Đồ án: Thiết kế, chế tạo khuôn đúc áp lực chi tiết chống rung camera drone

Thiết kế, chế tạo khuôn đúc áp lực cho đệm chống rung camera drone. Toàn văn đồ án tốt nghiệp ngành cơ khí, cung cấp quy trình tính toán chi tiết.

• Tác giả: Nguyễn Tuấn Kiệt
• 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: Tính toán, thiết kế, chế tạo khuôn đúc áp lực chi tiết đệm chống rung camera gắn trên Drone cho công ty Real-Time Robotics Việt Nam
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về thiết kế khuôn đúc áp lực đệm chống rung camera drone

Thiết kế khuôn đúc áp lực là một công nghệ hiện đại trong ngành chế tạo cơ khí, đặc biệt quan trọng cho các ứng dụng công nghệ cao. Chi tiết đệm chống rung camera drone đòi hỏi độ chính xác cao và chất lượng tuyệt vời để đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định. Khuôn đúc áp lực cao được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận nhôm có hình dạng phức tạp. Công nghệ này cho phép tạo ra các chi tiết với độ chính xác cao, bề mặt tốt và tính nhất quán tuyệt vời. Đối với camera gắn trên drone, việc thiết kế khuôn đúc chính xác là yêu cầu thiết yếu để giảm rung động và cải thiện chất lượng hình ảnh. Quá trình thiết kế phải tính đến các yếu tố như lực áp suất, nhiệt độ, và vật liệu sử dụng để đạt được hiệu quả tối ưu.

1.1. Vai trò của đệm chống rung trong camera drone

Đệm chống rung là thành phần quan trọng giúp giảm thiểu rung động từ động cơ và các chuyển động của drone. Khi camera drone hoạt động, các lực rung động có thể làm mờ hình ảnh và giảm chất lượng video. Chi tiết đệm chống rung được thiết kế để hấp thụ các dao động này, bảo vệ cảm biến camera khỏi những ảnh hưởng tiêu cực. Vật liệu nhôm được chọn vì tính chất cơ học tốt, khả năng chịu lực cao và trọng lượng nhẹ. Thiết kế khuôn đúc áp lực cho chi tiết này đảm bảo sản xuất hàng loạt với chất lượng ổn định.

1.2. Ứng dụng công nghệ đúc áp lực trong ngành drone

Công nghệ đúc áp lực cao đã trở thành tiêu chuẩn trong sản xuất các bộ phận drone chất lượng cao. Khuôn đúc chính xác cho phép tạo ra các chi tiết với công差minimal, giảm chi phí gia công sau này. Ngành drone đòi hỏi các bộ phận nhẹ nhưng bền vững, và thiết kế khuôn đúc đáp ứng hoàn hảo những yêu cầu này. Việc sử dụng đúc áp lực giúp cải thiện hiệu suất sản xuất và đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm, rất quan trọng cho các thiết bị bay không người lái hiện đại.

II. Cơ sở lý thuyết thiết kế khuôn đúc áp lực

Thiết kế khuôn đúc áp lực dựa trên những nguyên lý cơ bản của kỹ thuật chế tạo và động lực học chất lỏng. Áp lực đúc cao giúp đẩy kim loại nóng chảy vào các khoảng hẹp của khuôn đúc, tạo ra chi tiết với hình dạng phức tạp. Quá trình thiết kế khuôn cần xem xét lực nén, nhiệt độ, tốc độ đóng khuôn và thời gian giữ áp lực. Chi tiết đệm chống rung đòi hỏi phân tích độ dày tối ưu, bán kính góc và các lỗ thoát khí. Tính toán chính xác về áp suất đúc, tốc độ tràn và khả năng làm mát là chìa khóa để tạo ra chi tiết hoàn hảo. Mô phỏng CAE giúp dự đoán và tối ưu hóa quá trình đúc trước khi chế tạo khuôn thực tế.

2.1. Nguyên lý hoạt động đúc áp lực cao

Đúc áp lực cao là quá trình bơm kim loại nóng chảy vào khuôn đúc dưới áp lực rất cao (từ 400-4000 bar). Áp lực cao này buộc kim loại phải đổ đầy toàn bộ các khoảng trong khuôn, tạo ra chi tiết chi tiết với bề mặt sạch và kích thước chính xác. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả cho thiết kế chi tiết phức tạp như đệm chống rung. Tốc độ đóng khuôn nhanh giúp cải thiện hiệu suất sản xuất đồng thời đảm bảo chất lượng.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Chất lượng chi tiết đúc áp lực phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ kim loại, áp suất đúc, tốc độ tràn, và thiết kế khuôn. Nhiệt độ không phù hợp có thể gây lỗi như co ngót, tạo các bong bóng, hoặc ứ lại. Thiết kế tối ưu của khuôn đúc bao gồm lỗ thoát khí, rãnh dẫn, và kênh dẫn để đảm bảo dòng chảy kim loại hoàn hảo. Vật liệu khuôn cũng ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ và hiệu suất đúc.

III. Quy trình thiết kế khuôn đúc cho đệm chống rung

Quy trình thiết kế khuôn đúc áp lực bao gồm nhiều giai đoạn quan trọng từ phân tích đến tối ưu hóa. Đầu tiên, cần phân tích bản vẽ chi tiết đệm chống rung camera để xác định các yêu cầu kỹ thuật. Sau đó, thiết kế khuôn sơ bộ được tạo dựa trên nguyên lý đúc áp lực, với xem xét đến độ co ngót, góc tháo khuôn và lỗ thoát khí. Mô phỏng CAE được sử dụng để kiểm tra dòng chảy kim loại, phân bố nhiệt độ và khả năng làm mát. Các điều chỉnh được thực hiện để tối ưu hóa thiết kế khuôn, giảm lỗi đúc và cải thiện hiệu suất. Cuối cùng, chế tạo khuôn được tiến hành với độ chính xác cao, sử dụng máy CNC và các công cụ tiên tiến để đảm bảo khuôn đúc đáp ứng các công差yêu cầu.

3.1. Phân tích yêu cầu kỹ thuật chi tiết

Bước đầu tiên trong thiết kế khuôn đúc là phân tích chi tiết các yêu cầu kỹ thuật. Chi tiết đệm chống rung cần có độ dày đồng đều, bề mặt mịn và kích thước chính xác. Cần xác định công差chấp nhận, độ nhám bề mặt, và các tính chất cơ học yêu cầu. Phân tích độ co ngót của nhôm sau đúc là yếu tố quan trọng để thiết kế khuôn với kích thước lớn hơn để bù đắp co ngót. Khuôn đúc cần được thiết kế để dễ tháo lấy chi tiết mà không gây hư hỏng.

3.2. Thiết kế và mô phỏng khuôn

Thiết kế CAD khuôn đúc được tạo trên phần mềm CAD 3D với các chi tiết cụ thể như kênh dẫn, lỗ thoát khí và rãnh dẫn. Mô phỏng CAE sử dụng để kiểm tra dòng chảy kim loại, đảm bảo đổ đầy toàn bộ chi tiết mà không có lỗ trống. Phân tích nhiệt được thực hiện để kiểm tra quá trình nguội dương. Các điều chỉnh thiết kế khuôn được thực hiện dựa trên kết quả mô phỏng để tối ưu hóa quá trình đúc áp lực.

IV. Chế tạo và tối ưu hóa khuôn đúc áp lực

Giai đoạn chế tạo khuôn đúc là bước tiếp theo sau khi thiết kế hoàn thiện. Khuôn đúc áp lực được chế tạo từ thép chất lượng cao có khả năng chịu áp lực và nhiệt độ cao. Sử dụng máy CNC tiên tiến để gia công các bề mặt chính xác, lỗ thoát khí, và các chi tiết phức tạp khác. Quá trình gia công bao gồm phay, xoay, mài và làm sạch bề mặt khuôn. Sau chế tạo, khuôn đúc cần được kiểm tra kích thước, độ nhám bề mặt, và độ chằn chít. Thử nghiệm đúc sơ bộ được thực hiện để kiểm tra chất lượng chi tiết và điều chỉnh các tham số như áp lực, nhiệt độ, và thời gian đúc. Tối ưu hóa khuôn liên tục được thực hiện dựa trên kết quả thực nghiệm để đạt được hiệu suất tối ưu.

4.1. Quy trình gia công chi tiết khuôn

Gia công khuôn đúc bắt đầu bằng phay các bề mặt chính tắc để chuẩn bị cho các gia công chi tiết hơn. Máy CNC được lập trình để gia công khoang đúc với độ chính xác cao theo bản vẽ thiết kế khuôn. Lỗ thoát khí được khoan với đường kính và độ sâu chính xác để tránh khí bị mắc kẹt. Rãnh dẫn được phay để hướng dòng kim loại vào đúng vị trí. Sau gia công cơ bản, các chi tiết được mài để đạt độ nhám bề mặt yêu cầu, quan trọng cho việc thoát khí tốt.

4.2. Thử nghiệm và hiệu chỉnh khuôn

Thử nghiệm đúc là giai đoạn quan trọng để kiểm tra khuôn đúc áp lực. Những chu kỳ đúc sơ bộ được thực hiện để quan sát chất lượng chi tiết, tìm các lỗi như khí bị mắc, co ngót không đều, hoặc vết khía. Hiệu chỉnh tham số đúc được thực hiện bằng cách điều chỉnh áp lực, nhiệt độ kim loại, hoặc tốc độ tràn. Nếu cần, thiết kế khuôn có thể được sửa đổi để cải thiện dòng chảy hoặc thoát khí. Tối ưu hóa liên tục này đảm bảo sản xuất chi tiết chất lượng cao và ổn định.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 giới thiệu về đề tài. Chương 2 trình bày về tổng quan của đề tài bao gồm những kiến thức nền tảng của công nghệ đúc áp lực cao. Chương 3 nêu lên những cơ sở lý thuyết để phục vụ cho việc tính toán, thiết kế, mô phỏng sao cho chính xác nhất. Chương 4 sẽ đưa ra phương hướng chọn phương án và giải quyết vấn đề một cách cụ thể nhất từng công đoạn thực hiện để tạo ra sản phẩm.

Chương 5 sẽ tính toán, mô phỏng, thiết kế bộ khuôn một cách hoàn chỉnh. Chương 6 sẽ nêu ra phương án gia công hoàn thiện, quá trình thực nghiệm và hiệu chỉnh khuôn nếu cần thiết. Cuối cùng chương 7 sẽ tổng kết lại những kết luận về đề tài, ưu nhược điểm và hướng phát triển trong tương lai của đề tài. 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.

Giới thiệu đề tài Trong bối cảnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, khi mà tất cả các ngành về kỹ thuật, tài chính, công nghệ,… từng bước tiến xa hơn với sự phát triển vượt bậc, bắt kịp với xu hướng của thị trường, của thời đại thì trong đó, đặc biệt là các sản phẩm cơ khí chế tạo máy, các sản phẩm liên quan về ngành đúc chi tiết bên ngành gỗ như: đúc tay nắm tủ, đúc các loại bulong tán ngang.bên lĩnh vực xây dựng thì đúc các sản phẩm tăng đơ, bulong cùm.lĩnh vực xe máy thì đúc áp lực mặt nạ xe, hộp số, lõi cốt thắng. Qua đó ta thấy được vị trí vô cùng quan trọng của ngành chế tạo máy, đặc biệt là về công nghệ đúc áp lực đang chiếm thị phần vô cùng lớn, đóng góp những giá trị to lớn cho sự phát triển của thị trường công nghệ, kỹ thuật hiện đại. Với mong muốn mang công nghệ đúc áp lực có thể được biết đến rộng rãi hơn, phát triển hơn tại thị trường Việt Nam, đồng thời với ước muốn người Việt Nam làm chủ công nghệ đúc áp lực để có thể tự chủ sản xuất nhiều chi tiết quan trọng trong chuỗi chế tạo các thiết bị như xe máy, máy công nghiệp, sản phẩm, chi tiết cơ khí, cũng như những chi tiết quan trọng trong các ngành khác,… Do vậy nhóm chúng tôi quyết tâm xây dựng nên đề tài này nhằm ghi chép lại toàn bộ quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, mô phỏng nên những tài liệu về công nghệ đúc áp lực, đặc biệt là khuôn đúc áp lực để có thể vận dụng ngay máy móc có sẵn tại trường. Sơ lược về công nghệ đúc áp lực 2.

Trên thế giới Đúc áp lực cao là quá trình sản xuất để tạo ra các chi tiết kim loại bằng cách đặt vật liệu kim loại trong một khuôn đúc và áp dụng áp lực cao vào vật liệu đó để nén và hình dạng nó theo yêu cầu. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới vì nó cho phép sản xuất các chi tiết có độ chính xác cao, độ bền và khả năng chịu được áp lực cao. Một số ứng dụng phổ biến của đúc áp lực cao bao gồm: - Ngành công nghiệp hàng không: Đúc áp lực cao được sử dụng để sản xuất các chi tiết máy bay như cánh, khung thân và động cơ. Các chi tiết này cần đạt được độ chính xác cao và đáng tin cậy để đảm bảo an toàn cho hành khách và nhân viên.

- Ngành công nghiệp ô tô: Các công ty ô tô sử dụng kỹ thuật đúc áp lực cao để sản xuất các bộ phận chính như động cơ, hộp số, treo và phanh. Sản xuất chi tiết bằng đúc áp lực cao giúp tăng độ chính xác và hiệu suất của các bộ phận. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI - Ngành công nghiệp dầu khí: Đúc áp lực cao cũng được sử dụng trong việc sản xuất các thiết bị dầu khí như ống dẫn, mặt bích và vỏ thiết bị. Các thành phần này cần chịu được áp lực và điều kiện khắc nghiệt trong quá trình khai thác và vận hành dầu khí.

- Ngành công nghiệp đóng tàu: Đúc áp lực cao được sử dụng để sản xuất các bộ phận tàu như đường ống, cốt thép và cấu trúc tàu. Tàu thường phải chịu được áp lực từ môi trường nước và yêu cầu sự chắc chắn và bền vững. Ngoài ra, đúc áp lực cao cũng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác như công nghệ sinh học, ngành công nghiệp năng lượng và xây dựng. Kỹ thuật này đang liên tục phát triển với mục tiêu tăng cường hiệu suất sản xuất và độ chính xác của các chi tiết kim loại.

Tại Việt Nam Đúc áp lực cao (DAC) là một ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng ở Việt Nam trong những năm gần đây. Việt Nam đã đạt được những thành tựu đáng kể trong lĩnh vực này và có nhiều doanh nghiệp đúc áp lực cao hàng đầu trong khu vực Đông Nam Á. Các lợi thế của ngành đúc áp lực cao ở Việt Nam bao gồm lao động giá rẻ, nguồn nguyên liệu kim loại phong phú và giá cả cạnh tranh. Ngoài ra, các doanh nghiệp đúc áp lực cao ở Việt Nam cũng đã đầu tư vào công nghệ và thiết bị hiện đại để nâng cao năng lực sản xuất.

Sản phẩm được đúc áp lực cao ở Việt Nam bao gồm các chi tiết kim loại phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp, bao gồm ô tô, xe máy, điện tử, công nghiệp hàng không, công nghiệp dầu khí và xây dựng. Các doanh nghiệp đúc áp lực cao ở Việt Nam đã có khả năng sản xuất các sản phẩm có độ chính xác cao và chất lượng đáng tin cậy. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường, ngành đúc áp lực cao ở Việt Nam đang không ngừng phát triển và nâng cấp công nghệ sản xuất. Chính phủ cũng đã thúc đẩy việc đầu tư vào ngành công nghiệp công nghệ cao, bao gồm cả đúc áp lực cao, để đảm bảo sự phát triển bền vững và cạnh tranh của nền kinh tế Việt Nam.

Tuy nhiên, ngành đúc áp lực cao ở Việt Nam còn đối mặt với một số thách thức như nâng cao năng lực kỹ thuật, đào tạo nhân lực chất lượng cao và cải thiện quy trình quản lý sản xuất. Từng bước thúc đẩy sự đổi mới và sáng tạo sẽ giúp ngành công nghiệp đúc áp lực cao ở Việt Nam phát triển mạnh mẽ và góp phần thúc đẩy nền kinh tế đất nước 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Hình 2.1: Một số chi tiết điển hình 2. Nhu cầu về các sản phẩm khuôn đúc tại Việt Nam Trong thời kỳ hội nhập, những nhà đầu tư nước ngoài có xu hướng đổ xô vào Việt Nam đặt hàng các sản phẩm đúc áp lực, với sản lượng rất lớn, hình dạng, chức năng phong phú và yêu cầu chất lượng từ thấp đến cao. Ở Việt Nam, với nhân công giá rẻ, lực lượng lao động dồi dào, các doanh nghiệp cần có nhà cung cấp tại chỗ để giảm chi phí vận chuyển.

Mặt khác, theo chỉ thị nội địa hoá các loại máy, thiết bị đơn giản như: xe máy, động cơ Diezen, máy nông nghiệp, máy phát điện, thiết bị dân dụng,… điều này đã mở ra một nhu cầu về sản phẩm đúc áp lực với số lượng lớn. Với trình độ, cơ sở vật chất ở trong nước như hiện tại thì chỉ đáp ứng phần nhỏ các sản phẩm có yêu cầu thấp và trung bình về chất lượng. Vì vậy, để phát triển các sản phẩm đúc áp lực nói chung, lĩnh vực chế tạo máy nói riêng, chúng ta phải nâng cao cả về chất lượng và số lượng để đáp ứng nhu cầu và tăng khả năng cạnh tranh với các nước trong khu vực và thế giới. Đặc biệt là lĩnh vực các chi tiết xe ô tô.

Cụ thể như các hãng xe máy LIFAN, SYM, YAMAHA, SUZUKI,. riêng công ty HONDA Việt Nam trong năm 2005 và 2006 mỗi năm đã sản xuất 1 triệu chiếc xe máy các loại, năm 2007 tăng lên 1,2 triệu chiếc. Trong năm 2008, công ty có kế hoạch sản xuất tăng lên 1,5 triệu chiếc. Mỗi chiếc xe máy thì có khoảng 10 chi tiết được chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực.

Như vậy, mỗi năm hãng xe HONDA Việt Nam phải cần đến hơn 10 triệu chi tiết đúc áp lực. Hiện tại, chưa có nhà cung cấp Việt Nam nào có thể đáp ứng được nhu cầu này. Ở khu vực miền Nam, những công ty sản xuất và lắp ráp động cơ Diezen như: VIKYNO, VINAPPRO, CƠ KHÍ AN GIANG,… với sản lượng các loại mỗi năm khoảng 60.000 máy (trong đó xuất khẩu chiếm khoảng 60%) và đang có chiều 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI hướng gia tăng. Nhu cầu về sản phẩm đúc áp lực của các công ty này cũng rất lớn.

Ngoài ra, còn có rất nhiều các sản phẩm phục vụ trong ngành điện, gia dụng,. Với việc ngày càng gia tăng các sản phẩm đúc áp lực ở Việt Nam, nhu cầu về thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cũng tăng theo. Để nâng cao chất lượng và ổn định quá trình sản xuất, các doanh nghiệp trong nước thường đặt chế tạo và nhập ngoại khuôn từ các nước như Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan… Cũng có một số công ty trong nước đã nghiên cứu thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực. Tuy nhiên, chủ yếu dựa trên các kết cấu khuôn nhập ngoại và kinh nghiệm để thiết kế chế tạo nên chất lượng sản phẩm đúc không ổn định.

Việc nghiên cứu, tính toán, thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực nhằm nâng cao chất lượng và thay thế hàng nhập ngoại là rất cần thiết, giúp các cơ sở sản xuất hạ giá thành sản phẩm và có thể chủ động trong sản xuất. Giới thiệu sơ bộ về chi tiết đúc Nắp ổ camera trên drone là một bộ phận quan trọng để bảo vệ và giữ camera của drone khi hoạt động. Thông thường, nắp được sản xuất từ những chất liệu như nhựa ABS hoặc nhôm được thiết kế chắc chắn và có độ chịu lực tốt để bảo vệ camera khỏi các va chạm hay ảnh hưởng từ thời tiết. Nắp ổ camera thường được sản xuất và lắp đặt theo kiểu gắn nhanh và dễ dàng cho phép người sử dụng tháo ra và lắp vào một cách nhanh chóng và thuận tiện.

Một số nắp ổ camera còn được thiết kế dạng cửa sổ giúp người dùng có thể nhìn thấy trực tiếp hình ảnh của camera mà không cần phải tháo nắp ra. Đồng thời, nắp ổ camera thường được thiết kế phù hợp với mẫu drone cụ thể mà nó sẽ được lắp đặt.