Việc sử dụng cả hai phần mềm này trong quá trình thiết kế và lập trình gia công khuôn đúc áp lực cho các chi tiết trong cơ khí sẽ giúp tăng cường hiệu suất và chất lượng sản phẩm, đồng t
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÚC
Tổng quan về chi tiết thanh truyền
Thanh truyền của động cơ D12 là một bộ phận quan trọng kết nối piston với trục khuỷu, chịu trách nhiệm truyền lực từ piston xuống trục khuỷu để biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay Được chế tạo từ nhôm hợp kim có độ bền cao, thanh truyền gồm ba phần chính: đầu nhỏ kết nối với chốt piston, thân thanh truyền, và đầu lớn kết nối với trục khuỷu qua bạc lót Sự chính xác trong gia công và lắp ráp thanh truyền đảm bảo hiệu suất và độ bền của động cơ
Nhiệm vụ của thanh truyền:
Truyền động: Nhiệm vụ chính của thanh truyền là chuyển đổi năng lượng từ nguồn đến thiết bị cần chuyển động Nó giúp truyền động từ động cơ hoặc nguồn năng lượng khác sang cơ cấu hoặc thiết bị khác một cách hiệu quả
Chịu tải và truyền lực: Thanh truyền được thiết kế để chịu tải trọng và truyền lực một cách đáng tin cậy Nó có khả năng chịu được các tải trọng động hoặc tĩnh mà không gây ra sự biến dạng quá mức Điều chỉnh và kiểm soát chuyển động: Thanh truyền cũng có thể được sử dụng để điều chỉnh và kiểm soát chuyển động của các thiết bị, đảm bảo chúng hoạt động theo cách mong muốn
Cấu tạo của thanh truyền:
Cấu tạo của thanh truyền gồm 3 phần như hình vẽ 1.1 Đầu nhỏ: Nối với piston qua chốt piston Đầu nhỏ có thể có vòng bi hoặc bạc lót để giảm ma sát và tăng tuổi thọ
Thân thanh truyền: Phần chính của thanh truyền, thường có tiết diện lớn hơn để chịu được lực kéo và nén cao từ quá trình cháy nổ mạnh mẽ trong xi-lanh diesel Đầu lớn: Nối với trục khuỷu qua cổ trục Đầu lớn cũng thường có vòng bi để giảm ma sát giữa thanh truyền và trục khuỷu Đầu lớn của thanh truyền D12 thường được làm từ các vật liệu có độ bền cao để chịu tải trọng lớn
Hình 1.1: Cấu tạo thanh truyền Vật liệu chế tạo chế tạo thanh truyền:
Thép cacbon: Với các loại động cơ lớn, hoạt động liên tục người ta sẽ sử dụng thép cacbon để tăng độ bền và chịu được tải trọng lớn Một số loại thép cacbon được sử dụng gồm thép C30, C35, C40,C45
Thép hợp kim: Giống với thép cacbon, đây là loại vật liệu chế tạo thanh truyền được sử dụng phổ biến Loại thép hợp kim thường được sử dụng để chế tạo bao gồm: 18CrNiMoA, 18Cr2Ni4WA, 40CrMoA
Nhôm hợp kim: Nhôm hợp kim cũng là một lựa chọn phổ biến trong một số trường hợp, đặc biệt là khi cần giảm trọng lượng của hệ truyền động Nhôm hợp kim có trọng lượng nhẹ nhưng vẫn có khả năng chịu lực tốt và kháng ăn mòn trong một số môi trường
Gang xám: khi động cơ có kích thước nhỏ, tải trọng thấp người ta sẽ sử dụng gang xám để làm vật liệu chế tạo thanh truyền bao gồm GX12-28, GX24-44
Kích thước các lỗ cơ bản được gia công đạt độ chính xác cấp 7 đến 9, độ nhám bề mặt Ra = 0,63 – 0,32 Độ không song song của các tâm lỗ cơ bản khoảng 0,03 – 0,05 mm trên
100 mm bán kính Độ không song song của các mặt đầu các lỗ cơ bản khác trong khoảng 0,05 – 0,25 mm trên 100 mm bán kính mặt đầu
Các bề mặt với điều kiện làm việc của thanh truyền được nhiệt luyện đạt độ cứng 70 - 100 HRC.
Tổng quan về công nghệ khuôn mẫu
Khuôn là một cụm chi tiết được làm bằng kim loại nhằm sản xuất các sản phẩm nhanh hơn, rẻ hơn và ổn định hơn Có rất nhiều kiểu khuôn để đúc các sản phẩm khác nhau Hình 1.2 giới thiệu về một mẫu khuôn thường dùng hiện nay
Hình 1.2: Một số kiểu khuôn cơ bản 1.2.1 Các kiểu khuôn thông dụng và phương pháp tạo hình
Phương pháp đúc trong khuôn cát: Đúc khuôn cát có thể nói là một phương pháp đúc truyền thống với vật liệu chủ yếu là cát, chất phụ gia đi kèm có thể tạo nên tên gọi riêng cho từng phương pháp riêng biệt Đúc trong khuôn cát có những đặc điểm sau đây: Khuôn cát là loại khuôn đúc một lần, phải phá bỏ khuôn để lấy vật đúc
Vật đúc có độ chính xác thấp, độ bóng bề mặt kém, lượng dư gia công lớn
Có thể tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn
Phương pháp đúc trong khuôn kim loại:
Hình 1.3: Quá trình đúc trong khuôn kim loại
(a) - Lắp ráp khuôn; (b) - Rót kim loại lỏng; (c) - Mở khuôn sau khi được làm nguội
Khuôn kim loại còn được gọi là khuôn vĩnh cửu vì nó được dung nhiều lần Ví dụ như khuôn bằng gang khi đúc bằng hợp kim mầu có thể dung tới
10000 lần rót, khi đúc các chi tiết nhỏ bằng gang tuổi thọ của khuôn cũng tới
Khuôn đúc bằng kim loại có rất nhiều ưu điểm so với khuôn cát như:
- Chu kỳ sản xuất ngắn nếu cơ khí hoá chỉ chừng 1 phút
- Vật đúc chính xác, bề mặt nhẵn đẹp, lượng dư gia công ít hơn so với khuôn cát từ 2 – 3 lần
- Cơ tính vật đúc cao và năng suất cao hơn so với khuôn cát
Bên cạnh những ưu điểm kể trên khuôn đúc bằng kim loại còn tồn tại nhược điểm như:
- Giá thành cao, chế tạo lâu, khó chế tạo được những chi tiết có thành mỏng
Hình 1.4: Phương pháp đúc áp lực (a)-Lắp ráp khuôn;(b) - Phun kim loại lỏng nhờ áp lực;(c) - Mở khuôn và làm nguội
Những sản phẩm của khuôn đúc áp lực thường bằng nhôm như các bộ phận của động cơ, các chi tiết chính xác
Phương pháp đúc thổi Đúc bằng cách đặt vật liệu dạng ống vào trong khuôn và thổi không khí vào
Hình 1.5: Phương pháp đúc thổi (a)- Đặt vật liệu dạng ống vào khuôn; (b)-Thổi không khí; (c)-Hoàn thành
Quy trình: Ngắt một đoạn vật liệu nhựa đặt nó vào khuôn hình ống có hai nửa riêng biệt Thổi không khí nén vào trong vật liệu đúc, làm cho nó giãn nở cho đến khi có cùng hình dạng với khuôn để đúc được chi tiết Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để đúc các chai, bình chứa
Phương pháp đúc chân không
- Một tấm vật liệu được nung nóng và áp sát với lòng khuôn nhờ hút chân không để tạo hình chi tiết Có thể dùng cả khuôn lõm và khuôn lồi
Hình 1.6: Phương pháp đúc chân không
(a)-Đặt vật liệu tấm; (b)-Hút chân không; (c)-Để cho không khí vào lại và bỏ chi tiết ra
- Làm mềm một tấm vật liệu đúc là chất dẻo nhiệt dẻo bằng nhiệt độ
- Hút không khí ra khỏi khuôn qua lỗ thông hơi để tạo độ chân không làm cho vật liệu đúc đồng dạng với khuôn và mang hình dạng của nó
- Cho không khí vào trở lại và bỏ chi tiết ra Đặc điểm:
- Vì áp suất đúc có thể nhỏ hơn áp suất khí quyển, vữa, gỗ, chất dẻo nhiệt rắn có thể được sử dụng làm khuôn
- Khuôn cỡ lớn có thể được đúc với giá thành tương đối thấp
- Phương pháp này nói chung không dùng cho các chi tiết có hình dáng phức tạp Đúc ép chuyển
- Làm mềm vật liệu bằng nhiệt độ trong lòng khuôn và sau đó ấn nó vào trong lòng khuôn
Hình 1.7: Phương pháp đúc ép chuyển (a)-Làm dẻo vật liệu trong khoang nung; (b)-Đẩy vào khuôn; (c)-Mở khuôn
- Làm mềm vật liệu đúc trong khoang nung, ấn nhựa đã làm mềm vào khuôn bằng áp lực, đông cứng nhựa nóng chảy, mở khuôn và lấy chi tiết ra Ưu điểm:
- Quy trình đúc tương tự như đúc phun ép, tuy nhiên đúc ép chuyển cần nhiệt độ của vật liệu đúc trong khoang nung để làm nóng chảy nó thành nhựa nóng chảy Sử dụng rộng rãi cho việc đúc chất dẻo nhiệt rắn
- Đúc ép chuyển đã phát triển để đúc các chi tiết mà khó đúc bằng đúc áp lực Nhưng hiện tại được sử dụng cho một số loại chi tiết nhất định
- Tốt nhất là sử dụng để tạo ra một hình dáng phức tạp hoặc là sản phẩm đúc dầy
- Giá thành sản xuất của khuôn cao Ép nhựa
- Khuôn ép chất dẻo được sử dụng để đúc những chi tiết bằng cách nung nóng chảy vật liệu chẳng hạn như chất dẻo và ép vào trong khuôn Khuôn ép chất dẻo được sử dụng cho nhiều phương pháp khác nhau như ép phun, đùn…
Hình 1.8: Phương pháp ép nhựa (a)-Đặt vật liệu; (b)-Ép, đóng khuôn và nén; (c)-Mở khuôn Ưu điểm:
- Khi mà vật liệu đúc được đặt vào trong khuôn, nó sẽ không di chuyển và biến của các chi tiết có thể được giảm đi
- Khi mà áp lực để kẹp khuôn được ép trực tiếp vào vật liệu đúc, có thể đạt được các chi tiết chính xác
- Không cần có cổng phun, không hạn chế về loại vật liệu đúc ( hạt nhỏ, bột …)
- Bởi vậy nó được sử dụng để đúc chất dẻo nhiệt rắn
- Do kết cấu đơn giản, giá thành thiết bị có thể giảm
- Nếu nung nóng khi khuôn không đóng hoàn toàn hoặc áp suất lớn quá vật liệu đúc có thể rò qua khuôn
- Nếu vật liệu đúc đặt vào quá nhiều nó có thể tràn ra ngoài
Hình 1.9: Một số sản phẩm điển hình của phương pháp đúc
- Rèn rập là phương pháp tác dụng lực vào phôi để phôi có được hình dáng theo những biên dạng khác nhau, quá trình này được làm trên khuôn dập
Quá trình rèn dập được thể hiện qua những bước sau đây:
Hình 1.10: Phương pháp rèn dập (a) - Cấp liệu; (b)-Dập sơ bộ; (c)-Dập lần cuối; (d)-Hoàn thành
Một số sản phẩm điển hình của phương pháp rèn dập là những sản phẩm cần độ bền cao như là trục khuỷu
Hình 1.11: Một số sản phẩm cơ bản của phương pháp rèn dập
- Phương pháp rèn vật liệu đã được nung nóng trước được gọi là rèn nóng
- Phương pháp dập vật liệu mà không cần nung nó lên được gọi là dập nguội
Hình 1.12: Phương pháp ép (a)-Cấp liệu; (b)-Ép khuôn; (c)-Hoàn thành
- Là phương pháp ép một tấm áp vào lòng khuôn, thường dùng với chi tiết dạng tấm
- Các nguyên công trên khuôn ép bao gồm uốn tạo hình, cắt xén (loại bỏ những phần không cần thiết), lên vành gờ và tạo hình nốt những phần còn lại Một số bộ phận được dập thông qua một vài công đoạn Phương pháp ép liên tục được sử dụng để thực hiện các công đoạn liên tiếp này
Hình 1.13: Phương pháp đùn ép (a)-Cấp vật liệu vào phễu; (b)-Khuấy trộn, đẩy ra bằng trục vít; (c)-Hoàn thành
- Máy đùn liên tục được hình thành bằng cách đùn vật liệu (cung cấp qua phễu) với một trục vít Vật liệu sẽ có hình dáng giống tiết diện cửa ra của thiết bị Đặc điểm:
- Đùn, thực hiện liên tục và có hiệu quả
- Phạm vi áp dụng của phương pháp này chỉ những chi tiết có dạnh hình trụ hoặc mặt cắt là trụ rỗng.
Vai trò của công nghệ đúc áp lực trong sản xuất cơ khí
Ngành Đúc đang phát triển mạnh để đáp ứng nhu cầu công nghiệp hóa
Xu hướng chuyển vị trí nhà sản xuất ra nước ngoài và yêu cầu môi trường khắt khe là thách thức lớn cho Ngành Thêm vào đó, sự gia tăng nhu cầu sử dụng chi tiết bền, nhẹ và việc dùng vật liệu nhẹ hơn là xu hướng chủ đạo trong ngành cơ khí ngày nay
Ngành Đúc không chỉ phục vụ cho ngành Công Nghiệp Ô-tô mà còn cho các ngành Nông nghiệp, Máy móc – công cụ và các dịch vụ công cộng khác Nó thực sự là xương sống của nhiều ngành công nghiệp Tuy nhiên, Công Nghiệp Ô-tô vẫn là khách hàng chính Nhu cầu vật đúc cho ngành Công Nghiệp ô-tô thế giới lớn nhất ở Nhật Bản vào khoảng 50% và chiếm khoảng 40% trong các ngành công nghiệp chính ở các nước
Thương mại toàn cầu được cho là ảnh hưởng đến ngành đúc vì vật đúc có thể xuất qua các nước Tuy nhiên, tỷ lệ khối lượng xuất khẩu/nhập khẩu so với lượng sản xuất trong nước chỉ khoảng 5% So sánh với sản phẩm khác như xe hơi, thiết bị điện và máy móc, thì tỷ lệ trên của vật đúc thấp Ở các nước công nghiệp, lượng vật đúc “chảy” qua đường biên giới thấp Lý do là chưa bao gồm vật đúc đã được gia công hay lắp ráp Mặc dù số liệu thống kê này là phần quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của thương mại toàn cầu đến ngành đúc nhưng cho đến nay thống kê này vẫn chưa có Trong mọi trường hợp, sự cộng tác gần gũi giữa người sử dụng và nhà sản xuất là điều rất quan trọng, cơ sở sản xuất đúc thường nằm gần nhà máy của khách hàng Thêm vào đó, khối lượng và thể tích vật đúc lớn làm tăng chi phí vận chuyển Do đó sự gia tăng đáng kể trong thương mại toàn cầu của ngành đúc sẽ không diễn ra trong vài năm tới
Doanh số bán hàng gần đây tại Mỹ thể hiện xu hướng ngành Đúc trên toàn thế giới Doanh số năm 2020 theo từng hợp kim:
- Khác - 13% Ứng dụng lớn nhất là xe hơi và xe tải hạng nhẹ vào khoảng 31% Các lĩnh vực khác bao gồm xây dựng, khai khoáng và dầu khí khoảng 6%, đường ống và khớp nối 15%, máy bơm và nén khí 3%, đô thị 3%, đường sắt 6%, máy nông nghiệp 6%, van 5%, động cơ đốt trong 5%.
Giới thiệu phần mềm Solidworks – SolidworksCAM
Phần mềm SolidWorks là một phần mềm ứng dụng chuyên dụng trong lĩnh vực thiết kế và mô phỏng 3D Nó được phát triển bởi công ty Dassault Systèmes và là một trong những phần mềm CAD (Computer-Aided Design) và CAE (Computer-Aided Engineering) phổ biến nhất trên thế giới SolidWorks cho phép người dùng tạo, chỉnh sửa, và mô phỏng các mô hình 3D để thiết kế sản phẩm, bộ phận cơ khí, khuôn mẫu, và nhiều ứng dụng khác
Phần mềm SolidWorks cung cấp một loạt công cụ mạnh mẽ để thực hiện các nhiệm vụ thiết kế và mô phỏng, bao gồm tạo bản vẽ, tạo mô hình 3D, phân tích cơ học, mô phỏng động, và nhiều tính năng khác Nó cũng hỗ trợ tích hợp dữ liệu và quản lý dự án, giúp đảm bảo tính liên kết và hiệu suất trong quá trình làm việc với các dự án thiết kế phức tạp
Phần mềm SolidWorks được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như cơ khí, điện tử, ô tô, hàng không vũ trụ, y tế, và nhiều lĩnh vực khác để tạo ra các sản phẩm và giải pháp thiết kế hiện đại
Là một tiện ích bổ sung cho tất cả các phiên bản CAD của Solidworks cho phép bạn chuẩn bị các thiết kế của mình để có thể sản xuất sớm hơn trong chu kỳ phát triển Các nhiệm vụ sản xuất phải đợi cho đến khi thiết kế hoàn thành có thể được thực hiện đồng thời với quy trình thiết kế SolidworksCAM là một thành phần quan trọng trong hệ thống giải pháp thiết kế – sản xuất của Solidworks
Là một công nghệ tích hợp hoàn toàn cho phép bạn tích hợp các quy trình thiết kế và sản xuất theo một hệ thống để đánh giá các thiết kế trước đó, nhờ vậy tiết kiệm được thời gian, chi phí và những sai khác khi phải chuyển đổi hệ thống Sự xuất hiện của SolidworksCAM có ý nghĩa thúc đẩy nội dung phong phú trong mô hình CAD3D Solidworks, một giải pháp CAD 3D mạnh mẽ đang được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp và cơ khí chế tạo hiện nay
Hệ thống CAD/CAM tích hợp là điều kiện để tăng tốc quá trình phát triển sản phẩm và giảm thời gian dễ bị lỗi, tốn nhiều thời gian, lặp đi lặp lại trong quá trình phát triển hiện tại, như lập trình CNC Cơ chế Dựa trên Kiến thức (KBM) là nền tảng cho việc tinh giản quá trình lập trình, nhằm giải phóng thời gian của bạn để tập trung vào các lĩnh vực quan trọng của các chi tiết
1.4.1 Giao diện một số chức năng và công cụ thông dụng trong Solidworks
Hình 1.14: Giao diện của Solidworks
Feature Manager Design Tree (Cây thiết kế): Hiển thị cấu trúc của mô hình và tất cả các tính năng được thêm vào mô hình, như các phần, mặt và các thao tác tạo hình
Command Manager (Bảng điều khiển): Cung cấp các lệnh và công cụ chính để thao tác với mô hình, bao gồm các lệnh tạo hình, lắp ráp, mô phỏng và vẽ kỹ thuật
Sketch Tools (Công cụ vẽ): Bao gồm các công cụ để tạo các bản vẽ 2D và định hình các đặc điểm 2D như đường thẳng, đường cong, hình tròn và hình chữ nhật
Features (Tính năng): Bao gồm các tính năng tạo hình 3D như Extrude (Kéo dài), Revolve (Xoay), Fillet (Cong) và Chamfer (Góc cạnh)
Mate (Kẹp): Cho phép người dùng cố định và quản lý mối quan hệ giữa các phần trong mô hình lắp ráp
Assembly (Lắp ráp): Cho phép người dùng tạo và quản lý các mô hình lắp ráp bằng cách thêm và cố định các phần lại với nhau
Drawing (Vẽ kỹ thuật): Cung cấp các công cụ để tạo và chỉnh sửa các bản vẽ kỹ thuật, bao gồm thêm kích thước, chú thích và bảng bom
Simulation (Mô phỏng): Cho phép người dùng thực hiện các phân tích cấu trúc, động học, và dòng chảy trên mô hình để đánh giá hiệu suất và đáp ứng của sản phẩm
Model Display Tools (Công cụ hiển thị mô hình): Bao gồm các công cụ để điều chỉnh và quản lý cách hiển thị mô hình như màu sắc, kiểu chia nhỏ và các hiệu ứng đổ bóng
View Controls (Công cụ điều khiển góc nhìn): Cho phép người dùng điều chỉnh góc nhìn và hiển thị mô hình từ nhiều góc độ khác nhau
1.4.2 Tìm hiểu Solidworks trong thiết kế
Môi trường thiết kế: Solidworks cung cấp một môi trường thiết kế 3D tích hợp, cho phép người dùng tạo ra các mô hình 3D của các bộ phận và sản phẩm
Tạo hình 3D: Solidworks cung cấp các công cụ mạnh mẽ để tạo hình 3D từ các hình học cơ bản như đường thẳng, đường cong, hình trụ, hình cầu và các hình dạng phức tạp hơn như bề mặt
Lắp ráp: Solidworks cho phép người dùng lắp ráp các bộ phận vào nhau để tạo ra các sản phẩm hoàn chỉnh Các tính năng như "Mate" giúp cố định các bộ phận và quản lý mối quan hệ giữa chúng
Bản vẽ kỹ thuật: Solidworks cho phép người dùng tạo ra các bản vẽ kỹ thuật chi tiết và chính xác dựa trên các mô hình 3D đã tạo Các bản vẽ này có thể bao gồm các chi tiết, kích thước, chú thích và thông số kỹ thuật
Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Thanh truyền D12 đóng vai trò thiết yếu trong hoạt động của động cơ đốt trong, làm cầu nối giữa piston và trục khuỷu, chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Do tính chất quan trọng này, nghiên cứu và phát triển thanh truyền D12 trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm nâng cao hiệu suất và độ bền của động cơ Hiện nay, ngành công nghiệp ô tô và hàng không đang đối mặt với nhiều thách thức, trong đó việc giảm trọng lượng và tăng cường hiệu suất động cơ là những vấn đề quan trọng Thanh truyền D12 với các cải tiến về vật liệu và thiết kế có thể đóng góp quan trọng vào việc giảm trọng lượng tổng thể của động cơ, cải thiện hiệu suất nhiên liệu và giảm lượng khí thải gây ô nhiễm Hơn nữa, các nghiên cứu về ứng suất và độ bền mỏi của thanh truyền D12 sẽ giúp đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ trong điều kiện làm việc khắc nghiệt Đồng thời, việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến như đúc áp lực, xử lý nhiệt và gia công CNC cũng sẽ cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm thiểu khuyết tật và tăng cường khả năng chịu tải của thanh truyền Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, việc nghiên cứu và phát triển thanh truyền D12 không chỉ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cơ khí mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về công nghệ và môi trường, thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp động cơ Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu thanh truyền D12 là một bước đi chiến lược, mang lại nhiều lợi ích kinh tế và kỹ thuật, góp phần vào sự tiến bộ của khoa học và công nghệ.
Mục tiêu, đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu
- Mục tiêu nghiên cứu: Ứng dụng phần mềm Solidworks-SolidworksCAM để thiết kế và lập trình gia công khuôn đúc áp lực chi tiết thanh truyền D12 đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, tính năng sử dụng và chi phí sản xuất
Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Giới thiệu phương pháp đúc áp lực
Chương 3: Thiết kế chi tiết và khuôn đúc chi tiết thanh truyền D12
Chương 4: Lập quy trình gia công khuôn
Nghiên cứu lý thuyết: Thu thập các tài liệu liên quan, vận dụng các kiến thức lý thuyết của môn học: Chế tạo phôi, Kỹ thuật vật liệu, Các phương pháp chế tạo phôi, Phương pháp đúc áp lực cao, Các đề tài nghiên cứu, Đề tài tốt nghiệp đã được công nhận, Sổ tay hướng dẫn phần mềm Solidwoks- SolidworksCAM, Các giáo trình, video hướng dẫn sử dụng phần mềm để tiến hành để tính toán thiết kế và lập trình gia công khuôn đúc thanh truyền D12
Các giáo trình tham khảo bao gồm:
+ Giáo trình đồ gá và khuôn dập
+ Giáo trình thiết kế khuôn mẫu
Phương pháp thực hiện: Khảo sát mẫu thanh truyền thực tế, xác định vật liệu của mẫu, tiến hành đo kiểm các kích thước mẫu để dựng nên mẫu vật trên phần mềm chuyên dụng Sử dụng phần mềm Solidworks-SolidworksCAM tiến hành thiết kế chi tiết, thiết kế khuôn mẫu và lập trình gia công
Tiến hành chế tạo thử Tiến hành thực hiện gia công thử mẫu trên máy CNC chuyên dụng, tiến hành đánh giá, kiểm tra sản phẩm thử để khắc phục các lỗi thiết kế, lập trình.
Lịch sử hình thành và phát triển của ngành đúc áp lực
Đúc áp lực là một ngành sản xuất phôi nhằm tạo ra các chi tiết có kích thước chính xác do những chuyển động của dòng lưu chất kim lọai lỏng dưới tác dụng của ngọai lực tạo nên dòng áp suất vào trong khuôn kim loại Đúc áp lưc là một nhánh của ngành đúc tồn tại rất lâu đời, các nhánh còn lại là ngành Đúc trọng lực và đúc áp lực thấp Có những bằng chứng khảo cổ học cho thấy rằng Đúc trong lực đã có thời thời kỳ Đồng Thiếc được người nguyên thủy dùng để đúc các dụng cụ lao động như: rìu, nỏ,… Ngày xưa tổ tiên chúng ta cũng đã thấy được những ưu điểm nhất định của đúc như: có thể sản xuất ra các sản phẩm với số lượng lớn có cùng kiểu dáng Và ngày nay phát huy những đặc tính ưu việt này để phát triển ngành Đúc lên thêm một bước, cụ thể là ngành Đúc áp lực
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 2.1), 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 khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao, tính đúc tốt, khó kết tinh và là kim lọai tương đối nhẹ,…
Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý của máy đúc áp lực Sturgiss năm 1849
Hình 1.16: Máy đúc áp lực Dusenbery năm 1877
Hình 1.17: Sơ đồ máy đúc áp lực của công ty H.H Franklin chế tạo năm 1907
Các loại máy đúc áp lực
Máy đúc với buồng ép nóng được sử dụng chủ yếu để đúc các chi tiết bằng kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp như hợp kim kẽm, hợp kim thiếc, hợp kim chì Máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang mặc dù có thể sử dụng để đúc áp lực cho nhiều loại hợp kim, tuy nhiên chúng thường được sử dụng để đúc các hợp kim nhôm, hợp kim magiê, hợp kim đồng Ngoài ra, sự lựa chọn máy đúc nên chủ yếu dựa vào lực kẹp khuôn và hành trình mở khuôn, độ dài của hành trình bắn, áp lực bắn lớn nhất…
Nên chọn máy đúc có kích thước nhỏ nhất mà vẫn thực hiện được việc đúc ra một sản phẩm, điều này sẽ tiết kiệm nhất, bởi vì máy càng lớn thì chu kì sản xuất càng chậm Ví dụ, máy với lực kẹp khuôn 400 sẽ có chu kì sản xuất nhanh gấp hai lần so với máy có lực kẹp khuôn 800 tấn Phạm vi lực kẹp khuôn từ 25 – 2500 tấn, lực kẹp khuôn không nhất thiết là yếu tố quyết định chọn lựa máy đúc mà còn phải xét đến kích thước khuôn có phù hợp với diện tích của tấm đẩy hay không, hoặc là có vừa trong các thanh dẫn hướng cũng như hành trình mở khuôn phải đủ để lấy vật đúc ra Yếu tố nữa để chọn lựa là giá thành của máy, máy đúc với lực kẹp khuôn 400 tấn có giá khoảng 40.000 USD trong khi loại 1000 tấn là khoảng 100.000 USD
Hình 1.18: Máy đúc áp lực trong thực thế
Các giai đoạn đúc áp lực
Giai đoạn I: Giai đoạn cấp liệu
Kim loại lỏng được đổ đầy vào xilanh, Piston ép đã đi qua và bịt lỗ rót Vận tốc của piston ép và áp lực trong buồng ép còn nhỏ Vì khi đó áp lực chỉ cần đủ để thắng ma sát trong buồng ép
Giai đoạn II: Giai đoạn điền đầy hốc khuôn
Kim loại lỏng đã điền đầy toàn bộ buồng ép Tốc độ của pittông tăng lên và đạt giá trị cực đại V2 Giá trị của áp suất P2 tăng một chút do phải thắng các trở lực của dòng chảy trong buồng ép
Giai đoạn III: Giai đoạn ép tĩnh
Kim loại lỏng điền đầy lỗ rót và hốc khuôn Do thiết diện rãnh dẫn thu hẹp lại cho nên tốc độ pittông giảm xuống thành V3 nhưng áp suất ép lại tăng lên Kết thúc giai đoạn này, píttông dừng lại nhưng do hiện tương thủy kích (quán tính ép) mà áp suất ép liên tục tăng lên Khi các dao động áp suất tăng dần, áp suất đạt giá trị không đổi Đây là áp suất thủy tĩnh cần thiết cho quá trình kết tinh Giai đoạn ép tĩnh Áp suất có thể đạt tới 50 -5000 daN/cm 2 , tùy thuộc vào bản chất vật liệu đúc và yêu cầu công nghệ Khi áp lực đã đạt giá trị thủy tĩnh mà tại rãnh dẫn vẫn còn kim loại lỏng thì áp lực sẽ truyền vào vật đúc, kim loại kết tinh trong trạng thái áp lực cao
Giai đoạn IV: Giai đoạn tháo khuôn
Giai đoạn này vật đúc đã đông đặc hoàn toàn Tấm khuôn đực tách ra khỏi khuôn cái, sau đó hệ thống đẩy sản phẩm đẩy vật đúc ra ngoài
Hình 1.19: Nguyên lý làm việc của khuôn đúc
THIẾT KẾ CHI TIẾT VÀ KHUÔN ĐÚC CHI TIẾT THANH TRUYỀN D12
Thiết kế chi tiết thanh truyền D12 trên phầm mềm Solidworks
Bước 1: Khởi động phần mềm, vào môi trường thiết kế Home → Part
Bước 2: Tiến hành thiết kế
- Tạo sketch bằng cách click vào biểu tượng để vẽ biên dạng chi tiết
- Sử dụng nhóm lệnh trong môi trường 2D để vẽ các biên dạng: Line, Circle, Trim, Fillet, Smart Dimension
- Ấn vào Features click vào biểu tượng để đùn biên dạng kích thước 2D đã vẽ
- Quay lại bên sketch click vào biểu tượng để vẽ tiếp biên dạng
- Ấn vào Features click vào biểu tượng cắt đi biên dạng đã vẽ trước đó
- Sử dụng lệnh copy biên dạng đã cắt trước đó
- Tạo nốt biên dạng của đầu to thanh truyền bằng lệnh Circle và Line
- Sau đó ta sử dụng lệnh để điền đầy biên dạng
- Để tạo chốt cho nắp thanh truyền ta dùng Circle và Line Sau đó dùng đùn khối biên dạng đã vẽ lên
- Sử dụng cắt đi biên dạng đã vẽ trước đó
- Sử dụng lệnh Circle để vẽ biên dạng cổ to và cổ bé Sau đó dùng đùn khối cho hai mặt cho biên dạng Khi vẽ xong biên dạng ta click vào để bo các đường viền của chi tiết.
Thiết kế khuôn đúc áp lực chi tiết thanh truyền D12
2.3.1 Lựa chọn vật liệu làm khuôn
Do khuôn đúc áp lực làm việc ở nhiệt độ cao, áp suất lớn nên vật liệu làm khuôn cần có: độ bền cơ học cao, độ bền hóa học, chịu được áp suất lớn, chịu nhiệt và dễ tách sản phẩm ra khỏi khuôn
Lựa chọn mác thép SKD 61 hoặc mác thép hợp kim 40CrMoV5 để làm khuôn
Bảng 2.3: Thành phần hóa học của thép SKD 61
Bảng 2.4: Cơ tính của SKD 61
Khối lượng riêng g/𝑐𝑚 3 Độ cứng
HRC Độ bền tới hạn MPa Độ dẫn nhiệt W/m-
2.3.2 Lựa chọn mặt phân khuôn
Việc chọn mặt phân khuôn trong thiết kế đúc áp lực không những phải đảm bảo rút được sản phẩm ra khỏi khuôn mà còn phải làm cho sản phẩm đúc nằm lại trong khuôn đực khi mở khuôn
Phương pháp hay được sử dụng để giữ sản phẩm đúc lại trong khuôn đực là làm tăng diện tích tiếp xúc của lòng khuôn đực với sản phẩm theo hướng mở khuôn Theo đó, mặt phân khuôn của chi tiết sẽ như hình (đường phân khuôn là đường chấm gạch): (nửa khuôn dưới là nửa khuôn đực)
Hình 2.1: Mặt phân khuôn đúc chi tiết thanh truyền D12 2.3.3 Chọn vị trí cổng phun, kích thước cổng phun
Cuống phun nối trực tiếp với vòi phun của máy đúc áp lực để đưa kim loại vào kênh dẫn qua miệng phun vào lòng khuôn Đầu cuống phun nên làm càng nhỏ càng tốt nhưng phải đảm bảo điền đầy đồng đều các lòng khuôn (các vùng trong lòng khuôn) với nhau
Góc côn của cuống phun phải đủ lớn để dễ dàng thoát khuôn, nhưng đường kính của cuống phun không quá lớn để giảm thời gian điền đầy
Cuống phun là chi tiết tiêu chuẩn nên có thể mua bên ngoài không mất thời gian gia công
Trong thực tế ít khi gia công lỗ cuống phun liền mà dùng bạc cuống phun để dẫn vật liệu vào kênh dẫn vì tiện cho việc gia công và thay thế, bạc cuống
Phương án này được đưa ra dựa trên cơ sở:
- Khuôn của chi tiết có kích thước lớn và phải dùng 4 kênh dẫn
- Sử dụng cuống phun có hình trụ côn, có đường kính 4mm-10mm, giảm lượng vật liệu lãng phí do cần điền đầy vào hệ thống kênh dẫn
- Không sử dụng kênh nhựa nóng hay kênh nhựa cách nhiệt, sẽ cho phép kết cấu khuôn đơn giản từ đó giảm giá thành của khuôn Thời gian điền đầy vào hệ thống kênh nhựa rút ngắn
Hình 2.2: Kết cấu và kích thước cuống phun 2.3.4 Hệ thống làm nguội
Làm nguội khuôn là biên pháp cơ bản để duy trì chế độ nhiệt Để thực hiện điều này, người ta cho lưu chất chuyển động tuần hoàn trong các kênh làm nguội Phổ biến nhất là phương pháp tuần hoàn nước trong các kênh có đường kính 8 ÷ 12 mm Ở các khuôn lớn, thường tự động điều chỉnh lưu lượng cấp nước cho từng kênh Nhược điểm khi sử dụng nước làm nguội khuôn: trên bề mặt kênh hình thành màng hơi nước, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt Do đó, hiện nay người ta thường dùng dầu khoáng, các chất tổng hợp để làm nguội khuôn
Những điểm cần lưu ý khi thiết kế hệ thống làm nguội:
- Những kênh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt, nhưng phải chú ý đến độ bền cơ học của khuôn
- Các kênh làm nguội phải đặt gần nhau, cũng phải chú ý đến độ bền cơ học
- Đường kính của kênh làm nguội phải lớn hơn 8mm và giữ nguyên như vậy để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau do đương kính của các kênh làm nguội khác nhau
- Nên chia hệ thống làm nguội ra làm nhiều vòng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn
- Đặc biệt chú ý đến việc làm nguội những phần dày của sản phẩm
- Lưu ý rằng các kênh nguội được thiết kế cách nhau ít nhất 3mm Với những kênh dài hơn 150mm, thì khoảng cách an toàn giữa các kênh là 5mm Làm nguội cho khuôn đúc thanh truyền D12
Kiểu ống làm nguội này tản nhiệt rất tốt cho xung quanh lòng khuôn
Hình 2.3: Thiết kế ống làm nguội cho khuôn đúc
2.3.5 Thiết kế khuôn đúc chi tiết thanh truyền D12 trên phần mềmSolidworks
Khởi động phần mềm mở part thanh truyền (chi tiết thanh truyền đã thiết kế)
- Bước 1: Vào phần Mold Tools
- Bước 2: Chọn lệnh để chia chi tiết thành 2 phần
- Bước 3: Sử dụng để chia thành khuôn trên và khuôn dưới
- Bước 4: Dùng bịp kín hết lỗ trong chi tiết
- Bước 5: Ta chọn để tạo mặt phân khuôn cho chi tiết
- Bước 6: Sử dụng để tạo thành 2 mặt khuôn cho chi tiết
- Bước 7: Ta sang bên Assembly và gọi chi tiết mặt phân khuôn ta mới thiết kế ra
Vào Moldworks chọn khuôn theo tiêu chuẩn
- Bước 8: Chọn bạc cuống phun từ thư viện
- Bước 9: Ta vào Standard Components để chọn lắp vít theo tiêu chuẩn
- Bước10 : Chọn lò xo hồi cho khuôn đúc
- Bước 11: Thiết kế hệ thống là mát
LẬP QUY TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN
Xác định dạng sản xuất và phương pháp chế tạo phôi
Lòng khuôn và lõi khuôn có vai trò quan trọng vì nó quyết định đến hình dáng ngoài và bên trong của sản phẩm, ngoài ra còn quyết định tính thẩm mỹ, chất lượng của sản phẩm bên cạnh đó nó cũng ảnh hưởng tới độ chính xác khi làm việc của khuôn Vì vậy để sản xuất chế tạo có kiểu dáng, tính thẩm mỹ cũng như chất lượng cao thì việc chế tạo lòng khuôn và lõi khuôn cần đạt chất lượng cao
Do kích thước của sản phẩm lớn và kết cấu của khuôn chỉ có một lòng khuôn, nên việc chế tạo phức tạp hơn, đảm bảo độ chính xác cao để quá trình lắp ghép các bề mặt được thuận lợi
Thông thường trong sản xuất các sản phẩm nhôm có hình dạng phức tạp hoặc yêu cầu độ chính xác cao, như các bộ phận ô tô, đồ gia dụng, hay các chi tiết kỹ thuật khác Việc sử dụng khuôn đúc áp lực giúp tạo ra các sản phẩm nhôm với độ chính xác cao và bề mặt mịn, đồng thời cũng giảm thiểu việc xử lý sau gia công Khuôn được sản xuất dưới dạng hàng loạt, việc chế tạo khuôn được chia làm hai giai đoạn
- Giai đoạn I: Gia công các bề mặt ngoài để tạo hình dáng, kích thước của khuôn Giai đoạn này không đòi hỏi độ chính xác cao và có thể thực hiện trên máy vạn năng thông thường
- Giai đoạn II: Gia công hệ thống lòng khuôn, lõi khuôn và hệ thống lỗ dẫn hướng hai nửa khuôn, mặt phân khuôn Đây là giai đoạn gia công chính xác, yêu cầu chất lượng bề mặt cao Các nguyên công trong giai đoạn này ngày nay được thực hiện trên máy điều khiển số CNC
Tuy nhiên khi khảo sát các nguyên công chung của các khuôn dùng trong sản xuất sản phẩm nhôm em nhân thấy: mặc dùng kích thước hình dáng bề ngoài của từng loại khuôn khác nhau nhưng phương pháp công nghệ có thực hiện giống nhau
Do vậy em đề xuất phương án trang bị công nghệ trong phạm vi cho phép để thực hiện gian đoạn I là gia công các bề mặt ngoài của bộ khuôn trên các máy vạn năng Để chế tạo lòng khuôn đạt độ chính xác cao, em đề xuất gia công lòng khuôn trên hệ thống máy gia công CNC
Kích thước phôi chế tạo khuôn đúc: 290x290x40 Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và tính kinh tế cao ta chọn phương pháp chết tạo phôi là: Chọn phôi cán Vật liệu chế tạo là thép SKD 61
Kích thước phôi là: 280x280x30 (mm).
Lập thứ tự nguyên công chế tạo khuôn đúc chi tiết thanh truyền D12
Hình 3.1: Bộ khuôn đúc chi tiết thanh truyền D12
Nguyên công 1: Phay thô + tinh 2 mặt đầu
Nguyên công 2: Phay thô + tinh các mặt bên
Nguyên công 3: Mài 2 mặt phẳng lớn
Nguyên công 4: Khoan kênh làm mát và khoan lỗ chốt xiên
Nguyên công 5: Khoan, khoét, doa và taro các lỗ chốt dẫn hướng và chốt đẩy
Nguyên công 6: Gia công lòng khuôn
Nguyên công 7: Nguyên công xung điện cực
Nguyên công 8: Mạ điện crom
Nguyên công 9: Đánh bóng lại lòng khuôn
Nguyên công 10: Tổng kiểm tra
Tính toán thiết kế các nguyên công
Hình 3.2: Sơ đồ gá đặt nguyên công 1 Nguyên công 1: Phay thô - tinh 2 mặt đầu
Phay đứng vạn năng 6H12, có thông số máy như sau
- Công suất động cơ chính là: 7 kW
- Công suất động cơ chạy dao: 1.7 kW
- Giới hạn vòng quay: 30 - 1500 vòng/phút
Dao phay mặt đầu răng chắp mảnh hợp kim T15K6, D = 110
Tính toán các thống số gia công:
Lượng chạy dao răng Sz = 0,15 mm/răng
Vận tốc cắt được tra theo bảng: 5.126 Sổ Tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2 có: V= 316 m/ph
Vận tốc tính toán : Vt = V.k1.k2.k3.k4.k5.k6
K1: hệ số phụ thuộc vào cơ tính vật liệu
K2:hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt gia công
K3: hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng chính
K 4 : hệ số phụ thuộc vào chu kì bền của dao
K5: hệ số phụ thuộc vào bề rộng phay
K6: hệ số phụ thuộc vào dạng gia công
Tra theo bảng 5-126 Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2, ta có
Tra theo bảng 5-125, Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2 ta có: K6 = 1 Vận tốc tính toán : Vt 16.1.0,8.1.1.0,89.1= 225 m/ph
Số vòng quay trục chính theo tính toán: n = 1000.V 3,14.D = 1000.225
3,14.110 = 717 v/ph Chọn theo máy: nm = 720 v/ph
Vận tốc cắt thực tế:
1000 = 250 𝑚/𝑝ℎ Lượng chạy dao vòng Sv = Sz.z = 0,15.4 = 0,6 mm/vg
Lượng chạy dao phút Sph = Sz.z.n = 0,15.4.720 = 435 mm/ph
Lực cắt Pz được tính theo công thức:
Cp và các số mũ tra theo bảng 5.41 trang 34 [3] được Cp = 825; x = 1,0; y = 0,75; u = 1,1; q = 1,3; w = 0,2
Thay tất cả các thông số trên vào công thức được:
Lượng chạy dao răng: Sz = 0,1 mm/răng
Vận tốc cắt được tra theo bảng: 5-126 Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2 ta có: V = 316m/ph
Vận tốc tính toán: Vt = V.k1.k2.k3.k4.k5.k6
K1: hệ số phụ thuộc vào cơ tính vật liệu
K2: hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt gia công
K3: hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng chính
K4: hệ số phụ thuộc vào chu kì bền của dao
K5: hệ số phụ thuộc vào bề rộng phay
K6: hệ số phụ thuộc vào dạng gia công
Tra theo bảng 5-126 Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2, ta có:
Tra theo bảng 5-125, Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2 ta có: K6 =1 Vận tốc tính toán : Vt = 316.1.0.8.1.1.0.89.1 = 225 m/ph
Số vòng quay trục chính theo tính toán:
3,14.110 = 652 𝑣/𝑝ℎ Chọn theo máy: nm = 720 v/ph
Vận tốc cắt thực tế V:
1000 = 250 𝑚/𝑝ℎ Lượng chạy dao vòng Sv = Sz.z = 0,1.4 = 0,4 mm/vg
Lượng chạy dao phút Sph = Sz.z.n = 0,1.4.720 = 288 mm/ph
Lực cắt Pz được tính theo công thức:
Cp và các số mũ tra theo bảng 5.41 trang 34 [3] được Cp = 825; x = 1,0; y = 0,75; u = 1,1; q = 1,3; w = 0,2
Thay tất cả các thông số trên vào công thức được:
Bảng 4.1: Chế độ cắt nguyên công 1
Nguyên công 2: phay thô + phay tinh các mặt bên
Hình 3.3: Sơ đồ gá đặt nguyên công 2
Chọn máy: Chọn máy phay vạn năng năm ngang 6H83 có các thông số như sau: Công suất động cơ chính: 10kW
Công suất động cơ chậy dao: 1.7 kW
Giới hạn vòng quay: 30-1500( vòng/phút)
Chọn dao: Chọn dao phay mặt đầu răng chắp mảnh hợp kim cứng có D/z/5 Tính toán các thông số gia công:
Lượng chạy dao răng Sz = 0,15 mm/răng
Vận tốc cắt được tính theo công thức sau:
𝑇 𝑚 𝑡 𝑥 𝑆 𝑧 𝑦 𝐵 𝑢 𝑍 𝑝 𝐾 𝑣 Tra bảng 5.39 trang 32 [3] được các số mũ: Cv = 322; m = 0,2; x = 0,1; y = 0,4; u = 0,2; q = 0,2; p = 0
D: Là đường kính dao, D = 80 mm
T : Là tuổi bền của dụng cụ, T = 180 ph
T: Là chiều sâu cắt, t = 1,5 mm
Sz: Là lượng chạy dao răng, Sz = 0,15 mm/răng
B: Là chiều rộng phay, B = 52 mm
Z : Là số răng dao, Z = 5 kv : Là hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt: kv = kmv.knv.kuv
- kmv là hệ số phụ thuộc vào chất lượng của vật liệu gia công Theo bảng 5.1 trang 6 [3] được kmv = kn ( 750 𝜎
- knv hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi Tra bảng 5.5/8 được knv = 1 (phôi không có vỏ cứng)
- kuv là hệ số phụ thuộc vật liệu của dụng cụ cắt Tra bảng 5.6/8 được kuv = 1,0 ( vật liệu gia công là thép đã qua tôi)
Thay tất cả các thông số trên vào công thức tính V thì được:
3,14.80 = 1003𝑣/𝑝ℎ Chọn theo máy: nm = 1180 v/ph
Vận tốc cắt thực tế:
1000 = 296𝑚/𝑝ℎ Lượng chạy dao vòng Sv = Sz.Z = 0,15.5 = 0,75 mm/vg
Lượng chạy dao phút Sph = Sz.Z.n = 0,15.5.1180 = 885 mm/ph
Lực cắt Pz được tính theo công thức:
- Z: Là số răng dao phay Z = 5
- n: Là số vòng quay của dao
Cp và các số mũ tra theo bảng 5.41 trang 34 [3] được Cp = 82,5; x = 0,95; y = 0,8; u =1,1; q =1,1; w = 0
- kmp : Là hệ số điều chỉnh cho chất lượng của vật liệu gia công Tra bảng 5.9 trang 9 [3] được kmp = 1 (lấy σb = 750)
Thay các thông số trên vào công thức được:
- D là đường kính dao phay
Gia công tinh mặt bên
Lượng chạy dao răng Sz = 0,1 mm/răng
𝑇 𝑚 𝑡 𝑥 𝑆 𝑧 𝑦 𝐵 𝑢 𝑍 𝑝 𝑘 𝑣 Tra bảng 5.39 trang 32 [3] được các số mũ: Cv = 322; m = 0,2; x = 0,1; y = 0,4; u = 0,2; q = 0,2; p = 0, D = 80; T 0ph; t = 1; Sz = 0,1; B = 52; Z = 5; kv = 1 Thay tất cả các thông số trên vào công thưc tính V thì được:
Số vòng quay trục chính theo tính toán:
3,14.80 = 1353𝑣/𝑝ℎ Chọn theo máy: nm = 1500 v/ph
Vận tốc cắt thực tế V:
1000 = 376𝑚/𝑝ℎ Lượng chạy dao vòng Sv = Sz.Z = 0,1.5 = 0,5 mm/vg
Lượng chạy dao phút Sph = Sz.Z.n = 0,1.5.1500 = 750 mm/ph
Lực cắt Pz được tính theo công thức:
Cp và các số mũ tra theo bảng 5.41 trang 34 [3] được Cp = 82,5; x = 0,95; y = 0,8; u = 1,1; q = 1,1; w = 0
Thay tất cả các thông số trên vào công thức được:
Bảng 3.2: Chế độ cắt nguyên công 2
Bước NC Máy Dao n(v/p) S(mm/p) T(mm)
Các nguyên công khác tính toán tương tự như nguyên công trên.
Lập trình gia công khuôn đúc chi tiết thanh truyền D12 trên phần mềm
Quá trình mô phỏng gia công trên SolidworksCAM nhằm mục đích tạo ra chương trình gia công, để gia công sản phẩm trên máy CNC, mô phỏng và kiểm tra quy trình gia công trước khi sản xuất thực tế
Tạo chương trình gia công: SolidWorksCAM cho phép người dùng tạo ra các chương trình gia công (G-code) dựa trên mô hình 3D của sản phẩm Chương trình này sẽ được sử dụng để điều khiển máy CNC trong quá trình gia công
Mô phỏng quy trình gia công: Trước khi tiến hành gia công thực tế, người dùng có thể sử dụng SolidWorksCAM để mô phỏng toàn bộ quy trình gia công Điều này giúp kiểm tra và xác nhận rằng các đường chạy dao và các lệnh trong chương trình gia công là chính xác và hiệu quả
Kiểm tra và tối ưu hóa quy trình: Mô phỏng gia công cho phép người dùng phát hiện các vấn đề tiềm ẩn như va chạm giữa dao cắt và chi tiết, đường chạy dao không tối ưu hoặc sai sót trong lệnh gia công Từ đó, người dùng có thể điều chỉnh và tối ưu hóa quy trình gia công trước khi bắt đầu sản xuất thực tế
Tiết kiệm thời gian và chi phí: Bằng cách kiểm tra và tối ưu hóa quy trình gia công thông qua mô phỏng, người dùng có thể giảm thiểu lỗi và hỏng hóc trong quá trình gia công thực tế, tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất Đảm bảo chất lượng sản phẩm: Mô phỏng giúp đảm bảo rằng sản phẩm được gia công theo đúng yêu cầu kỹ thuật và đạt chất lượng cao Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao
3.4.1 Lập trình gia công lòng khuôn trên
+ Tính toán các thông số gia công: Phay thô lòng khuôn
Bảng 3.3: Chọn dao cho phay thô lòng khuôn
Chọn dao: Dao phay trụ răng chắp mảnh hợp kim, D = 6
Lượng chạy dao răng S = 0,1 mm/răng
Vận tốc cắt được tra theo bảng: 5.142 Sổ Tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2 có: V= 108 m/ph
Vận tốc tính toán: Vt = V.k1.k2.k3.k4.k5.k6
K1 : hệ số phụ thuộc vào cơ tính vật liệu
K2 :hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt gia công
K3 : hệ số phụ thuộc vào góc nghiêng chính
K4 : hệ số phụ thuộc vào chu kì bền của dao
K5 : hệ số phụ thuộc vào bề rộng phay
K6 : hệ số phụ thuộc vào dạng gia công
Tra theo bảng 5-126 Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2, ta có
Vận tốc tính toán : Vt = 108.1.0,8.0,7.1.0,89.0,7 = 37,68 m/ph
Số vòng quay trục chính theo tính toán:
3,14.6 = 2000 v/ph Chọn theo máy: Nm = 2000 v/ph
Vận tốc cắt thực tế:
1000 = 37,68 𝑚/𝑝ℎ Lượng chạy dao vòng Sv = Sz.Z = 0,1.4 = 0,4 mm/vg
Lượng chạy dao phút Sph = Sz.Z.n = 0,1.4.2000 = 800 mm/ph
Lực cắt Pz được tính theo công thức:
Cp và các số mũ tra theo bảng 5.41 trang 34 [3] được Cp = 12,5; x = 0,85; y = 0,75; u = 1,0; q = 0,73; w = - 0,13
Thay tất cả các thông số trên vào công thức được:
Bảng 3.4: Chế độ cắt gọt của nguyên công phay thô lòng khuôn
V (m/ph) n m (vòng/p) Phay thô VCN410A-II FLAT-6 2 800 37,86 2000
Hình 3.4: Mô phỏng phay thô lòng khuôn trên + Tính toán các thông số gia công: Phay tinh lòng khuôn
Bảng 3.5: Chọn dao cho phay tinh lòng khuôn
Lượng chạy dao răng Sz = 0,06 mm/răng
Vận tốc cắt được tra theo bảng: 5.142 Sổ Tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2 có: V= 118 m/ph
K1 : hệ số phụ thuộc vào cơ tính vật liệu
K2 :hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt gia công
K4 : hệ số phụ thuộc vào chu kì bền của dao
K5 : hệ số phụ thuộc vào bề rộng phay
K6 : hệ số phụ thuộc vào dạng gia công
Tra theo bảng 5-127 Sổ tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập 2, ta có
Vận tốc tính toán: Vt = 118.1.0,8.0,7.1.0,89.0,7 = 41,17 m/ph
Số vòng quay trục chính theo tính toán: n = 1000.V 3,14.D 00.41,17
3,14.3 = 4370 v/ph Chọn theo máy: nm = 4400 v/ph
Vận tốc cắt thực tế:
1000 = 41,45 𝑚/𝑝ℎ Lượng chạy dao vòng Sv = Sz.Z = 0,06.2 = 0,12 mm/vg
Lượng chạy dao phút Sph = Sz.Z.n = 0,06.2.4400 = 528 mm/ph
Lực cắt Pz được tính theo công thức:
Cp và các số mũ tra theo bảng 5.41 trang 34 [3] được Cp = 12,5; x = 0,85; y = 0,75; u = 1,0; q = 0,73; w = - 0,13
Thay tất cả các thông số trên vào công thức được:
Bảng 3.6: Chế độ cắt gọt của nguyên công phay tinh lòng khuôn
Phay tinh VCN410A-II BALL-3 1 528 41,45 4400
Hình 3.5: Mô phỏng phay tinh lòng khuôn trên 3.4.2 Lập trình gia công lòng khuôn dưới (Tương tự khuôn trên) 3.4.3 Xuất Code chương trình CNC