bài giảng chế tạo phôi năm 2013

Quá trình sản xuất đúc bằng khuôn cátHỗn hợp làm khuôn Mẫu đúc Hộp lõi Hỗn hợp làm lõi Nhiên liệu Lò đúc Làm khuôn Làm lõi Sấy lõi Sấy khuôn Lắp ráp khuôn, lõi Nguyên liệu kim loại Nấu k

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH SẢN

XUẤT ĐÚC

1.1 Thực chất, đặc điểm, phân loại

1.2 Quá trình sản xuất đúc

1.3 Các bộ phận cơ bản của khuôn đúc

1.1 Thực chất, đặc điểm và phân loại

Đúc trong khuôn cát

Đúc đặc biệt

a) Đúc trong khuôn cát:

Khuôn cát là loại khuôn đúc một lần (chỉ rót một lần rồi phá

khuôn).vật đúc tạo hình trong

khuôn cát có độ chính xác thấp độ bóng bề mặt kém lượng dư gia

công lớn.Nhưng khuôn cát tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn.

b) Đúc đặc biệt:

Ngoài khuôn cát , các dạng đúc trong khuôn đúc (kim loại ,vỏ mỏng …) được gộp

chung là đúc đặc biệt

Đúc đặc biệt, do tính riêng từng loại cho

ta sản phẩm chất lượng cao hơn ,độ chính

xác ,độ bóng cao hơn vật đúc trong khuôn

cát Ngoài ra phần lớn các phương pháp đúc đặc biệt có năng suất cao hơn tuy nhiên đúc đặc biệt thường chỉ được vật đúc nhỏ và

trung bình

1.2 Quá trình sản xuất đúc bằng khuôn cát

Hỗn hợp làm

khuôn

Mẫu đúc

Hộp lõi

Hỗn hợp làm lõi

Nhiên liệu

Lò đúc

Làm khuôn Làm lõi

Sấy lõi Sấy khuôn

Lắp ráp khuôn, lõi

Nguyên liệu kim loại

Nấu kim loại

1.3.Những bộ phận chính của khuôn đúc cát

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO KHUÔN VÀ LÕI2.1 Vật liệu làm khuôn và lõi

1 Yêu cầu

2 Các loại vật liệu

2.2 Công nghệ làm khuôn và lõi

A Phương pháp làm khuôn bằng tay

B Làm khuôn bằng máy

C Các phườn pháp làm lõi

2.3 Hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót

2.1 Vật liệu làm khuôn và lõi

1 Yêu cầu:

Độ bền : Cát hạt nhỏ,hàm lượng chất sét cộngchất dính kết cao.Độ bền phụ thuộc độ đầm chặt

+ Khuôn tươi :n = 6080 k.p.a

+ Khuôn khô : k = 80200 k.p.a

Độ dẻo : dùng nhiều hàm lượng chất sét dính kếttăng hàm lượng H2O

- Khuôn tươi : H2O > 5%

- Khuôn khô : H2O  8%

Tính lún (co bóp) : Phải thêm nhiều chất phụ gia(nhưmùn cưa, bột than, rơm bột )

Tính thông khí tăng : Cát hạt to, tròn, độ đầm chặt

giảm

Tính bền nhiệt : Khả năng của vật liệu ở nhiệt độ caomà không bị nóng chảy, dính bám trên bề mặt vật đúcgây khó khăn cho gia công cắt gọt.Tính bền nhiệt tăngkhi dùng cát có hàm lượng SiO2(thạch anh ) lớn

Độ ẩm: Để làm khuôn, in hình:

ª Khuôn tươi :45%

ª Khuôn khô :68% â

Tính bền lâu : Vật liệu đảm bảo cho khuôn đủ bền

2.Các loại vật liệu :

Thành phần chủ yếu :

Cát: SiO2 (thạch anh)

Chất dính kết :

- Dùng các loại thực vật, khoáng vật

- Rỉ mật.

- Nước bã giấy(kiềm sunfat).

- Nước thuỷ tinh:

•Na 2 On SiO 2 mH 2 O + cát ( K 2 O.n SiO 2 mH 2 O). Sấy 200 220

Hoặc thổi CO 2

n SiO 2 (m-9)H 2 O

Chất phụ :

* Làm tăng tính lún, thông khí cho hỗn hợp

Bột grafit + đất sét + nước  chất sơn khuôn đúcgang, hợp kim đồng

* SiO2 + đất sét + H2O  chất sơn khuôn đúcthép

Đúc khuôn bằng kim loại:

* Sơn khuôn làm tăng tuổi thọ cho khuôn, giảm tốcđộ dẫn nhiệt thành khuôn

* Rơm bột, bột than, mùn cưa làm lõi

2.2 Công nghệ làm khuôn:

A.Phương pháp làm khuôn bằng tay :

Những khuôn đúc có các kích thước, độ phức tạptuỳ ý và thường áp dụng cho sản xuất đơn chiếc, hàngloạt nhỏ,vừa

1.Phương pháp làm khuôn trong hai hòm khuôn

Cát áo: Là phần hổn hợp trực tiếp tiếp xúc với chấtlỏng

Cát đệm: Không trực tiếp tiếp xúc với kim loại lỏngnên yêu cầu chất lỏng không cao, thường làm vật liệucũ trộn thêm với nước

Lắp ráp khuôn lõi trước khi rót kim loại

c)

d)

• 1-Sỏi hoặc than cốc để thông khí; 2-Các ống thông khí để thoát khí cho khuôn dưới;3- Hỗn hợp làm khuôn ;4- Khuôn tiện ;5- Chốt nêm để định vị khuôn trên và khuôn dưới;6- Rãnh dẫn.;7- Cốc rót;8- Đậu hơi.

2 Làm khuôn trên nền xưởng

•Để đúc vật đúc lớn nếu thiếu hòm khuôn có kích thước lớn thì thay thế khuôn dưới bằng nền xưởng.

3.Làm khuôn xén:

Để làm khuôn trong hai hòm khuôn nhưng mẫunguyên thành một khối do đó phải xén bớt phần

khuôn cát ở dưới cản trở việc rút mẫu ở khuôn dướivà tạo phù lại ở khuôn trên Do vậy, mặt phân khuônthường là bậc hoặc cong

• B Làm khuôn bằng máy

• 1- Làm khuôn trên máy ép : có hai loại

6.Chày ép; 7.Van khí ; 8.Pittông; 9.Xilanh.

Nguyên lý làm việc của máy ép làm khuôn

Máy ép từ trên xuống Máy ép từ dưới lên

1.Bàn máy; 2.Mẫu; 3.Hòm khuôn (độ cao H); 4.Hòm khuôn phụ(độ cao H); 5.Xà ngang; 6.Chày ép; 7.Van khí ; 8.Pittông; 9.Xilanh

C Các phương pháp làm lõi

Bằng tay :

Hộp lõi nguyên (lõi đơn giản )

 Hộp lõi hai nữa (ghép đối xứng)

 Hộp lõi lắp ghép( lõi có miếng rời , lõi phức tạp)

Phương pháp làm lõi bằng tay

a.Khái niệm

Lõi là bộ phận bên trong khuôn đúc nhằm tạo ra khoảng không gian rỗng trong vật đúc hoặc tạo ra phần lồi,phần lõm của vật đúc.hình dạng bên ngoài của lõi giống hình dạng bên trong của vật đúc

Cấu tạo lõi

b Chế tạo lõi trong hộp lõi nguyên

a đổ hỗn hợp làm lõi vào hộp lõi và dầm chặt

b đặt tấm sấy lên mặt hộp lõi

c quay hộp lõi và tấm sấy đi 1 góc 180 0 lấy hộp lõi ra

c.Làm lõi trong hộp lõi hai nửa

a.Dáp 2 nửa hộp lõi và kẹp chặt với nhau

b Cho hỗn hợp làm lõi và xương lõi vào, dầm chặtlại, lấy búa gõ nhẹ

d Chế tạo lõi bằng dưỡng gạt ngang

5 Khuôn có tiết diện

như tiết diện lõi cần

chế tạo

6 Dao cắt

65

1

4

b làm lõi trên máy ép

a Sau khi đổ đầy hỗn hợp làm lõi

b cất khung giả

c Đặt nửa hộp lõi 3 nên và tiến hành ép , lượng hỗnhợp thừa sẽ vào rãnh 4

Làm lõi trên máy thổi cát

2.3 Hệ thống rót – đậu hơi – đậu ngót

1 Hệ thống rót : Để dẫn kim loại lỏng từ

thùng rót vào trong khuôn đúc

Yêu cầu của hệ thống rót :

-Điền đầy được khuôn nhanh chóng-Hao phí kim loại ít

-Dòng chảy phải êm, liên tục, kim loạikhông bị va đập vào khuôn lõi làm bể cát -Có tác dụng lọc sĩ tạp chất

Thiết kế hệ thống rót

ª Rãnh dẫn vào khuôn đúc không được nằm ngay

dưới chân ống rót

ª Không được ở phía cuối cùng của rãnh lọc sĩ

ª Rãnh dẫn phải nằm dưới rãnh lọc sĩ thì kim loạimới sạch được

Rót dưới lên Rót trên xuống Rót bên hông

Cấu tạo :

Cấu tạo một hệ thống rót tiêu chuẩn bao gồm :

cóc rót 1 ; ống rót 2 ;rãnh lọc sĩ 3 ; và các rãnh dẫn 4

- Cốc rót là phần trên cùng của hệ thống rót.

khuôn cát độ côn cho phép 10  15%.

chân ống rót

2 Đậu hơi- đậu ngót

1.Đậu hơi, đậu ngót

a) Đậu hơi : Là ống để dẫn khí từ trong lòngkhuôn thoát ra ngoài do vậy phải đặt ở vị trí caonhất

•Tùy thuộc kích thước vật đúc có thể có nhiềuđậu hơi Đối với vật đúc có độ co kim loại ít , khối lượng nhỏ (gang xám) đậu hơi có tác dụngvừa thoát khí vừa bổ sung kim loại khi co ngót

•Hình dạng : hình chữ nhật, hình tròn và hình

côn (150)

b) Đậu ngót :

• Thường dùng để đúc vật đúc

thép, kim loại màu, độ co nhiều Lànơi để chứa kim loại lỏng đông đặcsau cùng so với vật đúc có tác dụngbổ sung kim loại cho vật đúc khi

đông đặc và ngược lại cho vật đúckhi đông đặc và nguội vàthường đặt

ở thành dày nhất của vật đúc

2 Phân loại đậu ngót :

 Đậu ngót hở: Là loại lòng khuônthông với khí trời

 Đậu ngót ngầm: Là loại khôngthông khí trời,chỉ thích hợp đúc trong

khuôn kim loại Khi làm khuôn cát nếucó phần tập trung kim loại ở phía dưới, không đặt ngót hở được Người ta thayngót ngầm bằng miếng sắt nguội để

tránh rỗ co, tạo điều kiện cho nó toả

nhiệt nhanh

Vị trí dẫn kim loại vào trong khuôn :

ª Vật đúc co ít, thành dày mỏng tươngđối đồng đều nên dẫn kim loại vào chổmỏng nhất của vật đúc

ª Vật đúc co nhiều (thép) có thành dàymỏng khác nhau nhiều nên dẫn kim loạivào phía thành dày của vật đúc để kimloại đông đặt có hướng để bổ sung kimloại khi ngót ở chổ dày phải dùng thêmđậu ngót hoặc là miếng sắt nguội

ª Vật đúc tròn xoay nên dẫn kim loại theo hướng tiếp tuyến với thành

khuôn và đảm bảo dòng kim loại

xoay tròn theo một hướng.

nhiều tầng để khuôn điền đầy đồng thời.

CHƯƠNG 3 ĐÚC ĐẶC BIỆT

3.1 Đúc trong khuôn kim loại 3.2 Đúc liên tục

3.1 Đúc trong khuôn kim loại :

1/ Khái niệm :

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

• Khuôn dùng được nhiều lần

• Độ bóng và chính xác vật đúc cao

• Tổ chức hạt kim loại nhỏ mịn ( do tốc độ nguội nhanh) nên cơ tính tốt

• Tiết kiệm được vật liệu và thời gian làm khuôn

• Tiết kiệm kim loại vật đúc

Ưu điểm:

• Giá thành đắt nên chỉ dùng cho sản xuất hàng loạt hay hàng khối

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

• Độ dẫn nhiệt của khuôn lớn nên khi đúc gang dễ bị hoá trắng

• Do khuôn và lõi đều bằng KL nên độ lún và độ thông hơi kém vì vậy đối với những vật đúc lớn(có độ co lớn) dễ bị nứt và rỗ khí

Nhược điểm:

2/ Vật liệu và kết cấu của khuôn:

a/ Vật liệu làm khuôn :

_ Thường dùng là gang ,thép hợp kim ,thép cacbon , hợp kim của đồng hoặc nhôm

_ Lõi : có thể làm bằng KL hoặc hỗn hợp cát

đất sét

_ Vật liệu sơn khuôn: để bảo vệ bề mặt

khuôn ta phải sơn khuôn,vật liệu sơn khuôn tuỳ thuộc vào hợp kim đúc

b/ Kết cấu khuôn:

Khuôn gồm hai nữa

1 và 2 , lòng khuôn 3

và hệ thống rót 4

(thường bố trí ở mặt fân

khuôn để dễ chế tạo

khuôn , gờ khuôn 5 để

đảm bảo độ cứng vững

cho khuôn , chốt định vị

6 để lắp hai nữa khuôn

cho chính xác , đậu hơi 10

Khi ghép khuôn fải khít

3/ Qui trình công nghệ :

• Làm sạch khuôn sau mỗi lần đúc

• Sấy khuôn đến nhiệt độ nhất định để hạn chế sự

giảm nhiệt nhanh của KL lỏng làm ảnh hưởng đếntính chảy loãng

• Sơn bề mặt khuôn, lõi một lớp sơn đệm chịu nhiệtchiều dày 2mm , 1-2 lần/ca

• Sơn phủ lên lớp sơn đệm một lớp sơn áo bằng dầumazút ,dầu hoả,dầu thực vật với mục đích nâng caotính chịu nhiệt của khuôn

• Lắp ráp và rót KL

• Để vật đúc trong khuôn một thời gian và dỡ khuôn

3.2 Đúc liên tục :

1/ Khái niệm :

Là quá trình rót KL lỏng đều và liên tục vào khuôn bằng KL , xung quanh hoặc bên trong khuôn có nước lưu thông làm nguội Nhờ truyền nhiệt nhanh nên KL lỏng sau khi rót vào khuôn sẽ kết tinh ngay.Vật đúc được kéo ra khỏi khuôn bằng những cơ cấu đặc biệt như con lăn , bàn kéo

• Năng suất cao , cho phép đúc được ống , tấm và các dạng tiết diện định hình khác

• Do KL điền đầy liên tục nên không bị co rỗ khí và thiên tích , độ mịn chặt cao , thành phần hỗn hợp đồng nhất , cơ tính cao , chất lượng bề mặt tốt

• Tiết kiệm nguyên liệu , phế phẩm ít ,giá

thành hạ

Ưu điểm:

• Tốc độ nguội lớn , gây ứng suất bên trong

nên dễ nứt

• Không đúc chi tiết phức tạp có tiết diện thay đổi

Nhược điểm:

2/ Phân loại :

a/ Đúc ống và thỏi :

Vì nguội nhanh nên tính chảy loãng của KL giảm , chỉ đúc được ống có đường kính lớn

b/ Đúc tấm :

3.3 Đúc ly tâm:

1/ Khái niệm :

Đúc ly tâm là rĩt kim loại lỏng vào khuơn quay, nhờ lực li tâm mà kim loại lỏng được phân bố đều theo bề mặt bên trong của khuơn hoặc điền đầy lịng khuơn để tạo thành vật đúc

• Vật đúc sạch do tạp chất, xỉ và phi kim nhẹ có lực litâm bé hơn kim loại lỏng nên không bị lẫn vào kimloại 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:

• Khuơn đúc phải cĩ độ bền cao vì làm việc ở nhiệt độcao , chịu tác dụng của lực ly tâm , sức ép của kim loạilỏng lên thành khuơn lớn

• Khĩ nhận được đường kính lỗ bên trong vật đúc chínhxác vì khĩ định được lượng kim loại rĩt vào khuơn chínhxác và chỉ thích ứng cho vật trịn xoay rỗng

• Chất lượng bề mặt trong chi tiết đúc kém ( đối với vậtđúc trịn xoay) vì chứa nhiều tạp chất và xỉ Khuơn quay với tốc độ cao nên cần phải cân bằng kín , điều này khĩđạt được chính xác

• Vật đúc dễ bị thiên tích do trọng lượng riêng của cácnguyên tố kim loại trong hợp kim khác nhau Lợi dụngtính chất này cĩ thể chế tạo chi tiết cĩ nhiều lớp kim loạikhác nhau

2/ Các phương pháp đúc :

Đặc điểm:

Phương pháp này khi đúc ống thì chiều dày của vật đúc ở 2 đầu khơng cĩ sự chênh lệch nhau, đường kính trong và ngồi của vật đúc là những vịng trịn đồng tâm nhau Nhưng đúc ly tâm nằm do phải dùng máng rĩt nên khơng thể đúc những ống cĩ đường kính nhỏ

Để kim loại chảy đều vào trong khuơn đơi khi người ta đặt trục quay của khuơn nghiêng

với mặt phẳng ngang một gĩc α ≤ 5°

3/ Khuôn đúc ly tâm:

Khuơn đúc li tâm làm việc trong điều kiên khĩkhăn ( nhiệt độ thay đổi, áp lực của kim loại lỏng và lực

ly tâm) Vì thế yêu cầu vật liệu làm khuơn cần cĩ cơ tínhcao Người ta thường dùng gang hợp kim, thép C và théphợp kim để làm khuơn đúc ly tâm Để tăng tính thốtkhí, vật đúc nguội chậm và khi đúc vật định hình …người

ta cĩ thể làm vỏ khuơn bằng kim loại cịn phần bên trongbằng cát khuơn, đất sét, thạch cao Để lấy vật đúc khỏikhuơn, dùng chốt đẩy vật đúc , để làm nguội khuơn cầnđặt hệ thống tưới nước

3.4 Đúc trong khuôn mẫu chảy:

Ưu điểm :

 Đúc được những chi tiết rất phức tạp , đúc cả những hợp kim khó chảy ,thép không ghỉ ,thép gió

 Độ bóng và độ chính xác cao , không có mặt phân khuôn ,không có sai lệch khuôn và khuyết tật

do lắp gây ra

Nhược điểm :

Cường độ lao động cao ,chu kì sản xuất lớn giá thành đắt nên chỉ để chế tạo chi tiết phức tạp (dao phay mdao chuốt ,các loại bánh răng ,phụ tùng máy nổ).

b/ Chế tạo khuôn ép:

Khuôn ép dùng để chế tạo ra mẫu chảy Vật liệu chế tạo khuôn có thể là kim loại,chất dẻo , xi măng hoặc thạch cao Tuỳ theo mức độ phức tạp có thể chia khuôn ép ra nhiều để dễ chế tạo.

c/ Chế tạo mẫu chảy:

• Vật liệu dễ chảy bao gồm :nhựa thông ,sáp,

paraphin ,slêarin.

• Thành phần vật liệu dễ chảy thường dung như sau :

70% nhựa thông +20% sáp +10% parafin.

hoặc 30% paraffin +70% slêarin.

• Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu đễ chảy 500-900C Yêu cầu vật liệu dễ chảy không được mềm ở nhiệt

độ 300-350C , đồng thời phải có tính chảy loãng để điền đầy khuôn ép

• Ép vật lieu dễ chảy vào khuôn ép với p=2at , để

nguội ,chờ mẫu đông đặc ,lấy mẫu và sửa chữa

d/ Lắp một số mẫu chảy với nhau thành một nhóm mẫu chảy có chung hệ thống rót : mục đích để tăng năng suất.

e/ Chế tạo khuôn:

Sơn lớp dung dịch chịu nhiệt lên mẫu chảy Đặt mẫu được sơn vào hòm khuôn và tiến hành làm khuôn cát trên máy rung Sau đó sấy ở 1000- 1200C để mẫu chảy ra ngoài ta được khuôn đúc.

f/ Sấy khuôn:

Sấy khuôn trong lò ở nhiệt độ 8500-9000C để đốt hợp chất dễ chảy còn sót lại , đồng thời tăng

độ bền và tính thông khí cho khuôn.

g/ Nấu chảy kim loại ,rót kim loại vào khuôn

,dỡ khuôn và làm sạch vật đúc.

Quy trình đúc áp lực

Ưu điểm:

• Độ bóng và độ chính xác của vật đúc cao (độ chính xách có thể đạt tới 0,01mm,độ bóng cấp 5-7)

• Bề mặt bên trong của vật đúc cũng đạt độ bóng cao do không thể dùng lõi cát mà dùng lõi kim loại.

• Đúc được vật có thành mỏng(chiều dày>0,3 mm),phức tạp do khả năng điền đầy tốt.

• Vật đúc có cơ tính tốt.

• Năng suất cao (100-200 vật đúc /giờ).

• Ít dung kịm loại đen vì nhiệt độ chảy của kim

loại đen cao làm cho tuổi bền của khuôn giảm.

• Đúc áp lực dung để chế tạo các chi tiết phức

tạp như vỏ bơm xăng dầu ,van dẫn khí , kèn

đồng…

2/ Vật liệu làm khuôn và kết cấu khuôn:

• Vì chịu áp lực cao , tốc độ dịng chảy của kim loại cao nên cơ tính,tính chịu nhiệt và chống mịn của vật liệu làm khuơn đúc áp lực phải cao hơn khuơn kim loại thơng thường.

• Khuơn thường gồm hai nửa, một nửa cố định và một nửa di động Lõi bằng kim loại và cĩ nhiều mảnh kim loại ghép lại với nhau giống như đúc trong khuơn kim loại.Ngồi ra cịn cĩ chốt đẩy vật đúc , hộp để kẹp khuơn và các chi tiết phụ khác như đinh tán ,bulơng kẹp…

3/ Máy áp lực :

a/ Máy ép bằng piston cĩ buồng ép nĩng

b/ Máy đúc bằng piston cĩ buồng ép nguội c/ Máy ép khơng khí cĩ buồng ép cố định

d/ Máy đúc áp lực bằng khí nén cĩ buồng ép

di động

a/ Máy ép bằng piston cĩ buồng ép nĩng:

Chỉ dùng đúc những kim loại có nhiệt độ nóng

chảy ≤ 450°C(Sn,Pb,Zn),nếu ≥450°C thì tạo màng

ôxýt giữa xilanh và piston làm cho máy bị tắc, hệ

thống giữa piston và xilanh mau mòn