Các phương pháp chế tạo phôi

Vì vậy việc lựa chọn vật liệu, lựa chọn phương pháp tạo phôi và gia công chuẩn bị phôi hợp lý sẽ góp phần vào việc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà còn giảm chi phí sản xuất nâng

Nhận xét của giáo viên.

MỤC LỤC

Mục lục Trang 2 Lời mở đầu Trang 3 Phôi chế tạo bằng phương pháp đúc Trang 4 Đúc trong khuôn cát Trang 4 Đúc trong khuôn kim loại Trang 6 Đúc áp lực cao Trang 7 Đúc ly tâm Trang 8 Đúc liên tục Trang 9 Đúc mẫu chảy Trang 11 Phôi chế tạo bằng phương pháp gia công áp lực Trang 12 Phôi chế tạo bằng phương pháp rèn tự do Trang 13 Phôi dập thể tích Trang 13 Phôi dập tấm Trang 14 Phôi từ thép cán Trang 14 Phương pháp kéo sợi Trang 14

Ép kim loại Trang 14 Phôi hàn Trang 14 Gia công chuẩn bị phôi Trang 15

Lời mở đầu



Chi phí phôi chiếm 20% - 50% giá thành sản phẩm Vì vậy việc lựa chọn vật liệu, lựa chọn phương pháp tạo phôi và gia công chuẩn bị phôi hợp lý sẽ góp phần vào việc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà còn giảm chi phí sản xuất nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật cho quá trình sản xuất

Nhiệm vụ của nhà thiết kế công nghệ là phải lựa chọn vật liệu và phương pháp chế tạo phôi mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

Các phương pháp chế tạo phôi: phôi đúc, phôi tạo bằng phương pháp gia công áp lực như là phôi rèn, phôi dập, phôi cán, phôi kéo ép và phôi hàn là phôi được lắp ghép từ các loại phôi khác

Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phôi sẽ căn cứ vào hình dạng, kích thước chi tiết, điều kiện làm ciệc của chi tiết, dạng sản xuát và hình thức tổ chức sản xuất cũng như là cơ sở vật chất sẵn có của cơ sở

Nếu chi tiết làm việc với chế độ chịu tải phức tạp như tải trọng thay đổi, chịu kéo nén, chịu uốn, chịu xoắn, đồng thời, ta nên lựa chọn phôi đã qua gia công áp lực Nếu tiết diện ngang ít thay đổi, chi tiết có dạng tròn xoay thì ta nên chọn phôi thép cán theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất và có sẵn trên thị trường Các chi tiết có khối lượng lớn, hình dáng phức tạp chịu tải trọng không phức tạp ta nên lựa chọn phôi đúc Các chi tiết

có dạng khung, hộp ta nên lựa chọn phôi hàn

Tùy thuộc vào dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất mà ta lựa chọn phôi cho phù hợp Ở dạng sản xuất đơn chiếc nên chọn phôi đúc trong khuôn cát hay phôi rèn

tự do vì chi phí chế tạo phôi thấp dạng sản xuất hàng loạt, hàng khối nên chọn phương pháp đúc trong khuôn kim loại, đúc trong khuôn mẫu chảy hay dùng phương pháp dập nóng (rèn khuôn) cho năng suất rất cao

1 Phôi chế tạo bằng phương pháp đúc.

Phôi đúc được chế tạo bằng cách rót kim loại vào khuôn Sau khi kim loại kết tinh ta thu được chi tiết có hình dạng và kích thước theo yêu cầu thông thường các chi tiết làm bằng gang ta sử dụng phôi đúc vì gang có tính dẻo thấp

Ưu điểm: có thể đúc được tất cả các kim loại và hợp kim có thành phần khác nhau Có

thể chế tạo các chi tiết có kích thước và hình dạng đơn giản đến phức tạp mà các phương pháp tạo phôi khác không thực hiện được khối lượng vật đúc từ nhỏ vài chục gam cho đến những chi tiết có kích thước to vài chục tấn chi phí sản xuất thấp, giá thành sản xuất thấp

Nhược điểm: hệ số sử dụng kim loại thấp do đậu rót, đậu ngót Chi phí kiểm tra các

thành phần các nguyên tố cao do phải dùng máy kiểm tra hiện đại (máy phân tích thành phần kim loại)

• Các phương pháp đúc.

1.1 Đúc trong khuôn cát.

Là dạng đúc phổ biến khuôn cát là loại khuôn đúc một lần (chỉ rót mọt lần rồi phá khuôn), được chế tạo bằng một hỗn hợp mà cát là thành phần chính

Là phương pháp tạo phôi được áp dụng cho sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ Với phương pháp này kim loại nóng chảy được đổ vào khuôn làm bằng cát, dưới tác dụng của áp suất và nhiệt độ nó được làm nguội và trở thành vật đúc gọi là phôi

Vật đúc trong khuôn nguội dàn từ ngoài vào tron, kim loại ở mặt ngoài bị nguội khá nhanh và tạo nên cấu trúc tinh thể các hạt nhỏ, còn kim loại phía trong nguội chậm hơn

và cho cấu trúc tinh thể có hạt to, vì vậy vật đúc có mặt ngoài cứng hơn bên trong

Ở giữa khuôn trên và khuôn dưới có lớp cát nguyên chất để tạo vách ngăn tránh hiện tượng dính lại khuôn

Mẫu thường làm bằng gỗ có hình dạng giống nguyên vẹn với vật cần đúc nhưng kích thước phải lớn hơn tùy theo kim loại đúc và hình dáng hình học vật đúc mà có tỷ lệ tương ứng mà tránh hiện tượng co rút phôi

Có thể đúc được những chi tiết có kích thước lớn, phức tạp, tính sản xuất linh hoạt, đầu tư ban đầu thấp, dễ cơ khí hóa và tữ động hóa nhưng độ bóng bề mặt kém, độ chính xác thấp và lượng dư gia công lớn, chất lượng vật đúc thấp, thường có rỗ khí, rỗ xỉ

Quy trình sản xuất vật đúc trong khuôn cát (hình ):

BỘ MẪU

Hỗn hợp làm lõi Hỗn hợp làm khuôn

Lắp ráp khuôn & rót hợp kim vào khuôn

Làm sạch

Sấy lõi Sấy khuôn

 Những bộ phận chính để vật đúc trong khuôn cát:

- Lõi là bộ phận bên trong khuôn đúc nhằm tạo ra khoảng không gian rỗng bên trong vật đúc hoặc tạo phần lồi, phần lõm của vật đúc Thông thường hình dạng bên ngoài của lõi (trừ tai lõi) giống hình dạng bên trong của vật đúc

Lõi bao gồm:

+ Tai lõi (1): dùng để định vị lõi trong khuôn theo vị trí xác định

+ xương lõi (2): để tăng độ bền của lõi (thường được làm bằng thép hoặc gang) + Rãnh thông khí(3): để tăng khả năng thông khí của lõi

- Hệ thống rót là hệ thống dẫn kim loại lỏng từ thùng rót vào khuôn Hệ thống rót vào khuôn được bố trí chính xác sẽ giảm được lượng kim loại hao phí (vào hệ thống rót, đảm bảo chất lượng vật đúc) Hệ thống rót gồm: cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỉ, rãnh dẫn

- Đậu hơi có công dụng dẫn khí từ lòng khuôn thoát ra, làm giảm áp lực động của kim loại trong khuôn, báo hiệu mức kim loại lỏng vào khuôn

- Đậu ngót dùng để bổ sung kim loại cho vật đúc khi đông đặc, đặc biệt khi đúc gang trắng, gang rèn, gang có độ bền cao, thép và hợp kim màu và khi vật đúc có thành dày Đậu ngót phải được đặt vào chổ thành vật đúc tập trung nhiều kim loại đông đặc chậm, co ngót nhiều

1.2 Đúc trong khuôn kim loại.

1.2.1 Vật liệu làm khuôn.

Thường dùng là gang, thép hợp kim, thép C và đồng

Vật liệu làm lõi: lõi có thể làm bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp cát đất sét

Vật liệu sơn khuôn: để bảo vệ bề mặt khuôn ta phai sơn khuôn Vật liệu sơn khuôn tùy 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

- Để đúc gang: 100g bột thạch anh + 50g thể tinh lỏng + 1lit nước

- Để đúc hợp kim nhôm: 5% bột graphit + 2% dầu nhờn + 10% graphin + 65% dầu hỏa

- Để đúc hợp kim nhôm: 15% bột phấn + 8% bột graphit + 4% thủy lỏng + 73% nước

1.2.2 Kết cấu khuôn lõi.

Cấu tạo của khuôn kim loại tùy thuộc vào vật đúc Đối với các vật đúc đơn giản, khuôn thường được làm 2 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 hay chốt định vị

Khuôn gồm 2 nửa 1 và 2, lòng khuôn 3, hệ thống rót 4 ( hệ thống rót thường bố trí ở mặt phân khuôn để dễ chế tạo khuôn), gờ khuôn 5 để đảm bảo cứng vững cho khuôn, chốt định vị 6 để lắp 2 nửa khuôn với nhau 1 cách chính xác Để cặp chặt khuôn lên máy ta dùng gờ 7 có lỗ bắt bulông Đặt lõi cát 8 nhờ gối lõi 9 khí trong khuôn thoát ra theo rãnh thoát khí 10( đặt dọc theo mặt phân khuôn và sâu 0,2-0,5 mm) Để dễ lấy vật đúc ra khỏi khuôn, ta dùng chốt đẩy thường chế tạo thành thỏi hình trụ và lắp vào các lỗ

11 ở thành khuôn Yêu cầu khuôn khi ghép với nhau phải khít để tránh cho vật đúc khỏi

bị bavia

Đối với những vật đúc phức tạp, khuôn gồm nhiều phần ghép lại với nhau, mỗi phần khuôn tạo nên 1 phần của vật đúc

Gia công khuôn có thể tiến hành bằng đúc rồi gia công cơ để đạt độ chính xác và độ bóng cao

Khuôn sử dung được nhiều lần thường dùng với những kim loại

có độ nóng chảy thấp như kẽm, nhôm, magiê, hoàng đồng và gang, chi tiết

có độ chính xác cao, rong lượng nhỏ dưới 12 kg

Độ chính xác về hình dáng và kích thước cao và tổ chức vật đúc mịn, chất lượng bề mặt cao, dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa, cho năng suất cao Tuy nhiên khối lượng vật đúc hạn chế, khó thực hiện đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp, có thành mỏng thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối với vật đúc đon giản, nhỏ, trung bình vì chi phí đầu tư ban đầu cao

2 Đúc áp lực cao.

Là phương pháp dùng áp lực ép kim loại lỏng điền đầy vào khuôn sau khi đông đặc,

ta thu được vật đúc Hình giới thiệu sơ đồ nguyên lý máy đúc áp lực kiểu pittong có buồng ép nguội

2.1 Máy đúc áp thấp

Máy đúc áp lực thấp có áp suất ép khoảng 6-75 at Loại máy này có thể vận hành bằng tay, bán tự động hoặc tự động Nó chỉ dùng để đúc kim loại có điểm chảy < 4500c (như thiếc, chì, kẽm); khi đúc những kim loại có điểm chảy >4500c thì giữa thành xylanh và pittong tạo thành một màng oxyt dễ làm cho máy bị tắc khuyết điểm của máy này là hệ thống pittong và xy lanh chóng mòn

2.2 Máy đúc áp lực cao.

Máy đúc áp lực cao có áp suất ép khoảng 100-200 at Vì có áp suất lớn nên nó khắc phục được nhược điểm của loại máy đúc áp lực thấp, có thể dùng để đúc những kim loại màu có điểm chảy > 4500c, do đó loại máy này được dùng phổ biến hơn

Đúc áp lực có đặc điểm sau:

- Đúc được vật đúc phức tạp, thành mỏng (1 – 5mm), đúc được các loại lỗ có kích thước nhỏ

- Độ bóng và độ chính xác cao

- Cơ tính vật đúc cao

- Năng suất cao nhờ mật độ vật đúc lớn

Nhưng khuôn chóng bị mài mòn do dòng áp lực của hợp kim ở nhiệt độ cao và không dùng được lõi cát vì dòng chảy có áp lực

3 Đúc li tâm.

Kim loại nấu chảy được rót vào khuôn quay tròn, dưới tác dụng của lực li tâm kim

loại bị ép vào thành khuôn cho đến khi nguội và đông đặc

3.1 Đúc ly tâm đứng

Là đúc ly tâm mà khuôn quay theo trục thẳng đứng Do khuôn quay theo trục thẳng đứng nên mỗi phần tử kim loại lỏng chịu một lực ly tâm và trọng lực, vì vậy bề mặt tự

do của kim loại lỏng sẽ là một đường paraboloit

3.2 Đúc ly tâm nằm.

Là đúc ly tâm mà khuôn quay theo phương nằm ngang Để kim loại rải đều theo chiều dài của khuôn, người ta dùng máng rót, khi rót kim loại vào khuôn máng rót di

chuyển dọc theo trục quay của khuôn Phương pháp này khi đúc ống thì chiều dày của vật đúc ở hai đầu không có sự chênh lệch nhau, đường kính trong và ngoài của vật đúc

là những vòng tròn đồng tâm nhau Nhưng đúc ly tâm nằm do phải dùng máng rót kim loại nên không thể đúc được những ống có đường kính nhỏ

Phương pháp này có đặc điểm: tổ chức kim loại mịn chặc, không tồn tại các khuyết tật rỗ khí, rỗ co, tạo được vật đúc tròn xoay rỗng mà không cần lõi, không dùng hệ thống rót phức tạp nên ít hao phí kim loại, có thể tạo được các vật đúc gòm nhiều lớp kim loại khác nhau Tuy nhiên, phương pháp này chỉ thích hợp với vật có dạng tròn xoay, chất lượng bề mặt trong kém

4 Đúc liên tục.

Đúc liên tục là quá trình rót kim loại lỏng đều và liên tục vào một khuôn bằng kim loại, xung quanh hoặc bên trong khuôn

có nước lưu thông làm nguội (còn gọi là bình kết tinh) Nhờ truyền nhiệt nhanh nên kim loại lỏng sau khi rót vào khuôn được kết tinh ngay Vật đúc được kéo liên tục ra khỏi khuôn bằng những cơ cấu đặc biệt (như con lăn, bàn kéo ) Đúc liên tục có đặc điểm sau:

- Có khả năng đúc được các loại ống, thỏi và các dạng định hình khác bằng

thép, gang, kim loại màu, có tiết diện không đổi và chiều dài không hạn chế; đúc được tấm kim loại thay cho cán, đặc biệt là có thể đúc được các loại tấm bằng gang

- Kim loại đông đặc dần dần từ phía dưới lên trên và được bổ sung liên tục nên không bị rỗ co, rỗ khí, rỗ xỉ, ít bị thiên tích; có độ mịn chặt cao, thành phần hóa học đồng nhất và cơ tính cao Vì đúc trong khuôn kim loại nên tổ chức nhỏ mịn, cơ tính cao

và chất lượng bề mặt tốt

- Năng suất cao, giảm hao phí chế tạo khuôn, không tốn kim loại vào hệ thống rót, phế phẩm ít nên giá thành thấp

Nhưng đúc liên tục có nhược điểm chủ yếu là tốc độ nguội quá nhanh gây nên ứng suất bên trong lớn, làm cho vật đúc dễ bị nứt (nhất là những kim loại có sự chuyển pha ở thể đặc) cũng vì lý do này kim loại vật đúc bị hạn chế Để khằc phục hiện tượng này, người ta có thể làm nguội khuôn bằng dầu mà không dùng nước ngoài ra còn nhược điểm là không đúc được phức tạp, vật có tiết diện thay đổi

4.1 Đúc ống liên tục

Quá trình đúc tiến hành như sau: trước tiên kẹp đầu mồi 7 trên tấm đỡ 4 đưa tấm đỡ

4 ép sát đáy khuôn 8 rót kim loại lỏng từ thùng rót 2 qua máng rót 3 vào khuôn đến mức cách mặt trên khuôn 20-25 mm

Khi kim loại đông đặc ta quay vitme 5 bằng động cơ 6 để hạ tấm đỡ 4, đầu mồi 7 đi xuống, do đó kéo vật đúc 7 dần dần ra khỏi khuôn Khuôn và lõi Khuôn và lõi luôn luôn được nước lưu thông làm nguội

Để dễ kéo vật ra khỏi khuôn, nâng cao độ bóng bề mặt vật đúc và hạn chế nứt trên bề mặt vật đúc, trong quá trình đúc, người ta còn cho khuôn chuyển động khứ hồi dọc theo phương chuyển động của vật đúc

Trước tiên cho khuôn chuyển động từ trên xuống dưới một khoảng 8 - 10mm cùng tốc độ chuyển động của vật đúc Rồi cho khuôn chuyển động thật nhanh một đoạn đường 2 - 3mm, cuối cùng cho khuôn chuyển động từ dưới lên trên ngược chiều chuyển động của vật đúc với hành trình khoảng 10 – 13 mm và tốc độ lớn hơn tốc độ lúc đầu

Cứ thế trong quá trình đúc, khuôn luôn chuyển động khứ hồi: nhờ ma sát giữa thành khuôn với vật đúc làm cho bề mặt vật đúc nhẵn bóng và vật đúc chỉ ra khỏi khuôn sau khi đã chuyển biến pha nên không bị nứt

Để dễ lấy vật đúc ra khỏi khuôn, người ta còn cho vào thành lòng khuôn, lõi một lớp dầu mazut; lượng dầu cần dùng từ 120 - 150 g/tấn kim loại

Vật liệu làm khuôn và những thông số đúc: vật liệu làm khuôn cần chọn loại dẫn nhiệt tốt, thường để đúc kim loại màu thì khuôn làm bằng hợp kim đồng hoặc hợp kim nhôm, chiều dày khuôn 6 - 8mm Nhiệt độ rót cho mọi hợp kim thường lấy 30 - 500C trên đường lỏng, tốc độ rót và chiều cao khuôn tùy thuộc vào hợp kim đúc Ví dụ khi đúc ống, thỏi có đường kính 100 400mm bằng hợp kim silumin chiều cao khuôn 100 -150mm, tốc độ rót 2-3 m/h, nhiệt độ rót trên đường lỏng 30-500C

4.2 Đúc tấm

Quá trình đúc tiến hành như sau: Rót kim loại lỏng từ thùng

chứa 1 vào cốc rót 2, qua máng dẫn 3 vào khe hở giữa 2 con lăn 4 (bên trong có nước làm nguội và quay ngược chiều nhau) tạo ra tấm 5 Phương pháp này có thể chế tạo các tấm

bằng gang, thép, kim loại màu thay cho cán

Đối với gang có thể đúc được tấm mỏng từ 0,7 - 1,2 mm Nhiệt độ rót nước gang từ 1370 - 14000C Tấm gang ra khỏi khuôn bên ngoài nguội nhưng bên trong vẫn nóng nên có thể đem dập thành các đồ vật hoặc cắt thành phiến nhỏ Sau khi ủ người ta có thể uốn được

5 Đúc mẫu chảy.

Để đúc mẫu chảy, người ta tiến hành làm vật mẫu bằng vật liệu dễ nóng chảy, sau khi có vật mẫu người ta tiến hành làm khuôn Sau khi hoàn tất việc làm khuôn ta tiến hành làm tiêu vật mẫu bằng cách đốt nóng khuôn, phun luồn hơi nóng hoặc nhúng khuôn trong nước sôi Sau khi vật mẫu nóng chảy ta thu được lòng khuôn Lúc này ta tiến hành rót kim loại vào khuôn, sau khi nguội và đông đặc ta phá khuôn và thu được vật đúc Đúc bằng phương pháp này áp dụng khi đúc các chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao, đúc các chi tiết có kích thước nhỏ

6 Phôi chế tao bằng phương pháp gia công áp lực

Gia công áp lực là dùng ngoại lực tác dụng thông qua các dụng cụ làm cho kim loại biến dạng ở trạng thái mạng tinh thể theo các định hướng trước để thu được chi tiết có hình dạng và kích thước theo yêu cầu

Khi gia công áp lực khối lượng và thành phần hóa học của kim loại không thay đổi Đặc điểm của phôi gia công bằng phương pháp áp lực là:

Dưới tác dụng của ngoại lực tinh thể kim loại được định hướng và kéo dài tạo thành sợi hoặc thớ làm tăng khả năng chịu lực kéo thớ và cắt ngang thớ

Trong quá trình biến dạng cấu trúc mạng bị xô lẹch mất cân bằng làm cho tính dẻo của kim loại giảm đi, độ cứng tăng lên

Phôi được chế tạo bằng phương pháp gia công áp lực có đặc điểm sau:

- Cơ tính của vật liệu được cải thiện

- Độ chính xác hình dạng, kích thước, chất lượng bề mặt của phôi cao, do đó giảm thời gian gia công cắt gọt và tổn thất vật liệu

- Rút ngắn các bước trong quá trình công nghệ

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa vì vậy năng suất cao

Tuy nhiên chúng có những nhược điểm sau:

- Khó chế tạo các chi tiết có hình dáng phức tạp

- Không áp dụng được với kim loại và hợp kim có tính dẻo thấp

- Tính linh hoạt của phương pháp bị hạn chế

7 Phôi chế tạo bằng phương pháp rèn tự do

Rèn là phương pháp gia công kim loại ở trạng thái nóng Phôi rèn có cơ tính tốt hơn hẳn so với phôi đúc Đơn giản nếu sử dụng đe và búa nếu rèn tay hoặc sử dụng máy búa hơi, máy ép thủy lực để tác động lên vật rèn

Rèn tự do sử dụng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, trong cộng nghiệp sửa chữa tàu thủy, tàu hỏa… các chi tiết có tải trọng phức tạp

Rèn tự do có các đặc điểm sau:

- Phương pháp gia công có tính linh hoạt cao, phạm vi gia công rộng

- Có khả năng biến tổ chức nhạt thành tổ chức thớ phức tạp, do đó làm tăng khả năng chịu tải trọng của vật liệu

- Thiết bị đơn giản, vốn đầu tư ít