Nghiên cứu độ bền của khuôn đúc áp lực sử dụng insert với vật liệu thép SKD61 và thép tôi trước

• Tác giả: Phạm Tuấn Vĩ
• Người hướng dẫn: TS. Võ Xuân Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Độ Bền Của Khuôn Đúc Áp Lực Dùng Insert Với Vật Liệu Thép SKD61 Và Thép Tôi Trước
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan hướng nghiên cứu
• 1.2. Các đề tài nghiên cứu trong nước
• 1.3. Các đề tài nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• 1.6. Mục đích nghiên cứu
• 1.7. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu
• 1.9. Kết cấu ĐATN
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Công nghệ đúc áp lực
• 2.2. Vật liệu lòng khuôn thép SKD61
• 2.3. Vật liệu lòng khuôn thép FDAC
• 2.4. Tổng quan về hợp kim nhôm ADC12
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ ĐÚC
• 3.1. Giới thiệu phương pháp Taguchi
• 3.2. Giới thiệu phần mềm Minitab
• 3.2.1. Giới thiệu phầm mềm
• 3.2.2. Các chức năng chính phần mềm Minitab
• 3.2.3. Những lợi ích khi dùng phần mềm Minitab
• 3.3. Phân tích Taguchi cho việc chọn thông số đúc
• 3.3.1. Thu thập thông số
• 3.3.2. Các bước tiến hành phân tích số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐÚC ÁP LỰC CAO
• 4.1. Tổng quan về Altair Inspire Cast 2023
• 4.2. Phân tích quá trình đúc áp lực
• 4.2.1. Quá trình mô phỏng đúc
• 4.2.2. Kết quả mô phỏng
• 5. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM
• 5.1. Dụng cụ thí nghiệm
• 5.2. Đo độ cứng lòng khuôn
• 5.3. Thực hiện thí nghiệm
• 5.4. Quá trình thực nghiệm
• 5.5. Phương pháp kiểm tra
• 6. CHƯƠNG 6: DỰ ĐOÁN, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ
• 6.1. Dự đoán những hư hỏng có thể xảy ra trong lòng khuôn
• 6.2. Tổng hợp và đánh giá kết quả scan 3D
• 6.2.1. Lòng khuôn âm
• 6.2.2. Lòng khuôn dương
• 6.2.3. Đánh giá thực tế trên lòng khuôn
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 7.1. Hạn chế của đề tài
• 7.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Độ bền khuôn đúc

Nghiên cứu tập trung vào độ bền khuôn đúc trong quá trình đúc áp lực, đặc biệt là sự mài mòn do dòng chảy kim loại. Thép SKD61 và thép tôi trước được sử dụng để so sánh hiệu quả. Kết quả cho thấy, thép SKD61 có khả năng chịu mài mòn tốt hơn, giúp kéo dài tuổi thọ khuôn. Thép tôi trước cũng thể hiện độ bền đáng kể nhưng kém hơn so với SKD61. Nghiên cứu này cung cấp dữ liệu thực nghiệm quan trọng để lựa chọn vật liệu phù hợp cho khuôn đúc áp lực.

1.1. Ảnh hưởng của dòng chảy kim loại

Dòng chảy kim loại trong khuôn đúc áp lực gây ra sự mài mòn đáng kể trên bề mặt khuôn. Thép SKD61 cho thấy khả năng chống mài mòn vượt trội nhờ cấu trúc vi mô ổn định. Thép tôi trước cũng chịu được áp lực nhưng dễ bị biến dạng sau nhiều chu kỳ đúc. Kết quả này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế mài mòn và cách tối ưu hóa thiết kế khuôn.

II. Vật liệu khuôn đúc

Nghiên cứu so sánh hai loại vật liệu chính là thép SKD61 và thép tôi trước. Thép SKD61 được ưa chuộng nhờ độ cứng và khả năng chịu nhiệt cao, phù hợp cho khuôn đúc áp lực. Thép tôi trước có chi phí thấp hơn nhưng độ bền kém hơn. Kết quả phân tích cho thấy, thép SKD61 là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao.

2.1. Tính chất cơ học của thép SKD61

Thép SKD61 có độ cứng lên đến 52 HRC, khả năng chịu nhiệt lên đến 600°C, và độ bền kéo cao. Những tính chất này giúp nó chịu được áp lực lớn trong quá trình đúc. Thép tôi trước có độ cứng thấp hơn, khoảng 40 HRC, và dễ bị biến dạng dưới tác động nhiệt và cơ học.

III. Quy trình đúc áp lực

Nghiên cứu sử dụng quy trình đúc áp lực để đánh giá độ bền của khuôn. Phương pháp Taguchi được áp dụng để tối ưu hóa các thông số đúc. Kết quả cho thấy, áp lực đúc và nhiệt độ khuôn là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền khuôn. Thép SKD61 thể hiện khả năng chịu áp lực tốt hơn so với thép tôi trước.

3.1. Phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi được sử dụng để xác định các thông số tối ưu cho quy trình đúc áp lực. Kết quả phân tích cho thấy, áp lực đúc từ 80-100 MPa và nhiệt độ khuôn từ 200-250°C là tối ưu nhất. Thép SKD61 cho kết quả ổn định hơn trong các điều kiện này so với thép tôi trước.

IV. Ứng dụng thép SKD61

Thép SKD61 được ứng dụng rộng rãi trong khuôn đúc áp lực nhờ độ bền và khả năng chịu nhiệt cao. Nghiên cứu này khẳng định hiệu quả của thép SKD61 trong việc kéo dài tuổi thọ khuôn và giảm chi phí bảo trì. Thép tôi trước cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng ít đòi hỏi độ bền cao.

4.1. Hiệu quả kinh tế

Mặc dù thép SKD61 có chi phí ban đầu cao hơn, nhưng tuổi thọ kéo dài giúp giảm chi phí bảo trì và thay thế. Thép tôi trước phù hợp cho các ứng dụng ngắn hạn hoặc ít yêu cầu độ bền. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở để lựa chọn vật liệu phù hợp với nhu cầu sản xuất.