Yêu cầu góc thoát thiết yếu cho thiết kế đúc khuôn

TÓM TẮT NHANH

Góc thoát trong đúc áp lực là độ nghiêng nhẹ được áp dụng cho các bề mặt của chi tiết song song với hướng rút khuôn. Đặc điểm thiết kế này, thường dao động từ 0,5 đến 2 độ, rất quan trọng để đảm bảo chi tiết có thể được đẩy ra khỏi khuôn dễ dàng mà không gây hư hại cho bộ phận hoặc dụng cụ. Yêu cầu góc thoát cụ thể phụ thuộc vào hợp kim đang được đúc, độ sâu của chi tiết và kết cấu bề mặt, trong đó các vật liệu mài mòn như nhôm nói chung yêu cầu góc lớn hơn so với kẽm.

Vai Trò Cơ Bản Của Góc Thoát Trong Đúc Áp Lực

Trong thế giới đúc khuôn chính xác cao, mọi lựa chọn thiết kế đều ảnh hưởng đến khả năng sản xuất, chất lượng và chi phí. Một trong những yếu tố quan trọng nhất là góc thoát. Góc thoát là độ dốc hoặc độ nghiêng được thiết kế chủ đích vào các thành đứng của sản phẩm đúc. Tất cả các bề mặt song song với hướng mở khuôn đều phải có góc thoát để cho phép chi tiết đã đông đặc được lấy ra khỏi khuôn một cách trơn tru. Nếu không có góc thoát, chi tiết sẽ cọ xát vào thành khuôn khi đẩy ra, gây ma sát lớn và có thể làm hư hỏng.

Mục đích chính của góc thoát là tạo điều kiện thuận lợi cho việc đẩy chi tiết ra dễ dàng và sạch sẽ. Khi kim loại nóng chảy nguội đi và đông đặc, nó co lại và bám chặt vào các lõi và chi tiết bên trong khuôn. Một bề mặt có độ dốc sẽ phá vỡ lực bám dính này một cách hiệu quả, giảm lực cần thiết để đẩy chi tiết ra. Theo Hiệp hội Đúc Khuôn Bắc Mỹ (NADCA) , tính năng đơn giản này rất cần thiết để ngăn ngừa các khuyết tật và đảm bảo bề mặt sản phẩm có độ hoàn thiện cao. Việc ép một chi tiết có thành đứng (góc rút khuôn bằng không) ra khỏi khuôn có thể gây ra các vết kéo, trầy xước và thậm chí làm hư hại cấu trúc của vật đúc. Nó cũng có thể gây mài mòn quá mức cho chính khuôn đúc áp lực đắt tiền, dẫn đến chi phí sửa chữa cao và ngừng sản xuất.

Việc tích hợp góc rút khuôn phù hợp mang lại một số lợi ích quan trọng góp phần vào quá trình sản xuất hiệu quả và đáng tin cậy. Những lợi thế này bao gồm:

• Cải thiện việc tháo chi tiết: Lợi ích trực tiếp nhất là giảm lực cần thiết để đẩy chi tiết ra, làm giảm thiểu nguy cơ chi tiết bị kẹt trong khuôn.
• Nâng cao chất lượng bề mặt: Bằng cách ngăn ngừa hiện tượng cọ xát và kéo khi tháo ra, các góc rút khuôn đảm bảo chi tiết đúc có bề mặt nhẵn mịn, không khuyết tật, từ đó giảm nhu cầu các công đoạn hoàn thiện thứ cấp.
• Tuổi thọ khuôn kéo dài: Giảm ma sát và lực đẩy ra đồng nghĩa với việc giảm hao mòn trên các bề mặt lòng khuôn và lõi khuôn, từ đó kéo dài đáng kể tuổi thọ hoạt động của khuôn.
• Tăng tốc độ sản xuất: Chu kỳ đẩy ra nhanh hơn và trơn tru hơn dẫn đến thời gian sản xuất tổng thể ngắn hơn và năng suất cao hơn, cải thiện hiệu quả sản xuất nói chung.

Mặc dù cần thiết, góc thoát lại thể hiện một sự sai lệch nhỏ so với thiết kế hình học hoàn hảo với các thành đứng 90 độ. Các kỹ sư thiết kế phải tính toán độ côn này vào kích thước cuối cùng và dung sai lắp ráp của chi tiết. Tuy nhiên, sự đánh đổi nhỏ này hoàn toàn bị lấn át bởi những lợi ích đáng kể về khả năng chế tạo và chất lượng chi tiết.

Yêu cầu góc thoát tiêu chuẩn: Phân tích chi tiết dựa trên dữ liệu

Không có một góc thoát đơn lẻ và phổ quát cho mọi ứng dụng đúc khuôn. Góc tối ưu là giá trị được tính toán cẩn thận dựa trên nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm hợp kim được sử dụng, độ nhám bề mặt, và đặc điểm là thành nội hay thành ngoại. Vì vật đúc co lại ôm các chi tiết bên trong (lõi) nhưng tách ra khỏi các chi tiết bên ngoài (thành buồng), nên các bề mặt bên trong thường yêu cầu góc thoát lớn hơn.

Các hợp kim khác nhau có tính chất nhiệt và mài mòn khác biệt ảnh hưởng đến yêu cầu về góc thoát. Ví dụ, nhôm mài mòn hơn và có tỷ lệ co ngót cao hơn so với các hợp kim kẽm, do đó cần góc thoát lớn hơn để đảm bảo việc đẩy sản phẩm ra dễ dàng. Tương tự, bề mặt có kết cấu hoặc thô ráp sẽ tạo ra ma sát lớn hơn so với bề mặt đánh bóng, vì vậy cần góc thoát lớn hơn để tránh làm trầy xước kết cấu khi tháo ra. Việc phân tích chi tiết các yêu cầu phổ biến là điều thiết yếu đối với bất kỳ kỹ sư thiết kế nào.

Bảng dưới đây tổng hợp các khuyến nghị từ nhiều nguồn trong ngành để cung cấp hướng dẫn rõ ràng khi xác định góc thoát bản vẽ trong thiết kế của bạn.

Các giá trị này đóng vai trò là điểm khởi đầu đáng tin cậy cho hầu hết các thiết kế. Đối với các chi tiết có khoang sâu hoặc hình học phức tạp, các góc này có thể cần được tăng lên. Luôn cân nhắc các yêu cầu cụ thể của dự án và tham khảo ý kiến đối tác sản xuất để xác định góc thoát tối ưu cho từng đặc điểm.

Các Xem xét và Tính toán Thiết kế Nâng cao

Ngoài các hướng dẫn tiêu chuẩn dựa trên vật liệu và bề mặt, một số yếu tố nâng cao khác ảnh hưởng đến thông số góc thoát cuối cùng. Một yếu tố quan trọng cần xem xét là mối quan hệ giữa độ sâu của đặc điểm và góc thoát yêu cầu. Một nguyên tắc phổ biến trong đúc và khuôn mẫu là thêm khoảng 1 độ góc thoát cho mỗi inch độ sâu khoang. Ví dụ, một rãnh sâu 3 inch lý tưởng nhất nên có góc thoát ít nhất 3 độ để đảm bảo phần đáy của đặc điểm dễ dàng tách khỏi khuôn khi đẩy ra.

Vị trí của đường chia - mặt phẳng nơi hai nửa của die gặp nhau - cũng đóng một vai trò quan trọng. Các tính năng vượt qua đường chia phải có một xu hướng được áp dụng ở cả hai bên, thu hẹp ra khỏi trung tâm. Sự sai lệch của xu hướng so với đường chia có thể khóa bộ phận vào khuôn, làm cho việc phóng ra không thể mà không làm hỏng khuôn. Thiết kế đúng đòi hỏi sự phối hợp cẩn thận giữa hình học bộ phận, chiến lược phân ly và bản thảo ứng dụng, một quá trình thường được hướng dẫn bởi các nguyên tắc Thiết kế cho khả năng sản xuất (DFM).

Áp dụng các nguyên tắc này trong quy trình làm việc thiết kế thực tế bao gồm các bước sau:

1. Đặt ranh giới: Xác định mặt phẳng hợp lý nhất để chia khuôn dựa trên hình học của bộ phận để tạo điều kiện cho hướng rút sạch.
2. Xác định bề mặt cần thiết: Phân tích mô hình 3D để xác định tất cả các bề mặt song song hoặc gần song song với hướng mở giày.
3. Áp dụng bản thảo cơ bản: Sử dụng các giá trị từ bảng yêu cầu làm điểm khởi đầu, áp dụng các góc lớn hơn cho các chi tiết bên trong và các bề mặt có kết cấu.
4. Điều chỉnh theo độ sâu chi tiết: Tăng góc thoát cho các gân sâu, trụ lồi hoặc khoang rỗng theo quy tắc 1 độ trên mỗi inch hoặc như được xác định bằng mô phỏng.
5. Xác minh trong CAD: Sử dụng công cụ phân tích góc thoát có sẵn trong hầu hết phần mềm CAD để trực quan kiểm tra rằng tất cả các bề mặt cần thiết đều có góc thoát đầy đủ và định hướng chính xác. Bước này giúp phát hiện lỗi trước khi thiết kế được gửi đi chế tạo khuôn.

Đối với các bộ phận phức tạp, đặc biệt trong các lĩnh vực hiệu suất cao, việc hợp tác với chuyên gia sản xuất là vô cùng quý giá. Ví dụ, các chuyên gia trong lĩnh vực tạo hình kim loại chính xác, chẳng hạn như Công nghệ kim loại Shaoyi (Ningbo) trong lĩnh vực rèn ô tô, hiểu rõ mối tương tác sâu sắc giữa tính chất vật liệu và thiết kế khuôn. Mặc dù rèn là một quy trình khác biệt, các nguyên lý cơ bản về dòng chảy vật liệu và sự tương tác với dụng cụ đòi hỏi chuyên môn tương tự về các quy tắc thiết kế để đảm bảo độ bền và khả năng sản xuất của chi tiết.

Các câu hỏi thường gặp

1. Cách tính góc thoát trong đúc là gì?

Mặc dù không có một công thức cố định duy nhất, một nguyên tắc phổ biến được sử dụng là áp dụng 1 độ góc thoát cho mỗi inch chiều sâu khoang. Việc tính toán bắt đầu với một góc cơ sở xác định theo vật liệu và độ hoàn thiện bề mặt (ví dụ: 1,5° đối với nhôm), sau đó tăng thêm dựa trên độ sâu và độ phức tạp của chi tiết. Để tính toán chính xác, kỹ sư sử dụng phần mềm CAD có tích hợp công cụ phân tích góc thoát nhằm mô phỏng quá trình đẩy khuôn và kiểm tra khoảng trống.

2. Góc thoát của mẫu đúc là bao nhiêu?

Góc thoát của mẫu đúc là độ côn được áp dụng lên các bề mặt thẳng đứng của mẫu để cho phép tháo mẫu ra khỏi môi trường tạo khuôn (như cát hoặc khuôn ép) mà không làm hư hại lòng khuôn. Trong quá trình đúc khuôn ép, độ côn này được áp dụng trực tiếp lên các bề mặt bên trong của khuôn. Các góc thoát thông thường trong đúc khuôn ép dao động từ 0,5° đến 3°, trong khi đúc cát thường yêu cầu các góc từ 1° đến 3° do bản chất kém ổn định hơn của khuôn cát.

3. Góc thoát tiêu chuẩn là gì?

Một góc thoát tiêu chuẩn hoặc thông thường cho đúc khuôn ép thường được xem là nằm trong khoảng từ 1,5 đến 2 độ. Tuy nhiên, đây chỉ là hướng dẫn chung. 'Tiêu chuẩn' thực tế đối với một ứng dụng cụ thể phụ thuộc nhiều vào vật liệu (nhôm yêu cầu góc lớn hơn kẽm), độ sâu của chi tiết và độ hoàn thiện bề mặt. Ví dụ, góc 0,5 độ có thể là tiêu chuẩn đối với thành ngoài nông và đánh bóng trên chi tiết bằng kẽm.

4. Cách ghi kích thước góc thoát như thế nào?

Trong các bản vẽ kỹ thuật và mô hình CAD, góc thoát thường được ghi kích thước từ một đường tham chiếu thẳng đứng hoặc bề mặt. Góc này được xác định bằng độ, thường đi kèm ghi chú chỉ rõ hướng của độ côn tương ứng với đường phân khuôn. Đối với các bề mặt có kết cấu, các kỹ sư thiết kế thường thêm ghi chú quy định thêm một góc thoát phụ (ví dụ: 1-2 độ) để đảm bảo họa tiết tách khuôn sạch sẽ.