Kỹ thuật chế tạo máy phần 1 các phương pháp chế tạo phôi; phần 2 nguyên lý cắt gọt kim loại; phần 3 gia công trên máy cắt kim loại; phần 4 quy trình công nghệ chế tạo chi tiết máy

Đối với vật đúc có hình dạng phức tạp thì mẫu và hộp lõi thường được làm hai nửa và lắp ghép với nhau bằng các chốt định vị, hoặc được làm từ nhiều mảnh ghép Mẫu được chuyển sang bộ phận

PHANI CAC PHUONG PHAP CHE TAO PHOI

PHAN A- CHE TAO PHOI BANG PHUONG PHAP DUC

CHUONG I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SẢN XUẤT DUC 1.1 THUC CHAT DAC DIEM CUA SAN XUAT DUC

Đúc là phương pháp chế tạo chỉ tiết bằng rót kim loại lỏng vào khuôn có hình dạng nhất định Sau khi kim loại đông đặc trong khuôn ta thu được vật phẩm có hình dạng kích thước phù hợp với yêu cầu Vật phẩm đúc ra có thể đem dùng ngay được gọi là chi tiết đúc Nếu vật phẩm qua gia công cơ để nâng cao độ bóng, độ chính xác gọi là phôi đúc

Đúc trong khuôn cát được dùng khá phổ biến bởi vì nó đơn giản, rẻ tiền nhưng khuôn chỉ dùng một lần, độ bóng chính xác thấp Ngày nay người ta còn dùng phương pháp đúc đặc biệt như: đúc trong khuôn kim loại, đúc dưới áp lực, đúc ly tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc liên tục nhằm nâng cao

độ bóng, độ chính xác và nâng cao năng suất

Vi du: Dic dưới áp lực đạt độ bóng Về độ chính xác đến 0,Ø75mm

Đặc điểm của sản xuất đúc có những ưu nhược điểm chủ yếu sau:

Về ưu điểm:

- Đúc có thể đúc nhiều loại vật liệu khác nhau, thường là gang, thép, kim loại màu và hợp kim của chúng Khối lượng từ vài gam đến hàng tấn

- Chế tạo được vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp như thân máy công cụ,

vỏ động cơ, tượng v.v mà các phương pháp khác chế tạo khó khăn hoặc không chế

tạo được

- Độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bóng có thể đạt khá cao nếu

dùng phương pháp đúc đặc biệt (ví dụ chính xác có thể đạt được dung sai 0,001mm

và độ bóng V 7+~vV 8)

- Có thể đúc nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc hoặc cơ tính mặt ngoài và bên trong vật đúc khác nhau v.v

- Đúc có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá

- Vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất tương đối cao cho nên giá thành vật đúc tương đối rẻ m"

KTCIM * 5

Vé nhuoc diém:

- Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót Ví dụ đúc nhôm, hợp kim

nhôm lượng kim loại hao phí đến 25% so với vật đúc

- Đúc dễ gây ra khuyết tật như thiếu hụt, rỗ khí, cháy cát v.v làm cho tỷ lệ phế phẩm có khi khá cao

- Đúc trong khuôn cát và làm khuôn bằng tay thì độ chính xác, độ bóng và năng

.suất thấp Ví dụ đúc trong khuôn cát và làm khuôn bằng tay đạt chính xác 2mm Độ

bóng V3

- Khó kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc

Đúc phát triển mạnh mẽ và được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

Khối lượng vật đúc chiếm khoảng 40 — 80% tổng khối lượng của máy móc Trong

ngành chế tạo máy khối lượng vật đúc chiếm 85 — 90% mà giá thành chỉ chiếm 20 — 25% Trong nhiều ngành ôtô, máy kéo, máy bơm, máy nén, động cơ điện khối lượng vật đúc chiếm 75 — 80%

1.2 KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT

Đúc trong khuôn cát là phương pháp đúc thực hiện bằng cách rét hop kim long đúc vào khuôn làm bằng cát (hỗn hợp làm khuôn gồm cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ ) có hình dạng, kích thước nhất định, sau khi hợp kim đúc đông đặc và nguội ta tháo dỡ khuôn lấy vật phẩm đúc có hình dạng kích thước hợp lý

Đúc trong khuôn cát là phương pháp đúc được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

vì phương pháp đúc này yêu cầu đơn giản, tính chất sản xuất linh hoat 1 nén pht hop được với mọi quy mô va điều kiện sản xuất

Ngoài đặc điểm chung của phường pháp đúc trong khuôn cát nó còn có nhược điểm:

- Độ bóng bề mặt vật đúc thấp, độ chính xác về kích thước thấp Sai số kích thước có thể đạt tới 2mm hoặc lớn hơn

- Năng suất thấp vì mỗi khuôn chỉ đúc được một lần

1.2.1 SO DO QUA TRINH SAN XUẤT ĐÚC

Quá trình sản xuất đúc được mô tả bang so đồ sau (hình 1.1)

1.2.2 VÍ DỤ (hình1 2)

Muốn đúc 1 chỉ tiết ống nối:

- lrước hết phòng kỹ thuật phải căn cứ vào bản vẽ chỉ tiết (hình 2a) để thiết kế

bản vẽ vật đúc (hình 2b)

- Bản vẽ vật đúc khác bản vẽ chi tiết ở chỗ có thêm ký hiệu mặt phân khuôn (để xác định vị trí vật đúc trong khuôn), lõi, độ đốc đúc và các kích thước tương ứng trên bản vẽ có cộng thêm cả lượng dư gia công cơ và dung sai đúc (sai số cho phép về kích thước của vật đúc)

- Bản vẽ vật đúc từ đó người ta vẽ bản mẫu và chuyển đến bộ phận mộc mẫu để

chế tạo mẫu (hình 2c) và hộp lõi (hình 2đ),lõi (hình 2e)

6 * KTCTM

Hình 1.1 Sơ đồ guá trình sản xuất đúc

Mẫu tạo ra lòng khuôn đúc tức là hình dáng bên ngoài vật đúc, còn lõi được chế tạo từ hộp lõi, lõi tạo ra hình dáng bên trong của vật đúc

Đối với vật đúc có hình dạng phức tạp thì mẫu và hộp lõi thường được làm hai nửa và lắp ghép với nhau bằng các chốt định vị, hoặc được làm từ nhiều mảnh ghép

Mẫu được chuyển sang bộ phận làm khuôn, tại đây người ta dùng mẫu và hỗn -

hợp làm khuôn để chế tạo ra khuôn

| Khuôn thường được làm thành hai nửa (hình 2f) Dé dẫn kim loại lỏng vào khuôn phải dùng hệ thống rót: cốc rót 2, ống rót 3, rãnh lọc xỉ 4, rãnh dẫn 5 (hình 20)

Hộp lõi được chuyển đến bộ phận làm lõi và tại đây người ta dùng hỗn hợp làm lõi để chế tạo ra lõi

Khuôn và lõi được đem sấy khô rồi lắp ráp lại với nhau thành khuôn đúc và kim loại mỏng được rót vào phếu rót rồi theo hệ thống rót đi vào lòng khuôn

KTICIM*7

13, DAC DIEM CUA PHOI DUC TRONG CHE TAO MAY

Trong ché tao may thường dùng các loại phôi đúc, rèn dập, cán, hàn nhưng phôi đúc chiếm tỷ lệ lớn hơn cả Bởi vì chỉ có đúc mới tạo được phôi có hình dạng phức tạp, kích thước trọng lượng lớn, mà phôi đó trong chế tạo máy rất cần như các thân của máy công cụ (máy tiện, máy khoan, máy doa, máy bào, máy dọc, máy phay, máy mài ) các bánh răng

- Khi chi tiết phức tạp khối lượng lớn thì người ta đúc trong khuôn cát để tạo phôi

_.~ Khi chi tiết cần cơ tính cao, độ chính xác kích thước (0,3 — 0,6mm) phôi được

chế tạo bằng phương pháp đúc trong khuôn kim loại

- Khi chi tiết có dạng tròn xoay như phôi chế tạo xéc măng, bạc người ta

CHUONG II

DUC TRONG KHUON CAT

2.1 CẤU TẠO VA CAC BO PHAN CO BAN CUA KHUON DUC |

2.1.1 SƠ ĐỒ CẤU TẠO KHUÔN ĐÚC BẰNG CÁT

Khuôn đúc bằng cát có cấu tạo như hình vẽ (hình 2.1)

1 Khuôn trên; 2 Lòng khuôn; 3 Hệ thống rót; 4, 5 Đậu ngót (đậu hơi); 6 Lõi;

7 Khuôn dưới; § Hòm khuôn dưới; 9 Hòm khuôn trên; 1Ô Mặt phân khuôn

2.1.2 CAC BO PHAN CO BAN CUA KHUON DUC

a) Hòm khuôn

Dùng để chứa khuôn (hỗn hợp làm khuôn) thông thường gồm hai hòm khuôn:

Hòm khuôn trên và hòm khuôn dưới, cũng có thê là ba hoặc nhiều hòm khuôn tuỳ

thuộc vào mức độ phức tạp của vật đúc Hỗn hợp chứa trong hòm khuôn là cát, đất sét, chất phụ, chất dính kết người ta gọi là hỗn hợp làm khuôn

b) Lòng khuôn

Lòng khuôn là phần không gian rỗng trong khuôn, nó được tạo ra bởi mẫu Hình dáng kích thước của lòng khuôn giống như hình dáng kích thước của vật đúc và mẫu (trừ phần tại gối mẫu)

~ KTCTM * 9

phải đạt được các yêu cầu sau: 1 Dòng kim loại chảy vào khuôn :

phải liên tục và êm không tạo ra dòng _ Hình 2.2

may xoáy (tránh sây nt lở hệ thống 7 Cøc ;ðy; 2 Ống rót; 3 Rãnh lọc xỉ;

rót, lòng khuôn và lõi) và không có TU cư, —

hiện tượng phun bắn 4 Rãnh dân; 5, 6 Đậu ngót

2 Phải giữ lại được xỉ và tạp chất trong hệ thống rót, không cho chảy vào

khuôn

3 Phải đảm bảo toàn bộ lòng khuôn được điền đầy hợp kim đúc, để vật đúc không bị thiếu hụt _

— Để đảm bảo được các yêu cầu trên khi bố trí hệ thống rót trong khuôn phải chú

ý một số nguyên tắc sau đây: |

- Không đặt rãnh dẫn ngay dưới ống rót

- Không được đặt rãnh dẫn ở mép tận cùng của rãnh lọc xi

- Cốc rót hình chậu (hình 2.3b):

Cốc rót hình chậu có cấu tạo như hình (2.3b) một bên sâu, một bên nông, khi

rót kim loại lỏng vào phần lõm sâu, dòng xoáy sinh ra nằm cách miệng ống rót, xi và

10 * KTCTM

tạp chất khi kim loại nhẹ bị dồn vào tâm xoáy, không chảy vào ống rót, thể tích cốc rót hình chậu lớn, chứa được nhiều kim loại lỏng làm cho kim loại lỏng chảy vào Cốc '

Trong qua trinh rót nếu đảm bảo kim loại lỏng đầy cốc, thì xi và tạp chất sẽ nổi

lên trên, không bị dòng kim loại cuốn vào ống rót

Cốc rót hình chậu có nhược điểm tốn kim loại đúc vì vậy thường dùng cho khuôn đúc lớn, yêu cầu chất lượng vật đúc cao

Ngoài hai kiểu cốc rót thông dụng trên trường hop yêu cầu chất lượng vật đúc cao, hợp kim lỏng phải được lọc xỉ tốt thì có thể dùng các kiểu cốc rót đặc biệt

Kiểu cốc này có màng lọc ở đáy làm bằng hỗn hợp làm khuôn Trước khi rót

hợp kim lỏng vào cốc, trên màng lọc được đậy một tấm sắt tây mỏng Nhờ vậy khi rót

hợp kim lỏng vào tấm sắt tây chưa bị chảy ngay, hợp kim lỏng sẽ bị chứa đầy cốc tạo điều kiện xỉ nổi lên trên cho tới khi tấm sắt tây nóng chảy, hợp kim lỏng sẽ chảy qua màng lọc xuống ống rót đi vào lòng khuôn (trong quá trình rót phải đảm bảo kim loại

lỏng trong cốc luôn đầy)

- Cốc rót có nút tự nổi: làm bằng hỗn hợp làm khuôn kiểu cốc rót này có tác

dụng giữ xỉ tốt (hình 2.3e)

KTCTM * 11

Trước khi rót nút day kin miệng ống rót Sau khi rót nút vẫn đậy kín cho tới khi hợp kim lỏng trong cốc đạt tới mức nhất định (lúc này xỉ đã kịp nổi lên trên) nút mới

tự nổi lên để hợp kim lỏng tự chảy vào ống rót

* Ống rót (hình 2.4)

Hình 2.4

Ống rót dùng dẫn hợp kim lỏng từ cốc rót đến rãnh lọc xỉ, kết cấu và kích thước

ống rót ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ chảy của dòng hợp kim lỏng vào khuôn, chiều cao của ống rót ảnh hưởng tới áp lực của hợp kim tác dụng lên hệ thống rót và lòng khuôn Chiều cao ống rót càng lớn, thì áp lực hợp kim lỏng tác dụng lên hệ thống rót và thành khuôn càng lớn, dòng hợp kim lỏng chảy vào khuôn càng mạnh dễ gây xói lở lòng khuôn cuốn theo hỗn hợp làm khuôn vào vật đúc song lại có tác dụng bổ ngót tốt Thông thường chiều cao ống rót phải cao hơn nơi cao nhất của lòng khuôn (mặt cao nhất của vật đúc trong khuôn) một khoảng 100 — 200mm

Ống rót thường có tiết diện tròn, trên to dưới nhỏ (đường kính ống phía trên lớn

hơn đường kính ống phía dưới khoảng 10 — 15%)

Ống rót có nhiều kiểu: ống rót thẳng, ống rót nhiều bậc, ống rót hình rắn v.v

Thông thường nhất là kiểu ống rót thẳng (2.4a) có kết cấu đơn giản dễ làm

khuôn lại bảo đảm hợp kim lông chảy đến vào ống xi lọc (do tiết diện ống trên to dưới nhỏ nên hợp kim lỏng trong ống luôn đầy) Được dùng nhiều trong khuôn đúc

gang và đúc thép

Còn hai kiểu ống rót bậc và ống rót hình rắn ( 2.4b) có đặc điểm là chiều cao lớn, kết cấu gấp khúc hoặc lượn sóng, khó chế tạo song có ưu điểm là dòng hợp kim lỏng chảy vào khuôn có tốc độ lớn áp lực lớn nhưng êm có tác dụng điền đầy khuôn tốt mà không gây xói lở hệ thống rót vào lòng khuôn

Hai kiểu ống rót này được dùng trong khuôn đúc hợp kim màu có nhiệt độ nóng chảy thấp như nhôm, Magiê

* Ranh loc xt (hinh 2.5)

Ranh lọc xỉ có tác dụng tiếp tục lọc xi trong hop kim long trước khi chảy vào

lòng khuôn

12 * KTCTM

Do có tác dụng như vậy nên rãnh loc xi duoc bố trí ngay dưới ống rót và ở bên trên các rãnh dẫn (ngay tại mặt phân khuôn của nửa khuôn trên)

fe

Hinh 2.5 Ranh lọc xỉ có nhiều kiểu, thông dụng nhất là kiểu rãnh thẳng có tiết điện hình thang (2.5a), tam giác (2.5b), bán nguyệt (2.5c), rãnh lọc xỉ tiết diện hình thang cố ưu điểm dễ nổi xỉ và tổn thất nhiệt hợp kim lỏng tương đối ít, nên thích hợp dùng cho khuôn đúc gang

Còn hai kiểu rãnh tiết diện kia có ưu điểm là tổn thất nhiệt hợp kim lỏng ít hơn, nhưng khó nổi xỉ hơn vì vậy thích hợp cho khuôn đúc thép

* Ranh dẫn (hình 2.6)

Rãnh dẫn có tác dụng dẫn hợp kim lỏng từ rãnh lọc xỉ vào lòng khuôn Rãnh dẫn có tác dụng khống chế tốc độ và hướng của dòng hợp kim lỏng chảy vào khuôn Rãnh dẫn có nhiều kiểu thường dùng nhất là rãnh dẫn thẳng tiêu chuẩn Tiết diện của rãnh dẫn có thể là hình thang (2.6a), tam giác (2.6c) hoặc bán nguyệt (2.6b)

Thông thường nhất là tiết diện hình thang vì loại tiết diện này có ưu điểm sau:

- _ Dễ nổi xỉ trong ống rãnh

- _ Dễ cắt rãnh khỏi vật đúc

KTCIM * 13

_ Rãnh dẫn có tiết diện không thay đổi theo suốt chiều dài kích thước và số lượng rãnh dẫn phụ thuộc vào khối lượng, chiều dài dày thành và độ phức tạp về kết cấu

vật đúc

l Trường hợp đúc các vật đúc có kết cấu đặc biệt người ta còn dùng các kiểu rãnh dẫn đặc biệt (hình 2.7) rãnh dẫn nhiều tầng (2.7a) dùng khi vật đúc cao và to, rãnh dẫn kiểu khe mỏng có ụ tích xỉ (2.7b) dùng khi đúc vật đúc bằng hợp kim nhẹ (nhôm, magiê v.v ) thành mỏng, rãnh dẫn kiểu mưa rơi (2.7c) dùng khi đúc vật đúc bằng gang hoặc hợp kim đồng có kích thước lớn

Đậu hơi có tác dụng chính thoát khí từ lòng

khuôn ra ngoài và báo mức kim loại lỏng trong lòng

khuôn khi rót

Cũng có trường hợp đậu hơi còn có tác

dụng bổ sung kim loại bị co ngót trong quá trình

“đông đặc

Do có tác dụng chủ yếu trên, đậu hơi được bố

trí tại nơi cao nhất của lòng khuôn

với tiết diện tròn hoặc chữ nhật

Đậu ngót có tác dụng bổ sung kim loại cho vật

đúc bị co ngót trong quá trình đông đặc và làm nguội

Đậu ngót chỉ dùng ở khuôn đúc kim loại, hợp kim có tính co ngót lớn Ví dụ như đúc gang dẻo, gang trắng, thép, hợp kim màu v.v và cả trường hợp đúc gang xám có khối lượng vật đúc lớn, dày thì khuôn phải có đậu ngót còn nếu đúc vật đúc gang xám khối lượng nhỏ thành mỏng thì không cần đậu ngót

Do nhiệm vụ bổ sung kim loại nên đậu ngót thường được bố trí tại nơi tập trung nhiều kim loại nhất của vật đúc vì tại đó kim loại thường đông đặc sau cùng và bị co ngót nhiều nhất

14 * KTCTM

2.2 NGUYEN TAC CHON CHO DAN KIM LOẠI VÀO KHUÔN

2.2.1 Ý NGHĨA

Trong hệ thống rót, rãnh dẫn có tác dụng dẫn kim loại lỏng từ rãnh lọc xỉ vào khuôn theo một hướng nhất định vì thế rãnh dẫn có ảnh hưởng trực tiếp đến hướng đông đặc cũng như tốc độ đông đặc của vật đúc trong khuôn

Nếu rãnh dẫn kim loại lỏng vào khuôn đặt tại phần mỏng nhất của vật đúc, thì quá trình đông đặc ở vật đúc sẽ xảy ra đồng thời Ngược lại nếu rãnh dẫn kim loại vào khuôn đặt tại phần đúc dày nhất thì quá trình đông đặc ở vật đúc sẽ xảy ra theo một hướng nhất định từ mỏng đến dày

Chính vì vậy mà việc bố trí chỗ dẫn kim loại vào khuôn, việc xác định vị trí rãnh dẫn trong khuôn đúc là một khâu quan trọng, ảnh hưởng lớn đến chất lượng vật đúc Rãnh dẫn được bố trí ở vị trí thích hợp sẽ đảm bảo hợp kim lỏng điền đầy lòng khuôn tốt, đồng thời tránh được khả năng tạo ra rỗ co và ứng suất vật đúc sau này

2.2.2 NGUYÊN TẮC CHỌN CHỖ DẪN KIM LOẠI VÀO KHUÔN

Để đảm bảo được việc đúc có chất lượng tốt việc bố trí chỗ dẫn hợp kim lỏng vào khuôn phải dựa theo một số nguyên tắc sau đây:

1) Khi đúc các vật đúc bằng gang có mức độ graphit hoá cao (gang xám có hàm lượng cácbon cao, tính co ít), chiều dày thành vật đúc chênh lệch không nhiều, ít khả năng tạo thành rỗ co thì nên dẫn kim loại lỏng vào nơi thành mỏng nhất để quá trình đông đặc xảy ra đồng thời trên toàn vật đúc và có tốc độ nguội tại các nơi đồng đều 2) Đối với các vật đúc bằng gang hàm lượng cácbon thấp có nhiều chỗ dày nên dẫn kim loại vào chỗ dày nhằm mục đích làm cho vật đúc nguội lạnh từ nơi tiết diện

bé nhất đến nơi tiết diện lớn nhất Như vậy sẽ khử được ứng suất bên trong (vì vật đúc nguội từ từ) và phần tiết diện lớn đông đặc sau cùng sẽ được đậu ngót bổ sung

3) Đối với vật đúc tròn xoay nên bố trí rãnh dẫn tiếp tuyến với thành khuôn tạo cho dòng hợp kim lỏng quay tròn trong lòng khuôn theo một hướng Như vậy sự điền đầy khuôn sẽ tốt, xỉ dễ tập trung vào giữa và nổi lên đậu hơi

4) Tuỳ thuộc vào kết cấu và kích thước cụ thể của vật đúc và khuôn mà ta chọn

cách dẫn kim loại vào khuôn có thể từ trên xưống khi vật đúc thấp và đúc trong một hòm khuôn, từ giữa vào khi đúc vật cao, trung bình hai hoặc nhiều hòm khuôn, dẫn từ đưới lên khi đúc vật đúc yêu cầu chất lượng cao, chiều cao lớn và đúc kim loại màu

KTCTM * 15

CHUONG III HON HOP LAM KHUON VA LAM LOI

3.1 YEU CAU DOI VOI HON HOP LAM VA KHUON LOI

3.1.1 TINH DEO

Tính dẻo của hỗn hợp làm khuôn lõi là khả nang biến dạng vĩnh cửu của nó sau khi bỏ tác dụng của ngoại lực Tính dẻo cần có để tạo lòng khuôn rõ nét theo đúng: hình dạng kích thước của mẫu và hộp lõi

Tính dẻo tăng khi thành phần nước trong hỗn hợp tăng đến 8% đất sét và chất dính kết tăng, cát hạt nhỏ

3.1.2 ĐỘ BỀN

Độ bền của hỗn hợp là khả năng chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ Khuôn, lõi cần có độ bền để không bị phá huỷ khi vận chuyển, lắp ráp và chịu

áp lực tĩnh, động của kim loại lỏng lúc rót vào khuôn

Độ bền của hỗn hợp càng tăng khi: hạt cát càng nhỏ, không đều và sắc cạnh, độ mịm chặt của hỗn hợp tăng, lượng đất sét tăng, lượng nước tăng đến 8% Khuôn tươi

có sức bền nén < 6 + 8 N/cm”, khuôn khô có sức bền nén < 8 + 10 N/cmứ

Để đánh giá độ bền người ta dùng giới hạn bền nén, kéo, cắt, uốn

Giới hạn bền nén tính theo công thức sau:

| N ]

F — Dién tich tiét dién ngang của mẫu thử (cm)’

Kích thước của mẫu thử được quy định như sau:

có thể thoát.ra ngoài được)

16 * KTCTM

Tính thông khí của hỗn hợp làm khuôn tăng khi cát hạt to và đều, lượng đất sét

và chất dính kết ít, độ đầm chặt của hỗn hợp giảm, chất phụ nhiều và lượng nước 4%

Để đánh giá khả năng thoát khí của hỗn hợp làm khuôn người ta dùng độ thông khí “K” trị số của K được xác định theo công thức sau:

~ 100.F, p.t

Q - Lượng không-khí thổi qua mẫu (cm));

L- Chiều dài của mẫu (cm);

.F- Diện tích tiết điện ngang của mẫu (cm?);

p- Ấp suất của khí trước khi qua mẫu x)

t— Thời gian thông khí thoát qua mẫu (phút)

3.1.5 TINH BEN NHIET

Tính bền nhiệt của hỗn hợp là khả năng không bị cháy, chảy và mềm ra ở nhiệt

độ cao Nếu tính bền nhiệt kém thì khi rót kim loại lỏng vào khuôn, hỗn hợp sẽ chảy, cháy và hình thành một lớp vỏ cứng bám trên bề mặt vật đúc gây khó khăn cho gia công cất gọt Tính bền nhiệt còn cần để hỗn hợp không bị biến dạng khi rót kim loại lỏng vào khuôn, do đó bảo đảm cho hình dáng vật đúc giống như lòng khuôn

Tính bền nhiệt tăng khi lượng cát thạch anh S¡O; tăng, cát hạt to và tròn, các tạp chất dễ chảy (Na,O, MgO, K,O, CaO, Fe,O;) trong hỗn hợp ít Tổng số những chất

dễ bị chảy khi đúc được qui định đối với từng loại vật liệu:

- Đúc thép không quá 1,5 +2%

- Đúc gang không quá 5 + 7%

- Đúc kim loại màu 1,0 + 12%

— Khối lượng của hỗn hợp khô | |

Độ ẩm tăng khi lượng nước trong hỗn hợp tăng Độ ẩm tăng làm cho tính dẻo

và độ bền của hỗn hợp tăng Nhưng độ ẩm khong | vượt quá giới hạn 6 — 8% Nếu quá giới hạn này sẽ làm cho sức bền, tính thông khí giảm, hỗn hợp không dẻo nữa mà dễ dính vào mẫu khi làm khuôn "

Thường người ta qui định.độ- ẩm:

ene 1 “TRUONG ĐẠI HỌC GIÁO THONG VAN TÀI PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỔ HỖ CHÍ MINH

độ cao hỗn hợp không mất tính sẵn có của nó

Tính bền lâu xác định theo công thức:

C= vi x 100%

1

R, — Sức bền sẵn có của hỗn hợp

R; - Sức bền sau thời gian sử dụng nhất định

3.2 VẬT LIỆU LÀM KHUÔN VÀ LÀM LÕI

Vật liệu làm khuôn và lõi gồm chủ yếu là cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ

3.2.1 CÁT

Thành phần chủ yếu của cát là là SiO, (thạch anh), ngoài ra còn có ít đất sét và các tạp chất lẫn như Al,O;, CaCO;, Fe;O;

* Phân loại cát theo nơi lấy cát

- Cát sông: hạt tròn, tính lún tốt, thông khí tốt, nhưng khó dính với nhau nên sức bền kém

- Cát núi: hạt sắc cạnh, dễ dính với nhau, do đó sức bền tốt, nhưng tính thông khí kém

* Phân loại theo độ hạt:

Người ta xác định độ hạt của cát theo kích thước rây Số hiệu rây gọi theo kích thước lỗ của nó (tức là kích thước hạt) Người ta phân cát ra các nhóm sau:

* Phân loại cát theo lượng chứa đất sét

Người ta chia ra các loại sau:

* Phan loai cat theo thành phần thạch anh SiO„

Người ta chia ra các loại sau:

b) Ky hiéu cat va chon cat

Người ta ký hiệu cát theo thành phần thạch anh và độ hạt Vi du: cat 2K063A,

Ở đây: 2K_ - là loại cát thạch anh sé 2 (96% SiO,)

II -—làcátnửamỡ _

063, 016 — là độ hạt (kích thước trung bình của hạt)

A - là cát ởrây trung bình của bộ 3 rây nhiều hơn 50%

B_ - là cát ởrây nhỏ nhất của bộ 3 rây nhiều hơn 50%

Chọn cát: Tuỳ thuộc khối lượng vật đúc, kim loại vật đúc mà người ta chọn loại cát, thành phần và độ hạt nhất định

- Vật đúc có khối lượng càng lớn, ta chọn cát có độ hạt càng to (để tăng tính thông khí cho khuôn)

Vị dụ: Để đúc gang xám khối lượng vat đúc 200g trong khuôn tươi ta chọn cát

gây (T), độ hạt 01, 016, 02, 04

Đúc thép khối lượng 500g ta dùng cát thạch anh (K) độ hạt 016, 02

3.2.2 ĐẤT SÉT

Thành phần chủ yếu của đất sét là cao lanh mAl;O; nSiO;.qH;O, ngoài ra còn

có một số tạp chất khác như CaCO;, Fe;O;, Na;CO: Đặc điểm của đất sét là dẻo dính khi có lượng nước thích hợp Khi sấy khô thì độ bền tăng nhưng giòn, dễ vỡ, không bị cháy khi rót kim loại vào khuôn

KTCTM * 19

a) Phan loai dat sét

* Phân loại theo thành phần khoáng chất -

- Đất sét bentônit (B) thành phần chủ yếu là AI;O; 4SiO,.nH,O Nó là loại đất sét trắng rất dẻo, dính Thường dùng để làm khuôn quan trọng, cần độ dẻo, độ bền cao

- Đất sét thường hay cao lanh (®): là loại đất:sét sẵn có trong thiên nhiên, thành phần chủ yéu 14 Al,O,, 2SiO,, 2H,O Loai nay dung để làm khuôn đúc thường, không quan trọng lắm

* Phan loại theo khả năng dính kết

Loại dính kết ít (M) để làm khuôn đúc kim loại màu, vật đúc bằng gang nhỏ và vừa

Loại dính kết vừa (€)

Loại dính kết bền ( I1 )

Loại rất bền (B)

*# Phản loại theo khả năng bền nhiệt

NhómÏI: Bền nhiệt cao, chịu nhiệt độ > 1580°C

Nhóm]I: Bền nhiệt vừa, chịu nhiệt độ 1350 + 1580°C

Nhóm II: Bên nhiệt thấp, chịu nhiệt độ < 1350°C

* Theo luong chia SiO,

Để đúc gang: dùng loại cao lanh, khả năng dính kết và chịu nhiệt vừa, bền và rất bền (phụ thuộc khối lượng vật đúc) cho cả khuôn tươi và khuôn khô

3.2.3 CHẤT DÍNH KẾT

a) Yêu cầu đối với chất dính kết

- Khi trộn vào hỗn hợp, chất dính kết phải phân bố đều

- Không làm dính hỗn hợp vào mẫu và hộp lõi

- Khô nhanh khi sấy và không sinh nhiều khí khi rót kim loại vào khuôn

20 * KTCTM

- Tăng độ dẻo, độ bền và tính bên nhiệt cho khuôn và lõi

- Dễ phá khuôn lõi, rẻ tiền, dễ kiếm không ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân b) Các loại chất dính kết |

* Dau (Ddu lanh, ddu béng, dau trdu )

Dem trộn với cát và sấy ở nhiệt độ 200 + 250°C, dầu bị ôxy hoá và tạo thành những màng ôxýt hữu cơ bao quanh các hạt cát làm chúng dính kết chắc với nhau

* Các chất hoà tan trong nước ` oe |

- Nước đường: Dùng để làm khuôn lõi đúc thép Loại này khi sấy bề mặt khuôn

sẽ bền, cứng nhưng bên trong vẫn dẻo và bảo đảm tính thông khí, tính lún tốt Khi rót kim loại lỏng vào khuôn nó bị chay, do đó tang tính xốp, tính lún, khả năng thoát khí cho khuôn

- Bột hồ: loại này hút nhiều nước, tính chất tương tự như nước đường, dùng làm khuôn tươi rất tốt

b) Chất sơn khuôn

Để tăng độ nhắn bóng và tính chịu nhiệt người ta quét lên bề mặt lòng khuôn, lõi một lớp sơn Lớp sơn này có thể là bột than, bột graphit, nước thuỷ tinh, bột thạch anh hoặc dung dịch của chúng với đất sét Bột than và graphit quét vào lòng khuôn, khi rót kim loại lỏng vào khuôn nó sẽ chảy và tạo thành CO, CO; làm thành môi trường hoàn nguyên rất tốt, đồng thời tạo ra một lớp khí ngăn cách giữa kim

loại lỏng với mặt khuôn làm cho mặt khuôn không bị cháy và tạo cho việc phá khuôn

được dễ dàng

KTCIM * 21

CHUONG IV

CAC PHUONG PHAP LAM KHUON VA LAM LOI

4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM KHUÔN BẰNG TAY

Quá trình chế tạo khuôn đúc được gọi là làm khuôn Căn cứ vào tính chất sử dụng, khuôn đúc được phân thành 2 loại:

- Khuôn dùng 1 lần: Khuôn cát, loại khuôn này được làm bằng hỗn hợp làm khuôn, khuôn sau khi chế tạo xong người ta rót kim loại lỏng vào (ở trạng thái khuôn tươi hoặc đã sấy khô) sau khi kim loại đông đặc phá khuôn lấy vật đúc

- Khuôn bán vĩnh cửu: Được làm bằng vật liệu nóng Loại khuôn này sau mỗi lần đúc chỉ cần tu sửa lại là có thể dùng đúc tiếp (có thể từ 50 — 200 lần mới hỏng)

- Khuôn vĩnh cửu: Khuôn được chế tạo bằng kim loại như gang, thép, các bon, thép hợp kim loại này có thể đúc từ hàng trăm lần đến hàng vạn lần mới hỏng |

ˆ_ Trong 3 loại khuôn trên thì khuôn cát được dùng khá phổ biến vì tính sản xuất

linh hoạt, có thể dùng đúc chi tiết đơn giản, chỉ tiết phức tạp với khối lượng bất kỳ, giá thành rẻ

Lam khuôn bằng tay có nhiều phương pháp nhưng đều có chung đặc điểm sau đây:

- Độ chính xác của khuôn không cao

- Năng suất làm khuôn thấp

- Yêu cầu trình độ tay nghề của

- Diéu kiện lao động nặng nhọc q) 2 3 b) ề

kích thước khối lượng tuỳ ý

- Phù hợp với mọi quy mô và

điều kiện sản xuất

a) Làm khuôn trong hai hòm khuôn

d Đầm chặt, tạo lỗ thoát khí of t= Hie =

* Lam khuon trén = c HÀ, HẾT 7 TƯ HN

e Lật hòm khuôn dưới, lắp mẫu trên 4 WET RTST SIR WRTG TTY of eae Lew,

g Dat mau phu , phủ cát áo, đổ hỗn

hợp, đầm chặt, tạo lỗ thoát khí, rút

mâu và mẫu phụ, tạo rãnh dẫn

h Sửa khuôn, lắp khuôn và lõi

22 * KTCTM

b) Làm khuôn trên nền xưởng

Phương pháp này dùng rất phổ biến trong sản xuất đơn chiếc đối với vật đúc trung bình và lớn khi thiếu hòm khuôn có kích thước cần thiết

Hình 4.2 trình bày quá trình làm khuôn trên nền xưởng để đúc vật đúc lớn Trên nền xưởng đào lỗ có chiều sâu lớn hơn chiều cao mẫu khoảng 300 + 400mm; đầm chặt đáy lỗ rồi đổ một lớp xỉ hoặc sỏi I dày 150 + 200mm Để tăng độ thoát khí, đặt

hai ống nghiêng 2 dẫn khí ra ngoài, để lớp cát đệm sau đó đổ cát áo 3 và đầm chặt

một ít, ấn mẫu xuống để mặt phân khuôn của mẫu trùng mặt aa (mặt bằng của nền xưởng) Rắc lớp bột cách và đặt hòm khuôn 4 lên, cố định vị trí của hòm khuôn bằng chốt gỗ 5 sát vào thành hòm, đặt hệ thống rót và đặt ngót sau đó đổ vật liệu làm khuôn để làm khuôn trên, nhấc hòm khuôn trên và cắt máng dẫn 6, rút mẫu ra và lắp khuôn trên vào, đặt cốc rót 7 và đậu hơi 8, đặt tải trọng đè khuôn và rót kim loại lỏng

4.2 CÁC PHƯƠNG PHAP LAM LOI BANG TAY

4.2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Lõi là bộ phận nằm trong khuôn đúc để tạo thành phần rỗng bên trong hoặc phần lốm trên vật đúc Kim loại lỏng luôn luôn bao bọc lấy lõi nên lõi làm việc trong điều kiện ` xấu hơn khuôn, do đó vật liệu làm lõi cần có độ bền, độ thông khí, tính lún, tính chịu nhiệt tốt hơn vật liệu làm khuôn Hình (4.3) trình bày cấu tạo của một lõi đơn giản

Ngoài việc dùng hỗn hợp làm lõi có

tính chất tốt hơn hỗn hợp làm khuôn, để

nâng cao sức bền dùng thêm xương lõi 2

Xương lõi làm bằng thép hoặc có kích

thước và hình dáng phụ thuộc kích thước

hình dạng của lõi Khoảng cách a từ

xương lõi đến bề mặt lõi khoảng 10 +

30mm, nếu a nhỏ hơn thì sức bền lõi tăng

nhưng tính lún giảm Xương lõi phải đảm Hình 4.3

bảo lấy ra khỏi vật đúc khi phá lõi, không

được sát với thành vật đúc v.v Để lõi không bị thay đổi hình dáng và kích thước khi vận chuyển thì phải có sức bền ở trạng thái tươi lớn hơn 4 N/cmử

KTCIM * 23

Dé nang cao tinh thông khí của lõi phải làm rãnh thông khí 3, cần chú ý rãnh thông khí bao giờ cũng thông ra gối lõi 1 Muốn tạo rãnh thông khí thẳng ta dùng dùi

để dùi hoặc dây thép khi làm lõi (sau khi làm xong rút ra) Muốn tạo rãnh thông khí cong, phức tạp thì xẻ rãnh ở hai mặt phẳng của hai nửa lõi sau đó dán lại thành lõi 4.2.2 Các phương pháp làm lõi bằng tay

Lam lõi bằng tay có thể chế tạo những lõi rất to hoặc rất nhỏ, rất phức tạp, hoặc đơn giản, đồng thời vốn đầu tư làm hộp lõi rất ít, nên sử dụng rất rộng Tãi

Tuỳ theo mức độ phức tạp và kích thước của lõi người ta dùng các phương pháp chế tạo khác nhau

a) Chế tạo lõi trong hộp

góc 180” rồi lấy hộp lõi ra

(hình 4.4c) Sửa lõi và đem Hình 4.4

sấy (hình (4.4cd) Lõi đã

chế tạo xong (hình 4.4e)

b) Chế tạo lõi trong hộp lõi hai

Ráp hai nửa hộp lõi rồi kẹp NY | ` NY \

lõi rồi đảm chặt, sau đó dùng búa | | | \

24 * KTCTM

`) Làm lới bằng cách ghép hai nữa lõi: ni, in

Giã cát vào hai rửa hop, (hình 4 6a); xẻ Š rũnh hoi, ở giữa, „ ghép, hài: nửa a hop lõi lại |

„ (hình 4.6b ©) Lấy nửa hộp ra (C hình 4 6d): SƠn, đậy tấm sấy lên: ( hinh 4: 40°) lat lại tháo nốt nửa hop c con lai, son’ n phan loi con nla va đưa di SẤY - TH va NÓ

CHUONG V

_ TINH DUC CUA HOP KIM VA CAC NHAN TO ANH HƯỞNG

DEN SU KET TINH CUA HOP KIM DUC

5.1 TINH DUC CUA HOP KIM

5.1.1 TINH CHAY LOANG

Tính chảy loãng là mức độ chảy lỏng hay sệt của hợp kim đúc tạo kha nang điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét

— Nếu hợp kim đúc có tính-chảy loãng kém thì vật đúc dễ bị thiếu hụt, hình dạng vật đúc không rõ nét, khó đúc vật đúc hình dạng phức tạp, thành mỏng

Các nhân tố ảnh hưởng đến tính chảy loãng:

a) Nhiệt độ

Độ quá nhiệt AT càng tăng thì độ chảy loãng của hợp kim càng tăng

AT = TS, — T° nhưng chỉ tăng đến mức độ nhất định Vì vậy để đảm bảo hop kim đúc có tính chảy loãng tốt người ta phải qui định khoảng nhiệt độ rót cho mỗi loại hợp kim đúc

b) Cấu tạo hợp kim

Kim loại nguyên chất, hợp kim cùng tỉnh thì có tính chảy loãng cao hơn hợp kim có cấu tạo ở hình dạng dung dịch đặc và hợp chất hoá học Bởi vì cấu trúc mạng

tinh thể của chúng phức tạp hơn kim loại nguyên chất

Thép có độ chảy loãng kém hơn gang vì xa thành phần cùng tính, gang ít các bon chảy loãng kém gang cùng tỉnh

c) Anh hưởng của tạp chất

Kim loại lỏng có tạp chất phi kim lơ lửng càng nhiều, những màng ôxýt và màng nitrit càng nhiều thì độ chảy loãng giảm vì sức cản lớn làm tăng độ sệt động lực

d) Ảnh hưởng của khuôn

Tính dẫn nhiệt của khuôn càng cao thì độ chảy loãng càng kém (cùng một hợp kim đúc, đúc trong khuôn kim loại tính chảy loãng kém hơn so với đúc khuôn cát)

Độ nhám của thành khuôn giảm, lượng nước trong hỗn hợp giảm, nhiệt độ khuôn tăng thì tính chảy loãng tăng

e) Ảnh hưởng của thành phần hoá học

Thành phần hoá học ảnh hưởng nhiều đến tính chảy loãng Ví dụ gang cùng tỉnh (có 4,6%C) nhiệt độ nóng chảy thấp hơn gang trước và sau cùng tịnh) tính chảy loãng cao Gang có chứa phốt pho nhiều làm tăng tính chảy loãng (khi nấu phốt pho ôxy hoá và phát ra nhiệt lớn)

26 * KTCTM

f) Ảnh hưởng của hình thức rót kim loại lòng vào khuôn

Hình thức rót kim loại vào khuôn quyết định dòng chảy của kim loại

Chảy tầng dòng kim loại chảy êm, song song thành khuôn Tốc độ của phần tử kim loại sát thành khuôn bằng không và nguội nhanh hơn; chóng đông đặc, tiết diện

có ích của dòng chảy giảm nên độ chảy loãng giảm - | Chảy rối các phần tử kim loại lỏng va vào thành khuôn, dội vào dòng chảy, lớp kim loại sát thành khuôn luôn thay đổi, trong đơn vị thời gian dòng kim loại chảy nhiều hơn cho nên tính chảy loãng tăng

Khi đúc vật đúc nhỏ, mỏng, kết tấu phức tạp nên cho dòng kim loại chảy rối vào lòng khuôn

5.1.2 TINH THIEN TICH

Tính thiên tích là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng vùng của vật đúc và trong nội bộ hạt tinh thể của hợp kim

Sự thiên tích ảnh hưởng xấu đến cơ, lý tính của vật đúc và cũng là một trong các nguyên nhân gây hư hỏng khi chi tiết đúc làm việc

Có hai loại thiên tích: Thiên tích vùng và thiên tích hạt

a) Thiên tích vùng

Là sự đồng nhất về thành phần hoá học giữa các phần của vật đúc

Nguyên nhân gây ra thiên tích vùng:

- Tỷ trọng các nguyên tố hợp kim khác nhau, trong quá trình kết tính nguyên tố nhẹ nồi lên phía trên, nguyên tố nặng chìm phía dưới

- Sự chênh lệch áp suất trong vật đúc Áp suất sinh ra trong quá trình kết tinh do

sự lớn lên của các mầm kết tỉnh và sự chen lẫn giữa chúng

- Tốc độ nguội kim loại lỏng nhỏ và khoảng kết tinh lớn do đó thiên tích vùng càng nhiều (vì thời gian kết tinh lâu, nguyên tố nặng nhẹ có điều kiện phân ly)

b) Thiên tích hạt

Là sự không đồng nhất ngay trong nội bộ hạt kim loại

Nguyên nhân:

_- Sự kết tỉnh của các nguyên tố hợp kim không cùng một lúc

- Ngay bản thân trong hạt kim loại cũng có lẫn xỉ, bọt khí

- Do sự thẩm thấu giữa các phần tử trong hợp kim

c) Cách khắc phục

- Chọn mẻ liệu nấu đúng, chứa ít tạp chất

- Đảm bảo đúng qui trình nấu rót

KTCIM * 27

- Trong thời gian vật đúc đông đặc ta làm nguội nhanh, sau khi vật đúc đông đặc ta làm nguội chậm để nhờ hiện tượng thẩm thấu ở nhiệt độ cao mà điều hoà được thành phần hoá học

t¡, tạ — Nhiệt độ ban đầu và kết thúc co

Đối với vật đúc độ co thể tích và chiều dài được so với mẫu

Là co thể tích bắt đầu từ nhiệt độ rót đến nhiệt

độ bắt đầu kết tỉnh nó biểu thị bằng việc giảm kim _ —*¿“x.;“„Z =“T—- lõm co

Lượng co ở giai đoạn này chịu ảnh huong rat |~_~_*-===— R6é co

nhiều vào nhiệt độ rót: nhiệt độ rót càng cao lượng co |——” —

càng nhiều

b) Co trong giai đoạn kết tỉnh | _ / 1ý 7/⁄/ / ⁄/ ⁄

v Từ nhiệt độ bất đầu kết tỉnh đến nhiệt độ kết

Trong giai đoạn này vẫn co thể tích là chủ yếu,

nó, là nguyên nhân gây lõm co và rỗ co trong vật đúc

- * Lốm co: Là những lỗ rỗng hình nón hình thành ở trên bề mặt vật đúc đối với vật đúc hở hoặc ở bên trong gần bề mặt vật đúc đối với vật đúc kín '

Nguyên nhân sinh ra lốm co:

28 * KTCTM

- Quá trình kết tinh xảy ra bất đầu từ lớp hợp kim ngoài cùng tiếp giáp với

thành khuôn, sau đó phát triển dần vào trong, phần giữa kết tịnh sau cùng Vì vậy càng vào giữa vật đúc lượng hợp kim long bi co càng nhiều nên sau khi kết tỉnh xong trên bề nặt vật đúc tạo ra lỗ rỗng hình nón

- Trong quá trình kết tính, hơi nước và các - khí hoà tan trong hợp kim lỏng không ngừng thoát ra ngoài, càng lùi vào trong quá trình kết tỉnh càng chậm, lượng hơi nước và khí thoát ra càng nhiều làm cho lượng hợp kim lỏng càng giảm

- Do quá trình kết tỉnh ở vật đúc đầu tiên tạo tỉnh thể hình nhánh cây, giữa các:

tinh thể hình nhánh cây vẫn tồn tại hợp kim lỏng, do hợp kim lỏng bị co nên giữa các :

tinh thể nhánh cây sẽ xuất hiện các khe hở nhỏ, do tác dụng của trọng lượng, hợp kim lỏng ở phía trên sẽ dồn xuống phía dưới, làm cho thể tích phần phía trên vật đúc thiếu hụt tạo nên lõm co

Lõm co thường xuất hiện ở những nơi tập trung hợp kim của vật đúc

- Muốn khắc phục lõm cọ phải dùng đậu ngót bổ sung hoặc giảm nhiệt độ rót của hợp kim lỏng:

*® Rỗ co: Là những lỗ nhỏ nằm bên trong v vật đúc dọc trục thỏi và nằm đưới những lõm co

Nguyên nhân tạo ra rỗ co: -

- Khi kết tỉnh có sự tạo thành những tỉnh thể hình nhánh cây, khi chúng gặp nhau sẽ ngăn cách ra nhiều khu vực, hợp kim lỏng còn lại trong từng khu vực ấy sau tiếp tục co không được bổ sung hợp kim lỏng từ nơi khác đến sẽ tạo ra rỗ co

- Do ché mỏng của vật đúc kết tỉnh trước, chỗ: dày kết tỉnh sau Giọt hợp kim lỏng còn lại cuối cùng ở chỗ ấy khi kết tinh có sự co thể tích tạo rỗ co

Sự xuất hiện rỗ co trong vat đúc làm cho cơ tính giảm Để khác phục rỗ co người ta tăng áp lực rót tạo điều kiện cho vật đúc đông đặc cùng một lúc

Co ở trạng thái rắn: từ nhiệt độ kết thúc kết tinh đến nhiệt độ môi trường

Ở trạng thái này sự co chiều dài của vật đúc là chủ yếu Nhìn chung hầu hết kim loại lỏng và hợp kim khi hạ nhiệt độ ở thể rắn đều có hiện tượng co về chiều dài Các hợp kim khác nhau có hệ số co khác nhau _ si Trong quá trình vật đúc co ở trạng thái rắn, thì tất cả những yếu tố nào cản trở

sự co như: lực ma sát giữa bề mặt khuôn với bề mặt vật đúc, tính lún của khuôn, lõi kém đều sẽ là nguyên nhân gây nên ứng suất bên trong làm cho vật đúc bị nứt; cong

Quá trình nấu nhiệt độ tăng từ

tạđến tý trong khoảng nhiệt độ này

vật liệu kim loại ở trạng thái rắn nên độ sôi d

hoà tan khí chưa thay đổi Từ nhiệt độ

tỳ kim loại bất đầu chảy thì sự hoà tan

khí vào kim loại lỏng tăng dần (đoạn b-

c) cho tới khi kim loại chảy lỏng hoàn

toàn (gần c) lượng khí hoà tan vào hợp

kim lỏng tăng lên mãnh liệt Khi hợp

kim lỏng bắt đầu sôi thì do sự sôi làm

cho khí từ kim loại lỏng thoát ra và áp

ngoài xâm nhập vào kim loại lỏng Kết nhiệt độ quả sự hoà tan khí giảm đột ngột (de) Hình 5.2

* Trong quá trình nấu nếu áp suất

môi trường tăng cũng có tác dụng làm cho khí hoà tan vào hợp kim lỏng càng nhiều

* Khi rót kim loại lỏng vào khuôn với tốc độ nhanh hơi ẩm trong khuôn không

kịp thoát ra cũng làm cho độ hoà tan khí trong hợp kim đúc tăng lên

Trong quá trình nấu và rót vào khuôn các khí O;, H;, CO, CO,, CH, từ khí trời ,

từ vật liệu nấu đều rất dễ hoà tan vào trong hợp kim đúc

Khí hòa tan vào hợp kim đúc là nguyên nhân sinh ra sự rỗ khí ở vật đúc và ảnh

5.2 CÁC NHÂN TO ANH HUONG DEN SỰ KẾT TINH CUA HGP KIM DUC 5.2.1 ANH HUONG CUA VAT LIEU NAU VA DIEU KIEN NAU

‘Cac nguyên tố chủ yếu ở thành phần vật liệu nấu đều chuyển vào vật đúc Song trong quá trình nấu hình thành tạp chất dạng xỉ ở trạng thái phân tán trong lim loại

không hề làm thay đổi thành phần hoá học

Khi rót hỗn hợp lỏng vào khuôn, xỉ sẽ theo vào nằm lẫn trong vật đúc làm ảnh hưởng đến cơ tính vật đúc

Đối với gang: Nếu gang có chúa: |

+ Loại xi có tính chảy loãng kém, sẽ làm cho gang khi kết tỉnh xong có tổ chức

hạt grapit thô, cơ tính sản phẩm đúc kém

+ Loại xi có FeO, CaO sẽ làm cho gang khi kết tỉnh bị xốp, cơ tính vật đúc kém + Loại x| có lẫn đá vôi và đôlômit hoặc xi lò Mác tanh sẽ làm cho gang sau khi kết tỉnh có tổ chức hạt graphit nhỏ mịn, cơ tính vật đúc tốt

Đối với thép: Nếu xỉ trong thép lỏng có chứa P-S thì kết tỉnh sẽ phân bố ở miền tỉnh giới hạn làm cho thép bị dồn nóng và dòn nguội

Như vậy là xỉ có nhiều loại, ảnh hưởng của chúng đối với cơ tính vật đúc tuy có khác nhau nhưng nói chung là không tốt Vì vậy trong quá trình nấu luyện phải có biện pháp công nghệ tốt khử các tạp chất có hại và các loại khí trong hợp kim đúc

30 * KTCTM

5.2.2 ANH HƯỚNG CỦA KHOẢNG NHIỆT Độ KẾT TINH (từ nhiệt độ bắt đầu kết tinh đến nhiệt độ kết thúc kết tinh)

Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được rằng:

+ Những kim loại và hợp kim có khoảng kết tỉnh hẹp, thì sau khi kết tỉnh xong, vật đúc có cấu trúc tỉnh thể hình trụ từ ngoài vào trong

+ Những kim loại và hợp kim có khoảng kết tinh rộng, thì sau khi kết tỉnh xong chỉ có lớp mỏng bên ngoài vật đúc có cấu trúc tinh thể hạt tròn và hình trụ, còn phân lớn hợp kim bên trong có dạng tỉnh thể hình nhánh cây

+ Cùng một tốc độ nguội, kim loại và hợp kim nào có khoảng kết tính hẹp thì tốc độ sinh mầm lớn, nên sau khi kết tỉnh xong vật đúc có cấu trúc tỉnh thể hình trụ Kim loại và hợp kim có cấu trúc tinh thể hình trụ có cơ tính cao hơn cấu trúc

tỉnh thể hình nhánh cây thô

5.2.3, ANH HUONG CUA SU BIEN TINH

Su biến tính là sự gia công hợp kim lỏng bằng cách cho thêm những chất phụ vào trước lúc rót hợp kim lỏng vào khuôn nhằm làm nhỏ hạt tỉnh thể trong quá trình kết tỉnh lần thứ nhất để nhận được vật đúc có cơ tính cao

Có 2 cách làm biến tính:

+ Biến tính loại I: Là biến tính bằng cách cho thêm chất phụ vào hợp kim lỏng

để tạo nên một lớp màng hoạt tính bao bọc xung quanh các tâm mầm, hạn chế sự phát triển của chúng trong quá trình kết tỉnh

Ví dụ: Khi đúc gang cầu, người ta cho Mg vao trong gang long dé khi két tinh graphit sẽ có dạng cầu tròn

+ Biến tính loại II: Là sự biến tính bằng cách cho chất phụ vào hợp kim lỏng, chúng sẽ tác dụng với O;, N; có sẵn trong đó tạo thành các hợp chất hoá học có nhiệt

độ nóng chảy cao, tồn tại ở dạng hạt nhỏ phân tán trong hợp kim lỏng đóng vai trò các tâm mầm có sẵn Nhờ vậy tăng được số tâm mầm kết tinh, nên sau khi kết tinh xong, hợp kim có tổ chức hạt nhỏ mịn, cơ tính cao

Ví dụ: Cho Ferô hợp kim vào hợp kim lỏng hình thành nitrit, ôxyt, cácbít dẫn đến các hạt nhỏ mịn

5.2.4 ANH HUONG CUA TOC DO NGUOI

Đa số các hợp kim nếu tạo được tốc độ nguội nhanh trong khuôn thì sau khi kết tinh xong sẽ nhận được vật đúc có tổ chức hạt mịn nhỏ, cơ tính cao Vì tốc độ nguội tương ứng với độ quá nguội lớn nên tốc độ sinh mầm sẽ tăng, số tâm mầm kết tinh trong 1 đơn vị thể tích hợp kim long tăng, nên sau khi kết tinh xong số hạt tỉnh thể sẽ nhiều, tổ chức hạt nhỏ mịn

Ví dụ: Cùng một hợp kim lỏng đúc trong khuôn kim loại có tính truyền nhiệt

cao nên vật đúc có tổ chức hạt nhỏ mịn, cơ tính cao hơn khi ta đúc trong khuôn cát

KTCIM * 31

Vật đúc bằng thép, gang nơi nào có chiều dài thành mỏng dưới 10mm sẽ

có tổ chức hạt tròn, mịn, còn chỗ thành dày trên 15 mm sẽ có tổ chức tỉnh thể hình nhánh cây

5.2.5 ANH HUONG CUA SU TAC DUNG CO HOC DEN SU KẾT TINH

— Bằng thực nghiệm người ta xác định được: Nếu quá trình kết tỉnh xảy ra trong điều kiện rung khuôn thì sau khi kết tỉnh xơng vật đúc có tổ chức nhỏ mịn Vì dưới _ tác dụng rung động như vậy thì các trung tâm kết tỉnh và các tỉnh thể nhánh cây vừa _ hình thành sẽ bị vỡ vụn tạo ra vô số các trung tâm kết tinh mới, làm tăng số tâm mầm nên sau khi kết tỉnh xong số hạt sẽ nhiều, tổ chức nhỏ mịn, cơ tính cao

32 * KTCTM

CHUONG VI

DUC DAC BIET

6.1 DUC TRONG KHUÔN KIM LOẠI

6.1.1 KHAI NIEM

Đúc trong khuôn kim loại là rót kim loại lỏng vào khuôn bằng kim loại

Phương pháp này có đặc điểm sau:

- Khuôn kim loại có thể dùng được nhiều lần (vài trăm đến hàng vạn lần) tuỳ thuộc vào kim loại vật đúc `

- Vật đúc có độ chính xác cao (cấp 6, 7) và độ bóng bề mặt cao (vì độ chính xác và độ bóng của lòng khuôn cao)

- Tổ chức kim loại mịn nhỏ (do nguội nhanh) nên cơ tính tốt

Song đúc trong khuôn kim loại có nhược điểm:

- Giá thành chế tạo khuôn đất nên chỉ dùng trong sản xuất hàng loạt lớn va hàng khối

- Độ dẫn nhiệt của khuôn lớn nên giảm khả năng điền đầy của kim loại, do đó khó đúc vật đúc phức tạp và vật có thành mỏng

- Độ dẫn nhiệt của khuôn lớn nên khi đúc gang sẽ bị hoá trắng

- Khuôn và lõi bằng kim loại nên không có tính lún, ngăn cản sự co của kim loại làm cho vật đúc dễ bị nứt

Tuy có một số nhược điểm nhưng do nhiều ưu điểm nên khuôn kim loại ngày

nay được dùng rất rộng rãi để đúc chỉ tiết bằng gang, thép, đồng, nhôm, magiê v.v chẳng hạn như ống dẫn khí áp lực cao, séc măng, xi lanh, bàn là, píttông, biên, trục khuyu, trục cam và những chi tiết khác

6.1.2 VẬT LIỆU LÀM KHUÔN VÀ KẾT CẤU KHUÔN

a) Vật liệu làm khuôn

Thường dùng là gang, thép các bon, thép hợp kim và đồng

Vật liệu chế tạo lõi có thể bằng kim loại hoặc hỗn hợp cát đất sét như đã trình bày ở phần trước

Vật liệu sơn khuôn: để bảo vệ bề mặt khuôn ta phải sơn khuôn Vật liệu sơn

khuôn tuỳ thuộc vào hợp kim đúc

Thành phần sơn thường dùng như sau:

- Để đúc thép: 50% bột thạch anh + 5,5% đất sét chịu nhiệt + 1,5% xà phòng lỏng + 30% nước

KTCIM * 33

- Để đúc gang: 10% bột thạch anh + 50g thuỷ tỉnh lỏng + 1 lít nước

- Để đúc hợp kim đồng: 5% bột graphit + 2%

dầu hoả

b) Kết cấu khuôn lối

Cấu tạo của khuôn kim loại

tuỳ thuộc vào vật đúc Đối với vật

đúc đơn giản người ta thường làm

hai nửa tương ứng với hòm khuôn

trên và dưới như khi đúc trong

khuôn cát Hai nửa khuôn có thể

ghép với nhau bằng bản lề hoặc

chốt định vị

Trên hình 6.1 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

(thường bố trí ở mặt phân khuôn để

dễ chế tạo khuôn) gờ 5 để đảm bảo

gối lõi 9 Khí trong khuôn

thoát ra theo rãnh thoát khí

10 (đặt dọc theo mặt phân

khuôn và sâu 0,2 — 1,5mm)

ĐỂ lấy vật đúc ra khỏi

khuôn ta dùng chốt đẩy I1,

chốt đẩy thường chế tạo

Cấu tạo của lõi: Đối với những lõi đơn giản người ta làm bằng kim loại Để dễ lấy lõi ra khỏi vật đúc người ta cắt lõi thành nhiều phần rồi ghép lại với nhau Ví dụ 'khi đúc píttông người ta làm lõi ghép như hình gồm những phần 1, 2, 3, 4, 5

Việc gia công khuôn có thể tiến hành đúc rồi cắt gọt kim loại để đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao :

Quy trình đúc trong khuôn kim loại tiến hành như sau:

- Lam sạch lòng khuôn lõi sau mỗi lần đúc

- Sấy khuôn, lõi đến nhiệt độ qui định để hạn chế sự giảm nhiệt độ nhanh của kim loại lỏng, làm ảnh hưởng tính chảy loãng của hợp kim đúc Nhiệt độ sấy khuôn, lõi phụ thuộc vào hợp kim đúc và được qui định

Hợp kim đúc | Nhiệt độ sấy Hợp kim đúc Nhiệt độ sấy

_ Gang 200 + 350°C |Hgp kim nhôm chi tiết khong} 150+ 250°C

- Sơn bề mặt khuôn, lõi một lớp sơn đệm chịu nhiệt với chiều dày 2mm

- Sơn phủ trên bề mặt lớp sơn đệm một lớp sơn áo bằng dầu ma dút, dầu hoả

- Lắp khuôn và rót kim loại vào khuôn

- Để nguội vật đúc trong khuôn một thời gian nhất định rồi dỡ khuôn

Uu điểm của đúc ly tâm:

- Đúc được chi tiết tròn xoay rỗng mà không cần dùng lõi (tiết kiệm vật liệu và

công làm lõi)

- Không cần hệ thống rót, đầu ngót nên tiết kiệm kim loại vật đúc

_KTCTM *35

- Do tác dụng của lực ly tâm nên kim loại điển đầy khuôn tốt, đúc được vat thành mỏng, vật có đường gân, hình nổi mỏng

- Vật đúc sạch do tạp chat, xi va phi kim loại nhẹ có lực ly tâm bé nên khônh bị: _ lẫn vào vật đúc

- Tổ chức kim loại mịn chặt, không bị rỗ co, rỗ khí do đông đặc dưới tác dụng của lực ly tâm

Nhược điểm:

- Thích ứng vật đúc tròn xoay

- Khuôn cần độ bền cao (vì chịu nhiệt độ cao, chịu tác dụng của lực ly tâm, sức

ép của kim loại.lỏng lên thành khuôn)

- Khó nhận đường kính lỗ bên trong vật đúc chính xác (vì khó xác định lượng kim loại rốt vào khuôn chính xác)

- Bề mặt trong vật đúc có chất lượng kém vì chứa tạp chất, xi

- Khuôn quay tốc độ cao phải cân bằng và kín

- Vật đúc dễ bị thiên tích (vì trọng lượng riêng của các nguyên tố kim loại khác nhau cho nên lực ly tâm khác nhau)

6.2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC LÝ TÂM

a) Đúc ly tâm đứng

Là đúc ly tâm mà khuôn quay theo trục thẳng đứng

Khi khuôn quay theo trục thẳng đứng nên mỗi phần tử kim loại chịu một lực ly tâm và trọng lực cho nên bề mặt tự do của kim loại lỏng sẽ là parabôn lôí: Ta chứng minh:

Điểm A có tọa độ (x, y) trên xoy (hình 6.3a) Phần tử A chịu lực ly tâm:

R,, — Ban kinh trung binh của bề mặt trong vật đúc

Thường theo thiết kế số vòng quay của khuôn cố định, chiều cao H càng lớn thì

A càng lớn, tức là chiều cao vật đúc càng lớn thì sự chênh lệch bán kính trong càng lớn Do vậy đúc ly tâm đứng chỉ đúc vật đúc có chiều cao thấp

Đúc ly tâm nằm là đúc ly tâm mà khuôn quay quanh trục nằm ngang (hình 6.5)

Để kim loại lỏng rải đều theo chiều dài của khuôn người ta dùng máng rót, máng di chuyển dọc trục quay

Phương pháp này đúc ống chiều dày hai đầu không có sự chênh lệch Đường kính trong và ngoài đồng tâm nhau Phương pháp này không đúc được ống có đường kính quá bé

.Đúc gang: K,= 1800 + 2500 -

Đúc thép: K,= 2150 + 2730

Khuôn làm việc trong điều kiện nhiệt độ thay đổi, áp suất thay đổi nên vật liệu _ chế tạo khuôn yêu cầu cơ tính cao Thường dùng gang hợp kim, thép các bon, thép

6.3 DUC DUGI AP LUC

Thực chất của phương pháp đúc áp lực là đúc trong khuôn kim loại mà quá trình điền đầy khuôn và kết tỉnh bị cưỡng bức bởi một áp lực

6.3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐÚC DƯỚI ÁP LỤC

a ` 6 Ranh thoát khí; 5 Lang en

7 - Hai nữa khuôn

Vật đúc nguội nhanh cho nên cơ tính cao

Năng suất cao -

Cơ tính tốt do tổ chức kim loại mịn chặt hơn, ít khuyết tật

Đúc dưới áp lực dùng để chế tạo các chi tiết phức tạp như: van dẫn khí, vỏ bơm Xăng dầu, nắp buồng ép

Nhược điểm:

Hình dáng vật đúc không được quá phức tạp

- Khuôn làm việc dưới áp suất của dòng chảy kim loại rất lớn nên khuôn mau mòn

và chống bị hỏng

Phải sấy khuôn trước khi rót kim loại lỏng

KTCTM * 39

6.4 ĐÚC LIÊN TỤC

Là phương pháp đúc mà kim loại lỏng được rót liên tục vào khuôn và xung quanh được làm nguội cưỡng bức Phương pháp này thường dùng để đúc ống gang, thỏi hoặc dạng tấm

6.4.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐÚC TẤM LIÊN TỤC (Xem hình 6.7)

4 - Cốc rót 5- Tấm kim loại sau khi kết tỉnh

6.4.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐÚC ỐNG LIÊN TỤC ( XEM HÌNH 6.8)

Hình 6.8 Sơ đồ nguyên lý đúc ống liên tục

1 - Vo thing kết tinh; 2 Nước làm mát; 3- Ruột trong thùng kết tinh;

4 - Dòng kim loại lỏng; 5 - Thùng rót; 6 - Ông kim loại đã kết tỉnh;

7 - Tấm đỡ sản phẩm; 8 - Cơ cấu đở và nâng hạ sản phẩm

Ngoài ra máy còn có các cơ cấu kẹp phôi và kéo phôi, cắt phôi,

40 * KTCTM

6.4.3 DAC DIEM

e Do vat đúc ra liên tục nên có thể tránh được rõ co, rỗ khí, xỉ, Không cần phải cắt bỏ các đầu thừa của sản phẩm do co ngót, không phải đặt các đậu ngót

e_ Giảm được nguyên công cắt đầu phôi (chỉ cắt một lần)

e_ Cơ tính cao, chất lượng vật đúc tốt

e Ứng dụng để đúc ống, đúc thỏi các loại (vuông, tròn, ) tấm

e Cho phép co khí hoá và tự động hoá;

6.5 ĐÚC TRONG KHUÔN MẪU CHAY

Đây là phương pháp sử dụng nhiều trong ngành RADIO để chế tạo các chi tiết phức tạp mà có khối lượng nhỏ từ vài gam trở lên Người ta sử dụng bộ mẫu được làm

từ vật liệu dễ chảy, khi rót kim loại lỏng vào khuôn, mẫu sẽ chảy ra tạo ra lòng khuôn

để điền đầy kim loại

e_ Mẫu được chế tạo từ vật liệu dễ "nóng chảy;

e© Khi nung nóng mẫu sẽ chảy ra và tạo nên lòng khuôn vì vậy mỗi mẫu chỉ dùng để chế tạo một sản phẩm;

KTCIM * 41

e Do không phải làm khuôn rời, không phải lắp ráp khuôn khi đúc nên độ chính xác cao, không có các chất bẩn rơi vào lòng khuôn,

e Thời gian chế tạo nhanh

e Ung dung dé chế tạo các loại chỉ tiết: đúc dao phay, dao chuốt, các loại bánh rang, líp xe đạp, đĩa xe môtô, các phụ tùng máy nổ

PHAN B - CHE TAO PHOI BANG GIA CONG AP LUC

NGUYÊN LÝ GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỤC

7.1 KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG DÉO KIM LOẠI

7.1.1 NGOẠI LỤC VÀ NỘI LỰC TRỌNG GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỤC

sinh ra do tác dụng của thiết bị _Ä |

thông qua đầu búa khuôn rèn v.v

làm cho kim loại biến dạng Khi

nghiên cứu lực tác dụng chính cần

chú ý vị trí điểm đặt lực tác dụng

lên vật gia công vì nó quyết định

trạng thái biến dạng của vật thể

gia công Ví dụ: Tác dụng lên vật | => ' {

điểm tác dụng ở vị trí khác nhau a) b)

thì trường hợp thứ nhât (hình 7.1a) ‹

vật thể biến dạng trên toàn bộ Hình 7.1

chiều cao, trường hợp thứ hai (hình

7.1b) vat thé chỉ biến dạng phần chiều cao từ P

điểm tác dụng lực trở xuống

a2) Phan luc N

Phản lực N là lực sinh ra khi lực tác

dụng chính và thường sinh ra trên toàn bộ

phận cố định của thiết bị, có phương vuông

góc với mặt tựa và ngược chiều với lực tác

- Khi xét lực cần chú ý đến vai trò của lực

ma sát R sinh tại bề mặt tiếp xúc giữa dụng cụ

và phôi, lực ma sát có phương song song với

lực tác dụng chính (chiều của lực ma sát

ngược chiều chuyển động của phôi tương đối

với tác dụng tại nơi tiếp xúc) cụ thể

Hình 7.2

KTCTM * 43

Trường hợp rèn tự do (hình 7.2) phôi chỉ biến dạng dưới tác dụng của lực đập (xung quanh không có khuôn hạn chế) thì P =N

Trường hợp phôi biến dạng trong khuôn thì P z# N vì trong trường hợp này đã xuất hiện lực ma sát tại mặt bên khuôn với phôi, lực ma sát này có phương song song lực tác dụng, chính vì vậy trong trường hợp này khi xét t phan lực N không được bỏ qua lực ma sát R

Cụ thể:

+ Trường hợp chồn khuôn kín (hình 7.3)

P=N+>R Suy ra: P>N

Trường hợp này do P > N nên trong quá trình biến dạng phần trên của phôi biến dạng và điền đầy khuôn trước có nghĩa là kim loại phần trên của phôi dễ lưu động

Trường hợp này do P < N cho nên trong quá trình biến dạng phần dưới của phôi biến đạng và điền đây khuôn trước có nghĩa là kim loại phần dưới của phôi dễ lưu động

Do ảnh hưởng của lực ma sát (như nghiên cứu ở phần trên) nên trong quá trình gia công áp lực (rèn) đối với những phần có kết cấu phức tạp của phôi thường bố trí

về phía kim loại biến dạng trước

7

a3) Lực quán tinh

Trong quá trình biến dạng, các phần tử của vật biến dạng không: đều nhau nên tốc độ chuyển động của chúng cũng không đều nhau, vì vậy sinh ra lực quán tính Khi tính toán lực không được bỏ quán tính mà cần phải đưa vào một hệ số điều chỉnh bằng thực nghiệm để có thể xét đến ảnh hưởng của nó

44 * KTCTM