Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC BÁN LIÊN TỤC SẢN XUẤT CÁC LOẠI BẠC ĐỒNG ỐNG DÀI KHỐI LƯỢNG TRUNG BÌNH Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Minh Đạt 7355 19/5/2009 HÀ NỘI – 2008 céng hßa x∙ héi chñ nghÜa viÖt nam Bé c«ng th−¬ng ViÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ Má - LuyÖn kim BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC BÁN LIÊN TỤC SẢN XUẤT CÁC LOẠI BẠC ĐỒNG ỐNG DÀI KHỐI LƯỢNG TRUNG BÌNH Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Minh Đạt BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 1 NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN STT Họ và tên Học hàm, học vị chuyên môn Cơ quan công tác 1 Nguyễn Minh Đạt Kỹ sư công nghệ đúc Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 2 Nguyễn Tuấn Kỹ sư gia công áp lực Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 3 Nguyễn Mạnh Nam Kỹ sư gia công áp lực Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 4 Đinh Văn Sơn Kỹ thuật viên Viện KH&CN Mỏ Luyệ n kim 5 Phạm Văn Thoan Kỹ thuật viên Viện KH&CN Mỏ Luyện kim 6 Phạm Hữu Hoan Sinh viên Trường ĐHBK Hà Nội BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 2 MỤC LỤC Mở đầu 6 Chương 1 Tổng quan 8 1.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất trong và ngoài nước. 8 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước. 8 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước. 8 1.2 Tổng quan cơ sở lý thuyết. 9 1.2.1 Hợp kim đồng BCuAl9Fe4. 9 1.2.2 Tính đúc của hợp kim đồng. 10 1.2.3 Các phương pháp đúc thông dụng. 11 1.2.3.1 Đúc trong khuôn cát, 11 1.2.3.2 Đúc trong khuôn kim loại. 12 1.2.3.3 Các phương pháp đúc khác. 12 1.2.4 Nguyên lý và bản chất quá trình đúc bán liên t ục. 12 1.2.4.1 Nguyên lý đúc bán liên tục. 13 1.2.4.2 Công nghệ đúc bán liên tục. 14 1.2.4.3 Xác định và khống chế tốc độ kéo. 18 Chương 2 Phương pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị. 22 2.1 Đối tượng nghiên cứu. 22 2.2 Phương pháp nghiên cứu. 22 2.3 Thiết bị và vật tư nghiên cứu. 22 2.3.1 Thiết bị nghiên cứu. 22 2.3.2 Nguyên liệu và hoá chất. 22 2.3.3 Sơ đồ công nghệ dự kiến. 23 2.3.4 Công tác phân tích. 23 Ch ương 3 Nội dung và kết quả nghiên cứu. 24 3.1 Nghiên cứu chế tạo hệ thống đúc bán liên tục. 24 3.1.1 Chế tạo hệ thống máy đúc. 24 3.1.2 Chế tạo khuôn đúc. 25 3.1.3 Chế tạo thao và cơ cấu gá thao. 28 3.1.4 Chế tạo hệ thống rót. 28 3.2 Nấu đúc hợp kim đồng BcuAl9Fe4. 29 3.3 Nghiên cứu các thông số công nghệ đúc. 30 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ rót tới tốc độ hình thành lớp vỏ đông đặc và khả năng rút phôi đúc. 30 3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ kéo phôi đến sự hình thành lớp vỏ đông đặc và khả năng rút phôi đúc. 32 3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu làm thùng kết tinh đến sự hình thành lớp vỏ đông đặc và khả năng rút phôi đúc. 33 3.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệ u làm thao đến quá trình đúc. 34 3.3.5 Sản xuất thử sản phẩm. 36 3.3.6 Đánh giá chất lượng sản phẩm. 36 Chương 4 Định hướng áp dụng kết quả nghiên cứu. 40 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 3 4.1 Dự kiến hiệu quả kinh tế. 40 4.2 Hình thức áp dụng kết quả nghiên cứu. 40 Kết luận và kiến nghị. 41 Kết luận. 41 Kiến nghị. 41 Tài liệu tham khảo. 42 Phụ lục. 43 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 4 MỤC LỤC BẢNG Số hiệu Danh mục Tr Bảng 1 Thành phần hóa học hợp kim BCuAl9Fe4. 9 Bảng 2 Tính chất cơ lý của hợp kim BCuAl9Fe4. 9 Bảng 3 Tính chất công nghệ của hợp kim BCuAl9Fe4. 10 Bảng 4 Chất lượng bề mặt phụ thuộc vào khuôn. 26 Bảng 5 Tác dụng của vật liệu che phủ. 30 Bảng 6 Ảnh hưởng của nhiệt độ kim loại lỏng đến quá trình hình thành lớp vỏ đông đặc và khả năng rút phôi đúc. 31 Bảng 7 Ảnh hưởng của tốc độ kéo phôi đến sự hình thành lớp vỏ đông đặc và khả năng rút phôi đúc. 33 Bảng 8 Ảnh hưởng của vật liệu làm khuôn đúc bằng gang đến tốc độ hình thành lớp vỏ đông đặc và khả năng rút phôi đúc. 34 Bảng 9 Cơ tính thu được từ các phương pháp đúc. 37 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 5 MỤC LỤC HÌNH Số hiệu Danh mục Tr Hình 1 Nguyên lý đúc bán liên tục thẳng đứng dùng ruột di động. 13 Hình 2 Giản đồ thực nghiệm xác định các thông số đúc đồng thanh. 20 Hình 3 Sơ đồ công nghệ dự kiến. 23 Hình 4 Máy đúc. 24 Hình 5 Ảnh máy đúc đã được chế tạo hoàn chỉnh. 25 Hình 6 Bản vẽ vật đúc bán tinh. 25 Hình 7 Thùng kết tinh có lớp áo khuôn bằng gang. 27 Hình 8 Ảnh các loại khuôn đúc. 27 Hình 9 Thao cát và đồ gá thao. 28 Hình 10 Hệ thống rót. 29 Hình 11 Ảnh phôi đúc bị vỡ chảy khi lớp vỏ đông đặc chưa đạt tới hạn. 32 Hình 12 Các dữ liệu đầu vào của đúc mô phỏng. 35 Hình 13 Kết quả chương trình phần tính ứng suất. 35 Hình 14 Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào phương pháp đúc. 37 Hình 15 Tổ chức tế vi và cấp hạt của hợp kim BCuAl9Fe4. 38 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 6 MỞ ĐẦU Trong sản xuất đúc kim loại và hợp kim màu, với các loại bạc chịu mài mòn loại nhỏ với các phương pháp đúc truyền thống như đúc trong khuôn cát, khuôn kim loại đều cho sản phẩm đạt chất lượng. Tuy nhiên những vật đúc có khối lượng lớn đặc biệt là các loại chi tiết có chiều dài lớn thì việc đúc theo các phương pháp trên không đảm bảo chất lượng vì dễ b ị rỗ xỉ, rỗ khí, không bù ngót đủ, hơn nữa với những vật đúc có dạng hình trụ nếu cần sản xuất đúc với số lượng lớn, việc đúc bằng các phương pháp trên sẽ kém hiệu quả kinh tế (Do lượng hợp kim trong hệ thống đậu ngót đầu rót chiếm đến 30 ÷ 50% khối lượng vật đúc). Hợp kim đồng cơ tính cao được sử dụng trong công nghiệ p chế tạo máy thường là loại hợp kim đồng thanh thiếc, với các ưu điểm nổi bật như tính đúc tốt, cơ tính khá cao. Tuy nhiên hiện nay do thiếc là kim loại đắt tiền nên đồng thanh thiếc dần dược thay thế bằng các đồng thanh khác rẻ và có chất lượng nhiều mặt tốt hơn. Hay dùng nhất là đồng thanh nhôm mà tiêu biểu là hợp kim BCuAl9Fe4. Với bản chất là hợp kim có tính co ngót khi đúc lớn, nhiều xỉ , nhiệt độ đúc cao thì vấn đề đúc sẽ phức tạp hơn, các phương pháp đúc thủ công không đáp ứng được yêu cầu công nghệ. Mặt khác sản xuất đúc vẫn được coi là công việc nặng nhọc, độc hại. Vì vậy áp dụng cơ khí hoá trong khâu đúc luôn được quan tâm đặc biệt. Có được phương pháp đúc hợp lý thì sẽ giúp sản xuất đúc đơn giản, hiệu quả hơn. Hiện nay một số công nghệ đang được áp dụng thông dụng là đúc ly tâm, đúc áp lực, đúc bán liên tục. Với vật đúc có chiều cao lớn, bạc đồng hình trụ có số lượng lớn việc áp dụng phương pháp đúc bán liên tục là hiệu quả hơn cả. Bằng phương pháp đúc liên tục có thể đúc được chi tiết dài đến nhiều mét. Phương pháp đúc bán liên tục đã được áp dụng tại nhiều nơi, tuy nhiên chỉ tập trung vào sản xuất các loại kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp dễ đúc như nhôm hợp kim, đồng thau… Với các mác hợp kim đồng cơ tính cao, khó đúc thì hiện nay chưa có đơn vị nào trong nước áp dụng. BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 7 Với tính hiệu quả và tình hình thực tiễn đã nêu ở trên, việc nghiên cứu và đưa công nghệ đúc liên tục vào sản xuất ở Việt Nam là rất cần thiết. Do vậy theo quyết định số 1999/QĐ-BCT ngày 03 tháng 12 năm 2007, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim triển khai đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình”. Đề tài phải thực hiện các mục tiêu sau: 1. Lắp đặt thiết bị công nghệ đúc bán liên tục. 2. Tìm ra các thông số công nghệ phù hợp để quá trình đúc ổn định 3. Sản xuất sản phẩm đúc dạng ống bằng hợp kim đồng mác BCuAl9Fe4 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. Phương pháp đúc liên tục thẳng đứng được Bessmer đề xuất ý tưởng vào năm 1858 nhưng do trình độ khoa học lúc bấy giờ chưa thể ứng dụng vào sản xuất. Phải đến năm 1933 người đặt nền móng cho máy đúc liên tục là S.Junghans đề xuất và phát triển cơ cấu rung buồng kết tinh m ới có cơ sở cho đúc liên tục ứng dụng vào công nghiệp và tại thời điểm này đúc liên tục đã ứng dụng thành công vào sản xuất kim loại màu. Chỉ trong vòng nửa thập kỷ sau đó đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của phương pháp đúc liên tục. Từ thập kỷ 50 của thế kỷ trước bắt đầu đưa vào ứng dụng công nghiệ p rồi phát triển từng bước và đến thập kỷ 80 đã là hoàn toàn thành thục. Đến nay công nghệ đúc liên tục đã là hoàn hảo. Hiện nay trên thế giới tỷ lệ đúc liên tục bình quân khoảng 66%. Đặc biệt như Đan Mạch, Irelan chiếm 100%, tại các nước phát triển như Pháp, Đức, Nhật … 95% (Tính riêng cho sản lượng đúc phôi thép). 1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước. Do công nghiệp phát triển, thời gian gần đây tại Việ t Nam đúc liên tục đã được áp dụng phổ biến trong lĩnh vực chế tạo phôi thép điển hình là tại nhà máy thép Phú Mỹ có công suất lên tới 500.000 tấn/năm, đúc bán liên tục ống gang xám tại nhà máy đúc ống Tân Long công suất 10.000 tấn/năm, đúc phôi nhôm tại nhà máy Z 159 công suất 1.000 tấn/năm, đúc kéo liên tục dây dẫn điện bằng đồng đỏ tại công ty Trần Phú, đúc kéo ống hợp kim đồng vàng tại m ột số cơ sở tư nhân tại các làng nghề…v.v. Tuy nhiên tất cả các nhà máy trên đều sản xuất trên các thiết bị và công nghệ hoàn toàn nhập khẩu áp dụng cho sản xuất lớn, chỉ một loại sản phẩm. Đối với các cơ sở tư nhân, hợp kim đồng được đúc bằng phương pháp đúc liên tục hoàn toàn thuộc hệ hợp kim đồng kẽm có cơ tính thấp thường không đáp ứng được yêu cầu khi làm các chi tiết chịu mài mòn trong công nghiệp chế tạo máy. Với yêu cầu sản [...]... trong khuôn kim loại và đúc bằng phương pháp đúc bán liên tục Soi tổ chức tế vi, đo độ hạt hợp kim đúc bằng phương pháp đúc bán liên tục Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 22 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÚC BÁN LIÊN TỤC 3.1.1 Chế tạo hệ thống máy đúc Theo yêu... đúc bán liên tục Theo hướng kéo phôi đúc người ta chia thành hai loại: + Đúc liên tục thẳng ứng (Còn gọi là đúc hẫng) + Đúc liên tục nằm ngang Đúc liên tục nằm ngang thường được sử dụng để đúc các vật đúc có tiết diện nhỏ, dài vô tận Đúc liên tục thẳng ứng được sử dụng thông dụng đặc biệt là trong đúc bán liên tục Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 12 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản. .. đúc 5 Sản xuất thử Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 20 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Trong sản xuất đúc các chi tiết chịu mài mòn bằng hợp kim đồng tại xưởng đúc thuộc Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim thường thấy có khá nhiều chủng loại bạc đồng dạng ống tròn... trong khuôn kim loại là thuật ngữ để chỉ một phương pháp sản xuất vật đúc bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn bằng kim loại Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 11 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Ưu điểm: Khuôn sử dụng được nhiều lần Độ sạch và độ chính xác của vật đúc được nâng cao đáng kể, điều này sẽ làm giảm khối lượng gia công...BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình xuất vừa, thiết bị đơn giản rẻ tiền để sản xuất loại đồng cơ tính cao thì chưa có đơn vị nào nghiên cứu và đưa vào ứng dụng 1.2 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.2.1 Hợp kim đồng BCuAl9Fe4 Theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 1959-75 mác hợp kim trên được ký hiệu là BCuAl9Fe4 Thuộc nhóm đồng thanh nhôm có... Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 17 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Ứng xuất nhiệt, sự cong vênh thùng kết tinh không chỉ phụ thuộc vào kết cấu của thùng kết tinh mà còn phụ thuộc vào phương thức làm nguội nó Về nguyên tắc, tất cả các thùng kết tinh trong đúc liên tục và đúc bán liên tục đều được làm nguội bằng nước tuần hoàn Để tăng... vật đúc thật, nhiệt độ khuôn gần như không đổi nên quá trình đúc rất thuận lợi cho chất lượng vật đúc có độ bền rất đồng đều, độ cứng cả ở Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 13 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình bên trong lẫn bên ngoài vật đúc cũng rất đều nhau Phương pháp này chỉ yêu cầu thiết bị đơn giản, dễ cơ khí và tự động hóa Các. .. Công nghệ Mỏ-Luyện kim 23 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Hình 5: Ảnh máy đúc đã được chế tạo hoàn chỉnh Máy đúc bán liên tục có những đặc tính kỹ thuật như sau: - Tốc độ kéo: 0 - 8 mm/s - Lực kéo lớn nhất: 3000 N - Chiều dài đúc tối đa: 1100 mm - Đường kính vật đúc lớn nhất: 300 mm - Trọng lượng vật đúc tối đa: 250 Kg - Chế độ rung có... nghệ Mỏ-Luyện kim 33 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Hình 12 Các dữ liệu đầu vào của đúc mô phỏng Kết quả sau khi chạy trương trình (Trích phần kết quả ứng suất đúc) Hình 13 Kết quả chương trình phần tính ứng suất đúc Ứng xuất tạo bởi sự co ngót khi đúc là không đáng kể (Thể hiện ở sắc màu tím ứng với ứng suất ~ 0 MPa) Từ thực nghiệm và... ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình Tất cả các phương pháp đúc liên tục đều có năng suất lao động rất cao, chất lượng sản phẩm ổn định, hiệu quả kinh tế cao do không cần sử dụng hệ thống rót, ngót, thoát hơi… đặc biệt khống chế được quá trình đông đặc Với phôi đúc bằng kim loại và hợp kim màu cụ thể là kim loại và các hợp kim dễ tạo xỉ, thiên tích, . trình đúc ổn định 3. Sản xuất sản phẩm đúc dạng ống bằng hợp kim đồng mác BCuAl9Fe4 BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . Viện Khoa. tận. Đúc liên tục thẳng ứng được sử dụng thông dụng đặc biệt là trong đúc bán liên tục. BCTK: NC ứng dụng p/p đúc bán liên tục sản xuất các loại bạc đồng ống dài khối lượng trung bình . . NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC BÁN LIÊN TỤC SẢN XUẤT CÁC LOẠI BẠC ĐỒNG ỐNG DÀI KHỐI LƯỢNG TRUNG BÌNH Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Minh Đạt BCTK: NC ứng dụng