Nghiên cứu nâng cao chất lượng chi tiết đúc từ hợp kim nhôm ADC12 và ADC10 trong phương pháp đúc áp lực cao

Quá trình thiết kế có sự hỗ trợ của các phần mềm mô phỏng như : Magma, Procast, Vissim,…kết hợp với các biện pháp công nghệ xử lý chân không hoá khuôn, tinh luyện kim loại,… đã tạo ra đư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI QUANG DUY BÙI QUANG DUY

NGHIÊN CỨU

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT

ĐÚC TỪ HỢP KIM NHÔM ADC

ĐÚC TỪ HỢP KIM NHÔM ADC 12 VÀ ADC 12 VÀ ADC 12 VÀ ADC 10 10

TRONG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ÁP LỰC CAO

TRONG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ÁP LỰC CAO

CHUYÊN NGÀNH

CHUYÊN NGÀNH :::: CÔNG NGHỆ CÔNG NGHỆ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY CHẾ TẠO MÁY CHẾ TẠO MÁY

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cá

Cán bộ hướng dẫn khoa học: n bộ hướng dẫn khoa học: n bộ hướng dẫn khoa học: TS Lưu Phương Minh TS Lưu Phương Minh TS Lưu Phương Minh

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 1: ……… ……… ………

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Cán bộ chấm nhận xét 2: ……… ……… ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2008 , ngày tháng năm 2008

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM T

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Bùi Quang Duy Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1979 Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy MSHV: 00406056

Khóa (Năm trúng tuyển): 2006

1

1 TÊN ĐỀ TÀI:TÊN ĐỀ TÀI:TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT ĐÚC TỪ HỢP KIM NHÔM ADC12 VÀ ADC10 TRO

NHÔM ADC12 VÀ ADC10 TRONG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ÁP LỰC CAO.NG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ÁP LỰC CAO.NG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ÁP LỰC CAO 2

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂNNHIỆM VỤ LUẬN VĂNNHIỆM VỤ LUẬN VĂN::::

- Khảo sát các dạng khuyết tật tồn tại trong sản xuất đúc áp lực nói chung, trong các chi tiết máy động lực nói riêng

- Nghiên cứu lý thuyết quá trình đúc áp lực

- Nghiên cứu lý thuyết vấn đề xử lý khí trong hợp kim nhôm lỏng

- Mô phỏng các quá trình nhiệt trong đúc áp lực bằng phần mềm Magma

- Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc

- Ứng dụng thực tế cho chi tiết nắp hông động cơ Diezel RV125, vật liệu ADC12

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN

TTTTôi xin chân thành cảm ơn:

Cán bộ hướng dẫn khoa học:::: TS Lưu Phương Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và hướng dẫn tận tình trong công trình nghiên cứu này

Các cán bộ nhận xét: Cán bộ nhận xét 1 và Cán bộ nhận xét 2 đã dành thời gian đọc, nhận xét luận văn này

Quý Thầy, Cô trong Hội Đồng Chấm Luận Văn Thạc Sĩ tại Trường Đại Học Bách Khoa, và quý Thầy, Cô giảng dạy đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt chương trình học

Và tôi cũng xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Cảnh đã cung cấp tài liệu và chỉ dẫn thêm trong quá trình làm thực nghiệm

Tôi chân thành cảm ơn, Anh Nguyễn Hưng Quốc Giám đốc Công ty cổ phần NAKYCO và tập thể công nhân viên công ty đã giúp đỡ tôi trong việc thực hiện đề tài này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, anh chị em, quý bạn bè và những cộng sự đã động viên tinh thần, giúp đỡ vật chất cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học, nghiên cứu và thực hiện luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 07 năm 2007

Tác giả

Bùi Quang Duy

LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta có truyền thống là nước nông nghiệp, nên trình độ kỹ thuật còn

chậm phát triển so với các nước công nghiệp trên thế giới Ngành đúc là một

ngành góp phần rất quan trọng trong việc chế tạo ra sản phẩm cơ khí Nó tạo

phôi cho quá trình gia công cơ hoặc tạo ra sản phẩm sử dụng trực tiếp Tuy

nhiên, công nghệ đúc trong nước chủ yếu là đúc trong khuôn cát và đúc tĩnh

trong khuôn kim loại, thao tác thủ công là chính nên năng suất và chất lượng rất

thấp, không có khả năng đúc các sản phẩm thành mỏng, yêu cầu kỹ thuật cao

Công nghệ đúc tiên tiến ở trong nước chỉ mới được áp dụng phổ biến trong

những năm gần đây, tài liệu còn rất hạn chế, kỹ thuật còn rất yếu nên sản phẩm

tạo ra còn nhiều phế phẩm và chất lượng chưa cao Đúc áp lực cao ở Việt Nam

đã được liệt kê vào một trong những phương pháp đúc đặc biệt cần được phát

triển Trong đề tài “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng chi tiết đúc từ hợp kim

nhôm ADC-12 và ADC-10 trong phương pháp đúc áp lực cao’’ nhằm giải quyết

một số vấn đề kỹ thuật nóng bỗng, đang vướng mắc hiện nay và góp phần bổ

sung nguồn tài liệu cho lĩnh vực đúc mới trong nước

century It was arranged in group special method castings

Products of high pressure die casting is used for motorbike, industry, civil, making workpice for machinery processing Parts of high pressure die casting have advantage as : making parts have very thin thickness, stable dimension, high fidelity, high smooth of surface, high physics, saving material, high productivity, etc

Now, demand of products high pressure die casting is large Only, HONDA Vietnamese needs more 10-milion parts every year However, products of high pressure die casting have high ratio spoils and slow quatity It can’t satisfy demands

of customer at home and abroad

In this thesis, I propose associate method technology of method new improve, replace old method slow effect Purpose of they is reduced ratio waste, down cost, raising ability competition on the market

The Author

Buøi Quang Duy

TÓM TẮT LUẬN VĂN TÓM TẮT LUẬN VĂN Đúc áp lực cao gia nhập vào Việt Nam vào những năm cuối của thế kỷ 20 Chúng được xếp vào nhóm các phương pháp đúc đặc biệt

Sản phẩm đúc áp lực cao được sử dụng rất nhiều trong động cơ xe máy, động

cơ diezen, trong công nghiệp, dân dụng, góp phần quan trọng trong việc tạo phôi cho quá trình gia công cơ khí,… Chúng có nhiều ưu điểm như sau : Có thể tạo ra các sản phẩm thành rất mỏng, bề dày đồng đều, kích thước sản phẩm ổn định, độ chính xác cao, độ nhẵn bề mặt cao, cơ tính cao, tiết kiệm nguyên liệu, năng suất cao,…

Hiện nay nhu cầu về sản phẩm đúc áp lực là rất lớn Riêng công ty HONDA Việt Nam có nhu cầu hơn 10 triệu sản phẩm mỗi năm Tuy nhiên, sản phẩm đúc áp lực cao hiện nay tỉ lệ phế phẩm còn rất cao, chất lượng còn thấp, chưa đáp ứng được nhu cầu của thị trường trong nước và nước ngoài

Trong luận văn này, đưa ra giải pháp công nghệ kết hợp đồng bộ của các biện pháp biện pháp xử lý tiên tiến, để thay thế các phương pháp xử lý củ không hiệu quả trước đây Nhằm khắc phục các khuyết tật, giảm tỉ lệ phế phẩm và nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ thấp giá thành, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường

Lời nói đầu Trang Chương 1 TỔNG QUA

Chương 1 TỔNG QUANNN 1

1.1 Tình hình đúc áp lực cao trên thế giới 1

1.2 Nhu cầu về sản phẩm đúc áp lực cao ở Việt Nam .1

1.3 Các dạng sản phẩm đúc áp lực cao .1

1.3.1 Phân loại và các sản phẩm tiêu biểu .1

1.3.2 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng .4

1.3.2.1 Ưu, nhược điểm 4

1.3.2.2 Phạm vi sử dụng .5

1.3.3 Các khuyết tật thường gặp ở vật đúc 5

1.4 Các vấn đề kỹ thuật vướng mắc đang cần được giải quyết .11

1.5 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn .12

1.6 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu trong đề tài 12

1.6.1 Mục tiêu 12

1.6.2 Phương pháp nghiên cứu 13

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC ÁP LỰC CAO Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC ÁP LỰC CAO 141414

2.1 Quy trình đúc áp lực cao .14

2.2 Nguyên lý của đúc áp lực cao .15

2.3 Hợp kim đúc áp lực cao .16

2.3.1 Yêu cầu đối với hợp kim đúc áp lực .16

2.3 2 Hợp kim nhôm đúc áp lực 16

2.4 Các yếu tố tác động trực tiếp đến sản phẩm đúc .18

2.4.1 Sơ đồ mối liên hệ các yếu tố 18

2.4.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng 18

2.4.3 Những điểm cần lưu ý khi thiết kế vật đúc 19

2.5.2 Tính toán áp suất nén, lưu lượng và hành trình ép .22

2.5.3 Tính nhiệt độ 23

2.6 Chế độ khí của khuôn trong quá trình đúc áp lực 24

2.6.1 Sự chảy tràn của khí từ buồng ép vào trong hốc khuôn 24

2.6.2 Aûnh hưởng của chất bôi trơn đến chế độ khí của khuôn 25

2.6.3 Chân không hoá, tạo chênh lệch áp trong khuôn đúc áp lực trong chu kỳ ép 26

2.7 Dòng chảy trong quá trình đúc .28

2.7.1 Dòng chảy trong buồng ép 29

2.7.2 Dòng chảy trong rãnh dẫn 38

2.7.3 Dòng chảy trong hốc khuôn 38

2.8 Nhiệt của quá trình đúc 42

2.8.1 Trao đổi nhiệt giữa kim loại lỏng với khuôn .42

2.8.2 Trao đổi nhiệt giữa hai khuôn và môi trường .47

Chương 3 Chương 3 BIỆN PHÁP CÔNG NGHBIỆN PHÁP CÔNG NGHBIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Ệ XỬ LÝ Ệ XỬ LÝ RỖ XỐP, TẠP CHẤTRỖ XỐP, TẠP CHẤTRỖ XỐP, TẠP CHẤT, , , ,

KHÔNG ĐIỀN ĐẦY VÀ GIÁP MÍ KHÔNG ĐIỀN ĐẦY VÀ GIÁP MÍ CỦA SẢN PHẨMCỦA SẢN PHẨMCỦA SẢN PHẨM 575757

3.1 Biện pháp xử lý phổ biến hiện nay ở Việt Nam 57

3.2 Cơ sở khoa học của việc khử khí trong hợp kim nhôm lỏng .57

3.2.1 Cơ sở lý thuyết tinh luyện-khử khí đối với hợp kim nhôm trong công nghệ đúc áp lực 57

3.2.1.1 Nhiệt động học của sự phân bố hydro giữa hợp kim lỏng và khí tinh luyện 58

3.2.1.2 Các quá trình hoá lý trong hệ hợp kim nhôm lỏng-khí tinh luyện 61

3.2.1.3 Các quá trình thủy động học trong hệ kim loại lỏng-khí tinh luyện 64

3.2.1.4 Quy luật động học về sự phân bố hydro giữa kim loại lỏng và khí tinh luyện 67

nhôm lỏng 71

3.2.2 Giải pháp khử khí trong hợp kim nhôm lỏng nghiên cứu .76

3.2.3 Nhiệt độ khuôn 77

3.3 Hợp lý hoá hệ thống rãnh dẫn .78

3.3.1 Các nguyên tắc cơ bản khi thiết kế hệ thống rãnh dẫn 78

3.3.2 Một số dạng rãnh dẫn tiêu biểu 82

3.4 Giải pháp xử lý đồng bộ 82

Chương 4 Chương 4 QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MAGMA QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MAGMA QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MAGMA 848484

4.1 Xây dựng mô hình mô phỏng 84

4.1.1 Mô hình mô phỏng .85

4.1.2 Dữ liệu mô phỏng 85

4.2 Kết quả mô phỏng bằng phần mềm Magma 88

4.2.1 Kết quả về dòng chảy .88

4.2.2 Kết quả về quá trình điền đầy và đông đặc 89

4.2.3 Kết quả về các khuyết tật trong sản phẩm .94

4.2.4 Kết quả nhiệt độ khuôn 97

Ch Chương ương ương 5555 KẾT QUẢ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT THỰC TẾ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT THỰC TẾ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT THỰC TẾ 100100100

5.1 Chọn chế độ khử khí .100

5.2 Thiết kế khuôn 101

5.3 Chế độ đúc áp lực .103

5.4 Một số thiết bị thực nghiệm , kiểm tra 103

5.5 Kết quả sản phẩm 104

5.5.1 Tiến hành lấy mẫu kiểm tra từ sản phẩm thực tế 104

5.5.2 Kiểm tra thu thập kết quả .105

5.5.2.1 Kết quả kiểm tra khuyết tật bên ngoài 105

5.5.2.2 Kết quả kiểm tra không phá hủy 108

5.5.2.3 Kết quả kiểm tra phá hủy .109

Chương 6

Chương 6 KẾT LUẬN KẾT LUẬN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 1212121111

6.1 Kết luận .121

6.1.1 Kết quả đạt được .121

6.1.2 Hạn chế của đề tài .121

6.2 Hướng phát triển nghiện cứu của đề tài 122

Tài liệu tham khảo

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tình hình đúc áp lực cao trên thế giới

1.1 Tình hình đúc áp lực cao trên thế giới

Đúc áp lực cao ra đời vào khoảng đầu thế kỷ 19, mặc dù đã có một vài ý tưởng hình thành ngành đúc áp lực có từ sớm hơn Hiện nay, lĩnh vực đúc áp lực cao trên thế giới phát triển rất mạnh, đặc biệt là ở các nước như : Nhật, Mỹ, Đức, Aán Độ, Canada, Quá trình thiết kế có sự hỗ trợ của các phần mềm mô phỏng như : Magma, Procast, Vissim,…kết hợp với các biện pháp công nghệ xử lý chân không hoá khuôn, tinh luyện kim loại,… đã tạo ra được vật đúc có chất lượng cao về độ chính xác hình dáng, kích thước, cũng như tổ chức bên trong vật đúc Tuy nhiên, khuyết tật giáp mí, không điền đầy và rỗ xốp vẫn còn xảy ra trên vật đúc, nhất là ở sản phẩm thành dày thay đổi lớn, hình dáng phức tạp, đây cũng là vấn đề đang được nghiên cứu Theo thống kê năm 2006 như sau:

+ Nhôm đúc áp lực cao chiếm 54% tổng số lượng đúc kim loại màu

+ Tỉ lệ phế phẩm đúc áp lực cao hiện nay < 4%

+ Ước tính lượng nhôm tiêu thụ cho đúc áp lực cao năm 2005: 1.624.217 tấn Một số nước đang nghiên cứu và thực nghiệm công nghệ đúc bán lỏng nhằm ứng dụng rộng rãi vào sản xuất công nghiệp

1.2

1.2 Nhu cầu về sản phẩm đúc áp lực cao ở Việt NamNhu cầu về sản phẩm đúc áp lực cao ở Việt NamNhu cầu về sản phẩm đúc áp lực cao ở Việt Nam

Đúc áp lực là một lĩnh vực khá mới mẻ ở Việt Nam Tuy nhiên, nhu cầu về sản phẩm đúc áp lực và tiềm năng của nó là rất lớn Hiện nay chúng ta chưa đáp ứng được cả về mặt chất lượng lẫn số lượng 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, trong mỗi chiếc xe máy có khoảng 10 chi tiết cần đúc áp lực Như vậy mỗi năm hãng xe HONDA Việt Nam cần đến hơn 10 triệu chi tiết đúc áp lực, hiện tại chưa có nhà cung cấp Việt Nam nào đáp ứng được

Trong miền Nam các 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 30.000 máy (trong đó xuất khẩu chiếm khoảng 60%), đang có chiều hướng gia tăng hàng năm Nhu cầu về sản phẩm đúc áp lực của các công ty này cũng rất lớn

Ngoài ra còn có các sản phẩm phục vụ trong ngành điện, gia dụng, ôtô, xe máy, Hiện nay lĩnh vực đang được quan tâm hướng đến là ôtô

1.3

1.3 Các dạng sản phẩm đúc áp lực cao Các dạng sản phẩm đúc áp lực cao Các dạng sản phẩm đúc áp lực cao

1

1.3333.1 .1 .1 Phân loại Phân loại Phân loại và các sản phẩm tiêu biểuvà các sản phẩm tiêu biểuvà các sản phẩm tiêu biểu

- Sản phẩm đúc áp lực cao rất đa dạng về hình dáng và kết cấu, phục vụ trong nhiều lĩnh vực khác nhau như chế tạo chi tiết máy, thiết bị điện, y tế, giáo dục, hàng không,… chúng được phân loại theo nhóm như sau :

+ Các sản phẩm có dạng ống trụ

+ Các sản phẩm có dạng thanh, dạng càng

+ Các sản phẩm có dạng tấm

+ Các sản phẩm có dạng hộp, đây là loại thường gặp nhiều nhất

- Các sản phẩm đúc áp lực cao thường có bề dày từ 0.8 mm đến 10 mm, nhưng trên thực tế thì bề dày 2 mm đến 6 mm sẽ cho kết quả đúc tốt nhất Vì bề dày càng lớn thì khả năng bị rỗ xốp càng cao, khi bề dày càng nhỏ thì khả năng điền đầy càng kém do quá trình nguội nhanh

* Các sản phẩm đã được chế tạo và đặt hàng tại công ty NAKYCO

a Các sản phẩm dạng hộp

Hình 1-1 Sản phẩm nắp hông động cơ Diezen

Hình 1-2 Các sản phẩm đúc áp lực cao trong lĩnh vực xe máy

b Các sản phẩm dạng thanh, dạng càng

Hình 1-3 Sản phẩm tay cấy dùng trong nông nghiệp

c Các sản phẩm dạng trụ, dạng đĩa

Hình 1-4 Sản phẩm dùng trong chi tiết máy

Hình 1-5 Sản phẩm vòi phun sơn dùng trong ngành sơn Các sản phẩm này có yêu cầu cao về độ bóng bề mặt, thành mỏng đều để giảm tiêu hao nguyên vật liệu và giảm khối lượng sản phẩm Đặc biệt trong các chi tiết máy còn đòi hỏi độ bền cho tính năng sử dụng Phương pháp đúc áp lực cao sẽ mang lại hiệu quả cao, đáp ứng được những yêu cầu nêu trên

d Mô hình của khuôn đúc áp lực cao, máy đúc áp lực cao

Tương ứng với sản phẩm đa dạng hình dạng khác nhau, thì khuôn đúc áp lực cũng có những hình dạng kết cấu khác nhau để tương thích với sản phẩm

Hình 1-6 Mô hình khuôn đúc áp lực cao Trong các điều kiện khác nhau về nhu cầu máy đúc áp lực, cũng có những dạng kết cấu khác nhau với kích cỡ và tính năng, để cho người thiết kế lựa chọn phù hợp với sản phẩm và điều kiện sử dụng Chúng được phân loại như sau :

- Máy đúc có buồng ép nóng, buồng ép đặt nằm ngay trong nồi lò kim loại lỏng và được nối thông với máy đúc áp lực bằng một hệ thống cấp kim loại lỏng gọi là ống dẫn

- Máy đúc có buồng ép nguội, buồng ép và píttông ép chỉ tiếp xúc với kim loại lỏng theo chu kỳ trong thời gian ngắn nên có nhiệt độ thấp, có độ bền cao, cho phép sử dụng áp lực ép lớn

Hình 1-7 Mô hình máy đúc áp lực cao có buồng ép nguội

Hình 1-8 Mô hình máy đúc áp lực cao có buồng ép nóng

1.3

1.3 2 2 2 ƯuƯuƯu,,,, nhược điểm và phạm vi ứng dụng nhược điểm và phạm vi ứng dụng nhược điểm và phạm vi ứng dụng

1.3.2.1 Ưu, nhược điểm

a Ưu điểm :

- Vật đúc đạt độ chính xác cao, độ bóng bề mặt cao không cần phải qua gia công cơ

- Hoàn toàn không sử dụng hỗn hợp làm khuôn, ruột khuôn

- Có khả năng đúc được các chi tiết thành rất mỏng, mà phương pháp đúc thông thường như đúc khuôn cát, đúc tĩnh trong khuôn kim loại không thể thực hiện được

- Có khả năng cơ khí hoá tự động hoá rất cao, điều kiện lao động được cải thiện, ít phụ thuộc vào tay nghề của người thợ

- Năng suất đạt được rất cao, có thể tăng từ vài chục lần đến vài trăm lần

so với phương pháp đúc thủ công thông thường

- Mức độ ổn định cao về kích thước và hình dáng

- Khuôn kim loại sử dụng được nhiều lần

- Chất lượng sản phẩm ít phụ thuộc vào tay nghề người thợ

- Do vận tốc điền đầy khuôn lớn, áp lực tác dụng lên kim loại trong quá trình điền đầy cao, quá trình làm nguội nhanh, nên tổ chức bên trong vật đúc nhỏ mịn, sít chặt làm cho độ cứng và cơ tính chi tiết tăng lên

- Một số chi tiết đúc ra có thể sử dụng được ngay, mà không cần phải qua giai đoạn gia công cơ

- Cùng loại vật liệu, thì sản phẩm đúc áp lực có độ cứng bề mặt cao hơn sản phẩm đúc tĩnh khuôn kim loại và đúc khuôn cát

- Vật đúc không nhiệt luyện được, vì khi nung nóng các phân tử khí bên trong vật đúc nở ra làm biến dạng vật đúc Khi thiết kế vật đúc cần quan tâm đến vấn đề này

- Sản phẩm có bề dày thay đổi lớn và đột ngột thì tỉ lệ phế phẩm rất cao

- Kích thước và khối lượng vật đúc bị hạn chế bởi kích thước và khối lượng cho phép đúc của máy

- Kích thước của hệ thống rót và rãnh dẫn lớn

1.3

1.3 3 Các khuyết tật 3 Các khuyết tật 3 Các khuyết tật thường gặp thường gặp thường gặp ởởởở vật đúc vật đúc vật đúc

Mặc dù đúc áp lực cao trên thế giới hiện nay phát triển rất cao, nhưng đúc áp lực cao chỉ xâm nhập vào Việt Nam ở những năm cuối của thế kỉ XX Cho đến nay, tuy có phát triển nhưng với tốc độ rất chậm, tài liệu phục vụ cho lĩnh vực này còn hạn chế, chủ yếu dựa vào sự mày mò từ kinh nghiệm, nên khả năng

am hiểu về lĩnh vực này còn rất hạn chế, kỹ thuật còn rất thấp Do đó, sản phẩm

đúc áp lực ở Việt Nam còn rất nhiều khuyết tật, tỉ lệ sản phẩm hỏng rất cao Một số dạng khuyết tật thường gặp sau đây :

a Kích thước sản phẩm có độ chính xác kém

+ Đây là do quá trình gia công khuôn, độ chính xác của khuôn

+ Hệ số co rút của vật liệu phụ thuộc vào thành phần vật liệu

+ Tốc độ làm nguội và mức độ đồng đều nhiệt của khuôn

+ Yêu cầu vật liệu dùng để đúc áp lực cao phải có khoảng kết tinh ngắn, tính chảy loãng cao, hệ số co rút thấp

+ Thời gian mở khuôn cũng ảnh hưởng lớn đến kích thước chi tiết, vì nếu lấy chi tiết ra khỏi khuôn sớm nhiệt độ còn rất cao chi tiết chưa đông đặc hoàn toàn, chưa ổn định kích thước, khi đem ra môi trường nguội tự do chi tiết sẽ biến dạng làm sai kích thước

+ Kết cấu khuôn không đủ cứng vững, khi chịu tác động của áp lực, khuôn

bị biến dạng làm cho sản phẩm đúc ra cũng biến dạng, sai lệch kích thước

b Vật đúc không điền đầy, giáp mí

* Biểu hiện :

+ Vật đúc không điền đầy hoàn toàn hình dạng theo thiết kế, mà bị khuyết

ở một số nơi khó điền đầy

+ Vật đúc tạo thành hình dạng của chi tiết, nhưng trên bề mặt tồn tại một số vị trí có dạng hạt xốp, rời rạc, liên kết giữa các hạt rất kém

+ Trong một số trường hợp xấu hơn, kim loại chỉ điền đầy một phần của vật đúc hoặc tạo thành các vùng rỗng trên bề mặt chi tiết

Hình 1-9 Vật đúc không điền đầy, (a) – tiết diện rãnh dẫn nhỏ,

(b) - bề dày miệng phun quá nhỏ

+ Hiện tượng giáp mí: trên bề mặt vật đúc tồn tại các đường gấp nếp, các đường giao nhau giữa hai dòng chảy Các đường này có thể xếp chồng lên nhau,

có thể vừa tiếp giáp với nhau Mối liên kết tại đó rất kém, bên trong tồn tại những lỗ trống chứa khí làm cho chi tiết không sử dụng được

Hình 1-10 Hiện tượng giáp mí trên vật đúc

* Nguyên nhân:

+ Mức độ điền đầy phụ thuộc vào tính chảy loãng của hợp kim lỏng, tính chảy loãng của hợp kim nhôm phần lớn là do silic quyết định Vì vậy, nếu hàm lượng silic thấp sẽ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng điền đầy của sản phẩm Nếu hàm lượng silic quá cao, vượt giới hạn quy định chi tiết sẽ hoá giòn

+ Hệ thống rãnh dẫn chưa phù hợp về vị trí và kích thước Nếu rãnh dẫn bố trí xa hốc khuôn quá, kim loại lỏng sẽ bị tổn thất nhiệt nhiều Chiều sâu rãnh dẫn nhỏ làm cho kim loại lỏng thoát nhiệt nhanh, tiết diện rãnh dẫn không đủ lớn hoặc mở rộng dần sẽ gây giảm áp Bố trí miệng phun ở vị trí không phù hợp sẽ gây cản trở cho dòng chảy Tất cả các yếu tố này, đều ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điền đầy

+ Diện tích miệng phun và vận tốc phun cũng tác động trực tiếp đến quá trình điền đầy Vì quá trình trao đổi nhiệt giữa kim loại lỏng và khuôn rất nhanh, nên thời gian điền đầy hốc khuôn là rất ngắn Nếu diện tích miệng phun nhỏ, thời gian điền đầy hốc khuôn kéo dài, kim loại sẽ đông đặc và không điền đầy khuôn Đồng thời, diện tích miệng phun còn ảnh hưởng đến khả năng nén chặt của pha thứ 3

+ Nhiệt độ khuôn quá thấp, tạo khoảng chênh lệch nhiệt độ giữa kim loại lỏng và khuôn lớn Kim loại lỏng sẽ bị tổn thất nhiệt lớn khi tiếp xúc với bề mặt khuôn, gây cản trở cho quá trình điền đầy

+ Nhiệt độ rót của kim loại lỏng, nếu nhiệt độ rót thấp xấp xỉ nhiệt độ đông đặc của hợp kim nhôm, quá trình rót và kim loại lỏng tiếp xúc với khuôn, sẽ

bị tổn thất nhiệt, làm cho nhiệt độ kim loại lỏng bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ đông đặc Vì vậy, sẽ gây khó khăn cho quá trình điền đầy

+ Tính co ngót của vật liệu, đối với vật liệu có độ co ngót lớn, khi kết thúc pha nén thứ 3, lực ép bị ngắt, phần kim loại chưa đông đặc sẽ đông đặc co lại làm cho bề mặt chi tiết bị lõm Trường hợp này thường xuất hiện ở các chi tiết có thành dày

+ Aùp suất ép của pha nén thứ 3, khi kim loại trong quá trình đông đặc chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái sệt, lúc này píttông thực hiện lực ép để điền đầy những chỗ khó điền đầy Nếu lực ép nhỏ không thắng được trở lực của kim loại thì không thể điền đầy những chỗ khó điền đầy

+ Hệ thống thoát hơi tại các hốc, lỗ tịt trong hốc khuôn, nếu hệ thống thoát khí không tốt sẽ bị bí hơi làm cho kim loại lỏng rất khó điền đầy

+ Hình dạng chi tiết, chi tiết càng phức tạp, độ sâu càng lớn thì khả năng điền đầy càng kém

+ Độ nhẵn bề mặt hốc khuôn cũng ảnh hưởng rất lớn đến dòng chảy và khả năng điền đầy hốc khuôn

+ Khuôn bị rạn nứt, phần nhôm chui vào các vết nứt sau khi lấy vật đúc còn bám dính lại một phần, phần này nhô lên khỏi bề mặt khuôn gây cản trở dòng chảy và quá trình điền đầy khuôn

+ Nếu phun chất bôi trơn quá nhiều hoặc chất bôi trơn loãng chứa nhiều nước, chúng sẽ không hoá hơi và thoát ra ngoài kịp, làm cho nhiệt độ khuôn giảm nhanh Khi kim loại lỏng chảy vào tiếp xúc trực tiếp với chúng, sẽ hoá nguội nhanh trở nên đông cứng, phần kim loại này được gom lại ở cuối cùng của chi tiết Khi kết thúc quá trình điền đầy, phần kim loại này không hoà tan vào nhau được, để lại những đường giáp mí hoặc các vết nhăn trên bề mặt

+ Bố trí vị trí và hướng dòng chảy của rãnh dẫn, bố trí rãnh dẫn có hướng dòng chảy trong hốc khuôn chưa hợp lý, sẽ làm cho kim loại lỏng chảy trong hốc khuôn bị xoáy, miệng phun đặt ở nơi làm cho trở lực dòng chảy lớn, vị trí miệng phun quá xa Điều này cũng tạo ra sự giáp mí

+ Đường đi của kim loại phun vào hốc khuôn, nếu bố trí dòng chảy không cân xứng, một miệng phun ở gần, một miệng phun ở quá xa Phần kim loại lỏng

đi vào hốc khuôn đầu tiên chảy đến tận cùng của sản phẩm, lúc này kim loại đã

bị nguội, một nhánh khác của rãnh dẫn lại bổ sung vào phần cuối của sản phẩm Như vậy, sẽ xảy ra hiện tượng xen lấp lên nhau, không hoà vào nhau được, sinh

ra hiện tượng giáp mí

+ Mức độ chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các chi tiết, giữa các vùng trong hốc khuôn cũng gây ra hiện tượng giáp mí

Ngoài ra, còn các yếu tố khác như : tính chất chảy loãng của hợp kim lỏng, tiết diện miệng phun, vận tốc phun, thời gian phun, hệ thống làm nguội khuôn,… cũng có khả năng sinh ra khuyết tật giáp mí

c Rỗ khí và rỗ xỉ nằm bên trong vật đúc

+ Sản phẩm sau khi đúc đem gia công hoặc cắt ra thấy có những lỗ rỗng bên trong, các lỗ này có hình dáng và kích thước khác nhau Chúng có thể tập trung hoặc phân tán Thường thì tập trung tại các nơi có chiều dày thay đổi đột ngột, những nơi có vật cản tạo ra dòng chảy xoáy, khó thoát khí

+ Một số trường hợp, bọt khí nằm sát bề mặt chi tiết chịu một áp suất nén lớn, khi mở khuôn lấy vật đúc nhiệt độ còn cao, bề mặt chi tiết chưa đủ cứng, chúng sẽ giản nở ra tạo trên bề mặt chi tiết các chỗ phồng lên

+ Một số chi tiết yêu cầu qua xử lý nhiệt, sau khi xử lý nhiệt trên bề mặt chi tiết xuất hiện các chỗ bị phồng lên

Hình 1-11 Khuyết tật rỗ xốp

* Nguyên nhân :

+ Lượng khí hydro tồn tại trong nhôm lỏng rất nhiều, quá trình chảy vào hốc khuôn kim loại lỏng mang theo lượng khí này, khi đông đặc chúng nằm lại bên trong vật đúc tạo thành rỗ

+ Sự thay đổi tiết diện lớn và đột ngột cũng góp phần cho quá trình tạo bọt khí

+ Trong quá trình đúc, chất bôi trơn cũng sinh ra khí và xỉ, nhưng khí được thoát ra ngoài một phần qua rãnh thoát hơi, còn xỉ được đẩy ra khỏi hốc khuôn một phần chảy vào những ô chứa nhôm dư Phần còn lại cũng là yếu tố phát sinh rỗ khí và rỗ xỉ

+ Khi vận tốc nạp lớn, thời gian điền đầy nhanh, hốc khuôn sẽ được lấp đầy bởi kim loại lỏng, nhưng do thời gian đáp ứng quá nhanh, lượng khí trong hốc khuôn không thoát ra ngoài kịp sẽ nằm lại bên trong vật đúc tạo ra rỗ khí

+ Hệ thống thoát khí không tốt, lượng khí trong buồng ép, rãnh dẫn và trong hốc khuôn sẽ không thoát ra được, khi kim loại lỏng chảy vào sẽ trùm lấy lượng khí này tạo thành rỗ

Tại miệng phun vào hốc khuôn kim loại bị áp lực cưỡng bức, tiết diện rãnh dẫn thu hẹp, nên kim loại lỏng chảy vào hốc khuôn dưới dạng những hạt phân tán, cuốn theo những bọt khí ngậm bên trong và chuyển động cùng với kim loại lỏng đi vào trong hốc khuôn Khi vào trong hốc khuôn, chuyển động dòng kim

loại là chảy rối hoàn toàn làm cho những bọt khí nằm lại bên trong chi tiết dưới dạng phân tán

Khi vận tốc nạp liệu v ≥ 100m/s thì những bọt khí này rất nhỏ mắt thường không thể nhìn thấy được Rỗ khí dạng này làm giảm cơ tính chi tiết ít nhất Tuy nhiên, đối với vật liệu nhôm khi vận tốc nạp lớn như vậy sẽ gây mài mòn khuôn rất nhanh, làm ảnh hưởng đến kích thước sản phẩm, giảm tuổi thọ khuôn, đồng thời còn gây bám dính kim loại vào thành khuôn, gây trầy xước bề mặt và lấy sản phẩm ra rất khó khăn Đối với vật liệu nhôm, vận tốc này phải nhỏ hơn hoặc bằng 60m/s nhưng thường khuyên dùng v = 20m/s ÷ 45m/s

+ Rỗ xỉ có hình dạng bất kỳ theo hình dạng của tạp chất, bên trong sẽ chứa các tạp chất, do các tạp chất này không hoà tan được vào kim loại lỏng Rỗ xỉ thường xuất hiện ở những nơi có dòng chảy xoáy, phía trên bề mặt vật đúc, phần

ở xa miệng phun cuối cùng của vật đúc

+ Do quá trình sử dụng nhôm hồi liệu (rãnh dẫn, hệ thống rót,…), nhôm phế phẩm, trong quá trình phối liệu Đây là yếu tố tập trung tạp chất và cũng là nguyên nhân gây ra tạp chất, rỗ xỉ trong vật đúc nhiều nhất

+ Những tạp chất kích thước nhỏ, khối lượng riêng xấp xỉ kim loại lỏng, nằm lơ lửng trong kim loại lỏng mà quá trình xử lý thông thường không thể loại

ra được Phần tạp chất này sẽ nằm lại bên trong vật đúc tạo thành rỗ xỉ, nó làm giảm cơ tính và chất lượng chi tiết đúc

d Khuyết tật do rạn nứt khuôn

Sản phẩm sau khi đúc ra, trên bề mặt xuất hiện các đường ngoằn ngoèo giống như vết nứt nhô lên hoặc lõm xuống, tạo nên bề mặt chi tiết xù xì, giảm chất lượng bề mặt

+ Khuôn đã sử dụng quá tuổi thọ Trong quá trình đúc nhiệt độ khuôn thay đổi liên tục, bên trong khuôn tồn tại các ứng suất dư, dưới áp lực tác động của kim loại lỏng qua thời gian kim loại bị mỏi sinh ra các vết nứt tế vi và dần dần phát triển thành rạn nứt bề mặt hốc khuôn Khi kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn, các vết nứt đủ lớn kim loại sẽ chui vào, khi lấy sản phẩm ra phần nhôm chui vào vết nứt sẽ bám theo, để lại trên bề mặt chi tiết những vết gồ ghề, rất

xấu về tính thẩm mỹ Trong một số vị trí, các vết nứt có phương vuông góc với phương lấy sản phẩm sẽ để lại vết xước trên bề mặt chi tiết

+ Mức độ ổn định nhiệt của khuôn, nhiệt độ chênh lệch của khuôn lớn, ứng suất tồn tại bên trong lớn Khoảng thay đổi nhiệt độ của khuôn lớn thì độ bền mỏi càng giảm

e Sản phẩm bị nứt

Sau khi đông đặc, lấy vật đúc ra khỏi khuôn, trên vật đúc xuất hiện các đường nứt có hình dạng và kích thước khác nhau Các đường nứt này làm hỏng chi tiết

Hình 1-13 Sản phẩm bị nứt

* Nguyên nhân :

+ Phụ thuộc vào tính chất vật liệu, vật liệu có tính giòn cao Ví dụ: thành phần silic và natri trong hợp kim nhôm cao sẽ sinh ra hiện tượng cứng giòn làm cho sản phẩm đúc ra dễ bị nứt

+ Kết cấu khuôn, góc nghiêng thoát khuôn không phù hợp, hệ thống chốt đẩy phôi không đều cũng làm cho sản phẩm bị nứt

+ Chế độ đúc, nhiệt độ khuôn thấp cũng sinh ra nứt, thời gian mở khuôn chậm sản phẩm bị nguội, bám chặt vào ruột khuôn khi lấy sản phẩm ra cũng dễ sinh ra nứt

1.4

1.4 Các vấn đề Các vấn đề Các vấn đề kỹ thuật kỹ thuật kỹ thuật vướng vướng vướng mắc mắc mắc đang cần được giải quyếtđang cần được giải quyếtđang cần được giải quyết

Xuất phát từ thực tế sản xuất tại công ty NAKYCO và các công ty sản xuất sản phẩm đúc áp lực trong nước Theo khuyến cáo của chuyên gia Đức, Nhật Bản cho biết, hiện nay trong đúc áp lực cao có các vấn đề vướng mắc đang cần được giải quyết như sau:

Rỗ khí tồn tại bên trong vật đúc

- Tạp chất kích thước nhỏ nằm phân tán trong vật đúc tạo thành rỗ xỉ

- Kiểm soát nhiệt độ khuôn ở giá trị mong muốn, phân bố đồng đều nhiệt trên bề mặt khuôn

Vấn đề rỗ khí và rỗ xỉ là hai vấn đề khó khăn nhất hiện nay, cần được giải quyết Vì đây là nguyên nhân trực tiếp gây ra phế phẩm nhiều nhất và làm giảm chất lượng sản phẩm như : rỗ khí và rỗ xỉ làm giảm cơ tính của vật đúc, gây khó khăn cho quá trình nhiệt luyện, đối với sản phẩm cần nhiệt luyện thì không nên

đúc áp lực cao, vì khi nhiệt luyện những bọt khí nằm gần bề mặt chi tiết sẽ dãn nở gây phù, bong tách ra làm lõm bề mặt, những bọt khí nằm sâu bên trong thì khi nhiệt luyện sẽ làm biến dạng chi tiết Đây là nhược điểm chính của đúc áp lực cao

Hiện nay, quá trình xử lý vật liệu ở Việt Nam hầu như còn sử dụng theo phương pháp thủ công, chủ yếu là dùng muối nên lượng khí còn chứa rất nhiều trong kim loại lỏng, lượng khí này sẽ theo vào khuôn góp phần làm tăng rỗ khí trong chi tiết Mức độ am hiểu của những người làm trong lĩnh vực đúc áp lực cao

ở Việt Nam còn rất hạn chế, do tài liệu về xử lý vật liệu còn rất hạn chế chủ yếu bằng tiếng Anh, tiếng Hoa và tiếng Nhật nên khó khăn cho việc nghiên cứu và phổ biến

Đối với những vật đúc có hình dạng phức tạp, bề dày thành chi tiết thay đổi, việc tính toán nhiệt độ khuôn để đạt hiệu quả tối ưu rất phức tạp Hiện nay vẫn là vấn đề đang được nghiên cứu

1.5

1.5 Tính cấp thiết của đề tài, ý Tính cấp thiết của đề tài, ý Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoanghĩa khoanghĩa khoa học và thực tiễn học và thực tiễn học và thực tiễn

Trong thời kỳ hội nhập như hiện nay, các nhà đầu tư nước ngoài theo xu hướng đổ xô vào Việt Nam đặt hàng các sản phẩm đúc áp lực, với sản lượng rất lớn và hình dạng phong phú, với các yêu cầu từ thấp đến cao

Trong nước với giá nhân công rẻ, lực lượng lao động dồi dào, các doanh nghiệp đầu tư lắp ráp máy tại Việt Nam 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,…đã mở ra một nhu cầu mới về sản phẩm đúc áp lực với số lượng lớn Cụ thể hai công

ty ở khu vưc phía Nam là VIKYNO và VINAPPRO đã sản xuất lắp ráp máy xuất khẩu sang các nước chậm phát triển

Với trình độ hiện nay của chúng ta, chỉ đáp ứng phần nhỏ các sản phẩm có yêu cầu thấp và trung bình về chất lượng Vì vậy để phát triển 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 Đặc biệt lĩnh vực quan tâm nhất hiện nay là lĩnh vực chi tiết

xe ôtô

Vấn đề giải quyết trong đề tài này thực sự rất cần thiết để giải quyết về mặt chất lượng cho nhu cầu nóng bỗng hiện nay Góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp nước ta

1

1.6666 Mục tiêu và phương pha Mục tiêu và phương pha Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu trong đề tàiùp nghiên cứu trong đề tàiùp nghiên cứu trong đề tài

1

1.6666.1 Mục tiêu.1 Mục tiêu.1 Mục tiêu

- Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu chế độ khí trong khuôn, khí và tạp chất trong kim loại lỏng và một vài yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm

- Thiết kế hệ thống rãnh dẫn có sự hỗ trợ của phần mềm Magma

- Mô phỏng nhiệt độ của khuôn có sự hỗ trợ của phần mềm Magma

- Đưa ra giải pháp đồng bộ nhằm hạn chế đến mức thấp nhất có thể chấp nhận được những rỗ khí và tạp chất tồn tại bên trong vật đúc, nâng cao chất lượng sản phẩm và góp phần làm giảm lượng phế phẩm trong quá trình đúc Đây là vấn đề được quan tâm hàng đầu ở Việt Nam mà đặc biệt là các nhà sản suất sản phẩm đúc áp lực nhỏ và vừa như: FOCOCEV, BOPOMTEC, NAKYCO,… chưa giải quyết được hoặc chỉ xử lý ở một khía cạnh rất nhỏ chưa mang lại hiệu quả cao

- Thử nghiệm, hoàn thiện quy trình công nghệ, đánh giá khả năng sử dụng trong điều kiện thực tế ở Việt Nam, làm tài liệu cho các công trình nghiên cứu và ứng dụng trong phương pháp đúc mới

1111 6666.2 Phương pháp nghiên cứu.2 Phương pháp nghiên cứu.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu, dựa trên cở sở lý thuyết về động lực học chất lỏng, lý thuyết về vật liệu kim loại, truyền nhiệt, kết hợp với phương pháp thực nghiệm để kiểm tra kết quả

- Nghiên cứu về tính chất của vật liệu dùng trong đúc áp lực, các thành phần hoá học ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình đúc

- Phương pháp phân tích quang phổ để xác định thành phần vật liệu

- Phân tích các nguyên nhân gây ra rỗ khí trong vật đúc

- Phương pháp phân tích dòng chảy của kim loại lỏng trong khuôn

- Xây dựng mô hình và mô phỏng dòng chảy, quá trình điền đầy, đông đặc, nhiệt độ khuôn trong quá trình đúc, bằng phần mềm Magma

- Phương pháp khử khí trong nhôm lỏng

- Phương pháp khử khí trong khuôn

- Phương pháp thực nghiệm để hoàn thiện quy trình và thông số công nghệ

- Ứng dụng vào sản xuất thực tế để đánh giá hiệu quả

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC ÁP LỰC CAO CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC ÁP LỰC CAO CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC ÁP LỰC CAO

2222.1 Quy trình đúc áp lực cao.1 Quy trình đúc áp lực cao.1 Quy trình đúc áp lực cao

2.2 Nguyên lýNguyên lýNguyên lý của đúc áp lực của đúc áp lực của đúc áp lực cao cao cao

Trong quá trình đúc khuôn cát và đúc tĩnh khuôn kim loại chi tiết thường xuất hiện các khuyết tật lõm co, bọt khí, nguyên nhân do mất thể tích và sự co rút của kim loại khi đông đặc Trong đúc áp lực, quá trình này được khắc phục nhờ sự gia tăng áp lực lên kim loại trong quá trình đông đặc, làm cho kim loại có được sự bổ sung đầy đủ hơn Trong đúc áp lực, kim loại lỏng

đi qua miệng phun sẽ bị hoá sương và phun vào hốc khuôn, nên khả năng lẫn tạp chất và khí rất cao, vì vậy tạp chất bẩn của chất bôi trơn, kim loại bị hoá nguội và không khí cần phải được tập kết và thải ra ngoài

Trong quá trình kim loại chuyển từ trạng thái lỏng qua đông cứng, tuỳ theo chủng loại vật liệu mà có độ co rút khác nhau Vì vậy, khi kim loại lỏng chảy vào đến đoạn cùng tận của hốc khuôn, ta phải gia tăng áp suất từ 40÷1000 bar để bổ sung khoảng thể tích bị co rút

Bốn nguyên lý cơ bản của đúc áp lực:

a- Quá trình điền đầy hốc khuôn, chủ yếu là ứng dụng và phát triển nguyên lý động lực học chất lỏng

b- Khi kim loại lỏng chảy vào hốc khuôn, lúc này nhiệt độ của các hốc khuôn chỉ vào khoảng 3000C, thấp hơn nhiều so với nhiệt độ đông cứng của kim loại, vì vậy khi kim loại lỏng tiếp xúc với bề mặt của khuôn sẽ xảy ra hiện tượng đông cứng

c- Nóng chảy và đông cứng :

Kim loại từ trạng thái rắn nóng chảy chuyển sang trạng thái lỏng, tiếp xúc với không khí sẽ bị ôxýt hoá, kèm theo các phản ứng phụ giữa các chất tồn tại trong nhôm lỏng Trong quá trình nấu luyện, kim loại lỏng còn bị lẫn tạp chất từ nồi lò, tạp chất từ nhôm hồi liệu

Tổ chức bên trong kim loại và chất lượng vật đúc, hoàn toàn phụ thuộc vào phương thức đông cứng và tốc độ làm nguội Căn cứ vào các phương pháp đúc luyện khác nhau, tốc độ đông cứng cũng rất khác nhau

Bảng 2-1 So sánh tốc độ đông đặc và thời gian điền đầy các phương pháp đúc

Phương pháp đúc Tốc độ đông đặc Cách tính thời gian

Đúc áp lực Rất nhanh Phần ngàn giây~giây

Sở dĩ phương pháp đúc áp lực có tốc độ đông cứng cực nhanh, là do kim loại lỏng chảy vào hốc khuôn với tốc độ cao, mà nhiệt độ bề mặt khuôn thấp hơn nhiều so với nhiệt độ đông cứng của kim loại, đồng thời tốc độ truyền nhiệt giữa kim loại lỏng của vật đúc và kim loại của khuôn rất nhanh

d- Nhiệt độ đúc áp lực

Do quy trình đúc áp lực đòi hỏi nhiệt độ đúc luyện phải cao hơn nhiệt độ khu vực nóng chảy, nhiệt độ chênh lệch giữa nhiệt độ đúc luyện và nhiệt độ nóng chảy gọi là sự quá nhiệt, tuỳ theo tình hình khác nhau mà nhiệt độ có thể chênh lệch đến trên 1000C

2.3

2.3 Hợp kimHợp kimHợp kim đúc áp lực đúc áp lực đúc áp lực

2.3.1

2.3.1 Yêu cầu đYêu cầu đYêu cầu đối với hợp kim đúc áp lựcối với hợp kim đúc áp lựcối với hợp kim đúc áp lực

Phổ biến khi đúc áp lực là các hợp kim trên cơ sở kẽm, nhôm, manhê và đồng Các hợp kim trên cơ sở kẽm và thiếc thường sử dụng chủ yếu trong công nghiệp in, trong chế tạo máy, chế tạo chi tiết của máy tính và chi tiết gối đỡ tải trọng nhẹ

Kim loại đen (thép, gang) trong đúc áp lực còn chưa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Các hợp kim sử dụng để đúc áp lực về đặc điểm chuyên biệt của quá trình cần phải có các tính chất sau:

a - Đủ độ chảy loãng khi nhiệt độ quá nhiệt không cao (cao hơn nhiệt độ chảy 15÷200C) Nhiệt độ quá nhiệt cao, cải thiện tính điền đầy khuôn, nhưng độ mòn khuôn sẽ tăng nhanh Độ chảy loãng của hợp kim, không có ý nghĩa quyết định khi đúc trên máy với buồng ép nguội, cho phép rót hợp kim trong trạng thái sệt (đặc biệt của hợp kim nhôm), nhưng khi đúc chi tiết kích thước phủ bì lớn, hình dáng phức tạp và cả thành mỏng thì độ chảy loãng của hợp kim có ý nghĩa rất quan trọng

b – Đủ độ bền và tính dẻo, sao cho chống lại tác dụng lực cơ học phát sinh trong quá trình đông rắn của vật đúc và lấy nó ra khỏi khuôn

c – Tính nguyên khối của vật đúc tạo thành, hợp kim tách riêng dòng khi điền đầy khuôn phải hòa vào nhau

d – Độ co nhỏ nhất, kết hợp với tính dẻo và bền cao

e – Tối ưu các chỉ tiêu kinh tế, giá thấp, không khan hiếm của vật liệu ban đầu và khả năng sử dụng phế liệu

2.3

2.3.2 .2 .2 Hợp kiHợp kiHợp kim nhôm đúc áp lựcm nhôm đúc áp lựcm nhôm đúc áp lực

Hợp kim nhôm sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế tạo máy phải có mật độ nhỏ, độ bền cơ học cao, bền uốn, chống ăn mòn, tính gia công tốt và hàng loạt tính chất khác Nhôm nguyên chất, thường không sử dụng cho đúc áp lực, bởi vì quá trình đúc gặp nhiều khó khăn

Phần lớn hợp kim nhôm hòa tan mạnh mẽ sắt, sự có mặt của sắt làm xấu

đi tính chất của hợp kim

Để đúc áp lực, chủ yếu dùng hợp kim hệ Al-Si-Cu-Mg Silic có tác dụng làm tăng độ chảy loãng và độ bền Đồng có tác dụng hoá bền hợp kim nhưng có

xu hướng tập trung ở tinh giới, làm giảm tính chống ăn mòn của hợp kim cho nên lượng đồng không được vượt quá 4% Manhê cải thiện tính chống ăn mòn, độ dẻo và độ dai va đập, lượng manhê cho vào có thể lên đến 10% Silic và manhê tạo

thành hợp chất Mg2Si, hoà tan trong dung dịch rắn trên cơ sở nhôm, làm tăng tính giòn của hợp kim Lượng manhê trong hợp kim Al-Si không nên quá 1%, Si trong hợp kim Al-Mg không nên quá 1,2%

Các hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi trong đúc áp lực hiện nay: AlSi12, AlSi9Mg0,3, AlMg8, AlSi8Cu, ADC12, ADC10, ADC10Z, GDAlSi12Cu,

* Cách tính phối liệu trong hợp kim nhôm

Tùy thuộc vào mác nhôm, các nguyên tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến quá trình đúc và chất lượng chi tiết cần được đảm bảo, tuỳ theo nguyên liệu sẵn có và điều kiện thực tế người ta có thể biến đổi cho phù hợp Trước khi tính phối liệu ta cần phải biết thành phần của tất cả các nguyên liệu đầu vào

Gọi : x là khối lượng nhôm hồi liệu

y là khối lượng nhôm thỏi Giá trị nguyên tố cần đảm bảo là A, B đã biết trong các nguồn nguyên liệu

C, D là giá trị mong muốn của nguyên tố cần được đảm bảo, ở đây ta cần chú ý cộng thêm lượng hao cháy

Ta có cách tính phối liệu như sau :







=+

=+

DyBxA

CyBxA

2 2

1 1

Giải hệ phương trình ta được x, y là khối lượng cần cho vào khi phối liệu nấu Tùy theo số lượng nguyên tố cần đảm bảo mà ta có số lượng phương trình trong hệ khác nhau, số nguyên tố cần đảm bảo bằng số phương trình trong hệ Sau khi có được khối lượng các nguyên liệu cơ bản, ta có thể kiểm tra lại các nguyên tố còn lại và có thể bổ sung nếu thấy cần thiết

2.4.1 Sơ đồSơ đồSơ đồ mối liên hệ các yếu tố mối liên hệ các yếu tố mối liên hệ các yếu tố

* Khuôn : + Quyết định hình dạng của sản phẩm

+ Hệ thống rãnh dẫn và cửa phun

+ Truyền nhiệt của kim loại lỏng

* Máy đúc : Điều kiện, chế độ đúc, liên quan tới các thông số như : thời gian

đóng, mở khuôn, thời gian chờ, thời gian phun chất bôi trơn, chế độ đúc tự động hay bán tự động

* Vật liệu : Quyết định tính chất chảy loãng của hợp kim, nhiệt độ nung, chế độ

nung, nhiệt độ rót,…

nguội bằng nhiệt độ môi trường sản phẩm bị co rút, biến dạng, gây ra sai số hình dáng Như vậy, để có được sản phẩm chính xác cần có chế độ bù trừ hợp lý

+ Hệ thống rãnh dẫn trong khuôn là yếu tố rất quan trọng, quyết định dòng chảy trong khuôn và quá trình điền đầy của sản phẩm Miệng phun góp phần tác động trực tiếp đến vận tốc dòng chảy, thời gian điền đầy hốc khuôn, trạng thái dòng kim loại chảy vào hốc khuôn

+ Truyền nhiệt của kim loại lỏng tác động đến chế độ đông đặc, co rút của sản phẩm, năng suất Ngoài ra nó còn tác động đến chất lượng tổ chức bên trong và ứng suất trong sản phẩm

- Máy đúc :

Khả năng nén lên chi tiết trong quá trình đông đặc phụ thuộc vào công suất của máy Chế độ vận hành của máy cũng tác động trực tiếp đến chất lượng vật đúc như : thời gian phun chất bôi trơn và thời gian chờ để đóng khuôn, nếu thời gian đóng khuôn quá nhanh lượng nước trong chất bôi trơn chưa bốc hơi kịp sẽ nằm lại trong hốc khuôn sinh khí Nếu mở khuôn sớm kim loại chưa đông đặc hoàn toàn sẽ bị biến dạng, mở khuôn trễ sẽ dễ gây nứt sản phẩm và giảm năng suất Ngoài ra còn các thông số khác như : hành trình của các giá trị vận tốc, khả năng đáp ứng vận tốc của máy, hiệu suất ép,…

- Vật liệu :

Tính chảy loãng của kim loại phụ thuộc vào thành phần vật liệu Ngoài

ra, tính chất vật liệu còn quyết định khả năng đúc, nhiệt độ rót, co rút của sản phẩm, cơ tính của vật đúc, …

- Các yếu tố ảnh hưởng đến kết tinh, tổ chức kim loại bên trong vật đúc + Thành phần vật liệu có tính chảy loãng càng cao, thì khả năng điền đầy càng tốt, độ sít chặt càng cao Khoảng kết tinh hẹp cho tổ chức hạt mịn, cơ tính tốt, nhưng khoảng kết tinh quá ngắn kim loại sẽ không kịp điền đầy

+ Nhiệt độ nung

+ Tốc độ nung

+ Quá trình khử khí biến tính

+ Thời gian giữ nhiệt kim loại lỏng càng lâu thì khí càng dễ xâm nhập, hạt phát triển càng lớn

+ Vận tốc, áp lực phun càng cao thì cơ tính càng tăng

+ Quá trình làm nguội

2.4.3 Những điều cần lưu ý kh

2.4.3 Những điều cần lưu ý khi thiết kế vật đúc áp lựci thiết kế vật đúc áp lựci thiết kế vật đúc áp lực

Thiết kế vật đúc cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng vật đúc Vì vậy, khi thiết kế vật đúc cần chú ý tạo khả năng thuận lợi cho quá trình đúc Các điểm không phù hợp được chỉ ra trong phụ lục [3]

2.5 Lý thuyết tính toán

2.5 Lý thuyết tính toán quá trình đúc áp lực quá trình đúc áp lực quá trình đúc áp lực

2.5.1 Tín

2.5.1 Tính toán quá trình điền đầyh toán quá trình điền đầyh toán quá trình điền đầy

+ Tính vận tốc ta có phương trình Navier-Stokes

(2-2)

+ Vận tốc điền đầy

♦ Vận tốc chậm (vận tốc pha thứ nhất)

Tỷ lệ tốc độ chậm sẽ tăng tại nơi mà lượng không khí trong buồng ép đã giảm.

[ ]0 5

%100

%100

p i

vss : vận tốc của pha thứ nhất [m/s]

k : hằng số cân đối 3.634 [m0.5/s]

fi : phần trăm kim loại lỏng trong buồng ép [%]

dp : đường kính pittông, [m/1000]

Hoặc

ep buong

pittong cham

K

Dv

−

×

vcham – giá trị vận tốc chậm

Dpittong – đường kính đỉnh píttông

Kbuong-ep – tỉ lệ kim loại lỏng điền đầy buồng ép Theo quá trình nghiên cứu, vận tốc pha thứ nhất là rất quan trọng, nhưng thường thì mọi người không hiểu và không quan tâm Nếu vận tốc pha thứ nhất chọn không tốt, sẽ tạo sóng trước đầu píttông hoặc dòng kim loại lỏng tràn lên phía trước sẽ cuộn gập lại Trong cả hai trường hợp, khí sẽ bị giữ lại bởi kim loại lỏng trong buồng ép và sau đó sẽ dẫn vào hốc khuôn, khí này sẽ tồn tại bên trong vật đúc Ngược lại, nếu vận tốc pha thứ nhất quá chậm sẽ dẫn đến không đủ thời gian cần thiết để loại thể tích khí cần thiết trong hốc khuôn, kim loại bị mất nhiệt gây khó khăn cho quá trình điền đầy hốc khuôn

♦Vận tốc nhanh (vận tốc pha thứ hai)

Đây là vận tốc quan trọng nhất quyết định sự điền đầy hốc khuôn, dòng chảy trong khuôn, cuối giai đoạn này hốc khuôn được điền đầy từ 95÷99% Vận tốc này thường được xác định tại miệng phun hoặc thời gian điền đầy khuôn và phụ thuộc vào hình dạng miệng phun, cách bố trí miệng phun vào chi tiết, hình dạng kết cấu của chi tiết, phụ thuộc vào vật liệu đúc,

kl fl pittong

ct nhanh

t A

m v

∂

∂+

∂

∂

−

=ρ

Ux

x

pU

Ux

U

1 j

1 1

j j 1

vnhanh – vận tốc nhanh

mct – khối lượng chi tiết

+ Vận tốc giới hạn bởi khuôn

3

2

10 550

pittong

tru xylanh phun

gh khuon

A

P A

vkhuon-gh – vận tốc giới hạn bởi khuôn

Aphun – diện tích miệng phun

Ptru – áp suất tích trữ, Mpa

+ Kiểm tra tốc độ tại miệng phun

nhanh phun

vphun – vận tốc tại cổng phun, tiêu chuẩn 20÷60m/s

+ Tính toán thời gian điền đầy

Kim loại lỏng cần thời gian điền đầy trước khi nó đông đặc trong hốc khuôn

• Tính toán thời gian điền đầy từ miệng phun

phun cua phun cua

vd fl

v A

V t

−

tfl - thời gian điền đầy

Vvd – thể tích vật đúc

Acua-phun – diện tích cửa phun

Vcua-phun – vận tốc tại cửa phun

• Tính toán thời gian điền đầy theo thành dày chi tiết

2

01,

0 ×δ

=

fl

δ - thành dày chi tiết

• Thời gian điền đầy lý tưởng

cw d

f

f g

T T

Z S T T k

−

tfl - Thời gian điền đầy lý tưởng [s]

k - Hằng số xác định theo kinh nghiệm 0.03409 [s/mm]

Tf - nhiệt độ thấp nhất của dòng kim loại lỏng [oC]

Z - Thành phần nhân tố chuyển đổi 

Tcw - Thành dày đặc trưng của vật đúc [mm]

2.5.2 Tính toánTính toánTính toán áp suất nén, l áp suất nén, l áp suất nén, lưuưuưu lượng và hành trình ép lượng và hành trình ép lượng và hành trình ép

+ Tính áp suất ta có phương trình liên tục

c

v g

P ρ

Trong đó

Pw - áùp suất vật liệu [bar]

ρ - khối lượng riêng [kg/cm3]

g - gia tốc trọng trường [m/s2]

vr - vận tốc tại miệng phun [m/s]

cd - hệ số cản

+ Thể tích lưu lượng (phương trình liên tục)

A p

fs

w v xA v xA

Trong đó,

Qw - thể tích lưu lượng [cm3/s]

vfs - vận tốc của pha thứ hai [ cm/s]

Ap - tiết diện ngang của píttông [cm2 ]

vr - vận tốc tại miệng phun [cm/s]

AA - diện tích tiết diện miệng phun [cm2 ]

+ Tỉ lệ điền đầy của kim loại lỏng trong buồng ép

%100

rot loai kim ep

buong

LA

mK

mkim-loai-rot – khối lượng kim loại lỏng rót vào

L – chiều dài hành trình ép

ρkl – khối lượng riêng kim loại lỏng

Apittong – tiết diện ngang píttông

∂

∂ρ

Hình 2-2 Sơ đồ tính toán tỉ lệ điền đầy buồng ép

+ Hành trình tốc độ nhanh

cmA

mL

kl pittong

ct nhanh +1

×

=

Lnhanh – chiều dài hành trình tốc độ nhanh

mct – khối lượng chi tiết, kể cả ô chứa nhôm tràn

+ Aùp suất nén vật đúc

9 , 0

Lực phun = Áp suất vật đúc × Diện tích đúc ước tính

+ Aùp suất nén vật đúc giới hạn bởi khuôn

vd

khuon kep gh

nen

A

F

Pnen-gh – áp suất nén giới hạn bởi khuôn

Fkep-khuon – lực kẹp khuôn

Avd – tiết diện tính toán của vật đúc

2.5.3 Tính nhiệt độ

2.5.3 Tính nhiệt độ

(2-18)

ΦT – năng lượng tiêu hao

L – tổn thất nhiệt

fs – thể tích chia nhỏ

＊ Tỉ lệ điền đầy buồng ép mong muốn 20 ~ 50%20 ~ 50%20 ~ 50%

j j

p j j

t

f L x

T x

T c U x t

∂

∂µ

∂

∂λ

∂

∂ρ

Hình 2-3 Biểu đồ chu kỳ ép trong quá trình đúc

2.6 Chế độ khí

2.6 Chế độ khí của khuôn của khuôn của khuôn trong quá trình đúc áp lựctrong quá trình đúc áp lựctrong quá trình đúc áp lực

2.6.1

2.6.1 Sự chảy tràn của khí từ bu Sự chảy tràn của khí từ bu Sự chảy tràn của khí từ buồng ép vào trong hốc khuônồng ép vào trong hốc khuônồng ép vào trong hốc khuôn

Chuyển động của khí và kim loại lỏng trong buồng ép: Khi píttông chuyển động, lượng khí chứa trong buồng ép bắt đầu thoát ra qua miệng rót Ngoài ra, kim loại lỏng khi rót vào chỉ điền đầy phần bên dưới của buồng ép, giữa píttông và xylanh buồng ép tồn tại khe hở làm cho khí có thể thoát ra được Sau đó, kim loại lỏng tại bề mặt píttông sẽ dâng lên và điền kín buồng ép, làm cho khí không còn thoát ra được nữa Khí còn lại từ buồng ép đi qua rãnh dẫn chảy vào trong hốc khuôn Píttông tiếp tục chuyển động, kim loại lỏng điền đầy rãnh dẫn, dưới sự thu hẹp của rãnh dẫn tại miệng phun, tạo nên sự nén trong buồng ép Các bọt khí lớn còn lại trong buồng ép bị nén vỡ vụn thành các bọt khí nhỏ, chúng bị đẩy vào trong hốc khuôn cùng với kim loại lỏng

Qua kiểm tra, các mẫu được nung nóng đến 5400C và làm nguội trong không khí Phát hiện vật đúc bị phồng vì có mặt của bọt khí, phần ép còn lại và rãnh dẫn không biểu hiện rỗ khí Từ điều này cho thấy khí trong buồng ép hoàn toàn chảy vào trong hốc khuôn

Khi tăng liều lượng kim loại lỏng rót vào trong buồng ép, đặc tính chuyển động của chúng trong buồng ép hầu như không thay đổi, nhưng thể tích của khí chảy vào trong hốc khuôn sẽ giảm

Thể tích của khí chảy vào trong khuôn được xác định:

( pittong) kim loai Khi d L S V

4

2π

Low Speed

High Speed Range

Time

Low Speed Acceleratio

Low Speed

High Speed

Casting Pressure

High

Speed

Intensify

Time

Trong đó:

d – đường kính của buồng ép

L – chiều dài của buồng ép

Spittong – hành trình của píttông sau khi đậy kín miệng rót đến lúc đóng lại khe hở

Vkim loại – thể tích kim loại rót vào

Với,

a

gZd

Spittong ( − 0)

Trong đó:

Z0 – mức kim loại rót trong buồng ép

g – gia tốc trọng trường

a – gia tốc của pittông ép

2

ZRZZRRnRL

L

VKim loai cua π

(2-21) Trong đó :

Lcua – chiều dài của miệng rót

R – bán kính của buồng ép

n – độ đo tại góc tâm Khi tính toán chế độ thoát hơi của khuôn trên máy nằm ngang, không chỉ tính đến khí trong hốc khuôn mà còn kể cả khí trong buồng ép

2.6

2.6.2222 Aûnh hưởng bôi trơAûnh hưởng bôi trơAûnh hưởng bôi trơn đến chế độ khí của khuônn đến chế độ khí của khuônn đến chế độ khí của khuôn

Khí sinh ra trong quá trình phân hủy nhiệt của chất bôi trơn, cũng ảûnh hưởng lớn đến chế độ khí của khuôn Ảnh hưởng của chất bôi trơn trong chế độ khí của khuôn khi đúc áp lực, khó diễn đạt yêu cầu tới khả năng hoà tan khí của chất bôi trơn và chọn chúng trong điều kiện cụ thể Mức độ ảnh hưởng của chất bôi trơn đến chế độ khí của khuôn, có thể đánh giá bằng tỷ số giữa thể tích khí (Vkhí) tiết ra khi phân hủy nhiệt của chất bôi trơn và thể tích không khí (VK.khí) ở trong hốc khuôn Để xác định nó, cần biết diện tích bề mặt của hốc khuôn Skhuôn Đại lượng đánh giá tỷ số này thường khó khăn, việc xác định Skhuôn đối với hốc khuôn có hình dáng phức tạp cũng khó khăn, hiện nay việc tính toán này sẽ dễ dàng hơn khi có sự hỗ trợ của các phần mềm với mô hình 3D có sẵn Nhưng vật đúc được nghiên cứu tổng hợp của các yếu tố thể tích, bao gồm: bề mặt khuôn và chiều dày h của thành vật đúc Khi đó, tỷ số Vkhí/VK.khí có thể thay thế tỷ số của thể tích riêng Vkhí tiết ra khí từ lớp vật liệu bôi trơn, với đơn vị diện tích liên quan tới thể tích không khí VK.khí trong phần tử đơn vị của thể tích vật đúc

M K bt bt khi K

V

V

/2

ρbt – mật độ của chất bôi trơn

K – khả năng hoà tan khí của chất bôi trơn khi nung nóng nó từ nhiệt độ khuôn đến nhiệt độ của hợp kim nấu chảy

Công thức (2-22) chỉ đúng đối với vật đúc có sự khác nhau không lớn của bề dày thành Nói cách khác hốc khuôn nên chia nhỏ thành thể tích riêng biệt với chiều dày thành như nhau

Khi 0,1

.

≤

khi K

Khi

V

V

, ảnh hưởng của bôi trơn có thể xem như không đáng kể

Như vậy, tỷ số Z

V

V

khi K

Khi =

.

có thể dùng làm tiêu chuẩn đánh giá ảnh hưởng của yếu tố so sánh trong chế độ khí của khuôn Đối với vật đúc có chiều dày thành đồng đều, chỉ phụ thuộc vào tỷ số chiều dày lớp bôi trơn hbt và thành vật đúc htb Các nghiên cứu khả năng hoà tan khí K của chất bôi trơn trong nước và ngoài nước chỉ ra rằng, nó thay đổi từ 100cm3/g đến 1000cm3/g và = 0 , 001 ÷ 0 , 01

tb

bt h

Có thể xác định được diện tích cần thiết của hệ thống thoát hơi, đảm bảo lượng khí trong hốc khuôn thấp nhất, trong quá trình điền đầy bằng kim loại lỏng Nhưng thực tế, hiệu quả hệ thống thông hơi thường bị hạn chế bởi đặc điểm kết cấu của nó và cả chế độ điền đầy Trong đó có sự bịt kín hệ thống thông hơi bởi hợp kim lỏng Như vậy, hướng điền đầy khuôn đảm bảo bằng cách, tăng tiêu hao kim loại lỏng qua rãnh dẫn, giảm tốc độ nạp, đúc hợp kim nâng cao độ nhớt, hợp lý hoá kết cấu và diện tích rãnh thoát hơi, đảm bảo hiệu quả công tác của rãnh thoát hơi và rãnh rửa nhằm loại khí ra khỏi hốc khuôn

Trong thực tế đúc áp lực, có thể sử dụng chân không hoá khuôn để tăng khả năng thoát khí, cũng như để giảm lượng khí trong khuôn

2.6.3

2.6.3 Chân không hóaChân không hóaChân không hóa, tạo chênh lệch áp trong, tạo chênh lệch áp trong, tạo chênh lệch áp trong khuôn khuôn khuôn đúc áp lực trong chu kỳ đúc áp lực trong chu kỳ ép

ép

Việc chân không hoá khuôn sẽ có tác dụng như sau :

+ Hút khí và hơi nước chứa trong khuôn, làm hạn chế uẩn khí khi kim loại lỏng điền đầy

+ Tăng khả năng điền đầy của kim loại lỏng

+ Giảm áp lực nén của píttông

* Hút chân không có thể áp dụng theo hai phương pháp:

+ Áp dụng định luật Becnouli, thổi luồng khí rất mạnh qua ống dẫn nối với hộp khuôn Phương pháp này phức tạp, khó điều khiển, hiệu quả không cao

+ Sử dụng bình tích áp được hút chân không nối với hộp khuôn, điều khiển qua hệ thống van gắn tại hành trình píttông ép Phương pháp này đơn giản, cho hiệu quả cao, dễ điều khiển

Từ các phân tích trên, ở đây sử dụng phương pháp dùng bình tích áp hút chân không Hệ thống hút chân không được thiết kế theo sơ đồ nguyên lý sau:

Hình 2-4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống chân không hoá khuôn

Hệ thống chân không hóa khuôn trong chu kỳ ép, làm giảm số lượng khí trong khuôn và điều khiển bằng chế độ điền đầy Hệ thống gồm : Van hút (1) lắp cố định trong khuôn, được nối với bình tích chân không (4) bằng ống dẫn (2) Trước bình tích chân không có lắp một van từ điều khiển (3) dùng để đóng, mở chân không Bình tích chân không được nối với bơm hút chân không(6), bằng ống dẫn (5) Van điều khiển (3) được nối với công tắc điều khiển lắp tại hành trình của cần píttông trên máy đúc áp lực Van (1) có tác dụng cho không khí đi qua mà không cho kim loại lỏng đi qua Công tắc điều khiển lắp trên cần hành trình píttông có tác dụng điều khiển van (3) đóng, ngắt theo chu kỳ ép Sau khi rót kim loại lỏng vào buồng ép, píttông chuyển động với vận tốc pha thứ nhất, đậy kín miệng rót thì van (3) mở để hút thể tích khí tự do từ trong buồng ép và trong khuôn ra, cuối chu kỳ nén van (3) ngắt chân không để tháo khuôn lấy vật đúc

Theo điều kiện lý tưởng, hệ thống hút chân không có thể làm giảm 60% lượng khí trong khuôn Tuy nhiên, độ kín khít của mặt phân khuôn, các chi tiết của khuôn, các phần tử chuyển động và hệ thống chốt đẩy phôi là không tuyệt đối, nên hút chân không trong thực tế chỉ có ý nghĩa là tạo chênh lệch áp

Quá trình hút chân không làm giảm lực cản dòng chảy, giảm tiêu hao công

suất ép, tăng khả năng điền đầy của kim loại lỏng trong khuôn Có xu hướng định

hướng dòng chảy theo hướng từ rãnh dẫn đến rãnh rửa, làm cho tạp chất và lượng

nhôm đông đặc ban đầu dễ dàng thoát ra ô chứa nhôm dư Vì vậy chân không

hoá khuôn trong chu kỳ ép tạo nên nguồn dự trữ công suất của cơ cấu ép

Đặc điểm của hệ thống thông hơi của khuôn : Rãnh thông hơi có chiều sâu

giới hạn để kim loại lỏng không chảy qua được Tuy nhiên, diện tích tiết diện

ngang cần cực đại khả năng thoát hơi, để có thể loại bỏ lượng khí cần thiết sau

thời gian làm chân không Rãnh thông hơi phải được bố trí ở những nơi thuận lợi

cho khí trong khuôn thoát ra ngoài, và những nơi có xu hướng bị ngộp khí Khi

thiết kế rãnh thoát hơi cần chú ý đến độ chảy loãng của kim loại lỏng và khả

năng đông đặc của nó trong rãnh thoát hơi

Chiều sâu của rãnh thoát hơi khi đúc hợp kim nhôm quá nhiệt, không được

vượt quá 0,2mm

Như vậy chân không hoá khuôn cho phép điều khiển có hiệu quả chế độ

điền đầy hốc khuôn, điều chỉnh chế độ loại bỏ khí trong hốc khuôn và buồng ép,

cả tốc độ điền đầy khuôn của kim loại lỏng

Hệ thống chân không hóa khuôn trong chu kỳ ép, không đòi hỏi thay đổi

kết cấu và hệ thống điều khiển của máy đúc áp lực Có thể tập hợp phần tử tiêu

chuẩn trong điều kiện sản xuất hiện hành, không làm phức tạp công tác người

vận hành, phục vụ máy Hệ thống có thể sử dụng hiệu quả trong sản xuất tự động

Hình 2-5 Các giai đoạn của quá trình ép

Tốc độ chậm chậm

Bọt lăm tăm Bọt lăm tăm

Tốc độ nhanh nhanh Nén chặtNén chặt

Tốc độ chậm

Kim loại lỏng được múc bằng gầu mang đến miệng rót và được rót vào buồng ép qua miệng rót

Khi rót kim loại lỏng vào, phần khí bên trong buồng ép do kim loại lỏng chiếm chỗ sẽ thoát ra ngoài qua hệ thống thoát khí của khuôn và cửa rót Píttông bắt đầu di chuyển chậm, khí sẽ tiếp tục bị đẩy ra ngoài cho đến khi kim loại lỏng điền kín buồng ép Trong thời gian này, bề mặt kim loại lỏng không tạo sóng, dòng chảy của kim loại là chảy tầng Tuy nhiên, nếu vận tốc quá chậm kim loại lỏng sẽ bị đông đặc

- Tốc độ nhanh

Tốc độ nhanh bắt đầu khi buồng ép và hệ thống rãnh dẫn được điền đầy hoàn toàn bởi kim loại lỏng Lúc này, khí bên trong buồng ép và rãnh dẫn cũng đã thoát ra ngoài hoàn toàn Vị trí bắt đầu tốc độ cao và giá trị vận tốc của píttông ép thay đổi tùy theo sản phẩm, đường kính buồng ép, hệ thống rãnh dẫn được thiết kế, lượng kim loại chứa trong buồng ép

Rãnh dẫn sẽ thu hẹp lại tại cửa vào hốc khuôn như thường lệ, vì vậy tốc độ chậm của kim loại lỏng được tăng lên và đi vào chi tiết như sương mù Điều này làm cho bề mặt chi tiết trở nên nhẵn hơn Khí trong hốc khuôn (vùng tạo chi tiết) sẽ còn lại bên trong chi tiết

Nén chặt

Nén chặt và hoá rắn chi tiết

Tác động một lực ép với áp suất lớn trước khi kim loại lỏng đông đặc Thời gian nén thường rất ngắn và phụ thuộc vào khối lượng, thành dày chi tiết Quá trình ép chặt làm cho phần khí bên trong bị tán nhuyễn, các lỗ khí trở nên nhỏ hơn, làm tăng mật độ liên kết, hoá bền chi tiết Đồng thời cũng làm tăng độ bám dính của chi tiết vào khuôn

2.7.1 Dòng chảy trong buồng ép

2.7.1 Dòng chảy trong buồng ép

Trong nhiều quá trình phun của đúc áp lực, kim loại nóng chảy được phun vào hốc khuôn từ một ống nằm ngang, kim loại được đẩy vào bởi một píttông (hình 2-5) Buồng ép được điền đầy một phần thể tích bởi kim loại lỏng, và sau đó píttông sẽ di chuyển trong chiều dài của ống Trong quá trình phun, chắc chắn một lượng khí ban đầu chứa trong khuôn và trong buồng ép có thể khó thoát ra ngoài, sẽ nằm lại trong kim loại lỏng, là nguyên nhân của rỗ xốp khi kim loại đông đặc Quá trình phun thường được phân chia thành hai giai đoạn ; một là giai đoạn di chuyển chậm của píttông nhằm loại bỏ bớt lượng khí khó thoát ra, hai là giai đoạn di chuyển nhanh của píttông bắt đầu khi buồng ép được điền đầy kim loại lỏng Vấn đề ở đây được tập trung vào giai đoạn chậm, khi píttông tác động lực đầu tiên vào kim loại lỏng tăng lên và điền đầy một đoạn của buồng ép tại phía trước đầu píttông, sau đó di chuyển với tốc độ không đổi cho đến khi buồng ép được điền đầy kim loại lỏng hoàn toàn Tốc độ píttông cần được tăng lên, sóng sẽ tăng đến mức cao nhất của buồng ép có thể xác định dễ dàng Để vươn