TÓM TẮT NHANH

Việc thêm các gân và góc lượn vào thiết kế khuôn đúc áp lực là một phương pháp kỹ thuật cơ bản nhằm tăng cường độ bền và khả năng chế tạo của chi tiết. Các gân cung cấp độ cứng kết cấu quan trọng và tạo ra các đường dẫn dòng chảy cho kim loại nóng chảy, mà không làm tăng đáng kể độ dày thành tổng thể hay trọng lượng. Các góc lượn được dùng để bo tròn các góc trong và ngoài sắc cạnh, giúp giảm tập trung ứng suất, ngăn ngừa nứt vỡ và đảm bảo điền đầy hoàn toàn cũng như mịn đẹp lòng khuôn.

Mục Đích Chiến Lược Của Các Gân Trong Thiết Kế Khuôn Đúc Áp Lực

Trong lĩnh vực đúc khuôn, các nhà thiết kế luôn phải cân bằng giữa nhu cầu về độ bền và mục tiêu giảm thiểu việc sử dụng vật liệu, trọng lượng cũng như thời gian chu kỳ. Gân tăng cứng là công cụ chính để đạt được sự cân bằng này. Được định nghĩa là các yếu tố hỗ trợ mỏng, dạng vách, gân được tích hợp một cách chiến lược vào hình học của chi tiết nhằm tăng độ cứng và độ bền cấu trúc. Điều này cho phép các thành phần chính của chi tiết duy trì độ dày tương đối mỏng, từ đó tiết kiệm chi phí vật liệu và trọng lượng. Nếu không có chúng, một bề mặt phẳng lớn có thể dễ bị cong vênh hoặc phá hủy dưới tải trọng.

Chức năng của gân không chỉ dừng lại ở việc gia cố đơn thuần. Chúng đóng vai trò quan trọng trong chính quá trình sản xuất bằng cách hoạt động như các kênh dẫn kim loại nóng chảy. Trong quá trình tiêm, các yếu tố này giúp dẫn hướng hợp kim vào các khu vực phức tạp hoặc xa của buồng khuôn, đảm bảo điền đầy hoàn toàn và đồng đều. Theo Hiệp hội Đúc Khuôn Bắc Mỹ (NADCA) , dòng kim loại cải thiện này rất cần thiết để ngăn ngừa các khuyết tật và đảm bảo độ bền của chi tiết cuối cùng. Bằng cách tạo ra các đường dẫn dự đoán được, gân giúp tránh các vấn đề như hiện tượng nguội gián đoạn, khi các dòng kim loại nóng chảy không thể kết dính đúng cách.

Tuy nhiên, lợi ích của gân chỉ được phát huy khi thực hiện đúng cách. Gân được thiết kế kém có thể gây ra các vấn đề mới, chẳng hạn như tạo ra các điểm nóng dẫn đến rỗ co ngót hoặc gây ứng suất trong chi tiết. Một nguyên tắc thiết kế quan trọng, thường được nêu trong các tài liệu kỹ thuật, là sử dụng gân theo số lẻ (ví dụ: ba hoặc năm thay vì hai hoặc bốn). Thực hành này giúp phân bố ứng suất đều hơn trên toàn bộ chi tiết, ngăn ngừa sự tập trung lực có thể xảy ra khi các gân được đặt đối diện nhau.

Cuối cùng, việc áp dụng chiến lược sử dụng gân mang lại một số lợi thế chính cho thành phần đúc khuôn:

• Tăng độ bền và độ cứng: Các xương sườn cung cấp hỗ trợ cấu trúc đáng kể với sự bổ sung vật liệu tối thiểu, cải thiện khả năng chịu tải của bộ phận.
• Giảm trọng lượng và chi phí: Bằng cách tăng cường các bức tường mỏng, xương sườn loại bỏ nhu cầu về các phần dày hơn, nặng hơn, làm giảm tiêu thụ vật liệu và chi phí.
• Dòng kim loại được cải thiện: Chúng hoạt động như các bộ chạy bên trong, tạo điều kiện cho việc lấp đầy hoàn toàn die và giảm khả năng bị lỗi liên quan đến dòng chảy.
• Tăng cường phóng xạ: Các xương sườn được đặt tốt cũng có thể phục vụ như những vị trí vững chắc cho các chân phun để đẩy, đảm bảo bộ phận có thể được loại bỏ khỏi die mà không bị biến dạng.

Hướng dẫn thực hành tốt nhất cho thiết kế xương sườn

Thiết kế gân một cách hợp lý là một lĩnh vực khoa học, đòi hỏi sự cân bằng giữa yêu cầu về kết cấu với vật lý của dòng chảy và quá trình đông đặc kim loại. Việc tuân thủ các nguyên tắc thiết kế để dễ chế tạo (DFM) đã được thiết lập là rất cần thiết nhằm tránh phát sinh các khuyết tật như dấu lõm, độ xốp hay biến dạng. Việc vi phạm những hướng dẫn này có thể làm mất đi lợi ích vốn được mong đợi và ảnh hưởng đến độ bền của chi tiết. Ví dụ, các gân quá dày hoặc đặt quá gần nhau có thể tạo thành các khối nhiệt lượng lớn làm nguội quá chậm, dẫn đến hình thành các khoảng rỗng bên trong.

Để đảm bảo thành công, kỹ sư cần tuân theo một bộ hướng dẫn cốt lõi quy định hình học và vị trí đặt các gân. Những quy tắc này được thiết kế nhằm tối đa hóa độ bền đồng thời đảm bảo chi tiết có thể được sản xuất một cách dễ dàng và ổn định. Các thông số quan trọng nhất bao gồm độ dày của gân so với thành chính, chiều cao, khoảng cách, góc thoát để đẩy khuôn, và bán kính góc lượn ở phần đáy gân. Mỗi thông số đều ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm đúc cuối cùng.

Bảng dưới đây tóm tắt các quy tắc thiết kế cơ bản khi thêm gân vào chi tiết đúc khuôn, tổng hợp các phương pháp tốt nhất từ các nguồn công nghiệp hàng đầu.

Việc tuân theo những hướng dẫn này không chỉ đơn thuần là một đề xuất mà còn là bước quan trọng trong quá trình thiết kế. Ví dụ, như được nêu chi tiết trong các tài liệu thiết kế từ các nhà sản xuất như Premium Parts , việc kết hợp các gân với bán kính lượn lớn là yêu cầu bắt buộc. Bước đơn giản này biến điểm dễ hỏng tiềm tàng thành nguồn tạo độ bền, ngăn ngừa nứt vỡ dưới tác động của ứng suất và giúp dòng kim loại nóng chảy di chuyển thuận lợi hơn. Bằng cách xem những quy tắc này như một danh sách kiểm tra, các kỹ sư thiết kế có thể loại bỏ hệ thống rủi ro trong thiết kế và tạo ra các chi tiết vừa bền vững vừa tiết kiệm chi phí sản xuất.

Áp dụng bán kính lượn và góc cong để tối ưu hóa thiết kế của bạn

Cũng quan trọng như các gân tăng cứng là những đường cong tinh tế định hình các cạnh và điểm giao nhau của chi tiết: các góc lượn trong (fillets) và bán kính cong (radii). Góc lượn trong là phần được bo tròn ở góc phía trong, trong khi bán kính cong là phần được bo tròn ở góc phía ngoài. Mục đích chính của chúng là loại bỏ các góc sắc nhọn – nguyên nhân chính gây hư hỏng trên các chi tiết đúc áp lực. Các góc trong sắc nhọn sẽ tạo ra hiện tượng tập trung ứng suất cao, khiến chi tiết dễ nứt vỡ dưới tải hoặc trong quá trình làm nguội. Chúng cũng cản trở dòng chảy của kim loại nóng chảy, gây xáo động dẫn đến rỗ khí và hiện tượng điền đầy không đầy đủ.

Bằng cách tích hợp các góc lượn và bán kính rộng rãi, các nhà thiết kế có thể cải thiện đáng kể độ bền cũng như khả năng chế tạo của một bộ phận. Một góc tròn, mượt mà cho phép kim loại nóng chảy chảy tự do và đồng đều, giảm nguy cơ xuất hiện khuyết tật. Quan trọng hơn, nó phân bố ứng suất trên một diện tích rộng hơn, loại bỏ các điểm yếu do các góc nhọn tạo ra. Theo nguyên tắc cốt lõi, bán kính hay góc lượn càng lớn thì bộ phận thành phẩm càng chắc chắn và bền bỉ hơn. Ngay cả một bán kính rất nhỏ cũng tốt hơn nhiều so với cạnh sắc, và nhiều tài liệu hướng dẫn khuyến nghị tối thiểu từ 0,4 mm đến 0,8 mm để đạt được lợi ích rõ rệt.

Để đạt được mức độ tối ưu hóa thiết kế này đòi hỏi phải hiểu sâu về các quy trình sản xuất. Ví dụ, các công ty chuyên về các bộ phận kim loại hiệu suất cao, chẳng hạn như Công nghệ kim loại Shaoyi (Ningbo) , minh chứng cho cam kết về chất lượng trong các lĩnh vực liên quan như rèn khuôn ô tô, nơi việc quản lý ứng suất và dòng chảy vật liệu cũng đóng vai trò then chốt. Các nguyên tắc thiết kế nhằm đảm bảo độ bền là phổ quát, dù trong đúc hay rèn. Mục tiêu luôn là tạo ra một bộ phận chắc chắn thông qua hình học thông minh, hài hòa với quá trình sản xuất chứ không chống lại nó.

Để triển khai hiệu quả các đặc điểm này, các nhà thiết kế nên tuân theo một vài quy tắc chính:

• Loại bỏ tất cả các góc nhọn: Hãy xem xét kỹ thiết kế và thêm góc lượn hoặc bán kính vào mọi cạnh trong và cạnh ngoài.
• Duy trì Độ dày Thành đồng đều: Khi áp dụng góc lượn tại vị trí hai thành phần có độ dày khác nhau gặp nhau, chuyển tiếp cần được thực hiện mượt mà và dần dần để tránh tạo ra một phần dày mới.
• Sử dụng bán kính lớn tại các điểm giao nhau: Tại những vị trí gân, bệ đỡ hoặc thành phần giao nhau, hãy sử dụng bán kính góc lượn lớn nhất có thể để nối kết các chi tiết một cách trơn tru. Điều này rất quan trọng cả về độ bền lẫn dòng chảy kim loại.
• Tuân thủ quy tắc về độ dày: Một nguyên tắc phổ biến là làm bán kính góc lượn bên trong ít nhất bằng độ dày thành của chi tiết. Bán kính bên ngoài tương ứng sau đó sẽ là bán kính bên trong cộng với độ dày thành (R_ngoài = R_trong + T_thành).

Các câu hỏi thường gặp