Thuyết minh - đồ án thiết kế khuôn đúc áp lực - chi tiết nắp van chỉnh áp ntu

MỤC LỤC
TRANG BÌA PHỤ ...................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
PHIẾU ĐÁNH GIÁ ................................................................................................. iii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vi

rs
ity

LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC ........................... 2
1.1. Khái niệm đúc áp lực ........................................................................................2

ve

1.2. Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực ...................................................3
1.3. Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm ........................................4

ni

1.4. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của phương pháp đúc áp lực .................5

U

1.4.1. Ưu điểm ......................................................................................................5

g

1.4.2. Nhược điểm ................................................................................................ 5

an

1.4.3. Phạm vi sử dụng .........................................................................................5
1.5. Các hợp kim nhôm được sử dụng trong đúc áp lực ..........................................6

Tr

1.6. Máy đúc áp lực .................................................................................................7
1.6.1. Phân loại .....................................................................................................7

ha

1.6.2. Máy đúc áp lực buồng ép nguội kiểu piston ép nằm ngang .......................8

N

1.7. Các khuyết tật trong đúc áp lực ......................................................................11
1.7.1. Khuyết tật rót thiếu ...................................................................................11
1.7.2. Nếp xếp chồng .......................................................................................... 11
1.7.3. Khuyết tật đường chảy .............................................................................12
1.7.4. Lỗ xốp co ..................................................................................................12
1.7.5. Vết nứt ......................................................................................................12
1.7.6. Khuyết tật dộp .......................................................................................... 13
1.7.7. Vết mài mòn do ma sát .............................................................................13
1.7.8. Sự rạn nứt do nhiệt ...................................................................................13


1.7.9. Sự hàm dính khn...................................................................................13
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC .............. 14

2.1. Giới thiệu chi tiết nắp van chỉnh áp ................................................................ 14
2.2. Sơ lượt về công ty cổ phần NAKYCO ........................................................... 16
2.3. Lựa chọn kết cấu khuôn ..................................................................................17
2.3.1. Chọn mặt phân khuôn...............................................................................17
2.3.2. Số lượng chi tiết trong một khuôn ............................................................ 18
2.4. Thiết kế các thành phần kết cấu khn ........................................................... 20

rs
ity

2.4.1. Tính tốn kích thước lõi khn di động ...................................................20
2.4.2. Chọn sơ bộ kích thước lõi khn cố định ................................................22

ve

2.4.3. Chọn kích thước vỏ khn di động .......................................................... 23
2.4.4. Chọn kích thước vỏ khn cố định .......................................................... 24

ni

2.4.5. Thiết kế rãnh dẫn và kênh thoát hơi .........................................................25

U

2.4.6. Thiết kế chày và sơ mi khuôn ..................................................................29
2.4.7. Thiết kế hệ thống đẩy ...............................................................................31

an

g

2.4.8. Chọn hệ thống làm nguội .........................................................................36
2.5. Tính lực ép, lực khóa khn và lực tách chi tiết.............................................38

Tr

2.5.1. Xác định áp lực ép ....................................................................................38
2.5.2. Tính tốn lực khóa khn .........................................................................39

ha

2.5.3. Tính tốn lực tách chi tiết .........................................................................40

N

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ KHUÔN TRÊN PHẦN MỀM PRO/ENGINEER
WILDFIRE 5.0 ........................................................................................................ 41
3.1. Xây dựng mơ hình nắp van chỉnh áp .............................................................. 41
3.1.1. Tạo phần thân cho chi tiết ........................................................................41
3.1.2. Tạo phần đế cho chi tiết ...........................................................................42
3.1.3. Tạo các lỗ, rãnh và bo tròn các cạnh cho chi tiết .....................................43
3.2. Tách khn .....................................................................................................46
3.3. Xây dựng mơ hình khn đúc áp lực nắp van chỉnh áp .................................50
3.3.1. Xây dựng mơ hình các thành phần của nửa khuôn di động .....................51
3.3.2. Xây dựng mơ hình các thành phần của nửa khn cố định .....................56


CHƯƠNG IV: MƠ PHỎNG LẬP TRÌNH GIA CƠNG CÁC CHI TIẾT ĐIỂN
HÌNH BẰNG PHẦM MỀM PRO/ENGINEER WILDFIRE 5.0 ....................... 60
4.1. Lập trình gia cơng chi tiết vỏ lõi .....................................................................60

4.1.1. Trình tự các bước ngun cơng ................................................................ 61
4.1.2. Lập trình gia cơng ngun cơng 1 ............................................................ 63
4.1.3. Lập trình gia cơng ngun cơng 2 ............................................................ 74
4.2. Lập trình gia cơng chi tiết lõi ..........................................................................78
4.2.1. Trình tự các bước ngun cơng ................................................................ 78

rs
ity

4.2.2. Lập trình gia cơng ngun cơng 1 ............................................................ 80
4.2.3. Lập trình gia cơng ngun cơng 2 ............................................................ 83
4.3. Lập trình gia cơng chi tiết hốc khn cố định ................................................92

ve

4.3.1. Trình tự các bước ngun cơng ................................................................ 92

ni

4.3.2. Lập trình gia cơng ngun cơng 1 ............................................................ 94

U

4.3.3. Lập trình gia công nguyên công 2 ............................................................ 96
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ................................................................... 102

N

ha

Tr

an

g

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 103


DANH MỤC BẢNG
Bảng

Nội dung

Trang

Thành phần hóa học và tính chất cơ lý của hợp kim nhơm
Thành phần hóa học của SKD61
Cơ tính của SKD61
Giá trị các hệ số K
Chiều dày rãnh thốt hơi trên khn đúc (mm)
Độ dày đế đẩy
Bảng trình tự các ngun cơng gia cơng vỏ lõi
Các thơng số chế độ cắt tiện
Các thông số chế độ cắt khoan

rs
ity

1.1

2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9

an

g

U

ni

ve

Các thơng số chế độ cắt khoan
Bảng trình tự các nguyên công gia công lõi
Các thông số chế độ cắt phay
Các thơng số chế độ cắt
Bảng trình tự các ngun công gia công hốc

Các thông số chế độ cắt phay

6
20
20
26
28
35
62
67
70
74
79
86
88
93
98

DANH MỤC HÌNH
Trang

Một số chi tiết được chế tạo bằng cơng nghệ đúc áp lực
Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực
Các thành phần cơ bản của bộ khuôn đúc áp lực
Máy đúc áp lực buồng nguội kiểu nằm ngang
Hệ thống kẹp khuôn
Khuôn được gá lên máy đúc áp lực
Cơ cấu khóa khn
Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn đúc
Sản phẩm nắp van chỉnh áp sau khi đúc áp lực và gia

cơng sơ
Kích thước nắp van chỉnh áp
Bản vẽ lồng phôi (phôi chi tiết sau khi đúc)
Mặt phân khn

2
3
4
8
9
9
10
10

N

ha

1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8

Nội dung

Tr

Hình

2.1
2.2
2.3
2.4

14
15
15
17


Tr

an

g

U

ni

ve

rs
ity

Cách bố trí chi tiết đúc

Rãnh dẫn kim loại lỏng
Cách chọn kích thước lõi khn
Kích thước sơ bộ lõi khn di động
Kích thước sơ bộ lõi khn cố định
Kích thước vỏ khn di động
Kích thước vỏ khn cố định
Kênh hình trịn
Kênh hình chữ nhật
Kênh hình thành đáy trịn
Kênh hình thang đáy có các góc
Kích thước sơ bộ tiết diện rãnh dẫn hình thang
Kích thước sơ bộ chày
Kích thước sơ bộ của sơ mi khuôn
Các thành phần của hệ thống đẩy
Chọn khảng cách đẩy
Vị trí các chốt đẩy
Kích thước chốt đẩy
Vị trí sơ bộ của chốt hồi
Kích thước của chốt hồi
Tấm đẩy và tấm giữ
Vị trí bộ phận kênh làm nguội cho nửa khn di động
Vị trí bộ phận kênh làm nguội cho nửa khn cố định
Xây dựng mơ hình nắp van chỉnh áp
Tách khuôn
Lắp ghép nửa bộ khuôn di động
Lắp ghép nửa bộ khn cố định
Lập trình gia cơng chi tiết vỏ lõi
Lập trình gia cơng chi tiết lõi
Lập trình gia công chi tiết lõi

N

ha

2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
3.1 - 3.10
3.11 - 3.19
3.20 - 3.27

3.28 - 3.34
4.1 - 4.31
4.32 - 4.49
5.50 - 5.44

19
19
21
22
22
23
24
26
27
27
27
28
29
30
31
31
32
33
34
34
35
36
37
41 - 45
46 - 49

50 - 55
56 - 59
60 - 77
78 - 91
91 - 101


1

LỜI MỞ ĐẦU
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 sử dụng rộng rãi nhất. Đi đôi với
phương pháp này, việc thiết kế và chế tạo khuôn là một vấn đề quan trọng bậc nhất,
nó chiếm phần lớn thời gian của q trình sản xuất. Ngày nay, với sự trợ giúp của
máy tính và các phần mềm chuyên dụng, việc thiết kế và chế tạo khn đã trở nên

rs
ity

nhanh chóng và dễ dàng.
Trong những năm gần đây, phương thức sản xuất này đã xâm nhập khá phổ
biến vào ngành cơ khí nước ta, tạo nên những chuyển biến lớn trong sản xuất chế

ve

tạo. Vì vậy, việc nắm bắt và có kiến thức vững vàng về vấn đề này là một yêu cầu

ni

cần thiết.

U

Từ các cơ sở thực tế trên, đồng thời mong muốn được vận dụng, củng cố và
phát huy kiến thức đã được học vì vậy em đã chọn đề tài: “Thiết kế khuôn đúc áp

an

g

lực chi tiết nắp van chỉnh áp”. Nội dung của đồ án gồm có 4 chương:

Tr

Chương I: Tổng quan về cơng nghệ đúc áp lực.
Chương II: Tính tốn và thiết kế khn đúc áp lực.

ha

Chương III: Thiết kế khuôn trên phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 5.0.

N

Chương IV: Mô phỏng lập trình gia cơng các chi tiết bằng phần mềm

Pro/ENGINEER Wildfire 5.0.
Tuy nhiên, do trình độ và thời gian có hạn nên đề tài chắc chắc khơng thể tránh
những thiếu sót, kính mong q thầy cơ và các bạn đóng góp ý kiến để luận văn
được hồn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Phương


2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC
1.1. Khái niệm đúc áp lực
Đúc áp lực cao là công nghệ đúc trong đó kim loại lỏng được điền đầy khuôn
và đông đặc duới tác dụng của áp lực cao do khí nén hoặc dầu ép trong xy lanh ép
của máy đúc áp lực tạo ra.
Đúc áp lực là phương pháp chế tạo vật đúc có năng suất rất cao, có thể tự động
hóa hồn tồn, độ chính xác và độ bóng bề mặt vật đúc thuộc loại cao nhất. Hiện

rs
ity

nay, sản lượng các vật đúc được chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực chiếm tỷ
trọng lớn nhất trong các phương pháp đúc đặc biệt.

ve

Ngày nay quá trình đúc áp lực được thực hiện bằng các máy chuyên dùng tự
động hóa và cơ giới hóa cao. Sự đơn giản và ít cơng đoạn trong đúc áp lực mở ra

ni

những triển vọng to lớn để tự động hóa tồn bộ các quá trình sản xuất. Một số chi

N

ha

Tr

an

g

U

tiết được chế tạo bằng cơng nghệ đúc áp lực, như hình 1.1 [6].

Hình 1.1: Một số chi tiết được chế tạo bằng công nghệ đúc áp lực


3

1.2. Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực
Nguyên lý đúc áp lực được thực hiện qua 4 giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1: Cấp liệu (hình 1.2a)
- Giai đoạn 2: Điền đầy hốc khn (hình 1.2b)
- Giai đoạn 3: Mở khn (hình 1.2c)

ve

rs
ity

- Giai đoạn 4: Đẩy sản phẩm (hình 1.2d)

(b)

Tr

an

g

U

ni

(a)

(c)

(d)

ha

Hình 1.2. Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực

N

1 – Buồng ép; 2 – Piston ép; 3 – Cốc rót; 4 – Nửa khn cố định;
5 – Nửa khuôn di động; 6 – Hệ thống chốt đẩy.

Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực được mơ tả theo hình 1.2. 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 khn, tồn bộ q trình điền đầy khn xảy ra trong
vịng vài phần mười đến vài phần trăm giây.
Áp suất ép lên kim loại lỏng có thể từ vài trăm đến vài ngàn kG/cm2. Sau khi
vật đúc đông đặc, ruột được rút ra, nửa khuôn di động 5 mang theo vật đúc rời khỏi
nửa khuôn cố định 4, sau đó vật đúc được đẩy ra khỏi nửa khuôn động nhờ các chốt


4

đẩy. Sau khi sản phẩm được rơi ra thì phần khn di động được hệ thống đóng mở
khn ép vào phần khn tĩnh. Một chu trình mới lại được bắt đầu.
Các nhân tố ảnh hưởng đáng kể nhất đến quá trình hình thành vật đúc là:
 Các thơng số của hệ thống rót.
 Nhiệt độ của kim loại lỏng và của khuôn.
 Áp lực trong buồng ép và trong hốc khuôn.
 Vận tốc nạp.

rs
ity

 Vận tốc chuyển động của piston ép.
 Chế độ bôi trơn và làm nguội.

ve

1.3. Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm

ni

Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm được thể hiện trên hình 1.3.

N

ha

Tr

an

g

hệ thống kênh nước làm nguội…

U

Ngồi ra, trên khn cịn có hệ thống dẫn, đường thơng hơi, rãnh rửa, chốt định vị,

Hình 1.3: Các thành phần cơ bản của bộ khuôn đúc áp lực
1 – Tấm kẹp khuôn di động, 2 – Tấm đẩy, 3 – Tấm giữ, 4 – Lõi khuôn di
động, 5 – Chi tiết, 6 – Lịng khn cố định, 7 – Tấm kẹp khuôn cố định, 8 – Sơ mi,
9 – Chốt hồi, 10 – Chốt đẩy, 11 – Chốt đẩy tấm đẩy, 12 – Đế giữ tấm đẩy.


5

1.4. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của phương pháp đúc áp lực
1.4.1. Ưu điểm
- Vật đúc đạt độ chính xác cao, độ bóng bề mặt cao, hầu như khơng cần gia cơng
cơ khí, chỉ cẩn gia cơng sơ sản phẩm sau đúc.
- Hồn tồn khơng sử dụng hỗn hợp làm khn.

- Có khả năng đúc được những vật đúc thành rất mỏng (< 1 mm).

rs
ity

- 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 tổ chức của vật đúc nhỏ mịn, xít chặt.

ve

- Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa cao, điều kiện lao động được cải thiện.
- Năng suất cao, có thể đạt 1000 – 3600 lần ép/giờ.

ni

- Khn kim loại có thể dùng được nhiều lần.

U

1.4.2. Nhược điểm

g

- Giá thành khuôn rất cao, nhất là khi đúc các hợp kim có nhiệt độ rót cao (như

an

đồng, thép…). Vật liệu làm khn phải là vật liệu chịu nóng đặc biệt, gia cơng tỉ mỉ

Tr

và nhiệt luyện thích hợp.

- Vật đúc có rỗ khí (do dịng kim loại chảy vào khn cuốn theo bọt khơng khí và

ha

do kết tinh nhanh khơng thốt ra ngồi được) làm giảm độ sít chặt của vật đúc. Đây

N

là một nhược điểm cần đặc biệt quan tâm khi thiết kế đúc áp lực.
- Kích thước và khối lượng của vật đúc bị hạn chế theo cỡ máy đúc.
- Tỉ lệ thành phẩm nhỏ vì hệ thống rót lớn.
1.4.3. Phạm vi sử dụng
- Đúc áp lực được sử dụng để đúc các vật đúc nhỏ, hình dạng và kết cấu phù hợp,
sản xuất hàng loạt.
- Hợp kim dùng để đúc áp lực cần có khoảng kết tinh hẹp để nhận được vật đúc
có độ sít chặt cao, đồng đều, độ bền và độ dẻo cao ở nhiệt độ cao.


6

1.5. Các hợp kim nhôm được sử dụng trong đúc áp lực
 Để đúc áp lực, người ta chủ yếu dùng hợp kim hệ Al-Si-Cu-Mg. Silic có tác
dụng làm tăng độ chảy lỗng và độ bền. Đồng có tác dụng hóa bền hợp kim, nhưng
có khuynh hướng tập trung ở tinh giới, làm giảm tính chống ăn mịn của hợp kim
(lượng đồng cho vào thường không vượt quá 4%). Magiê cải thiện tính chống ăn
mịn, độ dẻo và độ dai va đập. Lượng Magiê trong hợp kim Al-Si không nên quá
1%; Silic trong hợp kim Al-Mg không nên quá 1,2%.

rs
ity

 Các hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi nhất: AlSi12, AlSi9Mg0,3,
AlMg8, AlSi8Cu4. Thành phần hóa học và các tính chất cơ lý của một số hợp kim

ve

nhơm được trình bày trong bảng 1.1.

ni

Bảng 1.1: Thành phần hóa học và tính chất cơ lý của hợp kim nhơm [9].

10 – 12,5

AlSiMg0,3

AlMg8

Al8Cu4

8 – 10,5

–

7,5 – 8,5

–

0,2 – 0,3

9,5 – 10,5

0,3 – 0,5

Cu, %

–

–

–

1 – 1,5

Mn, %

–

0,2 – 0,5

–

0,3 – 0,5

Fe, %

<1,5

<1

<0,2

<0,9

Ρ, kg/dm3

2,7 – 2,8

2,7 – 2,75

2,6 – 2,65

2,8 – 2,9

σ, MPa

150

160

300

250

δ, %

>1

>2

>8

>3

HB

50

55

75

75

N

Mg, %

ha

Tr

Si, %

an

chất cơ lý

AlSil2

g

học và các tính

Hợp kim

U

Thành phần hóa


7

 Một số ưu điểm của hợp kim nhơm
 Tính chống ăn mịn nhất định trong khí quyển nhờ ln ln có lớp màng
ơxit. Để tăng tính chống ăn mịn trong khí quyển, người ta làm cho lớp bảo vệ này
dày lên bằng các anốt hố, nhờ đó nhơm và các hợp kim nhơm có thể dùng trong
xây dựng, trang trí nội thất mà khơng cần bảo vệ.
 Độ dẫn điện cao, tuy chỉ bằng 62% của đồng nhưng do khối lượng riêng nhỏ
nên các đặc tính truyền điện và truyền dịng điện rất cao.

rs
ity

 Tính dẻo cao, rất dễ biến dạng dẻo nhất là khi kéo sợi, cán thành tấm.
 Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp (6600C) một mặt làm dễ dàng nấu chảy

ve

khi đúc, nhưng nhôm và hợp kim nhôm không sử dụng ở nhiệt độ cao hơn 300 0C –
4000C. So với gang, thép việc đúc nhơm sẽ khó khăn hơn do dễ sinh ra nhiều khuyết

ni

tật vật đúc (bởi dễ bị ơxi hố) như: rỗ khí, rỗ co, lẫn tạp chất, các vết dịng chảy,

U

khơng điền đầy lịng khn. Vì vậy những sản phẩm từ nhôm thường được đúc

Tr

1.6.1. Phân loại

an

1.6. Máy đúc áp lực

g

bằng phương pháp áp lực.

Trong công nghệ đúc áp lực, tùy thuộc vào loại hợp kim cần đúc và các yêu cầu

ha

khác của sản phẩm mà người ta sẽ sử dụng các loại máy đúc áp lực khác nhau. Máy

N

đúc áp lực được sản xuất theo hai kiểu chính là: máy đúc áp lực với buồng ép nguội,
máy đúc áp lực với buồng ép nóng.
- Máy đúc áp lực với buồng ép nguội gồm có: kiểu piston ép nằm ngang, kiểu
piston ép thẳng đứng từ dưới lên và kiểu piston ép thẳng đứng từ trên xuống.
- Máy đúc áp lực với buồng ép nóng kiểu piston ép thẳng đứng.
Tại xưởng cơ khí của cơng ty NAKYCO hiện tại chỉ có 2 máy đúc áp lực buồng
nguội kiểu piston nằm ngang, nên trong đề tài ta chỉ xét rõ cho loại máy đúc áp lực
với buồng nguội kiểu piston nằm ngang.


8

ni

ve

rs
ity

1.6.2. Máy đúc áp lực buồng ép nguội kiểu piston ép nằm ngang

U

Hình 1.4: Máy đúc áp lực buồng ép nguội kiểu piston ép nằm ngang
Máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang gồm các hệ thống chính là: Hệ

an

g

thống bơm kim loại lỏng, bộ khuyếch đại áp suất, hệ thống kẹp khuôn, hệ thống đẩy
sản phẩm ra khỏi khuôn.

Tr

1.6.2.1. Hệ thống bơm kim loại lỏng

ha

Hệ thống này có thể sử dụng các tay máy được điều khiển tự động hoặc sử dụng
hệ thống bơm nhưng thông thường được thực hiện thủ cơng, kim loại lỏng được rót

N

vào buồng ép. Việc đẩy kim loại lỏng vào khuôn được thực hiện nhờ hệ thống xy
lanh thủy lực.
1.6.2.2. Bộ khuyếch đại áp suất
Hệ thống này được sử dụng để gia tăng áp lực ép trong giai đoạn cuối của hành
trình ép. Piston ép khi di chuyển sẽ kích hoạt cơng tắc hành trình làm van khí của
bình gas (chứa khí nitơ) mở ra, dầu thủy lực được bơm từ trước vào trong bình gas
bị khí gas nén nên tràn xuống piston tạo thêm áp lực ép.


9

1.6.2.3. Hệ thống kẹp khuôn
Hai nửa khuôn được kẹp vào nhau để ngăn ngừa sự rò rỉ kim loại lỏng trên mặt

phân khuôn. Một hệ thống kẹp khuôn về cơ bản gồm có hai tấm cố định, một tấm di

ni

ve

rs
ity

động, bốn thanh dẫn hướng chính xác và một cơ cấu khóa như trên hình 1.5.

U

Hình 1.5: Hệ thống kẹp khn

g

Nửa khn cố định được gá lên tấm cố định (có các rãnh chữ T) để kẹp chặt

an

nửa khuôn vào. Nửa khuôn di động được kẹp vào tấm di động. Tấm cố định thứ hai,

N

ha

hình 1.6.

Tr

bộ phận đưa dạng khuỷu (kiềm máy) được lắp đặt phía sau máy như minh họa trên

Hình 1.6: Khn được gá lên máy đúc áp lực


10

Cơ cấu khóa khn: khi hai bề mặt khn tiếp xúc với nhau, tác động khóa
khn sẽ xảy ra và áp suất nén ở bề mặt phân khuôn được thiết lập do kết hợp giữa

U

ni

ve

rs
ity

piston thủy lực và hệ thống các liên kết trong bộ phận đưa dạng khuỷu.

g

Hình 1.7: Cơ cấu khóa khn

N

ha

Tr

an

1.6.2.4. Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khn

Hình 1.8: Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn đúc


11

Khuôn đúc áp lực luôn bao gồm một hệ thống đẩy vật đúc ra khỏi khn bởi tác
động cơ khí trình bày như hình 1.8. Khi khn đóng lại, chốt đẩy tiếp xúc với vật
đúc và các chốt hồi tiếp xúc với các mặt phân khuôn của nửa khuôn cố định. Sau
khi khuôn mở ra, vật đúc được đẩy ra bởi sự di chuyển của tổ hợp tấm đẩy và tấm
giữ mang chốt đẩy về phía trước. Lực cần thiết để tác động lên hệ thống đẩy này có
thể được cung cấp bởi một bộ phận đẩy, bộ bánh răng thanh răng hay một xylanh
thủy lực.

rs
ity

1.7. Các khuyết tật trong đúc áp lực
1.7.1. Khuyết tật rót thiếu

ve

Khuyết tật rót thiếu thường do những nguyên nhân sau:

ni

 Sự điền đầy chậm vào các lịng khn.
 Sự bơi trơn q mức.

U

 Nhiệt độ kim loại và khn khơng đúng.

an

 Khí lẫn vào kim loại.

g

 Hệ thống rót khơng thích hợp.

Tr

 Q ít kim loại trong buồng bắn.
Để ngăn ngừa sự rót thiếu cần làm rộng thêm đường dẫn hoặc làm thay đổi

ha

hướng của dịng chảy (rãnh rửa đơi khi cũng làm thay đổi hướng của dòng chảy).

N

1.7.2. Nếp xếp chồng
Là những dấu vết trên bề mặt được tạo ra do hai hay nhiều dịng kim loại hịa

lẫn vào nhau khơng tốt. Nếp xếp chồng xuất hiện do những nguyên nhân sau:
 Vận tốc hoặc áp suất bơm không đủ.
 Thành phần oxit cao trong kim loại lỏng.
 Áp suất phản hồi cao trong lịng khn.
 Nhiệt độ của kim loại lỏng hay nhiệt độ bề mặt của lịng khn q thấp.


12

Khuyết tật này có thể được ngăn ngừa bằng các cách sau:
 Gia tăng vận tốc bơm hay áp suất bơm kim loại lỏng.
 Nới rộng đường dẫn hay rãnh dẫn, nếu điều này làm giảm thời gian điền đầy
các lịng khn.
 Dùng trợ dung để khử bỏ tạp chất oxít.
 Bảo đảm sự thơng hơi của khn đủ để giảm áp suất phản hồi.
 Gia tăng nhiệt độ của kim loại lỏng và nhiệt độ của các lịng khn.

rs
ity

 Chuyển qua một loại hợp kim có tính chảy lỏng cao hơn nếu có thể được.
1.7.3. Khuyết tật đường chảy

ve

Khuyết tật này có thể khơng làm ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật đúc
hay chức năng sử dụng nhưng thông thường chúng không thể được bỏ qua khi u

ni

cầu về độ bóng bề mặt địi hỏi khắt khe. Khuyết tật đường chảy đơi khi xảy ra do

U

tình trạng của lịng khn nhưng hầu như đều do thời gian điền đầy lịng khn q

an

1.7.4. Lỗ xốp co

g

lâu hoặc do chày được bố trí khơng thích hợp.

Tr

Sự co rút dẫn đến hình thành lỗ xốp co rời rạc, khơng đều thường do sự quá
nhiệt cục bộ của khuôn. Một phương pháp ngăn ngừa sự quá nhiệt là làm nguội

ha

khuôn ở những vùng bị quá nhiệt, một cách khác là gia tăng thời gian chu kì đúc. Sự

N

tập trung nhiệt trong những vùng có chiều dày khác thường có thể được loại trừ
bằng cách đưa vào các ruột làm tiết kiệm kim loại trong những vùng này.
1.7.5. Vết nứt
Các vết nứt sinh ra do tác động cơ học trong vật đúc có thể xảy ra trong suốt
q trình mở khn và lấy vật đúc ra, bởi vì sự điều khiển khơng đúng các chuyển

động trước khi khn mở ra có thể gây nứt. Vận hành bằng thủy lực với những cơ
cấu khóa bên trong thích hợp hơn. Sự dịch chuyển lệch vị trí tương đối giữa hai nửa
khn trong khi mở khn cũng có thể gây ra vết nứt trên vật đúc.


13

1.7.6. Khuyết tật dộp
Sự kẹt khí trong dịng kim loại lỏng là nguyên nhân hình thành dộp trên bề
mặt vật đúc áp lực. Dộp có thể được ngăn ngừa đơn giản bằng bôi trơn khuôn đúc,
thêm những đường thông hơi và rãnh rửa hoặc thiết kế lại hệ thống rót.
1.7.7. Vết mài mịn do ma sát
Khuyết tật này ln sinh ra do vùng cắt lẹm trong khuôn đúc, các vùng cắt lẹm
có thể bị chùi bóng chưa đủ. Đơi khi độ xiên của vật đúc không đủ cũng gây ra

rs
ity

khuyết tật này, khi đó lịng khn phải được gia cơng lại. Vết mài mịn do ma sát
cũng có thể do sự hàn dính cục bộ xảy ra hay khi tấm đẩy tiến về phía trước khơng

ve

bằng phẳng và làm nghiêng vật đúc.

ni

1.7.8. Sự rạn nứt do nhiệt

U

Khuyết tật này trên vật đúc xảy ra gần đậu dẫn cho thấy rằng bề mặt khuôn
hay hư hỏng do mỏi nhiệt. Tuổi thọ của khn có thể được kéo dài bằng cách đánh

an

nung nóng khn trước.

g

bóng khi bắt đầu có khuyết tật này. Sự mỏi nhiệt này có thể khắc phục bằng cách

Tr

1.7.9. Sự hàm dính khn

ha

Khuyết tật này gây ra sự dính vật đúc vào khuôn và các khuyết tật ở bề mặt (rỗ
khí bề mặt) hay bề mặt vật đúc bị rách. Các vết nứt này là do quá nhiệt và do kim

N

loại va chạm và cọ sát trên khuôn.
Khuyết tật dính khn có thể được ngăn ngừa bằng cách:

 Hạ thấp nhiệt độ của kim loại lỏng.
 Hạ thấp nhiệt độ khuôn.
 Ngăn ngừa sự va chạm trực tiếp của kim loại lỏng trên bề mặt khn.
 Đánh bóng những vùng giới hạn đến độ bóng cao.

 Bảo vệ lớp phủ khuôn ở những vùng giới hạn.
 Tránh sử dụng chất bôi trơn gốc clo.


14

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ KHN ĐÚC ÁP LỰC
2.1. Giới thiệu chi tiết nắp van chỉnh áp
Sản phẩm nắp van chỉnh áp là chi tiết sử dụng trong van chỉnh áp suất, làm
bằng hợp kim nhôm AlMg8. Sản phẩm này được một cơng ty nước ngồi đặt hàng
cho công ty NAKYCO chế tạo với sản lượng là 3000 cái. Sau khi đúc chi tiết không
qua nhiệt luyện mà được gia công sơ bộ lại các bề mặt như: cạo bavia, khoan rộng
lỗ, vát mép, mài tay. Sản phẩm sau khi gia công sơ bộ sẽ được kiểm duyệt và thực

rs
ity

hiện làm sạch bằng phương pháp phun bi ta có sản phẩm hồn thiện để gởi cho

N

ha

Tr

an

g

U

ni

ve

khách hàng.

Hình 2.1: Sản phẩm nắp van chỉnh áp sau khi đúc áp lực và gia công sơ bộ


U

ni

ve

rs
ity

15

N

ha

Tr

an

g

Hình 2.2: Kích thước nắp van chỉnh áp

Hình 2.3: Lồng phôi


16

2.2. Sơ lượt về công ty cổ phần NAKYCO
Công ty cổ phần NAKYCO, tiền thân là nhà máy NAKYCO, được hình thành
lập từ ngày 10/9/1974. Năm 2005, Cơng ty chuyển đổi sang “Công ty Cổ phần
NAKYCO” theo quyết định số 699/QĐ/TCCB ngày 22/2/2005 của Bộ công nghiệp
(nay là Bộ công thương).
Cơng ty có đủ năng lực để sản xuất khép kín từ nấu luyện đến gia cơng những

rs
ity

sản phẩm cơ khí có u cầu kỹ thuật phức tạp.
Cơng ty có các hệ thống thiết bị sau:
+ Hệ thống lò nấu kim loại trung tần.

ni

ve

+ Máy đúc áp lực cao: gồm có 2 máy đúc áp lực buồng nguội kiểu nằm ngang
QC-120 MC.

U

+ Hệ thống lị tơi, ram, nhiệt luyện, lị tơi cao tần.

an

g

+ Hệ thống máy phay CNC: gồm có máy phay CNC FV 1000, máy phay CNC
ARES, máy phay khuôn CNC MITSUI-SEIKI, máy phay khuôn CNC VMC 1270
và máy phay CNC VMC 1270.

Tr

+ Hệ thống máy tiện CNC: gồm có máy tiện CNC Feeler FTC20, máy tiện
CNC FTC20A và các loại máy tiện CNC khác.

ha

+ Hệ thống máy PLC tiện tự động sản phẩm piston.

N

+ Máy bắn tia lửa điện, máy cắt dây.
+ Các máy gia công truyền thống,…
Hệ thống máy móc của cơng ty rất đa dạng, các khuôn khi chế tạo đều được gia
công trên các máy phay, máy tiện CNC, cịn các máy gia cơng truyền thống chỉ gia
công sản phẩm sau khi đúc và gia cơng các chi tiết của khn có độ chính xác
khơng cao.

17

2.3. Lựa chọn kết cấu khuôn
2.3.1. Chọn mặt phân khuôn
Mặt phân khuôn được chọn làm sao thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Sản phẩm thoát ra dễ dàng sau khi đúc xong.
+ Các vết phân khuôn không ảnh hưởng lớn đến tính thẩm mỹ cũng như chức
năng của sản phẩm.

rs
ity

+ Kết cấu khn đơn giản nhất có thể, nhỏ gọn, tuổi thọ cao.
+ Dễ dàng cho việc chế tạo, xử lý các bề mặt, cũng như việc bảo trì thay thế các
bộ phận của khuôn khi gặp trục trặc.

ve

Với chi tiết nắp van chỉnh áp, là thuộc dạng chi tiết hình trụ cơn, có vai gờ ở
phần đế. Mặt phân khuôn được chọn sao cho tách ra được phần lõi và phần vỏ

ni

khuôn, nhằm đảm bảo mặt tiếp xúc của lõi khuôn di động với vật liệu đúc lớn hơn

U

mặt tiếp xúc của lõi khuôn cố định để sao khi tách 2 nửa khn ra thì sản phẩm sẽ

N

ha

Tr

an

g

nằm trên nửa khn di động. Do đó, có thể chọn mặt phân khn như trên hình 2.4.

Hình 2.4: Mặt phân khn


18

2.3.2. Số lượng chi tiết trong một khuôn
Chọn máy đúc áp lực QC-120 MC, nên có áp lực làm việc hệ thống là 100
kG/cm2, với hệ thống tăng lực ( hệ số tăng lực k = 1,5), khối lượng vật đúc lớn nhất
có thể đúc là 0,5 kg. Ta có, thể tích của buống ép: [5, tr.40]

𝑉𝑏𝑢ồ𝑛𝑔 é𝑝 = 𝜋 ×
Trong đó:

𝐷2
4

× 𝐿𝑏𝑒

(2.1)

Vbuồng ép là thể tích buồng ép

rs
ity

D là đường kính buồng ép, có D = 60 mm = 6 cm
Lbe là chiều dài của buồng ép, có Lbe = 200 mm = 20 cm

ni

62
= 𝜋 × × 20 = 565,5 𝑐𝑚3
4

U

𝑉𝑏𝑢ồ𝑛𝑔 é𝑝

ve

Vậy thể tích buồng ép là:

Tuy nhiên, khi đúc ta chỉ đúc một nửa buồng ép nên thể tích nhơm lỏng là:
2

=

565,5
2

= 282,7 𝑐𝑚3

g

𝑉𝑏

(2.2)

an

𝑉𝑛𝑙 =

Tr

Khối lượng nhơm rót vào buồng ép: [5, tr.41]
𝑚𝑏 = 𝜌QC−120 MC × 𝑉𝑛𝑙 = 1,5 × 282,7 = 424,05 𝑔

(2.3)

N

ha

Khối lượng của một chi tiết đúc:

Trong đó:

m = D x V = 36,617 x 2,7 = 98,9 g

D là khối lượng tiêng của hợp kim nhôm, D = 2,7 g/cm3.
V là thể tích của chi tiết được tính bằng phần mềm Pro/ENGINEER

Wildfire 5.0, V = 36,617 cm3.
Dựa vào khối lượng nhơm rót vào buồng ép và khối lượng của chi tiết, chọn số
lượng chi tiết đúc là 4. Vậy ta có tổng khối lượng 4 vật đúc 𝑚𝑣𝑑 :
𝑚𝑣𝑑 = 98,9 × 4 = 395,6 𝑔

(2.4)


19

Vậy số lượng chi tiết đúc được xác định là 4 chi tiết, vị trí sơ bộ của các vật đúc

U

ni

ve

rs
ity

trong khn như hình 2.5.

g

Hình 2.5: Cách bố trí chi tiết đúc

N

ha

Tr

an

Rãnh dẫn kim loại vào lịng khn được bố trí sơ bộ như hình 2.6.

Hình 2.6: Rãnh dẫn kim loại lỏng


20

2.4. Thiết kế các thành phần kết cấu khn
2.4.1. Tính tốn kích thước lõi khn di động
Chọn vật liệu cho lõi khuôn di động là thép SKD61 tương đương với mác
40CrMoV5. Đây là loại thép chịu áp lực lớn, chịu nhiệt, dễ tách sản phẩm. Thành
phần hóa học của thép SKD61 cho trong bảng 2.1, cơ tính cho trong bảng 2.2.
Bảng 2.1: Thành phần hóa học của SKD61, [7].
Cr

Mn

Mo

Si

0,32 –

4,75 –

0,20 –

1,10 –

0,80 –

0.45%

5,50%

0,50%

1.75%

1,20%

Khối lượng

HRC

an

g

g/cm3

≥53

1,2%

Độ bền tới hạn

Độ dẫn nhiệt

MPa

W/m-K

586

414

ha

Tr

7,81

0,80 –

ve

U

Độ cứng

riêng

V

≤0,03%

ni

Bảng 2.2: Cơ tính của SKD61, [8].

S

rs
ity

C

N

Lực ép tác dụng lên khn là : [5, tr.44]

𝐹𝑚 = 𝑝 × 𝜋 ×

Trong đó:

𝐷2
4

×𝑘

p là áp lực làm việc hệ thống

D là đường kính buồng ép, có D = 60 mm = 6 cm
k là hệ số tăng lực của hệ thống tăng lực

Vậy lực ép tác dụng lên khuôn là:

𝐹𝑚 = 100 × 𝜋 ×

62
4

× 1,5 = 42412 𝑁

(2.5)