Đồ án Tốt Nghiệp ĐHBKHN,Thiết kế Khuôn đúc Áp lực,Có đầy đủ File bản vẽ chất lượng kèm theo
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.17 MB, 103 trang )
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
MỤC LỤC
Lời nói đầu...................................................................................................................4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC...............................5
1. GIỚI THIỆU...........................................................................................................5
1.1 Sơ lược về công nghệ đúc áp lực........................................................................5
1.2 Nguyên lý làm việc.............................................................................................6
1.3 Những đặc điểm của việc điền đầy hốc khuôn.....................................................8
1.4 Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm...........................................9
1.5 Hợp kim trên cơ sở nhôm....................................................................................9
1.6 Ưu, nhược điểm của phương pháp đúc áp lực...................................................12
1.6.1 Ưu điểm.....................................................................................................12
1.6.2 Nhược điểm................................................................................................12
1.7 Phạm vi sử dụng.................................................................................................13
1.8 Thiết bị dùng trong đúc áp lực...........................................................................13
1.8.1 Hệ thống bơm kim loại lỏng.......................................................................13
1.8.2 Bộ khuyếch đại áp suất..............................................................................14
1.8.3 Hệ thống kẹp khuôn....................................................................................14
1.8.4 Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.......................................................18
1.8.5 Lựa chọn máy đúc......................................................................................19
1.9 Thiết kế chi tiết đúc áp lực.............................................................................20
1.10 Vài chú ý khi thiết kế khuôn đúc áp lực......................................................23
1.11 Các khuyết tật trong đúc áp lực........................................................................32
1.11.1 Khuyết tật rót thiếu...................................................................................32
1.11.2 Nếp xếp chồng.........................................................................................33
1.11.3 Khuyết tật đường chảy.............................................................................33
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
1.11.4 Lỗ xốp co.................................................................................................33
1.11.5 Vết nứt......................................................................................................34
1.11.6 Khuyết tật dộp.........................................................................................35
1.11.7 Vết mài mòn do ma sát.............................................................................35
1.11.8 Sự rạn nứt do nhiệt...................................................................................35
1.11.9 Rỗ xốp do hấp thụ khí (rỗ khí).................................................................35
1.11.10 Sự hàm dính khuôn................................................................................36
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CÀNG THẮNG XE MÁY....37
2. THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CÀNG THẮNG XE MÁY HONDA.........37
2.1 Giới thiệu chi tiết...............................................................................................37
2.2 Thiết lập bản vẽ chi tiết......................................................................................38
2.3 Thiết kế sơ bộ.....................................................................................................40
2.3.1 Phương án thiết kế đúc...............................................................................40
2.3.2 Tính toán các thành phần khuôn.................................................................43
2.4. Thiết kế chi tiết.................................................................................................83
2.4.1. Tách khuôn....................................................................................................83
2.4.2 Tạo hệ thống rót, rãnh rửa...........................................................................91
CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG VÀ GIA CÔNG KHUÔN.........................................95
3. MÔ PHỎNG GIA CÔNG KHUÔN......................................................................95
3.1 Trình tự mô phỏng gia công bằng phần mềm Pro. Engineer.............................95
3.2 Chuẩn bị cho quá trình gia công........................................................................95
3.3 Thiết lập các thông số công nghệ cho quá trình gia công..................................95
3.3.1 Phay thô hốc vỏ khuôn đực........................................................................95
3.3.2 Phay tinh hốc vỏ khuôn đực.......................................................................96
3.3.3 Khoan lỗ lắp chốt dẫn hướng......................................................................97
4. MÔ PHỎNG DÒNG KIM LOẠI TRÊN PHẦN MỀM PROCAST.................101
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
TỔNG KẾT..............................................................................................................105
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................106
Lời nói đầu
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Ngày nay lĩnh vực công nghiệp ô tô, xe máy đang phát triển một cách rầm rộ. Song
hành cùng sự phát trển đó là nghành công nghệ đúc áp lực một nghành cung cấp chủ
yếu cho công nghiệp ô tô, xe máy. Tuy nhiên việc thiết kế khuôn đúc áp lực ở Việt
Nam lại tỏ ra không hiệu quả do chúng ta chỉ áp dụng công nghệ CAD/CAM vào thiết
kế khuôn mà chưa chú trọng tới vấn đề ứng dụng CAE vào tính toán thiết kế nhằm
giảm tối đa thời gian thiết kế, đưa ra những khuyến cáo giúp người kĩ sư khắc phục
được những sai sót trong khi vần chưa đem sản xuất điều đó làm nâng cao chất lượng
thiết kế và giảm gia thành sản phẩm. Nhiệm vụ áp dụng những công nghệ mới vào
thiết kế khuôn đúc áp lực không ai khác đó chính là nhiệm vụ của các kĩ sư Công
Nghệ Đúc phải đảm nhiệm. Đẻ góp phần nhỏ bé của mình vào công cuộc phát triển
của ngành công nghệ Đúc Áp Lực ở Việt Nam. Sau một thời gian tìm hiểu cùng với sự
hướng dẫn tận tình của cô giáo T.S Nguyễn Thị Thu em đã chọn đề tài “Nghiên cứu,
tính toán, mô phỏng công nghệ đúc áp lực cao và ứng dụng trong chế tạo chi tiết xe
máy”. Làm đề tài tốt nghiệp. Do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình tính toán
và thiết kế không tránh khỏi những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế nên
am rất mong có sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy để em có thể củng cố và hoàn thiện
kiến thức của mình khi bước vào thực tế sản xuất trong tương lai.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo T.S Nguyễn Thị Thu đã tận
tình hướng dẫn, dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Nhân đây em
cũng xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn nói riêng cùng toàn thể các thầy
các cô trong trường đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung trong suốt thời gian qua đã
dạy dỗ em thành người có tri thức để có thể cống hiến và phực vụ xã hội trong tương
lai .
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC
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 sử dụng rộng rãi nhất.
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
Đi đôi với phương
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
pháp này, việc thiết kế và chế tạo khuôn là một vấn đề quan trọng bậc nhất, nó chiếm
phần lớn thời gian của quá trình sản xuất. Ngày nay, với sự trợ giúp của máy tính và
các phần mềm chuyên dụng, việc thiết kế và chế tạo khuôn đã trở nên 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 tạo. Vì vậy,
việc nắm bắt và có kiến thức vững vàng về vấn đề này là một yêu cầu cần thiết.
- Trong giới hạn của đồ án tốt nghiệp này, em sẽ trình bày cách thức để chế tạo một bộ
khuôn hoàn chỉnh với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng.
1.1 Sơ lược về công nghệ đúc áp lực
- Đúc áp lực là phương pháp chế tạo vật đúc có năng suất rất cao, có thể tự động hóa
hoàn toàn, độ chính xác và độ bóng bề mặt vật đúc thuộc loại cao nhất. Hiện 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.
- 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 công đoạn trong đúc áp lực mở ra những
triển vọng to lớn để tự động hóa toàn bộ các quá trình sản xuất.
Hình 1. 1:
Một số chi
tiết được
chế tạo bằng công nghệ đúc áp lực
1.2 Nguyên lý làm việc
4
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
3
1 – Buồng ép
2 – Piston ép
6
2
1
5
Rót kim loại lỏng vào buồng ép
3 – Cốc rót
4 – Nửa khuôn cố định
5 – Nửa khuôn di động
6 – Hệ thống chốt đẩy
Kim loại lỏng được ép đầy vào lòng khuôn
Mở khuôn
Sản phẩm được đẩy khỏi
khuôn nhờ hệ thống đẩy
Hình 1. 2: Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực
- Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực được mô 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 khuôn, toàn bộ quá trình điền đầy khuôn xảy ra trong vòng 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
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
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 đẩy.
- Chất lượng của vật đúc phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn các chế độ công nghệ về
việc điền đầy của kim loại lỏng vào hốc khuôn và chế độ ép. Các chế độ công nghệ
này phụ thuộc vào kết cấu của khuôn, loại và công suất của máy đúc áp lực.
- Các nhân tố sau đây ảnh hưởng đáng kể nhất đến quá trình hình thành vật đúc:
Áp lực trong buồng ép và trong hốc khuôn
Vận tốc chuyển động của piston ép
Vận tốc nạp
Các thông số của hệ thống rót
Nhiệt độ của kim loại lỏng và của khuôn
Chế độ bôi 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 lỗ rót. Vận tốc v 1 của piston ép còn bé. Giá trị p1
bằng áp lực cần thiết để khắc phục ma sát trong xylanh thủy lực và trong buồng
ép.
Giai đoạn 2: Kim loại lỏng điền đầy toàn bộ buồng ép. Vận tốc chuyển động
của piston ép tăng lên và đạt tới giá trị cực đại v 2. Lúc này, hiệu của p1 và p2
bằng các kháng lực thủy động lực học trong buồng ép.
Giai đoạn 3: Kim loại lỏng điền đầy hệ thống rót và hốc khuôn. Do việc thu hẹp
dòng chảy ở rãnh dẫn nên vận tốc của piston ép giảm xuống giá trị v 3 và áp suất
p3 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
p4.
Giai đoạn 4: Giai đoạn ép tĩnh. Giá trị p4 có thể đạt từ 50 ÷ 5000 kG/cm 2. Nếu
vào thời điểm đạt được áp suất thủy tĩnh p 4 mà kim loại lỏng ở rãnh dẫn vẫn
còn lỏng thì áp suất đó sẽ được truyền lên vật đúc.
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Hình 1. 3: Sự thay đổi vận tốc và áp lực trong buồng ép
1.3 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 thể đạt tới 120 m/s, điều này cho phép đúc được những vật đúc thành rất mỏng
mặc dù cường độ trao đổi nhiệt giữa vật đúc với khuôn rất lớn.
- Tính chất của kim loại lỏng trong hốc khuôn phụ thuộc:
Vận tốc nạp
Độ nhớt và sức căng bề mặt của kim loại lỏng
Tương quan giữa chiều dày thành rãnh dẫn và chiều dày thành vật đúc
Các điều kiện nhiệt
- Về tính chất chuyển động của kim loại lỏng trong hốc khuôn, có thể chia làm ba loại:
1) Chuyển động êm: chỉ xảy ra khi vận tốc nạp nhỏ hơn 0,3m/s và tương quan giữa tiết
diện rãnh dẫn F1 và tiết diện thành vật đúc F 2 nằm trong khoảng 1/2 ÷ 2/3. Chuyển
động êm chỉ có thể được sử dụng đối với các vật đúc có hình dạng tương đối đơn giản,
chế tạo bằng các hợp kim có khoảng kết tinh rộng, có đòi hỏi cao về độ bền và độ sít
chặt.
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
2) Chuyển động rối: xảy ra khi vận tốc nạp nằm trong khoảng 0,5 ÷ 15m/s và tương
quan giữa tiết diện rãnh dẫn F1 và tiết diện thành vật đúc F 2 lớn hơn 1/4 ÷ 1/2. Do
chuyển động rối nên dòng kim loại lỏng sẽ cuốn theo khí và các sản phẩm cháy của
lớp sơn khuôn. Khí sẽ nằm lại trong vật đúc với hình dạng rỗ có kích thước 0,1 ÷ 1
mm.
3) 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 sẽ bắn tóe thành nhiều giọt nhỏ và tạo với dòng
không khí thành một hệ phân tán. Lớp vỏ đông đặc của vật đúc sẽ cản trở việc thoát
khí và khí sẽ nằm lại trong vật đúc dưới dạng rỗ khí cực nhỏ (khi v nạp > 100 m/s thì
mắt thường không nhìn thấy rỗ khí). Rỗ khí dạng này làm giảm cơ tính ít hơn là trong
trường hợp chuyển động rối. Một nhược điểm lớn của chuyển động phân tán là thành
khuôn và ruột bị ăn mòn rất nhanh, kim loại lỏng có thể bám dính (Al, Cu…), vận tốc
nạp không được vượt quá 40 m/s. Chuyển động phân tán thường được áp dụng để đúc
các vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp, có đòi hỏi cao về chất lượng bề mặt và
độ nét của các đường viền.
1.4 Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm
Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm được cho trên hình 1.4. Ngoài ra
trên khuôn còn có hệ thống dẫn, đường thông hơi, rãnh rửa, các chốt đẩy, chốt hồi,
chốt định vị, hệ thống kênh nước làm nguội… được thể hiện trên hình 1.5.
1.5 Hợp kim trên cơ sở nhôm
- Để đúc áp lực, chủ yếu dùng hợp kim hệ Al-Si-Cu-Mg. Silic có tác dụng làm tăng độ
chảy loãng và độ bền. Đồng có tác dụng hóa bền hợp kim, nhưng có khuynh hướng tập
trung ở tinh giới, làm giảm tính chống ăn mòn của hợp kim (lượng đồng cho vào
thường không vượt quá 4%). Manhê cải thiện tính chống ăn mòn, độ dẻo và độ dai va
đập. Lượng Manhê cho vào có thể đến 10%. Silic và Manhê tạo thành hợp chất Mg 2Si,
hòa tan trong dung dịch rắn trên cơ sở nhôm, 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 sử dụng rộng rãi nhất: AlSi12, AlSi9Mg0,3, AlMg8,
AlSi8Cu4 (bảng 1.1)
- Hợp kim cùng tinh AlSi12 có độ chảy loãng cao nhưng cơ tính không đủ cao. Hợp
kim AlSi9Mg0,3 có độ bền và độ chống ăn mòn cao hơn nhưng độ chảy loãng lại thấp
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
hơn. Tính công nghệ của hợp kim AlMg8 thấp, được sử dụng khi cần bảo đảm tính
chống ăn mòn cao. Hợp kim AlSiCu4 có độ chảy loãng, tính chống ăn mòn, độ bền
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
ở nhiệt độ cao, hàm lượng Si đến 18%. Trong kỹ thuật điện, thường dùng hợp kim
Silumin kẽm chứa đến 0,9% kẽm và 0,1÷0,3% Mg.
Bảng 1.1: Thành phần hóa học và cơ tính của một số hợp kim trên cơ sở nhôm
Thành phần hóa
học và các tính
Hợp kim
AlSi12
AlSi9Mg0,3
AlMg8
AlSi8Cu4
Si, %
Mg, %
Cu, %
Mn, %
Fe, %
10,0 – 12,5
–
–
–
<1,5
8,0 – 10,5
0,2 – 0,3
–
0,2 – 0,5
<1
–
9,5 – 10,5
–
–
<0,2
7,5 – 8,5
0,3 – 0,5
1,0 – 1,5
0,3 – 0,5
< 0,9
ρ, kg/dm3
Khoảng đông, oC
σb, 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
chất cơ lý
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Hình 1. 4: Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Kênh
nước làm
nguội
Chốt
xiên
Chốt
hồi
Chốt
đẩy
Hình 1. 5: Một số các thành phần khác trong khuôn đúc áp lực
1.6 Ưu, nhược điểm của phương pháp đúc áp lực
1.6.1 Ưu điểm
- Vật đúc đạt độ chính xác, độ bóng bề mặt cao, hầu như không cần gia công cơ khí.
- Hoàn toàn không sử dụng hỗn hợp làm khuôn, ruột.
- Có khả năng đúc được những vật đúc thành rất mỏng (< 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 tổ chức của vật đúc nhỏ mịn, xít chặt.
- Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa cao, điều kiện lao động được cải thiện.
- Năng suất cao, có thể đạt 1000 – 3600 lần ép/giờ.
- Khuôn kim loại có thể dùng được nhiều lần.
1.6.2 Nhược điểm
- Giá thành khuôn rất cao, nhất là khi đúc các hợp kim có nhiệt độ rót cao (như đồng,
thép…). Vật liệu làm khuôn phải là vật liệu chịu nóng đặc biệt, gia công tỉ mỉ và nhiệt
luyện thích hợp.
- Vật đúc có rỗ khí (do dòng kim loại chảy vào khuôn cuốn theo bọt không khí và do
kết tinh nhanh không thoát ra ngoài được) làm giảm độ sít chặt của vật đúc. Đây 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.
1.7 Phạm vi sử dụng
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
- Đúc áp lực được sử dụng để đúc các vật đúc nhỏ, hình dạng và kết cấu phù hợp, sản
xuất hàng loạt.
- Các hợp kim thường được sử dụng để đúc áp lực được lựa chọn theo thành phần hóa
học, các tính chất sử dụng và các tính chất công nghệ.
- 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. Hợp kim cũng cần có độ
chảy loãng tốt, không bám dính khuôn, thành phần hóa học ổn định khi giữ lâu trong
lò.
1.8 Thiết bị dùng trong đúc áp lực
- Máy đúc áp lực: trong công nghệ đúc áp lực, tùy thuộc vào loại hợp kim cần đúc và
các yêu cầu khác của sản phẩm mà người ta sẽ sử dụng 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…). Ở giới hạn của đề tài này, ta chỉ xét đến loại máy đúc áp lực với buồng ép
nguội nằm ngang, đây là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất để đúc áp lực các hợp
kim nhôm. Hình 1.7 là minh họa đơn giản của một máy đúc áp lực với buồng ép nguội
nằm ngang.
1.8.1 Hệ thống bơm kim loại lỏng
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 công, kim loại lỏng được rót vào buồng ép.
Việc đẩy kim loại lỏng vào khuôn được thực hiện nhờ hệ thống xylanh thủy lực.
1.8.2 Bộ khuyếch đại áp suất
Hình 1. 6: Sơ đồ bộ khuyếch đại áp suất
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
- 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 công 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.
1.8.3 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 động,
bốn thanh dẫn hướng chính xác và một cơ cấu khóa như trên hình 1.9
- Nửa khuôn cố định được gá lên tấm cố định (có các rãnh chữ T) để kẹp chặt nửa
khuôn vào. Nửa khuôn di động được kẹp vào tấm di động. Tấm cố định thứ hai, bộ
phận đưa dạng khuỷu (kiềm máy) được lắp đặt phía sau máy như minh họa trên hình
1.10.
- Một nối kết cố định được thực hiện giữa bộ phận đưa dạng khuỷu và tấm đẩy khi tấm
đẩy di chuyển hết mức về phía khuôn, sự điều chỉnh kích thước của bộ phận đưa dạng
khuỷu này sẽ xác định vị trí của tấm đẩy khi khóa khuôn (hình 1.11).
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Hình 1. 7: Các thành phần cơ bản của máy đúc áp lực buồng ép nguội nằm ngang
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Hình 1. 8: Máy đúc áp lực trong thực tế
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Hình 1. 9: Bản vẽ hệ thống kẹp khuôn
Hình 1. 10: Bắt khuôn lên máy đúc
Thanh dẫn
hướng
Tấm cố
định
Kiềm
máy
Tấm di
động
Tấm cố
định
Xilanh
thủy lực
Hình 1. 11
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
- Cơ cấu khóa khuôn: được trình bày như hình 1.12, khi hai bề mặt khuôn tiếp xúc với
nhau, tác động khóa khuôn sẽ xảy ra và áp suất nén ở bề mặt phân khuôn được thiết
lập do kết hợp giữa piston thủy lực và hệ thống các liên kết trong bộ phận đưa dạng
khuỷu.
Hình 1. 12: Cơ cấu khóa khuôn
1.8.4 Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn
Tấm
đẩy
Tấm giữ
Knockout
pin
Knockout
plate
Chốt đẩy
Chốt hồi
Hình 1. 13: Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn bằng tác động cơ khí
- Khuôn đúc áp lực luôn bao gồm một hệ thống đẩy vật đúc ra khỏi khuôn bởi tác động
cơ khí trình bày như hình 1.13. Khi khuôn đóng lại, chốt đẩy tiếp xúc với vật đúc và
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
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 tấm knockout (knockout plate), bộ bánh răng thanh răng hay một xylanh
thủy lực.
1.8.5 Lựa chọn máy đúc
- 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.
1.9 Thiết kế chi tiết đúc áp lực
Chi tiết đúc áp lực khi thiết kế nên tuân theo vài nguyên tắc sau:
Bo tròn các góc vuông, góc nhọn:
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Bo tròn giữa các sóng
Bo tròn bên trong lỗ
Cố gắng làm chiều dày thành đồng đều:
Bo tròn quanh lỗ để tránh bề dày thành quá mỏng
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Tránh tạo những lỗ Mở
sâu:rộng lỗ tròn để tránh mép mỏng
Tránh tạo lỗ xuyên qua nhiều phần bên trong, việc này có thể dẫn đến hư sản
phẩm khi lấy ra:
Tránh tạo những mặt phẳng lớn:
Thêm các gân tăng bền tại những vùng có tiết diện mặt cắt lớn, việc này cũng
làm tăng độ đồng đều chiều dày thành.
Tạo mặt nghiêng phía trong để dễ đẩy sản phẩm
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Nên bố trí lõi ở về một phía của khuôn (nửa khuôn đực)
Tránh tạo những vùng có độ nghiêng quá lớn, điều này làm cho khuôn mau hư
và làm tăng giá thành chế tạo
Việc tạo chữ nổi làm việc chế tạo đơn giản và rẻ hơn so với chữ chìm
1.10 Vài chú ý khi thiết kế khuôn đúc áp lực
- Hình dạng của một lòng khuôn có dạng thon để dễ lấy vật đúc và có đủ lượng dư bù
co ngót. Đối với các vật đúc có dung sai nhỏ, lượng dư cũng phải tính đến sự giãn nở
nhiệt của lòng khuôn. Sự bố trí lòng khuôn trong khuôn bị ảnh hưởng bởi:
Yêu cầu có mặt phân khuôn.
Yêu cầu cần có các ruột di động và các bộ phận rời.
Sự bố trí vị trí vùng không gian giới hạn trong vật đúc để lắp hệ thống rót.
Sự cần thiết trong việc bố trí đậu dẫn sao cho dòng chảy ban đầu của kim loại
không bị cản trở bởi các ruột hay các bộ phận khác.
Kinh nghiệm dựa trên các vật đúc có các điểm giống nhau hầu như là nền tảng
của thiết kế khuôn đúc áp lực. Tuy nhiên các sự thay đổi trong thiết kế không có
liên quan đến kinh nghiệm đã trải qua có mức độ từ không quan trọng đến quan
trọng thường được đòi hỏi trước khi các kết quả của tối ưu có thể nhận được.
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
- Lượng dư bù co:
Khi định ra kích thước cho các lòng khuôn và các ruột, một lượng dư phải được thêm
vào đối với kích thước danh nghĩa của các chi tiết đúc - lượng dư bù co thông thường
là 0,005 in/inch đối với hợp kim Zn; 0,006 in/inch đối với hợp kim Al; 0,007 in/inch
đối với hợp kim Mg. Đối với hợp kim Cu lượng dư này thay đổi từ 0,006 đến 0,008
in/inch. Lượng dư được sử dụng phụ thuộc phần lớn vào kinh nghiệm đúc loại hợp
kim được đúc. Giá trị lượng dư bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số, kích thước cơ bản và
hình dạng của vật đúc.
- Độ xiên:
Tất cả thành vật đúc đòi hỏi phải có chút độ xiên hay độ thon để vật đúc có thể được
lấy ra không bị dính khuôn hay tạo ra vết cào. Độ xiên đòi hỏi được trình bày trong
hình 1.15 là đối với thành trong vật đúc, còn đối với thành ngoài độ xiên bằng một nửa
so với thành trong. Độ xiên thay đổi theo chiều cao của thành vật đúc.
Hình 1. 6: Yêu cầu về độ xiên đối với thành trong vật đúc
- Đường phân khuôn:
Sự xác định vị trí và hình dạng của đường phân khuôn có một ảnh hưởng quan trọng
về kinh tế và sự hiệu quả của bất kỳ quá trình đúc áp lực nào.
Một đường phân khuôn thẳng cho phép các bề mặt khuôn phẳng được ưa chuộng hơn.
Các bề mặt phẳng trên các nửa khuôn thì kinh tế hơn so với bề mặt không phẳng.
Ngoài ra với những bề mặt khuôn phẳng rất dễ tạo kín giữa hai nửa khuôn.
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
Ruột và bộ phận trượt rất đắt tiền vì vậy đường phân khuôn nên được bố trí để giảm
thiểu tối đa số lượng ruột và bộ phận trượt. Điều này có thể đòi hỏi gia công cắt gọt
một đường phân khuôn không có quy tắc.
Bộ phận khuôn rời là những thành phần khuôn có thể di động được dùng để sản xuất
một vật đúc có phần cắt lẹm trên mặt ngoài của vật đúc. Mặc dù các bộ phận khuôn rời
rất tốt cho việc thoát khí ra khỏi lòng khuôn nhưng tốt nhất vẫn là thiết kế vật đúc sao
cho không có phần cắt lẹm do vậy sẽ không cần bộ phận khuôn rời.
- Sử dụng ruột trong đúc áp lực:
Chiều sâu của lỗ được tạo bởi ruột phụ thuộc vào khối lượng đúc và đường kính lỗ.
Các lỗ này trong đúc áp lực phải có độ xiên để dễ lấy ruột khỏi vật đúc. Độ xiên của
ruột thay đổi theo khối lượng đúc và chiều sâu lỗ được trình bày trong hình 1.16. Độ
xiên cũng tùy theo ruột cố định hay ruột di động.
Hình 1. 7: Quan hệ giữa độ sâu và độ xiên của lỗ
Nói chung, ruột được kéo ra khỏi vật đúc khi khuôn còn ở vị trí đóng đòi hỏi độ
xiên ít hơn so với ruột được lấy ra do tác động của chốt đẩy. Các lỗ ren răng cần
xác định chính xác hơn độ xiên. Có thể sử dụng bảng 1.2 để xác định.
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – ME4993
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ THU
X
d2
d1
Y
Bảng 1.2: Các kích thước được giới thiệu của lỗ tạo bằng ruột được ren
răng với kích thước ren các loại
Hole diameter m
Tap size
d1
d2
Maximum
threaded depth
(Y) in
Maximum
depth of
cored hole
(X) in
6 – 40
0,119
0,114
0,188
0,270
6 – 632
0,113
0,107
0,162
0,240
8 – 36
0,142
0,134
0,321
0,390
8 – 32
0,140
0,133
0,307
0,385
10 – 32
0,165
0,159
0,332
0,458
10 – 24
0,158
0,150
0,382
0,482
12 – 28
0,188
0,181
0,432
0,519
12 – 24
0,184
0,176
0,432
0,534
1/4 – 28
0,222
0,215
0,500
0,587
1/4 – 20
0,211
0,201
0,500
0,625
5/16 – 24
0,280
0,272
0,625
0,727
5/16 – 18
0,269
0,259
0,625
0,762
3/8 – 24
0,343
0,334
0,750
0,852
SVTK: Nguyễn Duy Sang - 20159687
25
