CÁC-PHƯƠNG-PHÁP-ĐÚC-ĐẶC-BIỆT

Đúc đặc biệt lại được chia làm hai loại công nghệ đặc biệt: +Đặc biệt về nguyên liệu và công nghệ làm khuôn: có thể kể đến khuôn mẫuchảy, khuôn mẫu cháy, khuôn vỏ gốm, khuôn làm theo phư

LỜI NÓI ĐẦU

Đã từ lâu, hàng nghìn năm trước, loài người đã biết sử dụng nghệ thuật đúc

để tạo ra những vật dụng cần thiết cho cuộc sống và đồ trang sức làm đẹp cho con người Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật đúc cũng bắt kịp sự phát triển của khoa học kỹ thuật để đáp ứng những yêu cầu của sản xuất ngày càng hiện đại

Ngày nay, ngoài những phương pháp đúc trong khuôn cát sét truyền thống, các phương pháp đúc đặc biệt đã được chú ý phát triển và đã có những thành tựu tiến bộ kỳ diệu

Đúc đặc biệt là phương pháp đúc có những đặc điểm khác với đúc khuôn cátsét thông thường Những điểm đặc biệt có thể là đặc biệt về nguyên liệu, đặc biệt về công nghệ, đặc biệt về cách rót và quá trình đông đặc khác với trọng trường Đúc đặc biệt lại được chia làm hai loại công nghệ đặc biệt:

+Đặc biệt về nguyên liệu và công nghệ làm khuôn: có thể kể đến khuôn mẫuchảy, khuôn mẫu cháy, khuôn vỏ gốm, khuôn làm theo phương pháp

A,D,N,C,CO2 và khuôn V (vacum)

+Đặc biệt về cách tạo hình vật đúc: đó là đúc áp lực cao, đúc áp lực thấp, đúc kháng áp, đúc ly tâm, đúc hút chân không, đúc bán lỏng, đúc liên tục

Ngày nay, chúng ta đã thấy những chi tiết mà chỉ có đúc đặc biệt mới có thể giải quyết được: cánh tubin nhà máy thủy điện, chân vịt tàu thủy cỡ lớn, tấm lớn làm thân máy bay… Đúc đặc biệt đã sử dụng những thành tựu của các ngành khác làm cơ sở lý thyết để tiếp tục phát triển: hiện tượng khuếch tán trong đúc composit, tính đẻo nhớt trong đúc áp lực và đúc rheocasting…

Mỗi phương pháp đúc đặc biệt có những ưu và nhược điểm cũng như lĩnh vực sử dụng của riêng mình Việc áp dụng phương pháp đúc nào cho từng chi tiết cụ thể phải được cân nhắc trên cơ sở các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của công nghệ đúc nói chung

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ĐẶC BIỆT

Đúc đặc biệt là phương pháp khác đúc thông thường; đúc đặc biệt có sự khác biệt về nguyên liệu và công nghệ làm khuôn, cách điền đầy khuôn và tạo hình vật đúc; đúc đặc biệt thường sử dụng khuôn kim loại Đúc đặc biệt thường

có các dạng: đúc trong khuôn kim loại, đúc dưới áp lực, đúc ly tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc liên tục và một số công nghệ đúc đặc biệt khác

I.Đúc trong khuôn kim loại

- Khái niệm: Đúc trong khuôn kim loại là phương pháp rót kim loại lỏng vào khuôn bằng kim loại

+ Tuổi thọ của khuôn kim loại cao

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

+ Giá thành chế tạo khuôn cao.

+ Phương pháp này chỉ thích hợp trong dạng sản xuất hàng loạt với vật đúc đơn giản, nhỏ hoặc trung bình

- Ứng dụng: Tuy có một số nhược điểm nhưng do có nhiều ưu điểm nên đúc khuôn kim loại ngày nay được dùng rất rộng rãi để đúc các vật bằng thép, gang,đồng, nhôm, magie,… khi chế tạo các chi tiết như ống dẫn khí áp lực cao, secmang, xilanh của bơm thủy lực, bàn là, van, pittong, trục khuỷu, cam và những chi tiết khác,…

II.Đúc ly tâm

- Khái niệm: Đúc ly tâm là rót kim loại lỏng vào khuôn quay, nhờ lực ly tâm màkim loại lỏng được phân bố đều theo bề mặt bên trong của khuôn hoặc điền đầy lỏng khuôn để tạo thành vật đúc

đó tiết kiệm được vật liệu và công làm lõi

+ Do tác dụng của lực ly tâm nên kim loại điền đầy khuôn tốt, có thể đúc được vật thành mỏng, vật có đường gân hoặc hình nổi mỏng Mặt khác vì kim loại điền đầy khuôn tốt nên không cần đậu ngót bổ sung, do đó tiết kiệm kim loại vật đúc

+ Vật đúc sạch do tạp chất, xỉ và phi kim nhẹ có lực ly tâm bé nên không bị lẫn vào kim loại vât đúc

- Nhược điểm:

+ Có hiện tượng thiên tích vùng theo diện tích ngang của vật đúc, do mỗi phần tử có khối lượng khác nhau chịu lực ly tâm khác nhau

+ Khi đúc ống, đường kính lỗ kém chính xác và có chất lượng bề mặt kém + Chỉ thích ứng cho vật tròn xoay rỗng.

+ Khuôn đúc cần có độ bền cao vì làm việc ở nhiệt độ cao, chịu tác dụng củalực ly tâm, sức ép của kim loại lỏng lên thành khuôn lớn

+ Khó nhận được đường kính bên trong vật đúc chính xác vì khó định được lượng kim loại rót vào khuôn chính xác

+ Chất lượng trong bề mặt vật đúc kém (đối với vật đúc tròn xoay) vì chứa nhiều tạp chất và xỉ

+ Khuôn quay với tốc độ cao nên cần phải cân bằng và kín, điều này khó đạtđược chính xác

- Ứng dụng: Do những đặc điểm trên nên hiện nay đúc ly tâm được dùng rất rộng rãi để chế tạo những chi tiết hình tròn xoay bạc, ống, xecmang và một số chi tiết định hình khác bằng thép, gang, kim loại màu và phi kim, chế tạo bạc lót lớp trong bằng đồng thanh để chống mòn tốt, lớp ngoài bằng thép để độ bền tốt

mà không dùng được lõi cát

+ Đúc được những vật mỏng (chiều dày > 0.3 mm) và đúc được vật phức tạp (đúc được lỗ có đường kính 1.5 ÷ 3 mm) do kim loại lỏng được ép vào khuôn nên có khả năng điền đầy tốt

+ Do đúc trong khuôn kim loại nên vật đúc nguội nhanh, cơ tính tốt

IV.Đúc liên tục

- Khái niệm: 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

- Ưu điểm:

+ Năng suất cao và có thể cấp phôi liên tục cho phân xưởng cán;

+ Đúc trực tiếp ra phôi nên không cần qua khâu cán phá;

+ Hiệu suất thu hồi kim loại lớn (do không cần hệ thống rót, bù ngót ), hiệu suất thu hồi thường trên 95 96%;

+ Tốc độ kết tinh của kim loại nhanh, tổ chức kim loại sít đặc;

+ Chất lượng thép và chất lượng bề mặt phôi tốt, thiên tích ít;

+ Giảm diện tích mặt bằng sản xuất;

+ Dễ cơ khí hóa và tự động hóa;

+ Cải thiện điều kiện lao động và giảm ô nhiễm môi trường;

+ 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, đặt 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 chế tạo thấp

- Nhược điểm: 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 khắc phục hiện tượng này, người ta có thể làm nguội khuôn bằng dầu

- Ứng dụng: ứng dụng rộng rãi trong sản xuất phôi thép cán hiện nay.

V.Đúc khuôn mẫu chảy

- Khái niệm: Đúc trong khuôn mẫu chảy thực chất là đúc trong khuôn cát nhưngmẫu được làm bằng vật đúc dễ chảy

- Qui trình công nghệ đúc trong khuôn mẫu chảy

- Ứng dụng: Đúc trong khuôn mẫu chảy được dùng nhiều trong sản xuất hàng loạt để chế tạo các loại dụng cụ như dao phay, dao chuốt; chế tạo các loại bánh răng; líp xe đạp; đĩa moto; các phụ tùng trong máy nổ… vật đúc có khối lượng

từ 0.02 ÷ 100 kg; chiều dày đến 0.3 mm và đường kính lỗ đến 2 mm

- Sản phẩm của đúc trong khuôn mẫu chảy:

VI Đúc khuôn vỏ mỏng

- Khái niệm: Đúc trong khuôn vỏ mỏng là dạng đúc trong khuôn cát nhưng thành khuôn mỏng chừng 6 ÷ 8 mm.

- Sơ đồ nguyên lý đúc trong khuôn vỏ mỏng

+ Do tính truyền nhiệt kém nên khi đúc gang không bị hóa trắng Nhiệt độ rót có thể nhỏ hơn trong khuôn cát chừng 20 ÷ 300C.

+ Đơn giản hóa quá trình dở khuôn và làm sạch vật đúc

+ Quá trình chế tạo khuôn vỏ mỏng dễ cơ khí hoá và tự động hóa

- Nhược điểm:

+ Giá thành sản phẩm cao do sử dụng tấm mẫu kim loại và giá nhựa đắt

+ Độ tạo khí cao khi rót kim loại.

+ Tuổi thọ thiết bị kém

+ Kích thước vật đúc bị giới hạn

+ Lấy ruột ra lúc nóng dễ bị biến dạng

- Ứng dụng: Sản xuất các chi tiết vừa và nhỏ, trong quá trình làm khuôn, ruột vàđúc rót cần sử dụng thiết bị hút khí tốt

Tìm hiểu mở rộng

I Diecasting

- Khái niệm:

+ Diecasting là một quá trình đúc kim loại được đặc trưng bởi việc buộc kim loại nóng chảy dưới áp lực cao vào một khoang khuôn Các khoang khuôn được tạo ra bằng cách sử dụng hai khuôn thép công cụ cứng đã được gia công thành hình dạng và làm việc tương tự như một khuôn phun trong quá trình này Hầu hết các khuôn đúc được làm từ kim loại màu , đặc biệt là kẽm , đồng , nhôm , magiê , chì , thiếc và thiếc hợp kim dựa trên Tùy thuộc vào loại kim loại được đúc, một máy buồng nóng hoặc lạnh được sử dụng

+ Diecasting là một quá trình sản xuất để sản xuất chính xác kích thước, sắcnét, mịn hoặc kết cấu bề mặt các bộ phận kim loại Nó được thực hiện bằng cách ép kim loại nóng chảy dưới áp suất cao vào khuôn kim loại tái sử dụng Quá trình này thường được mô tả là khoảng cách ngắn nhất giữa nguyên liệu thô và thành phẩm Thuật ngữ "đúc chết" cũng được sử dụng để mô tả phần đã hoàn thành.Thuật ngữ "đúc chết trọng lực" đề cập đến các vật đúc được làm bằng khuôn kim loại dưới một đầu trọng lực Nó được gọi là đúc khuôn vĩnh viễn ở Mỹ và Canada Những gì chúng ta gọi là "đúc chết" ở đây được gọi là

"áp lực đúc chết" ở châu Âu

Sơ đồ của một máy buồng nóng Sơ đồ của một máy đúc khuôn buồng lạnh

- Ưu điểm:

+ Hiệu quả sản xuất các hình dạng nhỏ, phức tạp và khó khăn

+ Tính linh hoạt cực cao giúp sản xuất nhiều loại linh kiện đúc

+ Tự do thiết kế lớn hơn

+ Tăng tính linh hoạt cho tất cả các loại bộ phận đơn giản và thậm chí rất phức tạp

+ Dung sai kích thước cao

+ Hầu như gần với hình dạng lưới với điều khiển chiều chính xác

+ Gia công cồng kềnh và đắt tiền được loại bỏ và giảm

+ Năng suất và hiệu quả chi phí được tăng lên

+ Cả hai thiết bị đúc cần thiết và khuôn và các thành phần liên quan là rất tốn kém, so với hầu hết các quá trình đúc khác Do đó, để làm cho đúc chết một quá trình kinh tế, một khối lượng sản xuất lớn là cần thiết

+ Những bất lợi khác là quá trình được giới hạn trong các kim loại có tính lưu động cao và trọng lượng đúc phải nằm trong khoảng từ 30 gram đến 10 kg.+ Trong quá trình đúc khuôn tiêu chuẩn, quá trình đúc cuối cùng sẽ có một lượng nhỏ độ rỗng Điều này ngăn chặn bất kỳ xử lý nhiệt hoặc hàn

-Ứng dụng: Diecasting được sử dụng cho một loạt các khách hàng, mục đích sản xuất thương mại và công nghiệp, chẳng hạn như sản xuất của hệ truyền động ô tô, phụ tùng động cơ, thiết bị viễn thông, thiết bị hàng hải, phụ tùng thiết

bị gia dụng và dụng cụ cầm tay

II Đúc cát nhựa

được bao phủ một lớp keo.Ở nhiệt độ bình thường những hạt cát luôn rời rạt nhau, nhưng khi gia nhiệt thì lớp keo bao phủ bên ngoài chảy ra và kết dính những hạt cát lại với nhau, vì vậy ngoài tên khuôn cát nhựa người ta còn gọi là khuôn cát keo.

- Khuôn đúc cát nhựa:

- Ưu điểm: cho ra sản phẩm có độ đồng đều và chính xác, bề mặt đẹp, tạo khuôn nhanh

- Nhược điểm: chi phí cao, khuôn cát chỉ xài một lần

- Ứng dụng: Hỗn hợp cát - nhựa có ưu điểm là độ bền cao, đặc biệt là độ bền còn lại rất thấp nên thường được dùng làm các ruột đúc có hình dạng phức tạp nhiều góc, vấu, rãnh (ví dụ như ruột của quy lát động cơ) sau khi đúc dể dàng làm sạch bên trong lòng vật đúc

III Đúc ép lỏng

- Khái niệm: Là phương pháp gia công kim loại ở trạng thái bán lỏng( trạng tháinửa đặc, nửa lỏng) chế tạo những chi tiết có thiết diện như nhau và thành mỏng tương tự như đúc áp lực cao Nhưng không giống với đúc áp lực cao, đúc bán

lỏng có khả năng chế tạo ra các chi tiết có những thuộc tính và tính hoàn hảo

mà chỉ thực hiện bằng phương pháp đúc ép hoặc đúc trong khuôn bán vĩnh cửu

áp lực thấp

- Ưu điểm:

+ Các chi tiết có hình dáng chính xác mà chỉ cần gia công rất ít

+ Các chi tiết có trọng lượng nhỏ, mỏng thành và rất phức tạp về mặt kết cấu nhưng lại yêu cầu lượng nguyên vật liệu đầu vào nhỏ

+ Nhịp sản xuất ngắn

+Khuôn dùng được lâu dài

- Nhược điểm: Giá thành cao do phải chế tạo hoặc mua hợp kim có cấu trúc đặcbiệt, phế liệu và hệ thống đậu rót, ngót không thể tái sử dụng nếu như không được chế biến thành loại hợp kim bán thành phẩm chuyên dụng

- Công nghệ đúc bán lỏng cótheer chia làm ba bước:

+ Bước 1: Tạo ra kim loại ở trạng thái bán lỏng

+ Bước 2: Duy trì trạng thái bán lỏng để các hạt rắn treo lơ lửng trong lòng chất lỏng

+ Bước 3: Chuyển kim loại bán lỏng sang máy đúc áp lực và tiến hành đúc

- Phân loại: Phương pháp đúc bán lỏng được chia làm hai công nghệ: đúc lưu biến (Rheo-casting) và đúc ép lỏng (Thixcocasting)

- Đúc lưu biến (Rheo-casting):

+ Khái niệm: Là dùng phương pháp khuấy hợp kim trong khi dòng đặc để tạo ra một trạng thái lỏng sệt sau đó phun trực tiếp kim loại nhão này vào

khuôn

+Điều cơ bản của đúc lưu biến là khuấy trộn kim loại lỏng trong khi kết tinh

để hình thành một tráng thái bán lỏng nhão( hay còn gọi là trạng thái cháo nhuyễn), sau đó phun bắn cháo kim loại đó vào khuôn Việc khuấy trộn kim loạichủ yếu là nhằm hình thành một tốc độ trượt rất cao giữa các phần tử và cường

độ dòng xoáy cũng rất cao trong chất lỏng Năng lượng của tốc độ trượt và dòng xoáy sẽ làm cho các phần tử rắn kết tinh theo dạng hình cầu hoặc gần cầu

để tạo chi tiết Tuy nhiên, với công nghệ này, kim loại kết tinh trong điều kiện

áp suất bình thường nên chất lượng vật đúc chưa được cải thiện nhiều Bởi vậy,

đã xuất hiện phương pháp đúc lưu biến cải tiến

+Đúc lưu biến cải tiến ( The New Rheocasting –NRC) là sự kết hợp của phương pháp đúc ép thẳng đúng truyền thống với phương pháp gia công kim loại lỏng để chế tạo ra kim loại có cấu trúc dạng cầu

+Công nghệ này cũng chỉ sử dụng để đúc các hợp kim màu có nhiệt độ nóngchảy thấp Đặc điểm nổi bật của đúc lưu biến là tạo ra được tổ chức kim loại có hình cầu hoặc gần cầu, bởi vậy, cơ tính của vật liệu được cải thiện rõ rệt

- Tổ chức nhánh cây khi đúc thường và tổ chức hình cầu khi đúc lưu biến

- Đúc ép lỏng (Thixcocasting):

+Khái niệm: Là phương pháp dung thỏi kim loại rắn có cấu trúc hạt mịn đồng trục (hay còn gọi là bán thành phẩm) được sản xuất chuyên dụng từ trước bằng cách đúc lưu biến( sản phẩm của đúc lưu biến là phôi của đúc ép lỏng) Đem nung thỏi kim loại này đến trạng thái bán lỏng, nghĩa là đã có một phần kim loại đã bị nấu chảy Chuyển thỏi kim loại trên sáng máy đúc để phun vào hốc khuôn

+Trước đây, quy trình đúc bán lỏng thông dụng nhất là đúc ép lỏng Trong công nghệ này, người ta sử dụng bán thành phẩm là nguyên liệu dạng thỏi sau

đó được nung lên trạng thái bán lỏng Thực tế, hình ảnh tượng trưng của kim loại bán lỏng là một thỏi kim loại sau khi nung rất dễ dàng dung dao để cắt thành từng lát giống như cắt bơ

ứng Thí dụ đối với hợp kim nhôm, quá trình khuấy từ thủy động sẽ đảm bảo cho các tinh thể Al sẽ kết tinh dưới dạng hình cầu Đem rót kim loại thành các bán thành phẩm Từ bán thành phẩm, cưa nhỏ thành từng mẩu có kích thước phù hợp với chi tiết cần chế tạo Đem các mẩu này nung đạt tới trạng thái bán lỏng nhưng vẫn giữ nguyên được hình dáng của thỏi, sau đó đặt vào xilanh ép của máy kiểu đúc áp lực và phun trực tiếp vào hốc khuôn.

IV ĐÚC MẪU CHÁY

- Khái niệm: là phương pháp dùng mẫu là chất polystyrol, vật liệu làm khuôn là cát khô, không có chất dính Mẫu dược vùi trong khối cát không có chất dính nhưng được tạo hình bằng cách hút chân không Rót kim loại lòng vào khuôn, kim loại lỏng sẽ dần thav thế khối mẫu xốp và hình thành vật đúc

- Không giống như những công nghệ đúc sử dụng chất kết dính khác, đúc mẫu cháy (còn gọi là đúc mẫu hoá khí) không dùng chất kết dính để liên kết cát Mẫu và các nhánh cây được làm bằng hạt nhựa polystyren hoặc copolymers Các vật đúc có hình dạng phức tạp, từng phần mẫu sẽ được chế tạo riêng Sau

đó, chúng sẽ được dán lại với nhau và dán vào nhánh cây chính (nhánh cây chính có thể là ống rót, nhánh cây phụ có thể là rãnh lọc xỉ, rãnh dẫn) Mẫu sau khi đã dán thành nhánh cây sẽ được sơn (phủ) lớp cách nhiệt Sau khi lớp sơn khô, mẫu sẽ được đặt vào trong hòm khuôn và phủ đầy cát Cát được sít chặt