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

Nội dung của đồ án gồm có 4 chương:Chương I: Tổng quan về công nghệ đúc áp lực.Chương II: Tính toán và thiết kế khuôn đúc áp lực.Chương III: Thiết kế khuôn trên phần mềm ProENGINEER Wildfire 5.0.Chương IV: Mô phỏng lập trình gia công các chi tiết bằng phần mềm ProENGINEER Wildfire 5.0.Kết luận:Đồ án thiết kế khuôn đúc áp lực chi tiết nắp van chỉnh áp đã hoàn thành. Việc tính toán thiết kế được hỗ trợ bởi phần mềm ProENGINEER Wildfire 5.0. Trong đồ án đã tính toán và thiết kế được các thành phần kết cấu của khuôn, trong quá trình thiết kế có một số chi tiết tiêu chuẩn như chốt đẩy, chốt hồi, bulong, móc cẩu,… được tra trong catalogue của hãng MISUMI. Tất cả các chi tiết của khuôn được xây dựng và lắp ráp thành bộ khuôn dưới sự hỗ trợ của phẩn mềm ProENGINEER Wildfire 5.0.Một số chi tiết điển hình như là: lõi khuôn, hốc khuôn,…gia công trên các máy CNC 3 trục đã được xây dựng, lập trình gia công, xuất chương trình gia công trên phần mềm ProENGINEER Wildfire 5.0 và được kiểm tra cắt gọt trên VeriCut.

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

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC 2

1.1 Khái niệm đúc áp lực 2

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

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

1.4.1 Ưu điểm 5

1.4.2 Nhược điểm 5

1.4.3 Phạm vi sử dụng 5

1.5 Các hợp kim nhôm được sử dụng trong đúc áp lực 6

1.6 Máy đúc áp lực 7

1.6.1 Phân loại 7

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

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

Nha

Trang

University

1.7.9 Sự hàm dính khuôn 13

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN 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 khuôn 20

2.4.1 Tính toán kích thước lõi khuôn di động 20

2.4.2 Chọn sơ bộ kích thước lõi khuôn cố định 22

2.4.3 Chọn kích thước vỏ khuôn di động 23

2.4.4 Chọn kích thước vỏ khuôn cố định 24

2.4.5 Thiết kế rãnh dẫn và kênh thoát hơi 25

2.4.6 Thiết kế chày và sơ mi khuôn 29

2.4.7 Thiết kế hệ thống đẩy 31

2.4.8 Chọn hệ thống làm nguội 36

2.5 Tính lực ép, lực khóa khuôn và lực tách chi tiết 38

2.5.1 Xác định áp lực ép 38

2.5.2 Tính toán lực khóa khuôn 39

2.5.3 Tính toán lực tách chi tiết 40

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ KHUÔN TRÊN PHẦN MỀM PRO/ENGINEER WILDFIRE 5.0 41

3.1 Xây dựng mô 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 khuôn 46

3.3 Xây dựng mô hình khuôn đúc áp lực nắp van chỉnh áp 50

3.3.1 Xây dựng mô hình các thành phần của nửa khuôn di động 51

3.3.2 Xây dựng mô hình các thành phần của nửa khuôn cố định 56

Nha

Trang

University

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG LẬP TRÌNH GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT ĐIỂN

HÌNH BẰNG PHẦM MỀM PRO/ENGINEER WILDFIRE 5.0 60

4.1 Lập trình gia công chi tiết vỏ lõi 60

4.1.1 Trình tự các bước nguyên công 61

4.1.2 Lập trình gia công nguyên công 1 63

4.1.3 Lập trình gia công nguyên công 2 74

4.2 Lập trình gia công chi tiết lõi 78

4.2.1 Trình tự các bước nguyên công 78

4.2.2 Lập trình gia công nguyên công 1 80

4.2.3 Lập trình gia công nguyên công 2 83

4.3 Lập trình gia công chi tiết hốc khuôn cố định 92

4.3.1 Trình tự các bước nguyên công 92

4.3.2 Lập trình gia công nguyên công 1 94

4.3.3 Lập trình gia công nguyên công 2 96

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

Nha

Trang

University

DANH MỤC BẢNG Bảng Nội dung Trang

1.1 Thành phần hóa học và tính chất cơ lý của hợp kim nhôm 6

1.1 Một số chi tiết được chế tạo bằng công nghệ đúc áp lực 2 1.2 Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực 3 1.3 Các thành phần cơ bản của bộ khuôn đúc áp lực 4 1.4 Máy đúc áp lực buồng nguội kiểu nằm ngang 8

1.8 Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn đúc 10 2.1 Sản phẩm nắp van chỉnh áp sau khi đúc áp lực và gia

2.5 Cách bố trí chi tiết đúc 19

2.16 Kích thước sơ bộ tiết diện rãnh dẫn hình thang 28

2.26 Vị trí bộ phận kênh làm nguội cho nửa khuôn di động 36 2.27 Vị trí bộ phận kênh làm nguội cho nửa khuôn cố định 37 3.1 - 3.10 Xây dựng mô hình nắp van chỉnh áp 41 - 45

3.20 - 3.27 Lắp ghép nửa bộ khuôn di động 50 - 55 3.28 - 3.34 Lắp ghép nửa bộ khuôn cố định 56 - 59 4.1 - 4.31 Lập trình gia công chi tiết vỏ lõi 60 - 77 4.32 - 4.49 Lập trình gia công chi tiết lõi 78 - 91 5.50 - 5.44 Lập trình gia công chi tiết lõi 91 - 101

Nha

Trang

University

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 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

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

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

Chương I: Tổng quan về công nghệ đúc áp lực

Chương II: Tính toán và thiết kế khuôn đúc áp lực

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

Chương IV: Mô phỏng lập trình gia công 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 không thể tránh

những thiếu sót, kính mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để luận văn

được hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Phương

Nha

Trang

University

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 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 Một số chi tiết được chế tạo bằng công 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

Nha

Trang

University

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 khuôn (hình 1.2b)

- Giai đoạn 3: Mở khuôn (hình 1.2c)

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

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

1 – Buồng ép; 2 – Piston ép; 3 – Cốc rót; 4 – Nửa khuôn cố định;

5 – Nửa khuôn di động; 6 – Hệ thống chốt đẩy

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 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

Nha

Trang

University

đẩy Sau khi sản phẩm được rơi ra thì phần khuôn di động được hệ thống đóng mở khuôn ép vào phần khuôn 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 thông 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

 Vận tốc chuyển động của piston ép

 Chế độ bôi trơn và làm nguội

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

Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm được thể hiện trên hình 1.3 Ngoài ra, trên khuôn còn có hệ thống dẫn, đường thông hơi, rãnh rửa, chốt định vị,

hệ thống kênh nước làm nguội…

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 – Lòng khuôn 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

Nha

Trang

University

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 không cần gia công

cơ khí, chỉ cẩn gia công sơ sản phẩm sau đúc

- Hoàn toàn không sử dụng hỗn hợp làm khuôn

- 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

1.4.2 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

1.4.3 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

Nha

Trang

University

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 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%) Magiê cải thiện tính chống ăn mòn, 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%

 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 nhôm được trình bày trong bảng 1.1

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

8 – 10,5 0,2 – 0,3

– 9,5 – 10,5

7,5 – 8,5 0,3 – 0,5

Cu, %

Mn, %

Fe, %

– –

<1,5

– 0,2 – 0,5

<1

– –

<0,2

1 – 1,5 0,3 – 0,5

 Một số ưu điểm của hợp kim nhôm

 Tính chống ăn mòn nhất định trong khí quyển nhờ luôn luôn có lớp màng ôxit Để tăng tính chống ăn mòn trong khí quyển, người ta làm cho lớp bảo vệ này dày lên bằng các anốt hoá, nhờ đó nhôm và các hợp kim nhôm có thể dùng trong xây dựng, trang trí nội thất mà không 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 dòng điện rất cao

 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 khi đúc, nhưng nhôm và hợp kim nhôm không sử dụng ở nhiệt độ cao hơn 3000C –

4000C So với gang, thép việc đúc nhôm sẽ khó khăn hơn do dễ sinh ra nhiều khuyết tật vật đúc (bởi dễ bị ôxi hoá) như: rỗ khí, rỗ co, lẫn tạp chất, các vết dòng chảy, không điền đầy lòng khuôn Vì vậy những sản phẩm từ nhôm thường được đúc bằng phương pháp áp lực

1.6 Máy đúc áp lực

1.6.1 Phân loại

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 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 công 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

Nha

Trang

University

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

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

1.6.2.1 Hệ thống bơm kim loại lỏng

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 công, kim loại lỏng được rót 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 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

Nha

Trang

University

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

Cơ cấu khóa khuôn: 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 1.7: Cơ cấu khóa khuôn 1.6.2.4 Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

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

Nha

Trang

University

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 1.8 Khi khuôn 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

1.7 Các khuyết tật trong đúc áp lực

1.7.1 Khuyết tật rót thiếu

Khuyết tật rót thiếu thường do những nguyên nhân sau:

 Sự điền đầy chậm vào các lòng khuôn

 Sự bôi trơn quá mức

 Nhiệt độ kim loại và khuôn không đúng

 Hệ thống rót không thích hợp

 Khí lẫn vào kim loại

 Quá ít kim loại trong buồng bắn

Để ngăn ngừa sự rót thiếu cần làm rộng thêm đường dẫn hoặc làm thay đổi hướng của dòng chảy (rãnh rửa đôi khi cũng làm thay đổi hướng của dòng chảy)

1.7.2 Nếp xếp chồng

Là những dấu vết trên bề mặt được tạo ra do hai hay nhiều dòng kim loại hòa lẫn vào nhau không 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 lòng khuôn

 Nhiệt độ của kim loại lỏng hay nhiệt độ bề mặt của lòng khuôn quá thấp

Nha

Trang

University

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 lòng khuôn

 Dùng trợ dung để khử bỏ tạp chất oxít

 Bảo đảm sự thông hơi của khuôn đủ để giảm áp suất phản hồi

 Gia tăng nhiệt độ của kim loại lỏng và nhiệt độ của các lòng khuôn

 Chuyển qua một loại hợp kim có tính chảy lỏng cao hơn nếu có thể được

1.7.3 Khuyết tật đường chảy

Khuyết tật này có thể không 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 yêu cầu về độ bóng bề mặt đòi hỏi khắt khe Khuyết tật đường chảy đôi khi xảy ra do tình trạng của lòng khuôn nhưng hầu như đều do thời gian điền đầy lòng khuôn quá lâu hoặc do chày được bố trí không thích hợp

1.7.4 Lỗ xốp co

Sự co rút dẫn đến hình thành lỗ xốp co rời rạc, không đều thường do sự quá nhiệt cục bộ của khuôn Một phương pháp ngăn ngừa sự quá nhiệt là làm nguội khuôn ở những vùng bị quá nhiệt, một cách khác là gia tăng thời gian chu kì đúc Sự 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 quá trình mở khuôn và lấy vật đúc ra, bởi vì sự điều khiển không đúng các chuyển động trước khi khuôn 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 khuôn trong khi mở khuôn cũng có thể gây ra vết nứt trên vật đúc

Nha

Trang

University

1.7.6 Khuyết tật dộp

Sự kẹt khí trong dòng 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 mòn do ma sát

Khuyết tật này luôn sinh ra do vùng cắt lẹm trong khuôn đúc, các vùng cắt lẹm

có thể bị chùi bóng chưa đủ Đôi khi độ xiên của vật đúc không đủ cũng gây ra khuyết tật này, khi đó lòng khuôn phải được gia công lại Vết mài mòn do ma sát cũng có thể do sự hàn dính cục bộ xảy ra hay khi tấm đẩy tiến về phía trước không bằng phẳng và làm nghiêng vật đúc

1.7.8 Sự rạn nứt do nhiệt

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 khuôn có thể được kéo dài bằng cách đánh bóng khi bắt đầu có khuyết tật này Sự mỏi nhiệt này có thể khắc phục bằng cách nung nóng khuôn trước

1.7.9 Sự hàm dính khuôn

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 loại va chạm và cọ sát trên khuôn

Khuyết tật dính khuôn 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 khuôn

 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

Nha

Trang

University

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUÔN 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 công ty nước ngoài 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 hiện làm sạch bằng phương pháp phun bi ta có sản phẩm hoàn thiện để gởi cho khách hàng

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

Nha

Trang

University

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, Công 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)

Công ty có đủ năng lực để sản xuất khép kín từ nấu luyện đến gia công những sản phẩm cơ khí có yêu cầu kỹ thuật phức tạp

Công ty có các hệ thống thiết bị sau:

+ Hệ thống lò nấu kim loại trung tần

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

+ Hệ thống lò tôi, ram, nhiệt luyện, lò tôi cao tần

+ 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

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

+ Hệ thống máy PLC tiện tự động sản phẩm piston

+ Máy bắn tia lửa điện, máy cắt dây

+ Các máy gia công truyền thống,…

Hệ thống máy móc của công ty rất đa dạng, các khuôn khi chế tạo đều được gia công trên các máy phay, máy tiện CNC, còn các máy gia công truyền thống chỉ gia công sản phẩm sau khi đúc và gia công các chi tiết của khuôn có độ chính xác không cao

Nha

Trang

University

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

+ Kết cấu khuôn 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

Với chi tiết nắp van chỉnh áp, là thuộc dạng chi tiết hình trụ côn, có vai gờ ở phần đế Mặt phân khuôn được chọn sao cho tách ra được phần lõi và phần vỏ khuôn, nhằm đảm bảo mặt tiếp xúc của lõi khuôn di động với vật liệu đúc lớn hơn mặt tiếp xúc của lõi khuôn cố định để sao khi tách 2 nửa khuôn ra thì sản phẩm sẽ nằm trên nửa khuôn di động Do đó, có thể chọn mặt phân khuôn như trên hình 2.4

Hình 2.4: Mặt phân khuôn

Nha

Trang

University

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

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

Trong đó: 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 nhôm 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:

Nha

Trang

University

Vậy số lượng chi tiết đúc được xác định là 4 chi tiết, vị trí sơ bộ của các vật đúc trong khuôn như hình 2.5

2.4 Thiết kế các thành phần kết cấu khuôn

2.4.1 Tính toán kích thước lõi khuôn 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

0,20 – 0,50%

1,10 – 1.75%

0,80 – 1,20% ≤0,03% 0,80 –

Độ bền tới hạn MPa

Độ dẫn nhiệt W/m-K

Áp lực tác dụng lên khuôn (giả sử khuôn có kích thước i x j, với i là chiều rộng của lõi khuôn, j là chiều dài của lõi khuôn) [5, tr.44]

Ngoài ra, kích thước của lõi khuôn phải chọn theo cách chỉ ra trong hình 2.7

Hình 2.7: Cách chọn kích thước lõi khuôn Trong đó:

Hình 2.8: Kích thước sơ bộ lõi khuôn di động 2.4.2 Chọn sơ bộ kích thước lõi khuôn cố định

Lõi khuôn cố định cũng giống kích thước với lõi khuôn di động, nhưng vì nửa khuôn cố định chứa phần lõm của chi tiết, nên lõi khuôn cố định được làm dày hơn lõi khuôn di động Kích thước sơ bộ lõi khuôn cố định được thể hiện trong hình 2.9

Hình 2.9: Kích thước sơ bộ lõi khuôn cố định

Nha

Trang

University

2.4.3 Chọn kích thước vỏ khuôn di động

Vỏ khuôn di động được làm bằng thép C45 Vỏ khuôn có tác dụng gia cường độ bền cho lõi khuôn và giảm chi phí vật liệu Vỏ khuôn di động được ghép bởi 2 chi tiết là thân vỏ khuôn và đế, nhằm giúp cho việc tháo lắp cụm lõi khuôn được dễ dàng Kích thước của vỏ khuôn di động được thể hiện trên hình 2.10

Hình 2.10: Kích thước vỏ khuôn di động

Nha

Trang

University

2.4.5 Thiết kế rãnh dẫn và kênh thoát hơi

 Thiết kế rãnh dẫn

Khi thiết kế hệ thống rãnh dẫn cần tuân thủ các nguyên tắc sau:

- Quãng đường chuyển động của kim loại lỏng trong rãnh dẫn là ngắn nhất

- Tiết diện các kênh dẫn thu hẹp dần từ buồng ép tới hốc khuôn Hệ thống rót thu hẹp dần cho phép giảm sự cuốn khí của dòng kim loại lỏng Ngoài ra, khi đi qua một hệ thống rót thu hẹp dần, kim loại lỏng sẽ tăng dần tốc độ Trong một dòng chảy có gia tốc, các bọt khí sẽ liên kết lại với nhau và sẽ được đẩy vào rãnh rửa

- Tiết diện rãnh dẫn quyết định vận tốc nạp, còn chiều dày của nó quyết định tính chất điền đầy khuôn

Xác định diện tích rãnh dẫn fd theo công thức 2.36, [1, tr.92]

𝑓

=

Trong đó:

m vd là khối lượng của vật đúc, với mvd = 520 g

m p là khối lượng của vấu lồi

K 1 , K 2 là các hệ số tính đến kiểu dáng vật đúc và áp suất đúc

K 3 , K 4 là các hệ số tính đến loại hợp kim và chiều dày trung bình vật đúc

𝝆𝑴là áp suất ép, MPa

Nha

Trang

University

Loại này có ưu điểm là cho phép một lượng vật liệu tối đa chảy qua mà không

bị mất nhiều nhiệt Khuyết điểm của loại này là làm tăng giá thành chế tạo khuôn vì rãnh dẫn phải nằm ở hai mặt khuôn

Nha

Trang

University

+ Kênh hình chữ nhật:

Hình 2.13: Kênh hình chữ nhật

Loại này tuy dễ chế tạo nhưng lại dễ gây ra sự cố trong quá trình hoạt động

+ Kênh hình thang đáy tròn:

Hình 2.14: Kênh hình thang đáy tròn

Loại này tuy phải sử dụng nhiều vật liệu hơn nhưng lại dễ chế tạo và sử dụng Loại này đặc biệt có lợi khi rãnh dẫn phải đi qua một mặt trượt

+ Kênh hình thang đáy có các góc:

Hình 2.15: Kênh hình thang đáy có góc

Nha

Trang

University

Loại này không tốt bằng loại hình thang đáy tròn Tuy nhiên nếu bo tròn các góc lại thì sẽ mang lại hiệu quả cao khi sử dụng

Tóm lại, tiết diện ngang của một loại rãnh dẫn phải là hình tròn hoặc hình thang Sử dụng loại kênh có tiết diện hình thang được bo tròn ở đáy, kích thước như trên hình 2.16

Hình 2.16: Kích thước sơ bộ tiết diện rãnh dẫn hình thang

 Thiết kế hệ thống thoát hơi

Việc bố trí hệ thống thoát khí phụ thuộc vào đặc trưng của quá trình điền đầy khuôn Khi hốc khuôn được điền đầy bằng dòng liên tục, rãnh thoát khí được đặt ở

vị trí cách xa rãnh dẫn nhất hoặc ở nơi tạo thành sự dâng thủy lực

Kênh thoát khí thường được bố trí ở mặt phân khuôn và có dạng khe hẹp có chiều dày δth.khí phụ thuộc vào hợp kim đúc

Chiều dày kênh thoát khí được lấy theo bảng 2.4

Bảng 2.4: Chiều dày rãnh thoát hơi trên khuôn đúc (mm)

2.4.6 Thiết kế chày và sơ mi khuôn

Chày và sơ mi khuôn là hai bộ phận đầu tiên tiếp nhận dòng kim loại lỏng từ buồng ép Chày và sơ mi được làm bằng thép SKD61

Chày có nhiệm vụ hướng dòng kim loại vào các rãnh dẫn, là bộ phận rất mau mòn do phải chịu áp lực lớn từ máy ép và nhiệt độ cao của dòng kim loại Chày thường có dạng côn, bề mặt được phay tạo rãnh hướng dòng kim loại vào các rãnh dẫn Các kích thước sơ bộ của chày được thể hiện trong hình 2.17

Hình 2.17: Kích thước sơ bộ chày

Chày được thiết kế với chiều dài 100 mm, trong đó có phần đuôi được gắn vào

vỏ khuôn, để tạo sự chắc chắn và tháo lắp dễ dàng

Nha

Trang

University

Đường kính trong của sơ mi lấy lớn hơn đường kính trong của buồng ép 2 mm, cho nên đường kính trong của sơ mi là 62 mm

Đường kính ngoài phải chọn sao cho đủ bền trước áp lực máy ở nhiệt độ cao và đảm bảo thời gian sử dụng trước sự ăn mòn của dòng kim loại lỏng Chọn độ dày của sơ mi là 15 mm (hình 2.18)

Hình 2.18: Kích thước sơ bộ của sơ mi khuôn

Nha

Trang

University

2.4.7 Thiết kế hệ thống đẩy

Chức năng của hệ thống đẩy là lấy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi khuôn mở

ra Các thành phần của hệ thống đẩy được thể hiện trên hình 2.19

L: là khoảng đẩy, khoảng đẩy không nên làm

quá dài và cũng không nên làm quá ngắn

Nên làm khoảng đẩy L ≥ ½ lõi khuôn

 Vị trí đặt chốt đẩy

Chốt đẩy không nên đặt ở những vị trí ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (độ bền, thẩm mĩ), những vùng có bề dày bé, bề mặt trang trí của sản phẩm, vùng yêu cầu độ bóng cao

Nên đặt chốt đẩy ở những nơi không quan trọng như những bề mặt phía trong, trên những gân tăng bền, trên hệ thống dẫn kim loại,…

Với chi tiết nắp van chỉnh áp, ta đặt các chốt đẩy ở vị trí mặt dưới của chi tiết, đảm bảo không ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt ngoài của chi tiết Các chốt đẩy được bố trí như hình 2.21

Hình 2.21: Vị trí các chốt đẩy

Các vị trí được tô màu đen là vị trí được đặt chốt đẩy Với số lượng chốt đẩy trên một chi tiết là 8 chốt Vậy tổng trên 4 chi tiết, số lượng chốt đẩy là 32 chốt đẩy Phía ngoài vỏ khuôn di động còn có 4 chốt hồi được đặt ở 4 góc

Nha

Trang

University

 Chọn và xác định kích thước chốt đẩy và chốt hồi

Kích thước chốt đẩy:

Dựa vào catalogue của hãng MISUMI, chọn chốt đẩy dạng tiết diện tròn, vì các chốt đẩy tròn là kiểu đơn giản để đưa vào trong khuôn, với những lỗ tròn và chốt tròn rất dễ gia công

Kích thước của chốt đẩy phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm, nhưng để chế tạo khuôn cố gắng tránh có đường kính nhỏ hơn 3 mm

Dựa vào kích thước và vị trí đặt chốt đẩy, ta chọn kích thước của chốt đẩy có đường kính là 4 mm, được thể hiện trên hình 2.22

Hình 2.22: Kích thước chốt đẩy

Các kích thước còn lại của chốt đẩy phụ thuộc vào đường kính Tuy nhiên, phần đỉnh của chốt đẩy về lý thuyết chỉ nằm ngang mức so với lòng khuôn nhưng trong thực tế, có thể là trên hoặc dưới 0,05 – 0,01 mm, có thể cho phép 1 chỗ lồi lõm nhỏ trên sản phẩm

Chốt đẩy làm từ thép SKD61, có độ cứng bề mặt 65 HRC, độ cứng lõi 40 HRC, thấm nitơ bề mặt

Kích thước chốt hồi:

Sau khi sản phẩm được đẩy ra, hệ hống đẩy phải trở về vị trí ban đầu để các chốt đẩy không làm hỏng các lòng khuôn của khuôn trước khi đóng khuôn Vì thế cần có các chốt hồi Chốt hồi góp phần làm tăng độ cứng vững cho hệ thống đẩy

Nha

Trang

University

Vị trí đặt chốt hồi: chốt hồi nên đặt hoàn toàn trên vỏ khuôn di động, lợi dụng lực đóng khuôn để đẩy hệ thống đẩy lại phía sau Trên hình 2.23 là vị trí đặt chốt hồi và chốt đẩy trên vỏ khuôn di động

Hình 2.23: Vị trí của chốt hồi

Dựa vào catalogue của hãng MISUMI, chọn chốt hồi có các đặc tính: làm bằng thép hợp kim SACM, độ cứng bề mặt 60 HRC, độ cứng lõi 30 HRC Kích thước chốt hồi được thể hiện trên hình 2.24

Hình 2.24: Kích thước của chốt hồi

Nha

Trang

University

Tính toán kích thước đế đặt chốt hồi và chốt đẩy:

Đế đặt chốt đầy gồm có hai tấm là tấm đẩy và tấm giữ

Hình 2.25: Tấm đẩy và tấm giữ

Đế đặt chốt đẩy phải chuyển tất cả áp lực đẩy và nếu tấm đẩy quá mỏng thì nó

sẽ bị uốn cong làm cho lực đẩy không đều trên toàn bộ bề mặt sản phẩm Độ dày tấm đẩy được xác định thông qua bề mặt sản phẩm [8, tr.64]

Bảng 2.5: Độ dày đế đẩy

Diện tích bề mặt sản phẩm Độ dày đế đẩy

Diện tích bề mặt sản phẩm (xem mục 3.1) đo được bằng phầm mềm

Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 là 179,4 cm2, nên độ dày đế là 50 mm Tấm đẩy dày

30 mm, tấm giữ dày 20 mm

Nha

Trang

University