Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Công nghệ hàn siêu âm (Ultrasonic Welding - UW) là quá trình hàn áp lực sử dụng năng lượng cơ học của dao động siêu âm để tạo biến dạng dẻo cục bộ tại bề mặt mối ghép, giúp các phần tử vật liệu khuếch tán, thẩm thấu và liên kết chặt chẽ mà không cần dùng chất kết dính hay tác động nhiệt độ cao từ nguồn ngoài. Đầu truyền siêu âm (Ultrasonic Horn) đóng vai trò truyền sóng và áp lực dao động lên chi tiết hàn. Trước đây, các khuôn truyền siêu âm thường được chế tạo bằng phương pháp gia công cơ học truyền thống; tuy nhiên, phương pháp này tồn tại nhược điểm về tổ chức thớ kim loại và độ bền chịu mỏi dưới tải trọng dao động tuần hoàn.

Nhằm cải thiện đặc tính cơ học, cấu trúc thớ và tuổi thọ làm việc của đầu truyền hàn siêu âm tần số 28kHz làm bằng hợp kim nhôm A7075, đề tài được triển khai nhằm chuyển đổi phương pháp chế tạo từ gia công cắt gọt đơn thuần sang công nghệ dập nóng (gia công áp lực trong khuôn kín). Để phục vụ quá trình dập nóng này, việc thiết kế và chế tạo bộ khuôn dập nóng có độ chính xác, độ cứng và độ bền cao là yêu cầu tiên quyết.

Nhiệm vụ nghiên cứu chính của đồ án bao gồm:

  1. Tổng quan về khuôn hàn siêu âm 28kHz và xác định thông số hình học vật dập từ hợp kim nhôm A7075.
  2. Phân tích kết cấu bộ khuôn dập nóng, xác định dạng sản xuất và lựa chọn vật liệu làm khuôn (thép SKD11).
  3. Lập quy trình công nghệ gia công cơ khí cho chi tiết điển hình trong khuôn (Mảnh cối 1).
  4. Phân tích bậc tự do định vị, chọn phương án nguyên công, thiết kế chi tiết các bước gia công (phay, tiện, khoan).
  5. Lựa chọn thiết bị máy công cụ, dụng cụ cắt gọt chuẩn hóa và tính toán chế độ cắt, công suất cắt, thời gian gia công cơ bản.
  6. Thiết kế và tính toán động học, lực kẹp cùng chuỗi sai số cho đồ gá chuyên dùng ở nguyên công phay.

Đối tượng nghiên cứu trọng tâm là chi tiết Mảnh cối 1 của bộ khuôn dập nóng. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Bộ môn Thiết bị và Công nghệ Vật liệu Cơ khí, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM trong học kỳ 231 (năm học 2023–2024).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng tổng hợp các cơ sở lý thuyết chuyên ngành cơ khí chế tạo máy, công nghệ gia công áp lực và vật liệu học:

  • Lý thuyết công nghệ chế tạo máy và định vị: Nguyên tắc định vị 6 điểm trong không gian 3 chiều ($T_x, T_y, T_z, R_x, R_y, R_z$), lý thuyết chuỗi kích thước và phương pháp chọn chuẩn công nghệ, chuẩn định vị, chuẩn đo lường.
  • Lý thuyết vật liệu và xử lý nhiệt: Biến tính cấu trúc pha của thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập nguội/dập nóng SKD11 (tiêu chuẩn JIS / AISI D2) qua các nguyên công ủ mềm, tôi dầu, ram và công nghệ thấm nitơ thể khí nhằm đạt độ cứng bề mặt cao ($1000 \div 1200 \text{ HV}$) và độ cứng lõi ($58 \div 60 \text{ HRC}$).
  • Phương pháp tính toán chế độ cắt gọt: Sử dụng hệ thống công thức giải tích xác định vận tốc cắt ($v_c$), tốc độ trục chính ($n$), lượng chạy dao ($f$), công suất cắt ($P_c$), tốc độ bóc tách kim loại ($Q$) và thời gian gia công cơ bản ($T_m$) theo cẩm nang gia công kim loại Sandvik Coromant.
  • Phương pháp mô hình hóa và phân tích 3D: Ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor Professional 2021 để mô hình hóa hình học, tính toán diện tích bề mặt, thể tích và khối lượng chính xác của chi tiết.
  • Nguồn dữ liệu tham khảo: Kế thừa thông số mô phỏng biến dạng dập nóng trên phần mềm QForm từ nghiên cứu của tác giả Phạm Đình Hồng Thanh và các nghiên cứu về tính đồng đều biên độ dao động của PGS. Nguyễn Thanh Hải cùng cộng sự; giáo trình hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy của PGS.TS. Lê Trung Thực, Đặng Văn Nghìn, Hồ Viết Bình.

Thiết kế và triển khai quy trình công nghệ

1. Đặc tính vật liệu và chi tiết gia công

Chi tiết gia công điển hình được chọn là Mảnh cối 1.

  • Vật liệu chế tạo: Thép hợp kim SKD11 có thành phần Carbon cao (1,25% C) kết hợp Crôm, Molypden, Vanadi.
  • Cơ tính vật liệu: Giới hạn chảy $\sigma_{ch} \ge 66,28 \text{ kg/mm}^2$, độ bền kéo $\sigma_b = 81,576 \text{ kg/mm}^2$, độ giãn dài tương đối $\delta = 12,5%$, độ thắt tương đối $\psi = 50%$.
  • Khối lượng riêng: $\gamma = 7,850 \text{ g/cm}^3$.
  • Khối lượng chi tiết thiết kế trên Inventor: $m = 0,870 \text{ kg}$; diện tích bề mặt $19.300,704 \text{ mm}^2$; thể tích $110.782,902 \text{ mm}^3$.

2. Thiết bị gia công công nghiệp được lựa chọn

  • Máy phay đứng vạn năng FullMark FM-15S (Đài Loan): Kích thước bàn làm việc $230 \times 1067 \text{ mm}$, hành trình trục $X/Y/Z$ lần lượt là $700/360/400 \text{ mm}$, công suất động cơ 3HP, tốc độ trục chính lên tới $4560 \text{ vòng/phút}$.
  • Máy tiện cơ Sunmaster ERL-1330 (Đài Loan): Chiều cao tâm $171 \text{ mm}$, đường kính tiện qua băng tối đa $\varnothing 340 \text{ mm}$, công suất 3HP, tốc độ trục chính 8 cấp từ $80 \div 2000 \text{ vòng/phút}$.
  • Máy khoan đứng EchoENG TC 40 DA: Khả năng khoan tối đa $\varnothing 40 \text{ mm}$, taro tối đa M22, công suất trục chính $1,5 \text{ kW}$, 12 cấp tốc độ từ $75 \div 3200 \text{ vòng/phút}$.

3. Dụng cụ cắt gọt và kiểm tra tiêu chuẩn

  • Dụng cụ phay: Cán dao phay mặt đầu Sandvik R245-032A32-12M gắn mảnh dao R245-12 T3 M-PH 4340; phay tinh sử dụng mảnh RA216.24-165AAK08H 1620.
  • Dụng cụ tiện: Cán dao QS-SCACR1010E06, cán dao lỗ A04F-STFCR; mảnh dao 495-09T3M-PM 1130, CNMG 12 04 08-MR 4415, CCMT 09 T3 08-MM 2025.
  • Dụng cụ khoan và doa: Mũi khoan CoroDrill 860 Sandvik; cán doa BR20-29SP06Y-C3 kết hợp mảnh SPMT0606-BM 2025.
  • Dụng cụ đo kiểm: Thước cặp điện tử Mitutoyo 500-702-20, dưỡng đo lỗ Qianhang, panme đo độ sâu Mitutoyo 128, đồng hồ so Mitutoyo, máy đo độ nhám bề mặt Mitutoyo SJ-410.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về khuôn hàn siêu âm 28kHz

Chương này phân tích cơ sở công nghệ của mối hàn siêu âm và vai trò của đầu truyền siêu âm (horn). Tác giả so sánh chi tiết ưu - nhược điểm giữa hai phương pháp tạo phôi: gia công cắt gọt truyền thống và gia công áp lực.

Tiêu chí so sánh Gia công cắt gọt cơ học Gia công áp lực (Dập nóng)
Cơ tính sản phẩm Cắt đứt tổ chức thớ kim loại, giảm độ bền mỏi Giữ nguyên và định hướng thớ kim loại, mật độ sít chặt, cơ tính cao
Độ chính xác & độ nhám Độ nhám bề mặt thấp, độ chính xác kích thước cao Cần tính toán lượng dư gia công do có hiện tượng co ngót và dão nhiệt
Năng suất & Tiết kiệm vật liệu Năng suất trung bình, lượng phoi hao phí lớn Năng suất cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, dễ tự động hóa
Yêu cầu tay nghề & Thiết bị Đòi hỏi lập trình/vận hành máy CNC phức tạp Cần đầu tư chi phí chế tạo khuôn ban đầu lớn

Dựa trên dữ liệu mô phỏng dập nóng của Phạm Đình Hồng Thanh, vật dập đầu truyền làm từ nhôm A7075 tròn đặc có khối lượng tính toán $54,6 \text{ g}$ (khối lượng chi tiết hoàn thiện là $42 \text{ g}$ với hệ số tính toán $K_p = 1,3$), cấp chính xác T4, nhóm thép M1, dạng mặt phân khuôn phẳng. Các kích thước vật dập bao gồm lượng dư gia công cơ và sai lệch cho phép được xác định nhằm bù trừ hao cháy khi nung cảm ứng và biến dạng dập thể tích trên máy ép thủy lực.

Chương 2: Tổng quan về khuôn dập và xác định dạng sản xuất của khuôn siêu âm

Sản lượng chế tạo đầu truyền siêu âm dự kiến đạt $100 \div 200 \text{ bộ/năm}$ (quy mô sản xuất hàng loạt nhỏ), do đó việc chế tạo bộ khuôn dập nóng thuộc dạng sản xuất đơn chiếc. Bộ khuôn dập bao gồm các cụm chi tiết: Áo ngoài trên/dưới (thép CT3), Tấm mặt, Tấm lót, Hệ thống bulong định vị M6/M10 và 4 mảnh cối ghép (thép SKD11).

Quy trình nhiệt luyện khuôn dập SKD11 được xác lập:

  1. Ủ mềm: Nhiệt độ $830 \div 860^\circ\text{C}$, làm nguội chậm trong lò đạt độ cứng $\le 250 \text{ HB}$.
  2. Tôi: Nung đạt $1000 \div 1050^\circ\text{C}$, làm nguội trong dầu đạt độ cứng $\approx 61 \text{ HRC}$.
  3. Ram: Nhiệt độ ram $500 \div 550^\circ\text{C}$ để triệt tiêu ứng suất dư và đạt độ cứng $58 \div 60 \text{ HRC}$.
  4. Thấm Nitơ thể khí: Cải thiện độ cứng lớp bề mặt đạt $1000 \div 1200 \text{ HV}$, duy trì khả năng làm việc ở nhiệt độ $500 \div 600^\circ\text{C}$ và tăng giới hạn bền mỏi.

Chương 3: Phân tích chi tiết gia công

Chi tiết Cối dập nóng 1 chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt: chịu lực nén dọc trục lớn, ma sát trượt của dòng kim loại nóng và chu kỳ truyền nhiệt liên tục từ phôi.

  • Yêu cầu kỹ thuật: Độ bền dập đến lần sửa chữa đầu tiên là $15.000 \div 20.000 \text{ lần}$; tuổi thọ đến khi hỏng hoàn toàn đạt $60.000 \div 80.000 \text{ lần dập}$.
  • Độ bóng bề mặt lòng khuôn tiếp xúc trực tiếp với vật dập yêu cầu $R_a \le 0,63 \ \mu\text{m}$ để đảm bảo thoát khuôn và chất lượng bề mặt chi tiết dập.

Chương 4: Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi cho khuôn dập

Tác giả so sánh ba phương án tạo phôi: phôi đúc, phôi dập và phôi thép cán định hình dạng thanh. Trong điều kiện sản xuất đơn chiếc, phôi thép thanh tròn đặc SKD11 được lựa chọn do tính sẵn có trên thị trường, giảm thiểu thời gian và chi phí chế tạo khuôn đúc thử nghiệm. Toàn bộ chi tiết được chia thành 14 bề mặt chức năng; trong đó:

  • Mặt trụ trong lòng cối (mặt 10) là bề mặt quan trọng nhất, đóng vai trò định hình sản phẩm (cấp chính xác 7, $R_a = 0,63 \ \mu\text{m}$).
  • Mặt phẳng đáy và mặt tựa (mặt 5, 7) yêu cầu cấp chính xác 8, $R_a = 1,6 \ \mu\text{m}$.
  • Mặt trụ ngoài (mặt 6) yêu cầu cấp chính xác 12, $R_a = 6,3 \ \mu\text{m}$.
  • Các lỗ ren kẹp ghép (mặt 1, 2, 3, 4, 8) yêu cầu cấp chính xác 7, gia công bằng phương pháp khoan, khoét, taro.

Chương 5: Chọn tiến trình gia công các bề mặt phôi

Dựa trên phân tích tương quan giữa các bề mặt chuẩn công nghệ (mặt 10 đồng tâm với mặt 6, vuông góc với mặt 7; mặt 5 song song với mặt 7), ba phương án phân chia thứ tự nguyên công được xây dựng. Tác giả chọn Phương án 3 làm quy trình tối ưu:

Nguyên công Nội dung gia công Chuẩn định vị Bậc tự do khống chế
NC 1 Phay thô mặt phẳng 7 Mặt phẳng 5 và mặt trụ 10 4 bậc ($T_x, T_y, R_x, R_y$)
NC 2 Phay thô, bán tinh, tinh mặt phẳng 5 Mặt phẳng 7 và mặt trụ 10 3 bậc ($T_y, T_z, R_z$)
NC 3 Phay bán tinh, phay tinh mặt phẳng 7 Mặt phẳng 5 và mặt trụ 10 4 bậc ($T_x, T_y, R_x, R_z$)
NC 4 Khoan, khoét, doa các lỗ 3, 4, 8 Mặt phẳng 5 và mặt trụ 10 5 bậc ($T_x, T_y, T_z, R_y, R_z$)
NC 5 Tiện thô, tiện bán tinh, tiện tinh mặt 10 Mặt phẳng 6 3 bậc ($T_x, T_y, R_x$)
NC 6 Tiện thô, tiện bán tinh mặt trụ ngoài 6 Mặt 5 và trục gá bung tỳ mặt 10 4 bậc ($T_z, T_x, T_y, R_y$)
NC 7 Tổng kiểm tra kích thước, hình học, độ nhám Bàn rà chuẩn đo Toàn bộ 6 bậc

Chương 6: Thiết kế nguyên công

Chương này thực hiện tính toán chi tiết chế độ cắt cho từng bước nguyên công:

  • Phay thô mặt 5, 7: Chiều sâu cắt $a_p = 2,5 \text{ mm}$; lượng chạy dao $f_z = 0,5 \text{ mm/vòng}$; tốc độ trục chính chọn $n = 450 \text{ vòng/phút}$; vận tốc cắt thực tế $v_c = 45,24 \text{ m/phút}$; tốc độ bàn máy $v_f = 450 \text{ mm/phút}$; công suất cắt tính toán $P_c = 0,356 \text{ kW}$ (đáp ứng giới hạn công suất máy 3HP).
  • Phay bán tinh mặt 5, 7: $a_p = 1,5 \text{ mm}$; $f_z = 0,2 \text{ mm/vòng}$; $n = 950 \text{ vòng/phút}$; $v_c = 95,5 \text{ m/phút}$; $v_f = 380 \text{ mm/phút}$; $P_c = 0,281 \text{ kW}$.
  • Phay tinh mặt 5, 7: $a_p = 1,0 \div 1,5 \text{ mm}$; bán kính mũi dao $r = 0,4 \text{ mm}$; $f_z = 0,12 \text{ mm/vòng}$; $n = 2600 \text{ vòng/phút}$; $v_c = 65,35 \text{ m/phút}$; $v_f = 624 \text{ mm/phút}$; công suất $P_c = 0,296 \text{ kW}$.
  • Khoan lỗ $\varnothing 8$: Mũi khoan Sandvik CoroDrill 860; $f = 0,08 \text{ mm/vòng}$; $v_c = 16,96 \text{ m/phút}$; $n = 900 \text{ vòng/phút}$; tốc độ tiến dao $f_p = 72 \text{ mm/phút}$; công suất cắt $P_c = 0,114 \text{ kW}$.
  • Tiện mặt 6: Tiện thô ($a_p = 2,5 \text{ mm}, f = 0,2 \text{ mm/vòng}, n = 579 \text{ vòng/phút}, v_c = 100,044 \text{ m/phút}, P_c = 1,094 \text{ kW}$); tiện bán tinh ($a_p = 1,0 \text{ mm}, f = 0,2 \text{ mm/vòng}, n = 650 \text{ vòng/phút}, v_c = 112,31 \text{ m/phút}$).
  • Thời gian gia công cơ bản ($T_m$): Tổng thời gian máy cắt gọt được tổng hợp qua từng bước lần lượt là $83\text{s} + 59\text{s} + 31\text{s} + 45\text{s} + 39\text{s} + 57\text{s} + 8\text{s} + 8\text{s} + 8\text{s} + 26\text{s} + \dots$

Chương 7: Tính toán và thiết kế đồ gá

Đồ gá được thiết kế chuyên dùng cho Nguyên công 3 (Phay bán tinh và phay tinh mặt 7):

  • Cơ cấu định vị & kẹp chặt: Chi tiết được định vị bằng phiến tỳ tỳ vào mặt phẳng 5 (hạn chế các bậc tự do quay) kết hợp khối V định vị và tự định tâm mặt trụ ngoài. Cơ cấu kẹp chặt sử dụng bu-lông ép khối V góc nghiêng tiếp xúc $45^\circ$.
  • Xác định lực cắt và moment cắt lớn nhất: Ở bước phay bán tinh mặt 7, công suất cắt $P_c = 0,169 \text{ kW}$, moment xoắn cắt $M_c = 1699 \text{ N.mm}$. Lực cắt tiếp tuyến lớn nhất do dao phay sinh ra tại vị trí nguy hiểm nhất là $F_z = 106 \text{ N}$.
  • Lực ma sát và lực kẹp: Thiết lập phương trình cân bằng moment quay quanh trục và lực tịnh tiến theo phương $O_x, O_y$, tính ra lực kẹp của bu-lông lên khối V $N = 211 \text{ N}$, tổng lực kẹp yêu cầu tác động lên chi tiết là $\Sigma F = 97,344 \text{ N}$.
  • Tính toán chuỗi sai số gá đặt:
    • Sai số chuẩn: $\varepsilon_c = \frac{\delta}{2} \left( \frac{\sin \beta}{\sin \frac{\alpha}{2}} - 1 \right) = \frac{0,02}{2} \left( \frac{\sin 45^\circ}{\sin 45^\circ} - 1 \right) = 0$.
    • Sai số kẹp chặt: $\varepsilon_k = y_{tx} \cos 45^\circ$, với biến dạng tiếp xúc $y_{tx} = 0,68 \ \mu\text{m}$ tính theo diện tích phiến tỳ $F = 7,7 \text{ cm}^2$ và áp lực riêng $q = 1,26 \text{ kg/cm}^2$.
    • Sai số điều chỉnh: $\varepsilon_{dc} = 12 \ \mu\text{m}$.
    • Sai số gá đặt cho phép: $[\varepsilon_{gd}] = \frac{\delta}{3} = \frac{0,019}{3} \approx 0,00475 \text{ mm} = 4,75 \ \mu\text{m}$.
    • Sai số chế tạo đồ gá cho phép: $[\varepsilon_{ct}] = \sqrt{[\varepsilon_{gd}]^2 - (\varepsilon_c^2 + \varepsilon_k^2 + \varepsilon_m^2 + \varepsilon_{dc}^2)} = 400 \ \mu\text{m}$.

Kết quả và đóng góp

  1. Xây dựng quy trình công nghệ hoàn chỉnh: Thiết lập thành công tiến trình công nghệ gia công cơ khí 7 nguyên công cho chi tiết Mảnh cối 1 của khuôn dập nóng đầu truyền siêu âm 28kHz.
  2. Chuẩn hóa thông số chế độ cắt: Toàn bộ chế độ cắt (chiều sâu, lượng chạy dao, vận tốc cắt, công suất tiêu thụ) được tính toán giải tích chi tiết, tối ưu hóa theo danh mục dụng cụ cắt gọt Sandvik và kiểm nghiệm phù hợp với công suất của hệ thống máy công cụ FullMark FM-15S, Sunmaster ERL-1330, EchoENG TC 40 DA.
  3. Thiết kế đồ gá chuyên dụng có độ tin cậy cao: Tính toán lực kẹp khối V ($\Sigma F = 97,344 \text{ N}$) triệt tiêu rung động và moment xoay trong quá trình phay gián đoạn; chứng minh sai số chuẩn bằng 0 và xác định sai số chế tạo cho phép của đồ gá đạt $400 \ \mu\text{m}$, đảm bảo độ chính xác gia công cho mặt phẳng chuẩn số 7.
  4. Đóng góp kế thừa: Đồ án đã hiện thực hóa các kết quả nghiên cứu lý thuyết và dữ liệu mô phỏng dập nóng thể tích trên QForm từ nghiên cứu trước của Phạm Đình Hồng Thanh, chuyển đổi thành bản vẽ công nghệ và giải pháp chế tạo cơ khí thực tế tại xưởng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đồ án chỉ dừng lại ở mức độ thiết kế công nghệ, tính toán giải tích trên lý thuyết và mô phỏng 3D trên Inventor; chưa tiến hành gia công chế tạo thực tế bộ khuôn và chưa thực hiện dập thử nghiệm mẫu nhôm A7075 trên máy ép thủy lực. Hiện tượng biến dạng sau nhiệt luyện và độ phân bố lớp thấm nitơ chưa có dữ liệu đo đạc thực nghiệm đối chứng.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Chế tạo hoàn chỉnh bộ khuôn theo quy trình đã thiết kế, tiến hành nhiệt luyện và thấm nitơ thực tế.
    • Tiến hành dập nóng thử nghiệm đầu truyền siêu âm 28kHz từ nhôm A7075 trên máy ép thủy lực.
    • Kiểm tra cơ tính, cấu trúc tế vi và đo đạc độ đồng đều biên độ dao động sóng siêu âm trên bề mặt còi hàn thành phẩm để so sánh trực tiếp với phương pháp gia công cơ truyền thống.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Cơ khí Chế tạo máy, Công nghệ Vật liệu: Tham khảo cấu trúc một đồ án chuyên ngành chuẩn mực về thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết dạng khối/khuôn mẫu.
  • Kỹ sư công nghệ khuôn mẫu và gia công áp lực: Cung cấp phương pháp tính toán chế độ cắt chi tiết theo chuẩn Sandvik, quy trình xử lý nhiệt luyện và thấm nitơ cho thép SKD11, cũng như công thức tính toán lực kẹp và sai số gá đặt cho đồ gá phay định vị bằng khối V.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lại chọn thép SKD11 làm vật liệu chế tạo mảnh cối thay vì các mác thép khác?

Thép SKD11 (tiêu chuẩn JIS) là mác thép hợp kim Crôm - Molypden - Vanadi có hàm lượng Carbon cao (1,25%), sở hữu độ chống mài mòn vượt trội, khả năng chịu nén cao, độ thấm tôi tốt và độ ổn định kích thước cao trong quá trình nhiệt luyện. Sau khi nhiệt luyện và thấm nitơ thể khí, bề mặt lòng cối đạt độ cứng rất cao ($1000 \div 1200 \text{ HV}$) và chịu được nhiệt độ làm việc $500 \div 600^\circ\text{C}$ của quá trình dập nóng nhôm A7075 mà không bị biến dạng.

2. Quy trình nhiệt luyện chi tiết Mảnh cối 1 được quy định gồm những giai đoạn nào?

Quy trình nhiệt luyện gồm 4 giai đoạn: (1) Ủ mềm ở $830 \div 860^\circ\text{C}$ làm nguội trong lò để khử ứng suất và dễ gia công cơ; (2) Tôi ở $1000 \div 1050^\circ\text{C}$ làm nguội trong dầu; (3) Ram ở nhiệt độ $500 \div 550^\circ\text{C}$ để đạt độ cứng $58 \div 60 \text{ HRC}$; (4) Thấm nitơ thể khí bề mặt để tạo các pha nitrit mịn, gia tăng khả năng chống mài mòn và tạo ứng suất nén dư chống nứt mỏi.

3. Vì sao nhóm tác giả chọn Phương án 3 trong số 3 phương án nguyên công được đề xuất?

Phương án 3 tối ưu về mặt chuẩn công nghệ: tiến hành phay hoàn thiện các mặt phẳng chuẩn (mặt 5 và mặt 7) trước, sau đó khoan/doa các lỗ kẹp ghép, rồi mới chuyển sang tiện mặt trụ trong định hình (mặt 10) và mặt trụ ngoài (mặt 6). Trình tự này tránh việc phải gá đặt lặp lại nhiều lần trên các loại máy khác nhau, đảm bảo độ vuông góc và độ đồng tâm khắt khe giữa lỗ định hình lòng cối 10 với mặt phẳng chuẩn 5 và 7.

4. Cơ cấu định vị và kẹp chặt của đồ gá phay ở Nguyên công 3 được thiết kế như thế nào?

Đồ gá sử dụng phiến tỳ phẳng tiếp xúc với mặt 5 để khống chế các bậc tự do tịnh tiến và quay, kết hợp với khối V tiếp xúc mặt trụ ngoài để tự định tâm và kẹp chặt. Lực kẹp được truyền qua cơ cấu siết bu-lông với lực kẹp tổng hợp tính toán là $97,344 \text{ N}$ (lực ép bu-lông lên khối V $N = 211 \text{ N}$), giúp chống lại moment xoay cắt $M_c = 1699 \text{ N.mm}$ của dao phay.

5. Khối lượng và kích thước phôi vật dập đầu truyền siêu âm nhôm A7075 được xác định ra sao?

Khối lượng chi tiết hoàn thiện sau gia công là $42 \text{ g}$. Áp dụng hệ số tính toán dập nóng $K_p = 1,3$, khối lượng vật dập tính toán là $54,6 \text{ g}$. Lượng dư cơ bản và sai lệch bù trừ dão nhiệt/hao cháy được bổ sung: đường kính $\varnothing 20 \text{ mm}$ tăng thành $\varnothing 22 \text{ mm}$ (dung sai $+0,3/-0,7 \text{ mm}$), chiều dài $51 \text{ mm}$ tăng thành $52,5 \text{ mm}$, chiều dài $13,5 \text{ mm}$ tăng thành $15 \text{ mm}$.

Kết luận

Đồ án chuyên ngành của nhóm tác giả đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết Mảnh cối 1 thuộc bộ khuôn dập nóng đầu truyền hàn siêu âm 28kHz từ thép hợp kim SKD11. Nghiên cứu đã xây dựng tiến trình 7 nguyên công hợp lý, tính toán đầy đủ thông số chế độ cắt gọt cho từng bước phay, tiện, khoan và thiết kế hoàn chỉnh đồ gá phay chuyên dụng đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật. Kết quả của đồ án tạo tiền đề công nghệ vững chắc cho việc chế tạo thực nghiệm và ứng dụng phương pháp dập thể tích để nâng cao chất lượng đầu truyền siêu âm trong thực tế sản xuất.