Bài giảng môn Cơ khí đại cương: Chương 4 - ThS. Vũ Đình Toại

Chương 4 - Đặc điểm của đúc. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Ưu điểm chung của đúc, nhược điểm chung của đúc, quá trình sản xuất đúc, các công nghệ đúc, đúc các hợp kim,... Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

4.1 THỰC CHẤT, ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI

4.1.1 Thực chất

Kim loại lỏng

Khuôn đúc Lòng khuôn

Vật đúc

Sau khi đông đặc

 Là P 2 chế tạo phôi : Nấu chảy KLoại (Hợp

Kim)  Rót vào khuôn đúc (có hình dáng k/t của

4.1.2 Đặc điểm

 Đúc được từ các loại vật liệu khác nhau:

Gang Thép Kim loại màu Các loại hợp kim, v.v

Khối lượng Vật đúc: gam  hàng trăm tấn

 Có thể chế tạo được Vật đúc có hình dạng,

kích thước phức tạp:

Thân máy công cụ Vỏ động cơ

mà các phương pháp khác khó khăn hoặc

không thực hiện được

 Đúc được nhiều lớp KL khác nhau trong vật

đúc

 Cơ khí hoá, Tự động hoá

 Giá thành rẻ, sản xuất linh hoạt, năng suất

cao

Ưu điểm

* Tốn KL cho hệ thống rót

* Có nhiều khuyết tật ( thiếu hụt, rỗ khí…)

* Khó khăn trong việc kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc

* Độ chính xác không cao

Nhược điểm

4.1 THỰC CHẤT, ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI

2 ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐÚC:

2.1 ƯU ĐIỂM CHUNG CỦA ĐÚC:

- Đúc được các loại vật liệu khác nhau: Gang, thép, kim loại màu, các loại hợp kim, v.v

- Khối lượng vật đúc đa dạng: gam  hàng trăm tấn

- Có thể chế tạo được vật đúc có hình dạng, kích thước rất phức tạp mà các phương

pháp khác khó khăn hoặc không thể thực hiện được: Thân máy công cụ, vỏ động cơ,…

- Có thể tạo ra được vật đúc có nhiều lớp vật liệu khác nhau

- Khả năng Cơ khí hoá, Tự động hoá cao

- Giá thành rẻ, sản xuất linh hoạt, năng suất cao

2.2 NHƯỢC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐÚC:

- Tốn vật liệu cho hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót,…

- Thường có nhiều khuyết tật : thiếu hụt kích thước, rỗ khí, thiên tích,…

- Khó khăn trong việc kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc

- Độ chính xác không cao

4.1.3 Phân loại

 Khuôn cát

 Khuôn kim loại

Theo VL l àm KHUÔN, ĐỘ CHÍNH XÁC

4.1 THỰC CHẤT, ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI 4.2 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÚC

Nửa khuôn trên

Nửa khuôn dưới

Cát

Thao (Lõi)

Đường dẫn

Lọc xỉ

C ác bộ phận cơ bản của khuôn đúc (Khuôn cát)

Làm thao (lõi)

Sấy thao (lõi)

Nấu kim loại (Hợp kim) RÓT

Lắp Khuôn và Thao

Dỡ khuôn 

Cấu tạo khuôn đúc 1- Lòng khuôn

2- Phễu rót 3- Ống rót 4- Rãnh lọc xỉ 5- Rãnh dẫn 6- Đậu hơi, đậu ngót 7- Hòm khuôn trên 8- Chốt định vị 9- Hòm khuôn dưới

10, 11- Hỗn hợp làm khuôn 12- Lớp cát áo

13- Lõi (thao) 14- gối lõi 15- Gân hòm khuôn 16- Xương tăng bền 17- Lỗ thoát khí

Các công đoạn làm khuôn cát

a) Chi tiết cần chế tạo b) Bản vẽ đúc c) Bản vẽ mẫu

Đậu hơi Hệ thống rót

Chốt định vị Nửa khuôn trên

Hình 4.3 Lắp ráp khuôn đúc

4.4.1.1 Bộ mẫu và hộp lõi

a) Vật liệu làm mẫu và hộp lõi

 Gồm: mẫu, tấm mẫu, mẫu của hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót

 Mẫu: Dùng để tạo ra lòng khuôn, mẫu thường có hình dáng giống mặt ngoài của vật đúc

 Tấm mẫu: Dùng để kẹp mẫu khi làm khuôn

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

 Hộp lõi dùng để chế tạo lõi Lõi để tạo ra hình dạng bên trong

 Vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi phải đạt các yêu cầu:

 Rẻ tiền và dễ gia công

 Vật liệu thường dùng: Gỗ, KL, thạch cao, xi măng, chất dẻo,…

4.4 Các công nghệ đúc

4.4.1 Công nghệ đúc trong khuôn cát

Là điền đầy KL lỏng vào khuôn làm bằng cát

b) Công nghệ chế tạo mẫu và hộp lõi

Bản vẽ chi tiết  Bản vẽ vật đúc  Bản vẽ mẫu và hộp lõi  Chế tạo mẫu và hộp lõi

 Bản vẽ vật đúc: Cần thể hiện tính công nghệ của đúc (thể hiện: Mặt phân khuôn, độ dốc đúc, bán kính góc lượn, lượng dư độ co ngót, lượng dư gia công CK)

 Bản vẽ mẫu, hộp lõi: Cần thể hiện được công nghệ, nguyên vật liệu chế tạo mẫu, hộp lõi

 Nếu mẫu và hộp lõi được chế tạo từ gỗ, để tránh cong vênh khi gỗ co, tránh nứt nẻ và tăng độ bền cần chú ý:

 Theo tiết diện ngang, các vòng thớ gỗ ko được trùng hướng;

 Theo chiều dọc thớ gỗ, các thớ cần tránh phân bố song song;

Khi chế tạo những bề mặt lớn cần phân ra nhiều mảnh;

 Để tăng sức bền mối ghép, b/m ghép làm dưới dạng mặt bậc;

 Dùng giấy nhám để mài và đánh bóng, sơn màu:

Màu xanh: Đúc thép; Đỏ: Đúc gang; Vàng: Đúc KL màu

a) Vật liệu làm khuôn và lõi

 Tính dẻo: Để dễ làm khuôn và lõi, cho lòng khuôn và lõi rõ nét;

 Yêu cầu

 Độ bền: Để ko bị vỡ khi vận chuyển, lắp ráp và khi rót KL lỏng;

 Tính lún: Là khả năng giảm thể tích của hỗn hợp làm khuôn khi chịu t/d của ngoại lực Để vật đúc dễ co ngót;

 Tính thông khí: Để khí dễ thoát ra  Tránh rỗ khí vật đúc;

 Tính bền nhiệt: Để khuôn, lõi ko bị cháy khi rót KL lỏng;

 Độ ẩm: Là lượng nước chứa trong hỗn hợp (=8%)

 Các vật liệu làm khuôn và lõi Hỗn hợp gồm: Cát, đất sét, chất kết dính và chất phụ gia

 Cát (TP chính là SiO2): Là TP chủ yếu của h2 làm khuôn, lõi;

 Đất sét: Làm tăng độ dẻo, độ bền của hỗn hợp

 Chất kết dính: Dầu thực vật, đường, mật, nhựa thông, xi măng, … và nước thủy tinh

Chất phụ gồm: Mùn cưa, rơm rạ,… và chất sơn khuôn

 Chất phụ: Tăng tính lún, thông khí, độ bóng, khả năng chịu nhiệt

4.4.1.2 Công nghệ làm khuôn và lõi

b) Công nghệ làm khuôn và lõi bằng tay

 Độ chính xác của khuôn, lõi ko cao; Năng suất thấp;

 Yêu cầu trình độ công nhân cao, điều kiện LĐ nặng nhọc;

 Có thể làm được các khuôn, lõi phức tạp, k/t khối lượng tùy ý

 Các phương pháp làm khuôn, lõi bằng tay

 Làm khuôn, lõi bằng 2 hòm khuôn (hộp 2 nửa);

 Làm khuôn, lõi bằng dưỡng gạt;

 Làm khuôn, lõi bằng mẫu (hộp lõi) có miếng rời …

c) Công nghệ làm khuôn và lõi bằng máy

 Khắc phục được các nhược điểm của làm khuôn = tay: Nhận được chất lượng tốt, năng suất cao

 Tuy nhiên thao tác = máy chỉ rẻ khi hệ số sử dụng máy > 40%  Dùng cho

SX hàng loạt hoặc hàng khối

 Làm khuôn, lõi trên máy ép

 Làm khuôn, lõi trên máy dằn

 Các loại máy làm khuôn, lõi:

 Làm khuôn, lõi trên máy vừa dằn vừa ép

4.4.2 Các công nghệ đúc đặc biệt

 Đúc trong khuôn cát ko thỏa mãn được nhu cầu về số lượng và khối lượng đòi hỏi ngày càng tăng  Xuất hiện các dạng đúc mới

4.4.2.1 Đúc trong khuôn KL

Là điền đầy KL lỏng vào khuôn chế tạo bằng KL

 Cơ bản giống như khuôn cát nhưng có những đặc điểm riêng:

 Tốc độ kết tinh lớn (vì nguội nhanh)  Cơ tính của vật đúc tốt

 Độ nhẵn b/m, độ chính xác của lòng khuôn cao  Chất lượng vật đúc tốt

 Tuổi thọ của khuôn KL cao

 Tiết kiệm t/g làm khuôn nên nâng cao NS và giảm giá thành

 Nhược điểm:

 Ko đúc được vật đúc quá phức tạp, thành mỏng và lớn

 Ko có tính lún và thoát khí  Khó khăn cho CN đúc

Phương pháp này chỉ thích hợp trong SX hàng loạt với vật đúc đơn giản, nhỏ hoặc trung bình

 Dễ bị nứt

4.4.2.2 Đúc áp lực

Là khi KL lỏng điền đầy vào lòng khuôn dưới một áp lực nhất định

Áp lực khí

Kim loại lỏng

Chi tiết đúc Ống quay tròn

Bình chứa

Chi tiết đúc Khuôn

 Năng suất cao nhờ điền đầy nhanh và khả năng CK hóa

Dùng để đúc các HK màu, pít tông ô tô, xe máy, cánh tỏa nhiệt

 Tạo ra vật đúc gồm vài lớp KL riêng biệt trong cùng 1 vật đúc

Dùng để đúc các loại xi lanh, xéc măng ô tô

4.4.2.4 Đúc trong khuôn mẫu chảy

 Khi sấy khuôn sáp sẽ chảy ra

cho ta lòng khuôn  Ko cần mặt

phân khuôn

 Đặc điểm:

 Vật đúc có độ chính xác cao nhờ

lòng khuôn ko phải lắp ráp theo mặt

phân khuôn, ko cần chế tạo lõi riêng

 Độ nhẵn đảm bảo do bề mặt lòng

khuôn nhẵn

 Quy trình đúc dài (vì phải chế tạo ra

mẫu chảy) nên NS thấp

đúc

 Là 1 dạng đúc đặc biệt trong khuôn 1 lần

Giống như đúc trong khuôn cát nhưng chỉ

khác ở chỗ mẫu là vật liệu dễ chảy hoặc dễ

cháy (sáp ong, parafin, …)

4.4.2.5 Đúc liên tục

 Là QT rót KL lỏng liên tục vào khuôn KL Vật đúc đông đặc liên tục và SP được lấy ra liên tục

 Đặc điểm: Cho năng suất cao

 Dùng để đúc thanh, ống, dải hoặc tấm KL

 Đúc được các KL đen: gang, thép C, thép HK

 QT đúc dài, giá thành cao

a- Đúc ống

b- Đúc tấm

Đúc liên tục

Sơ đồ quá trình đúc liên tục

 Là sự giảm thể tích khi kết tinh và khi làm nguội

 Vật đúc dễ bị thiếu hụt (rỗ co), dễ bị nứt và biến dạng

Gang xám co 1%; Thép co 2%; Al, Cu co 2 3%

 HK nào có độ co ngót lớn thì khuôn đúc phải có đậu ngót và kết cấu vật đúc hợp lý

 Các khí hòa tan: O2, H2, N, CO, CO2, H2O,

 Khí hòa tan vào trong KL tạo rỗ khí, tạo nên cacbit KL, nitơrit KL  KL dòn

 Ta phải điều chỉnh 4 đặc tính này để được vật đúc có chất lượng tốt nhất

4.5.2 Đúc gang

 Gang là HK có tính đúc rất tốt

 Người ta hay dùng gang xám để đúc

1) Vật liệu nấu

 Vật liệu KL: Gang thỏi, gang và thép

vụn, các fero HK như Fe-Si; Fe-Mn

 Nhiên liệu: Than cốc 10 16%; than gầy

20 22%

 Chất trợ dung: Là chất đưa vào để khử tạp

chất đưa vào xỉ; thường là CaCO3

2) Lò nấu gang:

Chất liệu Ống khói

Ra gang

Vỏ thép

Gạch chịu lửa

Quạt gió

Hộp phân gió

Vật liệu nấu

Gang lỏng

 Vận hành:  Sấy lò; Chất và đốt than đá

 Khi than cháy hồng  Chất liệu

 Giữ To cho nước gang 1350 1400oC

3) Rót kim loại lỏng vào khuôn

 Có thể đúc được các kết cấu phức tạp, thành mỏng

 Tính đúc của gang xám tốt, tính chảy loãng cao, tính thiên tích ít

 Khuôn đúc: Chủ yếu là khuôn cát Ưu điểm của khuôn này là nguội chậm  Gang ko bị nứt nhưng dễ bị khuyết tật, rỗ khí, rỗ co

 Khuôn cần có tính bền nhiệt cao, tính lún tốt, tính thông khí tốt

 Thường đúc trong khuôn cát, khuôn mẫu chảy và khuôn vỏ mỏng

 Độ chảy loãng cao  Dễ đúc

 Co lớn: = 2 3%  Khó đúc, dễ bị thiếu hụt, cong vênh

 Tính thiên tích lớn vì trong Cu và Al có các ng/tố khác nặng hơn

 Dễ bị hòa tan khí O2, H2