BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN CHÍ THÀNH

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
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 3 7 9 5

Tp. Hồ Chí Minh, 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

---------  ---------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN CHÍ THÀNH

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

NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY-605204

T p. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2012


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:

Họ & tên: NGUYỄN CHÍ THÀNH

Giới tính: Nam


Ngày, tháng, năm sinh: 01/12/1984

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Quê quán: Quảng Ngãi

Dân tộc : Kinh

Địa chỉ liên lạc: Số nhà 191/6 Đƣờng Lê Văn Việt – Phƣờng Hiệp Phú –
Quận 9 – Tp.Hồ Chí Minh
Điện thoại liên lạc: 0905597302
Email:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo: năm 2002 - 2007

Nơi học: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
01 – Võ Văn Ngân – P. Linh Chiểu – Q. Thủ Đức – Tp. HCM
Ngành học: Công Nghệ Tự Động
Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế - Chế tạo mô hình khuôn ép nhựa
Ngày bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Tháng 07/2007
Nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Phạm Sơn Minh
2. Cao học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo: năm 2010 - 2012


Nơi học: Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
01 – Võ Văn Ngân – P. Linh Chiểu – Q. Thủ Đức – Tp. HCM
Ngành học: Cơ khí chế tạo máy
3. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh (Trung cấp)

Trang ii


Ngày 10 tháng 10 năm 20012
Nguyễn Chí Thành

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất cứ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2012

Nguyễn Chí Thành

Trang iii


LỜI CẢM ƠN
 
Trong khoảng thời gian 2 năm học tập, nghiên cứu và thực
hiện hoàn thành luận văn tốt nghiệp, bên cạnh sự cố gắng làm
việc hết mình của bản thân thì sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy
cô giảng dạy tại trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật cũng nhƣ anh
em bạn bè , đồng nghiệp đã giúp tôi học hỏi, tích lũy đƣợc những
kinh nghiệm quý báu. Qua thuyết minh này, tôi chân thành cảm

ơn sự giúp đỡ của:
 Thầy hƣớng dẫn TS.Huỳnh Nguyễn Hoàng đã nhiệt tình
giúp đỡ, sữa chữa, góp ý kiến trong quá trình thực hiện.
 Các thầy cô khoa Cơ khí Chế tạo máy, bộ phận Sau đại
học trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
 Tập thể lớp Cao học Chế tạo máy 2010B đã động viên,
giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu.
 Ban giám đốc, chủ quản các bộ phận và anh em thợ, công
nhân công ty TNHH Song Tain Industrial đã giúp đỡ, hổ
trợ trong quá trình thực nghiệm đề tài.
 Thành viên các diễn đàn Meslab, Thegioicadcam, cơ khí,
công nghệ…đã góp ý và chia sẽ dữ liệu.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn. Kính chúc sức
khỏe đến tất cả mọi ngƣời.
TP.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
Trang iv

Ngƣời thực hiện

Nguyễn Chí Thành


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nội dung chính của luận văn thạc sĩ đề tài: 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.
Nghiên cứu này giải quyết vấn đề thay thế phƣơng pháp gia công dập nóng
bằng đúc áp lực trong chế tạo chi tiết cổ xe nữ hợp kim nhôm. Để thực hiện đề
tài nghiên cứu tác giả tiến hành khảo sát, phân tích và thực nghiệm tại công ty
TNHH Song Tain Industrial. Sản phẩm đƣợc chế tạo và kiểm tra kỹ thuật thông

qua các phƣơng pháp: Kiểm tra khối lƣợng bằng cân điện tử, kiểm tra độ cứng
bằng kìm Webster Instrument (Model B), kiểm tra khuyết tật bằng máy siêu âm,
kiểm tra quá trình oxy hóa và kiểm tra độ bền mõi. Kết quả nghiên cứu cho thấy
sản phẩm đạt chất lƣợng theo yêu cầu kỹ thuật. Mặt khác khi sản xuất số lƣợng
sản phẩm đạt cao hơn mức ~25000 mẫu thì phƣơng pháp đúc áp lực tiết kiệm chi
phí hơn nhiều so với khi sử dụng phƣơng pháp dập 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

Trang v


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.

MỤC LỤC
Đề mục
Trang
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ------------------------------------------------------------ i

LÝ LỊCH KHOA HỌC ------------------------------------------------------------------- ii
LỜI CAM ĐOAN ------------------------------------------------------------------------- iii
LỜI CẢM ƠN ------------------------------------------------------------------------------iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN -------------------------------------------------------------------- v
MỤC LỤC ----------------------------------------------------------------------------------vi
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ---------------------------------------------------- x
DANH SÁCH CÁC HÌNH ----------------------------------------------------------------xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG -------------------------------------------------------------- xv
PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Đặt vấn đề ---------------------------------------------------------------------------- 1
1.2. Mục tiêu đề tài ----------------------------------------------------------------------- 2
1.3. Phạm vi nghiên cứu ----------------------------------------------------------------- 2
1.4. Khái quát công việc thực hiện ----------------------------------------------------- 2
1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu ----------------------------------------------------------- 2

Trang vi


PHẦN II. HIỆN TRẠNG KỸ THUẬT
2.1. Hiện trang nghiên cứu và công nghệ trong nƣớc ------------------------------- 3
2.2. Hiện trang nghiên cứu và công nghệ ở nƣớc ngoài----------------------------- 4

PHẦN III. NỘI DUNG
CHƢƠNG I: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH CHI TIẾT ĐƢỢC CHẾ TẠO
BẰNG PHƢƠNG PHÁP DẬP NÓNG
3.1.1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG DẬP NÓNG ---------- 8
3.1.1.1. Khái niệm chung ----------------------------------------------------------- 8
3.1.1.2. Thiết bị dập nóng ---------------------------------------------------------- 9
a) Máy dập nóng ------------------------------------------------------------- 10
b) Thiết bị nung kim loại ---------------------------------------------------- 12

3.1.2. KHẢO SÁT CHI TIẾT CỔ XE NỮ CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG
PHÁP DẬP NÓNG ------------------------------------------------------------- 14
3.1.2.1. Vật liệu chi tiết ----------------------------------------------------------- 14
3.1.2.2. Quy trình dập nóng chi tiết cổ xe nữ hợp kim nhôm A6061------- 14
3.1.2.3. Thiết bị sản xuất --------------------------------------------------------- 15
3.1.2.4. Chế độ nhiệt luyện------------------------------------------------------- 18
3.1.2.5. Kết quả thu đƣợc--------------------------------------------------------- 18
3.1.2.6. Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp ------------------------------------- 18
CHƢƠNG II: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH CHI TIẾT ĐƢỢC CHẾ TẠO
BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐÚC ÁP LỰC
3.2.1. SƠ LƢỢC VỀ SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA
NGÀNH ĐÚC ÁP LỰC ------------------------------------------------------- 20
3.2.2. CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC CAO ------------------------------------------ 22
3.2.2.1. Thế nào là đúc áp lực cao----------------------------------------------- 22
3.2.2.2. Ƣu, nhƣợc điểm của đúc áp lực cao----------------------------------- 22
3.2.2.3. Khuôn đúc áp lực cao --------------------------------------------------- 23

Trang vii


3.2.2.4. Quy trình đúc áp lực cao------------------------------------------------ 24
3.2.2.5. Thiết bị đúc áp lực cao -------------------------------------------------- 26
3.2.2.6. Cơ sở công nghệ tính toán cơ cấu ép và cơ cấu khóa khuôn ------ 32
3.2.3. ẢNH HƢỞNG CỦA ÁP LỰC TỚI QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA
KIM LOẠI ------------------------------------------------------------------------ 38
3.2.4. THỦY ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH ĐIỀN ĐẦY KHUÔN ----------------- 39
3.2.4.1. Nguyên tắc ---------------------------------------------------------------- 39
3.2.4.2. Va đập của dòng nạp lên thành khuôn -------------------------------- 40
3.2.4.3. Điền đầy hốc khuôn ----------------------------------------------------- 43
3.2.4.4. Điều kiện thủy động học của quá trình thoát khí -------------------- 48

3.2.4.5. Tính toán hệ thống rót--------------------------------------------------- 50
3.2.4.6. Tính hệ thống thoát hơi ------------------------------------------------- 58
3.2.5. KHUYẾT TẬT ĐÚC VÀ CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA ----------- 59
3.2.6. KHẢO SÁT CHI TIẾT CỔ XE NỮ CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG
PHÁP ĐÚC ÁP LỰC ----------------------------------------------------------- 61
3.2.3.1. Vật liệu chi tiết ----------------------------------------------------------- 61
3.2.3.2. Xây dựng quy trình đúc áp lực chi tiết cổ xe nữ hợp kim nhôm
A356 ---------------------------------------------------------------------- 63
3.2.3.3. Thiết bị sản xuất cần thiết để đúc áp lực ----------------------------- 64
3.2.3.4. Chế độ nhiệt luyện------------------------------------------------------- 65
3.2.3.5. Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp ------------------------------------- 65
CHƢƠNG III CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM VÀ THÍ NGHIỆM
KIỂM TRA
3.3.1. CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM ----------------------------------- 66
3.3.1.1. Kế hoạch thực hiện và điều kiện cơ sở vật chất thực nghiệm ----- 66
3.3.1.2. Quá trình thực nghiệm -------------------------------------------------- 68
a.

Dựng mẫu sản phẩm 3D từ bản vẽ 2D -------------------------------- 68

b. Tính toán lựa chọn phƣơng án tách khuôn --------------------------- 68
c.

Tách khuôn cho sản phẩm ---------------------------------------------- 69

Trang viii


d. Thiết kế vỏ và các thành phần khác trong khuôn-------------------- 71
e.


Gia công khuôn ---------------------------------------------------------- 73

f.

Đúc thử và điều chỉnh --------------------------------------------------- 73

g.

Cắt bavia và nhiệt luyện xử lý bề mặt -------------------------------- 75

h. Hoàn thiện sản phẩm ---------------------------------------------------- 75
3.3.2. THÍ NGHIỆM KIỂM TRA ----------------------------------------------------- 76
3.3.2.1. Kiểm tra khối lƣợng bằng cân điện tử -------------------------------- 76
3.3.2.2. Kiểm tra độ cứng bằng kìm Webster Instrument (Model B) ------ 77
3.3.2.3. Kiểm tra độ bền mỏi----------------------------------------------------- 78
3.3.2.4. Kiểm tra khuyết tật trên máy siêu âm --------------------------------- 79
3.3.2.5. Kiểm tra quá trình oxy hóa --------------------------------------------- 79
3.3.2.6. Kết quả các thí nghiệm kiểm tra --------------------------------------- 80

CHƢƠNG IV: SO SÁNH PHƢƠNG PHÁP DẬP NÓNG VÀ ĐÚC ÁP LỰC
TRONG CHẾ TẠO CHI TIẾT CỔ XE NỮ HỢP KIM NHÔM
3.4.1.

SO SÁNH QUY TRÌNH SẢN XUẤT-------------------------------- 81

3.4.2.

SO SÁNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT --------------------------------- 83


3.4.3.

SO SÁNH HIỆU QUẢ KINH TẾ ------------------------------------- 83

3.4.4.

KẾT LUẬN -------------------------------------------------------------- 83

PHẦN IV. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
4.1 KẾT LUẬN ------------------------------------------------------------------------- 85
4.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ----------------------------------------------- 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------------------------------------------------------- 86

Trang ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ĐH

: Đại học

CAE

: Computer Aided Engineering

CSIRO

:Commonwealth Scientific & Industrial Research
Organisation


ATM

: Advanced Thixotropic Metallurgy

TNHH

: Trách nhiệm hữu hạn

kg

: kilôgam

mm

: milimet

cm

: centimet

Trang x


m

: met

HB


: độ cứng Brinell

N

: Newton

daN

: deca Newton

0

: Degrees Celsius/ độ C

C

at

: atmotphe kỹ thuật

pa

: Pascal

Mpa

: Mêga pascal

S


: second / giây

J

: Joule / Jun

K

: Kelvin

KVA

: Kilo Volt-Ampere

AMD

: Electric Discharge Machining

HRC

: độ cứng Rockwell C

ml

: mili-lit

DANH MỤC CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 2.1.1.


Máy đúc áp lực ZDC-420PTS,ZTA đƣợc chế tạo bởi Viện
Công Nghệ - Bộ Công Thƣơng ------------------------------------ 3

Hình 2.1.2.

Một số sản phẩm đúc áp lực tại công ty Song Tain ------------- 4

Hình 2.2.1.

Một số sản phẩm từ đúc áp lực tại Đài Loan & Nhật Bản----- 5

Hình 3.0.1.

Chi tiết cổ xe nữ hợp kim nhôm ----------------------------------- 7

Hình 3.1.1.1.

Sơ đồ kết cấu của một bộ khuôn dập nóng (rèn): --------------- 8

Trang xi


Hình 3.1.1.2.

Bộ khuếch đại áp suất---------------------------------------------- 10

Hình 3.1.1.3.

Máy ép trục khuỷu -------------------------------------------------- 10


Hình 3.1.1.4.

Sơ đồ nguyên lý máy búa hơi nƣớc ------------------------------ 11

Hình 3.1.1.5.

Sơ đồ nguyên lý máy ép ma sát kiểu trục vít -------------------- 12

Hình 3.1.1.6.

Lò buồng dùng nhiên liệu rắn ------------------------------------ 13

Hình 3.1.1.7.

Lò buồng liên tục --------------------------------------------------- 13

Hình 3.1.1.8.

Lò điện trở ----------------------------------------------------------- 13

Hình 3.1.2.1.

Khuôn dập cắt phôi ------------------------------------------------ 15

Hình 3.1.2.2.

Khuôn dập nóng ---------------------------------------------------- 15

Hình 3.1.2.3.


Khuôn dập cong bƣớc 1 ------------------------------------------- 15

Hình 3.1.2.4.

Khuôn gấp cong bƣớc 2 ------------------------------------------- 16

Hình 3.1.2.5.

Khuôn dập cắt bazớ (ba via) -------------------------------------- 16

Hình 3.1.2.6.

Khuôn dập phẳng --------------------------------------------------- 16

Hình 3.1.2.7.

Hệ thống sấy cho dập nóng --------------------------------------- 17

Hình 3.1.2.8.

Máy ép thủy lực 500 tấn ------------------------------------------- 17

Hình 3.1.2.9.

Máy dập trục khuỷu 20 tấn ---------------------------------------- 17

Hình 3.1.2.10.

Lò nhiệt luyện ------------------------------------------------------- 18


Hình 3.2.1.1.

Sơ đồ nguyên lý của máy đúc áp lực Sturgiss năm 1849------ 20

Hình 3.2.1.2.

Máy đúc áp lực Dusenbery năm 1877 --------------------------- 21

Hình 3.2.1.3.

Sơ đồ máy đúc áp lực của công ty H.H Franking chế tạo năm
1904 ------------------------------------------------------------------ 21

Hình 3.2.2.1.

Nguyên lý tạo vật đúc ---------------------------------------------- 22

Hình 3.2.2.2.

Kết cấu bộ khuôn đúc áp lực cao--------------------------------- 23

Hình 3.2.2.3.

Mô hình khuôn đúc áp lực nằm ngang -------------------------- 24

Hình 3.2.2.4.

Các giai đoạn đúc áp lực ------------------------------------------ 25


Hình 3.2.2.5.

Thay đổi của tốc độ và áp suất trong buồng ép ---------------- 25

Hình 3.2.2.6.

Sơ đồ nguyên lý chung của máy đúc áp lực--------------------- 26

Hình 3.2.2.7.

Một số kiểu ép buồn nguội ---------------------------------------- 27

Hình 3.2.2.8.

Máy đúc áp lực buồng ép nguội của hãng SINATEK --------- 28

Trang xii


Hình 3.2.2.9.

Nguyên lý máy đúc áp lực có buồng ép nguội nằm ngang ---- 29

Hình 3.2.2.10.

Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy đúc áp lực buồng nguội - 29

Hình 3.2.2.11.

Nguyên lý máy đúc áp lực buồng ép nóng ---------------------- 30


Hình 3.2.2.12.

Sơ đồ nguyên lý máy đúc áp lực buồng ép nóng --------------- 31

Hình 3.2.2.13.

Máy đúc áp lực buồng ép nóng của hãng SIMHOPE chuyên
đúc kẽm -------------------------------------------------------------- 31

Hình 3.2.2.14.

Cơ cấu ép buồng nằm ngang một xilanh ------------------------ 32

Hình 3.2.2.15.

Sơ đồ cơ cấu ép và áp lực ép ------------------------------------- 34

Hình 3.2.2.16.

Cơ cấu khóa khuôn kiểu cánh tay đòn của máy đúc buồng ép
ngang ----------------------------------------------------------------- 35

Hình 3.2.2.17.

Giản đồ xác định giá trị ∑F phụ thuộc vào áp suất Pn và
đƣờng kính xilanh ép Dn ------------------------------------------- 36

Hình 3.2.3.1.


Quan hệ phụ thuộc của hệ số thấm vào nhiệt độ vùng 2 pha
hợp kim nhôm. ------------------------------------------------------ 37

Hình 3.2.4.3.1.

Sơ đồ dòng phân tán trong hốc khuôn --------------------------- 43

Hình 3.2.4.3.2.

Sơ đồ điền đầy khuôn có chế độ dòng phân tán và chảy rối-- 44

Hình 3.2.4.3.3.

Thay đổi kết cấu vật đúc để tạo dòng ép thuận lợi------------- 47

Hình 3.2.4.3.4.

Khuôn có rãnh dẫn chiều dày thay đổi đƣợc ------------------- 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.

Hệ thống rót trong máy đúc buồng ép thẳng đứng a) và
buồng ép nằm ngang b) -------------------------------------------- 54

Hình 3.2.4.4.2.


Hệ thống rót trực tiếp không có rãnh dẫn a) và b); có rãnh
dẫn c) ----------------------------------------------------------------- 54

Hình 3.2.4.4.3.

Hệ thống rót kiểu ngoài-------------------------------------------- 55

Hình 3.2.4.4.4.

Hệ thống rót cho vật đúc có cấu tạo hình dáng khác nhau --- 55

Hình 3.2.6.1.1.

Biểu đồ biểu diễn các hợp kim sử dụng trong đúc áp lực ----- 61

Hình 3.2.6.1.2.

Phôi nhôm thỏi ------------------------------------------------------ 62

Hình 3.2.6.3.1.

Lò nấu nhôm sử dụng năng lƣợng điện ------------------------- 64

Hình 3.2.6.3.2.

Máy đúc áp lực ----------------------------------------------------- 64

Trang xiii



Hình 3.2.6.3.3.

Lò nhiệt luyện nhôm------------------------------------------------ 64

Hình 3.3.1.2.1.

Hình 3D mẫu sản phẩm cổ xe nữ--------------------------------- 68

Hình 3.3.1.2.2.

Mẫu bố trí đƣờng liệu và rãnh thoát khí ------------------------ 69

Hình 3.3.1.2.3.

Mẫu bố trí các mặt phân khuôn ---------------------------------- 69

Hình 3.3.1.2.4.

Lõi khuôn cố định -------------------------------------------------- 70

Hình 3.3.1.2.5.

Lõi khuôn di động -------------------------------------------------- 70

Hình 3.3.1.2.6.

Con trƣợt 01 --------------------------------------------------------- 70

Hình 3.3.1.2.7.


2 con trƣợt bên ------------------------------------------------------ 70

Hình 3.3.1.2.8.

Hình ghép nữa khuôn dƣới ---------------------------------------- 70

Hình 3.3.1.2.9.

Vỏ khuôn cố định --------------------------------------------------- 71

Hình 3.3.1.2.10. Vỏ khuôn di động --------------------------------------------------- 71
Hình 3.3.1.2.11. Tấm giữ -------------------------------------------------------------- 71
Hình 3.3.1.2.12. Tấm đẩy -------------------------------------------------------------- 71
Hình 3.3.1.2.13. Gối kẹp --------------------------------------------------------------- 71
Hình 3.3.1.2.14. Ray trƣợt con trƣợt ------------------------------------------------- 71
Hình 3.3.1.2.15. Gù--------------------------------------------------------------------- 72
Hình 3.3.1.2.16. Pét -------------------------------------------------------------------- 72
Hình 3.3.1.2.17. Các loại cốt dẫn ---------------------------------------------------- 72
Hình 3.3.1.2.18. Các loại ty lói (đẩy) ------------------------------------------------ 72
Hình 3.3.1.2.19. Thiết kế mô hình 3D bộ khuôn đúc áp lực ---------------------- 72
Hình 3.3.1.2.20. Phần khuôn cố định ------------------------------------------------ 73
Hình 3.3.1.2.21. Phần khuôn di động ------------------------------------------------ 73
Hình 3.3.1.2.22. Giãn đồ thể hiện vận tốc đầu tống (pittong) theo quãng
đƣờng đi khi đóng khuôn ------------------------------------------ 74
Hình 3.3.1.2.23. Mẫu đúc sản phẩm ------------------------------------------------- 75
Hình 3.3.1.2.24. Sản phẩm qua các khâu xử lý hậu đúc -------------------------- 75
Hình 3.3.2.1.1.

Cân mẫu trên cân điện tử ----------------------------------------- 76


Hình 3.3.2.2.1.

Kiềm Webster Instrument (Model B) ---------------------------- 77

Hình 3.3.2.3.1.

Máy kiểm tra độ bền mỏi ------------------------------------------ 78

Trang xiv


Hình 3.3.2.4.1.

Kiểm tra bằng phƣơng pháp siêu âm ---------------------------- 79

Hình 3.3.2.5.1.

Buồng phun sƣơng muối ------------------------------------------- 80

Hình 3.3.4.1.

Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa chi phí sản xuất và số
lƣợng sản phẩm ----------------------------------------------------- 84

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang xv


BẢNG
TRANG

Bảng 2.1.1.

Đặt trƣng kỹ thuật của máy đúc áp lực ZDC-420PTS,ZTA ---- 3

Bảng 3.1.1.

Giá trị f và p của một số kim loại trong công thức (3.11) ---- 37

Bảng 3.2.1.

Tốc độ tới hạn của một số hợp kim theo công thức 3.2.1 ----- 41

Bảng 3.2.2.

Các hằng số thực nghiệm của công thức (3.8) ----------------- 42

Bảng 3.2.3.

Giá trị thời gian ép với những hợp kim khác nhau ------------ 46

Bảng 3.2.4.

Tốc độ nạp đối với các vật đúc bằng hợp kim khác nhau, hình
dạng khác nhau ----------------------------------------------------- 50

Bảng 3.2.5.

Giá trị các hệ số của công thức 3.38 và 3.39 ------------------- 53

Bảng 3.2.6.


Hệ số K đối với các hợp kim khác nhau theo công thức 3.41 56

Bảng 3.2.7.

Các giá trị hệ số K của công thức 3.42-------------------------- 57

Bảng 3.2.8.

Chiều dày rãnh hơi trên hốc khuôn ------------------------------ 58

Bảng 3.2.9.

Khối lƣợng riêng của không khí phụ thuộc nhiệt độ----------- 59

Bảng 3.2.10.

Tính chất vật lý của hợp kim nhôm ------------------------------ 62

Trang xvi


PHẦN I.

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1. Đặt vấn đề
Thế kỉ 21, Việt Nam đã và đang hội nhập mạnh mẽ với nền kinh tế thế giới
kéo theo sự thay đổi, phát triển của nhiều ngành, nhiều lĩnh vực trong đó có ngành
Cơ khí chế tạo. Với nhu cầu ngày càng cao của con ngƣời, thì việc tìm ra các quy

trình sản xuất mới có khả năng rút ngắn thời gian, giảm chi phí sản xuất nhƣng
vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật luôn là vấn đề đặt ra cho các nhà sản xuất.
Có nhiều phƣơng pháp gia công và quy trình sản xuất khác nhau để tạo ra một
sản phẩm cơ khí. Tuy nhiên làm sao để đƣa phƣơng pháp gia công đó vào trong
sản xuất hàng loạt, hàng khối, mang lại hiệu quả kinh tế và tính cạnh tranh cao
chính là vấn đề cần quan tâm nghiên cứu hiện nay.
Đúc áp lực và dập nóng là hai phƣơng pháp gia công đƣợc sử dụng trong sản
xuất hàng loạt, hàng khối. Hai phƣơng pháp này tạo hình sản phẩm thông qua
khuôn đúc (khuôn ép) và lực nén của máy ép thủy lực, máy ép trục khuỷu, máy
búa…. Với mỗi phƣơng pháp ta có quy trình xử lý, thiết bị sản xuất, vật
liệu…riêng biệt. Tuy nhiên vẫn có thể thay thế giữa hai phƣơng pháp này trong
những điều kiện thích hợp.
Công ty TNHH Song Tain Industrial có trụ sở tại Khu Công Nghiệp SÓNG
THẦN II là công ty chuyên sản xuất linh kiện làm bằng vật liệu hợp kim nhôm,
kẽm cho xe đạp và xe máy. Các sản phẩm ở đây đƣợc chế tạo chủ yếu bằng hai
phƣơng pháp là đúc áp lực và dập (dập nóng , dập nguội). Chi tiết “ Cổ xe nữ ”
vật liệu hợp kim nhôm A6061 cho xe đạp đã đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp dập
nóng tại công ty từ năm 2008. Hiện nay do nhu cầu khách hàng tăng cao với các
đơn đặt hàng từ các cơ sở trong nƣớc, với phƣơng pháp dập nóng nhƣ hiện tại thì
năng suất rất thấp, cộng với khi tăng số lƣợng thì chi phí cho sản xuất nâng cao
làm giảm hiệu quả kinh tế. Công ty có nhu cầu xây dựng quy trình công nghệ gia
công mới cho chi tiết này dựa trên phƣơng pháp đúc áp lực và vật liệu là hợp kim
nhôm A356 với mục đích tăng năng suất, giảm chi phí khi sản xuất số lƣợng lớn
đem lại hiệu quả kinh tế cao mà vẫn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.

Trang 1


Từ nhu cầu thực tiễn sản xuất tại công ty Song Tain và nhu cầu của bản thân
tôi đã chọn đề tài “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” để làm
luận văn tốt nghiệp cao học của mình.
Đề tại đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng
và sự hổ trợ về mặt thiết bị kỹ thuật của công ty TNHH Song Tain Industrial.
1.2. Mục tiêu đề tài
+ Xây dựng thành công quy trình sản xuất hàng loạt cho chi tiết “Cổ xe
nữ” hợp kim nhôm (A356) bằng phƣơng pháp đúc áp lực nhằm nâng
cao năng suất sản xuất, tăng hiệu quả kinh tế.
+ Áp dụng vào sản xuất, chế tạo ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lƣợng.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài đƣợc thực nghiệm tại công ty TNHH Song Tain Industrial, nên các
thông số, dữ liệu thực nghiệm dựa trên máy móc thiết bị của công ty hiện có. Các
thí nghiệm kiểm tra đƣợc thực hiện tại công ty Song Tain, trung tâm công nghệ
cao trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật và Trung tâm Kiểm định và Huấn luyện An
toàn Lao động Tp. Hồ Chí Minh.
1.4. Khái quát công việc thực hiện
 Khảo sát, phân tích chi tiết đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp dập nóng.
 Khảo sát, phân tích chi tiết đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp đúc áp lực.
 Chế tạo thực nghiệm và làm các thí nghiệm kiểm định chất lƣợng.
 Phân tích, so sánh, kết luận đề tài nghiên cứu.
1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài, có hai phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc đƣa ra:
+ Phân tích, tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết.
+ Thực nghiệm, xử lý số liệu tại công ty Song Tain Industrial và cơ sở
kiểm định.

Trang 2


PHẦN II.


HIỆN TRẠNG KỸ THUẬT

2.1. Hiện trang nghiên cứu và công nghệ trong nƣớc
Tình hình nghiên cứu về đúc áp lực ở Việt Nam mấy năm gần đây có nhiều
bƣớc phát triển. Viện Công Nghệ - Bộ Công Thƣơng đã chế tạo đƣợc máy đúc áp
lực và cải tiến, phát triển các bộ phận của máy. Bên cạnh đó Viện cũng có nhiều
đề tài nghiên cứu các vấn đề liên quan nhƣ vật liệu đúc, vật liệu làm khuôn, ứng
cụng CAE để tối ƣu hóa…

Hình 2.1.1. Máy đúc áp lực ZDC420PTS,ZTA đƣợc chế tạo bởi Viện
Công Nghệ - Bộ Công Thƣơng.

Bảng 2.1.1: Đặt trƣng kỹ thuật của máy đúc áp lực ZDC-420PTS,ZTA
TT
1

Đặc trƣng kỹ thuật
Lực khóa khuôn

420 Tấn

2

Kích thƣớc bao của
khuôn

3

Chiều cao khuôn


4

Kích thƣớc Piston bắn

Đơn vị

Φ 60

Φ70

Φ 80

Áp suất bắn

kg/cm3

983

722

553

Diện tích đúc

cm3

427

580


760

Trọng lƣợng tổng

kg

2,83

3,86

5,05

5

1000 x 1000 mm
300 ÷ 750 mm

Các trƣờng đại học cũng đã đầu tƣ máy móc nghiên cứu nhƣ trƣờng ĐH Bách
Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, trƣờng ĐH Bách Khoa Đà Nẵng, trƣờng ĐH Bách
Khoa Hà Nội... đã có một số nghiên cứu đƣợc đăng trên các tạp chí Khoa học và
Công nghệ . Tuy nhiên với năng lực và điều kiện còn hạn chế nên đúc áp lực ở
Trang 3


nƣớc ta vẫn còn kém xa các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣ Đức, Mỹ, Nhật, Hàn
Quốc… Hiện tại có nhiều tập đoàn, công ty nƣớc ngoài đầu tƣ vào lĩnh vực này ở
Việt Nam với quy mô tầm trung. Tại các khu công nghiệp Đồng An, Sóng Thần,
VSIP…của Bình Dƣơng có rất nhiều công ty của Đài Loan, Hàn Quốc, Nhật Bản
đầu tƣ sản xuất sản phẩm cơ khí, gia dụng bằng đúc áp lực.

Công nghệ đúc áp lực cao tại Việt Nam đang dần đƣợc cải thiện, các sản
phẩm của đúc áp lực ngày càng đa dạng hơn. Nhƣng nhìn chung công nghệ đúc
áp lực ở các cơ sở sản xuất đều có hiệu quả làm việc không cao thể hiện là lƣợng
phế phẩm và nguyên công xử lý sau đúc còn nhiều. Nguyên nhân chính của thực
trạng này là: sử dụng thiết bị đã qua sử dụng ở nƣớc ngoài, chất lƣợng khuôn đúc
và vật liệu kim loại đúc chƣa đủ tốt, sử dụng hạn chế CAE trong thiết kế, chế tạo.

Hình 2.1.2. Một số sản phẩm đúc áp lực tại công ty Song Tain
2.2. Hiện trang nghiên cứu và công nghệ ở nƣớc ngoài
Trên thế giới việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo trong lĩnh vực đúc áp lực đã
đƣợc quan tâm nghiên cứu ứng dụng từ rất lâu. Hiện nay với sự phát triển chung
của khoa học kỹ thuật thì đúc áp lực đƣợc nâng lên một tầm cao mới. Các nghiên
cứu về quy trình công nghệ, nghiên cứu về vật liệu và đặc biệt là nghiên cứu dự
đoán, mô tả quá trình thực hiện một cách chính xác (CAE) luôn đƣợc cải tiến.
Ngành công nghiệp ô tô, xe máy, đóng tàu, chế tạo máy bay là những ngành
đầu tƣ rất mạnh cho nghiên cứu đúc và dập. Với nhu cầu ngày càng cao về chất

Trang 4


lƣợng, số lƣợng và tính thẩm mỹ cao, sản phẩm từ đúc và dập của các ngành này
luôn đƣợc cải tiến.

Hình 2.2.1. Một số sản phẩm từ đúc áp lực tại Đài Loan & Nhật Bản
Năm 2004 cơ quan Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Thịnh vƣợng chung
(Commonwealth Scientific & Industrial Research Organisation, viết tắt là CSIRO)
ra thông cáo báo chí: Các nhà nghiên cứu Australia nghiên cứu nhiều năm trong
lĩnh vực luyện kim đã tạo ra một phát minh đáng ngạc nhiên, có thể làm thay đổi
Trang 5



phƣơng thức tạo hình kim loại trên thế giới. Công nghệ đúc luyện kim Sol-Gel
Thuận nghịch Tiên tiến (tính chất của một số gel hóa lỏng, khi chịu các lực dao
động nhƣ sóng siêu âm hoặc thậm chí chỉ lắc và sau đó rắn trở lại khi đứng yên),
tên tiếng Anh là Advanced Thixotropic Metallurgy - ATM
Công nghệ ATM đặc biệt phù hợp với hợp kim nhôm hoặc magiê, có chi phí
thấp, đồng thời đạt chất lƣợng cao trong nhiều ứng dụng chế tạo sản phẩm, từ các
chi tiết của ôtô, đến vỏ điện thoại di động, máy tính xách tay và camera.
Công nghệ ATM của CSIRO có các ƣu điểm sau:
+ Giảm diện tích thiết kế, dẫn đến khả năng sử dụng thiết bị nhỏ hơn thiết bị
đúc áp lực thông thƣờng hoặc có thể tạo nhiều hốc khuôn ép hơn trên một
khuôn;
+ Chu trình thời gian chế tạo ngắn hơn, dẫn đến cải thiện năng suất thiết bị;
+ Vi cấu trúc tinh hơn (dẫn đến độ bền gia tăng);
+ Có khả năng thiết kế lại các chi tiết có mặt cắt mỏng hơn, dẫn đến giảm
trọng lƣợng/chi phí;
+ Mở rộng giới hạn thiết kế các chi tiết vƣợt ngoài tầm của thiết bị đúc áp lực
thông thƣờng;
+ Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lƣợng.

Trang 6


NỘI DUNG

PHẦN III.

Chi tiết cổ xe nữ hợp kim nhôm (mã số: ST-150211) là một bộ phận thành
phần trong chiếc xe đạp dáng nữ. Chi tiết này nối hai thành phần là tay lái và cọc
lái giúp ngƣời sử dụng điều khiển hƣớng đi của xe.


Hình 3.0.1. Chi tiết cổ xe nữ hợp kim nhôm
 Phạm vi áp dụng:
Sản phẩm cổ xe nử dùng cho các mẫu xe đạp dáng nữ thông thƣờng và xe đạp
xếp Leisure do công ty TNHH SONG TAIN INDUSTRIAL VIỆT NAM sản xuất,
để sử dụng/ phục vụ cho dân dụng.
 Yêu cầu kỹ thuật
+ Vật liệu: hợp kim nhôm.
+ Khối lƣợng: 0,1 ~ 0,15 kg.
+ Độ cứng : 15 ~ 18 HB.
+ Chịu đƣợc lực giật (kéo) 300N trong khoảng 10000 ÷ 25000 lần.
+ Sản phẩm phải đảm bảo an toàn, không bị biến dạng, phù hợp thiết kế.
+ Sản phẩm không bị rổ, không có bọt khí, không ten rĩ.
+ Phải làm sạch bavia, làm cùn cạnh sắt, rìa thừa.
+ Cổ xe phải đảm bảo vừa khít cọc lái, các lỗ bắt đai ốc phải phù hợp với
loại đai ốc.
+ Sản phẩm xuất xƣởng đƣợc lấy mẫu kiểm bằng 2% lô hàng. Nếu có một
mẫu không đạt thì lấy mẫu khác kiểm tra lại, kết quả lần 2 là kết quả
cuối cùng.
Trang 7


Chƣơng I

KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH CHI TIẾT ĐƢỢC CHẾ
TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP DẬP NÓNG

3.1.1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG DẬP NÓNG
3.1.1.1. Khái niệm chung
Dập nóng thuộc nhóm gia công biến dạng - một trong những phƣơng pháp cơ

bản để chế tạo các chi tiết máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phƣơng
pháp đúc hoặc gia công cắt gọt. Gia công biến dạng thực hiện bằng cách dùng
ngoại lực tác dụng lên kim loại ở thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại đạt đến
quá giới hạn đàn hồi, kết quả sẽ làm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà
không phá huỷ tính liên tục và độ bền của chúng.
Đặc điểm của gia công biến dạng là kim loại gia công ở thể rắn, sau khi gia
công không những thay đổi hình dáng, kích thƣớc mà còn thay đổi cả cơ, lý, hoá
tính của kim loại nhƣ kim loại mịn chặt hơn, hạt đồng đều, khử các khuyết tật (rỗ
khí, rỗ co v.v ...) do đúc gây nên, nâng cao cơ tính và tuổi bền của chi tiết v.v ...
Gia công biến dạng cho năng suất cao vì có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá
cao.
Hình 3.1.1.1. Sơ đồ kết cấu của
một bộ khuôn dập nóng (rèn):
Khuôn trên (1); rãnh chứa ba-via
(2); khuôn dƣới (3); chuôi đuôi én (4);
lòng khuôn (5); cửa ba-via (6)
Dập nóng là phƣơng pháp gia công áp lực trong đó kim loại biến dạng trong
một không gian hạn chế bởi bề mặt lòng khuôn. Quá trình biến dạng của phôi
trong lòng khuôn phân thành 3 giai đoạn:

Trang 8