4. Ph−ơng pháp nghiên cứu:
2.3.1. Điều kiện biên bài toán
Mô hình đúc áp lực
Hình 2.8. Mô hình khuôn đúc áp lực cao
Các yêu cầu về r2nh dẫn dòng: Giả thiết kim loại bắt đầu điền đầy khuôn khi dòng chảy qua r2nh dẫn ổn định, có nghĩa là, piton bơm kim loại dịch chuyển ổn định với gia tốc bằng không. Lúc này có thể coi kim loại đ2 điền đầy xilanh và dòng chảy qua r2nh dẫn là cố định và tốc độ phun tại cửa vào là ổn định. Yếu tố gây ra mất ổn định là ứng suất và sức căng bề mặt, chúng làm xuất hiện sóng ngang trong dòng chảy.
Từ ph−ơng trình dòng Becnuli, có thể xác định quan hệ tốc độ và áp suất giữa r2nh dẫn và lòng khuôn nối nhau qua cửa phun.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 46 1 1 2 max v p v ρ = + = + = + = + (2.14) trong đó: v1và v2 là tốc độ và p1 và p2 là áp suất của kim loại lỏng, t−ơng ứng, tại r2nh dẫn và trong lòng khuôn, khi p2 = 0, v2 = vmax. Khi đúc áp lực cao hợp kim nhôm, vmax có thể đạt đến 200m/sec. Khi đó dòng kim loại sẽ gây va đập lên thành khuôn, tạo hiện t−ợng rối trong dòng chảy kim loại và gây xói mòn khuôn. áp suất dòng chảy trong khuôn đ−ợc xác định từ điều kiện dòng đối xứng quan hệ với góc nghiêng thành khuôn:
p====ρv (2 1−−−−cosα) (2.15) trong đó: - góc nghiêng thành khuôn so với h−ớng chuyển động của dòng chảy.
Nh− vậy, áp lực phun và tốc độ tỷ lệ với nhau, áp lực càng lớn tốc độ càng lớn và từ đó càng làm xói mòn lòng khuôn. Vì vậy, để bảo đảm dòng ổn định tránh va đập cần chọn áp suất dòng hợp lý, đồng thời phải chọn h−ớng dòng khi phun vào tránh va đập, có nghĩa là cần giảm thiểu góc . Đồng thời để bảo đảm chế độ chảy tầng tránh chảy rối, tốc độ phun tới hạn đ−ợc xác định: th 2 vd Re .v v (δ δ ) ==== −−−− (2.16) trong đó: - độ nhớt động học của kim loại lỏng. Re – tiêu chuẩn Reynold; δvd – chiều dày thành vật đúc; δ - chiều dày r2nh dẫn.
Từ công thức trên, sử dụng hệ số Re nhỏ nhất để dòng chảy tầng, với các hợp kim nhôm trong điều kiện nhiệt độ rót đúc cụ thể, có thể xác định đ−ợc các tốc độ lớn nhất, với chiều dày r2nh dẫn 3mm và chiều dày vật đúc 5mm, nh− bảng d−ới:
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 47
Bảng 2.4. Cỏc tham số nhiệt ủộ và tốc ủộ khi thiết kế khuụn
Hợp kim T oC v.10-6m2/s Vth.m/s Hợp kim kẽm 450 395 0,42 1,90 0,45 2,36 Hợp kim nhôm Ak12 650 585 0,51 2,23 0,55 2,67 Hợp kim nhôm AlCu4 650
580
0,48 3,35
0,57 4,57
áp suất phun p phụ thuộc vào tỉ lệ giữa 2 đ−ờng kính, đ−ờng kính xi lanh bơm Du và đ−ờng kính r2nh dẫn Dn: 2 n u a D D p p = (2.17) Vậy điều kiện biên bài toán dòng chảy bao gồm: Vận tốc, áp suất tại cửa phun. Các giá trị này phải nhỏ hơn các giá trị tới hạn.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 48
Kết luận ch−ơng 2
Hợp kim nhôm đ−ợc ứng dụng rộng r2i trong công nghiệp các thiết bị dân dụng và chế tạo các chi tiết do chúng có độ bền riêng cao. Hợp kim nhôm đ−ợc chia thành hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm biến dạng. Hợp kim nhôm đúc có nhiều mác, mác hợp kim th−ờng dùng công nghiệp là các mác silumin. Ch−ơng 2 giới thiệu một số tính năng của hợp kim nhôm đúc, trong đó có hợp kim nhôm ADC12, hợp kim AK7.
Hợp kim nhôm có tính đúc tốt, có độ chảy lo2ng tốt. Một số chi tiết sử dụng ADC12 và tạo hình bằng đúc áp lực cao.
Quá trình đúc áp lực cao có đặc thù là kim loại không phải đ−ợc đổ tĩnh vào lòng khuôn, mà đ−ợc bắn ép vào lòng khuôn qua cơ cấu pitton xilanh. Để tạo áp suất cao, cần có kết cấu r2nh dẫn và cửa phun. Việc thiết kế r2nh dẫn và cửa phun rất quan trọng. Kết cấu r2nh dẫn và cửa phun phải bảo đảm tốc độ phun vào các lòng khuôn là đều nhau, cùng thời điểm. Nh−ng do kết cấu khuôn nhiều lòng khuôn, qu2ng đ−ờng chảy của hợp kim đến từng lòng khuôn là khác nhau, vậy cần điều chỉnh hình dáng kích th−ớc r2nh sao cho kim loại đến các lòng khuôn cùng một lúc. Cần thiết kế cửa phun bảo đảm tốc độ phun nhanh, đồng thời dòng phun không xoáy vào thành khuôn và không tạo dòng chảy xoáy. Ch−ơng 2 đ2 đ−a ra các ph−ơng pháp tính toán cần thiết.
Ch−ơng 2 còn đ−a ra cơ sở mô phỏng dòng chảy nhờ ph−ơng pháp SPH. Ph−ơng pháp cho phép mô phỏng đúng dòng chảy, nhất là thấy đ−ợc mặt tr−ớc của dòng chảy. Nhờ mô phỏng có thể thấy đ−ợc nhiệt độ, tốc độ phun, quan sát sự không hợp lý của dòng chảy để điều chỉnh, tối −u r2nh dẫn, cửa phun và lòng khuôn.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 49
Ch−ơng 3 : thiết kế khuôn đúc áp lực BằNG CÔNG NGHệ 3D