Sản xuất đúc được phát triển mạnh và sử dụng rộng rãitrong các ngành công nghiệp trên thế giới.b Hiện trạng nghành đúc trên thế giới* Vai trò của nghành đúc Trang 2 Nghành Đúc không chỉ
lOMoARcPSD|39269578 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ đúc áp lực Đúc áp lực là một nhánh của ngành đúc truyền thống tồn tại từ rất lâu đời, do đó trước khi tìm hiểu về công nghệ đúc áp lực, ta tìm hiểu qua về quá trình hình thành và phát tiển của nghành đúc 1.1.1 Lịch sử hình thành và hiện trạng ngành đúc hiện nay a) Lịch sử hình thành nghành đúc Nghề đúc ra đời cách đây khoảng sáu ngàn năm, được coi như là sự kết hợp khéo léo giữa nghệ thuật đồ gốm với thuật luyện kim Trải qua hàng bao thế kỷ, nghề đúc vẫn mang đậm tính huyền bí cổ truyền Khoảng một trăm năm gần đây, nhờ vào sự phát triển của khoa học tiến bộ và các cuộc cách mạng công nghiệp, khoa học soi sáng, các dụng cụ đo lường ngày càng đầy đủ và chính xác hơn, lại được trang bị cơ khí hóa rồi tự động hóa, nghề đúc với mới trở thành một ngành kỹ thuật có đầy đủ cơ sở lý luận khoa học, chiếm một ví trí xứng đáng trong các ngành công nghiệp cơ khí Ở các nước tiên tiến, cùng với sự tiến bộ của nghành chế tạo máy, nghành đúc phấn đấu tạo ra sản phẩm ngày một bền hơn, chính xác hơn, nhẹ và rẻ hơn Công nghệ đúc hiện là tứ đại thiên vương trong chuyên nghành kim loại và hợp kim cho nên việc hiểu rõ để định hướng vào nghành này là điều vô cùng cấp thiết Sản xuất đúc được phát triển mạnh và sử dụng rộng rãitrong các ngành công nghiệp trên thế giới b) Hiện trạng nghành đúc trên thế giới * Vai trò của nghành đúc Nghành Đúc đang phát triển mạnh để đáp ứng nhu cầu công nghiệp hóa Xu hướng chuyển vị trí nhà sản xuất ra ngước ngoài và yêu cầu môi trường khắt khe là thách thức lớn cho nghành đúc Thêm vào đó, sự gia tăng nhu cầu sử dụng chi tiết bền, nhẹ và việc dùng vật liệu nhẹ hơn là xu hướng chủ đạo trong nghành cơ khí hiện Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Nghành Đúc không chỉ phục vụ cho nghành công nghiệp ô-tô mà còn các nghành nông nghiệp, máy móc – công cụ và các dịch vụ khác Nó thực sự là xương sống của nhiều ngành công nghiệp Tuy nhiên, công nghiệp ô-tô vẫn là khách hàng chính Nhu cầu vật đúc cho nghành công nghiệp ô-tô thế giới lớn nhất ở Nhật Bản vào khoảng 50% và chiếm khoảng 40% trong các nghành công nghiệp chính ở các nước Thương mại toàn cầu được cho là ảnh hưởng đến nghành đúc vì vật đúc có thể xuất qua các nước Tuy nhiên, tỷ lệ khối lượng xuất khẩu/ nhập khẩu so với lượng sản xuất trong nước chỉ khoảng 5% So sánh với sản phẩm khác như xe hơi, thiết bị điẹn và máy móc, thì tỉ lệ trên của vật đúc thấp Ở các nước công nghiệp, lượng vật đúc “chảy” qua đường biên giới thấp Lý do là chưa bao gồm vật đúc đã được gia công hay lắp ráp Mặc dù số liệu thống kê này là phần quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của thương mại toàn cầu đến ngành đúc nhưng cho đến nay thống kê này vẫn chưa có Trong mọ trường hợp, sự cộng tác gần gũi giữa người sử dụng và nhà sản xuất là điều rất quan trọng, sơ sở sản xuất đúc thường nằm gần nhà máy của khách hàng Thêm vào đó, khối lượng và thể tích vật đúc lớn làm tăng chi phí vận chuyển Do đó sự gia tăng đáng kể trong thương mại toàn cầu của ngành đúc sẽ không diễn ra trong vài năm tới Doanh số bán hàng gần đây tại Mỹ thể hiện xu hướng nghành đúc trên toàn thế giới Doanh số năm 2021 theo từng hợp kim như sau: Nhôm Đồng Kẽm Magie Gang Thép Khác 32% 4% 2% 3% 35% 11% 13% Ứng dụng của sản phẩm đúc trong các ngành công nghiệp cũng có sự phân không đồng đều với tỉ lệ có sự chênh lệch lớn tập trung chủ yếu vào nghành xe hơi và xe tải hạng nhẹ Cụ thể như sau: Xe Xây Đườn Máy Đô Đườn Máy Van Động hơi và dựng, g ống bơm thị g sắt nông cơ đốt Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 khai và và nghiệ trong xe tải khoáng p nhẹ , dầu khớp nén khí nối khí 38% 6% 16% 3% 3% 6% 12% 5% 11% * Tình hình sản xuất Trung Quốc tiếp tục đứng đầu thế giới và chiếm 26% tổng sản lượng toàn cầu, tăng 9% so với năm 2018 Kế đến là Mỹ với 16%, giảm 0,5% so với năm 2018 Sản lượng vật đúc của các nước được phân bố như sau: Hình 1.1: Sản lượng vật đúc gang thép tại các nước Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.2: Sản lượng vật đúc kim loại màu tại các nước Theo thống kê sản lượng vật đúc là gang thép và kim loại màu của Mỹ và Trung Quốc vẫn đang đứng thứ nhất và thứ hai thế giới Tình hình sản xuất đúc ghi nhận sự nổi lên của các nước công nghiệp phát triển như Đức, Ấn Độ, Mê-hi-cô, Bra-xin,…Sản xuất đúc ngày càng dùng ít nhân công, xưởng do mức độ tự động hóa tăng, công nghệ máy móc ngày càng phát triển mạnh, ứng dụng khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất ngày càng phổ biến b) Hiện trạng nghành đúc ở Việt Nam Ngành đúc ở Việt Nam vẫn còn khá mới mẻ và chỉ đang thực sự được chú trọng và quan tâm tới trong một vài năm gần đây, vì là một nghành mới do đó trong quá trình phát triển chúng ta đang gặp phải một vài vấn đề làm ảnh hưởng tới các doanh nghiệp có nhu cầu muốn phát triển trong nghành đúc, cụ thể là hai vấn đề lớn sau: Thiếu mô hình quản lý thiết kế hợp lý và thiếu vốn, thiếu định hướng đầu tư Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 * Thứ nhất, thiếu mô hình quản lý quy trình thiết kế của nhà sản xuất đúc ở Việt Nam Hiện nay, mô hình quản lý thiết kế của nhà sản xuất đúc ở Việt Nam được tổ chức theo công đoạn Trong đó, mỗi công đoạn độc lập với nhau, nếu một công đoạn gặp vấn đề thì nhà sản xuất phải mất rất nhiều thời gian ( quay lại từ đầu ) để hiệu chỉnh thiết kế Điều này làm tăng thời gian và chi phí thiết kế Hình 1.3:Sơ đồ quản lý thiết kế tại đa số nhà sản xuất đúc ở Việt Nam Một nguyên nhân khác khiến thời gian và chi phí thiết kế cao là quá trình phát triển sản phẩm phải trải qua nhiều lần sản xuất thử Thông thường, sau khi nhận yêu cầu của khách hàng, nhà sản xuất tiến hành thiết kế đúc theo kinh nghiệm và sản xuất thử Nếu không thành công, nhà sản xuất sẽ liên hệ với khách hàng để hiệu chỉnh thiết kế Tuy nhiên, vì đã sản xuất thử nên thời gian chuẩn bị và chi phí sản xuất đã tăng Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.4: Quy trình thiết kế đúc của nhà sản xuất ở Việt Nam Đường đậm chỉ những công đoạn tốn nhiều chi phí Khung lớn gồm những công đoạn trong nhà máy đúc Công tác thiết kế không dự toán đúng chi phí sản xuất – cơ sở đưa ra báo giá cho khách hàng Điều này do tính đa dạng của vật đúc nên mô hình tính toán chi phí sản xuất không giống nhau cho những vật đúc khác nhau Từ đó nhà sản xuất có thể đưa ra báo giá không chính xác, đôi lúc gây tổn thất cho chính mình và khách hàng * Thứ hai, thiếu vốn và định hướng đầu tư Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Đa số nhà sản xuất đúc có trình độ công nghệ, thiết bị lạc hậu, sản xuất vật đúc trung bình cộng với tỷ lệ phế phẩm cao nên lợi nhuận kinh doanh thấp Thêm vào đó, chính phủ, công chúng và nhà sản xuất chưa hiểu hết ưu điểm của chi tiết đúc và vai trò của công nghệ đúc đối với nền kinh tế Kết quả là trong thời gian dài ngành thiếu sự quan tâm và vốn đầu tư để phát triển Gần đây, trong điều kiện có vốn, phần lớn doanh nhgiệp đầu tư vào công nghệ đúc mới, tự động hóa dây chuyền sản xuất, nâng cấp đổi mới các thiết bị phân tích – kiểm tra,…Hiển nhiên, điều này mang lại những chuyển biến tích cực nhưng chưa thể giúp ngành đúc phát triển lên mức cao hơn vì thiết bị phân tích – kiểm tra không giúp giảm được phế phẩm ( chỉ giảm được lượng hàng bị trả về ), công nghệ mới và năng suất tăng chỉ làm tăng thiệt hại nếu thiết kế chưa tốt ( theo thống kê, 90% khuyết tật đúc có nguyên nhân từ lỗi thiết kế ) Mặt khác, vì hiệu quả đầu tư của các doanh nghiệp đi trước chưa đạt yêu cầu nên không tạo ra động lực cho cho các doanh nghiệp cùng ngành 1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của ngành đúc áp lực a) Trên thế giới Đúc áp lực là một ngành sản xuất phôi nhằm tạo ra các chi tiết có kích thước chính xác do những chuyển động của d òng lưu chất kim lọai lỏng dưới tác dụng của ngọai lực tạo nên dòng áp suất vào trong khuôn kim loại Đúc áp lưc là một nhánh của ngành đúc tồn tại rất lâu đời, các nhánh c òn lại là ngành Đúc trọng lực và đúc áp lực thấp Có những bằng chứng khảo cổ học cho thấy rằng Đúc trong lực đã có thời thời kỳ Đồng Thiếc được người nguyên thủy dùng để đúc các dụng cụ lao động như : rìu, nỏ,…Ngày xưa tổ tiên chúng ta cũng đã thấy được những ưu điểm nhất định của đúc như : có thể sản xuất ra các sản phẩm với số l ượng lớn có cùng kiểu dáng Và ngày nay phát huy những đặc tính ưu việt này để phát triển ngành Đúc lên thêm một bước, cụ thể là ngành Đúc áp lực Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Cũng giống như các ngành kỹ thuật khác, người ta không biết chắc chắn thời gian xuất hiện của ngành Đúc áp lực vào thời gian cụ thể nào mà chỉ có thể ước lượng thời gian ra đời của nó vào khoảng đầu thế kỷ 19, mặc dù đã có một vài ý tưởng hình thành ngành đúc áp lực đã có từ sớm hơn nữa bởi vì nó có sự liên hệ với việc sản xuất máy in Máy Đúc áp lực đầu tiên Sturgiss được phát minh vào năm 1849 (hình 1.5), máy này có buồng nấu chảy kim loại được đặt phía dưới Vào năm 1877, Dusenbery dựa trên nguyên lý của máy Sturiss để hình thành nên máy thế hệ mới có bổ sung thêm một pitông rỗng có gắn van một chiều cho phép kim loại lỏng có thể chảy từ khoang trên xuống khoang dưới Đặc biệt kể từ năm 1904 ng ành Đúc áp lực thực sự - 2 - bắt đầu phát triển khi mà công ty H.H Franklin bắt đầu cho xuất hiện những máy đúc áp lực có gắn các thiết bị tự động bắt đầu từ đây ngành Đúc áp lực đã chuyển sang một bước ngoặt mới cùng song hành tồn tại với ngành công nghiệp xe máy, xe hơi và ngành công nghiệp này đã trở thành khách hàng lớn của ngành Đúc áp lực Vào những thời gian đầu, người ta sử dụng hợp kim chì, thiếc để làm nguyên liệu cho Đúc áp lực bởi vì hợp kim này dễ dàng đúc ở nhiệt độ thấp, hơn nữa hợp kim này có khả năng chống ăn mòn tốt nhưng chúng lại có nhược điểm là rất mềm và khả năng chịu kéo thấp Ngày nay hai hợp kim này không còn được sử dụng trong ngành Đúc áp lực nữa Để khắc phục nhược điểm của hợp kim trên thì vào năm 1906 người ta sử dụng hợp kim kẽm để thay thế V ào năm 1914 cùng với sự phát triển của ngành sản xuất động cơ xe máy và ô tô người ta đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng hợp kim nhôm do nó có những ưu điểm sau : có khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao, tính đúc tốt, khó kết tinh và là kim lọai tương đối nhẹ,… Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý máy đúc áp lực Sturgiss năm 1849 Hình 1.6: Sơ đồ máy đúc áp lực Dusenbery năm 1877 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.7: Sơ đồ máy đúc áp lực của công ti H.H Franklin chế tạo năm 1904 b) Ở Việt Nam Trong những năm gần đây công nghệ đúc áp lực cao tại Việt Nam đang dần cải thiện và khẳng định vai trò lớn trong các cơ sở sản xuất Các sản phẩm của đúc áp lực ngày càng đa dạng như: nắp hông, tay biên… Nhưng nhìn chung công nghệ đúc áp lực ở các cơ sở sản xuất đều có hiệu quả l àm việc không cao thể hiện là lượng phế phẩm trong mỗi ca l àm việc khá lớn Nguyên nhân chính của thực trạng này là: Chất lượng khuôn đúc và vật liệu kim loại đúc chưa đủ tốt, chưa ứng dụng CAE trong thiết kế khuôn Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.8: Một số sản phẩm củ công nghệ đúc áp lực Trong những năm gần đây, các công ty về đúc áp lực tại Việt Nam ngày càng phát triển về số lượng và chất lượng Thiết bị đúc áp lực tại Việt Nam rất đa dạng về về thương hiệu và chủng loại bao gồm có các công ty Toshiba-Nhật Bản, Hidroteknik-Đức, Lakeside Casting-Mỹ với dải khối lượng lớn lên tới 1600T (do Công ty Hapulico nhập về năm 2016) Ngoài ra, theo báo cáo về thực trạng ngành đúc áp lực, ngành đúc áp lực ở Việt Nam sản xuất khoảng 300.000 tấn mỗi năm với nguồn nhân lực 100.000 người sản xuất trực tiếp và 300.000 người sản xuất gián tiếp Với gia tăng số lượng sản phẩm đúc áp lực ở Việt Nam hiện nay, nhu cầu về thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cũng tăng theo Về các bộ khuôn đúc áp lực thường được các doanh nghiệp trong nước đặt chế tạo và nhập ngoại từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan có giá thành khá cao Một phần do các nguyên công thiết kế, gia công khuôn đúc áp lực ở nước ngoài đắt đỏ và một phần do các doanh nghiệp nước ngoài dùng thép nguyên khối để chế tạo vỏ khuôn Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo vỏ khuôn đúc áp lực bằng gang cầu, thay thế việc sử dụng thép nguyên khối nhằm giảm khối lượng phôi và giảm nguyên công gia công để hạ giá thành sản phẩm Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 1.2 Vật liệu làm khuôn đúc áp lực Lựa chọn vật liệu làm khuôn là một bước vô cùng quan trọng trong quá trình thiết kế khuôn đúc Việc lựa chọn phù hợp với yêu cầu của thiết kế sẽ giúp cho thành phẩm đạt được chất lượng tốt nhất và giảm thiểu tới thấp nhất các sai sót trong quá trình chế tạo sản phẩm phát sinh từ việc lựa chọn sai vật liệu chế tạo khuôn Để lựa chọn được vật liệu chế tạo khuôn trước tiên ta đi tìm hiểu về đặc tính làm việc và các yêu cầu đối với vật liệu làm khuôn đúc áp lực 1.2.1 Đặc tính làm việc và các yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu chế tạo khuôn đúc áp lực Khuôn đúc áp lực phải chịu ma sát cao do trong quá trình rót kim loại lỏng, dòng chảy kim loại di chuyển với vận tốc lớn, làm mòn lòng khuôn Nhiệt độ của nhôm khi đúc áp lực khoảng 600⁰C, vật liệu đúc ma sát trực tiếp lên bề mặt khuôn vì vậy vật liệu chế tạo khuôn cần yêu cầu độ cứng bề mặt cao hoặc có khả năng nhiệt luyện để đạt độ cứng từ 45 – 55 HRC Trong quá trình thực hiện gia công đúc áp lực, khuôn phải chịu một áp suất rất lớn từ kim loại lỏng Vì vậy, khuôn phải đảm bảo độ cứng vững cao, không bị biến dạng, sai lệch dưới tác dụng của lực ép, từ đó đảm bảo chất lượng của sản phẩm tạo thành Khuôn đúc áp lực làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao, áp suất lớn và thay đổi liên tục nên yêu cầu đối với vật liệu chế tạo khuôn phải có độ dai va đập và chống biến dạng tốt Không những thế, khuôn phải đảm bảo độ cứng ở nhiệt độ làm việc trong thời gian càng dài thì tuổi thọ càng cao Nói cách khác, khuôn đúc áp lực cần có tính cứng nóng cao Yêu cầu về thiết kế và gia công khuôn: Chi tiết cần gia công là vỏ động cơ điện – chi tiết dạng hộp với các thành, lỗ, gân trợ lực, biên dạng chi tiết phức tạp Khuôn cần được gia công cắt gọt trên các máy CNC vì vậy vật liệu gia công khuôn cần đảm bảo độ cứng phù hợp để có thể gia công cắt gọt Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Yêu cầu về độ bóng: Độ bóng của bề mặt lòng khuôn và lõi trên thực tế yêu cầu kỹ thuật khá nghiêm ngặt, đây là yếu tố quyết định đến độ bóng, tính thẩm mỹ của sản phẩm tạo thành Vì vậy vật liệu chế tạo khuôn cần yêu cầu khả năng đánh bóng bằng các phương pháp có năng suất cao nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 1.2.2 Vật liệu chế tạo khuôn và cơ tính vật liệu Hiện nay, vật liệu được sử dụng phổ biến nhất để chế tạo khuôn đúc áp lực là thép SKD61 theo tiêu chuẩn JIS 4404 hoặc một số mác thép tương đương như: thép H13 theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASTM A681, thép 1.2344 ( X40CrMoV5-1) theo tiêu chuẩn Đức DIN EN ISO 4957 Thành phần hóa học của thép SKD61 và các mác thép tương đương: Tiêu Mác thép C Mn P S Si Cr V Mo chuẩn (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) AST H13 0.32- 0.2- 0.0 0.03 0.8- 4.7 0.8- 1.1- M 0.45 0.6 3 1.25 5- 1.2 1.75 A681 5.5 DIN 1.2344 0.35- 0.25- 0.0 0.02 0.8- 4.8- 0.85 1.1- ISO (X40CrMo 0.42 0.5 3 1.2 5.5 - 1.5 4957 V5-1) JIS SKD61 0.35- 0.25- 0.0 0.02 0.8- 1.15 4404 0.42 0.5 3 1.2 4.8- 0.8- 1.0- Một số cơ tính của thép SKD61: 5.5 1.15 1.5 Tính chất Đơn vị quốc tế Hoa Kỳ Độ bền, giới hạn kéo (20⁰C/68⁰F, với 1200 – 1590 174000 –231000 phương pháp xử lý nhiệt khác nhau) Độ bền kéo, giới hạn chảy (20⁰C/68⁰F, MPa psi với phương pháp xử lý nhiệt khác 1000 – 1380 145000 –200000 nhau) Co thắt (20⁰C/68⁰F) MPa psi Mô-dun đàn hồi (20⁰C/68⁰F) 50.00% 50.00% Tỷ số Poison 215 GPa 31200 ksi 0.27 – 0.30 1.27– 0.30 * Các bước nâng cao cơ tính vật liệu Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Rèn thép SKD61: Nung nóng để rèn phải diễn ra chậm và đồng đều Giữ nhiệt trong khoảng 1900 – 2000 F và lặp nếu cần thiết, không rèn khi nhiệt độ phôi dưới 1377 oC Sau khi rèn phôi SKD61, làm nguội chậm Thép SKD61 luôn được ủ sau rèn Xử lý nhiệt thép SKD61: - Ủ thép SKD61: nung nóng chậm đến nhiệt độ 1550 – 1650 F, giữ nhiệt để đảm bảo đồng đều chi tiết, sau đó làm nguội chậm trong lò với tốc độ nguội 40 F/giờ đến nhiệt độ khoảng 1000 F sau đó tốc độ làm nguội được tăng lên Quá trình ủ phải thực hiện các biện pháp bảo vệ để ngăn chặn thấm và thoát carbon - Khử ứng suất dư thép SKD61: Để đảm bảo biến dạng khi gia công, nâng nhiệt chậm từ 1050 – 1250 F để cân bằng sau đó làm nguội trong không khí - Hóa bền thép SKD61: Thép dụng cụ SKD61 là thép có độ cứng rất cao và nên được làm cứng bằng cách làm nguội trong không khí tĩnh Nên sử dụng bể muối hoặc lò khí quyển có kiểm soát để giảm thiểu quá trình khử cacbon, và nếu không có sẵn, nên bảo vệ trong than cốc đã qua sử dụng Nhiệt độ được sử dụng thường là 1800 ° -1850 ° F, tùy thuộc vào phần kích thước - Tôi thép SKD61: Quá trình tôi thép nên được thực hiện trong môt trường khí bảo vệ, tôi trong dầu hoặc khí nén Kinh nghiệm tôi chi tiết trong dầu khi màu bắt đầu biến mất (1000 – 1100⁰C) và kết thúc làm nguội dưới 150 – 125 F trong không khí, sau đó ram ngay Độ cứng đạt được sau khi tôi 55 – 56 HRC - Ram thép SKD61: Ram thép có thể được tiến hành thực tế với kích thước và ứng dụng khác nhau, nhưng thông thường được ram thấp trong khoảng nhiệt độ 250⁰C (480F) Độ cứng đạt được sau khi ram thấp 50 – 52 HRC Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 1.3 Máy và trang thiết bị đúc áp lực 1.3.1 Máy đúc áp lực Trong các máy đúc áp lực cao, loại máy nào cũng bao gồm hai bộ phận thủy lực, một bộ phận đóng mở, một bộ phận ép kim loại lỏng Bộ phận đóng mở khuôn gọi là cơ cấu khóa khuôn, bộ phận ép hay c òn gọi là cơ cấu ép Hầu hết các máy đều có cơ cấu khóa khuôn kiểu nằm ngang Cơ cấu ép có thể là ép thẳng đứng hoặc ép nằm ngang, phủ thuộc cách bố trí ph òng ép Dẫn động cho các cơ cấu này là bơm thủy lực kểu pittông hoặc bơm kiểu cánh Bơm thủy lực có thể lắp trực tiếp trên máy hoặc bố trí độc lập Hình 1.9: Mô hình khuôn đúc áp lực nằm ngang Chất lỏng công tác trong máy đúc áp lực thường là dầu khoáng vật hoặc huyền phù dầu – nước hoặc dầu khác Dầu khoáng vật có tính bôi tr ơn và chống ăn mòn tốt, tính chất làm việc khá ổn định, giá thành thấp cho nên được sự dụng khá phổ biến Nhược điểm của dầu khoáng vật là dễ cháy, làm ô nhiễm môi trường và đắt hơn nhũ tương dầu – nước Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.10: Máy đúc áp lực buồng ép nguội nằm ngang Để tiết kiệm chất lỏng công tác làm việc trong điều kiện áp suất cao, tr ên máy người ta thường lắp thêm bình chứa chuyên dụng Bình chứa chịu áp lực cao, có lớp đệm khí cho nên chỉ cần sự dụng bơm hoặc động cơ điện có công suất nhỏ cũng đã đam bảo được áp lực làm việc Trong sản xuất hiện nay, máy đúc áp lực cao được sản xuất theo hai kiểu chính: máy ép buồng ép nóng và máy ép buồng ép nguội Trong số các loại máy buồng ép nóng thì kiểu buồng ép nóng dạng thẳng đứng được sử dụng rộng rãi hơn cả Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.11: Nguyên lý máy đúc buồng ép nóng thẳng đứng Nguyên lý làm việc của máy đúc buồng ép nóng kiểu thẳng đứng: pittông 3 và xilanh ép 2 đều nhúng ngập trong bể kim loại Khi pittông 3 đi lên hết hành trình, kim loại lỏng qua lỗ 5 đi vào xilanh ép 2 Nửa hành trình sau, pittông đi xuống vượt qua vị trí cửa lỗ 5, sẽ đẩy kim loại lỏng vào hốc khuôn dưới với một áp suất tính toán trước Phương pháp ép này thích hợp cho các kim loại dễ chảy hoặc dễ cháy như kẽm, magie Máy đúc buồng ép nguội lại được chia ra thành kiểu nằm ngang, kiểu ép thẳng đứng từ dưới lên , kiểu ép thẳng đứng từ trên xuống Đúc áp lực trong buồng ép nguội kiểu thẳng đướng, ép từ trên xuống (hình 1.13a), có thể coi là phương pháp ép trực tiếp Nguyên lý làm việc mô tả như sau: Khi pittông 1 đi lên, kim lo ại lỏng được nạp vào buồng ép nhưng sẽ đông đặc ngay tại chỗ thắt d òng 2 mà không thể đi vào hốc khuôn được Khi Pittông 1 đi xuống, dưới tác dụng của áp lực cao, phần kim loại đã đông đặc tại chỗ thắt dòng 2 sẽ bị đẩy xuống dưới và kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn trong khuôn đúc 3 Phương pháp ép này phù hợp với đúc kẽm, magiê và nhôm Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.12: Một số kiểu buồng ép nguội Cơ cấu đúc áp lực trong buồng ép nguội kiểu thẳng đứng, ép từ dưới lên được mô tả như trên hình 1.12b, buồng ép bố trí ở nửa khuôn dưới Khi pittông 1 đi xuống, kim loại lỏng được nạp vào buồng ép Khi pittông đi lên và vượt qua lỗ nạp, quá trình điền đầy và ép khuôn bắt đầu xảy ra và duy trì cho đến khi vật đúc đông đặc hoàn toàn Ưu nhược điểm của phương pháp này là việc sử dụng mặt phân khuôn nằm ngang Khi nhấc nửa khuôn 3, vật đúc vẫn kh ông rơi xuống Phải sử dụng hệ thống cần đẩy để tống vật đúc ra khỏi khuôn Ph ương pháp này được mô tả trên hình 1.12c Nguyên lý làm việc như sau : Ban đầu, chày đỡ 2 nằm ở vị trí cao nhất, kim loại lỏng rót vào buồng ép Pittông 1 cùng với chày đỡ đi xuống đồng thời tạo lực ép lên kim loại lỏng, kim loại điền đầy hốc khuôn d ưới tác dụng áp lực của pittông 1 Thực chất đây là phương pháp ép trên xuống Đúc áp lực trong buồng ép nguội nằm ngang, mặt phân khuôn thẳng đứng (hình 1.12d) Đa số các máy đúc hiện đại đều được thiết kế theo nguyên tắc này Nguyên lý hoạt động như sau: Pittông 1 dịch sang phải, ngoài lỗ rót, rót kim loại vào xilanh ép 2 Pittông 1 dịch chuyển sang phía trái, đẩy kim loại Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 lỏng v ào hốc khuôn và duy trì áp lực ép cho đến khi kim loại đông đặc hoàn toàn 1.3.2 Khuyết tật đúc và các biện pháp phòng ngừa Một trong những thông số đánh giá chất l ượng vật đúc trong công nghệ đúc áp lực cao là độ chính xác của vật đúc Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc tr ước hết vào độ ổn định khe hở giữa hai nửa khuôn mà khe hở này lại phụ thuộc vào độ ổn định của cơ cấu ép và cơ cấu hóa khuôn Độ mòn của các chi tiết máy đúc cũng như việc vận hành và điều khiển máy có hợp lý hay không cũng l à các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của vật đúc Cũng giống như các phương pháp đúc khác, vật đúc trong công nghệ đúc áp lực cao cũng có các khuyết tật đúc Trong số các khuyết tật đó phải kể đến dạng khuyết tật bề mặt và rỗ xốp trong vật đúc Có thể tóm tắt các dạng khuyết tật và biện pháp ngăn ngừa trong bảng sau Dạng Nguyên nhân Biện pháp phòng ngừa khuyết tật Dòng kim loại hoặc dòng khí trong khuôn chảy đối kháng Tăng tốc độ dòng nạp và áp Không liền lực ép; giảm thời gian điền đầy; thay đổi vị trí dẫn kim Không đầy Kim loại nguội và đông đặc loại và vật đúc để khử áp lực quá sớm; áp lực khí trong đối kháng khuôn quá lớn Thiếu kim Tăng nhiệt độ rót, tốc độ nạp loại lỏng và tốc độ ép; Đặt thêm màng lọc khí ở chỗ vật đúc dày; Vết nứt Quá nhiệt kim loại; cấu trúc tăng dung tích gầu định lượng nóng kim loại không đều và buồng ép Giảm nhiệt độ rót hoặc nâng Vết nứt Ứng suất do nguội không cao nhiệt độ khuôn; khử oxy và khuấy kim loại trước khi rót Thay đổi kết cấu vật đúc; tăng Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 xuyên suốt đều; lỗ xốp lớn làm giảm độ diện tích rãnh hơi; tăng thời bền ở trạng thái nóng; tống gian điền đầy khuôn; thay đổi Bề mặt lồi vật đúc không đều kết cấu tống vật đúc lõm không Tốc độ dòng quá nhỏ; trở lực Tăng tốc độ dòng và tốc độ thủy lực trong khuôn quá lớn ép; thay đổi kết cấu vật đúc, đều tăng rãnh thoát hơi Chiều dày thành vật đúc Điều chỉnh chiều dày vật đúc; Rỗ co không đều; hợp kim co quá tăng diện tích rãnh dẫn, lực nhiều ép khuôn Giảm nhiệt độ rót, thay đổi hợp kim đúc 1.4 Khuôn đúc áp lực Khuôn đúc áp lực là dụng cụ không thể thiếu trong phương pháp đúc áp lực, phương pháp vô cùng phổ biến trong ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm bằng kim loại có hình dạng phức tạp Khuôn đúc áp lực là một cấu kiện được lắp ráp từ nhiều linh kiện lại với nhau Nhôm sau khi rót vào khuôn đúc, dòng chảy sẽ đông cứng dưới tác động của áp lực cao hoặc thấp Sản phẩm được đúc từ khuôn có độ chính xác cao, đảm bảo các yếu tố không cong vênh, không rạn nứt bề mặt và có thể tạo ra chi tiết có độ dày hơn so với gia công dập áp lực Khuôn đúc áp lực có độ chính xác cao bao nhiêu thì sản phẩm đúc ra có hình dáng, chất lượng hoàn hảo bấy nhiêu 1.4.1 Cấu tạo khuôn đúc áp lực Khuôn ép trong máy đúc áp lực cao kiểu buồng ép nguội nằm ngang (hình 1.14) bao gồm hai nửa khuôn, nửa khuôn cố định 2 hay còn gọi là nửa khuôn tĩnh và nửa khuôn động 16 Sau khi vật đúc đã kết tinh, hai nửa khuôn tách rời khỏi nhau, vật đúc rất dễ rời khỏi nửa khuôn động nhưng vẫn bám chặt lấy nửa khuôn tĩnh Bởi vậy, cần thiết kế đẻ ruột 8 nằm ở nửa khuôn động Hệ thống rót bao gồm buông ép┌; kênh dẫn E và rãnh dẫn D Vật dúc Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com)