Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ khuôn đúc thân bơm BRA50 dùng trên máy đúc áp lực 420T

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN CÔNG NGHỆ





BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI - KHCN
Mã số: 237.08/RD/HĐ-KHCN

Tên đề tài:
Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o bé khu«n
®óc th©n b¬m BRA50 dïng trªn m¸y ®óc
¸p lùc 420T


CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CÔNG THƯƠNG
CƠ QUAN CHỦ TRÌ: VIỆN CÔNG NGHỆ
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Th.S NGUYỄN TIẾN TÀI



7103
16/02/2009


Hà Nội, 1 - 2009
BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP
VIỆN CÔNG NGHỆ





BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI - KHCN
Mã số: 237.08/RD/HĐ-KHCN

Tên đề tài:
Nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o bé khu«n ®óc th©n b¬m BRA50
dïng trªn m¸y ®óc ¸p lùc 420T




CƠ QUAN CHỦ TRÌ
VIỆN CÔNG NGHỆ
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI





Th.S NGUYỄN TIẾN TÀI


Hà Nội, 1 - 2009



NHỮNG NGƯỜI THAM GIA ĐỀ TÀI

1 NguyÔn TiÕn Tµi ViÖn C«ng nghÖ
2 Vũ văn Miêng ViÖn C«ng nghÖ
3 Thái Văn An ViÖn C«ng nghÖ
4 Nguyễn Chí Dũng ViÖn C«ng nghÖ
5 Nguyễn Cao Minh ViÖn C«ng nghÖ
6 Trần Thanh Mai ViÖn C«ng nghÖ

7 Võ Thanh Sơn ViÖn C«ng nghÖ
8 Lê Văn Trị ViÖn C«ng nghÖ

Mục lục
Trang
Chương 1. TỔNG QUAN
1
1.1. Tình hình thiết kế khuôn mẫu trên thế giới
1.2. Nhu cầu về sản phẩm đúc, khuôn đúc áp lực cao ở Việt Nam
1.3. Các dạng sản phẩm đúc áp lực cao và các sản phẩm tiêu biểu
2
1.4. Mục tiêu của đề tài
4
Chương
2:
LỰA CHỌN VẬT LIỆU, XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO KHUÔN
THÂN BƠM BRA 50

5
2.1. Phân loại vật liệu chế tạo khuôn đúc áp lực
2.2. Điều kiện làm việc, lựa chọn vật liệu để chế tạo khuôn đúc thân
bơm BRA50
7
2.3. Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo bộ khuôn đúc áp lực BRA50
9
Chương
3.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ĐÚC
ÁP LỰC THÂN BƠM BRA50

11
3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán hệ thống rót
3.1.1. Tốc độ nạp và tốc độ rót
3.1.2. Thiết kế hệ thống rót
13
3.1.3. Tính toán rãnh dẫn
15
3.1.4. Tính hệ thống thoát hơi
16
3.2. Tính toán, thiết kế khuôn thân bơm BRA50
17
3.2.1. Một số yếu tố ảnh hưởng đến khuôn-sản phẩm đúc áp lực
3.2.2. Chế độ khí của khuôn trong quá trình đúc áp lực
18
3.2.2.1. Khí từ buồng ép vào trong hốc khuôn
3.2.2.2. Khí sinh ra do chất bôi trơn bề
mặt khuôn khuôn
19
3.2.3. Lựa chọn buồng ép
3.2.4. Tính toán hệ thống rãnh dẫn
20
3.2.5. Tính toán hệ thống hơi
21
3.3. Lựa chọn phương án công nghệ cho kết cấu khuôn-vật đúc
22
3.3.1. Tính công nghệ của kết cấu khuôn-vật đúc
3.3.2. Lựa chọn phương án kết cấu khuôn-vật đúc
3.3.2.1. Một số kiểu rãnh dẫn tiêu biểu
3.3.2.2. Lựa chọn mặt phân khuôn

23
3.3.2.3. Lựa chọn vị trí rãnh dẫn, rãnh h
ơi
24
Chương
4.
THIẾT KẾ VÀ

GIA CÔNG CHẾ TẠO KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC THÂN
BƠM BRA50

26
4.1. Dựng bản vẽ chi tiết phôi thân bơm BRA 50 3D.
4.2. Thiết kế hoàn chỉnh bộ bản vẽ khuôn đúc áp lực thân bơm BRA 50
28
4.2.1. Các cụm kết cấu chính trong bộ khuôn đúc áp lực cao
4.2.2. Các bản vẽ chi tiết trong bộ khuôn thân bơm BRA 50
4.3. Gia công bộ khuôn đúc áp lực thân bơm BRA50
29
4.3.1. Gia công các chi tiết bộ khuôn thân bơm BRA50
4.3.2. Bộ khuôn đúc thân bơm BRA50 hoàn chỉnh
30

Chương
5.
ĐÚC THÂN BƠM BRA50 VÀ HIỆU CHỈNH KHUÔN

31
5.1. Đúc thân bơm BRA50 trên máy đúc áp lực ZITAI ZDC420TPS
bằng bộ khuôn đã thiết kế

5.2. Kiểm tra chất lượng phôi thân bơm BRA50
32
5.2.1. Kiểm tra các kích thước phôi thân bơm
5.2.2. Kiểm tra bề mặt phôi và tiết diện ngang của thân bơm BRA50
33
5.3. Đánh giá và hiệu chỉnh công nghệ
34
5.3.1. Phân tích đánh giá khuyết tật
5.3.2. Chế tạo sản phẩm sau khi hiệu chỉnh
Kết luận
36


1
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tình hình đúc áp lực cao trên thế giới
Đúc áp lực ra đời vào khoảng đầu thế kỷ 19, mặc dù một vài ý tưởng hình
thành ngành đúc áp lực đã có từ sớm hơn. Hiện nay, lĩnh vực đúc áp lực cao trên thế
giới phát triển rất mạnh, đặc biệt là ở các nước như: Nhật, Mỹ, Đức, Ấn Độ,
Canada,... Quá trình thiết kế khuôn đúc áp lực có sự hỗ tr
ợ của các phần mềm mô
phỏng như: Magma, Procast, Vissim,…kết hợp với các biện pháp công nghệ xử lý
chân không hoá khuôn, tinh luyện kim loại,… đã tạo ra được vật đúc có chất lượng
cao về độ chính xác hình dáng, kích thước cũng như tổ chức bên trong vật đúc.
1.2. Nhu cầu về sản phẩm, khuôn đúc áp lực cao ở Việt Nam
Trong thời kỳ hội nhập như hiện nay, các nhà đầu tư nước ngoài theo xu
hướ
ng đổ xô vào Việt Nam đặt hàng các sản phẩm đúc áp lực, với sản lượng rất lớn,
hình dạng phong phú và yêu cầu chất lượng từ thấp đến cao.
Tại Việt Nam, với giá nhân công rẻ, lực lượng lao động dồi dào, các doanh

nghiệp đầu tư lắp ráp máy cần có nhà cung cấp tại chỗ để giảm chi phí vận chuyển.
Mặt khác, theo chỉ thị nội địa hoá các loại máy, thiết bị đơ
n giản như: xe máy, động
cơ Diezen, máy nông nghiệp, máy phát điện, thiết bị dân dụng,… đã mở ra một nhu
cầu mới về sản phẩm đúc áp lực với số lượng lớn.
Với trình độ, thiết bị ở trong nước hiện nay chỉ đáp ứng phần nhỏ các sản
phẩm có yêu cầu thấp và trung bình về chất lượng. Vì vậy, để phát triển sản phẩm
đúc áp lực nói chung, lĩnh vực chế tạo máy nói riêng, chúng ta phải nâng cao cả về
chất lượng và số lượng để đáp ứng nhu cầu và tăng khả năng cạnh tranh với các
nước trong khu vực. Đặc biệt, lĩnh vực quan tâm nhất hiện nay là các chi tiết xe ôtô.
Cụ thể như các hãng xe máy LIFAN, SYM, YAMAHA, SUZUKI,... riêng
công ty HONDA Việt Nam trong năm 2005 và 2006 mỗi năm đã sản xuất 1 triệu
chiếc xe máy các loại, năm 2007 tăng lên 1,2 triệu chiế
c. Trong năm 2008, công ty
có kế hoạch sản xuất tăng lên 1,5 triệu chiếc. Trong mỗi chiếc xe máy có khoảng 10
chi tiết được chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực. Như vậy, mỗi năm hãng xe
HONDA Việt Nam cần đến hơn 10 triệu chi tiết đúc áp lực. Hiện tại, chưa có nhà
cung cấp Việt Nam nào có thể đáp ứng được nhu cầu này. Trong miền Nam, các
công ty sản xuất và lắp ráp động cơ Diezen như
: VIKYNO, VINAPPRO, CƠ KHÍ
AN GIANG,… với sản lượng các loại mỗi năm khoảng 60.000 máy (trong đó xuất
khẩu chiếm khoảng 60%) và hàng năm đang có chiều hướng gia tăng. Nhu cầu về
sản phẩm đúc áp lực của các công ty này cũng rất lớn. Ngoài ra, còn có các sản

2
phẩm phục vụ trong ngành điện, gia dụng, ôtô, xe máy,... Hiện nay, lĩnh vực đang
được quan tâm hướng đến là ôtô.
Với việc gia tăng số lượng sản phẩm đúc áp lực ở Việt Nam như hiện nay, nhu
cầu về thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cũng tăng theo. Để nâng cao chất lượng và
ổn định sản xuất, các doanh nghiệp trong nước thường đặt chế tạo và nh

ập ngoại
khuôn từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan… Cũng có một số công ty trong nước đã
nghiên cứu thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực thấp và cao. Tuy nhiên, những nghiên
cứu này chủ yếu dựa trên các kết cấu khuôn nhập ngoại và kinh nghiệm để thiết kế
chế tạo nên chất lượng sản phẩm đúc không ổn định.
Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo khuôn
đúc áp lực nhằm nâng cao chất lượng
thay thế hàng nhập ngoại là rất cần thiết, giúp các cơ sở sản xuất hạ giá thành sản
phẩm và có thể chủ động trong sản xuất.
1.3. Các dạng sản phẩm đúc áp lực cao và các sản phẩm tiêu biểu
- Sản phẩm đúc áp lực cao rất đa dạng về hình dáng và kết cấu, phục vụ trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như chế t
ạo chi tiết máy, thiết bị điện, y tế, giáo dục, hàng
không,… chúng được phân loại theo nhóm như sau:
+ Các sản phẩm có dạng ống trụ.
+ Các sản phẩm có dạng thanh, dạng càng.
+ Các sản phẩm có dạng tấm.
+ Các sản phẩm có dạng hộp, đây là loại thường gặp nhiều nhất.
- Các sản phẩm đúc áp lực cao thường có bề dày từ 0,8 mm đến 10 mm, nhưng
trên thực tế thì bề dày 2 mm đến 6 mm s
ẽ cho kết quả đúc tốt nhất. Vì bề dày càng
lớn thì khả năng bị rỗ xốp càng cao, khi bề dày càng nhỏ thì khả năng điền đầy càng
kém do quá trình nguội nhanh.

3
a. Các sản phẩm dạng hộp.

b. Các sản phẩm dạng thanh, dạng càng.

c. Các sản phẩm dạng trụ, dạng đĩa.
Các sản phẩm này có yêu cầu cao về độ bóng bề mặt, thành mỏng đều để giảm
tiêu hao nguyên vật liệu và giảm khối lượng sản phẩm. Đặc biệt trong các chi tiết
máy còn đòi hỏi độ bề
n cho tính năng sử dụng. Phương pháp đúc áp lực cao sẽ
mang lại hiệu quả cao, đáp ứng được những yêu cầu nêu trên.
Hình 1.2. Sản phẩm nắp hông động cơ Diezen

Hình 1.3. Sản phẩm tay cấy dùng trong nông nghiệp
Hình 1.1. Các sản phẩm đúc áp lực cao trong lĩnh vực xe máy

4
1.4. Mục tiêu của đề tài
Nhu cầu về sản lượng thân bơm BRA 50 trên thị trường hiện nay là rất lớn.
Chỉ tính riêng sản lượng của Nhà máy cơ khí chính xác số 1 thuộc Tổng công ty
Máy Động lực và Máy Nông nghiệp đã đạt khoảng 10.000 sản phẩm/năm.
Thân bơm BRA50 là loại bơm dầu sử dụng cho các ben thủy lực, làm việc
trong chế độ khắc nghiệt chịu áp suất lớn lên đến 200kg/cm
2
, nên đòi hỏi chi tiết
phải có cơ tính tốt.
Từ nhu cầu về sản lượng và điều kiện kỹ thuật của sản phẩm, thân bơm
BRA50 phù hợp với việc chế tạo hàng loạt và có chất lượng ổn định.
Đúc chi tiết thân bơm BRA50 bằng phương pháp đúc áp lực sẽ đảm bảo được
độ sít chặt của hợp kim nhôm silic sau khi đông đặc cũng như
cơ tính của chi tiết
được cải thiện nhiều do hạt tinh thể rất nhỏ mịn. Bởi vì chi tiết thân bơm được điền
đầy với vận tốc cao, đông đặc trong điều kiện áp lực lớn.
Với việc sử dụng công nghệ đúc thân bơm BRA50 bằng khuôn kim loại thì
việc kiểm soát nhiệt độ khuôn là khó khăn, dẫn đến độ ổn định của s
ản phẩm bị ảnh
hưởng nhiều, nên sản lượng rất thấp. Khi đúc sản phẩm bằng phương pháp đúc áp
lực sẽ cho sản lượng rất lớn gấp nhiều lần so với đúc trong khuôn kim loại, ngoài ra
chất lượng sản phẩm rất ổn định.
Các thông số yêu cầu kỹ thuật của thân bơm BRA 50
Bề mặt chi tiết nhẵn đẹp
Thử áp lự
c đạt 200kg/cm

2
Trọng lượng phôi đúc: 2,9 kg
Tổng diện tích hình chiếu bề mặt (tính cho nửa khuôn cối): 260 cm
2
.
Kích thước bao lớn nhất của phôi đúc: 147x115.
Hình 1.4. Sản phẩm dùng trong chi tiết máy

5
Kích thước bao lớn nhất dự kiến của khuôn: 500x500
Các thông số kỹ thuật của máy đúc áp lực ZITAI ZDC420TPS
Lực khóa khuôn: 420 Tấn
Kích thước mép trục dẫn: 650x650mm
Trọng lượng đúc tối đa: 5,05kg
Khoảng cách 2 mặt kẹp khuôn 300 ~ 1000mm
Áp lực bắn tối đa: 210kg/cm
2
.
Tiết diện bề mặt vật đúc lớn nhất: 760 cm
2
.
Trên cơ sở các thông số kỹ thuật của sản phẩm thân bơm BRA50 và các thông
số kỹ thuật của máy đúc áp lực 420 tấn, nhận thấy khuôn đúc áp lực thân bơm
BRA50 được thiết kế để đúc trên máy đúc ZITAI ZDC420TPS hoàn toàn đảm bảo
và đáp ứng về mặt kỹ thuật.

6
Chương 2: LỰA CHỌN VẬT LIỆU, XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO
KHUÔN THÂN BƠM BRA 50

2.1. Phân loại vật liệu chế tạo khuôn đúc áp lực
Vật liệu chế tạo khuôn ép nóng: Nhóm vật liệu này thông thường được sử
dụng để chế tạo các loại khuôn đúc áp lực thấp và cao, đúc các sản phẩm có thành
phần hợp kim cơ sở như: nhôm, kẽm, magiê, đồng.
Trong các mác thép dùng để chế tạo khuôn đúc áp lực, thành phần hóa học đều
có các nguyên tố có ảnh hưởng lớn đến tính thấ
m tôi, độ dai, độ bền và độ cứng
nhiệt ở nhiệt độ cao, tính chống ôxy hóa ở nhiệt độ cao và đặc biệt là làm mịn độ
hạt của vật liệu như: Molipđen, Vanađi, Crôm.
Nhóm các loại thép chế tạo khuôn ép nóng (Bảng 2.1) được chia thành 3
nhóm chính sau đây:
Thông thường các mác thép như SKD6, SKD7, SKD61, SKD62 được sử dụng
để chế tạo khuôn đúc áp lực để đúc các sản phẩm hợp kim cơ sở nhôm.
Các mác thép nh
ư SKD4, SKD5, SKD8 thường được sử dụng để chế tạo
khuôn đúc áp lực để đúc các sản phẩm hợp kim cơ sở đồng, các mác thép này có
hàm lượng Vônfram trong khoảng 4-10%.
Các mác thép như SKT3, SKT4 thường được sử dụng để chế tạo khuôn đúc áp
lực để đúc các sản phẩm hợp kim cơ sở magiê, kẽm.
Bảng 2.1. Các mác hợp kim dùng để chế tạo khuôn ép nóng theo tiêu
chuẩn JIS của Nhật Bả
ng [1]

Mác
Thép
C Si Mn Cr Mo W V
Nguyên tố
khác
SKD4 0,25 ~ 0,35
≤ 0,40 ≤ 0,60

2,0 ~ 3,0
−
5,0 ~ 6,0 0,3 ~ 0,5
⎯
SKD5 0,25 ~ 0,35
≤ 0,40 ≤ 0,60
2,0 ~ 3,0
−
9,0 ~ 10,0 0,3 ~ 0,5
⎯
SKD6 0,32 ~ 0,42 0,8 ~ 1,2
≤ 0,50
4,5 ~ 5,5 1,0 ~ 1,5
⎯
0,3 ~ 0,5
⎯
SKD61 0,32 ~ 0,42 0,8 ~ 1,2
≤ 0,50
4,5 ~ 5,5 1,0 ~ 1,5
⎯
0,8 ~ 1,2
⎯
SKD62 0,32 ~ 0,42 0,8 ~ 1,2
≤ 0,50
4,5 ~ 5,5 1,0 ~ 1,5 1,0 ~ 1,5 0,2 ~ 0,6
⎯
SKD7 0,28 ~ 0,38
≤ 0,50 ≤ 0,60
2,5 ~ 3,5 2,5 ~ 3,0
⎯

0,4 ~ 0,7
⎯
SKD8 0,35 ~ 0,45
≤ 0,50 ≤ 0,60
4,0 ~ 4,7 0,3 ~ 0,5 3,8 ~ 4,5 1,7 ~ 2,2 Co 3,8~4,5
SKT3 0,50 ~ 0,60
≤ 0,35
0,6 ~ 1,0 0,9 ~ 1,2 0,3 ~ 0,5
⎯
(<0,20)
(3)
Ni 0,25~0,6
SKT4 0,50 ~ 0,60
≤ 0,35
0,6 ~ 1,0 0,7 ~ 1,0 0,2 ~ 0,5
⎯
(<0,20)
(3)
Ni 1,30~2,0
(3): Số trong ngoặc là thành phần có thể thêm vào

7
Ngoài bảng thành phần các mác thép dùng chế tạo khuôn ép nóng có thể tra cứu
các mác thép tương đương như ở bảng 2.2.
Bảng 2.2. Đối chiếu các mác thép dùng chế tạo khuôn ép nóng [1]

Mỹ
No ISO
Nhật
JIS

Nga
ΓOCT
Thuỵ điển
SS
Anh
BS
ASTM UNS
1 30WCrV5 SKD4
⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯
2 30WCrV9 SKD5
3X2B8Φ
2730 BH12 H10 T20821
3 35CrMoV5 SKD6
4X5MΦC ⎯
BH11 H11 T20810
4 40CrMoV5 SKD61
4X5MΦΙC ⎯
BH13 H13 T20813
5
⎯
SKD62
⎯ ⎯
BH12 H12 T20812
6
⎯
SKD7
⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯
7
⎯
SKD8

⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯
8
⎯
SKT3
⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯
9 55NiCrMoV2 SKT4 5XHM ~2550 BH244/5 L6 T61206

Từ bảng đối chiếu các mác thép dùng chế tạo khuôn ép nóng, người thiết kế
khuôn có thể chọn mác thép theo tiêu chuẩn của các nước khác. Ví dụ, khi chọn
mác thép SKD61 (theo tiêu chuẩn JIS của Nhật bản), người thiết kế có thể chọn
mác tương đương như: 40CrMoV5 (tiêu chuẩn ISO) hoặc BH13 (tiêu chuẩn Anh
BS)…
2.2. Điều kiện làm việc, lựa chọn vật liệu để chế tạo khuôn đúc thân bơm
BRA50
Thông thường khuôn đúc áp lự
c bao gồm hai phần chính:
Phần áo khuôn thường được sử dụng vật liệu có độ bền thấp, bởi vì yêu cầu
của vùng này trong khuôn chủ yếu làm giá đỡ cho toàn bộ hệ thống khuôn.
Phần ruột khuôn thường dùng các loại vật liệu có tính chịu mòn, chịu nhiệt,
chịu va đập tốt tùy theo hợp kim được đúc mà người thiết kế lựa chọn mác vật liệu
cho phù hợp.
a. Vỏ khuôn: là phần kết c
ấu lắp ráp ruột khuôn và các phụ kiện khác, đồng
thời là kết cấu để lắp gá khuôn lên máy. Phần kết cấu này hoàn toàn không tiếp xúc
với kim loại lỏng cũng như ảnh hưởng của áp lực bắn của máy đúc. Cho nên, phần

8
kết cấu này lựa chọn vật liệu là thép đúc C45. Bởi vì có thể đúc phôi vỏ theo bản vẽ
thiết kế một cách đơn giản và giá rẻ.
b. Ruột khuôn bao gồm ruột khuôn chày và ruột khuôn cối: đây là phần kết

cấu khuôn tạo hình sản phẩm, là phần kết cấu chịu ảnh hưởng trực tiếp của dòng
kim loại lỏng nhiệt độ cao, vận tốc trượt trên bề m
ặt khuôn rất cao và dưới áp lực ép
lớn.
Với mác vật liệu AЛ9, nhiệt độ rót vào khoảng 670-700
o
C. Áp lực bắn trung
bình trên bề mặt chi tiết là từ 553-983kg/cm
2
. Như vậy, với vận tốc trượt trên bề
mặt khuôn rất lớn cùng với nhiệt độ rót vật liệu đúc khoảng 680
o
C và áp lực lên bề
mặt khuôn lớn nhất có thể lên đến 983kg/cm
2
, nên phải lựa chọn vật liệu có độ chịu
mài mòn bề mặt lớn, chịu tải trọng tĩnh lớn.
Như vậy, để bảo đảm phần ruột khuôn có các cơ tính tốt như: chịu mài mòn,
chịu nhiệt, chịu va đập, đề tài chọn vật liệu là SKD61 (theo tiêu chuẩn JIS Nhật
Bản) có thành phần hóa học như bảng 2.1 và bảng 2.2.

9
2.3. Xây dựng lưu trình công nghệ chế tạo bộ khuôn đúc áp lực BRA50

- Dụng cụ đo
- Thiết bị số hoá 3 chiều
- Lựa chọn vật liệu vùng tiếp giáp với hợp ki
m
- Lựa chọn vùng làm việc không tiếp giáp
với hợp kim
- Chọn vật liệu làm chốt đẩy
Vẽ bản vẽ chi tiết sản phẩm
Thiết kế công nghệ
- Tính toán thiết kế công nghệ cho khuôn
- Vẽ thiết kế công nghệ 2D
- Vẽ thiết kế công nghệ 3D
Lựa chọn vật liệu chế tạo khuôn
- Các máy gia công chuyên dùng
- Lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn
- Đúc trên máy đúc áp lực 420Tấn
- Đúc 20 ÷ 40 sản phẩm
-Kiể

m tra kích thước sản phẩm
Nhiệt luyện khuôn
Thấm Nitơ trong chân không
Hiệu chỉnh khuôn
Khuôn hoàn chỉnh
- Đúc 20 ÷ 40 sản phẩm
- Kiểm tra kích thước sản phẩm
- Kiểm tra độ bóng bề mặt sản phẩm
- Đúc trên máy đúc áp lực 420Tấn
- Đúc sản phẩm trên máy đúc áp lực
42
0 tấn
- Tôi, Ram
- Chuẩn bị bề mặt để thấm Nitơ
- Thấm Nitơ
Hình 2.1. Sơ đồ lưu trình công nghệ chế tạo khuôn
Gia công chế tạo bộ khuôn
Đúc thử sản phẩm

10
Quy trình thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực thường bắt đầu từ bản vẽ chi tiết
của khách hàng hoặc khách hàng mang sản phẩm đến. Trong trường hợp khách
hàng mang sản phẩm đến thì cần tiến hành khâu đo đạc bằng các thiết bị chuyên
dụng sau đó dựng bản vẽ chi tiết dưới dạng 2D.
Các chi tiết trên bộ khuôn sau khi vẽ xong thường lựa chọn vật liệu phù hợp
vớ
i loại hợp kim đúc (lựa chọn cho ruột khuôn), còn các chi tiết vỏ khuôn, giá đỡ
thường sử dụng thép CT3 để chế tạo.
Phần tính toán, thiết kế công nghệ được triển khai tiếp theo. Trên cơ sở chi tiết
đúc, lựa chọn phương án công nghệ để thiết kế. Khi đã lựa chọn được phương án

công nghệ rồi thì tiến hành tính toán các thông số kỹ thuật cho bộ khuôn như: hệ
thống rót, h
ệ thống hơi…
Trên cơ sở các thông số tính toán được vẽ thiết kế, lựa chọn hợp lý toàn bộ hệ
thống khuôn. Kết hợp các bản vẽ dự kiến 2D, 3D để đưa ra bản lắp sơ bộ. Sau khi
có bản lắp sơ bộ hiệu chỉnh các kích thước của các chi tiết sao cho hợp lý đối với
sản phẩm cũng như kết cấu bộ khuôn. Hoàn chỉnh các kích thướ
c bản lắp sau đó vẽ
tách các chi tiết của bộ khuôn đúc. Khi đó phôi đúc đã tính co, dốc đúc thoát khuôn,
ruột và cộng lượng dư các vị trí gia công, được dựng phôi đúc 3D. Từ phôi đúc 3D
tạo ruột và khuôn chày, khuôn cối. Các bản vẽ 3D khuôn chày, khuôn cối và ruột là
cơ sở dữ liệu tích hợp với các máy gia công CNC để chế tạo khuôn.
Khi gia công xong các chi tiết, lắp ráp khuôn hoàn chỉnh đưa lên máy đúc thử
khoảng 20÷40 sả
n phẩm trên máy đúc áp lực. Sau đó đo kiểm sản phẩm phôi đã đúc
được, hiệu chỉnh các kích thước chưa đạt cũng như độ bóng bề mặt sản phẩm.
Khuôn sau khi hiệu chỉnh được đúc thử 20÷40 sản phẩm đạt chất lượng ổn
định thì tháo các chi tiết vật liệu SKD61 đưa đi nhiệt luyện chân không.
Cuối cùng các chi tiết sau khi nhiệt luyện được làm sạch, đánh bóng b
ề mặt và
được lắp vào khuôn.

11
Chương 3.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN
ĐÚC ÁP LỰC THÂN BƠM BRA50

3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán hệ thống rót [2]
3.1.1. Tốc độ nạp và tốc độ rót

Tốc độ chảy của kim loại trong rãnh dẫn V
n
gọi là tốc độ nạp và tốc độ chảy
của kim loại trong buồng ép; V
c
gọi là tốc độ ép. Đây là hai thông số quan trọng,
mang tính quyết định đến các điều kiện thuỷ động và điều kiện nhiệt của quá trình
điền đầy khuôn áp lực. Giá trị tốc độ nạp và tốc độ ép có liên quan lẫn nhau theo
phương trình dòng liên tục:
**
nn cc
vf vf=
(3.1)
Trong đó:
- f
n
và f
c
là diện tích thiết diện ngang của rãnh dẫn và buồng ép (m
2
)
Bảng 3.1 Tốc độ nạp đối với các vật đúc bằng hợp kim khác nhau, hình dáng khác nhau
Tốc độ nạp (m/s)
Nhôm Đồng
Chiều
dày vật
đúc
(mm)
Hình
dáng vật

đúc
Kẽm Magiê
Lỏng Bán lỏng Lỏng Bán lỏng
5 ÷ 10
Đơn giản
Phức tạp
30-40
40-60
-
-

0.5-1.0
-
2-5
5-7
-
-
2-5
3-5
3 ÷ 6
Đơn giản
Phức tạp
30-60
60-80
30-40
40-50
25-30
30-40
5-8
8-12

-
8-15
5-8
5-8
1.5 ÷ 3.0
Đơn giản
Phức tạp
80-100
100-150
50-60
50-80
30-40
35-40
-
-
15-20
-
5-8
-
1.5 ÷ 3.0
(không
đều)
Đơn giản
Phức tạp
80-100
100-120
40-45
50-70
25-35
25-40

10-12
-
-
-
-
-

Tốc độ nạp kim loại phụ thuộc vào chế độ điền đầy khuôn đã chọn trước:
Chế độ phân tán, chế độ phân tán - rối tuần tự hoặc chế độ chảy tầng. Giá trị tới hạn
của tốc độ nạp v
n
tính theo công thức 3.2:


Trong đó: υ – độ nhớt động học; Re – tiêu chuẩn Reynold; δ
vd
– chiều dày
thành vật đúc; δ – chiều dày rãnh dẫn.
Đối với chế độ chảy phân tán và theo công thức 3.3 với chế độ chảy tầng.
Giá trị tối ưu của tốc độ nạp đối với các loại vật đúc bằng các hợp kim có hình dáng
khác nhau thì cũng rất khác nhau (bảng 3.1).
)2.3(
)(2
.Re
δδ
υ
−
=
vd
th

V

12
Trong đó: C, m, n là những hệ số thực nghiệm bảng 3.2.
Bảng 3.2. Các hằng số thực nghiệm của công thức 3.3.
Hợp kim C m n
Chì-antimon 32 0,35 0,4
Kẽm 59 0,42 0,54
Nhôm 82 0,4 0,61
Magiê 75 0,52 0,65
Đồng thau 71 0,53 0,68
Đối với vật đúc mỏng thành, hình dáng phức tạp, có nhiều vị trí quay dòng
trong hốc khuôn, tốc độ nạp tính theo công thức:

1
**
vd
n
vd
L
n
vK
t
δ
Σ +
=
(3.4)
Trong đó:
- K: Hệ số phụ thuộc loại hợp kim và nhiệt độ rót, khi nhiệt độ rót cao hơn
nhiệt độ nóng chảy, K lấy giá trị bằng 0.013-0.02 đối với hợp kim kẽm;

0.015-0.02 đối với hợp kim nhôm; 0.018-0.035 với hợp kim magiê và 0.02-
0.03 với hợp kim đồng;
- n: Số vị trí quay dòng trong hốc khuôn
Trong công thức (3.4), thường phải tính giá trị tốc độ nạp v
n
trung bình trong
toàn bộ khoảng thời gian nạp. Sau khi thay thế giá trị này vào phương trình liên tục
(3.1) sẽ xác định được tốc độ ép v
e
khi đã biết đường kính buồng ép D
e
và diện tích
rãnh dẫn f
n
:
2
4
**
*
enn
e
vvf
D
π
=

Giá trị tốc độ ép tính toán trên mới chỉ tính đến tác động của các điều kiện
thuỷ động học quá trình điền đầy mà chưa kể đến chế độ nhiệt của quá trình, tức là
chưa kể đến thời gian điền đầy t
đ

. Giữa tốc độ điền đầy và thời gian điền đầy có
quan hệ:

2
4*( )
**
e
ed
V
v
Dt
π
Σ
=
(3.5)
Trong đó: ΣV tổng thể tích kim loại lỏng đi vào hốc khuôn trong khoảng thời
gian t
d
(m
3
)
)3.3(.
2
n
vd
m
th
vCV
⎟
⎟

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
δ
δ