công nghệ chế tạo phôi

Đúc trong khuôn cát Là loại khuôn đúc một lần Rót KL một lần rồi phá khuôn lấy sản phẩm Vật đúc có độ chính xác, độ bóng bề mặt kém, lượng dư gia công lớn.. Sơ đồ sản xuất đúc bằng khuô

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÔI

M«n häc

giới thiệu chung về môn học

Công nghệ chế tạo phôi

( Chuyên ngành cơ khí chế tạo máy)

Thời l ợng Ch ơng trình: 45 tiết lý thuyết

Hệ đào tạo: Cao Đẳng Chính quy

Chuyên ngành Cơ khí chế tạo máy

NỘI DUNG MÔN HỌC

CÔNG NGHỆ ĐÚC

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ

SẢN XUẤT ĐÚC

PHẦN THỨ NHẤT: CƠNG NGHỆ ĐÚC

1.1 Định nghĩa

- Nấu chảy kim loại đến trạng thái lỏng

- Rót vào lòng khuôn đúc

- Khuôn đúc có hình dạng và kích thước của vật đúc

- Sau khi kim loại đông đặc ta thu được sản phẩm tương ứng với lòng khuôn

- Sản phẩm thu được gọi là vật đúc

- Nếu đem vật đúc gia công: Cắt gọt, nguội … thì sản

phẩm đúc gọi là phôi đúc

Ví dụ: Đúc cây nến, đúc nồi nhôm, đúc trống đồng,

đúc chuông, tượng …vv…

video Duc\duc cac loai

- Mọi vật liệu nấu chảy được (Gang, thép, hợp

kim màu, vật liệu phi kim …) đều có thể đúc

- Có thể tạo ra vật đúc

+ Có kết cấu phức tạp

+ Có khối lượng lớn (Các phương pháp

khác không/ khó thực hiện được)

+ Có nhiều lớp khác nhau

+ Gía thành thấp

1.2 Đặc điểm

1.2.1 Ưu điểm

-Tiêu hao kim loại cho hệ thống rót,

ngót, hơi và cho các đại lượng khác

(lượng dư, độ xiên )

1.3 Phân loại các phương pháp đúc

Tuỳ thuộc vào loại khuôn mẫu,

cứ vào loại khuôn đúc người ta phân

ra làm hai loại:

1.3.1 Đúc trong khuôn cát

Là loại khuôn đúc một lần (Rót KL

một lần rồi phá khuôn lấy sản phẩm)

Vật đúc có độ chính xác, độ bóng bề mặt kém, lượng dư gia công lớn.

Có thể đúc được vật đúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn.

1.3.2 Đúc đặc biệt

Ngoài khuôn cát, khuôn đúc kim loại, vỏ mỏng … được gộp chung là đúc đặc biệt

Tuỳ từng loại, cho sản phẩm chất lượng, độ chính xác, độ bóng cao hơn vật đúc

khuôn cát

Phần lớn các phương pháp đúc đặc biệt có năng suất cao hơn.

1.4 Sơ đồ sản xuất đúc bằng khuôn cát - Các bộ phận cơ bản của khuôn đúc

Hỗn hợp làm

khuôn Mẫu đúc Hộp lõi Hỗn hợp làm lõi Nhiên liệu đúc Lò

Làm khuôn Làm lõi

Sấy lõi Sấy khuôn

Lắp ráp khuôn, lõi

Nguyên liệu kim loại

Nấu kim loại

Biến tính

Rót khuôn Phá khuôn,lõi

1 Khu«n dưới

2 Khu«n trên

3 §Ëu ngãt hë

6 Vá Khu«n 7+9 C¸t

8 MỈt ph©n khu«n

12 TiÕt l u

13 §Ëu ngãt kÝn

14 R·nh dÉn

1 5 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng

vật đúc

1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng vật đúc

- Hợp kim đúc

- Loại khuôn đúc và phương pháp đúc

1.5.1 Chất lượng vật đúc

+ Độ chính xác hình dạng và kích thước

+ Độ nhẵn bóng bề mặt

+ Tính chất, cơ tính, tổ chức kim loại

1 6 Kết cấu vật đúc

1.6.1 Khái niệm :

Vật đúc là dạng sản phẩm hình thành từ hợp kim lỏng trong lòng khuôn Sự hình thành đó chịu ảnh hưởng lớn kết cấu vật đúc

1.6.2 Yêu cầu của một kết cấu vật đúc

Đảm bảo:

- Công nghệ làm khuôn đơn giản, thuận tiện.

- Dễ xác định vị trí lòng khuôn trong khuôn đúc để tạo ra hướng kết tinh đúng nhằm

nâng cao chất lượng hợp kim đúc, loại bỏ các khuyết tật đúc.

-Quy trình công nghệ gia công cắt gọt về sau

thuận tiện.

Theo khối lượng, vật đúc gồm :

Vật đúc nhỏ ≤ 100 kg Vật đúc trung bình 100 ÷ 500 kg

Vật đúc lớn > 500 kg

1.6.3 Phân loại vật đúc và sản xuất đúc

Theo tính chất sản xuất:

Đơn chiếc : 1 ÷ 50 vật đúc / năm Hàng loạt: Nhỏ (50 ÷ 100 vật đúc / năm)

Vừa (100 ÷ 1000 vật đúc / năm) Lớn (1000 ÷ 10.000 vật đúc / năm) Hàng khối (> 10.000 vật đúc / năm) Theo hình dạng và kết cấu:

Vật đúc đơn giản (Tạo thành từ các bề mặt cơ bản, số

lượng các bề mặt ít.)

Vật đúc phức tạp thường có nhiều bề mặt, nhiều hốc,

Ngoài ra, căn cứ vào tính cân đối của vật đúc có thểø chia thành 3 dạng:

Dạng 1 là các vật đúc có thể tích lớn nhưng diện tích nhỏ

Dạng 2 là các vật đúc có thể tích nhỏ nhưng diện tích lớn

Dạng 3 là tổ hợp của hai dạng trên

Kết thúc ch ơng I

Câu hỏi ôn tâp ch ơng

1 Trình bày yêu cầu kết cấu vật đúc?

2 Trình bày sơ đồ sản xuất đúc khuôn cát?

CHƯƠNG II

THIẾT KẾ ĐÚC

TRONG KHUÔN CÁT

2.1.1 Phân tích kết cấu và tính công nghệ

- Đọc kỹ bản vẽ, hình dung chi tiết, đọc điều kiện kỹ thuật ghi trong bản vẽ chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết, hình dung cả vị trí làm việc của chi tiết đó trong thiết bị, yêu cầu chịu lực …

- Dự kiến sơ bộ quy trình gia công cắt gọt chi tiết đóù trên các loại máy, xác định những phần bề mặt phải gia công, những mặt chuẩn công

Đơn giản hoá kết cấu, cấu tạo, tạo điều kiện dễ đúc hơn: như lược bỏ các rãnh then, rãnh lùi dao, các lỗ nhỏ quá không đặt lõi được.

Ví dụ:

- Sản xuất đơn chiếc lỗ Φ ≤ 50 mm → không đúc

- Sản xuất hàng loạt Φ ≤ 30 mm → không đúc

- Sản xuất hàng khối Φ ≤ 20 mm → không đúc

Các rãnh có độ sâu < 6mm, các bậc dày < 25 mm không nên đúc

Tăng hoặc giảm độ dày thành vật

đúc, các gân gờ, chỗ chuyển tiếp

giữa các thành vật đúc để dễ đúc hơn nhưng không ảnh hưởng đến khả

năng chịu lực, điều kiện làm việc

của chi tiết

2.1.2 Xác định mặt phân khuôn

- Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc giữa các nửa khuôn với nhau, xác

định vị trí đúc ở trong khuôn Mặt

phân khuôn có thể là mặt phẳng, mặt bậc hoặc cong bất kì.

- Nhờ có mặt phân khuôn mà rút mẫu khi làm khuôn dễ dàng, lắp ráp lõi, tạo hệ thống dẫn kim loại vào

Nguyên tắc chọn mặt phân khuôn :

+ Dựa vào công nghệ làm khuôn

Mặt phân khuôn cần đảm bảo:

* Chế tạo mẫu đơn giản

* Rút mẫu dễ dàng, định vị lõi và lắp ráp khuôn

* Chọn mặt có diện tích lớn nhất, dễ làm khuôn và lấy mẫu

•* Mặt phân khuôn nên chọn mặt phẳng tránh mặt cong, bậc

•* Số lượng mặt phân khuôn ít nhất

•* Các bề mặt yêu cầu chất lượng nên để ở khuôn dưới

•* Nên bố trí lõi thẳng đứng

•* Chọn lòng khuôn nông nhất có thể được

Hình veõ

Hình 2.1.2.2 Bố trí lõi thẳng đứng

+ Dựa vào độ chính xác của lòng khuôn

Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc vào độ chính xác của lòng khuôn, do đó lòng khuôn tốt nhất là chỉ phân bố vào trong 1 hòm

khuôn để tránh sai số khi lắp ráp khuôn.

Ví dụ:

- Những vật đúc có nhiều tiết diện khác nhau, nếu yêu cầu độ đồng tâm cao, người ta dùng thêm miếng đất phụ để đặt toàn bộ vật đúc trong một hòm khuôn

- Miếng đất phụ sẽ làm thay đổi phần nào hình dạng mẫu để tạo ra tiết diện lớn nhất tại mặt phân khuôn.=

2.1.3 Xác định các kích thước vật đúc

* Lượng dư gia công: Là lượng kim loại bị cắt gọt

trong quá trình gia công cơ, phụ thuộc:

- Độ bóng, độ chính xác.

- Kích thước bề mặt

- Bề mặt phía trên của vật đúc để lượng dư lớn hơn

vì chất lượng xấu nên phải cắt bỏ nhiều.

- Loại hình sản xuất.

Lượng dư gia công cơ được tra bảng trong sổ tay công

Lượng dư công nghệ : Là các lỗ có đường kính quá nhỏ, rãnh then, rãnh lùi dao, rãnh có độ sâu quá nhỏ thì đúc đặc, sau này gia công cơ sau.

* Lỗ φ 20 mm sản xuất hàng khối không đúc.

* Lỗ φ 30 mm sản xuất hàng loạt không đúc.

* Lỗ φ 50 mm sản xuất đơn chiếc không đúc.

Đúc lỗ : dựa vào tính chất sản xuất có thể dùng lõi hoặc không dùng lõi

* Ở những thành thẳng đứng trong khuôn

(vuông góc với mặt phân khuôn)

Phải để độ dốc, đảm bảo việc rút mẫu dễ dàng khi làm khuôn cát hoặc lấy vật đúc ra khỏi khuôn kim

loaiï sau khi đúc xong Độ dốc có 3 dạng (Tra bảng thiết kế đúc hoặc sổ tay công nghệ chế tạo máy)

+ Chiều cao thành vật đúc càng lớn, độ dốc nên lấy nhỏ.

+ Mẫu gỗ nên lấy độ dốc lớn hơn mẫu kim loại.

+ Mẫu làm khuôn bằng tay có độ dốc lớn hơn mẫu làm khuôn bằng máy.

của vật đúc thường tập trung ứng suất, nên làm góc lượn để khuôn không bị lở khi rút mẫu, vật đúc

không bị nứt khi kim loại đông đặc, nguội trong

Dung sai đúc:

Là sự sai số của kích thước vật đúc cho phép

so với kích thước danh nghĩa(Tra bảng) Dung sai

của vật đúc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: phương pháp đúc, loại khuôn đúc, loại mẫu, hộp lõi…

dung sai thành phần trên các khâu kích thước

phải phù hợp với dung sai khâu khép kín. 

Kích thước vật đúc = kích thước chi tiết máy +

Hình veõ

2.1.4 Xác định l õi và gối lõi (ruột và đầu gác )

- Lõi/ thao dùng để tạo ra phần rỗng hoặc lõm bên trong vật đúc, thường là khối đặc làm bằng hỗn hợp cát (khuôn cát ) hoặc bằng kim loại (khuôn kim loại).

- Gối lõi để giúp định vị lõi ở trong khuôn

- Số lượng lõi càng ít càng tốt.

- Có hai loại: lõi đứng và lõi ngang.

Lõi đứng :

Nằm vuông góc với mặt phân khuôn, gối lõi hình côn

Lõi ngang : Gối lõi có tiết diện hình tròn, vuông, lục giác

2.2 Mẫu, hộp lõi và lõi

2.2.1 Mẫu

Là bộ phận cơ bản trong bộ mẫu, gồm:

- Mẫu để tạo lòng khuôn.

- Mẫu của hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót Tấm mẫu để làm khuôn

- Căn cứ vào bản vẽ vật đúc để thành lập bản vẽ

Trình tự các bước để vẽ bản vẽ mẫu

- Xác định mặt phân mẫu.

- X ác định hình dạng kích thước tai mẫu.

- Kích thước và dung sai kích thước mẫu.

- Cấu tạo của mẫu.

- Phần định vị khi ghép mẫu.

Kích thước mẫu = kích thước vật đúc + độ

co kim loại

2.2.2 Hộp lõi và lõi

* Lõi: Dùng để tạo ra phần rỗng bên trong Hình dáng bên ngoài của lõi giống hình dáng bên trong của vật đúc và giống hình dáng bên trong của hộp lõi

Dung sai lõi mang dấu âm(-)

* Gối lõi: (đầu gác) Dùng để định vị lõi ở trong khuôn

* Hộp lõi: Dùng để làm lõi, vật liệu bằng gỗ hoặc kim loại có cấu tạo là một khối nguyên hoặc hộp lõi hai nửa, hộp lõi có miếng rời, hộp lõi lắp ghép …

2.3 Hệ thống rót – đậu hơi – đậu ngót

2.3.1 Hệ thống rót: Để dẫn kim loại lỏng từ thùng rót vào trong khuôn đúc

Yêu cầu của hệ thống rót:

-Điền đầy được khuôn nhanh.

-Hao phí kim loại ít.

-Dòng chảy phải êm, liên tục, kim loại không bị va đập vào khuôn lõi làm lở cát.

- Rãnh dẫn vào khuôn đúc không được nằm ngay dưới chân ống rót.

- Rãnh dẫn không bố trí ở phía cuối cùng của rãnh lọc xỉ.

- Rãnh dẫn phải nằm dưới rãnh lọc xỉ thì kim loại mới sạch

Rót dưới lên Rót trên xuống Rót bên hông

Cấu tạo một hệ thống rót tiêu chuẩn gồm: 1-Cốc rót; ống rót; 3-rãnh lọc xỉ; 4- các rãnh dẫn.

2-G = γ ∑ F rd V t

- Côùc rót là phần trên cùng của hệ thống rót.

- Ống rót là phần nối tiếp từ côùc rót xuống dưới, trong khuôn cát độ côn cho phép 10 ÷ 15%.

- Rãnh lọc xỉ: là một phần của hệ thống rót nằm dưới chân ống rót.

- Rãnh dẫn: nằm phía mặt dưới của rãnh lọc xỉ

Cách tính kích thước hệ thống rót :

G: khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót

γ : Khối lượng riêng vật liệu kim loại (g/cm3)

∑ Frd: Tổng diện tích tiết diện các rãnh dẫn

V: Tốc độ rót (V= µ )

t : Thời gian rót

µ : Hệ số cản thuỷ lực.

2.3.2 Đậu hơi- đậu ngót

2.3.2.1 Đậu hơi, đậu ngót

ngoài, đặt ở vị trí cao nhất

•Tùy thuộc kích thước vật đúc có thể có nhiều đậu hơi Đối với vật đúc có độ co kim loại ít, khối lượng nhỏ (gang xám) đậu hơi có tác dụng vừa thoát khí vừa bổ sung kim loại khi

co ngót

•Hình dạng: hình chữ nhật, hình tròn, hình côn (150)….

đông đặc, co nguội

• Thường đặt ở thành dày nhất của vật đúc

2.3.2.2 Phân loại đậu ngót

hợp đúc trong khuôn kim loại Khi làm khuôn cát nếu có

phần tập trung kim loại ở phía dưới, không đặt ngót hở được Người ta thay ngót ngầm bằng miếng sắt nguội để tránh rỗ

co, tạo điều kiện toả nhiệt nhanh

1 Khu«n dưới

2 Khu«n trên

3 §Ëu ngãt hë

6 Vá Khu«n 7+9 C¸t

8 MỈt ph©n khu«n

12 TiÕt l u

13 §Ëu ngãt kÝn

14 R·nh dÉn

2.3.2.3 Vị trí dẫn kim loại vào trong khuôn :

- Vật đúc co ít, thành dày mỏng tương đối đồng đều nên dẫn kim loại vào chổ mỏng nhất của vật đúc.

-Vật đúc co nhiều (thép) có thành dày mỏng khác nhau

nhiều nên dẫn kim loại vào phía thành dày của vật đúc để kim loại đông đặc có hướng, để bổ sung kim loại khi ngót

ở chỗ dày phải dùng thêm đậu ngót hoặc là miếng sắt

nguội.

-Vật đúc tròn xoay, nên dẫn kim loại theo hướng tiếp

tuyến với thành khuôn và đảm bảo dòng kim loại xoay

tròn theo một hướng.

- Vật đúc có chiều cao lớn nên dẫn nhiều tầng để khuôn

KÕt thóc ch ¬ng II

C©u hái «n t©p ch ¬ng

1 Tr×nh bµy?

2 Tr×nh bµy?

CHƯƠNG III

CHẾ TẠO MẪU VÀ HỘP LÕI

Bộ mẫu gồm:

- Mẫu để tạo lòng khuôn

- Mẫu của hệ thống rót , đậu hơi , đậu ngót

- Tấm mẫu để làm khuôn.

3.1 Vật liệu làm mẫu và hộp lõi

3.1.1.Yêu cầu chung

+ BỀN, KHÔNG THẤM NƯỚC KHÔNG CO GIÃN

+ CÓ ĐỘ BÓNG, ĐỘ CHÍNH XÁC CAO

+ LÀM KHUÔN ĐƯỢC NHIỀU LẦN

+ DỄ GIA CÔNG

3.1.2 Vật liệu làm mẫu và hộp lõi

• Phương pháp t o mẫu, hộp lõi : ạ

• - Mộc mẫu/ lõi thủ công, cắt gọt trên máy công cụ số…

• - Dùng mẫu gỗ hoặc kim loại(mẫu gốc) để làm khuôn

đúc ra được mẫu bằng kim loại

• - Gia công không phoi (Tạo mẫu nhanh)

• Kích thước mẫu gốc (Kim lo i) ạ

• Lượng dư gia công cơ = Lượng dư gia công cơ mẫu kim

loại + lượng dư gia công vật đúc

• Độ co mẫu gốc = độ co kim loại mẫu + độ co vật đúc.

3.2 Nguyên tắc thiết kế mẫu và hộp lõi

- Chi tiết đơn giản, sản l ợng nhỏ: Thợ mộc có thể căn cứ vào bản vẽ vật đúc

tự thiết kế chế tạo bộ mẫu, thực hiện thủ công hoặc gia công trên máy vạn năng.

- Chi tiết phức tạp, quan trọng, sản l ợng lớn nhất thiết phải thiết kế bộ mẫu gồm các b ớc:

thiết kế bản vẽ vật đúc (Hình 3.2.1.2)

xác định mặt phân khuôn (Hình 3.2.2.3), chọn ph ơng án (c).

Mặt phân mẫu tốt nhất là chọn trùng mặt phân khuôn (Hình 3.2.1.4), thao tác làm khuôn là đơn giản và có năng suất cao nhất

3.2.2 Thiết kế mẫu - Hộp lõi

Thiết kế mẫu: Về cơ bản kích th ớc mẫu t ơng tự nh bản vẽ vật đúc, trừ phần ổ gác và dung sai chế tạo mẫu Tùy theo t thế lõi, chọn khe hở giữa ổ gác và đầu gác cũng nh góc vát phù hợp.

Thiết kế hộp lõi: Kết cấu của hộp lõi đ ợc quyết định bởi hình dáng, kích th ớc của lõi, công nghệ chế tạo lõi Lõi cần có một mặt phẳng đủ rộng có thể nằm vững trên khay sấy phẳng đơn giản

Thiết kế các dụng cụ

phụ khác:

- Khay sấy

- D ỡng kiểm khuôn và lõi

a,b) Khay sấy định hình;

c,d,đ,e) Khay sấy phẳng;

g) Khay sấy có

gắn que xiên hơi dùng

đỡ lõi t ơi

Chèt chÆt

MÆt c¾t A-A

B

B

MÆt c¾t B-B M1:1

3.3 Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh

Hàng hoá thường xuyên cần thay đổi mẫu mã, vì vậy đòi hỏi phải rút ngắn quá trình thiết kế và chế tạo sản phẩm, b ng: ằ

-Gia công nhanh (Gia công với tốc độ cắt cao trên máy công

cụ - High speed machining - HSM

- Tạo ra khuôn nhanh (Rapid Tooling - RT)

- Tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping)

S d ng các thiết bị sao chụp (ử ụ Scaner), các thiết bị đo hiện

đại (Máy đo toạ độ 3 chiều), các phần mềm hỗ trợ thiết kế (Auto Cad, Inventer, Pro-Engineer ) tạo ra bản vẽ 3D số

Kết nối bản vẽ 3D số với thiết bị tạo mẫu nhanh, ta nhận

được vật thể có hình dạng và kích thước yêu cầu

Nguyên lý làm việc của thiết bị tạo mẫu nhanh là “đắp dần”

từng lớp đã được cắt lát, có chiều dày xác định từ bản vẽ 3D, tạo thành mẫu bằng vật liệu đặc biệt, còn được gọi là phương

pháp in 3 chiều (Three dimension printer)

Một số phương pháp thường gặp:

Phương pháp SLA (Stereo lithography apparatus) tạo ra mẫu

từ vật liệu cao su bắt sáng (Photocurable) lỏng, nguồn laze

được điều khiển theo tín hiệu máy tính quét phủ mặt cắt

ngang mô hình 3D hoá cứng một lớp, sau đó thùng cao su

lỏng hạ xuống một nấc, dần dần hình thành nên mẫu từng

lớp, từng lớp một

Phương pháp SGC (Solid ground curing) làm khô cứng từng lớp bằng

chùm tia cực tím chiếu lên toàn bộ bề mặt, một phần được che bằng tấm phim âm bản của tiết diện được cắt, phần không che bị tia sáng làm đông cứng

Phương pháp LOM (Laminated object manufacturing) dùng vật liệu dạng tấm có phủ keo dính, nguồn laze tạo ra từng lớp mặt cắt bằng cách cắt

tấm vật liệu theo đường biên của mặt cắt vật thể, rồi dán chồng lên nhau bằng con lăn gia nhiệt

Phương pháp SLS (Selective laser sintering) dùng laze thiêu kết lớp bột có chiều dày định trước do con lăn trải ra bàn công tác

Phương pháp 3D printing theo nguyên tắc in phun mực keo đặc biệt lên lớp bột nhựa trải phẳng và hoá cứng theo từng lớp một

Phương pháp FDM (Fused deposition manufacturing) dùng vật liệu dây dễ chảy đưa qua đầu gia nhiệt để hoá dẻo và trải lên mặt nền theo đúng