giáo trình đúc kim loại

Thực chất quá trình đúc: Đúc kim loại là phương pháp chế tạo các chi tiết bằng cách rót kim loại lỏngvào khuôn có hình dạng, kích thước đã được định hình trước theo yêu cầu,sau khikết ti

CHƯƠNG 1 : ĐÚC KIM LOẠI

1.1 Thực chất, đặc điểm và ứng dụng của sản xuất đúc

1.1.1 Thực chất quá trình đúc:

Đúc kim loại là phương pháp chế tạo các chi tiết bằng cách rót kim loại lỏngvào khuôn (có hình dạng, kích thước đã được định hình trước theo yêu cầu),sau khikết tinh (Đông đặc) ta được vật đúc

1.1.2 Ưu và nhược điểm

a Ưu điểm:

 Phương pháp đúc có thể chế tạo sản phẩm từ các loại vật liệu khác nhau : kim loại đen(gang, thép, kim loại màu: nhôm, đồng, đúc vật liệu phi kim loại : đúc các tượng từthạch cao, xi măng,

 Vật đúc có thểtừ vài gam đến hàng tấnnhư các thân máy búa, các bệ máy,

 Vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp như thân máy công cụ, vỏ động cơ v.v mà cácphương pháp khác khó gia công hoặc không chế tạo được (ví dụ : vỏ động cơ, các bệmáy, thân máy )

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

 Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suấttương đối cao Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá

 Đúc cũng được sử dụng trong việc chế tạo các sản phẩm mang tính nghệ thuật, trangtrí: chân ốp trụ điện, chuông nhà thờ, đúc tượng đài

b Nhược điểm :

 Độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bóng không cao (có thể đạt cao nếu đúcđặc biệt như đúc áp lực)

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

 Tốn kim loại do chiều dày thành vật đúc lớn hơn so với rèn hoặc hàn

 Dễ gây ra những khuyết tật như: thiếu hụt, rỗ khí, ngậm xỷ, thiên tích, cháy cát v.v

 Điều kiện làm việc nặng nhọc, Khi đúc trong khuôn cát thường có năng suất khôngcao

 Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc khó khăn, đòi hỏi thiết bị hiện đại

Hình 1- 1 Các phôi thép thỏi sau khi đúc liên tục

Hình 1- 2 ảnh động cơ của General motor và mẫu đúc của nó

1.2 Đỳc trong khuụn cỏt

1.2.1 Sơ đồ qỳa trỡnh cụng nghệ chế tạo vật đỳc

Hỡnh 1- 3 Sơ đồ quỏ trỡnh cụng nghệ chế tạo vật đỳc

Hồi liệu

Đè khuôn - Rót kim loại lỏng vào khuôn Tháo dỡ khuôn, lõi

Làm sạch vật

đúc Kiểm tra chất lượng vật đúc

 Khuụn đỳc là một bộ phận quan trọng để tạo nờn lũng khuụn.

 Thụng thường khuụn đỳc được tạo bởi hai nửa hũm khuụn : nửa hũmkhuụn trờn và nửa hũm khuụn dưới

 Nửa hũm khuụn dưới thường được làm ngay trờn nền xưởng

 Hai nửa hũm khuụn được liờn kết với nhau bằng cỏc chốt định vị

 Ngoài ra khuụn đỳc cũn cú cỏc bộ phận chớnh như : Hệ thống rút, đậuhơi, đậu ngút, lỗ xiờn hơi,

Hỡnh 1- 5 Hỡnh ảnh hũm khuụn đỳc mỏ tĩnh (a) và mỏ động (b) ờtụ

Hỡnh 1 - 6 Dạng chi tiết ống nối cần chế tạo, mẫu đỳc và vật đỳc

Lòng khuônmá tĩnh

Lòng khuônmá độnga/

a/

Hình 1- 7 Sơ đồ cấu tạo một khuôn đúc 2 nữa (khi đúc ống nối trên)

1 - Hòm khuôn trên; 2, 6 - Hổn hợp làm khuôn; 3- Đậu hơi và đậu ngót;

4 - Chốt định vị hai nửa hòm khuôn; 5 -Nửa hòm khuôn dưới;

7 - Lỗ xiên hơi; 8- Hệ thống rót; 9 - Lõi; 10- Lòng khuôn.

Hệ thống rót (xem hình 1-3 a) là hệ thống các bộ phận để rót kim loại lỏngvào lòng khuôn

Đậu hơi, đậu ngót

 Đậu hơi thường được bố trí ở nơi cao nhất của khuôn để tạo điều kiệncho qúa trình thoát khí từ lòng khuôn ra ngoài dễ dàng

 Đậu ngót thường được bố trí ở những nơi tập trung kim loại để bù đấpkim loại bị thiếu hụt do co ngót

HỆ THỐNG RÓTĐẬU NGÓT

ĐẬU NGÓT

Mẫu vật đúc tạo nên hình dạng bên ngoài vật đúc (Tuỳ theo loại vật đúc mà có thểgắn thêm gối lõi, )

Lõi là bộ phận tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc

 Hình dạng bên ngoài của lõi là hình dạng bên trong của vật đúc

 Lõi thường có rãnh thoát khí, xương cứng vững, gối lõi

 Lõi thường được chế tạo trong hộp lõi

Hộp lõi dùng để chế tạo lõi, hình dạng bên trong của hộp lõi là hình dạng bênngoài của lõi

 Mẫu và hộp lõi : có thể dùng được một lần, nhiều lần

 Khi chế tạo mẫu, hộp lõi phải tính đến

 độ co ngót của kim loại,

 tính đến lượng dư cần gia công cơ

 hay các yêu cầu khác về độ chính xác , độ bóng,

 Chính vì thế, kích thước của mẫu và hộp lõi phải được thiết lập dựatrên kích thước của chi tiết

 Bộ mẫu và hộp lõi được chế tạo từ các loại vật liệu gỗ, kim loại, chất dẻo hoặccác chất phi kim loại khác (xi măng, thạch cao )

Hình 1- 9 a/ Hộp lõi tròn ; b) Hộp lõi chữ T

Hình 1- 10 a/ Bộ mẫu ê tô (a);

b/ Chi tiết, vật đúc và mẫu chân đế êtô c/ Mẫu ống nối cong và vật đúc ống nối cong

 Gối mẫu dùng để tạo nên chỗ tựa của gối lõi, giữ cho lõi đứng vững tronglòng khuôn

 Tấm mẫu dùng để kẹp mẫu khi làm khuôn

 Khuôn và lõi được chế tạo bằng tay hoặc bằng máy

 Khuôn được làm trong hai hòm khuôn, trên nền xưởng hay bằng các loạikhuôn đặc biệt khác như khuôn kim loại,

 Ngoài ra khi làm khuôn người ta còn có thể đặt vật làm nguội, gân cứng vữngcho khuôn, lõi,

 Để làm khuôn cần có mẫu, hộp lõi, hòm khuôn và các dụng cụ khác

a/

b/

c/

1.3 Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi

Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi gồm: cát, đất sét, chất kết dính, chất phụ gia, nướcv.v

1.3.1 Yêu cầu đối với hỗn hợp làm khuôn và làm lõi

Hỗn hợp làm khuôn lõi cần có những tính chất sau:

Là khả năng chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ

Độ bền tăng khi hạt cát nhỏ, không đồng đều và sắc cạnh, độ mịn chặt của hỗnhợp tăng, lượng đất sét tăng, lượng nước tăng đến 8 %

100%.

với : R1- sức bền sẵn có của hỗn hợp, R2- sức bền sau một thời gian sử dụng

Ngoài ra hỗn hợp làm khuôn lõi còn cần phải thoả mản một số yêu cầu khác nhưkhông dính mẫu, độ bền bề mặt để đảm bảo không bị bào mòn khi đúc, độ cứng, khôngyêu cầu chất dính cao, không độc hại, giản nở nhiệt thấp,

Ngoài ra còn yêu cầu thành phần cát, kích cỡ hạt cát, thành phần hoá học củacát,

Trong thực tế không thể thoả mản hết các yêu cầu đã nêu trên Vì vậy tuỳ loại vậtđúc mà ta chọn ưu tiên các yêu cầu phù hợp

e - Tính lún

 là khả năng giảm thể tích của nó khi chịu tác dụng của ngoại lực

 Tính lún cần thiết để vật đúc không bị cản trở khi đông đặc, tránh đượchiện tượng nứt nẻ, công vênh

 Tính lún tăng khi dùng cát sông hạt to, lượng đất sét ít, chất kết dính ít

 và khi tăng các chất phụ như mùn cưa, rơm vụn, phân trâu bò khô,

f - Tính thông khí

 là khả năng cho phép khí thoát ra ngoài qua các kẻ hở nhỏ giữa những hạtcát của hỗn hợp

 Tính thông khí cần có để vật đúc không bị rổ khí

 Tính thông khí tăng khi hạt cát to và đều, lượng đất sét và chất kết dính ít,

 độ dầm chặt của hỗn hợp giảm, chất phụ nhiều và lượng nước < 4 %

g - Độ ẩm

Là lượng nước chứa trong hỗn hợp đó, được xác định bằng công thức sau:

X = g gg 1 100%.

với: g- khối lượng hỗn hợp tươi; g1- khối lượng hỗn hợp khô (ở nhiệt độ 105 - 110oC)

Độ ẩm tăng khi lượng nước trong hỗn hợp tăng, nhưng độ ẩm phải 6- 8% vì nếunhiều hơn sẽ làm cho sức bền, tính thoát khí giảm

1.3.2 Các loại vật liệu làm khuôn và làm lõi

Chủ yếu là cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ v.v

d.Các chất phụ

Là các chất đưa vào hỗn hợp để khuôn và lõi có một số tính chất đặc biệt như

nâng cao tính lún, tínhthông khí(rơm rạ, mùn cưa),làm nhẵn mặt khuôn, lõi và tăngkhả năngchịu nhiệtcho bề mặt khuôn lõi (bột grafit, bột than, )

b - Cát đệm

Dùng để điền đầy phần hòm khuôn còn lại Cát đệm không tiếp xúc với kim loạilỏng nên không yêu cầu hỗn hợp phải có tính chịu nhiệt, độ bền cao lắm Tuy nhiên tínhthông khí phải tốt để tạo điều kiện cho không khí thoát ra ngoài dễ dàng Vật đúc cànglớn yêu cầu độ hạt của hỗn hợp làm khuôn càng lớn để tăng tính thông khí

c - Hỗn hợp làm lõi

Điều kiện làm việc của lõi khá bất lợi nên hỗn hợp cần độ bền, tính lún, độ thôngkhí cao hơn khi làm khuôn nhiều Để tăng độ bền cần giảm lượng đất sét, để tăng tínhchịu nhiệt P, lượng thạch anh đạt tới 100%, ít dùng hỗn hợp cũ, độ thông khí yêu cầu cao,dùng hạt cát có độ hạt 02 và nhiều chất phụ Hầu hết các lõi đều phải sấy trước khi lắpvào khuôn

1.4 Chế tạo bộ mẫu và hộp lõi

Bộ mẫu là dụng cụ chính dùng tạo hình khuôn đúc

Bộ mẫu bao gồm : Mẫu vật đúc, mẫu của hệ thống rót, mẫu của đậu hơi và đậu ngót,tấm mẫuđể kẹp mẫu khi làm khuôn,dưỡng để kiểm tra

Mẫu của vật đúc có hình dáng bên ngoài của vật đúc Có khi có gắn thêm phần gối mẫu

để tạo nên chổ tựa của gối lõi để lõi đứng vững được trong lòng khuôn

Hộp lõi được dùng để chế tạo lõi Hình dáng bên trong hộp lõi là hình dáng bênngoài của lõi Lõi là bộ phận tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc

1.4.1 Vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi

Yêu cầu đối với vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi

 Bảo đảm độ bóng, chính xác khi gia công cắt gọt

 Bền, cứng có thể dùng được nhiều lần

 Nhẹ để dễ dàng thao tác khi làm khuôn lõi,

 Không bị co khi nóng, không bị trương lên khi tiếp xúc ẩm, không bị nứt, công vênhtrong khi làm việc

 Chịu được tác dụng cơ, hoá của hỗn hợp làm khuôn, ít bị mòn do ma sát, không bị rỉ

và ăn mòn hoá học

 Dễ kiếm , dễ dàng gia công và giá thành rẻ

Các loại vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi

Vật liệu thường dùng: kim loại, phi kim loại : gỗ, thạch cao, ximăng, chất dẻo Vậtliệu làm mẫu thường dùng là gỗ và kim loại

a- Kim loại có độ bền cao, cứng, độ nhẵn bóng, độ chính xác bề mặt cao; chịuđược nhiệt độ cao; không bị thấm nước, ít bị công vênh; thời gian sử dụng lâu hơn Tuynhiên bộ mẫu và hộp lõi được làm từ kim loại có giá thành đắt, khó gia công nên chỉ sửdụng trong sản xuất hàng khối và hàng loạt

b- Phi kim loạigồm có các loại như gỗ, thách cao, xi măng,

Gỗ:

ưu điểm là rẻ, nhẹ, dễ gia công, nhưng có nhược điểm là độ bền, cứng kém;

dễ trương, nứt, công vênh nên gỗ chỉ dùng trong sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ,

trung bình và làm mẫu lớn Gỗ có nhiều loại: như lim, gụ, dẻ, gỗ tạp,

Thạch cao:

Bền hơn gỗ (làm được 1000 lần) nhẹ, dễ chế tạo, dễ cắt gọt nhưng giòn, dễ vỡ, dễ thấmnước nên được sử dụng để làm những mẫu nhỏ khi làm bằng tay; tiện lợi khi làm mẫughép và dùng trong đúc đồ mỹ nghệ (vì dễ sửa).

Ximăng:

Bền, cứng hơn thạch cao, chịu va chạm tốt hơn thạch cao, rẻ, dễ chế tạo, không hút nướcnhưng nặng, khó gọt sửa vì nó dòn nên chỉ dùng làm những mẫu, lõi phức tạp, mẫu lớn,mẫu làm khuôn bằng máy Có thể sử dụng để làm khuôn khoảng 10.000 lần

1.4.2 Nguyên lý thiết kế mẫu và hộp lõi

Muốn chế tạo vật đúc phải căn cứ vào bản vẽ chi tiết để thiết kế bản vẽ vật đúc Vềhình dáng bản vẽ vật đúc giống chi tiết nhưng về kích thước người ta phải tính đến lượng

dư cần gia công cơ để đảm bảo độ bóng và độ chính xác, dung sai đúc Đối với chi tiết có

lỗ rỗng thì bản vẽ vật đúc có thể đặc sau đó gia công lỗ hoặc phải thiết kế phần lõi để tạorỗng Từ bản vẽ vật đúc vẽ nên bản vẽ mẫu và hộp lõi Bản vẽ mẫu có tính đến lượng congót kim loại Căn cứ vào đó người thợ mộc mẫu sẽ chế tạo mẫu, gối mẫu và hộp lõi

Thành lập Bản vẽ vật đúc: (xem hình 1- 11 -Bản vẽ vật đúc của gối đỡ)

Bản vẽ vật đúc được thành lập trên cơ sở của bản vẽ chi tiết

Trên bản vẽ vật đúc cần biểu thị được: Mặt phân khuôn, kích thước vật đúc(tính đến lượng dư gia công cơ và dung sai đúc), cần phải biểu diễn được lõi và gốilõi, độ dốc đúc và góc đúc

 Phải đảm bảo nhận được vật đúc có chất lượng tốt nhất (thường người ta bố trí phầnvật đúc quan trọng cần cơ tính cao ở khuôn dưới vì ở phía trên dễ bị rổ khí, rổ xỹ vàlõm co)

b - Độ co của kim loại khi đúc

Khi hợp kim đúc đông đặc và nguội lạnh vật đúc co lại do vậy kích thước lòngkhuôn phải lớn hơn kích thước vật đúc, kích thước lõi phải nhỏ hơn kích thước bên trongvật đúc Lượng co ngót phụ thuộc vào các loại vật liệu :

c- Lượng dư gia công cơ khí

Là lượng kim loại cần cắt gọt bằng quá trình gia công cơ để đảm bảo độ chính xác,

độ bóng, Trên bản vẽ ký hiệu bằng màu đỏ Tuỳ theo yêu cầu về độ bóng, độ chínhxác của chi tiết, chất lượng của bề mặt chi tiết đúc điều kiện sản xuất (đơn chiếc hay hàngloạt), mức độ phức tạp của chi tiết.v.v mà ta có lượng dư gia công cơ khác nhau

d- Dung sai đúc

Khi chế tạo có sự sai lệch giữa kích thước, khối lượng danh nghĩa và thực

tế Dung sai đúc phụ thuộc vào trình độ tay nghề của công nhân mộc mẫu, làm

khuôn, lõi và lắp ráp

e- Lõi và gối lõi

Trên bản vẽ được ký hiệu bằng những gạch chéo màu xanh Gối lõi bảo đảm lõinằm vững trong khuôn, dễ lắp ráp lõi vào khuôn

Với lõi đứng thường dùng gối lõi hình côn kích thước, góc nghiêng gối lõi vẫn bảođảm: h > h1;  >  Để trong khi lắp ráp không bị vỡ khuôn, lõi giữa gối lõi và khuôncần có khe hỡ

Bản vẽ mẫu (xem hình 1- 12 )

Từ bản vẽ vật đúc người ta vẽ bản vẽ mẫu Kích thước mẫu tương tự như bản vẽ vậtđúc trừ phần tai gối và dung sai chế tạo mẫu Kích thước phần tai gối mẫu phải kể thêmkhoảng hở s1, s2, s3giữa gối lõi với khuôn và góc vát thành khuôn ,, chỗ đặt gối lõi.Dung sai chế tạo mẫu là sai lệch cho phép khi chế tạo mẫu Sai lệch đó phụ thuộcvào vật liệu chế tạo mẫu, dạng sản xuất, kích thước mẫu

Để làm khuôn, mẫu được chia làm 2 nữa lắp ghép với nhau bằng chốt định vị Mặtphân mẫu trùng với mặt phân khuôn Trường hợp đặc biệt mẫu có thể chế tạo dưới dạngnhiều phần tháo rời Trên bản vẽ mẫu cần thể hiện được mặt phân mẫu, chốt định vị vàcác phần tháo rời được của mẫu

Hình 1-12 Bản vẽ mẫu của vật đúc a- bản vẽ chi tiết, b- bản vẽ vật đúcl c/ bản vẽ mẫu

Bản vẽ hộp lõi(Xem hình 1- 9 các dạng hộp lõi)

Tuỳ theo độ phức tạp của lõi có thể làm hộp lõi nguyên, hộp lõi 2 nữa và hộp lõitháo rời Kết cấu, kích thước, dung sai và cách vẽ hộp lõi tương tự như thiết kế mẫu

Các phương pháp làm khuôn

có 2 phương pháp làm khuôn: làm khuôn bằng tay và làm khuôn bằng máy

a) Làm khuôn bằng tay: Làm khuôn bằng tay có thể chế tạo được các khuôn phức

tạp, khuôn có kích thước, khối lượng lớn, dễ thay đổi mặt hàng nhưng năng suất thấp,

độ chính xác của phôi thấp và phụ thuộc rất lớn vào tay nghề công nhân

Trình tự làm khuôn trong 2 hòm khuôn:

1 Lắp nửa hòm khuôn

2 Tạo lớp cát áo để dễ rút mẫu

c/

3: Tạo lớp cát đệm xung quanh mẫu (đây lớp hỗn hợp làm khuôn với cát có

độ mịn cao để dễ in hình vật đúc)

4 Đầm cát

5 Gạt bỏ phần cát thừa

6 Lật khuôn

7 Ráp nửa khuôn còn lại (Chú ý chốt định vị)

11 Rút mẫu

12 Ráp 2 nửa khuôn

13 Rót kim loại lỏng vào khuôn

14 Phá dỡ khuôn được vật đúc

Nguồn: http://codientu.org/threads/cong-nghe-duc-khuon-cat.11705/

1 - tấm mẫu và mẫu vật đúc

2- 8 làm nửa hòm khuôn dưới

9- quay nửa hòm khuôn dưới 180 độ và lấy tấm mẫu ra

10-12 rây lớp cách mẫu, đặt hệ thống rót và chuẩn bị làm nửa khuôn trên

13-18 làm nửa hòm khuôn trên

19-22 Lấy mẫu ra

23-24 đặt lõi và lắp ráp khuôn

Hình 1-13 Trình tự làm khuôn bằng tay một khuôn đúc 2 nửa

Mẫu đúc

Tấm Mẫu

Hổn hợp làm khuôn