Thiết kế khuôn đúc áp lực piston CMD 62

Chất lượng của vật đúc phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn các chế độ công nghệ về việc điền đầy của kim loại lỏng vào hốc khuôn và chế độ ép.. Các chế độ công nghệ này phụ thuộc vào kết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

- -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC PISTON CMD-62

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hữu Thật

Sinh viên thực hiện: Dương Hiển Sinh

Mã số sinh viên: 56136656

Nha trang, ngày 9 tháng 7 năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu trong đồ án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được chỉ

rõ nguồn gốc

Nha trang, ngày 9 tháng 7 năm 2018

Sinh viên thực hiện Dương Hiển Sinh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế khuôn đúc áp lực PISTON

CMD-62 ” em nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ gia đình, thầy cô và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nha Trang đã tạo mọi điều kiện để em được học tập và nghiên cứu tại trường trong suốt thời gian qua

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong khoa Cơ khí trường Đại học Nha Trang đặc biệt là T.S Nguyễn Hữu Thật đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình hoàn thành đồ án này

Trong quá trình hoàn thành đồ án này do còn nhiều hạn chế về mặt kiến thức, tài liệu tham khảo cũng như thời gian thực hiện nên không tránh khỏi sai sót Kính mong quý thầy cô góp ý để em hoàn thiện đề tài cũng như bản thân minh hơn Em xin chân thành cảm ơn

Nha Trang, ngày 9 tháng 7 năm 2018

Sinh viên thực hiện Dương Hiển Sinh

MỤC LỤC

Lời cam đoan……… i

Lời cảm ơn……… ii

Mục lục……… iii

Danh mục hình……… vii

Danh mục bảng……… xii

LỜI CẢM ƠN v

DANH MỤC HÌNH x

GIỚI THIỆU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 1

3 Nội dung đề tài 1

4 Phương pháp nghiên cứu 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC 2

1.1 Sơ lược về công nghệ đúc áp lực 2

1.2 Ưu,nhược điểm của phương pháp đúc áp lực 4

1.2.1 Ưu điểm 4

1.2.2 Nhược điểm 5

1.3 Phạm vi sử dụng 5

1.4 Thiết bị dùng trong đúc áp lực 5

1.4.1 Hệ thống bơm kim loại lỏng 6

1.4.2 Bộ khuyếch đại áp suất 6

1.4.3 Hệ thống kẹp khuôn 6

1.4.4 Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn 9

1.4.5 Lựa chọn máy đúc 10

1.5 Các khuyết tật trong đúc áp lực 10

1.5.1 Khuyết tật rót thiếu 10

1.5.2 Nếp xếp chồng 11

1.5.3 Khuyết tật đường chảy 11

1.5.4 Lỗ xốp co 12

1.5.5 Vết nứt 12

1.5.6 Khuyết tật dộp 13

1.5.7 Vết mài mòn do ma sát 13

1.5.8 Sự rạn nứt do nhiệt 13

1.5.9 Rỗ xốp do hấp thụ khí (rỗ khí) 13

1.5.10 Sự hàm dính khuôn 14

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC ÁP LỰC NHÔM 15

2.1 Hợp kim trên cơ sở nhôm 15

2.2 Cơ sở tính toán thiết kế dòng chảy 20

2.2.1 Kết cấu khuôn 20

2.2.2 Tính toán thiết kế lòng khuôn đúc 20

2.2.2.1 Thiết kế cửa vào – tính toán rãnh dẫn 20

2.2.2.2 Thiết kế rãnh rửa, kênh thoát khí 23

2.2.2.3 Tốc độ nạp và tốc độ phun ép 25

2.2.2.4 Xác định tốc độ của dòng kim loại, tốc độ piston bắn ép và thời gian bắn ép .26

2.2.2.5 Xác định lực ép 27

2.2.2.6 Xác định thời gian dẫn nhiệt quá nhiệt 27

2.2.2.7 Cơ sở tính toán cơ cấu ép và cơ cấu khóa khuôn 28

2.2.2.8 Lực tách khuôn 29

2.2.2.9 Va đập của dòng nạp lên thành khuôn 29

2.2.3 Điều kiện biên mô phỏng bài toán trong rãnh dẫn 29

Chương 3 THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC PISTON CMD62 31

3.1 Giới thiệu chi tiết 31

3.2 Thiết lập bản vẽ chi tiết 31

3.3 Tính toán thiết kế sơ bộ tham số công nghệ 32

3.3.1 Phương án thiết kế đúc 32

3.3.1.1 Phương án thiết kế khuôn PISTON CMD-62 32

3.3.1.2 Chọn mặt phân khuôn 32

3.3.1.3 Số lượng chi tiết trong một khuôn 33

3.3.2 Tính toán – thiết kế sơ bộ các thông số công nghệ và khuôn 33

3.3.2.1 Xác định tốc độ bắn tại kênh dẫn 33

3.3.2.2 Tính áp lực đặc trưng 34

3.3.2.3 Lực khóa khuôn 34

3.3.2.4 Tỷ lệ điền đầy 35

3.3.2.5 Tiệm cận chậm 36

3.3.3 Tính toán các thành phần khuôn 36

3.3.3.1 Bố trí rãnh dẫn, lòng khuôn 36

3.3.3.2 Điền đầy hốc khuôn 37

3.3.3.3 Tính toán kích thước lõi khuôn đực 41

3.3.3.4 Tính toán kích thước lõi khuôn cái 43

3.3.3.5 Tính toán vỏ khuôn đực 43

3.3.3.6 Tính toán vỏ khuôn cái 46

3.3.3.7 Thiết kế hệ thống đẩy 46

3.3.3.8 Thiết kế hệ thống làm nguội 50

3.3.3.9 Tính toán kích thước hai gối đỡ 59

3.3.3.10 Tính toán bulon, chốt, bạc cho khuôn 60

3.4 Trình tự thiết kế khuôn đúc trên phần mềm Creo 65

3.4.1 Giới thiệu cách vào môi trường làm việc Cast Cavity 65

3.4.2 Điều kiện tách khuôn 65

3.4.3 Các bước thực hiện tách khuôn trong Creo 65

3.5 Mô phỏng dòng chảy trên Procast 66

3.5.1 Giới thiệu phần mềm Procast 66

3.5.2 Sơ đồ bài toán 66

3.5.3 Nguyên tắc mô phỏng tối ưu đúc áp lực cao 66

3.5.4 Điều kiện biên 67

3.5.5 Kết quả mô phỏng: 68

Chương 4 QUÁ TRÌNH GIA CÔNG, CẮT GỌT 74

4.1 Trình tự mô phỏng gia công bằng phần mềm CREO 74

4.2 Chuẩn bị cho quá trình gia công khuôn 74

4.3 Quá trình gia công khuôn 74

4.3.1 Gia công vỏ khuôn đực 77

4.3.2 Gia công vỏ khuôn cái 77

4.3.3 Gia công insert đực 78

4.3.4 Gia công insert cái 78

4.3.5 Gia công ghép insert đực 79

4.3.6 Gia công ghép insert cái 79 4.4 Quá trình gia công chi tiết sau khi đúc Error! Bookmark not defined 4.4.1 Nguyên công 1 Tiện vác mép lỗ 20,1 x 4 độ Error! Bookmark not defined.

4.4.2 Nguyên công 2 Tiện thô rãnh vòng găng Error! Bookmark not defined.

4.4.3 Nguyên công 3 Tiện tinh rãnh vòng găng Error! Bookmark not defined.

4.4.4 Nguyên công 4 Phay tinh lỗ ắc Error! Bookmark not defined 4.4.5 Nguyên công 5 Phe phai gài lỗ ắc Error! Bookmark not defined 4.4.6 Nguyên công 6 Tiện ô van Error! Bookmark not defined 4.4.7 Nguyên công 7 Khoan lỗ dầu Error! Bookmark not defined 4.4.8 Nguyên công 8 Kiểm tra tổng thành: Error! Bookmark not defined.

4.4.9 Nguyên công 9 Lắp ráp và thử nghiệm Error! Bookmark not defined.

Chương 5 KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT 80

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực

Hình 1.2: Sự thay đổi vận tốc và áp lực trong buồng ép ngang

Hình 1.3: Sơ đồ bộ khuyếch đại áp suất

Hình 1.4: Các thành phần cơ bản của máy đúc áp lực buồng ép nguội nằm ngang

Hình 1.5: Bản vẽ hệ thống kẹp khuôn

Hình 1.6: Máy đúc áp lực trong thực tế

Hình 1.7: Bắt khuôn lên máy đúc

Hình 1.8: Cơ cấu khóa khuôn

Hình 1.9: Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn bằng tác động cơ khí

Hình 2.1: Tỷ lệ pha theo nhiệt độ của nhôm ACD12

Hình 2.2: Biểu đồ mật độ khối biến thiên của nhôm ACD12

Hình 2.3: Enthalpy của nhôm ACD12

Hình 2.4: Hệ số dẫn nhiệt của nhôm ACD12

Hình 2.5: Biểu đồ hệ só dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn

Hình 2.6: Biểu đồ Enthalpy của vật liệu làm khuôn

Hình 2.7: Biểu đồ tỷ lệ theo nhiệt độ của vật liệu làm khuôn

Hình 2.13: Vị trí rảnh rửa trong máy đúc có buồng ép nằm ngang

Hình 2.14: Sơ đồ xác định phun ép và thời gian

Hình 3.1: Chi tiết piston 3D

Hình 3.2: Chi tiết piston 2D

Hình 3.4: Mặt pkhuôn chi tiết

Hình 3.13: Lõi khuôn cái

Hình 3.14: Sơ đồ chịu lực của khuôn đực

Hình 3.21: ( bên trái ): Chốt đẩy trên vỏ khuôn đực

Hình 3.22: (bên phải ): Tấm đẩy và tấm giữ

Hình 3.23: Khuôn trước và khuôn sau làm nguội không đều

Hình 3.24: Ví dụ làm nguội đều trên toàn bộ sản phẩm

Hình 3.25: Làm nguội chỗ lõi và lòng khuôn

Hình 3.26: Làm nguội tấm khuôn

Hình 3.27: Làm nguội khi có 3 mặt sản phẩm

Hình 3.28: Làm nguội xung quanh

Hình 3.29: Nút đổi dòng chất lỏng

Hình 3.30: Khoảng cách an toàn giữa các kênh

Hình 3.31: Sự truyền nhiệt ở vùng lõi

Hình 3.32– 3.3: Hệ thống làm nguội nối tiếp

Hình 3.34: Làm nguội chốt truyền nhiệt ra các thành phần của khuôn Hình 3.35: Hệ thống làm nguội đơn giản

Hình 3.36: Hiệu quả khi chốt làm nguội trực tiếp

Hình 3.37: Làm nguội lòng khuôn

Hình 3.38: Làm nguội xung quanh lòng khuôn

Hình 3.39: Hệ thống kênh nguội trên lõi khuôn cái Hình 3.40: Hệ thống kênh nguội trên lõi khuôn đực Hình 3.41: Gối đỡ chính

Hình 3.42: Gối đỡ phụ

Hình 3.43: Bulon bắt vỏ khuôn đực và gối đỡ

Hình 3.44: Chốt dẫn hướng bắt với tấm khuôn cái

Hình 3.45: Bạc dẫn hướng bắt với tấm khuôn đực

Hình 3.46: Bu long bắt vỏ khuôn đực với lõi khuôn đực Hình 3.47: Bu long bắt vỏ khuôn cái với lõi khuôn cái Hình 3.48: Kết quả mô phỏng nhiệt độ

Hình 3.49: Kết quả mô phỏng đông đặc

Hình 3.50: Kết quả mô phỏng độ co ngót

Hình 3.51: Hệ số Nyama

Hình 3.52: Nhiệt độ tại thời điểm điền đầy

Hình 3.53: Vận tốc điền đầy

Hình 3.53: Áp suất điền đầy

Hình 3.54: Mô phỏng quá trình đẩy không khí bên trong Hình 3.55: Thời gian điền đầy

Hình 4.1: Gia công vỏ khuôn đực

Hình 4.2: Gia công vỏ khuôn cái

Hình 4.3: Gia công insert đực

Hình 4.4: Gia công insert cái

Hình 4.5: Gia công ghép insert đực

Hình 4.6: Gia công ghép insert cái

GIỚI THIỆU

1 Tính cấp thiết của đề tài

PISTON CMD-62 là một bộ phận quan trọng của động cơ máy đào hào phục vụ cho việc tăng gia sản xuất của Bộ Tư Lệnh Công Binh, nó có nhiệm vụ cùng với xilanh và nắp máy tạo thành buồng đốt Hiện nay đúc piston làm bằng hợp kim nhôm, đã số sử dụng công nghệ ép chảy thay cho đúc khuôn cát¸ sau đó gia công cơ khí Đưa công nghệ ép chảy tạo phôi cũng là một tiến bộ về công nghệ, tạo chất lượng sản phẩm đúc cao hơn chất lượng sản phẩm đúc thông thường Nhưng công nghệ ép chảy gia công cơ khí là quá trình dài, ép chảy qua nhiều nguyên công và tốn kém khuôn ép, hiệu quả kinh tế kỹ thuật tuy có cải thiện nhưng chưa phải là công nghệ tối ưu Gần đây công nghệ đúc áp lực cao đang phát triển và đem lại hiệu quả kinh tế cao, cơ tính của sản phẩm tốt, đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Nhiều thiết bị đúc áp lực cao đã được nhập vào việt nam, nhưng các nhà máy vẫn sử dụng công nghệ cũ như công nghệ đúc áp lực thường

2 Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu tính toán chi tiết đúc áp lực cao nhờ trợ giúp của phần mềm

- Mô hình hóa chi tiết và khuôn bằng phần mềm Solidwork

- Mô phỏng gia công khuôn bằng phần mềm Mastercam

- Sử dụng phần mềm ProCast mô phỏng quá trình dòng chảy trong cửa khuôn và lòng khuôn, mô phỏng quá trình nhiệt và kết tinh

3 Nội dung đề tài

- Mở đầu: Tính cấp thiết đề tài; nội dung nghiên cứu ; mục tiêu đề tài ; phương pháp nghiên cứu

- Chương 1: Tổng quan về đúc áp lực

- Chương 2: Cơ sở lý đúc áp lực hợp kim nhộm

- Chương 3: Thiết kế kế khuôn đúc áp lực cao PISTON CMD-62

- Chương 4: Qua trình gia công, cắt gọt

- Chương 5: Kết quả, nhận xét

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết và công nghệ đúc áp lực, các lý thuyết và kĩ thuật thiết

kế khuôn làm cơ sở cho quá trình thiết kế khuôn đúc áp lưc

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC

1.1 Sơ lược về công nghệ đúc áp lực

Đúc áp lực là phương pháp chế tạo vật đúc có năng suất rất cao, có thể tự động hóa hoàn toàn, độ chính xác và độ bóng bề mặt vật đúc thuộc loại cao nhất Hiện nay, sản lượng các vật đúc được chế tạo bằng phương pháp đúc

áp lực chiếm tỷ trọng lớn nhất trong các phương pháp đúc đặc biệt

Ngày nay quá trình đúc áp lực được thực hiện bằng các máy chuyên dùng tự động hóa và cơ giới hóa cao Sự đơn giản và ít công đoạn trong đúc áp lực

mở ra những triển vọng to lớn để tự động hóa toàn bộ các quá trình sản xuất Trong những năm gần đây, phương thức sản xuất này đã xâm nhập khá phổ biến vào ngành cơ khí nước ta, tạo nên những chuyển biến lớn trong sản xuất chế tạo Vì vậy, việc nắm bắt và có kiến thức vững vàng về vấn đề này

là một yêu cầu cần thiết

Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực được mô tả theo hình 2.2 Kim loại lỏng được rót vào buồng ép 1, sau đó xilanh thủy lực vận hành, piston

ép 2 đẩy kim loại lỏng điền đầy vào hốc khuôn, toàn bộ quá trình điền đầy khuôn xảy ra trong vòng vài phần mười đến vài phần trăm giây Áp suất ép lên kim loại lỏng có thể từ vài trăm đến vài ngàn kg/cm2 Sau khi vật đúc đông đặc, ruột được rút ra, nửa khuôn di động 5 mang theo vật đúc rời khỏi nửa khuôn cố định 4, sau đó vật đúc được đẩy ra khỏi nửa khuôn động nhờ các chốt đẩy

Chất lượng của vật đúc phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn các chế độ công nghệ về việc điền đầy của kim loại lỏng vào hốc khuôn và chế độ ép Các chế độ công nghệ này phụ thuộc vào kết cấu của khuôn, loại và công suất của máy đúc áp lực

Hình 1.1: Nguyên lý làm việc của quá trình đúc áp lực [2, trang 29]

- Các nhân tố sau đây ảnh hưởng đáng kể nhất đến quá trình hình thành vật đúc:

 Áp lực trong buồng ép và trong hốc khuôn

 Vận tốc chuyển động của piston ép

 Vận tốc nạp

 Các thông số của hệ thống rót

 Nhiệt độ của kim loại lỏng và của khuôn

 Chế độ bôi trơn và làm nguội

Rót kim loại lỏng vào buồng ép

Kim loại lỏng được ép đầy vào lòng khuôn

- Quá trình kim loại lỏng chuyển động trong buồng ép vào trong khuôn có thể được chia thành bốn giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Piston bịt kín lỗ rót Vận tốc v1 của piston ép còn bé Giá trị

p1 bằng áp lực cần thiết để khắc phục ma sát trong xylanh thủy lực và trong buồng ép

 Giai đoạn 2: Kim loại lỏng điền đầy toàn bộ buồng ép Vận tốc chuyển

động của piston ép tăng lên và đạt tới giá trị cực đại v2 Lúc này, hiệu của p1 và p2 bằng các kháng lực thủy động lực học trong buồng ép

 Giai đoạn 3: Kim loại lỏng điền đầy hệ thống rót và hốc khuôn Do việc

thu hẹp dòng chảy ở rãnh dẫn nên vận tốc của piston ép giảm xuống giá trị v3 và áp suất p3 tăng lên Vào thời điểm kết thúc chuyển động của piston ép xảy ra hiện tượng thủy kích do lực quán tính của các phần tử chuyển động và áp suất tăng lên Sau khi dao động áp suất tắt dần và đạt được áp suất cuối cùng là áp suất thủy tĩnh p4

 Giai đoạn 4: Giai đoạn ép tĩnh Giá trị p4 có thể đạt từ 50 ÷ 5000 kg/cm2 Nếu vào thời điểm đạt được áp suất thủy tĩnh p4 mà kim loại lỏng ở rãnh dẫn vẫn còn lỏng thì áp suất đó sẽ được truyền lên vật đúc

Hình 1.2: Sự thay đổi vận tốc và áp lực trong buồng ép [2, trang 35]

1.2 Ưu,nhược điểm của phương pháp đúc áp lực

- Có khả năng đúc được những vật đúc thành rất mỏng (< 1 mm)

- Do vận tốc điền đầy khuôn lớn, áp lực tác dụng lên kim loại lỏng cao, tác dụng nguội nhanh của khuôn kim loại nên tổ chức của vật đúc nhỏ mịn, xít chặt

- Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa cao, điều kiện lao động được cải thiện

- Năng suất cao, có thể đạt 1000 – 3600 lần ép/giờ

- Khuôn kim loại có thể dùng được nhiều lần

1.2.2 Nhược điểm

- Giá thành khuôn rất cao, nhất là khi đúc các hợp kim có nhiệt độ rót cao (như đồng, thép…) Vật liệu làm khuôn phải là vật liệu chịu nóng đặc biệt, gia công tỉ mỉ và nhiệt luyện thích hợp

- Vật đúc có rỗ khí (do dòng kim loại chảy vào khuôn cuốn theo bọt không khí và do kết tinh nhanh không thoát ra ngoài được) làm giảm độ sít chặt của vật đúc Đây là một nhược điểm cần đặc biệt quan tâm khi thiết kế đúc

- Các hợp kim thường được sử dụng để đúc áp lực được lựa chọn theo thành phần hóa học, các tính chất sử dụng và các tính chất công nghệ

- Hợp kim dùng để đúc áp lực cần có khoảng kết tinh hẹp để nhận được vật đúc có độ sít chặt cao, đồng đều, độ bền và độ dẻo cao ở nhiệt độ cao Hợp kim cũng cần có độ chảy loãng tốt, không bám dính khuôn, thành phần hóa học ổn định khi giữ lâu trong lò

1.4 Thiết bị dùng trong đúc áp lực

Máy đúc áp lực: trong công nghệ đúc áp lực, tùy thuộc vào loại hợp kim cần đúc và các yêu cầu khác của sản phẩm mà người ta sẽ sử dụng các loại máy đúc áp lực khác nhau (máy đúc áp lực với buồng ép nóng, máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang, máy đúc áp lực với buồng ép nguội thẳng đứng, máy đúc áp lực chân không…) Ở giới hạn của đề tài này, ta chỉ xét

đến loại máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang, đây là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất để đúc áp lực các hợp kim nhôm Hình 2.9 là minh họa đơn giản của một máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang

1.4.1 Hệ thống bơm kim loại lỏng

Có thể sử dụng các tay máy được điều khiển tự động hoặc sử dụng hệ thống bơm nhưng thông thường được thực hiện thủ công, kim loại lỏng được rót vào buồng ép Việc đẩy kim loại lỏng vào khuôn được thực hiện nhờ hệ thống xylanh thủy lực

1.4.2 Bộ khuyếch đại áp suất

Hình 1.3: Sơ đồ bộ khuyếch đại áp suất [2, trang 44]

- Hệ thống này được sử dụng để gia tăng áp lực ép trong giai đoạn cuối của hành trình ép Piston ép khi di chuyển sẽ kích hoạt công tắc hành trình làm van khí của bình gas (chứa khí Nitơ) mở ra, dầu thủy lực được bơm từ trước vào trong bình gas bị khí gas nén nên tràn xuống piston tạo thêm áp lực ép

thước của bộ phận đưa dạng khuỷu này sẽ xác định vị trí của tấm đẩy khi khóa khuôn (hình 1.6)

Hình 1.4: Các thành phần cơ bản của máy đúc áp lực buồng ép nguội ngang [3, trang 23]

Hình 1.5: Bản vẽ hệ thống kẹp khuôn [6, trang 32]

Hình 1.6: Máy đúc áp lực trong thực tế [4, trang 65]

Hình 1.7: Bắt khuôn lên máy đúc [4, trang 66]

Hình 1.8 Cơ cấu mở khuôn [3, trang 42]

Cơ cấu khóa khuôn: được trình bày như hình 2.8, khi hai bề mặt khuôn tiếp xúc với nhau, tác động khóa khuôn sẽ xảy ra và áp suất nén ở bề mặt phân khuôn được thiết lập do kết hợp giữa piston thủy lực và hệ thống các liên kết trong bộ phận đưa dạng khuỷu

1.4.4 Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

Hình 1.9: Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn bằng tác động cơ khí [3, trang 44]

Tấm cố định Kiềm Tấm di động

máy

Tấm cố định

Tấm đẩy Tấm giữ

Chốt đẩy Chốt hồi

Tấm ngoài

Chốt ngoài

Thanh dẫn

hướng

Xilanh

thủy lực

Khuôn đúc áp lực luôn bao gồm một hệ thống đẩy vật đúc ra khỏi khuôn bởi tác động cơ khí trình bày như hình 1.9 Khi khuôn đóng lại, chốt đẩy tiếp xúc với vật đúc và các chốt hồi tiếp xúc với các mặt phân khuôn của nửa khuôn cố định Sau khi khuôn mở ra, vật đúc được đẩy ra bởi sự di chuyển của tổ hợp tấm đẩy và tấm giữ mang chốt đẩy về phía trước Lực cần thiết để tác động lên hệ thống đẩy này có thể được cung cấp bởi một tấm knockout (knockout plate), bộ bánh răng thanh răng hay một xylanh thủy lực

1.4.5 Lựa chọn máy đúc

Máy đúc với buồng ép nóng được sử dụng chủ yếu để đúc các chi tiết bằng kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp như hợp kim kẽm, hợp kim thiếc, hợp kim chì Máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang mặc

dù có thể sử dụng để đúc áp lực cho nhiều loại hợp kim, tuy nhiên chúng thường được sử dụng để đúc các hợp kim nhôm, hợp kim magiê, hợp kim đồng Ngoài ra, sự lựa chọn máy đúc nên chủ yếu dựa vào lực kẹp khuôn và hành trình mở khuôn, độ dài của hành trình bắn, áp lực bắn lớn nhất…

Nên chọn máy đúc có kích thước nhỏ nhất mà vẫn thực hiện được việc đúc ra một sản phẩm, điều này sẽ tiết kiệm nhất, bởi vì máy càng lớn thì chu kì sản xuất càng chậm Ví dụ, máy với lực kẹp khuôn 400 sẽ có chu

kì sản xuất nhanh gấp hai lần so với máy có lực kẹp khuôn 800 tấn Phạm vi lực kẹp khuôn từ 25 – 2500 tấn, lực kẹp khuôn không nhất thiết

là yếu tố quyết định chọn lựa máy đúc mà còn phải xét đến kích thước khuôn có phù hợp với diện tích của tấm đẩy hay không, hoặc là có vừa trong các thanh dẫn hướng cũng như hành trình mở khuôn phải đủ để lấy vật đúc ra Yếu tố nữa để chọn lựa là giá thành của máy, máy đúc với lực kẹp khuôn 400 tấn có giá khoảng 40.000 USD trong khi loại 1000 tấn là khoảng 100.000 USD

1.5 Các khuyết tật trong đúc áp lực

1.5.1 Khuyết tật rót thiếu

- Khuyết tật rót thiếu thường do những nguyên nhân sau:

 Sự điền đầy chậm vào các lòng khuôn

 Sự bôi trơn quá mức

 Nhiệt độ kim loại và khuôn không đúng

 Hệ thống rót không thích hợp

 Khí lẫn vào kim loại

 Quá ít kim loại trong buồng bắn

- Để ngăn ngừa sự rót thiếu cần làm rộng thêm đường dẫn và đậu dẫn hoặc làm thay đổi hướng của dòng chảy (rãnh rửa đôi khi cũng làm thay đổi hướng của dòng chảy)

1.5.2 Nếp xếp chồng

- Là những dấu vết trên bề mặt được tạo ra do hai hay nhiều dòng kim loại hòa lẫn vào nhau không tốt Nếp xếp chồng xuất hiện do những nguyên nhân sau:

 Vận tốc hoặc áp suất bơm không đủ

 Thành phần oxit cao trong kim loại lỏng

 Áp suất phản hồi cao trong lòng khuôn

 Nhiệt độ của kim loại lỏng hay nhiệt độ bề mặt của lòng khuôn quá thấp

- Khuyết tật này có thể được ngăn ngừa bằng các cách sau:

 Gia tăng vận tốc bơm hay áp suất bơm kim loại lỏng

 Nới rộng đường dẫn hay rãnh dẫn, nếu điều này làm giảm thời gian điền đầy các lòng khuôn

 Dùng trợ dung để khử bỏ tạp chất oxít

 Bảo đảm sự thông hơi của khuôn đủ để giảm áp suất phản hồi

 Gia tăng nhiệt độ của kim loại lỏng và nhiệt độ của các lòng khuôn

 Chuyển qua một loại hợp kim có tính chảy lỏng cao hơn nếu có thể được

1.5.3 Khuyết tật đường chảy

Khuyết tật này có thể không làm ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật đúc hay chức năng sử dụng nhưng thông thường chúng không thể được

bỏ qua khi yêu cầu về độ bóng bề mặt đòi hỏi khắt khe Khuyết tật đường chảy đôi khi xảy ra do tình trạng của lòng khuôn nhưng hầu như

đều do thời gian điền đầy lòng khuôn quá lâu hoặc do đậu dẫn được bố trí không thích hợp

Khuyết tật đường chảy được loại bỏ để sản phẩm có bề mặt láng bóng bằng cách thay đổi hệ thống rót của khuôn

1.5.4 Lỗ xốp co

Sự co rút dẫn đến hình thành lỗ xốp co rời rạc, không đều thường do sự quá nhiệt cục bộ của khuôn Một phương pháp ngăn ngừa sự quá nhiệt là làm nguội khuôn ở những vùng bị quá nhiệt, một cách khác là gia tăng thời gian chu kì đúc Sự tập trung nhiệt trong những vùng có chiều dày khác thường

có thể được loại trừ bằng cách đưa vào các ruột làm tiết kiệm kim loại trong những vùng này

Nếu không có các biện pháp trên để ngăn ngừa sự co rút, cần làm lớn rãnh dẫn lên và bố trí rãnh dẫn để cấp kim loại cho những điểm dễ tạo xốp co này Đối với một số vật đúc, sự co rút có thể được khắc phục nếu các gân tăng cứng ngang hay thẳng đứng được thêm vào thành vật đúc vì thể tích kim loại trong vùng gân này có thể bổ xung cho vùng co rút để giảm ứng suất co rút Trong những vật đúc khác, có thể gia tăng áp suất bơm để loại trừ xốp co Đôi khi khuôn đúc có thể được thiết kế lại để cho xốp co nằm trong vùng không ảnh hưởng đến chất lượng của vật đúc (sẽ được cắt bỏ)

1.5.5 Vết nứt

Trong phạm vi vết nứt được gây ra do sự co rút kim loại, chúng có thể được sửa chữa bằng các biện pháp để ngăn ngừa lỗ xốp co đã nói ở trên Các vết nứt có thể do khuôn nguội gậy ra, vì vậy khuôn nên có nhiệt độ bằng hoặc lớn hơn nhiệt độ vận hành tối thiểu Sự nứt ở tâm có thể tránh được bằng cách làm chậm chu kì đúc để cho phép thời gian đông đặc dài hơn Các phương pháp khác là làm giảm vận tốc dòng kim loại bơm bằng cách đổi hướng dòng kim loại lỏng hay mở rộng đậu dẫn hoặc gia tăng làm nguội cục bộ Mục đích chung của các phương pháp này là tránh sự quá nhiệt cục bộ của khuôn đúc

Các vật đúc có các chiều dày thành mỏng giao nhau vuông góc có thể nứt ở góc do ứng suất bên trong Do vậy, bán kính góc lượn đủ lớn và sự tăng áp lực kim loại rất quan trọng để khống chế vết nứt Các vết nứt

thấy được có thể xuất hiện ở chỗ giao nhau của dòng kim loại nóng và dòng kim loại phản hồi nguội Trường hợp này có thể ngăn ngừa chỉ bằng cách thay đổi hướng dòng kim loại điền đầy vật đúc

Các vết nứt sinh ra do tác động cơ học trong vật đúc có thể xảy ra trong suốt quá trình mở khuôn và lấy vật đúc ra, bởi vì sự điều khiển không đúng các chuyển động trước khi khuôn mở ra có thể gây nứt Vận hành bằng thủy lực với những cơ cấu khóa bên trong thích hợp hơn Sự dịch chuyển lệch vị trí tương đối giữa hai nửa khuôn trong khi mở khuôn cũng có thể gây ra vết nứt trên vật đúc

Hầu hết các nguyên nhân gây nứt là do tác động cơ học, một vài loại vết nứt lại có nguyên nhân là do sự nhiễm bẩn kim loại vật đúc

1.5.6 Khuyết tật dộp

Sự kẹt khí trong dòng kim loại lỏng là nguyên nhân hình thành dộp trên bề mặt vật đúc áp lực Dộp có thể được ngăn ngừa đơn giản bằng bôi trơn khuôn đúc, thêm những đường thông hơi và rãnh rửa hoặc thiết kế lại hệ thống rót

1.5.7 Vết mài mòn do ma sát

Khuyết tật này luôn sinh ra do vùng cắt lẹm (undercuts) trong khuôn đúc, các vùng cắt lẹm có thể bị chùi bóng chưa đủ Đôi khi độ xiên của vật đúc không đủ cũng gây ra khuyết tật này, khi đó lòng khuôn phải được gia công lại Vết mài mòn do ma sát cũng có thể do sự hàn dính cục bộ xảy ra hay khi tấm đẩy tiến về phía trước không bằng phẳng và làm nghiêng vật đúc

1.5.8 Sự rạn nứt do nhiệt

Khuyết tật này trên vật đúc xảy ra gần đậu dẫn cho thấy rằng bề mặt khuôn hay hư hỏng do mỏi nhiệt Tuổi thọ của khuôn có thể được kéo dài bằng cách đánh bóng khi bắt đầu có khuyết tật này Sự mỏi nhiệt này có thể khắc phục bằng cách nung nóng khuôn trước

1.5.9 Rỗ xốp do hấp thụ khí (rỗ khí)

Rỗ xốp phát triển trong kim loại lỏng do sự hấp thụ khí trong quá trình nấu chảy, rót và bơm kim loại lỏng sự thấm khí trong quá trình nấu chảy tạo ra những lỗ nhỏ hình cầu phân bố đều trong toàn bộ vật đúc Trong quá trình

rót, các rỗ khí này tập trung không đều Áp lực bơm không đủ hoặc dùng chất bôi trơn quá mức cũng có thể gây ra rỗ xốp

Sự hấp thụ khí trong kim loại lỏng có thể khắc phục bằng cách:

 Sử dụng thỏi đúc hoặc phế liệu thêm vào khô và sạch

 Nấu chảy kim loại nhanh và không nung quá nhiệt, giữ ở nhiệt độ rót một thời gian ngắn trước khi rót

 Khử khí trong kim loại lỏng hoàn toàn trước khi rót

 Dùng trợ dung khô

 Bảo đảm khí đốt sử dụng trong lò và độ ẩm không tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng

 Dùng chất bôi trơn khô trong khuôn và piston

 Dùng kim loại được nấu chảy trong chân không

1.5.10 Sự hàm dính khuôn

Khuyết tật này gây ra sự dính vật đúc vào khuôn và các khuyết tật ở bề mặt (rỗ khí bề mặt) hay bề mặt vật đúc bị rách Các vết nứt này là do quá nhiệt và do kim loại va chạm và cọ sát trên khuôn

Khuyết tật dính khuôn có thể được ngăn ngừa bằng cách:

 Hạ thấp nhiệt độ của kim loại lỏng

 Hạ thấp nhiệt độ khuôn

 Ngăn ngừa sự va chạm trực tiếp của kim loại lỏng trên bề mặt khuôn bằng cách thay đổi thiết kế khuôn

 Đánh bóng những vùng giới hạn đến độ bóng cao

 Bảo vệ lớp phủ khuôn ở những vùng giới hạn

 Tránh sử dụng chất bôi trơn gốc clo

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC ÁP LỰC NHÔM

2.1 Hợp kim trên cơ sở nhôm

Các hợp kim nhôm đúc thường phát triển trên các hệ Al – Si, Al – Cu, Al –

Mg Đặc biệt hệ Al Si là hệ rất quan trọng vì cùng tinh ứng với lượng nguyên tố thấp ( 11.7 % Si ) có tính đúc tốt nên sử dụng nhiều

Hợp kim nhôm đúc có tính công nghệ rất tốt bao gồm độ chảy loãng tốt độ

co ngót nhỏ, xu hướng nứt nóng ít, thiên tích và rỗ co ít và chất lượng của chi tiết tốt

Hợp kim nhôm đúc có tính công nghệ rất tốt bao gồm độ chảy loãng tốt độ

co ngót nhỏ, xu hướng nứt nóng ít, thiên tích và rỗ co ít và chất lượng của chi tiết tốt

Hợp kim Al – Cu thường găp là AЛ7, ngoài ra còn có một số: AM5 (AЛ19), AM4, 5KД (ВAЛ10) AЛ7 thường dùng để đúc các chi tiết có hình dạng đơn giản, kích thước nhỏ khi làm việc phải chịu tải lớn, còn AЛ19 chủ yếu ứng dụng để chết tạo các chi tiết làm việc ở vùng nhiệt độ cao hơn khoảng 250-300 độ

Hợp kim Al Mg tổng hợp được độ bền cao độ dẻo tốt và tính chống ăn mòn tốt Nhược điểm chúng là có xu hướng ăn mòn dưới tác dụng ứng suất và độ bền nhỏ Những hợp kim chứa Mg cao đang được nghiên cứu nhằm khắc phục các nhược điểm nhằm mở rộng phạm vi sử dụng

Hợp kim cùng tinh AlSi thường được gọi là silumin được phân thành silumin cơ bản và silumin phức tạp Silumin cơ bản bao gồm nhôm với nguyên tố hợp kim chính là Si Silumin phức tạp còn có các nguyên tố khác như Cu, Mg, Mn, Ni gồm có một số mác thông dụng sau đây: AK12, AK7, AK5M, ACD12

Silumin rất nhẹ, do Silic là nguyên tố hợp kim chính nhẹ hơn nhóm nhôm Tính ổn định chống ăn mòn của silumin khá lớn Khi hợp kim hóa thêm Mg

và Mn thì ưu điểm chảy của silumin càng tăng thêm Tính đúc của silumin tốt đồng thời nó có thể chịu hàn

Đối với các chi tiết làm việc trong điều kiện có độ bền cao, hệ số dãn nở nhiệt nhỏ, tính đúc tốt nên dùng silumin ACD12 được dùng rộng rãi để chế

tạo các loại piston của động cơ đốt trong không biến tính và hóa già

- Mô đun đàn hồi: 6900 kg/mm2

- Vật liệu chế tạo khuôn đúc áp lực cao bằng DAC (tương đương thép SKD61) nhiệt luyện đạt 43 – 46 HRC là được Để hỗ trợ gia tăng độ cứng

bề mặt và khả năng chống mài mòn, khuôn DAC nên được thấm Nitơ để tăng thêm độ cứng bề mặt lên đến 68 – 70 HRC

Mô hình vật liệu các thuộc tính nhiệt động của nhôm – ACD12:

Hình 2.1: Tỷ lệ pha theo nhiệt độ của nhôm ACD12

Hình 2.6: Biểu đồ Enthalpy của vật liệu làm khuôn

Hình 2.7: Biểu đồ tỷ lệ theo nhiệt độ của vật liệu làm khuôn

2.2 Cơ sở tính toán thiết kế dòng chảy

2.2.1 Kết cấu khuôn

Để thiết kế kết cấu khuôn đúc chính xác và tận dụng triệt để kim loại lỏng thì việc nghiên cứu, tính toán thiết kế lòng khuôn và các tham số công nghệ là vô cùng cần thiết

Bản vẽ kết cấu khuôn 2D (xem ở phụ lục 2)

Mô hình bài toán được đặt ra như sau: số liệu đầu vào đã có là máy đúc 350T (lực ép 350 tấn, trọng lượng lớn nhất là 4.18 Kg), hợp kim đúc nhôm ACD12, nhiệt độ rót khuôn 700 độ

Đầu ra cần phải tính được các tham số:

 Thời gian điền đầy khuôn

 Áp suất thủy động của kim loại lên lòng khuôn

 Thời gian dẫn nhiệt quá nhiệt

2.2.2 Tính toán thiết kế lòng khuôn đúc

2.2.2.1 Thiết kế cửa vào – tính toán rãnh dẫn

- Hình (b): dòng chảy đều các hướng

- Hình (c): ưu tiên dòng chảy vào vị trí xa nhất của vật đúc

- Hình (d): ưu tiên hướng dòng chảy bên phải vật đúc hình xuyến

- Hình (e) ; (f): phân bố đều dòng chảy với vật đúc hình chữ nhật

Hình 2.9: Bố trí cửa phun

Hình 2.10: Hình nguyên tắc thiết kế cửa phun

Rãnh dẫn là thành phần cơ bản nhất của hệ thống rót là nơi kim loại lỏng

đổ trực tiếp vào lòng khuôn Mô hình minh họa vị trí rãnh dẫn như trên hình 2.12 Diên tích thiết diện của rãnh dẫn quyết định tốc độ nạp của kim loại

Chiều dày rãnh dẫn quyết định động học quá trình điền đầy và khả năng

ép trong buồng ép

Việc tính toán rãnh dẫn ở đây không phải là thiết kế chính xác hình dạng

và kích thước rãnh dẫn mà chỉ với mục đích tìm ra kích thước Min, với kích thước này trong quá trình thực hành chế thử ta có thể sửa để tạo rãnh dẫn có hình dạng phù hợp và kích thước thước hợp lý tạo ra sản phẩm

Mô phỏng chi tiết ở dạng 3D, sau đó định nghĩa vật liệu bằng phần mềm SolidWorks ta tìm ra được khối lượng của chi tiết

k- hệ số phụ thuộc vào độ phức tạp của vật đúc (Kg/ )

Trang bảng 15 [2, trang 72] đối với chi tiết phức tạp thì k = (Kg/ )

2.2.2.2 Thiết kế rãnh rửa, kênh thoát khí

Thiết kế rãnh rửa:

 Tác dụng của rãnh rửa:

+ Làm giảm bọt khí trong vật đúc

+ Đóng vai trò của kênh thoát khí

+ Tạo cân bằng nhiệt cho tối ưu khuôn, đặc biệt khi đúc các vật đúc thành mỏng ở nhiệt độ rót thấp

 Xác định kích thước và vị trí rãnh rửa:

+ Chiều dày khe nối từ hốc khuôn đến rãnh rửa không được nhỏ hơn 0,5 – 1,0 mm phụ thuộc vào chức năng của rãnh rửa Nếu rãnh rửa dùng để loại trừ khí nhiễm bẩn vào kim loại, thì chiều dày khe nối nên lấy khoảng 0,7 – 0,8 chiều dày thành vật đúc δ, còn nếu sử dụng như vật mang nhiệt thì là 0,4 ÷ 0,5δ

0.4 - 0.8

5 - 16 0.2 - 0.25

Hình 2.12: Các kích thước của rãnh rửa

Hình 2.13: Vị trí rảnh rửa trong máy đúc có buồng ép nằm ngang

+ Khi máy đúc là máy có buồng ép ngang thì rãnh rửa được bố trí + Phụ thuộc vào chức năng và vị trí đặt, rãnh rửa được chia làm hai loại: cục bộ và chung

 Rãnh rửa chung được xem xét khi thiết kế khuôn và có thể

bố trí không những ở cuối khuôn mà còn ở các nửa khuôn

Với chức năng loại trừ khí thể tích tổng của rãnh rửa được lấy khoảng 0,2 – 0,4 thể tích vật đúc, còn với chức năng ổn định chế độ nhiệt thì lấy 0,5 – 1,0 thể tích vật đúc

 Rãnh rửa cục bộ được đặt ở vùng hội lưu của hai hoặc một

số dòng chảy của hợp kim Thể tích của chúng không lớn (0,05 – 0,2 thể tích vật đúc) và có chức năng nung khuôn ở các vị trí dễ tạo thành các khuyết tật khớp nối và hàn nối

 Ở khuôn có nhiều hốc khuôn, rãnh rửa thực hiện đồng thời vai trò tiếp nhận hỗn hợp khí - kim loại và nhân tố mang nhiệt, san bằng trường nhiệt độ trong khuôn và vật đúc Thiết kế kênh thoát khí:

 Việc bố trí kênh thoát khí phụ thuộc vào đặc trưng của quá trình điền đầy khuôn Khi hốc khuôn được điền đầy bằng dòng liên tục, rãnh thoát khí được đặt ở vị trí cách xa rãnh dẫn nhất hoặc ở nơi tạo thành sự dâng thủy lực Còn khi dòng chảy trong khuôn là phân tán hoặc phân tán rối, các kênh thoát khí nên bố trí ở tất cả

 Kênh thoát khí thường được bố trí ở mặt phân khuôn và có dạng khe hẹp có chiều dày δth.khí phụ thuộc vào hợp kim đúc

 Chiều dày kênh thoát khí được lấy theo bảng 2.1

Bảng 2.1: Chiều dày kênh thoát khí (điền đầy khuôn ở trạng thái lỏng),

Hợp kim đúc δth.khí Hợp kim đúc δth.khíChì – antimoan 0,05 – 0,10 Manhê 0,10 – 0,15

Hình 2.14: Sơ đồ xác định phun ép và thời gian [2, trang 51]

2.2.2.4 Xác định tốc độ của dòng kim loại, tốc độ piston bắn ép và thời gian bắn ép

Xác định tốc độ của dòng kim loại bắn ép là vô cùng quan trọng việc xác định này đảm bảo cho dòng kim loại điền đầy khuôn trước khi kết tinh, tốc độ bắn ép phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và rất khó có thể xác định chính xác, ở đây ta chỉ tính tốc độ trung bình tại mặt cắt ngang của rãnh dẫn Theo tài liệu [2] trang 56 thì vận tốc phun với hợp kim nhôm hợp lý nằm trong khoảng từ 35 – 105 (m/s), để đảm bảo tốt nhất ta nên chọn tốc độ là cao nhất nghĩa là tốc độ phun kim loại vào lòng khuôn vp = 105 m/s Với vận tốc phun vào lòng khuôn như vậy, ta hoàn toàn có thể xác đinh được tốc độ của piston theo phương trình bảo toàn khối lượng [2, trang 57]:

(2.2)

Ở đây FPT là diện tích mặt tiết diện nằm ngang của pittong, vPT là vận tốc trung bình của piston

Xác định được vận tốc của piston là cơ sở ban đầu để cài đặt vận tốc Thời gian bắn ép được tính theo công thức [2, trang 86]:

(2.3)

2.2.2.5 Xác định lực ép

Cần phải xác định áp lực cần thiết để đẩy kim loại điền đầy lòng khuôn Theo [2, trang 2,bảng 16] thì đối với hợp kim nhôm áp lực cần thiết vào khoảng đến , do vật liệu ở trạng thái lỏng nên ta chọn áp suất lớn nhất có thể, vậy Đường kính của pittong D = 0.0075 m

Cần phải xác định lực cần thiết để bẽ gãy các thiên tích, tạo nhỏ hạt điền đầy khuôn loại trừ rỗ xốp rõm co Như đã trình bày ứng suất tương đương phải lớn hơn giá trị thì ứng xử của vật liệu mới là ứng xử của dòng Đối với vật liệu ACD12 thì =

2.2.2.6 Xác định thời gian dẫn nhiệt quá nhiệt

Quá trình điền đầy lòng khuôn được coi là hoàn hảo nếu sau khi rót kim loại bắt đầu điền đầy mà vẫn chưa có một phần nhỏ kim loại nào

đã bắt đầu đông đặc Điều này chỉ xảy ra khi vật đúc điền đầy ở chế

độ quá nhiệt

Điều kiện đặt ra giải quyết là:

 Kim loại được phun vào lòng khuôn ở trạng thái lỏng, có nghĩa là nhiệt độ khi kim loại diền đầy toàn bộ lòng khuôn phải trên nhiệt

Thời gian dẫn nhiệt quá nhiệt được tính theo công thức [2, trang 105]: (2.4)

Trong đó:

C1 – nhiệt dung riêng của kim loại lỏng 0,26Kcal/kg.độ = 0,302.h/kg.độ

- khối lượng riêng của kim loại lỏng 2,8 kg/

– nửa chiều dày vật đúc 17 mm

α – hệ số truyền nhiệt tiếp xúc khuôn – vật đúc 17,45W/ độ

Tr, Tkt, Tk - lần lượt là nhiệt độ rót của , nhiệt độ kết tinh -

và nhiệt độ khuôn

Ta tính được = 0.56s đối chiếu với kết quả tính thời gian điền đầy chính là thời gian bắn ép là = 0,45 s ta có thể kết luận rằng kim loại đã điền đầy hết lòng khuôn khi còn trạng thái lỏng

2.2.2.7 Cơ sở tính toán cơ cấu ép và cơ cấu khóa khuôn

Cơ cấu ép trong máy đúc áp lực là yếu tố quan trọng, đảm bảo cho các điều kiện nhiệt, điều kiện thủy lực của quá trình điền đầy và quá trình ép kim loại Thành phần chủ yếu của cơ cấu ép chính là hệ thống bơm, van thủy lực và piston ép

Tốc độ ép tức là tốc độ piston ép không tính đến trở lực thủy lực của kim loại trong hệ thống rót và khuôn, phụ thuộc vào lượng chất lỏng công tác đã sử dụng chả qua một ống dẫn có đường kính d Sau khi piston ép đường kính Dn vượt qua và bịt kín lỗ rót của buồng ép thì chất lỏng công tác mới được chuyển vào xylanh Muốn vậy chất lỏng công tác từ bình chứa đi vào phải qua một xylanh có ống đãn hẹp có đường kính d0 đảm bảo cho piston ép Dn chuyển động từ từ

Tốc độ ép được tính theo công thức [2, trang 79, công thức 2.17]:

(2.5)

Là tổng trở lực của đường vào và đường ra

- Áp lực lên chất lỏng công tác trong bình chứa

- Khối lượng riêng của chất lỏng công tác

2.2.2.8 Lực tách khuôn

Lực tách khuôn phụ thuộc vào lực cần thiết để tách vật đúc ra khỏi ruột, được tính bằng công thức:[2, trang 84, công thức 2.26]

(2.6)

Tra bảng tính ta tính được lực tách khuôn như sau:

f – hệ số ma sát giữa vật đúc và ruột 0,35 theo [2, trang 84]

p – áp lực kim loại lên ruột theo [2,trang 84]

F – diện tích tiếp xúc bề mặt giữa ruột và vật đúc là 1280

2.2.2.9 Va đập của dòng nạp lên thành khuôn

Áp suất thủy động p của dòng chảy lên thành khuôn được xác định từ điều kiện dòng chảy tập trung [2, trang 68]: p = .v2(1- cosα) (2.7) Trong đó α – góc nghiêng của thành khuôn so với hướng chuyển động của dòng chảy lấy bằng 90 độ

2.2.3 Điều kiện biên mô phỏng bài toán trong rãnh dẫn

Các yêu cầu về rãnh dẫn dòng: giả thiết kim loại điền đầy khuôn khi dòng chảy qua rãnh dẫn ổn định có nghĩa là piston bơm kim loại dịch chuyển ổn định với gia tốc bằng 0 Lúc này có thể coi kim loại đã điền đầy xilanh và dòng chảy qua rãnh dẫn là ổn định và tốc độ phun tại cửa vào là ổn định Yếu tố gây ra mất ổn định là ứng suất và sức căng bề mặt chúng làm xuất hiện sóng ngang trong dòng chảy

Từ phương trình dòng Becnuli có thể xác định quan hệ tốc độ giữa áp suất và rãnh dẫn và lòng khuôn nối nhau qua cửa phun [2, trang 68]:

(2.8) Trong đó v1 v2 và p1 p2 lần lượt là tốc độ và áp suất của kim loại lỏng tương ứng tại rãnh dẫn và trong lòng khuôn, khi p2 = 0, v2 max

Khi đúc áp lực cao hợp kim nhôm Vmax có thể đạt đến 200 m/s Khí

đó dòng kim loại sẽ gây va đập lên thành khuôn tạo hiện tượng rối trong dòng chảy kim loại và gây nên xói mòn khuôn, áp xuất dòng chảy khuôn xác định điều kiện từ dòng chảy tập trung quan hệ với góc nghiêng thành khuôn [2, trang 68, công thức 2.3]:

(2.9)