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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BK TP.HCM BÙI QUANG DUY NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯNG CHI TIẾT ĐÚC TỪ HP KIM NHÔM ADCADC-12 VÀ ADCADC-10 TRONG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ÁP LỰC CAO CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, NG 06/ MINH, THÁNG 06/ 2008 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Lưu Phương Minh Cán chấm nhận xét 1: …………………………………… Cán chấm nhận xét 2: …………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC -oOo - TP.HCM, ngày 05 tháng 02 năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Bùi Quang Duy Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1979 Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Giới tính: Nam Nơi sinh: Tiền Giang MSHV: 00406056 Khóa (Năm trúng tuyển): 2006 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯNG CHI TIẾT ĐÚC TỪ HP KIM NHÔM ADC12 VÀ ADC10 TRONG TRONG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ÁP LỰC CAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - - Khảo sát dạng khuyết tật tồn sản xuất đúc áp lực nói chung, chi tiết máy động lực nói riêng Nghiên cứu lý thuyết trình đúc áp lực Nghiên cứu lý thuyết vấn đề xử lý khí hợp kim nhôm lỏng Mô trình nhiệt đúc áp lực phần mềm Magma Nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc Ứng dụng thực tế cho chi tiết nắp hông động Diezel RV125, vật liệu ADC12 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 20/06 20/06/2007 /06/2007 30/06/2008 0/06/2008 TS LƯU PHƯƠNG MINH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn: Cán hướng dẫn khoa học: TS Lưu Phương Minh tạo điều kiện thuận lợi hướng dẫn tận tình công trình nghiên cứu Các cán nhận xét: Cán nhận xét Cán nhận xét dành thời gian đọc, nhận xét luận văn Quý Thầy, Cô Hội Đồng Chấm Luận Văn Thạc Só Trường Đại Học Bách Khoa, quý Thầy, Cô giảng dạy truyền đạt kiến thức cho suốt chương trình học Và xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Cảnh cung cấp tài liệu dẫn thêm trình làm thực nghiệm Tôi chân thành cảm ơn, Anh Nguyễn Hưng Quốc Giám đốc Công ty cổ phần NAKYCO tập thể công nhân viên công ty giúp đỡ việc thực đề tài Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, anh chị em, quý bạn bè cộng động viên tinh thần, giúp đỡ vật chất tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học, nghiên cứu thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 07 năm 2007 Tác giả Bùi Quang Duy LỜI NÓI ĐẦU Nước ta có truyền thống nước nông nghiệp, nên trình độ kỹ thuật chậm phát triển so với nước công nghiệp giới Ngành đúc ngành góp phần quan trọng việc chế tạo sản phẩm khí Nó tạo phôi cho trình gia công tạo sản phẩm sử dụng trực tiếp Tuy nhiên, công nghệ đúc nước chủ yếu đúc khuôn cát đúc tónh khuôn kim loại, thao tác thủ công nên suất chất lượng thấp, khả đúc sản phẩm thành mỏng, yêu cầu kỹ thuật cao Công nghệ đúc tiên tiến nước áp dụng phổ biến năm gần đây, tài liệu hạn chế, kỹ thuật yếu nên sản phẩm tạo nhiều phế phẩm chất lượng chưa cao Đúc áp lực cao Việt Nam liệt kê vào phương pháp đúc đặc biệt cần phát triển Trong đề tài “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng chi tiết đúc từ hợp kim nhôm ADC-12 ADC-10 phương pháp đúc áp lực cao’’ nhằm giải số vấn đề kỹ thuật nóng bỗng, vướng mắc góp phần bổ sung nguồn tài liệu cho lónh vực đúc nước A THESIS SUMMARY High presure die casting was found in Vietnamese about years of the end 20th 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 Bùi Quang Duy TÓM TẮT LUẬN VĂN Đúc áp lực cao gia nhập vào Việt Nam vào năm cuối kỷ 20 Chúng xếp vào nhóm phương pháp đúc đặc biệt Sản phẩm đúc áp lực cao sử dụng nhiều động xe máy, động diezen, công nghiệp, dân dụng, góp phần quan trọng việc tạo phôi cho trình gia công khí,… Chúng có nhiều ưu điểm sau : Có thể tạo sản phẩm thành mỏng, bề dày đồng đều, kích thước sản phẩm ổn định, độ xác cao, độ nhẵn bề mặt cao, tính cao, tiết kiệm nguyên liệu, suất cao,… Hiện nhu cầu sản phẩm đúc áp lực lớn Riêng công ty HONDA Việt Nam có nhu cầu 10 triệu sản phẩm năm Tuy nhiên, sản phẩm đúc áp lực cao tỉ lệ phế phẩm cao, chất lượng thấp, chưa đáp ứng nhu cầu thị trường nước nước Trong luận văn này, đưa giải pháp công nghệ kết hợp đồng biện pháp biện pháp xử lý tiên tiến, để thay phương pháp xử lý củ không hiệu trước Nhằm khắc phục khuyết tật, giảm tỉ lệ phế phẩm nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ thấp giá thành, tăng khả cạnh tranh thị trường Tác giả Bùi Quang Duy MỤC LỤC Lời nói đầu Trang Chương TỔNG QUAN QUAN 1.1 Tình hình đúc áp lực cao giới .1 1.2 Nhu cầu sản phẩm đúc áp lực cao Việt Nam 1.3 Các dạng sản phẩm đúc áp lực cao 1.3.1 Phân loại sản phẩm tiêu biểu 1.3.2 Ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng .4 1.3.2.1 Ưu, nhược điểm .4 1.3.2.2 Phạm vi sử duïng .5 1.3.3 Các khuyết tật thường gặp vật ñuùc 1.4 Các vấn đề kỹ thuật vướng mắc cần giải 11 1.5 Tính cấp thiết đề tài, ý nghóa khoa học thực tiễn 12 1.6 Mục tiêu phương pháp nghiên cứu đề tài 12 1.6.1 Mục tieâu 12 1.6.2 Phương pháp nghiên cứu 13 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC ÁP LỰC CAO CAO 14 2.1 Quy trình đúc áp lực cao 14 2.2 Nguyên lý đúc áp lực cao .15 2.3 Hợp kim đúc áp lực cao 16 2.3.1 Yêu cầu hợp kim đúc áp lực .16 2.3 Hợp kim nhôm đúc áp lực 16 2.4 Caùc yếu tố tác động trực tiếp đến sản phẩm đúc 18 2.4.1 Sơ đồ mối liên hệ yếu tố 18 2.4.2 Phân tích yếu tố ảnh hưởng 18 2.4.3 Những điểm cần lưu ý thiết kế vật đúc 19 2.5 Lý thuyết tính toán trình đúc áp lực 20 2.5.1 Tính toán trình điền đầy 20 2.5.2 Tính toán áp suất nén, lưu lượng hành trình ép .22 2.5.3 Tính nhiệt độ 23 2.6 Chế độ khí khuôn trình đúc áp lực 24 2.6.1 Sự chảy tràn khí từ buồng ép vào hốc khuôn 24 2.6.2 nh hưởng chất bôi trơn đến chế độ khí khuôn 25 2.6.3 Chân không hoá, tạo chênh lệch áp khuôn đúc áp lực chu kỳ ép 26 2.7 Dòng chảy trình ñuùc 28 2.7.1 Dòng chảy buồng ép .29 2.7.2 Dòng chảy rãnh dẫn 38 2.7.3 Dòng chảy hốc khuôn 38 2.8 Nhiệt trình đúc 42 2.8.1 Trao đổi nhiệt kim loại lỏng với khuôn 42 2.8.2 Trao đổi nhiệt hai khuôn môi trường 47 Chương 3 BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ NGHỆ XỬ LÝ RỖ XỐP, TẠP CHẤT, KHÔNG ĐIỀN ĐẦY VÀ GIÁP MÍ CỦA SẢN PHẨM 57 3.1 Biện pháp xử lý phổ biến Việt Nam 57 3.2 Cơ sở khoa học việc khử khí hợp kim nhôm lỏng 57 3.2.1 Cơ sở lý thuyết tinh luyện-khử khí hợp kim nhôm công nghệ đúc áp lực .57 3.2.1.1 Nhiệt động học phân bố hydro hợp kim lỏng khí tinh luyeän 58 3.2.1.2 Caùc quaù trình hoá lý hệ hợp kim nhôm lỏng-khí tinh luyện .61 3.2.1.3 Các trình thủy động học hệ kim loại lỏng-khí tinh luyện 64 3.2.1.4 Quy luật động học phân bố hydro kim loại lỏng khí tinh luyện 67 3.2.1.5 Các quy luật tương tác tạp phi kim với khí tinh luyện hợp kim nhôm lỏng 71 3.2.2 Giải pháp khử khí 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 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 82 Chương 4 QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MAGMA 84 4.1 Xây dựng mô hình mô 84 4.1.1 Mô hình mô 85 4.1.2 Dữ liệu mô .85 4.2 Kết mô phần mềm Magma 88 4.2.1 Kết dòng chảy 88 4.2.2 Kết trình điền đầy đông đặc 89 4.2.3 Kết khuyết tật sản phẩm .94 4.2.4 Kết nhiệt độ khuoân 97 Chương Chương KẾT QUẢ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT THỰC TẾ 100 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 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 quaû 105 5.5.2.1 Kết kiểm tra khuyết tật bên .105 5.5.2.2 Kết kiểm tra không phá hủy 108 5.5.2.3 Kết kiểm tra phá hủy 109 109 Qua keát kiểm tra không phá huỷ ta thấy chất lượng sản phẩm cải tiến dần áp dụng kết hợp biện pháp công nghệ Kết kiểm tra xí nghiệp BASON có chứng nhận đính kèm phụ lục [2] 5.5.2.3 Kết kiểm tra phá hủy Trước cắt mẫu, ta tiến hành dự đoán vị trí có khả sinh rỗ xốp, theo mô Magma kinh nghiệm thực tế Sau ta xác định vị trí cắt mẫu Số lượng mẫu cắt : 15 mẫu Hình 5-11 Dự đoán vị trí rỗ xốp vị trí cắt mẫu Hình 5-12 Mẫu cắt theo vị trí xác định 110 Hình 5-13 nh quan sát mắt thường từ mẫu cắt 111 Bảng 5-1 Kết cắt mẫu: Mẫu Kích thước rỗ, mm 1 1,5 5 0,5 0,7 10 11 0.6 12 13 10 14 0.5 Từ kết quan sát được, ta chọn mẫu không nhìn thấy khuyết tật rỗ xốp mắt thường để tẩm thực kiểm tra qua kính lúp Quá trình kiểm tra gồm bước sau : Chuẩn bị mẫu : Dùng mẫu cắt để kiểm tra rỗ xốp, diện tích bề mặt quan sát lớn 10mm x 10mm Mẫu làm phẳng, mài thô, sau mài tinh giấy nhám 20àm ữ 28àm Be maởt sau maứi tinh, ủửụùc tẩm thực sodium hydroxide 10÷15% theo khối lượng gia nhiệt 60÷800C, quan sát thấy bề mặt bị mờ Dùng axít nitric 20÷30% theo khối lượng, để tẩy lớp mờ Quan sát mẫu : Đặt mẫu nghiêng góc 10÷150 theo phương ánh sáng, sau dùng kích lúp có độ khuếch đại 10 lần, để quan sát so sánh cấp độ rỗ xốp theo tiêu chuẩn ISO 10049 (1992-04-01) Phụ lục[1] 15 112 Hình 5-14 nh quan sát qua kính lúp sau tẩm thực Bảng 5-2 Kết kiểm tra rỗ xốp theo ISO 10049 (1992-04-01) Mẫu Cấp rỗ xoáp 5 5 >5 10 11 12 13 >5 14 15 Do chi phí kiểm tra phá hủy lớn, nên số sản phẩm lại tiến hành gia công hoàn chỉnh thành phẩm quan sát vị trí gia công Hình 5-15 nh quan sát vị trí gia công Từ thống kê kết kiểm tra, ta được: y1 – Số chi tiết không bị khuyết tật giáp mí không điền đầy y2 – Số chi tiết không bị rỗ xốp mức rỗ xốp nhỏ cấp Bảng 5-3 Kết thống kê khuyết tật Mẫu y1 y2 9 5 10 5 0 10 10 11 12 13 10 10 14 15 10 10 113 Qua kết kiểm tra, ta thấy chất lượng sản phẩm cải thiện áp dụng giải pháp đồng biện pháp công nghệ Mô hình áp dụng vào sản xuất thực tế nên kết chứng minh Đúng kết phân tích lý thuyết từ biện pháp công nghệ Kết cho thấy rằng, phương án kết hợp đồng giải pháp công nghệ cho kết tốt nhất, mà biện pháp xử lý đơn lẻ cho kết bị giới hạn 5.6 5.6 Xét ảnh hưởng thông số đến chất lượng sản phẩm Để kiểm tra khả điền đầy mức độ rỗ xốp chi tiết nắp hông RV125 ta dùng phương pháp thực nghiệm yếu tố phần Thực nghiệm yếu tố phần thực nghiệm tiến hành số kết hợp mức yếu tố Bằng nghiên cứu lý thuyết kinh nghiệm thực tế ta cố định vài yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Ta có yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả điền đầy mức độ rỗ xốp chi tiết Gọi x1: thể tích khí argon sục vào nhôm lỏng V - Khi mức cao: x1=1 V =300 lít - Khi mức 0: x1=0 V = 250 lít - Khi mức thấp: x1 =-1 V = 200 lít Gọi x2: diện tích miệng phun S - Khi mức cao: x2=1 S = 390,5 mm2 - Khi mức 0: x2=0 S = 330,5 mm2 - Khi mức thấp: x2 =-1 S = 270,5 mm2 Gọi x3: áp suất chân không quan sát từ đồng hồ bình tích áp P - Khi mức cao: x3=1 P = 0,6 atm - Khi mức 0: x3=0 P = 0,7 atm - Khi mức thấp: x3 =-1 0,8 atm Gọi x4: yếu tố hiệu ứng tương tác x1, x2, x3 x4 = x1x2x3 Do số yếu tố ảnh hưởng đến khả điền đầy mức độ rỗ xốp k = nên ta chọn phương án thực nghiệm yếu tố phần để tính toán kiểm nghiệm, : Khả điền đầy xét khả tạo thành hình dáng bên chi tiết theo mong muốn thiết kế, quan sát mắt Mức độ rỗ xốp nhiều chấp nhận tương ứng cấp 2, tiêu chuẩn quốc tế ISO 10049 ( phiên 1992-04-01), kiểm tra hai phương pháp ( phá huỷ không phá hủy) Giá trị thu thập giá trị thống kê số sản phẩm đạt tổng số sản phẩm đúc (tính theo phần trăm) Gọi y1 – phần trăm số chi tiết không bị khuyết tật không điền đầy 114 y2 – phần trăm số chi tiết không bị rỗ xốp mức rỗ xốp nhỏ cấp Bảng 4-1 Số liệu tính toán thực nghiệm stt x0 x1 x2 x3 x1 x2 x1 x3 x2 x3 10 11 12 13 14 15 -1 -1 -1 -1 α -α 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 0 α -α 0 1 1 -1 -1 -1 -1 0 0 α -α -1 -1 1 -1 -1 0 0 0 -1 -1 -1 -1 0 0 0 1 -1 -1 -1 -1 1 0 0 0 x1' x3' x2' +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.746 -0.73 +0.746 -0.73 -0.73 +0.746 -0.73 +0.746 -0.73 -0.73 -0.73 -0.73 -0.73 -0.73 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 +0.27 -0.73 -0.73 -0.73 -0.73 +0.746 +0.746 -0.73 x4 y1 (%) -1 -1 1 -1 -1 0 0 0 90 90 50 50 70 60 10 100 90 90 70 100 90 100 y (%) 80 70 50 30 50 40 0 100 90 80 30 100 80 100 Làm thêm thí nghiệm tâm: y110 = 90 ; y120 = 100 ; y130 = 100 0 y 21 = 100 ; y 22 = 100 ; y 23 = 90 Sử dụng phương án quy hoạch trực giao bậc hai Ta có: k = (4 yếu tố) ⇒ Thực nghiệm yếu tố phần: 24-1 = thí nghiệm n0=1 (1 thí nghiệm tâm) ⇒ thí nghiệm tâm 2(k-1) điểm ⇒ × (4 − 1) = thí nghiệm Tổng cộng có N=15 thí nghiệm thực nghiệm Tra bảng 4.5 trang 56 [6] ⇒ α = 1.476 ⇒ α = 1,215 p dụng công thức 4.7 trang 55 [6]: N x' j = x 2j − x j2 = x 2j − ∑x i =1 N ji + ×1.476 15 = x 2j − N Với: x = ⇒ x' j = x 2j − x j2 = x 2j − j ∑x ji i =1 N = 1− + ×1.476 = 0,27 15 N x = ⇒ x' j = x 2j − x j2 = x 2j − j ∑x i =1 N ji =0− + × 1.476 = −0,73 15 115 N x = 1.476 ⇒ x' j = x 2j − x j2 = x 2j − j ∑x i =1 N ji = 1.476 − + ×1.476 = 0.746 15 Vậy phương trình hồi quy có dạng: yˆ = b0' + ∑ b j x j + j =1 ∑ b jl x j xl + ∑ b jj x 2j 1≤ j