PHANI
CAC PHUONG PHAP CHE TAO PHOI
PHAN A- CHE TAO PHOI BANG PHUONG PHAP DUC
CHUONG I
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SẢN XUẤT DUC 1.1 THUC CHAT DAC DIEM CUA SAN XUAT DUC
Đúc là phương pháp chế tạo chỉ tiết bằng rót kim loại lỏng vào khn có hình dạng nhất định Sau khi kim loại đông đặc trong khuôn ta thu được vật phẩm có hình dạng kích thước phù hợp với yêu cầu Vật phẩm đúc ra có thể đem dùng ngay được gọi là chi tiết đúc Nếu vật phẩm qua gia công cơ để nâng cao độ bóng, độ chính xác gọi là phôi đúc
Đúc trong khuôn cát được dùng khá phổ biến bởi vì nó đơn giản, rẻ tiền nhưng khuôn chỉ dùng một lần, độ bóng chính xác thấp Ngày nay người ta còn dùng phương pháp đúc đặc biệt như: đúc trong khuôn kim loại, đúc dưới áp lực, đúc ly tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc liên tục nhằm nâng cao độ bóng, độ chính xác và nâng cao năng suất
Vi du: Dic dưới áp lực đạt độ bóng Về độ chính xác đến 0,Ø75mm Đặc điểm của sản xuất đúc có những ưu nhược điểm chủ yếu sau: Về ưu điểm:
- Đúc có thể đúc nhiều loại vật liệu khác nhau, thường là gang, thép, kim loại màu và hợp kim của chúng Khối lượng từ vài gam đến hàng tấn
- Chế tạo được vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp như thân máy công cụ, vỏ động cơ, tượng v.v mà các phương pháp khác chế tạo khó khăn hoặc khơng chế
tạo được
- Độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bóng có thể đạt khá cao nếu
dùng phương pháp đúc đặc biệt (ví dụ chính xác có thể đạt được dung sai 0,001mm
và độ bóng V 7+~vV 8)
- Có thể đúc nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc hoặc cơ tính mặt ngoài và bên trong vật đúc khác nhau v.v
- Đúc có khả năng cơ khí hố và tự động hố
- Vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất tương đối cao cho nên giá thành vật đúc tương đối rẻ m"
Trang 2Vé nhuoc diém:
- Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót Ví dụ đúc nhôm, hợp kim
nhôm lượng kim loại hao phí đến 25% so với vật đúc
- Đúc dễ gây ra khuyết tật như thiếu hụt, rỗ khí, cháy cát v.v làm cho tỷ lệ phế phẩm có khi khá cao
- Đúc trong khuôn cát và làm khuôn bằng tay thì độ chính xác, độ bóng và năng
.suất thấp Ví dụ đúc trong khuôn cát và làm khn bằng tay đạt chính xác 2mm Độ
bóng V3
- Khó kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc
Đúc phát triển mạnh mẽ và được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp
Khối lượng vật đúc chiếm khoảng 40 — 80% tổng khối lượng của máy móc Trong
ngành chế tạo máy khối lượng vật đúc chiếm 85 — 90% mà giá thành chỉ chiếm 20 — 25% Trong nhiều ngành ôtô, máy kéo, máy bơm, máy nén, động cơ điện khối lượng vật đúc chiếm 75 — 80%
1.2 KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT
Đúc trong khuôn cát là phương pháp đúc thực hiện bằng cách rét hop kim long đúc vào khuôn làm bằng cát (hỗn hợp làm khuôn gồm cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ ) có hình dạng, kích thước nhất định, sau khi hợp kim đúc đông đặc và nguội ta tháo dỡ khuôn lấy vật phẩm đúc có hình dạng kích thước hợp lý
Đúc trong khuôn cát là phương pháp đúc được sử dụng phổ biến nhất hiện nay vì phương pháp đúc này yêu cầu đơn giản, tính chất sản xuất linh hoat 1 nén pht hop được với mọi quy mô va điều kiện sản xuất
Ngoài đặc điểm chung của phường pháp đúc trong khn cát nó cịn có nhược điểm: - Độ bóng bề mặt vật đúc thấp, độ chính xác về kích thước thấp Sai số kích thước có thể đạt tới 2mm hoặc lớn hơn
- Năng suất thấp vì mỗi khn chỉ đúc được một lần
1.2.1 SO DO QUA TRINH SAN XUẤT ĐÚC
Quá trình sản xuất đúc được mô tả bang so đồ sau (hình 1.1)
1.2.2 VÍ DỤ (hình1 2)
Muốn đúc 1 chỉ tiết ống nối:
- lrước hết phòng kỹ thuật phải căn cứ vào bản vẽ chỉ tiết (hình 2a) để thiết kế
bản vẽ vật đúc (hình 2b)
- Bản vẽ vật đúc khác bản vẽ chi tiết ở chỗ có thêm ký hiệu mặt phân khuôn (để xác định vị trí vật đúc trong khuôn), lõi, độ đốc đúc và các kích thước tương ứng trên bản vẽ có cộng thêm cả lượng dư gia công cơ và dung sai đúc (sai số cho phép về kích thước của vật đúc)
- Bản vẽ vật đúc từ đó người ta vẽ bản mẫu và chuyển đến bộ phận mộc mẫu để
chế tạo mẫu (hình 2c) và hộp lõi (hình 2đ),lõi (hình 2e)
Trang 3BO phan ky thuat Vv Chế tạo bộ mẫu Chế " hợp làm | Chế tạo hỗn hợp làm uôn Ol Nau lối kim L Ỷ loai : Làm khuôn ‹ : > Làm lõi Ỳ | \
Sấy khuôn - Sấy lõi
vị
Lắp khuôn và rót
kim loại vào khn [$ | Ỳ
Dỡ khuôn lấy vật Phá lõi khỏi.vật Lầm sạch Kiểm đúc > đúc > vật đúc *”!-_ nghiệm
Hình 1.1 Sơ đồ guá trình sản xuất đúc
Mẫu tạo ra lịng khn đúc tức là hình dáng bên ngồi vật đúc, còn lõi được chế tạo từ hộp lõi, lõi tạo ra hình dáng bên trong của vật đúc
Đối với vật đúc có hình dạng phức tạp thì mẫu và hộp lõi thường được làm hai nửa và lắp ghép với nhau bằng các chốt định vị, hoặc được làm từ nhiều mảnh ghép
lại với nhau thành mẫu và hộp lõi :
Mẫu được chuyển sang bộ phận làm khuôn, tại đây người ta dùng mẫu và hỗn -
hợp làm khuôn để chế tạo ra khuôn
| Khuôn thường được làm thành hai nửa (hình 2f) Dé dẫn kim loại lỏng vào khuôn phải dùng hệ thống rót: cốc rót 2, ống rót 3, rãnh lọc xỉ 4, rãnh dẫn 5 (hình 20)
Hộp lõi được chuyển đến bộ phận làm lõi và tại đây người ta dùng hỗn hợp làm lõi để chế tạo ra lõi
Khuôn và lõi được đem sấy khô rồi lắp ráp lại với nhau thành khuôn đúc và kim loại mỏng được rót vào phếu rót rồi theo hệ thống rót đi vào lịng khn
Trang 4Boom vị a) b) lõi “ + L | ->k*+eCk©- Ð ~~ pot > [Sh — {je z [ h
c) Hộp lõi hai nửa lối cát e) VF, ZN N2 NS NY N 3 ờ ⁄ ` ⁄ J - LT f) Hinh 1.2
13, DAC DIEM CUA PHOI DUC TRONG CHE TAO MAY
Trong ché tao may thường dùng các loại phôi đúc, rèn dập, cán, hàn nhưng phôi đúc chiếm tỷ lệ lớn hơn cả Bởi vì chỉ có đúc mới tạo được phơi có hình dạng phức tạp, kích thước trọng lượng lớn, mà phơi đó trong chế tạo máy rất cần như các thân của máy công cụ (máy tiện, máy khoan, máy doa, máy bào, máy dọc, máy phay, máy mài ) các bánh răng
- Khi chi tiết phức tạp khối lượng lớn thì người ta đúc trong khuôn cát để tạo phôi
_.~ Khi chi tiết cần cơ tính cao, độ chính xác kích thước (0,3 — 0,6mm) phôi được
chế tạo bằng phương pháp đúc trong khuôn kim loại
- Khi chi tiết có dạng trịn xoay như phơi chế tạo xéc măng, bạc người ta
dùng phương pháp đúc ly tâm
- Những chi tiết nhỏ yêu cầu độ chính xác cao, hình dạng phức tạp thì phơi được tạo ra bằng phương pháp đúc trong khuôn vỏ mỏng, khuôn mẫu chảy, đúc dưới áp lực
Trang 5CHUONG II
DUC TRONG KHUON CAT
2.1 CẤU TẠO VA CAC BO PHAN CO BAN CUA KHUON DUC |
2.1.1 SƠ ĐỒ CẤU TẠO KHN ĐÚC BẰNG CÁT
Khn đúc bằng cát có cấu tạo như hình vẽ (hình 2.1)
Ý N TẤN X9 A “Á ` ⁄ F4 WV Z1 ` " ý ⁄ ⁄ AN T1 ON ⁄ L NG Hinh 2.1
1 Khuôn trên; 2 Lịng khn; 3 Hệ thống rót; 4, 5 Đậu ngót (đậu hơi); 6 Lõi;
7 Khn dưới; § Hịm khn dưới; 9 Hịm khn trên; 1Ơ Mặt phân khn
2.1.2 CAC BO PHAN CO BAN CUA KHUON DUC
a) Hòm khuôn
Dùng để chứa khuôn (hỗn hợp làm khuôn) thông thường gồm hai hịm khn:
Hịm khn trên và hịm khn dưới, cũng có thê là ba hoặc nhiều hịm khn tuỳ
thuộc vào mức độ phức tạp của vật đúc Hỗn hợp chứa trong hòm khuôn là cát, đất sét, chất phụ, chất dính kết người ta gọi là hỗn hợp làm khn
b) Lịng khn
Lịng khuôn là phần không gian rỗng trong khn, nó được tạo ra bởi mẫu Hình dáng kích thước của lịng khn giống như hình dáng kích thước của vật đúc và mẫu (trừ phần tại gối mẫu)
Trang 6c) Hệ thống rót
Hệ thống rót là hệ thống dẫn kưn loại từ thùng rốt vào lòng khn (hình 2.2)
Hệ thống rót là bộ phận quan trọng của khn Hệ thống rót có kết cấu hợp lý và được bố trí ở vị trí thích
hợp trong khn, sẽ đảm bảo cho vật
.đúc chất lượng tốt, tỷ lệ phế phẩm ít
đồng thời cũng giảm được lượng hao phí hợp kim đúc cho hệ thống rót
Một hệ thống rót có kết cấu hợp lý và có vị trí thích hợp trong khn thì -
phải đạt được các yêu cầu sau: 1 Dòng kim loại chảy vào khuôn :
phải liên tục và êm khơng tạo ra dịng _ Hình 2.2
may xốy (tránh sây nt lở hệ thống 7 Cøc ;ðy; 2 Ống rót; 3 Rãnh lọc xỉ;
rót, lịng khuôn và lõi) và không có TU cư, —
hiện tượng phun bắn 4 Rãnh dân; 5, 6 Đậu ngót
2 Phải giữ lại được xỉ và tạp chất trong hệ thống rót, khơng cho chảy vào
khuôn
3 Phải đảm bảo tồn bộ lịng khn được điền đầy hợp kim đúc, để vật đúc không bị thiếu hụt _
— Để đảm bảo được các yêu cầu trên khi bố trí hệ thống rót trong khn phải chú ý một số nguyên tắc sau đây: |
- Không đặt rãnh dẫn ngay dưới ống rót
- Khơng được đặt rãnh dẫn ở mép tận cùng của rãnh lọc xi Hệ thống rót bao gồm cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỉ và rãnh dẫn * Cốc rot
Cốc rót là nơi chứa kim loại lỏng từ thùng rót trước khi chảy vào ống rót, giảm lực xung của dòng kim loại lỏng đi vào khuôn
Cốc rót có nhiều loại (hình 2.3) song chủ yếu có hai kiểu: Cốc rót hình phễu và cốc rót hình chậu
- Cốc rót hình phêu (hình 2.3a):
Kiểu cốc rót này kết cấu đơn giản, dễ chế tạo nhưng do thể tích nhỏ đáy có dạng hình phễu, làm cho dịng kim loại bị xoáy dễ cuốn theo khí và xỉ vào ống rót vì vậy kiểu cốc rót này chỉ dùng cho khuôn đúc cỡ nhỏ, yêu cầu chất lượng đúc khơng cao
- Cốc rót hình chậu (hình 2.3b):
Cốc rót hình chậu có cấu tạo như hình (2.3b) một bên sâu, một bên nông, khi
Trang 7tạp chất khi kim loại nhẹ bị dồn vào tâm xốy, khơng chảy vào ống rót, thể tích cốc rót hình chậu lớn, chứa được nhiều kim loại lỏng làm cho kim loại lỏng chảy vào Cốc '
rốt từ từ, êm ,
Trong qua trinh rót nếu đảm bảo kim loại lỏng đầy cốc, thì xi và tạp chất sẽ nổi
lên trên, không bị dòng kim loại cuốn vào ống rót
Cốc rót hình chậu có nhược điểm tốn kim loại đúc vì vậy thường dùng cho khuôn đúc lớn, yêu cầu chất lượng vật đúc cao
Ngoài hai kiểu cốc rót thơng dụng trên trường hop yêu cầu chất lượng vật đúc cao, hợp kim lỏng phải được lọc xỉ tốt thì có thể dùng các kiểu cốc rót đặc biệt
- Cốc rót có màng ngăn (hình 2.3c) Hình 2.3
Kiểu cốc rót này có màng ngăn xỉ làm bằng hỗn hợp làm khn, nên kiểu cốc rót này có tác dụng lọc xỉ tốt hon
- Cốc rót có màng lọc (hình 2.3d)
Kiểu cốc này có màng lọc ở đáy làm bằng hỗn hợp làm khuôn Trước khi rót
hợp kim lỏng vào cốc, trên màng lọc được đậy một tấm sắt tây mỏng Nhờ vậy khi rót
hợp kim lỏng vào tấm sắt tây chưa bị chảy ngay, hợp kim lỏng sẽ bị chứa đầy cốc tạo điều kiện xỉ nổi lên trên cho tới khi tấm sắt tây nóng chảy, hợp kim lỏng sẽ chảy qua màng lọc xuống ống rót đi vào lịng khn (trong q trình rót phải đảm bảo kim loại
lỏng trong cốc luôn đầy)
- Cốc rót có nút tự nổi: làm bằng hỗn hợp làm khuôn kiểu cốc rót này có tác
dụng giữ xỉ tốt (hình 2.3e)
Trang 8Trước khi rót nút day kin miệng ống rót Sau khi rót nút vẫn đậy kín cho tới khi hợp kim lỏng trong cốc đạt tới mức nhất định (lúc này xỉ đã kịp nổi lên trên) nút mới tự nổi lên để hợp kim lỏng tự chảy vào ống rót
* Ống rót (hình 2.4) Hình 2.4
Ống rót dùng dẫn hợp kim lỏng từ cốc rót đến rãnh lọc xỉ, kết cấu và kích thước
ống rót ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ chảy của dòng hợp kim lỏng vào khuôn, chiều cao của ống rót ảnh hưởng tới áp lực của hợp kim tác dụng lên hệ thống rót và lịng khn
Chiều cao ống rót càng lớn, thì áp lực hợp kim lỏng tác dụng lên hệ thống rót và thành khn càng lớn, dịng hợp kim lỏng chảy vào khuôn càng mạnh dễ gây xói lở lịng khn cuốn theo hỗn hợp làm khuôn vào vật đúc song lại có tác dụng bổ ngót tốt
Thơng thường chiều cao ống rót phải cao hơn nơi cao nhất của lịng khn (mặt cao nhất của vật đúc trong khuôn) một khoảng 100 — 200mm
Ống rót thường có tiết diện tròn, trên to dưới nhỏ (đường kính ống phía trên lớn
hơn đường kính ống phía dưới khoảng 10 — 15%)
Ống rót có nhiều kiểu: ống rót thẳng, ống rót nhiều bậc, ống rót hình rắn v.v
Thơng thường nhất là kiểu ống rót thẳng (2.4a) có kết cấu đơn giản dễ làm
khuôn lại bảo đảm hợp kim lông chảy đến vào ống xi lọc (do tiết diện ống trên to dưới nhỏ nên hợp kim lỏng trong ống luôn đầy) Được dùng nhiều trong khuôn đúc
gang và đúc thép
Còn hai kiểu ống rót bậc và ống rót hình rắn ( 2.4b) có đặc điểm là chiều cao lớn, kết cấu gấp khúc hoặc lượn sóng, khó chế tạo song có ưu điểm là dòng hợp kim lỏng chảy vào khn có tốc độ lớn áp lực lớn nhưng êm có tác dụng điền đầy khuôn tốt mà không gây xói lở hệ thống rót vào lịng khn
Hai kiểu ống rót này được dùng trong khuôn đúc hợp kim màu có nhiệt độ nóng chảy thấp như nhơm, Magiê
* Ranh loc xt (hinh 2.5)
Ranh lọc xỉ có tác dụng tiếp tục lọc xi trong hop kim long trước khi chảy vào
lòng khn
Trang 9Do có tác dụng như vậy nên rãnh loc xi duoc bố trí ngay dưới ống rót và ở bên trên các rãnh dẫn (ngay tại mặt phân khuôn của nửa khuôn trên)
fe
Hinh 2.5
Ranh lọc xỉ có nhiều kiểu, thơng dụng nhất là kiểu rãnh thẳng có tiết điện hình thang (2.5a), tam giác (2.5b), bán nguyệt (2.5c), rãnh lọc xỉ tiết diện hình thang cố ưu điểm dễ nổi xỉ và tổn thất nhiệt hợp kim lỏng tương đối ít, nên thích hợp dùng cho khn đúc gang
Còn hai kiểu rãnh tiết diện kia có ưu điểm là tổn thất nhiệt hợp kim lỏng ít hơn, nhưng khó nổi xỉ hơn vì vậy thích hợp cho khn đúc thép
* Ranh dẫn (hình 2.6)
Hình 2.6
Rãnh dẫn có tác dụng dẫn hợp kim lỏng từ rãnh lọc xỉ vào lịng khn Rãnh dẫn có tác dụng khống chế tốc độ và hướng của dòng hợp kim lỏng chảy vào khuôn Rãnh dẫn có nhiều kiểu thường dùng nhất là rãnh dẫn thẳng tiêu chuẩn Tiết diện của rãnh dẫn có thể là hình thang (2.6a), tam giác (2.6c) hoặc bán nguyệt (2.6b)
Thông thường nhất là tiết diện hình thang vì loại tiết diện này có ưu điểm sau: - _ Dễ nổi xỉ trong ống rãnh
- _ Dễ cắt rãnh khỏi vật đúc
Trang 10_ Rãnh dẫn có tiết diện khơng thay đổi theo suốt chiều dài kích thước và số lượng rãnh dẫn phụ thuộc vào khối lượng, chiều dài dày thành và độ phức tạp về kết cấu
vật đúc
l Trường hợp đúc các vật đúc có kết cấu đặc biệt người ta còn dùng các kiểu rãnh dẫn đặc biệt (hình 2.7) rãnh dẫn nhiều tầng (2.7a) dùng khi vật đúc cao và to, rãnh dẫn kiểu khe mỏng có ụ tích xỉ (2.7b) dùng khi đúc vật đúc bằng hợp kim nhẹ (nhôm, magiê v.v ) thành mỏng, rãnh dẫn kiểu mưa rơi (2.7c) dùng khi đúc vật đúc bằng gang hoặc hợp kim đồng có kích thước lớn
⁄ | VA | ⁄ | 1 ⁄ 4 | a) b) c) Hình 2.7 * Đậu hơi (hình 2.8)
Đậu hơi có tác dụng chính thốt khí từ lịng khn ra ngồi và báo mức kim loại lỏng trong lịng
khn khi rót
Cũng có trường hợp đậu hơi còn có tác
dụng bổ sung kim loại bị co ngót trong q trình “đơng đặc
Do có tác dụng chủ yếu trên, đậu hơi được bố trí tại nơi cao nhất của lịng khn
0à,
Đậu hơi có cấu tạo thường là trên to dưới nhỏ
⁄⁄⁄
Li:
với tiết diện tròn hoặc chữ nhật
Đậu ngót có tác dụng bổ sung kim loại cho vật đúc bị co ngót trong q trình đông đặc và làm nguội
Đậu ngót chỉ dùng ở khn đúc kim loại, hợp kim có tính co ngót lớn Ví dụ như đúc gang dẻo, gang trắng, thép, hợp kim màu v.v và cả trường hợp đúc gang xám có khối lượng vật đúc lớn, dày thì khn phải có đậu ngót cịn nếu đúc vật đúc gang xám khối lượng nhỏ thành mỏng thì khơng cần đậu ngót
Do nhiệm vụ bổ sung kim loại nên đậu ngót thường được bố trí tại nơi tập trung nhiều kim loại nhất của vật đúc vì tại đó kim loại thường đơng đặc sau cùng và bị co ngót nhiều nhất
Trang 112.2 NGUYEN TAC CHON CHO DAN KIM LOẠI VÀO KHUÔN
2.2.1 Ý NGHĨA
Trong hệ thống rót, rãnh dẫn có tác dụng dẫn kim loại lỏng từ rãnh lọc xỉ vào khuôn theo một hướng nhất định vì thế rãnh dẫn có ảnh hưởng trực tiếp đến hướng đông đặc cũng như tốc độ đông đặc của vật đúc trong khuôn
Nếu rãnh dẫn kim loại lỏng vào khuôn đặt tại phần mỏng nhất của vật đúc, thì q trình đơng đặc ở vật đúc sẽ xảy ra đồng thời Ngược lại nếu rãnh dẫn kim loại vào khuôn đặt tại phần đúc dày nhất thì quá trình đông đặc ở vật đúc sẽ xảy ra theo một hướng nhất định từ mỏng đến dày
Chính vì vậy mà việc bố trí chỗ dẫn kim loại vào khuôn, việc xác định vị trí rãnh dẫn trong khuôn đúc là một khâu quan trọng, ảnh hưởng lớn đến chất lượng vật đúc Rãnh dẫn được bố trí ở vị trí thích hợp sẽ đảm bảo hợp kim lỏng điền đầy lịng khn tốt, đồng thời tránh được khả năng tạo ra rỗ co và ứng suất vật đúc sau này
2.2.2 NGUYÊN TẮC CHỌN CHỖ DẪN KIM LOẠI VÀO KHUÔN
Để đảm bảo được việc đúc có chất lượng tốt việc bố trí chỗ dẫn hợp kim lỏng vào khuôn phải dựa theo một số nguyên tắc sau đây:
1) Khi đúc các vật đúc bằng gang có mức độ graphit hoá cao (gang xám có hàm lượng cácbon cao, tính co ít), chiều dày thành vật đúc chênh lệch khơng nhiều, ít khả năng tạo thành rỗ co thì nên dẫn kim loại lỏng vào nơi thành mỏng nhất để q trình đơng đặc xảy ra đồng thời trên toàn vật đúc và có tốc độ nguội tại các nơi đồng đều
2) Đối với các vật đúc bằng gang hàm lượng cácbon thấp có nhiều chỗ dày nên dẫn kim loại vào chỗ dày nhằm mục đích làm cho vật đúc nguội lạnh từ nơi tiết diện bé nhất đến nơi tiết diện lớn nhất Như vậy sẽ khử được ứng suất bên trong (vì vật đúc nguội từ từ) và phần tiết diện lớn đông đặc sau cùng sẽ được đậu ngót bổ sung
3) Đối với vật đúc tròn xoay nên bố trí rãnh dẫn tiếp tuyến với thành khn tạo cho dịng hợp kim lỏng quay tròn trong lòng khuôn theo một hướng Như vậy sự điền đầy khuôn sẽ tốt, xỉ dễ tập trung vào giữa và nổi lên đậu hơi
4) Tuỳ thuộc vào kết cấu và kích thước cụ thể của vật đúc và khuôn mà ta chọn
cách dẫn kim loại vào khn có thể từ trên xưống khi vật đúc thấp và đúc trong một hòm khuôn, từ giữa vào khi đúc vật cao, trung bình hai hoặc nhiều hịm khn, dẫn từ đưới lên khi đúc vật đúc yêu cầu chất lượng cao, chiều cao lớn và đúc kim loại màu
Trang 12CHUONG III
HON HOP LAM KHUON VA LAM LOI
3.1 YEU CAU DOI VOI HON HOP LAM VA KHUON LOI
3.1.1 TINH DEO
Tính dẻo của hỗn hợp làm khuôn lõi là khả nang biến dạng vĩnh cửu của nó sau khi bỏ tác dụng của ngoại lực Tính dẻo cần có để tạo lịng khuôn rõ nét theo đúng: hình dạng kích thước của mẫu và hộp lõi
Tính dẻo tăng khi thành phần nước trong hỗn hợp tăng đến 8% đất sét và chất dính kết tăng, cát hạt nhỏ
3.1.2 ĐỘ BỀN
Độ bền của hỗn hợp là khả năng chịu tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ Khn, lõi cần có độ bền để không bị phá huỷ khi vận chuyển, lắp ráp và chịu áp lực tĩnh, động của kim loại lỏng lúc rót vào khuôn
Độ bền của hỗn hợp càng tăng khi: hạt cát càng nhỏ, không đều và sắc cạnh, độ mịm chặt của hỗn hợp tăng, lượng đất sét tăng, lượng nước tăng đến 8% Khn tươi có sức bền nén < 6 + 8 N/cm”, khuôn khô có sức bền nén < 8 + 10 N/cmứ
Để đánh giá độ bền người ta dùng giới hạn bền nén, kéo, cắt, uốn Giới hạn bền nén tính theo cơng thức sau:
| N ]
Onen = DI F (cm?
P-Lực nén(N) —~ |
F — Dién tich tiét dién ngang của mẫu thử (cm)’ Kích thước của mẫu thử được quy định như sau:
- Đường kính: D=50+0,2
- Chiéu dai: L= 50 + 0,8
3.1.3 TINH LUN
Tính lún của hỗn hợp làm khuôn là khả năng giảm thể tích của nó khi chịu tác dụng của ngoại lực Tính lún cần có để khn lõi ít cẩn trở vật đúc co khi đông đặc và làm nguội do đó tránh được nứt nẻ cong vênh:
Tính lún tăng khi dùng cất sông hạt tO, lượng đất sét ít, chất dính kết ít, chất phụ (như mùn cưa, rơm vụn, bột than ) tăng
3.1.4 TINH THONG KHÍ
Tính thơng khí của hỗn hợp là khả năng cho phép khi lọt qua những kẽ hở nhỏ giữa những hạt cát của hỗn hợp.:Tính thơng khí cần có để vật đúc khơng bị rỗ khí (đo khi rót kim loại lỏng vào khuôn khí từ trong kim loại lỏng và hơi ầm từ vật liệu khn
có thể thốt.ra ngoài được)
Trang 13Tính thơng khí của hỗn hợp làm khuôn tăng khi cát hạt to và đều, lượng đất sét và chất dính kết ít, độ đầm chặt của hỗn hợp giảm, chất phụ nhiều và lượng nước 4%
Để đánh giá khả năng thốt khí của hỗn hợp làm khuôn người ta dùng độ thơng khí “K” trị số của K được xác định theo công thức sau:
Qi _
~ 100.F, p.t
Q - Lượng khơng-khí thổi qua mẫu (cm));
L- Chiều dài của mẫu (cm);
.F- Diện tích tiết điện ngang của mẫu (cm?);
¬ mm" N
p- Ấp suất của khí trước khi qua mẫu x)
t— Thời gian thơng khí thốt qua mẫu (phút)
3.1.5 TINH BEN NHIET
Tính bền nhiệt của hỗn hợp là khả năng không bị cháy, chảy và mềm ra ở nhiệt độ cao Nếu tính bền nhiệt kém thì khi rót kim loại lỏng vào khuôn, hỗn hợp sẽ chảy, cháy và hình thành một lớp vỏ cứng bám trên bề mặt vật đúc gây khó khăn cho gia cơng cất gọt Tính bền nhiệt còn cần để hỗn hợp không bị biến dạng khi rót kim loại lỏng vào khn, do đó bảo đảm cho hình dáng vật đúc giống như lịng khn
Tính bền nhiệt tăng khi lượng cát thạch anh S¡O; tăng, cát hạt to và tròn, các tạp chất dễ chảy (Na,O, MgO, K,O, CaO, Fe,O;) trong hỗn hợp ít Tổng số những chất dễ bị chảy khi đúc được qui định đối với từng loại vật liệu:
- Đúc thép không quá 1,5 +2% - Đúc gang không quá 5 + 7% - Đúc kim loại màu 1,0 + 12%
3.1.6 ĐỘ ẨM
Độ ẩm của hỗn hợp là lượng nước chứa trong hỗn hợp đó Nó được xác định bảng công thức sau:
X= Š—Ê! x100%
g
g —Kh6i luong ca hén hợp tươi
— Khối lượng của hỗn hợp khô | |
Độ ẩm tăng khi lượng nước trong hỗn hợp tăng Độ ẩm tăng làm cho tính dẻo và độ bền của hỗn hợp tăng Nhưng độ ẩm khong | vượt quá giới hạn 6 — 8% Nếu quá giới hạn này sẽ làm cho sức bền, tính thơng khí giảm, hỗn hợp không dẻo nữa mà dễ dính vào mẫu khi làm khuôn "
Thường người ta qui định.độ- ẩm:
ene 1 “TRUONG ĐẠI HỌC GIÁO THONG VAN TÀI PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỔ HỖ CHÍ MINH
Trang 14- Đúc gang X = 4,5-5,5% - Đúc thép X = 4,5% - Đúc đồng X=4,5—- 5,5% -Đúcnhơm X=4-5% 3.1.7 TÍNH BỀN LÂU _
Tính bền lâu là khả năng làm việc được lâu và nhiều lần của hỗn hợp, nghĩa là trong thời gian nhất định dưới ảnh hưởng của môi trường, của kim loại lỏng ở nhiệt độ cao hỗn hợp khơng mất tính sẵn có của nó
Tính bền lâu xác định theo công thức: C= vi x 100%
1
R, — Sức bền sẵn có của hỗn hợp
R; - Sức bền sau thời gian sử dụng nhất định
3.2 VẬT LIỆU LÀM KHUÔN VÀ LÀM LÕI
Vật liệu làm khuôn và lõi gồm chủ yếu là cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ
3.2.1 CÁT
Thành phần chủ yếu của cát là là SiO, (thạch anh), ngoài ra cịn có ít đất sét và các tạp chất lẫn như Al,O;, CaCO;, Fe;O;
a) Phân loại cát |
* Phân loại cát theo nơi lấy cát
- Cát sông: hạt trịn, tính lún tốt, thơng khí tốt, nhưng khó dính với nhau nên sức bền kém
- Cát núi: hạt sắc cạnh, dễ dính với nhau, do đó sức bền tốt, nhưng tính thơng khí kém
* Phân loại theo độ hạt:
Người ta xác định độ hạt của cát theo kích thước rây Số hiệu rây gọi theo kích thước lỗ của nó (tức là kích thước hạt) Người ta phân cát ra các nhóm sau:
Tên cát Nhóm Số liệu rây Kích thước hạt (mm)
Trang 15* Phân loại cát theo lượng chứa đất sét
Người ta chia ra các loại sau:
Tên cat Ký hiệu Liên Xô Lượng chứa đất sét (% khối lượng)
Cát thạch anh K <2 Cát gầy T 2+10 Cát nửa mỡ H 10 + 20 Cát mỡ X 20 + 30 Cát rất mỡ OX 30 + 50
* Phan loai cat theo thành phần thạch anh SiO„ Người ta chia ra các loại sau:
Loại cát Ik 2K 3K 4K
Lượng chứa SiO;(% khối lượng) 97 96 94 | 90
b) Ky hiéu cat va chon cat
Người ta ký hiệu cát theo thành phần thạch anh và độ hạt Vi du: cat 2K063A,
TI016B |
Ở đây: 2K_ - là loại cát thạch anh sé 2 (96% SiO,) II -—làcátnửamỡ _
063, 016 — là độ hạt (kích thước trung bình của hạt)
A - là cát ởrây trung bình của bộ 3 rây nhiều hơn 50% B_ - là cát ởrây nhỏ nhất của bộ 3 rây nhiều hơn 50%
Chọn cát: Tuỳ thuộc khối lượng vật đúc, kim loại vật đúc mà người ta chọn loại cát, thành phần và độ hạt nhất định
- Vật đúc có khối lượng càng lớn, ta chọn cát có độ hạt càng to (để tăng tính thơng khí cho khn)
Vị dụ: Để đúc gang xám khối lượng vat đúc 200g trong khuôn tươi ta chọn cát
gây (T), độ hạt 01, 016, 02, 04
Đúc thép khối lượng 500g ta dùng cát thạch anh (K) độ hạt 016, 02
3.2.2 ĐẤT SÉT
Thành phần chủ yếu của đất sét là cao lanh mAl;O; nSiO;.qH;O, ngồi ra cịn có một số tạp chất khác như CaCO;, Fe;O;, Na;CO: Đặc điểm của đất sét là dẻo dính khi có lượng nước thích hợp Khi sấy khơ thì độ bền tăng nhưng giịn, dễ vỡ, khơng bị cháy khi rót kim loại vào khuôn
Trang 16a) Phan loai dat sét
* Phân loại theo thành phần khoáng chất -
- Đất sét bentônit (B) thành phần chủ yếu là AI;O; 4SiO,.nH,O Nó là loại đất sét trắng rất dẻo, dính Thường dùng để làm khuôn quan trọng, cần độ dẻo, độ bền cao
- Đất sét thường hay cao lanh (®): là loại đất:sét sẵn có trong thiên nhiên, thành phần chủ yéu 14 Al,O,, 2SiO,, 2H,O Loai nay dung để làm khuôn đúc thường, không quan trọng lắm
* Phan loại theo khả năng dính kết
Loại dính kết ít (M) để làm khuôn đúc kim loại màu, vật đúc bằng gang nhỏ và vừa
Loại dính kết vừa (€) Loại dính kết bền ( I1 )
Loại rất bền (B)
*# Phản loại theo khả năng bền nhiệt
NhómÏI: Bền nhiệt cao, chịu nhiệt độ > 1580°C Nhóm]I: Bền nhiệt vừa, chịu nhiệt độ 1350 + 1580°C
Nhóm II: Bên nhiệt thấp, chịu nhiệt độ < 1350°C
* Theo luong chia SiO,
Loai dat sét mé (PK) cé ty 1é S10;
¬ “23 < 2,63 dùng làm khuôn lõi tươi
Loại đất sét mỡ ®O có tỷ lệ °!; ` 2 63 dùng làm khuôn lõi khô
23
b) Chon dat sét
Để đúc thép: thường dùng cao lanh (®) loại rất bền (B) và loại có khá năng chịu
nhiệt độ cao (nhém J)
Ví dụ: Loại ®B-1 dùng làm khuôn khô Khi làm khuôn tươi, khối lượng vật đúc nhỏ ta dùng loại ®B-1, ®C-1 (® cao lanh, B: loại rất bền, C: loại vừa, nhóm I chịu nhiệt độ cao)
Để đúc gang: dùng loại cao lanh, khả năng dính kết và chịu nhiệt vừa, bền và rất bền (phụ thuộc khối lượng vật đúc) cho cả khuôn tươi và khn khơ
3.2.3 CHẤT DÍNH KẾT
a) Yêu cầu đối với chất dính kết
- Khi trộn vào hỗn hợp, chất dính kết phải phân bố đều - Khơng làm dính hỗn hợp vào mẫu và hộp lõi
- Khô nhanh khi sấy và không sinh nhiều khí khi rót kim loại vào khuôn
Trang 17- Tăng độ dẻo, độ bền và tính bên nhiệt cho khuôn và lõi
- Dễ phá khuôn lõi, rẻ tiền, dễ kiếm không ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân b) Các loại chất dính kết |
* Dau (Ddu lanh, ddu béng, dau trdu )
Dem trộn với cát và sấy ở nhiệt độ 200 + 250°C, dầu bị ơxy hố và tạo thành những màng ôxýt hữu cơ bao quanh các hạt cát làm chúng dính kết chắc với nhau * Các chất hoà tan trong nước ` oe |
- Nước đường: Dùng để làm khuôn lõi đúc thép Loại này khi sấy bề mặt khuôn sẽ bền, cứng nhưng bên trong vẫn dẻo và bảo đảm tính thơng khí, tính lún tốt Khi rót kim loại lỏng vào khn nó bị chay, do đó tang tính xốp, tính lún, khả năng thốt khí cho khn
- Bột hồ: loại này hút nhiều nước, tính chất tương tự như nước đường, dùng làm khuôn tươi rất tốt
* Các chất dính kết hố cứng
Nhựa thơng, xi mang, ba hac in, nhựa đường VÀ những chất khi sấy sẽ chảy lỏng bao quanh các hạt cát, khi khơ tự hố cứng làm tăng khả năng dính kết và độ
bền cho khuôn, lõi :
* Nước thuỷ tỉnh
La dung dich Silicat Na,O, mH,O Khi thối CO, vào khuôn đã làm xong, nước thuỷ tinh tự phân huỷ thành chất keo
_ Ưu điểm của nước thuỷ tỉnh rẻ tiền, chất lượng tốt, sức bên hỗn hợp tăng
3.2.4 CHAT PHU |
Là các chất đưa vào khuôn lõi nhằm nâng cao tính lún, tính thơng khí, làm nhắn _ bề mặt khuôn lõi và tăng khả năng chịu nhiệt cho bề mặt khuôn lõi
a) Các chất pha trộn và hỗn hợp khuôn |
Thường người ta pha thêm vào hỗn hợp khuôn mùn cưa, rơm vụn, phân trâu bò | khơ, bột than Khi rót kim loại lỏng vào khuôn những chất này chảy đề lại trong khuôn những lỗ rỗng làm tăng tính xốp, tính lún, tính thơng khí cho khuôn lỗi
b) Chất sơn khn
Để tăng độ nhắn bóng và tính chịu nhiệt người ta quét lên bề mặt lịng khn, lõi một lớp sơn Lớp sơn này có thể là bột than, bột graphit, nước thuỷ tinh, bột thạch anh hoặc dung dịch của chúng với đất sét Bột than và graphit quét vào lịng khn, khi rót kim loại lỏng vào khn nó sẽ chảy và tạo thành CO, CO; làm thành môi trường hoàn nguyên rất tốt, đồng thời tạo ra một lớp khí ngăn cách giữa kim
loại lỏng với mặt khuôn làm cho mặt khuôn không bị cháy và tạo cho việc phá khuôn
được dễ dàng
Trang 18CHUONG IV
CAC PHUONG PHAP LAM KHUON VA LAM LOI
4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM KHUÔN BẰNG TAY
Q trình chế tạo khn đúc được gọi là làm khn Căn cứ vào tính chất sử dụng, khuôn đúc được phân thành 2 loại:
- Khuôn dùng 1 lần: Khuôn cát, loại khuôn này được làm bằng hỗn hợp làm khuôn, khuôn sau khi chế tạo xong người ta rót kim loại lỏng vào (ở trạng thái khuôn tươi hoặc đã sấy khô) sau khi kim loại đông đặc phá khuôn lấy vật đúc
- Khuôn bán vĩnh cửu: Được làm bằng vật liệu nóng Loại khn này sau mỗi lần đúc chỉ cần tu sửa lại là có thể dùng đúc tiếp (có thể từ 50 — 200 lần mới hỏng)
- Khuôn vĩnh cửu: Khuôn được chế tạo bằng kim loại như gang, thép, các bon, thép hợp kim loại này có thể đúc từ hàng trăm lần đến hàng vạn lần mới hỏng |
ˆ_ Trong 3 loại khn trên thì khn cát được dùng khá phổ biến vì tính sản xuất
linh hoạt, có thể dùng đúc chi tiết đơn giản, chỉ tiết phức tạp với khối lượng bất kỳ, giá thành rẻ
Lam khn bằng tay có nhiều phương pháp nhưng đều có chung đặc điểm sau đây: - Độ chính xác của khuôn không cao
- Năng suất làm khuôn thấp - Yêu cầu trình độ tay nghề của
công nhân cao tờ
- Diéu kiện lao động nặng nhọc q) 2 3 b) ề
- Có thê đúc chi tiết phức tạp, 3
kích thước khối lượng tuỳ ý - Phù hợp với mọi quy mô và
điều kiện sản xuất
a) Làm khuôn trong hai hịm khn (hình 4.1)
* Làm khuôn dưới
a Đặt mẫu dưới 2 lên tấm mẫu 1, dat hịm khn 3 b Phủ áo cát a ` ¬¬¬ MAASSSAY c Đồ cát đệm | 9ñ Y 9 mịT TTp
d Đầm chặt, tạo lỗ thoát khí of t= Hie =
* Lam khuon trén = c HÀ, HẾT 7 TƯ HN e Lật hịm khn dưới, lắp mẫu trên 4 WET RTST SIR WRTG TTY of eae Lew,
và lắp hòm khuôn trên - 1 x h) 2
g Dat mau phu , phủ cát áo, đổ hỗn hợp, đầm chặt, tạo lỗ thốt khí, rút mâu và mẫu phụ, tạo rãnh dẫn
h Sửa khuôn, lắp khuôn và lõi
Trang 19b) Làm khuôn trên nền xưởng
Phương pháp này dùng rất phổ biến trong sản xuất đơn chiếc đối với vật đúc trung bình và lớn khi thiếu hịm khn có kích thước cần thiết
Hình 4.2 trình bày q trình làm khn trên nền xưởng để đúc vật đúc lớn Trên nền xưởng đào lỗ có chiều sâu lớn hơn chiều cao mẫu khoảng 300 + 400mm; đầm chặt đáy lỗ rồi đổ một lớp xỉ hoặc sỏi I dày 150 + 200mm Để tăng độ thốt khí, đặt
hai ống nghiêng 2 dẫn khí ra ngồi, để lớp cát đệm sau đó đổ cát áo 3 và đầm chặt
một ít, ấn mẫu xuống để mặt phân khuôn của mẫu trùng mặt aa (mặt bằng của nền xưởng) Rắc lớp bột cách và đặt hịm khn 4 lên, cố định vị trí của hịm khn bằng chốt gỗ 5 sát vào thành hòm, đặt hệ thống rót và đặt ngót sau đó đổ vật liệu làm khuôn để làm khn trên, nhấc hịm khn trên và cắt máng dẫn 6, rút mẫu ra và lắp khuôn trên vào, đặt cốc rót 7 và đậu hơi 8, đặt tải trọng đè khn và rót kim loại lỏng
4 N , 2 NTN NÌ My! 6 4 5 Ni: 3 Ñ Ni we 7 ⁄ ⁄ 5 oN Wir: EN NG AON 2 a ry ta 3 ™ Ne! lm ? - TÁC 2 Ae ~eth a a 4 tye ` AV er 7m kg tới co ‘ tnt fi’ vc ata
' 4 2 \ ‹ re ‘ In ' ; ty ee ot * : VN hà, + vA A ii é 4 , ve a wep —_ iy : › tà ‘ Lo u thong A pi x `` “4 $ ir, foe SN, yt At I `; ‘ J! › \ “A ` , - é - tự we “4 „° ` Hình 4.2
4.2 CÁC PHƯƠNG PHAP LAM LOI BANG TAY
4.2.1 KHÁI NIỆM CHUNG
Lõi là bộ phận nằm trong khuôn đúc để tạo thành phần rỗng bên trong hoặc phần lốm trên vật đúc Kim loại lỏng luôn luôn bao bọc lấy lõi nên lõi làm việc trong điều kiện ` xấu hơn khuôn, do đó vật liệu làm lõi cần có độ bền, độ thơng khí, tính lún, tính chịu nhiệt tốt hơn vật liệu làm khn Hình (4.3) trình bày cấu tạo của một lõi đơn giản
Ngoài việc dùng hỗn hợp làm lõi có
tính chất tốt hơn hỗn hợp làm khuôn, để
nâng cao sức bền dùng thêm xương lõi 2 Xương lõi làm bằng thép hoặc có kích
thước và hình dáng phụ thuộc kích thước
hình dạng của lõi Khoảng cách a từ xương lõi đến bề mặt lõi khoảng 10 + 30mm, nếu a nhỏ hơn thì sức bền lõi tăng
nhưng tính lún giảm Xương lõi phải đảm Hình 4.3 bảo lấy ra khỏi vật đúc khi phá lõi, không
được sát với thành vật đúc v.v Để lõi không bị thay đổi hình dáng và kích thước khi vận chuyển thì phải có sức bền ở trạng thái tươi lớn hơn 4 N/cmử
Trang 20Dé nang cao tinh thơng khí của lõi phải làm rãnh thơng khí 3, cần chú ý rãnh thơng khí bao giờ cũng thông ra gối lõi 1 Muốn tạo rãnh thông khí thẳng ta dùng dùi để dùi hoặc dây thép khi làm lõi (sau khi làm xong rút ra) Muốn tạo rãnh thơng khí cong, phức tạp thì xẻ rãnh ở hai mặt phẳng của hai nửa lõi sau đó dán lại thành lõi 4.2.2 Các phương pháp làm lõi bằng tay
Lam lõi bằng tay có thể chế tạo những lõi rất to hoặc rất nhỏ, rất phức tạp, hoặc đơn giản, đồng thời vốn đầu tư làm hộp lõi rất ít, nên sử dụng rất rộng Tãi
Tuỳ theo mức độ phức tạp và kích thước của lõi người ta dùng các phương pháp chế tạo khác nhau
a) Chế tạo lõi trong hộp
- đối nguyên (hình 4.4) RRR Say SY, 22⁄1
Quá trình chế tạo lõi
BE
trong hộp lõi nguyên như
Sau: la)
Đổ hỗn hợp làm lõi
và đầm chặt (hình 4.4a) |
Đặt tấm sấy lên hộp trên
mặt lõi (hình 4.4b) Quay [1 \
hộp lõi và tấm sấy một d) e)
góc 180” rồi lấy hộp lõi ra
(hình 4.4c) Sửa lõi và đem Hình 4.4
sấy (hình (4.4cd) Lõi đã chế tạo xong (hình 4.4e)
b) Chế tạo lõi trong hộp lõi hai
nửa (hình 4.5) | |
Ráp hai nửa hộp lõi rồi kẹp NY | ` NY \
chặt với nhau (hình 4.5a) cho hỗn | || 7 | „ a
hợp làm lõi, xương lõi vào hộp | | \
lõi rồi đảm chặt, sau đó dùng búa | | | \
gõ nhẹ để lõi lỏng ra, tháo kẹp i \ Ầ
và mở hộp lõi để lấy lõi ra \ \ \
(hinh 259) " HÀ LẦN | A LẦN
Trang 21`) Làm lới bằng cách ghép hai nữa lõi: ni, in
Giã cát vào hai rửa hop, (hình 4 6a); xẻ Š rũnh hoi, ở giữa, „ ghép, hài: nửa a hop lõi lại | „ (hình 4.6b ©) Lấy nửa hộp ra (C hình 4 6d): SƠn, đậy tấm sấy lên: ( hinh 4: 40°) lat lại
tháo nốt nửa hop c con lai, son’ n phan loi con nla va đưa di SẤY - TH va NÓ
[aS 27 : 02225 LIZ | d ‘ ti - ) ‘ + cà 7 s os = gà ạt ~ " 4 1 tL fe - \ i — —:—_-.—.-——| —— -—— 3 Vy bea Tà el, a - : i oe i ¬ tại ị — - ok z ~ , + + tự 7 4, 3 - a - i t ‘ ' h a ‘t ft , 1 - ` - i ' cà ‘ ta ‘ ie ft - „ 1 oe hy : pbs - VP vr “ ‘ J t„ yor + c f 4 + ở - : ậ TT CV T1 St TT cv nh NT h tự Vâng cà \ + _ ' ˆ^ ti," ih bate my 1 h a t vt or i t ì t t +) 1 | † Ty “vk 4 tị ‘2 alps 9) f ' ' # a" Theo Ị và a! : 9ơ Fe .- gi oe ô v : wis a ve i ĩ a4 ora a t ! ° e tận, Me tớ ' " : ằ ơ- Es  i 2 : Z T a ie 1 “ ` 3 tử, ' “ - t - We : * 1 ' r vị ‘ “
Thu , " au 7 ! ` L vào 1 ! rae + i 1, ‘
Trang 22CHUONG V
_ TINH DUC CUA HOP KIM VA CAC NHAN TO ANH HƯỞNG
DEN SU KET TINH CUA HOP KIM DUC
5.1 TINH DUC CUA HOP KIM
5.1.1 TINH CHAY LOANG
Tính chảy loãng là mức độ chảy lỏng hay sệt của hợp kim đúc tạo kha nang điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét
— Nếu hợp kim đúc có tính-chảy lỗng kém thì vật đúc dễ bị thiếu hụt, hình dạng vật đúc khơng rõ nét, khó đúc vật đúc hình dạng phức tạp, thành mỏng
Các nhân tố ảnh hưởng đến tính chảy lỗng: a) Nhiệt độ
Độ quá nhiệt AT càng tăng thì độ chảy loãng của hợp kim càng tăng AT = TS, — T° nhưng chỉ tăng đến mức độ nhất định Vì vậy để đảm bảo hop kim đúc có tính chảy loãng tốt người ta phải qui định khoảng nhiệt độ rót cho mỗi loại hợp kim đúc
b) Cấu tạo hợp kim
Kim loại nguyên chất, hợp kim cùng tỉnh thì có tính chảy lỗng cao hơn hợp kim có cấu tạo ở hình dạng dung dịch đặc và hợp chất hoá học Bởi vì cấu trúc mạng
tinh thể của chúng phức tạp hơn kim loại nguyên chất
Thép có độ chảy lỗng kém hơn gang vì xa thành phần cùng tính, gang ít các bon chảy lỗng kém gang cùng tỉnh
c) Anh hưởng của tạp chất
Kim loại lỏng có tạp chất phi kim lơ lửng càng nhiều, những màng ôxýt và màng nitrit càng nhiều thì độ chảy lỗng giảm vì sức cản lớn làm tăng độ sệt động lực
d) Ảnh hưởng của khn
Tính dẫn nhiệt của khuôn càng cao thì độ chảy lỗng càng kém (cùng một hợp kim đúc, đúc trong khuôn kim loại tính chảy lỗng kém hơn so với đúc khuôn cát)
Độ nhám của thành khuôn giảm, lượng nước trong hỗn hợp giảm, nhiệt độ khuôn tăng thì tính chảy lỗng tăng
e) Ảnh hưởng của thành phần hoá học
Thành phần hoá học ảnh hưởng nhiều đến tính chảy lỗng Ví dụ gang cùng tỉnh (có 4,6%C) nhiệt độ nóng chảy thấp hơn gang trước và sau cùng tịnh) tính chảy lỗng cao Gang có chứa phốt pho nhiều làm tăng tính chảy loãng (khi nấu phốt pho ôxy hoá và phát ra nhiệt lớn)
Trang 23f) Ảnh hưởng của hình thức rót kim loại lịng vào khn
Hình thức rót kim loại vào khn quyết định dịng chảy của kim loại
Chảy tầng dòng kim loại chảy êm, song song thành khuôn Tốc độ của phần tử kim loại sát thành khuôn bằng không và nguội nhanh hơn; chóng đơng đặc, tiết diện có ích của dịng chảy giảm nên độ chảy loãng giảm - | Chảy rối các phần tử kim loại lỏng va vào thành khuôn, dội vào dòng chảy, lớp kim loại sát thành khuôn luôn thay đổi, trong đơn vị thời gian dòng kim loại chảy nhiều hơn cho nên tính chảy loãng tăng
Khi đúc vật đúc nhỏ, mỏng, kết tấu phức tạp nên cho dòng kim loại chảy rối vào lịng khn
5.1.2 TINH THIEN TICH
Tính thiên tích là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng vùng của vật đúc và trong nội bộ hạt tinh thể của hợp kim
Sự thiên tích ảnh hưởng xấu đến cơ, lý tính của vật đúc và cũng là một trong các nguyên nhân gây hư hỏng khi chi tiết đúc làm việc
Có hai loại thiên tích: Thiên tích vùng và thiên tích hạt a) Thiên tích vùng
Là sự đồng nhất về thành phần hoá học giữa các phần của vật đúc Nguyên nhân gây ra thiên tích vùng:
- Tỷ trọng các nguyên tố hợp kim khác nhau, trong quá trình kết tính ngun tố nhẹ nồi lên phía trên, ngun tố nặng chìm phía dưới
- Sự chênh lệch áp suất trong vật đúc Áp suất sinh ra trong quá trình kết tinh do sự lớn lên của các mầm kết tỉnh và sự chen lẫn giữa chúng
- Tốc độ nguội kim loại lỏng nhỏ và khoảng kết tinh lớn do đó thiên tích vùng càng nhiều (vì thời gian kết tinh lâu, nguyên tố nặng nhẹ có điều kiện phân ly)
b) Thiên tích hạt
Là sự không đồng nhất ngay trong nội bộ hạt kim loại Nguyên nhân:
_- Sự kết tỉnh của các nguyên tố hợp kim không cùng một lúc - Ngay bản thân trong hạt kim loại cũng có lẫn xỉ, bọt khí - Do sự thẩm thấu giữa các phần tử trong hợp kim
c) Cách khắc phục
- Chọn mẻ liệu nấu đúng, chứa ít tạp chất - Đảm bảo đúng qui trình nấu rót
Trang 24- Trong thời gian vật đúc đông đặc ta làm nguội nhanh, sau khi vật đúc đông đặc ta làm nguội chậm để nhờ hiện tượng thẩm thấu ở nhiệt độ cao mà điều hoà được thành phần hoá học
5.1.3 TINH CO
Hiện tượng giảm thể tích và chiều dài của hợp kim khi nhiệt độ giảm gọi là sự cỏ về thể tích và co chiều dài
Sự giãn nở khi nung và co khi nguội có thể xem như quá trình thuận nghịch
— AV= z/(,—t,)%
Al = a(t, — t, )%
AV — D6 co thé tích
Al — Độ co chiều dài
œ.„„ œ — Hệ số co thể tích và chiều đài t¡, tạ — Nhiệt độ ban đầu và kết thúc co
Đối với vật đúc độ co thể tích và chiều dài được so với mẫu
AV = aa x 100%
m
AL = You 5 100
mn
Va» Lin ~ Thé tích và chiều dài mẫu - Vụ¿, Lự — Thể tích và chiều đài vật đúc a) Co ở trạng thai long
Là co thể tích bắt đầu từ nhiệt độ rót đến nhiệt
độ bắt đầu kết tỉnh nó biểu thị bằng việc giảm kim _ —*¿“x.;“„Z =“T—- lõm co
loại lỏng trong khuôn NE YLT]
Lượng co ở giai đoạn này chịu ảnh huong rat |~_~_*-===— R6é co
nhiều vào nhiệt độ rót: nhiệt độ rót càng cao lượng co |——” — càng nhiều
b) Co trong giai đoạn kết tỉnh | _ / 1ý 7/⁄/ / ⁄/ ⁄ v Từ nhiệt độ bất đầu kết tỉnh đến nhiệt độ kết
_ thúc kết tỉnh Hình 5.1
Trong giai đoạn này vẫn co thể tích là chủ yếu, nó, là nguyên nhân gây lõm co và rỗ co trong vật đúc
- * Lốm co: Là những lỗ rỗng hình nón hình thành ở trên bề mặt vật đúc đối với vật đúc hở hoặc ở bên trong gần bề mặt vật đúc đối với vật đúc kín '
Nguyên nhân sinh ra lốm co:
Trang 25- Quá trình kết tinh xảy ra bất đầu từ lớp hợp kim ngoài cùng tiếp giáp với
thành khn, sau đó phát triển dần vào trong, phần giữa kết tịnh sau cùng Vì vậy càng vào giữa vật đúc lượng hợp kim long bi co càng nhiều nên sau khi kết tỉnh xong trên bề nặt vật đúc tạo ra lỗ rỗng hình nón
- Trong q trình kết tính, hơi nước và các - khí hồ tan trong hợp kim lỏng khơng ngừng thốt ra ngoài, càng lùi vào trong quá trình kết tỉnh càng chậm, lượng hơi nước và khí thốt ra càng nhiều làm cho lượng hợp kim lỏng càng giảm
- Do quá trình kết tỉnh ở vật đúc đầu tiên tạo tỉnh thể hình nhánh cây, giữa các:
tinh thể hình nhánh cây vẫn tồn tại hợp kim lỏng, do hợp kim lỏng bị co nên giữa các :
tinh thể nhánh cây sẽ xuất hiện các khe hở nhỏ, do tác dụng của trọng lượng, hợp kim lỏng ở phía trên sẽ dồn xuống phía dưới, làm cho thể tích phần phía trên vật đúc thiếu hụt tạo nên lõm co
Lõm co thường xuất hiện ở những nơi tập trung hợp kim của vật đúc
- Muốn khắc phục lõm cọ phải dùng đậu ngót bổ sung hoặc giảm nhiệt độ rót của hợp kim lỏng:
*® Rỗ co: Là những lỗ nhỏ nằm bên trong v vật đúc dọc trục thỏi và nằm đưới những lõm co
Nguyên nhân tạo ra rỗ co: -
- Khi kết tỉnh có sự tạo thành những tỉnh thể hình nhánh cây, khi chúng gặp nhau sẽ ngăn cách ra nhiều khu vực, hợp kim lỏng còn lại trong từng khu vực ấy sau tiếp tục co không được bổ sung hợp kim lỏng từ nơi khác đến sẽ tạo ra rỗ co
- Do ché mỏng của vật đúc kết tỉnh trước, chỗ: dày kết tỉnh sau Giọt hợp kim lỏng còn lại cuối cùng ở chỗ ấy khi kết tinh có sự co thể tích tạo rỗ co
Sự xuất hiện rỗ co trong vat đúc làm cho cơ tính giảm Để khác phục rỗ co người ta tăng áp lực rót tạo điều kiện cho vật đúc đông đặc cùng một lúc
Co ở trạng thái rắn: từ nhiệt độ kết thúc kết tinh đến nhiệt độ môi trường Ở trạng thái này sự co chiều dài của vật đúc là chủ yếu Nhìn chung hầu hết kim loại lỏng và hợp kim khi hạ nhiệt độ ở thể rắn đều có hiện tượng co về chiều dài Các hợp kim khác nhau có hệ số co khác nhau _ si
Trong quá trình vật đúc co ở trạng thái rắn, thì tất cả những yếu tố nào cản trở sự co như: lực ma sát giữa bề mặt khuôn với bề mặt vật đúc, tính lún của khuôn, lõi kém đều sẽ là nguyên nhân gây nên ứng suất bên trong làm cho vật đúc bị nứt; cong
vênh
5.1.4 TÍNH HỒ TAN KHÍ
Tính hồ tan khí là sự hồ tan khí vào hợp kim trong quá trình nấu và rót vào khn
Sự hồ tan các khí vào hợp kim trong quá trình nấu được mô tả băng đồ thị
(hình 5.2) | :
Trang 26Quá trình nấu nhiệt độ tăng từ tạđến tý trong khoảng nhiệt độ này
vật liệu kim loại ở trạng thái rắn nên độ sôi d hồ tan khí chưa thay đổi Từ nhiệt độ
tỳ kim loại bất đầu chảy thì sự hồ tan khí vào kim loại lỏng tăng dần (đoạn b- c) cho tới khi kim loại chảy lỏng hồn tồn (gần c) lượng khí hoà tan vào hợp kim lỏng tăng lên mãnh liệt Khi hợp kim lỏng bắt đầu sơi thì do sự sơi làm cho khí từ kim loại lỏng thoát ra và áp
lực hơi tác dụng ngăn khơng khí bên —
ngồi xâm nhập vào kim loại lỏng Kết nhiệt độ quả sự hồ tan khí giảm đột ngột (de) Hình 5.2
Đ/ bắt đầu lỏng độ khí hịa tan
* Trong quá trình nấu nếu áp suất
môi trường tăng cũng có tác dụng làm cho khí hồ tan vào hợp kim lỏng càng nhiều
* Khi rót kim loại lỏng vào khuôn với tốc độ nhanh hơi ẩm trong khuôn khơng
kịp thốt ra cũng làm cho độ hoà tan khí trong hợp kim đúc tăng lên
Trong quá trình nấu và rót vào khn các khí O;, H;, CO, CO,, CH, từ khí trời , từ vật liệu nấu đều rất dễ hoà tan vào trong hợp kim đúc
Khí hịa tan vào hợp kim đúc là nguyên nhân sinh ra sự rỗ khí ở vật đúc và ảnh
hưởng xấu đến cơ tính |
5.2 CÁC NHÂN TO ANH HUONG DEN SỰ KẾT TINH CUA HGP KIM DUC 5.2.1 ANH HUONG CUA VAT LIEU NAU VA DIEU KIEN NAU
‘Cac nguyên tố chủ yếu ở thành phần vật liệu nấu đều chuyển vào vật đúc Song trong quá trình nấu hình thành tạp chất dạng xỉ ở trạng thái phân tán trong lim loại
không hề làm thay đổi thành phần hoá học
Khi rót hỗn hợp lỏng vào khuôn, xỉ sẽ theo vào nằm lẫn trong vật đúc làm ảnh hưởng đến cơ tính vật đúc
Đối với gang: Nếu gang có chúa: |
+ Loại xi có tính chảy loãng kém, sẽ làm cho gang khi kết tỉnh xong có tổ chức
hạt grapit thơ, cơ tính sản phẩm đúc kém
+ Loại xi có FeO, CaO sẽ làm cho gang khi kết tỉnh bị xốp, cơ tính vật đúc kém + Loại x| có lẫn đá vôi và đôlômit hoặc xi lò Mác tanh sẽ làm cho gang sau khi kết tỉnh có tổ chức hạt graphit nhỏ mịn, cơ tính vật đúc tốt
Đối với thép: Nếu xỉ trong thép lỏng có chứa P-S thì kết tỉnh sẽ phân bố ở miền tỉnh giới hạn làm cho thép bị dồn nóng và dịn nguội
Trang 275.2.2 ANH HƯỚNG CỦA KHOẢNG NHIỆT Độ KẾT TINH (từ nhiệt độ bắt đầu kết tinh đến nhiệt độ kết thúc kết tinh)
Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được rằng:
+ Những kim loại và hợp kim có khoảng kết tỉnh hẹp, thì sau khi kết tỉnh xong, vật đúc có cấu trúc tỉnh thể hình trụ từ ngoài vào trong
+ Những kim loại và hợp kim có khoảng kết tinh rộng, thì sau khi kết tỉnh xong chỉ có lớp mỏng bên ngồi vật đúc có cấu trúc tinh thể hạt tròn và hình trụ, cịn phân lớn hợp kim bên trong có dạng tỉnh thể hình nhánh cây
+ Cùng một tốc độ nguội, kim loại và hợp kim nào có khoảng kết tính hẹp thì tốc độ sinh mầm lớn, nên sau khi kết tỉnh xong vật đúc có cấu trúc tỉnh thể hình trụ
Kim loại và hợp kim có cấu trúc tinh thể hình trụ có cơ tính cao hơn cấu trúc
tỉnh thể hình nhánh cây thô
5.2.3, ANH HUONG CUA SU BIEN TINH
Su biến tính là sự gia cơng hợp kim lỏng bằng cách cho thêm những chất phụ vào trước lúc rót hợp kim lỏng vào khuôn nhằm làm nhỏ hạt tỉnh thể trong quá trình kết tỉnh lần thứ nhất để nhận được vật đúc có cơ tính cao
Có 2 cách làm biến tính:
+ Biến tính loại I: Là biến tính bằng cách cho thêm chất phụ vào hợp kim lỏng để tạo nên một lớp màng hoạt tính bao bọc xung quanh các tâm mầm, hạn chế sự phát triển của chúng trong q trình kết tỉnh
Ví dụ: Khi đúc gang cầu, người ta cho Mg vao trong gang long dé khi két tinh graphit sẽ có dạng cầu trịn
+ Biến tính loại II: Là sự biến tính bằng cách cho chất phụ vào hợp kim lỏng, chúng sẽ tác dụng với O;, N; có sẵn trong đó tạo thành các hợp chất hố học có nhiệt độ nóng chảy cao, tồn tại ở dạng hạt nhỏ phân tán trong hợp kim lỏng đóng vai trị các tâm mầm có sẵn Nhờ vậy tăng được số tâm mầm kết tinh, nên sau khi kết tinh xong, hợp kim có tổ chức hạt nhỏ mịn, cơ tính cao
Ví dụ: Cho Ferô hợp kim vào hợp kim lỏng hình thành nitrit, ơxyt, cácbít dẫn đến các hạt nhỏ mịn
5.2.4 ANH HUONG CUA TOC DO NGUOI
Đa số các hợp kim nếu tạo được tốc độ nguội nhanh trong khn thì sau khi kết tinh xong sẽ nhận được vật đúc có tổ chức hạt mịn nhỏ, cơ tính cao Vì tốc độ nguội tương ứng với độ quá nguội lớn nên tốc độ sinh mầm sẽ tăng, số tâm mầm kết tinh trong 1 đơn vị thể tích hợp kim long tăng, nên sau khi kết tinh xong số hạt tỉnh thể sẽ nhiều, tổ chức hạt nhỏ mịn
Ví dụ: Cùng một hợp kim lỏng đúc trong khuôn kim loại có tính truyền nhiệt
cao nên vật đúc có tổ chức hạt nhỏ mịn, cơ tính cao hơn khi ta đúc trong khuôn cát
Trang 28Vật đúc bằng thép, gang nơi nào có chiều dài thành mỏng dưới 10mm sẽ có tổ chức hạt tròn, mịn, còn chỗ thành dày trên 15 mm sẽ có tổ chức tỉnh thể hình nhánh cây
5.2.5 ANH HUONG CUA SU TAC DUNG CO HOC DEN SU KẾT TINH
— Bằng thực nghiệm người ta xác định được: Nếu quá trình kết tỉnh xảy ra trong điều kiện rung khuôn thì sau khi kết tỉnh xơng vật đúc có tổ chức nhỏ mịn Vì dưới _ tác dụng rung động như vậy thì các trung tâm kết tỉnh và các tỉnh thể nhánh cây vừa _ hình thành sẽ bị vỡ vụn tạo ra vô số các trung tâm kết tinh mới, làm tăng số tâm mầm
nên sau khi kết tỉnh xong số hạt sẽ nhiều, tổ chức nhỏ mịn, cơ tính cao
Trang 29CHUONG VI
DUC DAC BIET
6.1 DUC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 6.1.1 KHAI NIEM
Đúc trong khuôn kim loại là rót kim loại lỏng vào khuôn bằng kim loại
Phương pháp này có đặc điểm sau:
- Khuôn kim loại có thể dùng được nhiều lần (vài trăm đến hàng vạn lần) tuỳ thuộc vào kim loại vật đúc `
- Vật đúc có độ chính xác cao (cấp 6, 7) và độ bóng bề mặt cao (vì độ chính xác và độ bóng của lịng khn cao)
- Tổ chức kim loại mịn nhỏ (do nguội nhanh) nên cơ tính tốt Song đúc trong khn kim loại có nhược điểm:
- Giá thành chế tạo khuôn đất nên chỉ dùng trong sản xuất hàng loạt lớn va hàng khối
- Độ dẫn nhiệt của khuôn lớn nên giảm khả năng điền đầy của kim loại, do đó khó đúc vật đúc phức tạp và vật có thành mỏng
- Độ dẫn nhiệt của khuôn lớn nên khi đúc gang sẽ bị hoá trắng
- Khuôn và lõi bằng kim loại nên khơng có tính lún, ngăn cản sự co của kim loại làm cho vật đúc dễ bị nứt
Tuy có một số nhược điểm nhưng do nhiều ưu điểm nên khuôn kim loại ngày
nay được dùng rất rộng rãi để đúc chỉ tiết bằng gang, thép, đồng, nhôm, magiê v.v chẳng hạn như ống dẫn khí áp lực cao, séc măng, xi lanh, bàn là, píttơng, biên, trục khuyu, trục cam và những chi tiết khác
6.1.2 VẬT LIỆU LÀM KHUÔN VÀ KẾT CẤU KHUÔN
a) Vật liệu làm khuôn
Thường dùng là gang, thép các bon, thép hợp kim và đồng
Vật liệu chế tạo lõi có thể bằng kim loại hoặc hỗn hợp cát đất sét như đã trình bày ở phần trước
Vật liệu sơn khuôn: để bảo vệ bề mặt khuôn ta phải sơn khuôn Vật liệu sơn
khuôn tuỳ thuộc vào hợp kim đúc
Thành phần sơn thường dùng như sau:
- Để đúc thép: 50% bột thạch anh + 5,5% đất sét chịu nhiệt + 1,5% xà phòng lỏng + 30% nước
Trang 30- Để đúc gang: 10% bột thạch anh + 50g thuỷ tỉnh lỏng + 1 lít nước
- Để đúc hợp kim đồng: 5% bột graphit + 2% dầu hoả
b) Kết cấu khuôn lối
Cấu tạo của khuôn kim loại tuỳ thuộc vào vật đúc Đối với vật đúc đơn giản người ta thường làm hai nửa tương ứng với hòm khuôn trên và dưới như khi đúc trong
khuôn cát Hai nửa khn có thể
ghép với nhau bằng bản lề hoặc chốt định vị
Trên hình 6.1 giới thiệu khuôn kim loại có lõi cát để đúc gang Khuôn gồm hai nửa 1 và 2, lịng khn 3, hệ thống rót 4 (thường bố trí ở mặt phân khuôn để
dễ chế tạo khuôn) gờ 5 để đảm bảo
cứng vững cho khuôn, chốt định vị
6 để lắp 2 nửa khn chính
xác Để kịp đặt khuôn lên
máy ta dùng gờ 7 có lỗ bắt bu lông Đặt lõi cát § nhờ gối lõi 9 Khí trong khn thốt ra theo rãnh thốt khí 10 (đặt dọc theo mặt phân khuôn và sâu 0,2 — 1,5mm) ĐỂ lấy vật đúc ra khỏi khuôn ta dùng chốt đẩy I1, chốt đẩy thường chế tạo dạng hình trụ và lắp vào các, lỗ ở thành khuôn Khi lắp ghép hai nửa khn cần bảo:
đảm kín khít để tránh vật
đúc bị ba va
Đối với các vật đúc có hình dạng phức tạp Người ta chế tạo khuôn thành nhiều mảnh ghép lại, mỗi phần khuôn tạo thành một phần của vật đúc Trên dầu nhờn + 10% pafain + 65% is — Res `
hình 6.2 giới thiệu một khn kim loại đúc píttơng
Trang 31Cấu tạo của lõi: Đối với những lõi đơn giản người ta làm bằng kim loại Để dễ lấy lõi ra khỏi vật đúc người ta cắt lõi thành nhiều phần rồi ghép lại với nhau Ví dụ 'khi đúc píttơng người ta làm lõi ghép như hình gồm những phần 1, 2, 3, 4, 5
Việc gia công khuôn có thể tiến hành đúc rồi cắt gọt kim loại để đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt cao :
Quy trình đúc trong khuôn kim loại tiến hành như sau: - Lam sạch lịng khn lõi sau mỗi lần đúc
- Sấy khuôn, lõi đến nhiệt độ qui định để hạn chế sự giảm nhiệt độ nhanh của kim loại lỏng, làm ảnh hưởng tính chảy lỗng của hợp kim đúc Nhiệt độ sấy khuôn, lõi phụ thuộc vào hợp kim đúc và được qui định
Hợp kim đúc | Nhiệt độ sấy Hợp kim đúc Nhiệt độ sấy
_ Gang 200 + 350°C |Hgp kim nhôm chi tiết khong} 150+ 250°C phức tạp
Thép 250+350°C |Hợp kim nhôm chỉ tiết phức| 250 + 350°
tạp vừa
Hợp kim đồng < 100 Hợp kim nhôm chi tiết rất phức tạp | 350 + 450C
- Sơn bề mặt khuôn, lõi một lớp sơn đệm chịu nhiệt với chiều dày 2mm - Sơn phủ trên bề mặt lớp sơn đệm một lớp sơn áo bằng dầu ma dút, dầu hoả - Lắp khuôn và rót kim loại vào khn
- Để nguội vật đúc trong khuôn một thời gian nhất định rồi dỡ khuôn
6.2 DUC LY TAM
6.2.1 KHAI NIEM
Đúc ly tâm là rót kim loại lỗng vào khuôn quay, nhờ lực ly tâm mà kim loại lỏng phân bố đều theo bể mặt bên trong của khuôn hoặc điển đầy lịng khn để tạo
thành vật đúc (hình 6.2b)
Lực ly tâm tác dụng vào kim loại lỏng P=mrq@
Plớn khi: khối lượng m càng lớn r— Bán kính quay càng lớn @ - Vận tốc góc càng lớn - Uu điểm của đúc ly tâm:
- Đúc được chi tiết tròn xoay rỗng mà không cần dùng lõi (tiết kiệm vật liệu và
công làm lõi)
- Không cần hệ thống rót, đầu ngót nên tiết kiệm kim loại vật đúc
Trang 32- Do tác dụng của lực ly tâm nên kim loại điển đầy khuôn tốt, đúc được vat thành mỏng, vật có đường gân, hình nổi mỏng
- Vật đúc sạch do tạp chat, xi va phi kim loại nhẹ có lực ly tâm bé nên khônh bị: _ lẫn vào vật đúc
- Tổ chức kim loại mịn chặt, không bị rỗ co, rỗ khí do đơng đặc dưới tác dụng của lực ly tâm
Nhược điểm:
- Thích ứng vật đúc trịn xoay
- Khuôn cần độ bền cao (vì chịu nhiệt độ cao, chịu tác dụng của lực ly tâm, sức ép của kim loại.lỏng lên thành khn)
- Khó nhận đường kính lỗ bên trong vật đúc chính xác (vì khó xác định lượng kim loại rốt vào khn chính xác)
- Bề mặt trong vật đúc có chất lượng kém vì chứa tạp chất, xi - Khuôn quay tốc độ cao phải cân bằng và kín
- Vật đúc dễ bị thiên tích (vì trọng lượng riêng của các nguyên tố kim loại khác nhau cho nên lực ly tâm khác nhau)
6.2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC LÝ TÂM
a) Đúc ly tâm đứng
Là đúc ly tâm mà khuôn quay theo trục thẳng đứng
Khi khuôn quay theo trục thẳng đứng nên mỗi phần tử kim loại chịu một lực ly tâm và trọng lực cho nên bề mặt tự do của kim loại lỏng sẽ là parabơn lơí: Ta chứng minh:
Điểm A có tọa độ (x, y) trên xoy (hình 6.3a) Phần tử A chịu lực ly tâm:
Trang 33P mxo?-° o
Ta có: tgœ = —= = —X
Q mg g
Theo tính chất của đường tiếp tuyến:
2 tga = dy = ox dx g w? dy = —xdx g “7
Tich phan: [ay = — [xdx g
9
M” 4 %
= — X ;
y 2g (*)
Đây là phương trình đường parabơn Dựa vào phương trình (*) chúng ta tính được số vịng quay của khn khi đúc ly tâm đứng Tọa độ bề mặt trong vat duc (X,,
X; Y¿, Y;) (hình 6.4) \" — 2 Z⁄⁄⁄⁄ TY ⁄ x: H=Y.-Y ⁄ 1 † x) DALLA _— A=ÄX-ÄX: > Rtb rT NE, Hinh 6.4 , g Ta có: ¬ X? =2 cấy Y, , 2
Xi- Xi= Sộ.(Wị= Y,)
Trang 34R,, — Ban kinh trung binh của bề mặt trong vật đúc 2R,= X, + X
A= X, — X,
H=Y,-Y,
Thay vào phương trình trên ta được: 5
2R„ A= 2 _ + H
œ @ (vận tốc góc) = —— _®i góc) 30
g - Gia tốc trong trudng g = 9,8 m/s’
2
oR, 4 = 2281.20" 7ˆ Tì
nz 300 (vịng/phút)
tb *
Thường theo thiết kế số vịng quay của khn cố định, chiều cao H càng lớn thì A càng lớn, tức là chiều cao vật đúc càng lớn thì sự chênh lệch bán kính trong càng lớn Do vậy đúc ly tâm đứng chỉ đúc vật đúc có chiều cao thấp
b) Phương pháp đúc ly tâm nằm a G, my | N ⁄ 1 ls 8 = 32 Hình 6.5 -
Đúc ly tâm nằm là đúc ly tâm mà khuôn quay quanh trục nằm ngang (hình 6.5) Để kim loại lỏng rải đều theo chiều dài của khuôn người ta dùng máng rót, máng di chuyển dọc trục quay
Phương pháp này đúc ống chiều dày hai đầu khơng có sự chênh lệch Đường kính trong và ngoài đồng tâm nhau Phương pháp này không đúc được ống có đường kính q bé Tính số vịng quay: Oo Tr r — Bán kính ngoài vật đúc n= (vòng/phút)
K, — Hệ số phụ thuộc vào kim loại vật đúc
Trang 35.Đúc gang: K,= 1800 + 2500 - Đúc thép: K,= 2150 + 2730
6.2.3 VAT LIEU LAM KHUON |
Khuôn làm việc trong điều kiện nhiệt độ thay đổi, áp suất thay đổi nên vật liệu _ chế tạo khn u cầu cơ tính cao Thường dùng gang hợp kim, thép các bon, thép
hợp kim |
6.3 DUC DUGI AP LUC
Thực chất của phương pháp đúc áp lực là đúc trong khuôn kim loại mà quá trình điền đầy khuôn và kết tỉnh bị cưỡng bức bởi một áp lực
6.3.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐÚC DƯỚI ÁP LỤC
Hình 6.6 Sơ đồ nguyên lý đúc dưới áp lực / YIINN 1- Buồng ép; === KY 2 - Kim loại lỏng; 3 - Piston ép;
a ` 6 Ranh thoát khí; 5 Lang en
7 - Hai nữa khuôn
6.3.2 ĐẶC ĐIỂM:
Ưu điểm:
” Có tất cả các đặc điểm của đúc trong khuôn kim loại như vật đúc có độ bóng, độ chính xác cao
Đúc được những vật đúc có thành mỏng và phức tạp Vật đúc nguội nhanh cho nên cơ tính cao
Năng suất cao -
Cơ tính tốt do tổ chức kim loại mịn chặt hơn, ít khuyết tật
Đúc dưới áp lực dùng để chế tạo các chi tiết phức tạp như: van dẫn khí, vỏ bơm Xăng dầu, nắp buồng ép
Nhược điểm:
Hình dáng vật đúc khơng được quá phức tạp
- Khuôn làm việc dưới áp suất của dòng chảy kim loại rất lớn nên khuôn mau mòn và chống bị hỏng
Phải sấy khn trước khi rót kim loại lỏng
Trang 366.4 ĐÚC LIÊN TỤC
Là phương pháp đúc mà kim loại lỏng được rót liên tục vào khuôn và xung quanh được làm nguội cưỡng bức Phương pháp này thường dùng để đúc ống gang, thỏi hoặc dạng tấm
6.4.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐÚC TẤM LIÊN TỤC (Xem hình 6.7)
Nước
làm mát
Hình 6.7 Sơ đồ nguyên lý đúc tấm liên tục
] - Trục - thùng quay kết tỉnh; 2- Trục 3- Máng dan kim loai long 4 - Cốc rót 5- Tấm kim loại sau khi kết tỉnh
6.4.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐÚC ỐNG LIÊN TỤC ( XEM HÌNH 6.8)
Nước làm mát
Hình 6.8 Sơ đồ nguyên lý đúc ống liên tục
1 - Vo thing kết tinh; 2 Nước làm mát; 3- Ruột trong thùng kết tinh; 4 - Dòng kim loại lỏng; 5 - Thùng rót; 6 - Ơng kim loại đã kết tỉnh;
7 - Tấm đỡ sản phẩm; 8 - Cơ cấu đở và nâng hạ sản phẩm
Ngoài ra máy cịn có các cơ cấu kẹp phôi và kéo phôi, cắt phôi,
Trang 376.4.3 DAC DIEM
Uu diém |
e Do vat đúc ra liên tục nên có thể tránh được rõ co, rỗ khí, xỉ, Khơng cần phải cắt bỏ các đầu thừa của sản phẩm do co ngót, khơng phải đặt các đậu ngót
e_ Giảm được nguyên công cắt đầu phôi (chỉ cắt một lần) e_ Cơ tính cao, chất lượng vật đúc tốt
e Ứng dụng để đúc ống, đúc thỏi các loại (vng, trịn, ) tấm e Cho phép co khí hố và tự động hố;
Nhược điểm
e Khơng đúc được các vật phức tạp
e Do tốc độ nguội lớn nên gang dễ bị biến trắng (cần tránh làm nguội tiếp lần 2 ở giai đoạn sản phẩm ra khỏi khuôn kết tỉnh)
Kim loại dễ bị mắc treo ở trong khuôn (biện pháp chống: Sơn tráng thành trong của khuôn các chất chống dính như dầu thực vật, parafin, grafit; rung khuôn kết
tinh, )
6.5 ĐÚC TRONG KHUÔN MẪU CHAY
Đây là phương pháp sử dụng nhiều trong ngành RADIO để chế tạo các chi tiết phức tạp mà có khối lượng nhỏ từ vài gam trở lên Người ta sử dụng bộ mẫu được làm từ vật liệu dễ chảy, khi rót kim loại lỏng vào khuôn, mẫu sẽ chảy ra tạo ra lịng khn để điền đầy kim loại
6.5.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
- |
Hinh 6.9 So dé nguyén lý đúc
2 trong khuôn mẫu chảy
1-Hé thống rót; 3 2- Mẫu chảy;
3- Lớp cát áo chịu nhiệt ; 4- Lớp cát đệm; 5 3- Hịm khn; +> 2 ⁄2 ⁄2 2: VAs ⁄2 2 ⁄2 ⁄2 ⁄ 2 Gy 2 Gi G3 Z As ⁄2 Go G 6.5.2 DAC DIEM
e Hom khuén khong tháo rdi, mau được chế tạo liền thành một khối nên không cần phải lắp ráp khuôn
e_ Mẫu được chế tạo từ vật liệu dễ "nóng chảy;
e© Khi nung nóng mẫu sẽ chảy ra và tạo nên lịng khn vì vậy mỗi mẫu chỉ dùng để chế tạo một sản phẩm;
Trang 38e Do không phải làm khuôn rời, không phải lắp ráp khuôn khi đúc nên độ chính xác cao, khơng có các chất bẩn rơi vào lịng khn,
e Thời gian chế tạo nhanh
e Ung dung dé chế tạo các loại chỉ tiết: đúc dao phay, dao chuốt, các loại bánh rang, líp xe đạp, đĩa xe môtô, các phụ tùng máy nổ
Nhược điểm:
e Chu trình sản xuất dài;
e Chỉ chế tạo những vật đúc nhỏ ( thường M <1,5 kg); e Giá thành cao;
Vật liệu làm mẫu :
Là các chất dễ chảy như: nhựa thông, sáp ong, parafin, stearin (chất dùng để làm nến hay trong công nghệ sản xuất xà phòng) Nhiệt độ ép mẫu parafi khoảng 42- 45 °C (Chất có trộn lẫn bột keramic có thể ép ở nhiệt độ đến 120 - 150 °C sau đó nung trong lị ở nhiệt độ đến 900-970 °C)
Trang 39PHAN B - CHE TAO PHOI BANG GIA CONG AP LUC
| CHƯƠNG VI
NGUYÊN LÝ GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỤC
7.1 KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG DÉO KIM LOẠI
7.1.1 NGOẠI LỤC VÀ NỘI LỰC TRỌNG GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỤC
a) Ngoại lực
Trong q trình gia cơng áp lực Ngoại lực có thể chia ra mấy phần chính sau đây: al) Luc tác dụng chính P:
Lực tác dụng chính là lực :
sinh ra do tác dụng của thiết bị _Ä |
thông qua đầu búa khuôn rèn v.v làm cho kim loại biến dạng Khi nghiên cứu lực tác dụng chính cần chú ý vị trí điểm đặt lực tác dụng lên vật gia cơng vì nó quyết định trạng thái biến dạng của vật thể
gia cơng Ví dụ: Tác dụng lên vật | => ' {
một lực như nhau P (hình 7.1) ⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄4 ⁄⁄ ⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄
điểm tác dụng ở vị trí khác nhau a) b) thì trường hợp thứ nhât (hình 7.1a) ‹
vật thể biến dạng trên tồn bộ Hình 7.1
chiều cao, trường hợp thứ hai (hình
7.1b) vat thé chỉ biến dạng phần chiều cao từ P
điểm tác dụng lực trở xuống a2) Phan luc N
Phản lực N là lực sinh ra khi lực tác
dụng chính và thường sinh ra trên toàn bộ
phận cố định của thiết bị, có phương vng góc với mặt tựa và ngược chiều với lực tác dụng chính ¬ Biến dạng
- Khi xét lực cần chú ý đến vai trò của lực ma sát R sinh tại bề mặt tiếp xúc giữa dụng cụ và phơi, lực ma sát có phương song song với lực tác dụng chính (chiều của lực ma sát ngược chiều chuyển động của phôi tương đối với tác dụng tại nơi tiếp xúc) cụ thể
Hình 7.2
Trang 40Trường hợp rèn tự do (hình 7.2) phôi chỉ biến dạng dưới tác dụng của lực đập (xung quanh khơng có khn hạn chế) thì P =N
Trường hợp phôi biến dạng trong khn thì P z# N vì trong trường hợp này đã xuất hiện lực ma sát tại mặt bên khuôn với phôi, lực ma sát này có phương song song lực tác dụng, chính vì vậy trong trường hợp này khi xét t phan lực N không được bỏ qua lực ma sát R
Cụ thể:
+ Trường hợp chồn khn kín (hình 7.3) P=N+>R
Suy ra: P>N
Trường hợp này do P > N nên trong quá trình biến dạng phần trên của phôi biến dạng và điền đầy khn trước có nghĩa là kim loại phần trên của phôi dễ lưu động
⁄ ⁄4 ⁄ xé / | 7 > 2 ? 7 2z ⁄⁄ Hình 7.3 | Hinh 7.4
+ Trường hợp chồn trong chày kín (hình 7.4) | Khn kín: P =N +3 R N cs, a) - \ rig tts eo ~ \EBEEESE t trứng" N u we vast ay SN P>N |
Phần trên phôi biến dạng va điền đầy khuôn trước P=N->R
Suy ra: P<N
Trường hợp này do P < N cho nên trong quá trình biến dạng phần dưới của phôi biến đạng và điền đây khn trước có nghĩa là kim loại phần dưới của phôi dễ lưu động
Do ảnh hưởng của lực ma sát (như nghiên cứu ở phần trên) nên trong q trình gia cơng áp lực (rèn) đối với những phần có kết cấu phức tạp của phơi thường bố trí
về phía kim loại biến dạng trước
7
a3) Lực quán tinh
Trong quá trình biến dạng, các phần tử của vật biến dạng không: đều nhau nên tốc độ chuyển động của chúng cũng không đều nhau, vì vậy sinh ra lực qn tính Khi tính tốn lực không được bỏ quán tính mà cần phải đưa vào một hệ số điều chỉnh bằng thực nghiệm để có thể xét đến ảnh hưởng của nó