THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
A- TỔNG QUAN
I-TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC
1- Lịch sử hình thành và phát triển của ngành đúc áp lực
1.1- Trên thế giới.
Đúc áp lực là một ngành sản xuất phôi nhằm tạo ra các chi tiết có kích
thước chính xác do những chuyển động của d òng lưu chất kim lọai lỏng dưới tác
dụng của ngọai lực tạo nên dòng áp suất vào trong khuôn kim loại. Đúc áp lưc là
một nhánh của ngành đúc tồn tại rất lâu đời, các nhánh c òn lại là ngành Đúc trọng
lực và đúc áp lực thấp. Có những bằng chứng khảo cổ học cho thấy rằng Đúc trong
lực đã có thời thời kỳ Đồng Thiếc được người nguyên thủy dùng để đúc các dụng
cụ lao động như : rìu, nỏ,…Ngày xưa tổ tiên chúng ta cũng đã thấy được những ưu
điểm nhất định của đúc như : có thể sản xuất ra các sản phẩm với số l ượng lớn có
cùng kiểu dáng. Và ngày nay phát huy những đặc tính ưu việt này để phát triển
ngành Đúc lên thêm một bước, cụ thể là ngành Đúc áp lực.
Cũng giống như các ngành kỹ thuật khác, người ta không biết chắc chắn thời
gian xuất hiện của ngành Đúc áp lực vào thời gian cụ thể nào mà chỉ có thể ước
lượng thời gian ra đời của nó vào khoảng đầu thế kỷ 19, mặc dù đã có một vài ý
tưởng hình thành ngành đúc áp lực đã có từ sớm hơn nữa bởi vì nó có sự liên hệ với việc sản xuất máy in.
Máy Đúc áp lực đầu tiên Sturgiss được phát minh vào năm 1849 (hình 1),
máy này có buồng nấu chảy kim loại được đặt phía dưới. Vào năm 1877, Dusenbery dựa trên nguyên lý của máy Sturiss để hình thành nên máy thế hệ mới có bổ sung thêm một pitông rỗng có gắn van một chiều cho phép kim loại lỏng có thể chảy từ khoang trên xuống khoang dưới. Đặc biệt kể từ năm 1904 ng ành Đúc áp lực thực sự bắt đầu phát triển khi mà công ty H.H. Franklin bắt đầu cho xuất hiện những máy đúc áp lực có gắn các thiết bị tự động bắt đầu từ đây ngành Đúc áp lực đã chuyển sang một bước ngoặt mới cùng song hành tồn tại với ngành công nghiệp xe máy, xe hơi và ngành công nghiệp này đã trở thành khách hàng lớn của ngành Đúc áp lực. Vào những thời gian đầu, người ta sử dụng hợp kim chì, thiếc để làm nguyên liệu cho Đúc áp lực bởi vì hợp kim này dễ dàng đúc ở nhiệt độ thấp, hơn nữa hợp kim này có khả năng chống ăn mòn tốt nhưng chúng lại có nhược điểm là rất mềm và khả năng chịu kéo thấp. Ngày nay hai hợp kim này không còn được sử dụng trong ngành Đúc áp lực nữa. Để khắc phục nhược điểm của hợp kim trên thì vào năm 1906 người ta sử dụng hợp kim kẽm để thay thế. V ào năm 1914 cùng với sự phát triển của ngành sản xuất động cơ xe máy và ô tô người ta đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng hợp kim nhôm do nó có những ưu điểm sau : có khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao, tính đúc tốt, khó kết tinh và là kim lọai tương đối nhẹ,…
TÌM HIỂU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC CAO.
1. Thế nào là đúc áp lực cao.
Đúc áp lực cao là công nghệ trong đó kim loại lỏng điền đầy khuôn và
đồng đặc dưới tác dụng của áp lực cao do d òng khí nóng hoặc dầu ép trong xilanh
ép tạo ra. Có thể hình dung quá trình công nghệ như hình 1.5
Khuôn đúc áp lực cao bao gồm hai nửa khuôn, nửa khuôn tĩnh 7 và nửa khuôn động . Bắt đầu chu trình đúc, hai nửa khuôn đóng lại. Rót kim loại lỏng đ ã
định lượng vào buồng ép qua lỗ rót trên xilanh ép 2. Sau khi rót , pittông 1 trong
xilanh 2 đẩy kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn. Khoảng thời gian điền đầy chỉ
khoảng phần chục giây với tốc độ hàng trăm m/s và áp suất khoảng vài trăm tới
hàng nghìn atmôtphe. Áp suất được duy trì đến khi vật đúc được đông đặc hoàn
toàn. Rút ruột khỏi vật đúc. Nửa khuôn di động tách khỏi nửa khuôn tĩnh. Chốt đẩy
4 tống vật đúc khỏi khuôn. Chu tr ình đúc mới lại bắt đầu.
a. Giai đoạn cấp liệu, b. Giai đoạn điền đầy khuôn,
c. Giai đoạn ép tĩnh, d. Giai đoạn tháo khuôn.
2. Quy trình đúc áp lực cao.
- Giai đoạn I: Giai đoạn cấp liệu.
Kim loại lỏng được đổ đầy vào xilanh, Pittông 1 đã đi qua và bịt lỗ rót. Vận tốc của pittông ép và áp lực trong buồng ép còn nhỏ. Vì khi đó áp lực chỉ cần
đủ để thắng ma sát trong buồng ép.
- Giai đoạn II: Giai đoạn điền đầy hốc khuôn.
Kim loại lỏng đã điền đầy toàn bộ buồng ép. Tốc độ của pittông tăng lên và
đạt giá trị cực đại v2. Giá trị của áp suất p2 tăng một chút do phải thắng các trở lực của dòng chảy trong buồng ép.
- Giai đoạn III: Giai đoạn ép tĩnh.
Kim loại lỏng điền đầy lỗ rót và hốc khuôn. Do thiết diện rãnh dẫn thu hẹp
lại cho nên tốc độ pittông giảm xuống thành v3 nhưng áp suất ép lại tăng lên. Kết
thúc giai đoạn này, píttông dừng lại nhưng do hiện tương thủy kích (quán tính ép)
mà áp suất ép liên tục tăng lên. Khi các dao động áp suất tăng dần, áp suất đạt giá trị không đổi. Đây là áp suất thủy tĩnh cần thiết cho quá tr ình kết tinh. Giai đoạn ép tĩnh.Áp suất có thể đạt tới 50-5000 daN/cm2, tùy thuộc vào bản chất vật liệu đúc và yêu cầu công nghệ. Khi áp lực đã đạt giá trị thủy tĩnh mà tại rãnh dẫn vẫn còn kim loại lỏng thì áp lực sẽ truyền vào vật đúc kim loại lỏng thì áp lực sẽ truyền vào vật đúc – kim loại kết tinh trong trạng thái áp lực cao.
- Giai đoạn IV: Giai đoạn tháo khuôn.
Giai đoạn này vật đúc đã đông đặc hoàn toàn. Tấm khuôn âm tách ra khỏi
khuôn dương, sau đó hệ thống đẩy sản phẩm đẩy vật đúc ra ngoài.Dưới đây là hình mô phỏng hành trình pittông tương ứng với đồ thị vận tốc,áp suất trong buồng ép.
Hình 1.6. Đồ thị vận tốc và áp suất buồng đốt.
.........................................................................................................................................
3.2. Điền đầy hốc khuôn:
Vật đúc có chiều dài thành đồng đều ( là tổ hợp các mặt phẳng vuông góc với nhau ) đều được điền đầy theo nguyên lý dòng phân tán bắt đầu từ chỗ dòng nạp va đập với chướng ngại vật ( hình 1.8 ).
Hình 1.8 . Sơ đồ phân tán dòng trong hốc khuôn.
Đây là điểm khác biệt của đúc áp lực so với đúc thông th ường. Nung sơ bộ
khuôn sẽ hạn chế được việc hình thành sớm một lớp vỏ đông đặc, đồng thời tạo
điều kiện loại bỏ một phần khí qua hệ thống thoát h ơi và qua mặt phân khuôn. Tại
thời điểm kim loại điền đầy khuôn, khoảng 3 0% lượng khí vẩn còn nằm trong kim
loại lỏng dưới dạng phân tán rải rác đều tr ên tiết diện ngang vật đúc. Tốc độ d òng
nạp càng lớn, giọt kim loại phân tán c àng mịn và kích thước bọt khí càng mịn. Khi
tốc độ dòng nạp trên 100 (m/s), độ mịn của khí nhỏ đến mức không thể phân biệt
được ngay cả khi đánh bóng bề mặt.
Đa số vật đúc đều có hình dạng phức tạp hơn so với cấu hình đã trình bày
trên, thí dụ, vấu lồi, gân tăng cứng, chuyển tiếp thành dày, mỏng… Những yếu tố trên đều làm giảm tốc độ điền đầy vật đúc, và bởi vậy, trong khuôn rất ít khi có chế độ chuyển động phân tán. Thông th ường trong khuôn có chế độ điền đầy hỗn hợp của dòng phân tán và dòng đầy. Giai đoạn thứ nhất, ứng với thời gian điền đầy hốc khuôn có chiều dày thành đều nhau, dòng phân tán được duy trì. Giai đoạn thứ 2,ứng với thời điểm điền đầy cả th ành mỏng lẩn thành dày , tốc độ dòng giảm đi, chế độ là chảy rối nhưng dòng là liên tục.
Dòng phân tán tạo thành trong khoảng 5.10-3
s kể từ khi bắt đầu nạp kim
loại lỏng vào khuôn trong phần vật đúc mỏng, và chuyển thành dòng chảy rối sau
17.10-3
s. Tại thời điểm kết thúc quá trình điền đầy, các loại khí phân tán rất đều v à- 14 -
mịn trên toàn bộ tiết diện vật đúc. Ở phần vấu lồi hoặc th ành dày, sẽ có một hoặc
vài rỗ khí kích thước lớn (hình 1.9).
....................................................................
Hình 1.10. Kết cấu bộ khuôn đúc kim loại .
Vật liệu chế tạo khuôn, ruột và các chốt đẩy thường phải có độ bền, chịu ma sát
mài mòn, dẫn nhiệt tốt… Thỏa mãn các tính chất trên người ta hay sử dụng các loại
thép hợp kim như: 4Cr5W2PPb, SHD61 hoặc 3Cr2W8b cho đúc nhôm, magi ê và
đồng thau, dùng thép 5CrMnNi để đúc hợp kim kẽm. Khuôn và các chi tiết của
khuôn đều phải nhiệt luyện rất phức tạp để nâng cao tính năng làm việc, những bề mặt làm việc cần phải mài nhẵn, đánh bóng và mạ Crom, phủ Niken…. Cũng có thể dùng các công nghệ khác như nhuộm màu, anot hóa hoặc photphat hóa bề mặt
khuôn.
5. Thiết bị đúc áp lực cao.
5.1. Máy đúc áp lực cao:
Trong các máy đúc áp lực cao, loại máy nào cũng bao gồm hai bộ phận
thủy lực, một bộ phận đóng mở, một bộ phận ép kim loại lỏng. Bộ phận đóng mở
khuôn gọi là cơ cấu khóa khuôn, bộ phận ép hay c òn gọi là cơ cấu ép. Hầu hết các
máy đều có cơ cấu khóa khuôn kiểu nằm ngang. Cơ cấu ép có thể là ép thẳng đứng
hoặc ép nằm ngang, phủ thuộc cách bố trí ph òng ép. Dẫn động cho các cơ cấu này
là bơm thủy lực kểu pittông hoặc bơm kiểu cánh. Bơm thủy lực có thể lắp trực tiếp
trên máy hoặc bố trí độc lập
MỤC LỤC
TRANG
A. TỔNG QUAN ...
I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC ...
1. Lịch sử hình thành và phát triển cua ngành đúc áp lực ...
II. TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC CAO ...
1. Thế nào là đúc áp lực cao ...
2. Quy trình đúc áp lực cao ...
3. Thuỷ động học quá trình điền đầy khuôn ...
4. Khuôn đúc áp lực cao ...
5. Thiết bị đúc áp lực cao ...
6. Khuyết tật đúc và biện pháp phòng ngừa ...
7. Lĩnh vực đúc áp lực cao
8. Ưu-Nhược điểm và phạm vi sử dụng ...
B. PHÂN TÍCH SẢN PHẨM CẦN THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC ...
1. Công dụng sản phẩm ...
2. Yêu cầu kĩ thuật của sản phẩm ...
3. Sản lượng sản phẩm ...
C. THIẾT KẾ KHUÔN ...
1. Chọn mặt phân khuôn ...
2. Chọn dạng khuôn và số lương lõi khuôn ...
3. Phác hoạ sơ bộ khuôn ...
4. Chọn vật liệu cho các chi tiết cơ bản ...
5. Xác định kích thước các chi tiết ...
6. Tính toán lực tác dụng ...
7. Tính toán hệ thống rót ...
8. Thiết kế hệ thống rót ...
9. Thiết kế rãnh rửa và rãnh thoát khí ...
10. Thiết kế kênh nguội ...
D. QTCN GIA CÔNG CHI TIẾT NẮP SAU QUẠT ...
1. Nguyên công 1: Chuẩn bị phôi
2. Nguyên công 2: Khoét doa Ø16+0.018, Ø7.8+0.015 ...
3. Nguyên công 3: Khoét doa Ø14+0.018 ...
4. Nguyên công 4: Tiện tinh, tinh mỏng Ø88.2+0.022 và vát cạnh ...
5. Nguyên công 5: Taro 2 lỗ ren M4 ...
6. Nguyên công 6: Khoan lỗ Ø5 ...
7. Nguyên công 7: Taro lỗ ren M4 ...
8. Kiểm tra ...
E. HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT, SỬ DỤNG VÀ BẢO DƯỠNG KHUÔN ...
1. Lắp đặt khuôn ...
2. Hoạt động của khuôn ...
3. Bảo quản khuôn
