gaiso trinhg cong nghẹ kim loai

Quá trình công nghệ: là một phần của quá trình sản xuất, trực tiếp làm thay đổi trạng thái, tính chất của đối tượng sản xuất, có nghĩa là làm thay đổi hình dáng, kích thước, tính chất cơ

TỔNG CỤC KỸ THUẬT

TRƯỜNG SỸ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

TP HỒ CHÍ MINH - 2009

TỔNG CỤC KỸ THUẬT

TRƯỜNG SỸ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

(Giáo trình dùng cho đào tạo SQKT, CĐKT)

TP HỒ CHÍ MINH - 2009

Trường Sỹ quan Kỹ thuật Quân sự mong được bạn đọc góp ý kiến phê bình (Quyết định ban hành số: /QĐ-SQKTQS ngày tháng năm 2009)

TÁC GIẢ

Chủ biên: Thượng tá, Thạc sĩ Nguyễn Thanh Toàn Tham gia biên soạn: Thượng tá, Kỹ sư Nguyễn Trường Sơn

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 4

BÀI MỞ ĐẦU 5

I Các khái niệm cơ bản trong quá trình sản xuất cơ khí 5

II Dạng sản xuất và phương pháp tổ chức sản xuất 8

Câu hỏi ôn tập bài mở đầu 10

Chương 1 CÔNG NGHỆ ĐÚC KIM LOẠI 11

1.1 Khái niệm, đặc điểm chung công nghệ đúc kim loại 11

1.2 Đúc trong khuôn cát 12

1.2.1 Sơ lược qui trình công nghệ đúc trong khuôn cát .12

1.2.2 Các bộ phận cơ bản của một khuôn đúc .12

1.2.3 Công nghệ chế tạo bộ mẫu và hộp lõi 13

1.2.4 Phương pháp đúc trong khuôn cát 25

1.3 Một số phương pháp đúc đặc biệt 41

1.3.1 Khái niệm chung 41

1.3.2 Phương pháp đúc áp lực 42

1.3.3 Phương pháp đúc ly tâm 43

1.3.4 Phương pháp đúc mẫu chảy .45

1.3.5 Phương pháp đúc liên tục 47

1.3.6 Đúc khuôn vỏ mỏng 48

1.4 Đặc điểm công nghệ đúc một số hợp kim 50

1.4.1 Đặc điểm đúc gang xám 50

1.4.2 Đúc thép 50

1.4.3 Đúc hợp kim màu 51

1.5 Kiểm tra vật đúc 51

1.5.1 Các dạng khuyết tật của vật đúc 51

1.5.2 Kiểm tra và sửa chữa khuyết tật của vật đúc 53

Câu hỏi ôn tập chương 1 56

Chương 2 GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC 57

2.1 Nguyên lý gia công áp lực 57

2.1.1 Khái niệm chung 57

2.1.2 Sự biến dạng của kim loại 61

2.1.3 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất của kim loại 64

2.1.4 Nung nóng kim loại 69

2.2 Phương pháp cán, kéo và ép chảy kim loại 73

2.2.1 Phương pháp cán kim loại 73

2.2.2 Phương pháp kéo kim loại 77

2.2.3 Phương pháp ép chảy kim loại 80

2.3 Phương pháp rèn kim loại 84

2.3.1 Rèn tự do 84

2.3.2 Rèn khuôn 93

2.4 Dập tấm .97

2.4.1 Khái niệm chung 97

2.4.2 Các nguyên công dập tấm .98

2.4.3 Thiết bị và dụng cụ dập tấm 106

Câu hỏi ôn tập chương 2 108

Chương 3 CÔNG NGHỆ HÀN KIM LOẠI 109

3.1 Khái niệm, đặc điểm và phân loại các phương pháp hàn 109

3.1.1 Khái niệm .109

3.1.2 Đặc điểm chung của công nghệ hàn .109

3.1.3 Phân loại các phương pháp hàn .110

3.1.4 Các quá trình vật lý và luyện kim khi hàn nóng chảy .110

3.1.5 Tính hàn của kim loại và hợp kim .118

3.2 Công nghệ hàn hồ quang tay 119

3.2.1 Hồ quang hàn .119

3.2.2 Que hàn hồ quang tay 122

3.2.3 Trình tự hàn hồ quang tay 125

3.2.4 Thiết bị hàn hồ quang tay 121

3.3 Một số phương pháp hàn hồ quang .130

3.3.1 Phương pháp hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc hàn 130

3.3.2 Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ .132

3.4 Công nghệ hàn và cắt kim loại bằng khí .135

3.4.1 Đặc điểm của các khí hàn và cắt .135

3.4.2 Ngọn lửa hàn .135

3.4.3 Trang thiết bị hàn khí oxy-acetylen 136

3.4.4 Phương pháp di chuyển mỏ hàn .139

3.5 Đặc điểm công nghệ hàn của một số kim lọai và hợp kim .140

3.5.1 Hàn gang .140

3.5.2 Hàn Hàn kim loại màu và hợp kim màu .144

Câu hỏi ôn tập chương 3 146

Chương 4 CÔNG NGHỆ CẮT GỌT KIM LOẠI 147

4.1 Những khái niệm cơ bản 147

4.1.1 Khái niệm gia công cắt gọt kim loại .147

4.1.2 Các bề mặt trên phôi đang gia công 147

4.1.3 Các chuyển động khi cắt gọt 148

4.1.4 Dụng cụ cắt kim loại 149

4.1.5 Kết cấu dao tiện ngoài đầu thẳng 150

4.1.6 Vật liệu làm dao .151

4.1.7 Thông số hình học phần cắt của dao 154

4.2 Các hiện tượng vật lý khi cắt 159

4.2.1 Quá trình hình thành phoi và các dạng phoi 159

4.2.2 Lẹo dao trong quá trình cắt kim loại 161

4.2.3 Hiện tượng cứng nguội 162

4.2.4 Hiện tượng co rút phoi 163

4.2.5 Ứng suất dư .164

4.2.6 Nhiệt sinh ra khi cắt 164

4.2.7 Rung động khi cắt 165

4.2.8 Các dạng mòn dao 165

4.3 Phương pháp tiện kim loại 166

4.3.1 Đặc điểm tạo hình trên máy 166

4.3.2 Các loại đồ gá vạn năng kèm theo máy tiện 166

4.3.3 Phân loại máy tiện 170

4.4 Phương pháp bào ,xọc 172

4.4.1 Đặc điểm 172

4.4.2 Dao bào, xọc 173

4.4.3 Máy bào, xọc 174

4.4 Phương pháp phay kim loại 174

4.4.1 Đặc điểm công nghệ của phay 174

4.4.2 Dao phay 176

4.4.3 Các yếu tố cắt khi phay 178

4.4.4 Máy phay 180

4.5 Phương pháp khoan, khoét, doa 184

4.5.1 Đặc điểm công nghệ 184

4.5.2 Dụng cụ cắt trên máy khoan, doa 185

4.5.3 Chế độ cắt khi khoan, khoét, doa 188

4.5.4 Các phương pháp mài dụng cụ để tăng tuổi bền 188

4.5.5 Các loại máy khoan và công dụng 189

4.5.6 Máy doa .193

4.6 Phương pháp mài kim loại .194

4.6.1 Đặc điểm cắt gọt của mài 194

4.6.2 Đá mài .195

4.6.3 Các phương pháp mài 198

Câu hỏi ôn tập chương 4 201

Chương 5 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BIỆT 203

5.1 Một số công nghệ gia công mới 203

5.1.1 Gia công bằng tia lửa điện (Electric Discharge Machining-EDM) 204 5.1.2 Gia công bằng chùm tia điện tử (Electric Bim Machining-EBM) 208

5.1.3 Gia công bằng chùm tia laser (Laser Beam Machining-LBM) .209

5.1.4 Gia công điện hóa (Eletro Chemical Machining - ECM) 211

5.2 Gia công trên máy NC, CNC 219

5.2.1 Các khái niệm cơ bản về điều khiển số 219

5.2.2 Máy điều khiển số 227

5.2.3 Dụng cụ dùng cho máy gia công NC, CNC 232

5.2.4 Lập trình gia công 232

Câu hỏi ôn tập chương 5 246

Tài liệu tham khảo 247

LỜI NÓI ĐẦU

Nâng cao chất lượng đào tạo sĩ quan, nhân viên chuyên môn kỹ thuật là nhiệm vụ hàng đầu của các nhà trường trong Quân đội nói chung và Trường ta nói riêng Nhà trường đang tiến hành đào tạo sĩ quan kỹ thuật và tiến tới đào tạo bậc đại học Trong lộ trình đó có việc hoàn thiện giáo trình, tài liệu tham khảo Nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy, đáp ứng yêu cầu giảng dạy của giáo viên và tham khảo của học viên, sinh viên Nhà trường, chúng tôi mạnh dạn biên sọan cuốn giáo

trình “Công nghệ kim loại”

Giáo trình gồm có bài mở đầu và 5 chương:

Chương 1 Công nghệ đúc kim loại

Chương 2 Gia công kim loại bằng áp lực

Chương 3 Công nghệ hàn kim loại

Chương 4 Công nghệ gia công cắt gọt

Chương 5 Công nghệ gia công đặc biệt

Các tài liệu về công nghệ kim loại hiện nay trên thị trường có rất nhiều Do đặc thù môn học và nhất là chương trình mỗi trường khác nhau nên cách biên sọan, kết cấu giáo trình cũng có nhiều điểm khác nhau Việc biên sọan giáo trình này được tiến hành theo sát chương trình đào tạo của bậc cao đẳng và sĩ quan kỹ thuật giúp cho học viên các hệ đào tạo có một tài liệu có mang tính tổng hợp để tham khảo theo chương trình giảng dạy cũng như đọc thêm mở rộng kiến thức Ngoài ra, giáo trình cũng có thể dùng cho giảng dạy đại học và tham khảo chung của người cán bộ kỹ thuật

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban Khoa học công nghệ môi trường, Khoa kỹ thuật cơ sở đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi hoàn thành giáo trình này

Trong quá trình biên soạn mặc dù rất cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, chúng tôi chân thành mong nhận được những ý kiến đóng góp của đông đảo giáo viên, học viên, sinh viên để giáo trình được hoàn chỉnh hơn

CÁC TÁC GIẢ

BÀI MỞ ĐẦU

I Các khái niệm cơ bản trong quá trình sản xuất cơ khí

1 Quá trình sản xuất trong nền kinh tế thị trường

Bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào khi hình thành cũng phải trải qua các giai đọan của quá trình sản xuất sau; (Hình 1)

Quá trình sản xuất này hoạt động theo nhu cầu của khách hàng và thị trường tiêu thụ Sản phẩm có thể thay đổi theo nhu cầu của khách hàng

Khách hàng và thị

trường tiêu thụ

Thiết kế qui trình công nghệ

Thiết kế và chế tạo các thiết bị công nghệ

Kiểm tra

Hình 1 Các giai đọan của quá trình sản xuất

Quá trình sản xuất bao gồm các giai đoạn thuộc về công việc chuẩn bị sản xuất: thiết kế sản phẩm, vẽ các bản vẽ lắp ráp và các bản vẽ chi tiết, thiết kế qui trình công nghệ, thiết kế các trang bị công nghệ; đặt hàng các thiết bị máy móc, kế họach hóa quá trình sản xuất và lập biểu đồ sản xuất Sau khi kết thúc các công việc chuẩn bị sản xuất thì đưa vào sản xuất (gồm chế tạo, lắp ráp và kiểm tra) theo kế hoạch đã định

Khi tổ chức sản xuất cần lưu ý hai trường hợp:

- Trường hợp thứ nhất là công việc thiết kế sản phẩm mới do khách hàng thực hiện Nhà máy (hãng sản xuất) chỉ có nhiệm vụ chuẩn bị công nghệ và chế tạo sản phẩm theo bản vẽ thiết kế

- Trường hợp thứ hai: nhà máy (hãng sản xuất) đảm nhiệm luôn cả công việc thiết kế sản phẩm mới

2 Một số khái niệm và định nghĩa cơ bản trong sản xuất cơ khí

Máy: là cơ cấu hoặc tổ hợp các cơ cấu nhằm thực hiện các chức năng nhất định

biến đổi năng lượng,thay đổi hình dáng hoặc cơ tính vật liệu hoặc tín hiệu Máy, các

cụm máy hoặc chi tiết máy đều được gọi là những sản phẩm trong chế tạo máy, là đối tượng sản xuất của nhà máy, xí nghiệp

Chi tiết: là một phần tử hay một bộ phận của máy không có nguyên công lắp

ráp Để hình thành một chi tiếât thì nó phải trải qua nhiều công đoạn như tạo phôi, gia công cơ khí, gia công nhiệt hóa v.v… quá trình trên gọi là quá trình sản xuất (QTSX)

Quá trình sản xuất: nếu nói theo nghĩa rộng là quá trình con người tác động

vào tài nguyên thiên nhiên, đểû biến nó thành sản phẩm cho xã hội Quá trình sản xuất có thể có nhiều giai đoạn như luyện kim, gia công khí, gia công nhiệt hóa và lắp ráp

Quá trình sản xuất theo nghĩa hẹp là trong một nhà máy cơ khí, quá trình này là quá trình tổng hợp các hoạt động có ích để biến nguyên vật liệu và bán thành phẩm thành sản phẩm

Quá trình sản xuất cơ khí có thể tóm tắt như hình 2; phương pháp luyện kim sẽ

cho ta vật liệu là kim loại màu và kim loại đen

Để chế tạo các chi tiết bằng kim loại thì phải có các phương pháp gia công kim loại như: phương pháp đúc, phương pháp gia công áp lực, phương pháp hàn, phương pháp cắt gọt vv…

Quặng kim loại Nhiên liệu

Luyện kimKim loại màu, kim loại đenĐúc kim loại

Hàn kim loại

Gia công kim loại bằng áp lực

Gia công cắt gọt kim loại

Công nghệ: là các phương pháp tiêu biểu và đặc trưng chế tạo ra các sản phẩm

nhằm phục vụ đời sống, kinh tế, xã hội… của con người

Công nghệ luôn mang tính sáng tạo cao trong quá trình chế tạo các sản phẩm (bí quyết công nghệ) Bản quyền công nghệ được sự bảo hộ của nhà nước, nhằøm bảo vệ quyền lợi cho người sở hữu công nghệ ấy, đồøng thời sự bảo hộ sẽ thúc đẩy sự tìm tòi, khơi dậy sự sáng tạo của nhân loại trong những phát minh sáng chế ra những loại sản phẩm mới

Hiện nay trên thế giới nhiều nước đã ứng dụng nhanh chóng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất và dịch vụ, nên xuất hiện nhiều công nghệ mới ra đời ưu việt hơn, thay thế cho những công nghệ cũ trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Theo thông lệ quốc tế hiện nay, người ta dùng các tiêu chuẩn quốc tế ISO (International Organization for Standardization) để đánh giá mức độ tiên tiến một công nghệ, hoặc sử dụng các tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm của một số nước có trình độ công nghệ cao để đánh giá những công nghệ này

Quá trình công nghệ: là một phần của quá trình sản xuất, trực tiếp làm thay đổi

trạng thái, tính chất của đối tượng sản xuất, có nghĩa là làm thay đổi hình dáng, kích thước, tính chất cơ, lý, hóa của vật liệu hoặc thay đổi vị trí tương quan giữa các bề mặt của chi tiết

Gia công cắt gọt là quá trình làm thay đổi kích thước và hình dáng của chi tiết; nhiệt luyện làm thay đổi tính chất lý, hóavà cơ tính của vật liệu gia công; lắp ráp là quá trình tạo thành những quan hệ tương quan giữa các chi tiết thông qua các mối ghép

Quá trình công nghệ được xác định hợp lý, rồi ghi thành văn kiện công nghệ thì

gọi là qui trình công nghệ

Quá trình công nghệ của một dạng sản phẩm sẽ được chia nhỏ thành các nguyên công, gá, vị trí, bước, và đường chuyển dao, nhằm thỏa mãn nguyên tắc gia công hợp lý và ý nghĩa kinh tế của sản phẩm đó

Nguyên công: là một phần của quá trình công nghệ, được thực hiện liên tục tại

một địa điểm làm việc do một hoặc một nhóm công nhân thực hiện

Đặc trưng của nguyên công gồm có hai yếu tố là chỗ làm việc không đổi và tính liên tục

Chỗ làm việc không đổi là một vị trí trong phân xưởng mà tại đó người công nhân làm việc với đầy đủ trang bị như máy, đồ gá, dao vv…

Nếu một chi tiết được chuyển từ chỗ làm này sang chỗ làm khác, mặc dù công việc gia công vẫn giống nhau, thì đó là hai nguyên công khác nhau

Ví dụ nếu gia công thô một loạt trục, sau đó gia công tinh, bắt đầu từ chi tiết thứ nhất của loạt trục đó trên cùng một máy, thì đó là hai nguyên công khác nhau vì công việc đó đã bị gián đọan

Gá: là một phần củùa nguyên công được thực hiện trên một lần gá đặt của chi

tiết, ví dụ: tiện một đầu trục rồi đổi đầu kia để tiện là hai lần gá đặt Một nguyên công có thể có một hay nhiều lần gá

Vị trí: là một phần của nguyên công được xác định bởi vị trí tương quan giữa

các chi tiết và máy (dao); ví dụ mỗi lần phân độ để phay một cạnh hay khoan một lỗ trên chi tiết là một vị trí Mỗi lần gá có thể có nhiều vị trí

Bước: là một phần của nguyên công mà chế độ của máy duy trì không đổi khi

gia công một hay nhiều bề mặt với một dao hay nhiều dao

Đường chuyển dao: là một phần của bước để bóc đi một lớp vật liệu có cùng

chế độ cắt và cùng một dao

Động tác: là một hành động của công nhân để điều khiển máy Ví dụ: bấm nút,

quay ụ dao, gạt tốc độ, nhấn pê đan cho máy dập đi xuống vv… Động tác là một đơn

vị nhỏ nhất của quá trình công nghệ phân chia thành động tác là rất cần thiết để định mức thời gian, nghiên cứu năng suất lao động và tự động hóa các nguyên công

II Dạng sản xuất và phương pháp tổ chức sản xuất

1 Dạng sản xuất đơn chiếc

Là dạng sản xuất trong đó sản lượng ít, chủng loại nhiều và không ổn định Sản phẩm của dạng này thường không lặp lại trong quá trình sản xuất hoặc có lặp lại nhưng thời gian không xác định

Đặêc điểm củùa dạng sản xuất đơn chiếc không sử dụng các thiết bị chuyên dùng mà thường dùng máy vạn năng, trình độ công nhân có tay nghề cao, máy bố trí theo chủng loại, qui trình công nghệ sơ lược, giá thành sản phẩm cao Để áp dụng tự động hóa trong sản xuất đơn chiếc, gần đây người ta đã sử dụng các máy điều khiển kỹ thuật số vì nó cho phép điều chỉnh nhanh khi thay đổi mặt hàng mới

2 Dạng sản xuất hàng loạt

Là dạng sản xuất mà trong đó sản phẩm được chế tạo số lượng lớn và thường xuyên lặp lại trong một thời gian nhất định

Đặc điểm của dạng sản xuất này sản phẩm tương đối ổn định và công việc ở mỗi chỗ làm việc có tính chất chu kỳ

Tùy theo mức độ ổn định và sản lượng hàng năm mà trong sản xuất loạt chia thành sản xuất loạt nhỏ, loạt vừa và loạt lớn

Sản xuất loạt nhỏ rất gần với sản xuất đơn chiếc nhưng sản phẩm ổn định hơn Thiết bị thường là các máy vạn năng

Sản xuất loạt lớn có sản lượng lớn, chủng loại ít và sản phẩm ổn định Dạng sản xuất này có nhiều thiết bị chuyên dùng, một số tự động và bán tự động Trang bị

đa số là chuyên dùng, qui trình công nghệ tỷ mỷ Sản phẩm được lặp lại theo một chu kỳ xác định

3 Dạng sản xuất hàng khối

Là dạng sản xuất có sản lượng hàng năm rất lớn, sản phẩm hàng năm ổn định Tại mỗi chỗ làm việc nguyên công không thay đổi và luôn lặp lại hoặc phân chia thành từng lọat

Đặc điểm của dạng sản xuất hàng khối là thiết bị chuyên dùng, dây chuyền tự động, qui trình công nghệ tỷ mỷ, sử dụng rộng rãi các thiết bị, trang bị cơ khí hóa và tự động hóa rộng rãi Thiết bị được bố trí theo dây chuyền thứ tự nguyên công

4 Một số phương pháp tổ chức sản xuất

Phương pháp tổ chức sản xuất theo dây chuyền và không dây chuyền Phương pháp thứ nhất địa điểm sản xuất được sắp xếp theo thứ tự các nguyên công, nghĩa là

mỗi nguyên công thực hiện tại một địa điểm nhất định Sau khi nguyên công thứ nhất được thực hiện xong thì chi tiết gia công được chuyển sang vị trí thứ hai vv… muốn dây chuyền sản xuất đồng bộ thì gia công phải tuân theo một nhịp sản xuất nhất định

Nhịp sản xuất của phương pháp sản xuất theo dây chuyền là khoảng thời gian lặp lại của chu kỳ gia công Nhịp sản xuất được sản xuất theo công thức:

N là sản lượng hàng năm của sản phẩm cần sản xuất

Phương pháp này thường áp dụng trong sản xuất hàng lọat lớn và hàng khối Nó đem lại hiệu quả kinh tế và năng suất rất cao

Phương pháp tổ chức sản xuất không theo dây chuyền là một phương pháp, mà mỗi nguyên công trong đó được thực hiện, không có liên quan về thời gian và địa điểm làm việc với các nguyên công khác Phương pháp này thường áp dụng trong sản xuất hàng lọat nhỏ

CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI MỞ ĐẦU

1 Trình bày quá trình sản xuất cơ khí trong nền kinh tế thị trường

2 Trình bày một số khái niệm và định nghĩa cơ bản trong sản xuất cơ khí

3 Trình bày dạng sản xuất và phương pháp tổ chức sản xuất cơ khí

4 Trình bày một số phương pháp tổ chức sản xuất cơ khí

Vật đúc có thể được dùng ngay gọi là chi tiết đúc Nếu vật đúc phải qua gia công cơ khí để nâng cao độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt thì gọi là phôi đúc

Công nghệ đúc có những ưu điểm chủ yếu sau:

- Có thể đúc được sản phẩm từ các loại vật liệu khác nhau, thường là gang, thép, kim loại màu và hợp kim của chúng với khối lượng từ vài gam đến hàng trăm tấn

- Chế tạo được vật đúc có hình dáng, kết cấu rất phức tạp như thân máy công cụ, vỏ động cơ mà các phương pháp khác chế tạo khó khăn hoặc không chế tạo được

- Đối với những phương pháp đúc thông thường, vật đúc đạt độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bóng bề mặt không cao Các phương pháp đúc chính xác, vật đúc có thể đạt độ chính xác tới 0,01 mm và độ nhẵn bề mặt 1,25m

- Có thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong cùng một vật đúc

- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá

- Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất cao

Tuy nhiên công nghệ đúc còn có nhiều nhược điểm:

- Hao phí kim loại cho hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót (khi đúc hợp kim nhôm, khối lượng kim loại phải tốn phí đến 250% so với vật đúc)

- Vật đúc có nhiều khuyết tật (thiếu hụt, rỗ khí) làm tỷ lệ phế phẩm khá cao

- Nếu đúc trong khuôn cát và làm khuôn bằng tay thì độ chính xác, độ bóng bề mặt của vật đúc thấp

- Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc khó khăn đòi hỏi phải có thiết bị hiện đại

Công nghệ đúc được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đặc biệt là trong ngành cơ khí chế tạo Khối lượng trung bình chiếm khoảng 40 – 80% tổng khối lượng máy móc, còn trong ngành cơ khí khối lượng sản phẩm đúc chiếm khoảng 90%

1.2 Đúc trong khuôn cát

1.2.1 Sơ lược qui trình công nghệ đúc trong khuôn cát; (Hình 1.1)

Muốn đúc một chi tiết, trước tiên phải căn cứ vào vẽ bản chi tiết thành lập bản vẽ vật đúc để từ đó chế tạo ra mẫu và hộp lõi

Dựa vào bộ mẫu đúc và hỗn hợp khuôn tạo ra khuôn đúc; dựa vào hộp lõi (hộp ruột) và hỗn hợp lõi để tạo ra lõi đúc

Sau đó người ta sấy khô khuôn, lõi nhằm giảm bớt lượng nước để tăng bền cho khuôn, lõi và nâng cao chất lượng vật đúc

Lắp ráp lõi (thao) vào trong khuôn và lắp ráp khuôn ta được khuôn đúc Để dẫn kim loại lỏng vào khuôn, khi làm khuôn ta phải tạo hệ thốâng rót trong lòng khuôn

Khi rót kim loại lỏng vào hệ thống rót thì sẽ chảy vào lòng khuôn đúc Sau khi kim loại đông đặc trong khuôn, người ta dỡõ khuôn; phá lõi; làm sạch vật đúc và kiểm nghiệm sản phẩm

1.2.2 Các bộ phận cơ bản của một khuôn đúc; (Hình 1.2)

Bộ phận kỹ thuật

Chế tạo bộ mẫuChế tạo

hỗn hợp lõi

NấuKimloại

Lắp khuôn Rót kim loại lỏng vào

khuôn

Dỡ khuôn lấy

Hình 1.1 Qui trình công nghệ đúc trong khuôn cát

- Lòng khuôn đúc (8) phù hợp với hình dáng của vật đúc

- Hệ thống rót bao gồm: cốc rót (1); ống rót (12); rãnh dẫn (10)

- Đậu hơi (2) sẽ dẫn hơi từ lòng khuôn ra ngoài khi rót kim loại lỏng vào khuôn, trong trường hợp này còn bổ sung kim loại lỏng cho vật đúc khi đông đặc (có thể gọi là đậu ngót)

- Hòm khuôn trên 3 để làm nửa khuôn trên (4)

- Hòm khuôn dưới 6 để làm nửa khuôn dưới (9)

- Chốt định vị (11) để lắp ghép chính xác (2) nửa khuôn với nhau

- Vật liệu trong hai nửa khuôn là hỗn hợp khuôn

- Lõi (7) tạo lỗ rỗâng trong vật đúc; lõi được làm bằng hỗn hợp lõi Để tăng tính thoát khí cho khuôn người ta tiến hành đục các lỗ thoát khí (5)

1.2.3 Công nghệ chế tạo bộ mẫu và hộp lõi

1 Cốc rót; 2 Đậu hơi; 3.Hòm khuôn trên; 4 Nửa khuôn trên;

5 Lỗ thoát khí; 6 Hòm khuôn dưới; 7 Lõi; 8 Lòng khuôn đúc;

9 Nửa khuôn dưới; 10 Rãnh dẫn; 11 Chốt định vị;

12 Ống rót

Chi tiết Mẫu đúc Lõi Khuôn đúc

345678

910

12

11

Hình 1.2 Một số bộ phận cơ bản trong khuôn đúc

1.2.3.1 Khái niệm bộ mẫu và hộp lõi

Mẫu là vật thể có hình dáng bên ngoài của vật đúc, mẫu tạo ra lòng khuôn đúc

Bộ mẫu bao gồm: mẫu vật đúc; mẫu hệ thống rót; mẫu đậu ngót; tấm mẫu… Một bộ mẫu sẽ tạo nên một lòng khuôn đúc hoàn chỉnh

Lõi đúc (thao) có hình dáng của lỗ rỗng trong vật đúc Hộp lõi (hộp thao hay hộp ruột) để chế tạo ra lõi (thao)

1.2.3.2 Vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi

Một số loại vật liệâu thường dùng sau đây để chế tạo bộ mẫu và hộp lõi: gỗ; kim loại; thạch cao; xi măng, chất dẻo…

1 Gỗ

Trong công nghệ đúc ở Nước ta, gỗ thường sử dụng làm bộ mẫu đúc và hộp lõi

vì có những ưu điểm như:

- Gỗ có sẵn trong tự nhiên và

- Dễ kiếm nên giá rẻ; dễ gia công

Mẫu và hộp lõi bằng gỗ có nhược điểm độ bền và độï cứng kém; gỗ dễ bị trương nứt, cong vênh khi sử dụng làm khuôn lõi Vì vậy, gỗ thích hợp trong sản xuất đúc đơn chiếâc, hoặc sản xuất lọat nhỏ và trung bình; hoặc khi cần phải làm những mẫu có kích thước lớn

Căn cứ vào độ bền và độ cứng của các loại gỗ khi chế tạo mẫu và hộp lõi người ta chia gỗ thành 3 nhóm chính sau đây:

a Gỗ nhóm I

Các loại gỗ lim, gụ… Loại gỗ có độ bền, độ cứng cao, ít bị thấm nước, sau khi gia công bề mặt nhẵn bóng; số lần làm khuôn lõi có thể tới 100 ÷ 500 lần Những loại gỗ này thường khó gia công cắt gọt, đắt tiền nên chỉ sử dụng trong sản xuất hàng lọat nhỏ, hoặc chế tạo những mẫu quan trọng; những mẫu làm khuôn trên máy

b Gỗ nhóm II

Các loại gỗ mỡ, gỗ dẻ…so với gỗ nhóm I thì dễ cắt gọt hơn, có độï cứng trung bình, bề mặt gỗ nhẵn bóng và chịu được ẩm Những loại gỗ này dùng để chế tạo những mẫu phức tạp, có kích thước tương đối chính xác Thường dùng làm trong sản xuất loạt nhỏ, đơn chiếc, có thể sử dụng từ 25÷100 lần khi làm khuôn lõi

c Gỗ nhóm III

Gỗ thông, bồ đề, cao su…là nhóm gỗ tạp, có độ cứng, độ bền thấp Trong gỗ thông có thớ dọc và thớ gỗ có nhiều lớp xếp chồng lên nhau nên khi gia công gỗ dễ

bị vỡ, bề mặt gỗ hay bị sần sùi, nhưng ít cong vênh bị thấm nước Nhưng loại này dùng làm mẫu không cần độ nhẵn bóng cao, có thể sử dụng khoảng 10 ÷ 25 lần khi làm khuôn lõi

Phương pháp chế tạo mẫu, hộp lõi bằng gỗ: bao gồm xẻ gỗ; sấy khô gỗ; ghép gỗ tạo hình mẫu hoặc hộp lõi; mài nhẵn và đánh bóng; sơn mẫu để tăng độ bóng và chống thấm nước Mầu sơn qui định như sau: mầu xanh đúc thép; mầu đỏ đúc gang; vàng đúc kim loại màu; mầu đen chỉ tai hoặc gốâi mẫu

Người công nhân chuyên chế tạo bộ mẫu, hộp lõi bằng vật liệu gỗ được gọi thợ mộc mẫu

2 Kim loại

Maêu, hoôp loõi baỉng kim loái coù nhöõng öu ñieơm: ñoô beăn, ñoô cöùng cao, beă maịït maêu nhaün boùng, coù ñoôï chính xaùc cao, khođng thaâm nöôùc, ít bò cong veđnh, thôøi gian söû dúng lađu hôn so vôùi maêu goê Nhöng loái naøy khoù gia cođng, giaù thaønh ñaĩt neđn chư söû dúng trong sạn xuaât haøng loát vaø haøng khoâi

Moôt soâ kim loái vaø hôïp kim thöôøng duøng:

Hôïp kim nhođm: hôïp kim nhođm silíc vaø hôïp kim nhođm ñoăng (theo tieđu chuaơn cụa Lieđn xođ): A12; A24; A 26; A 27; A 28 Nhöõng hôïp kim nhođm naøy, coù ñaịc ñieơm cô bạn laø nhé, deê gia cođng cô khí, ñoô boùng vaø ñoô chính xaùc cao, coù khạ naíng choâng aín moøn hoùa hóc raât toât Khi laøm khuođn, loõi ñuùc coù theơ söû dúng tôùi 70000 laăn, neđn hôïp kim nhođm ñöôïc söû dúng nhieău nhaât

Gang xaùm: GX 12–28; GX15–32; GX18–36 Gang xaùm coù ñoô beăn cao hôn nhođm, giaù thaønh há, nhöng naịng vaø khoù gia cođng hôn hôïp kim nhođm, deê bò ođxy hoùa neđn ít duøng Coù theơ söû dúng töø 10 000 ÷150 000 laăn khi laøm khuođn loõi

Ñoăng thau vaø ñoăng thanh: Nhöõng loái naøy beăn hôn nhođm vaø deê gia cođng cô khí, beă maịt gia cođng nhaün boùng, kích thöôùc chính xaùc, khođng bò ođxy hoùa, coù theơ duøng ñöôïc 15000 laăn Nhöng hôïp kim ñoăng giaù thaønh ñaĩt, naịng, ñoô co lôùn neđn ít duøng hôn

so vôùi hôïp kim nhođm

Phöông phaùp cheâ táo maêu vaø hoôp loõi kim loái coù theơ duøng hai phöông phaùp: ñuùc táo phođi maêu vaø hoôp loõi, khi ñuùc coù tính ñeân löôïng dö gia cođng caĩt gót Sau ñoù duøng nhöõng phöông phaùp gia cođng caĩt gót ñeơ táo ñoô boùng vaø ñoô chính xaùc cụa maêu hoaịc hoôp loõi

Ñoâi vôùi maêu, hoôp loõi coù hình daùng phöùc táp coù theơ cheâ táo töøng phaăn roăi laĩp gheùp vôùi nhau baỉng bu lođng hoaịc haøn Hieôn nay, cođng ngheô cheâ táo khuođn, maêu, hoôp loõi baỉng kim loái tređn caùc maùy caĩt gót kyõ thuaôt soâ hoaịc caùc maùy caĩt dađy ñöôïc söû dúng roông raõi, neđn naíng suaât vaø chaât löôïng khuođn maêu ñát raât cao Ñađy laø moôt böôùc tieân quan tróng trong lónh vöïc khuođn maêu

3 Thách cao (CaSO 4 2H 2 O)

Coù ñoô beăn hôn goê, thách cao nhé, deê cheâ táo, deê caĩt gót, nhöng gioøn deê vôõ, deê thaâm nöôùc neđn thách cao chư duøng laøm maêu nhoû vaø thöôøng duøng trong ñuùc myõ ngheô hoaịc khi laøm nhöõng maêu gheùp raât tieôn lôïi

Phöông phaùp laøm maêu thách cao ñöôïc tieân haønh nhö sau: Saây thách cao ôû nhieôt ñoô 1500C ñeơ boâc heât hôi nöôùc roăi nhanh choùng troôn vaøo nöôùc theo tyû leô khoâi löôïng 1:1 Sau ñoù quaây ñeău thaønh dung dòch roăi ñoơ vaøo khuođn baỉng ñaẫt seùt Ñeơ tieâđt kieôm thách cao thì ôû beđn trong maêu coù theơ laøm baỉng thách cao loái rẹ tieăn Ñeơ taíng ñoô cöùng, ñoô beăn cụa maêu coù theơ ñaịt caùc thoûi goê hoaịc thanh theùp laøm xöông Khoạng 30

÷ 40 phuùt sau khi ñoơ khuođn, thách cao hoùa cöùng vaø heât co, coù theơ laây maêu ra khoûi khuođn, söûa chöõa neâu thaây caăn thieât vaø sau 2 ngaøy thì ñem sôn maêu

4 Chế tạo mẫu bằng xi măng

Xi măng bền, cứng hơn thạch cao và chịu va đập tốt, có thể làm mẫu khoảng

10000 lần Xi măng rẻ, dễ chế tạo, không hút nước nhưng nặng, khó gia công nên chỉ dùng làm mẫu hộp lõi phức tạp, mẫu làm khuôn trên máy, làm tấm mẫu

Phương pháp làm mẫu bằng xi măng: Trộn xi măng với cát hạt nhỏ theo tỷ lệ (1:1) đến (1:1,2) cho nước vào theo tỷ lệ (1,1:1,3), rồi trộân đều cho đến lúc sệt như hỗn hợp bê tông

Xi măng đông cứng sau 7 ngày và sau 20÷30 ngày thì rất bền Độ co ngót của

xi măng không đáng kể Để nâng cao độ bền thì đặït thêm những thanh thép làm xương Quá trình làm mẫu bằng xi măng đơn giản và rẻ tiền hơn so với mẫu bằng

thạch cao rất nhiều, nên thường được chế tạo phổ biến hơn

1.2.3.3 Bản vẽ vật đúc

Căn cứ vào bản vẽ chi tiết để thành lập bản vẽ vật đúc Từ bản vẽ vật đúc lập

ra bản vẽ mẫu và bản vẽ hộp lõi Trên bản vẽ vật đúc có những điểm cần biểu thị được tính đúc của sản phẩm như: mặt phân khuôn; kích thước vật đúc có tính đến lượng dư gia công cơ khí và dung sai đúc; biểu diễn lõi và gối lõi; độ dốc và góc đúc

1 Mặt phân khuôn

Là mặt tiếp xúc giữa nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới, trên bản vẽ ký hiệu bằng đường mầu xanh Mũi tên ký hiệu chữ T chỉ phần vật đúc thuộc khuôn trên, còn chữ D thuộc khuôn dưới

Mặt phân khuôn xác định vị trí vật đúc trong khuôn Khi chọn mặt phân khuôn của vật đúc cần dựa trên những nguyên tắc cơ bản sau đây:

- Mặt phân khuôn phải đảm bảo dễ làm khuôn và rút mẫu

- Mặt phân khuôn phải là mặt đơn giản nhất, tốt nhất là chọn các mặt phẳng, không nên chọn các mặt cong và các mặt bậc

- Mặt phân khuôn phải đảm bảo nhận được chất lượng vật đúc tốt nhất Những nửa vật đúc quan trọng, cần có cơ tính cao nên đặt ở nửa khuôn dưới vì vật đúc trong nửa khuôn trên dễ bị rỗ khí , rỗ xỉ , lõm co

2 Độ co của kim loại đúc

Trong quá trình đông đặc và nguội, vật đúc sẽ co lại, nên kích thước vật đúc bị hụt Khi làm khuôn cần phải tính đến độ co khác nhau của mỗi kim loại đúc Lòng khuôn phải có kích thướclớn hơn kích thước của vật đúc

Để tiện lợi cho việc làm mẫu thì người ta chế tạo những thước mẫu cho mỗi loại vật liệu mà đã tính đến độ co của vật liệu đó Vì vậy, trên bản vẽ không cần biểu thị lượng co này

3 Lượng dư gia công cơ khí

Là lượng kim loại cần cắt gọt trong quá trình gia công cơ khí nhằm tạo thành chi tiết Trên bản vẽ phần lượng dư ký hiệu màu đỏ

Lượng dư gia công cơ khí phụ thuộc vào những yếu tố sau: độ bóng, độ chính xác của chi tiết càng cao thì lượng dư gia công càng lớn; hoặc bề mặt gia công càng lớn thì lượng dư càng lớn; bề mặt phía trên của vật đúc cần có lượng dư lớn hơn vì phía trên chất lượng vật đúc xấu hơn phía dưới; mức độ phức tạp của vật đúc và dạng sản xuất

4 Dung sai đúc

Khi đúc bao giờ cũng có sự sai lệch giữa

kích thước danh nghĩavà kích thước thực tế của vật

đúc Sai lệch này phụ thuộc vào dạng sản xuất,

trình độ mộc mẫu, làm khuôn lõi và lắp ráp

5 Lõi và gối lõi

Trên bản vẽ vật đúc thể hiện bằng những

nét gạch chéo màu xanh Gối lõi là phần lõi lắp

ghép với khuôn, đảm bảo cho sự vững chắc của lõi

trong khuôn không bị xê dịch khi rót kim loại lỏng

vào khuôn Dễ lắp ráp vào khuôn

Lõi đứng thường làm gối lõi hình côn, kích

thước gối lõi cần đảm bảo H > h;  > ; (Hình 1.3)

Giữa gối lõi và khuôn cần có khe hở (s1; s2;

s3) để khi lắp ráp không bị vỡ khuôn và lõi

Lõi ngang có thể là gối lõi hình trụ, hình vuông và những hình dáng khác nhau Giữa gối lõi và khuôn cũng phải có khe hở L1; s1; s2 tương tự như lõi đứng; (Hình 1.4)

Những thành đứng của vật

và lấy lõi ra khỏi hôp lõi

Người ta thiếât kế ba dạng độ dốc, khi chiều cao của thành vật đúc càng lớn thì độ dốc càng nhỏ, mẫu gỗ có dộ dốc lớn hơn mẫu kim loại Mẫu

Hình 1.5 Độ dốc làm

tăng kích thước vật đúc

Hình 1.6 Độ dốc trung

bình giảm kích thước vật đúc

7 Góc

họn theo c

Hình 1.7 Độ dốc làm

đúc

Góc hợp bởi hai bề mặt liên

tiếp của vật đúc được thay bằng cung

lượn để tránh bị vỡ khi rút mẫu và

vật đúc không bị nứt khi kim loại

lỏng đông đặc và nguội trong khuôn;

(Hình 1.8) Trị số bán kính lượn bên

trong r và bên ngoài R có thể c

ông thức kinh nghiệm sau:

Bản vẽ mẫu

Từ bản vẽ vật đúc người ta thiếât kế bản vẽ mẫu Kích th

õ vật đúc, trừ phần tai gối mẫu và dung sai chế tạo mẫu

Kích thướ

ët gối lõi

Dung sai mẫu là dung sai cho phép khi chế t

ät liệu mẫu, dạng sản xuất và kích thước mẫu

Để dễ làm khuôn thì mẫu có thể chia làm hai nửa lắp với nhau bằng chốt định

vị Mặt phân mẫu trùng với mặt phân khuôn Trường hợp đặt biệt mẫu có thể được chế tạo thành nhiều phần có thể tháo rời Trên bản vẽ m

Bản vẽ hộp lõi

Tùy theo mức độ phức tạp của lõi, có thể làm hộp lõi nguyên, hộp lõi hai nửa và hộp lõi tháo rời K

30±o,5 154±1

1.2.3.6 Vật liệu làm khuôn và lõi

l2O3 ; CaCO3 ; Fe2O3… Nếu chọn cát tốt thì nâng cao chất lượng

phân loại theo tạp chất lẫn trong cát; hoặc phân loại cát theo thành phần thạch anh

1 Cát (SiO 2 )

Còn gọi là thạch anh, cát là thành phần chủ yếu trong khuôn và lõi Cát chịu

được nhiệt độ cao và có tính thông khí tốt Cát có sẵn trong tự nhiên, trong cát thường

lẫn một số tạp chất như A

vật đúc rất nhiều

Để lựa cát phù hợp với yêu cầu làm khuôn, lõi người ta phân cát theo 8 loại

kích thước hạt (0,05÷1mm); bảng 1.1, hoặc phân loại cát theo hình dáng của hạt (cát

sông và cát núi); hoặc

Bảng 1 äu cát chọn làm n lõi

Bảng 1.2 Thành phần thạch anh

Ví dụ: Cát thô khi rây thì tất cả đều lọt qua

lượng cát ít hơn 50% thì nằm trên rây số 04

Lựa chọn cát theo tỷ lệ khối lượng chứa đất sét lẫn trong cát:

Cát thạch anh chứâ đất sét nhỏ hơn 2% khối lượng

Cát gầy (cát nghèo) chứa đất sét nhỏ hơn 2÷10% khối lượng

Cát nửa mỡ (cát vừa) chứa đất sét nhỏ hơn 10÷20% khối lượng

Cát mỡ (cát béo) chứa đất sét nhỏ hơn 20÷30% khối lượn

Cát rất mỡ (cát rất béo) chứa đất sét nhỏ hơn 30÷50% khối lượng

ành phần thạch anh theo bảng 1.2 sa

2 Đất sét (m Al 2 O 3 nSiO 2 qH 2 O)

Thành phần chủ yếu của đất sét là cao lanh, ngoài ra còn lẫn một số tạp chất khác như: CaCO3; Fe2O3; Na2CO3

Đất sét tăng độ dẻo, dính khi có lượng nước thích hợp, nếu sấy khô thì sẽ tăng bền cho khuôn nhưng giòn dễ vỡ Đất sét không bị cháy khi rót kim loại lỏng vào khuôn Đất sét là chất kết dính làm cho khuôn có độ bền, độ dẻo thích hợp Khi làm khuôn đất sét được nghiền nhỏ trộân lẫn với cát

Phân loại đất

sét khi làm khuôn

cát gồm có một số

cách phân loại như

sau:

Phân loại

theo thành phần

khoáng chất thì đất

sét chia 2 nhóm:

- Đất sét

thường hay còn gọi

là cao lanh, loại

này có sẵn trong tự

nhiên, thành phần

là đất sét trắng rất

dẻo do núi lửa phun

ra lâu ngày tạo

thành Loại đất sét

này thường dùng

làm khuôn đúc

quan trọng cần có

độ bền, độ dẻo cao

Phân loại đất

sét theo khả năng

kết dính trong hỗn

80 250

Rz40 60

ñaât seùt dính ít, duøng laøm khuođn ñuùc kim loái maøu, hoaịc vaôt ñuùc baỉng gang coù kích thöôùc nhoû vaø vöøa; loái ñaât seùt keât dính vöøa; loái ñaẫt seùt keât dính beăn vaø loái keât dính raât beăn Ba loái ñaât seùt ñaõ neđu ôû tređn, tuøy theo yeđu caău beăn nhieôt cụa khuođn maø löïa chón ñaât seùt cho thích hôïp

Phađn loái theo khạ naíng beăn nhieôt goăm coù 3 nhoùm: ñaât seùt nhoùm I: beăn nhieôt cao chòu ñöôïc nhieôt ñoô 15800C; ñaât seùt nhoùm II: beăn nhieôt vöøa, chòu ñöôïc nhieôt ñoô töø 1350÷15800C; ñaât seùt nhoùm III: beăn nhieôt thaâp khoạng 13500C

3 Chaât dính keât

Laø nhöõng chaât taíng ñoô beăn, ñoô dẹo cho khuođn loõi vaø chia laøm ba nhoùm chính: Nhoùm caùc chaât daău (daău bođng, daău traơu v.v… ), khi troôn ñeău vôùi caùt vaø saây ôû nhieôt ñoô 200÷2500C Daău bò ođxy hoùa táo thaønh maøng oxyùt höõu cô bao quanh caùc hát caùt laøm cho chuùng dính keât chaĩc vôùi nhau

Nhoùm caùc chaât hoøa tan trong nöôùc (Nöôùc ñöôøng, maôt mía, boôt hoă…vv): nöôùc ñöôøng, maôt mía duøng laøm khuođn loõi khi ñuùc theùp Nhöõng loái naøy khi saây khođ beă maịt khuođn seõ beăn cöùng, nhöng beđn trong vaên dẹo neđn vaên ñạm bạo thoaùt khí vaø tính luùn toât Boôt hoă coù noăng ñoô khoạng 2,5÷3%, huùt nöôùc nhieău coù tính chaât töông töï nhö maôt mía thöôøng duøng laøm khuođn töôi

Nhoùm caùc chaât hoùa cöùng (nhöïa thođng; xi maíng; haĩc ín; nhöïa ñöôøng vv ) laø nhöõng chaât khi saây seõ chạy loûng ra vaø bao quanh caùc hát caùt Khi khođ, noù töï hoùa cöùng laøm taíng khạ naíng keât dính vaø taíng ñoô beăn cho khuođn loõi Sau khi roùt kim loái loûng thì chuùng bò chaùy (tröø xi maíng) Do ñoù, laøm taíng tính luùn, tính thođng khí vaø deê phaù khuođn, loõi

Khi laøm khuođn loõi thì caùc chaât dính keât caăn phại ñát ñöôïc nhöõng yeđu caău sau: Khi troôn vaøo hoên hôïp thì caùc chaât dính keât phại phađn boâ ñeău; khođng laøm dính hoên hôïp vaøo maêu vaø hoôp loõi; khođ nhanh khi saây vaø khođng sinh nhieău khí khi roùt kim loái loûng vaøo khuođn Chaât dính keât phại laøm taíng ñoô dẹo, ñoô beăn vaø tính beăn nhieôt cụa khuođn loõi Khi ñuùc xong sạn phaơm phại deê phaù khuođn loõi ñeơ laây sạn phaơm; caùc chaât dính keât phại deê kieâm, giaù rẹ vaø khođng ạnh höôûng ñeân söùc khoûe cođng nhađn

Nöôùc thụy tinh laø dung dòch silic caùt (Na20.nSi02.mH20); (K20.nSi02.mH20), hieôn nay ñaõ ñöôïc söû dúng roông raõi Khi saây ôû nhieôt ñoô 200 ÷ 2500C hoaịc thoơi khí CO2thì nöôùc thụy tinh bò phađn hụy thaønh n.SiO2 (m-P).H2O Ñađy laø loái keo raât dính bao quanh hát caùt laøm taíng beăn cho khuođn, loõi Hoên hôïp khuođn loõi nhanh khođ seõ töï ñođng cöùng trong 15÷20 phuùt

4 Chaât phú

Laø nhöõng chaât ñöa vaøo hoên hôïp khuođn loõi seõ laøm taíng tính luùn, tính thođng khí hoaịc taíng ñoô boùng; hoaịc taíng khạ naíng chòu nhieôt cho beă maịt khuođn loõi

Chất phụ chia làm hai nhóm: nhóm các chất pha trộn vào khuôn lõi (mùn cưa; rơm rạ vụn; phân trâu bò khô; bột than) Khi những chất này tiếp xúc với kim loại lỏng sẽ bị cháy để lại những lỗ rỗng làm tăng tính xốp, tính thông khí và tính lún cho khuôn Tỷ lệ chất phụ trong khuôn chiếm khoảng 3÷8%

Nhóm chất sơn khuôn: bao gồm các chất làm cho bề mặt khuôn nhẵn bóng hơn và chịu nhiệt tốt, người ta thường quét lên bề mặt khuôn lõi một lớp sơn Thành phần lớùp sơn có thể là bột than, bột grafit, nước thủy tinh, bột thạch anh; hoặc dung dịch của chúng với đất sét Bột than và grafit quét vào lòng khuôn, khi rót kim loại thì chúng sẽ cháy và tạo thành khí CO; CO2; hình thành môi trường hoàn nguyên rất tốt, đồng thời tạo ra một lớp khí ngăn cách giữa bề mặt khuôn với kim loại lỏng, giữ cho bề mặt khuôn không bị cháy và phá khuôn dễ dàng hơn khi đúc xong

1.2.3.7 Hỗn hợp khuôn, lõi

Để tiến hành làm khuôn đúc, trước tiên phải chuẩn bị hỗn hợp khuôn và bộ mẫu Đem vật liệu khuôn, lõi trộn theo tỷ lệ nhất định thì ta có hỗn hợp khuôn, lõi Hỗn hợp này còn gọi là cát khuôn hoặc cát lõi

Dựa vào đặc trưng của quá trình đúc trong khuôn cát thì hỗn hợp khuôn, lõi cần có những đặc tính cơ bản sau đây:

Tính dẻo là khả năng dễ biến dạng của hỗn hợp khuôn lõi khi ngừng lực tác dụng hoặc sau khi rút mẫu ra khỏi lòng khuôn và lấy lõi ra khỏi hộp lõi (Hộp thao) Tính dẻo đảm bảo dễ làm khuôn, lõi cho ta nhận được lòng khuôn, lõi rõ nét Tính dẻo tăng khi lượng nước tăng đến 8%, hoặc lượng đất sét và chất kết dính tăng; hoặc dùng cát hạt nhỏ

Độ bền là khả năng chịu được tác dụng của ngoại lực mà hỗn hợp không bị phá huỷ Khuôn lõi cần có độ bền để không bị vỡ khi vận chuyển, lắp ráp khuôn lõi và khi rót kim loại lỏng vào khuôn Độ bền tăng khi tỷ lệ nước giảm, khi lượng đất sét tăng Khuôn khô có độ bền cao hơn khuôn tươi

Tính lún là khả năng giảm thể tích của hỗn hợp khi chịu tác dụng của ngoại lực Tính lún làm giảm sự cản trở của khuôn, lõi khi vật đúc co ngót trong quá trình kết tinh và nguội để tránh nứt, cong vênh cho vật đúc Tính lún tăng khi dùng hạt cát to; hoặc dùng chất kết dính ít và chất phụ tăng

Tính thông khí là khả năng thoát khí từ lòng khuôn và hỗn hợp ra ngoài để tránh rỗ khí cho vật đúc Tính thông khí tăng khi dùng hạt cát to và đều; hoặc lượng đất sét và chất kết dính ít, chất phụ tăng và lượng nước ít

Tính bền nhiệt là khả năng giữ độ bền ở nhiệt độ cao của hỗn hợp làm khuôn Tính bền nhiệt đảm bảo cho thành khuôn và lõi khi tiếp xúc với kim loại lỏng không

bị cháy

Độ ẩm là lượng nước chứa trong hỗn hợp theo tỷ lệ % Nếu độ ẩm trong hỗn hợp lớn hơn 8% sẽ có ảnh hưởng xấu đến chất lượng vật đúc

1 Hỗn hợp khuôn (Còn gọi là cát khuôn)

Tùy thuộc vào kim loại đúc, khối lượng vật đúc mà hỗn hợp khuôn cần có những yêu cầu khác nhau, vật liệu khuôn được pha trộn theo những tỷ lệ khác nhau Hỗn hợp khuôn phân làm hai loại:

a Cát áo

Là hỗn hợp làm khuôn dùng để phủ sát mẫu khi làm khuôn, khi đúc thì có một lớp cát áo tiếp xúc với kim loại lỏng trong lòng khuôn, nên cần phải chịu được nhiệt độ cao, độ hạt cần nhỏ hơn để bề mặt vật đúc nhẵn bóng Vì vậy phải dùng vật liệu khuôn có chất lượng tốt để làm cát áo Thông thường cát áo chiếâm khoảng 10÷15% tổng khối lượng cát khuôn

b Cát đệm

Là hỗn hợp làm khuôn dùng để điền đầy phần còn lại của hòm khuôn đúc Cát đệm cần có tính thông khí, cát đệm thường dùng hỗn hợp làm khuôn cũ nghiền nhỏ để tái sử dụng Cát đệm chiếm khoảng 85÷90% khối lượng hỗn hợp khuôn

2 Hỗn hợp lõi (Cát lõi)

Yêu cầu của hỗn hợp lõi cần có chất lượng cao hơn hỗn hợp khuôn vì khi đúc kim loại lỏng bao quanh lõi Vì vậy, lõi cần có độ bền, tính chịu nhiệt, tính lún, tính thông khí cao hơn khuôn

Để tăng bền cho lõi dùng ít đất sét hơn khuôn; tăng các chất kết dính và dùng nhiều chất phụ; lõi được sấy khô trước khi đúc

3 Một số hỗn hợp khuôn lõi thường được sử dụng hiện nay

Hỗn hợp cát chảy lỏng (Phát minh đầu tiên ở Liên Xô 1960 ) Cho chất hoạt tính bề mặt (chất tạo bọt) vào hỗn hợp cát, thuỷ tinh lỏng và hỗn hợp đóng rắn Hỗn hợp cát trở nên loãng, sau đó đổ vào khuôn không tốn công đầm chặt, chỉ cần rung khuôn trên máy rung, sau 5÷6h có thể ráp khuôn và rót kim loại lỏng Ví dụ về thành phần cát chảy lỏng hiện nay đang dùng nhiều: cát hạt to 0,15÷ ,3: 100%; chất tạo bọt 0,2%; thủy tinh lỏng M 2,5÷3; 5÷6%; Nước: 2%; đicanxi silicat (chất lượng tốt, nghiền mịn): 3÷5,5%

Hỗn hợp đóng rắn nhờ hai phản ứng phát triển đồng thời, đó là: Thủy tinh lỏng kếât hợp với đicanxi silicat làm tăng độ nhớùt của chất dính; đicanxi silicat tác dụng với nước và kết tinh

Hỗn hợp cát – nhựa là hỗn hợp khuôn, lõi đã được đưa vào sử dụng khoảng 10 năm gần đây Hỗn hợp này được coi là tiên tiến nhất hiện nay vì có rất nhiều các ưu điểm khi làm khuôn và lõi Tạo khuôn lõi thành mỏng, nhẹ do độ bền sau khi đóng

rắn cao hơn hầu hết các chất dính khác Đảm bảo vật đúc chính xác, mặt nhẵn đẹp Năng suất làm khuôn lõi rất cao vì nhìn chung thời gian đóng rắn nhanh Khuôn lõi thông khí tốt, không cần lỗ thóat hơi, dễ bảo quản vì khi khô sẽ không ẩm và không giảm độ bền Rất dễ phá vỡ sau khi đúc rót vì sau khi đóng rắn rồi nâng cao nhiệt độ cũng không biến mền, chỉ phân hủy khi đạt nhiệt độ rất cao Tuy vậy hỗn hợp cát nhựa cũng có một số nhược điểm: giá thành cao vì vật liệu nhựa đắt, giá thành hộp lõi cao, nhất là những mẫu và hộp lõi cần nung nóng để cung cấp nhiệt làm nhựa đóng rắn Lấy lõi ra lúc nóng dễ biến dạng; kích thước vật đúc bị giới hạn

Hỗn hợp cát nhựa có fuafuryl được gọi chung là nhựa furan; hoặc hỗn hợp cát nhựa fenol-urethan Ví dụ: thành phần hỗn hợp cát nhựa đóng rắn nguội: cát sạch, khô 97,2%; nhựa 2,0%; chất xúc tác 0,8%; thời gian đủ cứng là 20 ÷ 30 phút

1.2.4 Phương pháp đúc trong khuôn cát

1.2.4.1 Phương pháp làm khuôn cát bằng tay

1 Khái niệm và đặc điểm chung

Khuôn cát được tiến hành làm khuôn bằng tay và nhờ vào một số dụng cụ đơn giản: dùi, vồ, đầm v.v

Phương pháp này có thể chế tạo được các loại khuôn có hình dáng phức tạp và có kích thước khuôn tùy ý Vì vậy, phương pháp phù hợp với dạng sản xuất đơn chiếc

Phương pháp làm khuôn bằng tay cần người thợ có tay nghề cao và làm việc trong điều kiện nặng nhọc

Có nhiều loại khuôn cát được làm bằng tay: loại khuôn cát có hai hòm khuôn, loại khuôn cát làm bằng dưỡng gạt, loại khuôn cát làm trên nền xưởng

Quá trình làm khuôn cát bằng tay đều theo một trình tự công nghệ chung Trong bài này giới thiệu một số phương pháp làm khuôn cát bằng tay

2 Phương pháp làm khuôn cát bằng tay trong hai hòm khuôn, mẫu nguyên

Mẫu nguyên là một mẫu đúc có hình dáng liền một khối, không thể tách rời mẫu này ra từng phần trong khi tiến hành làm khuôn

Hòm khuôn là những hộp làm bằng kim lọai không có hai đáy, khuôn đúc được làm trong những hòm khuôn, sẽ tăng thêm độ cứng vững và dễ dàng di chuyển khi làm khuôn đúc; (Hình 1.11,b/, f/)

a Trình tự các bước làm hòm khuôn dưới

- Đặt hòm khuôn, mẫu nguyên lên tấm phẳng; (Hình 1.11,a,b)

- Phủ cát áo sát mẫu và đổ cát đệm đầm chặt lần một; (Hình 1.11,c)

- Đổ cát đệm đầm chặt lần hai; (Hình 1.11,d)

- Lật hòm khuôn dưới 180o, đặt hòm khuôn dưới lên tấm phẳng; (Hình 1.11,f)

- Sửa chữa những chỗ thiếu và sửa chữa quanh mép mẫu; (Hình 1.11,g)

b Trình tự các bước làm hòm khuôn trên

- Đặt hòm khuôn trên lên hòm khuôn dưới và chốt định vị hai hòm khuôn với nhau; (Hình 1.11,h)

- Rắc lớp bột cách lên bề mặt phân khuôn ở hòm khuôn dưới (Bột cách có tác dụng chống dính ở mặt phân khuôn giữa hai hòm khuôn)

- Đặt ống rót và ống hơi vào đúng vị trí trong hòm khuôn trên Ống rót không đặt trên mẫu đúc còn ống hơi cần phải đặt trên mẫu đúc và ở chỗ có khỏang cách xa nhất so với ống rót

- Phủ cát áo đầm chặt lần một

- Đổ cát đệm đầm chặt lần hai; (Hình 1.11,i,h)

- Gạt phẳng mặt trên của hòm khuôn và xăm lỗ thông hơi; (Hình 1.11,k)

- Dỡ hòm khuôn trên lật 1800 và đặt trên tấm phẳng; (Hình 1.11,l)

- Sửa chữa quanh mép lòng khuôn và khoét máng dẫn; (Hình 1.11,m)

- Quét nước quanh mẫu và rút mẫu ở hòm khuôn dưới; (Hình 1.11,p)

- Sấy khuôn và lắp ráp khuôn; (Hình 1.11,q)

Hình 1.12 và hình 1.13 minh họa nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới đã lắp hòan chỉnh

3 Phương pháp làm khuôn bằng tay trên nền xưởng

Phương

pháp này được

dùng phổ biến

trong sản xuất đơn

chiếc đối với các

vâït đúc trung bình

và lớn khi thiếu

hòm khuôn có

kích thước cần

thiết

Trình tự

công nghệ làm

khuôn trên nền

xưởng để đúc các vật đúc lớn Trước hết đào lỗ trên nền xưởng có chiều sâu lớn hơn chiều cao của mẫu khoảng 300÷400 mm, đầm chặt đáy của lỗ vừa đào, rồi đổ một lớp xỉ hoặc sỏi từ 150÷200 mm (1) Để tăng độ thoát khí đặt hai đậu hơi nghiêng dẫn khí ra ngoài (2) Đổ lớp cát đệm, sau đó đổ lớp cát áo (3) và đầm chặt Ấn mẫu (7) xuống chú ý để mặt phân khuôn trùng với mặt nền xưởng (a), rắc một lớp bột cách và đặt hòm khuôn trên lên, cố định hòm khuôn (5) bằng chốt gỗ (4) sát vào thành khuôn, đặt hệ thống rót (9) và đậu ngót (10) Sau đó đổ hỗn hợp khuôn để tiến hành làm khuôn trên Nâng hòm khuôn trên lên và khoét máng dẫn, rút mẫu ra và lắp khuôn trên đặt tải trọng đè lên khuôn trên Sau đó rót kim loại lỏng; (Hình 1.14)

78

Hình 1.11 Nửa khuôn dưới Hình 1.12 Lắp ráp khuôn trên với khuôn dưới

1 Mẫu nguyên; 2 Tấm phẳng; 3 Cát áo; 4 Hòm khuôn; 5 Cát đệm;

6 Lỗ thoát hơi; 7 Máng dẫn; 8 Chốt định vị; 9 Ống rót; 10 Cát áo;

12 Lỗ thoát hơi; 13 Cát đệm; 14 hòm khuôn trên; 15 bột cách; 16 Lòng khuôn

1

2

23

455

a7

8

6

910

6

bằng tay trên nền xưởng Hình 1.14 Phương pháp làm khuôn

1.2.4.2 Phương pháp làm khuôn cát bằng máy

2 Nguyên lý làm việc của máy ép từ trên xuống

Nguyên công đầm chặt hỗn hợp khuôn thực hiện trên máy ép, (có thể thực hiện phương pháp đầm chặt từ trên xuống bằng cách ép từ trên xuống hoặc ép từ dưới lên)

a Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy ép từ trên xuống; (Hình 1.15 )

Đặc điểm của máy ép kiểu này là khi làm việc piston (7) nâng bàn máy (6) ép từ dưới đi lên, còn chày ép (2) cố định

b Trình tự làm khuôn trên máy ép

- Kẹp chặt mẫu, hòm khuôn chính và hòm khuôn phụ lên bàn máy

- Đổ đầy hỗn hợp khuôn vào đầy hòm khuôn chính và hòm khuôn phụ

ép vào rãnh

để đẩy piston

(7) đi lên sẽ làm cho bàn máy và hòm khuôn đi lên

- Chày ép ở vị trí cố định nén chặt hỗn hợp khuôn đến mặt trên của hòm khuôn chính

- Mở van khí cho bàn máy hạ xuống

7 8 9

Hình 1.15 Máy ép làm khuôn từ trên xuống

- Quay xà ngang và chày tiến hành rút mẫu

- Đặc điểm của loại máy này: Độ đầm chặt gần mẫu kém nên chỉ dùng cho các hòm khuôn có chiều cao dưới 200 mm

3 Làm khuôn, lõi (thao) trên máy dằn

Sơ đồ nguyên lý của máy dằn trình bày trong hình 1.16

Mẫu (2) và hòm khuôn (3) lắp trên

bàn máy (1) Sau khi đổ hỗn hợp vào

khuôn, mở van cho khí ép theo rãnh (4)

vào xy lanh (5) để đẩy piston (6) cùng bàn

máy đi lên Đếân độ cao 30÷80 mm thì lỗ

khí vào rãnh (4) bị đóng lại và làm hở lỗ

khí rãnh (7), nên khí ép trong xy lanh thoát

ra ngoài làm áp suất trong xy lanh giảm

đột ngột

Bàn máy cùng hòm khuôn bị rơi

xuống và va đập mạnh vào thành xy lanh

Như vậy, hòm khuôn được đầm chặt nhờ

trọng lượng bản thân của hỗn hợp khi va

chạm với thành xy lanh thông qua hòm khuôn Khi piston đã rơi xuống thì lỗ khí (4) lại hở ra và quá trình lặp lại để dằn được nhiều lần đến khi đạt độ đầm chặt cần thiết thì dừng lại

Độ đầm chặt của khuôn biểu thị trên đồ thị hình bên cạnh không đều nhau

4 Làm khuôn thao (lõi) trên vừa máy ép, vừa dằn

Sơ đồ nguyên lý của máy được trình bày trong hình 1.17

Mẫu (2) và hòm khuôn (3) lắp trên bàn

máy (1) Chày ép (4) cùng xà ngang quay khỏi

vị trí trên hòm khuôn Sau khi đổ hỗn hợp vào

khuôn, mở van cho khí ép theo rãnh (5) và (10)

vào xy lanh (8) để đẩy piston (7) cùng bàn máy

đi lên Đếân độ cao 30÷80 mm thì lỗ khí vào

rãnh (5) và (10) bị đóng lại và làm hở lỗ khí

rãnh (6), nên khí ép trong xy lanh thoát ra

ngoài làm áp suất trong xy lanh giảm đột ngột

Bàn máy cùng hòm khuôn bị rơi xuống và va

đập mạnh vào thành xy lanh

Như vậy hòm khuôn được đầm chặt nhờ

trọng lượng bản thân của hỗn hợp khi va chạm

với thành xy lanh thông qua hòm khuôn Khi

Hình 1.16 Sơ dồ làm khuôn

h (mm)

g / cm ³

1

2 3

4 5 6 7

trên máy dằn

Hình 1.17 Làm khuôn trên máy vừa ép vừa dằn

8 9

10

h (mm)

g / cm³ 1

2 3 4

5 6

7

piston đã rơi xuống thì lỗ khí (5) lại hở ra và quá trình lặp lại để dằn được nhiều lần đến khi đạt độ đầm chặt cần thiết thì dừng lại Sau khi dằn xong, chày ép quay về vị trí trên của hòm khuôn, đóng cửa vào rãnh (5), mở van rãnh 9, khí ép sẽ nâng piston (8) cùng toàn bộ piston (7) và cùng bàn máy và cùng hoàm khuôn đi lên để thực hiện quá trình ép

Sau khi đã đạt độ đầm chặt cần thiết, quay chày ép để tiến hành lấy hòm khuôn ra và tiếp tục thực hiện cho các hòm khuôn khác

Độ đầm chặt của hỗn hợp khuôn biểu thị trên đồ thị hình bên cạnh tương đối đồng đều nhau

1.2.4.3 Phương pháp đúc gang

1 Khái niệm đúc gang

Gang có nhiều loại gang xám (GX), gang dẻo (GZ), gang cầu (GC),… mỗi loại gang có một phương pháp đúc riêng, nhưng chúng có một số điểm chung trong công nghệ đúc sau đây:

- Thành phần cấu tạo của mỗi loại gang

- Tính đúc của mỗi loại gang

- Phương pháp nấu luyện của từng loại gang và tiến hành đúc gang

- Đặc điểm đúc của mỗi loại gang

- Trong phần này chủ yếu nêu ra phương pháp đúc gang xám

2 Đúc gang xám

a Thành phần cấu tạo của gang xám

Ký hiệu GX chứa 2,5÷3,5% C; 0,8÷3% Si; 0,6 ÷1,3% Mn; 0,2÷1% P, nhỏ hơn 0,12% S Cacbon ở trạng thái tự do (grafit) Chất lượng đúc gang xám phụ thuộc vào sự tạo ra grafit dạng tấm trong gang xám

b Tính đúc của gang xám

Để đánh giá tính đúc của gang xám thì phải theo các chỉ tiêu sau đây:

Tính chảy loãng là khả năng điền đầy gang lỏng vào lòng khuôn đúc Kim loại có tính chảy loãng cao thì dễ đúc Tính chảy loãng phụ thuộc vào thành phần hoá học của kim loại đó, nhiệt độ nấu chảy hoặc nhiệt độ rót khuôn Gang xám có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của thép nên tính chảy loãng của gang xám

tốt hơn thép Độ chảy loãng của gang tăng khi tỷ lệ C, Si, P tăng, nó tạo thành hợp

chất dễ nóng chảy như: Fe + Fe3 P+ Fe3 C có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 9500C Nguyên tố S, Mn tạo thành hợp chất MnS có nhiệt độ chảy cao làm giảm tính chảy loãng Tính chảy loãng tăng khi độ truyền nhiệt của khuôn giảm và nhiệt độ rót rất cao

Tính co là sự giảm kích thước và giảm thể tích của vật đúc từ trạng thái lỏng đến trạng thái rắn của kim loại trong khuôn đúc, gang xám có độ co nhỏ khoảng 1% Độ co của gang càng tăng khi lượng C, P tăng và chiều dày thành vật đúc càng lớn Tính co làm cho gang có thể nứt nóng hoặc nứt nguội xẩy ra ở nhiệt độ thấp hơn

6200C Kết cấu vật đúc không hợp lý sẽ làm tăng tính co của gang xám

Tính hòa tan và rỗ khí: gang lỏng thường hòa tan các loại khí như khí oxy, hydro,

vv Nếu gang lỏng hòa tan nhiều các loại khí, sẽ gây ra gang đúc bị rỗ khí làm cơ tính của gang xám giảm Khắc phục rỗ khí bằng cách nâng cao nhiệt độ rót khuôn, tạo sự sôi khi nấu Khí hòa tan càng ít khi ở nhiệt độ bắt đầu sôi, độ ẩm của không khí và của khuôn lõi càng cao thì hơi nước hòa tan càng nhiều N2 bão hòa sẽ làm cản trở đến quá trình grafit hóa của gang

Tính thiên tích là sự phân bố không đồng đều thành phần hoá học khi vật đúc kết tinh, dẫn đến tổ chức và khối lượng của từng phần trong vật đúc sẽ khác nhau làm ảnh hưởng đến cơ tính của vật đúc Tính thiên tích phụ thuộc vào loại hợp kim đúc, chế độ làm nguội

Hàm lượng C, P, S càng cao, chiều dày thành đúc càng lớn thì thiên tích càng nhiều, P, S tạo ra những hợp chất dễ chảy phân bố ở tinh giới hạt gây ra sự thiên tích hạt Khi đúc gang xám quá trình grafit hóa phải đặc biệt chú ý các nhân tố cản tránh

cho gang khong bị biến trắng

c Nấu chảy gang

Gang là loại hợp kim có tính đúc rất tốt Người ta thường dùng phổ biến gang xám để đúc các vật đúc cho ngành cơ khí, phần này chỉ xét đến nấu chảy gang xám

* Vật liệu nấu chảy gang

Để nấu chảy gang lỏng, vật liệu thường đưa vào gồm kim loại, nhiên liệu, trợ dung Với một khối lượng nhất định, tỷ lệ thích hợp, ba vật liệu trên gọi là mẻ liệu

Vật liệu kim loại gồm gang thỏi lò cao, thép phế liệu và các loại vật liệu về lò (gang thừa, vật đúc hỏng, các hệ thống đậu rót, đậu ngót) Ngoài ra khi cần cho thêm fero hợp kim như Fe-Si; Fe-Mn Tỷ lệ các vật liệu kim loại trên tính toán sao phù hợp với chất lượng vật đúc

Nhiên liệu là vật liệu để sinh nhiệt, có thể dùng nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí Phần lớn lò nấu gang dùng nhiên liệu rắn: than cốc, than gầy nhiệt luyện, than đá

Chất trợ dung là loại vật liệu tạo xỉ trong quá trình nấu chảy Sự tạo xỉ nhằm loại bỏ tạp chất không có lợi trong gang như MnS, FeS,SiO2 Chất trợ dung thường dùng là đá vôi; huỳnh thạch; dolomit

* Thiết bị nấu chảy

Thiết bị nấu chảy gang gồm các loại lò đứng, lò ngọn, lò điện dùng phổ biến nhất là loại lò đứng Loại lò này chiếm ít diện tích, công suất cao, tiêu hao ít nhiên liệu, nhiệt độ nước gang đảm bảo yêu cầu (C0

max = 14500C)

Cấu tạo lò đứng nấu gang giới thiệu trên hình 1.17

d Rót gang lỏng vào khuôn

Sau khi lắp ráp khuôn ta rót gang lỏng vào khuôn Vị trí khuôn cần phải bố trí cho quá trình rót được thuận lợi nhất, chóng điền đầy và đảm bảo chất lượng vật đúc

Thông thường khuôn được bố trí nằm ngang ở gần chỗ nấu chảy Phải kẹp chặt khuôn hoặc đè khuôn, để đảm bảo chống được lực đẩy của gang lỏng

Gang lỏng từ lò nấu cho vào thùng rót có dung tích thích hợp với loại khuôn Bảo đảm không cho xỉ lỏng theo hợp kim đúc vào lòng khuôn khi rót Nhiệt độ rót của hợp kim đúc phụ thuộc loại hợp kim đúc và kết cấu của khuôn đúc; gang nhiệt độ rót 12000C÷13500C; thép hợp kim và thép hợp kim 15000C÷16000C; hợp kim đồng

10400C÷11700C; hợp kim nhôm 7000C ÷ 7500C

e Dỡ khuôn và làm sạch

7

8

12

Hình 1.18 Sơ đồ lò đứng nấu gang

Sau khi vật đúc đã kết tinh và nguội dưới 4000C÷5000C được dỡ ra khỏi khuôn Việc dỡ khuôn, phá lõi là một nguyên công nặng nhọc vất vả có thể tiến hành bằng tay hoặc bằng máy

* Làm sạch vật đúc

Vật đúc được làm sạch lớp đất các cháy dính vào, có thể tiến hành bằng tay hoặc bằng máy (tang quay, máy phun cát)

Các đậu ngót, đậu rót được cắt bỏ khỏi vật đúc, có thể bằng gia công cơ, hoặc hồ quang

f Đặc điểm đúc gang xám

- Gang xám có tính chảy loãng cao, độ co ít nên gang xám dễ đúc

- Vật liệu làm khuôn đúc gang xám có yêu cầu không cao như vật liệu làm khuôn đúc thép

- Nếu đúc các vật đúc nhỏ thì không cần làm đậu ngót và hệ thống rót phức tạp

Có thể đúc được nhiều vật đúc trong một hòm khuôn, tiết kiệm được hệ thống rót

1.2.4.4 Phương pháp đúc thép

1 Khái niệm đúc thép

Trong công nghệ đúc thép người ta chia làm 2 nhóm lớn là đúc thép cácbon và đúc thép hợp kim,

Tính đúc của thép xấu hơn gang, nhiệt độ nóng chảy của thép cao nên tính chảy loãng kém, độ co lớn, hòa tan khí nhiều và dễ bị thiên tích Nên điều kiện kỹ thuật đúc cao hơn gang

Để nấu chảy thép người ta phải sử dụng các lò nấu có nhiệt độ cao: lò chuyển, lò Mactanh, lò điện

2 Đúc thép các bon

a Tính đúc thép các bon

Tính đúc thép cácbon phụ thuộc vào thành phần cácbon và một số nguyên tố chứa trong nó, khi tăng thành phần C thì nhiệt độ nóng chảy của thép giảm tính chảy loãng tăng, nhưng sự co của thép ở thể lỏng tăng vì khoảng kết tinh tăng lõm co và rỗ

co tăng, thép dễ bị nứt nóng và nứt nguội Nguyên tố S, P có hại cho thép, khi nấu thép phải hạn chế S < 0,03%; P < 0,1%

Mặt khác Khi C tăng thì thiên tích vùng tăng Nguyên tố P, S cũng làm tăng thêm tính thiên tích của thép

b Đặc điểm đúc thép các bon

Nấu thép: chọn mẻ liệu ít gỉ, khô sạch khi nấu phải tạo được nhiệt độ cao, tạo được sự sôi để thoát khí và nổi xỉ tốt

Hỗn hợp làm khuôn thép có tính chịu nhiệt, độ bền và tính thông khí tốt, dùng đất sét chịu nhiệt tốt, dùng cát nhiều SiO2 và nhiều chất phụ

Chế tạo khuôn: tăng thêm bột thạch anh từ 10%÷15% vào cát áo, để tăng tính thông khí của khuôn đúc thép làm rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn, xăm lỗ thông hơi kỹ, sấy khuôn, lõi Trên bề mặt khuôn phải sơn một lớp sơn chịu nhiệt bằng bột cát mật Hệ thống rót có bộ phận lọc xỉ tốt và trên khuôn phải làm đậu ngót

1.2.4.5 Hệ thống rót

1 Khái niệm

Hệ thống rót là hệ thống dẫn kim loại lỏng từ thùng rót vào khuôn đúc Hệ thống rót được bố trí chính xác sẽ giảm được lượng kim loại hao phí vào hệ thống rót và đảm bảo được chất lượng vật đúc

Yêu cầu đối với hệ thống rót:

- Toàn bộ lòng khuôn phải được kim loại điền đầy

- Dòng kim loại chảy vào khuôn phải êm, liên tục, không va đập, không làm lỡ, vỡ hệ thống rót

2 Các bộ phận của hệ thống rót

Các bộ phận chính của hệ thống bao gồm: cốc rót (phễu rót); ống rót; rãnh lọc xỉ; rãnh dẫn

a Cốc rót (Phễu rót)

Cốc dùng để chứa kim loại lỏng trước khi vào khuôn Có nhiều loại cốc khác nhau tùy theo khối lượng của vật đúc

Cốc rót thường loại này thường đơn giản, dễ chế tạo khi làm khuôn nhưng không có tác dụng lọc xỉ Khi rót kim loại lỏng cần chú ý: cốc rót liên tục đầy kim loại để xỉ nổi lên trên không vào khuôn

Cốc có màng lọc dùng hỗn hợp làm khuôn màng lọc Trước khi rót kim loại vào ta đậy lên trên màng lọc một tấm thép mỏng (tôn lá) Khi kim loại đổ đầøy vào cốc, tấm sắt bị nóng chảy, kim loại lỏng chảy vào khuôn qua màng lọc, xỉ bị giữ lại không vào khuôn

Cốc lọc có màng ngăn:

Nhờ có một hay nhiều màng mà tạp chất và xỉ có khối lượng riêng nhỏ hơn kim loại nổi lên trên bị giữ lại, kim loại qua các khe phía dưới chảy vào khuôn

b Ống rót

Ống rót dùng để dẫn kim loại từ cốc rót đến rãnh lọc xỉ Ống rót thường có tiết diện tròn, trên to dưới nhỏ, ống rót có nhiều loại: thẳng; (Hình 1.19,a), bậc; (Hình 1.19,b ) và hình rắn; (Hình 1.19,c )

5 4 3

a/ Ống rĩt thẳng b/ Ống rĩt bậc c/ Ống rĩt hình rắn

Hình 1.19 Một số hệ thống rót trong khuôn đúc

Ống rót loại bậc và hình rắn có ưu điểm kim lọai chảy vào khuôn ổn định, không va đập nhưng khó chế tạo khi làm khuôn

c Rãnh lọc xỉ

Dùng để chặn xỉ không cho xỉ đi vào

lòng khuôn

Rãnh lọc xỉ thường bố trí nằm ngang

và nằm ở phía trên rãnh dẫn, nhằm tạo cho

xỉ nhẹ nổi lên và bị giữ lại ở trong rãnh lọc

xỉ, còn kim loại sạch theo rãnh dẫn đi vào

d Rãnh dẫn

Rãnh dẫn dùng để dẫn kim loại từ

rãnh lọc vào lòng khuôn Rãnh dẫn thường

có tiết diện hình thang (tam giác, bán

nguyệt; hình 1.21) vì dễ nổi xỉ trong rãnh

dẫn, dễ cắt rãnh dẫn ra khỏi vật đúc và

khó tạo thành xỉ đóng cục ở chỗ dẫn kim

loại vào khuôn Rãnh dẫn có thể dẫn trực

tiếp vào lòng khuôn qua 1 đường và cũng có thể dẫn qua nhiều tầng bằng nhiều đường; (Hình 1.22)

Hình 1.21 Các tiết diện của rãnh dẫn

Chọn chỗ dẫn kim loại vào khuôn:

Việc chọn chỗ dẫn kim loại vào khuôn ảnh hưởng đến khả năng điền đầy khuôn, tránh được ứng suất bên trong và rỗ co tạo thành vật đúc

Chọn chỗ dẫn kim loại vào khuôn theo các

nguyên tắc sau đây:

d

Hình 1.22 Rãnh dẫn kim loại lỏng nhiều tầng

Kim loại

Vật đúc có khối lượng dưới 1,5 tấn, dài không

quá 3m thì nên dẫn kim lọai theo một phía Dài hơn 3m

thì nên dẫn kim loại từ giữa vật đúc ra để kim loại điền

đầy khuôn dễ dàng Nếu vật đúc có hình dáng phức tạp

mà chiều dài trên 2m thì cần phải dẫn kim loại theo hai

phía (hai hệ thống rót riêng biệt)

Khi vật đúc bằng gang, chiều dây không khác

nhau nhiều thì dẫn kim loại vào chỗ mỏng nhất để đảm

bảo tốc độ nguội ở mọi chỗ của vật đúc đồng đều

Nếu vật đúc là gang ít các bon có nhiều chỗ dầy thì nên dẫn kim loại vào chỗ dầy để vật đúc nguội từ chỗ tiết diện bé đến chỗ tiết diện lớn nhất, do đó khử được ứng suất trong vật đúc nguội từ từ

Đối với vật đúc dạng tròn xoay, cần dẫn kim loại vào theo tiếp tuyến với thành khuôn và đảm bảo dòng kim loại xoay tròn theo một hướng

Vật đúc thấp, đúc trong một hòm khuôn có thể dẫn từ trên xuống Vật đúc có chiều cao trung bình, đúc trong hai hay nhiều hòm khuôn, dẫn kim loại từ giữa vào hòm khuôn

Vật đúc cao, quan trọng, đúc kim loai màu…có thể dẫn từ dưới lên (rãnh dẫn

* Đậu ngót:

Tác dụng dùng để bổ sung kim lọai lỏng cho vật đúc khi đông đặc Đặc biệt, khi đúc gang trắng, gang rèn, gang có độ bền cao, thép, hợp kim màu và khi vật đúc có thành dầy Đậu ngót phải đặt ở chỗ thành vật đúc tập trung nhiều kim loại, đông đặc chậm và co ngót nhiều

Đậu ngót bao gồm một số loại:

Ñaôu ngoùt hôû: loái ñaôu ngoùt naøy thođng vôùi khí trôøi coù caùc öu ñieơm boơ sung kim loái toât, deê quan saùt trong quaù trình roùt kim loái vaøo khuođn Ñaôu ngoùt hôû deê cheâ táo

Tuy vaôy, loái naøy coù nhöõng nhöôïc ñieơm sau: chieău cao ñaôu ngoùt phú thuoôc vaøo chieău cao cụa hoøm khuođn, hao phí kim loái nhieău; chaât baơn deê rôi vaøo loøng khuođn

Ñaôu ngoùt ngaăm: loái ñaôu ngoùt naøy khođng thođng vôùi khí trôøi neđn chieău cao ñaôu ngoùt khođng phú thuoôc vaøo chieău cao cụa hoøm khuođn, toân ít kim lóai sách, song khoù quan saùt, khoù cheâ táo vaø boơ xung kim loái keùm

1.2.4.6 Tính kích thöôùc heô thoâng roùt

Taât cạ löôïng kim loái vaøo khuođn (Keơ cạ heô thoâng roùt, ñaôu hôi, ñaôu ngoùt) ñeău qua heô thoâng roùt Vì vaôy, phại tính kích thöôùc heô thoâng roùt hôïp lyù Tuy nhieđn, vieôc tính toaùn heât söùc phöùc táp, coù nhieău phöông phaùp tính: phöông phaùp giại tích, phöông phaùp ñoă thò, tra bạng… Taât cạ thoâng nhaât theo nguyeđn taĩc: xaùc ñònh tieâđt dieôn toơng cụa raõnh daên, raõnh lóc xư vaø oâng roùt laây theo tyû leô nhaât ñònh

1 Tính toơng tieât dieôn raõnh daên: F rd

Taẫt cạ kim lóai vaøo khuođn ñeău qua raõnh daên, neđn ta coù:

F rd .V.t.  G (1.1)

Trong ñoù:

F rd Toơng tieât dieôn raõnh daên (Cm2)

v- Vaôn toâc kim loái chạy qua heô thoâng roùt (Cm/s)

t- Thôøi gian roùt kim lóai (s)

 - Khoâi löôïng rieđng cụa kim loái (g/cm3) G- khoâi löôïng vaôt ñuùc (keơ cạ heô thođng roùt, ñaôu hôi, ñaôu ngoùt)

.

2

cm t

Trong ñoù:

 laø heô soâ cạn thụy löïc, phú thuoôc vaøo kim lóai ñuùc, möùc ñoô phöùc táp cụa vaôt ñuùc vaø heô thoâng raõnh Thöôøng  = 0,3 ÷ 0,8

g: gia toâc tróng tröôøng; g = 981cm/s2

Hp: Chieău cao tính toaùn cụa coôt aùp suaât (cm)

Thay (1.3) vaøo (1.2) ta ñöôïc:

Hp g t

G

F rd

2 