Nghiên cứu tính toán thiết kế khuôn đúc áp lực cao chi tiết hợp kim nhôm có sử dụng phần mềm solidworks procast

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------      ---------- TRẦN CÔNG THỨC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN ðÚC ÁP LỰC CAO CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS-PROCAST LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ðINH BÁ TRỤ HÀ NỘI - 2010 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đ đợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà nội, ngày . Tháng năm 2010 Tác giả luận văn Trn Cụng Thc Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . ii Lời cảm ơn Trớc hết, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn khoa học PGS.TS Đinh Bá Trụ đ tận tình hớng dẫn, nghiêm khắc chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn, đ định hớng giải quyết các vấn đề khoa học cho luận văn. Đồng thời chỉnh sửa cấu trúc luận văn, để luận văn hoàn thành đúng thời hạn Tôi xin cảm ơn trờng ĐH Nông nghiệp Hà Nội, Viện sau đại học, Khoa Cơ Điện, đ tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng cám ơn Ban lnh đạo Công ty Điện cơ Hà Nội ủó to ủiu kin ủ Tôi hon thnh thớ nghim trờn mỏy ủỳc ỏp lc cao, để cho luận văn đảm bảo tiến độ. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn các đồng nghiệp, đ góp ý kiến xây dựng để luận văn có chất lợng cao. Hà nội, ngày . Tháng năm 2010 Tác giả luận văn Trn Cụng Thc Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . iii Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn.ii Mục lụciii Danh mục bảng.vi Danh mục hìnhvii LI NểI U I 1. Tính cấp thiết của đề tài . 1 2. Mục tiêu đề tài 2 3. Nội dung đề tài . 2 4. Phơng pháp nghiên cứu: . 3 CHNG 1: TNG QUAN UC P LC V NG DNG C P LC CAO VO NH MY 4 1.1. Khái niệm . 4 1.2. Các u nhợc điểm của công nghệ đúc 9 1.2.1. Đúc trong khuôn kim loại 9 1.2.2. Đúc áp lực thấp hay đúc trong khuôn nóng 9 1.2.4. Đúc ép bán lỏng 11 1.3. Kết cấu máy đúc áp lực cao .11 1.3.1. Sơ đồ kết cấu máy đúc áp lực cao 13 1.3.2. Nguyên lý vận hành 15 1.4. Một số vấn đề về công nghệ khi đúc áp lực . 19 1.4.1. Chất lợng sản phẩm .19 1.4.2. Khuyết tật đúc và các biện pháp phòng ngừa 20 1.4.3. Tình hình phát triển đúc áp lực ở Việt Nam .22 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . iv KT LUN CHNG 1: 24 CHNG 2 C S Lí THUYT C P LC CAO HP KIM NHễM 25 2.1. Thuộc tính của một số hợp kim nhôm sử dụng trong công nghiệp 25 2.1.1. Hp kim nhôm đúc h Al - Cu . 26 2.1.2. Hp kim nhôm đúc trên c s h Al - Mg . 27 2.1.3. Hợp kim nhôm 16 (AlCu 4 Mg) . 27 2.1.4. Hp kim nhụm ủỳc h AL - Si (Silumin) . 27 2.2. Cơ sở tính toán thiết kế dòng chảy . 35 2.2.1. Kết cấu khuôn 35 2.2.2. Tính toán thiết kế lòng khuôn đúc Solidworks .36 2.3. Mô phỏng bài toán dòng chảy trong rnh dẫn . 45 2.3.1. Điều kiện biên bài toán 45 KT LUN CHNG 2: .48 CHNG 3: THIT K KHUễN C P LC BNG CễNG NGH 3D .49 3.1. Kết cấu công tơ điện . 49 3.2. Kết cấu khung công tơ và yêu cầu kỹ thuật, công nghệ khi đúc 49 3.3. Tính toán thiết kế sơ bộ thông số công nghệ 52 3.3.1. Phơng án thiết kế khuôn khung công tơ . 52 3.3.2. Tính toán - Thiết kế sơ bộ các thông số công nghệ và khuôn 53 3.4. Thiết kế lòng khuôn và khối khuôn bằng SolidWorks . 56 3.4.1. Hình dáng và các bộ phận cơ bản của khuôn .56 3.4.2. Bố trí rnh dẫn, lòng khuôn 57 3.4.3. Tính toán cổng vào - rnh dẫn 59 3.4.4. Điền đầy hốc khuôn .62 3.4.5. Góc nghiêng thành lòng khuôn . 66 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . v KT LUN CHNG 3: 69 CHNG 4: KHO ST CC THễNG S CễNG NGH V TI U CễNG NGH .70 4.1. Các u việt của mô phỏng 70 4.2. Phần mềm mô phỏng quá trình đúc áp lực cao PROCAST 71 4.2.1. Giới thiệu về Procast 71 4.2.2. Sơ đồ bài toán 72 4.2.3. Nguyên tắc mô phỏng tối u đúc áp lực cao 72 4.3. Mô phỏng đúc áp lực cao khung công tơ .73 4.3.1. Mô hình hình học trong ProCAST . 73 4.3.2. Mô hình vật liệu .74 4.3.3. Điều kiện biên .77 4.4. Kết quả mô phỏng và phân tích 79 4.4.1. Kho sỏt nhit ủ 79 4.4.2. Kho sỏt dũng chy 82 4.4.3. Khảo sát vectơ vận tốc .87 KT LUN CHNG 4 91 KT LUN: 92 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . vi Danh mục bảng Bảng 1.1: Khuyết tật vật đúc và biện pháp ngăn ngừa . 21 Bảng 2.1: Thành phần của một số hợp kim nhôm đúc 25 Bảng 2.3. Thành phần hoá học 30 Bng 2.4. Cỏc tham s nhit ủ v tc ủ khi thit k khuụn 47 Bảng 3.1: Quan hệ giữa chiều dày thành vật đúc với thời gian điền đầy 64 Bảng 3.2: Mối quan hệ Vật liệu - Giá trị vận tốc tại cổng ( W A ) . 64 Bảng 3.3: Quan hệ giữa góc nghiêng thành lòng khuôn với chiều cao và chiều dày vật đúc . 67 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . vii Danh mục hình Hình 1.1: Sơ đồ phân loại phơng pháp đúc . 4 Hình 1.2. Máy đúc áp lực thấp (Lòng khuôn nóng) và máy đúc áp lực cao (lòng khuôn nguội) . 5 Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ đúc áp lực thấp 5 Hình 1.4: Sơ đồ công nghệ đúc áp lực cao . 6 Hình 1.5. Máy đúc áp lực sử dụng công nghệ bán lỏng 8 Hình 1.6. Sơ đồ máy đúc áp lực cao . 12 Hình 1.7. Máy đúc áp lực cao . 12 Hình 1.8. Bản vẽ kết cấu máy đúc áp lực cao . 13 Hình 1.9. Sơ đồ máy đúc áp lực kiểu đứng . 15 Hình 1.10 : Quá trình đúc áp lực (theo MAGMASOFT) . 16 Hình 1.11: Các giai đoạn trong quá trình kim loại lỏng điền đầy khuôn 17 Hình1.12. Quá trình phun ép kim loại khi đúc áp lực . 18 Hình 1.13. Hệ thống thủy lực của cụm phun ép kim loại . 19 Hình 1.14. Sản phẩm đúc 19 Hình 1.15. Lò nấu bằng cảm ứng có khuấy từ 20 Hình 1.16. Một số sản phẩm đúc áp lực cao . 22 Hình 2.1. Giản đồ trạng thái hợp kim Al - Cu 26 Hỡnh 2.2. Gin ủ trng thái Al-Si v Al-Si-Mg . 28 Hình 2.3: Sơ đồ kết cấu khuôn đúc áp lực cao . 36 Hình 2.4. Kết cấu lòng khuôn đúc .36 Hình 2.5: Vị trí rnh dẫn trong khuôn đúc . 38 Hình 2.6: Sơ đồ xác định tốc độ phun ép và thời gian 39 Hình 2.7. Truyền nhiệt trong vật đúc 41 Hình 2.8. Mô hình khuôn đúc áp lực cao . 45 Hình 3.1: Công tơ điện . 49 Hình 3.2: Bản vẽ khung công tơ điện . 50 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . viii Hình 3.3 Mô hình 3D khung công tơ 51 Hình 3.4: Sơ đồ phơng án thiết kế khuôn đúc 52 Hình 3.5: Sơ đồ tính áp lực đặc trng .54 Hình 3.6: Sơ đồ tỉ lệ điền đầy .55 Hình 3.7: Sơ đồ tiệm cận chậm .55 Hình 3.8: Khối khuôn . 56 Hình 3.9: Kết cấu khuôn đúc áp lực . 57 Hình 3.10: Cách bố trí lòng khuôn . 57 Hình 3.11: Cách bố trí rnh dẫn và lòng khuôn . 58 Hình 3.12: Cổng phun ảnh rnh dẫn .59 Hình 3.13: Biên dạng rnh dẫn . 59 Hình 3.14: Hình nguyên tắc thiết kế rnh dẫn và cửa phun . 60 Hình 3.15: Các cách bố trí cửa phun . 61 Hình 3.16: Chế độ điền đầy hốc khuôn 62 Hình 3.17: Sự hình thành sóng khi bắn 63 Hình 3.18: Biểu đồ kiểm tra thông số cổng 63 Hình 3.19: Đồ thị quan hệ giữa góc nghiêng thành lòng khuôn với chiều dày và chiều dài vật đúc 67 Hình 3.20: Bản vẽ vật đúc và khuôn cuối cùng 68 Hình 4.1: Mô hình vật đúc trong Procast 73 Hình 4.2: Tỷ lệ pha theo nhiệt độ của nhôm ACD12 . 74 Hình 4.3: Biểu đồ mật độ khối biến thiên theo nhiệt độ của nhôm ACD12 74 Hình 4.4: Enthalpy của vật liệu nhôm ACD12 .75 Hình 4.5: Hệ số dẫn nhiệt của nhôm ACD12 . 75 Hình 4.6: Biểu đồ Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu khuôn . 76 Hình 4.7: Biểu đồ Enthalpy của vật liệu làm khuôn . 76 Hình 4.8: Tỷ lệ pha theo nhiệt độ của vật liệu làm khuôn 77 Hình 4.9. Mô hình vật đúc và điểm đặt đầu vào 78 Hình 4.10: Vị trí các điều kiện biên . 79 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . ix Hỡnh 4.11. Kt qu mụ phng nhit ủ 80 Hỡnh 4.12. Thi gian ủin ủy . 81 Hỡnh 4.13.Thi gian kt tinh sau khi ủin ủy 81 Hỡnh 4.14. Kt qu mụ phng dũng chy, thi gian ủin ủy . 83 Hình 4.15. Sau 0,004 giây, dòng chảy điền đầy rnh dẫn chính dòng chảy vào rnh dẫn phụ và bắt đầu tới cửa phun thực hiện quá trình điền đầy lòng khuôn. . 84 Hình 4.16. Sau 0,0122 giây, điền đầy khoảng 50% lòng khuôn . 84 Hình 4.17. Sau 0,016 giây, điền đầy khoảng 70% lòng khuôn 85 Hình 4.18. Sau thời gian 1, 492 giây kim loại điền đầy lòng khuôn, không còn chỗ trống . 85 Hình 4.19. Đến 1,492 giây (tính từ sau khi điền đầy) phần chi tiết kết tinh hoàn thành, còn phần rnh dẫn . 86 Hình 4.20. Đến 3,6s (tính từ sau khi điền đầy hoàn toàn) vật đúc kết tinh hoàn toàn. 86 Hình 4.21. Hình khảo sát tốc độ dòng 87 Hình 4.22. Tốc độ dòng khi bắt đầu phun vào lòng khuôn 87 Hình 4.23. Tốc độ dòng tại thời điểm đ điền đầy 1 phần lòng khuôn 88 Hình 4.24. Tốc độ dòng vào giai đoạn gần cuối khi phun 88 Hình 4.25. Tốc độ dòng tại điểm kết thúc phun .89 . ---------- TRẦN CÔNG THỨC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN ðÚC ÁP LỰC CAO CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS- PROCAST LUẬN VĂN THẠC SĨ. sâu nghiên cứu bài toán dòng chảy của kim loại, bài toán nhiệt, bài toán độ bền khuôn. Nghiên cứu sử dụng phần mềm Solidworks và ProCAST, ứng dụng phần mềm