Khi thiết kế một khuôn đúc, cần kết hợp các đặc tính nhiệt động lực học của đúc kim loại, tuổi thọ của khuôn, và các yêu cầu về chất lượng của thỏi đúc, đồng thời tập trung vào các thông số quy trình sau:
一. Kích thước khoang và các thông số cấu trúc
•Thể tích và kích thước khoang: Cần phù hợp với trọng lượng (thường từ hàng trăm đến hàng tấn) và hình dạng (ví dụ: hình chữ nhật, hình thang) của thỏi đúc mục tiêu để đảm bảo chiều sâu và chiều rộng của khoang phù hợp với thể tích kim loại nóng chảy, tránh đúc thỏi không hoàn chỉnh hoặc lãng phí do sai lệch kích thước.
•Độ nghiêng của khoang (độ nghiêng tháo khuôn): Để tạo điều kiện tháo khuôn, thành bên của khoang cần được thiết kế với một độ nghiêng nhất định (thường là 0,5°-2°). Độ nghiêng quá nhỏ dễ bị dính khuôn, độ nghiêng quá lớn có thể ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước của thỏi đúc.
•Xử lý góc lượn và cạnh: Đáy và các góc của khoang cần được bo tròn (góc R) để giảm tập trung ứng suất và tránh nứt trong khuôn do sốc nhiệt; đồng thời, ngăn ngừa co ngót hoặc nguội cục bộ ở các góc của thỏi đúc.
丂. Các thông số nhiệt và làm mát
•Thiết kế độ dày thành: Độ dày thành khuôn cần được tính toán dựa trên điểm nóng chảy của kim loại đúc (ví dụ: nhôm khoảng 660℃, đồng khoảng 1083℃) và dung nhiệt để đảm bảo rằng nó có thể chịu được sốc nhiệt của kim loại nóng chảy ở nhiệt độ cao và kiểm soát tốc độ tản nhiệt thông qua độ dày thành hợp lý (quá dày sẽ nguội quá chậm, quá mỏng sẽ dễ bị biến dạng).
•Bố trí hệ thống làm mát: Nếu sử dụng làm mát cưỡng bức (ví dụ: làm mát bằng nước), cần thiết kế vị trí, đường kính và khoảng cách của kênh làm mát. Kênh cần tránh khu vực tập trung ứng suất của khoang và giữ khoảng cách hợp lý với bề mặt khoang (thường ≥50mm) để đảm bảo làm mát đồng đều cho thỏi đúc và giảm các khuyết tật như rỗ co ngót và nứt.
•Bù giãn nở nhiệt: Xem xét tốc độ co ngót khi đông đặc của kim loại nóng chảy (ví dụ: tốc độ co ngót của nhôm khoảng 1,3%-2%) và hệ số giãn nở nhiệt của chính khuôn, dự trữ phần bù trong thiết kế kích thước khoang để tránh sai lệch kích thước thỏi hoặc khóa khuôn.
七. Dòng chảy kim loại lỏng và các thông số điền đầy
•Thiết kế cửa rót và rãnh dẫn: Vị trí cửa rót nên tránh để kim loại lỏng tác động trực tiếp vào đáy khoang (để ngăn chặn bắn tung tóe và oxy hóa), và mặt cắt ngang của rãnh dẫn nên phù hợp với tốc độ dòng chảy kim loại lỏng để đảm bảo tốc độ điền đầy đồng đều (thường được kiểm soát ở mức 0,5-1,5m/s) và giảm xỉ và lỗ rỗng.
•Cấu trúc thông hơi: Thiết kế các rãnh thông hơi (rộng 0,1-0,3mm, sâu 0,5-1mm) ở trên cùng hoặc góc của khoang để tránh bẫy khí và lỗ rỗng khi kim loại lỏng được điền đầy, và ngăn chặn việc điền đầy không hoàn chỉnh do áp suất ngược của khí.
丄. Các thông số về hiệu suất cơ học
•Độ bền và độ cứng của khuôn: Theo trọng lượng của thỏi đúc (ví dụ: 500kg-5 tấn) và áp suất tĩnh của kim loại nóng chảy (công thức tính: áp suất = mật độ kim loại nóng chảy × chiều cao × gia tốc trọng trường), chọn vật liệu phù hợp (ví dụ: thép đúc, gang dẻo) và thiết kế cấu trúc gân tăng cường để ngăn khuôn bị biến dạng hoặc nứt.
•Phù hợp cơ chế tháo khuôn: Nếu sử dụng tháo khuôn cơ học hoặc thủy lực, cần dự trữ không gian lắp đặt của thiết bị tháo khuôn (ví dụ: lỗ đẩy, vị trí của xi lanh thủy lực) để đảm bảo lực tháo khuôn (thường gấp 1,5-2 lần trọng lượng của thỏi đúc) tác dụng đều lên đáy của thỏi đúc để tránh làm hỏng thỏi đúc hoặc khuôn.
丅. Các thông số về vật liệu và xử lý bề mặt
•Khả năng chống mỏi nhiệt của vật liệu: Đối với quá trình tuần hoàn gia nhiệt lặp đi lặp lại (ví dụ: nhôm lỏng 660℃) và làm mát kim loại nóng chảy, chọn vật liệu có độ dẫn nhiệt vừa phải (ví dụ: độ dẫn nhiệt của thép đúc khoảng 40-50W/(m・K)) và độ bền mỏi nhiệt cao để giảm nứt nhiệt.
•Quy trình xử lý bề mặt: Cải thiện khả năng chống mài mòn bề mặt và hiệu suất chống dính nhôm thông qua nitriding (độ cứng lên đến 50-60HRC), bắn bi hoặc phủ (ví dụ: lớp phủ gốm), giảm lực cản tháo khuôn và giảm xói mòn và mài mòn bề mặt khuôn do kim loại nóng chảy.
Các thông số này cần được tối ưu hóa một cách toàn diện kết hợp với các đặc tính của kim loại đúc cụ thể (nhôm, đồng, kẽm, v.v.), hiệu quả sản xuất (ví dụ: số lượng sản phẩm đúc mỗi giờ) và tiêu chuẩn chất lượng (ví dụ: yêu cầu phát hiện khuyết tật bên trong đối với thỏi đúc), và cuối cùng đạt được mục tiêu về tuổi thọ khuôn dài và chất lượng thỏi cao.
Email: cast@ebcastings.com
Khi thiết kế một khuôn đúc, cần kết hợp các đặc tính nhiệt động lực học của đúc kim loại, tuổi thọ của khuôn, và các yêu cầu về chất lượng của thỏi đúc, đồng thời tập trung vào các thông số quy trình sau:
一. Kích thước khoang và các thông số cấu trúc
•Thể tích và kích thước khoang: Cần phù hợp với trọng lượng (thường từ hàng trăm đến hàng tấn) và hình dạng (ví dụ: hình chữ nhật, hình thang) của thỏi đúc mục tiêu để đảm bảo chiều sâu và chiều rộng của khoang phù hợp với thể tích kim loại nóng chảy, tránh đúc thỏi không hoàn chỉnh hoặc lãng phí do sai lệch kích thước.
•Độ nghiêng của khoang (độ nghiêng tháo khuôn): Để tạo điều kiện tháo khuôn, thành bên của khoang cần được thiết kế với một độ nghiêng nhất định (thường là 0,5°-2°). Độ nghiêng quá nhỏ dễ bị dính khuôn, độ nghiêng quá lớn có thể ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước của thỏi đúc.
•Xử lý góc lượn và cạnh: Đáy và các góc của khoang cần được bo tròn (góc R) để giảm tập trung ứng suất và tránh nứt trong khuôn do sốc nhiệt; đồng thời, ngăn ngừa co ngót hoặc nguội cục bộ ở các góc của thỏi đúc.
丂. Các thông số nhiệt và làm mát
•Thiết kế độ dày thành: Độ dày thành khuôn cần được tính toán dựa trên điểm nóng chảy của kim loại đúc (ví dụ: nhôm khoảng 660℃, đồng khoảng 1083℃) và dung nhiệt để đảm bảo rằng nó có thể chịu được sốc nhiệt của kim loại nóng chảy ở nhiệt độ cao và kiểm soát tốc độ tản nhiệt thông qua độ dày thành hợp lý (quá dày sẽ nguội quá chậm, quá mỏng sẽ dễ bị biến dạng).
•Bố trí hệ thống làm mát: Nếu sử dụng làm mát cưỡng bức (ví dụ: làm mát bằng nước), cần thiết kế vị trí, đường kính và khoảng cách của kênh làm mát. Kênh cần tránh khu vực tập trung ứng suất của khoang và giữ khoảng cách hợp lý với bề mặt khoang (thường ≥50mm) để đảm bảo làm mát đồng đều cho thỏi đúc và giảm các khuyết tật như rỗ co ngót và nứt.
•Bù giãn nở nhiệt: Xem xét tốc độ co ngót khi đông đặc của kim loại nóng chảy (ví dụ: tốc độ co ngót của nhôm khoảng 1,3%-2%) và hệ số giãn nở nhiệt của chính khuôn, dự trữ phần bù trong thiết kế kích thước khoang để tránh sai lệch kích thước thỏi hoặc khóa khuôn.
七. Dòng chảy kim loại lỏng và các thông số điền đầy
•Thiết kế cửa rót và rãnh dẫn: Vị trí cửa rót nên tránh để kim loại lỏng tác động trực tiếp vào đáy khoang (để ngăn chặn bắn tung tóe và oxy hóa), và mặt cắt ngang của rãnh dẫn nên phù hợp với tốc độ dòng chảy kim loại lỏng để đảm bảo tốc độ điền đầy đồng đều (thường được kiểm soát ở mức 0,5-1,5m/s) và giảm xỉ và lỗ rỗng.
•Cấu trúc thông hơi: Thiết kế các rãnh thông hơi (rộng 0,1-0,3mm, sâu 0,5-1mm) ở trên cùng hoặc góc của khoang để tránh bẫy khí và lỗ rỗng khi kim loại lỏng được điền đầy, và ngăn chặn việc điền đầy không hoàn chỉnh do áp suất ngược của khí.
丄. Các thông số về hiệu suất cơ học
•Độ bền và độ cứng của khuôn: Theo trọng lượng của thỏi đúc (ví dụ: 500kg-5 tấn) và áp suất tĩnh của kim loại nóng chảy (công thức tính: áp suất = mật độ kim loại nóng chảy × chiều cao × gia tốc trọng trường), chọn vật liệu phù hợp (ví dụ: thép đúc, gang dẻo) và thiết kế cấu trúc gân tăng cường để ngăn khuôn bị biến dạng hoặc nứt.
•Phù hợp cơ chế tháo khuôn: Nếu sử dụng tháo khuôn cơ học hoặc thủy lực, cần dự trữ không gian lắp đặt của thiết bị tháo khuôn (ví dụ: lỗ đẩy, vị trí của xi lanh thủy lực) để đảm bảo lực tháo khuôn (thường gấp 1,5-2 lần trọng lượng của thỏi đúc) tác dụng đều lên đáy của thỏi đúc để tránh làm hỏng thỏi đúc hoặc khuôn.
丅. Các thông số về vật liệu và xử lý bề mặt
•Khả năng chống mỏi nhiệt của vật liệu: Đối với quá trình tuần hoàn gia nhiệt lặp đi lặp lại (ví dụ: nhôm lỏng 660℃) và làm mát kim loại nóng chảy, chọn vật liệu có độ dẫn nhiệt vừa phải (ví dụ: độ dẫn nhiệt của thép đúc khoảng 40-50W/(m・K)) và độ bền mỏi nhiệt cao để giảm nứt nhiệt.
•Quy trình xử lý bề mặt: Cải thiện khả năng chống mài mòn bề mặt và hiệu suất chống dính nhôm thông qua nitriding (độ cứng lên đến 50-60HRC), bắn bi hoặc phủ (ví dụ: lớp phủ gốm), giảm lực cản tháo khuôn và giảm xói mòn và mài mòn bề mặt khuôn do kim loại nóng chảy.
Các thông số này cần được tối ưu hóa một cách toàn diện kết hợp với các đặc tính của kim loại đúc cụ thể (nhôm, đồng, kẽm, v.v.), hiệu quả sản xuất (ví dụ: số lượng sản phẩm đúc mỗi giờ) và tiêu chuẩn chất lượng (ví dụ: yêu cầu phát hiện khuyết tật bên trong đối với thỏi đúc), và cuối cùng đạt được mục tiêu về tuổi thọ khuôn dài và chất lượng thỏi cao.
Email: cast@ebcastings.com
