Quy trình đúc áp lực vỏ motor giảm tốc Dolin
- Chủ nhật - 23/09/2018 12:45
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Đúc là một trong những phương pháp tạo hình sản phẩm. Dựa trên vật liệu, kết cấu sản phẩm, yêu cầu kỹ thuật… Người ta chia ra nhiều công nghệ đúc khác nhau. trong đó đúc áp lực là một trong những phương pháp đúc tiên tiến và được sử dụng rộng rãi nhất.
Trong những năm gần đây, công nghệ đúc áp lực đã xâm nhập khá phổ biến vào ngành cơ khí tạo nên những chuyển biến lớn trong sản xuất chế tạo. Vậy công nghệ đúc áp lực là gì?
Sơ lược về công nghệ đúc áp lực.
Đúc áp lực là phương pháp chế tạo vật đúc có năng suất rất cao, có thể tự động hóa hoàn toàn, độ chính xác và độ bóng bề mặt vật đúc cao. Hiện nay, sản lượng các vật đúc được chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các phương pháp đúc đặc biệt.
Ngày nay quá trình đúc áp lực được thực hiện bằng các máy chuyên dùng tự động hóa và cơ giới hóa cao. Sự đơn giản và ít công đoạn trong đúc áp lực mở ra những triển vọng to lớn để tự động hóa toàn bộ các quá trình sản xuất.
Quy trình đúc áp lực.
Quy trình đúc áp lực được mô tả theo hình 2.2. Đầu tiên kim loại lỏng được rót vào buồng ép 1, sau đó xilanh thủy lực vận hành, piston ép 2 đẩy kim loại lỏng điền đầy vào hốc khuôn dưới tác dụng của áp lực cao. Sau khi vật đúc đông đặc, lõi được rút ra (nếu có), nửa khuôn di động 5 mở ra mang theo vật đúc rời khỏi nửa khuôn cố định 4, sau đó vật đúc được đẩy ra khỏi nửa khuôn di động nhờ các chốt đẩy.
Chất lượng của vật đúc phụ thuộc vào nhiều yều tố như thành phần kim loại, chất lượng khuôn, thời gian điền đầy kim loại lỏng vào hốc khuôn,áp lực của xilanh_piston….
Các nhân tố sau đây 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.
Quá trình kim loại lỏng chuyển động trong quá trình điền đầy khuôn có thể được chia thành bốn giai đoạn:
Giai đoạn 1: Piston bắt đầu đẩy kim loại lỏng vào buồng ép. Vận tốc v1 của piston thấp. Giá trị p1 bằng áp lực cần thiết để khắc phục ma sát trong xylanh thủy lực và trong buồng ép.
Giai đoạn 2: Kim loại lỏng điền đầy toàn bộ buồng ép. Vận tốc chuyển động của piston tăng lên và đạt tới giá trị cực đại v2. 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 việc thu hẹp dòng chảy ở rãnh dẫn 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 giảm dần và đạt được áp suất cuối cùng là áp suất thủy tĩnh p4.
Giai đoạn 4: Giai đoạn ép tĩnh. Giá trị p4 có thể đạt từ 50 ÷ 5000 kG/cm2. Nếu vào thời điểm đạt được áp suất thủy tĩnh p4 mà kim loại lỏng ở rãnh dẫn vẫn còn lỏng thì áp suất đó sẽ được truyền lên vật đúc.
Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm
Các thành phần cơ bản của khuôn đúc áp lực nhôm được cho trên hình 2.4. Ngoài ra trên khuôn còn có hệ thống dẫn, đường thông hơi, rãnh rửa, các chốt đẩy, chốt hồi, chốt định vị, hệ thống kênh nước làm nguội…
Đúc áp lực hợp kim nhôm.
Công nghệ đúc áp lực kim loại chủ yếu dùng hợp kim nhôm 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%). Manhê cải thiện tính chống ăn mòn, độ dẻo và độ dai va đập. Lượng Manhê cho vào có thể đến 10%. Silic và Manhê tạo thành hợp chất Mg2Si, hòa tan trong dung dịch rắn trên cơ sở nhôm, làm tăng tính dòn của hợp kim. Lượng Manhê 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
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.
Ưu, nhược điểm của phương pháp đúc áp lực
- Ưu điểm
Vật đúc đạt độ chính xác, độ bóng bề mặt cao.
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.
Khuôn kim loại có thể dùng được nhiều lần.
- Nhược điểm
Giá thành khuôn rất cao (vật liệu làm khuôn phải là vật liệu chịu nóng đặc biệt, gia công tỉ mỉ và nhiệt luyện thích hợp).
Kích thước và khối lượng của vật đúc bị hạn chế theo cỡ máy đúc.
Chỉ đúc được hợp kim nhôm hoặc đồng, không đúc được gang, thép.
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.
NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ HÀN GANG
Khắc phục sự xuất hiện các tổ chức tôi và tổ chức gang trắng
Khi hàn ,cần tạo ra điều kiện nguội chậm cho mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt thông qua các biện pháp như nung nóng sơ bộ ,làm nguội chậm sau khi hàn. Các biện pháp này liên quan đến công suất nhiệt lớn khi hàn (ví dụ ,hàn nóng ,tức là hàn có nung nóng sơ bộ ở nhiệt độ cao bảo đảm không xuất hiện tổ chức biến trắng ,kết hợp với làm nguội chậm ).
Nếu không thể sử dụng nguồn nhiệt công suất lớn như vừa nói thì có thể dung nguồn nhiệt công suất nhỏ, hàn nhanh nhằm mục đích đưa vào vật hàn một lượng nhiệt tối thiểu để hạn chế thể tích vùng biến trắng và tổ chức tôi (tạo trạng thái ứng suất tổ chức 2 chiều ,thay vì 3 chiều ).Đó là phương pháp hàn nguội không có nung nóng sơ bộ.Còn một phương pháp nữa được ứng dụng thành công trong thực tế là sử dụng hàn vảy đắp bằng vảy hàn đồng thau .
Khắc phục các vấn đề liên quan đến cơ tính thấp của gang
Nguyên tắc chung để khắc phục các vấn đề liên quan đến tính dẻo thấp và khả năng dễ nứt của gang khi ứng suất vượt quá độ bền của nó là trước khi hàn cần tạo biến dạng sơ bộ sao cho khi nguội ,vật hàn có khả năng co tự do .
Cách dễ thực hiện nhất là nung nóng sơ bộ toàn bộ vật hàn .cũng có thể nung nóng sơ bộ cục bộ nếu vật hàn có cấu tạo tương đối đơn giản .
Trong trường hợp không thể tạo ra biến dạng ngược ,cần sử dụng công suất nguồn nhiệt tối thiểu kết hợp với vật liệu hàn cho kim loại đắp có tính dẻo tốt .
PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT HÀN GANG
Về phương pháp thực hiện ,các bước cần tiến hành là :xác định kim loại cơ bản và chọn phương pháp hàn thích hợp .
Xác định kim loại cơ bản
Trong thực tế ,các vật hàn bằng gang cần hàn thường là các chi tiết ,bộ phận máy bị hỏng hóc trong quá trình vận hành và cần được hàn sửa chữa .Do đó ,điều quan trọng là cần biết xem kim loại cơ bản là loại gang gì để có phương pháp và chế độ hàn thích hợp .
Hầu hết các chi tiết bằng gang đều được chế tạo ở dạng vật đúc .Tuy nhiên ,để phân biệt gang và thép đúc ,có thể xác định một cách đơn giản là lấy đục đục vật liệu để thử .Phoi thép liền và bề mặt sau khi đục có màu sáng .
Ngược lại ,phoi gang bị vụn ra khi đục ,bề mặt gồ ghề và có màu tối .Tuy theo độ cứng của vật liệu cũng có thể xác định được loại gang .Cần chú ý ,gang dẻo cũng có phoi liền khi đục ,nhưng có độ cứng nhỏ hơn thép đúc .Hình dạng vật đúc bằng thép thường đơn giản và có chiều dày hầu như đồng đều .Trái lại ,vật đúc bằng gang thường có hình dạng phức tạp với chiều dày thay đổi .
Thông qua loại vật đúc cũng có thể xác định loại gang :các vật đúc dạng thành mỏng ,ống thường là gang có độ bền 120 MPa và HB 140 ÷180 (tương đương GX 12-28);các chi tiết máy cắt ,xi lanh động cơ ,chi tiết cơ khí thường thuộc loại GX 21-40;các xilanh động cơ cỡ lớn ,bánh răng ,chi tiết máy chịu tải trọng cao thường thuộc loại GX 24-44.
Cũng có thể xác định gang bằng cách thử trên máy mài .Nếu vật liệu là gang ,khi mài các tia lửa bắn tóe ra có màu đỏ và vàng rơm ngắn (500÷600 mm) và tỏa nhánh rộng .Trái lại ,khi mài thép cacbon thấp ,các tia lửa bắn ra tương đối dài ,ngắt quảng và không tỏa nhánh rộng. Vết gẫy của gang không lấp lánh như của thép mà có màu đục .Lấy tay chùi lên ,có thể thấy có vết chì (graphit). Tuy nhiên cách xác định đáng tin cậy nhất là phân tích thành phần hóa học và phân tích kim tương ,nhưng chỉ dùng khi thật cần thiết vì tốn kém.
Chọn phương án hàn thích hợp
Khi sửa các vật đúc mới ,điều quan trọng nhất là màu của mối hàn (vì vậy hàn thường được chế tạo để cung cấp cho khách hàng ).Điều này đòi hỏi mối hàn phải có màu giống màu của kim loại cơ bản .Với hàn sửa chửa các chi tiết đã qua sử dụng ,màu của mối hàn không quan trọng bằng khả năng làm việc của nó .về độ bền mối hàn ,các chi tiết chịu lực cao và chịu va chạm ,ví dụ ,khung máy ép ,đòi hỏi mối hàn có độ bền tương đương với kim loại cơ bản ,mặc dù chi phí hàn có thể cao (có thể hàn nóng hoặc hàn vảy đắp ).
Độ kín nước hoặc khí của mối hàn cũng có thể là yêu cầu quan trọng .Nếu chỉ đòi hỏi mối hàn có độ kín nước thì có thể hàn nguội (ví dụ ,khoang làm mát trong động cơ). Ngoài ra ,cần xét đến khả năng gia công cơ mối hàn sau khi hàn ,ví dụ ,bề mặt các chi tiết dưới dạng lỗ xupap, bánh răng . Trên thực tế ,có 2 phương pháp hàn điện nóng chảy phổ biến trong hàn gang là hàn nóng và hàn nguội .
Phương pháp hàn nóng gang:
Hàn nóng là phương pháp hàn đòi hỏi nung nóng sơ bộ chi tiết lên 600÷650oC với tốc độ nung 120 oC/h và giử cho nó ở khoảng nhiệt độ đó trong suốt quá trình hàn .Điều này se bảo đảm không suất hiện gang trắng và các tổ chức tôi trong vùng ảnh hưởng nhiệt .Sau khi hàn cần làm nguội chậm vật hàn (120oC/h với chi tiết dày trung bình 25 mm)trong lò hoặc trong vỏ bọc cách nhiệt .Do gang khó thao tác trong khi hàn ,nên dùng khuôn graphit để giúp tạo dáng mối hàn .
Que hàn thường là loại có lõi bằng gang .Đường kính que hàn tương đối lớn (14÷16 mm).Vỏ bọc que hàn có chiều dày tối đa 2 mm và phải đảm bảo hồ quang chảy đều và đủ bù lại lượng nguyên tố bị oxy hóa khi hàn cũng như chứa một lượng lớn các nguyên tố graphit hóa .Trước khi hàn ,que hàn được sấy và ủ ở 200 ÷250 oC.
Cường độ dòng điện hàn І =(60÷100).d. vì vậy ,công suất nhiệt khi hàn lớn ,đòi hỏi phải chống nóng tốt cho thợ hàn và phải hàn thật nhanh . Do những khó khăn nhất định về điều kiện lao động của thợ hàn và công tác chuẩn bị trước khi hàn ,phương pháp hàn nóng chảy ngày nay ít được sử dụng,mặc dù cho chất lượng mối hàn tương đương với của kim loại cơ bản và dễ gia công sau khi hàn .
Phương pháp hàn nguội gang:
Như đã đề cập ở trên ,hàn nguội đòi hỏi sử dụng công suất tối thiểu của nguồn nhiệt hàn để hạn chế đến mức tối thiểu sự hình thành các tổ chức tôi và tổ chức biến trắng tại vùng ảnh hưởng nhiệt .Khi hàn thường không sử dụng nung nóng sơ bộ ,kết hợp với việc khống chế nhiệt độ vật hàn trong quá trình hàn (thực hiện đường hàn dài khoảng 2÷3 cm sau đó để cho nguội xuống dưới 50 oC rồi mới hàn tiếp ).Trình tự hàn theo chiều dài mối hàn thường áp dụng là hàn bước ngược (hàn phân đoạn ngược ),hàn đối xứng và hàn gián đoạn.
Có nhiều loại que hàn cho hàn nguội gang ,trong đó phổ biến nhất là các loại sau:
Que hàn có lõi Ni:
Thành phần tiêu biểu của nó là :tối đa 0,15 %C;tối đa 0,75% Si;tối đa 0,5% Mn ;tối đa 0,01 % S ; tối đa 0,5% Fe tối đa 0,5 % Cu và trên 98% Ni .Theo tiêu chuẩn Mỹ AWS A5.15 ,các que hàn loại này có ký hiệu ENi-CІ(tương đương que ENiBG2 theo tiêu chuẩn ІSO).Cácque hàn này chứa graphit trong vỏ bọc và thường có đường kính nhỏ :2 mm; 2,5mm ; 3 mm.Loại này chủ yếu để hàn gang xám.
Que hàn có lõi là hợp kim Ni-Fe:
Thành phần tiêu biểu của nó là :tối đa 0,25% c; tối đa 0,50%Si;tối đa 1,00% Mn ;tối đa 0,0025% S; tối thiểu 37 % Fe; tối đa0,50 % Cu50 đến 60 % Ni.Theo tiêu chuẩn Mỹ AWS A5.15,các que hàn loại này có ký hiệu ENiFe-CІ ( tương đương que ENiFeBGІ theo tiêu chuẩn ІSO).Các que hàn này chứa graphit trong vỏ bọc và thường có đường kính nhỏ :2 mm ; 2,5 mm;3 mm. Loại que hàn này cho mối hàn có cơ tính cao hơn loại có lõi thép Ni và được dùng chủ yếu để hàn gang cầu .Tổ chức kim loại tiêu biểu tại vùng ảnh hưởng nhiệt là trusit,xoocbit kết hợp với lêdeburit ( tổ chức biến trắng) phân tán .Độ cứng kim loại mối hàn vào khoảng HB 170 ÷200 và của vùng ảnh hưởng nhiệt HB 180 ÷240.
Que hàn có lõi là hợp kim Ni- Cu:
Thành phần tiêu biểu của nó là :67 ÷69 %Ni; 27 ÷29 %Cu; 2,5 %Fe; 0,2 % Si;0,2 % Mg.Mối hàn chịu được các môi trường ăn mòn .Theo tiêu chuẩn Mỹ AWS A5.15,các que hàn loại này cso ký hiệu ENiCu-B( tương đương que ENiCu2BG2 theo tiêu chuẩn ІSO ).Độ cứng kim loại mối hàn vào khoảng HB150.
Vấn đề nung nóng sơ bộ là điều bắt buộc khi hàn nóng
Còn khi hàn nguội , trong một số trường hợp có thể tiến hành nung nóng sơ bộ đến nhiệt độ 300÷400 oC ( còn gọi là hàn nữa nguội ), ví dụ , với các vết nứt có hình dáng phức tạp và mối hàn có chiều dày lớn .Trong cả 2 trường hợp ,đòi hỏi phải có phương pháp nung thích hợp .Nói chung chỉ nên nung nóng sơ bộ khi thật cần thiết .Nung nóng khi hàn nữa nguội không ngăn được sự xuất hiện tổ chức biến trắng mà có lý do ở cơ tính kém của gang (độ dẻo bằng không và sự xuất hiện ứng suất ) .Không cần phải nung nóng sơ bộ khi mối hàn đắp lên bề mặt bánh răng .Thực chất của nung nóng sơ bộ ở đây là tạo ra biến dạng ngược với biến dang hàn .Có thể nung nóng sơ bộ cục bộ ( các vật hàn có hình dạng đơn giản ) hoặc toàn phần ( với các chi tiết có độ cứng vững cao và hình dạng phức tạp ).
Kỹ thuật hàn gang
Kỹ thuật hàn gang đòi hỏi cách tiếp cận riêng biệt cho từng trường hợp cụ thể .Sau đây là một số trường hợp tiêu biểu .
Trường hợp sửa chửa bánh răng bị nứt có nung nóng sơ bộ
Trên hình 5.6 là kỹ thuật hàn sữa chữa vết nứt vật hàn có độ cứng vững cao nhưng có thể tiến hành nung nóng toàn bộ .Mục đích nung nóng sơ bộ là tạo điều kiện để kim loại mối hàn và kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt có tốc độ nung và nguội đồng đều , tránh nứt do ảnh hưởng của ứng suất nhiệt .
Trường hợp sữa chửa vết nứt phân nhánh
Vật đúc bằng gang , đặc biệt là các sản phẩm thành mỏng thường bị nứt phân nhánh . Trong trường hợp như vậy đòi hỏi đầu tiên thường là khoan các lỗ đường kính 20 ÷25 mm ở các vị trí đầu vết nứt .các lỗ khoan đó có tác dụng ngăn không cho vết nứt tiếp tục phát triển khi hàn dưới tác dụng của các “ chiếc nêm nhiệt “.Bước tiếp theo là dùng trình tự hàn từ chổ bắt đầu các nhánh nứt cho tới chổ chúng gặp nhau , hình 5.7 .Sau cùng , vị trí các lỗ khoan được hàn lại.
Trường hợp sữa chữa vết nứt có xét tới tải trọng vận hành
Các vật đúc phức tạp như các bệ và khung máy thường đòi hỏi quy trình hàn sữa chữa sao cho sau khi hàn , vật hàn có thể vận hành trong điều kiện phân bố ứng suất ( ngoài ứng suất và ứng suất dư hàn ) thuận lợi nhất .