Báo cáo công nghệ đúc áp lực , dành cho sinh viên các trường đại học cao đẳng, sinh viên các trương fđại học cao đẳng Báo cáo công nghệ đúc áp lực Báo cáo công nghệ đúc áp lực Báo cáo công nghệ đúc áp lực Báo cáo công nghệ đúc áp lực
Trang 1Đỗ Tiến Thịnh, Trần Văn Long
Trang 3Tổng quan
• Khái niệm: Đúc áp lực là công nghệ đúc trong đó kim loại lỏng điền đầy
khuôn và đông đặc dưới tác dụng của áp lực cao do khí nén hoặc dầu ép trong xilanh ép tạo ra.
Phương pháp đúc này chủ yếu được sử dụng để sản xuất những vật đúc bằng hợp kim nhôm, magie, kẽm và đồng vì tỉ trọng và nhiệt độ nóng chảy không cao Rất ít trường hợp dùng để đúc thép hoặc gang vì nhiệt độ nóng chảy và tỷ trọng của chúng rất lớn
Trang 417/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Ưu điểm
Tổ chức kim loại của vật đúc nhỏ mịn nhờ tác dụng nguội nhanh của khuôn kim loại và nhờ áp lực cao ( tăng cường trao đổi nhiệt, bổ ngót)
Hoàn toàn không dùng đến cát
làm khuôn và ruột cát
Do bề mặt khuôn có độ nhẵn bóng và độ chính xác
cao nên vật đúc có thể đạt độ chính xác, độ nhẵn cấp cao, phần lớn k cần gia công cơ Năng suất cao, có thể đạt 1000 – 3600 lần ép/giờ
Khuôn kim loại dùng được nhiều lần ( đúc nhôm
có thể từ 10 – 25 vạn, đúc kẽm, chì có thể 50 vạn )
Trang 5Giá thành khuôn rất cao, nhất là khi đúc các hợp kim nhiệt độ nóng chảy cao như đồng, thép; Vật liệu làm khuôn thường phải là loại hợp kim chịu nóng đặc biệt, gia công cơ
tỉ mỉ và nhiệt luyện theo chế độ riêng
Vật đúc có nhiều rỗ khí bên trong do dòng kim loại chảy vào khuôn cuốn theo bọt không khí và do kết tinh nhanh không thoát được ra ngoài
Kích thước và khối lượng vật
đúc bị hạn chế theo cỡ máy
đúc; thường những chi tiết nào
muốn đem đúc áp lực cũng phải
thiết kế lại cho phù hợp
Tỷ lệ thành phẩm nhỏ
vì hệ thống rót lớn
Nhược điểm
Trang 6Điền đầy hốc khuôn
Mở hòm khuôn Lấy vật đúc
Trang 7Tổng quan
Đúc áp lực
Máy buồng ép nóng
Cấp liệu vào khuôn
Điền đầy hốc khuôn
Mở hòm khuôn Lấy vật đúc
Trang 817/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Tổng quan
Ảnh hưởng của áp lực đến quá trình kết tinh kim loại
Nâng cao hệ số dẫn nhiệt của kim loại lỏng và hệ số trao đổi nhiệt giữa vật đúc và khuôn
Làm giảm kích thước của mầm kết tinh tới hạn và nâng cao số lượng tâm mầm kết tinh
Giảm độ hạt trung bình xủa kim loại, giảm tính không đồng nhất các nhanh cây
Giảm hệ số khuếch tán và giảm tốc độ khuếch tán tương đối của tạp chất
Làm tốt điều kiện lọc thấm của vùng 2 pha => cấu trúc kim loại được chắc chắn
Giảm nhiệt độ bắt đầu co ngót và giảm độ co ngót của hợp kim trong khoảng kết tinh có hiệu quả
Giảm khuynh hướng nứt nóng của kim loại
Trang 9Thủy động lực học quá trình điền đầy khuôn
Nguyên tắc
1 1
Va đập dòng nạp lên thành khuôn
2 2 Điền đầy hốc khuôn
3 3
ĐK Thủy động học QT thoát khí
4 4 Khuôn đúc áp lực cao
5 5 Tính toán hệ thống rót
6 6
Máy đúc áp lực cao
8 8 Tính hệ thống thoát hơi
7 7
Trang 1017/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Trang 11Giai đoạn điền đầy khuôn được tính bắt đầu tại thời điểm gia tốc của pittong = 0 và pittong đạt trạng thái chuyển
động ổn định.
Khi tốc độ và áp lực dòng ổn định sau khi đã qua rãnh
dẫn, dòng kim loại sẽ bảo toàn hình dạng.
Nguyên tắc bảo toàn hình dạng của dòng nạp là cơ sở
thủy động học của quá trình điền đầy khuôn trong đúc áp lực
NGUYÊN TẮC
Sự ổn định của dòng chảy phụ thuộc vào ứng suất trong và sức căng bề mặt làm xuất hiện dao động ngang trong dòng chảy Chiều dài bước sóng dao động ngang tính theo công thức:
Tốc độ dòng lớn có thể gây ăn mòn bề mặt kênh dẫn >
khắc phục: hệ thống rót thu hẹp có chuyển tiếp đều đặn từ
phần dày sang mỏng mà áp lực dòng không giảm xuống 0
Trang 1217/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Trang 13Va đập của dòng nạp lên thành khuôn
Áp suất thủy tĩnh càng lớn, chất lượng bề mặt vật đúc càng tốt nhưng vận tốc dòng cũng lớn
- Ăn mòn xâm thực càng mạnh
- Dòng kim loại bị biến dạng
Chọn góc nghiêng dòng chảy kim loại với thành khuôn góc nhỏ nhất và tốc
độ không vượt quá v tới hạn đảm bảo dòng chảy tầng
0,452,36
HK nhôm AK12 650
585
0,512,33
0,552,67
HK nhôm AlCu4 650
580
0,483,35
0,574,57
Tốc độ tới hạn của một số hợp kim
Trang 1417/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Trang 15Điền đầy hốc khuôn
Ứng với thời điểm điền đầy cả thành mỏng lẫn thành dày, tốc
độ dòng giảm đi, chế độ là chảy rối nhưng dòng liên tục
Giai đoạn 2
Ứng với thời gian điền đầy hốc
khuôn có chiều dày đồng đều,
dòng phân tán được duy trì
Giai đoạn 1
Để vật đúc điền đầy hốc khuôn cần xác định chế độ dòng chảy ( phân tán, tầng, rối ) thiết diện ngang dòng kim loại, vận tốc trung bình dòn chảy, độ giảm áp lực, chiều sau ép thêm
Trang 1617/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Trang 17ĐK thủy động học quá trình thoát khí
Khi kim loại chảy theo dòng chảy liên tục theo rãnh dẫn vào hốc khuôn,
các chất khí bị dồn về phần cuối của hốc khuôn, khí này thoát ra ngoài hoặc
sẽ lưu lại trong vật đúc
Trang 1817/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Trang 19Khuôn đúc áp lực cao
Cấu tạo khuôn
áp lực cao
Khuôn gồm:
- Nửa khuôn cố định gọi nửa khuôn tĩnh
- Nửa khuôn còn lại là nửa khuôn động
Vật liệu chế tạo khuôn có độ bền, chịu ma sát, mài mòn, dẫn nhiệt tốt … Bề mặt cần nhẵn bóng Thường thép hợp kim : 4Cr5W2PPb, 3Cr2W8b đúc nhôm, đồng thau; 5CrMnNi cho đúc kẽm.
Các thông số :
- Lực tách khuôn
- Tính toán cơ cấu khóa khuôn
Trang 2017/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Trang 21Thời gian điền đầy khuôn 𝑣 𝑒 = ¿ ¿
Thiết kế hệ thống rót đảm bảo:
Quãng đường chuyển động của kim loại lỏng là ngắn nhất Diện tích rãnh dẫn thu hẹp dần từ buồng ép tới hốc khuôn tránh cuộn khí và tăng tốc độ điền đầy
Trang 2217/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Trang 23Tính toán hệ thống thoát hơi
Hệ thống thoát hơi thuờng thiết kế rãnh vuông góc Khi kim loại điền đầy khuôn ở trạng thái hai pha thì giá trị chiều dày rãnh tăng lên khoảng 2 – 3 lần
Tổng diện tích rãnh hơi được tính theo công thức
Trang 2417/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Trang 25Cơ cấu ép
Bộ phận đóng mở khuôn
Bơm thủy lực
Bộ phận dẫn động
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 trơn và chống ăn mòn tốt, tính chất làm việc khá ổn
định, giá thành thấp nên được sử dụng khá phổ biến
Trang 2617/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Buồng ép nóng dạng thẳng đứng
Nguyên lý làm việc của máy đúc buồng ép
nóng kiểu thẳng đứng: pittong 3 và xilanh
ép 2 đều nhúng ngập trong bể kim loại
Khi pittong 3 đi lên hết hành trình, kim
loại lỏng qua lỗ 5 đi vào xilanh ép 2.Nửa
hành trình sau, pittong đi xuống vượt qua
vị trí của lỗ 5, sẽ đẩy kim loại vào hốc
khuôn dưới một áp suất tính toán trước
Phương pháp ép này thích hợp cho các
kim loại dễ chảy hoặc dễ cháy như kẽm,
magie.
Trang 27Buồng ép nguội nằm ngang
Đúc áp lực trong buồng ép nguội nằm ngang, mặt phân khuôn thẳng đứng Đa
số các máy đúc hiện đại đều được thiết kế theo nguyên tắc này
Nguyên lý hoạt động như sau: Pittong dịch sang trái, ngoài lỗ rót, rót kim loại vào xilanh ép Pittong dịch chuyển sang phía phải, đẩy kim loại lỏng vào hốc khuôn và duy trì áp lực ép cho đến khi kim loại lỏng đông đặc hoàn toàn.
Trang 2817/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Buồng ép nguội kiểu thẳng đứng
Đây có thể coi là phương pháp ép trực
tiếp Khi pittong đi lên, kim loại lỏng
được nạp vào buồng ép nhưng sẽ đông
đặc ngay tại chỗ thắt dòng 2 mà không
thể đi vào hốc khuôn được Khi pittong 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
Ép từ trên xuống Ép từ dưới lên
Buồng ép bố trí ở nửa khuôn dưới Khi pittong 1 đi xuống, kim loại lỏng được nạp vào buồng ép Khi pittong 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 điểm là sử dụng mặt phân khuôn nằm ngang, khi nhấc nửa khuôn 3, vật đúc không bị rơi xuống
Trang 29Khuyết tật đúc và các biện pháp phòng ngừa
Dạng khuyết tật Nguyên nhân Biện pháp ngăn ngừa
Không liền Dòng kim loại hoặc dòng khí trong khuôn
chảy đối kháng
Tăng tốc độ dòng nạp và áp lực ép; giảm thời gian điền đầy, thay đổi vị trí dẫn kim loại và vật đúc để khử áp lực đối kháng.
Không đầy Kim loại nguội và đông đặc quá sớm; áp
lực khí trong khuôn quá lớn Thiếu kim loại lỏng.
Tăng nhiệt độ rót, tốc độ nạp và tốc độ ép; Đặt thêm màng lọc khí ở chỗ vật đúc dày; tăng dung tích gầu định lượng và buồng ép
Vết nứt nóng Quá nhiệt kim loại; cấu trúc kim loại
không đều. Giảm nhiệt độ rót hoặc nâng cao nhiệt độ khuôn; khử oxy và khuấy kim loại trước khi rót.
Vết nứt xuyên suốt Ứng suất do nguội không đều; lỗ xốp lớn
làm giảm độ bền ở trạng thái nóng.
Thay đổi kết cấu vật đúc, tăng diện tích rãnh hơi; tăng thời gian điền đầy khuôn
Bề mặt lồi lõm
không đều Tốc độ dòng chảy quá nhỏ; trở lực thủy lực trong khuôn quá lớn. Tăng tốc độ dòng và tốc độ ép; thay đổi kết cấu vật đúc, tăng rãnh thoát hơi.
Rỗ co Chiều dày thành vật đúc không đều; hợp
kim co quá nhiều.
Điều chỉnh chiều dày vật đúc; tăng diện tích rãnh dẫn, lực ép khuôn Giảm nhiệt độ rót, thay đổi hợp kim đúc.
Trang 3017/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Đúc dưới áp lực khí điều chỉnh
1 Khái niệm và phân loại
Khái niệm: Đúc dưới áp lực khí điều chỉnh là phương pháp đúc trong đó kim loại lỏng đi vào từ nồi lò ở phía dưới lên khuôn ở phía trên thông qua một ống dẫn, dưới tác dụng của áp lực khí lên bề mặt thoáng của kim loại
2 Phân loại:
Phụ thuộc vào tương quan giữa áp lực khí
trong nồi lò và áp suất khí trong hốc khuôn,
có thể chia phương pháp đúc này thành 3
kiểu:
- Đúc áp lực thấp
- Đúc đối áp
- Đúc hút chân không
Trang 31a Đúc áp lực thấp
Khi áp lực khí trong khuôn bằng với áp suất môi trường , việc điền đầy khuôn được thực hiện nhờ chênh lệch áp tác dụng lên bề mặt thoáng kim loại lỏng trong nồi lò:
Trong đó:
: áp lực lên mặt thoáng kim loại lỏng trong lò
: áp suất môi trường
1: Kim loại lòng 2: Ống dẫn kim loại
3: Vỏ lò kín khí 4: Khuôn đúc 5: Hốc khuôn
Trang 3217/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Ưu điểm:
- Kim loại lỏng ít bị oxy hóa, tiết kiệm chất tại xỉ và chất trợ dung
- Dễ dàng điều chỉnh thông số nhiệt động của quá trình thông qua áp lựa của khí nén
- Tiết kiệm kim loại rót
- Vật đúc sít chặt hơn
- Mật độ cao và tổ chức nhỏ mịn cơ tính cao hơn
- Độ chính xác vật đúc cao hơn, độ nhám bề mặt cao hơn
- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa
Cơ sở công nghệ đúc áp lực thấp:
Những chi tiết đc chọn để đúc áp lực thấp thường có đặc tính
- Vật đúc có thành mỏng kéo dài, nếu rót thông thg sẽ không điền đầy
- Vật đúc có chiều dày thành không đều, có một hoặc vài nút nhiệt
- Những chi tiết làm việc chịu tác dụng của lực, muốn giảm khối lg nhưng vẫn đảm bảo tính năng làm việc
- Vật đúc có kết cấu đảm bảo tính đông đặc có hướng từ bên ngoài vào đến nút nhiệt cuối cùng là chân ống dẫn kim loại
- Nếu trong vật đúc có 1 vài nút nhiệt nằm phân tán thì công nghệ đúc sẽ khó hơn 1 chút do hệ thống rót, ngót, hơi sẽ phức tạp hơn
- Để đảm bảo dễ dàng lấy vật đúc ra khỏi khuôn thì độ nghiêng thành khuôn, góc lượn phải lấy bằng hoặc lớn hơn một chút so với tiêu chuần đã cho trong sổ tay
Trang 33b Đúc đối áp.
Giống như phương pháp đúc áp lực thấp, phương pháp đúc đối áp cũng dựa trên nguyên lý tác dụng của áp lực thấp lên bề mặt kim loại lỏng
Kim loại lỏng điền đầy khuôn theo hai cách
- Giảm áp suất trong hốc khuôn xuống giá trị
- Nâng áp suất trên mặt thoáng kim loại lên đến giá trị
Đặc điểm:
Ở những điều kiện nhất định, trc khi
chuyển động lên phía trên theo ống dẫn và
trong quá trình điền đầy hốc khuôn, KL
lỏng luôn tồn tại ở trạng thái bị nén, dưới
tác dụng của áp lực khí dư
Ngăn ngừa hiện tượng tiết các loại khí tan
trong kim loại lỏng
Trang 3417/3/2014 CN Đúc Áp Lực
c Đúc hút chân không.
Là công nghệ dựa trên nguyên lý chân không hóa hốc khuôn hoặc chân
không hóa toàn bộ cả bình chứa khuôn đúc Do sự chênh lệch áp giữa áp
lực trên mặt thoáng kim loại lỏng và áp lực trong hốc khuôn mà kim loại
lỏng sẽ điền đầy khuôn đúc thông qua một ống dẫn kim loại
Chỉ áp dụng cho đúc trong khuôn kim loại
Đặc điểm:
- Tính điền đầy khuôn khá tốt, có thể đúc được vật đúc có thành
mỏng đến 1mm
- Không bị hạn chế về độ thông khí của khuôn
- Chi tiết ít bị hút khí và không bị oxy hóa bề mặt
- Chân không làm thay đổi điều kiện đông đặc của hợp kim và
đặc tính của quá trình trao đổi nhiệt tại vùng nhiệt tại vùng tiếp xúc
Trang 35Đặc tính công nghệ:
- Chất lượng vật đúc phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn thông số nhiệt động của quá trình,
sự xung đột của dòng chảy, sức căng bề mặt kim loại, tốc độ điền đầy và độ chênh áp
- Việc thay đổi giá trị áp suất sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc
- Những vật đúc thành mỏng có dạng nắp đậy nên chuyển từ đúc khuôn kim loại sang đúc hút chân không làm cho chi tiết tăng độ nhẵn bóng bề mặt, giảm lượng tiêu tốn kim loại
do hệ thống rót, nâng cao năng suất lao động
- Thường được sủ dụng đển đúc nhôm
Trang 3617/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Liên hệ phân tích 1 chi tiết tiêu biểu
Nắp hông là một chi tiết của động cơ RV-125-2, nằm ở phía ngoài bên phải của động cơ diezen Nó đóng vai trò rất quan trọng trong việc che chắn bảo vệ động cơ và định vị một số chi tiết đối với động cơ như: bơm cao áp, cần điều tốc, cần ga, bơm dầu nhớt, ống dẫn dầu, van điều áp, trục khởi động.
Trang 37Liên hệ phân tích 1 chi tiết tiêu biểu
Do có hình dạng không gian phức tạp cùng với độ mỏng của nắp (~ 3mm), các công nghệ đúc thông thường như đúc khuôn cát tươi, khuôn cát khô rất khó chế tạo và không đạt yêu cầu Công nghệ đúc áp lực cao thích hợp nhất để đúc nắp vì cho sản phẩm có chất lượng tốt, ổn định, năng suất cao, bề mặt đẹp.
Được kết tinh dưới áp lực cao, tổ chức vật liệu của nắp sẽ nhỏ mịn, sít kín, tránh được rỗ khí Như vậy sẽ bảo đảm chịu được áp lực làm việc cho nắp Ngoài ra, đúc áp lực cao cũng sẽ tạo cho nắp có bề mặt nhẵn bóng và giúp cho các kích thước, tọa độ lắp ráp của nắp đạt độ chính xác cần thiết
Vật liệu sử dụng để chế tạo chi tiết là hợp kim nhôm-silic-đồng.
Hợp kim nhôm thường được đúc với buồng nguội vì có thể sử dụng áp lực đúc lớn, thiết bị không phải liên tục tiếp xúc với nhiệt độ cao.
Trang 38
có cấu tạo lồi, tạo điều kiện dễ lấy phôi sau khi đúc của chi tiết
Trang 39Bộ khuôn đúc áp lực
Trang 4017/3/2014 CN Đúc Áp Lực
Trang 41Trên nắp hông RV125-2 có rất nhiều vị trí lắp ghép và định vị các chi tiết với
những tọa độ khác nhau Vì vậy việc đảm bảo kích thước hình học chính xác là một trong những yêu cầu quan trọng đối với nắp
Nhằm tới mục tiêu này, yếu tố đầu tiên phải nhắc đến là bộ khuôn đúc nắp hông RV125-2 Bộ khuôn được thiết kế với công nghệ tiên tiến là chép mẫu và thiết lập bản vẽ 3 chiều theo hiện vật sản phẩm thật Sau khi tính toán hiệu chỉnh các kích thước trên cơ sở vật liệu và công nghệ đúc, bộ khuôn được lập trình và gia công trên máy CNC
Yếu tố thứ hai nằm ở công nghệ đúc áp lực cao với đặc điểm làm hợp kim kết tinh nhanh dưới áp lực và làm giảm độ co ngót của hợp kim
Hai yếu tố trên cộng với sự tuân thủ nghiêm chỉnh quy trình công nghệ đã giúp đề tài thu được sản phẩm nắp hông với các kích thước chuẩn xác Các đường cong tự do, các kết cấu chuyển tiếp đều được tạo nên một cách tự nhiên, mềm mại, đúng hình dạng
Trang 42Thank You