Đề cương bài giảng công nghệ kim loại

Phân loại đúc Việc phân loại đúc liên quan đến vật liệu làm khuôn, mẫu, quá trình tạo khuôn và cách rót kim loại nóng chảy.. - Lõi còn được gọi là thao được đặt vào trong khuôn để tạo lỗ

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÔI ĐÚC 4

1.1 Khái niệm chung 4

1.1.1 Định nghĩa 4

1.1.2 Đặc điểm 4

1.1.3 Phân loại đúc 5

1.1.4 Ứng dụng 6

1.2 Các phương pháp đúc 7

1.2.1 Đúc trong khuôn cát 7

1.2.2 Đúc trong khuôn kim loại 27

1.2.3 Đúc áp lực 27

1.2.4 Đúc ly tâm 28

1.2.5 Đúc theo khuôn mẫu chảy 30

1.2.6 Đúc liên tục 32

1.3 Đúc các hợp kim 34

1.3.1 Tính đúc của hợp kim 34

1.3.2 Đúc gang 37

1.3.3 Đúc thép 39

1.3.4 Đúc hợp kim nhôm 40

1.3.5 Đúc hợp kim đồng 41

1.4 Kiểm tra các khuyết tật đúc 42

1.4.1 Chất lượng vật đúc 42

1.4.2 Các dạng khuyết tật 43

1.4.3 Kiểm tra khuyết tật vật đúc 44

1.4.4 Sửa chữa khuyết tật vật đúc 44

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC 46

2.1 Khái niệm chung 46

2.1.1 Định nghĩa 46

2.1.2 Đặc điểm 46

2.1.3 Phân loại 46

2.2 Sự biến dạng của kim loại 47

2.2.1 Khái niệm biến dạng dẻo của kim loại 47

2.2.2 Ảnh hưởng của gia công áp lực đến tính chất và tổ chức của kim loại 49

2.3 Nung nóng kim loại để gia công áp lực 51

2.3.1 Mục đích của nung nóng và các hiện tượng xảy ra khi nung 51

2.3.2 Lò nung 52

2.4 Cán 52

2.4 1 Khái niệm 52

2.4 2 Phân loại sản phẩm cán 53

2.4.3 Cán ống 54

2.5 Kéo kim loại 54

2.5.2 Khuôn kéo 55

2.6 Ép chảy 56

2.6 1 Khái niệm 56

2.6 2 Các phương pháp ép 56

2.7 Rèn dập 57

2.7.1 Khái niệm chung về rèn dập 57

2.7.2 Rèn tự do 58

2.7.3 Thiết bị dùng để rèn tự do 59

2.7.4 Kĩ thuật rèn tự do 62

2.8 Dập thể tích 64

2.8.1 Khái niệm 64

2.8.2 Đặc điểm 64

2.8.3 Các phương pháp dập thể tích 65

2.9 Dập tấm ( Dập nguội) 65

2.9.1 Khái niệm 65

2.9.2 Đặc điểm 66

2.9 3 Các nguyên công của dập tấm 66

CHƯƠNG 3 HÀN VÀ CẮT KIM LOẠI BẰNG NHIỆT 68

3.1 Khái niệm chung 68

3.1.1 Khái niệm 68

3.1.2 Đặc điểm 68

3.1.3 Phân loại hàn 68

3.2 Hàn điện hồ quang tay 73

3.2.1 Khái niệm 73

3.2.2 Đặc điểm 73

3.2.3 Các phương pháp hàn điện hồ quang tay 73

3.2.4 Thiết bị và dụng cụ để hàn điện hồ quang tay 74

3.2.5 Điện cực và que hàn để hàn điện hồ quang 78

3.2.6 Công nghệ hàn hồ quang tay 81

3.2.7 Hàn hồ quang tự động 83

3.2.8 Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ 85

3.3 Hàn điện tiếp xúc 87

3.3.1 Khái niệm 87

3.3.2 Đặc điểm 87

3.4 Hàn khí 91

3.4.1 Khái niệm 91

3.4.2 Đặc điểm 92

3.4.3 Các loại khí dùng trong hàn khí 92

3.4.4 Công nghệ hàn khí 93

3.4.5 Thiết bị hàn khí 96

3.4.6 Cắt đứt kim loại bằng nhiệt 97

3.5 Hàn vảy 99

3.5.1 Khái niệm 99

3.5.2 Đặc điểm 99

3.5.3 Vảy hàn và thuốc hàn 99

3.6 Khuyết tật hàn, phương pháp kiểm tra khuyết tật hàn 101

3.6.1 Các dạng khuyết tật hàn 101

3.6.2 Các phương pháp kiểm tra khuyết tật hàn 102

CHƯƠNG 4 CÔNG NGHỆ CẮT GỌT KIM LOẠI 103

4.1.Nguyên lý cắt gọt kim loại 103

4.1.1 Những khái niệm cơ bản về quá trình cắt gọt kim loại 103

4.1.2 Hình dáng hình học và thông số của dụng cụ cắt 107

4.1.3 Các hiện tượng vật lý trong quá trình cắt gọt kim loại 111

4.1.4 Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt 115

4.2 Công nghệ gia công trên máy tiện 116

4.2.1 Công dụng và phân loại 116

4.2.2 Máy tiện ren vít vạn năng 117

4.2.3 Dao tiện và các sơ đồ cắt 120

4.2.4 Một số phương pháp gia công trên máy tiện 120

4.3 Công nghệ gia công trên máy khoan, doa 123

4.3.1.Công dụng và phân loại 123

4.3.2 Máy khoan 123

4.3.3.Dụng cụ cắt trên máy khoan - doa 124

4.3.4 Đặc điểm công nghệ khi khoan trên máy 127

4.4 Công nghệ gia công trên máy bào, xọc 129

4.4.1 Công dụng và phân loại 129

4.4.2 Máy bào 129

4.4.3 Kỹ thuật bào 131

4.4.4 Dao bào 132

4.4.5 Sơ đồ cắt khi bào, xọc 133

4.5 Công nghệ gia công trên máy phay 134

4.5.1 Công dụng và phân loại 134

4.5.2 Dao phay 134

4.5.3 Sơ đồ cắt khi phay 137

4.5.4 Các phương pháp gia công phay 138

4.5.5 Đầu phân độ trên máy phay 138

4.6 Công nghệ gia công trên máy mài 141

4.6.1 Khái niệm 141

4.6.2 Đá mài 141

4.6.3 Hình dạng đá mài 142

4.6.4 Các chuyển động cơ bản của máy mài 143

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÔI ĐÚC

Sản phẩm có thể đem dùng ngay được gọi là chi tiết đúc Nếu phải qua gia công cơ khí

để nâng cao độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt được gọi là phôi đúc

1.1.2 Đặc điểm

Đúc có những ưu điểm chủ yếu sau:

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

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

vỏ động cơ, cánh turbine v.v… mà các phương pháp khác chế tạo khó khăn hoặc không chế tạo được

- Độ chính xác về hình dạng, kích thước và độ bóng theo các quá trình đúc truyền thống nói chung không cao nhưng khi đúc theo quá trình tiên tiến với phương pháp chính xác

có thể đạt độ chính xác 0,01mm, độ nhám bề mặt Ra= 0,80 m, chiều dày thành đúc có thể đạt 0,5 mm

- Có thể tái chế phế liệu của các quá trình khác

- Có thể đúc đựơc nhiều lớp kim loại khác nhau trong 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, những phương pháp đúc tiên tiến có năng suất cao

Tuy nhiên đúc còn những nhược điểm sau:

- Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi

- Có nhiều khuyết tật (thiếu hụt, rỗ khí) làm tỉ lệ phế phẩm có khi khá cao

- Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc đòi hỏi thiết bị hiện đại

1.1.3 Phân loại đúc

Việc phân loại đúc liên quan đến vật liệu làm khuôn, mẫu, quá trình tạo khuôn và cách rót kim loại nóng chảy Theo loại khuôn đúc người ta phân loại như sau:

- Khuôn dùng một lần: làm từ cát, thạch cao và các vật liệu tương tự được liên kết với

nhau nhờ chất dính kết kém bền Chúng là vật liệu chịu được nhiệt độ cao khi kim loại nóng chảy Sau khi đông đặc, khuôn được phá ra để lấy vật đúc

- Khuôn vĩnh cửu: làm từ vật liệu có độ bền nhiệt cao Như tên gọi, chúng được dùng đi

dùng lại nhiều lần Khuôn được thiết kế sao cho dễ dàng rút được mẫu ra Vì khuôn làm

từ kim loại có độ dẫn nhiệt cao hơn khuôn một lần nên tốc độ nguội khi đông đặc lớn hơn, điều này làm ảnh hưởng đến công nghệ đúc , tổ chức tế vi và kích thước hạt của vật đúc

Hình 1.1 Phân loại đúc

- Khuôn bán vĩnh cửu là loại khuôn hỗn hợp: làm từ hai hoặc nhiều vật liệu như cát,

graphite, kim loại, kết hợp những ưu điểm của từng vật liệu Chúng được dùng trong các quá trình đúc khác nhau để nâng cao độ bền khuôn, điều khiển tốc độ nguội cũng như đạt được hiệu quả kinh tế cao Thường ding chế tạo những khuôn đúc những chi tiết phức tạp (lõi cát, khuôn kim loại)

- Khuôn đặc biệt: Để đơn tinh thể đông đặc theo hướng và phát triển sao cho không tạo

thành tinh giới hạt Hoặc làm nguội rất nhanh tạo ra hợp kim vô định hình Do đó chi tiết

có tính chất đặc biệt dùng trong ngành vật lý điện tử, vũ trụ v.v

Đúc Quá trình đúc kim loại

Khuôn một lần Khuôn vĩnh cửu Khuôn đặc biệt

- Đông đặc cực nhanh

1.1.4 Ứng dụng

Sản xuất đúc phát triển rất mạnh và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Trọng lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40% - 80% tổng trọng lượng của máy móc

Trong ngành cơ khí tỉ trọng phôi đúc chiếm đến 70% mà giá thành chỉ chiếm 20% 25% Hiện nay có hai xu hướng tác động mạnh đến công nghệ đúc:

- Xu hướng đầu tiên là tiếp tục cơ khí hóa và tự động hóa quá trình đúc, dẫn đến sự thay đổi quan trọng trong việc sử dụng các thiết bị và nhân công Các thiết bị tiên tiến và

hệ điều khiển tự động quá trình sản xuất đang thay thế các phương pháp đúc truyền thống

- Xu hướng thứ hai là yêu cầu chất lượng đúc cao hơn, giảm khuyết tật và dung sai vật đúc nhỏ

Bảng 1.1:Đặc tính chung của các quá trình đúc

Quá trình đúc Vật

liệu đúc chính

Trọng lượng (N)

Độ nhám Ra(m)

Rỗ (*)

Độ phức tạp(*)

Độ chính xác

Chiều dày thành (mm)

Khuôn cát Tất cả 0,5 Không

giới hạn

giới hạn Khuôn vỏ

cao

KL màu (Al,Mg,Zn,Cu)

Dưới áp lực KL

màu (Al,Mg,Zn,Cu)

 Cấu tạo khuôn: Thông thường khuôn cát được chia hai phần như trên ( Hình 1.2)

Hình 1.2 Cấu tạo bộ khuôn đúc: (1) khuôn dưới; (2) khuôn trên; (3) đậu ngót hở; (4) đậu hơi; (5) cốc rót; (6)

vỏ khuôn trên; (7 và 9) cát và hỗn hợp; (8) mặt phân khuôn; (10) rãnh lọc xỉ; (11) ống rót; (12 ) tiết lưu; (13) đậu ngót kín; (14) rãnh dẫn; (15) lòng khuôn; (16) lõi

- Khuôn trên (2), khuôn dưới (1) được phân cách bởi mặt phân khuôn 8

- Lõi (còn được gọi là thao) được đặt vào trong khuôn để tạo lỗ hoặc xác định bề mặt bên trong của vật đúc Lõi cũng có thể dùng để tạo chữ trên bề mặt vật đúc hoặc các lỗ sâu bên ngoài

- Hệ thống rót bao gồm: Cốc rót (phễu rót), ống rót, rãnh lọc xỉ và rãnh dẫn ,

Cốc rót (phễu rót) là nơi chứa kim loại lỏng trước khi vào khuôn

Ống rót có dạng hình côn dẫn kim loại lỏng từ cốc rỏt đến hệ thống dẫn kim loại lỏng Rãnh lọc xỉ là hệ thống gạn xỉ cuối cùng trước khi vào khuôn

Rãnh dẫn đưa kim loại lỏng vào lòng khuôn

- Đậu ngót là nơi chứa kim loại lỏng bù vào lượng co ngót khi đông đặc, có đậu ngót kín

và đậu ngót hở

- Đậu hơi để đưa khí tạo thành trong lòng khuôn ra ngoài

1.2.1.2 Sơ đồ đúc trong khuôn cát

Quá trình chế tạo vật đúc trong khuôn cát được giới thiệu trên hình (Hình 1.3)

Hình 1.3 Sơ đồ đúc trong khuôn cát; a)Khuôn tươi; b) Khuôn khô

1.2.1.3 Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi

1 Yêu cầu

Hỗn hợp làm khuôn và lõi phải thoả mãn những yêu cầu sau đây:

- Tính dẻo là khả năng biến dạng vĩnh cửu của hỗn hợp khi thôi lực tác dụng (sau khi

rút mẫu hay tháo hộp lõi) Tính dẻo của hỗn hợp đảm bảo dễ làm khuôn, lõi và nhận được lòng khuôn, lõi rõ nét Tính dẻo tăng khi lượng nước trong hỗn hợp tăng đến 8%, đất sét, chất dính kết tăng, cát nhỏ

- Độ bền là khả năng của hỗn hợp chịu đựơc tác dụng của ngoại lực mà không bị phá

huỷ Khuôn, lõi cần đảm bảo bền để không vỡ khi vận chuyển; lắp ráp khuôn, lõi và khi rót kim loại lỏng vào khuôn Độ bền tăng khi lượng nước tăng lên đến 8%; cát nhỏ, không đồng đều, sắc cạnh và 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 đựng 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 của vật đúc (Hình1.4)

Hình 1.4 Tính lún

Tính lún tăng khi cát hạt to, chất dính kết ít, chất phụ (ví dụ: mùn cưa, rơm rạ, bột than) tăng

- Tính thông khí là khả năng thoát khí từ lòng khuôn và trong hỗn hợp ra ngoài để tránh

rỗ khí vật đúc Tính thông khí tăng khi cát hạt to và đều, lượng đất sét và chất dính kết ít, chất phụ nhiều và lượng nước ít

- Tính bền nhiệt là khả năng giữ được 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 ở nhiệt độ cao không bị cháy Tính bền nhiệt tăng khi lượng SiO2 trong hỗn hợp tăng, cát to và tròn, chất phụ ít

- Độ ẩm của hỗn hợp là lượng nước chứa trong hỗn hợp đó tính bằng % Độ ẩm tăng đến

8% làm cho độ bền, độ dẻo của hỗn hợp tăng Quá giới hạn đó sẽ có ảnh hưởng xấu như giảm độ bền, tăng rỗ khí

2 Vật liệu làm khuôn và lõi

Hỗn hợp làm khuôn, lõi bao gồm cát, đất sét, chất dính kết và chất phụ

- Cát là thành phần chủ yếu của hỗn hợp làm khuôn, lõi vì có khả năng chịu nhiệt cao

Thành phần hoá học chủ yếu của cát là SiO2 (thạnh anh) Có hai loại cát chính là tự nhiên (cát đất đá) và tổng hợp (cát sông hồ) Cát phải có hạt mịn tròn để có thể xếp chặt và tạo nên bề mặt khuôn nhẵn Tuy hạt cát mịn làm tăng độ bền nhưng cũng làm giảm tính thông khí của khuôn

- Đất sét thành phần chủ yếu là cao lanh Ngoài ra còn một số tạp chất khác như

tăng nhưng giòn, dễ vỡ Đất sét cho vào hỗn hợp làm khuôn, lõi làm tăng độ dẻo, độ bền của hỗn hợp

- Chất dính kết là những chất được đưa vào hỗn hợp để tăng độ dẻo, độ bền của nó

Những chất dính kết thường dùng như dầu thực vật (dầu lanh, bông, trẩu…), các chất hoà tan trong nước (đường, mật mía, bột hồ…), các chất dính kết hoá cứng (nhựa thông,

xi măng, bã hắc ín) và nước thuỷ tinh

- Chất phụ là những chất đưa vào để tăng tính lún, tính thông khí, tăng độ bóng bề mặt

khuôn, lõi và tăng khả năng chịu nhiệt của hỗn hợp Chất phụ gồm hai dạng chính sau đây:

+ Những chất phụ trộn vào hỗn hợp như mùn cưa, rơm rạ, bột than nhờ nhiệt độ

của kim loại lỏng khi rót vào khuôn chúng bị cháy tạo nên các khoảng trống trong hỗn hợp làm tăng độ xốp, độ lún và khả năng thoát khí của hỗn hợp

+ Chất sơn khuôn: Có thể dùng bột graphite, bột talc, nước thuỷ tinh, bột thạch anh

hoặc dung dịch của chúng với đất sét sơn lên bề mặt khuôn, lõi để không bị dính cát, tăng

độ bóng, tính chịu nhiệt của chúng

Lõi làm việc trong điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ cao, áp suất lớn ) nên yêu cầu hỗn hợp làm lõi khắt khe hơn, thường dùng hỗn hợp mới hoàn toàn

3 Chế tạo hỗn hợp làm khuôn và lõi

Những vật liệu như cát, đất sét, bột than, cát cũ trước khi pha trộn thành vật liệu làm khuôn đều phải qua các giai đoạn xử lí riêng Chúng được sấy khô rồi đem nghiền nhỏ để sàng Tiếp theo cát, đất sét, chất dính kết, bột than được pha trộn theo thành phần bằng máy trộn để làm đều

Đem trộn các vật liệu trên theo tỉ lệ nhất định (phụ thuộc vào vật liệu, trọng lượng vật đúc ) với 4%-8% lượng nước ta đựoc hỗn hợp làm khuôn và lõi

Hỗn hợp làm khuôn chia hai loại

- Cát áo dùng để phủ sát mẫu khi làm khuôn nên phải có độ bền, độ dẻo cao và bền

nhiệt vì lớp cát này tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng Cát áo thường được làm bằng vật liệu mới và chiếm khoảng 10%  15% lượng cát làm khuôn

- Cát đệm dùng để đệm phần khuôn còn lại nhằm tăng độ bền của khuôn Cát đệm không

yêu cầu cao như cát áo nhưng phải có tính thông khí cao

Thường dùng cát cũ để làm cát đệm và chiếm khoảng 55%  90% tổng lượng cát khuôn

Tỉ lệ các vật liệu trong hỗn hợp làm khuôn tuỳ thuộc vào vật liệu, trọng lượng vật đúc nhưng nói chung cát chiếm khoảng 70%  80%, đất sét khoảng 8% 20%

So với hỗn hợp làm khuôn, hỗn hợp làm lõi yêu cầu cao hơn, do đó thường tăng lượng thạch anh (SiO2) có khi tới gần 100%, giảm tỉ lệ đất sét, chất dính kết, chất phụ và phải sấy lõi Để làm lõi thường dung hỗn hợp mới

1.2.1.4 Pha trộn vật liệu làm khuôn và lõi

Các phân xưởng đúc phải dùng một lượng lớn vật liệu để làm khuôn và thao Trung bình cứ một tấn thành phẩm đúc thì phải có 4 ÷ 5 m3 vật liệu làm khuôn

Những vật liệu làm khuôn như: cát, đất sét, bột than, cát cũ v.v… trước khi pha trộn thành vật liệu làm khuôn phải qua các giai đoạn xử lí riêng

Cát phải được sấy khô trước rồi mới đem sàng để lọc các tạp chất như sỏi, gỗ, v.v… ra Nếu đất cát dính từng khối thì phải đập nhỏ rồi mới sàng Đất sét, khối than cũng phải qua sấy khô rồi nghiền nhỏ để sàng Đất sét cũng có thể pha nước vào thành vữa đất sét ở trạng thái hồ mà không cần sấy và nghiền nhỏ Đối

với cát cũ đã dùng rồi, trước hết phải lấy máy phân

ly từ lực để chọn các hạt kim loại, các tạp chất khác

ra rồi mới sàng

Cát được sấy trong lò đứng hoặc lò nằm Đất sét

thường được sấy trong lò nằm

Để sàng lọc sỏi, gỗ, đất khối v.v ra khỏi cát

người ta dùng nhiều loại máy sàng như sàng ống

lăn, sàng chấn động, sàng lắc v v

Máy nghiền được dùng để nghiền nhỏ những vật

liệu trước khi tiến hành pha trộn

Các vật liệu cát mới, cát cũ, đất sét, chất gắn thao,

bột than v.v…sau khi đã xử lí riêng xong, được pha

trộn theo thành phần Việc pha trộn vật liệu làm khuôn phải đảm bảo

cho đất sét nước và các thành phần khác phân bố đều giữa các hạt cát Sự phân bố đó càng đều bao nhiêu thì chất lượng của vật liệu-tính thông khí, độ bền v.v… càng cao bấy nhiêu

Máy trộn thường dùng trong phân xưởng đúc có ba loại: loại cánh quạt, loại con lăn và loại ly tâm

Hình 1.5 trình bày một loại máy trộn kiểu xoắn vít Trong vỏ máy có hai trục, trên

từng trục có đặt nhiều cánh xoắn dạng vít Khi các trục quay, vật liệu được nhào trộn và được đẩy dần từ đầu này tới đầu kia trong vỏ máy ở nửa phần cuối của vỏ có đặt những ống nhỏ phun nước vào để trộn ướt vật liệu Máy trộn kiểu này làm việc liên tục nên năng

liệu không bằng loại con lăn Máy chỉ có thể dùng để trộn cát khuôn có ít đất sét, cát thao dùng chất dính kết ở thể lỏng, cát đệm và cát hỗn hợp, không thể dùng để trộn cát áo và cát đất sét

Hình 1.6 trình bày loại máy trộn kiểu con lăn Cấu tạo của máy này tương tự như máy nghiền Máy gồm đĩa nghiền (1) và hai con lăn (2) và (3), quay xung quanh trục (4) Sau khi cho vật liệu vào đĩa nghiền, hai con lăn sẽ quay quanh trục (4), nhưng do ma sát với vật liệu trong đĩa, chúng còn tự quay quanh trục tâm của chúng Giữa con lăn và đĩa nghiền có khoảng cách, vì vậy nên các hạt cát chỉ nhào trộn với nhau mà không bị nghiền

vỡ

Hình 1.6 Máy trộn kiểu con lăn Hình 1.7 Máy đánh tơi kiểu băng chuyền

Trên đĩa nghiền có hai tấm gạt (5) và (6) quay cùng với con lăn Khi vật liệu được

đổ vào thì tấm gạt (5) đẩy vật liệu xuống phía dưới con lăn (2) còn tấm gạt (6) thì đẩy vật liệu xuống phía dưới con lăn (3) Máy trộn kiểu này làm việc có tính chất chu kì Sau khi vật liệu được trộn đều rồi thì được cho qua cửa ra liệu (7) ở đáy đĩa

Để cơ khí hóa việc đóng mở cửa ra liệu, có thể dùng cần kéo (9) tác dụng qua xy lanh khí nén (8) để đóng mở cửa ra liệu

Máy trộn kiểu này khi trộn bất kì loại vật liệu nào cũng đều có hiệu quả tốt nên được sử dụng khá phổ biến trong các phân xưởng đúc

Vật liệu làm khuôn sau khi được trộn nghiền, phải dùng máy đánh tơi để làm tơi ra khiến cho khe hở giữa các hạt cát tăng lên, đất sét phân bố được đều hơn mà nhờ đó tính thông khí cũng như cường độ chịu nén ẩm của vật liệu sẽ tăng lên Máy đánh tơi có nhiều loại như: máy đánh tơi kiểu trục xoắn vít, máy đánh tơi kiểu băng chuyền, máy đánh tơi

kiểu ly tâm Hình 1.7 trình bày máy kiểu băng chuyền Vật liệu làm khuôn (3) từ phiễu tiếp liệu (1) được trút xuống băng chuyền (2) đang di động

Các tấm răng lược (5) trên mặt băng chuyền (2) cuốn vật liệu đi với một tốc độ cao hắt vật liệu vào tấm sàng (6) đang lắc lư Các khối lớn chưa bị tan thì bị tấm chắn (4) ngăn lại, còn vật liệu đã được đánh tơi thì được đưa tới nơi làm khuôn

1.2.1.5 Bộ mẫu và hộp lõi

1 Khái niệm

Bộ mẫu bao gồm: mẫu, tấm mẫu, mẫu của hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót

- Tấm mẫu dùng để kẹp mẫu khi làm khuôn bằng máy

- Mẫu hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót, để tạo ra những bộ phận của hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót trong khuôn

- Mẫu dùng để tạo ra lòng khuôn khi làm khuôn cát, thông thường có hình dạng bên

ngoài mẫu giống hình dạng bên ngoài của vật đúc, trừ tai mẫu (hình 1.8) Mẫu để tạo lòng khuôn còn tai mẫu tạo gối lõi khi làm khuôn

Hình 1.8 Mẫu, hộp lõi:

a- Bản vẽ chi tiết; b- Bản vẽ đúc; c- Mẫu gỗ; d- Hộp lõi; e- Sản phẩm sau khi phá khuôn

Từ bản vẽ chi tiết (h 1.8, a), thiết kế bản vẽ đúc (h 1.8,b) có tính đến các yếu tố liên quan (lượng dư, thừa, bán kính góc lượn, độ nghiêng, gối lõi…) Căn cứ vào bản vẽ đúc chế tạo được mẫu đúc (h 1.8, c) Mẫu được chia làm nhiều phần, thường hai phần theo mặt phân khuôn

Các mẫu chế tạo hệ thống rót nói chung đơn giản kích thước tiết diện được tiêu chuẩn và thường làm bằng gỗ

- Hộp lõi (hộp thao) dùng để chế tạo lõi (hình 1.8, d) Lõi để tạo mặt trong vật đúc

Hình dạng bên trong của hộp lõi giống hình dạng bên ngoài của lõi và giống hình dạng bên trong của vật đúc trừ phần tạo tai lõi Tai lõi để định vị lõi trong khuôn

Hộp lõi có thể đơn giản (hình 1.8, d) hoặc phức tạp (hình 1.9)

Hình 1.9 Hộp lõi phức tạp

- Mẫu hệ thống rót để tạo ra hệ thống rót khi làm khuôn

2 Vật liệu làm mẫu và hộp lõi

Vật liệu để làm bộ mẫu và hộp thao phải đạt các yêu cầu sau:

a) Đản bảo độ nhẵn, độ chính xác tạo cho bề mặt khuôn, thao nhẵn, chính xác và dễ dàng rút mẫu khi làm khuôn

b) Cần phải bền, cứng, sử dụng được lâu, nhẹ và dễ thao tác

c) Không bị co, trương nứt, cong vênh… để giữ được hình dạng kích thước chính xác d) Chịu được tác dụng cơ, hóa của hỗn hợp làm khuôn; không bị gỉ và ăn mòn

e) Rẻ tiền và dễ gia công

Trên cơ sở các yêu cầu trên, vật liệu làm mẫu và hộp thao thường dùng là: gỗ, kim loại, thạch cao, xi măng, chất dẻo v.v… nhưng thông dụng là gỗ, kim loại

3 Chế tạo mẫu và hộp lõi (hộp thao)

Để chế tạo được bộ mẫu và hộp thao, trước tiên người cán bộ kỹ thuật phải căn cứ vào bản vẽ chi tiết cần chế tạo để vẽ ra bản vẽ vật đúc, sau đó từ bản vẽ vật đúc vẽ ra bản

vẽ mẫu và hộp thao Trên cơ sở bản vẽ mẫu và hộp thao, người công nhân mộc mẫu sẽ chế tạo ra mẫu và hộp thao

Bản vẽ vật đúc là bản vẽ đã thỏa mãn được các yêu cầu, đặc điểm của bản vẽ chi tiết,

ngoài ra còn thể hiện được tính công nghệ của đúc (tức là thể hiện được mặt phân khuôn,

độ dốc đúc, bán kính góc lượn, lượng dư độ co ngót, lượng dư gia công cơ khí)

- Bản vẽ mẫu, hộp thao là bản vẽ được xây dựng từ bản vẽ vật đúc nên thể hiện được các

yêu cầu, đặc điểm của bản vẽ mẫu, đồng thời nó còn thể hiện được công nghệ, nguyên vật liệu chế tạo mẫu, hộp thao

- Mẫu liền khối dùng khi vật đúc có hình dạng và sản xuất đơn chiếc, chúng thường được làm bằng gỗ Mẫu ghép có hai hoặc nhiều khối, mỗi khối tạo nên một phần lòng khuôn,

trường hợp này vật đúc phức tạp hơn

Mẫu có thể được làm bằng cách phối hợp các loại vật liệu để giảm mài mòn tại vùng quan trọng Sau khi có mẫu và hộp lõi người ta thường đánh bóng rồi phủ một lớp bôi trơn cho dễ rút ra khỏi khuôn

Sự phát triển quan trọng hiện nay là ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh (rapid prototyping) để làm khuôn và mẫu Mẫu được chế tạo trên máy tạo mẫu nhanh và kẹp vào tấm mẫu Hiện nay đã có một vài kỹ thuật tạo mẫu nhanh (rapid prototyping)

Khi thiết kế mẫu phải tính đến sự co ngót kim loại, dễ rút mẫu ra khỏi khuôn bằng cách

làm côn hoặc nghiêng (Hình 1.11)

Trong trường hợp chế tạo mẫu và hộp thao từ vật liệu gỗ, để tránh cong vênh khi gỗ co, tránh nứt nẻ và tăng độ bền khi ghép cần chú ý:

- Theo tiết diện ngang các vòng thớ gỗ không được trùng hướng nhau (hình 1.12 a)

- Theo chiều dọc thớ gỗ, các thớ cần tránh phân bố song song với nhau (hình 1.12b)

Xanh: đúc thép

Đỏ: đúc gang

Vàng: đúc kim loại mầu

1.2.1.6 Công nghệ làm khuôn và lõi

-Trong sản xuất đơn chiếc và sản xuất hàng loạt nhỏ, khuôn và thao đƣợc chế tạo bằng tay

- Khi sản xuất hàng loạt và hàng khối: khuôn, thao đƣợc chế tạo bằng máy

1 Công nghệ làm khuôn và thao bằng tay

Làm khuôn và thao bằng tay có những đặc điểm sau:

- Độ chính xác của khuôn, thao không cao

- Năng suất thấp

- Yêu cầu trình độ tay nghề của công nhân cao, điều kiện lao động nặng nhọc

- Có thể làm được các khuôn thao phức tạp, kích thước khối lượng tùy ý

a) Trình tự làm khuôn với mẫu tháo dời

Hình 1.13 Làm khuôn trong hai hòm theo mẫu tháo dời a-h Trình tự làm khuôn; i Vật đúc; 1 Tấm lót mẫu; 2 và 4 Mẫu; 3 Hòm khuôn; 5 Mẫu đậu rót; 6 Mẫu đậu ngót; 7 Thao

b) Trình tự làm khuôn với mẫu nguyên

Hình 1.14 Làm khuôn bằng hai hòm khuôn mẫu nguyên

Trình tự các bước làm khuôn trên hai hòm khuôn:

1 Đặt mẫu dưới và mẫu rãnh dẫn của hệ thống rót trên tấm mẫu

2 Đặt hòm khuôn dưới bao quanh mẫu ở trên tấm mẫu Rắc bột grafit hoặc bột khác (như đát sét mịn, bột tan…) lên trên mẫu để sau này rút mẫu ra khỏi khuôn dễ dàng

3 Dùng sàng rắc một lượt cát mịn (cát áo) vào khuôn để tạo cho mặt khuôn có độ nhẵn tốt

4 Đổ cát khuôn (hỗn hợp làm khuôn) đầy hòm khuôn

5 Dùng đầm tay để đầm thúc vào trong hỗn hợp làm khuuôn để cát dính vào nhau

6 Dùng đầm phẳng đầm bề mặt trên của khuôn sao cho toàn bộ khuôn được đầm chặt

7 Dùng thước gạt phẳng phần hỗn hợp làm khuôn theo bề mặt trên của hòm khuôn

8 dùng dùi xiên các lỗ thoạt khí (xiên hơi) Nếu xiên thẳng thì đơn giản, nhưng xiên nghiêng về phía lòng khuôn thì thoát khí tốt hơn

9 Lật ngược hòm khuôn đi 180 o , lắp nửa mẫu trên vào nửa mẫu dưới Hai nửa được ghép chính xác với nhau nhờ chốt định vị

10 Rắc cát thạch anh khô để tạo lớp phân cách giữa hai hòm khuôn dưới và trên để sau này tách hai hòm khuôn dễ dàng

11 Dùng vòi phun hoặc chổi quét sạch cát dính trên bề mặt mẫu

12 Đặt hòm khuôn trên lên trên hòm khuôn dưới, chúng được định vị với nhau nhờ chốt định vị Trên bề mặt mẫu rắc một lớp bột grafit mịn để sau này dễ lấy mẫu cũng như tạo một lớp bề mặt mịn ở lòng khuôn sau này

13 Đặt mẫu làm ống rót gắn với rãnh dẫn, mẫu đậu rót và mẫu đậu hơi, dùng rây để rắc một lớp cát áo mịn tạo nên bề mặt nhẵn của lòng khuôn

14 Đổ cát đệm vào lòng hòm khuôn, lưu ý giữ các mẫu ống rót thẳng đứng

15 Đầm khuôn bằng đầm nhọn

16 Đầm khuôn bằng đầm phẳng

17 Dùng thước gạt phẳng phần hỗn hợp làm khuôn theo bề mặt trên của hòm khuôn

18 Rút mẫu ống rót, đậu ngót, đậu hơi; làm cốc rót

19 Nhấc hòm khuôn trên tách khỏi hòm khuôn dưới, lật ngược hòn khuôn trên lên rồi đặt sang bên Rút nửa mẫu trên

20 Dùng chổi lông ướt xoa ở những viền mẫu gỗ tiếp xúc với cát khuôn

21 Dùng dùi nhọn (que rút) cắm vào mẫu gỗ để rút mẫu ra khỏi khuôn dưới

22 Đặt lõi vào khuôn Lõi được định vị với khuôn nhờ gối lõi Lắp hòm khuôn trên lên trên hòm khuôn dưới theo chốt định vị

23 Dùng bulông xiết chặt hai hòm khuôn, hoặc dùng tải trọng đè

Sau bước 23, khuôn đã ở trạng thái chờ rót

Hình 1.16 Làm thao bằng hộp thao hai nửa

2 Công nghệ làm khuôn, thao bằng máy

Làm khuôn, thao bằng máy tức là cơ khí hóa toàn bộ quá trình làm khuôn hoặc một

số nguyên công cơ bản như đầm chặt, rút mẫu v.v… làm khuôn, thao bằng máy khắc phục được các khuyết điểm của phương pháp làm khuôn bằng tay nghĩa là nhận được chất lượng tốt năng suất cao gấp vài chục lần

Tuy nhiên nếu xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế thì làm khuôn, thao bằng máy chỉ rẻ hơn là khuôn bằng tay khi hệ số sử dụng máy phải lớn hơn 40% Vì thế làm khuôn, thao bằng máy cũng chỉ dùng cho sản suất hàng loạt hoặc hàng khối

- Ưu điểm: năng suất cao, chất lượng tốt và đồng đều;

- Nhược điểm: chi phí đầu tư ban đầu lớn, thường dùng hòm khuôn chứ không làm trên nền xưởng, không làm trong 3 hoặc nhiều hòm khuôn, chỉ dùng 1 loại hỗn hợp làm khuôn

Máy làm khuôn, thao hiện nay có nhiều loại như: làm khuôn, thao trên máy ép, làm khuôn thao trên máy dằn, làm khuôn thao trên máy vừa dằn vừa ép v.v…

a) Làm khuôn thao trên máy ép

Sơ đồ nguyên lý của máy ép trình bày trên hình 1.17

Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý máy ép làm khuôn

Kẹp chặt mẫu (2), hòm khuôn chính (3) (có chiều cao H) và hòm khuôn phụ (4) (có chiều cao h) lên bàn máy (1) Đổ đầy hỗn hợp làm khuôn vào hòm khuôn Xà ngang (5) lắp chày ép (6) được quay đến vị trí làm việc (kích thước chày ép nhỏ hơn kích thước hòm khuôn phụ một ít) Mở van cho khí ép vào theo rãnh (7) để đẩy pittông (8) trong xi lanh (9) lên, đồng thời làm cho toàn bộ bàn máy, hòm khuôn đi lên Chày ép cố định sẽ nén chặt hỗn hợp làm khuôn đến mặt trên của hòm khuôn chính, mở van cho khí ép ra ngoài làm toàn bộ phần thân hạ xuống Quay xà ngang để tiến hành rút mẫu và lại lặp lại quá trình làm khuôn khác Độ đầm chặt của khuôn biểu thị trên hình (b)

b) Làm khuôn thao trên máy dằn

Hình 1.18 là sơ đồ máy dằn Mẫu (2) và hòm khuôn (3) lắp trên bàn máy (1) Sau khi đổ hỗn hợp làm khuôn, ta mở cho khí ép theo rãnh (4) vào xi lanh (5) để đẩy pittông (6) cùng bàn máy đi lên đến độ cao chừng 30 – 80 mm thì lỗ khí vào (4) bị đóng lại và hở lỗ khí (7), nên khí ép trong xi lanh thoát ra ngoài, áp suất trong xi lanh giảm đột ngột, bàn máy

bị rơi xuống và đập vào thành xi lanh Khi pittông rơi xuống thì lỗ khí vào (4) lại hở ra và quá trình dằn lặp lại Như vậy hỗn hợp làm khuôn được đầm chặt nhờ trọng lượng bản

thân của hỗn hợp khi va chạm Độ đầm chặt của khuôn (biểu thị trên hình b) không đều theo chiều cao trên nhỏ dưới lớn

c) Làm khuôn thao trên máy vừa dằn vừa ép

Sơ đồ làm khuôn, thao máy vừa dằn vừa ép trình bày trên hình 1.18

Mẫu (2) và hòm khuôn (3) lắp trên bàn máy (1) Chày ép (9) cùng xà ngang quay khỏi

vị trí trên hòm khuôn Sau đó đổ đầy hỗn hợp làm khuôn Khí ép theo rãnh (4,5) vào xi lanh (8) và đẩy pittông (6) cùng bàn máy đi lên, khi lỗ khí (7) hở ra khí ép thoát ra ngoài, bàn máy lại rơi xuống

Quá trình này thực hiện giai đoạn dằn như máy dằn ở trên Sau khi dằn xong, quay chày

ép lên vị trí trên của hòm khuôn, đóng cửa vào rãnh (4), mở rãnh (10), khí ép sẽ nâng pittông (8) cùng toàn bộ pittông (6) và bàn máy đi lên để thực hiện quá trình ép sau đó quay chày ép để tiến hành lấy hòm khuôn ra, tiếp tục làm khuôn khác

Độ đầm chặt hỗn hợp làm khuôn bằng phương pháp này tương đối đều (hình 1.18a)

Hình 1.17 Sơ đồ máy dằn Hình 1.18 Máy vừa dằn vừa ép

d) So sánh và lựa chọn quá trình làm khuôn, thao bằng máy

- Về mặt năng suất thì đầm chặt khuôn, thao trên máy ép mất 4,5 giây còn trên máy dằn mất 9,6 giây

- Về điều kiện lao động thì máy dằn gây tiếng động lớn

- Về công tiêu hao cho đầm chặt thì: nếu khuôn cao hơn 300 mm công tiêu hao trên máy

ép nhiều hơn trên máy dằn, ngược lại khuôn thấp dưới 300 mm công tiêu hao trên máy dằn nhiều hơn trên máy ép

- Về độ đầm chặt thì máy vừa dằn vừa ép tốt nhất vì độ đầm chặt đều đặn

Tóm lại, trong thực tế làm khuôn thấp thì dùng máy ép khi làm khuôn cao thì dùng máy dằn hoặc vừa dằn vừa ép

Phương hướng tương lai là nghiên cứu sử dụng nhiều máy ép vì năng suất cao, điều kiện lao động tốt

e-Trình tự làm khuôn đứng không hòm: Các nửa mẫu được kẹp trên tấm mẫu đặt đứng

Cát được thổi vào hộp rồi bị nén lại (Hình 1.19) Sau đó các nửa khuôn được ghép lại với mặt phân khuôn theo chiều đứng

Hình 1-19 Khuôn đứng không hòm a)- Cát được ép giữa hai nửa mẫu; b) Khuôn đi theo dây chuyền rót

(1) đầu ép; (2) vỏ; (3) cát; (4) mẫu; (5 ) rót kim loại

Cả khối di chuyển dọc theo băng tải rót Nguyên công này đơn giản vì không cần hòm khuôn, cho năng suất rất cao, đặc biệt xét về khía cạnh khi các nguyên công khác (như làm lõi và rót ) đều được tự động

f-Trình tự làm khuôn chân không (Hình 1.20), còn được gọi là quá trình “V”: Màng chất

dẻo phủ chặt quanh mẫu Đặt hòm khuôn quanh mẫu rồi đổ đầy cát khô rời vào hòm Lớp màng chất dẻo thứ hai được đặt trên bề mặt cát và tác động chân không làm chặt cát do

đó mẫu được rút ra dễ dàng Cả hai nửa khuôn đều được làm như vậy rồi lắp chúng lại Giới thiệu nguyên tắc chung

Hình 1.20 Làm khuôn chân không

Trong khi rót khuôn không thay đổi trong chân không nhưng không tạo ra lỗ hổng Khi kim loại đông đặc mức độ chân không mất đi và cát rời ra khỏi vật đúc Khuôn chân không tạo ra các vật đúc với độ chính xác cao, nó đặc biệt thích hợp khi đúc vật đúc lớn

và tương đối phẳng

g) Trình tự làm khuôn trên máy ép thủy khí

Hình 1.21 Các dạng đầu ép khi làm khuôn a)- Đầu phẳng; b)- Biên dạng theo mẫu; c)- Piston ép đều; d)-Màng 1- Đầu ép; 2- Piston; 3- Khí nén; 4-: Màng; 5- Cylinder thuỷ lực

1.2.1.7 Sấy khuôn, lõi

a) Sấy bề mặt có thể tiến hành sấy trực tiếp bề mặt khuôn nhờ rơm, rạ, than, củi…

phương pháp này thường dùng sấy loại khuôn làm trên nền xưởng Có thể sơn lên bề mặt khuôn một lớp sơn dễ cháy sau đó mồi lửa để sấy khuôn Có thể dùng lò sấy di động đốt bằng than, củi để sấy hoặc sấy bằng dòng khí nóng, sấy bằng tia hồng ngoại v.v…

b) Sấy thể tích Phương pháp này được dùng để sấy toàn bộ khuôn hoặc thao bằng lò

buồng hoặc lò liên tục

1.2.1.8 Lắp ráp khuôn

Khuôn, lõi sau khi sấy được lắp ráp để tạo thành lòng khuôn Lõi được đặt trên các gối lõi, ngoài nhiệm vụ đỡ lõi, gối lõi còn là nơi thoát khí Để tăng độ cứng vững của lõi trong khuôn người ta dùng các con mã đỡ hoặc chống lõi (Hình 1.22)

Hình 1.22 Con mã đỡ lõi a)- gối lõi hai đầu; b)- một đầu công xon

Vật liệu làm con mã thường cùng loại với vật liệu vật đúc Hiện nay thường dùng con mã bằng thép, gang; con mã bằng đồng thau để đúc hợp kim đồng; con mã bằng nhôm để đúc hợp kim nhôm Để chống gỉ đôi khi con mã còn được mạ thiếc (Hình 1.23)

Khi kim loại lỏng trong khuôn kết tinh, con mã sẽ gắn liền với vật đúc Tuy nhiên sự có

mặt của con mã (cũng như mảnh nguội) sẽ tạo nên khớp nguội (cold shuts)

Hình 1.23: Các dạng con mã thường dùng 1.2.1.9 Nấu chảy và rót kim loại lỏng vào khuôn

Sau khi lắp ráp khuôn sẽ tiến hành rót kim loại lỏng vào khuôn

Vị trí khuôn cần phải bố trí sao cho quá trình rót được thuận lợi nhất, chóng điền đầy và đảm bảo chất lượng vật đúc Thông thường các khuôn đúc bố trí nằm ngang ở gần chỗ nấu chảy Phải kẹp chặt khuôn hoặc đè khuôn để chống được lực đẩy của kim loại lỏng

Kim loại lỏng từ lò nấu cho vào thùng rót có dung tích thích hợp với trọng lượng vật đúc Đảm bảo không cho xỉ lỏng theo hợp kim đúc vào lòng khuôn khi rót Nhiệt độ rót của hợp kim phụ thuộc vào loại hợp kim và kết cấu vật đúc

Bảng 1.3 Nhiệt độ rót của hợp kim

bằng máy (máy rung, máy phun nước dưới áp suất 25 at- 100 at)

Sau khi dỡ khuôn và phá lõi, vật đúc được đánh sạch khỏi lớp đất cát cháy dính vào Công việc này có thể tiến hành bằng tay (bằng đục, bàn chải thép và các dụng cụ khác) hoặc bằng máy (tang quay, máy phun cát, máy phun cát và nước)

Các đậu ngót, đậu rót được cắt bỏ khỏi vật đúc bằng gia công cơ hoặc bằng hồ quang điện và ngọn lửa oxy- khí cháy

1.2.2 Đúc trong khuôn kim loại

1.2.2.1 Thực chất

Thực chất của đúc trong khuôn kim loại là điền đầy kim loại lỏng vào khuôn chế tạo bằng kim loại Khuôn kim loại có cấu tạo về cơ bản cũng như khuôn cát nhưng khuôn kim loại có tính chất cơ lý khác vật liệu khuôn cát

-Do tiết kiệm thời gian làm khuôn nên nâng cao năng suất giảm giá thành sản phẩm

Đúc trong khuôn kim loại có một vài nhược điểm:

-Khuôn kim loại không đúc được các vật đúc quá phức tạp, thành mỏng và khối lượng lớn

-Khuôn kim loại không có tính lún và không có khả năng thoát khí Điều này sẽ gây khó khăn cho công nghệ đúc

-Giá thành chế tạo khuôn cao

- Phương pháp này chỉ dùng thích hợp trong dạng sản xuất hàng loạt với vật đúc đơn giản,

áp lực thấp hoặc với áp lực lớn, gọi là đúc áp lực cao Áp lực tác dụng khi điền đầy và giữ cho cả quá trình kết tinh

1.2.3.2 Đặc điểm

Ưu điểm:

- Đúc được vật đúc phức tạp, thành mỏng (0,38mm), đúc được các loại lỗ có kích thước nhỏ

- Độ bóng và độ chính xác cao đến mức không cần hoặc chỉ gia công tinh một ít

- Cơ tính vật đúc cao nhờ tốc độ nguội nhanh, mật độ hạt lớn

Hình 1-24 Sơ đồ đúc áp lực kiểu pitton

- Năng suất cao nhờ điền đầy nhanh và khả năng cơ khí hóa thuận lợi

Đúc áp lực cũng có hạn chế:

- Không dùng được lõi cát vì áp suất dòng chảy Do đó hình dạng lỗ hoặc mặt trong phải đơn giản

- Khuôn chóng bị mài mòn do dòng chảy áp lực của hợp kim ở nhiệt độ cao

- Khuôn dễ bị nứt nhiệt tại bề mặt do nóng – nguội lặp lại liên tục

Do vậy đúc áp lực thường áp dụng cho hợp kim màu

1.2.4 Đúc ly tâm

1.2.4.1 Thực chất

Thực chất của đúc ly tâm là điền đầy hợp kim lỏng vào khuôn quay Nhờ lực ly tâm sinh

ra khi quay sẽ làm hợp kim lỏng phân bố lên thành khuôn và đông đặc tại đó để tạo thành vật đúc

1.2.4.2 Đặc điểm

Buồng ép

- Tổ chức kim loại mịn chặt, không tồn tại các khuyết tật rỗ khí, rỗ co ngót

- Tạo ra vật đúc có lỗ rỗng mà không cần lõi

- Không dùng hệ thống rót phức tạp nên ít hao phí kim loại

- Tạo ra được vật đúc gồm một vài lớp kim loại riêng biệt trong cùng một vật đúc

Nhược điểm của đúc ly tâm là thiên tích vùng tiết diện ngang vật đúc cho mỗi phần tử

có khối lượng khác nhau chịu lực ly tâm khác nhau Ngoài ra khi đúc ống, đường kính

lỗ kém chính xác và có chất lượng bề mặt xấu

1.2.4.3 Công nghệ đúc ly tâm

a) b)

Hình 1-25 Sơ đồ đúc ly tâm

a Đúc ly tâm đứng; b Đúc ly tâm ngang

Trên hình 1.25 giới thiệu hai phương pháp đúc ly tâm Đúc ly tâm có trục quay thẳng đứng (a) và đúc ly tâm có trục quay nằm ngang (b)

a- Đúc li tâm lỗ rỗng: Là đúc các chi tiết hình trụ rỗng như ống, cột đèn đường, ống lót

cylinder, ổ bạc có bích (Hình 1.26 a)

Trục quay của khuôn thường nằm ngang nhưng có khi đứng nếu chi tiết ngắn Khuôn bằng thép, gang, graphite và có khi phủ lớp chịu nhiệt để tăng tuổi thọ khuôn Lòng khuôn có hình dạng bên ngoài theo tiết diện ngang, có thể là hình đa giác Có thể đúc

được các chi tiết trụ rỗng có đường kính từ 13 mm đến 3 m, chiều dày 6 mm -125 mm và chiều dài đến 16 m

Hình 1.26 Đúc li tâm lỗ rỗng: (1; 9): khuôn; (2): kim loại lỏng; (3): gàu

(4): phễu dẫn; (5; 7; 8): con lăn; (6): trục truyền

b- Đúc bán li tâm (Hình 1.27,a) Phương pháp này dùng để đúc các chi tiết đối xứng tròn xoay, bánh xe có nan hoa

Hình 1.27: a- Đúc bán li tâm (1): đồ gá; (2): thành khuôn; (3): khuôn trên; (4): khuôn

dưới; (5): hệ thống rót; (6): vật đúc; (7): bàn qua.;

b Đúc li tâm văng (8): khuôn; (9): kim loại nóng chảy;

c- Đúc li tâm văng: Lòng khuôn có dạng bất kì đặt cách tâm trục quay đứng một

khoảng nhất định Kim loại lỏng được rót vào giữa tâm và chảy vào lòng khuôn nhờ lực li tâm (H.ình 1.27, b) Các tính chất của vật đúc phụ thuộc vào khoảng cách đã cho

1.2.5 Đúc theo khuôn mẫu chảy

1.2.5.1 Thực chất

Đây là một dạng đúc đặc biệt trong khuôn một lần Thực chất của đúc trong khuôn

mẫu chảy tương tự như đúc trong khuôn cát Nhưng cần phân biệt hai điểm sau đây:

- Lòng khuôn được tạo ra nhờ mẫu là vật liệu dễ chảy hoặc dễ cháy Do đó việc lấy mẫu ra khỏi lòng khuôn thực hiện bằng cách nung chảy mẫu rồi rót ra theo hệ thống rót hoặc tự cháy hết Ví dụ: sáp ong, paraphin, bột xốp

- Vật liệu chế tạo khuôn bằng chất liệu đặc biệt nên chỉ cần độ dày nhỏ (6 - 8 mm) nhưng lại rất bền, thông khí tốt, chịu nhiệt

1.2.5.2 Đặc điểm của đúc trong khuôn mẫu chảy

- Vật đúc có độ chính xác cao nhờ lòng khuôn không phải lắp ráp theo mặt phân khuôn, không cần chế tạo thao riêng

- Độ nhẵn bề mặt bảo đảm do bề mặt lòng khuôn nhẵn không cháy khuôn

- Vật đúc có thể là vật liệu khó nóng chảy, nhiệt độ rót cao

- Qui trình chế tạo một vật đúc gồm nhiều công đoạn nên năng suất không cao Do vậy người ta thường phải cơ khí hóa hoặc tự động hóa quá trình sản xuất

Đúc theo khuôn mẫu chảy chỉ dùng thích hợp để chế tạo các vật đúc với kim loại quý, cần tiết kiệm; những chi tiết đòi hỏi chính xác cao

Hình 1-28 Khuôn đúc theo mẫu chảy

Trên hình 1.28 giới thiệu một dạng khuôn đúc chế tạo bằng mẫu chảy

Mẫu dễ chảy (sáp ong, paraphin) thường gây khó khăn trong thao tác công nghệ (dễ bị chảy khi cầm, phức tạp khi làm sạch ) Vì vậy, những năm gần đây người ta đã sử dụng vật liệu bọt xốp để làm mẫu Sau khi làm khuôn cát, khuôn được sấy và mẫu được cháy hết (gọi là tự thiêu)

1.2.5.3 Quá trình chuẩn bị và các nguyên công

Quá trình đúc mẫu chảy tiến hành theo sơ đồ dưới đây

Hình 1.29 Quy trình công nghệ đúc mẫu chảy

Kim loại nóng chảy trong gàu múc được làm sạch và cân bằng nhiệt độ bằng cách thổi

khí nitơ qua khoảng 5 ph -10 ph Tiếp đó nó được rót sang gàu chuyên, tại đó tạp chất tạo thành xỉ bị hớt khỏi Gàu chuyên có thể chứa đến 3 tấn kim loại Kim loại lỏng đi qua

khuôn đồng chứa nước làm nguội và bắt đầu đông đặc khi đi xuống theo lòng khuôn có con lăn đỡ Trước khi quá trình đúc bắt đầu, một dầm giả được chèn vào đáy khuôn Sau

đó kim loại nóng chảy được rót và đông đặc trên dầm giả

Dầm giả được rút ra cùng với tốc độ rót kim loại Tốc độ nguội như thế làm kim loại phát

triển lớp vỏ kết tinh tự đỡ nó trong lúc đi xuống với vận tốc trung bình 25 mm/s Chiều dày vỏ ở đầu ra của khuôn khoảng 12 mm-18 mm Các tia nước cấp dọc theo chiều dài

kim loại kết tinh để làm nguội bổ sung Khuôn thường được phủ graphite hoặc chất rắn bôi trơn tương tự để giảm ma sát và giảm dính ở giao diện khuôn- kim loại Khuôn được tạo rung để giảm hơn nữa ma sát và kẹt

Thanh đúc có thể được cắt theo chiều dài mong muốn, hoặc đưa thẳng vào máy cán để cán mỏng, cán tạo hình như dầm chữ U, chữ I Kim loại đúc liên tục có thành phần và tính chất đồng đều hơn so với các thỏi đúc rời rạc Chiều dày của thanh thép đúc đã giảm

xuống còn 15 mm Thanh càng mảnh sẽ càng giảm số nguyên công cán cải thiện điều kiện

kinh tế Sau khi cán nóng, thép tấm hoặc thép hình còn trải qua các quá trình tiếp theo như làm sạch và tẩy gỉ bằng hóa chất, cán nguội để tăng độ bền, ủ và phun phủ ( kẽm hoặc nhôm) để chống ăn mòn

Hiện nay các nước trên thế giới sử dụng và phát triển đúc liên tục rất mạnh để chế tạo các sản phẩm thép

Hình1.29 Quá trình đúc liên tục thép, sàn thao tác cao khoảng 20 m

(1): kim loại đặc; (2): kim loại lỏng; (3): chùm X-ray; (4): nước lạnh; (5): sàn thao tác; (6): dầu; (7): gàu chuyên; (8): lò điện; (9): argon; (10): X-ray nhận; (11): khe hở; (12): bồn lắng; (13): con lăn; (14): mỏ cắt; (15): dầm giả

Trên hình 1.30 giới thiệu ba dạng đúc liên tục đúc thanh kim loại; đúc ống kim loại; và dạng đúc các dải hoặc tấm kim loại

Hiện nay các nước trên thế giới sử dụng và phát triển đúc liên tục rất mạnh để chế tạo các sản phẩm thép Ví dụ ở Trung Quốc: Sản lượng đúc liên tục mỗi năm tăng 10 triệu tấn Các xí nghiệp luyện gang thép lớn dùng 100% đúc liên tục để chế tạo sản phẩm

Hình 1.30 Sơ đồ các phương pháp đúc liên tục

1.3.1.1- Tính chảy loãng: là khả năng điền đầy kim loại lỏng vào khuôn với mức độ dễ

hay khó

Hình 1.31.Thử tính chảy loãng theo khuôn xoắn (1): phễu; (2): ống rót; (3): chỉ số

- Tính chảy loãng cao sẽ điền đầy tốt vào lòng khuôn có độ phức tạp cao, thành mỏng không gây thiếu hụt Tính chảy loãng của một kim loại phụ thuộc vào: Đặc trưng của kim loại nóng chảy: nhiệt độ, độ nhớt, sức căng bề mặt, lẫn xỉ và tạp chất, kiểu kết tinh

- Các thông số đúc: cấu tạo khuôn, vật liệu làm khuôn, độ quá nhiệt, tốc độ rót, mức độ truyền nhiệt

Có thể xác định tính chảy loãng theo cách (Hiình.1.31)

Kim loại lỏng được rót qua ống rót chảy theo rãnh dẫn ở nhiệt độ thường Đo chiều dài từ nơi bắt đầu đến chỗ kim loại đông đặc và dừng hẳn để xác định tính chảy loãng một cách đơn giản và chấp nhận được

1.3.1.2 Tính co ngót: là sự giảm thể tích của vật đúc khi đông đặc và khi nguội Co ngót

là kết quả của:

- Kim loại lỏng khi nguội đến nhiệt độ kết tinh

Kim loại trong quá trình kết tinh (giải phóng năng lượng dự trữ) (Bảng 1.3 )

- Kim lọai ở trạng thái nguội (co ngót nhiều nhất)

Bảng 1.3: Co thể tích trong quá trình kết tinh từ lỏng sang đặc

Kim loại/ Hợp kim Tỉ lệ co (%) Kim loại/ Hợp kim Tỉ lệ co (%)

Hình 1.32: Các mảnh nguội (a): trong; (b): ngoài; (c): mảnh nguội được đặt ở chỗ lớn nhất của vật đúc.(1): cát; (2 và 6): vật đúc; (3): mảnh nguội trong; (4): rỗ co; (5 và 8): mảnh nguội ngoài; (7): gờ

Chức năng của mảnh nguội là làm tăng tốc độ kết tinh ở vùng nguy hiểm Mảnh nguội trong thường cùng loại vật liệu và nằm lại trong vật đúc Mảnh nguội ngoài có thể làm từ thép, đồng hoặc graphite

1.3.1.3 Tính thiên tích: là sự không đồng đều thành phần hoá học trong vật đúc khi hợp

kim đúc kết tinh

Thiên tích trong vật đúc có hai loại: thiên tích vùng và thiên tích nội bộ hạt Tính thiên tích phụ thuộc vào loại hợp kim đúc vào chế độ làm nguội

1.3.1.4 Tính hoà tan khí: là sự xâm nhập của các chất khí trong môi trường vào kim loại

đúc trong khi nấu, rót và kết tinh

Các loại khí như ôxy, nitơ, hydrô, cacbonic…từ ngoài hoà tan vào kim loại đúc sẽ tạo nên những ôxyt hoặc nitơrit ở thể rắn Khí cũng có thể được tạo ra do phản ứng của kim loại nóng chảy với vật liệu làm khuôn Nếu không kịp thoát ra ngoài chúng tồn tại dưới dạng khí nguyên tử gây ra rỗ khí

1.3.2 Đúc gang

1.3.2.1 Đặc điểm

Gang là hợp kim đen được dùng nhiều nhất Chúng có tính chất mong muốn như tính chống mài mòn, hệ số ma sát nhỏ, dễ gia công cắt gọt (trừ gang trắng) và có tính đúc tốt (Bảng1.4)

Bảng 1.4: Các tính chất và ứng dụng của gang

Gang Tổ chức Độ bền

kéo (MPa)

Giới hạn chảy (MPa)

Độ giãn dài 50mm (%)

Ứng dụng

Pearlitic 275 240 0,4 Block động cơ, máy công cụ Martensitic 550 550 0 Các bề mặt chịu mài mòn

Pearlitic 550 380 6 Trục khuỷu, chi tiết chịu

ứng suất lớn

tiết chịu mài mòn

cơ khí nói chung

Pearlitic 450 310 10 Thiết bị đường ray, khớp nối Martensitic

1.3.2.2 Vật liệu nấu chảy gang:

Để nấu chảy gang, vật liệu đưa vào gồm

vật liệu kim loại, nhiên liệu và chất trợ

dung

1.Vật liệu kim loại

Chúng gồm gang thỏi lò cao, thép phế

liệu và các vật liệu về lò (gang thừa, vật

đúc hỏng, các hệ thống đậu rót, đậu

ngót…) Ngoài ra khi cần cho thêm pherô

hợp kim như Fe-Si; Fe-Mn… Tỉ lệ các vật

liệu kim loại trên được tính toán phù hợp

với chất lượng của vật đúc yêu cầu

2.Nhiên liệu

Là loại 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 v.v…

Sự tiêu hao của nhiên liệu rắn tuỳ thuộc

vào loại lò nấu, vào trọng lượng mẻ liệu và

nhiệt độ nước gang Ví dụ: than cốc tiêu

hao khoảng 10 16% so với vật liệu kim

loại, còn than gầy nhiệt luyện tiêu hao 20  22%

Hình 1.33: Cấu tạo lò đứng nấu gang

3.Chất trợ dung:

Là loại vật liệu tạo xỉ trong quá trình nấu chảy để bảo vệ bề mặt của kim loại nóng chảy chống lại phản ứng với không khí, loại bỏ tạp chất không có lợi như MnS, FeS, SiO2 và tinh luyện gang Chất trợ dung hay dùng lá đá vôi (CaCO3); đôlômit, huỳnh thạch v.v…

Đá vôi tiêu hao khoảng 20  25% so với lượng than cốc

4.Thiết bị nấu chảy gang

Thiết bị nấu chảy hợp kim gồm các loại lò chõ, lò đứng, lò hồ quang, lò điện cảm ứng v.v…Để nấu chảy gang thường dùng lò chõ và lò đứng

Lò đứng

Loại lò này chiếm ít diện tích, công suất cao, tiêu hao ít nhiên liệu, nhiệt độ bảo đảm yêu

cầu

Cấu tạo lò đứng hình trụ, côn (Hình 1.33) Lò được đặt trên các cột chống (1) của bộ phận

đỡ lò Thân lò là bộ phận chủ yếu của lò nấu gang gồm có phần nồi lò ở phía dưới và

phần trên của

thân lò Thân lò gồm vỏ ngoài (2) làm bằng thép tấm dày 8 - 10mm Bên trong có lót gạch

chiụ lửa (3) Để bảo vệ cho gạch khỏi bị vỡ do phối liệu đập vào, ở phần trên của thân lò

có đặt những ống gang (4) ở cổ lò Bộ phận tiếp liệu đưa than cốc (5) và kim loại (6) vào

lò qua cửa tiếp liệu được cơ khí hoá và do thùng tiếp liệu được dẫn vào lò từ quạt gió (19)

qua ống gió (9) nằm trên nồi lò ống khói (10) dùng để hút các khí ở phần trên lò nấu

gang ra và thải ra ngoài

Đỉnh ống khói là thiết bị dập lửa (11) dùng để thu thập các hạt bụi nóng đỏ trong khí thoát

ra từ ống khói và dập tắt các đốm lửa,

tránh hoả hoạn và làm bẩn không gian xung quanh

Phần nồi lò là phần không gian từ đáy lò (12) tới mắt gió (9) Đáy lò được phủ một lớp

vật liệu chịu lửa đã đầm chặt Phía cuối nồi lò là miệng ra gang (14) để cho gang lỏng

chảy vào lò tiền (trước) (15) Kim loại từ lò trước chảy qua miệng ra gang (16) vào máng

ra gang (17) và chảy ra ngoài Xỉ được tháo ra ngoài bằng miệng xỉ (18)

1.3.3 Đúc thép

1.3.3.1- Đặc điểm

Thép cacbon, thép hợp kim đều có thể đúc được So với gang xám, thép có tính đúc kém

hơn vì nhiệt độ rót cao (1550C-1650C), độ quá nguội, độ co lớn, hoà tan khí nhiều, dễ

xảy ra khuyết tật (rỗ khí, rỗ co…), thiên tích xảy ra ở thép hợp kim rất phổ biến Mặt khác

các loại thép đều có nhiệt độ nóng chảy cao nên hạn chế tính chảy loãng Vì thế yêu cầu

vật đúc có kết cấu đơn giản, chiều dày thành thích hợp, đều đặn Hệ thống rót, đậu ngót,

đậu hơi cần bố trí hợp lý để bù ngót, thoát khí Các loại khuôn cần có tính bền nhiệt cao,

tính lún, tính thông khí tốt Ngoài ra kinh nghiệm và tay nghề của người thợ cũng phải

chú ý

Thép có thể đúc trong khuôn cát chịu nhiệt, khuôn kim loại Những thép hợp kim cao

thường đúc trong khuôn vỏ mỏng, khuôn mẫu chảy Thép đúc có tính đồng đều hơn so

với các quá trình gia công khác

Đối với thép không gỉ, chúng có thể tạo ra một số cấu trúc khác tùy thuộc vào thành phần

và các thông số của quá trình Nếu chi tiết phức tạp thì có thể đúc từng phần rồi nhiệt

luyện và hàn lại Thép không gỉ hệ Ni có khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn cao

1.3.3.2- Thiết bị nấu chảy thép

Trong thực tế sản xuất, nấu chảy thép đúc là một quá trình

luyện kim theo yêu cầu của kim loại vật đúc Có thể nấu chảy

thép trong lò chuyển, lò bằng, lò hồ quang

1- Lò chuyển (còn gọi là lò quay hay lò thép thổi như lò

Besme, Thomat )Hình 1.25): Nguyên liệu là gang lỏng (lấy từ

lò cao hay lò đứng) đưa vào lò rồi thổi ôxy vào để đốt cháy

cacbon và khử tạp chất ở nhiệt độ thấp (<13000C) đốt cháy Si,

Mn, ở nhiệt độ cao (> 13000C), cacbon bị đốt cháy là chủ yếu

Nhiệt lượng sinh ra trong lò chủ yếu do nhiệt độ nước gang

lỏng và các phản ứng cháy Thời gian nấu luyện ngắn, năng

suất cao, nhưng khó điều chỉnh thành phần nên chất lượng thép không cao

Hình 1.34: Lò hồ quang

Năng lượng do hồ quang sinh ra giữa các điện cực Đây là loại lò có chất lượng cao vì do

nhiệt độ cao, ổn định, dễ điều chỉnh thành phần

Lò hồ quang được mô tả ở (Hình.1.34) Những lò này được sử dụng rộng rãi để đúc và có

các ưu điểm như năng suất cao, giảm ô nhiễm so với các lò khác và có khả năng giữ kim

loại nóng chảy ở nhiệt độ cố định trong thời gian làm việc để hợp kim hóa

gồm có vỏ thép, bên trong xây vật liệu chịu lửa (1) Ba điện cực bằng cacbon hoặc

graphite (3) đặt xuyên qua vòm lò (2) và có thể di động theo chiều thẳng đứng gây và duy

trì hồ quang Phối liệu được chất vào qua cửa (4) Kim loại luyện xong được rót qua máng

(5)

1.3.4 Đúc hợp kim nhôm

1.3.4.1- Đặc điểm

Hợp kim nhôm có cơ tính thay đổi trong phạm vi rộng Hệ hợp kim nhôm gồm

Al-Si (gọi là Al-Silumin, có tính đúc tốt nhất), Al-Cu, Al-Mg… Tính chảy loãng phụ thuộc vào

thành phần hợp kim và ôxyt trong kim loại Hợp kim nhôm có nhiệt độ nóng chảy thấp

nhưng dễ bị ôxy hoá (tạo ôxyt nhôm), có độ bền thấp, độ co lớn, dễ nứt nóng Có thể dùng

khuôn cát, khuôn kim loại với hệ thống rót hợp lý (êm, liên tục như rót xi phông, đậu ngót

lớn, thoát khí tốt…) để đúc Tuy vậy đúc áp lực là tốt nhất