Tải bản đầy đủ

Thiết kế khuôn đúc áp lực piston CMD 62

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

iv


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế khuôn đúc áp lực PISTON CMD62 ” 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

v


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
vi


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

vii


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
viii


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.
ix


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 2.8: Cổng phun rãnh dẫn
Hình 2.9: Biên dạng rãnh dẫn
Hình 2.10: Hình nguyên tắc thiết kế cửa phun
Hình 2.11: Bố trí cửa phun
Hình 2.12: Các kích thước rãnh rửa
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
x


Hình 3.2: Chi tiết piston 2D
Hình 3.4: Mặt pkhuôn chi tiết
Hình 3.5: Sơ đồ tính áp lực điều chỉnh
Hình 3.6: Sơ đồ tỷ lệ điền đầy
Hình 3.7: Sơ đồ tíệm cận chậm
Hình 3.8: Cách bố trí rãnh dẫn vào lòng khuôn
Hình 3.9: Chế độ điền đầy hốc khuôn
Hình 3.10: Sự hình thành sóng khi bắn
Hình 3.11: Biểu đồ kiểm tra thông số cổng
Hình 3.12: Lõi khuôn đực
Hình 3.13: Lõi khuôn cái
Hình 3.14: Sơ đồ chịu lực của khuôn đực
Hình 3.15: Vỏ khuôn đực
Hình 3.16: Vỏ khuôn cái
Hình 3.17: Các thành phần khuôn
Hình 3.18: Chọn khoảng cách đẩy
Hình 3.19: Chốt đẩy
Hình 3.20: Chốt hồi
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

xi


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

xii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1: Chiều dày kênh thoát khí (điền đầy khuôn ở trạng thái lỏng),
Bảng 2.1: Các tham số nhiệt ñộ và tốc ñộ khi thiết kế khuôn.
Bảng 3.1: Quan hệ giữa chiều dày thành vật đúc thời gian điền đầy.
Bảng 3.2: Mối quan hệ vật liệu và giá trị vận tốc tại cổng.
Bảng 3.3: Thành phần hóa học của SKD61.
Bảng 3.4: Cơ tính của SKD61.

xiii


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.
1


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.

2


3

1 – Buồng ép
2 – Piston ép
3 – Cốc rót

6
2

1

4 – Nửa khuôn cố định

5
Rót kim loại lỏng vào buồng ép

5 – Nửa khuôn di động
6 – Hệ thống chốt đẩy

Kim loại lỏng được ép đầy vào lòng khuôn

Mở khuôn

Sản phẩm được đẩy khỏi
khuôn nhờ hệ thống đẩy
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.
3


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
1.2.1. Ưu điểm
-

Vật đúc đạt độ chính xác, độ bóng bề mặt cao, hầu như không cần gia
công cơ khí.

-

Hoàn toàn không sử dụng hỗn hợp làm khuôn.
4


-

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
áp lực.

-

Kích thước và khối lượng của vật đúc bị hạn chế theo cỡ máy đúc.

-

Tỉ lệ thành phẩm nhỏ vì hệ thống rót lớn.

1.3. Phạm vi sử dụng
-

Đúc áp lực được sử dụng để đúc các vật đúc nhỏ, hình dạng và kết cấu phù

hợp, sản xuất hàng loạt.
-

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
5


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.

1.4.3. Hệ thống kẹp khuôn
Hai nửa khuôn được kẹp vào nhau để ngăn ngừa sự rò rỉ kim loại lỏng
trên mặt phân khuôn. Một hệ thống kẹp khuôn về cơ bản gồm có hai tấm
cố định, một tấm di động, bốn thanh dẫn hướng chính xác và một cơ cấu
khóa như trên (hình 1.4).
Nửa khuôn cố định được gá lên tấm cố định (có các rãnh chữ T) để kẹp
chặt nửa khuôn vào. Nửa khuôn di động được kẹp vào tấm di động. Tấm
cố định thứ hai, bộ phận đưa dạng khuỷu (kiềm máy) được lắp đặt phía
sau máy như minh họa trên (hình 1.5).
Một nối kết cố định được thực hiện giữa bộ phận đưa dạng khuỷu và tấm
đẩy khi tấm đẩy di chuyển hết mức về phía khuôn, sự điều chỉnh kích
6


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]

7


Hình 1.6: Máy đúc áp lực trong thực tế

Hình 1.7: Bắt khuôn lên máy đúc

8

[4, trang 65]

[4, trang 66]


Tấm cố
định

Kiềm
máy

Tấm cố
định

Tấm di
động

Thanh dẫn
hướng
Xilanh
thủy lực

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
Tấm
đẩy

Tấm giữ

Chốt
ngoài

Tấm
ngoài
Chốt đẩy

Chốt hồi

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

9

[3, trang 44]


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.
10


 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
11


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
12


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

13


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.

14


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×