Cách thức chế tạo một bộ khuôn

Đục là phương pháp tạo hình vật liệu quan trọng nhất hiện nay

- Trong những năm gần đây, phương thức sản xuất này đã xâm nhập khá phổbiến vào ngành cơkhí nước ta, tạo nên những chuyển biến lớn trong sảnxuất chếtạo Vì vậy, việc nắm bắt và có kiến thức vững vàng vềvấn đềnày

là một yêu cầu cần thiết

- Trong giới hạn của đồán tốtnghiệp này, em sẽtrình bày cách thức đểchế

tạo một bộkhuôn hoàn chỉnh với sựtrợgiúp của máy tính và các phần mềmchuyên dụng

2 TỔNG QUAN

2.1 Sơlượ c vềcông nghệđ úc áp lự c

- Đúc áp lực là phương pháp chếtạo vật đúc có năng suất rất cao, có thểtựđộng hóa hoàn toàn, độchính xác và độbóng bềmặtvậtđúc thuộc loạicaonhất Hiện nay, sản lượng các vậtđúc được chếtạo bằng phương pháp đúc

áp lực chiếm t ỷtrọng lớn nhất trong các phương pháp đúc đặc biệt

- Ngày nay quá trình đúc áp lực được thực hiện bằng các máy chuyên dùng tựđộng hóa và cơgiới hóa cao Sựđơn giản và ít công đoạn trong đúc áp lựcmởra những triển vọng to lớn đểtựđộng hóa toàn bộcác quá trình sản xuất

Hình 2.1: Mộ t sốchi tiế t đ ược chếtạo bằng công nghệđúc áp lực

2.2 Nguyên lý làm việ c

Hình 2.2: Nguyên lý làm việ c củ a quá trình đ úc áp lực

- Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực được mô tảtheo hình 2.2 Kimloại 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 bộquá trình điền đầykhuôn xảy ra trong vòng vài phần mười đến vài phần trăm giây Áp suấtép

12

3

4

56

Rót kim loạ i lỏ ng vào buồ ng ép

Kim loạ i lỏ ng đ ược ép đầy vào lòng khuôn

lên kim loại lỏng có thểtừvài trăm đến vài ngàn kG/cm2

Sau khi vật đúcđông đặc, ruột được rút ra, nửa khuôn di động 5 mang theo vậtđúc rờikhỏi

nửa khuôn cốđịnh 4, sau đó vật đúc được đẩy ra khỏinửa khuôn động nhờcác chốt đẩy

- Chất lượng của vật đúc phụthuộc chủyếu vào việc lựa chọn các chếđộcông nghệvềviệc điền đầy của kim loại lỏng vào hốc khuôn và chếđộép.Các chếđộcông nghệnày phụthuộc vào kếtcấu của khuôn, loạivà côngsuất của máy đúc áp lực

- Các nhân tốsau đây ảnh hưởng đáng kểnhấtđến quá trình hình thành vậtđúc:

 Áp lực trong buồng ép và trong hốc khuôn

 Vận tốc chuyển động của piston ép

 Vận tốc nạp

 Các thông sốcủa hệthống rót

 Nhiệtđộcủa kim loạilỏng và của khuôn

 Chếđộbôi trơn và làm nguội

- Quá trình kim loại lỏng chuyển động trong buồng ép vào trong khuôn có thểđược chia thành bốn giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Piston bịt kín lỗrót Vận tốc v1của piston ép còn bé Giá trịp1 bằng áp lực cần thiết đểkhắc phục ma sát trong xylanh thủy lực vàtrong buồng ép

 Giai đoạn 2: Kim loạilỏng điền đầy toàn bộbuồng ép Vận tốc chuyển

động của piston ép tăng lên và đạttới giá trịcực đạiv2 Lúc này, hiệu

của p1 và p2bằng các kháng lực thủy động lực học trong buồng ép

 Giai đoạn 3: Kim loại lỏng điền đầy hệthống rót và hốc khuôn Do việcthu hẹp dòng chảy ởrãnh dẫn nên vận tốc của piston ép giảm xuống giátrịv3 và áp suất p3 tăng lên Vào thời điểm kết thúc chuyển động củapiston ép xảy ra hiện tượng thủy kích do lực quán tính của các phần tửchuyển động và áp suấttăng lên Sau khi dao động áp suất tắt dần và đạtđược áp suấtcuốicùng là áp suất thủy tĩnh p4

 Giai đoạn 4: Giai đoạn ép tĩnh Giá trịp4 có thểđạt từ50 ÷ 5000kG/cm2 Nếu vào thời điểm đạtđược áp suất thủy tĩnh p4 mà kim loại

lỏng ởrãnh dẫn vẫn còn lỏng thì áp suất đó sẽđược truyền lên vậtđúc

Hình 2.3: Sựthay đ ổivận tốc và áp lực trong buồng ép

2.3 Những đ ặc điểm của việc điền đầy hốc khuôn

- Trong đúc áp lực, kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn vớimộtvận tốc lớn và

áp suất rất cao (có khi đến 5000 kG/cm2

) Vận tốc nạp (vận tốc kim loại

lỏng khi đi qua rãnh dẫn) có thểđạt tới 120 m/s, điều này cho phép đúcđược những vậtđúc thành rấtmỏng mặc dù cường độtrao đổinhiệtgiữa vậtđúc vớikhuôn rấtlớn

- Tính chất của kim loại lỏng trong hốc khuôn phụthuộc:

 Vận tốc nạp

 Độnhớtvà sức căng bềmặtcủa kim loạilỏng

 Tương quan giữa chiều dày thành rãnh dẫn và chiều dày thành vật đúc

 Các điều kiện nhiệt

- Vềtính chất chuyển động của kim loại lỏng trong hốc khuôn, có thểchialàm ba loại:

 Chuyển động êm: chỉxảy ra khi vận tốc nạp nhỏhơn 0,3m/s và tươngquan giữa tiết diện rãnh dẫn F1và tiết diện thành vật đúc F2 nằm trongkhoảng 1/2 ÷ 2/3 Chuyển động êm chỉcó thểđược sửdụng đốivớicác

vật đúc có hình dạng tương đốiđơn giản, chếtạo bằng các hợp kim cókhoảng kết tinh rộng, có đòi hỏi cao vềđộbền và độsít chặt

 Chuyển động rối: xảy ra khi vận tốc nạp nằm trong khoảng 0,5 ÷ 15m/s

và tương quan giữa tiếtdiện rãnh dẫn F1và tiết diện thành vật đúc F2 lớn

hơn 1/4 ÷ 1/2 Do chuyển động rốinên dòng kim loạilỏng sẽcuốn theokhí và các sản phẩm cháy của lớp sơn khuôn Khí sẽnằm lại trong vậtđúc vớihình dạng rỗcó kích thước 0,1 ÷ 1 mm

 Chuyển động phân tán: xảy ra khi vận tốc nạp lớn hơn 25 ÷ 30 m/s và

tương quan giữa tiếtdiện rãnh dẫn F1 và tiết diện thành vật đúc F2 nhỏ

hơn 1/4 ÷ 1/2 Sau khi dòng kim loại lỏng dập vào khuôn, nó sẽbắn tóethành nhiều giọt nhỏvà tạo với dòng không khí thành một hệphân tán

Lớp vỏđông đặc của vậtđúc sẽcản trởviệc thoát khí và khí sẽnằm lạitrong vật đúc dưới dạng rỗkhí cực nhỏ(khi vnạp > 100 m/s thì mắtthường không nhìn thấy rỗkhí) Rỗkhí dạng này làm giảm cơtính ít hơn

là trong trường hợp chuyển động rối Mộtnhược điểm lớn của chuyểnđộng phân tán là thành khuôn và ruộtbịăn mòn rấtnhanh, kim loạilỏng

có thểbám dính (Al, Cu…), vận tốc nạp không được vượt quá 40 m/s.Chuyển động phân tán thường được áp dụng đểđúc các vậtđúc thành

mỏng, hình dạng phức tạp, có đòi hỏi cao vềchất lượng bềmặtvà độnét

của các đường viền

2.4 Các thành phầ n cơbả n củ a khuôn đúc áp lự c nhôm

Các thành phần cơbản của khuôn đúc áp lực nhôm được cho trên hình 2.4.Ngoài ra trên khuôn còn có hệthống dẫn, đường thông hơi, rãnh rửa, cácchốt đẩy, chốthồi, chốtđịnh vị, hệthống kênh nước làm nguội… được thểhiện trên hình 2.5

2.5 Hợ p kim trên cơsởnhôm

- Đểđúc áp lực, chủyếu dùng hợp kim hệAl-Si-Cu-Mg Silic có tác dụnglàm tăng độchảy loãng và độbền Đồng có tác dụng hóa bền hợp kim,nhưng có khuynh hướng tập trung ởtinh giới, làm giảm tính chống ăn mòn

của hợp kim (lượng đồng cho vào thường không vượt quá 4%) Manhê cảithiện tính chống ăn mòn, độdẻo và độdai va đập Lượng Manhê cho vào cóthểđến 10% Silic và Manhê tạo thành hợp chất Mg2Si, hòa tan trong dung

dịch rắn trên cơsởnhôm, làm tăng tính dòn của hợp kim Lượng Manhêtrong hợp kim Al-Si không nên quá 1%; Silic trong hợp kim Al-Mg khôngnên quá 1,2%

- Các hợp kim nhôm được sửdụng rộng rãi nhất: AlSi12, AlSi9Mg0,3,AlMg8, AlSi8Cu4 (bảng 2.1)

- Hợp kim cùng tinh AlSi12 có độchảy loãng cao nhưng cơtính không đủcao Hợp kim AlSi9Mg0,3 có độbền và độchống ăn mòn cao hơn nhưng độchảy loãng lại thấp hơn Tính công nghệcủa hợp kim AlMg8 thấp, được sử

dụng khi cần bảo đảm tính chống ăn mòn cao Hợp kim AlSiCu4 có độchảyloãng, tính chống ăn mòn, độbền vừa phải

- Đốivớicác 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 Đốivớicác chi tiết làm việc ởnhiệt độcao, hàm lượng Si đến 18% Trong kỹthuậtđiện, thường dùng hợp kim Silumin kẽm chứa đến 0,9% kẽm và 0,1÷0,3%Mg

Bả ng 2.1: Thành phầ n hóa họ c và cơtính của mộ t sốhợp kim trên cơsởnhôm

Hợp kimThành phần hóa

8,0 – 10,50,2 – 0,3

–9,5 – 10,5

7,5 – 8,50,3 – 0,5

Cu, %

Mn, %

Fe, %

––

<1,5

–0,2 – 0,5

< 1

––

<0,2

1,0 – 1,50,3 – 0,5

2,70 – 2,75

15 – 20

160

>255

2,60 – 2,65

80 – 90

300

> 875

2,8 – 2,9

55 – 65

250

>375

Hình 2.4: Các thành phầ n cơbả n củ a khuôn đ úc áp lực nhôm

Chố t

hồ i

Chố t đẩy

2.6 Ưu, nhượ c đ iể m của phươ ng pháp đúc áp lự c

- Do vận tốc điền đầy khuôn lớn, áp lực tác dụng lên kim loạilỏng cao, tác

dụng nguội nhanh của khuôn kim loại nên tổchức của vật đúc nhỏmịn, xítchặt

- Mức độcơkhí hóa, tựđộng hóa cao, điều kiện lao động được cảithiện

- Năng suất cao, có thểđạt1000 – 3600 lần ép/giờ

- Khuôn kim loại có thểdùng được nhiều lần

2.6.2 Nhượ c đ iể m

- Giá thành khuôn rất cao, nhất là khi đúc các hợp kim có nhiệt độrót cao(nhưđồng, thép…) Vật liệu làm khuôn phải là vật liệu chịu nóng đặc biệt,gia công tỉmỉvà nhiệt luyện thích hợp

- Vật đúc có rỗkhí (do dòng kim loại chảy vào khuôn cuốn theo bọt khôngkhí và do kết tinh nhanh không thoát ra ngoài được) làm giảm độsít chặt

của vật đúc Đây là một nhược điểm cần đặc biệtquan tâm khi thiếtkếđúc

cũng cần có độchảy loãng tốt, không bám dính khuôn, thành phần hóa học ổn

định khi giữlâu trong lò

2.8 Thiế t bị dùng trong đúc áp lực

- Máy đúc áp lực: trong công nghệđúc áp lực, tùy thuộc vào loại hợp kim cầnđúc và các yêu cầu khác của sản phẩm mà ngườita sẽsửdụng các loạimáyđúc 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 thẳngđứng, máy đúc áp lực chân không…) Ởgiới hạn của đềtài này, ta chỉxétđến loại máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang, đây là loại máyđược sửdụng rộng rãi nhất đểđúc áp lực các hợp kim nhôm Hình 2.7 làminh họa đơn giản của mộtmáy đúc áp lực vớibuồng ép nguộinằm ngang

2.8.1 Hệthố ng bơ m kim loạ i lỏ ng

Có thểsửdụng các tay máy được điều khiển tựđộng hoặc sửdụng hệthống

bơm nhưng thông thường được thực hiện thủcông, kim loạilỏng được rótvào buồng ép Việc đẩy kim loại lỏng vào khuôn được thực hiện nhờhệthống xylanh thủy lực

2.8.2 Bộkhuyế ch đ ạiáp suất

Hình 2.7: Sơđ ồbộkhuyếch đạiáp suất

- Hệthống này được sửdụng đểgia tăng áp lực ép trong giai đoạn cuối

của hành trình ép Piston ép khi di chuyển sẽkích hoạt công tắc hànhtrình làm van khí của bình gas (chứa khí Nitơ) mởra, dầu thủy lực được

bơm từtrước vào trong bình gas bịkhí gas nén nên tràn xuống piston tạothêm áp lực ép

2.8.3 Hệthố ng kẹ p khuôn

- Hai nửa khuôn được kẹp vào nhau đểngăn ngừa sựrò rỉkim loạilỏngtrên mặt phân khuôn Một hệthống kẹp khuôn vềcơbản gồm có hai tấmcốđịnh, một tấm di động, bốn thanh dẫn hướng chính xác và mộtcơcấukhóa nhưtrên hình 2.10

- Nửa khuôn cốđịnh được gá lên tấm cốđịnh (có các rãnh chữT) đểkẹpchặt nửa khuôn vào Nửa khuôn di động được kẹp vào tấm di động Tấmcốđịnh thứhai, bộphận đưa dạng khuỷu (kiềm máy) được lắp đặtphíasau máy nhưminh họa trên hình 2.11

- Một nối kết cốđịnh được thực hiện giữa bộphận đưa dạng khuỷu và tấmđẩy khi tấm đẩy di chuyển hết mức vềphía khuôn, sựđiều chỉnh kíchthước của bộphận đưa dạng khuỷu này sẽxác định vịtrí của tấm đẩy khikhóa khuôn (hình 2.12)

h 2.8: Các thành phầ n cơbả n củ a máy đ úc áp lực buồ ng ép nguộ i nằ m ngang

Hình 2.9: Máy đ úc áp lự c trong thực tế

Hình 2.10: Bả n vẽhệthố ng kẹ p khuôn

Hình 2.11: Bắ t khuôn lên máy đ úc

Hình 2.12

Tấm cố

định

Tấm diđộng

Kiềmmáy

Tấm cố

địnhThanh dẫn

hướng

Xilanh

thủy lực

- Cơcấu khóa khuôn: được trình bày nhưhình 2.13, khi hai bềmặt khuôntiếp xúc với nhau, tác động khóa khuôn sẽxảy ra và áp suấtnén ởbềmặtphân khuôn được thiếtlập do kếthợp giữa piston thủy lực và hệthốngcác liên kết trong bộphận đưa dạng khuỷu.

Hình 2.13: Cơcấ u khóa khuôn

2.8.4 Hệthố ng đ ẩy sản phẩm ra khỏikhuôn

Hình 2.14: Hệthố ng đ ẩy sản phẩm ra khỏikhuôn bằng tác động cơkhí

Tấmđẩy Tấm giữ

Chốt đẩy Chốt hồi

KnockoutplateKnockoutpin

- Khuôn đúc áp lực luôn bao gồm một hệthống đẩy vậtđúc ra khỏikhuôn

bởi tác động cơkhí trình bày nhưhình 2.14 Khi khuôn đóng lại, chốtđẩy tiếp xúc vớivật đúc và các chốt hồi tiếp xúc với các mặt phân khuôn

của nửa khuôn cốđịnh Sau khi khuôn mởra, vật đúc được đẩy ra bởisự

di chuyển của tổhợp tấm đẩy và tấm giữmang chốtđẩy vềphía trước

Lực cần thiết đểtác động lên hệthống đẩy này có thểđược cung cấp bởi

một tấm knockout (knockout plate), bộbánh răng thanh răng hay mộtxylanh thủy lực

2.8.5 Lựa chọ n máy đ úc

- Máy đúc với buồng ép nóng được sửdụng chủyếu đểđúc các chi tiết

bằng kim loại có nhiệt độnóng chảy thấp nhưhợp kim kẽm, hợp kimthiếc, hợp kim chì Máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang mặc

dù có thểsửdụng đểđúc áp lực cho nhiều loạihợp kim, tuy nhiên chúngthường được sửdụng đểđúc các hợp kim nhôm, hợp kim magiê, hợpkim đồng Ngoài ra, sựlựa chọn máy đúc nên chủyếu dựa vào lực kẹpkhuôn và hành trình mởkhuôn, độdài của hành trình bắn, áp lực bắn lớnnhất…

- Nên chọn máy đúc có kích thước nhỏnhấtmà vẫn thực hiện được việcđúc ra mộtsản phẩm, điều này sẽtiết kiệm nhất, bởi vì máy càng lớn thìchu kì sản xuất càng chậm Ví dụ, máy với lực kẹp khuôn 400 sẽcó chu

kì sản xuất nhanh gấp hai lần so với máy có lực kẹp khuôn 800 tấn.Phạm vi lực kẹp khuôn từ25 – 2500 tấn, lực kẹp khuôn không nhất thiết

là yếu tốquyết định chọn lựa máy đúc mà còn phải xét đến kích thướckhuôn có phù hợp với diện tích của tấm đẩy hay không, hoặc là có vừatrong các thanh dẫn hướng cũng nhưhành trình mởkhuôn phảiđủđểlấy

vật đúc ra Yếu tốnữa đểchọn lựa là giá thành của máy, máy đúc vớilực

kẹp khuôn 400 tấn có giá khoảng 40.000 USD trong khi loại 1000 tấn làkhoảng 100.000 USD

2.9 Thiế t kếchi tiế t đ úc áp lực

Chi tiết đúc áp lực khi thiết kếnên tuân theo vài nguyên tắc sau:

 Bo tròn các góc vuông, góc nhọn:

Bo tròn giữa các sóng

Bo tròn bên trong lỗ

 Cốgắng làm chiều dày thành đồng đều:

Bo tròn quanh lỗđ ểtránh bềdày thành quá mỏng

Mởrộ ng lỗtròn đ ểtránh mép mỏng

 Tránh tạo những lỗsâu:

 Tránh tạo lỗxuyên qua nhiều phần bên trong, việc này có thểdẫn đến hư

sản phẩm khi lấy ra:

 Tránh tạo những mặtphẳng lớn:

 Thêm các gân tăng bền tại những vùng có tiết diện mặt cắt lớn, việc này

cũng làm tăng độđồng đều chiều dày thành

 Tạo mặt nghiêng phía trong đểdễđẩy sản phẩm

 Nên bốtrí lõi ởvềmộtphía của khuôn (nửa khuôn đực)

 Tránh tạo những vùng có độnghiêng quá lớn, điều này làm cho khuôn mauhưvà làm tăng giá thành chếtạo

 Việc tạo chữnổi làm việc chếtạo đơn giản và rẻhơn so với chữchìm

2.10 Vài chú ý khi thiế t kếkhuôn đ úc áp lực

- Hình dạng của một lòng khuôn có dạng thon đểdễlấy vật đúc và có đủ

lượng dưbù co ngót Đốivới các vậtđúc có dung sai nhỏ,lượng dưcũngphải tính đến sựgiãn nởnhiệt của lòng khuôn Sựbốtrí lòng khuôn trongkhuôn bịảnh hưởng bởi:

 Yêu cầu có mặtphân khuôn

 Yêu cầu cần có các ruộtdi động và các bộphận rời

 Sựbốtrí vịtrí vùng không gian giới hạn trong vật đúc đểlắp hệthốngrót

 Sựcần thiếttrong việc bốtrí đậu dẫn sao cho dòng chảy ban đầu của kimloại không bịcản trởbởi các ruột hay các bộphận khác

 Kinh nghiệm dựa trên các vậtđúc có các điểm giống nhau hầu nhưlà

nền tảng của thiết kếkhuôn đúc áp lực Tuy nhiên các sựthay đổitrongthiết kếkhông có liên quan đến kinh nghiệm đã trảiqua có mức độtừ

không quan trọng đến quan trọng thường được đòi hỏitrước khi các kếtquảcủa tối ưu có thểnhận được.

- Lượng dưbù co:

Khi định ra kích thước cho các lòng khuôn và các ruột, mộtlượng dưphảiđược thêm vào đốivớikích 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 dưnày thay đổitừ0,006 đến 0,008 in/inch Lượng dưđược sửdụngphụthuộc phần lớn vào kinh nghiệm đúc loại hợp kim được đúc Giá trị

lượng dưbịảnh hưởng bởinhiều thông số,kích thước cơbản và hình dạng

của vật đúc

- Độxiên:

Tất cảthành vật đúc đòi hỏi phải có chút độxiên hay độthon đểvậtđúc cóthểđược lấy ra không bịdính khuôn hay tạo ra vết cào Độxiên đòi hỏiđược trình bày trong hình 2.15 là đốivới thành trong vật đúc, còn đốivớithành ngoài độxiên bằng một nửa so với thành trong Độxiên thay đổitheochiều cao của thành vật đúc

Hình 2.15: Yêu cầ u vềđ ộxiên đốivớithành trong vậtđúc

- Đường phân khuôn:

Sựxác định vịtrí và hình dạng của đường phân khuôn có một ảnh hưởngquan trọng vềkinh tếvà sựhiệu quảcủa bất kỳquá trình đúc áp lực nào

Một đường phân khuôn thẳng cho phép các bềmặt khuôn phẳng được ưachuộng hơn Các bềmặt phẳng trên các nửa khuôn thì kinh tếhơn so với bề

mặt không phẳng Ngoài ra với những bềmặt khuôn phẳng rất dễtạo kíngiữa hai nửa khuôn

Ruột và bộphận trượt rấtđắttiền vì vậy đường phân khuôn nên được bốtríđểgiảm thiểu tối đa sốlượng ruộtvà bộphận trượt Điều này có thểđòi hỏigia công cắt gọt một đường phân khuôn không có quy tắc

Bộphận khuôn rời là những thành phần khuôn có thểdi động được dùng để

sản xuất một vật đúc có phần cắt lẹm trên mặt ngoài của vật đúc Mặc dùcác bộphận khuôn rời rất tốt cho việc thoát khí ra khỏi lòng khuôn nhưng

tốt nhất vẫn là thiết kếvật đúc sao cho không có phần cắt lẹm do vậy sẽkhông cần bộphận khuôn rời

- Sửdụng ruột trong đúc áp lực:

 Chiều sâu của lỗđược tạo bởi ruột phụthuộc vào khối lượng đúc vàđường kính lỗ.Các lỗnày trong đúc áp lực phải có độxiên đểdễlấy ruộtkhỏi vật đúc Độxiên của ruột thay đổitheo khốilượng đúc và chiều sâulỗđược trình bày trong hình 2.16 Độxiên cũng tùy theo ruột cốđịnhhay ruột di động

Hình 2.16: Quan hệgiữa đ ộsâu và độxiên của lỗ

 Nói chung, ruộtđược kéo ra khỏivậtđúc khi khuôn còn ởvịtrí đóng đòi

hỏi độxiên ít hơn so với ruộtđược lấy ra do tác động của chốtđẩy Cáclỗren răng cần xác định chính xác hơn độxiên Có thểsửdụng bảng 2đểxác định

X

Y

d2 d1

Bả ng 2 2: Các kích thước được giới thiệ u củ a lỗtạ o bằ ng ruộ t được ren

ră ng vớ i kích thướ c ren các loạ i

Hole diameter m

Tap size

Maximumthreaded depth(Y) in

Maximumdepth ofcored hole(X) in

- Sựđẩy vật đúc ra khỏi khuôn:

Việc đẩy vậtđúc ra đòi hỏi khuôn phải được thiếtkếsao cho vậtđúc vẫncòn nằm trong nửa khuôn đực khi khuôn mởra Thiếtkếkhuôn vớiđộxiênkhông đủtrong phần lòng khuôn của nửa khuôn cái (hoặc bềmặt xấu) sẽlàm vật đúc dính vào nửa khuôn cái

Ngay sau khi vật đúc đông đặc, vậtđúc vẫn còn nóng và dễbịbiến dạng bởicác thao tác đẩy vậtđúc ra khỏinửa khuôn đực Đểgiảm tốithiểu sựbiến

dạng này, vật đúc phải có đủđộxiên và chốtđẩy được bốtrí gần vùng có sự

co rút vật đúc trên khuôn Thông thường các vấu lồiđược thêm vào vật đúcđểđầu chốt đẩy không làm hỏng vậtđúc

- Hệthống rót:

Hệthống rót bao gồm tất cảcác yếu tốcần thiết đểcấp kim loạilỏng cho vậtđúc nhưrãnh dẫn, phần trước đậu dẫn, đậu dẫn, đường thông khí, rãnh rửa.Hệthống rót là một yếu tốquan trọng trong việc sản xuất các chi tiết đúc áp

- Ảnh hưởng của kim loạivậtđúc đến thiếtkếkhuôn:

 Mộtsựthay đổihợp kim đúc cùng mộtkim loạicơsởít khi bắtbuộc cầnphải có sựthay đổivềthiếtkếkhuôn ngoạitrừcó thểthay đổihệthốngrót Khi thay đổi từhợp kim dễnóng chảy nhưhợp kim Zn thành hợpkim Al có độnóng chảy cao hơn, việc thay đổithiếtkếkhuôn không khảthi chủyếu vì vật liệu làm khuôn đúc Zn không đáp ứng được cho đúc

Al; ngoài ra, các khuôn dùng đúc Zn thường dùng máy đúc có buồng épnóng trong khi hợp kim Al thường dùng máy có buồng ép nguội.

 Khi sựthay đổitừđúc hợp kim Al sang đúc hợp kim Zn hay ngược lạiđược xét ởthời điểm thiếtkếkhuôn Vậtliệu làm khuôn nên được chọnđểlàm khuôn đúc buồng ép nóng và buồng ép nguội Ví dụnhưnếu thiếtkếkhuôn đúc hợp kim Al, vật liệu làm khuôn được chọn là thép dụng cụH13 nêu rõ thỏa mãn được cho đúc Zn Khuôn được chuyển qua hoạtđộng với máy đúc buồng ép nóng bằng cách bịt lại lỗcủa buồng épnguội bên trong nửa khuôn cái và thêm một lỗđược rót và mộtchỗtựavòi phun Nửa khuôn đực cũng cần thêm mộtruộtđậu rót bổsung thêmcác đường nước làm nguộitrong vùng lỗđậu rót, chung quanh ruộtđậurót và trong ruột đậu rót (vì có thêm các chốt đẩy chung quanh ruột đậurót và trên các rãnh dẫn được sửdụng trởlại)

 Hệthống rót cũng sẽđược thay đổi cho phù hợp với đúc hợp kim Zn.(Điều này sẽđược thực hiện tốithiểu từng phần bằng phương pháp thửsai)

- Độxiên trong khuôn đúc hợp kim Al sẽlớn hơn so với đúc hợp kim kẽm,tuy vậy độxiên này không gây ảnh hưởng quan trọng do hệsốco rút các

hợp kim Zn chỉít hơn so với hợp kim Al là 0,001 in/inch nhất là khi vật đúcnhỏ Nếu sựthay đổitừhợp kim Al thành hợp kim Mg, máy đúc áp lực hợpkim Al phải cần được kiểm tra đểbảo đảm cho vận tốc bơm kim loạigia

tăng theo yêu cầu hợp kim Mg vì tốc độbơm đốivớiđúc hợp kim Mg cao

hơn nhiều khi đúc hợp kim Al, và không có sựthay đổi vềhệthống bơmkim loại lỏng và cảhợp kim Al và hợp kim Mg đều được đúc vớibuồng épnguội Tuy nhiên do sựkhác nhau vềđặc tính dòng chảy, phương pháp đúckhi đúc với hợp kim Mg có thay đổi Hợp kim Mg đúc thất thoát nhiệt trên1pound tương đương với hợp kim Al, nhưng do thểtích riêng của hợp kim

Mg gấp 3 lần hơp kim Al do vậy sốlượng nhiệtkhi đúc với hợp kim Mgkhông giống nhưkhi đúc hợp kim Al, cần thiết phải giảm thiểu dòng chảy

nước làm nguộihay tăng tốc độbơm kim loại Trong trường hợp có thểnênđẩy nhanh tốc độđúc bởivì sẽlàm tăng năng suất.

- Trong trường hợp thay đổitừhợp kim Al thành hợp kim Mg, kích thước vậtđúc cũng phảixét đến Hệsốco rút của hợp kim Mg lớn hơn hợp kim Al chivào khoảng 0,001 in/inch nên không quan trọng lắm

- Độbóng bềmặt của các lòng khuôn trong khuôn đúc áp lực:

 Tất cảcác lòng khuôn trong khuôn phải đủđộbóng đểlấy vậtđúc rađược dễdàng, ngoài ra, sựgia công bềmặtyêu cầu của các lòng khuôncòn tùy thuộc vào ứng dụng của vật đúc Khi vật đúc ra đểsơn hay mạ,phải chuẩn bịbềmặt lòng khuôn có độbóng cần thiết

 Phương pháp tạo độbóng tốtnhấtlà dùng bộtkim cương đểđánh bóngkhuôn đến mức bóng nhất có thểđược, phương pháp này thích hợp chocác lòng khuôn đúc bằng các kim loại có nhiệt độnóng chảy thấp Đối

với các lòng khuôn đểđúc hợp kim Cu có bềmặt láng bóng không thực

tế Chất lượng bềmặt mờ(không đánh bóng) sẽthích hợp hơn khi ởnhiệt độcao, các bềmặtlòng khuôn khi đúc hợp kim Cu sẽlệthuộc vàonhiệt độcao này và mộtđộbóng cao không thểduy trì được, ngoài ra bề

mặt xĩn nhưvậy sẽcung cấp khảnăng giữlại chất bôi trơn nhiều hơn vàkéo đều các tuổithọcủa khuôn Bềmặtmờsẽđược tạo ra bằng cách thổiướt Việc thổi khô với cát nói chung sẽlàm bềmặt lòng khuôn mònnhiều và làm gây ra sai sốcho kích thước vậtđúc

 Việc mạcác lòng khuôn bằng Cr hay mạNi (không điện cực) cho thấykhá thích hợp trong hợp kim Al MạCr cho các lòng khuôn không thànhcông khi đúc hợp kim Zn MạNi không điện cực đã được sửdụng trongđúc Zn nhưng trên thực tếviệc mạnày không luôn luôn thành công

kim loại lỏng/1 lần bắn, tốc độchu kỳsản xuất, diện tích bềmặtvà hình

dạng của lòng khuôn và khảnăng làm nguội khuôn Nhiệt độtốiưu củakhuôn cho từng loại vật đúc riêng biệt được xác định bằng chiều dày mặt

cắt vật đúc và độbóng yêu cầu Khi nhiệt độnày đã được thiếtlập nó sẽđược duy trì vớisai số±5o

C, khuôn được nung nóng ởmộtsốvùng đặcbiệt của khuôn bằng cách sửdụng dây điện trở(được gắn sâu vào trongkhuôn hoặc bên ngoài khuôn)

 Thông thường cần có các rãnh rửa ởtrên chu vi của vậtđúc khi các phần

cắt mỏng vật đúc nằm xa rãnh dẫn chính Đậu tràn làm gia tăng dòngkim loại trong các phần mỏng này Đồng thời, các đường nước làmnguội tập trung ởphía sau rãnh dẫn kềsát đậu rót đểngăn ngừa quá nhiệt

và kim loại đúc bịhàn dính vào khuôn Khi nhiệt độkhuôn quá thấp, đậutràn không điền đầy và vậtđúc bịlỗxốp bên trong nhiều, bềmặtvật đúc

có vết nhăn và những dấu vết của dòng chảy

 Một sựnghiên cứu với vài phát bắn kim loạilỏng đầu tiên sẽcho biết

dạng dòng chảy trong các lòng khuôn và có thểđược dùng đểxác địnhcác sựthay đổi cần thiếtvềrãnh rửa và đậu dẫn Khi nhiệt độkhuônnóng hơn mức cần thiết đểkim loại điền đầy vậtđúc và có bềmặtvậtđúc tốt, sựrạn nứtdo nhiệtcó thểxảy ra và giảm tuổi thọcủa khuôn đúc

 Đối với hợp kim Al, nhiệt độkhuôn trong khoảng 218 – 316oC, vớinhiệt độtrung bình khoảng 288o

C, sựăn mòn Al trên khuôn thép càng

tăng theo nhiệt độkhuôn Các ruột khó làm nguộisẽlà những nơi nhạy

cảm nhiều hơn với ăn mòn và khảnăng dễbịhàn dính kim loại hơnnhững chỗkhác Thấm Nitơcho các ruột thép sẽgiúp chống ăn mòn tốtcho khuôn

- Chất bôi trơn khuôn: Chất bôi trơn ngăn ngừa vật đúc dính vào khuôn vàlàm tăng độbóng bềmặtvậtđúc Việc chọn chất bôi trơn đúng sẽcho phépkim loại chảy vào trong các lòng khuôn và điền đầy Sựchọn lựa chấtbôitrơn này dựa trên nhiệt độ,nhiệtđộvận hành của khuôn, vật liệu làm khuôn

và hợp kim được đúc Không có chấtbôi trơn nào đáp ứng đủcho mọi hợp

kim đúc Khi kim loại lỏng tiếp xúc với chất bôi trơn chứa dầu; một sốchấtbôi trơn bịphân hủy và hình thành bột than nằm trên bềmặt vật đúc sau khiđược lấy ra khỏikhuôn Bốn loạichấtbôi trơn được dùng vớihợp kim đúc

hợp kim Al:

 Pigment compound: là hỗn hợp của chấtmàu và dầu Chất màu có nhiệtđộnóng chảy cao hơn kim loạiđúc và không bịđivào trong bềmặtvậtđúc Dầu sẽcung cấp lớp lắng carbon trên bềmặt vật đúc và dễdàng lấy

vật đúc ra Điểm bất lợi của hợp chất màu này là chúng bám chắc vàokhuôn vì vậy sẽlàm cho kích thước vậtđúc bịsai lệch Điều này có thểngăn ngừa bằng cách làm vệsinh khuôn thường xuyên vớixút

 Graphite greases (mỡgraphite): tốtnhấtcho khuôn, sáp trong hợp chất

này tác dụng nhưnhân tốướt, dầu và graphite là những chất bôi trơn

Hỗn hợp này luôn được trộn lẫn vớidầu hỏa theo tỉlệ15 dầu hỏa/1 mỡgraphite và được xịt lên khuôn Mỡgraphite có tác dụng ởnhiệt độtừmát đến bình thường

 Colloidal graphite (keo graphite) trong dầu được dùng khi nhiệt độkhuôn từbình thường đến nóng Loạihợp chấtnày bịcarbon hóa chậm

và nếu khuôn không đủnóng, các vếtbẩn sẽđểlạitrên bềmặtvậtđúc

 Water-mixed compounds: là nhủtương graphite thểkeo hay silicon khi

sửdụng hòa tan trong nước theo tỉlệ1:30 đến 1:100

2.11 Các khuyế t tậ t trong đ úc áp lự c

2.11.1 Khuyế t tậ t rót thiế u

- Khuyết tật rót thiếu thường do những nguyên nhân sau:

 Sựđiền đầy chậm vào các lòng khuôn

 Sựbôi trơn quá mức

 Nhiệtđộkim loạivà khuôn không đúng

 Hệthống rót không thích hợp

 Khí lẫn vào kim loại

 Quá ít kim loạitrong buồng bắn

- Đểngăn ngừa sựrót thiếu cần làm rộng thêm đường dẫn và đậu dẫn hoặclàm thay đổi hướng của dòng chảy (rãnh rửa đôi khi cũng làm thay đổi

hướng của dòng chảy)

2.11.2 Nế p xế p chồ ng

- Là những dấu vết trên bềmặt được tạo ra do hai hay nhiều dòng kim loạihòa lẫn vào nhau không tốt Nếp xếp chồng xuất hiện do những nguyênnhân sau

 Vận tốc hoặc áp suấtbơm không đủ

 Thành phần oxit cao trong kim loại lỏng

 Áp suấtphản hồicao trong lòng khuôn

 Nhiệtđộcủa kim loại lỏng hay nhiệt độbềmặt của lòng khuôn quáthấp

- Khuyết tật này có thểđược 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 gianđiền đầy các lòng khuôn

 Dùng trợdung đểkhửbỏtạp chất oxít

 Bảo đảm sựthông hơicủa khuôn đủđểgiảm áp suấtphản hồi

 Gia tăng nhiệtđộcủa kim loạilỏng và nhiệtđộcủa các lòng khuôn

 Chuyển qua mộtloạihợp kim có tính chảy lỏng cao hơn nếu có thểđược

2.11.3 Khuyế t tậ t đ ường chảy

- Khuyết tật này có thểkhông làm ảnh hưởng đến tính chất cơhọc của vậtđúc hay chức năng sửdụng nhưng thông thường chúng không thểđượcbỏqua khi yêu cầu vềđộbóng bềmặt đòi hỏi khắt khe Khuyết tậtđường chảy đôi khi xảy ra do tình trạng của lòng khuôn nhưng hầu nhưđều do thờigian điền đầy lòng khuôn quá lâu hoặc do đậu dẫn được bốtrí không thích hợp

- Khuyết tật đường chảy được loại bỏđểsản phẩm có bềmặt láng bóng

bằng cách thay đổihệthống rót của khuôn

2.11.4 Lỗxố p co

Sựco rút dẫn đến hình thành lỗxốp co rờirạc, không đều thường do sựquánhiệt cục bộcủa khuôn Một phương pháp ngăn ngừa sựquá nhiệt là làmnguội khuôn ởnhững vùng bịquá nhiệt, một cách khác là gia tăng thời gianchu kì đúc Sựtập trung nhiệt trong những vùng có chiều dày khác thường

có thểđược loạitrừbằng cách đưa vào các ruộtlàm tiết kiệm kim loại trongnhững vùng này

Nếu không có các biện pháp trên đểngăn ngừa sựco rút, cần làm lớn rãnh

dẫn lên và bốtrí rãnh dẫn đểcấp kim loại cho những điểm dễtạo xốp conày Đối với một sốvật đúc, sựco rút có thểđược khắc phục nếu các gân

tăng cứng ngang hay thẳng đứng được thêm vào thành vậtđúc vì thểtíchkim loại trong vùng gân này có thểbổxung cho vùng co rút đểgiảm ứngsuất co rút Trong những vật đúc khác, có thểgia tăng áp suất bơm đểloạitrừxốp co Đôi khi khuôn đúc có thểđược thiết kếlại đểcho xốp co nằmtrong vùng không ảnh hưởng đến chấtlượng của vậtđúc (sẽđược cắt bỏ)

2.11.5 Vế t nứt

- Trong phạm vi vết nứt được gây ra do sựco rút kim loại, chúng có thểđược sửa chữa bằng các biện pháp đểngăn ngừa lỗxốp co đã nói ởtrên.Các vết nứt có thểdo khuôn nguội gậy ra, vì vậy khuôn nên có nhiệt độ

bằng hoặc lớn hơn nhiệt độvận hành tốithiểu Sựnứtởtâm có thểtránhđược bằng cách làm chậm chu kì đúc đểcho phép thờigian đông đặc dài

hơn Các phương pháp khác là làm giảm vận tốc dòng kim loại bơm

bằng cách đổihướng dòng kim loạilỏng hay mởrộng đậu dẫn hoặc gia

tăng làm nguội cục bộ Mục đích chung của các phương pháp này làtránh sựquá nhiệt cục bộcủa khuôn đúc

- Các vật đúc có các chiều dày thành mỏng giao nhau vuông góc có thể

nứt ởgóc do ứng suất bên trong Do vậy, bán kính góc lượn đủlớn và sự

tăng áp lực kim loại rất quan trọng đểkhống chếvếtnứt Các vếtnứtthấy được có thểxuất hiện ởchỗgiao nhau của dòng kim loại nóng và

dòng kim loại phản hồi nguội Trường hợp này có thểngăn ngừa chỉ

bằng cách thay đổihướng dòng kim loạiđiền đầy vậtđúc

- Các vết nứt sinh ra do tác động cơhọc trong vậtđúc có thểxảy ra trongsuốt quá trình mởkhuôn và lấy vật đúc ra, bởi vì sựđiều khiển khôngđúng các chuyển động trước khi khuôn mởra có thểgây nứt Vận hành

bằng thủy lực với những cơcấu khóa bên trong thích hợp hơn Sựdịchchuyển lệch vịtrí tương đối giữa hai nửa khuôn trong khi mởkhuôn

cũng có thểgây ra vết nứt trên vật đúc

- Hầu hết các nguyên nhân gây nứt là do tác động cơhọc, mộtvài loạivết

nứt lại có nguyên nhân là do sựnhiễm bẩn kim loại vật đúc

2.11.6 Khuyế t tậ t dộ p

Sựkẹt khí trong dòng kim loại lỏng là nguyên nhân hình thành dộp trên bề

mặt vật đúc áp lực Dộp có thểđược ngăn ngừa đơn giản bằng bôi trơnkhuôn đúc, thêm những đường thông hơi và rãnh rửa hoặc thiết kếlại hệthống rót

2.11.7 Vế t mài mòn do ma sát

Khuyết tật này luôn sinh ra do vùng cắt lẹm (undercuts) trong khuôn đúc,các vùng cắt lẹm có thểbịchùi bóng chưa đủ.Đôi khi độxiên của vậtđúckhông đủcũng gây ra khuyếttậtnày, khi đó lòng khuôn phải được gia công

lại Vết mài mòn do ma sát cũng có thểdo sựhàn dính cục bộxảy ra hay khi

tấm đẩy tiến vềphía trước không bằng phẳng và làm nghiêng vậtđúc

2.11.8 Sựrạ n nứt do nhiệ t

Khuyết tật này trên vật đúc xảy ra gần đậu dẫn cho thấy rằng bềmặt khuônhay hưhỏng do mỏi nhiệt Tuổi thọcủa khuôn có thểđược kéo dài bằngcách đánh bóng khi bắt đầu có khuyếttậtnày Sựmỏinhiệt này có thểkhắcphục bằng cách nung nóng khuôn trước

2.11.9 Rỗxố p do hấ p thụkhí (rỗkhí)

- Rỗxốp phát triển trong kim loại lỏng do sựhấp thụkhí trong quá trình

nấu chảy, rót và bơm kim loại lỏng sựthấm khí trong quá trình nấu chảy

tạo ra những lỗnhỏhình cầu phân bốđều trong toàn bộvật đúc Trong

quá trình rót, các rỗkhí này tập trung không đều Áp lực bơm không đủhoặc dùng chất bôi trơn quá mức cũng có thểgây ra rỗxốp.

- Sựhấp thụkhí trong kim loại lỏng có thểkhắc phục bằng cách:

 Sửdụng thỏiđúc hoặc phếliệu thêm vào khô và sạch

 Nấu chảy kim loạinhanh và không nung quá nhiệt, giữởnhiệt độrót

một thời gian ngắn trước khi rót

 Khửkhí trong kim loạilỏng hoàn toàn trước khi rót

 Dùng trợdung khô

 Bảo đảm khí đốtsửdụng trong lò và độẩm không tiếp xúc trực tiếp

với kim loại lỏng

 Dùng chấtbôi trơn khô trong khuôn và piston

 Dùng kim loạiđược nấu chảy trong chân không

2.11.10 Sựhàm dính khuôn

- Khuyết tật này gây ra sựdính vật đúc vào khuôn và các khuyết tật ởbề

mặt (rỗkhí bềmặt) hay bềmặt vật đúc bịrách Các vết nứt này là do quánhiệt và do kim loại va chạm và cọsát trên khuôn

- Khuyết tật dính khuôn có thểđược ngăn ngừa bằng cách:

 Hạthấp nhiệtđộcủa kim loạilỏng

 Hạthấp nhiệtđộkhuôn

 Ngăn ngừa sựva chạm trực tiếp của kim loại lỏng trên bềmặt khuôn

bằng cách thay đổithiếtkếkhuôn

 Đánh bóng những vùng giớihạn đến độbóng cao

 Bảo vệlớp phủkhuôn ởnhững vùng giớihạn

 Tránh sửdụng chất bôi trơn gốc clo

3 THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CÀNG THẮNG XE GẮN MÁY HONDA 100

3.1 Giớ i thiệ u chi tiế t

- Chi tiết là càng thắng xe Honda, làm bằng ADC12, một đầu có bịt mộtmiếng thép, có khối lượng 72g

- Những điểm lưu ý:

 Phảiđảm bảo khoảng cách giữa hai đầu của càng thắng

 Đảm bảo kích thước chính xác của lưng dán bố

 Miếng thép phải dính kết chặt với đầu càng thắng

 Độdày của chi tiếtkhá đồng đều, hai đầu càng thắng có chiều dày 15

mm, các gân tăng bền có chiều dày khoảng 3 mm

 Chi tiếtđúc xong không qua nhiệtluyện

3.2 Thiế t lậ p bả n vẽchi tiế t

Bản vẽchi tiết được thiếtlập nhờphần mềm Pro.Engineer WildFire 2.0 Việc

tạo mô hình 3D được thực hiện nhưsau:

Hình 3.2: Tạ o gân tă ng bề n Hình 3.3: Tạ o mặ t cong cắ t bỏphầ n dư

Hình 3.1: Càng thắ ng xe gắ n máy Honda 100

Hình 3.4: Kế t quả Hình 3.5: Tạ o thành cong đ ểdán bố

Hình 3.6: Tạ o thêm hai đ ầu càng

thắ ng

Hình 3.7: Cắ t bỏ phầ n thừa

Hình 3.8: Tạ o thành ở

giữ a

Hình 3.9: Làm tươ ng tựcho nử a còn lạ i, ta đ ược kế t quảnhưtrên

Từmô hình 3D này ta sẽtiến hành thiết lập các bản vẽ2D sơbộtrongPro.Engineer (hình 3.12), sau đó sẽtiến hành hiệu chỉnh đểcó được bản vẽ2Dhoàn chỉnh (hình 3.13).

Hình 3.10: Thêm hai tai đ ể

móc lò xo

Hình 3.11: Mô hình 3D hoàn chỉ nh

Hình 3.12: Kế t quảcủ a việ c xuấ t các bả n vẽ2D trong Pro.Engineer

30 30

2

40°

40°

11 13

Phương pháp hay được sửdụng đểgiữsản phẩm đúc lại trong khuôn đực

là làm tăng diện tích tiếp xúc của lòng khuôn đực với sản phẩm theo

hướng mởkhuôn Theo đó, mặtphân khuôn của chi tiếtsẽnhưhình 3.14(đường phân khuôn là đường chấm gạch) : (nửa khuôn dưới là nửakhuôn đực)

T D

T D

Hình 3.14: Mặ t phân khuôn chi tiế t

3.3.1.2 Sốlượ ng chi tiế t trong mộ t khuôn

- Ta sẽtiến hành đúc trên máy đúc có lực ép 100 kg/cm2, với hệthống

tăng lực ( hệsốtăng lực k = 1,5), khối lượng vật đúc lớn nhất có thểđúc là 0,5 kg

- Buồng ép có chiều dài 200 mm, ta chọn buồng ép có đường kính 40

mm, vậy thểtích buồng ép là: