THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC NẮP MOAY Ơ TRỤC SAU XE MÁY

1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC
I.

Khái niệm về quá trình sản xuất đúc

Đúc là phương pháp chế tạo các vật phẩm, bằng kim loại (hoặc hợp kim) bằng
cách rót kim loại hoặc hợp kim lỏng vào khuôn có hình dạng nhất định, sau khi
kim loại lỏng đông đặc ta nhận được vật phẩm, có hình dạng và kích thước phù
hợp với yêu cầu.
Nếu vật phẩm đạt được độ bóng, độ chính xác dùng được ngay gọi là chi tiết
đúc.
Nếu vật phẩm phải gia công cơ khí, gia công áp lực để nâng cao độ chính xác
về hình dạng và kích thước gọi là phôi đúc.
Có 2 phương pháp đúc:
+ Đúc trong khuôn cát
+ Đúc đặc biệt: bao gồm đúc trong khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc li tâm, đúc
trong khuôn mẫu cháy, đúc áp lực.

 Ưu và nhược điểm của phương pháp đúc
 Ưu điểm

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Đúc có thể đúc được các loại vật liệu khác nhau, thường là gang, thép,
kim loại màu và hợp kim của chúng với khối lượng từ vài gam đến hàng trăm
tấn.
- Chế tạo được những vật đúc có hình dạng, kết cấu rất phức tạp như thân
máy công cụ, vỏ động cơ mà các phương pháp chế tạo khác gặp khó khăn hoặc
không thể chế tạo được.
- Độ chính xác về hình dạng, kích thước và độ bóng không cao. Tuy nhiên
với các phương pháp đúc đặc biệt thì độ chính xác có thể đạt khoảng 0,001mm
và độ nhẵn 1,25mm.
- Có thể đúc nhiều kim loại khác nhau trong một vật đúc.
- Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa.
- Giá thành chế tạo vật đúc rẻ, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất cao.
 Nhược điểm
- Tốn kim loại cho hệ thống rót.
- Có nhiều khuyết tật (thiếu hụt, rỗ khí) làm tỷ lệ phế phẩm khá cao.
- Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc đòi hỏi thiết bị hiện đại.

1.1. Đúc trong khuôn cát.
1.1.1. Khái niệm:
Khuôn cát là khuôn đúc được một lần, được chế tạo bằng hỗn hợp mà
trong đó cát là thành phần chủ yếu.
Đúc trong khuôn cát có thể đúc được những vật đúc lớn, phức tạp nhưng
độ chính xác thấp, chấtt lượng bề mặt kém, năng suất thấp, thợ phải có tay nghề
cao. Phù hợp với sản xuất đơn chiếc.
1.1.2. Quy trình đúc trong khuôn cát bao gồm:
Chia làm các bước:
1) Chuẩn bị sản xuất:

+ Chuẩn bị thiết kế: Bộ phận kĩ thuật căn cứ vào bản vẽ chi tiết máy lập ra bản
vẽ đúc, tính toán, xử lí các yêu cầu kĩ thuật.
+ Chuẩn bị công nghệ: chế tạo các bộ mẫu (vật đúc, lõi, hệ thống rót…) làm
khuôn (lòng khuôn, lòng hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi), làm lõi.
2) Sản xuất đúc:

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Tiến hành lắp ráp khuôn, lõi kiểm tra, nấu chảy và rót kim loại lỏng vào khuôn
sau khi đông đặc vật đúc được hình thành trong khuôn, tiến hành dỡ khuôn, phá
lõi...
1.1.3 Hỗn hợp làm khuôn làm lõi:
1) Yêu cầu đối với vật liệu làm khuôn.
+ Tính dẻo: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của hỗn hợp sau khi tạo hình lòng
khuôn.
+ Độ bền: là khả năng hỗn hợp không bị phá hủy khi chịu lực, trong quá trình
vận chuyển và lắp đặt.
+ Tính lún: là khả năng giảm thể tích khi chịu lực, cho phép co giãn khi kim loại
đông đặc, giảm thể tích (tránh nứt, lở khuôn, lõi). Tính lún tăng khi hạt to, chất
dẻo kết dính ít, chất phụ gia tăng.
+ Tính thông khí: là khả năng cho chất khí thoát qua hỗn hợp ra ngoài, tránh gây
rỗ khí.Tính thông khí tăng khi cát hạt to và đều, chất phụ gia có độ xốp tăng, đất
sét, kết dính, lượng nước ít.

+ Tính bền nhiệt: là khả năng giữ được độ bền, không bị chảy, cháy mềm ở nhiệt
độ cao. Cần cát to và tròn, chất phụ ít.
+ Độ ẩm: là lượng nước chứa trong hỗn hợp, độ ẩm tăng đến 8% làm cho độ
bền, độ dẻo của hỗn hợp tăng, quá giới hạn đó sẽ có ảnh hưởng xấu.
+ Tính bền lâu: khả năng có thể sử dụng hỗn hơp nhiều lần nhưng vẫn đẩm bảo
yêu cầu kĩ thuật, tăng hiệu quả kinh tế.
2) Các vật liệu làm khuôn, lõi:
+ Cát: là thành phần chủ yếu SiO2
+ Đất sét: mAl2O3+nSiO2+qH2O
+ Chất kết dính: là những chất đưa vào trong hỗn hợp để tăng độ dẻo, tăng độ
bền, dính các hạt với nhau. Thường dùng: dầu thực vật, đường, xi măng, trộn với
cát, chất kết dính, chất phụ, chất phụ tăng độ xốp (mùn cưa, rơm rạ…).
+ Chất sơn khuôn: sơn vào bề mặt của tăng độ bong bề mặt, bền nhiệt và chịu
nhiệt

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


4

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2. Đúc đặc biệt
1.2.1. Đúc áp lực cao.
A. Khái niệm:
Đúc áp lực cao là công nghệ đúc trong đó kim loại lỏng điền đầy khuôn
và đông đặc duới tác dụng của áp lực cao do khí nén hoặc dầu ép trong xi lanh
ép tạo ra.

B. Ưu, nhược điểm của đúc áp lực cao.
Ưu điểm:
+ Đúc áp lực cao có thể đúc được các chi tiết thành mỏng, phức tạp, độ chính
xác cao, chất lượng vật đúc tốt và cho tổ chức xít chặt mà đúc rót không làm
được.
Nhược điểm:
+ Chỉ đúc được các chi tiết có khối lượng nhỏ.
+ Gía thành khuôn cao, do khuôn đúc áp lực có kết cấu phức tạp, yêu cầu kỹ
thuật cao.
+ Chỉ đúc được vật liệu là hợp kim nhôm, không đúc được các vật liệu kim loại
màu, như gang, thép…
C. Phạm vi ứng dụng.
Khuôn đúc áp lực được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp như sản
xuất các chi tiết phụ tùng xe máy, ôtô, các chi tiết trong lĩnh vực hàng thuỷ, hàng
không, cũng như trong đời sống hàng ngày.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

D. Một số sản phẩm của phương pháp đúc áp lực

Hình 1.1.1: Một số sản phẩm đúc áp lực cao

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


6

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.2. Máy Đúc Áp Lực cao

Hình 1.1.2: Máy đúc áp lực buồng ép nguội nằm ngang

Trong máy đúc áp lực cao gồm hai bộ phận thuỷ lực.
+ Một bộ phận đóng mở: hay còn gọi là bộ phận khoá khuôn.
+ Một bộ phận ép kim loại lỏng: hay còn gọi là cơ cấu ép.
Hầu hết các máy đều có cơ cấu khoá khuôn kiểu nằm ngang. Cơ cấu ép
thẳng đứng hoặc ép nằm ngang phụ thuộc vào cách bố trí phòng ép.
Dẫn động cho các cơ cấu này là bơm thuỷ lực kiểu pittông hoặc bơm kiểu
cánh. Bơm thuỷ lực có thể lắp trực tiếp hoặc bố trí độc lập.
Chất lỏng công tác trong máy đúc áp lực thường là dầu khoáng vật, hoặc
huyền phù dầu hoặc dầu khác.
+ Ưu điểm: Dầu khoáng vật có tính bôi trơn và chống ăn mòn tốt, tính chất làm
việc khá ổn định, giá thành thấp cho nên được sử dụng khá phổ biến.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Nhược điểm: Dầu khoáng vật dễ cháy, làm ô nhiễm môi trường.
Để tiết kiệm chất lỏng công tác làm việc trong điều kiện áp suất cao, trên
máy người ta thường lắp thêm bình chứa chuyên dụng. Bình chứa chịu áp lực
cao, có lớp đệm khí cho nên chỉ sử dụng bơm hoặc động cơ điện có công suất
nhỏ cũng đã đảm bảo được áp lực làm việc.
Trong sản xuất hiện nay, máy đúc áp lực cao được sản xuất theo hai kiểu chính:
 Máy đúc áp lực buồng nguội
 Máy đúc áp lực buồng nóng

A. Máy đúc áp lực buồng nguội
Máy đúc áp lực kiểu buồng nguội chia thành ba dạng:
+ Kiểu nằm ngang.
+ Kiểu ép thẳng đứng từ dưới lên.
+ Kiểu ép thẳng đứng từ trên xuống
Đa số các máy đúc hiện đại đều thiết kế theo kiểu buồng ép nguội nằm
ngang, mặt phân khuôn thẳng đứng.
Cấu tạo cơ bản và nguyên lý làm việc của máy đúc được thể hiện như sau:

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


8

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 – Buồng ép
2 – Piston ép
3 – Cốc rót
4 – Nửa khuôn cố định
5 – Nửa khuôn di động
6 – Hệ thống chốt đẩy

Hình 1.1.3: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy đúc áp lực buồng nguội nằm ngang

+ Giai đoạn thứ nhất: Giai đoạn cấp liệu:
Sau khi khuôn đóng lại, hệ thống xi lanh thuỷ lực làm nhiệm vụ khoá
khuôn sẽ hoạt động, khi đó hai nửa khuôn sẽ được ép chặt vào với nhau. Trong
giai đoạn này cốc rót kim loại lỏng sẽ rót kim loại lỏng vào trong xi lanh ép, sau
khi rót hết kim loại lỏng, pittông ép sẽ đi qua và bịt lỗ rót, vận tốc pittông ép và
áp lực trong buồng ép lúc này còn nhỏ. Vì khi đó áp lực chỉ cần đủ để thắng lực
ma sát.
+ Giai đoạn thứ hai: Giai đoạn điền đầy hốc khuôn.
Kim loại đã được điền đầy buồng ép, trong giai đoạn này tốc độ pittông
tăng lên, và đạt giá trị cực đại v2, đồng thời áp suất p2 cũng tăng lên rất nhanh và
đạt giá trị cực đại, lúc này pittông ép sẽ ép kim loại lỏng vào trong lòng khuôn,
với tốc độ dòng chảy của kim loại rất lớn, nên khoảng thời gian điền đầy là rất
ngắn, kim loại trong khuôn sẽ hình thành nên hình dạng của vật đúc, sau một
khoảng thời gian, khi hình vật đúc được hình thành, lúc này kim loại sẽ được
làm nguội nhờ hệ thống làm mát của khuôn.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN

9

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Giai đoạn thứ ba: Giai đoạn mở khuôn
Nửa khuôn di động sẽ đựơc mở ra nhờ hệ thống hệ thống đóng mở khuôn,
và đồng thời lúc này các cơ cấu side code cũng được rút ra. Lúc này vật đúc vẫn
nằm ở phía khuôn động.
+ Giai đoạn thứ tư: Giai đoạn đẩy sản phẩm
Lúc này hệ thống đẩy sản phẩm sẽ làm nhiệm vụ đẩy sản phẩm rơi ra khỏi
khuôn đúc, đồng thời pittông ép lúc này cũng di chuyển về phía buồng ép. Sau
khi sản phẩm được rơi ra thì phần khuôn di động được hệ thống đóng mở khuôn
ép vào phân khuôn tĩnh. Một chu trình mới lại được bắt đầu.
Chất lượng của vật đúc phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn các chế độ
công nghệ về việc điền đầy của kim loại lỏng vào hốc khuôn và chế độ ép. Các
chế độ công nghệ này phụ thuộc vào kết cấu của khuôn, kim loại và công suất
của máy đúc áp lực.
- Các nhân tố ảnh hưởng đáng kể nhất đến quá trình hình thành vật đúc:
 Áp lực trong buồng ép và trong hốc khuôn
 Vận tốc chuyển động của piston ép
 Vận tốc nạp
 Các thông số của hệ thống rót
 Nhiệt độ của kim loại lỏng và của khuôn
 Chế độ bôi trơn và làm nguội
- Có thể chia 1 chu trình điền đầy bốn giai đoạn:
 Giai đoạn 1: Piston đi qua và bịt kín lỗ rót. Vận tốc v1 của piston ép
còn bé. Giá trị p1 bằng áp lực cần thiết để thắng lực ma sát trong
xylanh thủy lực và trong buồng ép.
 Giai đoạn 2: Kim loại lỏng điền đầy toàn bộ buồng ép. Tốc độ
chuyển động của piston ép tăng lên và đạt tới giá trị cực đại v 2. Lúc

này, hiệu của p1 và p2 bằng các kháng lực thủy động lực học trong
buồng ép.
 Giai đoạn 3: Kim loại lỏng điền đầy hệ thống rót và hốc khuôn. Do
tiết diện rãnh dẫn thu hẹp lại nên vận tốc của piston ép giảm xuống
giá trị v3 và áp suất p3 tăng lên. Vào thời điểm kết thúc chuyển động
của piston ép xảy ra hiện tượng thủy kích do lực quán tính của các
phần tử chuyển động và áp suất tăng lên. Sau khi dao động áp suất
tắt dần và đạt được áp suất cuối cùng là áp suất thủy tĩnh p4.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


10

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

 Giai đoạn 4: Giai đoạn ép tĩnh. Giá trị p 4 có thể đạt từ 50 ÷ 5000
kG/cm2. Nếu vào thời điểm đạt được áp suất thủy tĩnh p 4 mà kim
loại lỏng ở rãnh dẫn vẫn còn lỏng thì áp suất đó sẽ được truyền lên
vật đúc, kim loại kết tinh trong trạng thái áp lực cao.

Hình 1.1.4: Sự thay đổi vận tốc và áp lực trong buồng ép

B. Máy đúc áp lực buồng nóng.
Máy đúc áp lực buồng nóng, dùng rất phổ biến hiện nay, kiểu buồng ép
nóng kiểu thẳng đứng được sử dụng rộng rãi hơn cả.
Đúc áp lực buồng nóng, lúc đó pittông sẽ ép kim loại theo phương thẳng
đứng và bạc rót được nối trực tiếp với lò nung.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


11

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.1.5: Sơ đồ nguyên lý máy đúc áp lực buồng nóng.

Nguyên lý làm việc của máy đúc áp lực buồng nóng, cũng bao gồm 4 giai
đoạn, như máy đúc áp lực buồng nguội.
+ Giai đoạn thứ nhất: khuôn được gá trên máy, hai nửa khuôn được đóng
chặt nhờ cơ cấu kẹp chặt của máy. Lúc này kim loại được rót vào trong lò nung.
+ Giai đoạn thứ hai: Pittông ép sẽ ép kim loại lỏng từ lò nung vào trong
khuôn, tạo nên hình dạng của chi tiết vật đúc.
+ Giai đoạn thứ ba: Lúc này nửa khuôn động được mở ra nhờ cơ cấu đóng
mở khuôn, đồng thời các cơ cấu side code cũng được rút ra. Lúc này vật đúc vẫn
nằm trên nửa khuôn động.
+ Giai đoạn thứ tư: Các cơ cấu đẩy sản phẩm, sẽ đẩy chi tiết ra ngoài, sau
khi sản phẩm được đẩy ra ngoài, thì nửa khuôn động được đóng lại. Đồng thời
pittông ép cũng di chuyển lên phía trên của lò nung, để chuyển bị cho quá trình
ép tiếp theo.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp đúc áp lực
 Ưu điểm
- Vật đúc đạt độ chính xác, độ bóng bề mặt cao, hầu như không cần gia
công cơ khí.
- Hoàn toàn không sử dụng hỗn hợp làm khuôn, ruột.
- Có khả năng đúc được những vật đúc thành rất mỏng (< 1 mm)
- Do vận tốc điền đầy khuôn lớn, áp lực tác dụng lên kim loại lỏng
cao, tác dụng nguội nhanh của khuôn kim loại nên tổ chức của vật
đúc nhỏ mịn, xít chặt.
- Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa cao, điều kiện lao động được cải
thiện.
- Năng suất cao, có thể đạt 1000 – 3600 sp/giờ.
- Khuôn kim loại có thể dùng được nhiều lần.
 Nhược điểm
- Giá thành khuôn rất cao, nhất là khi đúc các hợp kim có nhiệt độ rót
cao (như đồng, thép…). Vật liệu làm khuôn phải là vật liệu chịu nóng
đặc biệt, gia công tỉ mỉ và nhiệt luyện thích hợp.
- Vật đúc có rỗ khí (do dòng kim loại chảy vào khuôn cuốn theo bọt
không khí và do kết tinh nhanh không thoát ra ngoài được) làm giảm
độ sít chặt của vật đúc. Đây là một nhược điểm cần đặc biệt quan tâm
khi thiết kế đúc áp lực.
- Kích thước và khối lượng của vật đúc bị hạn chế theo cỡ máy đúc.
- Tỉ lệ thành phẩm nhỏ vì hệ thống rót lớn.
 Phạm vi sử dụng
- Đúc áp lực được sử dụng để đúc các vật đúc nhỏ, hình dạng và kết

cấu phù hợp sản xuất hàng loạt.
- Các hợp kim thường được sử dụng để đúc áp lực được lựa chọn theo
thành phần hóa học, các tính chất sử dụng và các tính chất công nghệ.
- Hợp kim dùng để đúc áp lực cần có khoảng kết tinh hẹp để nhận được
vật đúc có độ sít chặt cao, đồng đều, độ bền và độ dẻo cao ở nhiệt độ cao.
Hợp kim cũng cần có độ chảy loãng tốt, không bám dính khuôn, thành
phần hóa học ổn định khi giữ lâu trong lò.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


13

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.3. Vật liệu đúc

Hình 1.1.6: Tỉ trọng các loại hợp kim được sử dụng trong đúc áp lực

Các kim loại không thuộc hợp kim sắt đều có thể đúc áp lực ( ngày nay
với kỹ thuật công nghệ cao thì hợp kim sắt cũng có thể đúc áp lực được) thì
trong đó có hợp kim nhôm (Al) và hợp kim kẽm (Zn) được sử dụng nhiều nhất
và đặc biệt là hợp kim nhôm chiếm khoảng 95% sản lượng đúc và hình trên đây
cũng hiển thị rằng tổng hợp kim nhôm và kẽm chiếm 99% và khoảng 1% là hợp
kim Mangie (Mg) và đồng (Cu).

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

 Một số ưu điểm của hợp kim nhôm
- Khối lượng riêng nhỏ: 2.7g/cm3, khoảng bằng 1/3 so với thép, chính nhờ ưu
điểm này mà người ta ưu tiên sử dụng nó khi phải làm giảm nhẹ tối đa khối
lượng của hệ thống hay kết cấu như trong hàng không, vận tải để giảm nhẹ khối
lượng từ đó tiết kiệm năng lượng.
- Tính chống ăn mòn nhất định trong khí quyển nhờ luôn luôn có lớp màng
ôxit. Để tăng tính chống ăn mòn trong khí quyển, người ta làm cho lớp bảo vệ
này dày lên bằng các anốt hoá, nhờ đó nhôm và các hợp kim nhôm có thể dùng
trong xây dựng, trang trí nội thất mà không cần bảo vệ.
- Độ dẫn điện cao, tuy chỉ bằng 62% của đồng nhưng do khối lượng riêng
nhỏ nên các đặc tính truyền điện và truyền dòng điện rất cao. Nó được ứng dụng
rất nhiều trong lĩnh vực thiết bị điện.
- Tính dẻo cao,rất dễ biến dạng dẻo nhất là khi kéo sợi, cán thành tấm.
- Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp (660oC) một mặt làm dễ dàng nấu chảy
khi đúc, nhưng nhôm và hợp kim nhôm không sử dụng ở nhiệt độ cao hơn 300 –
400oC. So với gang thép việc đúc nhôm sẽ khó khăn hơn do dễ sinh ra nhiều
khuyết tật vật đúc (bởi dễ bị ôxi hoá) như: rỗ khí, rỗ co, lẫn tạp chất, các vết
dòng chảy, không điền đầy lòng khuôn. Vì vậy những sản phẩm từ nhôm thường
được đúc bằng phương pháp đúc áp lực.

 Hợp kim trên cơ sở nhôm
- Để đúc áp lực, chủ yếu dùng hợp kim hệ Al-Si-Cu-Mg. Silic có tác
dụng làm tăng độ chảy loãng và độ bền. Đồng có tác dụng hóa bền hợp

kim, nhưng có khuynh hướng tập trung ở tinh giới, làm giảm tính
chống ăn mòn của hợp kim (lượng đồng cho vào thường không vượt
quá 4%). Magie cải thiện tính chống ăn mòn, độ dẻo và độ dai va đập.
Lượng Magie cho vào có thể đến 10%. Silic và Magie tạo thành hợp
chất Mg2Si, hòa tan trong dung dịch rắn trên cơ sở nhôm, làm tăng tính
dòn của hợp kim. Lượng Magie trong hợp kim Al-Si không nên quá
1%; Silic trong hợp kim Al-Mg không nên quá 1,2%.
- Các hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi nhất: AlSi12, AlSi9Mg0,3,
AlMg8, AlSi8Cu4.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


15

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Hợp kim cùng tinh AlSi12 có độ chảy loãng cao nhưng cơ tính không
đủ cao. Hợp kim AlSi9Mg0,3 có độ bền và độ chống ăn mòn cao hơn
nhưng độ chảy loãng lại thấp hơn. Tính công nghệ của hợp kim AlMg8
thấp, được sử dụng khi cần bảo đảm tính chống ăn mòn cao. Hợp kim
AlSiCu4 có độ chảy loãng, tính chống ăn mòn, độ bền vừa phải.
- Đối với các chi tiết làm việc trong điều kiện tải rung động mạnh, nên
dùng hợp kim AlSi7Mg0,4, được hợp kim hóa vi lượng bằng Ti, Zr,
Be. Đối với các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao, hàm lượng Si đến
18%. Trong kỹ thuật điện, thường dùng hợp kim Silumin kẽm chứa
đến 0,9% kẽm và 0,1÷0,3% Mg.

Thành phần hóa
học và các tính
chất cơ lý

Hợp kim
AlSi12

AlSi9Mg0,
3

AlMg8

AlSi8Cu4

Si, %
Mg, %
Cu, %
Mn, %
Fe, %

10,0 –
12,5
–
–
–
<1,5

8,0 – 10,5
0,2 – 0,3
–

0,2 – 0,5
<1

–
9,5 – 10,5
–
–
<0,2

7,5 – 8,5
0,3 – 0,5
1,0 – 1,5
0,3 – 0,5
< 0,9

ρ, kg/dm3
Khoảng đông,
o
C
σb, Mpa
δ, %
HB

2,7 – 2,8
5–8
150
>1
50

2,70 – 2,75

15 – 20
160
>2
55

2,60 –
2,65
80 – 90
300
>8
75

2,8 – 2,9
55 – 65
250
>3
75

Bảng 1.1.1: Thành phần hóa học và cơ tính của một số hợp kim trên cơ sở nhôm

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


16

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.4. Lựa chọn máy đúc

Trong công nghệ đúc áp lực, tùy thuộc vào loại hợp kim cần đúc và các yêu
cầu khác của sản phẩm mà người ta sẽ sử dụng các loại máy đúc áp lực khác
nhau (máy đúc áp lực với buồng ép nóng, máy đúc áp lực với buồng ép nguội
nằm ngang, máy đúc áp lực với buồng ép nguội thẳng đứng, máy đúc áp lực
chân không…). Đối với chi tiết má đùm xe máy được nghiên cứu, ta sử dụng
loại máy đúc áp lực với buồng ép nguội nằm ngang, đây là loại máy được sử
dụng rộng rãi nhất để đúc áp lực các hợp kim nhôm.

Hình 1.1.7: Sơ đồ máy đúc áp lực buồng ép nguội nằm ngang

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


17

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

 Cấu tạo cơ bản của máy đúc áp lực buồng ép nguội nằm ngang:
- Hệ thống bơm kim loại lỏng
Sử dụng tay máy có gầu múc được điều khiển tự động hoặc sử dụng
hệ thống bơm, kim loại lỏng được rót vào buồng ép. Việc đẩy kim loại
lỏng vào khuôn được thực hiện nhờ hệ thống xi lanh thủy lực.
- Bộ khuyếch đại áp suất

Hình 1.1.8 Sơ đồ bộ khuyếch đại áp suất

Hệ thống này được sử dụng để gia tăng áp lực ép trong giai đoạn cuối của
hành trình ép. Piston ép khi di chuyển sẽ kích hoạt công tắc hành trình làm van

khí của bình gas (chứa khí Nitơ) mở ra, dầu thủy lực được bơm từ trước vào
trong bình gas bị khí gas nén nên tràn xuống piston tạo thêm áp lực ép.
- Hệ thống kẹp khóa khuôn

Hình 1.1.9: Kết cấu hệ thống kẹp - khóa khuôn

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


18

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Hai nửa khuôn được kẹp vào nhau để ngăn ngừa sự rò rỉ kim loại
lỏng trên mặt phân khuôn. Một hệ thống kẹp khuôn về cơ bản gồm
có hai tấm cố định, một tấm di động, bốn thanh dẫn hướng chính
xác và một cơ cấu khóa.
- Nửa khuôn cố định được gá trên tấm cố định (có các rãnh chữ T).
Nửa khuôn di động được kẹp vào tấm di động. Tấm cố định thứ hai,
bộ phận đưa dạng khuỷu (kiềm máy) được lắp đặt phía sau máy
như minh họa trong hình trên.

Hình 1.1.10: Bản vẽ Thớt kẹp khuôn

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN

19

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.1.11: Cơ cấu khóa khuôn

- Cơ cấu khóa khuôn: được trình bày như hình trên. Khi hai bề mặt
khuôn tiếp xúc với nhau, tác động khóa khuôn sẽ xảy ra và áp suất
nén ở bề mặt phân khuôn được thiết lập do kết hợp giữa piston thủy
lực và hệ thống các liên kết trong bộ phận đưa dạng khuỷu.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


20

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

Hình 1.1.12:Hệ thống đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn bằng tác động cơ khí

Khuôn đúc áp lực luôn bao gồm một hệ thống đẩy vật đúc ra khỏi khuôn
bởi tác động cơ khí trình bày như hình trên. Khi khuôn đóng lại, chốt đẩy tiếp
xúc với vật đúc và các chốt hồi tiếp xúc với các mặt phân khuôn của nửa khuôn
cố định. Sau khi khuôn mở ra, vật đúc được đẩy ra bởi sự di chuyển của tổ hợp
tấm đẩy và tấm giữ mang chốt đẩy về phía trước. Lực cần thiết để tác động lên

hệ thống đẩy này có thể được cung cấp bởi một tấm đẩy (knockout plate), bộ
bánh răng thanh răng hay một xi lanh thủy lực.

1.5. Đặc điểm của đúc áp lực
1.5.1. Độ chính xác về kích thước
Độ chính xác về kích thước của vật đúc phụ thuộc vào các yếu tố:
- Chất lượng gia công và lắp ráp khuôn.
- Độ kín giữa 2 nửa khuôn trong quá trình điền đầy hốc khuôn.
- Điều kiện công tác và mức độ mòn của khuôn.
- Tính ổn định của quy trình công nghệ.
- Đặc điểm về co rút của hợp kim đúc.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


21

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Việc bố trí và kích thước của hệ thống cấp kim loại.
1.5.2. Độ xốp
- Khi đúc áp lực, rỗ xốp ở vật đúc là do các nguyên nhân: sự co của vật
đúc, khí lẫn vào vật đúc trong quá trình điền đầy hốc khuôn.
- Rỗ khí và bọt khí không chỉ xuất hiện ở trong lòng vật đúc mà cong có
thể ở gần bề mặt.
- Bọt khí ở dạng mịn có kích thước dưới 0,3 mm. Những bọt khí to làm
giảm độ bền và độ sít chặt của vật đúc, bọt khí nhỏ tạo nên hiện tượng rộp khi
nung nóng.

1.5.3. Cơ tính
- Cơ tính phụ thuộc nhiều vào chiều dày thành của vật đúc. Điều này được
giải thích là do sự không đồng đều về cấu trực theo tiết diện vật đúc.
- Ngoài ra còn ảnh hưởng bởi các yếu tố như việc ép sơ bộ, chân không
hóa khuôn….
Các chỉ
tiêu
σb (MPa)
δ (%)
HB

Hợp kim
Mg
160 - 230
1- 2
50-60

Al
160 - 280
1- 3
50 - 90

Zn
250 - 300
1- 3
70 - 90

Cu
300 - 400
5- 10

80 - 95

Thép
400 - 1000
10 - 15
-

Bảng 1.1.2: Cơ tính của vật đúc bằng các hợp kim khác nhau được đo trên mẫu dày 3mm
không qua nhiệt luyện

1.5.4. Độ bóng bề mặt
Độ bóng bề mặt vật đúc phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng gia công bề
mặt khuôn. Việc mòn khuôn ảnh hưởng lớn đến độ bóng bề mặt vật đúc.

1.6. Một số yếu tố ảnh hưởng đến khuôn - sản phẩm đúc áp lực
 Khuôn:
Hình dạng, chất lượng của sản phẩm được quyết định bởi quá trình
thiết kế công nghệ khuôn đúc áp lực. Kết cấu khuôn quyết định đến khả
năng cơ giới hóa và sản lượng vật đúc.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


22

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

+ Hình dạng của hốc khuôn quyết định hình dạng của chi tiết. Nếu

quá trình gia công khuôn để lại những sai số gia công, trong quá trình
đông đặc đến khi nguội bằng nhiệt độ môi trường sản phẩm bị co ngót,
biến dạng, gây ra sai số hình dáng. Như vậy, để có được sản phẩm chính
xác cần tính toán co, độ thoát khuôn hợp lý.
+ Hệ thống rãnh dẫn trong khuôn là yếu tố rất quan trọng, quyết
định dòng chảy trong khuôn và quá trình điền đầy của sản phẩm.
+ Kết cấu khuôn ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt, đông đặc
của sản phẩm, nó còn tác động đến chất lượng tổ chức bên trong, ứng suất
trên sản phẩm và tốc độ tạo sản phẩm đúc.

 Máy đúc:
Các thông số kỹ thuật của máy đúc quyết định đến khả năng và
hiệu suất chế tạo sản phẩm.
Lực khóa khuôn của máy đúc áp lực, áp lực ép tối đa, trọng lượng
đúc lớn nhất, tiết diện bề mặt vật đúc lớn nhất, khoảng cách lớn nhất giữa
các mặt kẹp khuôn: quyết định đến khả năng chế tạo sản phẩm.
Chế độ vận hành của máy cũng tác động trực tiếp đến chất lượng
vật đúc như: thời gian phun chất bôi trơn và thời gian chờ để đóng khuôn,
nếu thời gian đóng khuôn quá nhanh lượng nước trong chất bôi trơn chưa
bốc hơi kịp sẽ nằm lại trong hốc khuôn sinh khí. Nếu mở khuôn sớm kim
loại chưa đông đặc hoàn toàn sẽ bị biến dạng, mở khuôn chậm sẽ dễ gây
nứt sản phẩm và giảm năng suất. Ngoài ra, còn các thông số khác như:
hành trình của các giá trị vận tốc, khả năng đáp ứng vận tốc của máy, hiệu
suất ép…
 Vật liệu:
Thiết kế khuôn đúc áp lực phụ thuộc vào tính chất nhiệt lý của vật
liệu.Tính chất của vật liệu chế tạo sản phẩm quyết định đến khả năng đúc
như: nhiệt độ rót, co ngót của sản phẩm, cơ tính của vật đúc, tổ chức kim
loại bên trong vật đúc và loại vật liệu để chế tạo khuôn.
+ Thành phần vật liệu có tính chảy loãng càng cao thì khả năng

điền đầy càng tốt, độ sít chặt càng cao. Khoảng kết tinh hẹp cho tổ chức
hạt mịn, cơ tính tốt, nhưng khoảng kết tinh quá ngắn kim loại sẽ không
kịp điền đầy.
+ Loại vật liệu dùng để chế tạo sản phẩm quyết định đến vật liệu
chế tạo khuôn đúc áp lực và chế độ làm mát khuôn.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


23

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

II. Thủy động lực học quá trình điền đầy khuôn
2.1. Nguyên tắc
Trong đúc áp lực cao, giải đoạn điền đầy khuôn được tính bắt đầu tại thời
điểm gia tốc của pittong bằng 0 và pittong đặt trong trạng thái chuyển động
ổn định vì khi đó dòng kim loại sẽ bị phân tán, khi đó không khí trong hốc
khuôn sẽ bị ngập trong hợp kim lỏng. Khi tốc độ và áp lực của dòng nạp ổn
định sau khi đã qua rãnh dẫn, dòng kim loại sẽ bảo toàn được hình dáng của
mình.
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.
Khi kim loại lỏng chuyển động ổn định, dòng kim loại lỏng vẫn dễ bị
nhiễu lại và nó sẽ mất đi hình dáng ổn định của mình. Một trong những
nguyên nhân làm nhiễu loạn dòng chảy là ứng suất trong và sức căng bề mặt
làm xuất hiện sóng dao động ngang trong dòng chảy. Chiều dài bước sóng
của dao động ngang tính theo công thức:

L  2C.v. 2 p
Trong đó:

(1.2.1)

C- hằng số phụ thuộc độ nhớt kim loại
v- tốc độ nạp (m/s)
δ- chiều dày rãnh dẫn (m)
- khối lượng riêng kim loại lỏng (kg/m3)

Khi tốc độ dòng nạp trên 50 m/s dòng chảy sẽ không liên tục do khuôn
thông khí kém, áp lực trong khuôn tăng lên và xuất hiện dao động hình Sin
theo chiều dọc của dòng chảy. Chiều dài giới hạn của dòng chảy chỉ vào
khoảng 100-200 lần chiều dày rãnh dẫn là thích hợp.
Việc gián đoạn dòng nạp cũng có thể xảy ra khi xuất hiện hiện tượng xâm
thực trong kênh của hệ thống do sự giảm áp.
Từ phương trình Becnuli, có thể miêu tả dòng chảy ổn định làm việc cho
dòng kim loại lỏng trong 2 kênh nối tiếp có tốc độ V1 và V2, áp suất P1, P2
tương ứng. Nếu P2= 0 thì V2= Vmax xác định theo công thức:
(1.2.2)

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


24

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giá trị tốc độ Vmax với hợp kim nhôm có thể đạt 200 (m/s). Với tốc độ đó,
các tia của dòng kim loại phân tán gây ra hiện tượng ăn mòn bề mặt kênh dẫn.
Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực, người ta dùng hệ thống rót thu hẹp có
chuyển tiếp đều đặn từ phần dày sang phần mỏng mà không được phép giảm áp
lực dòng chảy xuống 0.

2.2. Va đập của dòng nạp lên thành khuôn
Áp suất thủy động p của dòng chảy lên thành khuôn được xác định từ
dòng chảy đối xứng:
(1.2.3)
Trong đó:
α- góc nghiêng thành khuôn hoặc ruột so với hướng
chuyển động của dòng chảy.
Áp suất p càng lớn, chất lượng bề mặt vật đúc càng tốt. Từ phương trình
trên thấy rõ giá trị áp lực p trước hết phụ thuộc vào tốc độ v, nhưng tốc độ v
càng lớn, khuôn bị xâm thực càng mạnh. Bởi vậy phải chọn hướng của dòng nạp
khi va đập với khuôn sao cho góc α là nhỏ nhất.
Khi va đập vào thành khuôn, dòng kim loại sẽ bị biến dạng, thậm chí còn
bị vỡ vụn thành các hạt nhỏ. Để hạn chế hiện tượng này và để dảm bảo hệ thống
chảy tầng trong hệ thống rót, tốc độ dòng nạp không được vượt quá một giá trị
tới hạn Vth, được xác định theo công thức:
(1.2.4)

Trong đó:

v- độ nhớt động học
Re- tiêu chuẩn Reynold
δvd- chiều dày rãnh dẫn

Giá trị Re nhỏ nhất là 2300, lớn nhất 20000 đối với dòng chảy dọc theo
mặt phẳng vô cùng trơn.
Giá trị tốc độ tới hạn đối với kim loại rót ở trạng thái lỏng bình thường
không vượt quá 2- 5 m/s.

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN


25

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hợp kim
Hợp kim kẽm
Hợp kim nhôm
AJI2(AK12)
Hợp kim nhôm
AJI7-4(AlCu4)

T (oC)
450
395
650
585
650
580

V.106 (m/s)

0.42
1.90
0.51
2.23
0.48
3.35

Vth (m/s)
0.45
2.36
0.55
2.67
0.57
4.57

Bảng 1.2.1: Giá trị tốc độ tới hạn tính theo công thức trên cho vật đúc dày 5mm, rãnh dày
3mm của một số hợp kim

Khi tốc độ dòng nạp vượt quá tốc độ giới hạn, dòng chảy trong kênh sẽ là
dòng chảy rối, các thí nghiệm đã chỉ ra, khi tỉ lệ chiều dày của vạt đúc δ vd và
chiều dày rãnh dẫn δ có quan hệ như sau:
δvd/δ < 1/4 thì dòng chảy rối xuất hiện ở khoảng tốc độ 0.3- 10 m/s.
δvd/δ > 1/4 thì dòng chảy rối xuất hiện ở khoảng tốc độ 0.5- 20 m/s.
Nếu chọn giá trị cận trên, dòng chảy sẽ là dòng chảy rối và đó chính là
nguyên nhân của các khuyết tật vật đúc như: ngậm khí, xốp…
Vì vậy, không nên thiết kế hệ thống rót để cho giải đoạn điền đầy khuôn
ban đầu lại là dòng chảy rối.
Tại những chỗ va đập của kim lại với hốc khuôn, vật đúc sẽ có chất lượng
tốt nhất nếu tạo được một chế độ chuyển động phân tán, ở đó môi trường phân
tán là khí trong hốc khuôn, pha phân tán và là các giọt kim loại vừa bắn ra khỏi

thành khuôn. Khi hỗn hợp của các giọt kim loại và chất khí điền đầy toàn bộ thể
tích của hốc khuôn, ở đó đang có dòng nạp chảy qua thì các tia phun càng ngày
càng bão hòa kim loại lỏng, quá trình này liên tục cho đến khi không hình thành
được môi trường phân tán nữa. Trong môi trường lúc đó, các bọt khí bị vỡ vụn
thành các hạt nhỏ li ti và không ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc.
Môi trường phân tán sẽ xuất hiện khi tốc độ dòng nạp vượt quá một tốc độ
tới hạn thứ 2, tính theo công thức thực nghiệm:
(1.2.5)

Trong đó:

C, m, n là các hệ số thực nghiệm tra trong bảng:

ĐINH TIẾN ĐẠT

GVHD: TS. LÊ TRUNG KIÊN