3. THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CÀNG THẮNG XE GẮN MÁY HONDA
3.3.2.9.Thiết kế hệ thống làm nguộ
- Giới thiệu chung:
• Làm nguội khuôn là biên pháp cơ bản để duy trì chế độ nhiệt . Để thực hiện điều này, người ta cho lưu chất chuyển động tuần hoàn trong các kênh làm nguội. Phổ biến nhất là phương pháp tuần hoàn nước trong các kênh có đường kính 8 ÷ 12 mm.
• Ở các khuôn lớn, thường tự động điều chỉnh lưu lượng cấp nước cho từng kênh.
• Nhược điểm khi sử dụng nước làm nguội khuôn: trên bề mặt kênh hình thành màng hơi nước, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt. Do đó, hiện nay người ta thường dùng dầu khoáng, các chất tổng hợp để làm nguội khuôn
- Những điểm cần lưu ý khi thiết kế hệ thống làm nguội:
• Những kênh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt, nhưng phải chú ý đến độ bền cơ học của khuôn.
• Các kênh làm nguội phải đặt gần nhau, cũng phải chú ý đến độ bền cơ học.
• Đường kính của kênh làm nguội phải lớn hơn 8 mm và giữ nguyên như vậy để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau do đương kính của các kênh làm nguội khác nhau.
• Nên chia hệ thống làm nguội ra làm nhiều vòng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn.
• Đặc biệt chú ý đến việc làm nguội những phần dày của sản phẩm. Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng.
• Vị trí của bộ phận làm nguội:
+ Vị trí này phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm và sự khác nhau về độ dày thành. Nói chung, bộ phận làm nguội đặt ở chỗ mà nhiệt khó chuyền từ vật đúc qua thân khuôn.
+ Việc làm nguội phải như nhau trên toàn bộ sản phẩm : trong hình 3.41, khuôn trước làm nguội đủ và đồng đều, khuôn sau có hạn chế do hệ thống đẩy. Hình 3.42 là một ví dụ về việc làm nguội đồng đều trên toàn bộ bề mặt sản phẩm. Hình 3.43 là một kiểu làm nguội chỗ lồi ngang của lõi và của lòng khuôn.
Hình 3.41 Hình 3.42
Các kênh nguội Khuôn trước
Hình 3.43
+ Làm nguội tấm khuôn:
Làm nguội trong tấm khuôn là một trong những hệ thống làm nguội thường gặp nhất. Hình 3.44 là dạng đơn giản nhất, dễ làm, nhưng hiệu quả làm nguội không cao, chỉ nên áp dụng cho những trường hợp đơn giản.
Hình 3.44
+ Sự cải tiến làm cho hiệu quả làm nguội tốt hơn khi có ba mặt của sản phẩm được làm nguội như trong hình 3.45 là một ví dụ. Hình 3.46 là trường hợp làm nguội xung quanh các lòng khuôn.
Hình 3.47
+ Lưu ý rằng các kênh nguội được thiết kế cách nhau ít nhất 3mm. Với những kênh dài hơn 150 mm, thì khoảng cách an toàn giữa các kênh là 5 mm (hình 3.48).
3 mm 5 mm
Hình 3.48
+ Làm nguội lõi: sự truyền nhiệt ở vùng lõi được mô tả trong hình 3.49 cho thấy vùng lõi phải nhận một lượng nhiệt rất lớn. Hình 3.50 là một giải pháp làm nguội lõi hiệu quả. Nhưng phải chú ý đến chỗ nối, nút chặn phải rất phẳng liền với lõi.
Nút để đổi dòng chất lỏng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.49 A A Hình 3.50
+ Trong việc làm nguội nhiều lõi, thường sử dụng hai kiểu hệ thống làm nguội:
Hệ thống làm nguội nối tiếp (hình 3.51), hệ thống này có ưu điểm là chất lỏng làm nguội sẽ đảm bảo chảy qua tất cả các kênh. Khuyết điểm của hệ thống này là độ chênh lệch nhiệt độ lớn của chất lỏng ở kênh đầu và kênh cuối, nên tác dụng làm nguội không đồng đều. hệ thống này chỉ nên áp dụng khi chiều dài kênh không quá lớn.
Hệ thống làm nguội song song, hệ thống này có ưu điểm là giữ được sự đồng đều về nhiệt độ giữa các ống. Khuyết điểm của hệ thống này là khả năng chất lỏng chảy qua tất cả các ống làm nguội không được bảo đảm khi áp lực dòng chảy không đủ.
Hình 3.51
Hình 3.52
+ Làm nguội chốt: Làm nguội chốt còn khó hơn làm nguội lõi vì việc truyền nhiệt ra các phần khác của khuôn là rất khó, như minh họa ở hình 3.53. Trong hình 3.54 trình bày một hệ thống làm nguội đơn giản nhất, hai kênh làm nguội được đặt ở gần chốt. Khi chốt được làm nguội trực tiếp thì hiệu quả làm nguội sẽ tốt hơn (hình 3.55), tuy nhiên cần chú ý đến độ bền của chốt. Ngoài ra, ta còn có thể thêm một thanh đồng vào chốt để tăng cường cho quá trình truyền nhiệt.
Vào Ra
Vào Ra Ống
Hình 3.53 Hình 3.54
Hình 3.55 Hình 3.56
+ Làm nguội lòng khuôn: Nói chung, lòng khuôn có thể được làm nguội tốt vì có sự dẫn nhiệt tốt đến các phần khác của khuôn (hình 3.57). Một hệ thống làm nguội lòng khuôn thông dụng được giới thiệu ở hình 3.58 mà trong đó có một số kênh làm nguội xung quanh lòng khuôn.
Hình 3.58
- Hệ thống làm nguội của khuôn càng thắng Honda100:
• Việc thiết kế hệ thống nguội cho khuôn dựa vào sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng ANSYS10.0. Trong công nghiệp nói chung và ngành đúc nói riêng, hiện nay, kỹ thuật mô phỏng đang dần trở nên một lĩnh vực được quan tâm đặc biệt, nó giúp cho quá trình sản xuất một sản phẩm được rút ngắn đáng kể và làm giảm chi phí sản xuất. Với việc sử dụng các quá trình mô phỏng, quá trình sản xuất sẽ ít bị chi phối bởi trực giác, kinh nghiệm, không còn phải thông qua quá trình kiểm tra thử - sai – thử tốn kém và mất thời gian. Trên thế giới, hiện có rất nhiều phần mềm mô phỏng phục vụ cho nhiều ngành nghề khác nhau, trong ngành đúc thường hay sử dụng các phần mèm như MagmaSoft, ProCast, ANSYS… các phần mềm này đều lấy phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) làm nền tảng để giải quyết các bài toán, trong đó MagmaSoft và ProCast là những phần mềm vượt trội nhất trong lĩnh vực này, ANSYS với đặc trưng là một phần mềm đa dụng nên được giảng dạy rộng rãi trong các trường đại học.
• Với việc sử dụng phần mềm ANSYS10.0 trong việc mô phỏng trường nhiệt độ của vật đúc, người thiết kế dễ dàng nhận thấy
được sự phân bố nhiệt độ của vật đúc cũng như của khuôn để đưa ra những phương án bố trí hệ thống làm nguội hợp lí.
• Trình tự mô phỏng như sau:
+ Xây dựng mô hình mô phỏng, mô hình này có thể là một dạng giản lược của sản phẩm thật, tùy theo hình dạng, tính chất của sản phẩm mà ta có thể giản lược đến mức có thể chấp nhận được. + Khai báo tính chất của các loại vật liệu có liên quan. + Chia lưới mô hình.
+ Đặt tải lên mô hình. + Chọn phương pháp giải. + Giải bài toán.
+ Hiển thị và khai thác kết quả lời giải.
• Hình 3.59 là kết quả mô phỏng trường nhiệt độ của vật đúc tại mặt cắt ngang qua thân ở thời điểm đầu của quá trình đúc, hình 3.60 là kết quả mô phỏng sau 2 giây, hình 3.61 là kết quả sau 2,5 giây. Ta thấy vật đúc nguội khá đồng đều, vùng có màu đỏ trên hình 3.61 là vùng nguội sau cùng và có nguy cơ hình thành lỗ co bên trong vật đúc.
• Hình 3.62 và 3.63 là kết quả mô phỏng ở mặt cắt ngang vuông góc với mặt cắt ở trên, ta thấy vùng gần mặt cong phía trong là vùng nguội chậm nhất.
Hình 3.59
Hình 3.61
Hình 3.63
• Hình 3.64 và 3.65 là kết quả mô phỏng dòng nhiệt từ vật đúc truyền ra môi trường xung quanh, trên hình 3.64 ta thấy vùng chữ L là nơi phải nhận nhiều nhiệt nhất, trên hình 3.65 ta thấy vùng giữa mặt cong phía trong là vùng phải nhận nhiều nhiều nhiệt nhất. Hai vùng này là hai vùng nóng nhất của khuôn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.65
• Đề xuất phương án làm nguội:
+ Với hai lòng khuôn, kết cấu đơn giản, không có chốt. Nên hệ thống kênh làm nguội cũng được thiết kế hết sức đơn giản để dễ dàng chế tạo và giảm chi phí.
+ Hệ thống kênh nguội trên nửa khuôn đực là hai kênh thẳng đi qua những vùng trọng điểm của quá trình làm nguội như đã nêu ở trên và hệ thống dẫn kim loại lỏng.
+ Hệ thống kênh nguội trên lõi khuôn đực được thể hiện trên hình 3.66. Khoan 4 lỗ Ø8,5, ta rô tạo ren M10 để bắt ống nước trực tiếp vào lõi khuôn chứ không bắt vào vỏ khuôn để tránh rò rỉ nước.
+ Trên vỏ khuôn đực cũng khoan 4 lỗ với đường kính lớn hơn (Ø14) (hình 3.67).
+ Hệ thống kênh nguội trên nửa khuôn cái có khác đôi chút so với trên nửa khuôn đực vì ngoài hai chi tiết nó còn phải làm nguội miếng ghép. Do đó, kênh nguội có dạng chạy vòng. Hình 3.68 mô tả hệ thống kênh nguội trên nửa khuôn cái. Khoan 3 lỗ Ø8,5, taro tạo ren M10 hai lỗ, một lỗ được bịt kín để tạo dòng nước chạy
vòng. Bắt ống nước trực tiếp vào lõi để tránh rò rỉ. Trên vỏ khuôn cái chỉ khoan 2 lỗ Ø14 (hình 3.69).
+ Hệ thống kênh nguội trên vỏ và lõi sẽ ăn khớp với nhau khi ráp lõi vào vỏ. Các vòi nước sẽ được gắn vào khuôn qua các nút cổ dê (hình 3.70). 12.5 10 40 M10 15 195 180 35.6 35.6 110 90 15 Hình 3.66
296296 296 14 15 72 72 90 4xØ20 110 90 Ø5 50 14 35.6 35.6 40 Ø70 195 180 Hình 3.67
138 137.5 137.5 195 180 M10 15 Ø62 R5 110 12.5 45 30 7.5 40 40 Hình 3.68
296296 296 14 40 40 30 72 20 62 12.5 90 45 14 25 110 Ø72 Ø62 90 195 180 2040 Hình 3.69
Hình 3.70