Cách thức chế tạo một bộ khuôn

Đục là phương pháp tạo hình vật liệu quan trọng nhất hiện nay

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1 1. GIỚI THIỆU - Đúc là một phương pháp tạo hình vật liệu quan trọng nhất hiện nay, trong đó đúc áp lực là một trong những phương pháp được sửdụng rộng rãi nhất. Đi đôi với phương pháp này, việc thiết kếvà chếtạo khuôn là một vấn đề quan trọng bậc nhất, nó chiếm phần lớn thời gian của quá trình sản xuất. Ngày nay, với sựtrợgiúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng, việc thiết kếvà chếtạo khuôn đã trởnên nhanh chóng và dễdàng. - Trong những năm gần đây, phương thức sản xuất này đã xâm nhập khá phổ biến vào ngành cơkhí nước ta, tạo nên những chuyển biến lớn trong sản xuất chếtạo. Vì vậy, việc nắm bắt và có kiến thức vững vàng vềvấn đềnày là một yêu cầu cần thiết. - Trong giới hạn của đồán tốt nghiệp này, em sẽtrình bày cách thức đểchế tạo một bộkhuôn hoàn chỉnh với sựtrợgiúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng. 2. TỔNG QUAN 2.1. Sơlược vềcông nghệđúc áp lực - Đúc áp lực là phương pháp chếtạo vật đúc có năng suất rất cao, có thểtự động hóa hoàn toàn, độchính xác và độbóng bềmặt vật đúc thuộc loại cao nhất. Hiện nay, sản lượng các vật đúc được chếtạo bằng phương pháp đúc áp lực chiếm tỷtrọng lớn nhất trong các phương pháp đúc đặc biệt. - Ngày nay quá trình đúc áp lực được thực hiện bằng các máy chuyên dùng tự động hóa và cơgiới hóa cao. Sựđơn giản và ít công đoạn trong đúc áp lực mởra những triển vọng to lớn đểtựđộng hóa toàn bộcác quá trình sản xuất. Hình 2.1: Một sốchi tiết được chếtạo bằng công nghệđúc áp lực LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2 2.2. Nguyên lý làm việc Hình 2.2: Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực - Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực được mô tảtheo hình 2.2. Kim loại lỏng được rót vào buồng ép 1, sau đó xilanh thủy lực vận hành, piston ép 2 đẩy kim loại lỏng điền đầy vào hốc khuôn, toàn bộquá trình điền đầy khuôn xảy ra trong vòng vài phần mười đến vài phần trăm giây. Áp suất ép 1 2 3 4 5 6 Rót kim loại lỏng vào buồng ép Kim loại lỏng được ép đầy vào lòng khuôn Mởkhuôn Sản phẩm được đẩy khỏi khuôn nhờhệthống đẩy 1 – Buồng ép 2 – Piston ép 3 – Cốc rót 4 – Nửa khuôn cốđịnh 5 – Nửa khuôn di động 6 – Hệthống chốt đẩy LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 3 lên kim loại lỏng có thểtừvài trăm đến vài ngàn kG/cm 2 . Sau khi vật đúc đông đặc, ruột được rút ra, nửa khuôn di động 5 mang theo vật đúc rời khỏi nửa khuôn cốđịnh 4, sau đó vật đúc được đẩy ra khỏi nửa khuôn động nhờ các chốt đẩy. - Chất lượng của vật đúc phụthuộc chủyếu vào việc lựa chọn các chếđộ công nghệvềviệc điền đầy của kim loại lỏng vào hốc khuôn và chếđộép. Các chếđộcông nghệnày phụthuộc vào kết cấu của khuôn, loại và công suất của máy đúc áp lực. - Các nhân tốsau đây ảnh hưởng đáng kểnhất đến quá trình hình thành vật đúc:  Áp lực trong buồng ép và trong hốc khuôn  Vận tốc chuyển động của piston ép  Vận tốc nạp  Các thông sốcủa hệthống rót  Nhiệt độcủa kim loại lỏng và của khuôn  Chếđộbôi trơn và làm nguội - Quá trình kim loại lỏng chuyển động trong buồng ép vào trong khuôn có thể được chia thành bốn giai đoạn:  Giai đoạn 1: Piston bịt kín lỗrót. Vận tốc v 1 của piston ép còn bé. Giá trị p 1 bằng áp lực cần thiết đểkhắc phục ma sát trong xylanh thủy lực và trong buồng ép.  Giai đoạn 2: Kim loại lỏng điền đầy toàn bộbuồng ép. Vận tốc chuyển động của piston ép tăng lên và đạt tới giá trịcực đại v 2 . Lúc này, hiệu của p 1 và p 2 bằng các kháng lực thủy động lực học trong buồng ép.  Giai đoạn 3: Kim loại lỏng điền đầy hệthống rót và hốc khuôn. Do việc thu hẹp dòng chảy ởrãnh dẫn nên vận tốc của piston ép giảm xuống giá trịv 3 và áp suất p 3 tăng lên. Vào thời điểm kết thúc chuyển động của piston ép xảy ra hiện tượng thủy kích do lực quán tính của các phần tử chuyển động và áp suất tăng lên. Sau khi dao động áp suất tắt dần và đạt được áp suất cuối cùng là áp suất thủy tĩnh p 4 . LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 4  Giai đoạn 4: Giai đoạn ép tĩnh. Giá trịp 4 có thểđạt từ50 ÷ 5000 kG/cm 2 . Nếu vào thời điểm đạt được áp suất thủy tĩnh p 4 mà kim loại lỏng ởrãnh dẫn vẫn còn lỏng thì áp suất đó sẽđược truyền lên vật đúc. Hình 2.3: Sựthay đổi vận tốc và áp lực trong buồng ép 2.3. Những đặc điểm của việc điền đầy hốc khuôn - Trong đúc áp lực, kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn với một vận tốc lớn và áp suất rất cao (có khi đến 5000 kG/cm 2 ). Vận tốc nạp (vận tốc kim loại lỏng khi đi qua rãnh dẫn) có thểđạt tới 120 m/s, điều này cho phép đúc được những vật đúc thành rất mỏng mặc dù cường độtrao đổi nhiệt giữa vật đúc với khuôn rất lớn. - Tính chất của kim loại lỏng trong hốc khuôn phụthuộc:  Vận tốc nạp  Độnhớt và sức căng bềmặt của kim loại lỏng  Tương quan giữa chiều dày thành rãnh dẫn và chiều dày thành vật đúc  Các điều kiện nhiệt LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 5 - Vềtính chất chuyển động của kim loại lỏng trong hốc khuôn, có thểchia làm ba loại:  Chuyển động êm: chỉxảy ra khi vận tốc nạp nhỏhơn 0,3m/s và tương quan giữa tiết diện rãnh dẫn F 1 và tiết diện thành vật đúc F 2 nằm trong khoảng 1/2 ÷ 2/3. Chuyển động êm chỉcó thểđược sửdụng đối với các vật đúc có hình dạng tương đối đơn giản, chếtạo bằng các hợp kim có khoảng kết tinh rộng, có đòi hỏi cao vềđộbền và độsít chặt.  Chuyển động rối: xảy ra khi vận tốc nạp nằm trong khoảng 0,5 ÷ 15m/s và tương quan giữa tiết diện rãnh dẫn F 1 và tiết diện thành vật đúc F 2 lớn hơn 1/4 ÷ 1/2. Do chuyển động rối nên dòng kim loại lỏng sẽcuốn theo khí và các sản phẩm cháy của lớp sơn khuôn. Khí sẽnằm lại trong vật đúc với hình dạng rỗcó kích thước 0,1 ÷ 1 mm.  Chuyển động phân tán: xảy ra khi vận tốc nạp lớn hơn 25 ÷ 30 m/s và tương quan giữa tiết diện rãnh dẫn F 1 và tiết diện thành vật đúc F 2 nhỏ hơn 1/4 ÷ 1/2. Sau khi dòng kim loại lỏng dập vào khuôn, nó sẽbắn tóe thành nhiều giọt nhỏvà tạo với dòng không khí thành một hệphân tán. Lớp vỏđông đặc của vật đúc sẽcản trởviệc thoát khí và khí sẽnằm lại trong vật đúc dưới dạng rỗkhí cực nhỏ(khi v nạp > 100 m/s thì mắt thường không nhìn thấy rỗkhí). Rỗkhí dạng này làm giảm cơtính ít hơn là trong trường hợp chuyển động rối. Một nhược điểm lớn của chuyển động phân tán là thành khuôn và ruột bịăn mòn rất nhanh, kim loại lỏng có thểbám dính (Al, Cu…), vận tốc nạp không được vượt quá 40 m/s. Chuyển động phân tán thường được áp dụng đểđúc các vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp, có đòi hỏi cao vềchất lượng bềmặt và độnét của các đường viền. 2.4. Các thành phần cơbản của khuôn đúc áp lực nhôm Các thành phần cơbản của khuôn đúc áp lực nhôm được cho trên hình 2.4. Ngoài ra trên khuôn còn có hệthống dẫn, đường thông hơi, rãnh rửa, các chốt đẩy, chốt hồi, chốt định vị, hệthống kênh nước làm nguội… được thể hiện trên hình 2.5. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 6 2.5. Hợp kim trên cơsởnhôm - Đểđúc áp lực, chủyếu dùng hợp kim hệAl-Si-Cu-Mg. Silic có tác dụng làm tăng độchảy loãng và độbền. Đồng có tác dụng hóa bền hợp kim, nhưng có khuynh hướng tập trung ởtinh giới, làm giảm tính chống ăn mòn của hợp kim (lượng đồng cho vào thường không vượt quá 4%). Manhê cải thiện tính chống ăn mòn, độdẻo và độdai va đập. Lượng Manhê cho vào có thểđến 10%. Silic và Manhê tạo thành hợp chất Mg 2 Si, hòa tan trong dung dịch rắn trên cơsởnhôm, làm tăng tính dòn của hợp kim. Lượng Manhê trong hợp kim Al-Si không nên quá 1%; Silic trong hợp kim Al-Mg không nên quá 1,2%. - Các hợp kim nhôm được sửdụng rộng rãi nhất: AlSi12, AlSi9Mg0,3, AlMg8, AlSi8Cu4 (bảng 2.1) - Hợp kim cùng tinh AlSi12 có độchảy loãng cao nhưng cơtính không đủ cao. Hợp kim AlSi9Mg0,3 có độbền và độchống ăn mòn cao hơn nhưng độ chảy loãng lại thấp hơn. Tính công nghệcủa hợp kim AlMg8 thấp, được sử dụng khi cần bảo đảm tính chống ăn mòn cao. Hợp kim AlSiCu4 có độchảy loãng, tính chống ăn mòn, độbền vừa phải. - Đối với các chi tiết làm việc trong điều kiện tải rung động mạnh, nên dùng hợp kim AlSi7Mg0,4, được hợp kim hóa vi lượng bằng Ti, Zr, Be. Đối với các chi tiết làm việc ởnhiệt độcao, hàm lượng Si đến 18%. Trong kỹthuật điện, thường dùng hợp kim Silumin kẽm chứa đến 0,9% kẽm và 0,1÷0,3% Mg. Bảng 2.1: Thành phần hóa học và cơtính của một sốhợp kim trên cơsởnhôm Hợp kimThành phần hóa học và các tính chất cơlý AlSi12 AlSi9Mg0,3 AlMg8 AlSi8Cu4 Si, % Mg, % 10,0 – 12,5 – 8,0 – 10,5 0,2 – 0,3 – 9,5 – 10,5 7,5 – 8,5 0,3 – 0,5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 7 Cu, % Mn, % Fe, % – – <1,5 – 0,2 – 0,5 < 1 – – <0,2 1,0 – 1,5 0,3 – 0,5 < 0,9 ρ, kg/dm3 Khoảng đông, o C σ b , Mpa δ, % HB 2,7 – 2,8 5 – 8 150 > 1 50 2,70 – 2,75 15 – 20 160 >2 55 2,60 – 2,65 80 – 90 300 > 8 75 2,8 – 2,9 55 – 65 250 >3 75 Hình 2.4: Các thành phần cơbản của khuôn đúc áp lực nhôm LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 8 Hình 2.5: Một sốcác thành phần khác trong khuôn đúc áp lực Hình 2.6: Khuôn được thiết kếbằng các phần mềm chuyên dụng Chốt xiên Kênh nước làm nguội Chốt hồi Chốt đẩy LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 9 2.6. Ưu, nhược điểm của phương pháp đúc áp lực 2.6.1. Ưu điểm - Vật đúc đạt độchính xác, độbóng bềmặt cao, hầu nhưkhông cần gia công cơkhí. - Hoàn toàn không sửdụng hỗn hợp làm khuôn, ruột. - Có khảnăng đúc được những vật đúc thành rất mỏng (< 1 mm) - Do vận tốc điền đầy khuôn lớn, áp lực tác dụng lên kim loại lỏng cao, tác dụng nguội nhanh của khuôn kim loại nên tổchức của vật đúc nhỏmịn, xít chặt. - Mức độcơkhí hóa, tựđộng hóa cao, điều kiện lao động được cải thiện. - Năng suất cao, có thểđạt 1000 – 3600 lần ép/giờ. - Khuôn kim loại có thểdùng được nhiều lần. 2.6.2. Nhược điểm - Giá thành khuôn rất cao, nhất là khi đúc các hợp kim có nhiệt độrót cao (nhưđồng, thép…). Vật liệu làm khuôn phải là vật liệu chịu nóng đặc biệt, gia công tỉmỉvà nhiệt luyện thích hợp. - Vật đúc có rỗkhí (do dòng kim loại chảy vào khuôn cuốn theo bọt không khí và do kết tinh nhanh không thoát ra ngoài được) làm giảm độsít chặt của vật đúc. Đây là một nhược điểm cần đặc biệt quan tâm khi thiết kếđúc áp lực. - Kích thước và khối lượng của vật đúc bịhạn chếtheo cỡmáy đúc. - Tỉlệthành phẩm nhỏvì hệthống rót lớn. 2.7. Phạm vi sửdụng - Đúc áp lực được sửdụng đểđúc các vật đúc nhỏ, hình dạng và kết cấu phù hợp, sản xuất hàng loạt. - Các hợp kim thường được sửdụng đểđúc áp lực được lựa chọn theo thành phần hóa học, các tính chất sửdụng và các tính chất công nghệ. - Hợp kim dùng đểđúc áp lực cần có khoảng kết tinh hẹp đểnhận được vật đúc có độsít chặt cao, đồng đều, độbền và độdẻo cao ởnhiệt độcao. Hợp kim LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 10 cũng cần có độchảy loãng tốt, không bám dính khuôn, thành phần hóa học ổn định khi giữlâu trong lò. 2.8. Thiết bịdùng trong đúc áp lực - Máy đúc áp lực: trong công nghệđúc áp lực, tùy thuộc vào loại hợp kim cần đúc và các yêu cầu khác của sản phẩm mà người ta sẽsửdụng các loại máy đúc áp lực khác nhau (máy đúc áp lực với buồng ép nóng, máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang, máy đúc áp lực với buồng ép nguội thẳng đứng, máy đúc áp lực chân không…). Ởgiới hạn của đềtài này, ta chỉxét đến loại máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang, đây là loại máy được sửdụng rộng rãi nhất đểđúc áp lực các hợp kim nhôm. Hình 2.7 là minh họa đơn giản của một máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang. 2.8.1. Hệthống bơm kim loại lỏng Có thểsửdụng các tay máy được điều khiển tựđộng hoặc sửdụng hệthống bơm nhưng thông thường được thực hiện thủcông, kim loại lỏng được rót vào buồng ép. Việc đẩy kim loại lỏng vào khuôn được thực hiện nhờhệ thống xylanh thủy lực. 2.8.2. Bộkhuyếch đại áp suất Hình 2.7: Sơđồbộkhuyếch đại áp suất - Hệthống này được sửdụng đểgia tăng áp lực ép trong giai đoạn cuối của hành trình ép. Piston ép khi di chuyển sẽkích hoạt công tắc hành trình làm van khí của bình gas (chứa khí Nitơ) mởra, dầu thủy lực được bơm từtrước vào trong bình gas bịkhí gas nén nên tràn xuống piston tạo thêm áp lực ép. [...]... mộ đ ờ phân khuôn không có quy tắ t t t ưng c Bộ n khuôn rờ là nhữ thành phầ khuôn có thể đng đ ợ dùng đ phậ i ng n di ộ ư c ể sả xuấ mộ vậđ có phầ cắ lẹ trên mặ ngoài củ vậ đ Mặ dù n t t t úc n t m t a t úc c các bộ n khuôn rờ rấ tố cho việ thoát khí ra khỏ lòng khuôn như phậ i t t c i ng tố nhấ vẫ là thiế kế t đ sao cho không có phầ cắ lẹ do vậ sẽ t t n t vậ úc n t m y không cầ bộ n khuôn rờ n phậ... củ t quá úc c Mộ đờ phân khuôn thẳ cho phép các bềmặ khuôn phẳ đợ ư t ư ng ng t ng ư c a chuộ hơ Các bề t phẳ trên các nử khuôn thì kinh tế n so vớ bề ng n mặ ng a hơ i mặ không phẳ Ngoài ra vớ nhữ bềmặ khuôn phẳ rấ dễtạ kín t ng i ng t ng t o giữ hai nử khuôn a a Ruộ và bộ n trư t rấđt tiề vì vậ đ ờ phân khuôn nên đ ợ bố t phậ ợ t ắ n y ư ng ưc trí đ giả thiể tố đ số ợ ruộ và bộ n trư t Đ u này có thể... 0,903 0,878 2,000 2,312 25 LUẬ VĂ TỐ NGHIỆ N N T P - Sự ẩ vậđ ra kh khuôn: đy t úc i Việ đy vậ đ ra đ hỏ khuôn phảđ ợ thiế kếsao cho vậ đ vẫ c ẩ t úc òi i i ưc t t úc n còn nằ trong nử khuôn đc khi khuôn mởra Thiếkế m a ự t khuôn vớ đ xiên i ộ không đ ủtrong phầ lòng khuôn củ nử khuôn cái (hoặ bề t xấ sẽ n a a c mặ u) làm vậđ dính vào nử khuôn cái t úc a Ngay sau khi vậđ đ đc, vậđ vẫ còn nóng và dễ biế... lòng khuôn và khả ng làm nguộ khuôn Nhiệđ tố ư củ ng a nă i t ộ i u a khuôn cho từ loạvậđ riêng biệđợ xác đ bằ chiề dày mặ ng i t úc t ưc ị nh ng u t cắvậđ và đ bóng yêu cầ Khi nhiệđ này đ đợ thiếlậ nó sẽ t t úc ộ u t ộ ã ưc t p đợ duy trì vớ sai số oC, khuôn đ ợ nung nóng ởmộ số ưc i ±5 ưc t vùng đc ặ biệcủ khuôn bằ cách sửdụ dây đ n trở(đợ gắ sâu vào trong t a ng ng iệ ưc n khuôn hoặ bên ngoài khuôn) ... kếtrong bộ n đ a dạ khuỷ t phậ ư ng u Hình 2.13: Cơcấ khóa khuôn u 2.8.4 Hệ ng đy sả phẩ ra khỏ khuôn thố ẩ n m i Tấ m đy ẩ Tấ giữ m Knockout pin Knockout plate Chố đy t ẩ Chốhồ t i Hình 2.14: Hệ ng đy sả phẩ ra kh khuôn bằ tác đng cơkhí thố ẩ n m i ng ộ 15 LUẬ VĂ TỐ NGHIỆ N N T P - Khuôn đ áp lự luôn bao gồ mộhệ ng đy vậđ ra khỏ khuôn úc c m t thố ẩ t úc i bở tác đng cơkhí trình bày nhưhình 2.14 Khi khuôn. .. phẩ o t ể đy n m  Nên bố lõi ở mộphía củ khuôn (nử khuôn đ c) trí về t a a ự 20 LUẬ VĂ TỐ NGHIỆ N N T P  Tránh tạ nhữ vùng có đ nghiêng quá lớ đ u này làm cho khuôn mau o ng ộ n, iề hư làm tă giá thành chế o và ng tạ  Việ tạ chữnổlàm việ chế o đ n giả và rẻ n so vớchữ c o i c tạ ơ n hơ i chìm 2.10 Vài chú ý khi thiếkế t khuôn đ áp lự úc c - Hình dạ củ mộ lòng khuôn có dạ thon đ dễlấ vậ đ và có đ ng... u ưc n đ làm khuôn đ buồ ép nóng và buồ ép nguộ Ví dụ ể úc ng ng i như u thiế nế t kế khuôn đ hợ kim Al, vậliệ làm khuôn đ ợ chọ là thép dụ cụ úc p t u ưc n ng H13 nêu rõ thỏ mãn đợ cho đ Zn Khuôn đợ chuyể qua hoạ a ưc úc ưc n t đng vớ máy đ buồ ép nóng bằ cách bịlạ lỗcủ buồ ép ộ i úc ng ng t i a ng nguộ bên trong nử khuôn cái và thêm mộ lỗ ư c rót và mộ chỗtự i a t đợ t a vòi phun Nử khuôn đc cũ cầ... bóng bề t củ các lòng khuôn trong khuôn đ áp lự ộ mặ a úc c:  Tấ cảcác lòng khuôn trong khuôn phả đ ộbóng đ y vậ đ ra t i ủđ ểlấ t úc đợ dễ ưc dàng, ngoài ra, sựgia công bề t yêu cầ củ các lòng khuôn mặ u a còn tùy thuộ vào ứ dụ củ vậđ Khi vậđ ra đ sơ hay mạ c ng ng a t úc t úc ể n , phảchuẩ bị mặlòng khuôn có đ bóng cầ thiế i n bề t ộ n t  Phư ng pháp tạ đ bóng tố nhấ là dùng bộ kim cư ng đ đ bóng... P 2.8.3 Hệ ng kẹ khuôn thố p - Hai nử khuôn đ ợ kẹ vào nhau đ ngă ngừ sựrò rỉ a ưc p ể n a kim loạ lỏ i ng trên mặphân khuôn Mộhệ ng kẹ khuôn về bả gồ có hai tấ t t thố p cơ n m m cố ị mộ tấ di đng, bố thanh dẫ hư ng chính xác và mộ cơ u đnh, t m ộ n n ớ t cấ khóa như trên hình 2.10 - Nử khuôn cố ị đ ợ gá lên tấ cố ị (có các rãnh chữT) đ kẹ a đ nh ư c m đ nh ể p chặnử khuôn vào Nử khuôn di đng đợ kẹ... 2.10: Bả vẽ thố kẹ khuôn n hệ ng p 13 LUẬ VĂ TỐ NGHIỆ N N T P Hình 2.11: Bắ khuôn lên máy đ t úc Tấ cố m đ ị nh Kiề m máy Tấ di m đng ộ Tấ cố m đ ị nh Thanh dẫ n hư ng ớ Xilanh thủ lự y c Hình 2.12 14 LUẬ VĂ TỐ NGHIỆ N N T P - Cơcấ khóa khuôn: đ ợ trình bày như u ưc hình 2.13, khi hai bề t khuôn mặ tiế xúc vớ nhau, tác đng khóa khuôn sẽ y ra và áp suấnén ở mặ p i ộ xả t bề t phân khuôn đ ợ thiế lậ do