Tài liệu học tập Chế Tạo Phôi_ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp

Nhược điểm: Vật đúc thường bị rỗ co, rỗ khí, nứt, lẫn tạp chất… Khi đúc trong khuôn cát, độ chính xác về kích thước, độ bóng thấp… Tiêu hao kim loại lớn cho hệ thống rót, đậu ngót và cho

1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

3

LỜI GIỚI THIỆU

Học phần CHẾ TẠO PHÔI nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các phương pháp chế tạo phôi là bước chuẩn bị ban đầu cho gia công cơ khí Trên cơ sở các phương pháp chế tạo phôi bằng đúc, gia công áp lực và hàn kim loại giúp sinh viên nắm bắt được công nghệ từ đó lựa chọn được phương pháp chế tạo phôi hợp lý

Tài liệu học tập CHẾ TẠO PHÔI được biên soạn dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho giảng viên và sinh viên hệ Đại học ngành Công nghệ kỹ thuật Cơ khí của trường Đại học Kinh tế -Kỹ thuật Công nghiệp

Nội dung của Tài liệu học tập CHẾ TẠO PHÔI loại gồm 3 chương

Chương 1: Công nghệ đúc Chương 2: Gia công kim loại bằng áp lực Chương 3: Công nghệ hàn

Giáo trình CHẾ TẠO PHÔI được biên soạn theo đúng chương trình đào tạo và các quy định về cách trình bày của Nhà trường Nội dung mỗi chương của giáo trình bao gồm các phần nội dung chủ yếu như sau:

- Nôi dung cơ bản của chương

- Câu hỏi, bài tập ứng dụng

Tài liệu được biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn những ý kiến đóng góp của bạn đọc, các thầy cô và các em sinh viên Các ý kiến đóng góp xin gửi về khoa Cơ khí, trường Đại học Kinh tế-Kỹ thuật Công nghiệp

218 Lĩnh Nam, Hoàng Mai, Hà Nội hoặc 353 Trần Hưng Đạo, TP Nam Định

Nam Định, ngày18 tháng 6 năm 2019

Các tác giả

4

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ ĐÚC Mục đích chương:

- Về kiến thức:

+ Sinh viên hiểu được quá trình chế tạo phôi đúc: thiết kế đúc, công nghệ tạo khuôn, đúc các hợp kim và đúc đặc biệt

+ Sinh viên hiểu và tính toán thiết kế được bộ khuôn đúc

- Về thái độ: Tích cực, chủ động học tập nghiên cứu, tham gia đầy đủ các tiết

học

Nội dung chương:

Trình bày các khái niệm cơ bản về đúc, thiết kế đúc, công nghệ tạo khuôn, đúc các hợp kim và đúc đặc biệt, các dạng khuyết tật vật đúc Một số bài tập áp dụng

Nội dung chi tiết:

1.1 Khái niệm quá trình đúc

1.1.1 Thực chất, đặc điểm, phân loại

Giá thành của sản xuất đúc nói chung hạ so với các dạng sản xuất khác

Với một số phương pháp đúc tiên tiến có thể tạo ra được sản phẩm có chất lượng cao, kích thước chính xác, có khả năng cơ khí hoá, tự động hoá

Nhược điểm: Vật đúc thường bị rỗ co, rỗ khí, nứt, lẫn tạp chất…

Khi đúc trong khuôn cát, độ chính xác về kích thước, độ bóng thấp…

Tiêu hao kim loại lớn cho hệ thống rót, đậu ngót và cho các đại lượng khác (lượng

dư, độ xiên vật đúc…) mặc dù vậy, phương pháp đúc được sử dụng rộng rãi, chất lượng ngày càng được nâng cao

5

1.1.1.3 Phân loại phương pháp đúc

a Theo loại khuôn đúc

- Khuôn đúc một lần: khuôn cát, khuôn vỏ mỏng, khuôn mẫu chảy

- Khuôn bán vĩnh cửu: khuôn đất sét

- Khuôn vĩnh cửu: khuôn kim loại

b Theo vật liệu làm khuôn: khuôn cát, khuôn đất sét, khuôn kim loại

c Theo phương pháp điền đầy hợp kim lỏng(đúc đặc biệt): đúc áp lực, đúc ly tâm

1.1.2 Đúc trong khuôn cát

1.1.2.1.Khái niệm

Khuôn cát được chế tạo từ hỗn hợp có thành phần chủ yếu là cát Khuôn cát dễ tạo hình vật đúc, dùng một lần, năng suất thấp, độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt thấp, lượng dư gia công lớn, tốn nhiều kim loại Khuôn cát thường dùng trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, vốn đầu tư ít, công nghệ đúc đơn giản Hình 1.1 giới thiệu sơ đồ quá trình sản xuất vật đúc trong khuôn cát

Hình 1.1 Quá trình sản xuất vật đúc trong khuôn cát

6

12

1.1.2.2.Các bộ phận cơ bản của khuôn đúc bằng cát

Bộ phận cơ bản của một bộ khuôn đúc bằng cát (hình1.2) gồm khuôn trên 1, khuôn dưới 2, mặt phân khuôn 3, hòm khuôn 4 bằng gỗ hoặc kim loại, bên trong hòm khuôn là hỗn hợp (có các lỗ để rót kim loại, rãnh thoát khí…) Tùy vào loại khuôn, hai hòm khuôn được lắp với nhau bởi chốt định vị 6 qua tai hòm khuôn 7 Lòng khuôn 8 tạo hình dáng bên ngoài, lõi tạo hình dáng bên trong (lỗ) vật đúc Lõi gồm thân lõi 9, gối lõi 10, khe hở gối lõi 11

Hệ thống rót để dẫn kim loại lỏng vào lòng khuôn gồm cốc rót 12, ống rót 13, rãnh lọc xỉ 14, rãnh dẫn 15, đậu ngót hoặc đậu hơi 16, xương khuôn, xương lõi 17 để tăng bền cho khuôn và lõi Hình 1.3 giới thiệu vật đúc sau khi dỡ khuôn, phá lõi

1

16 13

7 6

4 14

Hình 1.2 Các bộ phận cơ bản của khuôn đúc bằng cát

1 Khuôn trên; 2 Khuôn dưới; 3 Mặt phân khuôn; 4 Hòm khuôn; 5.Rãnh thoát khí; 6 Chốt định vị; 7 Tai hòm khuôn; 8 Lòng khuôn; 9 Thân lõi; 10 Gối lõi 11.Khe hở gối lõi; 12 Cốc rót; 13 ống rót; 14 Rãnh lọc xỉ; 15 Rãnh dẫn;16 Đậu ngót; 17 Xương khuôn, xương lõi

7

a Tính chất lý nhiệt của kim loại và hợp kim: nhiệt độ chảy (đông đặc), nhiệt độ rót,

độ quá nhiệt…

b Tính chất lý nhiệt của khuôn: vật liệu làm khuôn (cát, đất sét…) khuôn khô, khuôn

tươi, nhiệt độ của khuôn khi rót, phương pháp làm nguội…

c Công nghệ đúc: Phương pháp làm khuôn (bằng tay, bằng máy, đúc đặc biệt…)

phương pháp rót kim loại lỏng (rót trực tiếp, rót xi phông, đúc ly tâm, đúc áp lực…)

1.1.3.2 Sự hình thành vật đúc trong khuôn (bốn giai đoạn)

Có thể chia quá trình kết tinh thành các giai đoạn liên tiếp sau:

a Điền đầy kim loại lỏng vào khuôn: yêu cầu điền đầy nhanh, liên tục, không làm

giảm nhiệt độ của hợp kim lỏng (giai đoạn này chưa có sự hạ nhiệt đáng kể)

b Hạ nhiệt độ từ nhiệt độ rót đến nhiệt độ kết tinh, hợp kim lỏng xuất hiện phần tử

rắn (trung tâm kết tinh - tâm mầm) lớn dần lên và xuất hiện các trung tâm kết tinh khác đến khi tạo lớp kim loại rắn Vùng kết tinh theo hướng tản nhiệt vuông góc với thành khuôn (hình 1.4) Đáy và thành bên đông đặc trước (do truyền nhiệt với tốc độ khác nhau)

c Kết tinh và đông đặc: khoảng nhiệt độ kết tinh được tính từ điểm lỏng (từ điểm

lỏng trở xuống) đến đường đặc (từ đường đặc trở lên) Hướng tản nhiệt từ dưới lên, từ ngoài vào tâm Sự đông đặc (theo lớp hay thể tích ảnh hưởng trực tiếp tới tổ chức vật đúc)

- Đông đặc theo lớp: xảy ra với những kim loại nguyên chất, hợp kim cùng tinh hoặc

hợp kim có khoảng kết tinh hẹp Đồ thị hình 1.4a là đường cong biểu diễn trường nhiệt độ tăng dần từ hai phía thành khuôn (đỉnh cao nhất ở tâm) Tốc độ truyền nhiệt của hợp kim lỏng giảm dần từ ngoài vào Hạ nhiệt độ tới nhiệt độ kết tinh, hình thành từng lớp tinh thể Tại thời điểm t1, đường cong 1 cắt đường biểu diễn nhiệt độ kết tinh (Tkết tinh), tại a1 xuất hiện lớp kim loại rắn (đông dặc) chiều dày S1 Hạ nhiệt độ đến t2, đường cong 2 cắt đường biểu diễn nhiệt độ kết tinh (Tkết tinh), tại a2 ta có lớp kim loại đông đặc chiều dày S2 Hạ nhiệt độ đến thời điểm đường biểu diễn trường nhiệt độ nằm ngang (TTkết tinh) vật đúc đông đặc hoàn toàn

- Đông đặc thể tích xảy ra khi hợp kim có khoảng nhiệt độ kết tinh lớn (hai pha lỏng

và đặc của đường biểu diễn hình 1.4b) Tại thời điểm t1, đường cong 1 cắt đường lỏng tại

a1 và cắt đường đặc tại b1 tạo lớp S1 có 2 pha lỏng và đặc Hạ nhiệt độ đến t2, đường cong

2 nằm dưới đường lỏng nên trong khoảng nhiệt độ kết tinh từ a1 tới b1 gồm tinh thể kết tinh (pha đặc) và tinh thể chưa kết tinh (pha lỏng)

Khi nhiệt độ hạ xuống dưới đường đặc, hợp kim hoàn toàn đông đặc (pha rắn) Do sự truyền nhiệt nên nhiệt độ giảm dần từ ngoài vào, hợp kim lỏng vẫn có xu hướng

đông đặc theo lớp (từ ngoài khuôn vào tâm vật đúc)

Hình 1.4 Các loại hình kết tinh và đông đặc

a Đông dặc theo lớp; b Đông đặc theo thể tích

d Nguội trong khuôn

Khi kết thúc giai đoạn đông đặc của hợp kim, từ nhiệt độ đường đặc trở xuống đến lúc dỡ khuôn là thời điểm chuyển biến pha của từng lớp kim loại ứng với từng nhiệt độ Quá trình kết tinh trong giai đoạn này phụ thuộc vào kết cấu vật đúc Phần vật đúc có thành mỏng, thành dày hoặc vùng tập trung kim loại lớn, tốc độ chuyển biến pha sẽ khác nhau và

do đó cơ tính vật đúc sau nguội cũng sai khác nhau…

e Nguội ngoài khuôn: tốc độ nguội lớn, vật đúc khi lấy ra sớm thường được ủ trong lò, bể,

buồng ủ để tránh gây ứng suất dư, hóa cứng bề mặt, làm ổn định và đồng đều thành phần hoá học

Hình 1.5 Cấu tạo kim

loại vật đúc

Phân biệt các giai đoạn trên làm cơ sở cho việc thiết lập công nghệ đúc hợp lý, nhằm loại bỏ các khuyết tật đúc, nâng cao chất lượng vật đúc

1.1.4 Tổ chức kim loại vật đúc

Một cách tổng quát, xét tổ chức kim loại vật đúc với điều kiện nguội bình thường trên một thỏi đúc với mặt cắt dọc (hình 1.5)

Xét từ ngoài vào trong, thường có ba vùng phân biệt

- Vỏ ngoài cùng 1 có lớp hạt kim loại nhỏ, đẳng trục Do kim loại lỏng tiếp xúc với thành khuôn đúc nguội hơn nên tại đây độ truyền nhiệt lớn Mặt khác vùng kề thành khuôn

có nhiều tâm mầm sẵn có, tốc độ hình thành tâm mầm lớn hơn tốc độ phát triển tâm mầm vì thế tạo nên hạt nhỏ mịn, lớp vỏ này rất bền và cứng

1 2

a 2

S 1

S 2

9

- Vùng 2 tiếp sau có sự kết tinh phần lớn ở các tâm mầm tự sinh và vẫn chịu ảnh hưởng lớn của hướng tản nhiệt vuông góc với thành khuôn nên tinh thể kim loại có dạng hình trụ Nếu thành vật đúc không lớn lắm, tốc độ tản nhiệt lớn, các hạt hình trụ phát triển và giao nhau ở tâm, ta gọi đó là dạng xuyên tâm

- Vùng 3 là vùng nằm ở khu vực giữa thỏi đúc Lúc này độ dày lớp kết tinh đã dày, lượng tích nhiệt của khuôn đã giảm nhiều, phần kim loại lỏng còn lại sẽ tạo ra hạt to hơn

bổ sung

1.1.5.2 Rỗ co

Khi kết tinh, do các tinh thể nhánh cây phát triển, bao bọc kim loại lỏng nên khi đông đặc hoàn toàn không được bù ngót Sự co thể tích tạo nên các lỗ rỗng, cũng gọi là xốp co, gây nên những vùng tập trung ứng suất, làm giảm khả năng chịu lực Để giảm xốp co, cần thiết kế kết cấu hợp lý, tránh tập trung kim loại, bố trí hệ hống rót hợp lý để hướng kết tinh

từ xa tới gần chân đậu ngót hay hệ thống rót

1.1.5.3 Rỗ khí

Trong hợp kim lỏng hòa tan một lượng khí, khi kết tinh, tạo bọt khí tồn tại trong kim loại và hình thành rỗ khí, rỗ khí gây tập trung ứng suất, giảm khả năng chịu lực Muốn giảm rỗ khí, khuôn và lõi phải thoát khí tốt, có đậu hơi hợp lý, vật liệu nấu phải khô, sạch, giảm các chất tạo phản ứng sinh khí khi nấu hợp kim

1.1.5.4 Thiên tích

Khi kim loại kết tinh nó tạo thiên tích vùng, thiên tích hạt, thiên tích nhánh cây gây ra

sự không đồng đều về tổ chức, thành phần độ hạt trong từng vùng, làm giảm cơ tính và khả năng chịu lực của kết cấu

10

dư - ứng suất dư toàn bộ

nhiệt - ứng suất nhiệt, do quá trình nguội không đều sinh ra

pha - ứng suất pha, do sự chuyển biến pha tạo thành

cơ - ứng suất cơ học do các tác động cơ học tạo ra

1.2 Thiết kế đúc

1.2.1 Phân tích kết cấu chi tiết

Thiết kế đúc là một khâu quan trọng trong sản xuất phôi đúc Để thiết kế đúc hợp lý nhằm nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản xuất, điều trước tiên là phải phân tích chi tiết vật đúc Dựa trên bản vẽ chi tiết máy, người thiết kế phải phân tích kỹ các yếu tố sau: a.Nghiên cứu hình vẽ để hình dung các bộ phận hoặc dạng tổng quát của chi tiết máy Đọc kỹ kích thước, độ bóng và sự liên quan giữa chúng để phân biệt tính quan trọng hoặc không quan trọng của từng mặt, từng phần trong chi tiết máy

b Khi phân tích chi tiết máy, nếu những bộ phận nào, bề mặt nào chưa hợp lý thì tiến hành sửa đổi lại, cần chú ý là việc sửa đổi lại chỉ nhằm làm thuận lợi cho công nghệ đúc, công nghệ gia công và chất lượng vật đúc

c Nghiên cứu tính chất làm việc và chịu lực của chi tiết máy dựa trên kích thước có dung sai lắp ghép, độ bóng hoặc dựa vào những hiểu biết thực tế nhằm làm cơ sở cho việc thiết kế sau này

d Xác định khối lượng, kích thước và số lượng tiết máy để định ra phương pháp đúc, dạng sản xuất đúc hợp lý, từ đó quy định nguyên tắc thiết kế hợp lý

Khi xác định mặt phân khuôn cần phải thực hiện hai việc:

Tìm được mặt phân khuôn hợp lý

Xác định vị trí khuôn khi rót kim loại lỏng

Mỗi một chi tiết máy có thể chọn nhiều kiểu mặt phân khuôn nhưng phải dựa theo nguyên tắc sau để chọn phương án tối ưu:

a.Nguyên tắc chọn dựa theo công nghệ rút mẫu ra khỏi khuôn

Chọn mặt phân khuôn phải bảo đảm rút được mẫu và rút mẫu ra dễ dàng nhất

11

Để đảm bảo điều đó, nên chọn mặt phân khuôn qua tiết diện lớn nhất theo một chiều nào đó (hình 1.6), ở hình 1.6a, việc rút khuôn thuận lợi hơn, ở hình 1.6b, việc rút khuôn khó khăn hơn do ma sát giữa mặt ngoài mẫu và thành khuôn lớn, khuôn dễ sứt và độ bóng kém hơn

Cùng với việc rút mẫu dễ cần phải bảo đảm sửa khuôn thuận tiện

Thí dụ (hình 1.7) nếu chọn theo cách A thì việc rút mẫu và sửa lòng khuôn sẽ khó hơn khi dùng phương án B Khi đã xác định được vị trí rót thì chọn lòng khuôn trên nên nông hơn, như vậy sẽ dễ thao tác khi làm khuôn và lắp ráp

Hình 1.6 Mặt phân khuôn

qua tiết diện lớn nhất Hình 1.7 Mặt phân khuôn dễ sửa khuôn

b Nguyên tắc chọn mặt phân khuôn dựa theo yêu cầu về độ chính xác của vật đúc

Độ chính xác khi thiết kế công nghệ đúc phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Quá trình làm lõi, làm khuôn

- Quá trình gia công cơ khí

- Quá trình chế tạo mẫu, hộp lõi

Vì vậy phải chọn theo các nguyên tắc sau:

+ Nếu có thể nên đặt toàn bộ vật đúc trong một hòm khuôn Như vậy sẽ tránh được sai lệch khi lắp ráp Trường hợp đòi hỏi chính xác rất cao thì dù công nghệ khuôn có phức tạp hơn vẫn phải tiến hành, ví dụ (hình 1.8) Lẽ ra phải bảo đảm nguyên tắc dễ rút mẫu nhất (A), nhưng yêu cầu của hai phần côn là đồng trục nên phải chọn theo B bằng cách làm thêm miếng đất phụ Vấn đề là nên đặt toàn bộ ở hòm khuôn trên hay hòm dưới Kinh nghiệm cho thấy đặt toàn bộ xuống hòm dưới là tốt nhất bởi vì hòm khuôn dưới ít phải vận chuyển nhất là vòng khuôn đặt trực tiếp ở nền xưởng

12

d) b)

Trường hợp vật đúc có đặt lõi có thể phân bố như (hình 1.9) để dễ dàng kiểm tra độ hở lòng khuôn

Hình 1.8 Đặt vật đúc trong một hòm

Cần chú ý là việc đặt lõi hoặc việc tạo ra lòng khuôn do phải ghép các mặt ngoài và trong ở các nửa khuôn khác nhau nên tạo ra sự kém chính xác Ví dụ cần chọn mặt phân khuôn cho chi tiết (hình 1.10a)

T

D

T

D

Hình 1.10 Chọn mặt phân khuôn cho chi tiết

Hai phương án A, B được biểu diễn trên các hình b, c, d Xét về độ chính xác thì phương

án A là hợp lý hơn Khe hở của lòng khuôn chỉ phụ thuộc vào độ chính xác của mẫu mà không phụ thuộc vào quá trình lắp ráp

đó nên lấy mặt phân khuôn theo vị trí I, hơn là vị trí II

+ Không nên chọn mặt phân khuôn qua các tiết diện thay đổi để tránh sai lệch vật đúc

do lắp ráp khuôn, ví dụ hình 1.12, nếu chọn vị trí II là mặt phân khuôn, khi lắp ráp nếu phần trụ trên và dưới lệch nhau quá giới hạn cho phép, sẽ tạo ra phế phẩm hoặc khi gia công sẽ để lại vết đen…

c.Nguyên tắc chọn mặt phân khuôn để đảm bảo chất lượng hợp kim đúc

+ Những bề mặt có gia công cắt gọt phải đặt ở phía dưới hoặc bên cạnh(theo hướng rót)

để tránh rỗ khí, rỗ co…, những bề mặt cần cơ tính cao, diện tích bề mặt lớn cũng theo nguyên tắc trên để lợi dụng chất lượng hợp kim đúc cao hơn

+ Những vật đúc bao gồm những phần dày mỏng khác nhau thì tuỳ theo loại vật liệu hợp kim mà chọn cho thích hợp Ví dụ phần dày của vật đúc bằng thép phải đặt phía trên hay bên để tiện bổ xung kim loại Vật đúc bằng gang nếu đặt dưới càng có cơ tính cao + Mặt phân khuôn cũng cần chọn cho phù hợp với việc thiết kế hệ thống rót

1.2.2.2 Xác định số lượng lõi và dạng gối lõi

a Xác định số lượng lõi: khi xác định mặt phân khuôn đồng thời phải xác định số lượng

lõi Chỉ tiến hành làm lõi khi:

Những lõi có kích thước lớn, những bề mặt cần độ song song, các lỗ không qua gia công cơ khí, những phần ngóc ngách

Khi thiết kế lõi cần dựa vào các nguyên tắc sau:

a)

- Ụ cát nằm ở khuôn trên khi: D  3

H

- Ụ cát nằm ở khuôn dưới khi D  0,85 .Trong đó:

H

D - đường kính hay kích thước ngang của lỗ (mm);

H - chiều cao phần lỗ kể cả lượng dư gia công (hình 1.13)

+ Thiết kế lõi có hình dáng chính xác dễ làm, lắp ráp khuôn được vững chắc, nếu có điều kiện, nên chia phần lỗ hoặc lõm ra các phần sao cho lợi dụng được cả ụ cát và lõi nhỏ, đơn giản (hình 1.14)

D

Hình 1.13 Ụ cát có thể thay lõi Hình 1.14 Lõi phức Hình 1.15 Lõi thẳng

+ Nếu có thể được, nên tìm cách tập hợp nhiều lõi trong một khuôn đúc với nhau thành một lõi chung để tránh làm nhiều hộp lõi và sai lệch khi lắp ráp

+ Khi thiết kế lõi cũng cần phải quan tâm đến nguyên công sấy lõi Bảo đảm cho mặt tiếp xúc với mặt tấm sấy là mặt phẳng

b.Thiết kế gối lõi

Trong thực tế ta thường gặp ba loại gối lõi sau:

+ Lõi thẳng đứng là lõi có trục tâm thẳng góc với mặt lắp khuôn bao gồm gối lõi trên

15

h b

phải tăng thêm chiều dài hoặc tăng thêm đường kính, thường chọn D1= 0,7Dk , trong đó Dk

là đường kính hay kích thước của lòng khuôn

+ Gối lõi nằm ngang (hình 1.16): loại lõi nằm ngang thường có một số loại gối lõi tiết diện tròn, vuông, sáu cạnh… Sở dĩ phải tạo ra khe hở (khe hở do sai lệch kích thước của mẫu và hộp lõi tạo ra) vì đề phòng lõi bị dãn nở khi chịu tác dụng nhiệt của kim loại lỏng

và tạo điều kiện để lắp lõi dễ dàng

Hình 1.16 a Gối lõi tiết diện tròn Hình 1.16b Gối lõi tiết diện vuông

+ Những loại gối lõi khác

- Gối lõi có khoá là những lõi cần định vị chính xác theo một chiều nhất định, thường dùng hai loại khoá: khoá chống dịch chuyển dọc và khoá chống xoay

b) a) Hình 1.17 Gối lõi có khoá chống di chuyển dọc

16

+Gối lõi treo chủ yếu tạo ra phần móc treo vững chắc (hình 1.19)

Hình 1.18 Gối lõi chống xoay Hình 1.19 Gối lõi treo

1.2.2.3 Xác định lượng dư gia công cơ khí

Lượng dư gia công cơ khí là phần kim loại dôi ra để khi cắt bỏ đi ta thu được sản phẩm

có độ chính xác kích thước và độ bóng yêu cầu Trong thiết kế, lượng đúc được xác định theo những nguyên tắc sau:

+ Những bề mặt có gia công nếu để ở trên thì lượng dư lớn hơn ở mặt bên và dưới Nếu mặt đó lại có yêu cầu chất lưọng cao hơn thì giá trị lượng dư phải tăng lên có khi tới (15÷20)%

+ Các bề mặt trụ thường lấy lượng dư tăng lên đề phòng độ không đồng tâm và biến dạng cong vênh khi đông đặc

+ Những bề mặt không gia công cắt gọt không những không có lượng dư mà còn có thể bớt đi một ít, nhất là khi làm bằng khuôn cát vì khi rút mẫu thường làm tăng kích thước lòng khuôn (do đánh động mẫu khi rút mẫu)

1.2.2.4 Độ xiên đúc

Thiết lập độ xiên đúc có tác dụng dễ rút mẫu ra khỏi lòng khuôn Độ xiên được thiết lập theo hướng rút mẫu và ở các mặt phẳng góc với mặt phân khuôn Giá trị độ xiên đúc phụ thuộc vào độ dài tính từ mặt phân khuôn

Bề mặt có lượng dư, độ xiên đúc dược thiết kế như hình 1.20a

Nếu thành vật đúc mỏng và không có lượng dư thì độ xiên đúc như hình1.20b

Khi vật đúc có thành dày, không có lượng dư, độ xiên đúc lấy bớt hoàn toàn (hình 1.20c)

17

Trừ những bề mặt trong được tạo hình bằng lõi thì không lập độ xiên, còn lại các giá trị

độ xiên mặt trong lấy lớn hơn giá trị độ xiên ở mặt ngoài tương ứng

1.2.3.2 Nguyên lý thiết kế mẫu

cơ sở đó, bản vẽ mẫu sẽ sao chép lại đầy đủ chúng, ví dụ (hình 1.21b)

- Mẫu phải được rút khỏi lòng khuôn dễ dàng, đơn giản vì vậy mẫu phải được chọn mặt phân mẫu hợp lý Đa số trường hợp mặt phân mẫu trùng với mặt phân khuôn (hình 1.21b)

18

T D

A

a điều kiện b < a thì tách phần A thành

mẫu rời để tiện lợi cho việc rút mẫu Khi đó mẫu chính sẽ rút trước rồi mới rút phần rời sau

Kích thước của bản vẽ mẫu được chép đúng như kích thước danh nghĩa ghi trên bản vẽ đúc (kể cả góc lượn, độ xiên đúc…) nhưng cần chú ý:

Dung sai chế tạo mẫu phụ thuộc vào loại vật liệu mẫu và dạng sản xuất

Kích thước thực của mẫu phụ thuộc vào độ co đúc của từng loại vật liệu hợp kim đúc…Trong quá trình rút mẫu, luôn có khả năng làm tăng kích thước của lòng khuôn nên phải giảm bớt kích thước mẫu

- Để làm tăng độ bóng bề mặt lòng khuôn, bề mặt mẫu phải đảm bảo độ bóng càng cao càng tốt

1.2.3.3 Nguyên lý thiết kế hộp lõi

Khác với mẫu, hộp lõi là một dạng khuôn để tạo ra lõi, muốn lõi có chất lượng cao, phải thiết kế hộp lõi hợp lý Trong sản xuất đúc thường gặp 3 dạng hộp lõi sau:

- Hộp lõi nguyên (hình 1.23a) dùng để chế tạo những các lõi đơn giản, dễ lấy lõi khỏi hộp lõi

- Hộp lõi hai nửa (hình 1.23b), chế tạo được lõi phức tạp hơn, dạng đối xứng hay không đối xứng với chiều dài lớn

- Hộp lõi nhiều mặt ghép dùng khi lõi rất phức tạp, có nhiều chỗ lồi lõm (hình 1.24)

Hình 1.23.Các loại ah)ộp lõi

b)

Hình 1.24 Hộp lõi ghép

19

+ Thiết kế hộp lõi hợp lý phải đảm bảo các nguyên tắc sau:

- Hộp lõi càng ít mặt phân khuôn càng tốt, vì quá trình lắp ghép dễ gây mất chính xác

1.2.3.4 Vật liệu làm mẫu và hộp lõi

Trong sản xuất thường dùng gỗ và kim loại để chế tạo mẫu và hộp lõi

a Vật liệu gỗ: là dạng vật liệu dạng thớ dọc, hay nứt nẻ, co giãn lớn Tuy nhiên gỗ dễ

ghép mộng, dán…lại rẻ tiền, vì thế những mẫu đơn giản, mẫu có kích thước lớn, sản xuất đơn chiếc thường dùng vật liệu gỗ Để tránh cong vênh, người ta ghép trái thớ gỗ, dùng gỗ

đã khô…Những gỗ hay dùng làm mẫu và hộp lõi như: Lim, trai, sến, táu, gỗ mỡ, dẻ sồi, gỗ tạp… Mẫu gỗ sau khi chế tạo xong thường sơn phủ mặt ngoài, để tăng độ bóng, chống ngấm nước

b Mẫu kim loại: thường dùng chế tạo mẫu và hộp lõi và thường dùng gang, thép cácbon,

hợp kim nhôm Mẫu và hộp lõi kim loại chỉ dùng thích hợp khi kích thước nhỏ và trung bình hoặc trường hợp có đòi hỏi cao về độ chính xác Trường hợp khác ít sử dụng vì lý do kinh tế

1.2.4 Thiết kế hệ thống rót và đậu ngót

1.2.4.1 Hệ thống rót

Hệ thống rót là tập hợp một số các bộ phận để tạo ra đường dẫn kim loại lỏng vào khuôn đúc Khi thiết kế hệ thống rót phải căn cứ vào các yêu cầu sau:

- Không dẫn xỉ, tạp chất vào lòng khuôn làm kém chất lượng vật hợp kim vật đúc

- Dòng kim loại chảy êm, không va đập, không xoáy và bắn tung toé làm vỡ lòng khuôn

- Mau chóng điền đầy khuôn, không hao phí nhiều nhiệt làm giảm tính chảy loãng của hợp kim đúc Không hao phí cho hệ thống rót quá nhiều

bộ phận tiếp theo, một phần xỉ được giữ lại ở cốc rót, ống rót là phần tiếp dưới cốc rót để dẫn dòng kim loại xuống sâu trong khuôn Rãnh lọc

xỉ có tác dụng lọc sạch xỉ trước khi cho kim loại lỏng vào khuôn

Rãnh dẫn gồm có một hoặc nhiều rãnh dùng để dẫn kim loại lỏng chảy trực tiếp vào lòng khuôn Trong thực tế thường dùng một số hệ thống rót sau:

- Hệ thống thông thường (hình 1.26) giới thiệu mặt cắt của hệ thống rót dẫn vào một bên lòng khuôn ở mặt phân khuôn Loại này có cốc rót dạng bình thường (hình 1.26a) dùng khi rót vào vật đúc không quan trọng

- Nếu vật đúc nhỏ, cần chất lượng cao người ta dùng loại có màng lọc, hoặc dạng bậc (hình 1.26b,c)

Nếu vật đúc có diện tích bề mặt ngang rộng cần rút ngắn đường chảy kim loại lỏng, ta dùng hệ thống rót trực tiếp gồm có cốc rót và ống rót Có thể dùng cốc rót có màng lọc tự huỷ hay tự nổi và kiêm đậu ngót, còn ống rót thường dùng dạng trụ, hình nêm (hình 1.27)

Hình 1.26.Kết cấu cốc rót Hình 1.27.Cốc rót chi tiết thành mỏng

Khi rót kim loại lỏng vào những vật đúc có thành mỏng và cao để đảm bảo kim loại lỏng chảy đều người ta thường dùng hệ thống rót kiểu mưa rơi (hình 1.28)

21

Trường hợp để dẫn kim loại vào khuôn với yêu cầu rất êm người ta dùng loại hệ thống rót xi phông (hình 1.29) Tuy nhiên hệ thống rót xi phông chỉ dùng trong trường hợp cần thiết như khi đúc thép vật đúc quan trọng, đúc hợp kim màu vì chế tạo rãnh dẫn rất khó khăn

Hình 1.28 Hệ thống rót kiểu mưa rơi Hình 1.29 Hệ thống rót kiểu xi phông

Hình 1.30 Hệ thống rót nhiều tầng

- Loại hệ thống rót nhiều tầng, gãy khúc (hình 1.30), được dùng để đúc vật đúc chất lượng cao vì nó tạo ra dòng chảy rất êm, ít lẫn xỉ, tạp chất…

b Tính toán, thiết kế hệ thống rót

Dòng chảy của hợp kim lỏng đi qua hệ thống rót, điền đầy lòng khuôn và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố

Khi tính toán thiết kế hệ thống rót cần sử dụng các yếu tố sau:

+ Lý thuyết dòng chảy (có thể sử dụng bảng tra trong các sổ tay đúc), bảng tra trong sổ tay cho ta biết tiết diện của rãnh dẫn phụ thuộc vào trọng lượng vật đúc, chiều dày thành bình…Từ diện tích tiết diện đó suy ra tiết diện rãnh lọc xỉ, ống rót theo tỷ lệ nhất định + Theo đồ thị… để xác định tổng tiết diện rãnh dẫn, sau đó cũng suy ra tiết diện rãnh lọc xỉ và ống dẫn

+ Phương pháp thủy lực học của E.Zandite

Trong đó:  F RD - tổng diện tích tiết diện của rãnh dẫn sát lòng khuôn

 - Trọng lượng riêng kim loại lỏng (g/cm3)

v - Tốc độ dòng chảy chảy qua ống rót (cm/s)

t - thời gian rót (giây)

G - Trọng lượng vật đúc kể cả phần hệ thống rót (kg) Để xác định định hai thông số là t và v

 F RD ta phải xác

Theo phương trình thủy lực Becnuli, vận tốc v được tính theo công thức:

trong đó  = 1 2

1 là hệ số cản trong hệ thống rót tính đến tổn hao ma sát… lấy 1  (0,750,85)

2 là hệ số cản trong lòng khuôn, phụ thuộc vào dạng vật đúc, thường chọn trong khoảng (0,30,8)

thoáng kim loại cốc rót (cm)

P - chiều cao phần lòng khuôn tính từ chỗ dẫn trở lên (cm)

Khi H quá lớn, áp lực tăng, điền đầy nhanh nhưng dòng chảy không êm Ngược lại khi H nhỏ, áp suất thủy tĩnh không đủ lớn, điền đầy chậm, chất lượng hợp kim đúc thấp Cột áp suất dư tối thiểu xác định theo công thức:

hdưmin = Ltg trong đó:

2

23

Hp

G

G

L là khoảng cách từ tâm ống rót đến vị trí xa nhất của lòng khuôn theo phương nằm ngang

 là góc nghiêng phụ thuộc khoảng cách Lvà chiều dày thành vật đúc

Ta có hống = hdư + P

Và H = hống + hcốc = hdư+ hcốc + P (1.6)

Để tiết kiệm vật liệu và giảm nhẹ khối lượng khuôn trên, có thể chế tạo các cốc rót rời nhưng cũng phải có thêm các đậu ngót, đậu hơi có chiều cao tương ứng nên quá trình chế tạo phức tạp hơn

Khi rót trực tiếp vào chỗ cao nhất P = 0 , ta có Hp = H Trường hợp chỗ dẫn kim loại lỏng vào ở mặt đối xứng (P = 1 C) thì Hp = H - C

+ Tính rãnh lọc xỉ và ống rót: thông thường khi chế tạo hệ thống rót, người ta chọn tiết

diện rãnh nhỏ dần và chọn theo tỷ lệ sau:

Đối với vật đúc nhỏ, thành mỏng, khối lượng m < 100kg:

 F RD : Frlx : Fôr = 1:1,06 :1,11 Đối với vật đúc trung bình, khối lượng m < (100 500)kg:

 t. 2gH P

G

 F RD : Frlx: Fr = 1:1,2:1,4 Sau khi tính được F rãnh lọc xỉ sẽ suy ra kích thước tiết diện ngang Rãnh lọc xỉ thường dùng hơn cả là loại tiết diện hình thang (hình 1.32a)

Thường chọn h = (0,80,9) a; chiều rộng b = (0,70,8) a, chiều rộng b càng nhỏ càng

đỡ hao phí nhiệt nhưng hạn chế nổi xỉ

diện hình thang ngược

Ngược với tiết diện rãnh lọc xỉ, tiết diện rãnh dẫn là hình thang ngược (hình 1.32b) Loại a) là rãnh dẫn giữ nhiệt tốt nhất Những trường hợp cần lọc xỉ tốt thường dùng loại (b), rãnh loại (c) dùng cho vật đúc mỏng và cao

Nếu Frd  40cm2

thì lấy  2 rãnh Rãnh dẫn (ở khuôn dưới), rãnh lọc xỉ (ở khuôn trên) đều qua mặt phân khuôn Không đặt các bộ phận này ở phần cuối của nhau vì tác dụng khi đó rất hạn chế

Đối với ống rót, từ Fôr suy ra đường kính chân ống rót d Độ côn ống rót xác định theo kinh nghiệm 1:200

1.2.4.2 Đậu ngót

Đậu ngót là phần thể tích kim loại thừa ra để bổ xung cho vật đúc bị co ngót thể tích Vật đúc bằng gang không cần đặt đậu ngót riêng rẽ mà chỉ cần dùng đậu hơi kiêm đậu ngót Đậu hơi là lỗ thoát hơi nước hoặc khí trong lòng khuôn khi chịu tác dụng của kim loại lỏng Nếu vật đúc bằng thép thì nhất định phải dùng đậu ngót (hình 1.33)

a h

b Các loại đậu ngót: người ta thường dùng đậu ngót hở

– loại thông với khí trời, đậu ngót ngầm bổ xung ở mặt bên và

ở phía dưới Đậu ngót hở lợi dụng được áp suất do chiều cao khuôn trên, áp suất khí trời, dễ chế tạo, dễ quan sát và có khả năng gạn xỉ ra khỏi đậu ngót Tuy nhiên đậu

ngót hở tốn kim loại, dễ làm bẩn lòng khuôn Ngoài ra trong một số trường hợp đặc biệt có thể dùng đậu ngót ngầm

1.2.5 Tính công nghệ kết cấu vật đúc

1.2.5.1 Kết cấu vật đúc

Kết cấu vật đúc: để phân tích kết cấu công nghệ, ta có thể chia vật đúc thành các loại

sau (hình 1.34)

- Loại vật đúc có thể tích V tương đối lớn so với diện tích bề mặt F (hình 1.34a)

- Loại vật đúc có thể tích V nhỏ so với diện tích bề mặt F (hình 1.34b) Ngoài ra còn có vật đúc gồm cả hai loại trên

Hình 1.34 Kết cấu vật đúc b)

a)

1.2.5.2 Cấu tạo bộ phận vật đúc và yêu cầu của nó

Kết cấu vật đúc gồm nhiều bộ phận tạo thành, những bộ phận đó là:

a.Thành vật đúc: Thành và giá trị chiều dày thành là hai yếu tố cơ bản Bảng 1.1 giới

thiệu một số hợp kim đúc và chiều dày cho phép thành vật đúc tương ứng

26

Bảng 1.1 Chiều dày cho phép nhỏ nhất của thành vật đúc

Hợp kim đúc

Chiều dày thành nhỏ nhất khi đúc

trong khuôn cát Ghi chú

và phụ thuộc vào diện tích bề mặt lòng khuôn, có thể tới 4mm

Mặt khác hình dáng của thành vật đúc (phẳng, cong, bậc…) cũng là một yếu tố cần quan tâm, nó xác định khả năng chịu lực và tính thẩm mỹ của kết cấu Nguyên tắc chung khi thiết kế thành vật đúc là tạo ra sự cân đối độ dày để vừa đảm bảo chịu lực, tiết kiệm kim loại vừa bảo đảm ít sinh ra ứng suất và các dạng khuyết tật đúc khác

b.Phần chuyển tiếp: giữa các thành vật đúc có phần chuyển tiếp (bảng 1.2) Bán kính

góc lượn r, R chọn phụ thuộc vào chiều dày thành, vị trí tương quan Trường hợp giá trị chiều dày thành khác nhau tương đối lớn thì phải thiết kế phần chuyển tiếp

Bảng 1.2 Bán kính góc lượn, phần chuyển tiếp

Trường hợp nếu tỷ số A quá lớn, việc chuyển tiếp hình chêm chưa đảm bảo khắc phục

a

khuyết tật vật đúc, khi đó có thể thiết kế như (hình 1.35a,b)

c Tiết diện ngang: một số lớn vật đúc có bộ phận chịu lực như thanh nối, vành, nan

hoa… Để tăng độ chịu tải, người ta thường dùng các tiết diện ngang (hình 1.36) Khi thiết

kế kết cấu cần nhận thức một cách sâu sắc về mặt độ bền cơ học theo tính toán, đồng thời

cả các mặt công nghệ đúc để đạt được: chất lượng cao, giá thành hạ

Hình 1.35 Phần chuyển tiếp thành vật đúc Hình 1.36.Tiết diện ngang thành vật đúc

d.Gân: tác dụng của gân là làm tăng độ cứng vững cho thành vật đúc và phân bố tải

trọng cục bộ lên một phần rộng hơn Dùng gân giảm được chiều dày thành, tiết kiệm kim loại Nhưng nếu thiết kế gân không đúng sẽ gây tác hại như sinh ra ứng suất dư… Các phương pháp bố trí gân (hình 1.37)

Bố trí loại gân cắt nhau đơn giản nhưng các chỗ ngã tư tập trung kim loại, độ dài gân lớn nên giá trị ứng suất kéo hoặc nén sẽ lớn nên làm cong vênh bề mặt (hình 1.37a) Loại gân lệch nhau (b) khắc phục được nhược điểm trên

Tốt nhất là bố trí dạng 6 cạnh (c) Khi cần bảo đảm độ cứng vững giữa các bề mặt liền nhau hoặc phân bố đều tải trọng người ta dùng loại gân cong hình (d)

b)

Hình 1.37 Kết cấu các loại gân

a)

T D

Hình 1.39 Điểm nút Hình 1.40 Kết cấu có lỗ

+ Kết cấu chống xuất hiện ứng suất dư: ứng suất dư sinh ra do nhiều nguyên nhân Khi

xét về mặt kết cấu ứng suất dư sinh ra chủ yếu là do tốc độ nguội không đồng đều trong toàn bộ vật đúc Để tránh ứng suất dư, khi thiết kế phải quan tâm tới các vấn đề sau: Tạo ra sự nguội đồng đều giữa thành trong và thành ngoài Phía ngoài thường tản nhiệt nhanh, vật đúc nguội nhanh hơn nên thành ngoài làm dày hơn thành trong Trị số chiều dày thành trong chọn theo kinh nghiệm (bảng 1.3)

29

Bảng 1.3.Tương quan giữa chiều dày thành ngoài và thành trong

Thành ngoài (mm) 6 8 10 12 14 16 18 Thành trong (mm) 5 6 8 10 12 14 16 +Tránh khả năng co theo chiều dài lớn dễ gây ra nứt hay cong vênh, nhất là vật đúc có dạng nan hoa, vì thế số nan hoa nên lấy số lẻ (hình 1.41) Nếu cần thiết có thể bố trí nghiêng hoặc cong

+Tránh những thành mỏng có diện tích rộng Nếu không thay đổi được phải bố trí gân hợp lý (hình 1.42), trong đó nên chọn cách bố trí gân như (hình 1.42b)

Hình 1.41 Các loại nan hoa Hình 1.42 Kết cấu phẳng

Tóm lại ta có hai nguyên tắc cơ bản sau phải tuân theo:

- Tạo ra kết cấu vững chắc sao cho trong nó chỉ tồn tại hoặc là ứng suất kéo, hoặc nén với giá trị càng nhỏ càng tốt, như vậy sẽ tránh được nứt

- Tạo ra kết cấu chỉ có ứng suất uốn hoặc xoắn còn các giá trị kéo, nén coi như không đáng kể

b Thiết kế kết cấu bảo đảm công nghệ làm khuôn

- Làm khuôn để đúc bao gồm việc làm mẫu, làm lõi, làm khuôn lõi và lắp ráp khuôn… Trên nguyên tắc chung là công nghệ đơn giản, thuận lợi, càng dễ đạt được chất lượng vật đúc cao và hạ giá thành sản phẩm

- Bảo đảm hướng rút mẫu ra khỏi lòng khuôn dễ nhất, lòng khuôn có chất lượng cao nhất ví dụ (hình 1.43) (a) - không hợp lý; (b) - hợp lý

30

a )

- Đảm bảo số lượng lõi là ít nhất, dễ đặt lõi khi lắp ráp và phá lõi thuận lợi khi làm sạch,

ví dụ (hình 1.44) Nếu cấu trúc dạng a) thì cần hai lõi, trong đó một lõi dạng congson, trường hợp này nên chọn sơ đồ b)

Hình 1.43 Hướng rút mẫu dễ nhất Hình 1.44 Số lượng lõi ít nhất

c.Thiết kế kết cấu bảo đảm công nghệ gia công cơ và lắp ráp

Kết cấu thoả mãn công nghệ gia công cắt gọt Khi thiết kế cần quán triệt các nguyên tắc cơ bản sau:

- Kết cấu bảo đảm gá lắp thuận tiện trên máy để gia công nhanh và chính xác Ví dụ (hình 1.45 a) rất dễ đúc nhưng khi gá để gia công trên máy tiện sẽ rất khó khăn, khi đó nên làm thêm phần gá B (hình 1.45b)

b )

31

- Những phần của bề mặt gia công phải làm nhô cao hơn bề mặt thô để giảm lượng gia công và tạo điều kiện thoát dao Phần nhô cao h có chiều cao phụ thuộc chiều dài của mặt thô L chọn theo bảng sau:

L(mm) 30 100 200 400 800 1500

c)

Hình 1.45 Gá lắp trên máy Hình 1.46.Bề mặt gia công Hình 1.47.Tạo lỗ công nghệ D

- Những lỗ dùng tiện hay doa, nếu chiều dài L lớn thì nên tạo lõm ở phần giữa để giảm thời gian gia công (hình 1.46c), các lỗ khoan hay khoét không nên để trên mặt

A

A

Hình 1.48 Kết cấu có lắp ráp

xiên hay tròn (hình 1.46a) mà phải tạo phần nhô

ra trước để tạo điều kiện mũi khoan vuông góc (hình 1.46b)

- Bảo đảm cho dụng cụ cắt có thể với tới phần gia công và lắp dao vào dễ dàng (hình 1.47) Lỗ

có đường kính D gọi là lỗ công nghệ và D > d một giá trị nhất định

- Kết cấu bảo đảm lắp ráp không vướng, dễ thực hiện các thao tác ép, vặn (hình 1.48) với bề mặt gia công

1.3 Công nghệ chế tạo khuôn và lõi

32

- Tính dẻo của hỗn hợp đảm bảo tạo thành lòng khuôn, vết in khi ta lấy mẫu ra khỏi khuôn Tính dẻo tăng khi lượng nước trong hỗn hợp tăng (đến 8%), đất sét, chất kết dính tăng, cát hạt nhỏ

- Độ bền: Là khả năng của hỗn hợp chịu được tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ Khuôn, lõi cần phải đảm bảo độ bền trong quá trình vận chuyển lắp ráp, chịu áp lực của kim loại lỏng trong quá trình rót Độ bền của hỗn hợp tăng khi luợng nước tăng tới 8%, cát nhỏ không đồng đều và khi lượng sét tăng Khuôn khô có độ bền cao hơn khuôn tươi

- Tính lún: Là khả năng giảm thể tích của hỗn hợp khi có ngoại lực tác dụng Tính lún làm giảm sự cản trở của lõi, của khuôn khi vật đúc đông đặc và nguội, tránh nứt, cong vênh Tính lún đặc biệt quan trọng với hỗn hợp làm lõi Tính lún tăng khi hạt to chất dính kết ít, thêm các chất phụ gia càng làm tăng tính lún của hỗn hợp (ví dụ: mùn cưa, rơm rạ…)

- Tính thông khí: Là khả năng cho khí thoát qua hỗn hợp ra ngoài tránh gây rỗ khí Tính thông khí tăng khi cát hạt to và đều, lượng đất sét và chất kết dính ít, chất phụ nhiều và lượng nước ít Để tăng tính thông khí, trong quá trình làm khuôn, làm lõi, người ta còn dùng xiên sắt để tạo nên các xiên hơi

- Tính bền nhiệt: Là khả năng giữ được độ bền ở nhiệt độ cao Không bị chảy, cháy, không bị mềm ở nhiệt độ cao, đảm bảo hình dáng vật đúc Tính bền nhiệt tăng khi lượng SiO2 tăng, cát to, chất phụ gia ít

- Độ ẩm: Là lượng nước chứa trong hỗn hợp tính bằng % Độ ẩm tăng đến 8% làm cho

độ bền, độ dẻo của hỗn hợp tăng, vượt quá giới hạn đó sẽ có ảnh hưởng xấu

- Tính bền lâu: Là khả năng có thể sử dụng hỗn hợp nhiều lần nhằm mục đích tăng hiệu quả kinh tế, trong khi vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

b Các vật liệu làm khuôn, lõi

Vật liệu làm khuôn, làm lõi bao gồm cát, đất sét, chất dính kết và chất phụ…

+ Cát: Là thành phần chủ yếu của hỗn hợp làm khuôn, làm lõi Thành phần chủ yếu của cát là thạch anh (SiO2), ngoài ra còn một ít đất sét và tạp chất khác

+ Đất sét: Thành phần chủ yếu là caolanh có công thức (mAl2O3.nSiO2.qH2O), ngoài

ra còn có một số tạp chất khác Đất sét cho vào hỗn hợp làm khuôn, lõi làm tăng tính dẻo,

độ bền của hỗn hợp

+ Chất kết dính: Là những chất được đưa vào hỗn hợp để tăng độ bền, độ dẻo của hỗn hợp Các chất kết dính thường dùng là dầu thực vật, đường, mật mía…các chất dính kết hoá cứng (nhựa thông, ximăng, hắc ín) và nước thuỷ tinh…

+ Chất sơn khuôn: Có thể dùng bột graphít, bột than, nước thuỷ tinh hoặc dung dịch của chúng với đất sét Các chất này được sơn lên bề mặt khuôn, lõi để tăng độ bóng, tính chịu nhiệt của chúng

c Chế tạo hỗn hợp làm khuôn, làm lõi

Đem trộn các vật liệu trên với tỷ lệ nhất định phụ thuộc vào vật liệu, khối lượng vật đúc, ta được hỗn hợp làm khuôn, làm lõi Hỗn hợp làm khuôn chia làm 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 Ngoài ra cát áo phải có độ hạt nhỏ, mịn để tăng độ bóng bề mặt vật đúc

+ Cát đệm: Dùng để đệm cho phần khuôn còn lại nhằm làm tăng độ bền của khuôn Cát đệm không có yêu cầu cao như cát áo nhưng phải có tính thông khí cao Sử dụng cát cũ để làm cát đệm và nó chiếm khoảng 85÷90% tổng lượng cát làm khuôn Tỷ lệ các vật liệu trong hỗn hợp làm khuôn tuỳ thuộc vào vật liệu, trọng lượng vật đúc, song thường cát chiếm (70÷80)%, đất sét khoảng (8÷20)% So với hỗn hợp làm khuôn, hỗn hợp làm lõi có yêu cầu cao hơn do lõi làm việc ở điều kiện khó khăn hơn, nhất là yêu cầu với tính lún của hỗn hợp làm lõi Thông thường người ta tăng hàm lượng thạch anh (SiO2), giảm tỷ lệ sét, chất dính kết, chất phụ và phải sấy lõi

1.3.2 Các phương pháp làm khuôn

a Làm khuôn bằng tay: Là phương pháp làm khuôn được tiến hành bằng tay nhờ một

số dụng cụ đơn giản, nó có đặc điểm:

- Cho phép chế tạo được các khuôn phức tạp hoặc có kích thước lớn

- Dạng sản xuất linh động, phù hợp với sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ

- Độ chính xác không cao, năng suất thấp

Điều kiện lao động nặng nhọc, quy trình chế tạo khuôn dài, trình độ công nhân đòi hỏi tay nghề cao

Hình 1.49 Làm khuôn cát trong 2 hòm khuôn, lõi đứng

Bản vẽ sơ đồ làm khuôn bằng tay chính là quy trình công nghệ làm khuôn (làm lõi), trên nó ghi rõ thứ tự các bước thực hiện khi làm khuôn (làm lõi) Các bản vẽ này là sơ đồ nguyên lý, không yêu cầu tỷ lệ, kích thước

Sau đây là ví dụ về quá trình làm khuôn, lõi cát bằng tay

1 Làm khuôn cát trong hai hòm khuôn lõi đứng (hình 1.49) Quy trình thực hiện như sau

1 Làm khuôn dưới

- Đặt mẫu dưới lên tấm mẫu

- Đặt hòm khuôn dưới, xương khuôn (nếu cần)

- Đổ hỗn hợp làm khuôn (rải cát áo, đổ cát đệm)

- Đầm chặt và tạo lỗ, rãnh thoát khí

2 Làm khuôn trên

- Lật hòm khuôn dưới, lắp mẫu trên

- Lắp hòm khuôn trên, đặt mẫu phụ

Hình 1.49 Làm khuôn cát trong 2 hòm khuôn, lõi đứng

34

e Lật hòm khuôn dưới, lấy mẫu trên 4, lắp hòm khuôn trên

g Đặt mẫu phụ, phủ cát áo, đổ hỗn hợp, đầm chặt, tạo lỗ thoát khí (xiên hơi) rút mẫu

và mẫu phụ, tạo rãnh dẫn, rãnh lọc xỉ

h Sửa khuôn, lắp khuôn, lõi

Các bước khác làm tương tự như làm khuôn cát trong hai hòm khuôn với lõi đứng

Hình 1.51 Sơ đồ máy ép.a).ép từ trên xuống b).ép từ dưới lên

Nguyên lý làm việc của máy như sau:

Mẫu (6), hòm khuôn chính (5), hòm khuôn phụ (4) được kẹp chặt trên bàn máy (7) Cho hỗn hợp làm khuôn (3) hết chiều cao (h+h1), quay xà ngang 1 và điều chỉnh độ cao thích hợp để chày ép 2 vào đúng vị trí làm việc

Mở van (10), khí ép vào xilanh (9) đẩy pitông 8 mang bàn máy (7) đi lên thực hiện quy trình đầm chặt Khi chày nén xuống hết chiều cao h1, van (10) mở để khí nén ra ngoài và

do trọng lượng bản thân nên bàn máy đi xuống kết thúc quá trình đầm chặt Sau đó quay

và nâng xà ngang (1) về vị trí ban đầu để lấy hòm khuôn ra ngoài Nguyên lý làm việc của máy ép từ dưới lên cũng tương tự như vậy chỉ khác là hòm khuôn phụ bố trí ở phía dưới

Độ đầm chặt trên máy ép không đều theo chiều cao

37

1.3.3 Các phương pháp làm lõi

a.Khái niệm Lõi là bộ phận 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 dáng bên ngoài của lõi (trừ tai lõi) giống hình dáng bên trong của vật đúc Cấu tạo chung của lõi (hình 1.52)

Hình 1.53 Quy trình làm lõi bằng tay

a) lõi ;b) Hai nửa hộp lõi; c) Điền đầy hộp lõi ; d) Ghép hai nửa hộp lõi ;

e) Mở hộp lõi; h) Chuẩn bị sấy

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 làm bằng thép, gang …)

- Rãnh thông khí (3) Để tăng khả năng thông khí của lõi (hình 1.52)

b Làm lõi: Làm lõi có thể tiến hành bằng tay hoặc bằng máy, hình 1.53 giới thiệu cách

làm lõi bằng tay, trong hộp lõi hai nửa Để chế tạo lõi, ta dùng hộp lõi hai nửa, quá trình làm lõi như sau: Cho cát (4), xương lõi (3) vào các nửa hộp lõi (1) và (2), đầm chặt gạt phẳng, sau đó đặt dây thông hơi để tạo lỗ thông khí (5), quét lớp chất

1 2

38

dính kết lên bề mặt rồi lắp hai nửa hộp lõi với nhau Tiến hành sửa, xong lấy búa gõ nhẹ

để lõi bong ra, lấy một nửa hộp lõi ra ngoài, sau đó quay lõi đi 1800 và lấy nửa hộp lõi còn lại

+Làm lõi bằng máy: Cho năng suất cao hơn, chất lượng tốt hơn, chủ yếu dùng cho sản

xuất hàng loạt Có thể sử dụng các máy làm khuôn để làm lõi với các thay đổi phù hợp cho từng máy

1.3.4 Sấy khuôn và lõi

a Khái niệm: Sấy khuôn và lõi nhằm nâng cao độ bền, tính thông khí và giảm bớt khả

năng tạo khí của chúng khi rót kim loại lỏng vào khuôn

Đối với lõi, yêu cầu kỹ thuật cao hơn nên đa số lõi phải sấy Đối với khuôn, chỉ tiến hành sấy khi chế tạo vật đúc lớn và cao, những vật có hình dáng phức tạp, yêu cầu chất lượng cao Thực chất của sấy là dùng nguồn nhiệt làm bốc hơi nước ở lõi và khuôn Các phương pháp sấy bao gồm:

Sấy tiếp xúc: cho bề mặt của vật liệu ẩm tiếp xúc với bề mặt nóng (tấm gang, đất nung nóng…)

Sấy đối lưu: cho dòng khí nóng đi qua bề mặt vật liệu, nước bên trong, trên bề mặt dần dần bốc hơi Phương pháp này đựơc sử dụng rộng rãi

(°C)

t(h)

Hình 1.54 Các giai đoạn của

quá trình sấy khuôn, lõi

Sấy bức xạ: dùng các tia hồng ngoại từ một nguồn nhiệt nào đó truyền tới bề mặt vật liệu ẩm (Nguồn: bóng điện, dây điện trở …)

b Thời gian sấy: phụ thuộc vào tốc độ chuyển

động của dòng khí trong lò, chia làm ba giai đoạn: 1 Nhiệt độ tăng chậm, đều; 2 Giữ nhiệt độ ổn định; 3, Làm nguội từ từ nhằm tránh nứt Thông thường với lõi khối lượng m < 200kg, có chất dính kết, thời gian sấy t = 0,75÷6giờ (hình 1.54)

1.3.5 Lắp khuôn

Lắp khuôn là công việc cuối cùng, có ý nghĩa quan trọng vì lắp ráp không chính xác sẽ

gây hư hỏng hoặc khuyết tật vật đúc

Khuôn, lõi được lắp chính xác với nhau (bằng các chốt định vị giữa hai nửa hòm khuôn, gối lõi với lòng khuôn) Mặt phân khuôn phải kín khít, giữa 2 nửa khuôn cần có lớp dính kết để tránh bavia

Khi lắp cần kiểm tra vị trí của lõi trong khuôn Sau khi đặt lõi, dùng dưỡng để kiểm tra

vị trí của lõi trong khuôn gồm: vị trí nằm ngang, vị trí thẳng đứng… Kiểm tra độ thăng

1.3.6 Xác định lực đè khuôn (kẹp khuôn)

Hợp kim lỏng rót vào lòng khuôn sẽ gây ra lực đẩy Achimét lên lòng khuôn và lõi, gây nổi lõi, nổi nửa khuôn trên, lệch khuôn, tràn hợp kim lỏng qua mặt phân khuôn, do đó trước khi rót cần đè hoặc kẹp khuôn Lực đè có thể tính theo công thức:

Q = (Pđẩy - mkhuôn trên).n (1.10) Trong đó:

n là hệ số an toàn tính đến áp lực dòng chảy, chọn n =1,31,4

mkhuôn trên – khối lượng khuôn trên

Pđẩy – lực đẩy, có thể tính: Pđẩy = Pđẩy khuôn + Pđẩy lõi

Pđẩy lõi là lực đẩy lõi, có thể tính Pđẩy lõi = Vlõi .

 - khối lượng riêng của hợp kim lỏng

V – thể tích khối kim loại lỏng tương đương ở khuôn trên

Vlõi – thể tích của lõi chìm trong kim loại lỏng chịu lực đẩy Achimet

Pđẩy khuôn- lực đẩy khuôn trên tính từ vị trí của lòng khuôn bị đẩy đến mặt thoáng Xét một phân tố chất lỏng có thể tích dv, diện tích bị đẩy là df, ở độ sâu h, có khối