4.4.1. Chuẩn bị thiết bị khuấy bỏn lỏng
Là thiết bị đó đƣợc sử dụng trong đề tài mó số KC.02-23/06-10 “Nghiờn cứu ứng dụng cụng nghệ đỳc bỏn lỏng để chế tạo cỏc sản phẩm từ hợp kim nhụm cú độ bền cao trong ngành chế tạo mỏy động lực, ụ tụ, xe mỏy” [5]. Đú là thiết bị khuấy bỏn lỏng bằng trục graphite, với cỏc cụng tỏc chuẩn bị nhƣ sau:
- Kiểm tra hoạt động của cỏc can nhiệt, đồng hồ hiển thị,... lắp trục khuấy graphite - Kiểm tra hoạt động của thiết bị khuấy ở chế độ vận hành bằng tay:
+ Đúng điện, kiểm tra tốc độ quay của trục, thay đổi số vũng quay bằng triết ỏp. + Kiểm tra quỏ trỡnh dịch chuyển lờn, xuống của trục graphite
- Kiểm tra hoạt động của thiết bị ở chế độ tự động:
+ Đặt cỏc hạn vị vị trớ dịch chuyển lờn, xuống của trục graphite + Đặt nhiệt độ bắt đầu khuấy và nhiệt độ kết thỳc khuấy + Đặt tốc độ quay của trục khuấy graphite
Chuẩn bị sẵn sàng hợp kim A356 đó đƣợc tiến hành nấu luyện bằng lũ điện trở, kim loại lỏng duy trỡ ở nhiệt độ là 6500
C. Gầu rút đƣợc sơn, sấy kỹ để chuẩn bị cho cụng đoạn chế tạo vật liệu bỏn lỏng.
4.4.2. Chuẩn bị thiết bị đỳc ỏp lực
Hai khõu cơ bản và quan trọng mang tớnh quyết định sự thành cụng của đỳc ỏp lực cao là: - Lắp đặt, thiết lập cỏc chế độ hoạt động của bộ khuụn
- Tớnh toỏn cỏc thụng số cụng nghệ, cài đặt cho mỏy đỳc.
Sau khi đó hoàn thành hai khõu này, mỏy làm việc hoàn toàn tự động theo lập trỡnh. Thao tỏc cũn lại chỉ đơn giản là rút, bấm nỳt cho mỏy chạy và gắp lấy sản phẩm ra.
4.4.2.1. Cỏc thao tỏc lắp bộ khuụn
Tiến hành tuần tự từng bƣớc theo lƣu trỡnh. Ký hiệu đƣợc hiểu là bƣớc tiếp theo.
- Lắp khuụn tĩnh: Căn chỉnh lỗ xilanh trờn khuụn vào khớt với đầu buồng nạp nhụ ra
Gỏ khuụn nhẹ nhàng Dựng thƣớc đo để căn chỉnh cạnh bờn khuụn song song với cạnh bờn của bệ mỏy gỏ chặt
- Lắp khuụn động: Gỏ 4 lỗ dẫn hƣớng trờn khuụn động vào 4 chốt dẫn hƣớng trờn khuụn tĩnh Căn chỉnh để bề mặt khuụn động song song với bề mặt khuụn tĩnh Bật
63 cụng tắc nguồn của mỏy, bật mỏy Gạt cụng tắc đúng khuụn ẫp khuụn động vào
Khi bề mặt khuụn động khộp chặt với bề mặt khuụn tĩnh thỡ dừng lại Tiến hành lắp bu lụng để cố định khuụn động
- Thiết lập hành trỡnh di chuyển của hệ thống chốt đẩy sản phẩm.
4.4.2.2. Chuẩn bị hỗn hợp sơn tỏch khuụn
Hỗn hợp sơn tỏch khuụn dựng cho đỳc ỏp lực phải đỏp ứng cỏc yờu cầu: + Khi chỏy khụng sinh ra nhiều khớ
+ Cú khả năng dớnh bỏm tốt vào bề mặt khuụn + Chống dớnh bỏm sản phẩm vào khuụn tốt
4.4.2.3. Chuẩn bị dầu bụi trơn đầu pisttụng
- Do dầu bụi trơn này cú chức năng tạo lớp đệm làm việc ở mụi trƣờng nhiệt độ cao giữa piston và xi lanh, vỡ vậy yờu cầu của loại dầu này là:
+ Nhiệt độ chỏy cao, khi chỏy ớt khớ sinh
+ Độ sệt lớn hay tỉ trọng lớn để khi làm việc ở nhiệt độ cao khụng bị chảy loóng, gõy kộm dớnh bỏm vào bề mặt đầu piston và khiến cho piston bị mũn nhanh.
- Trƣớc mỗi kớp sản xuất, phải tiến hành kiểm tra và bổ sung dầu bụi trơn piston nhằm trỏnh hiện tƣợng hết dầu giữa ca sản xuất, vừa giỏn đoạn sản xuất vừa gõy hỏng piston.
4.4.2.4. Lập trỡnh chế độ đỳc ỏp lực lực
a. Thiết lập cỏc thụng số điều khiển
Trờn hỡnh 4.2. giới thiệu bảng điều khiển của mỏy đỳc với cỏc nỳt bấm, nỳt điều chỉnh liờn quan tới cỏc lệnh và cỏc thụng số cụng nghệ.
Hỡnh 4.2. Bảng điều khiển của mỏy đỳc ỏp lực cao 420 tấn
Thụng qua cỏc cụng thức tớnh toỏn, ta thiết lập cỏc thụng số về quóng đƣờng chuyển động chớnh của piston (hỡnh 4.3). Đõy chớnh là cỏc bƣớc 13, 15, chiều dài tớnh từ đỉnh piston đến vấu lồi, 18 của mỏy (theo ký hiệu ghi trờn mỏy).
64
Hỡnh 4.3. Cỏc giai đoạn chuyển động chớnh của piston
- Thiết lập thụng số chiều dài tớnh từ đỉnh piston đến vấu lồi (bước 16)
Khởi động mỏy, ộp khuụn động và khuụn tĩnh vào với nhau, di chuyển piston cho đến khi chạm vào vấu lồi, thụng số này đo đƣợc 460mm.
- Thiết lập thụng số đẩy đậu thừa ra khỏi khuụn tĩnh (bước 18)
Nhằm nõng cao hiệu quả hoạt động của piston trong quỏ trỡnh tống vật đỳc, đậu thừa (biscuit) ra khỏi nũng xi lanh đẩy, thụng thƣờng nờn thiết lập thụng số bƣớc 18 = bƣớc 16 + 15 mm = 475 mm.
- Thiết lập thụng số khoảng cỏch từ điểm xuất phỏt của piston đến vị trớ mà kim loại lỏng điền đầy xilanh nạp (bước 13)
+ Thụng số bƣớc 13 chớnh là khoảng cỏch L1 tớnh từ điểm xuất phỏt đến vị trớ piston bắt đầu chuyển động với tốc độ cao.
Khoảng cỏch L1 đƣợc tớnh từ cụng thức A L 1 1 V 46 (cm) (4.1) Trong đú:
V1: Thể tớch hốc khuụn chứa kim loại lỏng V1=
g W
(cm3) (4.2)
Với g: trọng lƣợng riờng của hợp kim nhụm lỏng (nhụm 2,54 g/cm3
). A: Diện tớch mặt cắt ống dẫn liệu (S xilanh)
4
2
xD A
(cm2) (4.3)
Với: D là đƣờng kớnh xi lanh (trong trƣờng hợp này D = 60mm) W: Khối lƣợng rút đƣợc tớnh theo cụng thức sau:
W= khối lƣợng sản phẩm + hệ thống rút + hệ thống đậu tràn Cụ thể với phụi mẫu thử là:
W= 0,3 + 0,2 + 0,1 = 0,6 (kg)
Đƣa cỏc giỏ trị W, D, g vào cụng thức 4.1, tớnh ra đƣợc L1 = 377 mm
Vận tốc chậm Bọt khớ Vận tốc cao Quỏ trỡnh tăng ỏp
65
- Thiết lập thụng số bước 15
Tổng khoảng cỏch chuyển động của piston đo đƣợc ở bƣớc 16 là L = 460 mm. Khoảng cỏch này đƣợc chia ra nhƣ sau:
L = L1 + l2 + l3 + L4 (mm) (4.4)
trong đú: L: Quóng đƣờng tổng. Giỏ trị này đó đƣợc thiết lập ở bƣớc 16.
L1: Khoảng cỏch piston đẩy hợp kim nhụm trong nũng buồng ộp ở vận tục chậm, đó tớnh L1 = 377 mm
l2: Khoảng cỏch piston đẩy hợp kim điền đầy hốc khuụn ở vận tốc nhanh l3: Khoảng cỏch tăng ỏp lực đỳc, chọn L3 = 20mm
L4: Độ dày lớp vật liệu lƣu lại ở rónh dẫn, đặt L4 = 15 mm
Đƣa cỏc giỏ trị L, L1, l3 , L4 vào cụng thức 4.4 tớnh đƣợc l2 = 48 mm
- Cài đặt cỏc thụng số về quóng đƣờng dịch chuyển của piston tớnh từ điểm xuất phỏt nhƣ trờn vừa tớnh đƣợc đối với khuụn đỳc mẫu thử:
bƣớc 13: L1 = 377mm
bƣớc 15: L2 = L1 + l2 = 377mm + 48mm = 425 mm bƣớc 16: L3 = L2 + l3 = 425mm + 20mm = 445 mm bƣớc 18: Lđsp = L + 15mm = 460mm + 15mm = 475mm b. Thiết lập vận tốc của piston ở cỏc giai đoạn khi cú ỏp lực ộp tĩnh
- Cỏc thụng số giỏ trị vận tốc của piston đƣợc cài đặt nhƣ sau: + Đặt vận tốc V1=1 m/giõy
+ Đặt vận tốc V2=1,5 m/giõy + Đặt vận tốc V3=1,2 m/giõy
- Cỏc nghiờn cứu khi thay đổi ỏp lực ộp tĩnh:
180MPa; 185MPa; 190MPa; 195MPa; 200MPa; 205Mpa
4.4.3. Chế tạo mẫu thử
a. Quỏ trỡnh sấy khuụn, sấy buồng ộp
Khi khuụn, buồng nạp đang cũn nguội, thỡ việc đỳc sản phẩm ngay rất dễ gõy nờn cỏc khuyết tật bề mặt sản phẩm nhăn và rất dễ dớnh trờn khuụn. Mặt khỏc do chịu ỏp suất lớn và nhiệt độ cao một cỏch đột ngột, khuụn cũng dễ bị nứt, hƣ hại. Vỡ vậy cần phải tiến hành cỏc bƣớc sấy khuụn, sấy buồng nạp nhƣ sau:
66 - Sấy buồng nạp, sấy khuụn tĩnh, khuụn động bằng mỏ đốt gaz, kiểm tra nhiệt độ bề mặt khuụn và buồng nạp đạt 1500C bằng thiết bị đo nhiệt độ khụng tiếp xỳc thỡ chuẩn bị cho quỏ trỡnh đỳc sản phẩm.
- Tuy nhiờn nhiệt độ trờn bề mặt khuụn và buồng nạp lỳc này chƣa đồng đều nờn cần phải đỳc ở chế độ khụng ỏp lực khoảng 4 đến 5 sản phẩm cho đến khi bề mặt của sản phẩm trắng sỏng khụng cũn màu đen của dầu tỏch khuụn chỏy trờn bề mặt thỡ tiến hành chế tạo sản phẩm.
b. Thực hiện chế tạo hợp kim nhụm A356 bỏn lỏng
Quỏ trỡnh khuấy bỏn lỏng đƣợc thực hiện bỏn tự động, đƣợc trỡnh bày trờn hỡnh 4.3. Kim loại lỏng đƣợc rút vào gầu rút (1) và đƣợc đặt trong bỡnh ổn nhiệt vỏ amiang cú lớp lút bằng bụng thủy tinh (2) đặt đồng tõm với trục khuấy. Đặt can nhiệt (3) vào khoảng giữa trục graphite với thành gầu rút. Quy trỡnh khuấy đƣợc đặt tự động nhƣ sau:
1) Khi nhiệt độ kim loại lỏng trong gầu rút (1) đạt 6250C thỡ động cơ (4) sẽ hoạt động dịch chuyển trục khuấy xuống phớa dƣới và dừng chuyển động khi chạm vào cụng tắc hành trỡnh (7). Khi đú mỳt dƣới của trục graphit cỏch đỏy gầu 1 – 2 cm (khoảng cỏch này cú thể điều chỉnh đƣợc bằng cỏch điều chỉnh vị trớ của cụng tắc hành trỡnh).
2) Đồng thời động cơ (5) sẽ hoạt động với tốc độ quay của trục khuấy ỉ30mm (6) là 200 vũng/phỳt.
3) Khi nhiệt độ trong gầu rút (1) đạt nhiệt độ là 6100C thỡ động cơ (5) sẽ dừng hoạt động, động cơ (4) sẽ đƣợc kớch hoạt để dịch chuyển trục khuấy lờn trờn và dừng dịch chuyển khi chạm vào cụng tắc hành trỡnh (8); thời gian khuấy khoảng 12ữ15 giõy.
4) Tiến hành rút ngay lập tức vào buồng nạp mỏy đỳc ỏp lực. Thời gian vận chuyển kim loại từ mỏy đỳc lƣu biến sang mỏy đỳc ỏp lực là 2-3s. Trong thời gian đú nhiệt độ trong gỏo rút giảm 10
. c. Chế tạo mẫu thử
- Làm sạch bề mặt khuụn và buồng nạp, tiến hành đúng khuụn chuẩn bị cho chu trỡnh đỳc ỏp lực.
- Thay đổi vận tốc dũng chảy trong hốc khuụn bằng cỏch thay đổi vận tốc V2 của piston từ 1,3m/s đến 1,7m/s.
- Nghiờn cứu ảnh hƣởng của ỏp lực ộp tĩnh đến tỉ trọng của mẫu chảy ở cỏc ỏp lực: 180MPa; 185MPa; 190MPa; 195MPa; 200MPa; 205MPa.
67 - Đỳc cỏc sản phẩm theo chu trỡnh đỳc đó lập trỡnh trờn mỏy đỳc ỏp lực 420 tấn. Tiến hành sơn khuụn tự động, đúng khuụn, rút kim loại bỏn lỏng vào buồng nạp, bấm nỳt bắn kim loại vào khuụn.
d. Sản phẩm mẫu thử
Cỏc sản phẩm mẫu thử đƣợc cắt khỏi hệ thống rónh dẫn, hệ thống thoỏt hơi, mài sạch ba via nhƣ hỡnh 4.5. Cỏc mẫu thử đƣợc gia cụng chế tạo cỏc mẫu thử độ bền kộo, mẫu đo độ cứng, mẫu đo tỷ trọng nhƣ trỡnh bày ở hỡnh 4.6.
Kết luận: Đó chế tạo đƣợc cỏc mẫu thử bằng phƣơng phỏp đỳc lƣu biến- ỏp lực theo cỏc chế độ cụng nghệ khỏc nhau để phục vụ cụng tỏc nghiờn cứu, kiểm tra về cơ lý tớnh.
1 2 3 8 5 6 4 7
68
69
CHƢƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ BèNH LUẬN
5.1. Kết quả mụ phỏng quỏ trỡnh điền đầy khuụn
Theo tài liệu [48] tỷ lệ giữa chiều dày rónh dẫn h và chiều dày thành vật đỳc H, với h/H= 1/2ữ3/4 đối với đỳc ỏp lực thỡ vận tốc dũng chảy ≤2m/s sẽ là dũng chảy tầng, với h/H= 3/4ữ4/5 đối với đỳc Lƣu biến- ỏp lực thỡ vận tốc dũng chảy 2ữ15m/s sẽ là dũng chảy tầng. Trờn cơ sở này lựa chọn tỷ lệ giữa chiều dày rónh dẫn h và chiều dày thành vật đỳc H là: h/H= 0,5; h/H= 0,7; h/H= 0,8 để tiến hành nghiờn cứu mụ phỏng về dũng chảy với đỳc Lƣu biến- ỏp lực trong quỏ trỡnh điền đầy hốc khuụn. Cỏc kết quả nghiờn cứu về vận tốc dũng chảy đƣợc thực hiện bằng phần mềm MAGMAsoft.
5.1.1. Kết quả mụ phỏng quỏ trỡnh điền đầy khuụn với tỷ lệ giữa chiều dày rónh dẫn h và chiều dày thành vật đỳc H, h/H = 0,5 rónh dẫn h và chiều dày thành vật đỳc H, h/H = 0,5
Kết quả mụ phỏng dũng chảy cho mẫu thử khuụn đỳc ỏp lực, khi rút hợp kim nhụm A356 ở nhiệt độ 6100
C, tỷ lệ giữa chiều dày rónh dẫn h và chiều dày thành vật đỳc H, h/H=0,5; vận tốc dũng chảy của kim loại trong hốc khuụn khoảng 2,9 m/s, dũng kim loại khụng điền đầy toàn bộ tiết diện ngang của mẫu thử (hỡnh 5.1).
Hỡnh 5.1. Vận tốc điền đầy khuụn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuụn P=79%, h/H=0,5
Khụng điền đầy tiết diện ngang của mẫu thử
70
Hỡnh 5.2. Vận tốc điền đầy khuụn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuụn P=89%, h/H=0,5
Hỡnh 5.3. Vận tốc điền đầy khuụn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuụn P=94%, h/H=0,5
Khụng điền đầy tiết diện ngang của mẫu thử Khụng điền đầy tiết diện ngang của mẫu thử Khụng điền đầy tiết diện ngang của mẫu thử Khụng điền đầy tiết diện ngang của mẫu thử
71 Tại thời điểm tỉ lệ điền đầy khuụn P=89%, P=94% hỡnh 5.2 và hỡnh 5.3, vận tốc dũng chảy khoảng 2,8ữ3m/s, xuất hiện hiện tƣợng dũng kim loại dội vào vỏch trờn cựng của thành khuụn và chảy bật ngƣợc lại, gõy khoảng trống chƣa đƣợc điền đầy ở vựng giữa chi tiết mẫu thử. Vựng khoảng trống này là khụng khớ trong hốc khuụn, một phần sẽ đƣợc thoỏt ra ngoài thụng qua rónh thoỏt khớ và cỏc chốt đẩy, phần cũn lại sẽ bị hũa lẫn trong chi tiết, ỏp lực ộp pha 2 sẽ làm cỏc phần tử khớ nhỏ mịn trong toàn thể tớch của chi tiết. Đõy chớnh là đặc trƣng của đỳc ỏp lực thụng thƣờng, vỡ cú những bọt khớ nhỏ mịn nằm trong chi tiết đỳc nờn cỏc sản phẩm đỳc ỏp lực thụng thƣờng khụng thể nhiệt luyện để cải thiện cơ lý tớnh đƣợc. Cỏc hỡnh ảnh mụ phỏng cũng cho thấy tớnh chất chảy rối của dũng kim loại với vận tốc khỏc nhau đan xen giữa cỏc vựng của mẫu.
Tiến hành thay đổi vận tốc dũng chảy của kim loại lỏng trong hốc khuụn bằng cỏch thay đổi vận tốc piston của pha 2 (quỏ trỡnh điền đầy hốc khuụn). Rút hợp kim nhụm A356 ở nhiệt độ 6100
C, tỷ lệ giữa chiều dày rónh dẫn h và chiều dày thành vật đỳc H, với h/H = 0,5. Khi giảm vận tốc di chuyển của piston ộp kim loại lỏng vào hốc khuụn, vận tốc dũng chảy đạt khoảng 2,25 m/s nhƣ đƣợc trỡnh bày ở hỡnh 5.4.
72
Hỡnh 5.5. Vận tốc điền đầy khuụn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuụn P=88%, h/H=0,5
73 Tại thời điểm tỉ lệ điền đầy khuụn P = 84%, P = 88%, P = 93% hỡnh 5.4, hỡnh 5.5 và hỡnh 5.6, vận tốc dũng chảy khoảng 2,1ữ2,2 m/s, dũng kim loại điền đầy tuần tự, khụng xuất hiện dũng chảy rối. Khoảng trống khụng khớ trong hốc khuụn đƣợc thu hẹp dần về phớa trờn cựng của chi tiết, khụng khớ đƣợc thoỏt ra ngoài thụng qua đậu tràn, rónh thoỏt khớ và cỏc chốt đẩy. Đõy chớnh là đặc trƣng của đỳc Lƣu biến- ỏp lực, ớt xuất hiện cỏc bọt khớ nhỏ trong chi tiết đỳc nờn cỏc sản phẩm đỳc Lƣu biến- ỏp lực cú thể nhiệt luyện để cải thiện cơ tớnh.
5.1.2. Kết quả mụ phỏng quỏ trỡnh điền đầy khuụn với tỷ lệ giữa chiều dày rónh dẫn h và chiều dày thành vật đỳc H, h/H = 0,7 rónh dẫn h và chiều dày thành vật đỳc H, h/H = 0,7
Kết quả mụ phỏng dũng chảy cho mẫu thử khuụn đỳc ỏp lực, khi rút hợp kim nhụm A356 ở nhiệt độ 6100
C, tỷ lệ giữa chiều dày rónh dẫn h và chiều dày thành vật đỳc H, h/H = 0,7; vận tốc dũng chảy của kim loại trong hốc khuụn khoảng 3ữ3,6 m/s, dũng kim loại điền đầy toàn bộ tiết diện ngang của mẫu thử hỡnh 5.7, hỡnh 5.8 và hỡnh 5.9, tƣơng ứng vớithời điểm tỉ lệ điền đầy khuụn P = 77%, P = 92% và P = 94%, dũng kim loại điền đầy tuần tự, khụng xuất hiện dũng chảy rối. Khoảng trống khụng khớ trong hốc khuụn đƣợc thu hẹp dần về phớa trờn cựng của chi tiết, khụng khớ đƣợc thoỏt ra ngoài thụng qua đậu tràn, rónh thoỏt khớ và cỏc chốt đẩy.