Ti liệu về thiết kế khuôn

Kích cỡ buồng ép v số lỗ khuôn l những nhân tố cần quan tâm, đặc biệt l đối với các nh
sản xuất sử dụng máy ép đồng bộ; điều chủ yếu ở hai nhân tố ny l năng xuất đợc quyết định
trớc. Trong máy ép đồng bộ, tốc độ ram lớn nhất l một giá trị cố định đợc quyết định bởi đầu ra
gallon/phút của bơm vo xylanh thuỷ lực. Nói chung, đối với kiểu máy ép ny thí tốc độ ram
khoảng 30

mỗi phút. Phần lớn các máy ép có nhiều tốc độ ram khác nhau

a

c
d
bHình1: Bản vẽ biểu thị các số liên quan đến tính toán lực ép khối khuôn, sử dụng công thức sau:
P1= P (A-D)
(C-D)
Trong đó:
A = Diện tích mặt khuôn hoặc diện tích i.d của tấm đệm.
B = Diện tích lỗ khuôn
C = Diện tích tiếp xúc của tấm đệm phụ
D = Diện tích lỗ đệm khuôn
P1 = áp lực đùn ép (psi)
Lực ép khối khuôn (lớn nhất 165,000 psi)
Chú ý: Container, lực ép tối đa 45,000 psi; các tấm lót (trên vòng kẹp khuôn) lực ép tối đa 75,000
psi.
Tỉ số truyền đợc xác định bởi diện tích mặt cắt ngang của container (buồng chứa) chia cho tổng
diện tích mặt cắt ngang của các lỗ khuôn. Công thức dới đây chứng minh hiệu quả trực tiếp của tỉ

Lắp ráp dụng cụ khuôn cơ bản đợc chỉ ra ở hình 2.

Trang
2 tool carrier
die
die ring
sub-bolster
bolster
backer
Hình 2: Một bộ lắp ráp khuôn điển hình
Các bộ phận bao gồm khuôn, khuôn phụ v đi kèm l áo khuôn, đệm khuôn v đệm phụ.Các
bộ phận ny đợc lắp vo một bộ phận gọi l bộ phận chứa dụng cụ (tool carrier), hoặc l container.
Một cửa trợt đóng giữ việc lắp đặt bảo vệ khỏi lực của máy ép. Khuôn phụ v đệm khuôn giúp
Trang
3
phân bổ áp lực đồng đều v hỗ trợ khuôn. Một số khuôn dùng cho đùn ép hình dạng nhôm đợc chỉ
ra ở hình 2a.(tham khảo ti liệu tiếng anh)
Container- Đây l một xylanh thép, có một tấm đệm lót có thể thay chuyển đợc. Container có

quyết định kích thớc bên trong của các thanh đùn ép rỗng. Khuôn quyết định kích thớc bên
ngoi.
Khi một lõi trục tách biệt khỏi khuôn nhng nó cố định với phần cuối của stem, thì nó đợc mang
thuật ngữ kiểu Đức. Nó hoặc l đi qua một billet rỗng hoặc l khoan thủng lỗ qua một billet đặc.
Trang
4
Khi mandrel không cố định thì nó đợc gọi l kiểu Pháp. Một mandrel nh thế đợc đặt trong một
khe rãnh trong dummy block (chy ép) v tâm của nó trong khuôn khi kim loại chảy dới áp lực.
Các billet rỗng đợc sử dụng khi trục lõi không cố định đợc dùng. Cả hai loại cố định v không cố
định nói chung đợc sử dụng với lắp ráp máy ép.
Các khuôn Spider, Porthole, Bridge: Các khuôn ny đều có lỗ trục nh một phần đồng bộ của
khuôn. Các thanh rỗng hoặc bán rỗng đợc chế tạo từ các khuôn ny có một hoặc nhiều mối hn
hoặc các đờng hn dọc. Điều ny do có thực tế l kim loại chảy xung quanh các trụ lõi v hn với
nhau bên trong khoang hn trớc khi qua khuôn. Những khuôn ny phù hợp với các hình dạng rỗng
hoặc bán rỗng.
Khuôn Spider bao gồm một khuôn đùn ép có hình dạng đờng nét cụ thể, đợc gắn với một kết cấu
spider thép đỡ một lõi trục kéo di qua khuôn.
Khuôn Porthole tơng tự nh khuôn Spider, chỉ khác l khuôn Spider đợc thay thế bằng một đĩa
đợc khoan m có một vi lỗ chạy qua nó.
Khuôn Bridge có một phần giống nh chiếc cầu đợc bắt chặt vo phía sau khuôn v ở đây gắn lỗ
trục (mandrel) ngắn. Mặt khuôn trũng vo để tạo hốc hn.
Thuật ngữ khuôn
Để thuận tiện cho ngời đọc, thuật ngữ cơ bản đợc sử dụng trong thiết kế khuôn v chế tạo khuôn
đợc định nghĩa trong các đoạn dới đây. Các thuật ngữ ny v thuật ngữ đùn ép nhôm khác sẽ
đợc tìm thấy trong từ điển thuật ngữ khác.
Back Taper (côn ngợc): L phần cấu trúc bên trong của khuôn bắt đầu từ điểm rời v rẽ góc về
phía sau của khuôn khoảng từ 1,5
0
đến 10
0,


Bố trí v thiết kế khuôn
Trớc tiên cần thiết lập kích cỡ container v số lỗ khuôn cho việc đùn ép một thanh trớc khi thiết
kế khuôn. Bớc tiếp theo l phải phác thảo trên giấy, trình by ra (1) độ co (2) sự giảm độ kéo (độ
co l kết quả từ việc kéo căng hoặc kéo thẳng các thanh ép) v (3) Bearing.
Sau đó bản vẽ đợc chuyển tới xởng máy nơi m mẫu khuôn đợc chế tạo bằng thép hoặc nhôm có
độ dy khoảng 1/8. Thanh đợc vạch giới hạn cả trớc v sau trên một khoảng trống khuôn tiêu
chuẩn. Những khoảng trống có độ dy tơng đơng bằng khoảng 1/5 đờng kính của chúng, nhng
thay đổi đáng kể với khối lợng máy ép. Các khoảng trống thờng có cỡ tiêu chuẩn, để lm khớp
với giá kẹp khuôn tiêu chuẩn. Bản thân khuôn có thể l 1 inch hoặc dy hơn thế v đợc lm bằng
thép đợc rèn, gia công xử lý nóng. Thanh lớn nhất m có thể đợc chế tạo trên một khuôn cụ thể
phải khớp trong đờng tròn ngoại tiếp có đờng kính không lớn hơn đờng kính đợc nêu trong
Bảng 2 hoặc 80% của i.d. của container.
Bảng 2: Sử dụng đờng kính đờng tròn ngoại tiếp của các thanh để quyết định khuôn v kích cỡ
container tối thiểu.
Các đờng kính khuôn tối thiểu
Đờng kính
đờng tròn thanh
lớn nhất
4 5 6 8 10
Các khuôn lỗ đơn 2 3 3
1
/
2
4
7
/

Hợp kim cứng 3
1
/
2
4
1
/
2
5
1
/
2
6
1
/
2
7
1
/
2Mặc dầu các bớc thay đổi với các xởng khác nhau, nói chung vận hnh máy đầu tiên phải cắt bớt
phần giảm ở phía sau, thờng với một độ mi côn cuối. Sau đó, khoảng trống đợc lật, đợc khoan
ở các góc, v hình dạng đợc ca trên một ca dây. Lỗ khuôn đợc gia công gọt giũa tạo hình dạng
của khuôn. Tiếp đó l sự chỉnh sửa cuối cùng bằng tay v lắp ráp khuôn, với xử lý nhiệt v đánh
bóng l những công đoạn cuối cùng.

Xử lý Bearing
Những điều chỉnh hợp lý đối với khuôn nhằm chỉnh sửa hoặc thay đổi các tỉ lệ dòng chảy kim loại

thắt để lm chậm dòng chảy kim loại (hình trái); lỗ khuôn giảm để lm tăng nhanh dòng chảy kim
loại (hình bên phải). Góc cắt dới (undercut) của côn ngợc (back taper) đợc quyết định bởi góc
cắt mi- 1
1
/
2
o
, 3
0
hoặc 5
0
l phổ biến. Sự chỉnh sửa, chẳng hạn nh tốc độ (giảm) đợc chỉ ra ở hình
phải, hiếm khi đợc kết hợp trong một khuôn mới, nhng đợc thêm vo khi cần thiết để kiểm soát
dòng chảy kim loại.
Nếu ngời thiết kế muốn giải quyết khó khăn trong việc xử lý lm đầy các góc nhọn hoặc hon tất
các thanh mỏmg, Bearing có thể đợc thắt một góc khoảng 3
1
/
2
0
. Điều ny lm chậm dòng chảy kim
loại v lm đầy lỗ khuôn. Việc tăng góc lên tới 7
0
ở phía sau hoặc hoặc phía thoát của Bearing l để
tăng vận tốc của dòng chảy kim loại.
ảnh hởng của Bearing lên dòng chảy đợc miêu tả đầy đủ hơn ở trang 21.
Thiết lập độ di Bearing
Độ di Bearing di hay ngắn đợc sử dụng nh một phơng tiện điều chỉnh dòng chảy kim loại. Sự
đa dạng khác nhau về độ di Bearing có thể đợc tìm thấy trong mỗi khuôn. Ví dụ nh, nếu các
cạnh kề của một thanh có các độ dy khác nhau, thì một độ di bearing xấp xỉ tơng đơng hoặc

3/32 đợc thiết lập cho độ dy vách 0.125 tại 2; nếu vách 0.125 ny ở tại trung tâm thì nó sẽ
cần một Bearing 7/32. Vì 0.250 l gấp đôi 0.125, 7/16 (gấp đôi l 7/32) đợc yêu cầu cho tâm
khuôn nơi có vách l 0.250.
Một ngoại trừ đối với nguyên tắc ny liên quan đến các thanh m bị Toe hoặc Wing nh ở hình
4.

Các đầu (Tip) của các cạnh (Leg) lõm vo cần các Bearing ngắn nhất. Điều ny do độ lệch dẫn tới
mút chìa (Cantilever). Mút chìa ny tạo ra một vấu hoặc độ thắt tại Bearing.
Một ví dụ điển hình của một khuôn đùn ép cho một thanh đợc yêu cầu có độ dy vách khác nhau
đợc chỉ ra ở hình 5. Hình 4 Hình 5
Hình 4: Ví dụ về độ di Bearing trên thanh m có Wings in
Hình 5: Thiết lập độ di Bearing cho một thanh có độ di khác nhau.
Ngời thiết kế khuôn đã gửi một con số 3/32 nh l chiều di Bearing tại điểm xa nhất tính từ tâm
(2
1
/
2
), nơi có độ dy thanh l 0.125
Bằng cách tăng độ di Bearing 1/32 cho mỗi 1/2 gần tâm, bearing đợc tăng tơng ứng l 5/32
cho inch đầu tiên. Tại điểm ny, độ di thanh thay đổi bất ngờ tới 0.250 nơi m cần sự hỗn hợp
côn. Các nh thiết kế phải tăng độ di theo tỉ lệ cân xứng v thêm 30% để kiểm soát phần lồi hợp
lý(Nose?). Do đó, thanh 0.250 phù hợp với chiều di bearing 13/32, tăng tới 15/32 chỉ trớc khi
có sự thay đổi thanh tiếp theo. ở đây, một sự kết hợp góc côn (taper blend) khác l cần thiết vì chiều
di bearing với độ dy 0.750 đợc tăng tới 1-13/10; sự kết hợp góc côn ny đa ra một bearing
cân xứng giữa độ dy thanh 0.250 v 0.750, cộng thêm 30%. Từ điểm ny, chiếu từ tâm, do đó
bearing giảm 1/32 mỗi 1/2 tới khoảng 1-11/16. Bởi vì cạnh ngắn của L giữ nguyên tính từ tâm
trung tâm v không có thay đổi no về thanh nên độ di bearing ở đây cố định 1-11/16

Trang
8
Trang
9
Sự khác biệt nhỏ
nhất của các
bearing kề nhau
0.250 0.375 0.500 1.000 Nếu lợng góc côn (taper) nhỏ hơn 1/32 thì nói chung bearing không côn nữa.
Nói chung, một Bearing không nên côn nếu số độ côn nhỏ hơn 1/2 độ dy vách liên quan. Một
ngoại lệ l hỗ cuối (đầu) một cạnh phải đợc giảm.
Một cạnh hoặc một vách phải có độ dy đồng nhất hoặc có thể đợc côn, nhng để có một Bearing
đợc côn thì ít nhất nó phải di 1/4 v di gấp 4 lần độ rộng, tại vị trí mỏng nhất. Điều ny tính
toán một Bearing tại một điểm gấp 4 lần độ rộng cuối tính từ điểm cuối, nếu gấp 4 lần độ rộng cuối
ít nhất l 1/2 v nhỏ hơn tổng chiều di cạnh (Leg-chân, cạnh).
Khi quyết định độ dy trung bình phần cuối (đầu) của cạnh (m có một Bearing đợc côn), thì yếu
tố cuối (đầu) 4/5 có thể đợc sử dụng.
Chỗ nhô ra (Projection- Chỗ nhô ra; Hình chiếu) đợc tính toán độc lập cần có dộ di ít nhất 3/32
v di hơn chiều rộng của nó. Độ di ny đợc đo từ đờng tách chứ không phải đợc đo từ phần
chính.
Bearing ở chỗ giao nhau của hai bức vách trở lên cần bằng hoặc lớn hơn hơn các Bearing kề. Một
thực tế nói chung l Bearing nhỏ nhất nên nhỏ hơn 1/16; một số nơi thì lấy l 1/32 v đa ra một
vi chỉ số dới đây đợc coi l chỉ số trung bình điển hình trong việc kiểm soát các định cỡ tại các
Bearing có chiều di khác nhau.
Các định cỡ 1/32 trên các Bearing từ 1/32 tới 1
Các định cỡ 1/16 trên các Bearing từ 1 tới 3
Các định cỡ 1/8 trên các Bearing từ 3 trở lên.
Lỗ
Hình 7: Khuôn đùn ép nhôm có cả phần thắt v giảm (hình trái) v đôi khi đợc gọi l Bearing
vơng miện. Hình phải l một lỗ điển hình cho đùn ép.
Bố trí các thanh
Bố trí một lỗ đơn thì đơn giản. Thực chất l đặt lỗ sao cho trọng tâm của lỗ phù hợp tơng ứng với
tâm của khuôn. Nếu có sự biến đổi đáng kể độ dy, thì việc đặt lỗ phải thực hiện phần mỏng nhất tại
tâm. Điều ny sẽ nâng cao vận hnh đùn ép. Hình 8 chỉ ra những ví dụ điển hình.

Trang
10Hình 8: Khi tỉ lệ dòng chảy lớn hơn về phía tâm thì thờng có thể đặt các thanh mỏng hơn cùng một
hình dạng ở đó v đặt các thanh dy hơn về phía rìa (ngoại biên).
Nếu một thanh mỏng v chiếm phần lớn nhất của khuôn, Bearing sẽ phải đợc tăng về phía tâm v
giảm phía cuối.
Có nhiều quan điểm để xắp xếp các thanh phù hợp nhất cho khuôn đa lỗ. Chúng có thể đợc bố trí
xuyên tâm toả tròn hoặc bố trí phẳng(Radially or flat). Cách bố trí trớc thờng đợc a chuộng
hơn. Trong cách bố trí xuyên tâm, trục chính của mỗi hình dạng nằm dọc theo một bán kính, tạo
cho mỗi phần của bề mặt Bearing mối quan hệ đối với tâm của khuôn giống nh các phần tơng tự
trên những hình dạng khác.
Trong cách bố trí phẳng, trục chính của mỗi hình dạng nằm tại các góc phải hoặc song song với một
bán kính. Một điểm mạnh của kiểu bố trí ny l tất cả các phần đợc đùn ép có thể nằm trên bn
dẫn ra với độ xoắn nhỏ nhất.
Thờng cũng phải xem xét vận dụng thực tế để thiết lập một vòng tròn tiêu chuẩn cho mỗi kích cỡ
khuôn (khoảng 2/3 đờng kính khuôn), trong đó các lỗ nằm ở tâm. Điều ny đảm bảo khả năng hỗ

Hình 11: Các hình dạng có lỡi di trong khuôn rất khó để đùn ép. Tuy nhiên hình dạng có thể đợc
sửa đổi để củng cố lỡi khuôn (xem hình11.b).Đùn ép ở dạng trớc thì thanh sau đó đợc tạo hình
lại theo chỉ số yêu cầu
Nó gây ra áp lực không hợp lí tại Lỡi - tongue trong quá trình đùn ép. Một biện pháp l phải
tạo một mẫu của thanh nhôm mong muốn, v sau đó uốn cong nó thnh hình dạng nh dạng bên
phải. Dới hình dạng ny, thanh đã sẵn sng cho đùn ép v khuôn cắt tơng ứng.
Bridge Widths (Rộng cầu)- l khoảng cách giữa các hình dạng kề nhau (Adjacent-gần kề, kế
liền) của một khuôn đa lỗ thì đợc gọi l Bridge. Khoảng cách Bridge tối thiểu đợc quyết định bởi
một số hệ số, chẳng hạn nh độ dy khuôn v thiết kế dụng cụ hỗ trợ. Hình 12 chỉ ra một phơng
pháp tính toán các hệ số cứng (strength) lên Bridge của khuôn. Chiều rộng Bridge điển hình đợc
đa ra ở bảng 3
Bảng 3:
Đờng kính
khuôn
4 5 6 8 9
5
/
8
11
7
/
8
14
7
/
8
16
7
/
8

/
2
Trang
12
m
n
m
n
y
B =N+M N BRIDGE B=N
CA = Z CA=Z+Y
M BRIDGE B=M
CA= Z+Y(
NM
M
+
)

m
m
z

1
= Độ rộng cầu khuôn sau (Backer) F= Hệ số cứng Chế tạo khuôn vừa l khoa học vừa l nghệ thuật. Thậm chí khi hai khuôn đợc chế tạo ra giống
nhau v đợc vận hnh trong cùng điều kiện, chúng cũng hiếm khi thực hiện chính xác giống
nhau.
Một số nh máy đùn ép có đợc khuôn bằng những dụng cụ thiết bị chế tạo khuôn mặc dù phần lớn
những chỉnh sửa đợc thực hiện bởi một hoặc nhiều chuyên gia về khuôn.
Các công đoạn dới đây v gia công một khuôn thực tế đợc sử dụng trong đùn ép nhôm chỉ ra
những công đoạn khác nhau đợc yêu cầu.
Trang
13
Trang
14
Mặc dầu thời gian đợc đa ra trong các công đoạn chế tạo khuôn, thì cũng luôn phải ghi nhớ rằng
thời gian l một nhân tố tơng đối cho từng trờng hợp v thay đổi đáng kể; phụ thuộc vo từng nh
chế tạo khuôn; điều kiện v kiểu dụng cụ chế tạo, các hệ số dung sai v các nhân tố liên quan.
Các quy trình vận hnh cơ khí trong việc chế tạo khuôn- Việc gia công cơ khí trên một khuôn
đặc biệt đợc chỉ ra trong các bức ảnh dới đây, đợc yêu cầu tổng số khoảng 48 tiếng, cộng thêm
thời gian cho xử lý nhiệt v đánh bóng. Trớc khi công việc thực sự bắt đầu trên khuôn, phải dnh
thêm 7 tiếng cho chuẩn bị khuôn. Khuôn đợc lm bằng nhôm, hình 13, v đợc kiểm tra trên máy
chiếu (Projector) Leitz #GP 650.
Bề mặt v tiện, hình 15, sẽ mất 50 phút trên một máy tiện có dụng cụ gia công cacbua (Carbide).
Tốc độ l 250 rmp. Nạp cho cắt thô l 0.024/rev. v 0.006 cho hon thiện (finish). Độ sâu cắt l
1/16 cho thô v 0.05 đến 0.010 cho hon thiện. Mặt vạt cạnh (Chamfer) đợc lm thnh 4 đờng
cắt bằng tay.
Tốc độ đề nghị cho các khoảng trống (Blank) khuôn có kích cỡ khác nhau trên các thép có thể so
sánh đợc l đờng kính 6-7: 330 rmp; 8-9: 250 rmp; 10-12: 180 rmp; v đờng kính 14: 125
rmp.

1
/
2
tiếng nữa để mi cán côn trên độ sâu Bearing.
Rũa bằng máy (hình 22) v dũa bằng tay (hình 23), v đánh bóng cuối cùng mất nhiều thời gian
nhất khoảng 17 tiếng.
Chi phí ban đầu cho thép chế tạo khuôn khoảng $20.
Kim loại đợc sử dụng (H12) l thép chế tạo khuôn 5% Crom, lm cứng bằng khí (Air-hardening).
Nó l loại đợc sử dụng rộng rãi trong các khuôn cho đùn ép nhôm, kẽm, magiê. Thép tơng tự
cũng đợc dùng cho lõi trục (Mandrel), khối đệm lót, dummy block, v Punch (máy dập, máy
khoan). Các phân tích điển hình l: C: 0.35; Cr: 5.00; V: 0.40; W: 1.50; Mo: 1.50.
Trang
15
Thép đợc tôi ny đợc cung cấp thnh: (1) các thanh- đợc cán nóng (hot rolled), đợc rèn
(forged), (2) kim loại hình - các khối, đĩa (disk), các hình dạng đặc biệt (3) Thanh khoan
ủ: Yêu cầu vật liệu lm kín trong khoang đợc lm kín. Vật liệu có thể l mạt gang mới (cast-iron
chip) hoặc cát trong đó thêm một số lợng nhỏ vật liệu cácbon. Nung tại 1550 F một tiếng mỗi inch
của độ dy thùng, sau đó lm lạnh từ từ cùng lò. Độ cứng đạt đợc l 207Brinell.
Tôi cứng: Yêu cầu gia nhiệt trớc, chậm khoảng từ 1250 F đến 1400 F. Sau đó nhiệt độ đợc
tăng lên 1850 F. Để hạn chế decarbuiation v lm kín trong xử lý nhiệt, bộ phận đợc tôi cứng trong
lò đợc kiểm soát bởi không khí hoặc đợc lm kín trong một hỗn hợp lm kín trung tính chẳng hạn
nh mạt gang xám, sạch hoặc một trong những hợp chất lm kín thơng mại. Nếu vật liệu lm kín
đợc sử dụng, thì cần tiếp tục đợc gia nhiệt cao ít nhất l một tiếng cho mỗi inch độ dy container.
Tôi: Đối với một độ cứng 420-460 (44-48 Rockwell C), thì cần nhiệt độ từ 1075 đến 1110 F. Đối
với tuổi thọ khuôn lâu hơn thì cần thời gian tôi lâu. Việc hớng dẫn tôi có thể t vấn các nh chế tạo
thép
.