Nghiên cứu công nghệ chế tạo chi tiết nắp hông động cơ RV 125-2 bằng công nghệ đúc áp lực cao

ại 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 Loại muối NaCl (%) KCl (%) NaF (%) NhiÖt ®é ch¶y ( 0C ) 1 33 - 67 2 20 45 35 650 3 40 40 20 600 4 40 12.5 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 E M M E E M E M M E E M 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. 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 M E E M E M M E 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 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 M E E M E M M E 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. 6. Mở khuôn Hợp kim đã kết tinh hoàn toàn. Nửa khuôn động dịch chuyển ra ngoài, đem theo phôi đúc 7. Tháo ruột Các ruột được tháo ra khỏi chi tiết theo lập trình E M M E E M E M M E E M 8. Đẩy sản phẩm Sản phẩm đúc được đẩy ra khỏi nửa khuôn động nhờ hệ thống các chốt đẩy 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. Giai đoạn 2: Kim loại lỏng đã điền đầy toàn bộ 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 Hình 6. Thay đổi tốc độ và áp suất trong buồng ép 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 25-100 100-250 250-500 Trên 500 Kẽm 0,5 0,8 1,0 1,2 1,8 Magiê 0,7 1,0 1,5 2,0 3,0 Nhôm 0,8 1,2 1,6 2,2 3,0 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 Nên dùng Lỗ cụt Lỗ thông Kẽm 1,0 1,5 6d 12d 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 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. 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. 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 Hình 13. Khuôn động RV125-2 lắp đặt trên máy đúc áp lực 2.3 Quy trình công nghệ chế tạo nắp hông động cơ RV125-2 bằng công nghệ đúc áp lực cao Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo nắp hông động cơ RV125-2 được giới thiệu trên hình 14. Có thể thấy, công nghệ chế tạo nắp hông gồm hai nhánh liên kết là Nấu luyện hợp kim và Đúc áp lực cao 2.3.1 Công nghệ nấu luyện hợp kim * Chuẩn bị cho mẻ nấu và đúc rót a. Chuẩn bị chất sơn bảo vệ nồi nấu - Thành phần nước sơn: 130 gr ZnO, 63 cm3 nước thuỷ tinh, 25 gr bột amiăng hoà với 1 lít nước - Cách trộn: Cho nước vào thùng, sau đó cho ZnO, thuỷ tinh lỏng vào thùng trộn đều. Nếu không có bột amiăng thì có thể dùng hỗ hợp: 145 gr ZnO, 75 cm3 nước thuỷ tinh lỏng, 1 lít nước thay thế. b. Chuẩn bị chất sơn dụng cụ (gáo múc, chụp khử khí, que khuấy) - Thành phần nước sơn: 60% ZnO, 4% sét bentônít, 36% nước - Cách trộn: Cho nước vào thùng, cho bột ZnO vào trộn đều, sau đó cho bột bentônít vào trộn tiếp. Vật đúc hỏng Phôi hỏng Nắp hông có khuyết tật Sản phẩm nắp hông Hình 14. Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo nắp hông RV125-2 c. Chuẩn bị lò nấu Nồi nấu được làm bằng gang. Để tránh tạp chất xâm nhập vào hợp kim nhôm, phải đảm bảo nồi luôn sạch và phải được quét lớp sơn bảo vệ trước mỗi mẻ nấu. Chuẩn bị lò, liệu... Chuẩn bị máy đúc Nấu chảy T = 700oC Chuẩn bị khuôn Sấy khuôn T = 200oC Khử khí, biến tính 730 oC Giữ nhiệt T = 670oC Sơn khuôn Rót vào buồng ép Đúc áp lực cao Làm sạch, kiểm tra chất lượng. sản phẩm Gia công cơ khí d. Chuẩn bị vật liệu - Chuẩn bị theo phối liệu tương ứng với sản phẩm cần sản xuất là mác ADC12 theo tiêu chuẩn JIS H5302 của Nhật - Vật liệu phải sạch, không được dính dầu mỡ. Liệu ẩm có thể được sấy khô bằng cách gác liệu trên miệng lò trước khi bỏ vào nấu. - Các hồi liệu vụn, nhỏ và mỏng (ba via, mảnh rãnh thoát khí, đậu hơi nhỏ... ) không đưa trực tiếp vào mẻ nấu đúc mà phải cô lại trước khi dùng e. Chuẩn bị chất biến tính, tinh luyện - Thành phần muối khử khí: 70% NaCl, 30% KCl (10kg NaCl + 4kg KCl) - Thành phần muối biến tính: 62,5% NaCl; 25% NaF; 12,5% KCl (10kg NaCl + 4kg NaF + 2kg KCl) Các hỗn hợp muối trên cần được trộn sẵn trước, để riêng trong các thùng kín và bảo quản ở nơi khô ráo. Phải đảm bảo sấy kỹ các muối trước khi sử dụng. * Nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm đúc áp lực Hợp kim được nấu luyện trong lò giếng điện trở có điều khiển nhiệt độ. Bật lò điện, đặt nhiệt lò 200oC. Sau khi nồi lò đạt nhiệt độ này, tiến hành quét từng lớp sơn mỏng bảo vệ nồi. Nâng nhiệt độ lò lên 300oC trong khoảng 30 phút, bắt đầu chất liệu vào lò. Rải một ít hồi liệu nhỏ xuống đáy nồi rồi tiến hành chất các thỏi nhôm vào trước, sau đó đến các lanh gô nhôm đúc lại, và cuối cùng là hồi liệu. Đặt nhiệt độ của lò lên 780 ÷ 800oC. Khi hợp kim chảy, cho thêm liệu vào để đạt khối lượng mẻ nấu. Trong quá trình này, cần tiến hành nung sấy các loại muối và các dụng cụ thao tác đã được quét sơn bảo vệ. Khi kim loại lỏng đã đủ khối lượng và đạt nhiệt khoảng 730÷750oC, tiến hành khử khí biến tính như sau: Cho chất khử khí với tỉ lệ 0,75kg muối/ 100kg kim loại lỏng vào nồi. Dùng chụp khử khí dìm sâu xuống dưới nhôm lỏng, di chuyển nhẹ nhàng chụp khắp nồi, cách đáy 25mm trong 5 phút. Sau đó thực hiện tương tự với chất biến tính theo tỉ lệ 0,65kg muối/ 100kg kim loại lỏng. Đợi 5 phút để chất biến tính phát huy tác dụng, rồi vớt xỉ, hạ nhiệt xuống 650-680oC để đúc rót. 2.3.2 Công nghệ đúc áp lực cao Hai khâu cơ bản và quan trọng mang tính quyết định sự thành công của đúc áp lực cao chế tạo nắp hông động cơ RV125-2 là: - Lắp đặt, thiết lập các chế độ hoạt động của bộ khuôn, ruột - Tính toán các thông số công nghệ, cài đặt cho máy đúc [10]. Sau khi đã hoàn thành hai khâu này, máy làm việc hoàn toàn tự động theo lập trình. Thao tác còn lại chỉ đơn giản là rót, bấm nút cho máy chạy và lấy phôi nắp hông ra. Dưới đây đề tài sẽ giới thiệu cụ thể và chi tiết từng khâu. 2.3.2.1 Lắp đặt và thiết lập chế độ làm việc cho khuôn a. Các thao tác lắp bộ khuôn Tiến hành tuần tự từng bước theo lưu trình. Ký hiệu Æ được hiểu là bước tiếp theo của lưu trình. - Lắp khuôn tĩnh: Đưa khuôn vào vị trí tương đối, trước nòng xi lanh Æ Nâng hạ khuôn từ từ Æ Căn chỉnh lỗ ở trên khuôn vào khít với đầu nòng xilanh nhô ra Æ Gá khuôn nhẹ nhàng Æ Dùng thước đo để căn chỉnh cạnh bên khuôn song song với cạnh bên của bệ máy Æ gá chặt - Lắp khuôn động: Đưa khuôn động vào vị trí tương đối so với khuôn tĩnh Æ Thay đổi vị trí các chốt đẩy của tấm lót đẩy gá trên bệ máy sao cho các chốt đẩy nằm phân bố đều trên bề mặt sau của tấm lót đẩy Æ Gá 4 lỗ dẫn hướng trên khuôn động vào 4 chốt dẫn hướng trên khuôn tĩnh Æ Căn chỉnh để bề mặt khuôn động song song với bề mặt khuôn tĩnh Æ Bật công tắc nguồn của máy, bật máy, chỉnh thông số 19 về giá trị 0 để thiết lập chế độ ép khuôn vào từ từ ở chế độ tay Æ Dùng tay giữ sensơ điều khiển của ruột để máy hiểu là ruột đã ép vào Æ Gạt công tắc đóng khuôn Æ Ép khuôn động vào Æ Khi bề mặt khuôn động khép chặt với bề mặt khuôn tĩnh thì dừng lại Æ Tiến hành lắp bu lông để cố định khuôn động (trong lúc bắt ốc có thể tắt máy). - Lắp ruột ngoài: Dùng cẩu nâng ruột vào vị trí Æ Bắt ốc gá chặt ruột vào khuôn động Æ Lắp hệ thống điện và hệ thống dầu thủy lực - Thiết lập chế độ vào, ra của ruột: Bật máy Æ Cho ruột chạy vào Æ Khi ruột chạm vừa tới bề mặt khuôn động Æ Bắt vít hạn vị để xác định vị trí tới hạn vào của ruột Æ Cho ruột chạy ra Æ Do hệ thống thủy lực luôn có độ trễ trong quá trình hoạt động, quãng đường di chuyển của ruột không nên ngắn quá. Tuy nhiên vị trí của ruột khi ở trạng thái ra ngoài cùng không được ảnh hưởng đến quá trình đẩy sản phẩm, hệ thống rót Æ Bắt vít hạn vị để xác định mốc tới hạn ra của ruột Æ Điều khiển chế độ bằng tay và tiến hành cho ruột chạy vào ra liên tục nhiều lần Æ Nếu bệ đỡ ruột bị chấn động mạnh, thì cần phải tiến hành tinh chỉnh lại mốc hạn vị vào của ruột (đưa mốc này lùi ra phía ngoài) Æ Sau khi tinh chỉnh xong, siết chặt vít để cố định các mốc hạn vị này. - Thiết lập khoảng cách cơ bản giữa hai khuôn + Điều chỉnh thô Bật máy Æ Cắm chìa khóa điều chỉnh vào ổ khóa, gạt sang chế độ vận hành bằng tay, cho ruột vào Æ Tiến hành ép khuôn động vào khuôn tĩnh Æ Kiểm tra xem 2 khuôn có ép sát vào với nhau được không? Khoảng cách cơ bản giữa hai khuôn phù hợp khi bề mặt hai khuôn ép sát vào nhau và cơ cấu đẩy bệ máy nằm ở vị trí vuông góc Æ Ở đây có hai trường hợp có thể xảy ra: • Nếu 2 khuôn đã vào sát với nhau nhưng cơ cấu khóa khuôn không nằm ở vị trí vuông góc Æ Vặn chìa khóa sang chế độ return để tăng khoảng cách ban đầu của hai khuôn cho phù hợp. • Nếu cơ cấu đẩy bệ máy nằm ở vị trí vuông góc mà bề mặt hai khuôn chưa nằm sát vào nhau Æ Vặn chìa khóa sang chế độ Advance để giảm khoảng cách ban đầu của hai khuôn cho phù hợp. + Điều chỉnh tinh Sau khi điều chỉnh thô, bấm nút reset trên màn hình tủ điều khiển để máy tự hiểu khoảng cách thô giữa hai khuôn khi ép là 0. Bấm nút mũi tên màu xanh ở phía dưới tinh chỉnh khoảng cách giữa hai khuôn để trong quá trình ép kim loại lỏng vào khuôn, kim loại lỏng không bị bắn ra ngoài theo kẽ hở giữa bề mặt hai khuôn. Điều chỉnh thông số sao cho tại đó kết cấu khóa khuôn ở vị trí vuông góc để đạt lực khóa khuôn lớn nhất. - Thiết lập hành trình di chuyển của hệ thống chốt đẩy sản phẩm: Nếu chiều cao trung bình của sản phẩm đúc là h, quãng đường di chuyển của hệ thống chốt đẩy tốt nhất nằm trong khoảng: h – (5÷15) mm b. Chuẩn bị hỗn hợp sơn tách khuôn Hỗn hợp sơn tách khuôn dùng cho đúc áp lực phải đáp ứng các yêu cầu: + Khi cháy không sinh ra nhiều khí + Có khả năng dính bám tốt vào bề mặt khuôn + Chống dính bám sản phẩm vào khuôn tốt Có nhiều loại hỗn hợp sơn tách khuôn được sử dụng trong đúc áp lực. Sau khi tham khảo một số loại hỗn hợp, đề tài đã dùng loại dầu White oil. Tỉ lệ trộn dầu với nước là 1,25% (hay 1kg sơn với 80 lít nước). Thực tế sử dụng đã cho kết quả tốt, sản phẩm thoát khuôn dễ dàng. c. Chuẩn bị dầu bôi trơn đầu piston Do dầu bôi trơn này có chức năng tạo lớp đệm làm việc ở môi trường nhiệt độ cao giữa piston và xi lanh, vì vậy yêu cầu của loại dầu này là: + Nhiệt độ cháy cao, khi cháy sinh ít khí + Độ nhớt cao để khi làm việc ở nhiệt độ cao không bị chảy loãng, bám dính tốt vào đầu piston. Trước mỗi kíp sản xuất, phải tiến hành kiểm tra và bổ sung dầu bôi trơn đầu piston nhằm tránh hiện tượng hết dầu giữa ca sản xuất, vừa gián đoạn sản xuất vừa gây hỏng đầu piston. 2.3.2.2 Lập trình cho máy đúc a. Thiết lập các thông số điều khiển Hình 15 giới thiệu bảng điều khiển của máy đúc với các nút bấm, nút điều chỉnh liên quan tới các lệnh và các thông số công nghệ. Hình 15. Bảng điều khiển của máy đúc áp lực cao Thông qua các công thức tính toán, ta thiết lập các thông số về quãng đường chuyển động chính của piston (hình 16). Đây chính là các bước 13, 15, 16, 18 của máy (theo ký hiệu ghi trên máy). Hình 16. Các giai đoạn chuyển động chính của piston - Thiết lập thông số bước 16 Khởi động máy, cho ruột vào trước khi ép khuôn động và khuôn tĩnh vào với nhau. Sau đấy cho piston chạy vào khuôn, đến khi piston dừng lại thì đọc giá trị quãng đường đã di chuyển của pittông trên tủ điều khiển. Đây chính là thông số điều khiển (quãng đường chuyển động của piston) cần thiết lập ở bước 16. Đối với khuôn RV125-2, thông số này đo được 479mm - Thiết lập thông số bước 18 Nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của piston trong quá trình đẩy thoát vật đúc, đậu thừa (biscuit) ra khỏi nòng xi lanh, thông thường nên thiết lập thông số bước 18 bằng bước 16 cộng thêm 15 mm. Thông số 18 = 479 +15 = 494 (mm). - Thiết lập thông số bước 13 + Thông số 13 chính là quãng đường L1 tính từ điểm xuất phát đến vị trí pittông bắt đầu chuyển động với tốc độ cao. Quãng đường L1 được tính từ công thức A L 11 V= , (cm) (1) Trong đó: V1: Thể tích hốc khuôn chứa kim loại lỏng V1= g W , cm3) (2) g: trọng lượng riêng của kim loại đúc (nhôm 2,6 g/cm3). A: Diện tích mặt cắt xilanh 4 2xDA Π= , (cm2) (3) Với: D là đường kính xi lanh (hiện tại D = 80mm) W: Khối lượng rót được tính theo công thức sau: W= khối lượng sản phẩm + hệ thống rót + đậu hơi + đậu tràn Vận tốc thấp Bọt khí Vận tốc cao Quá trình tăng áp Cụ thể với sản phẩm RV125-2: W= 2,4 + 0,95 + 0,15 = 3,6 (kg) Đưa giá trị W, D, g vào các công thức (1), (2), (3), ta có L1 = 280 mm - Thiết lập thông số bước 15 Tổng quãng đường chuyển động của piston được chia ra như sau L = L1 + L2 + L3 + L4 (mm) (4) trong đó: L: Quãng đường tổng đã được thiết lập ở bước 16 là L = 479mm. L1: Quãng đường dồn hợp kim trong nòng xilanh, đã tính L1 = 280 mm L2: Quãng đường dồn hợp kim điền đầy hốc khuôn L3: Quãng đường piston tăng áp đúc, đặt L3 = 25mm L4: Độ dày lớp vật liệu lưu lại ở đầu pittông, đặt L4 = 25 mm Đưa các giá trị L, L1, L3 , L4 vào công thức (4), ta có L2 = 429 mm - Cài đặt các thông số Đối với sản phẩm RV125-2, các giá trị quãng đường dịch chuyển của piston tính từ điểm xuất phát được cài đặt là: bước 13: L1 = 280mm bước 15: L2 = 429mm bước 16: L3 = 479mm bước 18: L = 494mm - Những lưu ý trong việc cài đặt tính năng của máy và điều kiện đúc + Yêu cầu tác động ban đầu của xi lanh thuỷ lực không được có hiện tượng rung, vận tốc của xi lanh phải duy trì trong khoảng 2-2,5m/s. + Nếu vận tốc khởi động quá lớn hoặc vận tốc đẩy pittông quá nhanh sẽ gây hiện tượng phòi nhôm ra ở vị trí lỗ vào của ống dẫn liệu, làm nhôm lẫn với không khí và gây lên hiện tượng rỗ khí trong vật đúc. b. Thiết lập vận tốc của các giai đoạn khi bắn có áp - Ban đầu ta thiết lập các thông số mặc định như sau (đây là các giá trị ghi thực tế trên đồng hồ chỉ vận tốc tương ứng): + Đặt vận tốc V1=2 m/giây + Đặt vận tốc V2=4 m/giây + Đặt vận tốc V3=5 m/giây - Trong quá trình sấy khuôn, có thể điều chỉnh tham số 13 và vận tốc V2 sao cho kim loại lỏng tương đối điền đầy tại các vị trí cao nhất và sâu nhất của sản phẩm. Chỉnh thô bằng cách cố định tham số 13 và điều chỉnh V2. Sau đấy, chỉnh tinh bằng cách cố định V2, thay đổi tham số 13. - Đối với sản phẩm RV125-2, sau khi đã tính toán kết hợp thử nghiệm thực tế, chúng tôi đã xác lập được các vận tốc tối ưu dưới đây: V1= 2,4 m/giây V2= 4,15 m/giây V3= 5 m/giây c. Thiết lập các thông số liên quan Các thông số liên quan tới công nghệ đúc áp lực như áp lực đúc, dữ liệu lắp tháo ruột, làm sạch và sơn khuôn, thời gian hợp kim kết tinh, vận tốc vào ra của khuôn động... đều phải được tính toán, xác lập và cài đặt cho máy. - Thời gian giữ vật đúc làm nguội ở trong khuôn (bước 1): Thông thường tùy thuộc vào chiều dày của thành vật đúc mà ta chọn giá trị hợp lý. Nếu giá trị này lớn hay vật đúc được làm nguội quá yêu cầu thì có thể xảy ra hiện tượng sản phẩm bó chặt bề mặt khuôn, dẫn đến không thể đẩy sản phẩm ra được. Ngược lại, nếu thời gian này ngắn quá, sản phẩm chưa đông đặc hoàn toàn. Khi đó, có thể chốt đẩy sẽ chọc ngập vào chi tiết làm biến dạng sản phẩm, hoặc gây khuyết tật cho sản phẩm. Với RV125, nên đặt ở khoảng giá trị từ 100÷110, tương đương với 10 ÷11 giây - Áp suất nén ở giai đoạn 1 (bước 10), đây là giai đoạn piston chuyển động với vận tốc chậm, giá trị này được quy định trong khoảng 80÷100 kg/cm2. Tùy thuộc vào tiết diện, hình dạng, chiều dày thành vật đúc mà quyết định lựa chọn giá trị này. Đối với sản phẩm RV125, đặt giá trị này là 100 kg/cm2. - Áp suất nén ở giai đoạn 2&3 (bước 11), đây là giai đoạn piston chuyển động ở vận tốc cao, giá trị này được quy định trong khoảng 180÷210 kg/cm2. Giá trị này có vai trò và ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm. Nó có 2 sự ảnh hưởng đối lập như sau: Nếu áp lực nén bé, chi tiết sẽ không điền đầy, có nhiều bọt khí ở trong lòng sản phẩm. Nhưng nếu áp lực nén quá lớn, sẽ gây ra hiện tượng dòng kim loại va đập vào thành khuôn sẽ bị phản lực quay trở lại, gây ra hiện tượng giáp mí ở vật đúc. Giá trị này phụ thuộc chủ yếu vào tiết diện, hình dạng, chiều dày thành vật đúc. Đối với sản phẩm RV125, giá trị này được chọn là 195÷205 kg/cm2. - Chiều dày phần đậu thừa ở đầu hệ thống rót (phần biscuit) (bước 17) Phần này có nhiệm vụ chính là ngăn cho piston không va chạm trực tiếp với gù đạo ở khuôn động. Theo tài liệu đi kèm máy [10] thì giá trị này nên để trong khoảng từ 20÷35 mm. Bằng cách khác, có thể chọn chiều dày này lớn hơn hoặc bằng ¼ đường kính piston. Đối với sản phẩm RV125-2 giá trị này lấy là 25. - Thiết lập chế độ vào ra tương đối của ruột đối với khuôn Do kết cấu thiết kế của khuôn là ruột vào trước khi khuôn khép lại và ruột rút ra sau khi khuôn mở ra, vì vậy chúng ta phải thiết lập thông số này vào máy để chạy máy ở chế độ tự động: Bước 36: chọn chỉ số 1 (tức là ruột đi vào trước khi khuôn đóng) Bước 37: chọn chỉ số 2 (ruột đi ra trước khi đẩy sản phẩm ra) - Thiết lập chế độ tự động hoàn toàn: Chế độ tự động chạy lại một chu kỳ sản xuất mới sau khi kết thúc chu trình sản xuất cũ, bước 42: chọn chỉ số 1 (lặp lại) - Các thông số điều khiển cánh tay rô bốt làm mát (bước 73÷80): Bước 73: Thời gian thổi khí trước khi cánh tay máy đi xuống (1s). Chúng ta nên chọn khoảng 10 để khí thổi sạch các chất bẩn đóng cắn ở trong các vòi đồng. Bước 74: Thời gian thổi khí vào cả 2 khuôn trước khi xịt hỗn hợp sơn tách khuôn (1,5s). Nó có chức năng thổi bay các ba via nhôm bị dắt trong các hốc khuôn. Chọn chỉ số 15. Bước 75: Thời gian thổi khí vào cả 2 khuôn sau khi xịt hỗn hợp sơn tách khuôn (4s). Nó có chức năng thổi khô các bề mặt khuôn. Chọn khoảng 40. Bước 76: Thời gian xịt hỗn hợp sơn tách khuôn (10s) vào bề mặt khuôn động. Chọn chỉ số 100. Bước 77: Thời gian xịt hỗn hợp sơn tách khuôn (7s) vào bề mặt khuôn tĩnh. Chọn chỉ số 70. Bước 78: Thời gian thổi khí vào cả 2 khuôn trong khi cánh tay máy đi lên hoặc đi xuống theo chế độ được thiết lập ở bước 79 (1,5s) . Nó có chức năng thổi bay các hạt nước dính ở phía trên bề mặt khuôn do bắn té trong quá trình xịt khuôn tạo ra. Chọn chỉ số 15 Bước 79: Xác định chế độ thổi khí cho bước 78. Ba vị trí làm việc của máy là 0: Thổi khí trong quá trình cánh tay máy lên và xuống; 1: Thổi khí trong quá trình cánh tay máy lên; 2: Thổi khí trong quá trính cánh tay máy xuống. Chọn chỉ số 1 Bước 80: chọn chỉ số 0. Bộ khuôn 125-2 chỉ có 1 ruột nên mặc định là ruột 1. Lực đẩy ruột vào ra là 122 (kg/cm2), đường kính chốt đẩy khuôn là 20 mm, nên đặt giá trị này vơi chỉ số 10 là thích hợp. 2.3.2.3 Thao tác đúc a. Quá trình sấy khuôn, sấy nòng (buồng ép) Khi khuôn và nòng đang còn nguội, thì việc đúc sản phẩm ngay rất dễ gây nên các hiện tượng bề mặt sản phẩm nhăn, sản phẩm không hoàn thiện và rất dễ dính trên khuôn. Mặt khác do chịu áp suất lớn và nhiệt độ cao một cách đột ngột, khuôn cũng dễ bị nứt, hư hại. Vì vậy để khắc phục hiện tượng này chúng ta cần phải tiến hành các bước sấy khuôn, nòng như sau: - Sấy nòng Bật máy sang chế độ tự động, đóng khuôn, sau đấy gạt sang chế độ vận hành bằng tay. Rót kim loại lỏng vào lỗ rót trên nòng xi lanh, để kim loại lỏng trong nòng khoảng 90 giây. Nhiệt của kim loại lỏng sẽ sấy nóng nòng xi lanh. Sau đó mở khuôn và nhấp nhấp nút Advance để piston tiến vào đẩy kim loại trong nòng ra ngoài. - Sấy khuôn Sau khi sấy nòng xong, ta tiến hành sấy khuôn bằng cách bắn vật đúc ở chế độ không áp. Các bước tiến hành như sau: + Đặt vận tốc V1 từ 2,4 ÷ 2,6m/s để kim loại nóng tràn sang khuôn nhanh. + Gạt công tắc hoạt động cánh tay máy sang chế độ tự động. + Bật máy về chế độ tự động. + Gạt công tắc điều khiển sang chế độ bắn không áp + Đóng khuôn lại, rót kim loại lỏng vào lỗ rót trên nòng xi lanh. Chờ từ 1 đến 3 giây để kim loại lỏng trong nòng ổn định, bấm nút bắn. Khi khuôn mở, gắp sản phẩm ra, quan sát kiểm tra bề mặt khuôn, nếu thấy chỗ nào bề mặt khuôn còn dính ba via thì dùng súng phun bằng tay để làm sạch cho triệt để. Sau đấy bấm nút cho khuôn khép vào để tiếp tục chu trình đúc mới. Lặp lại bước đúc không áp này khoảng 4÷5 lần nữa để tăng nhiệt cho khuôn. Đo nhiệt độ bề mặt khuôn, nếu đạt >150o C thì chính thức đúc lấy sản phẩm. Có thể nhìn vào bề mặt sản phẩm để đánh giá hiệu quả của quá trình này. Bề mặt sản phẩm trắng đều và đẹp là có thể kết thúc quá trình sấy khuôn. b. Quá trình đúc sản phẩm Sau khi sấy khuôn xong, quá trình đúc sản phẩm được thực hiện theo các bước sau: + Điều chỉnh vận tốc V1 trong khoảng từ 2,0 đến 2,5 để đạt được sản phẩm có chất lượng tốt nhất. + Bật máy về chế độ tự động. + Gạt công tắc điều khiển sang chế độ bắn có áp. + Đóng khuôn, khi đèn báo hiệu tiến trình đóng khuôn đã hoàn thành (đèn sáng màu xanh) mới được rót kim loại lỏng vào nòng xi lanh. Nếu đèn báo hiệu không sáng xanh thì cần phải giảm kích thước ép khuôn khoảng 1 vài đơn vị tính bằng µm. + Lấy hợp kim lỏng bằng gáo định lượng 3,6kg. Rót vào nòng xi lanh. Chờ 2÷3 giây, bấm nút bắn. + Trước mỗi lần đúc phải kiểm tra bề mặt khuôn, nếu thấy chỗ nào bề mặt khuôn còn dính ba via thì dùng súng phun làm sạch triệt để. Sau đó bấm nút cho khuôn khép vào và tiến hành chu trình đúc mới. c. Lấy sản phẩm Sau khi khuôn mở, theo chương trình định sẵn, hệ thống chốt đẩy phôi hoạt động đẩy vật đúc ra khỏi khuôn động (hình 17). Người thao tác dùng kìm đón và gắp sản phẩm ra. Hình 17. Vật đúc đang được đẩy khỏi khuôn động 2.4. Kiểm tra chất lượng sản phẩm Sau khi cắt bỏ hệ thống đậu rót, rãnh dẫn và làm sạch ba via, các phôi nắp hông RV125-2 được chuyển qua khâu kiểm tra chất lượng sản phẩm. Việc kiểm tra chất lượng sản phẩm được tiến hành với các tiêu chí sau. 2.4.1. Kích thước hình học Trên nắp hông RV125-2 có rất nhiều vị trí lắp ghép và định vị các chi tiết với những tọa độ khác nhau (Phụ lục 1,2. Bản vẽ chi tiết nắp hông RV125-2). Vì vậy việc đảm bảo kích thước hình học chính xác là một trong những yêu cầu quan trọng đối với nắp. Nhằm tới mục tiêu này, yếu tố đầu tiên phải nhắc đến là bộ khuôn đúc nắp hông RV125-2. Bộ khuôn được thiết kế với công nghệ tiên tiến là chép mẫu và thiết lập bản vẽ 3 chiều theo hiện vật sản phẩm thật. Sau khi tính toán hiệu chỉnh các kích thước trên cơ sở vật liệu và công nghệ đúc, bộ khuôn được lập trình và gia công trên máy CNC. Yếu tố thứ hai nằm ở công nghệ đúc áp lực cao với đặc điểm làm hợp kim kết tinh nhanh dưới áp lực và làm giảm độ co ngót của hợp kim. Trong khi tính toán các thông số công nghệ và lập trình làm việc cho máy đúc áp lực, đề tài đã chú ý phát huy đặc điểm này. Hai yếu tố trên cộng với sự tuân thủ nghiêm chỉnh quy trình công nghệ đã giúp đề tài thu được sản phẩm nắp hông với các kích thước chuẩn xác. Các đường cong tự do, các kết cấu chuyển tiếp đều được tạo nên một cách tự nhiên, mềm mại, đúng hình dạng (Hình 2). Đo kiểm trong phòng thí nghiệm, các kích thước đều đạt yêu cầu, các dung sai nằm trong giới hạn cho phép (+0,5mm). Kích thước không gia công sai số 0,2÷0,3mm; kích thước gia công sai số 0,4÷0,5mm Độ dày thành nắp đồng đều, không bị sai lệch (Phụ lục 4. Kết quả thử nghiệm ngày 5/9/08) Đưa nắp hông đi khảo nghiệm, Công ty Nakyco đã kiểm nghiệm và thông báo các kết quả khả quan. Các tọa độ vị trí lắp ghép đạt yêu cầu, tạo thuận lợi cho gia công và lắp đặt (Phụ lục 7. Nhận xét của Công ty Nakyco). 2.4.2. Thành phần hóa học, tổ chức kim loại, cơ lý tính Vật liệu đúc nắp hông là hợp kim nhôm ADC12 nguyên thỏi của Nhật. Trong quá trình triển khai đề tài, chúng tôi không pha chế, bổ sung làm thay đổi thành phần hợp kim gốc ((Phụ lục 3. Kết quả thử nghiệm ngày 25/6/08). Mặt khác chúng tôi cố gắng hạn chế tạp chất, nhất là sắt thâm nhập vào hợp kim. Các nguồn chứa sắt như nồi nấu, gáo rót, dụng cụ thao tác đều được sơn bảo vệ kỹ lưỡng. Do đó hàm lượng các nguyên tố thành phần hợp kim đúc nắp hông luôn nằm trong giới hạn cho phép, tương ứng với tiêu chuẩn JIS H5302 của Nhật, như kết quả phân tích quang phổ được giới thiệu trên phụ lục 6. Được chế tạo bằng công nghệ đúc áp lực cao với những điều kiện công nghệ đã được hiệu chỉnh hợp lý, tổ chức kim loại của nắp hông RV125-2 chắc đặc. Sản phẩm không bị các khuyết tật bên trong như xốp, rỗ do ngót. Các khuyết tật về khí cũng được loại trừ. Đề tài đã kiểm tra rất nghiêm ngặt các vùng có thể xảy ra khuyết tật đúc như các ụ dày tâm nhiệt, các trụ chuyển tiếp và các khu vực có yêu cầu chất lượng cao như đường bơm dầu, bơm cao áp. Chúng tôi đã cắt nhiều lớp qua các vị trí nêu trên (hình 18). Kết quả thu được mặt cắt rất chắc đặc và “nạc” như nêu trên các hình 19, 20, 21 và tại Phụ lục 4. Kết quả thử nghiệm ngày 5/9/08. Hình 18. Các đường cắt qua các vị trí xung yếu, dễ bị khuyết tật Hình 19. Mặt cắt bơm cao áp và trụ Ø38 đã gia công Hình 20. Mặt cắt trụ chuyển tiếp đường bơm dầu Độ cứng HB là chỉ tiêu đăng ký chất lượng cần đạt về cơ tính của nắp hông động cơ RV125-2. Do kết cấu hình hộp có diện tích đáy khá rộng (~320 x 240mm), thành cao đến 70mm, nhưng lại mỏng (trung bình 3mm) nên nắp hông phải có độ cứng cần thiết để đảm bảo sự bền vững. Theo kết quả đo kiểm tại Trung tâm Kiểm định vật liệu- Viện Công nghệ, các nắp hông động cơ RV125-2 do đề tài chế tạo đều đạt chỉ tiêu độ cứng đề ra cho nắp hông là 70HB (Phụ lục 5. Kết quả thử nghiệm độ cứng ngày 10/10/08). Do chứa dầu và do tính chất công việc của nắp hông động cơ RV125-2, chịu áp lực là yêu cầu không thể thiếu được đối với nắp hông. Bản thân nắp phải chịu được áp lực làm việc đến 1,5kg/cm2, đặc biệt các lỗ dầu và phần lắp bơm dầu bôi trơn phải chịu áp lực đến 6kg/cm2. Công ty Nakyco đã thực hiện kiểm tra các điều kiện này tại Công ty, đồng thời đã lắp đặt, khảo nghiệm nắp hông trong thực tế. Kết quả cho hay, các nắp hông đạt các thông số yêu cầu, đáp ứng mục đích sử dụng (Phụ lục 7. Nhận xét của Công ty Nakyco). Hình 21. Mặt cắt đường bơm dầu 2.4.3. Xử lý các khuyết tật trong quá trình đúc áp lực a. Lỗi xốp ngót Hiện tượng: Xuất hiện một loạt các lỗ có liên hệ với nhau được tạo ra bởi sự thiếu kim loại lỏng bù tại nơi đông đặc cuối cùng. Những vị trí đông đặc cuối cùng được giới hạn tại nơi tâm nhiệt của chi tiết. Tuy nhiên tâm nhiệt này có thể mở rộng ra đến bề mặt vật đúc nếu nhiệt độ khuôn tại vùng đó quá cao. Nguyên nhân: Một số nguyên nhân chính là do thiết kế đúc kém do chứa nhiều tiết diện ngang quá lớn, nhiệt độ khuôn quá cao, hoặc do sự phân phối dòng kim loại lỏng quá kém. Ngoài ra còn có một số nguyên nhân phụ khác là + Nhiệt độ kim loại lỏng cao + Áp suất nén kim loại lỏng (bước 11) không phù hợp + Sự làm nguội khuôn không hiệu quả b. Lỗi rỗ khí Hiện tượng: Bao gồm các lỗ riêng biệt, tách rời nhau (hình 22) Hình 22. Một số vị trí bị rỗ khí trước khi được xử lý công nghệ Nguyên nhân: Khí bị cuộn vào, hoặc thường là do khử khí không tốt. + Xi lanh đẩy quá trống (hiện tượng khi piston hoàn thành giai đoạn chuyển động với vận tốc thấp mà kim loại lỏng vẫn chưa điền hết toàn bộ thể tích nòng khuôn) + Hệ thống thoát hơi kém + Sử dụng quá nhiều dầu bôi trơn (cháy, tạo khí nhiều) + Lượng hơi ẩm còn lại nhiều do quá trình xịt dung dịch làm mát khuôn không triệt để. + Dòng chảy kim loại đến phần này kém, làm hạn chế hệ thống thoát hơi. Nếu rỗ khí nằm gần bề mặt vật đúc, vết rỗ (phồng lên) có thể là hình dạng của kim loại lỏng phụt ra do sự bóp méo bọt khí ở áp suất cao trong vùng kim loại yếu. Nhân tố có ảnh hưởng lớn là do nhiệt độ khuôn quá cao tại vị trí xảy ra vết rỗ. c. Lỗi dính nhôm trên bề mặt khuôn Hiện tượng: Dính kim loại trên bề mặt khuôn. Nguyên nhân: Sự tách rời phần kim loại trên bề mặt vật đúc trong quá trình đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn do sự quá nhiệt cục bộ của khuôn tại nơi đó. Nếu sự quá nhiệt quá lớn, dòng kim loại lỏng còn có thể gây ra hiện tượng ăn mòn bề mặt khuôn. Hiện tượng ăn mòn này dễ dàng nhìn thấy tại những vị trí gần hoặc trên hệ thống rãnh dẫn. Thiết kế hệ thống rót không phù hợp là nguyên nhân chính của sự dính kim loại trên bề mặt khuôn. Ngoài ra độ bóng bề mặt khuôn kém có thể làm cho lỗi này trầm trọng thêm. Các nguyên nhân khác gây ra hiện tượng dính kim loại hoặc ăn mòn khuôn có thể kể đến như sử dụng dầu bôi trơn, chế độ bảo dưỡng khuôn, nhiệt độ rót của kim loại lỏng không thích hợp d. Lỗi nứt nóng (sản phẩm bị nứt thành vệt trên bề mặt) Hiện tượng: Sản phẩm sau khi lấy ra xuất hiện các vệt nứt có hình dạng và kích thước khác nhau (hình 23) Nguyên nhân: + Vật liệu đúc có tính dòn cao + Kết cấu khuôn, góc thoát khuôn không phù hợp, hệ thống chốt đẩy phôi bố trí không đều Hình 23. Khuyết tật nứt nóng + Nhiệt độ khuôn thấp, thời gian giữ vật đúc nguội trong khuôn lớn dẫn đến sản phẩm bị nguội, dính bám vào bề mặt khuôn, gây nứt trong quá trình đẩy sản phẩm. e. Lỗi giáp mí sản phẩm Hiện tượng: Trên bề mặt sản phẩm đúc có những nếp nhăn. Hiện tượng này xảy ra tại nơi tiếp xúc của hai dòng kim loại lỏng với nhau nhưng không hàn dính được với nhau. Nếp nhăn bề mặt xảy ra khi tiến trình đông đặc xảy ra quá nhanh trong dòng kim loại lỏng. Kết quả là độ chảy loãng không đủ tại những chỗ giáp mí của hai dòng kim loại lỏng (hình 24). Nguyên nhân: Dòng chảy đến phần này kém do hệ thống rót không thích hợp, áp lực phản hồi của dòng kim loại lỏng quá lớn do hệ thống lỗ hơi không thích hợp, thành dày của chi tiết đúc quá mỏng. Ngoài các nguyên nhân chính trên còn có các nguyên nhân khác như: + Nhiệt độ kim loại lỏng và khuôn quá thấp + Áp suất phun kim loại lỏng không tương xứng với diện tích, độ phức tạp của chi tiết + Thời gian điền đầy khuôn quá lớn Hình 24. Khuyết tật giáp mí 3. Kết luận Nắp hông động cơ 125-2 là chi tiết có cấu tạo phức tạp, nếu chế tạo bằng các công nghệ đúc thông thường thì không đảm bảo yêu cầu chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế. Công nghệ đúc áp lực cao với tính năng ưu việt của nó sẽ là công nghệ thích hợp nhất để đúc nắp hông động cơ 125-2. Được giao nhiệm vụ, đề tài đã đi sâu tìm hiểu và nghiên cứu công nghệ cũng như vật liệu để chế tạo nắp hông động cơ 125-2. Đề tài đã được Bộ Công Thương tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình triển khai nhiệm vụ. Đề tài cũng đã nhận được sự hợp tác nhiệt tình của các cơ quan như Công ty Nakyco, Công ty Vikyno. Vì vậy, mặc dù thời gian ngắn, công nghệ cũng như thiết bị còn rất mới mẻ đối với nhóm đề tài nhưng anh em đã cố gắng thực hiện thành công các nội dung đăng ký. Qua nghiên cứu các tài liệu và qua tính toán thử nghiệm thực tế trên thiết bị ở Viện Công nghệ, đề tài đã xác định được vật liệu chế tạo cũng như xây dựng quy trình công nghệ đúc áp lực cao chế tạo nắp hông động cơ RV125-2. Quy trình mô tả công nghệ tóm tắt trên sơ đồ, đồng thời giới thiệu các thông số đã tính toán được và các bước lập trình, cài đặt cũng như thao tác cụ thể đối với việc chế tạo chi tiết nắp hông. Áp dụng quy trình này, đề tài đã chế tạo thành công các sản phẩm nắp hông động cơ RV125-2 bằng công nghệ đúc áp lực cao tại Viện Công nghệ. Sản phẩm nắp hông động cơ RV125-2 đã đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra như độ cứng, dung sai bề dày, chất lượng bề mặt. Đưa đi khảo nghiệm thực tế, nắp hông đã đáp ứng các yêu cầu sử dụng, thu được những nhận xét khả quan. Tuy còn có những thiếu sót, nhưng về cơ bản nhóm đề tài đã hoàn thành các nội dung đăng ký trong Thuyết minh đề tài do Bộ Công Thương phê duyệt. Nhân dịp này, nhóm đề tài xin được trân trọng cảm ơn Vụ Khoa học và Công nghệ, Vụ Tài chính- Kế toán, Văn phòng Bộ Công Thương, Lãnh đạo và các Phòng, Trung tâm Viện Công nghệ, Công ty Nakyco và Công ty Vikyno đã quan tâm, giúp đỡ nhóm thực hiện thành công đề tài. PHỤ LỤC 1. Bản vẽ chi tiết nắp hông động cơ RV125-2 (mặt trong) 2. Bản vẽ chi tiết nắp hông động cơ RV125-2 (mặt ngoài) 3. Bản kết quả phân tích thành phần chi tiết nắp hông của Nhật 4. Bản kết quả kiểm tra kích thước và bề mặt chi tiết nắp hông động cơ RV125-2 đúc tại Viện Công nghệ 5. Bản kết quả kiểm tra độ cứng sản phẩm nắp hông động cơ RV125-2 đúc tại Viện Công nghệ 6. Bản kết quả phân tích thành phần sản phẩm nắp hông động cơ RV125-2 đúc tại Viện Công nghệ 7. Bản nhận xét đánh giá sản phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tiêu chuẩn JIS H5302 của Nhật 2. DR. Vero Jozsef, 2005. Kim loại học, Budapest 3. Nhiều tác giả, (2005), Sổ tay tra cứu đúc hợp kim nhẹ, Budapest. 4. Nhiều tác giả, (2002), Sổ tay kim loại, Moskva 5. Phạm Quang Lộc, (2000), Kỹ thuật đúc, Nhà xuất bản Thanh niên 6. Belopukhov A. K., 1985. Công nghệ đúc dưới áp lực, Moskva. 7. Belostoski M. D., Một số vấn đề về sự phát triển của đúc áp lực, Tạp chí sản xuất đúc số 8/1989. 8. Belov V. M., Iudkovski S. F., Đúc áp lực các chi tiết bằng các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao, Tạp chí sản xuất đúc số 12/1987 9. Nguyễn Ngọc Hà, (2006). Các phương pháp và công nghệ đúc đặc biệt. Nhà xuất bản Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. 10. Catalog máy đúc áp lực ZITAI ZDP 420T PS Mặt trong nắp hông động cơ RV125-2 Mặt ngoài nắp hông động cơ RV125-2