Giáo trình công nghệ kim loại phần 1

Trang 1

T8 NGUYÊN ĐỨC THẲNG (Chủ biên) TS PHAM NGOC DIEU QUYNH

Trang 2

‘TS NGUYEN ĐỨC THẮNG (Chủ biên) ‘TS, PHAM NGỌC DIỆU QU " NGỌC THẮNG ThS LE VAN THOAI GIAO TRINH

CONG NGHE KIM LOAI

Trang 3

LOI NOI DAU

Hiện nay, cơ khi chế tạo là lĩnh vực phát triển rất mạnh ở các nước cĩ

nên cơng nghiệp phát triển Trong các nhĩm ngành cơ khí hiện nay, mơn "Cơng nghệ kim loại ” trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ bản cơng cơ khi, tao điều kiện cho sinh viên đi

gia

lầu vào các lĩnh vực chuyên mơn cia minh Gido ‘rink Cong nghệ kim loại được biên soạn gồm các nội dung sau day:

Chong 1: Cée quá trình chế tạo phối theo cơng nghệ đúc, do túc giá

Nguyễn Đức Thắng biên soạn

Chương 2- Cúc quá trình chế tạo phơi theo cơng nghệ gia cơng áp lực, đo các tác giả Nguyễn Đức Thẳng và Nguyễn Ngọc Thăng biên soạn Chương 3: Các quả trình chế tạo phối theo cơng nghệ hàn, do các tác

giú Nguyễn Đức Thắng và Lê Văn Thồi biên soạn

Chương 4: Các quá trình tạo phơi theo cơng nghệ luyện kim bot, do cde tác gia Nguyễn Đức Thẳng và Phạm Ngọc Diệu Quỳnh biên soan

Sự phân biệt giữa các quá trình chế tạo phơi truyền thống như: dic, gia cơng áp lưc, hàn, luyện kim bột với các phương pháp cắt gọt chỉ là tương, đối, vi ngày nay sự phát triển mạnh mẽ của các quá trình như dúc dặc bị

cũng như đập tắm hoặc luyện kim bột, han laser đã cho các sản phẩm cĩ độ

chính xác, độ nhẫn bể mặt cao, được sử dụng ngay trong đởi sơng hàng ngây hoặc lap ráp thiết bị cơng nghiệp mà khơng cần gia cơng cất gọt

Giáo trình Cơng nghệ kim loại được sử dụng kim giáo trình giảng dạy và học tập cho sinh viên ngành cơ khí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho học viên cao học, cũng như kỹ sư cơng nghiệp,

Trang 4

ngồi nước cũng như cập nhật các quả trình chế tạo phơi đang được ứng cdụng rộng rãi trong cơ khí,

Tuy nhiên, do kinh nghiệm cĩ hạn, cuốn sách khĩ tránh khỏi thiểu sĩi,

các tác giả rất mong nhận được sự gĩp ý của bạn đọc Mọi y kiến đĩng gĩp

xin gửi về: Cơng ty CP Sách Đại học - Dạy nghề, Nhà xuất bản Giáo dục

'Việt Nam, 25 Han Thuyên, Hà Nội

Trang 5

`

SAN XUẤT ĐÚC

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

(la Dinh nghĩa

Đúc lả quá trình chế tạo phơi bằng cách nấu chảy kim loại, rĩt kim loại

long vào lịng khuơn đúc cĩ hình dáng kích thước cúa vật đúc, sau khi kim loại đơng đặc trong khuơn, người ta thu được vật đúc cĩ hình dạng giống như lịng khuơn

'Vật đúc cĩ thể đem dùng ngay được gọi là chí tiết đúc Nếu vật đúc qua

gia cơng cơ khí để nâng cao độ chính xác kích thước và độ nhãn bề mặt

được gọi là phơi đúc

1.1.2 Đặc điểm

De cĩ những ưu điểm chủ yếu sau

hang tram tan;

thân máy cơng cụ, võ động cơ, cánh tuabin mà các phương pháp khác chế tạo khĩ khăn hoặc khơng chế tạo được;

«ˆ Độ chính xác về hình dạng, kích thước và độ bĩng khơng cao (cỏ thể đạt cao khi thực hiện phương pháp đúc chính xác: độ chính xác 0.01 mm, độ

nhám R„= 0,80 ;zn, chiéu day thanh dic 0,5 mun);

«_ Cĩ thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc;

_ ®- Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu tư khơng nhiễu, tính chất sản

xuất linh hoạt, năng suất cao,

Trang 6

«Cĩ nhiều khuyết tật (thiểu hụt, 13 khi, ) Kim ty 1é phé phim cỏ khi khả cao, ®_ Kiểm tra khuyết lật 1.1.3 Phân loại đúc n trong vật đúc địi hỏi thiết n đại

Việc phân loại đúc liên quan đến vật liệu làm khuơn, mẫu, quá trình tạo

khuơn và cách rĩt kim loại nĩng chảy Nêu theo loại khuơn đúc người ta phân ra: Dúc trong khuơn cát; Đúc trong khuơn đặc biệt Nếu theo bản chất,

các quá trình đúc chỉnh được phân loại theo hình 1.1

1) Khuơn đùng một lần làm từ cát, thạch cao và các vật liệu tương tự được liên kết với nhau Chúng là vật liệu chịu được nhiệt độ cao khi kim

loại nĩng chảy Sau khi đơng đặc, khuơn được dỡ ra để lấy vật dic

1) Khuơn vĩnh cứu làm từ vật liệu cĩ độ bền nhiệt cao, Như tên gội

chúng được dùng đi dùng lai nhiều lần Khuơn được thiết kế sao cho dễ

dàng rút được mẫu ra, Vì kim loại làm khuơn cĩ độ dẫn nhiệt cao hơn khuơn một lẫn nên tốc độ nguội khi đơng đặc lớn hơn, điều nay làm anh hưởng dến tổ chức tế vi và kích thước hạt của vật đúc LQuA zin bốc xu roạ, Few Va ming F2 aie aa 422214 Asing The fs peg sank emer adler sn ne

Hinh 1.1 Phan loại đúc

ii) Khuén hén hop lam từ nhiều vật liêu như cất, graphite, kim loai, kết

hợp những tu điểm của từng vật liệu Chúng được dùng tong các quá trình

đúc khác nhau đẻ nâng cao độ bên khuơn, điều khiển tốc độ nguội cũng như

đạt được hiệu quả kinh tế cao,

19) Khuơn đặc bigs: BE đơn tỉnh thể đơng đặc theo hướng và phát triển

sao cho khơng tạo thành biên giới het, Hoặc làm nguội rất nhanh tạo ra hợp, kim vẽ định hình, Do đĩ, chỉ tiết cĩ tính chất đặc biệt dùng trong ngành vật ý điện từ, vũ trụ,

Trang 7

1.1.4 Ứng dung

Sản xuất đúc phát triển rất mạnh và dược ứng dụng rộng rãi trong các ngành cơng nghiệp Trọng lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40% + 80% tổng trọng lượng của máy mĩc Trong ngành cơ khi, tỷ trọng phơi đúc

chiếm đến 60% +70% mà giá thành chỉ chiếm 20% + 25% Bảng 1.L cho thấy đặc tính chung của các quá trình đúc,

Hiện nay cĩ hai xu hướng tác động mạnh đến cơng nghệ đúc

i) Xu hưởng đầu tiên là tiếp tục cơ khí hĩa và tự động hĩa quá trình đúc, dẫn đến sự thay đơi quan trong trong việc sử dụng các thiết bị và nhân

cơng, Các thiết bị tiên tiến và hệ điều khiên tự động quá trình sản xuất đang thay thể các phương pháp đúc truyền thing

ii) Xu hướng thứ hai là yêu câu chất lượng đúc cao hơn, khơng cĩ

khuyết tật và dung sai vật đúc nhố

Trang 8

1.2 CO SO DUC KIM LOAI/ HOP KIM 1.2.1 Tổng quan về đúc

Cũng như các quá trình sản xuất khác, hiểu biết về cơ sở sản xuất đúc là điều quan trọng cả về mật tạo ra chất lượng sản phẩm tốt và kinh tế, cũng như xác định được kỹ thuật đúng dể thiết kế và ch tạo Kim loại lỏng khi điền đầy vào khuơn sẽ chuyển sang trạng thái đặc theo quả trình kết tỉnh với nhiều hiên tượng xảy ra Các hiện tương này ảnh hưởng đến hinh dạng, kích

thước, độ đồng đều và thành phần hĩa học của các hạt tạo thành trong khi

dúc, mà chúng lại ảnh bưởng ngược lại đến các thuộc tính vật đúc Những yếu tổ chính ảnh hưởng đến các hiện tượng này là:

‘+ Tinh chat cory va nhiệt độ rĩt của hợp kim đúc, ‘+ Dịng chảy của khối kim loại lỏng trong khuơn; + _ Sự đơng đặc (kết tỉnh) và nguội của kim loại trong khuơn; + Ảnh hường của vật liệu làm khuơn

+ Câu tạo cũng như quan hệ hình học của vật đúc

1.2.2 Sự kết tỉnh kim loại trong khuơn

1 Các giai đoạn hình thành vật đúc

Cĩ thể phân chia quả trình bình thành vật đúc thành các giai doạn liên tiếp sau đây:

ÿ) Giai đoạn điền đầy kìm loại long vào khuơn — Thời gian điền đây tinh từ khi bất đầu rồt đến thời điểm kim loại lịng điển đầy hệ thơng rồt và đâu ngĩt Thơng thường thời gian rĩt phải dam bao cho kim loại điền dây nhanh, nên giải đoạn nảy chưa cĩ sự hạ nhiệt đáng kể

1) Giai đoạn hạ nhiệt độ từ nhiệt độ rĩt đến nhiệt độ nĩng chảy Kim loại lịng trong khuơn sẽ truyền nhiệt vào thành khuơn với tốc độ khác nhau phụ thuộc vào tính chất lý nhiệt của khuơn và lượng tập trung kim |

vùng VÌ ở đáy khuơn được điền đầy trước nên ở đĩ sẽ bất đâu

trước, sau đĩ mới đến thảnh bên Hướng tản nhiệt luơn luơn vuơng gĩc với

thành khuơn

iii) Giai đoạn kết tính tính từ nhiệt độ điểm lĩng đến nhiệt độ diễm đặc

(khoảng đơng đặc) Trong lịng khuơn, kim loại lỏng bao giờ cũng kết tính

theo hưởng từ dưỡi lên và từ ngồi vào trong ở các thành bên Ở giai đoạn

này cĩ thể xảy ra theo hai trường hop là: đơng đặc theo lớp, khi những kim

Trang 9

loại nguyên chất, hợp kim củng kết tinh hoặc khoảng kết tỉnh hẹp; trường

hợp thứ bai là đơng đặc thể tích ở những hợp kim cĩ khoảng nhiệt độ kết

tình lớn

iv) Giai đoạn nguội trong khuơn — Từ nhiệt độ điểm đặc đồn nhiệt độ lấy vật dúc khỏi khuơn Đây là thời điểm xảy ra chuyên biển phase ứng với

từng hợp kim ở từng nhiệt độ Tốc độ chuyển biến tại các vùng thành dày

mỏng, vùng tập trung kim loại khác nhau

¥) Giai đoạn nguội ngồi khuơn ~ Tùy vào quả trinh đúc mã xác định

thời điểm bắt đầu nguội nạẹ tuơn Lúc này vật đúc nguội nhanh hơn nên dễ xảy ra nội ứng suất nhiệt, biển cứng bề mặt, mắt én định và khơng đồng,

đều về thành phần hĩa học 2, Cấu trác (tễ chức) vật đúc

Sau khi đã nguội hồn toản, tổ chức kim loại vật đúc với mỗi hợp kim

sẽ khác nhau, bới vi nỏ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kết cấu vật đúc, phương,

pháp dúc, cơng nghệ đức, Vì thế khĩ cỏ thể tìm ra một quy luật cl

Một cách tơng quát, người ta xét tổ chức kim loại vật đúc với

nguội bình thưởng trên một thơi đúc với hai mặt cắt dọc và ngang

Kim loại nguyên chất — Vì kim loại nguyên chất cĩ nhiệt độ nĩng chảy

(hoặc đơng đặc) xác định rõ, nên nĩ kết tỉnh ở nhiệt độ khơng đổi Vi dụ như nhơm đơng đặc ở 660°C, vơnftem ở 3410°C

Khi nhiệt độ kim loại xuéng đến nhiệt độ nĩng cháy, thì nĩ duy trì ở đĩ

trong khi nhiệt ẩn nĩng chảy giảm Mặt kết tỉnh (giao diện đặc-lỏng)

chuyển động qua kim loại nĩng chảy làm đơng đặc từ thành khuơn vio tam Ngay khi kết tỉnh xảy ra tại nhiệt độ nào đĩ, thì quá trình nguội lại tiếp tục, Kim loại đơng đặc, vật đúc được lấy ra khỏi khuơn để tiếp tục nguội đến nhiệt độ mơi trường,

Cấu trúc hạt của vật đúc từ kim loại nguyên chất được chỉ ra trên

hình 1.2a Tại thành khuơn cĩ nhiệt độ mơi trường, do kim loại lịng tiếp xúc với thành khuơn nguội nhanh hơn nên tại đây độ truyền nhiệt lớn, Mặt khác vùng kÈ thành khuơn cĩ sẵn nhiêu tâm mảm, tốc độ hình thành tâm mắm lớn hơn nhiều so với tốc độ phát triển mầm vì thể tạo nên hạt nhỏ,

mịn, đồng đều Lớp vỏ này dày hay mỏng tùy thuộc lượng tích nhiệt của vỏ

khuơn đúc Lớp vỏ bao giờ cũng bên và cứng (vùng |) (h 24) Hạt tiếp tục

phát triển theo hướng ngược với hướng truyền nhiệt qua thành khuơn

Trang 10

kết tỉnh đã lớn, lượng tích nhiệt của khuơn đã giảm nhiều, phần kim loại

lơng sẽ tạo ra hạt thơ và đẳng trục Sự phát triển cúa những hạt như thể được sọi là cầu tạo hạt đồng nhật (homogenous nucleation), nghĩa là các hạt tỉnh

thể tự lớn lên bắt đầu từ thành khuơn

Hinb 1.2 Cau tạo hạt đồng nhất

4) Thài đe Ki Vat niin cht: b) Phột triển định hướng tại thành khuơn nguơi

Hop kim ~ Sự kết tỉnh trong các hợp kìm bất đầu khí nhiệt độ xuống

dưới đường lịng 7\, và kết thúc khi nĩ đạt đến đường đặc Ts (h 1:3) Trong

khoảng nhiệt độ này hợp kim ở trạng thải mễm nhão với cẫu trúc nhánh cây

Hệ dạ

‘Thank phiin hyp kim (%)

hh cy

Hinh 1.3 Sơ đề minh họa kết tinh hợp kim và phân bồ nhiệt độ

Trang 11

„ Chủ ý rằng tại các vùng nằm giữa nhánh cây vẫn cịn kim loại lỏng Các

phần từ nhánh cãy phát triển theo ba chiều cuối cùng sẽ giao nhau (h 1.4)

Việc nghiên cứu cấu trúc nhành cây tuy phức tạp, nhưng rất quan trọng vì

những câu trủc như Vậy tác động đến các yêu tổ như sự thay đổi thành phần,

thiên tích và rổ co

eg a 0880.105 1 Thee Mất n310% Looe

CH nln! ar Ril ia

by 4

Hình 1.4 M hình đơng đặc "snot su iro 9) Gảng xâm tệ điện vung 180 im, b) Thấp dachơn đc trong Kuơn cất Và kim loa

Chiểu rộng vùng mềm nhão, mà ở đĩ cĩ sự hiện điện của hai pha lịng và đặc là yếu tố quan trọng khi kết tỉnh Vùng nảy được gọi lá độ quá nguội

hoặc khoảng dong (freezing range) AT = Ty - 7z

Cĩ thẻ thấy trên hình 1.3 rằng kim loại nguyễn chất cĩ độ quá nguội 417” coi như bằng khơng (zero) và mặt kết tính địch chuyển như mặt tính thể mã khơng tạo nén ving mềm nhão Đơng đặc củng tỉnh (eutectics) cũng theo cách tương tự với mặt tỉnh thể gần như vậy

Kiểu cầu trúc kết tỉnh phát triển phụ thuộc vào thành phần cùng tỉnh Trong các hợp kim với giản đồ pha gần như đối xứng, cấu trúc nĩi chung,

theo lớp với sự cĩ mặt của hai hay nhiễu pha tắn tùy thuộc hệ hợp kim, Khí

thể tích của một pha it hơn 25%, cấu trúc thường cĩ đạng thở Các điều kiện nây đặc biệt quan trọng đổi với gang

Tuy khơng thật chỉnh xác, độ quá nguội nhỏ khi sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ hơn 50°C, cịn độ quá nguội lớn khi chênh lệch vượt quá 110% Các hợp kim đen thường cĩ vùng mềm nhão hẹp, trong khí đồ hợp kim nhơm và

magiê cĩ vùng mềm nhão rộng Chính vì vậy, những hợp kim này cĩ quá

Trang 12

Higu img eta tée db ngudi — Toe dG ngudi cham (khoang 10? K/s) hod

thời gian nguội kéo đài làm cho cấu trúc nhánh cây thơ và khoảng cách giữa các nhánh cây rộng ra Tốc độ nguội nhanh (khoảng 10" K/s) làm cho cấu trúc nhánh cây mịn, khoảng cách nhỏ Nêu tốc độ nguội cao nữa (trên

10K/s) sẽ cĩ cầu trúc vơ định hình

Cấu trúc và kich thước hạt tác động dễn thuộc tính vật đúc Khi kích

thước hạt giám, dộ bên và độ dẻo của hợp kim đúc tăng, rổ co tế vi trong vật

đúc giảm và làm giảm xu hướng bị nứt nĩng, Kích thước cũng như sự phân bố khơng đồng đễu của hạt làm cho vật đúc cĩ tính dị hướng

Tiêu chỉ miều tả động học của giao điện lõng — đặc là tỷ s6 G/R, trong đĩ G là gradient nhiệt và R là tốc độ di chuyển của giao diện lĩng- đặc Giá

trị phổ biển của G trong khoảng ]0 ~ 10` K/m và R từ 10'°~ 10” m/s Cấu

trúc nhánh cây điển hình cĩ tỷ số R trong khoảng 105- 107, do đĩ tỷ số

10! 10 tạo nên mặt tính thể, giáo điện lịng-đặc khơng nhánh cây (h I.5),

tuc °

LE H:-

Hinh 1.5 Các kiểu cầu trúc cơ bản

4) Nhành cây hại đi; b) Nhánh cáy đẳng trực; j Khơng nhậnh cấy đẳng true

3 Moi quan hệ giữa cẫu trúc với tính chất của vật đúc

Vi tắt cả vật đúc cắn phải cĩ tỉnh chất nhất định thoa mãn yêu cầu thiết kể và điều kiện làm việc, nên mỗi quan hệ giữa các tỉnh chất với cấu trúc (tả

chức) hình thành trong quá trình kết tinh la khía cạnh quan trọng của vật dúc Thánh phẫn cấu tạo nhánh cây và kim loại lịng được thể hiện qua giản

đỗ trạng thái (gián đỗ pha) của từng hợp kim Khi hợp kim được làm nguội rất chậm, từng nhảnh cây phát triển đồng đều, Tuy nhiên, trong thực tế tốc độ nguội khá nhanh nên nhánh cấy hình thành cĩ lõi, Nhánh cấy lõi cỏ thành phần cấu tạo bể mặt khác với bên trong lõi (sự khác nhau nảy được

xem như là chênh lệch nơng độ) Bé mat cĩ nằng độ các nguyễn tổ hợp kim cao hơn trong lõi do hịa tan được các chất bão hịa tử lõi ra bể mặt khi kết

Trang 13

“Cấu trúc thỏi đúc điển hình của khối hợp kim dung dịch đặc với các hạt

đẳng trụ được thể hiện trên hình 1.6a Lúc nây đo chiều đây lớp kết tỉnh đã

lớn, lượng tích nhiệt của khuơn đã giảm nhiều, phân kim loại lịng sẽ tạo ra

hạt to hơn và đẳng truc Vùng đẳng trục cĩ thể được mở rộng ra tồn thỏi

đúc bằng cách bỏ sung các chất biển tính tao rằm vào hợp kim (h 1.6b) Chất biến tính kích thích sự hình thánh các mắm kết tỉnh trong kim

loại lỏng

Do chênh lệch nhiệt trong khối kim loại lỏng đang kết tinh, cũng như

do trong trường và chênh lệch mật độ, sự đổi lưu cỡ ảnh hưởng mạnh đến sự

hình thành tổ chức bạt Đổi lưu tạo điều kiện hình thành vùng nguội ngồi;

làm hạt mịn và tăng cường chuyển biến từ dạng kim sang hạt đẳng trục Cấu

trúc trên hình 1.5b cũng cĩ thể thu được bang cách tăng cường đổi lưu trong

kim loại lỏng làm nhánh cây bị phân hủy Ngược lại, nếu giảm hoặc bĩ dỗi

lưu làm cho hạt thơ và nhánh cây cĩ dạng dài hình kim

Cu trúc đẳng trúc

Hình 1.6 Cau trúc thỏi đúc

a) Hop kim dung dich de; b} Dung chất biển tính

Độ bền của nhánh cây khơng cao lắm và cĩ thể bị phả hủy bằng khuấy trộn hoặc rung động cơ học trong giai đoạn đầu kết tính Quá trình này làm

cho kích thước hạt nhỏ đi, tạo nên các hạt dạng câu phân bố đồng đều hơn

trong tồn bộ thỏi đúc Đổi lưu cĩ thé hd wo thém bằng cách sử dụng

phương pháp cơ học hoặc điện từ

Người ta đã tiễn hành thực nghiệm trên các con tầu võ trụ để nghiên

cứu hiệu ứng khơng trọng lượng đến cầu trúc tế vi của thỏi đúc Ở trạng thái

Trang 14

khơng trọng lượne, khơng cịn chênh lệch nhiệt cũng như khơng cĩ đổi lưu khi kết tỉnh; Việc khơng cĩ đổi lưu ảnh hưởng đến cầu trúc kết tính và phân

bố các bắt liên tục Các thí nghiệm hiện nay liên quan đến sự phát triền tỉnh

thể đề chế tạo các mẫu bán dẫn như cadmium-zine (kẽm) telluride; mereury

(thủy ngãn)-zine (kẽm) telluride,

1.2.3 Truyền nhiệt khi đúc

Một vấn đề cần quan tâm khi đúc là truyền nhiệt trong tồn bộ chu trình

từ khi rĩt đến khi đơng đặc và lâm nguội đến nhiệt độ mơi trường Luỗng

nhiệt tại các vị trí khác nhau trong hệ thơng là hiện tượng rất phức tạp và nĩ

phụ thuộc vào nhiều yếu tố liên quan dén vật liệu và khuơn đúc cũng như các thơng số quá trình Vỉ dụ đối với các vật đúc tiết diện nhỏ, tốc độ chày kim loại phái đủ cao để khơng bị nguội và kết tính sớm Tuy nhiên, tốc độ chảy cũng khơng được cao quá vi sẽ làm cho dịng chảy bị tối, gây xỏi mịn

ảnh hưởng xắu đến quả trình đúc Xhộng các:

.Hinh 1.7 Phân bố nhiệt độ tại giao diện của thành Khũn và kim loại lỏng kbÏ kết tinh

Phân bố nhiệt độ điển hình tại giao điện lỏng = đặc thành khuơn dược chỉ ra trên hình 1.7 Nhiệt truyền từ kim loại lịng qua thành khuơn ra mơi

Trang 15

thành khuơn kim loại lỏng la do sự cĩ mặt của lớp biên xà tiếp xúc khong hồn th gino diện này, Biên dạng đường cong phụ thuộc vào tinh chất nhiệt của kim loại nĩng chày và thành khuơn

Trong giai đoạn đầu kết tinh, lớp đơng đặc mong bắt dâu được hình

thành tại thành khuơn nguội theo thời gian lớp này dày dẫn lên (bh, 1.8) Với

thành khuơn phẳng, chiêu dày này tỷ lệ với căn bậc hai của thời gian, ví dụ

thời gian tăng gấp dơi thi chiéu day tang gap 1,414 lan,

Thời gian két tinh, r, theo định luật Chvorinov, là một hảm của thể tích

vật đúc, V, va diện tích bể mặt xung quanh, 4, tức là:

+= C[fAJ" (aay

Trong dé: € 1a hé sé phy thude vao vat ligu lam khudn, tính chất kim

loại và nhiệt độ

Đo đĩ, hình câu đặc rơng kết tỉnh và nguội đến nhiệt độ mơi trường với

tốc độ chậm hơn so với hình cầu nhỏ hơn, nguyên nhân là thể tích hinh cầu

tỷ lệ với lập phương đường kính cịn diện tích bề mặt bình edu ty lệ với bình phương đường kính,

Hiệu ứng hình học khuơn vả thời gian trơi qua đạt đến chiều day ya hình dang lớp kết tỉnh được chỉ ra trên hình 1.8, Nhu minh họa, người ta dé kim loại nĩng chây chưa kịp đơng dae ra khỏi khuơn sau khoảng thời gian

khác nhau từ 5 s đến 6 ph Chủ ý rằng thời gian cảng lầu thỉ chiêu diy dong

đặc cảng lớn, nhưng chiểu dảy gĩc trong (vủng A) mỏng hơn gĩc ngồi

(vùng B) vì ở trong nguội chậm hơn

AA 1 phút 2 phút phút

Hình 1.8 Lớp vị đơng đặc trên vật thép đúc 1.2.4 Dịng chảy kim loại lồng khi đúc

Sau khi được rĩt vào khuơn, kìm loại lỏng nhanh chĩng chảy qua hệ

thống rĩt và điển đây lịng khuơn (h 1.9) Khi chảy trong hệ thong rot va

Trang 16

1, Dinh luge Bernoulli

Dinh luật này dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng vã mỗi quan

hệ giữa áp suất, tốc độ, chiéu cao mặt thống của chất lỏng ở bắt kỳ vị trí

nao trong hệ thống và tơn thất ma sát trong hệ thơng mã chứa đầy chất lỏng,

phương trình được thể hiện là:

N0 “8 3 (12)

Trong đĩ: - chiều cao so với mặt phẳng tham chiễu;

pov —ap suit va tbe do khéi chat lỏng tại độ cao đĩ;

ø- mật độ (khối lượng riêng) của chất lịng, giả thiết khơng nén được .#— gia tốc trọng trường,

Hình 1.9 Hệ thống rĩt

'Theo định luật bão toản năng lượng, tai mỗi vị trí trong hệ thơng, ta cĩ quan hệ cẩn thỏa man:

P,

typ Bn th why Peg tae 2g." ng Bg giã 13 Trong đỏ: các chỉ số 1 va 2 kỹ hiệu hai độ cao khác nhau tương ứng,

cịn / là tốn thất ma sát trong chất lỏng khi nĩ chảy qua hệ thơng Tơn thất ma sát bao gồm mắt mát năng lượng tại giao diện thảnh khuơn ~ chit long

và mắt mát năng lượng của dịng chảy rồi trong chất lỏng

Trang 17

2 Định luật liền tục

Định luật trạng thái khối liên tục của chất lỏng khơng nền được chây trong hệ thống cĩ thành khơng bị thắm, lưu lượng khơng đồi, được thể hiện qua phương trình:

Ø*ANi=¿ (4)

Trong đĩ: Ở~ lưu lượng (wỶ⁄4

-44 — diện tích tiết điện ngang của dịng chất lỏng;

y tốc độ trung bình của dịng chất lồng qua từng tiết điện, + và 2 là các chỉ số ứng với các vị trí khác nhau trong hệ thơng

“Theo định luật này, lưu lượng đơng chảy được duy tị tại mọi nơi rong hệ thơng Mức độ thắm váo thành của hệ thơng là dai lượng quan trong, vi

khi chất lỏng thắm qua thành (khuơn cát) thì lưu lượng sẽ bị giảm đi, Ưng dụng các nguyện lý trên vào việc thiết kế ơng rĩt truyền thơng cĩ

dạng hình cơn Giá sử rằng ap suất mật thoảng phía trên và đưới ơng rồi là bằng nhau và khơng cĩ tơn thất do ma sát, mỗi quan hệ giữa chiều cao và

điện tích tiết điện ở bắt kỳ điểm nào trong ơng rĩt được thê biện;

dời ii Ay VA (3)

Giả sử điểm 1 ở trên đính và điểm 2 ở dưới đáy ống rĩt, khi đĩ tốc độ

dịng cháy vị sẽ nhỏ hơn v2 và tiết diện đưới đây 4; nhỏ đi Kết hợp các phương trình (1.3); (1.4), (1.3) chúng ta thu được tỷ số 4⁄4; như là hàm số ha hy, hsv yp

Nếu người 1a thiết kế ống rĩt hình trụ thì khi rĩt kim loại lơng vào đĩ, ở

phía dưới ơng kim loại lịng sẽ khơng tiếp xúc với thánh ng lúc đĩ khơng, khí xung quanh bị hút vào vùng đỏ và gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng

khối kìm loại lỏng Tuy nhiên, ngây nay cĩ khi người ta thay thể ơng rĩt cơn

thành ống thẳng cỡ tiết lưu cho phép kim loại lơng chảy xuống êm và khơng

bị lẫn khi

-3 Đặc trưng dịng cháy

Một vấn đề quan trọng của đơng chảy trong hệ thơng rĩt là sự cĩ mặt

của dịng chảy rồi và đồng chây tầng | 'gười ta sử dung s6 Reynolds, Re, dé

phân loại đồng chảy: nĩ được đo bắng tỷ số giữa lực quản tính với lực nhớt

trong chat long:

Đ;=vÐp/} (1.6)

Trang 18

Trong đỏ: » — tée độ dịng chảy;

.D- đường kinh kênh dẫn;

uy = mật độ và độ nhớt của chất lơng

Số Reynolds cảng cao, càng dễ xây ra dịng chảy rồi Trong hệ thống rĩt

nĩi chung, &, thường trong khoảng 2000 ~ 20000 (h 1.10)

= 27 A2ỄđA ye

1 SH Sean Nhan

Hình 1.10 Quan hệ của số Reynolds với đặc trưng dịng chảy

Nếu R < 2000 thì trong hệ thống cỏ đồng chảy tầng; trong khoảng

2000 - 20000 thể hiện sự pha trộn giữa dịng chảy tẳng và dịng tơi Hỗn

hợp như vậy khơng gây hại cho hệ thơng rĩt Cịn nếu Z, > 20000, dịng rỗi mạnh làm hịa tan khí và hình thành váng, cặn từ các phân ứng giữa kim loại

nĩng chảy với khơng khí và các chất khí xung quanh Kỹ thuật để giảm

thiểu đỏng chảy rơi là hạn chê những thay đối hướng chây đột ngột cũng

như tiết diện trong hệ thơng rĩt

Váng cặn hoặc xi cĩ thể loại trừ hồn tồn bảng đúc chân khơng Đối với dúc thơng thường cĩ thể lâm giảm thiểu váng cặn hoặc xỉ bằng cách hớt

bọt, váng; thiết kế bệ thống rĩt hợp lý hoặc ding filter lọc Filter thường

được làm bằng gốm cerami, miea, sợi thủy tỉnh Việc đặt flter đúng vị

trí sẽ làm tăng hiệu quả lọc váng, cận, xi Ngồi ra fđlter cũng được dùng để

hạn chế dịng cháy rồi trong hệ thơng rĩt

1.3, QUA TRINH DUC TRONG KHUON CAT

1.3.1 Sơ đồ

Khuơn đúc được chế tạo bằng hỗn hợp cỏ thành phẩn chủ yếu là cát Khuơn cát cĩ khả năng dễ tạo hình các vật đúc phúc tạp, khơng hạn chế kích

thước Nhưng chí dùng được một lẫn, năng suất thấp, độ chính xác vả độ

bĩng bề mặt thấp, tốn nhiêu kim loại (bảng 1.1) Khuơn cát thường được

dùng trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nho (h 1.11),

Qua trình đúc kim loại truyền thống trong khuơn cát đã cĩ hàng nghìn

năm nay, bao gm các nguyên cơng:

Trang 19

fa exits sit ‘mara X8 Được

Hình 1.11 Sơ đỗ quá trình đúc trong khuén cat

i) Dat mẫu và lồi (đã chế tạo) cĩ hình dụng của vật đúc vào cát để in dấu lên:

ii) Tạo thành hệ thống rồt;

ii) Điễn đầy lịng khuơn bằng kim loại nưng ch:

iy) Kim loại nguội và kết tỉnh;

v) Phá khuơn cát, tháo lõi và ví) Làm sạch vật đúc, 'Các phần chính của bộ khuơn đúc (h 1.12): vật đúc;

Hinh 1.12 Cầu tạo bộ khuơn đúc

1 Khuơn trên, 2 Khuơn dưới, 3: Đậu ngốt ho; 4, Đậu hơi; 3 Cổc ràt; 6 Vo khuơn: ? vả Ø Củt 8 Mặt phản Khuơn; 10 Đãnh lọc xi, 11: Ơng rĩt, 12 Tiế lạc 13 Đâu ngĩi

in: 14 Ranh dan, 15 Long khuơn: l6 Lõi

Trang 20

* L6i (cịn được gọi là thao) được đặt vảo trong khuơn để tạo lỗ hoặc

xác định bể mặt bên trong của vật đúc Lõi cũng cĩ thể dũng để tạo chữ trên

bể mặt vật đúc hoặc các lỗ sâu bền ngồi

« _ Hệ thống rĩt bao gằm: Cốc rĩt, phễu rĩt là nơi dé kim loại lịng vào, Ơng rĩt là ơng hình cơn chứa kim loại lỏng chây xuống

s_ Hệ thơng dẫn là các rãnh lọc xi, rĩnh dẫn đưa kim loại lịng từ ống rot đến lịng khuơn, đậu rĩt là chỗ vảo lịng khuơn

+ Đậu ngĩt là nơi chứa phần kim loại lỏng bù vào lượng co ngĩt khi đơng đạc, cĩ đậu ngĩt kín và đậu ngĩt hở

+ - Đậu hơi đặt trong lịng khuơn dé đưa khi tạo thành lúc kim loại lỏng tiếp xúc với cát cùng khơng khí ra ngồi khi kim loại lỏng chiếm chỗ trong lịng khuơn

1.3.2 Hỗn hợp làm khuơn và làm lõi

1 Yêu câu

Hỗn hợp lam khuơn và lõi phải thỏa mãn những yêu cầu sau day:

3) Tỉnh dẻo là khả năng biến dạng vĩnh cửu của hỗn hợp khi thơi lực tác

dụng (sau khi rút mẫu hay tháo hộp lõi) Tính dẻo của hỗn hợp dâm bảo dễ lâm khuơn, lõi vã nhận được lịng khuơn, lõi rõ nét Tỉnh đẻo tăng khi lượng

nước trong hỗn hợp tăng, đất sét, chất dinh kết tăng, cát nhỏ

ij) Độ bên là khả năng của hỗn hợp chịu được tác đụng của ngoại lực mà khơng bị phá huỷ, Khuơn, lõi cần đảm bảo bền để khơng vỡ khi vận

chuyển; lắp ráp khuơn, lõi và khi rĩt kim loại lỏng vào khuơn, Độ bên tăng khi lượng nước tăng lên đến 8%; cát nhỏ, khơng đồng iều, sắc cạnh và khi lượng đất sét tăng, Khuơn khơ cĩ độ bên cao hơn khuơn tươi

1) Tỉnh lún là khả năng giảm thé tích của hỗn hợp khi chịu đựng tác dụng của ngoại lực Tỉnh lún lâm giảm sy can trở của khuơn lõi khi vật đúc

co ngĩi trong quá trình kết tỉnh vá nguội để tránh nứt rỗ, eong vênh của vật

đúc (h, 1.13)

Trang 21

'Tính lún tăng khi cát hạt to, chất dinh kết ít, chất phụ (mùn cưa, rơm rạ,

bột than ) tăng,

1) Tính thơng khí là'khả năng thốt khi từ lịng khuơn và trong hỗn hợp ra ngồi để tránh rỗ khí vật đúc Tỉnh thơng khí tăng khi cát hạt to và

đều, lượng đất sét và chất đính kết ít, chắt phụ nhiễu và lượng nước ít

9) Tỉnh bền nhiệt là khả năng gìữ được độ bền ở nhiệt độ cao của hỗn hợp làm khuơn, Tính bên nhiệt dâm bảo cho thành khuơn và lỗi khi tiếp xúc với kim loại lơng ở nhiệt độ eao khơng bị cháy Tính bền nhiệt tăng khi

lượng SiO¿ trong hỗn hợp tăng, cát to và trịn, chat phy it

vj) Độ ẩm của hỗn hợp là lượng nước chứa trong hỗn hợp đỏ tính bằng

%, Độ âm tăng đến 8% làm cho độ bên, độ dẻo của hỗn hợp tăng Quá giới hạn đỏ tức là độ âm cao làm giảm độ bên nĩn khi tiếp xúc kim loại nĩng chảy

9í) Tỉnh cơng nghệ gồm các chỉ tiờu c trng Đau:

ôMc điển đẩy là khả năng di động của vật liệu đề điển đây khi

làm khuơn và lõi Tỉnh điển đầy đảm bảo khuơn và lõi cĩ độ đầm chặt và

đồng đều với lực nén nhỏ nhất

+ Độ ơn định hỏa nhiệt là khả năgg giữ cho vật liệu khơng bị nĩng

chảy, khơng cĩ tác dụng hĩa học với kim loại nĩng chày, Hỗn hợp khi bị

cháy sẽ cản trở quả trình gia cơng cơ và làm giảm khả năng thốt khí tạo rổ khi trong vật đúc

+ Mức độ chống ấm là khả năng hút Am rất ít trong một đơn vị thời gian

«- Tuổi thọ là khả năng giữ được tính chất của vật liệu khi sử dụng

nhiễu lần

«Mức độ thơng khí là khả năng thốt khí qua hỗn hợp tránh cho vật

đúc khỏi bị rỗ khi làm giảm áp suất khí trong lịng khuơn khi điển đầy kim loại lỏng Ở nhiệt độ cao, lượng hơi nước chứa ở hỗn hợp gần lịng khuơn sẽ

bốc hơi: lượng khí hịa tan trong kim loại lỏng cũng bị giải phĩng khi kim

loại đơng đặc Chúng sẽ thốt ra một phản qua hỗn hợp khuơn vả lõi

+ Tính chất lý nhiệt bao gốm độ dẫn nhiệt và nhiệt dung Nở ánh

hưởng đến tốc độ kết tinh của kim loại và do đỏ lâm ảnh hưởng dễn cấu trúc

vã tỉnh chất của vật đúc 3 Vật liệu làm khuơn và lối

1iễn hợp làm khuơn, lõi bao gồm: cát, đất sét, chất dinh kết và chất phụ

Trang 22

7) Cét 1a thanh phan cha yéu cia hin hop tim khudn, oi vi cé kha nang:

chịu nhiệt eao Thành phần hố học chủ yếu của cắt la SiO» (thanh anh): Cĩ

hai loại cát chỉnh là tự nhiên (cát đất đá) và tổng hợp (cát sơng hồ): Cát phải cơ hạt mịn trịn để cỏ thể xếp chặt và tạo nên bẻ mặt khuơn nhãn Tuy hạt cát mịn làm tăng độ bền nhưng cũng làm giảm tính thơng khí của khuơn

ij) Đắt sét thành phần chủ yếu là cao lanh Ngồi ra cịn một số tạp chất

khác như CaCO;, FesOy, NaạCOy Khi lượng nước thích hợp đất sét dẻo và

dinh, khi sấy khơ độ bền tăng nhưng giịn, dễ vỡ: Đắt sét cho vào hỗn hợp

lắm khuơn, lối lâm tăng độ đẻo, độ bên của hỗn hợp

MỊ) Chất định kết là những chất được đưa vào hỗn hợp để tăng độ dẻo, độ bên của nĩ Những chất dính kết thường dùng như dầu thực vật (dầu lanh, bơng, trấu, ), các chất hịa tan trong nước (đường, mật mía, bột hỗ ), cát

chất dinh kết hố cứng (nhựa thơng, xì mảng, bã hác ín) và nước thuỷ tỉnh

iw) Chất phụ là những chất đưa vào để tăng tính lún, tính thơng khí, tăng

độ bĩng bỄ mặt khuơn, lõi và tăng khả năng chịu nhiệt của hỗn hợp Chất

phy gam hai dang chinh sau day:

+ _ Những chất phy trộn vào hỗn hợp như mùn cưa, rơm rạ, bột than nhờ nhiệt độ của kìm loại lỏng khí rõt vảo khuơn chúng bị cháy tạo nên các

khoảng trồng trong hỗn hợp làm tng độ xốp, độ lún và khả nàng thốt khí

của hỗn hợp,

+ Chất sơn khuơn: Cĩ thể dùng bột graphite, bot tale, nước thuỷ tỉnh,

bột thạch anh hoặc dung dịch của chúng với đất sét sơn lên bề mặt khuơn,

lõi dé khơng bị dính cát, tăng độ bĩng, tính chịu nhiệt của chúng

Lõi làm việc trong điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ cao áp suất lớn ) nên

yêu câu hỗn hợp làm lõi khát khe hơn, thường dùng hỗn hợp mới hồn tồn 3 Chế rạo hỗn hợp làm khuơn và lõi

Dem trộn các vật liệu trên theo tỷ lệ nhất định (phụ thuộc vào vật trọng lượng vật dúc, ) với 4% — 84 lượng nước, người ta được hỗn hợp

Jam khuơn vả lõi Hỗn hợp làm khuơn chia ra bai loại:

¡) Cát do dang dé phủ sắt mẫu khi làm khuơn nên phải cĩ độ bền, độ đềo cao và bền nhiệt vì lớp cát này tiếp xúe trực tiếp với kim loại lỏng áo-thường được làm bằng vật liệu mới và chiếm khoảng 10% +15% lượng cát làm khuơn

Trang 23

ij) Cát đậm dùng để đệm phẩn khuơn cịn lại nhằm tăng độ bên cha khuơn Cát đệm khơng yêu cầu cao như cát áo nhưng phải cĩ tính thơng khí cao

'Thường dùng cát cũ để làm cát đệm và chiếm khoảng 559 + 90% ting

lượng cát khuơn

Tý lệ các vật liệu trong hỗn hợp lâm khuơn tuỷ thuộc vào vật liệu, trọng lượng vật đúc nĩi chung cát chiếm khoảng 709% + 80%, đất sết khoảng

8% +20%

So với hỗn hợp làm khuơn, hỗn hợp làm lõi yêu câu cao he

thường tăng lượng thạch anh (SiO;), giảm tỷ lệ đất sét, chất đính

phụ và phải sấy lõi

4 Pha trộn vật liệu làm khuơn và lỡi

Trước khi pha trộn thành vật liệu làm khuơn cát, đất sét, bột than, cát

cũ, phải qua các giai doạn xử lý riêng Chúng được sảy khơ rồi đem

nghiền nhơ để sàng Tiếp theo cát, đất sét, chất dịnh kết, bột than, được

pha trộn theo thành phẩn bằng máy trộn dé làm đều Sau đĩ phải đánh tơi dé

lâm tăng tính thơng khí cũng như cường độ chịu nén ẩm tăng lên

1.3.3 Bộ mẫu và hộp lõi 1 Thành phẩm

Bộ mẫu bao gơm mẫu, tắm mẫu, mẫu của hệ thơng rĩt, đậu hơi đậu ngĩi

« Mẫu dùng để tạo ra lỏng khuơn đúc khi lâm khuơn, thơng thường

Trang 24

+ Tam mau dé ga dat các bộ phận liên quan đên quá trình làm khuơn Irong quả trình làm khuơn, người ta kẹp các phần của mẫu lên và cố định

mỗi nửa theo các phía đối diện khi làm khuơn (h 1.15)

® _ Mẫu hệ thống rĩt, đâu hơi, đậu ngĩt để tạo ra những bộ phận của hệ

thống rĩt, đậu hơi, đậu ngĩi trong khuơn

+ Lõi là một bộ phận của khuơn đúc để tạo ra phần lõm cẩn cĩ trong vật đúc, Do đỏ lõi cĩ hình dạng và kích thước tương ứng với phần lỗ hoặc

lõm cân cĩ, Lõi cĩ thể lám bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp cát

«- Hộp lội (hộp thao) dùng để chế tạo lõi Hinh dạng bên trong của hộp lời giống hình dạng bên ngồi của lõi và giống hình dạng bên trong của vật đúc trừ phân tạo tai lõi Tai lõi để định vị lõi trong khuơn Hộp lưi cĩ thể

đơn gián (h 1.14d) hoặc phức tạp (h 1.16) Hộp lời phức tạp khi lấy lõi ra

phải thảo theo nhiều phía

Hình 1.15 Tắm mẫu kim loại khi đúc trong khuơn cát Hình 1.18 Hộp lõi phức tạp

Từ bản vẽ chỉ tiết (h, 1.14a), thiết kế ra bản vẽ đúc (h, 1.14b) cĩ tính cđến các yếu tơ liên quan (lượng dư thừa, bán kinh gĩc lượn, độ nghiêng, gỗi

lõi ), Căn cứ vào bán vẽ đúc chế tạo được mẫu đúc (b 1.14) chia làm các phần, thường theo mặt phân khuơn Dùng hộp lõi để làm lõi (h 1.14d) Các

mẫu cịn lại chọn theo thiết kế (h 1 14e),

3 Vật liệu tạo mẫu và hộp lõi

"Vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi tùy thuộc vào kích thước và hình dạng

vật đúc, độ chính xác kích thước, số lượng sản phẩm và quá trình làm

khuơn Vật liệu phải đạt yêu cầu sau:

*_ Đảm bảo độ bĩng, độ chính xác khí gia cơng tạo điều kiện dễ dàng

rút mẫu và làm cho bề mặt khun, lõi nhẫn bĩng chính xác,

Trang 25

«- Vì mẫu và hộp lơi được dùng nhiều lần nên phải bền, cứng, sử dụng

được lâu

+ ˆ Khơng bị cĩ, trương, nứt để giữ được hình dạng kích thước chinh xác «ˆ Chịu được tác dụng cơ, hố của hỗn hợp làm khuơn, khơng bị gì và

an mon k

« _ Rẻ tiền và dễ gia cơng

“Trên cơ sở các yêu cầu trên, vật liệu làm mẫu vả hộp lõi thường dùng là: gỗ, kim loại, thạch cao, xi mãng, chất đềo, nhưng thơng dụng là gỗ, kim loại

3 Chế tạo mẫu và hập lõi

Mẫu được thiết kế và chế tạo theo các kiểu khác nhau phù hợp với yêu

cầu sử dụng và tính kinh tế Trước tiên phải cân cứ vào bản vẽ chỉ tiết e

chế tạo để về ra bản về vật đúc Sau đĩ từ bán vẽ vật đúc thiết kể mẫu và

hộp lõi

‘Ban vẽ mẫu, hộp lõi là bán vẽ được xây dựng từ bản vẽ vật đúc nên thẻ hiện được các yêu cầu của đặc điểm của bản vẽ mẫu, đồng thời nĩ cịn thể

hiện được cơng nghệ, nguyên vật liệu chế tạo mẫu, hộp lõi

Mẫu liền khối dùng khi vật đúc cĩ hình đạng và sản xuất đơn chỉ:

chúng thường được làm bằng gỗ, Mẫu ghép cĩ hai hoặc nhiều khối (h 1.17),

mỗi khối tạo nên một phần lịng khuơn, trường hợp này vật đúc phức tạp hơn

Hình 1.17 Mẫu Hinh 1.18, Độ dốc rút mẫu

4) Khơng hợp lý, Hip lý: 1 BỊ hơng: 2 Mẫu, 3 Hồm khuơn, 4 Cat

Mẫu cĩ thể được lâm bảng cách phổi hợp các loại vật liệu để giảm mài

mịn tại vùng quan trọng Sau khí cĩ mẫu và hộp lõi người ta thưởng đánh

bĩng rồi phủ một lớp bơi trơn cho dễ rút ra khỏi khuơn

Trang 26

Sự phát triển quan trọng hiện nay là ứng dụng cơng nghệ tạo mẫu nhanh

(rapid prototyping) dé làm khuơn và mẫu Mẫu được chế tạo trên máy tạo mẫu

nhanh và kẹp vào tám mẫu Hiện nay đã cĩ một vài kỹ thuật tạo mẫu nhanh Thiết kế mẫu là cốt lõi của quả trình đúc Khi thiết kế mẫu phải tính đến

sự eo ngĩt kim loại, để rút mẫu ra khỏi khuơn bằng cách làm cơn hoặc nghiêng (h 1.18)

+ Mẫu của liệ thẳng rát

Hệ thơng rĩt là một bộ phận quan trọng của khuơn đúc đẻ dẫn kim loại

lỏng điền đây lịng khuơn Hệ thơng rĩt tiêu chuẩn bao gồm (h 1.9); cốc rĩt, ng rĩt, rãnh lọc xi và các rãnh dẫn

'Các mẫu chế tạo hệ thơng rĩt nĩi chung đơn gián, kích thước tiết điện

được tiêu chuẩn và thường lâm bằng gỗ

1.3.4 Cơng nghệ làm khuơn cát

Trong sản xuất đơn chiếc và sản xuất hàng loạt như, khuơn và lỗi được chế tạo bằng tay Khi sản xuất hàng loạt và hàng khơi: khuơn, lõi được chế

tạo trên máy

1 Cơng nghệ làm khuơn bằng tay" i) Đặc điệm «_ Độ chính xác của khuơn, lõi khơng cao + Nang suất thấp, «Yêu cẩu trình độ tay nghễ của cơng nhân cao, điểu kiện lao động nặng nhọc

Trang 27

Trên nền xưởng đào hỗ sâu hơn chiều cao mau 300 = 400 mm Dim chat day hổ rồi đổ lớp xỉ hoậc sỏi dày 150 ~ 200 mm (1) Đặt hai ống nghiêng (2) dẫn khi ra ngồi Đồ lớp cát đệm, sau đĩ đồ cát áo (3) rồi đảm chặt, xiên lỗ thơng hơi; ấn mẫu xuống sao cho mặt phân khuơn trùng với mặt phẳng nền xướng Rắc một lớp bột cách rồi đặt hịm khuơn (4) lên e‹

định vị trí của hịm khuơn bằng các chốt gỗ (5): Đặt mẫu hệ thơng rĩt và đậu

ngút, sau đĩ đỗ vật liệu làm khuơn trên Nhắc bịm khuơn trên, rút mẫu hệ thơng rĩt, khoét máng dẫn (6), rút mẫu vật Cốc rĩt (7) và cĩc đậu hơi (8)

được làm ở bên ngồi Lắp khuơn trên vào, đặt cốc rĩt (7), cốc đậu hơi (8) Đặt tải trọng để khuơn iti) Lam Khun trong hai hơm khuơn (hộp bai nữa) cho chỉ tiết (h 1.20) ụ ® li mà Trữnp xơn BH Bước? Bước® Bước9 BướcT0 BướcTf

Hình 1.20 Trình tự lâm khuơn bằng hai hơm khuơn với mẫu hai nửa

Từ iết đã cho người ta thiết kế bán vẽ đúc rồi làm mẫu (bản vẽ mẫu,

hệ thống rốt, lõi) Sau đỏ tiền hành các bước sau:

“Bước Ì; Đặt phần dưới của mẫu gỗ và mẫu rãnh dẫn lên tắm mẫu Bước 2: Đặt hịm khuơn dưới và đồ cát áo vào

Bước 3: Đỗ hỗn hợp làm khuơn (cát đệm) và lên chặt Bước ý: Gạt phẳng, xuyên lỗ thơng hơi

.Bước Š* Lật ngược hơm khuơn đưới, lấp phần tên của mẫu và đỗ cát áo vào Bước 6; Lắp hịm khuơn trên với dưới

Bước 7: Đặt mẫu đậu ngớt, hệ thơng rĩt, đồ hỗn bợp làm khuơn và lên chặt

Trang 28

.Bước 9: Tách hai hơm khuơn và rút mẫu Bước 10: Đặt lồi, lắp lại hai hịm khuơn

.Bước 11; Căn chính, đặt lục dé khuơn

iv) Lam khudn lơi bằng dưỡng gại: cho những vật đúc lớn, trịn xoay, mẫu được thay bằng dưỡng gạt, khơng cân lõi, thường kết hợp dùng dưỡng gạt và cát xén cát để làm khuơn (h 1.21)

Hinh 1.21 Lêm khuơn khơng lõi bảng dưỡng gạt

9) Lam khuẩn nhiều hơm &huuân' Đỗi với các chỉ tiết phức tạp phải làm

khuơn bằng nhiễu hịm khuơn

vi) Làm khuơn lõi bằng mẫu (hộp thao) cĩ miếng rời

3 Cơng nghệ làm khuơn bằng má

Làm khuơn, lõi bằng máy tức là cơ khí hỏa toản bộ quả trình làm khuơn

hoặc một số: nguyên cơng cơ bản như dim chat, rút mẫu, Làm khuơn lõi

bảng máy khắc phục được các khuyết điểm của phương pháp làm khuơn

bằng tay đo đĩ được chất lượng tốt, năng suất cạo gắp nhiêu lẫn

Song nếu xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế thì làm khuơn, lõi bằng máy chỉ

được dùng trong sản xuất hàng loạt hốc hàng khối

j) Máy ép ~ là máy làm khuơn được cơ khí hĩa (h 1.22)

Kẹp chặt mẫu (2), hịm khuơn chính (3) và hịm khuơn phụ (4) lên bàn

máy (1) Đỗ đầy hỗn hợp làm khuơn vảo hỏm khuơn Xà ngang (5) lắp chảy

ép (6) được quay dén vị trí làm việc, Mở van cho khí ép vào theo rãnh (7) đẻ day piston (8) trong xilanh (9) lên, đồng thời làm cho tồn bộ bản máy, hịm

khuơn đi lên Chảy ép cố định sẽ nén chặt hỗn hợp làm khuơn đến mặt trên

của hịm khuơn chính, mở van cho khí ép rã ngồi làm tồn bộ phần thân hạ

xuống, Quay xả ngang tiễn hành rủt mẫu vả lặp lại quả trình làm khuơn khác Trên hình vẽ biểu thị cã độ đầm chặt của khuơn

ii) Máy dẫn ~ Cơ khi hĩa quá trình làm khuơn cịn được thực hiện bằng

máy dẫn (h 1.23), Đầu tiền đặt hịm khuơn, cát và mẫu lên tắm mẫu kẹp

chặt trên bản máy, toản bộ được đần lên xuống liên tục nhờ khí nén Như vậy hỗn hợp làm khuơn được đầm chặt nhờ trọng lượng bản thân của hỗn

Trang 29

hợp khi va cham BG dim chặt củá khuơn tại mặt phần khuơn 1â lớn nhất, trong khi đĩ trên máy ép độ đầm chặt tại đầu ép lớn nhất: Do đĩ để độ đằm

chật đơng đều cĩ thê kết hợp cả nguyên cơng dẫn và ép, AL EL nny

Hình 1.22 Sơ đồ mây ép Hình 1.23 Sơ để mày dẫn

ti) Máy: vừa dần vừa ép — Để đàm bảo hỗn hợp đểu hơn cần phải tiên

hành làm khuơn lõi trên máy vửa dẫn vừa ép (h 1.24) x

Hinh 1.24 Sơ đỗ làm khuơn, thao trên máy vữa dẫn vừa áp

Mẫu 2 và hịm khuơn 3 lắp trên bản méy J Chay ẻp Ø cùng xà ngang quay khỏi Vj tri trên hịm khuơn sau đỏ đổ đây hỗn hợp lâm khuơn Khí nén

theo rãnh # 3 vào xilanh 8 va day piston 6 ciing bin miy di lên, khi lỗ khí 7

ho ra khí nén thốt ta ngồi, bàn máy lại rơi xuống

Quá trình này thực hiện giai đoạn dẫn Sau khi dẫn xong, quay chảy ép về vị trí trên hịm khuơn, đỏng cửa rãnh 4, mở rũnh /0, khi nén s@ ning piston

cùng tồn bộ piston 6 vả bản máy đi lên đề thực hiện quá trình ép Sau đĩ quay

chảy ép dé tiến hành lầy hịm khuơn ra, tiếp tục làm khuơn khác

Trang 30

Độ đằm chặt hỗn hợp lâm khuơn bằng phương pháp này tương đối đẻu

iw) Làm khuơn đứng khơng hom: Các nửa mẫu được kẹp trên tâm mẫu

đặt đứng Cát được thơi vào hộp rồi bị nẻn lại (h 1.25) Sau đĩ các nửa khuơn được ghép lại với mặt phân khuơn theo chiều đứng

,

a) b) Hướng chuyền động Hình 1.25 Khuơn đứng khơng hịm:

.) Cứt được áp giữa hai nứa mẫu: b) Khuơn đi theo đấy chuyên rốt; ( Baw sp: 2 Vou

4 Cane 4 Mdu; 5 Rất kim loại

Cá khối đi chuyên đọc theo băng tải rĩt Nguyên cơng này đơn giản vì

khơng cần hịm khuơn, cho năng suất rất cao, đặc biệt xét về khia cạnh khi

các nguyên cơng khác (như làm lõi và rĩt) đều được tự động

9) Lâm khuơn chân khơng, cịn được gọi là guả trình "E'^: Màng chất

đeo phủ chật quanh mẫu Đặt hịm khuơn quanh mẫu rồi đổ đây cát khơ rời vào hịm Lớp mảng chất dẻo thứ hai được đặt trên bê mặt cát và tác động

chân khơng làm chật cắt đo đĩ mẫu được rủt ra dễ dàng Cả hai nữa khuơn

Trang 31

Khi rĩt, khuơn khơng thay đơi trong chân khơng nhưng khơng tạo ra lỗ hồng, Khi kim loại đơng đặc mức độ chân khơng mắt đi và cát rời ra khỏi

vật đúc, Khuơn chân khơng tạo ra các vật đúc với độ chính xác cao, nĩ đặc

biệt thícb hợp khi đúc vật đúc lớn và tương đổi phẳng,

í) Làm khuơn trên máy áp thủy khí

Trong đa số các nguyên cơng, hỗn hợp cát được nén quanh mẫu bởi

máy ép (h 1.27) Các máy này ngồi việc làm giảm cơng lao động cịn tăng

chất lượng đúc do tận dụng sự phân bổ lực, thao tác cắn thận, năng suất cao

Hình 1.27 Các dạng đâu ép khi làm khuơn

gạ! Đẳu phẳng thường: b) Đủ cỏ biên dạng theo mẫu: c) Pions áp đầu; 4) Màng mắm deo, 1 Da ép, 2 Hbn hop ex; 3 Khi nén; 4 Piston; 3 Xan ta lực 3 Lim 164

'Yêu cầu độ bên, độ chịu nhiệt, độ thơng khí, tính lún, của lõi cao hơn khuơn nên cĩ thể đặt thêm xương tăng cứng, làm rãnh thốt khí qua gối lơi

hay qua mặt phân khuơn Cĩ thé làm lõi trong khuơn nguyên, hai nửa hay

nhiều phần ghép lại Lõi được hình thành trong hộp lõi piổng như làm mẫu

trong khuơn cát Cho hỗn hợp lâm lưi, xương lõi vào nữa hộp thao và đảm chất (h 1.28a), Úp hai nứa rồi kẹp chất với nhau Cát được nén vào hộp thao

Trang 32

'Khi chế tạo lõi bằng tay cần lưu ý:

* Lỗi đúc phải cĩ xương lõi để dam bảo độ bổn khí chịu lục, nhưng xương lõi khơng làm giảm tính lún của hỗn hợp, khơng gây khĩ khăn khi

phá lõi

® Lõi đúc phải cĩ rãnh, lỗ thơng khí đú đê thốt hết khí ra ngoải Vì

thế trước hết rãnh khí phải thơng suốt ra tận đầu gối lõi Những lõi cĩ thé

tích lớn phải đặt mẫu lỗ thơng khí cĩ kich thước thích hợp Tìm biện pháp

tạo rãnh dim bao khơng hỏng lõi và khí thốt hầu hết trong thể tích lối

« _ Dễ tiết kiệm hỗn hợp, các lõi lớn nên độn thêm các vật liệu khác Ví

dụ lõi trụ thẳng để đúc ống nên dủng ỏng kim loại cỏ khoan lỗ vừa tạo

xương vừa thốt khí; cĩ thê độn thêm xi cục bên trong,

« Để tránh cháy cát cho lỗ vật đúc, bẻ mặt thân lõi phải sơn lớp chẳng

chây (hỗn hợp graphite với dắt sét lỗng)

1.3.5 Sấy khuơn và lõi

1 Muc dich

Sấy khuơn, lõi nhằm nâng cao độ bên, độ lún, tỉnh thơng khi và i bớt khả năng tạo khí Với những vật đúc khơng đồi hơi chất lượng cao cĩ

thể khơng sấy khuơn Lõi làm việc trong điều kiện khĩ khăn hơn nên phải

sẩy trước khi đùng Song cũng cĩ thể dùng khuơn tươi để rút ngắn thời gian chế tao, nhậm giảm giá thành sản phẩm

Tuỷ theo kịch thước khuơn, lõi và hỗn hợp chẻ tạo chúng mà ta quyết

định chế độ sấy, Sau khi hong khơ ngồi khơng khí, lỗi được sấy ở nhiệt dộ thích hợp (150= 400°C) cùng thời gian quy định Để tránh biến dạng lõi khi

lấy lõi ra khỏi hộp lõi, lãi cần được xác định ngay vị trí cổ định hoặc trên

tắm kim loại phảng, hoặc trên tẫm kim loại cĩ đêm cát mịn và khơ

Với những loại khuơn khơng sảy dé đạt được độ chính xúc cao, thường dùng quá trinh đơng cứng nguội, Các chất nhựa dinh trộn với cát tạo ra các

hạt liên kết hĩa học lâm tăng độ bên 3 Cúc phương pháp sấy

Tuy theo yêu cầu cụ thể mà cĩ thể tiền bành sắy theo các phương pháp

sau đây:

1) Sấy bễ mặt ~ Cơ thể sấy trực tiếp bể mặt khuơn nhờ rơm rạ, than,

củi, Phương pháp này thường dùng sấy loại khuơn lớn lảm trên nền

Trang 33

xưởng vi yêu cầu độ bền cao Cỏ thể sơn lên bề mặt khuơn một lớp sơn dễ

cháy sau đĩ mơi lửa để sấy khuơn Cĩ thể đùng lị sấy di động đốt bằng

than, củi dé sấy hoặc sấy bằng đồng khí nĩng, sấy bằng tia hơng ngoại ii) Say thể tích = Phương pháp nảy được dùng để sấy tồn bộ khuơn

hoặc lõi bang lị buồng Hoặc lị liên tụe:

1.3.6 Lắp ráp khuơn 1 Yêu cầu

Lắp ráp các phần khuơn, lõi dé tạo ra khuơn đúc lä khâu cuối cùng của cơng nghệ làm khuơn nên cằn thỏa mãn yêu cầu:

*- Việc định vị lõi (nếu cĩ) phái bảo đám chắc chắn vả cĩ độ chính xác

yêu cầu Cĩ hệ thống thốt khí cho lồi

3 Lắp rúp lãi

Lõi được lắp vào khuơn nhờ phần gối lơi do tại mẫu tạo ra Tuy vậy cũng phải cân đo hoặc bằng thước hoặc bảng dường để dịch chỉnh kích

thước, sau đĩ cỗ định nĩ với khuơn đưới để bảo dam khi lắp ráp khuơn trên

Vào khơng lâm xê dich,

“Trường hợp lõi bằng cát cĩ chiều đài thân lõi lớn, lõi lắp cơngxơn phải

được gia cĩ thẽm bằng con mã (h Ì.29) Con mã cĩ tác dụng chống lại mọi biển dạng của lõi hoặc do trọng lượng bản thân lưi, hoặc do tác dụng của

kim loại lĩng Do đĩ xác định vị trí đặt con mã phải thích hợp để phát huy tác dụng của nĩ, định Hình 1.29 Con mã đỡ lõi

.a) GÁI lãi hai đâu; 6) Một đâu cơngxỏn; Í_ Bê một lãi, 2 Lịng khuơn; 3 Và; 4 Mặt phan

Âhuân, 3 L0i; 6 Cun mŒ

Trang 34

'Vật liệu làm con mã thường cùng loại với vật liệu vật đúc Để chống gì đơi khi con mã cịn được mạ thiếc (h 1.30)

Khi kim loại lơng trong khuơn kết tỉnh, con mã sẽ gắn liền với vật đúc

Tuy nhiên sự cỏ mặt của con mã (cũng như mảnh nguội) sẽ tạo nên khớp nguội (cold shuts) Vi dụ lắp ráp khuơn cho trên hình 1.29

CILID OF j

Hình 1.30 Các dạng con mã thường dùng

3 Lắp khuơn

Lắp khuơn là bước của nguyên cơng cuối tạo ra lịng khuơn đúc hồn

chỉnh nên yêu cầu thật cẩn thận Các nửa khuơn ghép vào nhau đúng vị trí của chốt định vị để tránh lệch lịng khuơn Đối với khuơn cát, để bảo đảm độ kín khít, giữa các mặt ráp phải cĩ lớp dính bằng đất sét để hạn chế bavia bị

ị kim loại lơng Kiểm tra vị trí vả độ ngang bằng của cốc rĩt và đậu ngĩt

Khuên lắp xong nên rĩt ngay, vì đối với khuơn cát cĩ thể hút âm từ mơi

trường xung quanh, các loại khuơn khác cũng cỏ thể thay đơi các yếu tổ như

nhiệt độ hoặc làm bản lịng khuơn,

4 Đè khuơn hoặc kẹp khuơn

Kim loại lỏng khi đã điền đầy long khuơn, sẽ tác dụng lên lõi và khuơn một lực đẩy làm khuơn trên xê dịch, thậm chí nỗi khuơn trên Điều đĩ sẽ

gây ra rị kim loại lỏng, sai lệch lịng khuơn Để hạn chế nĩ, người ta phải đè

khuơn hay kẹp khuơn

1.3.7, Rĩt kim loại lỏng vào khuơn

Sau khi lắp ráp khuơn sẽ tiến bành rĩt kim loại lỏng vào khuơn, Vị trí

khuơn cần phải bố trí sao cho quá trình rĩt được thuận lợi nhất, chĩng điển đây và đảm bảo chất lượng vật đúc, Thơng thường các khuơn đúc bố trí nim ngang ở gần chỗ nấu chảy ‘ep chặt khuơn hoặc đè khuơn để chống

Trang 35

Kim loại lỏng từ lị nấu cho vào thùng rĩt cĩ dung tích thích hợp với

loại khuơn Đảm bảo khơng cho xỉ lịng theo hợp kim đúc vào lịng khuơn khi rĩt Nhiệt độ rĩt của hợp kim phụ thuộc vào loại hợp kim và kết edu vật đúc (bảng 1.2) - Băng 1.2 Nhiệt độ rồi của hợp kim —— Gan [ —— I200-138ĐC _ Thép cacbon và thép hợp kim 1500°C = 160°C Hep kim ang — —— 1040%:17ƠC Hợp km nhơm) 700°C + 750°C 1.3.8 Dỡ khuơn và làm sạch

Sau khi kết tỉnh và nguội xuéng dudi 400°C — 500°C, vật đúc được dỡ

ra khỏi khuơn Việc đỡ khuơn và phá lõi là một nguyên cơng khá vất và nên thường được cơ khí hố Sau khi thảo khuơn và đập đất cát trong hom

khuơn ra cịn cần phá lõi trong các lỗ của vật đúc Việc phá lõi cĩ thể tiền hành bằng tay (dùng búa, đục, dụng cụ khí nẻn) hoặc bằng máy (máy rung,

máy phun nước dưới áp suất 2,5 M/Pa ~ 100 MPa)

Sau khi đỡ khuơn và phá lí đúc được đánh sạch khơi lớp đất cat chây dính vào Cơng việc này cĩ thể tiên hành bằng tay (đục, bàn chải thép

và các dụng cụ khác) hoặc bằng máy (tang quay, máy phun cát, máy phun

cất và nước, )

Các đậu ngĩt, đậu rĩt, được cát bỏ khỏi vật đúc bằng gia cơng cơ hoặc bằng hỗ quang điện và tia lửa hàn hơi

1.4 CAC QUA TRINH DUC KHAC

Đúc trong khuơn cát đã trình bày cĩ một số nhược điểm khơng thoả

mãn được nhu cầu về số lượng và chất lượng đơi hỏi ngày càng tăng Việc

xuất hiện một loạt các dạng đúc mới đã đáp ứng phần lớn các địi hỏi đĩ

1.4.1 Đúc trong khuơn vỏ mồng

1 Thực chất

Đúc trong khuơn vỏ mỏng thử nghiệm đầu tiên vào những năm 1940 và

ngày cảng phát triển mạnh vì quá trình này cĩ nhiều kiểu với độ chính xác cao, chất lượng bễ mặt tốt, giá thành hạ Quá trình chung bao gồm:

Trang 36

i) Mau bang thép hoặc nhơm được nung lên đến 175°C - 370°C; 1¡) Phú lên mẫu lớp nhựa như silieon;

ii) Kẹp mẫu bên trong thùng 2 Đặc điểm

Thành khuơn khá nhẫn nên ít cân trở đồng chảy của kim loại lỏng, vật đúc sẽ tình xảo, mỏng và nhỏ hơn so với đúc trong khuơn cát tươi cùng loại

Nếu sử dụng nhiều hệ thơng rĩt thì một khuơn sẽ làm được nhiễu chỉ tiết

“Chất lượng vật đúc cao làm giảm chỉ phí cho nguyên cơng làm sạch, gia

cơng cất gọt, Quá trình đúc này đễ được tự động hĩa Các chỉ tiết cĩ độ chỉnh xác cao như hộp số, đầu xilanh, tay biên, đều được đúc theo phương pháp này Ngồi ra đúc trong khuơn vỏ mỏng cũng được sử dụng rộng rãi để

ạo 'ĩ độ chính xác cao

3 Các nguyên cơng

Mẫu kim loại 1 đã nung nĩng đến 175°C - 370°C được đưa vào thing

chứa cát mịn trộn với 2,5% - 5% hỗn hợp phản ứng nhiệt (như phenol-

formaldehyd) tạo thành các hạt cát phủ

Sau 10 = 30 s chất dịnh kết hoạt động và dính các hại cát với nhau tạo

nên vỏ mỏng dây khoảng 6 + 15 mm Sau khi đã lấy đi phần hỗn hợp khơng

dính kết mẫu và vỏ được nung nĩng trong lị đốt gas cĩ nhiệt độ 300 ~ 450°C

trong khoảng 1 ~ 3 ph, dé nhựa tác dụng hồn tồn; muốn triệt để thì người

ta xĩc cả khối lên xuống Vỏ trở nên bền cứng và được tách ra khỏi mẫu

Sau đĩ hai nửa vỏ khuơn đều làm theo cách này rồi ghép hoặc kẹp lại để

chuẩn bị rột (h 1.31)

Chiều dày vỏ khuơn cĩ thể được xác định bằng cách tính thời gian mà

mẫu tiếp xúc với khuơn Như vậy võ cĩ thể được tính theo độ bằn và độ

cứng vững yêu cầu để giữ trọng lượng khối kim loại lỏng Vỏ nhẹ vả mỏng

Trang 37

4 Hén hgp lam khudn

Hỗn hợp làm khuơn phải đảm bảo vỏ khuơn cĩ độ bền, độ thơng khí cao, tiêu thụ ít chất đính kết Hỗn hợp làm khuơn vỏ mỏng gồm hai thành phần cơ bản là cát và chất dính kết (nhựa)

) Cát: cát làm khuơn vỏ mỏng phải đảm bảo bÈn nhiệt, giãn nỡ nhiệt ít, tơ đối với tác dụng hĩa học và sạch Thường dùng cát cĩ hảm lượng

SiO > >97%, oxit sắt < 0,5%, tạp chất cĩ hại < 1%, bùn < 1%, Nén ding cát

hat mịn và khơng đồng đều (cỡ hạt 0,06 + 0,15 mm) để nâng cao độ bĩng và

độ bền vỏ khuơn

Cát vỏ cĩ độ xốp thấp hơn cát tươi vì kích thước hạt cát nhỏ Việc phân

hủy hỗn hợp cát vỏ tạo ra một lượng khí lớn Do đĩ nếu khơng được thơng khí tốt thì sẽ gây ra một loạt vấn để khi đúc thép

ii) Chất dinh kết: Chất dinh kết dùng phổ biến là nhựa Fenol

formaldehyd trong mơi trường axit dư fenol Khi nung nĩng nhựa này biển

mềm và chảy lồng liên kết các hạt tạo nên dạng võ khuơn nhưng vỏ này

khơng giữ được hình dạng dưới tác dụng nhiệt của hợp kim lỏng Để khắc

phục hiện tượng đĩ, người ta cho thêm chất đơng rắn urotropin (C¿HizN,) Urotropin phân hủy ở nhiệt độ cao (300 ~ 400°C) lạo ra amoniac và formaldehyd với mơi trường kiểm và lượng fommaldehyd dù để cho phản ứng trùng ngưng giữa feno] và formaldehyd xảy ra hồn tồn

$ Bộ mẫu

Bộ mẫu gồm mẫu, tắm mẫu, mẫu hệ thống rĩt đậu hơi và đậu ngĩi Bộ mẫu phải đảm bảo:

«Tạo hình dạng khuơn tốt;

« Kích thước chính xác và b8 mat nhẫn bĩng;

Mẫu được chế tạo bằng kim loại như thép hoặc nhơm cĩ kích thước tùy

thuộc vào kết cầu vật đúc

Tấm mẫu được làm bằng thép tắm dảy 12 + 20 mm cĩ kích thước 300 + 400 mm Khi cản những tắm lớn hơn cĩ thế chế tạo bảng hàn hoặc lắp ghép cơ khí Để nâng cao biệu suất mật độ mẫu trên tắm mẫu thường được

p hình thành vỏ khuơn cĩ chiều dây cần thiết,

Trang 38

tăng tới mức tối đa với chú ý đến khoang cách giữa thanh mẫu và thành

khuơn 25 ~ 40 mm, khoảng cách giữa các phẩn mẫu 15 + 30 mm, giữa mẫu

va ống rĩt 25 + 40 mm

Đề chiều dày thành khuơn vỏ mỏng đồng đều, bộ mẫu phải đấm bảo tích và truyền nhiệt cho hỗn hợp khuơn đồng đêu Nghĩa là đường bao ngồi của vỏ khuơn (hay bao trong của vỏ lõi) là đường dẳng nhiệt, nĩi cách khác

chiều dày mẫu phải đồng đều 1.4.2 Đúc mẫu tự thiêu

1 Thực chất

Quá trình này dùng mẫu bằng polystyren, mẫu sẽ bị cháy vả bay hơi lên

trên khi tiếp xúc với kim loại lịng vào lịng khuơn Là một trong những quá trình

quan trọng để đúc kim loại đen và màu, đặc biệt trong cơng nghiệp ơtơ 2 Đặc điêm của quá trình đúc mẫu tự thiêu:

® Thao tác đơn giản vì khơng cần mặt phân khuơn, lõi, do đĩ thiết kế

Tỉnh hoạt

® Polystyren rẻ tiền và đễ dàng tạo mẫu phức tạp, kích thước khác

nhau, bỀ mặt nhẫn

®_ Vật đúc chỉ yêu câu làm sạch vả gia cơng tỉnh tỗi thiểu s_ Quá trình dễ dàng tự động hĩa và rất kinh tế nếu sản xuất lớn,

«+ _ Giá thành khuơn nhơm tạo mẫu đất

Vi polyme yéu cầu năng lượng phân hủy lớn, dịng kim loại bị nguội

nhanh bơn so với khuơn cát Điều này ảnh hưởng quan trọng đến cắu trúc tế vi và hướng kết tỉnh của kim loại

Các ứng dụng điển hình của quá trình này là đúc đầu xilanh, trục khuyu, cụm phanh, ống gĩp cho ơtơ và thân máy Đầu xilanh của ơtơ General

Motor Saturn cũng được làm theo quá trình này,

Phương án khác của quá trình đúc mẫu tự thiêu là mẫu polystyren được bọc bởi lớp vỏ ceramic Mau sẽ cháy trước khí rĩt kim loại lơng vào lịng khuơn Ưu điểm chính của nĩ so với đúc mẫu chảy dùng sáp là tránh hồn

tồn muội than lẫn vào kim loại

3 Các nguyên cơng

Ban đầu, người ta đỗ các hạt polystyren vào lịng khuơn tạo mẫu bang

nhơm đã được nung sơ bộ Polystyren nở ra chốn hết lịng khuơn tiếp tục

Trang 39

cấp nhiệt để làm nỏng chảy và liên kết các hạt lại Sau đĩ làm nguội rồi mở khuơn tạo mẫu và tháo mẫu polystyren rỗng ra Đối với các mẫu phức tạp

thì lâm từng phần rồi hàn lại

Phủ lên mẫu lớp huyền phù chịu nhiệt, sấy khơ rỗi đặt vào hịm khuơn Điền đầy hịm khuơn bằng cát mịn rời (h 1.32)

a)

Hình 1.32 Đúc mẫu tự thiêu

1 Phot polystyren, 2 Cit bao: 3, Vo 4 Kim loại lịng

Lớp cắt liên kết với các chất khác để tăng độ bền và giữ mẫu cổ định

Lên khuơn dân dần theo các cách khác nhau (bằng tay hoặc máy) Sau dĩ

khơng rủt mẫu mà rĩt thẳng kim loại lỏng vào lịng khuơn Ngay lập tức mẫu bị cháy và bay hoi trong hịm khuơn tạo nên lịng khuơn Các chất khí bị phân hủy thốt ra ngồi qua đậu hơi hoặc cắt

Van tée dong kim loại lỏng tùy thuộc vào tốc độ phân hủy polymer, ở

aợi tiếp xúc với mẫu vận tốc khoảng 0,1 ø⁄§ ~ Ì 0⁄3

1.4.3 Đúc trong khuơn mẫu chảy 1, Thực chất

Đây là một dạng đúc đặc biệt trong khuơn một lần bằng vật liệu dễ chảy Do khả năng chế tạo vật đúc chính xác nên cịn gọi là phượng pháp đúc chính xác Thực chất của đúc theo khuơn mẫu chảy tương tự với đúc

trong khuơn cát Nhưng cần phân biệt hai điểm sau đây

}) Lịng khuơn được tạo ra nhờ mẫu là vật liệu đễ chảy (sáp, chất dẻo) Do đồ việc lấy mẫu ra khỏi lịng khuơn thực hiện bằng cách nung chảy mẫu

hoặc hịa tan trong dung mơi, rồi rốt ra theo hệ thơng rĩt

¡ÿ) Khuơn được chế tạo bằng chất liệu đặc biệt nên chỉ cần chiều dày

nhỏ nhưng lại rất bền, thơng khí tốt, chịu nhiệt

Trang 40

2 Những đặc điểm của đúc theo khuơn mẫu chảy

+ Vật đúc cĩ độ chính xác cao nhờ lịng khuơn khơng phải lắp ráp theo

mặt phân khuơn, khơng cần chế tạo lõi riêng

«- Độ bĩng bễ mặt dam bao do lịng khuơn nhẫn, khơng cháy khuơn,

«Quá trình gồm nhiều cơng đoạn nên năng suất khơng cao Do v:

người ta thường phải cơ khí hố hoặc tự động hỏa quả trình sản xuất Đúc theo khuơn mẫu chảy (h 1.33) ding thich hợp đẻ chế tạo các vật đúc phúc tạp cĩ độ chính xĩc cao, các hợp kim cĩ nhiệt độ nĩng chảy cao với kim loại quý cần phải tiết kiêm Các chỉ tiết điển hình là bánh răng, bánh

cĩc, cam, van, đồ văn hĩa, mỹ nghệ trọng lượng từ 1 ø đến 35 #g, thậm

chí chỉ tiết cĩ đường kính tới Í,5 m trọng lượng tới 1100 4g đã được chế tạo thành cơng nhờ quá trình này,

Hình 1.33 Khuơn đúc chỗ tạo bằng mẫu cháy

1 Khuơn làm mẫu 2, Mẫu, 3 Gia nhuật; 4 Rỏi kim loại lơng,

Một phương án khác của quá trình đúc theo khuơn mẫu chảy là làm vỏ

bằng ceramic (gồm) để cho khuơn mẫu chịu được nhiệt và va đập thủy lực

khi rot