Thiết kế khuôn đúc áp lực càng thắng xe máy với sự trợ giúp của máy tính

ược thêm vào thành vật đúc vì thể tích kim loại trong vùng gân này có thể bổ xung cho vùng co rút để giảm ứng suất co rút. Trong những vật đúc khác, có thể gia tăng áp suất bơm để loại trừ xốp co. Đôi khi khuôn đúc có thể được thiết kế lại để cho xốp co nằm trong vùng không ảnh hưởng đến chất lượng của vật đúc (sẽ được cắt bỏ). Vết nứt Trong phạm vi vết nứt được gây ra do sự co rút kim loại, chúng có thể được sửa chữa bằng các biện pháp để ngăn ngừa lỗ xốp co đã nói ở trên. Các vết nứt có thể do khuôn nguội gậy ra, vì vậy khuôn nên có nhiệt độ bằng hoặc lớn hơn nhiệt độ vận hành tối thiểu. Sự nứt ở tâm có thể tránh được bằng cách làm chậm chu kì đúc để cho phép thời gian đông đặc dài hơn. Các phương pháp khác là làm giảm vận tốc dòng kim loại bơm bằng cách đổi hướng dòng kim loại lỏng hay mở rộng đậu dẫn hoặc gia tăng làm nguội cục bộ. Mục đích chung của các phương pháp này là tránh sự quá nhiệt cục bộ của khuôn đúc. Các vật đúc có các chiều dày thành mỏng giao nhau vuông góc có thể nứt ở góc do ứng suất bên trong. Do vậy, bán kính góc lượn đủ lớn và sự tăng áp lực kim loại rất quan trọng để khống chế vết nứt. Các vết nứt thấy được có thể xuất hiện ở chỗ giao nhau của dòng kim loại nóng và dòng kim loại phản hồi nguội. Trường hợp này có thể ngăn ngừa chỉ bằng cách thay đổi hướng dòng kim loại điền đầy vật đúc. 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. Hầu hết các nguyên nhân gây nứt là do tác động cơ học, một vài loại vết nứt lại có nguyên nhân là do sự nhiễm bẩn kim loại vật đúc. 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. Vết mài mòn do ma sát Khuyết tật này luôn sinh ra do vùng cắt lẹm (undercuts) 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. 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. Rỗ xốp do hấp thụ khí (rỗ khí) Rỗ xốp phát triển trong kim loại lỏng do sự hấp thụ khí trong quá trình nấu chảy, rót và bơm kim loại lỏng. sự thấm khí trong quá trình nấu chảy tạo ra những lỗ nhỏ hình cầu phân bố đều trong toàn bộ vật đúc. Trong quá trình rót, các rỗ khí này tập trung không đều. Áp lực bơm không đủ hoặc dùng chất bôi trơn quá mức cũng có thể gây ra rỗ xốp. Sự hấp thụ khí trong kim loại lỏng có thể khắc phục bằng cách: Sử dụng thỏi đúc hoặc phế liệu thêm vào khô và sạch. Nấu chảy kim loại nhanh và không nung quá nhiệt, giữ ở nhiệt độ rót một thời gian ngắn trước khi rót. Khử khí trong kim loại lỏng hoàn toàn trước khi rót. Dùng trợ dung khô. Bảo đảm khí đốt sử dụng trong lò và độ ẩm không tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng. Dùng chất bôi trơn khô trong khuôn và piston. Dùng kim loại được nấu chảy trong chân không. 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 bằng cách thay đổi thiết kế 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. THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CÀNG THẮNG XE GẮN MÁY HONDA 100 Giới thiệu chi tiết Chi tiết là càng thắng xe Honda, làm bằng ADC12, một đầu có bịt một miếng thép, có khối lượng 72g. Những điểm lưu ý: Phải đảm 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. Độ dày của chi tiết khá đồng đều, hai đầu càng thắng có chiều dày 15 mm, các gân tăng bền có chiều dày khoảng 3 mm. Chi tiết đúc xong không qua nhiệt luyện. Hình 3.1: Càng thắng xe gắn máy Honda 100 Thiết lập bản vẽ chi tiết Bản vẽ chi tiết được thiết lập nhờ phần mềm Pro.Engineer WildFire 2.0. Việc tạo mô hình 3D được thực hiện như sau: Hình 3.3: Tạo mặt cong cắt bỏ phần dư Hình 3.2: Tạo gân tăng bền Hình 3.4: Kết quả Hình 3.5: Tạo thành cong để dán bố Hình 3.7: Cắt bỏ phần thừa Hình 3.6: Tạo thêm hai đầu càng thắng Hình 3.8: Tạo thành ở giữa Hình 3.9: Làm tương tự cho nửa còn lại, ta được kết quả như trên Hình 3.10: Thêm hai tai để móc lò xo Hình 3.11: Mô hình 3D hoàn chỉnh Từ mô hình 3D này ta sẽ tiến hành thiết lập các bản vẽ 2D sơ bộ trong Pro.Engineer (hình 3.12), sau đó sẽ tiến hành hiệu chỉnh để có được bản vẽ 2D hoàn chỉnh (hình 3.13). Hình 3.12: Kết quả của việc xuất các bản vẽ 2D trong Pro.Engineer Hình 3.13: Bản vẽ chi tiết 2D hoàn chỉnh Thiết kế sơ bộ Phương án thiết kế đúc Chọn mặt phân khuôn Việc chọn mặt phân khuôn trong thiết kế đúc áp lực không những phải đảm bảo rút được sản phẩm ra khỏi khuôn mà còn phải làm cho sản phẩm đúc nằm lại trong khuôn đực khi mở khuôn. Phương pháp hay được sử dụng để giữ sản phẩm đúc lại trong khuôn đực là làm tăng diện tích tiếp xúc của lòng khuôn đực với sản phẩm theo hướng mở khuôn. Theo đó, mặt phân khuôn của chi tiết sẽ như hình 3.14 (đường phân khuôn là đường chấm gạch) : (nửa khuôn dưới là nửa khuôn đực). Hình 3.14: Mặt phân khuôn chi tiết Số lượng chi tiết trong một khuôn Ta sẽ tiến hành đúc trên máy đúc có lực ép 100 kg/cm2, với hệ thống tăng lực ( hệ số tăng lực k = 1,5), khối lượng vật đúc lớn nhất có thể đúc là 0,5 kg. Buồng ép có chiều dài 200 mm, ta chọn buồng ép có đường kính 40 mm, vậy thể tích buồng ép là: Tuy nhiên, khi đúc ta chỉ rót nửa buồng ép, vậy nên, thể tích nhôm lỏng là: 125,6 cm3 Khối lượng nhôm rót vào buồng ép: Vì vậy ta chọn phương án đúc hai chi tiết trong một khuôn Hệ thống rót bằng 100% khối lượng vật đúc, vậy tổng cộng ta có: Ta có thể chọn phương án đúc ba vật đúc trong một khuôn, nhưng lúc đó khuôn sẽ phức tạp hơn rất nhiều. Vị trí sơ bộ của vật đúc trong khuôn được thể hiện trong hình 3.15 Hướng chảy sơ bộ của dòng kim loại lỏng Hình 3.15: Vị trí sơ bộ của vật đúc trong khuôn 1, 2 : rãnh rửa 3 : miếng ghép để cấy miếng thép 4 : miếng ghép để thay thế khi mòn 4 3 2 1 Hình 3.16: Vị trí các rãnh rửa ở hai đầu miếng thép Hai miếng thép được cấy trực tiếp vào khuôn, trong quá trình đúc sẽ dính chắc chắn vào đầu càng thắng. Việc này được thực hiện nhờ miếng ghép 3, đầu còn lại rất dễ bị mòn nên ta sử dụng miếng ghép 4. Ta cũng bố trí hai rãnh rửa ở hai đầu gắn hai miếng thép. (xem hình 3.16) Dòng kim loại được dẫn vào lòng khuôn nghiêng một góc nghiêng phù hợp để chống kim loại lỏng văng tóe và giảm xói mòn khuôn (hình 3.17) Hình 3.17: Sơ bộ về rãnh dẫn nhôm lỏng Tính toán các thành phần khuôn Tính toán kích thước lõi khuôn đực Lõi khuôn đực phải đủ bền trước lực ép của máy đúc trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao. Ta chọn vật liệu cho lõi khuôn là 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 Bảng 3.1: Thành phần hóa học của SKD61 C Cr Mn Mo Si S V 0,390% 5,20% 0,400% 1,40% 1,10% <=0,00300% 0,950% Bảng 3.2: Cơ tính của SKD61 Khối lượng riêng g/cm3 Độ cứng HRC Độ bền tới hạn MPa Độ dẫn nhiệt W/m-K 7,81 54 586 414 Tính bền: Máy đúc là loại 100 kg/cm2, buồng ép chọn là loại Ø40, nên lực ép tác dụng lên khuôn là : (1,5 là hệ số tăng lực của hệ thống tăng lực) Áp lực tác dụng lên khuôn ( giả sử khuôn có kích thước ab) Để khuôn không bị phá hủy thì điều kiện sau phải được thực hiện : Tức là : [δb] của SKD61 là 586Mpa Vậy ab ≥ 32,2 mm Ngoài ra, kích thước của lõi khuôn còn phải chọn theo cách chỉ ra trên hình 3.18 Theo cách này kích thước sơ bộ của lõi được xác định và biểu diễn như hình 3.19. Trên lõi khuôn đực có lòng khuôn, hệ thống kênh nước làm nguội, các lỗ dẫn hướng chốt đẩy, các lỗ ren để bắt vào vỏ khuôn đực. việc thiết kế những thành phần này ta sẽ thực hiện ở phần sau. c b e a d a, b, c : thường lấy 25-30mm d : thường lấy 30 mm e : chọn phụ thuộc vào hệ thống cấp kim loại và hệ thống đẩy của máy đúc Hình 3.18: Cách chọn kích thước lõi khuôn Hình 3.19: Kích thước sơ bộ lõi khuôn đực Tính toán kích thước lõi khuôn cái Lõi khuôn cái có khích thước giống như lõi khuôn đực, tuy nhiên, ta có thể làm mỏng hơn một ít để tiết kiệm vật liệu, vật liệu chế tạo vẫn là SKD61. Trên lõi khuôn cái có, hệ thống kênh nước làm nguội, lỗ ren để bắt vào vỏ khuôn cái. Việc tính toán những phần tử này ta sẽ tiến hành sau. Tính toán kích thước vỏ khuôn đực Vỏ khuôn được làm bằng thép C45, vỏ khuôn có tác dụng gia cường độ bền cho lõi khuôn và giảm chi phí vật liệu. Việc tính toán chiều dày vỏ khuôn phải đảm bảo khuôn không bị biến dạng khi làm việc trong suốt quá trình sản xuất. Sơ đồ chịu lực của khuôn được đơn giản hóa như hình 3.20 ở dưới. Với F = 12560N x 1,5 = 18840N (1,5 là hệ số tăng áp do tác dụng của hệ thống tăng áp). Hình 3.20: Sơ đồ chịu lực của khuôn đực Tính ứng suất lớn nhất trên mặt cắt ngang theo công thức: max= max = Với Wx= max : moment chống uốn của mặt cắt Jx = ( tiết diện cắt ngang có dạng hình chữ nhật) Mx lớn nhất : Mx = L/2*F/2 = 0,296÷2*18840÷2 = 1394 Nm Jx = ymax = h/2 Để đảm bảo đủ khả năng chịu uốn dưới tác dụng của lực ép thì: max = ≤ 360 MPa (= σs của C45) → h ≥ = 8,9x10-3 m → h ≥ 8,9 mm2 Vỏ khuôn có hốc khuôn có kích thước bằng lõi khuôn để lắp chặt lõi vào vỏ ( hình 3.21). Ngoài ra, vỏ còn có chốt định vị, kênh dẫn nước làm nguội, lỗ dẫn hướng chốt đẩy, lỗ ren để bắt gối đỡ (những phần tử này ta sẽ tính toán sau) nên kích thước vỏ phải không những phải đủ bền mà còn phải đủ không gian để bố trí các thành phần khác của khuôn. Vì thế ta chọn kích thước vỏ như hình minh họa 3.21. Hình 3.21: Kích thước sơ bộ vỏ khuôn đực Các khoảng cách từ bề mặt vỏ tới thành hốc vỏ được chọn sao cho việc bố trí chốt dẫn hướng, lỗ dẫn hướng tấm đẩy được thoải mái và giảm chi phí vật liệu. Tính toán vỏ khuôn cái Vỏ khuôn cái cũng làm bằng C45, kích thước chọn cũng như vỏ khuôn đực. Trên vỏ khuôn có 2 rãnh để bắt vào máy đúc (hình 3.22) Hình 3.22: Kích thước sơ bộ vỏ khuôn cái Thiết kế miếng ghép Như đã đề cập ở trên, miếng ghép của chúng ta có hai miếng, một miếng dùng để cấy hai tấm thép bịt đầu càng thắng, miếng còn lại sử dụng với mục đích để thay thế khi bị mòn. Việc đưa một vật liệu khác vào trong lòng khuôn cần chú ý các điểm sau: Hình dạng và vị trí của chúng (miếng ghép khác loại vật liệu trong khuôn) trong vật đúc sao cho kim loại vật đúc co rút lên chúng và giữ chặt lấy chúng. Tạo cho chúng có các vị trí khóa đơn giản để cho chúng cố định trong vật đúc. Chiều dày kim loại vật đúc chung quanh chúng không nhỏ hơn 0,02 mm, chiều dày nhỏ hơn có thể gây nứt khi co rút. Khuôn phải cố định chặt chúng trong suốt quá trình đúc. Chuẩn bị sao cho việc gá chúng lên khuôn được dễ dàng. Các điểm giữ chặt chúng trong khuôn cần chính xác. Nên có một lớp áo bảo vệ để tránh ăn mòn do tác dụng điện phân giữa chúng và hợp kim đúc. + Miếng ghép để thay thế khi mòn (hình 3.23) Hình 3.23: Miếng ghép chống mòn Hình 3.24 Hình 3.25 + Miếng ghép để cấy hai miếng thép (hình 3.26) Hình 3.26: Miếng ghép để cấy hai miếng thép + Trên hình 3.24 và 3.25 là tình trạng của vật đúc cùng với các miếng ghép. Thiết kế hệ thống rót và thoát hơi Khi thiết kế hệ thống rót cần tuân thủ các nguyên tắc sau: Quãng đường chuyển động của kim loại lỏng trong hệ thống rót 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. Rãnh dẫn là phần quan trọng nhất của hệ thống rót. Tiết diện rãnh dẫn quyết định vận tốc nạp, còn chiều dày của nó quyết định tính chất điền đầy khuôn. Xác định kích thước hệ thống rót : Trong đó : K1 – hệ số xét tới hình dạng vật đúc. K2 – hệ số xét tới áp suất ép. Vép – là vận tốc ép trung bình. Dép – đường kính buồng ép. ΣFdẫn – tổng tiết diện các rãnh dẫn. Loại vật đúc Giá trị K1 Vật đúc đơn giản, thành dày 0.75 Vật đúc có kết cấu dạng hộp 1.00 Vật đúc phức tạp 1.50 Vật đúc rất phức tạp, thành mỏng 2.00 Giá trị K1 Áp lực ép, MPa Giá trị K2 Dưới 20 Mpa 2.50 20 – 40 2.00 40 – 60 1.75 60 – 80 1.50 80 – 100 1.25 Trên 100 1.00 Giá trị K2 Với vép = 15 m/s ; K1 = 1.5 ; K2 = 2,50 ; Dép = 42 mm Ta tính được ΣFdẫn = 370 mm2 Ta bố trí hai rãnh dẫn, vậy Fdẫn = 185 mm2 Hình dạng tiết diện rãnh dẫn: + Kênh hình tròn: 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. + Kênh hình chữ nhật: Vật liệu thừa Loại này tuy dễ chế tạo nhưng lại dễ gây ra sự cố trong quá trình hoạt động. Đây là loại dở nhất. + Kênh hình thang đáy tròn: Vật liệu thừa 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: Vật liệu thừa 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. + Loại kênh hình elip, bán nguyệt là nhiều khuyết điềm nhất nên không trình bày ra đây. Tóm lại, tiết diện ngang của một loại rãnh dẫn phải là hình tròn hoặc hình thang. Ta sử dụng loại kênh hình thang được bo tròn ở đáy, kích thước như trên hình 3.27 Hình 3.27: Rãnh dẫn hình thang Thiết kế rãnh rửa: Tác dụng của rãnh rửa: + Làm giảm bọt khí trong vật đúc. + Đóng vai trò của kênh thoát khí. + Tạo cân bằng nhiệt cho tối ưu khuôn, đặc biệt khi đúc các vật đúc thành mỏng ở nhiệt độ rót thấp. Xác định kích thước và vị trí rãnh rửa: + Chiều dày khe nối từ hốc khuôn đến rãnh rửa không được nhỏ hơn 0,5 – 1,0 mm phụ thuộc vào chức năng của rãnh rửa. Nếu rãnh rửa dùng để loại trừ khí nhiễm bẩn vào kim loại, thì chiều dày khe nối nên lấy khoảng 0,7 – 0,8 chiều dày thành vật đúc δ, còn nếu sử dụng như vật mang nhiệt thì là 0,4 ÷ 0,5δ. Hình 3.28: Các kích thước của rãnh rửa + Khi máy đúc là máy có buồng ép ngang thì rãnh rửa được bố trí như hình 3.29. Hình 3.29: Vị trí rảnh rửa trong máy đúc có buồng ép nằm ngang + Phụ thuộc vào chức năng và vị trí đặt, rãnh rửa được chia làm hai loại: cục bộ và chung. Rãnh rửa chung được xem xét khi thiết kế khuôn và có thể bố trí không những ở cuối khuôn mà còn ở các nửa khuôn. Với chức năng loại trừ khí thể tích tổng của rãnh rửa được lấy khoảng 0,2 – 0,4 thể tích vật đúc, còn với chức năng ổn định chế độ nhiệt thì lấy 0,5 – 1,0 thể tích vật đúc. Rãnh rửa cục bộ được đặt ở vùng hội lưu của hai hoặc một số dòng chảy của hợp kim. Thể tích của chúng không lớn (0,05 – 0,2 thể tích vật đúc) và có chức năng nung khuôn ở các vị trí dễ tạo thành các khuyết tật khớp nối và hàn nối. Ở khuôn có nhiều hốc khuôn, rãnh rửa thực hiện đồng thời vai trò tiếp nhận hỗn hợp khí - kim loại và nhân tố mang nhiệt, san bằng trường nhiệt độ trong khuôn và vật đúc. Thiết kế kênh thoát khí: Việc bố trí kênh 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. Còn khi dòng chảy trong khuôn là phân tán hoặc phân tán rối, các kênh thoát khí nên bố trí ở tất cả các phần của khuôn. 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 3.3 Theo những chỉ dẫn và tính toán ở trên, hệ thống rãnh dẫn và rãnh rửa của ta như hình 3.21. Bảng 3.3: Chiều dày kênh thoát khí (điền đầy khuôn ở trạng thái lỏng), mm Hợp kim đúc δth.khí Hợp kim đúc δth.khí Chì – antimoan 0,05 – 0,10 Manhê 0,10 – 0,15 Kẽm 0,08 – 0,12 Đồng 0,15 – 0,20 Nhôm 0,10 – 0,20 Thép 0,20 – 0,30 (Nếu điền đầy khuôn ở trạng thái lỏng – rắn thì δth.khí phải lấy lớn hơn gấp 2 ÷ 3 lần ) 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 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. Tuyệt đối không được để chày tiếp xúc với piston ép trong quá trình đúc. Chày thường có dạng côn, bề mặt được phay tạo rãnh hướng dòng kim loại vào các rãnh dẫn. Các kích thước cơ bản cho trong hình 3.30. 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 42 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. Ta chọn độ dày của sơ mi là 10 mm (hình 3.31). Hình 3.30: Chày khuôn Hình 3.31: Sơmi Hình 3.32: Vật đúc cùng hệ thống rót Thiết kế hệ thống đẩy Chức năng của hệ thống đẩy là lấy sản phẩm ra sau khi khuôn mở 1 : chốt hồi 2 : nửa khuôn đực 3 : gối đỡ 4 : tấm kẹp 5 : tấm đẩy 6 : tấm giữ 7 : chốt đẩy ( ti đẩy ) 8 : sản phẩm đúc Hình 3.33: Các thành phần của hệ thống đẩy Hình 3.34: Chọn khoảng đẩy A: khoảng đẩy, không nên làm quá dài. Chốt đẩy đôi khi rất nhỏ và nếu khoảng đẩy quá dài, chúng sẽ làm yếu hệ thống đẩy (hình 3.34) Hành trình đẩy phải lớn hơn chiều cao sản phẩm 5 đến 10mm. Vị trí đặt chốt đẩy: Chốt đẩy nên đặt ở những vị trí không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (độ bền, thẩm mĩ) như những vùng có bề dày bé, bề mặt trang trí của sản phẩm, những 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, rãnh rửa. Với chi tiết của chúng ta, chốt đẩy được bố trí trên những gân tăng bền, ở hai đầu của càng thắng (hình 3.35) Các vị trí tô đen là nơi đặt chốt đẩy Hình 3.35: Vị trí đặt chốt đẩy Chọn chốt đẩy: + Các chốt đẩy tròn là kiểu thông dụng nhất, nó rất đơn giản để đưa vào trong khuôn, những lỗ tròn và chốt tròn rất dễ gia công. Ngoài ra, tùy trường hợp mà có thể sử dụng các kiểu chốt đẩy khác như: lưỡi đẩy, ống đẩy, thanh đẩy, tấm tháo. + 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. Ở đây, ta chọn kích thước của chốt đẩy theo sản phẩm. + Với việc đo đường kính của đường tròn tại nơi giao nhau của các gân tăng bền, ta xác định được đường kính của chốt đẩy là 4 mm (hình 3.36). + 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. + Chiều dài của chốt đẩy được xác định theo khoảng đẩy A A = chiều chiều sâu lòng khuôn đực + (5 ÷ 10 mm ) A = 25 + 5 = 30 mm Với việc đo đường kính của đường tròn tại nơi giao nhau của các gân tăng bền, ta xác định được đường kính của chốt đẩy là mm. Hình 3.36: Xác định đường kính chốt đẩy + Chốt đẩy được mua ở ngoài thị trường với các kích thước được tiêu chuẩn hóa, ta chọn theo đường kính và chiều dài cho phù hợp rồi gia công lại theo yêu cầu. Ta chọn loại chốt đẩy như hình 3.37 Ø4 Hình 3.37:Chốt đẩy + Chốt đẩy làm từ thép SKD61, có độ cứng bề mặt 65HRC, độ cứng lõi 40HRC, thấm Nitơ bề mặt. Chốt hồi: Sau khi sản phẩm được đẩy ra, hệ thống 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 cũng góp phần làm tăng độ cứng vững cho hệ thống đẩy. + Vị trí đặt chốt hồi: chốt hồi nên đặt hoàn toàn trên vỏ khuôn đực, lợi dụng lực đóng khuôn để đẩy hệ thống đẩy lại phía sau. Trên hình 3.38 là vị trí đặt chốt hồi và chốt đẩy trên vỏ khuôn đực. + Chốt hồi làm bằng thép hợp kim SACM, độ cứng bề mặt 60HRC, độ cứng lõi 30HRC. Kích thước như hình 3.39. Chốt hồi Hình 3.38: Chốt hồi và chốt đẩy trên vỏ khuôn đực Hình 3.39: Chốt hồi Tính toán kích thước đế đặt chốt đẩy: Đế đặt chốt đẩy bao gồm hai tấm: tấm đẩy và tấm giữ Không nên bắt vít theo đầu ngược lại, vì sẽ rất khó thao tác. Hình 3.40: 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. Bề mặt sản phẩm Độ dày đế đẩy 5 cm2 12 mm 10 cm2 15 mm 25 cm2 20 mm 50 cm2 30 mm 100 cm2 50 mm Bề mặt sản phẩm đo được bằng phầm mềm Pro.Engineer là 136 cm2, nên độ dày đế là 50 mm. Tấm đẩy dày 30 mm, tấm giữ dày 20 mm. Thiết kế hệ thống làm nguội Giới thiệu chung: Làm nguội khuôn là biên pháp cơ bản để duy trì chế độ nhiệt . Để thực hiện điều này, người ta cho lưu chất chuyển động tuần hoàn trong các kênh làm nguội. Phổ biến nhất là phương pháp tuần hoàn nước trong các kênh có đường kính 8 ÷ 12 mm. Ở các khuôn lớn, thường tự động điều chỉnh lưu lượng cấp nước cho từng kênh. Nhược điểm khi sử dụng nước làm nguội khuôn: trên bề mặt kênh hình thành màng hơi nước, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt. Do đó, hiện nay người ta thường dùng dầu khoáng, các chất tổng hợp để làm nguội khuôn Những điểm cần lưu ý khi thiết kế hệ thống làm nguội: Những kênh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt, nhưng phải chú ý đến độ bền cơ học của khuôn. Các kênh làm nguội phải đặt gần nhau, cũng phải chú ý đến độ bền cơ học. Đường kính của kênh làm nguội phải lớn hơn 8 mm và giữ nguyên như vậy để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau do đương kính của các kênh làm nguội khác nhau. Nên chia hệ thống làm nguội ra làm nhiều vòng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn. Đặc biệt chú ý đến việc làm nguội những phần dày của sản phẩm. Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng. Vị trí của bộ phận làm nguội: + Vị trí này phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm và sự khác nhau về độ dày thành. Nói chung, bộ phận làm nguội đặt ở chỗ mà nhiệt khó chuyền từ vật đúc qua thân khuôn. + Việc làm nguội phải như nhau trên toàn bộ sản phẩm : trong hình 3.41, khuôn trước làm nguội đủ và đồng đều, khuôn sau có hạn chế do hệ thống đẩy. Hình 3.42 là một ví dụ về việc làm nguội đồng đều trên toàn bộ bề mặt sản phẩm. Hình 3.43 là một kiểu làm nguội chỗ lồi ngang của lõi và của lòng khuôn. Các kênh nguội Khuôn trước Khuôn sau Hình 3.41 Hình 3.42 Hình 3.43 + Làm nguội tấm khuôn: Làm nguội trong tấm khuôn là một trong những hệ thống làm nguội thường gặp nhất. Hình 3.44 là dạng đơn giản nhất, dễ làm, nhưng hiệu quả làm nguội không cao, chỉ nên áp dụng cho những trường hợp đơn giản. Hình 3.44 + Sự cải tiến làm cho hiệu quả làm nguội tốt hơn khi có ba mặt của sản phẩm được làm nguội như trong hình 3.45 là một ví dụ. Hình 3.46 là trường hợp làm nguội xung quanh các lòng khuôn. Hình 3.45 Hình 3.46 Nút để đổi dòng chất lỏng. Hình 3.47 + Lưu ý rằng các kênh nguội được thiết kế cách nhau ít nhất 3mm. Với những kênh dài hơn 150 mm, thì khoảng cách an toàn giữa các kênh là 5 mm (hình 3.48). Hình 3.48 + Làm nguội lõi: sự truyền nhiệt ở vùng lõi được mô tả trong hình 3.49 cho thấy vùng lõi phải nhận một lượng nhiệt rất lớn. Hình 3.50 là một giải pháp làm nguội lõi hiệu quả. Nhưng phải chú ý đến chỗ nối, nút chặn phải rất phẳng liền với lõi. Hình 3.49 Hình 3.50 + Trong việc làm nguội nhiều lõi, thường sử dụng hai kiểu hệ thống làm nguội: Hệ thống làm nguội nối tiếp (hình 3.51), hệ thống này có ưu điểm là chất lỏng làm nguội sẽ đảm bảo chảy qua tất cả các kênh. Khuyết điểm của hệ thống này là độ chênh lệch nhiệt độ lớn của chất lỏng ở kênh đầu và kênh cuối, nên tác dụng làm nguội không đồng đều. hệ thống này chỉ nên áp dụng khi chiều dài kênh không quá lớn. Hệ thống làm nguội song song, hệ thống này có ưu điểm là giữ được sự đồng đều về nhiệt độ giữa các ống. Khuyết điểm của hệ thống này là khả năng chất lỏng chảy qua tất cả các ống làm nguội không được bảo đảm khi áp lực dòng chảy không đủ. Vào Ra Hình 3.51 Ra Vào Ống Hình 3.52 + Làm nguội chốt: Làm nguội chốt còn khó hơn làm nguội lõi vì việc truyền nhiệt ra các phần khác của khuôn là rất khó, như minh họa ở hình 3.53. Trong hình 3.54 trình bày một hệ thống làm nguội đơn giản nhất, hai kênh làm nguội được đặt ở gần chốt. Khi chốt được làm nguội trực tiếp thì hiệu quả làm nguội sẽ tốt hơn (hình 3.55), tuy nhiên cần chú ý đến độ bền của chốt. Ngoài ra, ta còn có thể thêm một thanh đồng vào chốt để tăng cường cho quá trình truyền nhiệt. Hình 3.53 Hình 3.54 Hình 3.55 Hình 3.56 + Làm nguội lòng khuôn: Nói chung, lòng khuôn có thể được làm nguội tốt vì có sự dẫn nhiệt tốt đến các phần khác của khuôn (hình 3.57). Một hệ thống làm nguội lòng khuôn thông dụng được giới thiệu ở hình 3.58 mà trong đó có một số kênh làm nguội xung quanh lòng khuôn. Hình 3.58 Hệ thống làm nguội của khuôn càng thắng Honda100: Việc thiết kế hệ thống nguội cho khuôn dựa vào sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng ANSYS10.0. Trong công nghiệp nói chung và ngành đúc nói riêng, hiện nay, kỹ thuật mô phỏng đang dần trở nên một lĩnh vực được quan tâm đặc biệt, nó giúp cho quá trình sản xuất một sản phẩm được rút ngắn đáng kể và làm giảm chi phí sản xuất. Với việc sử dụng các quá trình mô phỏng, quá trình sản xuất sẽ ít bị chi phối bởi trực giác, kinh nghiệm, không còn phải thông qua quá trình kiểm tra thử - sai – thử tốn kém và mất thời gian. Trên thế giới, hiện có rất nhiều phần mềm mô phỏng phục vụ cho nhiều ngành nghề khác nhau, trong ngành đúc thường hay sử dụng các phần mèm như MagmaSoft, ProCast, ANSYS… các phần mềm này đều lấy phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) làm nền tảng để giải quyết các bài toán, trong đó MagmaSoft và ProCast là những phần mềm vượt trội nhất trong lĩnh vực này, ANSYS với đặc trưng là một phần mềm đa dụng nên được giảng dạy rộng rãi trong các trường đại học. Với việc sử dụng phần mềm ANSYS10.0 trong việc mô phỏng trường nhiệt độ của vật đúc, người thiết kế dễ dàng nhận thấy được sự phân bố nhiệt độ của vật đúc cũng như của khuôn để đưa ra những phương án bố trí hệ thống làm nguội hợp lí. Trình tự mô phỏng như sau: + Xây dựng mô hình mô phỏng, mô hình này có thể là một dạng giản lược của sản phẩm thật, tùy theo hình dạng, tính chất của sản phẩm mà ta có thể giản lược đến mức có thể chấp nhận được. + Khai báo tính chất của các loại vật liệu có liên quan. + Chia lưới mô hình. + Đặt tải lên mô hình. + Chọn phương pháp giải. + Giải bài toán. + Hiển thị và khai thác kết quả lời giải. Hình 3.59 là kết quả mô phỏng trường nhiệt độ của vật đúc tại mặt cắt ngang qua thân ở thời điểm đầu của quá trình đúc, hình 3.60 là kết quả mô phỏng sau 2 giây, hình 3.61 là kết quả sau 2,5 giây. Ta thấy vật đúc nguội khá đồng đều, vùng có màu đỏ trên hình 3.61 là vùng nguội sau cùng và có nguy cơ hình thành lỗ co bên trong vật đúc. Hình 3.62 và 3.63 là kết quả mô phỏng ở mặt cắt ngang vuông góc với mặt cắt ở trên, ta thấy vùng gần mặt cong phía trong là vùng nguội chậm nhất. Hình 3.59 Hình 3.60 Hình 3.61 Hình 3.62 Hình 3.63 Hình 3.64 và 3.65 là kết quả mô phỏng dòng nhiệt từ vật đúc truyền ra môi trường xung quanh, trên hình 3.64 ta thấy vùng chữ L là nơi phải nhận nhiều nhiệt nhất, trên hình 3.65 ta thấy vùng giữa mặt cong phía trong là vùng phải nhận nhiều nhiều nhiệt nhất. Hai vùng này là hai vùng nóng nhất của khuôn. Hình 3.64 Hình 3.65 Đề xuất phương án làm nguội: + Với hai lòng khuôn, kết cấu đơn giản, không có chốt. Nên hệ thống kênh làm nguội cũng được thiết kế hết sức đơn giản để dễ dàng chế tạo và giảm chi phí. + Hệ thống kênh nguội trên nửa khuôn đực là hai kênh thẳng đi qua những vùng trọng điểm của quá trình làm nguội như đã nêu ở trên và hệ thống dẫn kim loại lỏng. + Hệ thống kênh nguội trên lõi khuôn đực được thể hiện trên hình 3.66. Khoan 4 lỗ Ø8,5, ta rô tạo ren M10 để bắt ống nước trực tiếp vào lõi khuôn chứ không bắt vào vỏ khuôn để tránh rò rỉ nước. + Trên vỏ khuôn đực cũng khoan 4 lỗ với đường kính lớn hơn (Ø14) (hình 3.67). + Hệ thống kênh nguội trên nửa khuôn cái có khác đôi chút so với trên nửa khuôn đực vì ngoài hai chi tiết nó còn phải làm nguội miếng ghép. Do đó, kênh nguội có dạng chạy vòng. Hình 3.68 mô tả hệ thống kênh nguội trên nửa khuôn cái. Khoan 3 lỗ Ø8,5, taro tạo ren M10 hai lỗ, một lỗ được bịt kín để tạo dòng nước chạy vòng. Bắt ống nước trực tiếp vào lõi để tránh rò rỉ. Trên vỏ khuôn cái chỉ khoan 2 lỗ Ø14 (hình 3.69). + Hệ thống kênh nguội trên vỏ và lõi sẽ ăn khớp với nhau khi ráp lõi vào vỏ. Các vòi nước sẽ được gắn vào khuôn qua các nút cổ dê (hình 3.70). Hình 3.66 Hình 3.67 Hình 3.68 Hình 3.69 Hình 3.70 Tính toán kích thước hai gối đỡ Hai gối đỡ có tác dụng tăng bền cho khuôn trước sự va đập của khuôn với máy đúc, tạo vùng không gian cho sự hoạt động của hệ thống đẩy. Kích thước hai gối được chọn như sau: Chiều dài gối lấy bằng chiều dài vỏ khuôn đực: 296 mm Chiều dày gối = A + chiều dày đế kẹp ti lõi = 30 + 40 = 70 mm Tuy nhiên, trong trường hợp này, ta tận dụng gối đỡ để làm tấm kẹp khuôn luôn, nên chiều dày gối đỡ sẽ tăng lên thêm 15 mm nữa. Vậy chiều dày gối đỡ là 90 mm. Các kích thước của gối đỡ được cho ở hình 3.71. Xẻ rãnh để bắt khuôn vào máy đúc Hình 3.71: Các kích thước gối đỡ Tính toán bulon, chốt, bạc cho khuôn Tính bulon bắt gối đỡ và tấm khuôn đực Giả sử bắt sáu bulon theo sơ đồ ở hình 3.72 Hình 3.72: Sơ đồ bắt bulon + Bulon làm bằng SACM645 có σch = 685 Mpa + Khuôn đực có khối lượng 63 kg + Lực ép tác dụng lên khuôn là 12560 N Xác định đường kính bulon theo lực cắt ngang: + (mm) Với F = 630/6 = 105 N i: số bề mặt cắt ngang qua thân bulon, i = 1 [τ]: ứng suất cắt cho phép (Mpa), Trong trường hợp này [τ] = 0.4 σch =0,4 x 685 = 274 Mpa Vậy Ta chọn bulon M1 Xác định đường kính bulon theo lực dọc trục: + Lực xiết có giá trị như sau: V = k(1 –χ)Fmax Ta chọn k = 3 và hệ số ngoại lực χ = 0,25 Fmax = 12560/6 = 2093,3 N Do đó: V = 3 x (1 – 0,25) x 2093,3 = 4710 N + Tải trọng dọc trục tác dụng lên bulon xác định theo công thức: FΣ = 1,3V + χF = 1,3 x 4710 + 0,25 x 2093 x 3 = 6646,3 N + Giả sử ta sử dụng bulon lớn hơn hoặc bằng bulon M16, ta chọn hệ số an toàn [s] = 5. Khi đó ứng suất cho phép [σk] = 685/5 = 137 Mpa + Đường kính bulon xác định theo công thức sau: Vậy ta chọn bulon M10 với bước p = 1,5 mm; d1 = 8,376 mm; D1 = 17 mm ; d0 = 0,8 dm = 8 mm Kiểm tra độ bền mỏi theo hệ số an toàn: + Thành phần ngoại lực tác dụng lên bulon Fb = 0,25 x 12560/6 = 523,3 N + Tiết diện ngang bulon: mm2 + Biên độ ứng suất: σa = + Ứng suất trung bình: σm = + Hệ số an toàn theo độ bền mỏi s = ψσ = 0,1; hệ số tăng bền bề mặt β gần bằng 1; Kα – hệ số tập trung ứng suất ở chân ren, đối với thép hợp kim có giá trị 4,0 – 5,5; ε – hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bulon đến độ bền mỏi, chọn ε = 0,96; σ-1k – giới hạn bền mỏi của vật liệu làm bulong, σ-1k = 440 MPa Vậy + sch = = Do đó điều kiện độ bền mỏi được thỏa. Vậy nên, ta sử dụng sáu bulon M10 bố trí như hình trên. Tuy nhiên, để nâng cao khả năng sử dụng của khuôn ta sẽ sử dụng sáu bulon M12. Bulon bắt lõi khuôn và vỏ khuôn ta cũng sử dụng bulon M10, chúng được bố trí như trong hình 3.73 và 3.74. Hình 3.73: Bulon bắt vỏ khuôn đực và lõi khuôn đực Hình 3.74: Bulon bắt vỏ khuôn cái và lõi khuôn cái Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng: + Chốt dẫn hướng được đóng trên vỏ khuôn đực, ta sử dụng bốn chốt loại Ø25, các kích thước khác đã được tiêu chuẩn hóa. + Bạc dẫn hướng được đóng trên vỏ khuôn cái, chọn theo chốt dẫn hướng và vỏ khuôn cái. + Vị trí các chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng trên vỏ khuôn được trình bày ở hình 3.75 và 3.76. Hình 3.75: Lỗ để bắt chốt dẫn hướng Hình 3.76: Lỗ để bắt bạc dẫn hướng Thiết kế chi tiết Quá trình thiết kế chi tiết được hỗ trợ bởi phần mềm Pro. Engineer. Với khả năng thiết kế theo tham số, có nhiều tính năng rất mạnh trong lĩnh vực CAD/CAM/CAE, đặc biệt là trong lĩnh vực khuôn mẫu Pro. Engineer là phần mềm được sử dụng rộng rãi nhất. Dựa vào những tính toán có được trong quá trình thiết kế sơ bộ, ta tiến hành thiết kế chi tiết thông qua các bước sau. Tách khuôn Sử dụng modul Mold-Cavity của Pro.E để thực hiện việc tách khuôn, với modul này, ta có thể dễ dàng có được các bộ phận cơ bản của bộ khuôn. Sau khi đã vào modul Mold-Cavity, chúng ta sẽ thực hiện việc ráp chi tiết càng thắng vào môi trường làm việc. Vì khuôn có hai lòng khuôn nên ta sử dụng hai càng thắng (hình 3.77). Sau đó nhập hệ số co rút: 0,01 (hình 3.78) Hình 3.77 Hình 3.78 Kiểm tra độ xiên thành khuôn, góc kiểm tra ở đây là 1o, những vùng có màu vàng là những vùng có độ xiên thành khuôn nhỏ hơn 1o (hình 3.79). Hình 3.79 Tạo phôi để tiến hành tách khuôn, phôi có kích thước bằng kích thước của hai lõi khuôn khi đóng khuôn. Đầu tiên là phải xác định mặt phẳng vẽ phác, chọn mặt phẳng cắt qua giữa hai càng thắng như hình 3.80. Hình 3.80 Sau đó ta vẽ phác biên dạng phôi theo tính toán ở phần trên (hình 3.81). Đùn về hai phía, phía khuôn đực 37,5, phía khuôn cái 45 (hình 3.82). Kết quả là ta thu được một phôi có kích thước bằng kích thước của hai lõi khuôn khi đóng (hình 3.83). Hình 3.81 Hình 3.82 Hình 3.83 Tạo mặt phân khuôn thứ nhất: Đầu tiên chọn mặt phằng cắt qua mặt trên về phía khuôn cái của hai càng thắng làm mặt phẳng vẽ phác (mặt phẳng ADTM1 trong hình 3.84). Sử dụng lệnh Flat vẽ hai mặt phẳng như trong hình 3.85 (gọi là mặt một và mặt hai). Tiếp tục tạo thêm một mặt phẳng tham chiếu để dựng mặt phân khuôn, mặt phẳng tham chiếu này tạo ra bằng cách offset mặt ADTM1 một khoảng 12,5 mm (hình 3.86). Sau đó tạo thêm hai mặt bên hông bằng lệnh Extrude với biên dạng được lấy như hình 3.87. Kết quả sau đó phải được như hình 3.88 (gọi là mặt ba và mặt bốn). Hình 3.84 Hình 3.85 Hình 3.86 Hình 3.87 Hình 3.88 Sau đó tạo mặt phẳng tham chiếu cắt qua giữa hai càng thắng để làm mặt phẳng vẽ phác (mặt phẳng ADTM5 trong hình 3.89). Sử dụng lệnh Flat để vẽ mặt phẳng như trong hình 3.90 (gọi là mặt năm). Tiếp theo, ta nối các mặt này lại để tạo thành mặt phân khuôn. Sử dụng lệnh Surface merge để thực hiện việc này. Đầu tiên nối mặt một với mặt ba (hình 3.91) tạo ra mặt một-ba, sau đó nối mặt hai với mặt bốn (hình 3.92) tạo ra mặt hai-bốn, kế đến là nối mặt năm với mặt một-ba tạo ra mặt một-ba-năm (hình 3.93), cuối cùng là nối mặt một-ba-năm với mặt hai-bốn để tạo ra mặt một-ba-năm-hai-bốn (hình 3.94), đây cũng chính là mặt phân khuôn của ta. Hình 3.89 Hình 3.90 Hình 3.91 Hình 3.92 Hình 3.93 Hình 3.94: Mặt phân khuôn Để tách được miếng ghép chống mòn khuôn, ta phải tiếp tục dựng mặt phân khuôn thứ hai. Bằng cách tương tự như cách dựng mặt phân khuôn thứ nhất, ta có mặt phân khuôn thứ hai như trong hình 3.95. Để tách được miếng ghép để cấy hai miếng thép vào đầu càng thắng, ta phải dựng thêm mặt phân khuôn thứ ba (hình 3.96). Hình 3.95 Hình 3.96 Với ba mặt phân khuôn vừa tạo, ta tiến hành tách khuôn, kết quả là tạo được các thành phần khuôn như sau: lõi đực (hình 3.97), lõi cái (hình 3.98), miếng ghép (hình 3.99), miếng cấy (hình 3.100). Các thành phần khuôn này thực sự là các chi tiết độc lập do đó người thiết kế có thể sửa đổi theo ý muốn một cách dễ dàng. Hình 3.97 Hình 3.98 Hình 3.99 Hình 3.100 Hình 3.101 Hình 3.102 Các thành phần khuôn này được lắp ghép thống nhất tạo ra một bộ khuôn hoàn chỉnh (hình 3.101). Quá trình đúc thử để kiểm tra hình dáng được thực hiện ngay sau đó (hình 3.102). Tạo hệ thống rót, rãnh rửa Việc tạo hệ thống rót, rãnh rửa được thực hiện sau và trực tiếp trên các thành phần khuôn. Đầu tiên là tạo hệ thống rót nằm trên nửa khuôn đực, tạo một lỗ Ø70 sâu 15 mm trên lõi đực để đặt chày khuôn (hình 3.103). Vẽ biên dạng rãnh dẫn theo tính toán ở phần trên để tạo rãnh dẫn cho khuôn (hình 3.104), thực hiện cắt bề mặt 3 mm để tạo rãnh dẫn (hình 3.105), tạo độ nghiêng bề mặt 4,5o theo thiết kế bằng lệnh Draf (hình 3.106). Làm tương tự cho rãnh dẫn còn lại ta sẽ được hệ thống rãnh dẫn trên lõi khuôn đực (hình 3.107). Hình 3.103 Hình 3.104 Hình 3.105 Hình 3.106 Bây giờ ta sẽ tạo các rãnh rửa cho khuôn, việc này gồm hai phần: tạo cửa rãnh rửa và tạo rãnh rửa. Đầu tiên, ta vẽ phác biên dạng cửa rãnh rửa (hình 3.108), cắt xuống bề mặt khuôn 0,8 mm (hình 3.109). Sau đó, vẽ phác biên dạng của rãnh rửa (hình 3.110), cắt xuống bề mặt khuôn 6 mm (hình 3.111) công việc tiếp theo là bo tròn các góc và tạo góc nghiêng để dễ dàng đẩy ra cùng vật đúc (hình 3.112). Làm tương tự cho rãnh rửa còn lại. Hình 3.107 Hình 3.108 Hình 3.109 Hình 3.110 Hình 3.111 Hình 3.112 Để đóng được sơmi vào khuôn ta phải tạo một lỗ trên khuôn cái như hình 3.113, tạo thêm các đường tham chiếu trên các lõi khuôn để sau này tạo đường nước làm mát (hình 3.114), tạo các điểm tham chiếu trên lõi đực để sau này tạo các chốt đẩy (hình 3.115). Hình 3.113 Hình 3.114 Hình 3.115 Hình 3.116 Hình 3.117 Hình 3.118 Tạo thêm chày khuôn và sơmi theo đúng với thiết kế ở phần trên (hình 3.116 và 3.117) sau đó lắp ráp vào hai lõi khuôn, ta được kết quả như hình 3.118. Đến đây, công việc thiết kế khuôn trong modul Mold-Cavity đã hoàn tất, để có được các thành phần khác của bộ khuôn ta có thể tiếp tục công việc vẽ trên modul Part của Pro. Engineer. Tuy nhiên, việc này sẽ rất mất công và tốn nhiều thời gian. Để tăng tốc cho quá trình thiết kế, hãng PTC đã giới thiệu thêm một gói giải pháp hỗ trợ thiết kế là EMX (Expert Moldbase Extention) đây là một modul mở rộng về khuôn của Pro.Engineer. Thiết kế các thành phần khác của khuôn bằng EMX4.1 Đầu tiên, ta khai báo các thủ tục, sau đó giao diện chính của EMX sẽ như sau (hình 3.119), phía trên là tên các nhà cung cấp các chi tiết của khuôn, ta chọn nhà cung cấp là Hasco đơn vị là mm, phía dưới là các thành phần khuôn mà phần mềm hỗ trợ, không gian chính giữa là nơi biểu diễn các thành phần khuôn được chọn cho bộ khuôn. Để bắt đầu, ta chọn kích thước hai vỏ khuôn là 296 x 296 (hình 3.120). Hình 3.119 Chọn các kích thước khác của hai vỏ khuôn bằng cách kích chuột vào chúng để hiện ra cửa sổ như hình 3.121, chọn bề dày vỏ là 90, các thông số khác khai báo như hình vẽ. Chọn “Add plate > Housing/Top Cl.Pl.” để thêm tấm kẹp, ta được cửa sổ như hình 3.122, chọn bề dày là 20 mm, các thông số khác điền như hình vẽ. Chọn “Add plate > Rail” để thêm hai gối đỡ cho khuôn, xuất hiện cửa sổ như hình 3.123, khai báo như hình vẽ. Chọn “Add plate > Ejector Plate” để thêm tấm đẩy cho khuôn, các thông số khai báo giống như hình 3.124. Chọn “Add plate > Ej Ret. Plate” để thêm tấm giữ cho khuôn, các thông số được khai báo như hình 3.125. Hình 3.120 Hình 3.121 Hình 3.122 Hình 3.123 Hình 3.124 Hình 3.125 Kích chuột vào một trong bốn lỗ một, hai, ba, bốn (hình 3.126) để định nghĩa lỗ dẫn hướng, xuất hiên cửa sổ như hình 3.127, chọn bốn lỗ, đường hính 30 mm, khai báo phân bố như hình vẽ rồi chọn “OK”. Kích chuột vào một trong bốn lỗ nhỏ bên trong (hình 3.126) để định nghĩa vị trí của chốt hồi, xuất hiện cửa sổ như hình 3.128, chọn loại Ø20, khai báo như hình vẽ rồi chọn “OK”. Chọn “Add Guide > Leader Pin” để định nghĩa chốt định vị cho khuôn, xuất hiện cửa sổ như hình 3.129, khai báo như hình vẽ. Chọn “Add Guide > Guide Bush” để định nghĩa bạc dẫn hướng, xuất hiện cửa sổ như hình 3.130, khai báo như hình vẽ. Chọn “Cavity cutout” để tạo hốc chứa lõi khuôn trên vỏ khuôn, xuất hiện cửa sổ như hình 3.131, chọn “Rect”. Insert và khai báo như hình vẽ, với Insert Length và Insert Width là kích thước của lõi khuôn. Hình 3.126 Hình 3.127 Hình 3.128 Hình 3.129 Hình 3.130 Hình 3.31 Tới đây, bộ khuôn của chúng ta đã khá hoàn chỉnh, nó được thể hiện sơ bộ như trong hình 3.132 và trực quan trong môi trường 3D của Pro.Engineer (hình 3.133) Xóa bỏ bớt tấm kẹp vì chúng ta không dùng đến, mở hai gối đỡ lên để chỉnh xửa. Đầu tiên, ta xẻ rãnh như hình 3.134 để bắt khuôn lên máy đúc, sau đó thêm vào một gân như hình 3.135 để chặn tấm đẩy. kết quả là ta được gối như hình 3.136. Mở vỏ khuôn đực lên để chỉnh sửa, ta cắt xuống bề mặt vỏ 12,5 mm theo tiết diện như hình 3.137. Mở vỏ khuôn cái lên để chỉnh sửa, ta cắt xuống bề mặt vỏ 12,5 mm theo tiết diện như hình 3.138, khoét lỗ bậc như hình 3.139 để đóng sơmi khuôn, xẻ rãnh hai bên như hình 3.140 để bắt khuôn lên máy đúc. Hình 3.132 Hình 3.133 Hình 3.134 Hình 3.135 Hình 3.136 Hình 3.137 Hình 3.138 Hình 3.139 Hình 3.140 Bây giờ, ta tiến hành thêm đường nước làm mát, các bulon cho khuôn. Để thêm các đường nước làm mát, ta chọn “Waterline > Create cooling bore”, chọn tham chiếu là các đường tham chiếu ta đã dựng từ trước, xuất hiện cửa sổ như hình 3.141, chọn “Supplier/Unit là Bind Hole”, Bore Dia là 8,5 để định nghĩa đường kính và loại đường nước. Chọn “OK”. Để thêm các bulon, ta chọn “Screw > Define > On existing points”, chọn tham chiếu là các điểm ta đã dựng sẵn từ trước tại những nơi cần đặt bulon, chọn các mặt phẳng để định nghĩa đầu bulon và nơi bắt đầu tạo ren, xuất hiện cửa sổ như hình 3.142, chọn bulon M10 cho mối ghép giữa lõi khuôn và vỏ khuôn, giữa lõi và chày khuôn, chọn M8 cho mối ghép giữa lõi khuôn với miếng cấy và miếng ghép, chọn M12 cho mối ghép giữa gối đỡ với vỏ khuôn đực. Hình 3.142 Để thêm các chốt đẩy, ta chọn “Ejector Pin > Define > On existing points”, chọn tham chiếu là các điểm đã dựng từ trước trên lõi khuôn đực, xuất hiện cửa sổ như hình 3.143, chọn đường kính chốt 4 mm, các thông số khác khai báo như hình vẽ. Đến đây, việc thiết kế coi như đã hoàn tất, để có thể quan sát các thành phần khuôn vừa thực hiện ta chọn “Moldbase > Assembly Components”, chọn các thành phần như trong hình 3.144, kết quả sẽ được như trong hình 3.145. Hình 3.143 Hình 3.144 Hình 3.145 Lập các bản vẽ 2D từ bản thiết kế vừa tạo Với khả năng tự động thành lập các bản vẽ 2D trong quá trình thiết kế của EMX, ta sẽ lập được các bản vẽ thiết kế một cách dễ dàng và nhanh chóng. Ví dụ, muốn có bản vẽ vỏ khuôn cái, ta chỉ cần chỉ đến file 001_b_plate1.drw, kết quả được như hình 3.146, từ đây ta sẽ chỉnh sửa trực tiếp bản vẽ hoặc chuyển đổi qua định dạng DWG để chỉnh sửa trong AutoCad. Hình 3.146: Bản vẽ 2D tạo trong Pro.Engineer Wildfire2.0 MÔ PHỎNG GIA CÔNG KHUÔN Việc thiết kế các thành phần khuôn ở trên là cơ sở để tạo dữ liệu cho việc gia công trên các máy CNC. Với sự kết hợp gia công trên máy CNC thì việc thiết kế bằng dữ liệu số ở phần trên mới thực sự mang lại ý nghĩa, việc kết hợp giữa CAD/CAM và gia công CNC đã làm cho năng suất và chất lượng sản phẩm tăng lên rất nhiều. Trong phần này chỉ giới thiệu gia công vỏ khuôn đực, bao gồm ba giai đoạn là: phay thô hốc vỏ khuôn bằng dao D30R6, phay tinh hốc vỏ khuôn bằng dao D16, khoan bốn lỗ lắp chốt dẫn hướng bằng mũi khoan Ø12, Ø20, Ø29. Trình tự mô phỏng gia công bằng phần mềm Pro. Engineer Wildfire 2.0 Chuẩn bị chi tiết cần gia công Lắp phôi Chọn dụng cụ gia công Thiết lập các thông số công nghệ cho quá trình chạy dao Mô phỏng chạy dao và nhận xét đường chạy dao Chuẩn bị cho quá trình gia công Để có thể gia công, đầu tiên ta tạo phôi gia công, phôi gia công là một khối vật liệu bao trùm hết chi tiết nên có kích thước 296 x 296 x 90 (hình 4.1) Lắp phôi và chi tiết vào đúng vị trí như hình 4.2. Chọn “Mfg Setup > Operation”, xuất hiện cửa sổ Operation Setup để thiết lập máy gia công và điểm 0 của máy. Chọn “NC Machine” để chọn máy gia công, trong hình 4.3 là các khai báo về máy gia công. Chọn “Machine Zero” để chọn điểm 0 cho máy, ta gốc tọa độ của chi tiết để làm điểm 0 cho máy. Thiết lập các thông số công nghệ cho quá trình gia công Phay thô hốc vỏ khuôn đực Vào “Machining > NC Sequence”, đồng ý với chọn lựa phay Volume trên máy phay ba trục (3 Axis). Bây giờ ta phải khai báo các thông số công nghệ như dụng cụ cắt (tool), thông số công nghệ của quá trình (parameters), mặt phẳng lùi dao (retract) và thể tích phay (volume). Trong cửa sổ Tool setup, chọn các thông số cho dao D30R6 như trong hình 4.4. Trong cửa sổ Param tree chọn các thông số như trong hình 4.5, trong cửa sổ Param tree advanced, cho Retract_feed bằng 4000, Plunge_feed bằng 400, Ramp_feed bằng 400, Ram_angle bằng 1. Trong cửa sổ Retract selection để khai báo mặt phẳng lùi dao, chọn along Z axis, nhập 4 vào, như vậy mặt phẳng lùi dao cách mặt phôi 4mm. Để tạo thể tích phay, ta chọn “Create vol > Sketch > Extrude, Solid, Done > One side”, chọn mặt phẳng vẽ Sketch là mặt trên của phôi, ta phải dựng hai thể tích, một thể tích bao xung quanh hốc, một thể tích bao xung quanh hai rãnh nên phải vẽ hai bản Sketch (hình 4.6 và4.7) và đùn xuống các mặt phẳng đáy tưng ứng kết quả phải được như hình 4.8, ta thấy thể tích phay thò hai đầu ra ngoài, nó nhằm mục đích để phay hết vùng ngoài mép khuôn. Đến đây, việc khai báo các thông số cần thiết cho quá trình chạy dao đã hoàn tất, để chạy dao, ta chọn “Play Path > Screen play > Play”, kết quả sau khi chạy dao là ta được đường chạy dao như trong hình 4.9, để kiểm tra chi tiết phay ta chọn “Play Path > NC check”, chờ cho dữ liệu xuất qua Vericut, ta được kết quả chạy dao như hình 4.10. Phay tinh hốc vỏ khuôn đực Vào “Machining > NC Sequence > New sequence”, đồng ý với chọn lựa phay Volume trên máy phay ba trục (3 Axis). Trong cửa sổ Tool setup, chọn các thông số cho dao D16 như trong hình 4.11. Trong cửa sổ Param tree chọn các thông số như trong hình 4.12, trong cửa sổ Param tree advanced, cho Retract_feed bằng 4000, Plunge_feed bằng 300, Ramp_feed bằng 300, Ram_angle bằng 5. Để tạo thể tích phay, ta chọn Select vol, chọn thể tích phay của bước gai công trước. Đến đây, việc khai báo các thông số cần thiết cho quá trình chạy dao đã hoàn tất, để chạy dao, ta chọn “Play Path > Screen play > Play”, kết quả sau khi chạy dao là ta được đường chạy dao như trong hình 4.13, ta thấy đường chạy dao chỉ chạy quanh mặt hốc khuôn. Khoan lỗ lắp chốt dẫn hướng Để khoan được lỗ Ø30, ta sẽ khoan ba lần với ba mũi lần lượt là Ø12, Ø20, Ø29. Vào “Machining > NC Sequence > New sequence”, chọn “Holemaking > Done > Drill > Deep”. Trong cửa sổ Tool Setup, chọn các thông số cho mũi khoan như trong hình 4.14. Trong cửa sổ Param tree chọn các thông số như trong hình 4.15. Trong cửa sổ Hole Set chọn thẻ Surfaces, chọn lựa chọn Pattem, chọn Add, sau đó chọn bốn mặt trụ của bốn lỗ cần gia công. Chọn Depth, trong cửa sổ Hole Set Depth chọn Thru All để khoan thủng phôi. Đến đây, việc khai báo các thông số cần thiết cho quá trình khoan lỗ Ø12 đã hoàn tất, để khoan, ta chọn “Play Path > Screen play > Play”, kết quả sau khi khoan là ta được đường khoan như trong hình 4.16. Để kiểm tra chi tiết khoan ta chọn “Play Path > NC check”, chờ cho dữ liệu xuất qua Vericut, ta được kết quả khoan Ø12 như hình 4.17. Hình 4.18 và 4.19 là kết quả khoan tiếp Ø20 và Ø29. Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11  Hình 4.12 Hình 4.13 Hình 4.14 Hình 4.15 Hình 4.16 Hình 4.17 Hình 4.18 Hình 4.19 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp này, em đã thu được một số kết quả sau: Tìm hiểu tổng quan về công nghệ CAD/CAM và công nghệ chế tạo khuôn mẫu. Áp dụng những kiến thức về CAD/CAM và công nghệ chế tạo khuôn mẫu để thiết kế khuôn đúc áp lực một chi tiết cụ thể là càng thắng xe máy. Hạn chế: Trong quá trình thiết kế, nhiều thông số được lựa chọn dựa vào tham khảo kinh nghiệm sản suất. Chưa thực hiện việc tính toán các thông số về sự trao đổi nhiệt trong quá trình điền đầy hệ thống rót và khuôn, trao đổi nhiệt giữa vật đúc và khuôn sau khi kim loại điền đầy khuôn. Quá trình mô phỏng trường nhiệt độ của vật đúc không xét đến sự ảnh hưởng của khuôn mà chỉ thay thế bằng một môi trường đối lưu tương đương, các thông số đầu vào kém tin tưởng. Chưa đưa được thiết kế đi chế tạo và sản suất thực tế để đánh giá khách quan về mức độ đúng đắn và phù hợp của thiết kế. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Công Dưỡng. (1997). Vật liệu học. Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật. [2] Dương Trọng Hải, Nguyễn Hữu Dũng, Nguyễn Hồng Hải. (2003). Cơ sở lý thuyết các quá trình đúc. Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật. [3] Đặng Mậu Chiến. (2003). Công nghệ đúc. Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp.HCM. [4] Nguyễn Ngọc Hà. (2006). Các phương pháp và công nghệ đúc đặc biệt. Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp.HCM. [5] Nguyễn Xuân Bông, Phạm Quang Lộc. (1978). Thiết kế đúc. Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp.HCM. [6] Vũ Hoài Ân. (1994). Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa. Viện máy và dụng cụ công nghiệp. [7] Đỗ Kiến Quốc et al. (2004). Sức bền vật liệu. Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp.HCM. [8] Nguyễn Hữu Lộc. (2008). Cơ sở thiết kế máy. Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp.HCM. [9] Vũ Tiến Dũng. (2006). Mô phỏng quá trình truyền nhiệt và ứng suất đúc bằng phần mền ANSYSÒ. Luận văn đại học. Trường đại học Bách Khoa TPHCM. [10] Nguyễn Lê Phương. (2005). Mô phỏng quá trình đúc trên phần mềm ANSYS. Luận văn đại học. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội. [11] website [12] website [13] website [14] website PHỤ LỤC