Các phương pháp và công nghệ đúc đặc biệt phần 1

2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Nguyễn Ngọc Hà CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2006 MỤC LỤC Lời nói đầu Chương ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 1.1 MỞ ĐẦU 1.2 ĐẶC ĐIỂM VỀ CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT KHI ĐÚC TRONG KHN KIM LOẠI 1.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC Q TRÌNH CO 1.4 KHUÔN KIM LOẠI 1.5 RUỘT CHO KHUÔN KIM LOẠI 1.6 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 1.7 MÁY ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 1.8 Ví dụ sử dụng khn kim loại để đúc piston hợp kim nhÔm Chương 70 ĐÚC ÁP LỰC 2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 2.2 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG 2.3 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA VIỆC ĐIỀN ĐẦY HỐC KHUÔN 2.4 CÁC ĐIỀU KIỆN VỀ NHIỆT CỦA SỰ HÌNH THÀNH VẬT ĐÚC 2.5 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC 2.6 MÁY ĐÚC ÁP LỰC 2.7 MỘT SỐ DẠNG KHÁC CỦA CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC Chương ĐÚC LY TÂM 3.1 MỞ ĐẦU 3.2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ THỦY LỰC CỦA QUÁ TRÌNH ĐÚC LY TÂM 3.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ Q TRÌNH ĐƠNG ĐẶC CỦA VẬT 123 123 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 ĐÚC LY TÂM MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC LY TÂM MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ĐÚC LY TÂM CỤ THỂ KHUYẾT TẬT VẬT ĐÚC KHI ĐÚC LY TÂM ĐÚC BÁN LY TÂM (Semi-Centralfugal) Máy đúc ly tâm Chương ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT NƯỚC THỦY TINH 155 155 4.1 MỞ ĐẦU 4.2 NƯỚC THỦY TINH 4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO KHUÔN VÀ RUỘT BẰNG HỖN HỢP CÁT - NƯỚC THỦY TINH 4.4 TÁI SINH HỖN HỢP CÁT - NƯỚC THỦY TINH Chương ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT - NHỰA 186 186 5.1 MỞ ĐẦU 5.2 VẬT LIỆU LÀM KHUÔN CÁT NHỰA 5.3 ĐÚC TRONG KHN CÁT NHỰA ĐƠNG RẮN NĨNG 5.4 ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT NHỰA ĐÔNG RẮN NGUỘI 5.5 CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP CÁT - NHỰA 5.6 THIẾT BỊ ĐỂ LÀM KHUÔN VÀ RUỘT CÁT NHỰA Chương ĐÚC TRONG KHUÔN MẪU CHẢY 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 231 231 BẢN CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MẪU VẬT LIỆU CHẾ TẠO KHUÔN GỐM PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO KHUÔN MẪU CHẢY LÀM SẠCH VẬT ĐÚC Chương ĐÚC TRONG KHN MẪU HĨA KHÍ 247 247 7.1 MỞ ĐẦU 7.2 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHN MẪU HĨA KHÍ 7.3 THIẾT BỊ DÙNG TRONG CƠNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHN MẪU HĨA KHÍ Chương 260 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 260 8.1 ĐÚC LIÊN TỤC 8.2 ĐÚC TRONG KHUÔN MÀNG MỎNG - CHÂN KHÔNG 8.3 ĐÚC HÚT CHÂN KHÔNG 8.4 ĐÚC DẬP LỎNG 8.5 ĐÚC TRONG KHUÔN TỪ Tài liệu tham khảo 282 Lời nói đầu Sản xuất đúc ngành quan trọng công nghiệp chế tạo máy So với phương pháp gia cơng tạo hình sản phẩm khác, đúc có nhiều lợi Đúc có suất cao gia cơng cắt, sản xuất loạt lớn Đúc tạo chi tiết có hình dạng phức tạp nhiều trường hợp đúc giải pháp Đúc áp dụng cho kim loại hợp kim Bằng phương pháp đúc tạo chi tiết bé (vài chục gram) đến chi tiết lớn (hàng ngàn tấn) Trước đây, sử dụng khuôn cát - sét thông thường, khó chế tạo vật đúc chất lượng cao Vì thế, phương pháp cơng nghệ đúc dùng hỗn hợp có chất lượng cao để làm khn dùng khn kim loại có gia cơng bề mặt nhẵn bóng mang tên phương pháp đặc biệt Có thể chia phương pháp đúc đặc biệt thành hai nhóm chính: - Nhóm 1: sử dụng vật liệu chịu nóng để chế tạo khn Thơng thường khn dùng lần, tạo vật đúc có độ bóng bề mặt độ xác cao: khn vỏ mỏng, khn mẫu chảy, khn mẫu hóa khí - Nhóm 2: sử dụng khn kim loại, sử dụng nhiều lần, vật đúc có chất lượng cao Bao gồm phương pháp: đúc khuôn kim loại tĩnh, đúc áp lực, đúc ly tâm, đúc liên tục Ở nước ta, sau thời gian dài trì trệ: cơng nghệ lạc hậu, trang thiết bị sản xuất mức khí hóa tự động hóa thấp, nhiễm môi trường nghiêm trọng, ngành đúc bước vào giai đoạn phát triển với nhu cầu lớn trang bị phương pháp công nghệ đúc đặc biệt CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT biên soạn nhằm phục vụ công tác giảng dạy học tập mơn học có liên quan đến công nghệ đúc, phù hợp với nội dung giảng dạy Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TPHCM Sách gồm chương: Chương 1: Đúc khuôn kim loại Chương 2: Đúc áp lực Chương 3: Đúc ly tâm Chương 4: Đúc khuôn cát – nước thủy tinh Chương 5: Đúc khuôn cát - nhựa Chương 6: Đúc khuôn mẫu chảy Chương 7: Đúc khn mẫu hóa khí Chương 8: Các phương pháp công nghệ đúc đặc biệt khác Do lần biên soạn sách nên khơng tránh khỏi sai sót, mong góp ý đồng nghiệp quý độc giả Tác giả xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TPHCM, phịng, ban, ngành có liên quan đồng nghiệp hỗ trợ để xuất sách Thư góp ý xin gởi Bộ mơn Công nghệ Vật liệu kim loại hợp kim, Khoa Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Đại học Quốc gia TPHCM Địa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, Q.10 ĐT: 08-8661320 TS Nguyễn Ngọc Hà CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC Chương ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 1.1 MỞ ĐẦU Sự phát triển sản xuất đúc gắn liền với hoàn thiện loại khn đúc có phát minh loại khuôn đúc Một phương pháp đúc đặc biệt đúc khuôn kim loại tĩnh hay cịn gọi đúc khn kim loại tác dụng trọng trường (thường gọi tắt đúc khuôn kim loại) Đúc khuôn kim loại cho phép giải vấn đề nâng cao hiệu chất lượng vật đúc, chẳng hạn, mức độ định, cho phép điều chỉnh tính vật đúc Bản chất phương pháp khuôn đúc kim loại sử dụng nhiều lần thay cho khuôn cát sử dụng lần, cịn ruột ruột cát ruột kim loại Kim loại điền đầy khuôn tác dụng lực trọng trường (khác với đúc áp lực: kim loại điền đầy khuôn với tác động áp lực) Hiện nay, sản lượng vật đúc đúc phương pháp đúc chiếm khoảng 30% tổng sản lượng vật đúc đúc phương pháp đặc biệt (đứng hàng thứ hai sau phương pháp đúc áp lực) 1.1.1 Đặc điểm hình thành vật đúc khn kim loại Sự hình thành vật đúc khn kim loại có đặc trưng khác hẳn so với đúc khuôn cát Cụ thể: - Sự điền đầy khuôn, đông đặc làm nguội vật đúc xảy với trao đổi nhiệt mạnh mẽ khn vật đúc, vật đúc nguội nhanh nhiều so với khuôn cát Do nguội nhanh, vật đúc có tính cao hơn, 10 CHƯƠNG phải ý đến khả gia tăng ứng suất vật đúc việc biến trắng vật đúc gang - Khn kim loại khơng có khả thơng khí, phải bảo đảm việc khí chọn kết cấu khn, bố trí vật đúc khn, cách dẫn kim loại vào khuôn - Khuôn kim loại không chịu lún, cản co mạnh, dễ tạo ứng suất vật đúc, làm vật đúc dễ cong vênh, nứt, khó lấy khỏi khn 1.1.2 Ưu nhược điểm q trình đúc khn kim loại 1- Ưu điểm - Độ xác độ bóng bề mặt vật đúc cao, lượng dư gia cơng thấp (giảm 2÷ lần so với đúc khuôn cát - sét) Trong số trường hợp không cần không nên gia cơng bề mặt vật đúc có khả chịu mài mòn chống ăn mòn tốt - Vật đúc có tổ chức sít chặt, tính cao (tăng 10÷ 30% so với đúc khn cát) - Giảm đáng kể lượng hỗn hợp làm khuôn ruột sử dụng, nhiều trường hợp hồn tồn khơng sử dụng chúng Chính trang thiết bị cần thiết cho phương pháp đúc nhiều so với phương pháp đúc khuôn cát - Đặc điểm tương tác khuôn kim loại vật đúc ổn định so với khuôn cát, giảm yếu tố chủ quan khách quan gây phế phẩm vật đúc - Năng suất cao (tăng 2÷ lần so với đúc khn cát - sét) - Dễ khí hóa, tự động hóa khâu làm khuôn, ráp khuôn, phá khuôn bị loại bỏ - Giá thành sản phẩm giảm sản lượng đúc phù hợp - Giảm diện tích sản xuất - Khơng địi hỏi tay nghề thợ cao - Giảm nhiễm môi trường so với đúc khuôn cát hệ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 11 2- Nhược điểm - Thời gian chuẩn bị sản xuất dài - Yêu cầu tổ chức quản lý kỹ thuật chặt chẽ - Giá thành khuôn kim loại cao, độ bền khuôn bị hạn chế, đặc biệt đúc thép - Không hiệu sản xuất nhỏ - Tốc độ nguội khn lớn, khó đúc vật đúc thành mỏng, dễ biến trắng đúc gang - Ứng suất vật đúc lớn cản co khuôn kim loại - Khó đúc vật đúc có hốc sâu, có phần lồi, gân (thường phải dùng ruột miếng rời hỗn hợp cát) Phải dùng nhiều ruột đúc vật đúc phức tạp 1.1.3 Phạm vi sử dụng Do đặc điểm nêu, lĩnh vực sử dụng có hiệu phương pháp đúc khuôn kim loại là: - Các vật đúc có kết cấu khơng q phức tạp, có thành khơng q mỏng, khơng gia cơng - Các vật đúc địi hỏi tổ chức sít chặt - Các vật đúc gang yêu cầu có lớp biến trắng bề mặt - Các vật đúc hợp kim màu dễ chảy - Các vật đúc thép có hình dạng đơn giản có thành dày ≥ 6÷ 10mm Việc đúc khuôn kim loại đạt hiệu kinh tế sản xuất hàng loạt trở lên, vật đúc nhỏ phải 400÷ 500 cái, vật đúc lớn 50÷ 150 Phương pháp đúc vật đúc nặng từ vài lạng đến vài chục kg (đôi đúc vật đúc đơn giản nặng đến vài tạ) CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 171 - Độ nhẵn khuôn ruột không cao Hóa bền cách thổi lên bề mặt khn (H.4.12) - Sử dụng để hóa bền cho khn đúc vừa nhỏ - Phần làm việc ống thổi khoan lỗ nhỏ đường kính 1÷ 1,5mm - Khi thổi CO2, ống thổi di chuyển qua lại với vận tốc 3÷ m/phút - Ống thổi nối liền với bình CO ống dẫn mềm - Chiều dày lớp hóa bền ≈ 100mm - Những khn khó thổi dùng ống dị hình để thổi Hình 4.12 Dùng ống thổi khí Hình 4.13 Sơ đồ thổi khí CO2 CO2 lên bề mặt khn qua đậu rót Hóa bền cách thổi vào đậu rót (H.4.13) Nên dùng hỗn hợp có độ bền trạng thái tươi cao để tránh khuôn bị biến dạng thổi d) Thành phần hỗn hợp làm khuôn Bảng 4.3 Thành phần hỗn hợp cát mặt cát - nước thủy tinh - CO cho khuôn đúc thép Thành phần hỗn hợp, % khối lượng Hỗn Nước Tổng Vật đúc hợp Cát Sét thủy Dầu lượng NaOH sử mới tinh mazut sét dụng cacbonat CO16A, 0,5Nhỏ 50 C016B 4-8 5-7 1,5 50 172 CHƯƠNG Trung bình Lớn 25 - C016A 75 C02A 100 Bột crôm manhêit 100 69 Dưới Dưới 2-3 - 7,0 1,0 0,5 6,5-7,5 1,0 0,20,3 Rất lớn (khối lượng 7,5 5000kg, thành dày) Thông dụng 30 5,2 1,1 0,6 Chú ý: - Nếu sử dụng nước thủy tinh sunfat lượng sử dụng tăng 15% - Sử dụng nước thủy tinh có mơ đun 2,6÷ 2,8 3- Một số vấn đề cần lưu ý dùng khí CO2 - Trong sản xuất nhỏ, thường sử dụng bình CO tích 40 lít, áp suất 60atm, khối lượng khí 30kg Phải sử dụng giảm áp có đồng hồ nối với ống cao su mềm - Khi dùng khí CO2 liên tục tuyết bám đầy giảm áp, đơi làm tắt khí Vì nên dùng nhiều bình khí CO nối với qua góp chung Các bình nối với góp qua van giảm áp (H.4.14) - Để tiết kiệm khí CO2 nên trộn lẫn khí CO2 với khơng khí - Bình phải đặt thẳng đứng ngăn chắn có hàng rào bảo vệ Cũng đặt bình giá xe - Để bình xa nguồn nhiệt, thiết bị hàn 173 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 1- Bình chứa CO2 2, 5- Van 3- Ống dẫn 4- Bộ giảm áp đồng hồ đo áp Hình 4.14 Nối bình CO2 qua góp chung 4.3.2 Hỗn hợp cát - nước thủy tinh hóa bền cách nung sấy hong khơ 1- Hong khô khuôn tự nhiên Nếu hong khô khuôn tự nhiên (thực chất trình làm nước): - Đối với khuôn nhỏ, sau làm khuôn xong, lấy mẫu ra, sau 0,5÷ h ráp khn rót - Đối với khn vừa lớn, sau làm khn xong, lấy mẫu ra, sau 12÷ 24 h ráp khn rót 2- Nung sấy Đối với khn lớn, dùng mỏ đốt để nung sấy Cũng dùng chụp để nung sấy (H.4.15) Sau làm khuôn xong, lấy mẫu ra, đặt chụp kim loại lên nửa khn Trong chụp có ngăn hình để phân phối khí nóng từ lị sấy di động từ đường ống dẫn khí nóng Nếu nhiệt độ khơng khí nóng đạt 200÷ 250oC thời gian sấy cần 5÷ 10 phút chiều dày lớp hóa bền đạt 12÷ 30mm 174 CHƯƠNG Hình 4.15 Dùng chụp để sấy khn Hình 4.16 Thổi gió nóng vào khn qua đậu rót Cũng dùng khí nóng để thổi vào đậu rót để sấy (H.4.16) Sau hóa bền cách hong khô sấy, tiến hành sơn khuôn sau phải sấy tiếp lần 4.3.3 Hỗn hợp cát - nước thủy tinh hóa bền phụ gia 1- Các chất hóa bền Ngồi khí CO2, hóa bền hỗn hợp cát - nước thủy tinh chất thể rắn như: loại bột ferrô silic, silico - canxi, disilicat - canxi, xỉ luyện gang, xỉ luyện ferrô crôm, xi măng, nephelin, muối Na2SiF6 Cũng chất đơng rắn dạng lỏng este hữu Disilicat - canxi (ký hiệu C 2S) sản phẩm tạo cách nung CaO với SiO2 theo tỷ lệ xác định 1300oC Xỉ luyện gang tạo q trình luyện gang Thành phần hóa học xỉ dao động giới hạn rộng (phụ thuộc vào thành phần quặng cốc): 30÷ 50% CaO; 5÷ 15% Al2O3; 28÷ 38% SiO2; 2÷ 3% MnO; 1÷ 3% FeO Xỉ luyện ferrô crôm xỉ tạo thành q trình luyện ferrơ crơm phương phương nhiệt silico Xỉ có thành phần hóa học: 48÷ 55% CaO; 21÷ 29% SiO2; 0,5÷ 3% FeO; 6÷ 10% CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 175 MgO; 5÷ 12% Al2O3; 3÷ 4% Cr2O3 Xi măng dùng làm chất đông rắn thường xi măng pooclang mác P300 Vật liệu để chế tạo xi măng thường đá vôi, đất sét chất trợ dung Thành phần hóa học xi măng pooclanh: 59÷ 67% CaO; 16÷ 26% SiO2; 4÷ 8% Al2O3; 2÷ 5% FeO; 0,3÷ 5% MgO; 0,4÷ 0,9% K2O; 0,2÷ 0,5% Na2O; 0÷ 1% P2O5 Thành phần khống xi măng: 40÷ 60% 3CaO.SiO2; 15÷ 35% 2CaO.SiO2; 4÷ 14% 3CaO.Al2O3; 10÷ 18% 4CaO.Al2O3.Fe2O3 Nephelin chất thải q trình sản xuất bơcxit từ quặng nephelin Thành phần hóa học nephelin: 54÷ 56% CaO; 29÷ 30% SiO2; 3÷ 3,5 Al2O3; 2,9÷ 3% Fe2O3; 2,3÷ 3% Na2O + K2O Các este hữu bao gồm: momoaxetin (CH3COOCH2(HOCH2)2), diaxetin ((CH3COOCH2) HOCH) Lượng dùng este từ 5÷ 10% so với lượng nước thủy tinh 2- Hóa bền phụ gia giàu silic Đây gọi phương pháp N phát minh Takyo Nishiyama vào năm 1962 Đây hỗn hợp làm khuôn dạng rời rạc tự đông rắn gồm cát thạch anh sạch, khô, nguội; nước thủy tinh có khối lượng riêng ρ = 1,48÷ 1,52kg/dm3; mơ đun M = 2,0÷ 2,5; lượng dùng 3,5÷ 6,0%; bột ferrơ silic silicocalci mịn cỡ hạt 006 có hàm lượng silic cao, lượng dùng 1÷ 3% Phản ứng hóa học nước thủy tinh chất chứa silic tạo khí hydro tỏa nhiệt Chính nhiệt sinh làm bốc phần ẩm hỗn hợp Ferro silic dùng loại 75 95% a) Hỗn hợp công nghệ Hỗn hợp Dưới trình bày số thành phần (% khối lượng) hỗn hợp cát - nước thủy tinh tự đông rắn chất chứa silic dùng phổ biến Cộng hòa Liên bang Nga: - 91,5 cát thạch anh + 6,5 nước thủy tinh (M = 2,0; ρ = 1,3kg/dm3) + FeSi 75 176 CHƯƠNG - 92,5÷ 94,5 cát thạch anh + 4÷ nước thủy tinh (M = 2,1; ρ = 1,32÷ 1,40 kg/dm3) + 1,5 FeSi 75 - 4÷ nước thủy tinh (M = 2,0; ρ = 1,30kg/dm3) + 1÷ FeSi 75 + cát thạch anh (cịn lại) - 3,5÷ 5,5 nước thủy tinh (M = 2,0÷ 2,4; ρ = 1,48÷ 1,52kg/dm3) + 1÷ FeSi 75 + cát thạch anh (cịn lại) Cơng nghệ Trộn trước cát nước thủy tinh Trước làm khuôn, ruột, cho bột ferrô silic silico calci vào, trộn nhanh đem sử dụng Thời gian đông rắn hỗn hợp từ 10 phút đến giờ, phụ thuộc yếu tố: - Chiều dày thành khuôn, ruột - Thành phần chất xúc tác lượng sử dụng - Độ mịn bột ferrô silic (hoặc silicocanxi) - Nhiệt độ độ ẩm môi trường b) Ưu điểm - Không cần đầu tư vào dụng cụ thổi CO 2, khơng tốn khí CO2; - Hỗn hợp có tính chảy cao, khả in hình tốt, khn có độ xác cao - Độ bền khuôn, ruột cao so với phương pháp cát nước thủy tinh - khí CO2 - Hỗn hợp sinh khí đúc, rót c) Nhược điểm - Tuổi xuân hỗn hợp ngắn - Độ bền sau rót khn khn, ruột cao so với phương pháp cát - nước thủy tinh - khí CO nên khó phá khn, ruột - Ferrơ silic, silicocanxi đắt tiền - Khí hydro sinh dễ gây nổ, thường xuyên phải dùng lửa hơ bề mặt khn để đốt cháy khí hydro 3- Hóa bền chất phụ gia giàu ơxit canxi Đây gọi phương pháp kiềm hay phương pháp A CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 177 (A: Alkali) Đây hỗn hợp làm khuôn dạng rời rạc tự đông rắn a) Hỗn hợp công nghệ Hỗn hợp Hỗn hợp thường hóa bền chất phụ gia họ silicat có chứa ôxit canxi (CaO) Thành phần hỗn hợp: cát thạch anh có độ hạt vừa to, sạch, khơ + 6÷ 10% nước thủy tinh (có mơ đun M = 2,1÷ 2,2; khối lượng riêng 1,42÷ 1,50kg/dm3) + 2÷ 8% chất chứa oxit canxi (dicanxi silicat, xỉ luyện gang, xỉ luyện ferrô crôm, ximăng ) dạng bột khơ, mịn + 1÷ 1,5% nước Cơng nghệ Phương pháp chuẩn bị hỗn hợp: trộn trước cát nước thủy tinh máy trộn lăn máy trộn cánh, thêm bột phụ gia vào, trộn thêm phút làm khuôn, ruột Thời gian đông rắn hỗn hợp từ 20 phút đến phụ thuộc vào: - Kích thước khn, ruột - Lượng ơxit canxi sử dụng - Độ mịn bột phụ gia - Nhiệt độ độ ẩm môi trường b) Ưu điểm - Giá thành rẽ - Độ bền khuôn vừa đủ, khơng q cao, dễ phá khn - Ít sinh khí c) Nhược điểm: Tuổi xuân hỗn hợp ngắn 4- Hỗn hợp cát - nước thủy tinh hóa bền este hữu Đây hỗn hợp làm khuôn dạng rời rạc tự đông rắn, phát minh vào năm 1960 Mỹ Thành phần hỗn hợp bao gồm: cát sạch, nguội khô; nước thủy tinh có mơ đun M = 2,4÷ 2,8; khối lượng riêng ρ = 1,48÷ 1,52kg/dm3 este Cơng nghệ chế tạo khuôn ruột hỗn hợp gọi công 178 CHƯƠNG nghệ este hay công nghệ esterol Cơng nghệ có đặc điểm: - Hỗn hợp có tính chảy cao - Dễ phá dỡ khn ruột (tương đương cát - nhựa) - Ít nhiễm mơi trường, không gây độc hại - Rẻ tiền Dưới trình bày số thành phần (% khối lượng) hỗn hợp cát - nước thủy tinh tự đông rắn este dùng phổ biến Cộng hòa Liên bang Nga: - 2,0÷ 4,5 nước thủy tinh (M = 2,5÷ 2,8; ρ = 1,48÷ 1,50kg/dm3) + 0,2÷ 0,5 este + cát (cịn lại) - 3,0÷ 4,0 nước thủy tinh (M = 2,4÷ 2,6; ρ = 1,48kg/dm3) + 0,3÷ 0,5 este + cát (còn lại) - 100 cát + nước thủy tinh (M = 2,7; ρ = 1,46÷ 1,48kg/dm3) + 0,17 este Dùng làm ruột đúc gang 5- Hỗn hợp cát - nước thủy tinh dẻo tự đông rắn Hỗn hợp cát - nước thủy tinh dẻo tự đông rắn phát minh năm 1960 Thụy Sĩ Đây loại hỗn hợp dùng phổ biến châu Âu Trong thành phần hỗn hợp, ngồi chất dính nước thủy tinh, chất phụ gia đông rắn xỉ luyện kim, xỉ luyện ferro crom, xi măng, disilicat canxi, người ta cho thêm bùn nephelin để tạo độ dẻo cần thiết cho hỗn hợp (ngồi ra, cịn đóng vai trị chất đơng rắn) Đặc điểm hỗn hợp: - Do hỗn hợp có tính dẻo nên độ bền tươi khn - Tính in hình tốt - Hỗn hợp sinh khí ít, độ thơng khí cao - Dễ phá dỡ khuôn hỗn hợp cát - sét - Ít nhiễm mơi trường, khơng gây độc hại - Rẻ tiền - Thời gian đông rắn từ phút đến Dưới trình bày số thành phần (% khối lượng) hỗn CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 179 hợp cát - nước thủy tinh dẻo tự đông rắn dùng phổ biến Cộng hòa Liên bang Nga: - (97,4 cát + 2,6 bùn nephelin) + 7,3 nước thủy tinh (M = 3,0÷ 3,2; ρ = 1,48kg/dm3) + 0,7 xút (ρ = 1,15÷ 1,25kg/dm3) Dùng làm khn ruột cho đúc thép - (97,5 cát silicat ziêccôn + 2,5 bùn nephelin) + 6,0÷ 7,0 nước thủy tinh (M = 3,0÷ 3,2; ρ = 1,45kg/dm3) + 0,7÷ 0,8 xút (ρ = 1,15÷ 1,25kg/dm3) Dùng làm khuôn để đúc vật đúc lớn thép cacbon, thép hợp kim - 90,3 cát + nước thủy tinh + bùn nephelin + 0,7 xút (ρ = 1,25kg/dm3) - 89 cát crommanhezit + nước thủy tinh + 3,3 bùn nephelin + 0,7 xút (ρ = 1,25kg/dm3) Dùng làm khuôn để đúc vật đúc lớn thép cacbon, thép hợp kim - Cát + 5÷ nước thủy tinh + 1,0÷ 1,5xỉ ferrocrom + 0,4÷ 0,8 xút (ρ = 1,3 kg/dm3)+ 4÷ sét + 2÷ 2,5 bột than - Cát + 7,0÷ 8,0 nước thủy tinh (M = 1,2÷ 2,0; ρ = 1,41÷ 1,45kg/dm3) + 6÷ xỉ lị cao + 0,5÷ 1,0 xút - Cát + 2,0÷ 3,0 nước thủy tinh (M = 2,8; ρ = 1,41÷ 1,50kg/dm ) + 1,0÷ 1,5 xi măng pooclan + 0,4÷ 0,5 dextrin +1 xút - Cát + 1,5÷ 2,5 nước thủy tinh (M = 2,8; ρ = 1,41÷ 1,50kg/dm ) + 0,8÷ 1,0 xi măng pooclan + 0,2÷ 0,3 dextrin + 0,8÷ 1,0 xút + 0,25 bột graphit 6- Hỗn hợp cát - nước thủy tinh chảy lỏng tự đông rắn Hỗn hợp cát - nước thủy tinh chảy lỏng tự đông rắn phát minh vào năm 1961 Liên Xô cũ Thực chất, hỗn hợp cát - nước thủy tinh lỏng dẻo tự cứng có thêm chất hoạt tính bề mặt Nước thủy tinh dùng hỗn hợp chảy lỏng tự đơng rắn u cầu có tỷ trọng thấp a) Chất hoạt tính bề mặt (chất tạo bọt) Mở đầu Để chuyển hỗn hợp làm khuôn từ trạng thái rời rạc sang trạng thái chuyển động lỏng cần phải cho vào hỗn hợp chất hoạt tính bề 180 CHƯƠNG mặt (chất tạo bọt) Chất hoạt tính bề mặt chất có khả hấp phụ lên bề mặt phân chia pha làm giảm lượng bề mặt tự chúng Các chất hoạt tính dùng làm chất tạo bọt cho hỗn hợp chảy lỏng phải đáp ứng yêu cầu vệ sinh cơng nghiệp, tạo cho hỗn hợp làm khn có tính cơng nghệ tốt, rẻ tiền, dễ tìm Phân tử chất hoạt tính bề mặt gồm hai phần: đầu gốc ưa nước để chất hoạt tính bề mặt dễ hòa tan nước, đầu gốc kị nước để trộn tạo nên bọt khí hỗn hợp làm cho hỗn hợp chuyển sang trạng thái chuyển động lỏng Khả tạo bọt chất hoạt tính bề mặt đánh giá theo thể tích chiều cao cột bọt tính ổn định bọt Độ ổn định bọt đánh giá tốc độ giảm chiều cao cột bọt, thời gian phá hủy bọt hoàn toàn, tỷ số chiều cao cột hỗn hợp tạo bọt sau để 10 phút so với chiều cao ban đầu Bên cạnh chất chất tạo bọt, khả tạo bọt phụ thuộc vào: - Nồng độ chất tạo bọt dung dịch - Hàm lượng dung dịch hoạt tính hỗn hợp Khi tăng hàm lượng chất tạo bọt, độ ổn định chất tạo bọt tăng dần đến giá trị cực đại sau giảm tiếp tục tăng hàm lượng chất tạo bọt - Chất dính - Hàm lượng nước hỗn hợp Phân loại ♦ Theo sản phẩm phân ly chất tạo bọt dung dịch - Các chất tạo bọt ion: Khi hòa tan nước phân li ion - Các chất tạo bọt khơng ion: bao gồm nhóm chất anion hoạt tính, cation hoạt tính, nhóm lưỡng thể  Theo chế tác dụng chất tạo bọt - Nhóm 1: chất hoạt tính bề mặt có hoạt tính bề mặt biên giới bề mặt phân chia lỏng - khí, không tạo nên cấu trúc keo lớp hấp phụ lẫn dung dịch; CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 181 - Nhóm 2: chất hoạt tính biên giới phân chia hai chất lỏng khơng hịa tan hai chất rắn, không tạo cấu trúc dung dịch lớp phân chia pha; - Nhóm 3: chất hoạt tính tạo cấu trúc dạng gel lớp hấp phụ dung dịch; - Nhóm 4: chất hoạt tính dùng cho tẩy rửa ♦ Theo nồng độ hạt mixen - Nhóm 1: chất hoạt tính bề mặt hỗn hợp chúng không tạo dung dịch keo chất hoạt tính tạo cấu trúc mixen nồng độ hạt mixen lớn 7÷ 10g/lít; - Nhóm 2: chất hoạt tính bề mặt hỗn hợp chúng tạo dung dịch keo nồng độ hạt mixen có giá trị từ 0,2 đến 7÷ 10g/lít; - Nhóm 3: chất hoạt tính bề mặt hỗn hợp chúng hòa tan nước nồng độ hạt mixen nhỏ 0,1÷ 0,2g/lít Các chất hoạt tính bề mặt có khả tạo bọt lớn chất hoạt tính anion: alkilsulphat, alkilarilsphonat, axit xà phòng naphten, axit béo tổng hợp có số ngun tử cacbon phân tử từ 5÷ 10 Các chất hoạt tính bề mặt cation có khả tạo bọt chất tạo bọt khơng ion chất tạo bọt trung bình Một số chất tạo bọt - Alkilsulphonat: tên thương mại sulphonat, chứa 12÷ 18 ngun tử cacbon, có cơng thức hóa học C nH2n+1 – SO3Na; - Alkilsulphat: tên thương mại Progres, công thức cấu tạo: R − C HOSO3Na | CH - Alkilarilsulphnat: muối alkillarilsulphatnatri, có cơng thức cấu tạo: 182 CHƯƠNG đó: R - gốc kị nước chứa 8÷ 12 nguyên tử cacbon - Chất hoạt tính petrov: hỗn hợp sản phẩm q trình sulphur hóa dầu chưng cất dầu khí với chất thải q trình tẩy kiềm chưng cất dầu mỏ, có gốc kị nước chứa 8÷ 20 ngun tử gốc`cacbon Cơng thức cấu tạo: b) Nguyên lý - Cho chất tạo bọt vào hỗn hợp cát - nước thủy tinh - chất phụ gia đông rắn: hỗn hợp cát có tính chất “chảy lỏng”; - Trộn xong, đem “rót” hỗn hợp vào khn hộp ruột Không cần thao tác đầm chặt, cần tác động rung; - Sau 15÷ 60 phút, tháo mẫu, hộp ruột; - Sau 4÷ 10 giờ, hỗn hợp đạt độ bền cao nhất: ráp khn rót c) Hỗn hợp Các chất phụ gia đơng rắn thường dùng: dicanxi silicat, xi măng pooclang, xỉ luyện gang, xỉ luyện ferrơ crơm Dưới trình bày số thành phần số hỗn hợp chảy lỏng tự đông rắn dùng Nga (%khối lượng): - (93 cát thạch anh + xỉ ferro crôm) + nước thủy tinh (M = 2,7÷ 2,8; ρ = 1,30÷ 1,32kg/dm3) + 0,05 chất tạo bọt - (96 cát thạch anh + xỉ ferro crôm) + nước thủy tinh (M = 2,7÷ 2,8; ρ = 1,30÷ 1,32kg/dm3) + 0,3 xút (ρ = 1,3kg/dm3) + 0,12 chất tạo bọt Dùng làm khuôn đúc thép - (94,6 cát thạch anh + xỉ ferro crôm + 1,4 bột than) + nước thủy tinh (M = 2,7÷ 2,8; ρ = 1,30÷ 1,32kg/dm3) + 0,3 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CƠNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 183 xút (ρ = 1,3kg/dm3) + 0,15 chất tạo bọt Dùng làm khuôn đúc gang - (95 cát thạch anh + xỉ ferro crôm) + nước thủy tinh (M = 2,7÷ 3,0; ρ = 1,32kg/dm3) + 0,10÷ 0,15 chất tạo bọt Dùng làm khuôn ruột đúc gang, thép - (96 cát thạch anh + xỉ ferro crôm) + 6,5 nước thủy tinh + 6,5 pek + 0,15÷ 0,20 chất tạo bọt, W = 5,2÷ - (97 cát thạch anh + nephelin) + 3,5÷ 4,5 nước thủy tinh (M = 2,6÷ 2,8; ρ = 1,48÷ 1,50kg/dm3) + 0,5 chất hoạt tính điểm tiếp xúc + 0,10÷ 0,15 xà phịng + 1,5÷ 2,0 nước Trình tự trộn hỗn hợp cát - nước thủy tinh chảy lỏng tự đông rắn: cát, nước, chất tạo bọt trộn trước, sau cho nước thủy tinh vào trộn tiếp cuối cho chất xúc tác đông rắn vào trộn thêm phút rót khn d) Đặc điểm Ưu điểm - Không cần đầm chặt khuôn mà cần rung lèn chặt với chế độ rung phù hợp - Dễ phá khuôn phương pháp làm khuôn hỗn hợp cát - nước thủy tinh khác - Dễ tái sinh hỗn hợp - Độ thơng khí khn tốt - Độ sinh khí hỗn hợp thấp - Khơng độc hại, nhiễm mơi trường - Giá thành khuôn rẻ - Phạm vi sử dụng rộng Nhược điểm - Độ bền khuôn sau đông rắn cao hỗn hợp cát sét khô chút - Hỗn hợp có độ rã cao: khó dùng sơn nước - Tuổi xuân hỗn hợp ngắn - Hỗn hợp dễ dính vào hộp ruột, mẫu Nên sơn hộp ruột, mẫu paraphin, silicon, nhựa polyurêthan 184 CHƯƠNG Ghi chú: Hiện hỗn hợp cát chảy lỏng mở rộng đến hỗn hợp làm khuôn sử dụng nhiều chất dính khác 4.4 TÁI SINH HỖN HỢP CÁT - NƯỚC THỦY TINH Một nhược điểm lớn trước làm hạn chế khả sử dụng hỗn hợp cát - nước thủy tinh khó tái sinh hỗn hợp sử dụng Tuy nhiên nhược điểm khắc phục Hiện có nhiều phương pháp xử lý hỗn hợp sử dụng Chúng tơi trình bày hai phương pháp phổ biến hiệu 4.4.1 Tái sinh phương pháp khí động học Hình 4.17 trình bày sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị Hình 4.17 Sơ đồ hệ thống thiết bị tái sinh hỗn hợp cát - nước thủy tinh phương pháp khí động Hệ thống bao gồm băng chuyền để tải hỗn hợp sử dụng, qua thiết bị tuyển từ dạng treo puli từ để loại bỏ phần tử kim loại sau vào thùng chứa hỗn hợp tuyển từ 4, kim loại vào thùng chứa Hỗn hợp cấp vào máy nghiền 6, sau qua băng tải vào gầu tải để chứa vào thùng chứa phía Từ thùng chứa, hỗn hợp qua cấu cấp 10 đưa vào thiết bị tái sinh khí động học 14 Trong thiết bị tái sinh, nhờ hệ thống cấp khí nén 11, hạt cát va đập chuyển động trượt thành xyclơn để bóc tách lớp vỏ silicat natri khỏi bề mặt Dưới tác động quạt hút cao áp 19, bụi theo đường ống qua cấu tách 17, hạt bụi có kích thước to vào thùng chứa 16 khơng khí bụi mịn vào ống lọc vải 18 Cát xử lý vào thiết bị sàng 13 sau vào băng tải 12 4.4.2 Tái sinh hỗn hợp cát - nước thủy tinh chảy lỏng tự đơng CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CƠNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 185 rắn Hình 4.18 trình bày sơ đồ nguyên lý phương pháp tái sinh hỗn hợp cát - nước thủy tinh chảy lỏng tự đông rắn Hình 4.18 Sơ đồ hệ thống thiết bị tái sinh hỗn hợp cát - nước thủy tinh chảy lỏng tự đông rắn Khuôn đúc phá dỡ thiết bị phá khuôn Hỗn hợp sử dụng qua sàng vào băng tải 2, sau tuyển từ thiết bị tuyển từ treo 3, tang từ Tiếp theo hỗn hợp sàng sơ thiết bị sàng 5, qua thiết bị nghiền 6, tuyển từ lần hai theo băng tải vào gầu tải để chuyển lên máy sàng lần hai cấp vào thùng chứa 10 Từ thùng chứa, hỗn hợp cấp xuống băng tải 11, qua gầu tải 12 vào thiết bị tái sinh 14 Trong thiết bị tái sinh, va đập nhiều lần, lớp màng silicat tách khỏi bề mặt hạt cát phân ly dịng khơng khí Số chu kỳ làm phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp cần xử lý Nguồn lượng chủ yếu cung cấp cho thiết bị tái sinh khơng khí Khơng khí đưa vào thiết bị tái sinh qua ống 16 Cát tái sinh vào băng tải 15 chuyển đến thùng lưu trữ Bụi (chiếm khoảng 7÷ 10% cát tái sinh) theo dịng khơng khí thu hồi theo hai giai đoạn Ở giai đoạn một, hỗn hợp bụi - khơng khí xử lý hệ thống xyclơn 17 với hiệu làm đạt 85÷ 87% Giai đoạn hai - qua túi vải với hiệu làm cuối đến 98% Nguồn lượng cung cấp cho hệ thống xử lý bụi quạt hút cao áp 19 qua hệ ống hút 20 Bụi lắng đọng thùng 21, trước đưa đến thùng chứa cấu tải hở, làm ẩm nhờ thiết bị làm ẩm 22 ... nghiêm trọng, ngành đúc bước vào giai đoạn phát triển với nhu cầu lớn trang bị phương pháp công nghệ đúc đặc biệt CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT biên soạn nhằm phục vụ công tác giảng dạy... TRÌNH CƠNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHN MẪU HĨA KHÍ 7.3 THIẾT BỊ DÙNG TRONG CÔNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHUÔN MẪU HĨA KHÍ Chương 260 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 260 8.1 ĐÚC LIÊN TỤC 8.2 ĐÚC TRONG... sản lượng vật đúc đúc phương pháp đúc chiếm khoảng 30% tổng sản lượng vật đúc đúc phương pháp đặc biệt (đứng hàng thứ hai sau phương pháp đúc áp lực) 1.1.1 Đặc điểm hình thành vật đúc khn kim loại