LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
1. GIỚI THIỆU
- Đúc là một phương pháp tạo hình vật liệu quan trọng nhất hiện nay, trong
đó đúc áp lực là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất.
Đi đôi với phương pháp này, việc thiết kế và chế tạo khuôn là một vấn đề
quan trọng bậc nhất, nó chiếm phần lớn thời gian của quá trình sản xuất.
Ngày nay, với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng, việc
thiết kế và chế tạo khuôn đã trở nên nhanh chóng và dễ dàng.
- Trong những năm gần đây, phương thức sản xuất này đã xâm nhập khá phổ
biến vào ngành cơ khí nước ta, tạo nên những chuyển biến lớn trong sản
xuất chế tạo. Vì vậy, việc nắm bắt và có kiến thức vững vàng về vấn đề này
là một yêu cầu cần thiết.
- Trong giới hạn của đồ án tốt nghiệp này, em sẽ trình bày cách thức để chế
tạo một bộ khuôn hoàn chỉnh với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm
chuyên dụng.
2. TỔNG QUAN
2.1. Sơ lược về công nghệ đúc áp lực
- Đúc áp lực là phương pháp chế tạo vật đúc có năng suất rất cao, có thể tự
động hóa hoàn toàn, độ chính xác và độ bóng bề mặt vật đúc thuộc loại cao
nhất. Hiện nay, sản lượng các vật đúc được chế tạo bằng phương pháp đúc
áp lực chiếm tỷ trọng lớn nhất trong các phương pháp đúc đặc biệt.
- Ngày nay quá trình đúc áp lực được thực hiện bằng các máy chuyên dùng tự
động hóa và cơ giới hóa cao. Sự đơn giản và ít công đoạn trong đúc áp lực
mở ra những triển vọng to lớn để tự động hóa toàn bộ các quá trình sản xuất.

2.2. N
g
u
yên lý làm việc
1
4

nửa khuôn cố định 4, sau đó vật đúc được đẩy ra khỏi nửa khuôn động nhờ
các chốt đẩy.
- Chất lượng của vật đúc phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn các chế độ
công nghệ về việc điền đầy của kim loại lỏng vào hốc khuôn và chế độ ép.
Các chế độ công nghệ này phụ thuộc vào kết cấu của khuôn, loại và công
suất của máy đúc áp lực.
- Các nhân tố sau đây ảnh hưởng đáng kể nhất đến quá trình hình thành vật
đúc:
• Áp lực trong buồng ép và trong hốc khuôn
• Vận tốc chuyển động của piston ép
• Vận tốc nạp
• Các thông số của hệ thống rót
• Nhiệt độ của kim loại lỏng và của khuôn
• Chế độ bôi trơn và làm nguội
- Quá trình kim loại lỏng chuyển động trong buồng ép vào trong khuôn có thể
được chia thành bốn giai đoạn:
• Giai đoạn 1: Piston bịt kín lỗ rót. Vận tốc v
1
của piston ép còn bé. Giá trị
p
1
bằng áp lực cần thiết để khắc phục ma sát trong xylanh thủy lực và
trong buồng ép.
• Giai đoạn 2: Kim loại lỏng điền đầy toàn bộ buồng ép. Vận tốc chuyển
động của piston ép tăng lên và đạt tới giá trị cực đại v
2
. Lúc này, hiệu
của p
1
và p

áp suất rất cao (có khi đến 5000 kG/cm
2
). Vận tốc nạp (vận tốc kim loại
lỏng khi đi qua rãnh dẫn) có thể đạt tới 120 m/s, điều này cho phép đúc
được những vật đúc thành rất mỏng mặc dù cường độ trao đổi nhiệt giữa vật
đúc với khuôn rất lớn.
- Tính chất của kim loại lỏng trong hốc khuôn phụ thuộc:
• Vận tốc nạp
• Độ nhớt và sức căng bề mặt của kim loại lỏng
• Tương quan giữa chiều dày thành rãnh dẫn và chiều dày thành vật đúc
• Các điều kiện nhiệt
- Về tính chất chuyển động của kim loại lỏng trong hốc khuôn, có thể chia
làm ba loại:
• Chuyển động êm: chỉ xảy ra khi vận tốc nạp nhỏ hơn 0,3m/s và tương
quan giữa tiết diện rãnh dẫn F
1
và tiết diện thành vật đúc F
2
nằm trong
khoảng 1/2 ÷ 2/3. Chuyển động êm chỉ có thể được sử dụng đối với các
4
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
vật đúc có hình dạng tương đối đơn giản, chế tạo bằng các hợp kim có
khoảng kết tinh rộng, có đòi hỏi cao về độ bền và độ sít chặt.
• Chuyển động rối: xảy ra khi vận tốc nạp nằm trong khoảng 0,5 ÷ 15m/s
và tương quan giữa tiết diện rãnh dẫn F
1
và tiết diện thành vật đúc F
2
lớn

nhưng có khuynh hướng tập trung ở tinh giới, làm giảm tính chống ăn mòn
của hợp kim (lượng đồng cho vào thường không vượt quá 4%). Manhê cải
thiện tính chống ăn mòn, độ dẻo và độ dai va đập. Lượng Manhê cho vào có
thể đến 10%. Silic và Manhê tạo thành hợp chất Mg
2
Si, hòa tan trong dung
5
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
dịch rắn trên cơ sở nhôm, làm tăng tính dòn của hợp kim. Lượng Manhê
trong hợp kim Al-Si không nên quá 1%; Silic trong hợp kim Al-Mg không
nên quá 1,2%.
- Các hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi nhất: AlSi12, AlSi9Mg0,3,
AlMg8, AlSi8Cu4 (bảng 2.1)
- Hợp kim cùng tinh AlSi12 có độ chảy loãng cao nhưng cơ tính không đủ
cao. Hợp kim AlSi9Mg0,3 có độ bền và độ chống ăn mòn cao hơn nhưng độ
chảy loãng lại thấp hơn. Tính công nghệ của hợp kim AlMg8 thấp, được sử
dụng khi cần bảo đảm tính chống ăn mòn cao. Hợp kim AlSiCu4 có độ chảy
loãng, tính chống ăn mòn, độ bền vừa phải.
- Đối với các chi tiết làm việc trong điều kiện tải rung động mạnh, nên dùng
hợp kim AlSi7Mg0,4, được hợp kim hóa vi lượng bằng Ti, Zr, Be. Đối với
các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao, hàm lượng Si đến 18%. Trong kỹ thuật
điện, thường dùng hợp kim Silumin kẽm chứa đến 0,9% kẽm và 0,1÷0,3%
Mg.
Bảng 2.1: Thành phần hóa học và cơ tính của một số hợp kim trên cơ sở nhôm
Thành phần hóa
học và các tính
chất cơ lý
Hợp kim
AlSi12 AlSi9Mg0,3 AlMg8 AlSi8Cu4
Si, %

, Mpa
δ, %
HB
2,7 – 2,8
5 – 8
150
> 1
50
2,70 – 2,75
15 – 20
160
>2
55
2,60 – 2,65
80 – 90
300
> 8
75
2,8 – 2,9
55 – 65
250
>3
75
6
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 2.4: Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm
7
Kênh
nước làm
nguội

- Kích thước và khối lượng của vật đúc bị hạn chế theo cỡ máy đúc.
- Tỉ lệ thành phẩm nhỏ vì hệ thống rót lớn.
2.7. Phạm vi sử dụng
- Đúc áp lực được sử dụng để đúc các vật đúc nhỏ, hình dạng và kết cấu phù
hợp, sản xuất hàng loạt.
- Các hợp kim thường được sử dụng để đúc áp lực được lựa chọn theo thành
phần hóa học, các tính chất sử dụng và các tính chất công nghệ.
- Hợp kim dùng để đúc áp lực cần có khoảng kết tinh hẹp để nhận được vật
đúc có độ sít chặt cao, đồng đều, độ bền và độ dẻo cao ở nhiệt độ cao. Hợp kim
cũng cần có độ chảy loãng tốt, không bám dính khuôn, thành phần hóa học ổn
định khi giữ lâu trong lò.
2.8. Thiết bị dùng trong đúc áp lực
- Máy đúc áp lực: trong công nghệ đúc áp lực, tùy thuộc vào loại hợp kim cần
đúc và các yêu cầu khác của sản phẩm mà người ta sẽ sử dụng các loại máy
đúc áp lực khác nhau (máy đúc áp lực với buồng ép nóng, máy đúc áp lực
với buồng ép nguội nằm ngang, máy đúc áp lực với buồng ép nguội thẳng
đứng, máy đúc áp lực chân không…). Ở giới hạn của đề tài này, ta chỉ xét
đến loại máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang, đây là loại máy
được sử dụng rộng rãi nhất để đúc áp lực các hợp kim nhôm. Hình 2.7 là
minh họa đơn giản của một máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang.
2.8.1. Hệ thống bơm kim loại lỏng
9
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Có thể sử dụng các tay máy được điều khiển tự động hoặc sử dụng hệ thống
bơm nhưng thông thường được thực hiện thủ công, kim loại lỏng được rót
vào buồng ép. Việc đẩy kim loại lỏng vào khuôn được thực hiện nhờ hệ
thống xylanh thủy lực.
2.8.2. Bộ khuyếch đại áp suất
Hình 2.7: Sơ đồ bộ khuyếch đại áp suất
- Hệ thống này được sử dụng để gia tăng áp lực ép trong giai đoạn cuối

13
Tấm cố
định
Tấm di
động
Kiềm
máy
Tấm cố
định
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 2.12
- Cơ cấu khóa khuôn: được trình bày như hình 2.13, khi hai bề mặt khuôn
tiếp xúc với nhau, tác động khóa khuôn sẽ xảy ra và áp suất nén ở bề mặt
phân khuôn được thiết lập do kết hợp giữa piston thủy lực và hệ thống
các liên kết trong bộ phận đưa dạng khuỷu.
Hình 2.13: Cơ cấu khóa khuôn
2.8.4. Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn
14
Tấm
đẩy
Tấm giữ
Thanh dẫn
hướng
Xilanh
thủy lực
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 2.14: Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn bằng tác động cơ khí
- Khuôn đúc áp lực luôn bao gồm một hệ thống đẩy vật đúc ra khỏi khuôn
bởi tác động cơ khí trình bày như hình 2.14. Khi khuôn đóng lại, chốt
đẩy tiếp xúc với vật đúc và các chốt hồi tiếp xúc với các mặt phân khuôn

trong các thanh dẫn hướng cũng như hành trình mở khuôn phải đủ để lấy
vật đúc ra. Yếu tố nữa để chọn lựa là giá thành của máy, máy đúc với lực
kẹp khuôn 400 tấn có giá khoảng 40.000 USD trong khi loại 1000 tấn là
khoảng 100.000 USD.
2.9. Thiết kế chi tiết đúc áp lực
Chi tiết đúc áp lực khi thiết kế nên tuân theo vài nguyên tắc sau:
• Bo tròn các góc vuông, góc nhọn:
16
Bo tròn giữa các sóng
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
• Cố gắng làm chiều dày thành đồng đều:
• Tránh tạo những lỗ sâu:
• Tránh tạo lỗ xuyên qua nhiều phần bên trong, việc này có thể dẫn đến hư
sản phẩm khi lấy ra:
17
Bo tròn bên trong lỗ
Bo tròn quanh lỗ để tránh bề dày thành quá mỏng
Mở rộng lỗ tròn để tránh mép mỏng
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
• Tránh tạo những mặt phẳng lớn:

• Thêm các gân tăng bền tại những vùng có tiết diện mặt cắt lớn, việc này
cũng làm tăng độ đồng đều chiều dày thành.
• Tạo mặt nghiêng phía trong để dễ đẩy sản phẩm
• Nên bố trí lõi ở về một phía của khuôn (nửa khuôn đực)
18
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
• Tránh tạo những vùng có độ nghiêng quá lớn, điều này làm cho khuôn mau
hư và làm tăng giá thành chế tạo
• Việc tạo chữ nổi làm việc chế tạo đơn giản và rẻ hơn so với chữ chìm

được trình bày trong hình 2.15 là đối với thành trong vật đúc, còn đối với
thành ngoài độ xiên bằng một nửa so với thành trong. Độ xiên thay đổi theo
chiều cao của thành vật đúc.
Hình 2.15: Yêu cầu về độ xiên đối với thành trong vật đúc
- Đường phân khuôn:
Sự xác định vị trí và hình dạng của đường phân khuôn có một ảnh hưởng
quan trọng về kinh tế và sự hiệu quả của bất kỳ quá trình đúc áp lực nào.
Một đường phân khuôn thẳng cho phép các bề mặt khuôn phẳng được ưa
chuộng hơn. Các bề mặt phẳng trên các nửa khuôn thì kinh tế hơn so với bề
20
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
mặt không phẳng. Ngoài ra với những bề mặt khuôn phẳng rất dễ tạo kín
giữa hai nửa khuôn.
Ruột và bộ phận trượt rất đắt tiền vì vậy đường phân khuôn nên được bố trí
để giảm thiểu tối đa số lượng ruột và bộ phận trượt. Điều này có thể đòi hỏi
gia công cắt gọt một đường phân khuôn không có quy tắc.
Bộ phận khuôn rời là những thành phần khuôn có thể di động được dùng để
sản xuất một vật đúc có phần cắt lẹm trên mặt ngoài của vật đúc. Mặc dù
các bộ phận khuôn rời rất tốt cho việc thoát khí ra khỏi lòng khuôn nhưng
tốt nhất vẫn là thiết kế vật đúc sao cho không có phần cắt lẹm do vậy sẽ
không cần bộ phận khuôn rời.
- Sử dụng ruột trong đúc áp lực:
• Chiều sâu của lỗ được tạo bởi ruột phụ thuộc vào khối lượng đúc và
đường kính lỗ. Các lỗ này trong đúc áp lực phải có độ xiên để dễ lấy ruột
khỏi vật đúc. Độ xiên của ruột thay đổi theo khối lượng đúc và chiều sâu
lỗ được trình bày trong hình 2.16. Độ xiên cũng tùy theo ruột cố định
hay ruột di động.
Hình 2.16: Quan hệ giữa độ sâu và độ xiên của lỗ
• Nói chung, ruột được kéo ra khỏi vật đúc khi khuôn còn ở vị trí đóng đòi
hỏi độ xiên ít hơn so với ruột được lấy ra do tác động của chốt đẩy. Các

5/16 – 24 0,280 0,272 0,625 0,727
5/16 – 18 0,269 0,259 0,625 0,762
3/8 – 24 0,343 0,334 0,750 0,852
3/8 – 16 0,326 0,314 0,750 0,906
7/10 – 20 0,398 0,388 0,875 1,000
22
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
7/10 – 14 0,382 0,368 0,875 1,053
1/2 – 20 0,461 0,454 1,000 1,125
1/2 – 13 0,440 0,425 1,000 1,192
9/16 – 18 0,519 0,508 1,125 1,262
9/16 – 12 0,497 0,481 1,125 1,333
5/8 – 18 0,582 0,571 1,250 1,387
5/8 – 11 0,554 0,536 1,250 1,497
3/4 – 16 0,701 0,689 1,500 1,656
3/4 – 10 0,672 0,652 1,500 1,750
7/8 – 14 0,819 0,804 1,750 1,928
7/8 – 9 0,789 0,767 1,750 2,027
1 – 14 0,944 0,929 2,000 2,178
1 - 8 0,903 0,878 2,000 2,312
- Sự đẩy vật đúc ra khỏi khuôn:
Việc đẩy vật đúc ra đòi hỏi khuôn phải được thiết kế sao cho vật đúc vẫn
còn nằm trong nửa khuôn đực khi khuôn mở ra. Thiết kế khuôn với độ xiên
không đủ trong phần lòng khuôn của nửa khuôn cái (hoặc bề mặt xấu) sẽ
làm vật đúc dính vào nửa khuôn cái.
Ngay sau khi vật đúc đông đặc, vật đúc vẫn còn nóng và dễ bị biến dạng bởi
các thao tác đẩy vật đúc ra khỏi nửa khuôn đực. Để giảm tối thiểu sự biến
dạng này, vật đúc phải có đủ độ xiên và chốt đẩy được bố trí gần vùng có sự
co rút vật đúc trên khuôn. Thông thường các vấu lồi được thêm vào vật đúc
để đầu chốt đẩy không làm hỏng vật đúc.

vòi phun. Nửa khuôn đực cũng cần thêm một ruột đậu rót bổ sung thêm
các đường nước làm nguội trong vùng lỗ đậu rót, chung quanh ruột đậu
rót và trong ruột đậu rót (vì có thêm các chốt đẩy chung quanh ruột đậu
rót và trên các rãnh dẫn được sử dụng trở lại).
• Hệ thống rót cũng sẽ được thay đổi cho phù hợp với đúc hợp kim Zn.
(Điều này sẽ được thực hiện tối thiểu từng phần bằng phương pháp thử
sai).
- Độ xiên trong khuôn đúc hợp kim Al sẽ lớn hơn so với đúc hợp kim kẽm,
tuy vậy độ xiên này không gây ảnh hưởng quan trọng do hệ số co rút các
hợp kim Zn chỉ ít hơn so với hợp kim Al là 0,001 in/inch nhất là khi vật đúc
nhỏ. Nếu sự thay đổi từ hợp kim Al thành hợp kim Mg, máy đúc áp lực hợp
kim Al phải cần được kiểm tra để bảo đảm cho vận tốc bơm kim loại gia
24
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
tăng theo yêu cầu hợp kim Mg vì tốc độ bơm đối với đúc hợp kim Mg cao
hơn nhiều khi đúc hợp kim Al, và không có sự thay đổi về hệ thống bơm
kim loại lỏng và cả hợp kim Al và hợp kim Mg đều được đúc với buồng ép
nguội. Tuy nhiên do sự khác nhau về đặc tính dòng chảy, phương pháp đúc
khi đúc với hợp kim Mg có thay đổi. Hợp kim Mg đúc thất thoát nhiệt trên
1pound tương đương với hợp kim Al, nhưng do thể tích riêng của hợp kim
Mg gấp 3 lần hơp kim Al do vậy số lượng nhiệt khi đúc với hợp kim Mg
không giống như khi đúc hợp kim Al, cần thiết phải giảm thiểu dòng chảy
nước làm nguội hay tăng tốc độ bơm kim loại. Trong trường hợp có thể nên
đẩy nhanh tốc độ đúc bởi vì sẽ làm tăng năng suất.
- Trong trường hợp thay đổi từ hợp kim Al thành hợp kim Mg, kích thước vật
đúc cũng phải xét đến. Hệ số co rút của hợp kim Mg lớn hơn hợp kim Al chi
vào khoảng 0,001 in/inch nên không quan trọng lắm.
- Độ bóng bề mặt của các lòng khuôn trong khuôn đúc áp lực:
• Tất cả các lòng khuôn trong khuôn phải đủ độ bóng để lấy vật đúc ra
được dễ dàng, ngoài ra, sự gia công bề mặt yêu cầu của các lòng khuôn