4. Ph−ơng pháp nghiên cứu:
1.3.2. Nguyên lý vận hành
Trong các máy đúc áp lực cao có 2 cụm thuỷ lực, một bộ phận đóng mở khuôn và một bộ phận ép kim loại lỏng vào lòng khuôn. Bộ phận đóng mở khuôn gọi là cơ cấu khoá khuôn, bộ phận ép hay còn gọi là cơ cấu ép. Hầu hết các máy đều có cơ cấu khoá khuôn kiểu nằm ngang. Cơ cấu ép có thể là ép thẳng đứng hoặc ép nằm ngang phụ thuộc vào cách bố trí buồng ép. Dẫn động cho cơ cấu này là bơm thuỷ lực kiểu piston hoặc bơm kiểu cánh. Bơm thuỷ lực có thể lắp trực tiếp trên máy hoặc bố trí độc lập.
Chất lỏng công tác trong máy đúc áp lực th−ờng là dầu khoáng vật hoặc huyền phù dầu – n−ớc 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 cho nên đ−ợc sử dụng khá phổ biến. Nh−ợc điểm của dầu khoáng vật là dễ cháy, làm ô nhiễm môi tr−ờng và đắt hơn nhũ t−ơng dầu n−ớc.
Bình tích áp chứa dầu và khí Nitơ áp lực cao. Nitơ áp suất cao có tác dụng nhanh chóng tăng áp và giảm áp nhanh.
Máy đúc áp lực cao: đ−ợc chia thành kiểu đúc nằm ngang và kiểu đúc thẳng đứng.
Kiểu đứng: khi piston 1 đi lên, kim loại lỏng đ−ợc nạp vào xi lanh ép, sau đó đ−ợc nén ép vào lòng khuôn.
Hình 1.9. Sơ đồ máy đúc áp lực kiểu đứng Ac c Xi lanh bắn ép Khuôn ép Cơ cấu khoá khuôn Xi lanh ghép khuôn Bảng điều khiển Bảng đồng hồ áp suất Bình tích áp Động cơ tủ điều khiển
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 16
Kiểu ngang nh− đ2 trình bày ở trên và hình 1.8. Đây là kiểu máy thông dụng, đ−ợc nghiên cứu sâu tại luận văn này.
Quá trình công nghệ đúc áp lực cao đ−ợc chia nhiều thao tác, phân theo hành trình và thời gian, nh− hình 1.10. Chu trình thao tác đ−ợc thiết lập để điều khiển máy qua hệ thống PLC.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 17
Trong đó có các quá trình chính:
- Quá trình điền đầy khuôn (Mold filling): Quá trình này đ−ợc tính từ lúc piston bắt đầu chuyển động đến khi kim loại lỏng điền đầy khuôn hoàn toàn.
- Quá trình đông đặc – kết tinh (Solidification): Quá trình này đ−ợc tính ngay khi kim loại lỏng điền đầy khuôn đến khi nó đông đặc hoàn toàn hoặc nhiệt độ vật đúc giảm đến một giá trị nào đó hoặc nhiệt độ khuôn giảm đến một giá trị nào đó (đặt trên thiết bị).
- Quá trình tháo dỡ vật đúc khỏi khuôn (Casting Removal): Quá trình này đ−ợc tính từ lúc bề mặt đầu tiên của vật đúc tách khỏi khuôn đến khi vật đúc đ−ợc tháo dỡ hoàn toàn.
- Quá trình chuẩn bị khuôn (Mold preparation): Quá trình này đ−ợc tính từ lúc vật đúc rơi khỏi khuôn. Khâu chuẩn bị khuôn cho phép ta phủ chất bảo vệ khuôn, làm nguội khuôn, quá trình này kết thúc ngay khi khuôn đóng lại với thời gian v−ợt quá giá trị thời gian chờ (wait time) và thời gian chuẩn bị cho 1 chu trình mới (lead time).
Quá trình điền đầy khuôn bao gồm các giai đoạn:
Hình 1.11: Các giai đoạn trong quá trình kim loại lỏng điền đầy khuôn
trong đó:
- Thời gian rót kim loại lỏng vào trong buồng phun (Shot chamber dwell time).
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 18
- Pha đầu tiên: đẩy kim loại xi lanh (First shot phase), Piston đ2 đi qua và bịt lỗ rót vận tốc pha đầu cần hợp lý để tránh hiện t−ợng tạo sóng trên bề mặt tự do của kim loại lỏng làm cho dòng kim loại bị lẫn khí. Vì thế trong giai đoạn này, pittong cần di chuyển chậm. Vì khi đó áp lực chỉ cần đủ để thắng masát trong buồng ép và xilanh thủy lực cho đến khi kim loại lỏng điền đầy buồng bắn.
- Giai đoạn pittong tăng tốc đến giá trị vận tốc cực đại (Plunger acceleration), để thắng các trở lực của dòng chảy, kim loại nhanh chóng bơm vào lòng khuôn.
- Điền đầy lòng khuôn (Filling of the casting cavity), sau khi vận tốc pittong đạt giá trị cực đại ở pha thứ 2, kim loại lỏng bắt đầu điền đầy lòng khuôn.
Lấy đạo hàm theo thời gian của các vị trí trên (4 giai đoạn) ta đ−ợc biểu đồ vị trí và vận tốc (hoặc vị trí và áp lực) theo thời gian. Hay còn gọi là quá trình đúc áp lực:
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ... 19
Hình 1.13. Hệ thống thủy lực của cụm phun ép kim loại