Thạc Sĩ Nghiên cứu tính toán thiết kế khuôn đúc áp lực cao chi tiết hợp kim nhôm có sử dụng phần mềm solidwo

Luận văn thạc sĩ
Đề tài: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC CAO CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS - PROCAST
Mô tả bị lỗi font vài chữ, file tài liệu thì bình thường

Mục lục
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn .ii
Mục lục iii
Danh mục bảng .vi
Danh mục hình vii
LỜI NểI ðẦU I
1. Tính cấp thiết của đề tài . 1
2. Mục tiêu đề tài 2
3. Nội dung đề tài . 2
4. Phương pháp nghiên cứu: . 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ðUC ÁP LỰC VÀ ỨNG DỤNG ðÚC
ÁP LỰC CAO VÀO NHÀ MÁY 4
1.1. Khái niệm . 4
1.2. Các ưu nhược điểm của công nghệ đúc 9
1.2.1. Đúc trong khuôn kim loại 9
1.2.2. Đúc áp lực thấp hay đúc trong khuôn nóng 9
1.2.4. Đúc ép bán lỏng 11
1.3. Kết cấu máy đúc áp lực cao . 11
1.3.1. Sơ đồ kết cấu máy đúc áp lực cao 13
1.3.2. Nguyên lý vận hành 15
1.4. Một số vấn đề về công nghệ khi đúc áp lực . 19
1.4.1. Chất lượng sản phẩm .19
1.4.2. Khuyết tật đúc và các biện pháp phòng ngừa 20
1.4.3. Tình hình phát triển đúc áp lực ở Việt Nam .22
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: 24
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ Lí THUYẾT ðÚC ÁP LỰC CAO HỢP KIM NHễM 25
2.1. Thuộc tính của một số hợp kim nhôm sử dụng trong công nghiệp 25
2.1.1. Hợp kim nhôm đúchệ Al - Cu . 26
2.1.2. Hợp kim nhôm đúc trêncơ sở hệ Al - Mg . 27
2.1.3. Hợp kim nhôm Д16 (AlCu
4
Mg) .27
2.1.4. Hợp kim nhụm ủỳc hệ AL - Si (Silumin) . 27
2.2. Cơ sở tính toán thiết kế dòng chảy . 35
2.2.1. Kết cấu khuôn 35
2.2.2. Tính toán thiết kế lòng khuôn đúc Solidworks .36
2.3. Mô phỏng bài toán dòng chảy trong r2nh dẫn . 45
2.3.1. Điều kiện biên bài toán 45
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: .48
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUễN ðÚC ÁP LỰC BẰNG CễNG NGHỆ 3D .49
3.1. Kết cấu công tơ điện . 49
3.2. Kết cấu khung công tơ và yêu cầu kỹ thuật, công nghệ khi đúc 49
3.3. Tính toán thiết kế sơ bộ thông số công nghệ 52
3.3.1. Phương án thiết kế khuôn khung công tơ .52
3.3.2. Tính toán - Thiết kế sơ bộ các thông số côngnghệ và khuôn 53
3.4. Thiết kế lòng khuôn và khối khuôn bằng SolidWorks . 56
3.4.1. Hình dáng và các bộ phận cơ bản của khuôn .56
3.4.2. Bố trí r2nh dẫn, lòng khuôn 57
3.4.3. Tính toán cổng vào - r2nh dẫn 59
3.4.4. Điền đầy hốc khuôn .62
3.4.5. Góc nghiêng thành lòng khuôn .66
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3: 69
CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT CÁC THễNG SỐ CễNG NGHỆ
VÀ TỐI ƯU CễNG NGHỆ .70
4.1. Các ưu việt của mô phỏng 70
4.2. Phần mềm mô phỏng quá trình đúc áp lực cao –PROCAST 71
4.2.1. Giới thiệu về Procast 71
4.2.2. Sơ đồ bài toán 72
4.2.3. Nguyên tắc mô phỏng tối ưu đúc áp lực cao 72
4.3. Mô phỏng đúc áp lực cao khung công tơ . 73
4.3.1. Mô hình hình học trong ProCAST .73
4.3.2. Mô hình vật liệu .74
4.3.3. Điều kiện biên .77
4.4. Kết quả mô phỏng và phân tích 79
4.4.1. Khảo sỏt nhiệt ủộ 79
4.4.2. Khảo sỏt dũng chảy 82
4.4.3. Khảo sát vectơ vận tốc .87
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 91
KẾT LUẬN: 92

LờI NóI ĐầU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Công tơ điện là một sản phẩm trong lĩnh vực dân dụng được sản xuất
hàng loạt lớn, phần khung được làm bằng hợp kim nhôm, phần vỏ làm bằng
nhựa cứng có tác dụng cách điện. Hiện nay chế tạo khung công tơ làm bằng
hợp kim nhôm, đ2 sử dụng công nghệ ép chảy thay chođúc trong khuôn cát,
sau đó gia công cơ khí. Đưa công nghệ ép chảy tạo phôi cũng là một tiến bộ
về công nghệ, tạo chất lượng sản phẩm cao hơn sản phẩm sử dụng đúc thông
thường. Nhưng công nghệ ép chảy-gia công cơ khí là một quá trình công nghệ
dài, ép chảy nóng qua nhiều nguyên công và tốn kém khuôn ép, hiệu quả kinh
tế - kỹ thuật tuy có cải thiện nhưng chưa phải là công nghệ tối ưu. Gần đây,
công nghệ đúc áp lực cao, hay đúc ép, đang phát triển và đem lại hiệu quả
kinh tế cao, cơ tính của sản phẩm tốt, đang được ứng dụng rộng r2i trên thế
giới. Nhiều thiết bị đúc áp lực cao đ2 được nhập vào Việt Nam, nhưng các nhà
máy vẫn sử dụng công nghệ cũ như: công nghệ đúc áp lực thường.
Nguyên nhân cơ bản là năng lực thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cao
tại Việt Nam còn là một vấn đề mới và khó, sau khi thiết kế xong phải chế tạo
khuôn và chế thử sản phẩm, chưa sử dụng công nghệ mới trong thiết kế. Các
doanh nghiệp sản xuất sử dụng đúc áp lực, hiện nay,dựa vào nhập khẩu khuôn
của Trung quốc hoặc của các nước khác. Vì vậy, nghiên cứu thiết kế và chế
tạo khuôn đúc áp lực cao là một việc rất cần thiết đối với ngành công nghiệp.
Để thiết kế được khuôn, ngoài phần thiết kế được hình dáng kích thước lòng
khuôn, vấn đề mấu chốt công nghệ là phải tính toán đúng dòng chảy của kim
loại lỏng khi đi qua r2nh dẫn và cửa phun. Trước đây dựa vào tính toán lý
thuyết kết hợp với chế thử điều chỉnh, đây là một quá trình gây không ít tốn
kém, một công nghệ mới, sử dụng phần mềm mô phỏng quá trình đúc để tối
ưu công nghệ đ2 và đang được thế giới áp dụng mang lại hiệu quả kinh tế kỹ
thuật cao. Nghiên cứu này có định hướng nghiên cứu lý thuyết và công nghệ
đúc làm cơ sở cho mô phỏng quá trình chảy của kim loại trong lòng khuôn, từ
đó đưa ra các yêu cầu đối với r2nh dẫn và cửa phun nhằm tối ưu hóa quá trình
điền đầy lòng khuôn. Kết quả nghiên cứu sẽ mở ra một hướng tự thiết kế chế
tạo khuôn đúc áp lực có chất lượng. Đây là một hướng thiết kế mới, thực hiện
đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần nội địa hóa sản phẩm cơ khí
Việt Nam.
2. Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu tính toán thiết kế khuôn đúc áp lực caochi tiết khung công
tơ điện nhờ sự trợ giúp của phần mềm công nghiệp để tối ưu các thông số
công nghệ.
Mô hình hóa khung công tơ và khuôn bằng phần mềm Solidworks, xác
định hình dáng kích thước lòng khuôn có xét đến quátrình co ngót của vật
liệu đúc và sự co của kích thước khuôn khi nguội.
Sau đó nghiên cứu sử dụng ProCAST mô phỏng quá trình chảy của kim
loại trong r2nh dẫn, cửa phun và lòng khuôn, mô phỏng quá trình nhiệt và kết
tinh, nhờ đó tìm ra được các tham số r2nh dẫn, cửa phun, khẳng định các
thông số công nghệ tối ưu quá trình đúc áp lực cao.
3. Nội dung đề tài
Mở đầu, Tính cấp thiết đề tài, mục tiêu đề tài, phương pháp nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan tình hình đúc áp lực và khả năng ứng dụng đúc áp
lực cao vào Nhà máy. Trình bày các khái niệm, các ưu nhược điểm và công
nghệ đúc áp lực cao.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết đúc áp lực cao hợp kim nhôm.
Giới thiệu các hợp kim nhôm được sử dụng trong sản xuất công nghiệp,
cơ sở tính toán thiết kế dòng chảy kim loại qua r2nh dẫn, cửa phun và lòng
khuôn. Các thông số ép kim lọai, tham số tốc độ phun và các thông số về máy
ép, lực ép.
Chương 3. Thiết kế khuôn đúc áp lực bằng công nghệ3D. Trên cơ sở
phân tích công tơ điện và khung công tơ, sử dụng phần mềm Solidworks để
thiết kế lòng khuôn đúc khung công tơ với độ co ngót và kích thước nóng của
sản phẩm. Tính toán sơ bộ các thông số công nghệ vàkhuôn đúc áp lực.
Chương 4. Khảo sát các thông số công nghệ và tối ưu công nghệ. Trên
cơ sở tính toán và thiết kế sơ bộ, sử dụng ProCAST mô phỏng quá trình chảy
của dòng kim loại và tính toán nhiệt. Phân tích khảo sát các yếu tố về tốc độ
dòng chảy, thời gian điền đầy lòng khuôn .điều chỉnh lại các thông số hình
học và thông số thiết bị. Mô phỏng lặp lại tìm giá trị tối ưu theo các yêu cầu
của quá trình công nghệ đúc.
Kết luận
4. Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết và công nghệ đúc áp lực, các lý thuyết và kỹ thuật
thiết kế khuôn làm cơ sở cho quá trình thiết kế khuôn đúc áp lực. Trong đó, đi
sâu nghiên cứu bài toán dòng chảy của kim loại, bàitoán nhiệt, bài toán độ
bền khuôn.
Nghiên cứu sử dụng phần mềm Solidworks và ProCAST, ứng dụng phần
mềm mô phỏng quá trình chảy của kim loại qua r2nh dẫn, cửa phun và lòng
khuôn để tối ưu hóa công nghệ đúc khung công tơ, từđó xác định đúng kết
cấu khuôn và bảo đảm chất lượng đúc.
Luận văn thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Đinh Bá
Trụ. Luận văn đ2 hoàn thành đúng theo các yêu cầu trong đề cương. Ngoài
phần nghiên cứu để nâng cao hiểu biết về lý thuyết và công nghệ đúc áp lực
cao, Tác giả còn nắm được thêm 2 phần mềm công nghiệp, có thể sử dụng
thực hiện luận văn và dùng làm việc lâu dài.
Nhân dịp này xin gửi lời cảm ơn các thầy của TrườngĐại học Nông
nghiệp Hà Nội, đặc biệt các thầy Khoa Cơ điện đ2 tận tình giảng dạy truyền
đạt kiến thức, nhờ đó tôi có thể hoàn thành nhiệm vụ khóa học.

Chương 1: Tổng quan đúc áp lực và ứng dụng
đúc áp lực cao Vào nhà máy
1.1. Khái niệm
Đúc là một quá trình công nghệ bằng cách nấu chảy kim loại và tạo
hình sản phẩm, kim loại lỏng được rót vào khuôn có hình dạng sản phẩm, sau
khi kim loại kết tinh trong khuôn ta thu được vật đúc có hình dáng kích thước
như khuôn đúc đ2 thiết kế.
Đúc có những phương pháp sau: đúc trong khuôn cát, đúc trong khuôn
kim loại, đúc dưới áp lực thấp, đúc dưới áp lực cao, đúc li tâm, đúc trong
khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc liên tục v.v .

TàI LIệU THAM KHảO
1. Nguyễn Hữu Dũng, 2004, Các phương pháp đúc đặc biệt, nhà xuất bản
KHKT.
2. Dương Trọng Hải, 2000, Cơ sở lý thuyết các quá trình đúc, nhà xuất bản
KHKT.
3. Nguyễn Khắc Xương, 2003, Vật liệu kim loại màu, nhàxuất bản KHKT.
4. Monaghan, J. J. (1992). Ann. Rev. Astron. Astrophys., 30, 543.
5. Paul W.Cleary, Joseph HA, Mahesh Prakash and Thang Nguyen, "SPH: A
new way of modelling high pressure die casting",Third International
Confence on CFD in the Minerals and Process Industries, CSIRO,
Melbourne, Australia, 10=12 Dec 2003, p421-426.
6. Paul W. Cleary and Joseph Ha, Modelling the High Pressure Die Casting
Process Using SPH, CRC for Cast Metals Manufacturing (CAST), CSIRO
Mathematical and Information Sciences, Victoria, Australia.
7. Paul W. Cleary a and Joseph Ha, Three-Dimensional SPH Simulation of
Light Metal Components, CSIRO Mathematical and Information
Sciences, Victoria, Australia , CRC for Cast Metals Manufacturing
(CAST)
8. Paul W. CLEARY1, Joseph HA1, Mahesh PRAKASH1 and Thang
NGUYEN2, SPH: A NEW WAY OF MODELLING HIGH PRESSURE
DIE CASTING, Third International Conference on CFD in the Minerals
and Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia 10-12 December
2003, CRC for Cast Metals Manufacturing (CAST), 1CSIRO
Mathematical and Information Sciences, Clayton, Victoria 3169,
AUSTRALIA, 2 CSIRO Manufacturing and Infrastructure Technology,
Preston, Victoria 3072, AUSTRALIA
9. Paul W. Cleary and Joseph Ha, Modelling the High Pressure Die Casting
Process Using SPH, CRC for Cast Metals Manufacturing (CAST),
CSIRO Mathematical and Information Sciences, Victoria, Australia.
10. John.L – Hight intergrity Die casting Process Variation, International
Conference on Strutural Aluminum Casting, 2003. Orlando, FL.
11. Maria Chatzimina, Georgios C. Georgiou, Ioannis Argyropaidas, Evan
Mitsoulis and R.R. Huilgol, Cessation of Couette and Poiseuille flows of
a Bingham plastic and finite stopping times, Department of Mathematics
and Statistics, University of Cyprus, P.O. Box 20537, 1678 Nicosia,
Cyprus, July-2005.
12. M. Jutzi and W. Benz, SIMULATIONS OF THE LCROSS IMPACT
USING SMOOTH PARTICLE HYDRODYNAMICS
(SPH).Physikalisches Institut, Sidlerstrasse 5, 3012 Bern, Switzerland;
[email protected], [email protected].
13. Young-Chan Kim1)y, Chang-Seog Kang1), Jae-Ik Cho1), Chang-Yeol
Jeong1), Se-Weon Choi1), and Sung-Kil Hong2), Die Casting Mold
Design of the Thin-walled Aluminum Case, by Computational
Solidification Simulation J. Mater. Sci. Technol, Vol.24 No.3, 2008 383.