Bài giảng Đúc áp lực (Mới)

ĐÚC ÁP LỰC Từ khóa: - Die Casting - Pressure Die Casting 1. Nguyên lý Khuôn: kim loại Kim loại lỏng được điền đầy khuôn dưới áp lực 1. Nguyên lý (1): KLL được rót vào buồng ép qua lỗ rót (2): Piston ép đẩy KLL điền đầy hốc khuôn (3): KL đông đặc, nửa khuôn động (bên trái) mang vật đúc rời nửa khuôn tĩnh. Vật đúc được đẩy ra khỏi nửa khuôn động nhờ các chốt đẩy 2. Những đặc điểm của việc điền đầy hốc khuôn Với áp lực ép từ vài trăm đến vài ngàn kG/cm 2 (đúc áp lực cao) Quá trình điền đầy khuôn : - Xảy ra trong vòng 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 2. Những đặc điểm của việc điền đầy hốc khuôn Tính chất chuyển động của KL lỏng trong hốc khuôn phụ thuộc : - Vận tốc nạp (v nạp ) - 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 Chuyển động của KL lỏng trong hốc khuôn Chuyển động êm (hình 1): - Xảy ra khi v nạp nhỏ - Sử dụng với các vật đúc có hình dạng đơn giản, bằng hợp kim có khoảng kết tinh rộng, đòi hỏi cao về độ sít chặt hình 1 hình 2 Chuyển động của KL lỏng trong hốc khuôn 2. Chuyển động rối (hình 2): - Xảy ra khi v nạp tương đối lớn - Do chuyển động rối  dòng KL lỏng cuốn theo khí và các sản phẩm cháy của sơn khuôn. Khí nằm lại trong vật đúc dưới dạng rỗ kích thước 0,1-1,0 mm  giảm đáng kể cơ tính vật đúc Chuyển động của KL lỏng trong hốc khuôn 3. Chuyển động phân tán (hình 3): - Xảy ra khi v nạp lớn - Khi đập vào thành khuôn, dòng KLL bắn tóe & tạo với không khí thành hệ phân tán. Lớp vỏ rắn của VĐ cản trở việc thoát khí, khí nằm lại trong VĐ dưới dạng rỗ khí cực nhỏ  giảm cơ tính vật đúc (ít tác hại hơn chuyển động rối) - Làm khuôn & ruột bị mòn nhanh, KL có thể bám dính vào khuôn - Đúc vật đúc thành mỏng, hình dạng phức tạp, đòi hỏi cao về chất lượng bề mặt và độ nét các đường viền Chuyển động phân tán hình 3 3. Đặc điểm & phạm vi sử dụng 3.1. Ưu điểm VĐ đạt độ chính xác, độ bóng bề mặt cao (cao nhất trong các p/p đúc)  hầu như không cần gia công cơ khí Hoàn toàn không sử dụng HHLK, HHLR Có thể đúc được vật đúc thành rất mỏng (<1mm) Áp lực tác dụng lên KLL cao, tác dụng nguội nhanh của khuôn KL  tổ chức HK đúc nhỏ mịn Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa cao  điều kiện lao động được cải thiện Năng suất rất cao (có thể 1000-3000 lần ép/giờ) 3.1. Ưu điểm 3.2. Nhược điểm Giá thành khuôn ép rất cao, nhất là khi đúc các HK có nhiệt độ nóng chảy cao (HK Cu, thép ) Vật liệu làm khuôn: HK chịu nóng đặc biệt, gia công cơ chính xác và nhiệt luyện thích hợp Kích cỡ vật đúc bị giới hạn theo cỡ máy đúc 3.2. Nhược điểm Dòng KLL chảy vào khuôn cuốn theo bọt không khí + VĐ đông đặc nhanh  VĐ bị rỗ khí  không thể nhiệt luyện vì khi nung, rỗ khí nở ra làm biến dạng VĐ Tỉ lệ thành phẩm nhỏ vì HTR lớn 3.3. Phạm vi sử dụng Chi tiết đúc có: - Kích thước nhỏ - Yêu cầu rất cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác về kích thước - Sản lượng đúc lớn 3.3. Phạm vi sử dụng HK dùng để đúc áp lực nên có: - Khoảng kết tinh hẹp để VĐ có độ sít chặt cao - Độ chảy loãng tốt, không bám dính khuôn - Thành phần hóa học ổn định khi giữ lâu trong lò Các hợp kim thường 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 3.3. Phạm vi sử dụng 3.3. Phạm vi sử dụng 4. Khuôn đúc áp lực4.1. Yêu cầu đối với khuôn Các yêu cầu giống như khuôn kim loại tĩnh, ngoài ra: Chịu được nhiệt độ cao h ơ n, áp lực lớn Đạt yêu cầu về độ chính xác kích thước và độ nhẵn bóng bề mặt 4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ lâu của khuôn Lựa chọn vật liệu làm khuôn phù hợp Chế độ nhiệt luyện khuôn phải phù hợp Kết cấu khuôn hợp lý Nhiệt độ KL rót vào khuôn phải hợp lý. Nhiệt độ KL lỏng chỉ nên cao hơn nhiệt độ nóng chảy từ 10 – 30 0 C Nhiệt độ khuôn không được phép quá cao để vật đúc không bị hàn dính vào khuôn (khuôn phải được làm nguội đúng mức) 4.3. Vật liệu làm khuôn 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 Khuôn đúc áp lực 5. Một số vấn đề về công nghệ 5.1.Tính công nghệ của kết cấu VĐ VĐ không được tạo bóng khi chiếu bằng các tia vuông góc với MPK 5.1.Tính công nghệ của kết cấu VĐ Vật đúc nên có phần lớn ruột nằm ở nửa khuôn di động Các thành bên trong nên nằm nghiêng để giảm ứng suất co 5.1.Tính công nghệ của kết cấu VĐ Đúc áp lực không thể tạo điều kiện đông đặc có hướng  phải tạo điều kiện cho VĐ đông đặc đồng thời  VĐ nên có thành dày đều và mỏng nhất có thể được để loại trừ khả năng rỗ co tập trung và rỗ khí Hôïp kim Chieàu daøy nhoû nhaát cho pheùp cuûa thaønh vaät ñuùc , mm ÖÙng vôùi dieän tích maët ngoaøi cuûa vaät ñuùc , cm 2  25 25 – 100 100 – 250 250 – 500  500 Keõm 0,5 0,8 1,0 1,5 2,0 Nhoâm 0,8 1,2 1,5 2,5 3,0 Manheâ 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Ñoàng 2,0 2,5 3,0 3,5 - Theùp 2,0 3,0 5,0 - - 5.1.Tính công nghệ của kết cấu VĐ Chỗ chuyển tiếp thành và góc lượn của VĐ: - Độ chênh về chiều dày thành nhỏ: sử dụng góc lượn - Độ chênh về chiều dày thành lớn: chuyển tiếp chiều dày thành 5.1.Tính công nghệ của kết cấu VĐ Không nên sử dụng ruột quá dài; nên chia ruột dài thành nhiều ruột ngắn Các ruột nên bố trí song song nhau Các ruột không nên xiên qua nhau Đường kính nhỏ nhất của lỗ đúc Hợp kim đúc Đường kính nhỏ nhất của ruột, mm Chiều sâu lớn nhất của lỗ (số lần đường kính lỗ) Độ xiên của ruột (% so với chiều dài ruột) Lỗ cụt Lỗ suốt Kẽm 1,5 6 12 0,2 – 0,5 Nhôm 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 5.2. Hệ thống rót 5.2.1. Các loại hệ thống rót a. Hệ thống rót trực tiếp - Không có kênh dẫn, buồng ép nối trực tiếp tới hốc khuôn - Điền đầy hốc khuôn bằng dòng KL liên tục - Sử dụng cho khuôn đúc chiếc một b. Hệ thống rót trong Sử dụng cho khuôn đúc chiếc một và vật đúc có lỗ ở tâm mà kích thước lỗ cho phép bố trí HTR Giảm đáng kể kích thước khuôn c. Hệ thống rót ngoài Phổ biến nhất Là lựa chọn duy nhất đối với khuôn đúc nhiều hốc khuôn 5.2.2. Thiết kế hệ thống rót Nguyên tắc thiết kế hệ thống rót 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 khuôn: - 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 Nguyên tắc thiết kế hệ thống rót KL cần điền đầy hốc khuôn theo dòng chảy có hướng a)KL đập vào thành khuôn tạo dòng ngược: phần mỏng có thể không được điền đầy hoàn toàn b)Điền đầy bởi dòng phân tán c)Điền đầy bởi dòng chảy rối 5.3. Kênh thoát khí (KTK) Hốc khuôn được điền đầy bằng dòng liên tục: KTK được đặt ở cách xa rãnh dẫn nhất Hốc khuôn được điền đầy bằng dòng phân tán: KTK được bố trí ở tất cả các phần của khuôn 5.3. Kênh thoát khí (KTK) KTK thường được bố trí ở MPK có dạng khe hẹp (a) Ở những vị trí đặc biệt (b) Rãnh trên các ruột di động 5.4. Rãnh rửa Tác dụng của rãnh rửa: - Giảm bọt khí trong VĐ - Đóng vai trò của kênh thoát khí - Tạo cân bằng nhiệt cho khuôn Vị trí đặt rãnh rửa phụ thuộc cách bố trí buồng ép 5.5. Bố trí vật đúc trong khuôn Single-cavity die: khuôn một hốc khuôn Multiple-cavity die: khuôn nhiều hốc khuôn Combination die: bố trí kết hợp Khuôn nhiều phần, nhiều hốc khuôn 6. Máy đúc áp lực 6.1. Máy có buồng ép nóng Buồng ép nằm trong nồi lò KL lỏng Áp lực ép tương đối thấp Dễ tự động hóa quá trình rót khuôn Tuổi thọ của buồng ép và piston ép thấp do luôn tiếp xúc với KL lỏng Thường đúc các HK có nhiệt độ nóng chảy thấp (HK Zn, Sn ) 6.2. Máy có buồng ép nguội Phổ biến nhất KL lỏng được rót vào buồng ép (xylanh ép) qua lỗ rót Buồng ép và piston ép chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn (theo chu kỳ) với KL lỏng  nhiệt độ thấp, tuổi thọ cao 6.2. Máy có buồng ép nguội HTR phải thấp hơn hốc khuôn (nếu không, KL lỏng sẽ tự chảy vào khuôn) 6.3. Kết cấu máy đúc áp lực Bộ phận kẹp khuôn (Clamping unit) Hệ thống khuôn (Die assembly) Bộ phận ép (Injection unit) Máy đúc áp lực với cơ cấu tăng lực bằng đòn bẫy Die-closing cylinder: xi lanh đóng mở khuôn; Toggle mechanism: cơ cấu đòn bẫy; Moving platen: bệ động; Front platen: bệ cố định; Movable die half: nửa khuôn động; Fixed die half: nửa khuôn tĩnh; Duide rods: thanh dẫn hướng; Shot chamber: buồng ép; Pouring hole: miệng rót; Shot cylinder: xilanh ép 7. Dùng chân không trong đúc áp lực Vật đúc được chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực cao thường bị rỗ khí Nếu dùng chân không hút không khí trong hốc khuôn ra trước rồi ép KL lỏng vào  giảm rỗ khí; lực ép có thể thấp hơn  nâng cao tuổi thọ khuôn, tăng độ chính xác & độ bóng bề mặt vật đúc Khuôn phải kín và có hệ thống đặc biệt tạo độ sít kín cao 7. Dùng chân không trong đúc áp lực 8. Đúc áp lực thấp8.1. Nguyên lý Khuôn được bố trí phía trên nồi chứa kim loại lỏng Cho không khí nén áp suất thấp (<1kG/cm 2 ) tác động lện bề mặt KL trong nồi  KL lỏng dâng lên điền đầy hốc khuôn 8.1. Nguyên lý Chờ KL lỏng đông đặc trong hốc khuôn Cắt nguồn khí nén  KL lỏng trong ống dẫn chảy trở lại nồi Ống dẫn: thường làm bằng gang có lớp cách nhiệt Khuôn: kim loại. Vật liệu làm khuôn không yêu cầu cao như khi đúc áp lực cao Ruột: có thể bằng hỗn hợp cát 8.2. Đặc điểm8.2.1. Ưu điểm Không cần sử dụng rãnh dẫn KL lỏng điền đầy hốc khuôn êm, không xoáy, không bắn tóe  vật đúc không bị rỗ khí như khi đúc áp lực cao Tự động hóa được khâu cấp KL lỏng vào khuôn; có thể điều khiển được dòng KL lỏng chảy vào khuôn nhờ khống chế áp suất khí nén 8.2.1. Ưu điểm Tạo được áp suất dư tác động lên KL lúc kết tinh (1 – 10 kG/cm 2 )  có thể không dùng đậu ngót; vật đúc sít chặt Hiệu suất sử dụng KL lỏng cao (>90%) Thiết bị đúc rẻ Khuôn đúc rẻ, dễ chế tạo 8.2.2. Nhược điểm Năng suất thấp hơn nhiều so với đúc áp lực cao 8.2.3. Phạm vi sử dụng Có thể triển khai trong sản xuất loạt nhỏ và trung bình Có thể đúc những vật đúc khối lượng tới 300kg, kích thước đến 1200mm HK đúc: HK Al, Cu, Mg, gang, thép 9. Đúc kháng áp Có thiết bị giống như đúc áp lực thấp chỉ khác ở chỗ khí nén cùng một lúc đưa vào nồi và buồng chụp lấy khuôn Lúc đầu khống chế áp suất 2 bên chênh lệch một ít  KL lỏng sẽ từ từ dâng lên điền đầy khuôn Khi rót xong cùng tăng áp suất, tạo áp suất dư tới 20 kG/cm 2  vật đúc kết tinh sít chặt hơn  cơ tính cao hơn