Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 4: Một số phương pháp đúc (Phần 3) - Nguyễn Ngọc Hà

trái) mang vật đúc rời nửa khuơn tĩnh. Vật đúc được đẩy ra khỏi nửa khuơn động nhờ các chốt đẩy 4 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2. NHỮNG ĐẶC ĐiỂM CỦA ViỆC ĐiỀN ĐẦY HỐC KHUƠN 2.1. Quá trình điền đầy khuơn Với áp lực ép từ vài trăm đến vài ngàn kG/cm2 (đúc áp lực cao) Xảy ra trong vịng vài phần mười đến vài phần trăm giây Với vận tốc nạp (vận tốc KL lỏng đi qua rãnh dẫn) rất cao: 20 – 120 m/s  đúc được những vật đúc rất mỏng 5 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2. Chuyển động của KL lỏng trong hốc khuơn Tính chất chuyển động của KL lỏng trong hốc khuơn phụ thuộc: - Vận tốc nạp (vnạp) - Độ nhớt & sức căng bề mặt của KL lỏng - Tương quan giữa chiều dày thành rãnh dẫn & chiều dày vật đúc - Các điều kiện nhiệt 6 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2.1. Chuyển động êm  Xảy ra khi vnạp nhỏ  Sử dụng với các vật đúc cĩ hình dạng đơn giản, bằng hợp kim cĩ khoảng kết tinh rộng, địi hỏi cao về độ sít chặt Chuyển động tầng Chuyển động rối 7 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2.2. Chuyển động rối Xảy ra khi vnạp tương đối lớn Do chuyển động rối  dịng KL lỏng cuốn theo khí và các sản phẩm cháy của sơn khuơn. Khí nằm lại trong vật đúc dưới dạng rỗ kích thước 0,1-1,0 mm  giảm đáng kể cơ tính vật đúc 8 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2.3. Chuyển động phân tán Xảy ra khi vnạp lớn Khi đập vào thành khuơn, dịng KL lỏng bắn tĩe, tạo với khơng khí thành hệ phân tán. Lớp vỏ rắn của VĐ cản trở việc thốt khí, khí nằm dưới dạng rỗ khí cực nhỏ  giảm cơ tính vật đúc (ít tác hại hơn chuyển động rối) Làm khuơn & ruột bị mịn nhanh, KL cĩ thể bám dính vào khuơn Đúc vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp, địi hỏi cao về chất lượng bề mặt và độ nét các đường viền 9 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Chuyển động phân tán 10 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. ĐẶC ĐiỂM/PHẠM VI SỬ DỤNG 3.1. Ƣu điểm VĐ đạt độ chính xác, độ bĩng bề mặt rất cao  hầu như khơng cần gia cơng cơ khí Hồn tồn khơng sử dụng HHLK, HHLR Cĩ thể đúc được vật đúc thành rất mỏng (<1mm) Áp lực tác dụng lên KL lỏng cao, tác dụng nguội nhanh của khuơn KL  tổ chức HK đúc nhỏ mịn Mức độ cơ khí hĩa, tự động hĩa cao  điều kiện lao động được cải thiện Năng suất rất cao (cĩ thể 1000-3000 lần ép/giờ) 11 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.1. Ƣu điểm 12 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.2.Nhƣợc điểm Giá thành khuơn ép rất cao, nhất là khi đúc các HK cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao (HK Cu, thép ) Vật liệu làm khuơn: HK chịu nĩng đặc biệt, gia cơng cơ chính xác và nhiệt luyện thích hợp Kích cỡ vật đúc bị giới hạn theo cỡ máy đúc 13 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.2. Nhƣợc điểm Dịng KLL chảy vào khuơn cuốn theo bọt khơng khí + VĐ đơng đặc nhanh  VĐ bị rỗ khí  khơng thể nhiệt luyện vì khi nung, rỗ khí nở ra làm biến dạng VĐ Tỉ lệ thành phẩm nhỏ vì HTR lớn 14 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3. Phạm vi sử dụng Chi tiết đúc cĩ: - Kích thước nhỏ - Yêu cầu rất cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác về kích thước - Sản lượng đúc lớn 15 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3. Phạm vi sử dụng HK dùng để đúc áp lực nên cĩ: - Khoảng kết tinh hẹp để vật đúc cĩ độ sít chặt cao - Độ chảy lỗng tốt, khơng bám dính khuơn - Thành phần hĩa học ổn định khi giữ lâu trong lị Các hợp kim thƣờng đúc áp lực - Các HK Al đúc: AL2 (Al-Si), AL4 (Al-Mg-Mn-Si), AL7 (Al-Cu), AL10B (Al-Si-Cu) - Các HK đồng thau: LC59-1 (đồng thau chì), AL80-3 (đồng thau silic) - Thép 16 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3. Phạm vi sử dụng 17 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3. Phạm vi sử dụng 18 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4. KHUƠN ĐÚC ÁP LỰC 4.1. Yêu cầu đối với khuơn Các yêu cầu giống như khuơn kim loại tĩnh, ngồi ra: Chịu được nhiệt độ cao hơn, áp lực lớn Đạt yêu cầu về độ chính xác kích thước và độ nhẵn bĩng bề mặt 19 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền lâu của khuơn  Lựa chọn vật liệu làm khuơn phù hợp Chế độ nhiệt luyện khuơn phải phù hợp Kết cấu khuơn hợp lý Nhiệt độ KL rĩt vào khuơn phải hợp lý. Nhiệt độ KL lỏng chỉ nên cao hơn nhiệt độ nĩng chảy từ 10 – 300C Nhiệt độ khuơn khơng được phép quá cao để vật đúc khơng bị hàn dính vào khuơn (khuơn phải được làm nguội đúng mức) 20 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.3. Vật liệu làm khuơn Để đúc các HK Zn, Al, Mg : - 40Cr5MoV1Si (SKD 61) - 40Cr5MoVSi (SKD 6) Để đúc HK Cu: - 30Cr3Mo3V - 30Cr2W8V (SKD4, SKD5) - 40Cr8W2 Để đúc thép: HK Mo, Mo-W 21 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Khuơn đúc áp lực 22 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CƠNG NGHỆ 5.1.Tính cơng nghệ của kết cấu VĐ VĐ khơng được tạo bĩng khi chiếu bằng các tia vuơng gĩc với MPK 23 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.1.Tính cơng nghệ của kết cấu VĐ Vật đúc nên cĩ phần lớn ruột nằm ở nửa khuơn di động Các thành bên trong nên nằm nghiêng để giảm ứng suất co 24 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.1.Tính cơng nghệ của kết cấu VĐ Đúc áp lực khơng thể tạo điều kiện đơng đặc cĩ hướng  phải tạo điều kiện cho VĐ đơng đặc đồng thời  VĐ nên cĩ thành dày đều và mỏng nhất cĩ thể được để loại trừ khả năng rỗ co tập trung và rỗ khí 25 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 26 Hợp kim Chiều dày nhỏ nhất cho phép của thành vật đúc, mm Ứng với diện tích mặt ngoài của vật đúc, cm 2  25 25 – 100 100 – 250 250 – 500  500 Kẽm 0,5 0,8 1,0 1,5 2,0 Nhôm 0,8 1,2 1,5 2,5 3,0 Manhê 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Đồng 2,0 2,5 3,0 3,5 - Thép 2,0 3,0 5,0 - - 5.1.Tính cơng nghệ của kết cấu VĐ Chỗ chuyển tiếp thành và gĩc lượn của VĐ: - Độ chênh về chiều dày thành nhỏ: sử dụng gĩc lượn - Độ chênh về chiều dày thành lớn: chuyển tiếp chiều dày thành 27 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.1.Tính cơng nghệ của kết cấu VĐ Khơng nên sử dụng ruột quá dài; nên chia ruột dài thành nhiều ruột ngắn Các ruột nên bố trí song song nhau Các ruột khơng nên xiên qua nhau 28 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Đƣờng kính nhỏ nhất của lỗ đúc Hợp kim đúc Đƣờng kính nhỏ nhất của ruột, mm Chiều sâu lớn nhất của lỗ (số lần đƣờng kính lỗ) Độ xiên của ruột (% so với chiều dài ruột) Lỗ cụt Lỗ suốt Kẽm 1,5 6 12 0,2 – 0,5 Nhơm 2,5 3 6 0,5 – 1,0 Manhê 2,0 5 10 0,3 – 0,5 Đồng 3,0 3 4 0,8 – 1,5 29 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.2. Hệ thống rĩt 5.2.1. Các loại hệ thống rĩt Hệ thống rĩt trực tiếp Khơng cĩ kênh dẫn, buồng ép nối trực tiếp tới hốc khuơn Điền đầy hốc khuơn bằng dịng KL liên tục Sử dụng cho khuơn đúc chiếc một 30 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Hệ thống rĩt trong Sử dụng cho khuơn đúc chiếc một và vật đúc cĩ lỗ ở tâm mà kích thước lỗ cho phép bố trí HTR Giảm đáng kể kích thước khuơn 31 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Hệ thống rĩt ngồi Phổ biến nhất  Là lựa chọn duy nhất đối với khuơn đúc nhiều hốc khuơn 32 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.2.2. Thiết kế hệ thống rĩt Nguyên tắc thiết kế hệ thống rĩt Quảng đường chuyển động của KL lỏng trong HTR là ngắn nhất Tiết diện các kênh dẫn thu hẹp dần từ buồng ép tới hốc khuơn: - Giảm sự cuốn khí của KL lỏng - KL lỏng sẽ tăng dần tốc độ  các bọt khí liên kết lại và bị đẩy vào rãnh rửa 33 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Nguyên tắc thiết kế hệ thống rĩt KL cần điền đầy hốc khuơn theo dịng chảy cĩ hướng a)KL đập vào thành khuơn tạo dịng ngược: phần mỏng cĩ thể khơng được điền đầy hồn tồn b)Điền đầy bởi dịng phân tán c)Điền đầy bởi dịng chảy rối 34 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.3. Kênh thốt khí (KTK) Hốc khuơn được điền đầy bằng dịng liên tục: KTK được đặt ở cách xa rãnh dẫn nhất Hốc khuơn được điền đầy bằng dịng phân tán: KTK được bố trí ở tất cả các phần của khuơn 35 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.3. Kênh thốt khí (KTK) KTK thường được bố trí ở MPK cĩ dạng khe hẹp (a) Ở những vị trí đặc biệt (b) Rãnh trên các ruột di động 36 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.4. Rãnh rửa Tác dụng của rãnh rửa: - Giảm bọt khí trong VĐ - Đĩng vai trị của kênh thốt khí - Tạo cân bằng nhiệt cho khuơn Vị trí đặt rãnh rửa phụ thuộc cách bố trí buồng ép 37 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.5. Bố trí vật đúc trong khuơn Single-cavity die: khuơn một hốc khuơn Multiple-cavity die: khuơn nhiều hốc khuơn Combination die: bố trí kết hợp Khuơn nhiều phần, nhiều hốc khuơn 38 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6. MÁY ĐÚC ÁP LỰC 6.1. Máy cĩ buồng ép nĩng  Buồng ép nằm trong nồi lị KL lỏng  Áp lực ép tương đối thấp  Dễ tự động hĩa quá trình rĩt khuơn  Tuổi thọ của buồng ép và piston ép thấp do luơn tiếp xúc với KL lỏng  Thường đúc các HK cĩ nhiệt độ nĩng chảy thấp (HK Zn, Sn ) 39 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6.2. Máy cĩ buồng ép nguội Phổ biến nhất KL lỏng được rĩt vào buồng ép qua lỗ rĩt Buồng ép và piston ép chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn (theo chu kỳ) với KL lỏng  nhiệt độ thấp, tuổi thọ cao 40 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6.2. Máy cĩ buồng ép nguội HTR phải thấp hơn hốc khuơn (nếu khơng, KL lỏng sẽ tự chảy vào khuơn) 41 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6.3. Kết cấu máy đúc áp lực 1. Bộ phận kẹp khuơn (Clamping unit) 2. Hệ thống khuơn (Die assembly) 3. Bộ phận ép (Injection unit) 42 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Máy đúc áp lực với cơ cấu tăng lực bằng địn bẫy Die-closing cylinder: xi lanh đĩng mở khuơn; Toggle mechanism: cơ cấu địn bẫy; Moving platen: bệ động; Front platen: bệ cố định; Movable die half: nửa khuơn động; Fixed die half: nửa khuơn tĩnh; Duide rods: thanh dẫn hướng; Shot chamber: buồng ép; Pouring hole: miệng rĩt; Shot cylinder: xilanh ép 43 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7. DÙNG CHÂN KHƠNG TRONG ĐÚC ÁP LỰC Vật đúc được chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực cao thường bị rỗ khí Nếu dùng chân khơng hút khơng khí trong hốc khuơn ra trước rồi ép KL lỏng vào  giảm rỗ khí; lực ép cĩ thể thấp hơn  nâng cao tuổi thọ khuơn, tăng độ chính xác & độ bĩng bề mặt vật đúc Khuơn phải kín và cĩ hệ thống đặc biệt tạo độ sít kín cao 44 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7. DÙNG CHÂN KHƠNG TRONG ĐÚC ÁP LỰC 45 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 46 8. ĐÚC ÁP LỰC THẤP 8.1. Nguyên lý Khuơn được bố trí phía trên nồi chứa kim loại lỏng Cho khơng khí nén áp suất thấp (<1kG/cm2) tác động lện bề mặt KL trong nồi  KL lỏng dâng lên điền đầy hốc khuơn 47 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.1. Nguyên lý Chờ KL lỏng đơng đặc trong hốc khuơn Cắt nguồn khí nén  KL lỏng trong ống dẫn chảy trở lại nồi Ống dẫn: thường làm bằng gang cĩ lớp cách nhiệt Khuơn: kim loại. Vật liệu làm khuơn khơng yêu cầu cao như khi đúc áp lực cao Ruột: cĩ thể bằng hỗn hợp cát 48 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.2. Đặc điểm 8.2.1. Ƣu điểm Khơng cần sử dụng rãnh dẫn KL lỏng điền đầy hốc khuơn êm, khơng xốy, khơng bắn tĩe  vật đúc khơng bị rỗ khí như khi đúc áp lực cao Tự động hĩa được khâu cấp KL lỏng vào khuơn; cĩ thể điều khiển được dịng KL lỏng chảy vào khuơn nhờ khống chế áp suất khí nén 49 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.2.1. Ƣu điểm Tạo được áp suất dư tác động lên KL lúc kết tinh (1 – 10 kG/cm2)  cĩ thể khơng dùng đậu ngĩt; vật đúc sít chặt Hiệu suất sử dụng KL lỏng cao (>90%) Thiết bị đúc rẻ Khuơn đúc rẻ, dễ chế tạo 50 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.2.2. Nhƣợc điểm Năng suất thấp hơn nhiều so với đúc áp lực cao 51 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.2.3. Phạm vi sử dụng Cĩ thể triển khai trong sản xuất loạt nhỏ và trung bình Cĩ thể đúc những vật đúc khối lượng tới 300kg, kích thước đến 1200mm HK đúc: HK Al, Cu, Mg, gang, thép 52 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 9. ĐÚC KHÁNG ÁP Cĩ thiết bị giống như đúc áp lực thấp chỉ khác ở chỗ khí nén cùng một lúc đưa vào nồi và buồng chụp lấy khuơn Lúc đầu khống chế áp suất 2 bên chênh lệch một ít  KL lỏng sẽ từ từ dâng lên điền đầy khuơn Khi rĩt xong cùng tăng áp suất, tạo áp suất dư tới 20 kG/cm2  vật đúc kết tinh sít chặt hơn  cơ tính cao hơn 53 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 10. MỘT SỐ CN ĐÚC ÁP LỰC MỚI 10.1. Đúc áp lực thấp kết hợp với mẫu hĩa khí PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 54 10.2. Điền đầy khuơn bằng cách hút chân khơng PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 55 10.3. Rĩt vào buồng ép hở PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 56 10.4. Cấp KLL từ phễu chứa KLL PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 57 Câu hỏi thảo luận • So sánh phạm vi sử dụng của đúc áp lực cao và đúc áp lực thấp. • Vì sao các vật đúc bằng gang thường khơng được đúc bằng áp lực cao? Cĩ thể đúc áp lực thấp khơng? • Cĩ thể sử dụng đậu ngĩt để bù co khi đúc áp lực cao khơng? PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 58