gia công tiết kiệm hơn, bằng công nghệ đúc áp lực cao, nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật, tiểu chuẩn

Hình 3.2: Drone hoàn chỉnh

Hình 3.3: Chi tiết DPCT gắn trên drone

22

Hình 3.4: TS Lương Việt Quốc – CEO công ty Real-time Robotics

Hình 3.5: Drone HERA cẩu đạn cối tại triễn làm quốc phòng Việt Nam 2022

23

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SẢN PHẨM 4.1 Phần mềm PTC Creo parametric 8.0

PTC Creo Paranetric 8.0 là phần mềm của hãng Parametric Technology Corp (PTC) Được nâng cấp lên từ phiên bản 7.0 và được ra mắt tại Việt Nam vào khoảng đầu năm 2018 PTC Creo Parametric (tên gọi trước đây là Pro/Engineer - Pro E hoặc Pro/WF) được ứng dụng công nghệ mới nhất hiện nay, cho phép mở, đọc và chỉnh sửa trực tiếp các nguồn dữ liệu 3D khác nhau (ví dụ như Catia, Solidworks, NX,…), không yêu cầu phía dữ liệu nguồn phải chuyển đổi qua file trung gian (IGES/STEP)

Phần mềm PTC Creo Parametric 8.0 hỗ trợ toàn bộ các giải pháp từ thiết kế ý tưởng, thiết kế chi tiết hoặc sản phẩm cơ khí, thiết kế khuôn mẫu và gia công CNC 3-5 trục hiện nay, giúp cải tiến thiết kế ý tưởng và phát huy hiệu năng sử dụng cho người dùng

4.2 Cơ sở thiết kế

Yêu cầu kỹ thuật

- Sản phẩm sau khi chế tạo phải có thể tích, kích thước, dung sai đáp ứng được tiêu chuẩn của công ty

- Sản phẩm có bề dày mỏng, và chịu áp lực trong quá trình đúc

- Sản phẩm không cần độ bóng cao, nên cân nhắc để giảm chi phí vật liệu và gia công

4.2.1 Góc thoát khuôn

Để dễ dàng tháo sản phẩm khỏi lòng khuôn, mặt trong cũng như mặt ngoài sản phẩm phải có độ côn nhất định theo hướng mở khuôn Yêu cầu này cũng cần áp dụng đối với các chi tiết như gân gia cường, vấu lồi, rãnh,…

Cần chú ý rằng góc côn càng nhỏ, yêu cầu lực đẩy càng lớn; do đó, có thể làm hỏng sản phẩm nếu sản phẩm chưa đông cứng hoàn toàn

Khi không thiết kế góc thoát khuôn hay thiết kế không đúng thì ma sát giữa bề mặt sản phẩm và mặt khuôn sẽ rất lớn Khi đó, sản phẩm sẽ bị kẹt lại trong khuôn hoặc nếu đẩy

ra ngoài đi chăng nữa thì bề mặt sản phẩm cũng sẽ bị lỗi bởi lực chốt đẩy quá lớn làm thụn

bề mặt

Chính vì kích thước sản phẩm khá nhỏ nên góc thoát khuôn: 𝛽 = 1,5 o