Nghiên cứu, phân tích, thay thế phương pháp gia công dập nóng bằng đúc áp lực trong chế tạo chi tiết cổ xe nữ hợp kim nhôm

SUMMARY The main contents of the master thesis topics: Research, analysis, alternative methods of forging processing by pressure casting in the manufacturing of aluminum alloy female st

TÓM T T LU N VĂN

N i dung chính c a lu n văn th c sĩ đ tài: Nghiên cứu, phân tích, thay thế

ph ơng pháp gia công dập nóng bằng đúc áp lực trong chế tạo chi tiết cổ xe

n ữ hợp kim nhôm

Nghiên c u này gi i quy t v n đ thay th ph ng pháp gia công d p nóng

b ng đúc áp l c trong ch t o chi ti t c xe n h p kim nhôm Đ th c hi n đ tài nghiên c u tác gi ti n hành kh o sát, phân tích và th c nghi m t i công ty TNHH Song Tain Industrial S n ph m đ c ch t o và ki m tra k thu t thông qua các ph ng pháp: Ki m tra kh i l ng b ng cơn đi n t , ki m tra đ c ng

b ng kìm Webster Instrument (Model B), ki m tra khuy t t t b ng máy siêu âm,

ki m tra quá trình oxy hóa và ki m tra đ b n mõi K t qu nghiên c u cho th y

s n ph m đ t ch t l ng theo yêu c u k thu t Mặt khác khi s n xu t s l ng

s n ph m đ t cao h n m c ~25000 m u thì ph ng pháp đúc áp l c ti t ki m chi phí h n nhi u so v i khi s d ng ph ng pháp d p nóng

SUMMARY

The main contents of the master thesis topics: Research, analysis, alternative methods of forging processing by pressure casting in the manufacturing of aluminum alloy female stem part

This study solve the problem alternative method of forging processing by pressure casting in the manufacturing of aluminum alloy female stem part To research the author conducted a survey, analysis and experimental in Song Tain

Industrial Co., Ltd Our products are manufactured and tested by the following methods: check the weight with electronic weight scale, hardness testing by Webster Instrument (Model B) alkaline, flaw test by ultrasound machine, Check oxidation and test the durability of all Research results show that the product achieved the quality requirements On the other hand when the production number of the product is higher than ~ 25000 samples, the method of pressure casting cost saving than when using hot forging method

M C L C

Đ m c

Trang QUY ắăĐ NảăẢIAOăĐ TÀI - i

LÝ L CH KHOA H C - ii

L IăCAMăĐOAN - iii

L I C Mă N -iv

TÓM T T LU NăVĔN - v

M C L C -vi

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T - x

DANH SÁCH CÁC HÌNH -xi

DANH SÁCH CÁC B NG - xv

PH N I Đ T V N Đ 1.1 Đặt v n đ - 1

1.2 M c tiêu đ tài - 2

1.3 Ph m vi nghiên c u - 2

1.4 Khái quát công vi c th c hi n - 2

1.5 Ph ng pháp nghiên c u - 2

PH N II HI N TR NG K THU T

2.1 Hi n trang nghiên c u và công ngh trong n c - 3

2.2 Hi n trang nghiên c u và công ngh n c ngoài - 4

PH N III N I DUNG CH NG I: KH O SỄT, PHỂN TệCH CHI TI T Đ C CH T O B NG PH NG PHỄP D P NịNG 3.1.1 T NG QUAN V PH NG PHÁP GIA CỌNG D P NÓNG - 8

3.1.1.1 Khái ni m chung - 8

3.1.1.2 Thi t b d p nóng - 9

a) Máy d p nóng - 10

b) Thi t b nung kim lo i - 12

3.1.2 KH O SÁT CHI TI T C XE N CH T O B NG PH NG PHÁP D P NÓNG - 14

3.1.2.1 V t li u chi ti t - 14

3.1.2.2 Quy trình d p nóng chi ti t c xe n h p kim nhôm A6061 - 14

3.1.2.3 Thi t b s n xu t - 15

3.1.2.4 Ch đ nhi t luy n - 18

3.1.2.5 K t qu thu đ c - 18

3.1.2.6 u nh c đi m c a ph ng pháp - 18

CH NG II: KH O SỄT, PHỂN TệCH CHI TI T Đ C CH T O B NG PH NG PHỄP ĐÚC ỄP L C 3.2.1 S L C V S HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRI N C A NGẨNH ĐÚC ÁP L C - 20

3.2.2 CÔNG NGH ĐÚC ÁP L C CAO - 22

3.2.2.1 Th nƠo lƠ đúc áp l c cao - 22

3.2.2.2 u, nh c đi m c a đúc áp l c cao - 22

3.2.2.3 Khuôn đúc áp l c cao - 23

3.2.2.4 Quy trình đúc áp l c cao - 24

3.2.2.5 Thi t b đúc áp l c cao - 26

3.2.2.6 C s công ngh tính toán c c u ép vƠ c c u khóa khuôn - 32

3.2.3 NH H NG C A ÁP L C T I QUÁ TRÌNH K T TINH C A KIM LO I - 38

3.2.4 TH Y Đ NG H C QUÁ TRÌNH ĐI N Đ Y KHUÔN - 39

3.2.4.1 Nguyên t c - 39

3.2.4.2 Va đ p c a dòng n p lên thành khuôn - 40

3.2.4.3 Đi n đ y h c khuôn - 43

3.2.4.4 Đi u ki n th y đ ng h c c a quá trình thoát khí - 48

3.2.4.5 Tính toán h th ng rót - 50

3.2.4.6 Tính h th ng thoát h i - 58

3.2.5 KHUY T T T ĐÚC VẨ CÁC BI N PHÁP PHÒNG NG A - 59

3.2.6 KH O SÁT CHI TI T C XE N CH T O B NG PH NG PHÁP ĐÚC ÁP L C - 61

3.2.3.1 V t li u chi ti t - 61

3.2.3.2 Xây d ng quy trình đúc áp l c chi ti t c xe n h p kim nhôm A356 - 63

3.2.3.3 Thi t b s n xu t c n thi t đ đúc áp l c - 64

3.2.3.4 Ch đ nhi t luy n - 65

3.2.3.5 u nh c đi m c a ph ng pháp - 65

CH NG III CH T O TH C NGHI M S N PH M VẨ THệ NGHI M KI M TRA 3.3.1 CH T O TH C NGHI M S N PH M - 66

3.3.1.1 K ho ch th c hi n vƠ đi u ki n c s v t ch t th c nghi m - 66

3.3.1.2 Quá trình th c nghi m - 68

a D ng m u s n ph m 3D t b n v 2D - 68

b Tính toán l a ch n ph ng án tách khuôn - 68

c Tách khuôn cho s n ph m - 69

d Thi t k v và các thành ph n khác trong khuôn - 71

e Gia công khuôn - 73

f Đúc th vƠ đi u chỉnh - 73

g C t bavia và nhi t luy n x lý b mặt - 75

h Hoàn thi n s n ph m - 75

3.3.2 THÍ NGHI M KI M TRA - 76

3.3.2.1 Ki m tra kh i l ng b ng cơn đi n t - 76

3.3.2.2 Ki m tra đ c ng b ng kìm Webster Instrument (Model B) - 77

3.3.2.3 Ki m tra đ b n m i - 78

3.3.2.4 Ki m tra khuy t t t trên máy siêu âm - 79

3.3.2.5 Ki m tra quá trình oxy hóa - 79

3.3.2.6 K t qu các thí nghi m ki m tra - 80

CH NG IV: SO SỄNH PH NG PHỄP D P NịNG VẨ ĐÚC ỄP L C TRONG CH T O CHI TI T C XE N H P KIM NHỌM 3.4.1 SO SÁNH QUY TRÌNH S N XU T - 81

3.4.2 SO SÁNH THÔNG S K THU T - 83

3.4.3 SO SÁNH HI U QU KINH T - 83

3.4.4 K T LU N - 83

PH N IV K T LU N VẨ KHUY N NGH 4.1 K T LU N - 85

4.2 H NG PHÁT TRI N Đ TÀI - 85

TÀI LI U THAM KH O - 86

: Advanced Thixotropic Metallurgy : Trách nhi m h u h n

: kilôgam : milimet : centimet

m

HB

N

daN

0

C

at

pa

Mpa

S

J

K

KVA

AMD

HRC

ml

: met :ăđộ cứng Brinell

: Newton : deca Newton : Degrees Celsius /ăđộ C : atmotphe k ỹ thu t : Pascal

: Mêga pascal : second / giây : Joule / Jun : Kelvin : Kilo Volt-Ampere : Electric Discharge Machining :ăđộ cứng Rockwell C

: mili-lit

DANH M C CÁC HÌNH

HÌNH

TRANG Hình 2.1.1 MáyăđúẾăáịăệực ZDC-420ẫắẮ,ZắAăđ c ch t o bởi Vi n Công Ngh - Bộ Côỉgăắh ỉg - 3

Hình 2.1.2 Một số s n phẩmăđúẾăáịăệực t i công ty Song Tain - 4

Hình 2.2.1 Một số s n phẩm từ đúẾăáịăệực t iăĐàiăLỊaỉă&ăNh t B n - 5

Hình 3.0.1 Chi ti t c ổ xe n h p kim nhôm - 7

Hình 3.1.1.1 Ắ ăđồ k t cấu của một bộ khuôn d p nóng (rèn): - 8

Hình 3.1.1.2 Bộ khu Ếhăđ i áp suất - 10

Hình 3.1.1.3 Máy ép tr c khu ỷu - 10

Hình 3.1.1.4 Ắ ăđồ ỉguyêỉăệýămáyăẽúaăh iăỉ c - 11

Hình 3.1.1.5 Ắ ăđồ nguyên lý máy ép ma sát kiểu tr c vít - 12

Hình 3.1.1.6 Lò bu ồng dùng nhiên li u r n - 13

Hình 3.1.1.7 Lò bu ồng liên t c - 13

Hình 3.1.1.8 Lòăđi n trở - 13

Hình 3.1.2.1 Khuôn d p c t phôi - 15

Hình 3.1.2.2 Khuôn d p nóng - 15

Hình 3.1.2.3 Khuôn d ịăẾỊỉgăẽ c 1 - 15

Hình 3.1.2.4 Khuôn g ấịăẾỊỉgăẽ c 2 - 16

Hình 3.1.2.5 Khuôn d p c t baz (ba via) - 16

Hình 3.1.2.6 Khuôn d p phẳng - 16

Hình 3.1.2.7 H th ống sấy cho d p nóng - 17

Hình 3.1.2.8 Máy ép thủy lực 500 tấn - 17

Hình 3.1.2.9 Máy d p tr c khu ỷu 20 tấn - 17

Hình 3.1.2.10 Lò nhi t luy n - 18

Hình 3.2.1.1 Ắ ăđồ nguyên lý củaămáyăđúẾăáịăệựẾăẮtuọgissăỉĕmă1849 - 20

Hình 3.2.1.2 MáyăđúẾăáịăệực DusỀỉẽỀọyăỉĕmă1877 - 21

Hình 3.2.1.3 Ắ ăđồ máyăđúẾăáịăệực của công ty H.H Franking ch t Ịăỉĕmă 1904 - 21

Hình 3.2.2.1 Nguyên lý t o v tăđúẾ - 22

Hình 3.2.2.2 K t c ấu bộ ỆhuôỉăđúẾăáịăệực cao - 23

Hình 3.2.2.3 MôăhửỉhăỆhuôỉăđúẾăáịăệực nằm ngang - 24

Hình 3.2.2.4 CáẾăgiaiăđỊ ỉăđúẾăáịăệực - 25

Hình 3.2.2.5 ắhayăđổi của tốẾăđộ và áp suất trong buồng ép - 25

Hình 3.2.2.6 Ắ ăđồ nguyên lý chung củaămáyăđúẾăáịăệực - 26

Hình 3.2.2.7 M ột số kiểu ép buồn nguội - 27

Hình 3.2.2.8 MáyăđúẾăáịăệực buồng ép nguội của hãng SINATEK - 28

Hình 3.2.2.9 NguyêỉăệýămáyăđúẾăáịăệực có buồng ép nguội nằm ngang 29

Hình 3.2.2.10 Ắ ăđồ nguyên lý làm vi c củaămáyăđúẾăáịăệực buồng nguội - 29 Hình 3.2.2.11 Nguyên lý máyăđúẾăáịăệực buồng ép nóng - 30

Hình 3.2.2.12 Ắ ăđồ ỉguyêỉăệýămáyăđúẾăáịăệực buồng ép nóng - 31

Hình 3.2.2.13 MáyăđúẾăáịăệực buồng ép nóng của hãng SIMHOPE chuyên đúẾăỆ m - 31

Hình 3.2.2.14 C ăẾấu ép buồng nằm ngang một xilanh - 32

Hình 3.2.2.15 Ắ ăđồ Ế ăẾấu ép và áp lực ép - 34

Hình 3.2.2.16 C ăẾấu khóa khuôn kiểuăẾáỉhătayăđòỉăẾủa máyăđúẾăẽuồng ép ngang - 35

Hình 3.2.2.17 Gi ỉăđồ xáẾăđ nh giá tr ∑ạăịh thuộc vào áp suất P n và đ ng kính xilanh ép D n - 36

Hình 3.2.3.1 Quan h ph thuộc của h số thấm vào nhi tăđộ vùng 2 pha h p kim nhôm - 37

Hình 3.2.4.3.1 Ắ ăđồ dòng phân tán trong hốc khuôn - 43

Hình 3.2.4.3.2 Ắ ăđồ đi ỉăđầy khuôn có ch độ dòng phân tán và ch y rối 44

Hình 3.2.4.3.3 ắhayăđổi k t cấu v tăđúẾăđể t o dòng ép thu n l i - 47

Hình 3.2.4.3.4 Khuôn có rãnh d n chi uăếàyăthayăđổiăđ c - 47

Hình 3.2.4.3.5 Ép thêm ở thành dày a), thành mỏng b) và vấu lồi c) - 48

Hình 3.2.4.4.1 H thốỉgăọótătọỊỉgămáyăđúẾăẽuồng ép thẳỉgăđứng a) và buồng ép nằm ngang b) - 54

Hình 3.2.4.4.2 H thống rót trực ti p không có rãnh d n a) và b); có rãnh d n c) - 54

Hình 3.2.4.4.3 H thống rót kiểu ngoài - 55

Hình 3.2.4.4.4 H thống rót cho v tăđúẾăẾóăẾấu t o hình dáng khác nhau - 55

Hình 3.2.6.1.1 Biểuăđồ biểu di n các h p kim s d ỉgătọỊỉgăđúẾăáịăệực - 61

Hình 3.2.6.1.2 Phôi nhôm thỏi - 62

Hình 3.2.6.3.1 Lò nấu nhôm s d ng ỉĕỉgăệ ỉgăđi n - 64

Hình 3.2.6.3.2 MáyăđúẾăáịăệực - 64

Hình 3.2.6.3.3 Lò nhi t luy n nhôm - 64

Hình 3.3.1.2.1 Hình 3D m u s n phẩm cổ xe n - 68

Hình 3.3.1.2.2 M u bố tọíăđ ng li u và rãnh thoát khí - 69

Hình 3.3.1.2.3 M u bố trí các mặt phân khuôn - 69

Hình 3.3.1.2.4 Lõi khuôn cố đ nh - 70

Hình 3.3.1.2.5 LõiăỆhuôỉăếiăđộng - 70

Hình 3.3.1.2.6 CỊỉătọ t 01 - 70

Hình 3.3.1.2.7 2ăẾỊỉătọ t bên - 70

Hình 3.3.1.2.8 Hình ghép n aăỆhuôỉăế i - 70

Hình 3.3.1.2.9 Vỏ khuôn cố đ nh - 71

Hình 3.3.1.2.10 Vỏ Ệhuôỉăếiăđộng - 71

Hình 3.3.1.2.11 Tấm gi - 71

Hình 3.3.1.2.12 Tấmăđẩy - 71

Hình 3.3.1.2.13 Gối kẹp - 71

Hình 3.3.1.2.14 ậayătọ tăẾỊỉătọ t - 71

Hình 3.3.1.2.15 Gù - 72

Hình 3.3.1.2.16 Pét - 72

Hình 3.3.1.2.17 Các lo i cốt d n - 72

Hình 3.3.1.2.18 Các lo iătyăệóiă(đẩy) - 72

Hình 3.3.1.2.19 Thi t k mô hình 3D bộ ỆhuôỉăđúẾăáịăệực - 72

Hình 3.3.1.2.20 Phần khuôn cố đ nh - 73

Hình 3.3.1.2.21 PhầỉăỆhuôỉăếiăđộng - 73

Hình 3.3.1.2.22 Ảiụỉăđồ thể hi n v n tốẾăđầu tống (pittong) theo quãng đ ỉgăđi ỆhiăđóỉgăỆhuôỉ - 74

Hình 3.3.1.2.23 M uăđúẾăs n phẩm - 75

Hình 3.3.1.2.24 S n phẩm qua các khâu x lý h uăđúẾ - 75

Hình 3.3.2.1.1 Cân m uătọêỉăẾợỉăđi n t - 76

Hình 3.3.2.2.1 Ki m Webster Instrument (Model B) - 77

Hình 3.3.2.3.1 Máy kiểmătọaăđộ b n mỏi - 78

Hình 3.3.2.4.1 Kiểm tra bằỉgăịh ỉg pháp siêu âm - 79 Hình 3.3.2.5.1 Buồỉgăịhuỉăs ỉgămuối - 80 Hình 3.3.4.1 Bi ểuăđồ biểu di n mối quan h gi a chi phí s n xuất và số

ệ ng s n phẩm - 84

DANH SÁCH CÁC B NG

B NG

TRANG B ỉgă2.1.1 Đặtătọ ỉgăỆỹ thu t củaămáyăđúẾăáịăệực ZDC-420PTS,ZTA 3

B ỉgă3.1.1 Giá tr f và p c ủa một số kim lo i trong công thức (3.11) 37

B ỉgă3.2.1 T ốẾăđộ t i h n của một số h p kim theo công thức 3.2.1 - 41

B ỉgă3.2.2 Các hằng số thực nghi m của công thức (3.8) - 42

B ỉgă3.2.3 Giá tr th i gian ép v i nh ng h p kim khác nhau - 46

B ỉgă3.2.4 T ốẾăđộ n ịăđối v i các v tăđúẾăẽằng h p kim khác nhau, hình d ng khác nhau - 50

B ỉgă3.2.5 Giá tr các h s ố của công thức 3.38 và 3.39 - 53

B ỉgă3.2.6 H số Kăđối v i các h p kim khác nhau theo công thức 3.41 56 B ỉgă3.2.7 Các giá tr h s ố K của công thức 3.42 - 57

B ỉgă3.2.8 Chi uăếàyăọụỉhăh iătọêỉăhốc khuôn - 58

B ỉgă3.2.9 Kh ốiăệ ng riêng của không khí ph thuộc nhi tăđộ - 59

B ỉgă3.2.10 Tính ch ất v t lý của h p kim nhôm - 62

v n đ m b o yêu c u k thu t luôn là v n đ đặt ra cho các nhà s n xu t

Có nhi u ph ng pháp gia công vƠ quy trình s n xu t khác nhau đ t o ra m t

s n ph m c khí Tuy nhiên lƠm sao đ đ a ph ng pháp gia công đó vƠo trong

s n xu t hàng lo t, hàng kh i, mang l i hi u qu kinh t và tính c nh tranh cao chính là v n đ c n quan tâm nghiên c u hi n nay

Đúc áp l c và d p nóng lƠ hai ph ng pháp gia công đ c s d ng trong s n

xu t hàng lo t, hàng kh i Hai ph ng pháp nƠy t o hình s n ph m thông qua khuôn đúc (khuôn ép) vƠ l c nén c a máy ép th y l c, máy ép tr c khu u, máy búaầ V i m i ph ng pháp ta có quy trình x lý, thi t b s n xu t, v t

li uầriêng bi t Tuy nhiên v n có th thay th gi a hai ph ng pháp nƠy trong

nh ng đi u ki n thích h p

Công ty TNHH Song Tain Industrial có tr s t i Khu Công Nghi p SÓNG

TH N II là công ty chuyên s n xu t linh ki n làm b ng v t li u h p kim nhôm,

k m cho xe đ p và xe máy Các s n ph m đơy đ c ch t o ch y u b ng hai

ph ng pháp lƠ đúc áp l c và d p (d p nóng , d p ngu i) Chi ti t ắ C xe n Ằ

v t li u h p kim nhôm A6061 cho xe đ p đƣ đ c s n xu t b ng ph ng pháp d p nóng t i công ty t năm 2008 Hi n nay do nhu c u khách hƠng tăng cao v i các

đ n đặt hàng t các c s trong n c, v i ph ng pháp d p nóng nh hi n t i thì năng su t r t th p, c ng v i khi tăng s l ng thì chi phí cho s n xu t nâng cao làm gi m hi u qu kinh t Công ty có nhu c u xây d ng quy trình công ngh gia công m i cho chi ti t này d a trên ph ng pháp đúc áp l c và v t li u là h p kim nhôm A356 v i m c đích tăng năng su t, gi m chi phí khi s n xu t s l ng l n đem l i hi u qu kinh t cao mà v n đáp ng yêu c u k thu t c a s n ph m

T nhu c u th c ti n s n xu t t i công ty Song Tain và nhu c u c a b n thân

tôi đƣ ch n đ tƠi ắNghiên cứu, phân tích, thay thế ph ơng pháp gia công dập nóng b ằng đúc áp lực trong chế tạo chi tiết Cổ xe nữ hợp kim nhômẰ đ làm

lu n văn t t nghi p cao h c c a mình

Đ t i đ c th c hi n d i s h ng d n c a th y TS Huỳnh Nguy n Hoàng

và s h tr v mặt thi t b k thu t c a công ty TNHH Song Tain Industrial

1.2 M c tiêu đ tài

+ Xây d ng thành công quy trình s n xu t hàng lo t cho chi ti t ắC xe

n Ằ h p kim nhôm (A356) b ng ph ng pháp đúc áp l c nh m nâng cao năng su t s n xu t, tăng hi u qu kinh t

+ Áp d ng vào s n xu t, ch t o ra s n ph m đ t tiêu chu n ch t l ng

1.3 Ph m vi nghiên c u

Đ tƠi đ c th c nghi m t i công ty TNHH Song Tain Industrial, nên các thông s , d li u th c nghi m d a trên máy móc thi t b c a công ty hi n có Các thí nghi m ki m tra đ c th c hi n t i công ty Song Tain, trung tâm công ngh cao tr ng ĐH S Ph m K Thu t và Trung tâm Ki m đ nh và Hu n luy n An toƠn Lao đ ng Tp H Chí Minh

1.4 Khái quát công vi c th c hi n

Đ th c hi n đ tƠi, có hai ph ng pháp nghiên c u đ c đ a ra:

+ Phân tích, tính toán d a trên c s lý thuy t

+ Th c nghi m, x lý s li u t i công ty Song Tain Industrial vƠ c s

ki m đ nh

PH N II HI N TR NG K THU T

2.1 Hi n trang nghiên c u và công ngh trong n c

Tình hình nghiên c u v đúc áp l c Vi t Nam m y năm g n đơy có nhi u

b c phát tri n Vi n Công Ngh - B Công Th ng đƣ ch t o đ c máy đúc áp

l c và c i ti n, phát tri n các b ph n c a máy Bên c nh đó Vi n cũng có nhi u

đ tài nghiên c u các v n đ liên quan nh v t li u đúc, v t li u làm khuôn, ng

c ng CAE đ t i u hóaầ

Hình 2.1.1 MáyăđúẾăáịăệực

ZDC-420ẫắẮ,ZắAăđ c ch t o bởi Vi n Công Ngh - B ộ Côỉgăắh ỉg

Bảng 2.1.1: Đặtătọ ỉgăỆỹ thu t củaămáyăđúẾăáịăệực ZDC-420PTS,ZTA

n c ta v n còn kém xa các n c công nghi p phát tri n nh Đ c, M , Nh t, Hàn

Qu cầ Hi n t i có nhi u t p đoƠn, công ty n c ngoƠi đ u t vƠo lĩnh v c này

Vi t Nam v i quy mô t m trung T i các khu công nghi p Đ ng An, Sóng Th n, VSIPầc a Bình D ng có r t nhi u công ty c a ĐƠi Loan, HƠn Qu c, Nh t B n

đ u t s n xu t s n ph m c khí, gia d ng b ng đúc áp l c

Công ngh đúc áp l c cao t i Vi t Nam đang d n đ c c i thi n, các s n

ph m c a đúc áp l c ngày càng đa d ng h n Nh ng nhìn chung công ngh đúc

áp l c các c s s n xu t đ u có hi u qu làm vi c không cao th hi n lƠ l ng

ph ph m và nguyên công x lỦ sau đúc còn nhi u Nguyên nhân chính c a th c

tr ng này là: s d ng thi t b đƣ qua s d ng n c ngoài, ch t l ng khuôn đúc

và v t li u kim lo i đúc ch a đ t t, s d ng h n ch CAE trong thi t k , ch t o

Hình 2.1.2 Một số s n phẩmăđúẾăáịăệực t i công ty Song Tain

2.2 Hi n trang nghiên c u và công ngh n c ngoài

Trên th gi i vi c nghiên c u, thi t k ch t o trong lĩnh v c đúc áp l c đƣ

đ c quan tâm nghiên c u ng d ng t r t lâu Hi n nay v i s phát tri n chung

c a khoa h c k thu t thì đúc áp l c đ c nâng lên m t t m cao m i Các nghiên

c u v quy trình công ngh , nghiên c u v v t li u vƠ đặc bi t là nghiên c u d đoán, mô t quá trình th c hi n m t cách chính xác (CAE) luôn đ c c i ti n Ngành công nghi p ô tô, xe máy, đóng tƠu, ch t o máy bay là nh ng ngành

đ u t r t m nh cho nghiên c u đúc vƠ d p V i nhu c u ngày càng cao v ch t

l ng, s l ng và tính th m m cao, s n ph m t đúc vƠ d p c a các ngành này luôn đ c c i ti n

ph ng th c t o hình kim lo i trên th gi i Công ngh đúc luy n kim Sol-Gel Thu n ngh ch Tiên ti n (tính ch t c a m t s gel hóa l ng, khi ch u các l c dao

đ ng nh sóng siêu ơm hoặc th m chí chỉ l c vƠ sau đó r n tr l i khi đ ng yên), tên ti ng Anh là Advanced Thixotropic Metallurgy - ATM

Công ngh ATM đặc bi t phù h p v i h p kim nhôm hoặc magiê, có chi phí

th p, đ ng th i đ t ch t l ng cao trong nhi u ng d ng ch t o s n ph m, t các chi ti t c a ôtô, đ n v đi n tho i di đ ng, máy tính xách tay và camera

Công ngh ATM c a CSIRO có các u đi m sau:

+ Gi m di n tích thi t k , d n đ n kh năng s d ng thi t b nh h n thi t b đúc áp l c thông th ng hoặc có th t o nhi u h c khuôn ép h n trên m t khuôn;

+ Chu trình th i gian ch t o ng n h n, d n đ n c i thi n năng su t thi t b ; + Vi c u trúc tinh h n (d n đ n đ b n gia tăng);

+ Có kh năng thi t k l i các chi ti t có mặt c t m ng h n, d n đ n gi m

PH N III N I DUNG

Chi ti t c xe n h p kim nhôm (mã s : ST-150211) là m t b ph n thành

ph n trong chi c xe đ p dáng n Chi ti t này n i hai thành ph n là tay lái và c c lái giúp ng i s d ng đi u khi n h ng đi c a xe

Hình 3.0.1 Chi ti t cổ xe n h p kim nhôm

 Ph m vi áp d ng:

S n ph m c xe n dùng cho các m u xe đ p dáng n thông th ng vƠ xe đ p

x p Leisure do công ty TNHH SONG TAIN INDUSTRIAL VI T NAM s n xu t,

+ Ch u đ c l c gi t (kéo) 300N trong kho ng 10000 ÷ 25000 l n

+ S n ph m ph i đ m b o an toàn, không b bi n d ng, phù h p thi t k + S n ph m không b r , không có b t khí, không ten rĩ

D p nóng thu c nhóm gia công bi n d ng - m t trong nh ng ph ng pháp c

b n đ ch t o các chi ti t máy và các s n ph m kim lo i thay th cho ph ng pháp đúc hoặc gia công c t g t Gia công bi n d ng th c hi n b ng cách dùng ngo i l c tác d ng lên kim lo i thái nóng hoặc ngu i làm cho kim lo i đ t đ n quá gi i h n đƠn h i, k t qu s lƠm thay đ i hình d ng c a v t th kim lo i mà không phá hu tính liên t c vƠ đ b n c a chúng

Đặc đi m c a gia công bi n d ng là kim lo i gia công th r n, sau khi gia công không nh ng thay đ i hình dáng, kích th c mƠ còn thay đ i c c , lỦ, hoá tính c a kim lo i nh kim lo i m n chặt h n, h t đ ng đ u, kh các khuy t t t (r khí, r co v.v ) do đúc gơy nên, nơng cao c tính vƠ tu i b n c a chi ti t v.v Gia công bi n d ng cho năng su t cao vì có kh năng c khí hoá vƠ t đ ng hoá cao

Hình 3.1.1.1 Ắ ăđồ k t cấu của

m ột bộ khuôn d p nóng (rèn):

Khuôn trên (1); rãnh chứa ba-via

(2);ă Ệhuôỉă ế iă (3);ă Ếhuôiă đuôiă éỉă (4);ă

lòng khuôn (5); c a ba-via (6)

D p nóng lƠ ph ng pháp gia công áp l c trong đó kim lo i bi n d ng trong

m t không gian h n ch b i b mặt lòng khuôn Quá trình bi n d ng c a phôi trong lòng khuôn phơn thƠnh 3 giai đo n:

+ Giai đo n đ u chi u cao c a phôi gi m, kim lo i bi n d ng và ch y ra xung quanh, theo ph ng thẳng đ ng phôi ch u ng su t nén, còn

ph ng ngang ch u ng su t kéo

+ Giai đo n 2 kim lo i b t đ u lèn kín c a ba-via, kim lo i ch u ng su t nén kh i, mặt ti p giáp gi a khuôn trên vƠ d i ch a áp sát vƠo nhau + Giai đo n cu i: kim lo i ch u ng su t nén kh i tri t đ , đi n đ y

nh ng ph n sâu và m ng c a lòng khuôn, ph n kim lo i th a s tràn qua c a ba-via cho đ n lúc 2 b mặt c a khuôn áp sát vào nhau

 Đ c đi m:

+ Đ chính xác vƠ đ bóng b mặt phôi cao (c p 6-7; Rz=80÷20)

+ Ch t l ng s n ph m đ ng đ u và cao, ít ph thu c tay ngh công nhân + Có th t o phôi có hình d ng ph c t p h n rèn t do

+ Năng su t cao, d c khí hóa vƠ t đ ng hóa

+ Thi t b c n có công su t l n, đ c ng v ng vƠ đ chính xác cao

+ Chi phí ch t o khuôn cao, khuôn làm vi c trong đi u ki n nhi t đ và

áp l c cao B i v y d p nóng ch y u dùng trong s n xu t hàng lo t và hàng kh i

3.1.1.2 Thi t b d p nóng

Thi t b dùng trong d p nóng bao g m nhi u lo i khác nhau nh thi t b nung, thi t b v n chuy n, máy c t phôi, thi t b làm ngu i, thi t b ki m tra vvầ

D p nóng đòi h i ph i có l c d p l n, b i v y các máy d p ph i có công su t

l n, đ c ng v ng c a máy cao Mặt khác, do yêu c u khi d p khuôn trên và khuôn d i ph i đ nh v chính xác v i nhau, chuy n đ ng c a đ u tr t máy d p

ph i chính xác, ít gây ch n đ ng Trong d p nóng thông d ng nh t là s d ng các

lo i máy sau: máy búa h i n c-không khí nén, máy ép tr c khu u, máy ép th y

l c, máy ép ma sát tr c vít

a) Máy dập nóng

 Máy ép th y l c

Các máy ép th y l c là các lo i máy rèn truy n d n dòng ch t l ng (d u hoặc

n c) có áp su t cao Máy đ c ch t o v i l c ép t : 200-10000 t n Máy ép

th y l c có u đi m là l c ép l n, chuy n đ ng c a đ u ép êm vƠ chính xác, đi u khi n hành trình ép và l c ép d dàng Nh c

Hình 3.1.1.2 Bộ khu Ếhăđ i áp suất

lƠm đ c các công vi c khác nhau: rèn trong

khuôn h ép phôi, đ t l , c t bavia v.vầ

Nguyên lý làm vi c c a máy nh sau:

Đ ng c (1) qua b truy n đai (2) truy n

chuy n đ ng cho tr c (3), bánh răng (4) ăn

Hình 3.1.1.3 Máy ép tr c khuỷu

kh p v i bánh răng (7) l p l ng không trên tr c khu u (5) Khi dóng ly h p (6),

tr c khu u (8) quay, thông qua tay biên (8) lƠm cho đ u tr t (9) chuy n đ ng

t nh ti n lên xu ng, th c hi n chu trình d p Đe d i (10) l p trên b nghiêng có

th đi u chỉnh đ c v trí ăn kh p c a khuôn trên vƠ khuôn d i

Đặc đi m c a máy ép tr c khu u: chuy n đ ng c a đ u tr t êm h n máy búa, năng su t cao, t n hao năng l ng ít, nh ng có nh c đi m là ph m vi đi u chỉnh hƠnh trình bé, đòi h i tính toán phôi chính xác và ph i làm s ch phôi l tr c khi

d p

 Máy búa h i n c-không khí nén

Máy búa h i n c-không khí nén

sau: Khi máy ch a lƠm vi c, lò xo (7)

thông qua h th ng đòn b y gi cho

van phân ph i (2) v trí trung

gian, khi nh n bƠn đ p (8), h th ng

đòn b y chung thông qua các đòn b y

(6 và 4) m van c p (3) h i n c

theo đ ng d n trên vƠo ngăn trên c a

xi lanh vƠ đ y pistông búa (10) đi

xu ng, h i ngăn d i qua l tr c

van tr t (2) đi ra ng thoát (b)

Hình 3.1.1.4 Ắ ăđồ nguyên lý

máyăẽúaăh iăỉ c 1)ăĐòỉăẽẩy 2) Van phân phối 3) Van cấịă4)ăĐòỉăẽẩy 5) ắhaỉhătửăă6)ăĐòỉăẽẩy 7) Lò xo 8)ăBàỉăđ ịă9)ăĐầu búa

Máy có t c đ chuy n đ ng c a đ u tr t l n và không êm, bi n d ng c a kim

lo i không tri t đ , va đ p hai n a khuôn l n nên gia công kém chính xác

 Máy ép ma sát tr c vít

Các máy ép ma sát tr c vít có l c ép

t 40¸630 t n Nguyên lý làm vi c c a

máy nh sau: Đ ng c (1) truy n chuy n

đ ng qua b truy n đai (2) lƠm quay

tr c (4) trên đó có l p các đĩa ma sát (3)

và (5) Khi nh n bàn đ p (11), c n đi u

khi n (10) đi lên, đ y tr c (4) d ch sang

ph i vƠ đĩa ma sát (3) ti p xúc v i bánh

ma sát (6) làm tr c vít quay theo chi u

đ a đ u búa đi xu ng Khi đ n v trí

t c đ ép không l n nên kim lo i bi n d ng tri t đ h n so v i máy búa

b) Thiết bị nung kim loại

Đ nung kim lo i khi gia công áp l c ng i ta s d ng nhi u lo i lò nung khác nhau Chúng đ c phân lo i theo ngu n c p nhi t (nhiên li u hoặc đi n năng), tính ch t ho t đ ng (chu kỳ hoặc liên t c) và k t c u lò (lò bu ng, lò gi ng )

M t s lò th ng đ c s d ng:

 Lò bu ng (lò ph n x )

Hình 3.1.1.6 Lò buồng dùng

nhiên li u r n 1- c a lấyăxĩ;ă2- ghi lò; 3- c a vào than; 4- than; 5- t ỉgăỉgĕỉ; 6- sàn lò; 7- c a công tác;

8- phôi nung; 9- b ộ thu hồi nhi t; 10- c ng khói

3.1.2 KH O SÁT CHI TI T C XE N CH T O B NG PH NG PHÁP D P NÓNG

3.1.2.1 V t li u chi ti t

Chi ti t c xe n ch t o b ng ph ng pháp d p nóng làm t v t li u h p kim nhôm A6061 có thành ph n hóa h c nh sau:

Thành ph n Wt %

Aluminum (Al) 95.8 - 98.6 % Chromium (Cr) 0.040 - 0.35 %

Magnesium (Mg) 0.80 - 1.20 % Manganese (Mn) <= 0.15 %

3.1.2.2 Quy trình d p nóng chi ti t c xe n h p kim nhôm A6061

Phôi nhôm D p c t phôi X lý nhi t

3.1.2.3 Thi t b s n xu t:

Toàn b h th ng khuôn cho quy trình d p nóng đ c đặt hàng s n xu t và

nh p v t ĐƠi Loan Các thi t b còn l i sẵn có trong công ty

+ Phôi nhôm A6061 đặt t công ty s n xu t nhôm

+ Lò nhi t luy n x lý nhi t cho s n ph m

 Nh ợc điểm:

+ M i l n d p nóng chỉ x lý đ c 1 s n ph m (ph thu c đi u ki n c s

v t ch t c a công ty-d p trên máy th y l c 500 t n)

+ Qua nhi u công đo n d n đ n hao t n nhân l c, thi t b , th i gian th c

hi n

+ Vì đ c x lý ph c t p nên chi phí cho 1 s n ph m cao, d n đ n giá thành cao

Ch ng II

3.2.1 S L C V S HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRI N C A NGÀNH ĐÚC ỄP L C

Đúc áp l c là m t ngành s n xu t phôi nh m t o ra các chi ti t có kích th c chính xác do nh ng chuy n đ ng c a dòng l u ch t kim lo i l ng d i tác d ng

c a ngo i l c t o nên dòng áp su t vào trong khuôn kim lo i Đúc áp l c là m t nhánh c a ngƠnh đúc t n t i r t lơu đ i, các nhánh còn l i lƠ ngƠnh đúc tr ng l c

vƠ đúc áp l c th p Có nh ng b ng ch ng kh o c h c cho th y r ng đúc tr ng l c

đƣ có t th i kỳ Đ ng Thi c đ c ng i nguyên th y dùng đ đúc các d ng c lao

đ ng nh : rìu, n ,ầNgƠy x a t tiên chúng ta cũng đƣ th y đ c nh ng u đi m

VƠo năm 1877, Dusenbery d a trên nguyên lý c a máy Sturgiss đ hình thành nên máy th h m i có b sung thêm m t pitông r ng có g n van m t chi u cho phép kim lo i l ng có th ch y t khoang trên xu ng khoang d i

Hình 3.2.1.2 MáyăđúẾăáịăệựẾăDusỀỉẽỀọyăỉĕmă1877

Đặc bi t k t năm 1904 ng Ơnh Đúc áp l c th c s b t đ u phát tri n khi mà công ty H.H Franklin b t đ u cho xu t hi n nh ng máy đúc áp l c có g n các thi t b t đ ng b t đ u t đơy ngƠnh đúc áp l c đƣ chuy n sang m t b c ngoặt

m i cùng song hành t n t i v i ngành công nghi p xe máy, xe h i vƠ ngƠnh công nghi p nƠy đƣ tr thành khách hàng l n c a ngƠnh đúc áp l c

Hình 3.2.1.3 Ắ ăđồ máyăđúẾăáịăệực của công ty H.H

Franking ch t Ịăỉĕmă1904

Vào nh ng th i gian đ u, ng i ta s d ng h p kim chì, thi c đ làm nguyên

li u cho đúc áp l c b i vì h p kim này d dƠng đúc nhi t đ th p, h n n a h p kim này có kh năng ch ng ăn mòn t t nh ng chúng l i có nh c đi m là r t m m

và kh năng ch u kéo th p Ngày nay hai h p kim nƠy không còn đ c s d ng trong ngƠnh đúc áp l c n a Đ kh c ph c nh c đi m c a h p kim trên thì vào năm 1906 ng i ta s d ng h p kim k m đ thay th VƠo năm 1914 cùng v i s phát tri n c a ngành s n xu t đ ng c xe máy vƠ ô tô ng i ta đƣ nghiên c u và

đ a vƠo s d ng h p kim nhôm do nó có nh ng u đi m sau : có kh năng ch ng mài mòn nhi t đ cao, tính đúc t t, khó k t tinh và là kim lo i t ng đ i nhẹầ

3.2.2 CÔNG NGH ĐÚC ỄP L C CAO

3.2.2.1 Th nƠo lƠ đúc áp l c cao

Đúc áp l c cao là công ngh trong đó kim lo i l ng đi n đ y khuôn vƠ đông đặc d i tác d ng c a áp l c cao (kho ng 60-100at) do khí nén hoặc d u ép trong xilanh ép t o ra

Hình 3.2.2.1 Nguyên lý t o v tăđúẾ

3.2.2.2 u, nh c đi m c a đúc áp l c cao

 u điểm:

+ Đúc áp l c cao có th đúc đ c các chi ti t thành m ng, ph c t p, đ chính xác cao, ch t l ng v t đúc t t và cho t ch c sít chặt mƠ đúc rót không lƠm đ c

Kim lo i l ng đ c nung nóng kho ng 6500C

Piston th c hi n nhi m v đ y kim lo i l ng vào lòng khuôn

H ng đ y kim lo i Kim lo i đ y vào khuôn

t o thành v t đúc

3.2.2.3 Khuôn đúc áp l c cao

Khuôn đúc áp l c cao bao g m hai n a khuôn, n a khuôn tĩnh vƠ n a khuôn

đ ng B t đ u chu trình đúc, hai n a khuôn đóng l i Rót kim lo i l ng đƣ đ nh

l ng vào bu ng ép qua l rót trên xilanh ép Sau khi rót , pittông trong xilanh

đ y kim lo i l ng đi n đ y h c khuôn Kho ng th i gian đi n đ y chỉ kho ng

ph n ch c giây v i t c đ hƠng trăm m/s vƠ áp su t kho ng vƠi trăm t i hàng nghìn atmôtphe Áp su t đ c duy trì đ n khi v t đúc đ c đông đặc hoàn toàn Rút ru t kh i v t đúc N a khuôn di đ ng tách kh i n a khuôn tĩnh Ch t (ty) đ y

t ng v t đúc kh i khuôn Chu trình đúc m i l i b t đ u

Hình 3.2.2.2 K t cấu bộ ỆhuôỉăđúẾăáp lực cao

Hình 3.2.2.3 MôăhửỉhăỆhuôỉăđúẾăáịăệực nằm ngang

3.2.2.4 Quy trình đúc áp l c cao

 Giai đoạn I: Giai đoạn cấp liệu

Kim lo i l ng đ c đ đ y vƠo xilanh, Pittông 1 đƣ đi qua vƠ b t l rót V n

t c c a pittông ép và áp l c trong bu ng ép còn nh Vì khi đó áp l c chỉ c n đ

đ th ng ma sát trong bu ng ép

 Giai đoạn II: Giai đoạn điền đầy hốc khuôn

Kim lo i l ng đƣ đi n đ y toàn b bu ng ép T c đ c a pittông tăng lên vƠ

đ t giá tr c c đ i v2 Giá tr c a áp su t p2 tăng m t chút do ph i th ng các tr

l c c a dòng ch y trong bu ng ép

 Giai đoạn III: Giai đoạn ép tĩnh

Kim lo i l ng đi n đ y l rót và h c khuôn Do thi t di n rãnh d n thu hẹp l i cho nên t c đ pittông gi m xu ng thành v3 nh ng áp su t ép l i tăng lên K t thúc giai đo n này, pittông d ng l i nh ng do hi n t ng th y kích (quán tính ép)

mà áp su t ép liên t c tăng lên Khi các dao đ ng áp su t tăng d n, áp su t đ t giá

tr không đ i Đơy lƠ áp su t th y tĩnh c n thi t cho quá trình k t tinh Giai đo n

ép tĩnh áp su t có th đ t t i 50-5000 daN/cm2

, tùy thu c vào b n ch t v t li u đúc vƠ yêu c u công ngh Khi áp l c đƣ đ t giá tr th y tĩnh mƠ t i rãnh d n v n còn kim lo i l ng thì áp l c s truy n vào v t đúc ậ kim lo i k t tinh trong tr ng thái áp l c cao

 Giai đoạn IV: Giai đoạn tháo khuôn

Gia đo n này v t đúc đƣ đông đặc hoàn toàn T m khuôn âm tách ra kh i khuôn d ng, sau đó h th ng đ y s n ph m đ y v t đúc ra ngoƠi

Hình 3.2.2.4 CáẾăgiaiăđỊ n đúẾăáịăệực a) ẢiaiăđỊ n cấp li u b) ẢiaiăđỊ ỉăđi ỉăđầy khuôn

c) ẢiaiăđỊ ỉăéịătĩỉh d) ẢiaiăđỊ n tháo khuôn

3.2.2.5 Thi t b đúc áp l c cao

 Máy đúc áp lực cao:

Máy đúc áp l c cao s d ng hai c c u th y l c, m t b ph n đóng m , m t

b ph n ép kim lo i l ng B ph n đóng m khuôn g i lƠ c c u khóa khuôn, b

ph n ép kim lo i hay còn g i lƠ c c u ép H u h t các máy đ u có c c u khóa khuôn ki u n m ngang C c u ép có th là ép thẳng đ ng hoặc ép n m ngang,

ph thu c cách b trí phòng ép D n đ ng cho các c c u nƠy lƠ b m th y l c

ki u pittong hoặc b m ki u cánh B m th y l c có th l p tr c ti p trên máy hoặc

b trí đ c l p

Hình 3.2.2.6 Ắ ăđồ nguyên lý chung củaămáyăđúẾăáịăệực

Ch t l ng công tác trong máy đúc áp l c th ng là d u khoáng v t hoặc huy n phù d u ậ n c hoặc d u khác D u khoáng v t có tính bôi tr n vƠ ch ng ăn mòn

t t, tính ch t làm vi c khá n đ nh, giá thành th p cho nên đ c s d ng khá ph

bi n Nh c đi m c a d u khoáng v t là d cháy, làm ô nhi m môi tr ng vƠ đ t

h n nhũ t ng d u ậ n c

Đ ti t ki m ch t l ng công tác làm vi c trong đi u ki n áp su t cao, trên máy

ng i ta th ng l p thêm bình ch a chuyên d ng Bình ch a ch u áp l c cao, có

l p đ m khí cho nên chỉ c n s d ng b m hoặc đ ng c đi n có công su t nh cũng đƣ đ m b o đ c áp l c làm vi c

Trong s n xu t hi n nay, máy đúc áp l c cao đ c s n xu t theo hai ki u chính:

+ Máy đúc áp l c bu ng ngu i

+ Máy đúc áp l c bu ng nóng

a) Máy đúc áp lực buồng nguội

Máy đúc áp l c bu n ngu i đ c chia thành 3 ki u:

Hình 3.2.2.7 Một số kiểu ép buồn nguội

Hình 3.2.2.8 MáyăđúẾăáịă

lực buồng ép nguội của hãng SINATEK

C c u đúc áp l c trong bu ng ép ngu i ki u thẳng đ ng, ép t d i lên đ c

mô t nh trên hình 3.2.2.7 b, bu ng ép b trí n a khuôn d i Khi pittông (1)

đi xu ng, kim lo i l ng đ c n p vào bu ng ép Khi pittông đi lên vƠ v t qua l

n p, quá trình đi n đ y và ép khuôn b t đ u x y ra vƠ duy trì cho đ n khi v t đúc đông đặc hoàn toàn

u nh c đi m c a ph ng pháp nƠy lƠ vi c s d ng mặt phân khuôn n m ngang Khi nh c n a khuôn (3), v t đúc v n không r i xu ng Ph i s d ng h

th ng c n đ y đ t ng v t đúc ra kh i khuôn Ph ng pháp nƠy đ c mô t trên hình 3.2.2.7c Nguyên lý làm vi c nh sau : Ban đ u, chƠy đ 2 n m v trí cao

nh t, kim lo i l ng rót vào bu ng ép Pittông (1) cùng v i chƠy đ đi xu ng đ ng

th i t o l c ép lên kim lo i l ng, kim lo i đi n đ y h c khuôn d i tác d ng áp

l c c a pittông (1) Th c ch t đơy lƠ ph ng pháp ép trên xu ng

Đúc áp l c trong bu ng ép ngu i n m ngang, mặt phân khuôn thẳng đ ng (hình 3.2.2.7d) Đa s các máy đúc hi n đ i đ u đ c thi t k theo nguyên t c này Nguyên lý ho t đ ng nh sau: Pittông (1) d ch sang ph i, ngoài l rót, rót kim lo i vào xilanh ép (2) Pittông (1) d ch chuy n sang phía trái, đ y kim lo i l ng vào

h ckhuôn và duy trì áp l c ép cho đ n khi kim lo i đông đặc hoàn toàn