Giáo trình Công nghệ đúc - Chương 5: Hệ thống rót

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ đúc - Chương 5: Hệ thống rót

1. Giáo trình: công nghệ đúc Ch−ơng 5 Hệ thống rót 5.1. Khái niệm chung Hệ thống rót là hệ thống dẫn kim loại lỏng từ thùng rót vào khuôn. Sự bố trí hệ thống rót quyết định chất l−ợng vật đúc và giảm đ−ợc sự hao phí kim loại vào hệ thống rót. Hao phí do hệ thống rót gây nên đạt đến 30%. Các bộ phận chính của hệ thống rót thể hiện trên hình vẽ: 1 Yêu cầu đối với hệ thống rót: - Toàn bộ lòng khuôn phải đ−ợc điền đầy kim loại. 2 - Dòng kim loại chảy phải đều, cân, không va đập. 3 - Hệ thống rót phải chắc không bị vỡ. 4 Chú ý: H.5.1. Hệ thống rót - Không nên đặt máng dẫn nằm d−ới ống rót vì 1- Phễu rót; 2- ống rót nh− thế xỉ dễ đi vào trong khuôn. 3- Rãnh lọc xĩ; 4- Rãnh dẫn - Không nên đặt máng dẫn nằm ở mép tận cùng của rãnh lọc xỉ vì kim loại dễ bắn tung toé làm hỏng khuôn và xỉ dễ vào khuôn. - Không nên đặt máng dẫn nằm trên rãnh lọc xỉ vì nh− thế rãnh lọc xỉ sẽ mất tác dụng lọc xỉ. 5.2. các bộ phận của hệ thống rót 5.2.1. Cốc rót Cốc rót có 3 tác dụng chủ yếu là giử xỉ và tạp chất không cho chảy vào ống rót; đón kim loại từ thùng chứa rót vào khuôn, làm giảm lực xung kích của dòng kim loại lỏng, khống chế tốc độ của kim loại chảy vào khuôn. Có các loại cốc rót sau: a/ Cốc rót hình phễu (H.5.2a) Đây là loại cốc rót đơn giản, dễ chế tạo khi làm khuôn, nh−ng vì thể tích nhỏ làm cho dòng kim loại bị xoáy, dể cuộn khí và xỉ vào ống rót. Loại này chỉ chỉ dùng cho vật đúc cỡ nhỏ, yêu cầu chất l−ợng không cao. b/ Cốc rót hình chậu (H.5.2b) Cốc rót hình chậu là loại có một bên sâu, một bên nông; khi rót kim loại vào phần lõm sâu, dòng xoáy sinh ra nằm xa lỗ ống rót. Loại cốc rót này có khả năng lọc xỉ và tạp chất tốt song chế tạo khó. Loại này có các cốc rót sau: Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 24
2. Giáo trình: công nghệ đúc Cốc rót có máng lọc (H.5.2c): Lọc xỉ nhờ vào bộ phận l−ới lọc bằng hỗn hợp làm khuôn. Để bảo đảm ngăn chặn xỉ khỏi đi vào khuôn, tr−ớc khi rót ng−ời ta đậy màng lọc bằng 1 tấm sắt tây. Sau khi đổ đầy kim loại vào cốc rót, các loại xỉ và tạp chất nổi lên trên. Tấm sắt tây bị chảy, kim loại lỏng phía d−ới chảy qua màng lọc vào khuôn a/ b/ d/ đ c/ H.5.2. Các loại cốc rót th−ờng dùng Cốc rót có màng ngăn (H.5.2d): Loại này có màng ngăn nên xỉ và tạp chất phi kim nhẹ nổi lên trên bị màng ngăn cản lại, kim loại sạch qua kẽ hở ở d−ới chảy vào khuôn. Cốc rót có nút đậy (H.5.2đ): Loại này tr−ớc khi rót kim loại lỏng thì đậy lỗ bằng 1 cái nút làm bằng vật liệu chịu nóng, xỉ nhẹ nổi lên trên, mở nút kim loại sạch ở d−ới chảy vào khuôn. Ngoài ra còn có cốc rót ly tâm, cốc rót nhiều ngăn. 5.2.2. ống rót ống rót dùng để dẫn kim loại từ phễu đến rãnh lọc xỉ, ống rót có tác dụng lớn đến tốc độ chảy của kim loại lỏng vào khuôn đúc, áp lực của kim loại lên thành khuôn đúc phụ thuộc vào chiều cao ống rót. Nói chung chiều cao của ống rót cao hơn mặt cao nhất của vật đúc trong lòng khuôn một khoảng 100ữ200 mm. 0 ống rót th−ờng là hình trụ tròn côn 3P P trên to d−ới nhỏ (H.5.3a) loại này dể làm khuôn lại bảo đảm dòng kim loại chảy đều vào rãnh lọc xỉ. Nếu ống rót cao quá phải làm ống rót nhiều bậc (H.5.3b) hoặc ống rót hình rắn (H.5.3c) để giảm tốc độ và lực xung kích của dòng kim loại 2 loại này dùng khi đúc nhôm. a b c H.5.3. Các loại ống rót 5.2.3. Rãnh lọc xỉ Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 25
3. Giáo trình: công nghệ đúc Rãnh lọc xỉ th−ờng đ−ợc bố trí nằm ngang, dùng để chặn xỉ đi vào khuôn. Bao giờ nó cũng đ−ợc bố trí trên rãnh dẫn, nhằm tự cho xỉ nhẹ nổi lên trên và ở lại trong rãnh lọc xỉ, còn kim loại sạch theo rãnh dẫn vào khuôn. Rãnh lọc xỉ th−ờng dùng có tiết diện hình thang (H.5.4a) ít mất nhiệt và dể nổi xỉ, đôi khi dùng loại có tiết diện hình tam giác và bán tròn. Khi đúc những chi tiết quan trọng ng−ời ta còn dùng các loại rãnh lọc xỉ khác sau đây: - Rãnh lọc xỉ có màng lọc hoặc màng ngăn (H.5.4b): Loại này hay dùng khi làm khuôn trên máy vì phễu rót đơn giản, dùng đúc những vật đúc nhỏ, trung bình bằng gang và kim loại màu. - Rãnh lọc xỉ gấp khúc và nhiều bậc (H.5.4c): Kim loại lỏng lần l−ợt chảy qua các bậc của rãnh lọc xỉ nhiều bậc rồi vào rãnh dẫn. Rãnh lọc xỉ này giảm vận tốc chảy của kim loại nên khuôn không bị vỡ và xỉ dễ nổi nh−ng kết cấu của nó phức tạp, khó chế tạo và hao phí nhiều kim loại, nên khi làm khuôn bằng tay không dùng loại này. a/ b/ c/ H.5.4. Các loại rãnh lọc xỉ 5.2.4. Rãnh dẫn Rãnh dẫn dùng để dẫn kim loại lỏng từ rãnh lọc xỉ vào lòng khuôn. Nhiệm vụ của rãnh dẫn là khống chế tốc độ và h−ớng của dòng kim loại chảy vào khuôn. Hình dáng, vị trí và số l−ợng của rãnh dẫn có ảnh h−ởng rất lớn đến chất l−ợng vật đúc. Tiết diện ngang của rãnh dẫn th−ờng là hình thang dẹt ngoài ra còn có hình tam giác, hình bán nguyệt. Ưu điểm của rãnh dẫn hình thang dẹt là: dễ nổi xỉ, dễ cắt rãnh dẫn khỏi vật đúc, giảm khuynh h−ớng tạo thành xốp co ở chỗ dẫn kim loại vào lòng khuôn. Chiều dài và số l−ợng rãnh dẫn phụ thuộc vào khối l−ợng, chiều dày thành và độ phức tạp về hình dáng của vật đúc. Vị trí đặt rãnh dẫn có ảnh h−ởng lớn đến chất l−ợng vật đúc, ng−ời nhận thấy rằng: khi đúc hợp kim có độ co nhỏ mới dùng kiểu dẫn vào phần mỏng nhất của vật đúc (đúc gang xám). Khi đúc vật đúc có thành dày đều và co nhiều, th−ờng dẫn kim loại vào chỗ dày để vật đúc đông đặc theo một h−ớng nhất định (đúc thép). Khi đúc những vật đúc có thành dày, mỏng khác nhau phải căn cứ vào yêu cầu kết tinh của vật đúc để quyết định vị trí dẫn kim loại cho phù hợp. Ngoài rãnh dẫn thẳng tiêu chuẩn, ng−ời ta còn dùng các loại rãnh dẫn sau: a/ Rãnh dẫn nhiều tầng (H.5.5a) Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 26
4. Giáo trình: công nghệ đúc Loại này có −u điểm là kim loại điền đầy khuôn cùng một lúc và vật đúc nguội đều trong khuôn, thích ứng khi đúc các vật đúc cao và to. b/ Rãnh dẫn có khe mỏng (H.5.5b) Loại này vừa có tác dụng dẫn kim loại vừa có tác dụng bổ sung kim loại cho vật đúc. Do đó đảm bảo kim loại điền đầy, vật đúc nguội đều và chặn xỉ tốt (do có rãnh lọc xỉ đứng). Loại này sử dụng khi đúc vật đúc bằng hợp kim nhẹ (nhôm, magiê) có thành mỏng và đ−ợc bố trí ở thành dày của vật đúc. a b c d H.5.5. Các loại rãnh dẫn c/ Rãnh dẫn kiểu m−a rơi (H.5.5c) Kim loại lỏng từ rãnh lọc xỉ vòng qua nhiều rãnh dẫn đứng “rơi” vào lòng khuôn. Loại này điền đầy kim loại đồng thời cùng một lúc nên đảm bảo nguội đều kim loại mịn chặt hơn. Loại này th−ờng dùng khi đúc vật đúc bằng gang hoặc hợp kim đồng lớn và cao. d/ Rãnh dẫn kiểu xifông (H.5.5d) Rãnh dẫn kiểu này dẫn kim loại lỏng vào lòng khuôn bằng cách dâng từ d−ới lên trên. Loại rãnh dẫn này đảm bảo kim loại chảy êm, từ từ không phá hỏng khuôn. Th−ờng dùng khi đúc những vật đúc cỡ lớn. 5.3. Chọn chỗ dẫn kim loại vào khuôn Chọn chỗ dẫn kim loại vào khuôn hợp lý bảo đảm đ−ợc sự điền đầy lòng khuôn đều đặn, tránh đ−ợc những ứng suất bên trong và rỗ co tạo ra trong vật đúc. Muốn vậy, cần theo quy tắc sau: - Đối với vật đúc có khối l−ợng m 2m nên dẫn kim loại theo 2 phía bằng các hệ thống rót riêng biệt. - Khi đúc gang nhiều gratit, chiều dày không khác nhau lắm nên dẫn kim loại vào chỗ mỏng nhất nhằm bảo đảm tốc độ nguội ở các chỗ của vật đúc đồng đều. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 27
5. Giáo trình: công nghệ đúc - Đúc gang ít các bon có nhiều chỗ dày nên dẫn kim loại vào chỗ dày làm vật đúc nguội lạnh từ tiết diện bé nhất đến lớn nhất, do đó khử đ−ợc ứng suất bên trong vật đúc. - Vật đúc tròn xoay, cần bố trí rãnh dẫn tiếp tuyến với thành khuôn, đồng thời cần bảo đảm dòng kim loại xoay tròn theo 1 h−ớng. - Có thể dẫn kim loại vào khuôn từ trên xuống (khi vật đúc thấp, đúc trong 1 hòm khuôn ); từ giữa vào (khi đúc vật trung bình, đúc trong 2 hoặc nhiều hòm khuôn); từ d−ới lên (đúc vật quan trọng, cao, kim loại màu ). 5.4. Tính hệ thống rót 5.4.1.Tính tổng tiết diện rãnh dẫn Khối l−ợng kim loại chảy qua các rãnh dẫn bằng khối l−ợng vật đúc (kể cả hệ thống rót, đậu ngót): ΣFrdB .v.t.B γ = G 2 Với: ΣFrdB B : tổng thiết diện rãnh dẫn (cmP ).P v : vận tốc kim loại chảy qua hệ thống rót (cm/ s). t : thời gian kim loại chảy qua hệ thống rót (s). 2 γ : khối l−ợng riêng của kim loại (g/ cmP ).P G : khối l−ợng vật đúc (kể cả đậu ngót, hệ thống rót). G 2 Ta có : ∑ F = ( cmP P ) rd vt γ Theo ph−ơng trình Bécnuli trong thuỷ động học thì: vgH= β 2 p Trong đó: β - hệ số cản thuỷ lực phụ thuộc vào kim loại vật đúc, độ phức tạp của vật đúc, hệ thống rót th−ờng lấy bằng 0,3 ữ 0,8. g - gia tốc trọng tr−ờng; Hp : chiều cao trung bình tính toán của áp suất (cm). G Từ đó: ∑ Frd = βγ2 gHp t 2 Đối với gang (γ = 6,8 g / cmP )P ⇒ 2310g.γ = vì vậy G ∑ Frd = . 310.β .tH . p Nh− vậy, cần thiết tính Hp và t. a/ Tính Hp: Chiều cao tính toán của cột áp suất đ−ợc tính theo công thức: P 2 HH=− p 2C Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 28
6. Giáo trình: công nghệ đúc h - chiều cao của ống rót từ chỗ dẫn kim loại đến mặt thoáng (cm) C - chiều cao của vật đúc (cm) P - chiều cao vật đúc tính từ chỗ dẫn kim loại vào khuôn trở lên (cm). Tuỳ theo sự bố trí hệ thống rót trong khuôn mà ta có công thức tính Hp cụ thể sau: C C - Khi rãnh dẫn ở mặt phân khuôn (H.5.6a) thì P = , ta có : HH=−. 2 p 8 - Khi rót từ trên xuống (H.5.6b) thì P = 0, ta có : HpB B = H. P C - Khi rót từ d−ới lên (H.5.6c) thì P = C, ta có : HH=−=−H . p 22 H H P C H C C P a b c H.5.6. Sơ đồ tính toán cột áp suất b/ Tính thời gian kim loại lỏng chảy qua rãnh dẫn t Thời gian kim loại chảy qua rãnh dẫn đ−ợc tính theo công thức kinh nghiệm sau: - Đối với vật đúc bằng gang và thép có thành mỏng, khối l−ợng m 40 K 1,0 1,3 1,5 1,7 5.4.2. Tính tiết diện của các bộ phận còn lại của hệ thống rót Diện tích tiết diện các bộ phận còn lại đ−ợc xác định theo tỷ lệ: - Đối với vật đúc bằng thép: ∑FrdB :B FrLXB :B FôrB B = 1: 1,1: 1,2. - Vật đúc bằng gang xám và hợp kim đồng: ∑FrdB :B FrLXB :B FôrB B = 1: 1,2: 1,4. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 29
7. Giáo trình: công nghệ đúc - Vật đúc bằng hợp kim nhôm: ∑ FrdB :B FrLXB :B FôrB B = 1: 1,6: 0,9. Sau khi tính toán tiết diện các bộ phận cần chọn các kích th−ớc theo tiêu chuẩn: 4F - Đ−ờng kính của ống rót phần d−ới dB B đ−ợc tính: d = . D D π - Đ−ờng kính của ống rót ở gần cốc rót drB B đ−ợc lấy lớn hơn dDB :B 10ữ15%. 5.5. Đậu ngót, đậu hơi 5.5.1. Đậu hơi Đậu hơi dùng để thoát khí trong lòng khuôn ra ngoài, đôi khi dùng để bổ sung kim loại cho vật đúc. Có 2 loại đậu hơi: đậu hơi báo hiệu và đậu hơi bổ sung chúng th−ờng đ−ợc đặt ở vị trí cao nhất của vật đúc. 0 Đậu hơi th−ờng có dạng hình trụ côn 3-5P P trên to d−ới nhỏ, hoặc có tiết diện hình chữ nhật. 5.5.2. Đậu ngót Dùng để bổ sung kim loại cho vật đúc khi đông đặc. Th−ờng dùng khi đúc gang trắng, gang bền cao, thép, hợp kim màu, gang xám thành dày. Đậu ngót phải đ−ợc đặt vào chỗ thành vật đúc tập trung nhiều kim loại vì ở đó kim loại đông đặc chậm nhất và co rút nhiều nhất. Có các loại: a/ Đậu ngót hở Đậu ngót hở là đậu ngót thông với khí trời, áp lực do trọng l−ợng của gang và áp suất không khí. Loại này bổ sung kim loại tốt, dễ quan sát khi rót. dễ chế tạo; song chiều cao đậu ngót phụ thuộc vào chiều cao hòm khuôn, hao phí kim loại, chất bẩn dễ rơi vào khuôn. b/ Đậu ngót ngầm Đây là loại đậu ngót không thông với khí trời mà nằm trong khuôn đúc để bổ sung kim loại cho vật đúc. Loại này dùng khi không dùng loại hở đ−ợc. Loại này có −u điểm là không phụ thuộc vào chiều cao hòm khuôn, ít tốn kim loại, sạch, song khó quan sát, bổ sung kim loại kém. Th−ờng có các loại đậu ngót ngầm sau: - Đậu ngót có lõi dầu: Lõi dầu đ−ợc nung nóng tạo khí ép vào kim loại lỏng. - Đậu ngót khí ép: Đặt bên đậu ngót một cốc kim loại có đựng CaCO3B .B Khi nung nóng CaCO3B B phân huỷ tạo khí CO2B B bay ra ép kim loại lỏng vào khuôn. - Đậu ngót có khí nén ngoài: Đặt 1 ống thổi trong khuôn, đến đậu ngót và qua đó thổi khí nén để gây 1 áp lực cho đậu ngót. Th−ờng dùng 3 loại trên khi đúc thép. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 30
8. Giáo trình: công nghệ đúc Ch−ơng 6 Sấy, lắp và rót kim loại vào khuôn 6.1. Sấy khuôn và lõi Mục đích sấy nhằm nâng cao độ bền, tính thông khí và giảm bớt khả năng tạo khí của khuôn và lõi khi rót kim loại. Sấy chỉ thực hiện khi cần đúc những chi tiết yêu cầu kỹ thuật cao, vật đúc lớn và cao, có hình dạng phức tạp, nhiều phần lồi lõm, chịu lực lớn. Hiện nay th−ờng dùng khuôn t−ơi vì khỏi phải sấy và ráp khuôn khít nhau hơn. 6.1.1. Thực chất của quá trình sấy Thực chất của quá trình sấy là dùng 1 nguồn nhiệt để làm bốc hơi n−ớc trong khuôn và lõi. Song song với quá trình bốc hơi n−ớc còn có quá trình ôxy hoá các chất dính kết. Sự trao đổi nhiệt khi sấy thực hiện d−ới 3 hình thức sau: - Sấy tiếp xúc: Cho bề mặt khuôn tiếp xúc với bề mặt nung nóng. Cách này sấy không đều, sấy đ−ợc 1 lớp mỏng, nên khuôn sấy xong phải dùng ngay, ít dùng để sấy lõi. - Sấy đối l−u: Cho dòng khí nóng l−ớt trên bề mặt vật liệu ẩm, n−ớc trên bề mặt khuôn bốc hơi, sau đó độ ẩm ở những lớp phía trong sẽ khuyết tán ra ngoài và bốc hơi. Ph−ơng pháp này tạo đ−ợc nhiệt độ cao, đồng đều, th−ờng dùng sấy khuôn và lõi ở các phân x−ởng đúc. - Sấy bức xạ: Cho các tia hồng ngoại chiếu vào vật liệu ẩm. Sự bức xạ đều và thấu nhanh, dùng để sấy khuôn và lõi trong sản xuất hàng loạt. 6.1.2. Nhiệt độ và thời gian sấy a/ Nhiệt đô sấy Nhiệt độ sấy cao thì hơi n−ớc bốc càng nhanh, tốc độ sấy cao, thời gian sấy giảm. Nh−ng nhiệt độ cao quá làm cho hơi n−ớc bốc quá mạnh, có mặt ngoài khô nhanh còn phía trong ẩm làm cho hỗn hợp co giãn không đều, dễ sinh nứt nẻ. Nhiệt độ sấy thấp quá thì tốc độ sấy chậm, khuôn và lõi sấy không khô nên dễ sinh khuyết tật đúc. Tuỳ thuộc vào hình dạng, kích th−ớc khuôn, lõi, tuỳ từng loại chất dính kết trong hỗn hợp cát mà quyết định nhiệt độ sấy cho thích hợp. Th−ờng thì nhiệt độ sấy là: T = 0 175 ữ 450P C.P Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 31
9. Giáo trình: công nghệ đúc b/ Thời gian sấy: Thời gian sấy phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, tốc độ chuyển động của dòng khí trong lò sấy, kích th−ớc của khuôn, lõi, độ ẩm ban đầu của hỗn hợp, chiều dày của lớp hỗn hợp cần sấy. Quá trình sấy qua 3 giai đoạn: 0 TP CP I - Nung nóng khuôn lõi chậm và đều. II - Giữ nhiệt độ sấy ổn định, ẩm từ phía trong dần dần ra ngoài, giai đoạn này kéo dài. I II III III - Làm nguội khuôn và lõi từ từ để tránh nứt nẻ τ.giờ Chế độ sấy khuôn, lõi 6.1.3. Các ph−ơng pháp sấy a/ Sấy bề mặt Th−ờng sau khi sấy, phải rót ngay vì để lâu độ ẩm ở bên trong lại truyền ra ngoài. Ph−ơng pháp này dùng sấy những khuôn trung bình và lớn. Có các cách sấy sau: - Đốt trực tiếp: Dùng rơm khô, củi đốt trực tiếp trên bề mặt khuôn. Có nh−ợc điểm sấy không đều, bề mặt dễ bị hỏng. - Dùng chất sơn có thấm khí cháy: Sơn 1 lớp lên bề mặt khuôn rồi đốt cháy. Sấy đ−ợc dày 1 ữ 2 mm. - Dùng ngọn lửa của khí đốt lên bề mặt khuôn: Sấy đ−ợc dày 2 ữ 3 mm. - Dùng tia hồng ngoại. b/ Sấy toàn bộ: Th−ờng dùng sấy trong lò buồng, lò liên tục. 6.2. Lắp ráp khuôn Đối với khuôn t−ơi làm xong là lắp ráp ngay còn khuôn khô sau khi sấy phải sửa lại những chỗ vỡ rồi mới ráp. Khi lắp ráp cần chú ý những điểm sau: a/ Kiểm tra vị trí lõi trong khuôn Sau khi đặt lõi vào khuôn ng−ời ta dùng những d−ỡng (chế tạo từ gỗ theo bộ mẫu) để kiểm tra vị trí của lõi trong khuôn, vị trí t−ơng đối giữa lõi và khuôn, hệ thống thoát khí, hệ thống rót. b/ Sử dụng con mã Để đỡ cho những lõi lớn, dài và nhất là những lõi cong xôn không bị biến dạng, xê dịch khi rót kim loại lỏng ta dùng những cái đỡ gọi là con mã đỡ. Để tránh cho lõi không bị nổi lên khi rót ta dùng những con mã chống. Những con mã làm bằng thép khi đúc gang và thép, nhôm khi đúc nhôm. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 32
10. Giáo trình: công nghệ đúc Để tránh cho kim loại chảy ra theo mặt phân khuôn ng−ời ta quét 1 lớp sơn quanh viền ở mặt phân khuôn. Sau khi ráp khuôn để tránh cho kim loại khỏi chảy ra ở mặt trên cùng của khuôn ng−ời ta đắp một khung đất sét dày 2ữ3 mm. 6.3.Tính lực đè khuôn Sau khi lắp khuôn, ta phải dùng bulông kẹp chặt hai nửa khuôn hoặc đặt một tải trọng đè lên khuôn trên để tránh cho kim lọai lỏng không thể nâng khuôn trên lên và tràn theo mặt phân khuôn ra ngoài. Lực đè khuôn phải lớn hơn lực đẩy Acsimét của kim loại lỏng lên khuôn. Xét lực đẩy lên một tiết diện khuôn rất nhỏ nằm nghiêng với mặt ngang một góc α và ở độ sâu h so với mặt thoáng kim loại lỏng. Lực đẩy tác dụng vuông góc với mặt khuôn. Theo định luật Acsimét: dPn = h γ dF B B B B B B α → γ α B B dP = dP .cos dP = h. .dF.cos B B đ n đ Pn Pđ / / h dFP P = dF.cosα → dPB =B h.γ.FP P α đ dF’ F v Pd ===γγγ∫ h.' dF∫ dv . V 0 0 Nh− vậy, lực đẩy lên khuôn trên: PđB B = γ.V V- Thể tích đ−ợc giới hạn mặt đáy là phần bề mặt tiếp xúc với kim loại lỏng (vật đúc) chiều cao tính từ mặt đó đến mặt thoáng kim loại ở cốc rót. Nếu có lõi thì lõi tiếp xúc với kim loại lỏng nên cũng chịu 1 lực đẩy Acsimet, lực này truyền qua gối lõi và truyền lên khuôn trên. Vậy tổng lực đẩy lên khuôn trên : P = PđB B + Q.PLB .B Lực đè khuôn : Q = ( P - GKTB B ).n . ở đây: GKTB B = GcátB khuôn B +GhòmB khuôn;B (GhòmB khuôn gỗ B = 15% GcátB khuôn).B n- hệ số an toàn (khi va đập của kim loại). Nếu kẹp bằng bulông thì lực tác dụng lên 1 bulông sẽ bằng: Q.,125 P = (N). N 1,25 - hệ số tính đến sự phân bố không đều của tải trọng; Đ−ờng kính bulông : dP= 004, (cm). Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 33
11. Giáo trình: công nghệ đúc 6.3. Rót kim loại lỏng vào khuôn 6.3.1. Vị trí của khuôn khi rót - Khi rót thông th−ờng đặt khuôn nằm ngang đơn giản và sử dụng nhiều nhất. - Vật đúc quan trọng, thành mỏng và có nhiều phần phức tạp nên cho nằm nghiêng để tăng sự điền đầy, dễ thoát khí, xĩ dễ nổi. - Sơmi, xilanh, piston khi đặt đứng để cho thành vật đúc đ−ợc chắc, không bị rỗ khí. 6.3.2. Thùng rót Thùng rót có vỏ ngoài bằng thép dày 6ữ8 mm, trong là 1 lớp gạch chịu lửa dày 20 mm có hình trụ, côn. Thùng rót có nhiều cỡ: - Thùng rót bằng tay một ng−ời khiêng chứa đ−ợc 10ữ20kg; thùng rót 2,3,4 ng−ời khiêng chứa đ−ợc 50ữ100kg. - Thùng rót bằng cần trục chứa đ−ợc 1ữ1,5 tấn. Th−ờng rót ở miệng nếu thùng rót nhỏ (phải có thanh gạt để lọc xỉ). Nếu thùng lớn thì rót ở đáy. 0 Tr−ớc khi rót th−ờng đ−ợc sấy nóng 300ữ400P CP để khử độ ẩm và kim loại ít bị mất nhiệt. 6.3.3. Nhiệt độ rót Nếu nhiệt độ rót quá lớn thì sẽ cháy cát, tăng thể tích rỗ co, tăng ứng suất nhiệt và co nên dể sinh ra nứt nóng và nứt nguội, thiên tích nhiều. Giữ kín kim loại lỏng ở thùng rót 1 thời gian để hạ bớt nhiệt độ, làm thoát khí và dễ nổi xỉ tr−ớc khi rót kim loại vào khuôn. Nếu nhiệt độ rót thấp thì sẽ thiếu hụt, dính khớp, do đó nhiệt độ rót đ−ợc quy định nh− sau: Đối với gang: 0 - Nhiệt độ rót cho vật đúc lớn không quan trọng: 1220 ữ 1260P CP 0 - Nhiệt độ rót cho vật đúc trung bình : 1280 ữ 1320P CP 0 - Nhiệt độ rót cho vật đúc có thành mỏng : 1320 ữ 1360P CP 0 Nhiệt độ gang ra lò lớn hơn nhiệt độ rót 50P CP Đối với thép: Tuỳ thuộc nhiệt độ chảy của mỗi loại mà quy định nhiệt độ rót. 0 Th−ờng nhiệt độ thép ở trong lò lớn hơn nhiệt độ chảy 100P C.P Nhiệt độ thép ra lò khoảng 0 0 1.550 ữ 1.600P C,P nhiệt độ rót khoảng1.500P C.P Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 34
12. Giáo trình: công nghệ đúc 0 Đối với hợp kim đồng: 1040 ữ 1170P CP 0 Đối với hợp kim nhôm: 700 ữ 730P CP Ch−ơng 7 Nguyên lý chung khi thiết kế một chi tiết đúc 1. Kết cấu của vật đúc - Cần tránh các bề mặt lớn để tránh cong vênh khi đúc. - Cần tránh thiết kế các vật đúc có chổ mỏng gần chổ dày. - Đặt đậu ngót sao cho kim loại kết tinh từ chổ xa dần đến đậu ngót, để tránh rổ co. - Chọn vị trí vật đúc khi rót hợp lý để k. loại điền đầy tốt, tổ chức kim loại mịn chặt. - Bề mặt trên của vật trên của vật đúc nên tránh nằm ngang để thoát khí và nổi xĩ tốt. Đảm bảo làm khuôn dể dàng. 2. Đảm bảo hình dáng hình học của vật đúc đúng yêu cầu kỹ thuật: - Đối với các chi tiết mỏng và dài dể bị cong khi đúc, cần thiết kế mẫu cong ng−ợc với h−ớng cong của vật đúc. - Đối với các chi tiết mỏng mà bề mặt lớn th−ờng thêm gân vào khi thiết kế nhằm tăng độ cứng của chi tiết đúc. 3. Đảm bảo tiết kiệm kim loại - Có thể dùng ph−ơng pháp hàn, dập nếu có thể đ−ợc để gia công chi tiết. - Thay thế hợp kim có độ bền cao hơn. - Giảm thể tích kim loại ở những chổ không cần thiết. 4. Đảm bảo độ bóng bề mặt vật đúc 0 - Khi làm khuôn nên nghiêng thành khuôn một góc < 3P .P 5. Giảm khó khăn cho quá trình đúc - Vật đúc đ−ợc thiết kế sao cho dể tháo mẫu và hộp lõi. - Giảm số l−ợng lõi và khó khăn khi gia công cơ khí. - Giảm khó khăn khi lắp ráp khuôn; dể phá khuôn lõi và làm sạch vật đúc. 6- Giảm khó khăn cho các b−ớc gia công tiếp theo - Kết cấu của vật đúc không đ−ợc cản trở sự chuyển động của dao khi cắt gọt. - Tạo điều kiện cho quá trình khoan đ−ợc dể dàng; dể lắp ghép. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 35
13. Giáo trình: công nghệ đúc 7. khi thiết kế chi tiết đúc cần tính đến khả năng làm việc của nó. 8. Quá trình làm khuôn dể dàng - Dể rút mẫu, tránh việc làm lõi. - Mặt phân khuôn nên là mặt phẳng, tránh mặt cong, mặt bậc và nhiều mặt phân khuôn. - Trong điều kiện cho phép, tập trung phần quan trọng của vật đúc vào một hòm khuôn d−ới để loại bỏ sự xê dịch. - Những bề mặt lớn, bề mặt gia công cơ khí không nên để ở phía trên để tránh bị rỗ khí và rỗ xỉ. 9. Đảm bảo tính đúc tốt nhất Đảm bảo chiều dày chi tiết tối thiệu khi đúc để đảm bảo độ bền, khả năng điền đầy tốt nhất. H−ớng kết tinh từ d−ới lên, từ xa đến gần đậu ngót để khí và xỉ chuyển vào đậu ngót. ch−ơng 8 Tính đúc của hợp kim 8.1-Tính chảy loãng Tính chảy loãng là mức độ chảy loãng hay sệt của hợp kim đúc, nó quyết định khả năng điền đầy khuôn và nhận đ−ợc vật đúc rõ nét. Có các yếu tố ảnh h−ởng đến tính chảy loãng của hợp kim đúc: 0 0 - Nhiệt độ: TP tăngP lên (ở TP nhấtP định) thì tính chảy loãng tăng.P - Cấu tạo hợp kim: Gang xám có tính chảy loãng cao nhất.P - Tạp chất: làm tăng độ sệt thuỷ lực.P - ảnh h−ởng của khuôn, thành phần hoá học và hình thức rót kim loại vào khuôn.P 8.2-Tính thiên tích Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng phần của vật đúc. Có 2 loại thiên tích: Thiên tích vùng: Là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từngP vùngP của vật đúc. Nguyên nhân là do tỷ trọng các nguyên tố trong hợp kim khác nhau và trong từng phần phần của vật đúc có sự chênh lệch áp suất. Thiên tích trong nội bộ hạt kim loại: do các nguyên nhân sau: - Sự kết tinh của các nguyên tố hợp kim không cùng một lúc.P - Ngay trong hạt kim loại cũng lẫn xĩ và tạp chất.P - Do sự thẩm thấu giữa các phần tử trong hợp kim không triệt để.P 0 8.3-Tính co: Tính co là hiện t−ợng giảm thể tích và chiều dài của hợp kim khi TP P giảm xuống. Có 2 loại: Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 36
14. Giáo trình: công nghệ đúc - Lõm co: Là những lổ rỗng hình nón hình thành ở trên bề mặt vật đúc. Nguyên nhân là do lớp ngoài đông đặc tr−ớc lớp trong. khí, n−ớc trong kim loại thoát ra ngoài.P - Rổ co: Là những lổ rỗng nhỏ nằm bên trong vật đúc, nằm dọc trục thỏi đúc và nằm d−ới lõm co.P 8.4-Tính hoà tan khí : Tính hòa tan khí là sự hoà tan các khí: O2B ,B H2B ,B N2B ,B COB ,B CO2B ,B CH4B B vào kim loại lỏng gây nên rỗ khí. ch−ơng 9 Đúc gang xám Gang có nhiều loại, nh− gang trắng, gang dẻo, gang biến tính, gang cầu, song trong kỹ thuật đúc ng−ời ta chủ yếu sử dụng gang xám. 9.1. KháI niệm về gang xám a/ ký hiệu: Gx. ví dụ: Gx15-28B b/ Thành phần hoá học: 2,5ữ3,5% C; 0,8ữ3% Si; 0,6ữ1,3% Mn; 0,2ữ1% P; <0,12%S. Trong đó C ở trạng thái tự do gọi là grafít.B c/ Tính đúc của gang xám: - Tính chảy loãng: Vì có C cao nên gang xám có tính chảy loãng cao.B - Độ co: Độ co của gang xám thấp (1%).B - Tính hoà tan khí: Các khí hoà tan trong gang xám: O2B ;B N2B ;B H2B B và hơi n−ớc.B - Tính thiên tích: L−ợng chứa C; P; S và chiều dày thành vật đúc lớn thì thiên tích càng nhiều.B 9.2. Nấu chảy gang xám 9.2.1. Vật liệu nấu và mẻ liệu Khi nấu gang xám phải dùng những nguyên nhiên liệu sau: nguyên liệu: kim loại; nhiên liệu để cung cấp nhiệt; trợ dung để tạo xỉ; trong sản xuất đúc gọi là vật liệu nấu. Muốn nấu ra loại gang có thành phần hoá học đúng yêu cầu, có nhiệt độ cao, vận hành lò dễ dàng cần phải tính toán phối liệu cho một mẻ nấu gọi là mẻ liệu. a/ Nguyên liệu (khối l−ợng kim loại) : Nguyên liệu dùng trong một mẻ liệu: - Gang đúc (thỏi gang chế tạo ở lò cao): 30 ữ 50% - Gang vụn (các loại gang phế liệu) : 20 ữ 30% - Vật liệu về lò (phế liệu từ lò đúc) : 30 ữ 35% - Thép vụn : 0 ữ 10% Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 37
15. Giáo trình: công nghệ đúc - Ferô hợp kim (FeSi; FeMn ) : 1 ữ 2% Vật liệu tr−ớc khi đ−a vào lò phải đ−ợc lấy theo một tỷ lệ nhất định; phải làm sạch gỉ và các chất bẩn. b/ Nhiên liệu Than lót lò và than mẻ trong lò đúc phải chịu tác dụng của cả cột liệu rất nặng nên than phải có độ bền cơ học và bền nhiệt cao. Khả năng phản ứng của than gọi là hoạt tính. Than dùng tốt cho lò đúc là than có hoạt tính thấp vì dể cháy hoàn toàn (tạo thành CO2B B nhiều và CO ít), tạo ra nhiều nhiệt l−ợng, gang lỏng có nhiệt độ cao; độ ẩm và l−ợng l−u huỳnh trong than càng ít càng tốt. Hiện nay th−ờng dùng các loại than đúc sau: - Than cốc: (10ữ16)% khối l−ợng kim loại/ Mẻ liệu. - Than gầy (than đá có mức độ các bon hoá cao): ở n−ớc ta th−ờng dùng than gầy Đông triều, Mạo khê, tr−ớc khi sử dụng cần nhiệt luyện: nung chậm than gầy trong lò 0 thiếu không khí ở 900ữ1000P CP trong 14 giờ sau đó làm nguội chậm trong vòng 6ữ8 giờ. Sau khi nhiệt luyên than gầy có ít l−u huỳnh hơn có khả năng phản ứng thấp và có độ bền cao. Trong thực tế th−ờng dùng: 20 ữ 22% khối l−ợng kim loại/ Mẻ liệu. - Than đá: ít dùng vì nhiệt trị thấp, độ bền cơ học không cao. c/ Chất trợ dung Dùng để làm loãng xỉ và khử tạp chất. Th−ờng dùng đá vôi (4ữ5% khối l−ợng kim loại/Mẻ liệu); đá huỳnh thạch (chứa CaF2B ):B (<8% khối l−ợng kim loại/Mẻ liệu) hoặc xỉ lò Máctanh có thành phần: 25% SiO2B ,B 40% (CaO+MnO), 20% (FeO+MnO). 9.2.2. Lò nấu gang Th−ờng dùng lò đứng, lò chõ, lò điện. Nh−ng chủ yếu là dùng lò đứng và lò chõ. Lò đứng đ−ợc sử dụng rộng rãi vì cấu tạo đơn giản, tiêu hao nhiên liệu ít, vốn đầu t− thấp, dể thao tác, công suất cao (500ữ25.000 kG gang lỏng/ giờ). Song nhiệt độ gang ra lò 0 không cao (1450P C),P thành phần hoá học của gang không ổn định. Các gang hợp kim cần chất l−ợng cao th−ờng đ−ợc nấu bằng lò điện hoặc lò nồi. a/ Lò đứng nấu gang Cấu tạo lò đứng: Là là loại lò đứng, hình trụ gồm các bộ phận chủ yếu là: bộ phận đỡ lò, thân lò, thiết bị tiếp liệu và thiết bị gió nóng, hệ thống gió và thiết bị làm nguội, ống khói có thiết bị dập lửa, lò tiền và đ−ờng dẫn gang v.v Lò đ−ợc đặt trên cột chống (1) của bộ phận đỡ lò. Thân lò gồm có vỏ ngoài (2) làm bằng thép tấm dày 8ữ10 mm, phía trong xây gạch chịu lửa (3) (gạch samốt, gạch dinát hoặc là gạch nung già). Bộ phận tiếp liệu đ−a than cốc (5) và kim loại (6) vào lò qua cửa tiếp liệu. Lò có 1,2 hoặc 3 hàng lổ mắt gió đ−ợc cấp gió từ quạt gió (19) qua ống gió (9) nằm trên nồi lò. Tên đỉnh ống khói (10) là thiết bị dập lửa (11). Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 38
16. Giáo trình: công nghệ đúc Phần nồi lò là phần không gian từ đáy lò (12) tới ống gió (9). Đáy lò đ−ợc phủ một lớp vật liệu chịu lửa đã nện chặt. Xỉ đ−ợc tháo ra ngoài bằng miệng (18). Toàn bộ lò đ−ợc gá trên 3 trụ đỡ bằng thép. H.9.1. Sơ đồ cấu tạo của lò đứng nấu gang Kích th−ớc lò: QLK - Đ−ờng kính trong của lò: D = (m). 471,.L1 Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 39
17. Giáo trình: công nghệ đúc Trong đó: Q công suất lò (6 ữ 8 tấn/giờ); 3 3 L- Số mP P gió dùng cho 1 kg nhiên liệu (6,5ữ6,8 mP /kg);P 3 2 L1B -B Số mP P gió dùng cho 1mP P tiết diện lò trong 1 phút. K - Tỷ lệ than trong “mẽ liệu” (%) - Chiều cao lò: lò cỡ nhỏ: HoB B = (3ữ5)D m; lò cỡ lớn: HoB =B (2,5ữ4)D (m). - Chiều cao nồi lò (là khoảng cách từ tâm mắt gió chính xuống đáy lò: HnB B = 500ữ700 mm. ∑ Fgio 1 1 - Hệ thống mắt gió: Tỷ lệ mắt gió =ữ; độ dốc của mắt gió: mắt gió chính Flo 4 9 0 0 có độ dốc 10ữ15P ,P mắt gió phụ có độ dốc 15ữ30P ;P lò th−ờng có 3 hàng mắt gió cách nhau 200 mm, hàng mắt gió chính chiếm 75% FgióB .B Quá trình nấu: Sau mỗi lần nấu phải sữa lò: sữa t−ờng lò, lỗ ra gang, ra xỉ, đắp đáy lò rồi chất củi đốt để sấy lò trong 2ữ4 giờ, khi củi to cháy, đổ dần than lót xuống cho đến khi cao hơn mắt gió chính 1,2ữ1,5 m. Sau đó chất vật liệu vào theo từng “mẽ liệu” một theo thứ tự: kim loại (thép vụn, gang thỏi, gang vụn và fêrô) - nhiên liệu - chất trở dung cứ lặp đi lặp lại nh− thế cho đến đầy lò. Chờ 20ữ40 phút cho vật liệu nóng rồi thổi gió vào. Thực chất của quá trình nấu: Quá trình ôxy hoá nhiên liệu và tạp chất để phát nhiệt và quá trình trao đổi nhiệt giữa khí nóng và vật liệu nấu. b/ Lò chõ nấu gang Hiện nay các x−ởng đúc nhỏ đều dùng lò chõ để nấu gang. Ưu điểm cơ bản là cấu trúc rất đơn giản dễ chế tạo, vốn đầu t− rất ít. Nhiên liệu dễ kiếm, chỉ cần than cỡ nhỏ 20- 30 mm, có thể nấu bằng nhiều loại than đá. Song lò chõ có năng suất thấp và thành phần hoá học của gang không ổn định. Lò chõ chỉ phù hợp cho các x−ởng đúc nhỏ, mặt hàng đúc cỡ nhỏ (<60 kG), điều kiện cơ khí hoá thấp. Lò chõ thấp hơn lò đứng, không có bộ phận dập lửa lắng bụi. Thân lò chia làm 2 hoặc 3 đoạn để dễ dàng nâng hạ và tháo lắp. Lò chõ có 2 loại: quay nghiêng và cố định. nghiêng lò H ra gang Mắt gió Hộp gió D Lỗ xỉ Lỗ ra gang H.9.2. Sơ đồ lò chõ nấu gang Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 40
18. Giáo trình: công nghệ đúc Lò có các thông số kỹ thuật sau: - Đ−ờng kính trong của lò: 400ữ500 mm. - Chiều cao của lò: H/D = 2ữ3 là hợp lý. 3 2 - Mắt gió: gió vào lò 110ữ120 mP /mP P .phútP là đ−ợc. - Trọng l−ợng mẻ liệu < 60 kG; tỷ lệ than/gang khoảng 20ữ30%. ch−ơng10 Đúc kim loại màu 10.1. Đặc điểm và công nghệ đúc đồng 10.1.1. Đặc điểm 0 - Hợp kim đồng có nhiệt độ chảy thấp (1073P c),P tính chảy loãng cao có thể đúc đ−ợc những vật đúc phức tạp, rõ nét. Hỗn hợp làm khuôn, lõi nhỏ mịn, cần sơn bột grafit để chống cháy cát. - Vì có tính chảy loãng tốt nên có thể phân bố nhiều vật đúc vào một hòm khuôn có chung một hệ thống rót, đúc đ−ợc các vật mỏng. - Vì có độ co lớn nên đậu ngót phải lớn và đặt ở những chổ tập trung kim loại. - Đồng dể bị ôxy hoá, đồng thanh dể bị thiên tích nên dòng kim loại rót vào khuôn phải thấp và nhanh, chảy êm và liên tục nên ống rót th−ờng hình rắn, nhiều tầng. 10.1.2. Công nghệ đúc đồng a/ Vật liệu nấu - Vật liệu chính: Gồm đồng đỏ kỹ thuật, đồng thanh và đồng thau, hồi liệu. - Hợp kim phụ: Hợp kim đồng + 1 nguyên tố kim loại khác (50%Cu + 50%Al hoặc 80%Cu + 20%Mn) - Chất khử ôxy: Dùng để hoàn nguyên ôxyt kim loại trong hợp kim (90%Cu + 10%P) vì: 5Cu2B 0B + 2P = 10Cu + P2B 0B 5B ;B P2B 0B 5B B tạo thành xỉ nổi lên. - Chất trở dung: Dùng để chống hiện t−ợng hút khí và để kim loại lỏng khỏi bị ôxy hoá đồng thời để tách tạp chất ra thành xỉ. Th−ờng dùng: Than củi hoặc thuỷ tinh lỏng, thạch cao, muối ăn.v.v b/ Lò nấu đồng Th−ờng dùng lò nồi, lò ngọn lửa, lò hồ quang và lò cảm ứng. ở n−ớc ta hiện nay th−ờng nấu đồng bằng nồi grafit đốt bằng than. Nồi grafit xốp, khí dể xâm nhập vào kim Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 41
19. Giáo trình: công nghệ đúc loại lỏng và có độ bền không cao nên phải thận trọng khi vận chuyển. Tr−ớc khi nấu phải 0 sấy nồi bằng củi sau đó cho thêm than để tăng dần lên 600P CP mới chất liệu. 0 Nấu đồng đỏ: Sấy lò đến 900ữ1000P C,P chất một lớp than củi vào đáy nồi và phủ một lớp than củi lên trên. Tiếp tục nung cho đến khi Cu nóng chảy. Sau khi Cu nóng chảy, cho dần Cu + P vào để khử ôxy. Khử xong rót lấy mẫu, để nguội đem bẻ mẫu. Nếu mẫu bị nứt chứng tỏ trong đồng vẫn còn ôxy nên tiếp tục khử hết ôxy rồi mới rót. Nấu đồng thanh thiếc: Sấy lò Nắp lò 0 600ữ700P cP rồi chất liệu theo thứ tự: Lớp cách nhiệt Đầu tiên chất đồng thỏi nguyên chất, Khói nấu cho chảy hết rồi cho đồng cục Gạch chịu lửa vào. Sau khi đồng nóng chảy lập tức Nhiên liệu cho than củi khô lên bề mặt để bảo vệ Nồi lò cho đồng không bị ôxy hoá. Tốt nhất là dùng chất trợ dung lỏng (41ữ47% SiO2B B + 25ữ32% MnO + 10ữ15% Không khí Na2B OB 3B B + 11ữ14% Al2B OB 3B ).B H.10.1. Nấu đồng bằng lò nồi nhiên liệu mazút 0 Khi kim loại đạt đến nhiệt độ 1200P C,P cho hợp kim Cu+P vào để khử ôxy. Sau đó khuấy đều để tách xỉ ra khỏi kim loại. 0 Hợp kim phụ tr−ớc khi cho vào lò phải đ−ợc sấy nóng 110 - 150P C,P Kẽm và thiếc 0 đ−ợc bó thành khối. Khi nhiệt độ hợp kim đạt đến 1160 - 1200P CP thì cho kẽm và thiếc 0 vào, đến nhiệt độ 1250 - 1280P C,P giữ nhiệt khoảng 5 - 10 phút rồi lấy mẫu thử. Nấu đồng thanh nhôm: Nguyên liệu nấu nh− nấu đồng thanh thiếc, còn có thêm Mangan kim loại, sắt mềm, nhôm, hợp kim phụ, hồi liệu, chất khử ôxy. Đầu tiên chất đồng thỏi và sắt vào lò, phủ than củi và chất trở dung có chứa 90% 0 thuỷ tinh vụn và 10% tr−ờng thạch. Khi nhiệt độ đạt 1200P C,P cho Cu-P vào để khử ôxy, sau đó cho hợp kim phụ Cu-Mn hoặc Mn nguyên chất vào và hợp kim Cu-Al cho vào sau 0 cùng. Khi nhiệt độ đạt 1200 - 1250P CP thì đ−a rót. Nấu đồng thau silic: Vật liệu nấu gồm: đồng thau silic đã chế tạo sẵn, hồi liệu, phoi đồng thau đã cô thành thỏi, kẽm và silic tinh thể. Cách chuẩn bị cũng nh− thứ tự chất liệu vào lò nh− nấu đồng thanh thiếc nh−ng kẽm dể bốc hơi nên phế liệu có chứa kẽm và các chất dể cháy để sau cùng. Nhiệt độ rót 0 0 của hợp kim khoảng 980 - 1080P C,P nhiệt độ rót mẫu thử 1000 - 1020P C.P 10.2. Đặc điểm và công nghệ đúc nhôm Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 42
20. Giáo trình: công nghệ đúc 10.2.1. Đặc điểm - Th−ờng đúc trong khuôn cát và trong khuôn kim loại. - Nhôm co nhiều nên hỗn hợp làm khuôn phải có tính lún tốt, độ bền cao, tăng chất dính và chất phụ. - Nhôm có tinh chảy loãng cao nên có thể đúc đ−ợc các vật đúc có thành mỏng tới 2,5 mm và phức tạp. - Nhôm dể hoà tan khí nên ống rót dùng loại hình rắn, bậc. - Đậu hơi, đậu ngót lớn đến 250% khối l−ợng vật đúc. - Không nên dỡ khuôn sớm quá vì nguội nhanh ngoài không khí dể bị nứt. 10.2.2. Công nghệ đúc kim loại a/ Nguyên vật liệu: Gồm 40ữ60% vật liệu cũ và 60ữ40% kim loại nguyên chất. - Kim loại nguyên chất th−ờng dùng: 90%Al + 10%Mn; 50%Al + 50%Cu; 85%Al + 15%Si. - Chất trở dung: để ngừa sự ôxy hoá và tạo xỉ. Th−ờng dùng: 44%KCl + 56%MnCl2B B hoặc 50%NaCl + 35%KCl + 15%Na3B AlFeB 6B .B Những chất này phá huỷ ôxyt nhôm để tạo xỉ. b/ Lò nấu nhôm: Lò nấu nhôm th−ờng dùng: Lò nồi, lò điện trở hoặc lò cảm ứng. c/ Quá trình nấu: Quá trình nấu nhôm khó khăn do sự ôxy hoá 0 mạnh liệt và sự bảo hoà khí khi nung trên 800P C.P Nên th−ờng nấu d−ới lớp chất trở dung, tinh luyện bằng khí hoặc muối rồi biến tính. H.10.2. Lò điện trở nấu nhôm - Nấu d−ới lớp chất trở dung: Chất 1/3 “mẽ liệu” vào lò, trên phủ một lớp chất trở 0 dung rồi tiến hành nấu chảy. Phần “mẽ liệu” còn lại sấy nóng đến 100ữ120P CP (thoát hết n−ớc) rồi cho vào kim loại lỏng trong lò. Để tổ chức đều mịn ta cho vào một số chất biến tính. Khuấy đều rồi thử mẫu, nếu mẫu nguội mà còn sủi bọt thì phải tiếp tục khử ôxy. - Tinh luyện bằng khí: Nấu chảy 1/3 mẽ liệu rồi cho hợp kim phụ và phần còn lại của mẽ liệu vào lò. Khuấy đều rồi thổi khí clo (hoặc N2B )B vào kim loại lỏng, khoảng 5ữ15 phút để tinh luyện: 3Cl2B B + 2Al = 2AlCl3B ↑B + Q Cl2B B + H2B B = 2HCl↑ + Q AlCl3B B và HCl bay lên tạo thành sự sôi mang theo các tạp chất (Al2B OB 3B ,B SiO2B )B và các khí khác thoát ra ngoài. sau đó cũng làm biến tính, thử và rót vào khuôn. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 43
21. Giáo trình: công nghệ đúc Ch−ơng 11 Các ph−ơng pháp đúc đặc biệt 11.1. đúc trong khuôn kim loại 11.1.1. Khái niệm Đúc trong khuôn kim loại là rót kim loại lỏng vào khuôn bằng kim loại. Ph−ơng pháp này có đặc điểm nh− sau: - Khuôn có thể dùng đ−ợc nhiều lần (vài trăm đến hàng vạn lần) tùy thuộc vào kim loại vật đúc. - Vật đúc có độ chính xác cao (cấp 7 ữ 9) và độ bóng bề mặt cao vì độ chính xác và độ bóng bề mặt cao. - Tổ chức hạt kim loại nhỏ mịn (do nguội nhanh) nên cơ tính tốt. - Tiết kiệm đ−ợc vật liệu làm khuôn và điều kiện lao động tốt. Song đúc trong khuôn kim loại có nh−ợc điểm: - Giá thành khuôn đắt nên chỉ dùng trong sản xuất hàng loạt, hàng khối. - Độ dẫn nhiệt của khuôn lớn nên giảm khả năng điền đầy của kim loại, do đó khó đúc vật phức tạp và vật có thành mỏng. - Độ dẫn nhiệt của khuôn lớn nên khi đúc gang dễ bị hoá trắng. - Khuôn, lõi bằng kim loại nên không có tính lún, ngăn trở sự co của kim loại nhiều làm cho vật đúc dễ nứt. Tuy có một số nh−ợc điểm nh−ng do có nhiều −u điểm nên khuôn kim loại ngày nay đ−ợc dùng rất rộng rãi để đúc các vật bằng thép, gang, đồng, nhôm, magiê khi chế tạo các chi tiết nh− ống dẫn khí áp lực cao, secmăng, xilanh của bơm thuỷ lực, bàn là, van, pittông, biên, trục khuỷu, cam và những chi tiết khác 11.1.2. Vật liệu làm khuôn và kết cấu khuôn a/ Vật liệu làm khuôn: Th−ờng dùng là gang, thép hợp kim, thép C và đồng. b/ Vật liệu làm lõi: lõi có thể làm bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp cát đất sét. c/ Vật liệu sơn khuôn: để bảo vệ bề mặt khuôn ta phải sơn khuôn. Vật liệu sơn Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 44
22. Giáo trình: công nghệ đúc khuôn tùy thuộc vào hợp kim đúc. Thành phần sơn th−ờng dùng nh− sau: - Để đúc thép: 50% bột thạch anh + 5,5% đất sét chịu nhiệt + 1,5% xà phòng lỏng + 30% n−ớc. - Để đúc gang: 100g bột thạch anh + 50g thủy tinh lỏng + 1lít n−ớc. - Đúc hợp kim nhôm: 5% bột graphit + 2% dầu nhờn + 10% graphin+65% dầu hoả. - Đúc hợp kim nhôm: 15% bột phấn + 8% bột graphit + 4% thuỷ tinh lỏng + 73% n−ớc. b) Kết cấu khuôn lõi: Cấu tạo của khuôn kim loại tùy thuộc vào vật đúc. Đối với các vật đúc đơn giản, khuôn th−ờng đ−ợc làm 2 nửa t−ơng ứng với hòm khuôn trên và d−ới nh− khi đúc trong khuôn cát. Hai nửa khuôn có thể ghép với nhau bằng bản lề hay chốt định vị. Trên hình 5.1 giới thiệu khuôn kim loại có lõi cát để đúc gang. Khuôn gồm hai nửa 1 và 2, lòng khuôn 3, hệ thống rót 4 (hệ thống rót th−ờng bố trí ở mặt phân khuôn để dễ chế tạo khuôn), gờ khuôn 5 để đảm bảo cứng vững cho khuôn, chốt định vị 6 để lắp hai nửa khuôn với nhau chính xác. Để kẹp chặt khuon lên máy ta dùng gờ 7 có lỗ bắt bulông. Đặt lõi cát 8 nhờ gối lõi 9. Khí trong khuôn thoát ra theo rãnh thoát khí 10 (đặt dọc theo mặt phân khuôn và sâu 0,2 ữ 0,5mm). Để dễ lấy vật đúc ra khỏi khuôn, ta dùng chốt đẩy th−ờng chế tạo thành Hình 11.1- Khuôn kim loại có lõi cát thỏi hình trụ và lắp vào các lỗ 11 ở để đúc gang. thành khuôn. Yêu cầu khuôn khi ghép với nhau phải khít để tránh cho vật đúc khỏi bị bavia. Đối với những vật đúc phức tạp, khuôn gồm nhiều phần ghép lại với nhau, mỗi phần khuôn tạo nên một phần của vật đúc. Gia công khuôn có thể tiến hành bằng đúc rồi gia công cơ để đạt độ chính xác và độ bóng cao. 11.1.3. Quá trình công nghệ đúc trong khuôn kim loại - Làm sạch bề mặt lòng khuôn lõi (sau mỗi lần đúc). Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 45
23. Giáo trình: công nghệ đúc - Sấy khuôn đến nhiệt độ nhất định để hạn chế sự giảm nhiệt độ nhanh của kim loại lỏng làm ảnh h−ởng đến tính chảy loãng. Nhiệt độ sấy khuôn phụ thuộc vào hợp kim đúc và đ−ợc quy định nh− sau: Hợp kim đúc Nhiệt độ sấy Hợp kim đúc Nhiệt độ sấy Gang 200 ữ 350 Hợp kim nhôm, chi tiết không phức tạp. 150 ữ 250 Thép 200 ữ 350 Hợp kim nhôm, chi tiết phức tạp vừa. 250 ữ 350 Hợp kim đồng 0,3mm) và đúc đ−ợc vật phức tạp (đúc đ−ợc lỗ có đ−ờng kính 1,5 ữ 3mm) do kim loại lỏng đ−ợc ép vào khuôn nên có khả năng điền dầy tốt. Năng suất rất cao (100 ữ 200 vật đúc/giờ). - Do đúc trong khuôn kim loại nên vật đúc nguội nhanh, cơ tính tốt. Nh−ng đúc d−ới áp lực có nh−ợc điểm là: - Không dùng đ−ợc lõi cát nên hình dáng bên trong của vật đúc không đ−ợc quá phức tạp. - Kim loại lỏng dẫn vào khuôn d−ới áp lực cao, tốc độ lớn nên làm khuôn mau mòn. ít dùng để đúc kim loại đen vì nhiệt độ chảy của kim loại đen cao làm cho tuổi bền khuôn giảm. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 46
24. Giáo trình: công nghệ đúc Đúc d−ới áp lực dùng để chế tạo các chi tiết phức tạp nh− vỏ bơm xăng dầu, nắp buồng ép, van dẫn khí, kèn đồng Hợp kim để đúc d−ới áp lực th−ờng là hợp kim thiếc, chì, kẽm, magiê, nhôm, đồng. Tất cả những hợp kim này yêu cầu ít lẫn tạp chất sắt (vì sắt có nhiệt độ nóng chảy cao làm giảm tính chảy loãng của hợp kim, nếu sắt ch−a chảy dễ làm cho khuon mau mòn và tạo nên ôxyt sắt làm giảm cơ tính vật đúc); yêu cầu hợp kim ít hoà tan khí vì khí hoà tan tạo nên rỗ khí, tạo nên ôxyt kim loại làm giảm cơ tính vật đúc; yêu cầu hợp kim có khả năng chuyển động dễ dàng khi ở thể lỏng vì đúc d−ới áp lực có tốc độ chuyển động tới hàng ngàn mét/ giờ, nếu kim loại lỏng khó chuyển động thì không điền đầy hết lòng khuôn; yêu cầu hợp kim co ít ở thể lỏng và khi kết tinh vì ng−ợc lại dễ làm vật đúc bị nứt. 11.2.2. Kết cấu khuôn và vật liệu làm khuôn a/ Kết cấu khuôn Khuôn kim loại để đúc d−ới áp lực th−ờng gồm hai nửa, một nửa khuôn cố định và một nửa khuôn di động. Lõi kim loại có nhiều mảnh ghép với nhau nh− đúc trong khuôn kim loại. Ngoài ra, còn có chốt đẩy vật đúc, hộp để kẹp khuôn và các chi tiết phụ khác nh− đinh tán, bulông kẹp Khi thiết kế khuôn cần chú ý: - Vật đúc cần phân bố trong một nửa khuôn để dễ chế tạo khuôn và không bị sai lệch do lắp khuôn gây ra. - Vị trí vật đúc trong khuôn cần đảm bảo dễ lấy ra khỏi khuôn và khi lấy đồng thời đẩy đ−ợc vào các phần của vật đúc để tránh biến dạng. - Số l−ợng vật đúc trong khuôn cần đảm bảo kim loại dễ điền đầy khuôn. Các chi tiết đúc cần đều nhau về khối l−ợng, kích th−ớc để đảm bảo kết tinh cùng một lúc, tránh các khuyết tật đúc (co, nứt). - Đảm bảo dễ tách lõi khỏi vật đúc, muốn vậy h−ớng rút lõi cần bố trí thẳng góc với mặt phân khuôn. - Đảm bảo dẫn kim loại vào khuôn dễ và đầy đủ, dễ tách vật đúc khỏi khuôn. H−ớng của dòng kim loại dẫn vào khuôn cần tránh thẳng góc với nửa khuôn động vì sẽ làm cho khuôn không vững và dễ rỗ khí. - Đảm bảo thoát khí khỏi khuôn dễ dàng. Muốn vậy, ngoài việc khí thoát qua mặt phân khuôn, qua khe hở giữa chốt đẩy và khuôn ng−ời ta còn làm thêm các rãnh thoát khí dọc theo mặt phân khuôn. Bề sâu các rãnh này khoảng 0,07mm đối với vật đúc thiếc, chì; 0,1mm đối với kẽm, magiê; 0,2mm đối với nhôm, đồng. - Khuôn cần đ−ợc gia công chính xác, mặt phân khuôn cần mài nhẵn. b) Vật liệu làm khuôn Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 47
25. Giáo trình: công nghệ đúc Vì chịu áp lực cao, tốc độ dòng kim loại chảy vào khuôn cao nên cơ tính, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn của vật liệu khuôn đúc d−ới áp lực cao hơn khuôn kim loại thông th−ờng. 11.2.3- Máy đúc d−ới áp lực cao a) Máy đúc áp lực thấp Máy đúc áp lực thấp có áp suất ép khoảng 6 ữ 75at. Loại máy này có thể vận hành 0 bằng tay, bán tự động hoặc tự động. Nó chỉ dùng để đúc kim loại có điểm chảy 450P CP thì giữa thành xilanh và pittông tạo thành một màng oxyt dễ làm cho máy bị tắc. Khuyết điểm của máy này là hệ thống pittông xilanh chóng mòn. H.5.2. Sơ đồ máy đúc áp lực b/ Máy đúc áp lực cao Máy đúc áp lực cao có áp suất ép khoảng 100 ữ 200at. Vì có áp suất lớn nên nó khắc phục đ−ợc nh−ợc điểm của loại máy đúc áp lực thấp, có thể dùng để đúc những kim 0 loại màu có điểm chảy > 450P C,P do đó loại máy này đ−ợc dùng phổ biến hơn. 11.3. đúc ly tâm 11.3.1. Khái niệm Đúc ly tâm là rót kim loại lỏng vào khuôn quay, nhờ lực ly tâm mà kim loại lỏng đ−ợc phân bố đều theo bề mặt bên trong của khuôn hoặc điền đầy lỏng khuôn để tạo thành vật đúc. Lực ly tâm tác dụng vào kim loại lỏng tính theo công thức: 2 P = m.r.ωP P Qua công thức trên ta thấy khối l−ợng riêng m của kim loại càng lớn, bán kính Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 48
26. Giáo trình: công nghệ đúc quay r càng lớn, vân tốc quay ω càng lớn thì lực ly tâm càng lớn. Đúc ly tâm có −u điểm sau: - Đúc đ−ợc những chi tiết hình tròn xoay rỗng mà không cần dùng lõi, do đó tiết kiệm đ−ợc vật liệu và công làm lõi. - Không cần dùng hệ thống rót nên tiết kiệm đ−ợc kim loại vật đúc. - Do tác dụng của lực ly tâm nên kim loại điền đầy vào khuôn tốt, có thể đúc đ−ợc vật thành mỏng, vật có đ−ờng gân hoặc hình nổi mỏng. Mặt khác vì kim loại điền đầy khuôn tốt nên không cần đậu ngót bổ sung, do đó tiết kiệm kim loại vật đúc. - Vật đúc sạch do tạp chất, xỉ và phi kim nhẹ có lực ly tâm bé nên không bị lẫn vào kim loại vật đúc. Tổ chức kim loại mịn chặt, không bị rỗ co, rỗ khí do đông đặc d−ới tác dụng của lực ly tâm. Nh−ng đúc ly tâm có nh−ợc điểm sau: - Khuôn đúc cần có độ bền cao vì làm việc ở nhiệt độ cao, chịu tác dụng của lực ly tâm, sức ép của kim loại lỏng lên thành khuôn lớn. - Khó nhận đ−ợc đ−ờng kính lỗ bên trong vật đúc chính xác vì khó định đ−ợc l−ợng kim loại rót vào khuôn chính xác và chỉ thích ứng cho vật tròn xoay rỗng. - Chất l−ợng bề mặt trong vật đúc kém (đối với vật đúc tròn xoay) vì chứa nhiều tạp chất và xỉ. Khuôn quay với tốc độ cao nên cần phải cân bằng và kín, điều này khó đạt đ−ợc chính xác. - Vật đúc dễ bị thiên tích do trọng l−ợng riêng của các nguyên tố kim loại trong hợp kim khác nhau nên chịu lực ly tâm khác nhau. Lợi dụng tính chất này có thể chế tạo những chi tiết có nhiều lớp kim loại khác nhau. Ví dụ: chế tạo bạc lót lớp trong bằng đồng thanh để chống mòn tốt, lớp ngoài bằng thép để độ bền tốt. Do những đặc điểm trên nên hiện nay đúc ly tâm đ−ợc dùng rất rộng rãi để chế tạo những chi tiết hình tròn xoay nh− bạc, ống, xecmăng và một số chi tiết định hình khác bằng thép, gang, kim loại màu và phi kim. 11.3.2. Các ph−ơng pháp đúc ly tâm a) Đúc ly tâm đứng: là đúc ly tâm mà khuôn quay theo trục thẳng đứng. Do khuôn quay theo trục thẳng đứng nên mỗi phần tử kim loại lỏng chịu một lực ly tâm và trọng lực, vì vậy bề mặt tự do của kim loại lỏng sẽ là một đ−ờng parabôlôit. Điều này có thể dễ dàng chứng minh đ−ợc nếu ta lấy điểm A có tọa độ X, Y trên hệ tọa độ Oxy nh− hình bên. Phần tử A chịu một lực ly tâm là: P = m.x.ω2 và chịu tác dụng của trọng lực là: Q = m.g. Hợp lực của P, Q là R tạo với Q một góc là α: P m.x.ω2 ω2 Ta có: tgα = = = x Q m.g g y Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 49 ω
27. Giáo trình: công nghệ đúc Theo tính chất của đ−ờng tiếp tuyến thì: dy ω2 tgα = = x ; do đó: dx g ω2 ω2 dy = x.dx ⇒ y = x2 g 2g Ph−ơng trình này là một đ−ờng parabol. Vậy nếu hình đó quay quanh trục Oy thì nó sẽ tạo thành một mặt parabôlôit. Từ ph−ơng trình này, ta có thể tính đ−ợc số vòng quay của khuôn khi đúc ly tâm đứng nh− sau: Gọi tọa độ bề mặt trong vật đúc X1B ,B X2B ,B Y1B ,B Y2B B nh− trên hình sau: 2 g 2 g Ta có: X1 = 2 Y1; X2 = 2 Y2 ω2 ω2 2 2 g Do đó: X1 − X2 = 2 ()()()Y1 − Y2 = X1 + X2 X1 − X2 ω2 Gọi X1B B + X2B B = 2RtbB B (RtbB :B bán kính trung bình bề mặt trong vật đúc) X1B B - X2B B = ∆ Y1B B - Y2B B = H YB 2g X1B Thay vào trên ta có: 2.Rth .∆ = .H B 2 ω2 B - Y B 1 π.n ⎛1⎞ ở đây, ω: vận tốc góc; ω = ⎜ ⎟ ; 30 ⎝ s ⎠ X2B H = Y 2 g: gia tốc trọng tr−ờng; g = 981 cm/sP P YB 2.981.302 1 ∆ = X1B B - X2B Ta có: 2.R .∆ = .H th 2 2 π .n Y2B H RthB B Vậy: n ≈ 300 ()vg / ph . X Rtb.∆ O Th−ờng, n = 600 ữ 1500 vg/ph. Từ công thức này, ta thấy nếu n cố định, H càng lớn thì ∆ càng lớn, tức là nếu chiều cao vật đúc càng lớn thì chênh lệch bán kính trong của vật đúc càng lớn. Vì vậy, ph−ơng pháp đúc ly tâm đứng chỉ dùng để đúc những vật ngắn. b) Đúc ly tâm nằm Đúc ly tâm nằm là đúc ly tâm mà khuôn quay theo ph−ơng nằm ngang. Để kim loại rải đều theo chiều dài của khuôn, ng−ới ta dùng một máng rót, khi rót kim loại vào khuôn máng rót di chuyển dọc theo trục quay của khuôn. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 50
28. Giáo trình: công nghệ đúc Ph−ơng pháp này khi đúc ống thì chiều dày của vật đúc ở hai đầu không có sự chênh lệch nhau, đ−ờng kính trong và ngoài của vật đúc là những vòng tròn đồng tâm nhau. Nh−ng đúc ly tâm nằm do phải dùng máng rót kim loại nên không thể đúc đ−ợc những ống H.11.4. sơ đồ đúc ly tâm nằm có đ−ờng kính nhỏ. k Số vòng quay của khuôn ng−ời ta tính bằng công thức sau: n = 0 ()vg / ph r Trong đó: r là bán kính của vật đúc (cm); k0B :B hệ số phụ thuộc vào kim loại vật đúc; đúc gang k0B B = 1800 ữ 2500; đúc thép k0B B = 2150 ữ 2730; đúc đồng đỏ k0B B = 2000 ữ 2200; đúc đồng thanh k0B B = 1900; đúc nhôm k0B B = 2600 ữ 3500. Để kim loại chảy đều vào trong khuôn, đôi khi ng−ời ta đặt trục quay của khuôn 0 nghiêng với mặt phẳng ngang một góc α ≤ 5P .P 11.3.3- Khuôn đúc ly tâm Khuôn đúc ly tâm làm việc trong điều kiện rất khó khăn (nhiệt độ thay đổi, chịu áp lực của kim loại lỏng và lực ly tâm). Vì thế, yêu cầu vật liệu làm khuôn cần có cơ tính cao. Ng−ời ta th−ờng dùng gang hợp kim, thép C và thép hợp kim để làm khuôn đúc ly tâm. Để tăng tính thoát khí, vật đúc nguội chậm và khi đúc vật định hình ng−ời ta có thể làm vỏ khuôn bằng kim loại còn phân bên trong bằng cát khuôn, đất sét, thạch cao. Để lấy vật đúc khỏi khuôn, dùng chốt đẩy vật đúc; để làm nguội khuôn cần đặt một hệ thống t−ới n−ớc. 11.4. đúc trong khuôn mẫu chảy 11.4.1- Khái niệm Đúc trong khuôn mẫu chảy thực chất là đúc trong khuôn cát nh−ng mẫu đ−ợc làm bằng vật liệu dễ chảy. Ph−ơng pháp này có −u điểm sau: - Có thể đúc đ−ợc những vật đúc rất phức tạp và đúc đ−ợc những hợp kim khỏ chảy nh− thép không gỉ, thép gió - Độ chính xác và độ bóng bề mặt vật đúc rất cao vì: độ chính xác của mẫu chảy lớn, không có mặt phân khuôn nên không có sự sai lệch khuôn và khuyết tật do lắp ráp khuon gây ra, không có nguyên công rút mẫu nên giảm đ−ợc sai số do việc rút mẫu, rót kim loại lỏng vào khuôn đã đ−ợc nung nóng nên giảm ứng suất nhiệt do đó vật đúc ít bị nứt, cong vênh. Nh−ng có nh−ợc điểm là: c−ờng độ lao động cao, chu trình sản xuất dài, giá thành chế tạo khuôn cao. Đúc trong khuôn mẫu chảy đ−ợc dùng nhiều trong sản xuất hàng loạt để chế tạo các loại dụng cụ nh− dao phay, dao chuốt; chế tạo các loại bánh răng; líp xe đạp; đĩa Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 51
29. Giáo trình: công nghệ đúc môtô; các phụ tùng trong máy nổ vật đúc có khối l−ợng từ 0,02 ữ 100kg; chiều dày đến 0,3mm và đ−ờng kính lỗ đến 2mm. 11.4.2- Công nghệ chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy Quá trình công nghệ đúc trong khuôn mẫu chảy gồm những b−ớc sau: - Chế tạo mẫu gốc: mẫu gốc có hình dáng giống hệt vật đúc, mẫu gốc dùng để chế tạo khuôn ép. Vật liệu để chế tạo mẫu gốc có thể là thép, đồng thau, gỗ, chất dẻo Ph−ơng pháp chế tạo mẫu gốc giống nh− chế tạo mẫu thông th−ờng tức là có thể đúc hoặc gia công cơ khí. Khi chế tạo mẫu gốc cần phải tính đến độ co và l−ợng d− của mẫu gốc, độ co và l−ợng d− của khuôn ép, độ co của vật đúc Một số nơi dùng ngay chi tiết làm mẫu gốc nh−ng nh− thế không chính xác. H.11.5. Quy trình công nghệ đúc trong khuôn mẫu chảy - Chế tạo khuôn ép: Khuôn ép có thể làm bằng kim loại, ximăng hoặc thạch cao. Chế tạo khuôn ép đ−ợc tiến hành bằng gia công áp lực, đúc, gia công cơ khí hoặc đúc rồi gia công cơ khí. Kết cấu của khuôn ép cũng th−ờng chia làm hai nửa khuôn (để dễ lấy mẫu chảy ra khỏi khuôn ép), có hệ thống rót để rót mẫu chảy vào khuôn. Yêu cầu chế tạo khuôn ép chính xác và nhẵn bóng vì nó quyết định độ bóng, độ chính xác của mẫu chảy. - Chế tạo vật liệu dễ chảy: Vật liệu dễ chảy bao gồm nhựa thông, sáp, paraphin, stêarin. Thành phần vật liệu dễ chảy th−ờng dùng nh− sau: 70% nhựa thông + 20% sáp + 10% paraphin. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 52
30. Giáo trình: công nghệ đúc hoặc 30% paraphin + 70% stêarin. 0 Nhiệt độ chảy của vật liệu dễ chảy th−ờng là 50 ữ 90P C.P Yêu cầu vật liệu dễ chảy 0 không đ−ợc mềm ra ở nhiệt độ d−ới 30 ữ 35P C,P đồng thời phải có tính chảy loãng để điền đầy khuôn ép. Ng−ời ta nấu vật liệu dễ chảy trong lò nồi, điện trở hoặc cảm ứng. Khi nấu cần phải khuấy đều và gạt bỏ những tạp chất khác nổi trên vật dễ chảy. - Chế tạo mẫu chảy: ép vật liệu dễ chảy vào khuôn ép với áp suất khoảng 2at. Để nguội cho mẫu đông đặc rồi mở khuôn ép, lấy mẫu và sửa mẫu. - Lắp một số mẫu với nhau thành một nhóm mẫu chảy có chung hệ thống rót: mục đích để tăng năng suất đúc. - Chế tạo khuôn: sơn một lớp dung dịch chịu nhiệt lên nhóm mẫu chảy , thành phần sơn thừng là: 90% bột cát thạch anh + 7% cao lanh + 3% grafit trộn với dung dịch 20% n−ớc thuỷ tinh + 80% n−ớc. Th−ờng sơn 2 ữ 3 lần đối với mẫu nhỏ, 4 ữ 5 lần đối với mẫu lớn. Sau mỗi lần sơn ta rắc một lớp cát thạch anh và sấy ngoài không khí trong 30 ữ 40 phút. Chiều dày lớp sơn cần đảm bảo là 1 ữ 1,5 mm. Sau đó đem nhóm mẫu chảy đã đ−ợc sơn lớp vỏ chịu nhiệt đi làm khuôn cát bằng cách đặt vào trong hòm khuôn và tiến hành làm khuôn trên máy rung (khuôn cát chỉ để tăng sức bền cho lớp vỏ). Sau đó sấy ở 0 nhiệt độ 100 ữ 120P CP để cho mẫu chảy ra ngoài và ta thu đ−ợc khuôn đúc. Đối với những chi tiết nhỏ, có thể không cần làm thêm khuôn cát ở ngoài mà đem nhóm mẫu đã đ−ợc sơn lớp cát chịu nhiệt nhúng vào n−ớc nóng hoặc hơ nóng ở nhiệt độ 0 80 ữ 90P CP làm mẫu chảy chảy ra ngoài và ta thu đ−ợc lòng khuôn. 0 - Sấy khuôn: sấy khuôn trong lò ở nhiệt độ 850 ữ 900P CP để đốt cháy hợp chất dễ chảy còn sót lại, đồng thời tăng độ bền và tăng tính thông khí cho khuôn. - Nấu chảy kim loại, rót kim loại vào khuôn, dở khuôn và làm sạch vật đúc. 11.5. đúc trong khuôn vỏ mỏng 11.5.1- Khái niệm Đúc trong khuôn vỏ mỏng là dạng đúc trong khuôn cát nh−ng thành khuôn mỏng chừng 6 ữ 8mm. Đúc trong khuôn vỏ mỏng có những đặc điểm sau: - Có thể đúc đ−ợc gang, thép, kim loại màu (nh− khuôn cát), khối l−ợng vật đúc đến 100kg, độ chính xác đạt cấp 7. - Khuôn vỏ mỏng là khuôn khô, nhẵn bóng, thông khí tốt, truyền nhiệt kém, không hút n−ớc và bền nên cho phép nhận đ−ợc vật đúc ít rỗ, xốp, nứt và những khuyết tật khác. Đồng thời giảm đ−ợc hao phí kim loại cho hệ thống rót vì không cần hệ thống rót lớn nh− trong khuôn cát. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 53
31. Giáo trình: công nghệ đúc - Do tính truyền nhiệt kém nên khi đúc gang không bị hoá trắng. Nhiệt độ rót có 0 thể nhỏ hơn trong khuôn cát chừng 20 ữ 30P C.P - Đơn giản hoá quá trình dở khuôn và làm sạch vật đúc. Quá trình chế tạo khuôn vỏ mỏng dễ cơ khí hoá và tự động hoá. Hỗn hợp khuôn vỏ mỏng bao gồm bột cát thạch anh với 4ữ6% punvebakêlit (punvebakêlit là hỗn hợp của fênôn và urêtrôpin, nó dễ đông đặc, dễ nhào trộn với cát, cất giữ thuận lợi nh−ng đắt và hiếm). 0 Hỗn hợp khuôn cát và punvêkakêlit có đặc tính là ở nhiệt độ 200 ữ 250P CP phần tử fênôn chảy ra và có khả năng dính kết các hạt cát với nhau, tự hoá cứng tạo nên hỗn hợp 2 khuôn có độ bền khoảng 20 ữ 50 N/cmP .P Sau khi đã hoá cứng, nó không có khả năng 0 chảy ra nữa mặc dù nung nóng đến nhiệt độ cao hơn 250P C.P 11.5.2- Công nghệ chế tạo vật đúc trong khuôn vỏ mỏng Trình tự đúc trong khuôn vỏ mỏng nh− sau: - Ghép mẫu vào tấm mẫu: dùng mẫu bằng kim loại kẹp chặt trên tấm mẫu bằng thép hoặc gang xám. Làm sạch mẫu và tấm mẫu rồi phun lên trên một lớp cách mẫu bằng dầu mazut. 0 - Nung nóng mẫu và tấm mẫu đến nhiệt độ 220 ữ 250P C.P 0 - Lấy mẫu và tấm mẫu ra khỏi lò, quay đi 180P P rồi kẹp chặt với thùng chứa hỗn hợp làm khuôn. 0 - Quay thùng chứa hỗn hợp khuôn cùng với mẫu và tẫm mẫu 180P .P Vật liệu làm khuôn sẽ đè lên mẫu và tấm mẫu. Nhờ mẫu và tấm mẫu nóng nên làm các phần tử fênôn chảy ra và liên kết các hạt cát với nhau. Giữ ở vị trí đó trong khoảng 12ữ20 giây, ta sẽ đ−ợc chiều dày lớp khuôn khoảng 6ữ8mm. - Quay thùng chứa hỗn hợp khuôn cùng với tấm mẫu trở về vị trí ban đầu 0 - Lấy tấm mẫu, mẫu cùng với lớp khuôn vỏ mỏng đem sấy ở nhiệt độ 350 ữ 370P CP trong 1 ữ 2 phút để làm chảy đều những phần tử punvebakêlit còn sót lại, làm dính kết đều các hạt cát, nâng cao độ bền cho khuôn. - Tách khuôn vỏ mỏng khỏi mẫu và tấm mẫu. - Làm một nửa khuôn kia cũng theo trình tự trên. Quá trình làm lõi cũng t−ơng tự nh− quá trình làm khuôn nh−ng làm trên máy thổi cát. Sau đó tiến hành lắp khuôn, lõi: ghép hai nửa khuôn bằng cách dán hoặc kẹp. Để tăng độ bền cho khuôn nhất là khi đúc những chi tiết lớn, sau khi kẹp các nửa khuôn với nhau, ta đem đặt khuôn vỏ mỏng vào hòm khuôn và làm khuôn cát bao bọc xung quanh hoặc kẹp thêm bằng một khung kim loại. Cuối cùng đem rót kim loại vào khuôn, dỡ khuôn và thu nhận vật đúc. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 54
32. Giáo trình: công nghệ đúc 11.6. đúc liên tục 11.6.1- Khái niệm Đúc liên tục là quá trình rót kim loại lỏng đều và liên tục vào một khuôn bằng kim loại, xung quanh hoặc bên trong khuôn có n−ớc l−u thông làm nguội (còn gọi là bình kết tinh). Nhờ truyền nhiệt nhanh nên kim loại lỏng sau khi rót vào khuôn đ−ợc kết tinh ngay. Vật đúc đ−ợc kéo liên tục ra khỏi khuôn bằng những cơ cấu đặc biệt (nh− con lăn, bàn kéo ). Đúc liên tục có các đặc điểm sau: - Có khả năng đúc đ−ợc các loại ống, thỏi và các dạng định hình khác bằng thép, gang, kim loại màu, có tiết diện không đổi và chiều dài không hạn chế; đúc đ−ợc tấm kim loại thay cho cán, đặc biệt là có thể đúc đ−ợc các loại tấm bằng gang. - Kim loại đông đặc dần dần từ phía d−ới lên trên và đ−ợc bổ sung liên tục nên không bị rỗ co, rỗ khí, rỗ xỉ, ít bị thiên tích; có độ mịn chặt cao, thành phần hoá học đồng nhất và cơ tính cao. Vì đúc trong khuôn kim loại nên tổ chức nhỏ mịn, cơ tính cao và chất l−ợng bề mặt tốt. - Năng suất cao, giảm hao phí chế tạo khuôn, không tốn kim loại vào hệ thống rót, phế phẩm ít nên giá thành chế tạo thấp. Nh−ng đúc liên tục có nh−ợc điểm chủ yếu là tốc độ nguội quá nhanh gây nên ứng suất bên trong lớn, làm cho vật đúc dễ bị nứt (nhất là những kim loại có sự chuyển pha ở thể đặc). Cũng vì lý do này kim loại vật đúc bị hạn chế. Để khắc phục hiện t−ợng này, ng−ời ta có thể làm nguội khuôn bằng dầu mà không dùng n−ớc. Ngoài ra còn nh−ợc điểm là không đúc đ−ợc vật phức tạp, vật có tiết diện thay đổi. 11.6.2- Các loại đúc liên tục a/ Đúc ống liên tục: Quá trình đúc tiến hành nh− sau: Tr−ớc tiên kẹp đầu mồi 7 trên tấm đỡ 4. Đ−a tấm đỡ 4 ép sát đáy khuôn 8. Rót kim loại lỏng từ thùng rót 2 qua máng rót 3 vào khuôn đến mức cách mặt trên khuôn 20 ữ 25mm. Khi kim loại đông đặc ta quay vítme 5 bằng động cơ 6 để hạ tấm đỡ 4, đầu mồi 7 đi xuống, do đó kéo vật đúc 7 dần dần ra khỏi khuôn. Khuôn và lõi luôn luôn đ−ợc n−ớc l−u thông làm nguội. Để dễ kéo vật ra khỏi khuôn, nâng cao độ bóng bề mặt vật đúc và hạn chế nứt trên bề mặt vật đúc, trong quá trình đúc, ng−ời ta còn cho khuôn chuyển động khứ hồi dọc theo ph−ơng chuyển động của vật đúc. Tr−ớc tiên cho khuôn chuyển động từ trên xuống d−ới một khoảng 8 ữ 10mm cùng tốc độ chuyển động của vật đúc. Rồi cho khuôn chuyển động thật nhanh một đoạn đ−ờng 2 ữ 3mm, cuối cùng cho khuôn chuyển động từ d−ới lên trên ng−ợc Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 55
33. Giáo trình: công nghệ đúc chiều chuyển động của vật đúc với hành trình khoảng 10 ữ 13mm và tốc độ lớn hơn tốc độ lúc đầu. Cứ thế trong quá trình đúc, khuôn luôn chuyển động khứ hồi: nhờ ma sát giữa thành khuôn với vật đúc làm cho bề mặt vật đúc nhẵn bóng và vật đúc chỉ ra khỏi khuôn sau khi đã chuyển biến pha nên không bị nứt. Để dễ lấy vật đúc ra khỏi khuôn, ng−ời ta còn cho vào thành lòng khuôn, lõi một lớp dầu mazut; l−ợng dầu cần dùng từ 120 ữ 150 (g/tấn) kim loại. Vật liệu làm khuôn và những thông số đúc: vật liệu làm khuôn cần chọn loại dẫn nhiệt tốt, th−ờng để đúc kim loại màu thì khuôn làm bằng hợp kim đồng hoặc hợp kim 0 nhôm, chiều dày khuôn 6 ữ 8mm. Nhiệt độ rót cho mọi hợp kim th−ờng lấy 30 ữ 50P CP trên đ−ờng lỏng, tốc độ rót và chiều cao khuôn tùy thuộc vào hợp kim đúc. Ví dụ khi đúc ống, thỏi có đ−ờng kính 100 ữ 400mm bằng hợp kim silumin chiều cao khuôn 0 100ữ150mm, tốc độ rót 2ữ3 m/h, nhiệt độ rót trên đ−ờng lỏng 30ữ50P C.P b/ Đúc tấm: Quá trình đúc tiến hành nh− sau: Rót kim loại lỏng từ thùng chứa 1 vào cốc rót 2, qua máng dẫn 3 vào khe hở giữa 2 con lăn 4 (bên trong có n−ớc làm nguội và quay ng−ợc chiều nhau) tạo ra tấm 5. Ph−ơng pháp này có thể chế tạo các tấm bằng gang, thép, kim loại màu thay cho cán. Đối với gang có thể đúc đ−ợc tấm mỏng từ 0,7 ữ 1,2 mm. Nhiệt độ rót n−ớc gang từ 1370 ữ 0 1400P C.P Tấm gang ra khỏi khuôn bên ngoài nguội nh−ng bên trong vẫn nóng nên có thể đem dập thành các đồ vật hoặc cắt thành phiến nhỏ. Sau khi ủ ng−ời ta có thể uốn đ−ợc. H.11.7. Sơ đồ đúc tấm. Tr−ờng đại học bách khoa - 2006 56