Đúc là một trong những ngành công nghiệp cơ bản quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nhưng việc kiểm soát, thiết kế và xử lý quá trình đúc thường dựa vào phán đoán thực nghiệm nên chất lượng đúc khó đảm bảo và tỷ lệ phế liệu cao. Đúc áp lực là một loại đúc đặc biệt. Bản chất của nó là phương pháp trong đó kim loại lỏng hoặc bán lỏng lấp đầy khoang khuôn ở tốc độ cao dưới áp suất cao và đông cứng dưới áp suất để thu được vật đúc. Để có được các chi tiết đúc có chất lượng cao, độ bền cao và đảm bảo các chi tiết đúc đáp ứng yêu cầu về độ mịn, đường nét rõ ràng, kết cấu dày đặc, độ bền cao thì cần phải phối hợp, thống nhất các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình đúc khuôn. Đối với các bộ phận đúc bằng hợp kim nhôm, từ khâu chuẩn bị sản xuất đến sản xuất hàng loạt, có nhiều mối liên kết liên quan và nhiều yếu tố ảnh hưởng, bao gồm vật liệu, khuôn mẫu, thiết bị, quy trình và các khía cạnh khác.
Các khuyết tật về độ xốp trong vật đúc và nguyên nhân của chúng
Các phôi được sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn hợp kim nhôm thường bị loại bỏ do có lỗ rỗng. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra lỗ chân lông. Khi giải quyết vấn đề chất lượng sản phẩm này, thường rất khó bắt đầu. Làm thế nào để có biện pháp giảm tỷ lệ phế liệu do lỗ chân lông gây ra một cách nhanh chóng và chính xác? Đây là vấn đề mà tất cả các nhà sản xuất khuôn đúc hợp kim nhôm đều quan tâm.
Trong sản xuất khuôn đúc hợp kim nhôm, nguyên nhân gây ra lỗ rỗng thường thuộc các loại sau.
Độ xốp do chất lượng khử khí tinh chế kém
Trong sản xuất khuôn đúc hợp kim nhôm, nhiệt độ rót của chất lỏng nhôm nóng chảy thường nằm trong khoảng từ 610 đến 660 độ. Ở nhiệt độ này, một lượng lớn khí (chủ yếu là hydro) bị hòa tan trong chất lỏng nhôm. Độ hòa tan của hydro trong hợp kim nhôm có liên quan chặt chẽ với hợp kim nhôm. Nhiệt độ có liên quan chặt chẽ. Ở nhôm lỏng ở khoảng 66{13}} độ, nó là khoảng 0,69cm3/100g, trong khi ở hợp kim nhôm đặc ở khoảng 660 độ, nó chỉ là 0,036cm3/100g. Lúc này, hàm lượng hydro trong nhôm lỏng là khoảng 0,69cm3/100g. 19 đến 20 lần. Do đó, khi hợp kim nhôm đông đặc lại, một lượng lớn hydro được giải phóng dưới dạng bong bóng trong khuôn đúc hợp kim nhôm.
Giảm hàm lượng khí trong chất lỏng nhôm và ngăn chặn một lượng lớn khí kết tủa và gây ra lỗ chân lông khi hợp kim nhôm đông đặc lại. Đây là mục đích của việc tinh chế và khử khí trong quá trình nấu chảy hợp kim nhôm. Nếu hàm lượng khí trong chất lỏng nhôm ban đầu giảm đi thì lượng khí sinh ra trong quá trình đông đặc sẽ giảm đi và bọt khí tạo ra cũng sẽ giảm đáng kể. Vì vậy, việc tinh chế hợp kim nhôm là một quá trình rất quan trọng. Nếu chất lượng tinh chế tốt thì phải có ít lỗ chân lông hơn. Nếu chất lượng tinh chế kém thì phải có nhiều lỗ chân lông hơn. Biện pháp đảm bảo chất lượng tinh chế là chọn chất tinh chế tốt. Một chất tinh chế tốt có thể phản ứng để tạo ra bong bóng ở nhiệt độ khoảng 660 độ. Các bong bóng được tạo ra không quá mãnh liệt mà được tạo ra đồng đều và liên tục. Thông qua sự hấp phụ vật lý, những bong bóng này được trộn với chất tinh chế. Chất lỏng nhôm tiếp xúc hoàn toàn, hấp thụ hydro trong chất lỏng nhôm và đưa nó ra khỏi bề mặt chất lỏng. Vì vậy, thời gian sủi bọt không nên quá ngắn, thường là 6 đến 8 phút.
Khi hợp kim nhôm được làm lạnh đến 3{1}}0 độ, độ hòa tan của hydro trong hợp kim nhôm chỉ nhỏ hơn 0,001cm3/100g, chỉ bằng 1/700 so với ở trạng thái lỏng. Các lỗ chân lông được tạo ra bởi sự kết tủa của hydro sau khi hóa rắn được phân tán và nhỏ. Các lỗ kim không ảnh hưởng đến sự rò rỉ không khí và bề mặt gia công và về cơ bản là không thể nhìn thấy được bằng mắt thường.
Khi chất lỏng nhôm đông đặc lại, các bong bóng do kết tủa hydro tạo ra tương đối lớn, chủ yếu ở trung tâm của quá trình hóa rắn cuối cùng của chất lỏng nhôm. Mặc dù chúng cũng bị phân tán nhưng những bong bóng này thường dẫn đến rò rỉ và trong trường hợp nghiêm trọng, phôi thường bị bong ra.
Lỗ chân lông do khí thải kém
Trong khuôn đúc hợp kim nhôm, do kênh thoát khí của khuôn kém và cấu trúc thiết kế ống xả của khuôn kém nên khí trong khoang không thể được thải ra hoàn toàn và trơn tru trong quá trình đúc, dẫn đến sự tồn tại của các lỗ chân lông ở một số nơi nhất định. bộ phận cố định của sản phẩm. Các lỗ rỗng do khí tạo thành trong khoang khuôn đôi khi lớn và đôi khi nhỏ. Các bức tường bên trong của lỗ chân lông có màu oxy hóa do quá trình oxy hóa nhôm và không khí. Chúng khác với các lỗ rỗng được tạo ra bởi sự kết tủa khí hydro. Thành trong của lỗ kết tủa khí hydro không mịn như lỗ khí và không có màu oxy hóa. Đó là một bức tường bên trong màu xám sáng. Đối với các lỗ chân lông do khí thải kém, cần cải thiện kênh xả của khuôn và có thể tránh kịp thời lớp da nhôm còn sót lại trên kênh xả của khuôn.
Độ xốp gây ra bởi sự cuốn theo không khí do các thông số đúc khuôn không phù hợp
Trong sản xuất đúc khuôn, các thông số đúc khuôn được chọn không đúng. Tốc độ làm đầy của nhôm đúc thủy lực quá nhanh, do đó khí trong khoang không thể thoát ra khỏi khoang một cách hoàn toàn và trơn tru kịp thời mà bị dòng chất lỏng nhôm hút vào chất lỏng nhôm. Do bề mặt của hợp kim nhôm, sau khi làm nguội nhanh, nó được bọc trong lớp vỏ hợp kim nhôm kiên cố và không thể thoát ra ngoài, tạo thành các lỗ chân lông lớn hơn. Loại lỗ chân lông này thường nằm dưới bề mặt phôi. Lối vào của chất lỏng nhôm nhỏ hơn điểm hợp lưu cuối cùng, hình quả lê hoặc hình bầu dục, và có nhiều và lớn ở điểm đông đặc cuối cùng. Đối với loại lỗ rỗng này, tốc độ làm đầy phải được điều chỉnh để đảm bảo dòng chất lỏng hợp kim nhôm tiến lên thuận lợi mà không tạo ra dòng chảy tốc độ cao và cuốn khí.
Lỗ co ngót của hợp kim nhôm
Hợp kim nhôm, giống như các vật liệu khác, co lại trong quá trình hóa rắn. Nhiệt độ đúc của hợp kim nhôm càng cao thì độ co ngót càng lớn. Một lỗ rỗng duy nhất do co rút thể tích tồn tại trong phần hóa rắn cuối cùng của hợp kim, có hình dạng không đều và nghiêm trọng. Đôi khi ở dạng lưới. Thông thường trong các sản phẩm, nó cùng tồn tại với các lỗ rỗng do sự giải phóng hydro trong quá trình hóa rắn. Có các lỗ chân lông co rút xung quanh lỗ tiến hóa hydro hoặc lỗ chân lông cuộn tròn, và có các lỗ chân lông dạng sợi hoặc dạng lưới kéo dài ra bên ngoài xung quanh bong bóng.
Đối với loại lỗ chân lông này, chúng ta nên bắt đầu từ nhiệt độ đúc để giải quyết. Nếu điều kiện của quá trình đúc khuôn cho phép, nhiệt độ đúc chất lỏng nhôm trong quá trình đúc khuôn phải giảm càng nhiều càng tốt. Điều này có thể làm giảm độ co thể tích của vật đúc, giảm lỗ co ngót và độ xốp co ngót. Nếu những lỗ chân lông như vậy thường xuất hiện ở bộ phận gia nhiệt, bạn có thể cân nhắc bổ sung thêm lõi kéo hoặc bàn ủi nguội để thay đổi bộ phận hóa rắn cuối cùng và giải quyết vấn đề rò rỉ.
Độ xốp do chênh lệch độ dày thành quá mức của sản phẩm
Hình dạng sản phẩm thường gặp phải vấn đề chênh lệch độ dày thành quá mức. Trung tâm của độ dày thành là nơi chất lỏng nhôm cuối cùng đông đặc lại và đây cũng là nơi dễ tạo ra các lỗ rỗng nhất. Các lỗ chân lông ở độ dày thành này là sự kết hợp giữa lỗ chân lông kết tủa và lỗ chân lông co ngót, không bình thường. biện pháp có thể ngăn chặn được.
Khi thiết kế hình dạng của sản phẩm, cần cân nhắc giảm thiểu vấn đề độ dày thành không đồng đều hoặc quá mức, sử dụng kết cấu rỗng và thêm lõi kéo hoặc sắt nguội, hoặc làm mát bằng nước, hoặc tăng cường làm mát ở đây trong khuôn. trong thiết kế khuôn. tốc độ. Trong sản xuất đúc khuôn, cần chú ý đến lượng làm mát phụ ở những khu vực có độ dày lớn và nhiệt độ đổ phải được giảm thích hợp.
Từ cách phân loại lỗ chân lông ở trên, có thể thấy rằng có nhiều nguyên nhân khiến sản phẩm tạo ra lỗ chân lông trong sản xuất khuôn đúc hợp kim nhôm. Cần phải tìm ra nguyên nhân và kê đơn thuốc phù hợp để giải quyết vấn đề. Các biện pháp và cách ngăn ngừa lỗ chân lông chính là:
- Để đảm bảo chất lượng tinh chế và khử khí của quá trình nấu chảy hợp kim nhôm, hãy sử dụng chất tinh chế và chất khử khí tốt để giảm hàm lượng khí trong chất lỏng nhôm, đồng thời loại bỏ kịp thời các oxit như cặn và bong bóng trên bề mặt chất lỏng để ngăn khí xâm nhập trở lại. trong khuôn đúc.
- Chọn một đại lý phát hành tốt. Chất giải phóng được chọn không được tạo ra khí trong quá trình đúc khuôn và có hiệu suất giải phóng tốt.
- Đảm bảo rằng khí thải của khuôn trơn tru và không bị chặn, và khí thải trong khuôn được xả hoàn toàn. Đặc biệt tại điểm trùng hợp cuối cùng của chất lỏng nhôm, kênh xả phải không bị cản trở.
- Điều chỉnh các thông số của khuôn đúc và tốc độ đổ đầy khuôn không được quá nhanh để tránh bị kẹt không khí. Nhiệt độ đúc cũng phải được kiểm soát.
- Trong thiết kế sản phẩm và thiết kế khuôn, cần chú ý đến việc sử dụng lực kéo và làm mát lõi để giảm thiểu chênh lệch độ dày thành quá mức.
- Đối với những lỗ rỗng thường xuất hiện ở những bộ phận cố định thì khuôn mẫu và thiết kế cần được cải tiến.
Những phát triển mới trong công nghệ đúc hợp kim nhôm
Trong những năm gần đây, người ta tiếp tục cải tiến công nghệ chân không nhằm giải quyết các vấn đề về lỗ rỗng và lỗ co ngót bên trong vật đúc để có thể tạo ra vật đúc có độ bền cao, mật độ cao, khả năng hàn, xử lý nhiệt, độ xoắn và các đặc tính khác. Ngoài đúc khuôn, các công nghệ mới như đúc ép và đúc khuôn bán rắn đã được phát triển và thường được gọi là "phương pháp đúc khuôn mật độ cao".
Công nghệ đúc chân không
Phương pháp đúc chân không loại bỏ hoặc loại bỏ một phần khí trong khoang khuôn để giảm áp suất không khí trong khoang khuôn nhằm tạo điều kiện cho việc đổ đầy khuôn và loại bỏ khí trong quá trình nóng chảy hợp kim, để hợp kim tan chảy lấp đầy khoang khuôn dưới áp suất, và dưới áp suất đông đặc để thu được vật đúc dày đặc.
Công nghệ đúc oxy
Hầu hết các khí trong vật đúc là N 2 và H 2 , hầu như không có O 2 . Nguyên nhân chính là do O 2 phản ứng với kim loại hoạt động tạo thành oxit rắn, tạo cơ sở lý thuyết cho công nghệ đúc khuôn oxy hóa. Đúc khuôn có oxy là lấp đầy khoang khuôn bằng oxy để thay thế không khí trước khi đúc khuôn. Khi đi vào khoang khuôn, một phần oxy được thải ra từ rãnh xả và lượng oxy còn lại phản ứng với kim loại nóng chảy để tạo ra các hạt oxit phân tán, tạo thành chân không tức thời trong khuôn, từ đó thu được khuôn đúc không có lỗ rỗng.
Công nghệ đúc bán rắn
Đúc khuôn bán rắn là công nghệ khuấy trộn kim loại lỏng khi nó đông đặc lại, thu được bùn có thành phần rắn khoảng 50% trở lên ở tốc độ làm nguội nhất định, sau đó định hình bùn thông qua quá trình đúc khuôn. Hiện nay, có hai quy trình đúc khuôn bán rắn: quy trình tạo hình dòng chảy và quy trình thixoforming. Trước đây là đưa kim loại lỏng vào thùng ép phun được thiết kế đặc biệt, trong đó lực cắt được áp dụng bởi một thiết bị xoắn ốc để làm nguội nó thành bùn bán rắn, sau đó thực hiện đúc khuôn. Cách thứ hai là đưa các hạt kim loại rắn hoặc chip vào máy ép phun xoắn ốc, và các hạt kim loại bán rắn được đúc khuôn trong điều kiện gia nhiệt và cắt.
Công nghệ đúc khuôn đùn
Đúc khuôn ép đùn còn được gọi là "đúc kim loại lỏng". Vật đúc của nó có mật độ tốt, tính chất cơ học cao và không có ống đứng đổ. Một số doanh nghiệp ở nước ta đã áp dụng vào thực tế sản xuất. Công nghệ đúc khuôn ép có những ưu điểm vượt trội về quy trình. Nó không chỉ có thể thay thế các quy trình đúc khuôn truyền thống, đúc ép, đúc áp suất thấp và đúc chân không mà còn tương thích với các quy trình đúc áp suất chênh lệch, đúc liên tục và rèn liên tục và các quy trình đúc lưu biến bán rắn. . Các chuyên gia tin rằng công nghệ đúc khuôn ép đùn là một công nghệ mới tiên tiến, trải rộng trên nhiều lĩnh vực quy trình, giàu ý nghĩa, có tính sáng tạo cao và cực kỳ thách thức.
Công nghệ đúc áp suất thấp bơm điện từ
Đúc áp suất thấp bơm điện từ là một quá trình đúc áp suất thấp mới nổi. So với công nghệ đúc áp suất thấp bằng khí, nó hoàn toàn khác về phương pháp điều áp. Nó sử dụng lực điện từ không tiếp xúc để tác động trực tiếp lên kim loại lỏng, giúp giảm đáng kể các vấn đề oxy hóa và hút do khí nén không tinh khiết và áp suất riêng phần quá cao, đồng thời đạt được sự vận chuyển và làm đầy nhôm lỏng một cách trơn tru. Ngăn ngừa ô nhiễm thứ cấp do nhiễu loạn. Ngoài ra, hệ thống bơm điện từ được điều khiển hoàn toàn bởi các phần tử kỹ thuật số của máy tính và việc thực hiện quy trình rất chính xác và có thể lặp lại. Quá trình này có những lợi thế rõ ràng về năng suất, tính chất cơ học, chất lượng bề mặt và việc sử dụng kim loại. Khi nghiên cứu tiếp tục đi sâu, công nghệ này ngày càng trưởng thành hơn.
Phần kết luận
Do độ dày thành không đồng đều của đĩa hợp kim nhôm và các bộ phận đúc hình trụ nên dễ xảy ra các khuyết tật về chất lượng đúc như lỗ rỗng và lỗ co ngót. Thông qua các thí nghiệm đổ liên tục, các kỹ sư có thể tìm kiếm các thông số quy trình đúc khuôn được tối ưu hóa hơn. Bằng cách này, có thể lựa chọn các thông số quy trình hợp lý và tránh lãng phí chi phí đúc thực tế, mang lại lợi ích kinh tế đáng kể cho doanh nghiệp. Hy vọng rằng chủ đề này có thể giúp ích phần nào cho quá trình sản xuất thực tế. Mục tiêu cuối cùng là sản xuất các bộ phận đúc khuôn đủ tiêu chuẩn để đáp ứng nhu cầu sản xuất thực tế của doanh nghiệp. Đánh giá từ nghiên cứu đúc khuôn trong và ngoài nước trong những năm gần đây, với sự nghiên cứu lý thuyết ngày càng sâu sắc, đặc biệt là sự phát triển của công nghệ mô phỏng máy tính, mô hình dòng chảy của kim loại lấp đầy khoang, quá trình hóa rắn của kim loại trong khoang và Có là những đột phá lý thuyết lớn về áp suất dòng chảy của chất lỏng kim loại bên trong, độ dốc nhiệt độ của khuôn và sự biến dạng của khuôn.