Báo cáo Nghiên cứu công nghệ chế tạo chi tiết nắp hông động cơ RV 125-2 bằng công nghệ đúc áp lực cao
Nh÷ng ng−êi thùc hiÖn
TT
1
Hä vµ tªn
Chuyªn m«n
Kỹ sư đúc-luyện kim
Thạc sỹ CN đúc
Kỹ sư đúc
§¬n vÞ
Trần Tự Trác
Viện Công nghệ
Viện Công nghệ
Viện Công nghệ
Viện Công nghệ
Viện Công nghệ
Viện Công nghệ
2
Nguyễn Tiến Tài
Võ Thanh Sơn
Trần Thanh Mai
Lê Văn Trị
3
4
Kỹ sư đúc
5
Kỹ sư cơ khí
6
Phạm Văn Lành
Kỹ sư vật liệu
MỤC LỤC
Trang
Mở đầu …………………………………………………………………………………..
1. Nghiên cứu lý thuyết …………………………………………………………….
1.1. Vật liệu chế tạo nắp hông động cơ RV125-2 ………………………...
1.2. Nấu luyện hợp kim nhôm …………………………………………………
1.2.1. Sự hoà tan khí và sự ô xy hóa …………………………………….
1.2.2. Tạo xỉ che phủ bảo vệ……………………………………………….
1.2.3. Khử khí và tinh luyện………………………………………………..
1.2.4. Biến tính…………………………………………………………………
1.2.5. Kỹ thuật nấu luyện…………………………………………………….
1.3 Đúc áp lực cao …………………………………………………………………
1.3.1. Khái niệm và nguyên lý đúc áp lực cao………………………...
1.3.2. Ảnh hưởng của áp lực đến quá trình điền đầy khuôn và
kết tinh của kim loại…………………………………………………
1
3
3
7
7
8
11
12
13
14
14
20
1.3.3. Phạm vi ứng dụng công nghệ đúc áp lực cao ……………….
2. Chế tạo nắp hông động cơ RV125-2 ……………………………………….
2.1. Đặc điểm kết cấu của nắp hông động cơ RV125-2 …………………
2.2. Các điều kiện cần thiết để chế tạo nắp hông ………………………….
2.2.1. Thiết bị công nghệ, vật tư, nhân lực ……………………………
2.2.2. Bộ khuôn đúc áp lực …………………………………………………
2.3. Quy trình công nghệ chế tạo ………………………………………………
2.3.1. Công nghệ nấu luyện hợp kim …………………………………….
2.3.2. Công nghệ đúc áp lực cao………………………………………….
2.3.2.1. Lắp đặt và thiết lập chế độ làm việc cho khuôn……...
2.3.2.2. Lập trình cho máy đúc………………………………………
2.3.2.3. Thao tác đúc……………………………………………………
2.4. Kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm ………………………………
2.4.1. Kích thước hình học…………………………………………………..
2.4.2. Thành phần hóa học, tổ chức kim loại, cơ lý tính ……………
2.4.3. Xử lý khuyết tật trong quá trình đúc áp lực……………………
3. Kết luận ………………………………………………………………………………
Phụ lục…………………………………………………………………………………….
Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………..
21
22
22
24
24
25
27
27
30
30
32
37
39
39
39
42
45
46
47
Mở đầu
Trong những năm gần đây, việc chế tạo các loại động cơ diezen, động cơ
xăng và máy móc thiết bị phụ tùng phục vụ ngành nông lâm ngư nghiệp đang
được chú ý phát triển ở nước ta. Hàng loạt động cơ diezen loại RV125-2 (12,5
mã lực theo mẫu thiết kế của hãng KUBOTA) của Công ty VIKYNO đã được
xuất xưởng và bán ra thị trường. Sản phẩm gọn nhẹ, mẫu mã đẹp, mức tiêu hao
nhiên liệu thấp, với tỉ lệ nội địa hóa hơn 70% và giá chỉ bằng 45% so với loại
động cơ KUBOTA tương đương nhập từ Nhật Bản, nên được thị trường đánh
giá cao và tiêu thụ mạnh.
Nhu cầu về động cơ RV125-2 mỗi tháng từ 1500 ÷2000 chiếc. Trong đó,
khoảng 50÷60%, xuất khẩu đi các nước: Indonesia, Srilanka, Hàn Quốc, Nhật.
Động cơ chủ yếu dùng trong nông nghiệp và máy phát điện. Đây là sản phẩm
động cơ diezen được ưa chuộng nhất trên thị trường hiện nay.
Một số chi tiết của động cơ được nội địa hóa như: Bơm cao áp, vòi phun
nhiên liệu, piston, sơ mi, nắp xy lanh,…đã đáp ứng được các yêu cầu về năng
suất, kỹ thuật cũng như công nghệ chế tạo. Tuy nhiên, nắp hông của động cơ
hiện vẫn được chế tạo theo các công nghệ đúc truyền thống nên chưa hoàn toàn
đảm bảo được năng suất cũng như chưa ổn định về chất lượng. Vì vậy, cần
nghiên cứu ứng dụng công nghệ đúc áp lực cao vào việc chế tạo nắp hông động
cơ RV125-2 để giải quyết các vấn đề này.
Nắp hông là một chi tiết
của động cơ RV125-2, nằm ở
phía ngoài bên phải động cơ
(hình 1). Nó đóng vai trò rất
quan trọng trong việc che chắn
bảo vệ động cơ và định vị một
số chi tiết đối với động cơ
như: bơm cao áp, cần điều tốc,
cần ga, bơm dầu nhớt, ống dẫn
dầu, van điều áp, trục khởi
động.
Phía trong nắp hông chứa
dầu nhớt nên phải đảm bảo độ
sít kín toàn bộ chi tiết cũng
Hình 1. Nắp hông trên động cơ RV125-2
như bề mặt lắp ráp. Bản thân nắp chịu áp lực đến 1,5kg/cm2, riêng các lỗ dầu và
phần lắp bơm dầu bôi trơn phải chịu áp lực đến 6kg/cm2. Nhiệt độ làm việc
thường xuyên đối với nắp là 80 ÷ 1000C, lớn nhất lên đến 1200C.
Trên nắp hông có các vị trí lắp ghép chính xác và định vị nhiều chi tiết với
những tọa độ khác nhau, nên công nghệ chế tạo đòi hỏi phải đạt được sản phẩm
có độ chính xác cao. Ngoài ra, nắp hông nằm bên ngoài nên còn yêu cầu về tính
thẩm mỹ (hình 2).
(a)
(b)
Hình 2. Chi tiết nắp hông, phía trong (a) và phía ngoài (b)
Để đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu về vai trò, chức năng quan trọng
đối với động cơ cũng như điều kiện làm việc khắc nghiệt nêu trên, việc chế tạo
nắp hông cần được nghiên cứu kỹ lưỡng cả về vật liệu và công nghệ chế tạo.
Do có hình dạng không gian phức tạp cùng với độ mỏng của nắp (~ 3mm),
các công nghệ đúc thông thường như đúc khuôn cát tươi, khuôn cát khô rất khó
chế tạo và không đạt yêu cầu. Có thể đúc trong khuôn cát nhựa, khuôn vỏ mỏng
được nhưng chất lượng kém, tỉ lệ phế phẩm cao, tiêu hao vật liệu nhiều, năng
suất thấp, tính thẩm mỹ kém. Công nghệ đúc áp lực cao thích hợp nhất để đúc
nắp vì cho sản phẩm có chất lượng tốt, ổn định, năng suất cao, bề mặt đẹp.
Trong phần tiếp tcủa báo cáo, chúng tôi sẽ giới thiệu về vật liệu và công
nghệ chế tạo nắp hông động cơ RV125 qua nghiên cứu lý thuyết và chế tạo
thực nghiệm tại Viện Công nghệ.
1. Nghiên cứu lý thuyết
1.1 Vật liệu chế tạo nắp hông
Xuất phát từ điều kiện làm việc cũng như hình dạng của nắp hông, vật liệu
chế tạo nắp hông phải đáp ứng các yếu tố sau đây:
- Có độ bền cơ học cao
- Chịu được áp suất đến 1,5at
- Chịu được nhiệt độ đến 120oC
- Có tính đúc tốt (độ chảy loãng lớn, độ co ngót nhỏ)
Qua tham khảo các tài liệu các nước ngoài, hợp kim nhôm- silic- đồng với
hàm lượng silic ~ 12% mà đặc trưng là hợp kim nhôm ADC12 (bảng 1) có
được những tính chất trên. Căn cứ kết quả phân tích thành phần sản phẩm nắp
hông của Nhật (bảng 2) thì vật liệu nắp hông là hợp kim nhôm ADC12 theo
tiêu chuẩn JIS H5302 của Nhật [1].
Bảng 1. Thành phần hóa học hợp kim nhôm ADC12
theo tiêu chuẩn Nhật, JIS H5302
%Si
%Fe %Cu
%Mn
%Mg
<0,3
%Zn
<1,0
%Ni %Pb %Sn %Ti
<0,5
9,6-12,0 <1,3 1,5-3,5 <0,5
Bảng 2. Thành phần hóa học sản phẩm nắp hông của Nhật
theo kết quả phân tích
%Si
%Fe
1,1
%Cu %Mn %Mg %Zn %Ni %Pb
%Sn
%Ti
11,78
3,2 0,46 0,23 0,15 0,05 0,005 0,003
0,003
Hợp kim nhôm ADC12 được dùng chế tạo nắp hông động cơ RV125-2 vì có
các ưu điểm nổi trội [2], thích ứng công nghệ chế tạo cũng như điều kiện làm
việc của nắp như:
- Độ bền cao
- Chịu ăn mòn
- Chịu nhiệt tốt, dãn nở nhiệt ít
- Tính công nghệ chế biến tốt: Chảy loãng cao (dễ đúc), dễ gia công cắt gọt.
Những thành phần chính và ảnh hưởng của chúng trong hợp kim ADC12
có thể tóm tắt như sau.
- Nhôm: Nhôm là kim loại nền của hợp kim ADC12, chiếm trên 80% khối
lượng thành phần. Nhôm ký hiệu hóa học Al là kim loại nhẹ, dẫn nhiệt và dẫn
điện khá. Nhôm nguyên chất chịu ăn mòn trong không khí và trong môi trường
chất hữu cơ. Nhôm dễ bị ôxy hoá tạo màng oxit bền chắc có tác dụng bảo vệ
tránh cho nhôm không bị ôxy hoá tiếp. Vì vậy nhôm nguyên chất được dùng
bọc ngoài các hợp kim cần làm việc trong môi trường ăn mòn.
Một số tính chất cơ bản của nhôm như sau:
Trọng lượng riêng:
Nhiệt độ chảy:
2,7g/cm3
6600C
Độ dẫn nhiệt ở 200C:
Độ dẫn điện:
2,22J/cmKS
37,6m/Ωmm2
Nhôm tác dụng với kiềm tạo thành aluminat, tác dụng với halôgien (Cl2,
I2…) và ở nhiệt độ cao có thể tác dụng với cả S,N2, P, H2,C.
Nhôm nguyên chất dẻo dễ gia công biến dạng nhưng kém bền nên không
dùng chế tạo các chi tiết máy.
Cơ tính của nhôm sau ủ không cao:
Độ bền, Rm
Độ dẻo, δ
Modul đàn hồi
= 80 ÷ 100 N/mm2
= 35 ÷ 40%
= 72200N/mm2
Tùy theo mức độ tinh khiết nhôm nguyên chất được chia làm 3 loại.
Nhôm rất sạch
99,995% Al dùng trong nghiên cứu
99,99% Al
99,97% Al
99,95% Al
Nhôm sạch
99,7% Al
99,6% Al
99,5% Al
dùng làm dây dẫn điện
dùng bọc kim loại, dây dẩn
dùng pha chế hợp kim nhôm biến dạng
dùng pha chế hợp kim nhôm đúc
99%
Al
Nhôm kỹ thuật
Al1, Al2
dùng khử ôxy khi luyện thép
- Sắt: Lượng Fe chứa trong nhôm nguyên chất quá 0,05% thì đã sinh FeAl3
dòn ở dạng kim. Trong hợp kim ADC12, sắt được giới hạn < 1,3%, riêng khi
đúc áp lực cao là < 1,5%
- Silic có lẫn trong nhôm sẽ cùng sắt tạo thành hợp chất dòn (AlFeSi) kết
tinh ở dạng bộ xương hoặc kim rất thô to, làm giảm nhiều độ dẻo. Tuy nhiên silic
làm tăng độ bền, độ cứng và cải thiện rất tốt tính đúc (nhiệt độ chảy, tính chảy
loãng, độ co) cho hợp kim nên được pha chế đến 12%.
- Măngan pha chế thêm vào nhôm có thể hạn chế bớt ảnh hưởng xấu của sắt
vì hợp chất AlFeSiMn kết tinh ở dạng tập trung, ít hại đến tính dẻo. Thêm Mn
cũng làm tính vững ăn mòn của nhôm tốt hơn. Lượng dùng đến 0,5%.
- Đồng tăng thêm độ dẻo, độ chịu mài mòn, tính chịu nhiệt cho hợp kim,
được pha chế làm thành phần hợp kim với hàm lượng 1,5 ÷ 3,5%.
- Magiê giúp hợp kim có khả năng nhiệt luyện vì có MgSi hoà tan vào nhôm.
Tuy nhiên nếu tăng magiê sẽ làm giảm tính dẻo, do đó chỉ nên < 0,3%
- Kẽm hoà tan nhiều được trong pha α của hợp kim không tạo pha mới
nhưng làm α bền, làm Si sinh ra nhỏ mịn. Đặc tính của kẽm là làm hợp kim đúc
dễ hoá già tự nhiên, đúc xong cứ để ở nhiệt độ thường cơ tính cũng tăng. Hợp
kim nay thường không dùng làm việc ở nhiệt độ cao vì giảm bền, giới hạn < 1%.
ADC12 là hợp kim nhôm – silixi còn gọi là silumin là họ hợp kim được
dùng nhiều chiếm khoảng 50% tổng số hợp kim nhôm đúc.
Về tổ chức, trên giản đồ trạng thái ở hình 3 [2], ta thấy hợp kim nhôm- silic
có những pha sau:
- α là dung dịch đặc dẻo, hoà tan ít Si
- Cùng tinh α +Si gồm những hạt silixi hình kim trên nền α, cùng tinh có độ
bền cao hơn α nhưng kém dẻo.
α
Hình 3. Giản đồ trạng thái nhôm – silic
- Biến tính nhôm lỏng bằng Na hoặc muối fluorua natri sẽ làm cùng tinh trở
thành hạt mịn. Si sẽ kết tinh ở dạng hạt tròn nhỏ, làm độ bền và dẻo của hợp kim
đều tăng. Hợp kim chứa nhiều silíc thì khi biến tính càng thấy rõ hiệu quả này.
- Silic thứ nhất thô to kết tinh ở dạng khối đa diện chỉ xuất hiện khi lượng
silixi trong hợp kim lớn hơn 12%. Hạt Si rắn, dòn làm cơ tính giảm nhiều nhưng
lại làm tăng tính chống ma sát.
Tính chất của hợp kim nhôm – silic
- Về cơ tính
Độ bền của hợp kim nhôm silic tăng theo hàm lượng silic, trong khi đó độ
dãn dài giảm.
- Về khả năng nhiệt luyện
Hợp kim Al-Si thường ít nhiệt luyện vì độ bền tăng không nhiều. Tuy nhiên
có thể pha thêm những nguyên tố hợp kim khác như Mg, Cu, Zn làm cho hợp
kim có thể nhiệt luyện tốt, độ bền tăng.
- Về tính đúc
Hợp kim Al-Si có khoảng đông nhỏ dễ đúc nhưng cần chú ý chống rỗ ngót
tập trung. Độ chảy loãng của hợp kim khá tốt, thuận lợi cho việc điền đầy khuôn.
- Về tính chịu ăn mòn
Chịu ăn mòn tốt trong không khí và cả trong nước, axít yếu nếu trong hợp
kim có pha thêm đồng và khi nấu không bị hoà tan nhiều sắt.
- Về lý tính khác
Tăng silic sẽ làm độ dẫn điện và dãn nở nhiệt của hợp kim Al – Si giảm
Trong thực tế ta hay dùng hai nhóm mác hợp kim
1- Nhóm Al – Si (5% Si)
2- Nhóm Al – Si (12% Si)
Như đã giới thiệu trong bảng 1 và bảng 2, vật liệu chế tạo nắp hông động cơ
RV125 thuộc nhóm 2. Nguyên tố silic với hàm lượng 12% sẽ mang lại độ cứng
vững cần thiết cho nắp, đồng thời cũng giúp cho nắp hông không bị giãn nở quá
nhiều trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao. Ở hàm lượng gần tới 12,6% Si
(gần sát điểm cùng tinh), theo giản đồ trạng thái hình 3 hợp kim có nhiệt độ nóng
chảy thấp nhất 577oC, khoảng đông đặc nhỏ nhất, rất thuận lợi cho đúc áp lực.
Khi đúc áp lực, quá trình điền đầy và kết tinh diễn ra rất nhanh, khí không có
điều kiện thoát ra nên không gây rỗ cho sản phẩm. Các nghiên cứu [3] đã cho
thấy, Si có tác dụng tốt với vật đúc hợp kim nói chung và đặc biệt với hợp kim
nhôm. Nó làm tăng tính chảy loãng, giảm độ co, giúp sản phẩm được điền đầy và
không bị nứt vỡ.
1.2 Nấu luyện hợp kim nhôm
Các vấn đề cần chú ý và các biện pháp xử lý trong nấu luyện hợp kim nhôm
bao gồm
1.2.1 Sự hoà tan khí và sự ô xy hóa
Lượng hoà tan của khí trong nhôm lỏng tăng dần theo thứ tự sau: N2, SO2,
CO, CO2, O2, khí đốt (CmHn), H2. Nhiệt độ hợp kim càng cao, thời gian nấu càng
dài thì lượng khí hoà tan càng lớn [2].
Khi nấu nhôm người ta chú ý nhiều nhất tới sự hoà tan của khí H2.:
Ở 6000C nhôm đặc hoà tan tới 0,037 cm3H2/100gAl
Ở 6600C nhôm lỏng hoà tan tới 0,7 cm3H2/100gAl, tăng gấp 10 lần so với
trạng thái đặc.
Các nguồn chủ yếu mang khí H2 vào là hơi nước H2O, dầu mỡ bám ở liệu
kim loại và khí CmHm trong khói lò. Vì thế cần có biện pháp ngăn chặn khí từ
gốc khi nấu luyện:
- Sấy cho hết độ ẩm trong tường lò, nồi graphít, than, chất trợ dung, liệu, nồi
rót... để tránh phản ứng 2Al + 3H2O → Al2O3 + 3H2
- Nung liệu tới 3000C cho cháy hết dầu mỡ rồi mới cho vào lò
- Môi trường khí lò phải có tính oxy hoá nhẹ và không chứa ẩm
Nhôm có ái lực với ô xy rất mạnh, nhất là ở nhiệt độ cao. Khi nấu nhôm phải
quan tâm đến sự oxy hoá, nếu không nhôm có thể bị cháy hao nhiều. Thực tế cho
thấy: Nấu nhôm thỏi có khi cháy hao tới 1,5%, nhôm vụn cháy hao tới 5 ÷ 10%
Bề mặt nhôm được phủ màng oxyt dầy 0,05 µm, có khả năng ngăn không
cho oxy trong không khí tiếp tục thấm vào nhôm lỏng. Nếu khuấy động bề mặt
nhôm lỏng làm vỡ rách màng oxyt nhôm, sẽ tạo thêm màng oxyt mới sinh nhiều
xỉ, hao nhiều nhôm.
Màng oxyt nhôm chìm vào nhôm lỏng sẽ làm giảm độ chảy loãng và giảm
cơ tính. Đặc biệt những vẩy oxit sắt (ở nồi gang, ở gầu múc và dụng cụ thao tác)
rơi vào nhôm sẽ có nguy cơ tạo thành những khối oxit nhôm rất rắn nằm trong
kim loại.
Để hạn chế sự oxy hoá trong quá trình nấu nhôm cần phải chú ý:
- Nấu nhanh, nhiệt độ hợp kim không cao quá
- Ít cào xỉ ở mặt thoáng kim loại lỏng
- Tránh nấu đi nấu lại hoặc rót chuyển nhiều lần
- Tránh dùng liệu vụn và cấm dùng phoi nhôm để nấu trực tiếp hợp kim.
- Nấu các hợp kim nhôm, nhất là hợp kim có Mg phải có biện pháp che phủ
bảo vệ.
1.2.2 Tạo xỉ che phủ bảo vệ
Để tránh khí xâm nhập vào hợp kim nhôm gây các tác hại như đã giới thiệu
ở trên, người ta thường dùng biện pháp hữu hiệu là tạo xỉ che phủ bảo vệ.
Nấu nhôm thỏi nguyên chất không cần che phủ bảo vệ, vì đã có màng oxit
nhôm bền vững bao bọc. Nấu các hợp kim nhôm có Mg với khối lượng lớn
thường dùng một lượng nhỏ berili [3] cho vào hợp kim (0,03 ÷ 0,07% ) để tạo
màng oxit bêrêlima nhẹ, bền ở bề mặt kim loại lỏng. Màng õit này có tác dụng
bảo vệ kim loại lỏng khỏi bị hoà tan khí và oxy hoá. Với hợp kim chứa >1% Mg
thì màng oxyt chỉ toàn là MgO xốp, do đó việc che phủ bảo vệ là cần thiết.
Dùng berili tiện nhưng rất độc, nên trên thực tế ít áp dụng mà thường dùng
chất trợ dung hay còn gọi là các muối để tạo xỉ bảo vệ bề mặt kim loại lỏng thay
cho Be.
Ngoài tác dụng bảo vệ, một số chất trợ dung như cryolit còn có khả năng
tinh luyện và khử khí. Cryolit hoà tan oxit nhôm Al2O3 làm cho màng oxit ở bề
mặt nhôm lỏng mất đi, tạo điều kiện cho khí trong kim loại lỏng có thể thoát ra.
a. Yêu cầu đối với chất tạo xỉ
- Nhiệt độ chảy tương đối thấp, thường khoảng 7000C
- Chảy loãng tốt để có thể dễ che phủ kín bề mặt kim loại lỏng, nhưng không
quá loãng để cào xỉ dễ dàng, tránh để lọt xỉ theo kim loại lỏng chảy vào khuôn.
- Trọng lượng riêng nhỏ hơn nhôm, thường khoảng 1,4 ÷ 1,6 ở nhiệt độ
7500C, ít hút ẩm. Trên thực tế các muối clorua, nhất là ZnCl2 và MgCl2 hút ẩm
mạnh, cần chú ý đặc biệt khi dùng.
- Không độc hại và hòa tan được oxit, nhất là oxit nhôm.
- Dễ phân ly hoặc bốc hơi để có thể tạo bọt khí nổi lên làm cho kim loại sạch
bớt màng Al2O3, bớt khí hoà tan.
b. Chọn chất tạo xỉ
Để đạt hiệu quả cao, thường không dùng chất tạo xỉ đơn lẻ mà nên dùng một
hỗn hợp đa nguyên. Các hỗn hợp đa nguyên chất tạo xỉ cho nhiệt độ chảy, tính
chảy loãng phù hợp yêu cầu nấu luyện hơn.
Tùy mục đích có thể chọn các chất tạo xỉ theo một số yếu tố sau đây.
- Muốn thành phần chất tạo xỉ có nhiệt độ chảy thích hợp, căn cứ vào giản
đồ trạng thái giữa các muối để tính ra. Các loại flourua có nhiệt độ chảy cao hơn
thường được dùng để điều chỉnh độ loãng của xỉ..
- Muốn hoà tan oxit nhôm dùng chất tạo xỉ có nhiều cryôlit.
- Muốn tạo khả năng khử khí dùng fluosilicat natri, hexaclo êtan hoặc clorua
kẽm.
- Nấu hợp kim nhôm có Mg thường phải dùng thêm MgCl2 trong chất tạo xỉ
để hạn chế cháy hao Mg vì các loại clorua và florua kiềm và kiềm thổ thường để
tác dụng với Mg làm giảm lượng Mg trong hợp kim do đó gây giảm độ bền.
- ZnCl2 và đặc biệt là MgCl2 hút ẩm mạnh cần chú ý khi dùng.
Khối lượng riêng và nhiệt độ chảy của một số muối dùng làm chất tạo xỉ
được nêu trong bảng 3 [4].
Bảng 3. Khối lượng riêng và nhiệt độ chảy của một số muối dùng làm chất tạo xỉ
NhiÖt ®é
ch¶y
(0C)
805
992
772
860
744
1378
995
487
365
650
Khối l−îng riªng
(g/cm3)
Khi r¾n Khi láng
Muèi
Clorua natri NaCl
Florua natri NaF
Clorua kali KCl
2,17
2,77
1,99
2,48
2,15
3,18
2,95
-
1,55
1,95
1,53
1,91
2,06
Florua kali KF
Clorua canxi CaCl2
Flourua canxi CaF2
Cry«lit AlF3.3NaF
Cacnalit KCl MgCl2
Clorua kÏm ZnCl2
Cloruamagan MnCl2
Cloruamanhª MgCl2
Clorua nh«m AlCl3
2,09
1,5
2,91
2,98
2,18
2,44
715
1,33
Một số thành phần chất tạo xỉ thường dùng trong sản xuất đúc hợp kim
nhôm được giới thiệu trong các bảng 4, 5,6 dưới đây.
Bảng 4. Chất tạo xỉ có khả năng hoà tan oxit
NhiÖt ®é nãng
ch¶y 0C
735
TT
1
Hçn hîp muèi
Thµnh phÇn %
Cry«lit AlF3.3NaF
Clorua natri NaCl
Cry«lit AlF3.3NaF
Clorua natri NaCl
Clorua kali KCl
Cry«lit AlF3.3NaF
Cacbonnat natri Na2CO3
Clorua natri NaCl
Florua natri NaF
Clorua kali KCl
Florua natri NaF
Clorua kali KCl
Florua natri NaF
Clorua kali KCl
Clorua natri NaCl
Florua natri NaF
Clorua kali KCl
33
67
15
60
25
50
15
35
10
90
20
80
10
45
45
30
50
20
2
3
660
743
4
5
6
700
743
604
7
720
Clorua natri NaCl
Bảng 5. Chất tạo xỉ có tác dụng khử khí, tinh luyện
TT
8
Hçn hîp muèi
Clorua kẽm ZnCl2
Clorua natri NaCl
Clorua kẽm ZnCl2
Clorua natri NaCl
Clorua kali KCl
Thµnh phÇn %
50
50
22
73
5
9
10 Flousilicat natri
Cry«lit AlF3.3NaF
Clorua natri NaCl
Clorua kali KCl
85
5
5
5
11 Flousilicat natri
Florua Kali KF
20
10
40
30
35
30
28
7
Clorua natri NaCl
Clorua kali KCl
12 Flousilicat natri
Clorua natri NaCl
Clorua kali KCl
Hexacloretan
Bảng 6. Chất tạo xỉ dùng khi nấu luyện hợp kim nhôm có Mg
TT
Hçn hîp muèi
Thµnh phÇn %
13 Clorua manhª MgCl2
Clorua natri NaCl
14 Clorua manhª MgCl2
Clorua natri NaCl
Clorua kali KCl
15 Clorua manhª MgCl2
Clorua natri NaCl
Clorua kali KCl
16 Clorua manhª MgCl2
Clorua kali KCl
70
30
34
33
33
58
24
18
55
39
9
Clorua canxi CaCl2
17 Clorua manhª MgCl2
Clorua natri NaCl
50
7
Clorua kali KCl
Clorua canxi CaCl2
36
7
Khi dùng chất tạo xỉ cần chú ý một số điểm sau:
- Chất tạo xỉ phải được sấy khô trước khi cho vào lò. Phải bảo quản trong
thùng, hộp kín và chỉ mở ra trước khi dùng. Cũng có thể nấu để cho chất tạo xỉ
chảy ra, hơi ẩm bốc hết, sau đó đổ thành miếng và dùng ngay. Tuyệt đối không
dùng chất tạo xỉ ẩm gây rỗ khí. Những chất tạo xỉ bị ẩm rắc lên bề mặt kim loại
lỏng thường nổ lách tách và bắn tung toé, nếu nhấn chìm vào kim loại lỏng sẽ
gây sôi dữ dội.
- Chất tạo xỉ che phủ có thể cho vào sớm cùng liệu kim loại (khi nấu hợp
kim Al – Mg) nhưng thường cho vào khi kim loại đã chảy hết.
- Lượng dùng từ 0,5 ÷ 1% trọng lượng nhôm. Đối với xỉ có tác dụng tinh
luyện không nên cho vào một lần mà cho ít một để tránh vón cục kém tác dụng.
Thường dùng dụng cụ riêng nhấn chìm chất tạo xỉ trong kim loại lỏng và chờ ít
lâu để có phản ứng tạo bọt.
- Chú ý đến sự cháy hao của Mg (nguyên tố có tác dụng tốt đến khả năng
nhiệt luyện của hợp kim), nên dùng chất tạo xỉ có clorua manhê.
1.2.3 Khử khí và tinh luyện
Khi nấu xong, trước khi rót phải có biện pháp làm cho khí hoà tan trong kim
loại lỏng thoát ra ngoài (khử khí) và giảm bớt lượng oxit nhôm và các tạp chất
rắn (Al2O3, SiO2) trong kim loại lỏng (tinh luyện) [5].
Hai cách phổ biến nhất vừa khử khí vừa có tác dụng tinh luyện là:
a. Thổi khí clo (Cl2) vào kim loại lỏng.
Khí clo khô (đã được hút ẩm qua axít sunphuaric đặc hoặc CaCl2) được thổi
vào đáy nồi nhôm lỏng. Các bọt khí Cl2 và các khí HCl, AlCl3 bay lên sẽ mang
theo H2 và màng Al2O3 ra khỏi kim loại lỏng.
3Cl2 + 2Al → 3AlCl3↑
Cl2 + H2 → 2HCl↑
Cách này tốt nhưng khí clo độc nên chỉ dùng trong xưởng luyện kim còn
xưởng đúc ít được áp dụng.
Cũng có thể dùng khí N2 nhưng dễ tạo nitrit nhôm là hợp chất xấu khi nhiệt
độ quá 7100C.
b. Dùng muối clorua
Có thể dùng muối clorua có khả năng phản ứng với nhôm (như MgCl2,
MnCl2) tạo bọt khí AlCl3 bay lên:
3ZnCl2 + 2Al → 2 Al Cl3↑ + 3Zn
3MnCl2 + 2Al → 2 Al Cl3↑ + 3Mn
Dùng MnCl2 tốt hơn vì ít hút ẩm, và Mn còn lại trong nhôm lỏng cũng không
có hại như Zn.
Khối lượng muối dùng chỉ khoảng 0,05 ÷0,2% khối lượng kim loại lỏng.
Nhiệt độ kim loại lỏng chỉ nên cao trên nhiệt độ chảy khoảng 30 ÷ 500C. Nếu
nhiệt độ cao quá sẽ lưu nhiều khí, thấp quá bọt khí khó nổi lên làm cho tác dụng
tinh luyện kém. Nên tiến hành khử khí khi kim loại còn trong nồi nấu, sau đó
tăng nhiệt độ đến nhiệt độ rót yêu cầu.
Ngoài ra còn có thể khử khí bằng các phương pháp sau:
- Dùng siêu âm tác dụng vào nồi rót sẽ tạo nên những khu vực chân không
nhỏ trong kim loại lỏng, khí H2 sẽ tập trung vào đó tạo thành bọt khí và nổi lên.
- Đặt nồi rót vào trong buồng kín tạo chân không khoảng 0,1 mmHg. Khí H2
hoà tan trong kim loại lỏng sẽ tiết ra thành bọt và nổi lên cuốn theo những mảng
Al2O3 lơ lửng trong kim loại lỏng. Toàn bộ quá trình này tiến hành khoảng 4÷5
phút.
1.2.4 Biến tính
Đối với những hợp kim Al – Si (nhất là nhiều Si) cần tiến hành biến tính [3]
để đạt tổ chức hạt nhỏ mịn khi đúc.
a. Biến tính bằng natri kim loại
Hợp kim nhôm lỏng sau khử khí sẽ được rải trên mặt một hỗn hợp chất tạo
xỉ: 33%NaCl, 67%NaF (với lượng dùng khoảng 0,6% hợp kim lỏng). Nâng nhiệt
độ tới 7600C, giữ nhiệt 5 ÷10 phút cho xỉ chảy loãng thì cho natri kim loại vào.
Natri được lấy ra khỏi dầu bảo vệ và bọc bằng giấy nhôm mỏng cho vào chụp có
lỗ và nhấn chìm trong hợp kim lỏng. Cứ 100kg hợp kim nhôm thì dùng 30 ÷ 60g
natri kim loại (thành mỏng < 6 mm dùng ít, thành vật đúc dầy 20 ÷ 30 mm dùng
nhiều).
Natri có nhiệt độ bốc hơi thấp nên gây sôi dữ dội. Chờ 5 ÷ 10 phút gạt xỉ và
rót. Cách này nhanh nhưng gây bắn tóe nhiều, hợp kim dễ bị oxy hoá. Mặt khác
Na nhẹ nên phân bố trong hợp kim không đều.
b. Biến tính bằng hỗn hợp muối
Nâng nhiệt độ kim loại lỏng lên tới 760 ÷ 8000C rồi rắc lên trên bề mặt kim
loại lỏng một lượng muối khoảng 0,6 ÷1% trọng lượng kim loại lỏng, dùng chụp
nhấn chìm và khuấy trong 10 ÷ 15 phút cho nhôm tác dụng với muối, tạo ra Na
hoà tan vào kim loại.
3NaF + Al → AlF3 + 3Na
Vì ở nhiệt độ thấp muối phản ứng chậm nên khi biến tính đòi hỏi phải dùng
lượng muối tương đối nhiều. Tùy theo chiều dày của vật đúc có thể chọn nhiệt
độ kim loại lỏng thích hợp để biến tính tương ứng với hổn hợp muối đã chọn.
Một số thành phần hỗn hợp muối thường dùng được nêu trong bảng 7.
Bảng 7. Một số thành phần hỗn hợp muối thường dùng
NaCl (%) KCl (%) NaF (%) NhiÖt ®é ch¶y ( 0C )
Loại muối
1
2
3
4
33
20
40
40
-
45
40
12.5
67
35
20
650
600
47.5
Có thể dùng những hình thức thao tác khác nhau nhằm tăng khả năng biến
tính như:
- Cho muối vào đáy nồi rót trước rồi đổ kim loại lỏng vào sau
- Nấu hỗn hợp muối chảy lỏng rồi rót hợp kim nhôm cần biến tính vào
Khi biến tính cần chú ý một số điểm sau:
- Lượng Na xâm nhập vào kim loại lỏng nên vừa phải, khoảng 0,005 ÷
0,010%. Nếu nhiều quá sẽ gây kết tinh thô giòn cho hợp kim.
- Đảm bảo nhiệt độ kim loại lỏng khi biến tính. Nếu nhiệt độ biến tính thấp
quá sẽ kém hiệu quả vì biến tính xong, nhiệt độ nguội quá không rót được. Nếu
nhiệt độ biến tính cao quá khí hoà tan nhiều.
- Phải đảm bảo đủ thời gian biến tính cho muối phản ứng hết với nhôm lỏng.
Khi biến tính xong phải rót ngay, để chờ lâu quá thì hiệu quả biến tính mất dần,
dẫn đến thô hạt vật đúc. Nên biến tính trong nồi rót, hoặc có thể biến tính ở nồi
nấu đặt trong lò nhưng cứ sau 10 phút phải biến tính lại một lần.
- Nếu hợp kim dùng đúc các vật mỏng hơn 6 mm trong khuôn kim loại thì
không cần biến tính vì khuôn kim loại làm nguội nhanh cũng tạo hạt mịn.
- Lượng Fe > 0,75% thì biến tính không có hiệu quả lắm.
- Khi biến tính thường cháy hao Mg (nếu dùng nhôm vụn có Mg trong thành
phần hợp kim), vì thế thường phải thêm Mg khoảng 0,1% bằng cách bọc Mg
trong giấy nhôm rồi cho vào chụp nhấn chìm trong kim loại lỏng.
1.2.5 Kỹ thuật nấu luyện
Hợp kim nhôm nấu xong phải đảm bảo được ba yêu cầu sau:
- Không còn khí hoà tan
- Không có oxit nhôm
- Đúng thành phần đã định
Để đạt yêu cầu kỹ thuật, trong quá trình nấu luyện cần:
+ Chọn lò và liệu thích hợp
+ Sấy kỹ nồi lò và nung liệu trước khi cho vào lò.
+ Tạo môi trường khí oxy hoá yếu, có che phủ để hạn chế diện tích mặt
thoáng của kim loại lỏng, tránh khí thâm nhập.
+ Rút ngắn thời gian nấu
+ Tránh nâng nhiệt độ kim loại lỏng lên quá cao, giữ lâu ở nhiệt độ cao (hoà
tan nhiều khí, làm hạt thô)
+ Có tiến hành khử khí và tinh luyện kim loại lỏng trước khi rót.
+ Hạn chế khuấy động kim loại lỏng khi nấu.
+ Tránh rót đi rót lại vào nồi chuyển nhiều lần.
1.3 Đúc áp lực cao
1.3.1 Khái niệm và nguyên lý đúc áp lực cao
Đúc áp lực cao là công nghệ đúc trong đó kim loại lỏng điền đầy khuôn và
đông đặc dưới tác dụng của áp lực cao.
Trong đúc áp lực, hợp kim nhôm được sử dụng nhiều nhất so với tất cả các
loại hợp kim khác. Chỉ tính riêng ở Mỹ, hàng năm sản phẩm nhôm đúc áp lực đạt
giá trị tới 2,5 tỷ đôla. Đúc áp lực rất phù hợp với đúc hàng loạt số lượng lớn,
khối lượng chi tiết nhỏ, thường có thể nặng tới 5kg [6], cũng có trường hợp đúc
chi tiết nặng tới 50kg nhưng giá thành rất cao [7]. Đúc áp lực có ưu điểm là giảm
thiểu dung sai, bề mặt nhẵn bóng, đảm bảo đồng đều chiều dày vật đúc.
Quá trình đúc áp lực có thể mô tả như sau: kim loại lỏng được đưa vào
khuôn bằng áp lực cao thông qua một bộ xylanh-piston nạp hay còn gọi là buồng
nạp, hoặc buồng ép (hình 4). Áp lực lớn, tốc độ nguội nhanh, sẽ làm cho sản
phẩm đạt tổ chức sít chặt, hạt nhỏ mịn, tăng cơ tính và khả năng chịu mài mòn.
Có 2 dạng đúc áp lực là đúc áp lực buồng nguội (cold chamber) và đúc áp
lực buồng nóng (hot chamber). Đúc áp lực buồng nguội (hình 4) với bộ xylanh-
piston nạp- ép của thiết bị đúc nằm bên ngoài lò- bể chứa kim loại lỏng. Kim loại
lỏng được đưa vào xylanh ép thông qua gáo rót. Xylanh này được coi là buồng
nguội vì có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kim loại nóng chảy.
Hình 4. Mô hình máy đúc áp lực cao có buồng ép nguội
Hợp kim nhôm thường được đúc với buồng nguội vì có thể sử dụng áp lực
đúc lớn, thiết bị không phải liên tục tiếp xúc với nhiệt độ cao [8].
Còn ở đúc áp lực buồng nóng thì bộ phận xylanh– piston nạp được đặt
ngay trong kim loại nóng chảy (hình 5) hoặc đặt trong một hệ thống lò nung và
nối thẳng với bộ phận lò nấu chảy [9]. Như vậy bộ xylanh– piston có nhiệt độ
bằng với nhiệt độ kim loại nóng chảy. Trong trường hợp này, bộ xylanh– piston
có tuổi thọ thấp do luôn tiếp xúc với nhiệt độ cao.
Hình 5. Mô hình máy đúc áp lực cao có buồng ép nóng
Các chu trình hoạt động chính của máy đúc áp lực buồng nguội được phân
ra thành 08 công đoạn.
1. Chuẩn bị và đóng ráp khuôn
2. Rót hợp kim lỏng vào buồng nạp- ép
3. Dồn ép hợp kim lỏng ở vận tốc chậm
4. Ép hợp kim lỏng ở vận tốc nhanh
5. Tăng áp lực
6. Mở khuôn
7. Tháo ruột
8. Đẩy vật đúc, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn
Việc chia ra các công đoạn khác nhau có ý nghĩa về mặt công nghệ, kỹ
thuật, để tính toán các thông số hợp lý như quãng đường chuyển động của piston,
áp lực ép, lắp tháo ruột, làm sạch và sơn khuôn, thời gian hợp kim kết tinh, vận
tốc vào ra của khuôn động… và cài đặt cho máy đúc áp lực. Trên thực tế, các
công đoạn diễn ra liên tiếp với thời gian rất ngắn và máy làm việc hoàn toàn tự
động theo chương trình đã cài đặt.
Các công đoạn cụ thể được mô tả trong các sơ đồ minh họa sau
1. Chuẩn bị và đóng ráp khuôn
Khuôn được làm sạch, xì chất sơn chống dính, bảo vệ
khuôn, ráp chặt hai nửa với nhau, ruột được lắp đặt
theo lập trình, sẵn sàng đúc.
E
M
E
M
E
M
2. Rót hợp kim lỏng vào buồng nạp
Lấy hợp kim lỏng từ nồi nấu vào gáo định lượng, rót
vào buồng ép (nạp)
E
M
E
M
E
M
3. Dồn ép hợp kim lỏng ở vận tốc chậm
Kim loại được bơm chậm đầy buồng ép trước khi đi
vào khuôn
E
M
E
M
E
M
4. Ép hợp kim lỏng ở vận tốc cao
Khi hợp kim điền đầy buồng ép, vận tốc ép được
tăng lên đến cực đại để điền đầy khuôn
E
M
E
M
E
M
5 Tăng áp lực
Áp lực cao truyền vào vật đúc, đánh tan các bọt
khí, tránh cho hợp kim không bị rỗ khí và được kết
tinh dưới áp lực cao.
E
M
E
M
E
M
6. Mở khuôn
Hợp kim đã kết tinh hoàn toàn. Nửa khuôn động dịch
chuyển ra ngoài, đem theo phôi đúc
E
M
E
M
E
M
7. Tháo ruột
Các ruột được tháo ra khỏi chi tiết
theo lập trình
E
M
E
M
E
M
8. Đẩy sản phẩm
Sản phẩm đúc được đẩy ra khỏi nửa khuôn động
nhờ hệ thống các chốt đẩy
E
M
E
M
E
M
1.3.2 Ảnh hưởng của áp lực đến quá trình điền đầy khuôn và kết tinh
của kim loại
Lực ép tác động lên kim loại lỏng để điền đầy khuôn trong quá trình kết
tinh, do pittông thuỷ lực tạo ra. Tốc độ dịch chuyển của chất lỏng thuỷ lực và áp
lực ép của pittông thay đổi trong
suốt 1 chu trình đúc. Có thể chia
1 chu trình đúc thành 4 giai đoạn
như hình 6 [9].
Giai đoạn 1: Pittông ép đã đi
qua và bịt lỗ rót. Vận tốc v1 của
pittông ép và áp lực p1 trong
buồng ép còn nhỏ. Vì khi đó áp
lực chỉ cần đủ để thắng ma sát
trong buồng ép và xi lanh thuỷ
lực.
Hình 6. Thay đổi tốc độ và áp suất trong
Giai đoạn 2: Kim loại lỏng
đã điền đầy toàn bộ buồng ép.
buồng ép
Tốc độ của pittông tăng lên và đạt giá trị cực đại v2. Giá trị của áp suất tăng đến
p2 do phải thắng các trở lực của dòng chảy 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 cho nên vận tốc pittông giảm xuống p3 nhưng áp suất ép lại
tăng lên p3. Kết thúc giai đoạn này, pittông dừng lại nhưng do hiện tượng thuỷ
kích (quán tính ép) mà áp suất ép tiếp tục tăng lên. Sau khi các dao động áp suất
tắt dần, áp suất đạt giá trị không đổi p4 . Đây là áp suất thuỷ tĩnh cần thiết cho
quá trình kết tinh.
Giai đoạn 4: Áp suất có thể đạt tới 500 – 50.000N/cm2, tuỳ thuộc vào vật
liệu đúc và yêu cầu công nghệ. Khi áp lực đã đạt giá trị thuỷ tĩnh mà tại rãnh dẫn
vẫn còn kim loại lỏng thì áp lực sẽ truyền vào vật đúc, dẫn đến kim loại kết tinh
trong trạng thái áp lực cao.
Tất cả các tính chất của kim loại (tính chất nhiệt, cơ học, điện, từ….) đều bị
thay đổi khi chịu tác dụng của áp lực. Xu hướng chung là tăng áp lực thì nhiệt độ
nóng chảy của kim loại sẽ tăng lên. Tuy nhiên, áp lực ∆P tác dụng lên kim loại
lỏng sẽ thúc đẩy quá trình thấm kim loại lỏng trong vùng 2 pha và điều chỉnh
quá trình tác động nhiệt để hình thành vật đúc.
Áp lực bên ngoài sẽ gây ra các ảnh hưởng sau:
1. Nâng cao hệ số dẫn nhiệt của kim loại lỏng và hệ số trao đổi nhiệt giữa vật
đúc và khuôn
2. Làm giảm kích thước của mần kết tinh tới hạn và nâng cao số lượng tâm
mầm kết tinh.
3. Giảm độ hạt trung bình, tính không đồng nhất các nhánh cây của kim loại
4. Giảm hệ số khuếch tán và giảm tốc độ khuếch tán tương đối của tạp chất
5. Làm tốt điều kiện lọc thấm của vùng 2 pha, do đó cấu trúc kim loại sẽ đặc
chắc hơn
6. Giảm nhiệt độ bắt đầu co ngót và giảm độ co ngót của hợp kim trong
khoảng kết tinh có hiệu quả
7. Giảm khuynh hướng nứt nóng của kim loại.
1.3.3 Phạm vi ứng dụng công nghệ đúc áp lực cao
Về cơ bản, đúc áp lực cao áp dụng chủ yếu để sản xuất những vật đúc bằng
hợp kim nhôm, magiê, kẽm và đồng. Cũng có thể dùng công nghệ đúc áp lực cao
để đúc thép hoặc gang nhưng rất ít vì nhiệt độ nóng chảy và tỷ trọng của gang và
thép lớn.
Do kim loại điền đầy khuôn và kết tinh trong trạng thái áp lực nên phương
pháp đúc này có nhiều điểm ưu việt:
- Đúc được vật đúc thành rất mỏng (0,5mm)
- Độ chính xác cao
- Chất lượng vật đúc rất tốt do đạt được tổ chức nhỏ mịn, sít chặt
- Năng suất lao động cao
Trong quá trình thiết kế chi tiết đúc, hai điều cần lưu ý là chiều dày thành và
tính đồng đều của thành vật đúc. Việc lựa chọn chiều dầy thành và kích thước lỗ
trên thành vật đúc có tính quyết định đến cơ tính và khuyết tật sinh ra trong quá
trình đúc. Các số liệu về chiều dày và kích thước lỗ đúc có thể tham khảo trên
bảng 8 và bảng 9 [9].
Bảng 8. Chiều dày cho phép của thành vật đúc (mm)
Diện tích thành vật đúc (cm2)
Dưới 25
0,5
25-100
0,8
100-250
1,0
250-500
1,2
Trên 500
Kẽm
Magiê
1,8
3,0
3,0
-
0,7
1,0
1,5
2,0
Nhôm
0,8
1,2
1,6
2,2
Đồng thau
1,5
2,5
3,0
3,0
Bảng 9. Kích thước lỗ đúc trên thành vật đúc (mm)
Đường kính lỗ nhỏ nhất (mm) Chiều sâu cực đại (mm)
Khả năng
1,0
Nên dùng
1,5
Lỗ cụt
6d
Lỗ thông
12d
Kẽm
Magiê
1,5
2,0
5d
10d
Nhôm
1,5
2,0
4d
8d
Đồng thau
2,5
3,0
3d
6d
2. Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo nắp hông động cơ RV125-2
2.1 Đặc điểm kết cấu của chi tiết nắp hông động cơ RV125-2
Như đã giới thiệu trong phần mở đầu, nắp hông là một chi tiết của động cơ
RV125-2, nằm ở phía ngoài bên phải động cơ. Nó đóng vai trò quan trọng trong
việc che chắn bảo vệ động cơ và định vị một số chi tiết đối với động cơ như:
bơm cao áp, cần điều tốc, cần ga, bơm dầu nhớt, ống dẫn dầu, van điều áp…
Phía trong nắp hông chứa dầu nhớt nên nắp phải đảm bảo đạt độ sít kín
trên toàn bộ chi tiết. Bản thân nắp chịu áp lực đến 1,5kg/cm2, riêng các lỗ dầu và
phần lắp bơm dầu bôi trơn phải chịu áp lực đến 6kg/cm2. Nhiệt độ làm việc
thường xuyên đối với nắp là 80 ÷ 1000C, lớn nhất lên đến 1200C.
Nắp hông động cơ RV125-2 có hình dạng phức tạp (hình 7 và 8). Đường
bao của chi tiết được tạo nên bởi các đoạn cong, đoạn thẳng và góc lượn khác
nhau. Nắp có nhiều độ sâu tạo thành các bậc lồi lõm, với đáy sâu nhất là 70mm.
Phía trong cũng như phía ngoài nắp có các nhóm cấu trúc khác biệt như các ụ,
các vấu, các vách ngăn và các hố sâu từ 20 đến 70mm. Tuy có kết cấu đặc biệt
như vậy nhưng hầu hết chiều dày của nắp (trừ các ụ và vấu) chỉ từ 2÷ 4mm.
Hình dạng phức tạp của nắp khiến cho công nghệ đúc tạo hình nắp sẽ có
nhiều khó khăn do phải sử dụng các miếng ghép khuôn rời và các miếng ruột
riêng lẻ. Để đúc được chiều dày nhỏ và cấu trúc đặc thù nêu trên của nắp, có
thể thấy công nghệ đúc khuôn tươi không phù hợp. Bề dày bình quân 3mm trải
trên diện rộng ~350 x 230mm lại dâng cao đến 70mm làm cho việc điền đầy
nắp của khuôn tươi không khả thi. Mặt khác khuôn tươi cũng không bảo đảm
tránh rỗ khí và đáp ứng các yêu cầu bề mặt cho nắp [5].
Công nghệ đúc trong khuôn cát nhựa, công nghệ đúc khuôn vỏ mỏng có thể
chế tạo được nắp hông nhưng không hiệu quả vì năng suất thấp, chất lượng sản
phẩm chưa cao, không khống chế được mức độ sai hỏng, thêm vào đó là tỉ lệ
thu hồi kim loại thấp.
Với những đặc điểm và các tính chất ưu việt như phân tích ở phần 1.2, công
nghệ đúc áp lực cao có đầy đủ các điều kiện bảo đảm cho việc chế tạo nắp
hông, hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu đặt ra đối với nắp.
Chiều dày bình quân của nắp hông là 3mm, diện tích bề mặt của nắp lớn hơn
500cm2, tra theo Bảng 3. Chiều dày cho phép của thành vật đúc (mm) ta thấy đạt
được chỉ số này.
Được kết tinh dưới áp lực cao, tổ chức vật liệu của nắp sẽ nhỏ mịn, sít kín,
tránh được rỗ khí. Như vậy sẽ bảo đảm chịu được áp lực làm việc 1,5 at cho nắp.
Ngoài ra, đúc áp lực cao cũng sẽ tạo cho nắp có bề mặt nhẵn bóng và giúp
cho các kích thước, tọa độ lắp ráp của nắp đạt độ chính xác cần thiết.
Hình 7 . Phía trong nắp hông động cơ RV125-2
Hình 8. Phía ngoài nắp hông động cơ RV125-2
2.2 Các điều kiện cần thiết để chế tạo nắp hông động cơ RV125-2 bằng
công nghệ đúc áp lực cao
2.2.1 Thiết bị công nghệ, vật tư, nhân lực
Các yếu tố cần thiết cho việc chế tạo nắp hông RV125 bao gồm:
- Máy đúc áp lực cao
- Lò nấu hợp kim
- Thiết bị hỗ trợ như máy nén khí, bình áp Nitơ
- Vật liệu nấu luyện và phụ gia
- Đội ngũ thao tác.
Viện Công nghệ, cơ quan chủ trì đề tài đã tạo mọi điều kiện để đáp ứng các
yếu tố nêu trên. Đề tài đã được triển khai tại phòng Thí nghiệm Công nghệ và
các Hợp kim đúc của Viện.
Viện có hệ thống đúc áp lực cao với đầy đủ trang thiết bị chính và phụ trợ,
được minh họa trên hình 9, bao gồm:
- Máy đúc áp lực cao 420 tấn
- Hai lò điện trở nấu nhôm và giữ nhiệt, dung lượng 170 kg và 250 kg
- Máy nén khí để làm sạch khuôn
- Các bình khí Nitơ tăng áp lực để kích ép khi đúc
- Cầu trục hỗ trợ tháo lắp khuôn
- Đội ngũ cán bộ kỹ thuật gồm các thạc sỹ, kỹ sư, và trung cấp kỹ thuật.
Hình 9. Hệ thống đúc áp lực cao của Viện Công nghệ
Dựa trên kết qủa phân tích sản phẩm mẫu của Nhật và các tài liệu tham khảo
như đã trình bày ở phần 1.1, đề tài xác định sử dụng hợp kim nhôm ADC12 để
chế tạo nắp hông động cơ RV125-2. Viện Công nghệ đã liên hệ và đặt mua được
hợp kim nhôm ADC12 dạng thỏi của Nhật.
2.2.2 Bộ khuôn đúc áp lực
Ngoài các yếu tố nêu trên, một bộ phận rất quan trọng và không thể thiếu
được là bộ khuôn đúc áp lực chi tiết nắp hông động cơ RV125-2. Bộ khuôn phải
đảm bảo tạo hình chính xác cho chi tiết phức tạp đồng thời đáp ứng các điều kiện
làm việc khắc nghiệt như chịu áp lực đến 220at, chịu nhiệt độ đến 700oC.
Từ những đặc điểm trên, chúng tôi xác định vật liệu chế tạo bộ khuôn phải là
thép dụng cụ gia công nóng với mác đặc trưng là SKD61. Do vật liệu này có giá
cao, và việc thiết kế, chế tạo khuôn rất tốn kém vì phải làm trên máy CNC và
nhiệt luyện chân không nên giá thành tổng hợp bộ khuôn lên đến trên 200 triệu
đồng. Kinh phí đề tài chỉ có 130 triệu, nên Viện Công nghệ đã phối hợp với
Công ty Nakyco thuộc Tổng Công ty Máy động lực và Máy nông nghiệp nghiên
cứu thực hiện chế tạo bộ khuôn đúc áp lực chi tiết nắp hông động cơ RV125-2.
Bộ khuôn bao gồm hai nửa, lắp ghép thông qua các chốt định vị. Một nửa gọi
là khuôn tĩnh, một nửa là khuôn động. Khuôn tĩnh nằm liền với buồng nạp- ép,
cố định trên vị trí này trong suốt quá trình đúc. Khuôn tĩnh thường được cấu tạo
lõm chứa chi tiết, như giới thiệu trên hình 10.
Hình 10. Nửa khuôn tĩnh RV125-2
Sơ đồ công nghệ (a), sơ đồ khối (b)
Khuôn động nằm đối diện với khuôn tĩnh, di chuyển đóng- mở hốc khuôn
nhờ xi lanh thủy lực liên kết với hệ thống tay giằng. Khuôn gắn liền với hộp tống
phôi đúc ở phía sau và cho phép các chốt đẩy xuyên qua mình. Khuôn động có
cấu tạo lồi, tạo điều kiện dễ lấy phôi sau khi đúc (hình 11).
Hình 11. Nửa khuôn độngRV125-2
Sơ đồ công nghệ (a), sơ đồ khối (b)
Bộ khuôn nắp hông động cơ RV125-2 do Viện Công nghệ phối hợp với Công
ty Nakyco thực hiện chế tạo được giới thiệu trên hình 12 và hình 13.
Hình 12. Khuôn tĩnh RV125-2 lắp đặt trên máy đúc áp lực
Tải về để xem bản đầy đủ
59 trang
11/03/2024
2210
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Nghiên cứu công nghệ chế tạo chi tiết nắp hông động cơ RV 125-2 bằng công nghệ đúc áp lực cao", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- bao_cao_nghien_cuu_cong_nghe_che_tao_chi_tiet_nap_hong_dong.pdf
