Báo cáo công nghệ đúc áp lực

Báo cáo
Công nghệ đúc áp lực
GVHD : ThS. Bùi Bỉnh Hà
SVTH : Lê Quang Huy,
Nguyễn Anh Quốc,
Đỗ Tiến Thịnh,
Trần Văn Long
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Nội Dung
Tổng Quan
1
Đúc áp lực cao
2
Đúc dưới áp lực điều chỉnh
3
Phân tích chi tiết cụ thể
4
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Tổng quan
•
Khái niệm: Đúc áp lực là công nghệ đúc trong đó kim loại lỏng điền đầy
khuôn và đông đặc dưới tác dụng của áp lực cao do khí nén hoặc dầu ép trong
xilanh ép tạo ra.

Phương pháp đúc này chủ yếu được sử dụng để sản xuất những vật đúc bằng
hợp kim nhôm, magie, kẽm và đồng vì tỉ trọng và nhiệt độ nóng chảy không
cao. Rất ít trường hợp dùng để đúc thép hoặc gang vì nhiệt độ nóng chảy và
tỷ trọng của chúng rất lớn
17/3/2014

CN Đúc Áp Lực
Ưu điểm
Tổ chức kim loại của vật đúc nhỏ mịn nhờ tác
dụng nguội nhanh của khuôn kim loại và nhờ áp
lực cao ( tăng cường trao đổi nhiệt, bổ ngót)
Hoàn toàn không dùng đến cát
làm khuôn và ruột cát
Do bề mặt khuôn có độ nhẵn bóng và độ chính xác
cao nên vật đúc có thể đạt độ chính
xác, độ nhẵn cấp cao, phần lớn k cần gia công cơ
Năng suất cao, có thể đạt 1000 – 3600 lần ép/giờ
Khuôn kim loại dùng được nhiều lần ( đúc nhôm
có thể từ 10 – 25 vạn, đúc kẽm, chì có thể 50 vạn )
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Giá thành khuôn rất cao, nhất là
khi đúc các hợp kim nhiệt độ nóng
chảy cao như đồng, thép; Vật liệu
làm khuôn thường phải là loại hợp
kim chịu nóng đặc biệt, gia công cơ
tỉ mỉ và nhiệt luyện theo chế độ
riêng
Vật đúc có nhiều rỗ khí bên
trong do dòng kim loại chảy
vào khuôn cuốn theo bọt
không khí và do kết tinh
nhanh không thoát được ra
ngoài
Kích thước và khối lượng vật
đúc bị hạn chế theo cỡ máy

đúc; thường những chi tiết nào
muốn đem đúc áp lực cũng phải
thiết kế lại cho phù hợp
Tỷ lệ thành phẩm nhỏ
vì hệ thống rót lớn
Nhược điểm
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Máy buồng ép nguội
Tổng quan
Đúc áp lực
Cấp liệu vào
khuôn
Điền đầy hốc
khuôn
Mở hòm khuôn Lấy vật đúc
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Máy buồng ép nóng
Tổng quan
Đúc áp lực
Cấp liệu vào
khuôn
Điền đầy hốc
khuôn
Mở hòm khuôn Lấy vật đúc
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Nâng cao hệ số dẫn nhiệt của kim loại lỏng và hệ số trao đổi nhiệt giữa vật đúc và khuôn
Làm giảm kích thước của mầm kết tinh tới hạn và nâng cao số lượng tâm mầm kết tinh

Giảm độ hạt trung bình xủa kim loại, giảm tính không đồng nhất các nhanh cây
Giảm hệ số khuếch tán và giảm tốc độ khuếch tán tương đối của tạp chất
Làm tốt điều kiện lọc thấm của vùng 2 pha => cấu trúc kim loại được chắc chắn
Giảm nhiệt độ bắt đầu co ngót và giảm độ co ngót của hợp kim trong khoảng kết tinh có hiệu quả
Giảm khuynh hướng nứt nóng của kim loại
Tổng quan
Ảnh hưởng của áp lực đến quá trình kết tinh kim loại
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Thủy động lực học quá trình điền đầy khuôn
Nguyên tắc
1
Va đập dòng nạp lên thành khuôn
2
Điền đầy hốc khuôn
3
ĐK Thủy động học QT thoát khí
4
Khuôn đúc áp lực cao
5
Tính toán hệ thống rót
6
Máy đúc áp lực cao
8
Tính hệ thống thoát hơi
7
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực

Giai đoạn điền đầy khuôn được tính bắt đầu tại thời
điểm gia tốc của pittong = 0 và pittong đạt trạng thái
chuyển động ổn định.
Khi tốc độ và áp lực dòng ổn định sau khi đã qua rãnh
dẫn, dòng kim loại sẽ bảo toàn hình dạng.
Nguyên tắc bảo toàn hình dạng của dòng nạp là cơ sở
thủy động học của quá trình điền đầy khuôn trong đúc áp
lực
NGUYÊN TẮC
Sự ổn định của dòng chảy phụ thuộc vào ứng suất trong và sức
căng bề mặt làm xuất hiện dao động ngang trong dòng chảy.
Chiều dài bước sóng dao động ngang tính theo công thức:

Chiều dài tới hạn của dòng chảy = 100 – 200 lần chiều dài
rãnh dẫn là thích hợp
Tốc độ dòng chảy ổn
định với 2 kênh nối
tiếp :
max 1 1
2
v p v
ρ
= +
Tốc độ dòng lớn có thể gây ăn mòn bề mặt kênh dẫn >
khắc phục: hệ thống rót thu hẹp có chuyển tiếp đều đặn
từ phần dày sang mỏng mà áp lực dòng không giảm
xuống 0
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
17/3/2014

CN Đúc Áp Lực
Va đập của dòng nạp lên thành khuôn
Áp suất thủy tĩnh càng lớn, chất lượng bề mặt vật đúc càng tốt nhưng vận tốc
dòng cũng lớn
- Ăn mòn xâm thực càng mạnh
- Dòng kim loại bị biến dạng
Chọn góc nghiêng dòng chảy kim loại với thành khuôn góc nhỏ nhất và tốc
độ không vượt quá v tới hạn đảm bảo dòng chảy tầng.
Re.
2( )
th
vd
v
v
δ δ
=
−
Hợp kim T ( ◦C) v. 10^-6, m2/s Vth, m/s
HK kẽm 450
395
0,42
1,9
0,45
2,36
HK nhôm AK12 650
585
0,51
2,33
0,55
2,67

HK nhôm AlCu4 650
580
0,48
3,35
0,57
4,57
Tốc độ tới hạn của một số hợp kim
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Điền đầy hốc khuôn
Ứng với thời điểm điền đầy cả
thành mỏng lẫn thành dày, tốc
độ dòng giảm đi, chế độ là
chảy rối nhưng dòng liên tục
Giai đoạn 2
Ứng với thời gian điền đầy hốc
khuôn có chiều dày đồng đều,
dòng phân tán được duy trì
Giai đoạn 1
Để vật đúc điền đầy hốc khuôn cần xác định chế độ dòng chảy ( phân tán,
tầng, rối ) thiết diện ngang dòng kim loại, vận tốc trung bình dòn chảy, độ
giảm áp lực, chiều sau ép thêm
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
ĐK thủy động học quá trình thoát khí
Khi kim loại chảy theo dòng chảy liên tục theo rãnh dẫn vào hốc khuôn,

các chất khí bị dồn về phần cuối của hốc khuôn, khí này thoát ra ngoài hoặc
sẽ lưu lại trong vật đúc.
1
Tính toán tốc độ chảy dòng khí phù hợp
2
Chân không hóa
Tạo vật đúc kín khít, độ bền cao, giảm lỗ
xốp, chiều dày mỏng
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Khuôn đúc áp lực cao
Cấu tạo khuôn
áp lực cao
Khuôn gồm:
- Nửa khuôn cố định gọi nửa khuôn tĩnh
- Nửa khuôn còn lại là nửa khuôn động
Vật liệu chế tạo khuôn có độ bền, chịu ma sát, mài mòn, dẫn
nhiệt tốt … Bề mặt cần nhẵn bóng. Thường thép hợp kim :
4Cr5W2PPb, 3Cr2W8b đúc nhôm, đồng thau; 5CrMnNi cho
đúc kẽm.
Các thông số :
-
Lực tách khuôn
-
Tính toán cơ cấu khóa khuôn
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
17/3/2014

CN Đúc Áp Lực
Tính toán hệ thống rót
Tốc độ nạp và tốc độ ép


Chế độ nạp phụ thuộc vào chế độ điền đầy khuôn đã
cho trước: chế độ phân tán, chế độ phân tán – chảy
rối, chảy tầng
Thời gian điền đầy khuôn

Thiết kế hệ thống rót đảm bảo:
Quãng đường chuyển động của kim loại lỏng là ngắn nhất
Diện tích rãnh dẫn thu hẹp dần từ buồng ép tới hốc khuôn
tránh cuộn khí và tăng tốc độ điền đầy
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Tính toán hệ thống thoát hơi
Hệ thống thoát hơi thuờng thiết kế rãnh vuông góc. Khi kim loại
điền đầy khuôn ở trạng thái hai pha thì giá trị chiều dày rãnh tăng
lên khoảng 2 – 3 lần
Tổng diện tích rãnh hơi được tính theo công thức
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
17/3/2014
CN Đúc Áp Lực
Bộ phận ép kim loại lỏng
Gồm 2 bộ phận thủy lực
Máy đúc

áp lực
cao
Cơ cấu
ép
Ép thẳng
đứng
Ép nằm
ngang
Cơ cấu khóa
khuôn
Kiểu
nằm
ngang
Máy đúc áp lực cao
Bộ phận
đóng mở
khuôn
Bơm thủy lực
Bộ phận dẫn động
Chất lỏng công tác trong máy đúc áp lực thường là dầu khoáng vật hoặc huyền
phù dầu – nước 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 nên được sử dụng khá phổ biến.