Xây dựng và chế tạo thiết bị thí nghiệm phục vụ bài thí nghiệm và thực hành công nghệ Đúc

Muốn tạo ra được hỗn hợp làm khuôn và lõi tốt, cần phải biết những yếu tố hoá học, lý nhiệt mà chúng phải chịu đựng, đồng thời phải nắm vững tính chất của các vật liệu dùng chế biến ra h

DAI HOC THA! NGUYEN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BAO CAO TONG KET

DE TAI KHOA HQC VA CONG NGHE CAP TRUONG

XÂY DỰNG VÀ CHÉ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHỤC VỤ BÀI

THÍ NGHIỆM VÀ THỰC HÀNH CÔNG NGHỆ ĐÚC

Mã số: T2019-TN03

Chú nhiệm đề tài: Ths Trần Anh Đức

THÁI NGUYÊN, NĂM 2021

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BAO CAO TONG KET

pk TAI KHOA HOC VA CONG NGHE CAP TRUONG

XÂY DỰNG VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHỤC VỤ BÀI THÍ

NGHIỆM VÀ THỰC HÀNH CÔNG NGHỆ ĐÚC

Chú nhiệm đề tài: ThS Trần Anh Đức

TS Hồ Ký Thanh

ThS Đào Liên Tiến

ThS Hà Bách Tứ ThS Hoàng Xuân Tứ

ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Đơn vị: Khoa Cơ Khí

THONG TIN KET QUA NGHIEN CUU

1 Thông tin chung:

- Tên đêtài: Xây dựng và chê tạo thiết bị thí nghiệm phục vụ bài thí nghiệm

và thực hành Công nghệ Đúc

- Chủ nhiệm: Tran Anh Ditc

- Cơ quan chủ trì: Trường Dai học kỹ thuật Công Nghiệp

- Thời gian thực hiện: Từ tháng 5 năm 2019 đến 10 tháng 5 năm 2021

2 Mục tiêu:

Xây dựng một hệ thống đúc phù hợp và xây dựng quy trình thực hành nhằm cung

cấp cho sinh viên có được năng lực thực hiện sau:

- Chế tạo hỗ hợp làm khuôn và lõi

-_ Thực hành làm khuôn và lõi

- Thực hành sấy khuôn và lõi

- Thực hành nấu rót kim loại

- Thực hành đúc sản phẩm thực phù hợp với điều kiện sản xuất của xưởng đúc

3 Kết quả nghiên cứu: Xưởng đúc nhỏ phù hợp quy trình thí nghiệm, thực hành cho

sinh viên

4 Sản phẩm:

Xưởng đúc gồm: 01 lò nấu nhôm (nấu được đến 15kg); 05 bộ hòm khuôn hợp

kim nhôm; 05 bộ mẫu hợp kim nhôm, 05 bộ mẫu và hộp lõi gỗ; 01 bể đựng hỗn hợp

làm khuôn; các thiết bị phụ trợ quá trình đúc (gáo rót, dụng cụ làm khuôn, cát, đất xét,

sàng, máy nén khí, )

5 Hiệu quả:

Giúp sinh viên gắn từ việc học lý thuyết với quá trình thực hành Khi thực hành

sinh viên sẽ được làm quen với các bài toán thực tiễn Từ đó, sinh viên hiểu được tầm

quan trọng và đề ra được các chỉ tiêu tính toán thiết kế đúc nhằm nâng cao hiệu quả

của quá trình đúc

LOI NOI DAU

Học phần Công nghệ Đúc là môn học cơ sở chuyên ngành rất quan trọng đối với sinh viên thuộc lĩnh vực cơ khí, vừa có tính chất lý thuyết vừa có tính chất công nghệ

Việc gắn lý thuyết với thực hành, giải quyết các bài toán thực tiễn, nâng cao kỹ năng công nghệ và tay nghề cho sinh viên, nâng cao hiệu quả truyền đạt và tiếp thu kiến thức

Các bài thực hành công nghệ đúc giúp sinh viên gắn từ việc học lý thuyết với quá trình thực hành Khi thực hành sinh viên sế được làm quen với các bài toán thực tiến

đúc nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình đúc

Bài thực hành về đúc kim loại sinh viên sẽ được đúc một sản phẩm thực, từ đó sinh

thu các môn học chuyên ngành của sinh viên các ngành thuộc lĩnh vực cơ khí

Sau thời gian nghiên cứu, chế tạo và thực nghiệm đến nay nhóm nghiên cứu đã

hoàn thành đề tài, do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi những

sai sót, nhóm rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy giáo, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp để đề tài của nhóm được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 4 năm 2021

Chủ nhiệm đề tài

MUC LUC

1.2.1.1 Các phương pháp làm khuôn bằng tay 33 1.2.1.2 Các phương pháp làm khuôn bằng máy 34 1.2.2 Các phương pháp làm lõi 37]

1.3.3 Các phương pháp sấy 41

CHƯƠNG 3 THIẾT KŠ XƯỞNG ĐÚC 64 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DUC HOP KIM NHOM 64

3.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BÔ TRÍ XƯỞNG ĐÚC 69

DANH MUC CAC BANG BIEU

Danh mục bảng biéu Trang Bảng 1.1 Thành phân hoá học của cát thạch anh 17 Bảng 1.2 Các nhóm cát theo kích thước hạt 18 Bảng 1.3 Tính chất lý nhiệt của một số vật liệu hạt chịu nhiệt cao 18

Bang 1.5 Nhiệt độ sấy cao nhất cho phép 40

Bang 1.6 Thời gian sấy khuôn tối thiểu (giờ) 4I

Danh muc hinh vé Trang

Í Hình 1.2 Quy trình chế tạo phôi đúc và các bộ phận cơ bản của một th

khuôn đúc

Hình 1.5 Làm khuôn trên nền xưởng 34

Hình 1.8 Quan hệ giữa độ đầm chặt và số lần dẫn 36

Hình 1.12 Quá trình sây 40 Hình 2.1 Sự hình thành lốm co 45°

Hình 2.3 Sơ đồ mô tả thiết bị thôi khí nitơ vào nôi lò chứa hợp kim lỏng 53

Hình 2.4 - Độ hoà tan Hạ trong AI và hợp kim Al-Cu- Mg 59

10

MO DAU

1, TINH CAP THIET CUA DE TAL

Học phần Công nghệ Đúc là môn học cơ sở chuyên ngành rất quan trọng đối với sinh viên thuộc lĩnh vực cơ khí, vừa có tính chất lý thuyết vừa có tính chất Công nghệ Cũng như nhiều món học khác, kiến thức sinh viên tông hợp được thông qua học lý thuyết và

các bài thí nghiệm, thực hành Việc gắn lý thuyết với thực hành, giải quyết các bài toán

thực tiễn, nâng cao kỹ năng công nghệ và tay nghề cho sinh viên, nâng cao hiệu quả truyền đạt và tiếp thu kiến thức

Các bài thí nghiệm Công nghệ Đúc giúp sinh viên gắn từ việc học lý thuyết với quá

trình thực hành Các lý thuyết về tính toán thiết kế Công nghệ Đúc được minh họa và

làm sáng tỏ hơn từ các bài thí nghiệm kiểm chứng Khi làm thí nghiệm, thực hành sinh viên sẽ được làm quen với các bài toán thực tiễn Từ đó, sinh viên hiểu được tầm quan trọng và đề ra được các chỉ tiêu tính toán thiết kế Đúc nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình Đúc

Bài thực hành về Đúc kim loại sinh viên sẽ được đúc 1 sản phẩm thực, từ đó sinh viên sẽ làm chủ được công nghệ chế tạo phôi đó là phần kiến thức rất quan trong đề tiếp thu các môn học chuyên ngành của sinh viên các ngành thuộc lĩnh vực cơ khí

Đối với sinh viên K53BT do không có thiết bị thực hành Đúc nên đã phải cho sinh

viên đi thực tập tại các xưởng đúc bên ngoài Việc này ảnh hưởng một phần tới chất lượng thực hành vì sinh viên phải làm theo sản phẩm của đơn vị thực hành (có thể không

thực hiện được các nội dung đề ra) và việc đi lại của sinh viên gặp nhiều khó khăn, kế

hoạch thực tập cũng không thể chủ động được Theo kế hoạch của Nhà trường sinh viên K54BT sẽ học môn Công nghệ đúc vào kỳ 1 năm học 2019 — 2020 Nếu bộ môn có thiết

bị thí nghiệm Đúc sẽ khắc phục được những khó khăn trên

Đối với sinh viên ngành Công nghệ Chế tạo máy có học phần thực hành công nghệ Đúc WHS 215 Hiện nay Trung tâm Thực nghiệm không có thiết bị tên chưa triển khai thực hành được Ngoài ra ngành này còn có học phần Gia công không phoi PED 203 có nội dung thực hành Đúc cũng không có thiết bị thực hành Nếu bộ môn hoàn thiện được thiết bị thí nghiệm, thực hành Đúc sẽ hướng dẫn được những nội dung này

Đối với sinh viên ngành Kỹ thuật cơ khí nội dung thực hành Đúc đã không đưa vào học phần thực hành WHS 303 do không có thiết bị, Đây là nội dung rất quan trọng trong chương trình đào tạo Nếu thực hiện được nội dung nay sinh viên sẽ thực hiện hoàn thiện được quy trình cơ bản chế tao 1 sản phẩm cơ khí tại Trung tâm thực nghiệm khi thực

hành học phần WHS 303 (Đúc r> Rèn > Cat gọt > Gia công nhiét > Sản phẩm) Sản

phẩm của thực hành Đúc là phôi cho các Ban thực hành tiếp theo và có thể tái sử dụng được phoi của các ban thực hành như Ban tiện, phay, bào, nguội, rèn Nếu bộ môn hoàn

11

thiện được thiết bị thí nghiệm, thực hành Đúc bộ môn sẽ kết hợp với Trung tâm Thực

nghiệm để hướng dẫn những nội dung này

Hiện nay, trang thiết bị phục vụ bài thí nghiệm và thực hành Công nghệ Đúc không

có (ban đúc tại Trung tâm Thực nghiệm cũng không có) Điều này cũng ảnh hưởng trực tiếp đến kỹ năng chuyên môn của người học, đặc biệt trong xu thế đổi mới đào tạo theo

“hướng ứng dụng Căn cứ vào tình hình và nhu cầu cấp thiết của môn học, bộ môn Công nghệ Vật liệu đề xuất xây dựng trang thiết bị thí nghiệm, thực hành phục vụ nội dung môn học

2 MỤC ĐÍCH, ĐÓI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Bài thực hành về Đúc kim loại sinh viên sẽ được đúc 1 sản phẩm thực, từ đó sinh

viên sẽ làm chủ được công nghệ chế tạo phôi đó là phần kiến thức rất quan trọng để tiếp thu các môn học chuyên ngành của sinh viên các ngành thuộc lĩnh vực cơ khí

Ý nghĩa thực tiễn

Ứng dụng để hướng dẫn bài thí nghiệm, thực hành của môn học Công nghệ đúc

ˆ nâng cao, học phần thực hành WHS 215 và nội dung thực hành đúc của học phần WHS

303

5, NOI DUNG CAC VAN ĐÈ SẼ ĐI SÂU NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu sẽ đi sâu vào cáo van dé sau:

Xây dựng một hệ thống đúc phù hợp và xây dựng quy trình thực hành nhằm cung cấp cho sinh viên có được năng lực thực hiện sau:

-_ Chế tạo hỗ hợp làm khuôn và lõi

Thực hành làm khuôn và lõi

Thực hành sấy khuôn và lõi

Thực hành nấu rót kim loại

Thực hành đúc sản phẩm thực phù hợp với điều kiện sản xuất của xưởng đúc

2)

CHUONG 1

TONG QUAN Vi: CONG NGHE BUC TRONG KHUON CAT

Đúc là phương pháp chế tạo chỉ tiết bằng cách rót kim loại lỏng vào một dụng cụ đặc biệt gọi là khuôn đúc Khuôn đúc có phần rỗng rang kích thước và hình dáng của chỉ tiết cần chế tạo Bởi vậy, sau khi kim loại lỏng điền đầy khuôn và đóng rắn sẽ nhận được vật đúc có hình dáng kích thước giống chỉ tiết cần chế tạo

Vật đúc có thể được sử dụng ngay, khi đó nó được gọi là chỉ tiết đúc Nếu vật đúc

ra cần qua gia công cắt gọt để nâng cao độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt thì được gọi là phôi đúc

Phương pháp đúc đầu tiên ra đời từ xa xưa và cho đến hiện nay vẫn còn rất ghd bién

là đúc trong khuôn làm từ hỗn hợp cát và đất sét Phương pháp này đơn giản về mặt công nghệ, giá thành vật đúc hạ song khuôn chỉ dùng được một lần, độ bóng và độ chính xác của vật đúc thấp, điều kiện lao động nặng nhọc, ô nhiễm môi trường lớn vì vậy

ngày nay có thiên hướng thay thế đần nó bằng các phương pháp đúc khác như: đúc trong

khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc ly tâm, đúc trong chân không nhằm nâng cao độ chính xác, độ bóng của vật đúc, nâng cao năng suất và cải thiện điều kiện lao động

Sân xuất đúc có những ưu điểm chính sau:

- Đúc được các vật liệu khác nhau như gang, thép, kim loại màu và hợp kim của chúng Khối lượng vật đúc có thể chỉ vài gam đến hàng trăm tấn

- Đúc được các vật đúc có hình dáng, kết cầu rất phức tạp như thân máy công cụ,

vỏ động cơ mà các phương pháp khác khó chế tạo hoặc không chế tạo được

- Đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc hoặc tạo ra cơ tính khác nhau giữa mặt trong và mặt ngoài của nó

- Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì đầu từ ban đầu ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng

suất khá (đặc biệt với các phương pháp đúc đặc biệt)

- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá

Tuy nhiên sản xuất đúc còn những nhược điểm sau:

~ Tiêu tốn kim loại lớn do cháy hao khi nấu luyện, do nằm lại ở hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi (ví dụ khi đúc hợp kim nhôm, lượng kim loại tiêu tốn chiếm 250% so với lượng kim loại vật đúc)

- Tỷ lệ phế phẩm khá cao, chất lượng vật đúc khó én định (đặc biệt khi đúc trong

khuôn cát)

- Độ bóng bề mặt chưa cao, độ chính xác kích thước thấp

Tuy còn tồn tại một số nhược điểm như đã trình bày ở trên, do những ưu điểm nỗi trội của mình phương pháp đúc vẫn phát triển rất mạnh và được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp Khối lượng vật đúc trung bình chiếm 40+80% tổng khối

13

lượng của máy móc Trong ngành cơ khí chế tạo máy khối lượng vật đúc chiếm tới 90%

mà giá thành chỉ chiếm 20+25% Trong các ngành chế tạo ô tô, máy kéo, máy động lực

khối lượng vật đúc chiếm tới 80% Trong ngành máy hoá chất, khai thác và chế biến

dầu mỏ khối lượng vật đúc còn lên tới 95%

Quá trình sản xuất đúc được biểu diễn theo sơ đồ trên hình 1

Hình 1.1 Sơ đồ quá trình sản xuất đúc

Muốn đúc một chỉ tiết như hình 2.a Trước tiên cán bộ kỹ thuật, phải vẽ bản vẽ

thiết kế vật đúc (hình 2.b) có tính đến độ ngót của vật liệu, lượng dư gia công cơ

khí Căn cứ vào bản vẽ đúc, bộ phận mộc mẫu chế tạo ra bộ mẫu gồm mẫu (hình

2.c), hộp lõi (hình 2.đ) Mẫu dùng để tạo ra hốc khuôn, có hình đáng bên ngoài của

vật đúc (hình 2.g) Hộp lõi dùng để tạo ra lõi (hình 2.e) Lõi dùng để tạo ra phần rỗng

trong vật đúc (hình 2.8) Để dẫn kim loại lỏng vào khuôn, khi làm khuôn ta phải tạo

hệ thống rót bao gồm phếu rót 2, ống đứng 3, rãnh lọc xỉ 4 và rãnh dẫn 5 (hình g)

14

Hình 2 trình bày các bộ phận cơ bản của một khuôn đúc Lòng khuôn 1 có hình dáng kích thước bên ngoài của vật đúc Kim loại lỏng được rót vào phu rót 2, theo ống đứng

3, rãnh lọc xỉ 4 và rãnh dẫn 5 vào lòng khuôn 1 Đậu hơi 6 để dẫn hơi từ lòng khuôn ra

ngoài, đôi khi nó còn đóng vai trò đậu ngót để bỗ sung kim loại lỏng cho vật đúc Hai nửa hòm khuôn trên 7 và nửa hòm khuôn đưới 9 chứa hai nửa khuôn trên 10 và khuôn

dưới 11 Hai nửa khuôn được lắp ráp chính xác với nhau nhờ hệ thống định vị 8 Vật

liệu tạo nên 2 nửa khuôn là hỗn hợp cát và đất sét 12 Lõi 13 định vị trong khuôn nhờ

gối lõi 14 nằm trong ổ đỡ lõi 16 Các đường xiên hơi 17 dùng để thoát hơi sinh ra trong

hỗn hợp làm khuôn ra môi trường bên ngoài

1.1 VAT LIEU, HON HOP LAM KHUON VA LOI

1.1.1 Vật liệu làm khuôn và lõi ;

Vật liệu làm khuôn là nguyên vật liệu dùng để chế biến nên hỗn hợp làm khuôn Do

đó, trong ngành đúc đặt tên các loại khuôn đúc ¿heo tên vật liệu làm khuôn: khuôn cát,

khuôn kim loại, khuôn gốm

Xu hướng hiện nay là sử dụng các phương pháp đúc đặc biệt thay thế khuôn cát để nâng cao độ chính xác kích thước và cơ tính của vật đúc, tạo điều kiện thuận lợi cho việc cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất Tuy nhiên vì những ưu điểm của mình, đặc biệt khi đúc những phôi lớn, phức tạp thì đúc khuôn cát cho đến nay vẫn chiếm tỷ lệ rat cao

Thực tế sản xuất cho thấy vật liệu làm khuôn ảnh hưởng lớn đến toàn bộ quá trình

sản xuất đúc (quy trình công nghệ, trang thiết bị sản xuất, chế độ làm việc ) Đặc biệt vật liệu làm khuôn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đúc Tỷ lệ hàng hỏng trong các xưởng đúc ở nước ta còn cao, chủ yếu là do chưa đầu tư nhiều cho khâu vật liệu làm khuôn

Muốn tạo ra được hỗn hợp làm khuôn và lõi tốt, cần phải biết những yếu tố hoá học,

lý nhiệt mà chúng phải chịu đựng, đồng thời phải nắm vững tính chất của các vật liệu dùng chế biến ra hỗn hợp làm khuôn và lõi cũng như tính chất của các loại hợp kim đúc

Vật liệu làm khuôn và lõi được chia ra 3 nhóm chính là: vật liệu hạt, vật liệu dính kết và chất phụ

1.1.1.1 Vật liệu hạt

Vật liệu hạt, còn được gọi là cát Cỡ hạt của cát làm khuôn từ 0,02+3,00mm Loại

có cỡ hạt trên 3,0 mm được gọi là sỏi, dưới 0,02 mm được gọi là bụi Vật liệu hạt trong

hỗn hợp làm khuôn chiếm từ 90+98%, nó ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của hỗn hợp làm khuôn Yêu cầu chung đối với vật liệu hạt là: chịu nóng, trơ đối với tác dụng của

kim loại lỏng, đấn nở nhiệt nhỏ, thoát khí tốt, không độc hại và có thể tái sử dụng nhiều

lần

16

Trong san xuất đúc thường dùng các loại cát sau: cát thạch anh, samot, manhédit, crômit, ziêckôn và bột than cốc

a) Các thạch anh Thành phần chính của cát thạch anh là ôxyt silie (SiO2) Lượng SiO trong cát làm khuôn đúc phải trên 90%, có loại chứa tới 97%SiO; Hàm lượng tạp chất có hại, như ôxyt kim loại kiềm càng thấp càng tốt vì chúng làm giảm tính chịu nóng của cát

Cát thạch anh có đặc điểm đáng chú ý là độ dãn nở nhiệt khá lớn khi bị nung nóng

và làm nguội Ở nhiệt độ 573°C có sự chuyển biến thù hình từ thạch anh ø sang thạch

anh / với sự thay đổi thể tích tới + 2,4% Khi nung nóng tới nhiệt độ 870°C tiếp tục có chuyển biến từ thạch anh B sang triđimit với sự thay đổi thê tích tới 15,1%; tiếp tục nung đến 1470°C lại có chuyển biến từ Triđimit sang Krixtôbalit với sự thay đổi thể tích tới 4,1% Ở nhiệt độ 1743°C bắt đầu chảy với sự thay đổi thể tích + 0,1% Sự thay đổi thể

tích của cát thạch anh khi nung nóng và làm nguội dẫn đến làm sai lệch kích thước của hốc khuôn đúc, nứt vỏ khuôn Sau một số lần bị nung nóng và làm nguội hạt các thạch anh bị vỡ vụn thành bụi gây bệnh silie (Si) gây nguy hiểm cho công nhân và làm giảm

độ thông khí của hỗn hợp làm khuôn

Cát thạch anh là vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền nên được sử dụng nhiều trong sản xuất đúc

Nhược điểm, khi đùng cát thạch anh như đã nêu ở trên có thể khắc phục hoặc hạn chế bằng cách dùng chất dính chất lượng cao để khắc phục tình trạng nứt vỡ khuôn do cát

giãn nở, bế trí hệ thống hút bụi ở khu vực làm khuôn và xử lý vật liệu làm khuôn Ngoài

ra, thực tế sản xuất cho thấy sau một số lần sử dụng nếu cát làm khuôn được tái sinh nếu tiến hành loại bỏ bụi và các tạp chất khác thì chất lượng của cát tái sinh này còn cao hơn cát nguyên khai

Khi đánh giá chất lượng cát thạch anh của ngành đúc không chỉ giới hạn có thành phần hoá học như đã nêu ở trên Trong tiêu chuẩn đã quy định thành phần cát làm khuôn trình bày trong bang 1.1 và cỡ hạt của cát thể hiện trong bảng 1.2

Bảng l.I Thành phẩn hoá học của cát thạch anh

Tén k mallee Tap chat có hại a ‘

cat <% <% a

„ 1 dưới2 |>97 0 0;5 0,75

on 2 - > 96 0,025 1,0 - anh 3 - > 94 - l5 -

Bảng 1.2 Các nhóm cút theo kích thước hại

Muốn xác định độ hạt của cát dùng bộ sàng tiêu chuẩn, cân cát trên mỗi mặt sàng

Độ hạt cát lấy theo số hiệu sàng nhiều cát nhất (thường tập trung ở ba sàng liền nhau, số hiệu cát lấy theo số hiệu sàng giữa)

b) Vat ligu hat chiu nhiét cao

Để đúc các vật đúc gang lớn, vật đúc thép với bề mặt không bị cháy cát thường sử dụng các vật liệu hạt chịu nhiệt cao thay thế cát thạch anh trong hỗn hợp làm khuôn và lõi Các vật liệu hạt chịu nhiệt cao cũng ít có khuynh hướng tương tác hoá học với sắt

và các ôxyt của nó do vậy cho phép đúc được các vật oó bề mặt sạch Tính chất lý nhiệt của một số vật liệu hạt chịu nhiệt cao được dẫn ra ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Tinh chất lý nhiệt ca một số vật liệu hạt chịu nhiệt cao

đó có 68%Cr203 va 32%FeO Tap chất có hại trong crômit là CaCOa, do khi bị nung nóng tạp chất này giải phóng ra khí CO2 gây nên khuyết tật rỗ khí trong vật đúc Vì vậy hàm lượng CaO trong crômit không cho phép vượt quá 1,5%, lượng SiOa không quá

18

Manhédit Manhédit là một loại nham thạch có chứa khoáng MpgCO2 và một số khoáng chất khác như canxi, silic và sắt, Khi xử lý nhiệt manhêdit bằng cách ủ, thì từ manhêdit toả

phải tiến hành ủ tới trạng thái thiêu kết ở nhiệt độ cao hơn 1400°C cùng với sự bé sung ôxyt sắt Kết quả sau khi ủ nhận được manhédit luyện kim có chứa tới 85%MgO, đây là

còn các sản phẩm của nó chịu được nhiệt độ trên 2000°C Cát manhêdit được dùng trong sản xuất đúc là phần phụ phẩm của quá trình nghiền, đập các sản phẩm manhédit Cat

mangan cao (như thép 113) va cac loại thép hợp kim cao khác

Ziắckên

Ziếckôn là một loại khoáng thiên nhiên có công thức hoá học là ZzO¿.SiO› ngoài ra còn có thêm một số tạp chất như silie, rutin, ôxyt sắt Với mục đích nâng cao hàm lượng của Ziếckôn trong loại cát này, thường làm giầu nó đến khi đạt nồng độ không dưới 65%ZrOs và cáo tạp chất khác không quá giới hạn 0 ,5%TiO›; 0,1%Ee2Os;

0,1%A1203; 0,15%P20s Cat ziéck6n c6 nhiét d6 néng chay 2600°C, a6 dẫn nhiệt lớn và

có hiện tượng cháy dính vào bề mặt vật đúc, vì vậy thường được dùng làm hỗn hợp cát

áo cho vật đúc thép lớn Đôi khi ziếckôn cũng được dùng để làm sơn chống cháy cát, hỗn hợp làm khuôn khi đúc ?heo mẫu chảy và đúc trong khuôn vỏ mỏng

Olivin

Ôlivin là hỗn hợp vô định hình của phétxterit với phayalit, có công thức hoá học là

(MgO.8¡O;) là 19009°C, của phayalit (2FeO.SiO2) 1a 1200°C Vi vậy nhiệt độ nóng chảy của ôlêvin phụ thuộc vào hàm lượng ôxyt rnanhê và sắt cũng như hàm lượng của 812

Tạp chất có hại trong ôlêvin là hợp chất 2MSGI 28iO¿.2 H;O (xêpêntin)

Để nâng cao nhiệt độ cháy của ôlêvin cần hạn chế hàm lượng ôxyt sắt trong nó và không được trộn lẫn nó với cát thạch anh Cát ôlêvin được dùng làm hỗn hợp cát áo để đúc các vật đúc bằng gang và thép lớn Dùng cát 6lêvin còn chống được bệnh silicon thường phát sinh trong công nhân khi tiếp xúc lâu ngày với các thạch anh

Thực tế cho thấy không có một chất dính nào thoả mãn đồng thời tất cả các yêu cầu nêu trên Do đó, trong sản xuất thường chọn các chất dính thoả mãn một số lớn các yêu sầu quan trọng, mà yêu cầu này bắt nguồn từ những điều kiện sản xuất cụ thể

Hiện nay trong sản xuất đúc thường sử dụng trên 100 loại chất dính khác nhau Có

nhiều cách phân loại chúng, theo quan điểm hoá học phân chất dính ra làm hai nhóm:

chất đính vô cơ như đất sét, xi măng, thuỷ tỉnh lỏng và chất dính hữu cơ như các loại

dầu, nhựa tổng hợp, tỉnh bột, nước bã giấy

a Chat dính vô cơ Trong số các chất dính vô cơ đất sét là loại được dùng nhiều nhất

Dat sé:

Trong sản xuất đúc đất sét được phân loại theo thành phần khoáng học của nó gồm:

Halôysit; Caolinit va Ménmérilénit Tuy nhiên thường dùng hai loại sau:

SSớí caolinií: công thức hoá học Al2Oa.281O›.2H2O, có màu trắng, khả năng trương

nở kém đo bút nước ít, tính dẻo thấp Nhiệt độ chảy của caolinit là 1750+1785°C Khi

bị nung nóng caolinit bị mắt nước tự đo ở 100+140°C; mất nước cầu trúc ở 350+580 °C

Khi đó caolinit chuyển thành mêtacaolinit với công thức hoá học AlaO.2SiO; và mắt

khả năng đính kết Ở nhiệt độ 900+1050°C mêtacaolinit phân huỷ thành các chất vô định

hình AlaOs và SiO› Hiện tượng phân huỷ nêu trên có thể xây ra trong khuôn đúc vì hỗn hợp làm khuôn phải tiếp xúc với kim loại lỏng có nhiệt độ cao Hậu quả là đất sét bị

phân huỷ sẽ rnất tác dụng đính kết, trở thành bụi làm giảm độ bền và thông khí của

khuôn

Sét caolinit có tính đính kết kém do trương nở kém nên để đạt được độ bền cần thiết

sử dụng một lượng chất dính khá lớn Điều này không cho phép khi đúc các chỉ tiết đòi hỏi chất lượng cao hoặc các vật đúc lớn

Sét ménmérilénit: có công thức hoá học AlaOs.4 S1Oa.HaO+n H;O, là loại sét có

khả năng hút nước lớn, trương nở mạnh thể tích có thể đến tăng 16 lần khi hút đủ nước nên có khả năng dính kết tốt hơn nhiều so với caolinit Khi bị nung nóng đến 100+150°C

từ mônmôrilônit tách ra nước tự đo, còn nung nóng đến 500+700°C thì tách ra nước cấu trúc, Ở khoảng nhiệt độ 735+900°C mônmôrilônit bị phân huỷ thành các chất vô định hình làm mắt hoàn toàn khả năng hút nước trở lại

Sét mônmôrilônit còn gọi là sét bentônit thường tồn tại đưới hai dạng: canxi-bentônit

và natri-bentônit, trong đó natri-bentônit dùng làm chất dính kết trong hỗn hợp làm khuôn cho chất lượng cao hơn Vì vậy sét canxi-bentônit trong sản xuất đúc thường qua

str dung céng nghé nhanh để sản xuất khuôn và lõi, đặc biệt trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ với sự sử dụng tắm mẫu ở nhiệt độ thường, nghĩa là nhận được hỗn hợp đóng

rắn nguội Thuý tỉnh lỏng là một dung dịch silicát kiềm NaaO.nSiO; hoặc K2O.nSi©›

với thành phần thay đổi Trong sản xuất đúc hay dùng thuỷ tinh lỏng natri vì nó rẻ và sẵn hơn so với thuỷ tỉnh lỏng kal Để đánh giá nước thuỷ tỉnh thường dùng tỷ số mol của 5iO¿ và NazO được gọi là môđun của nước thuỷ tỉnh:

M= Số mol 8iOz/Số mol NazO

Môđun của nước thuỷ tỉnh thường thay đổi từ một đến bốn Môđun của thuỷ tỉnh

lỏng có ảnh hưởng đến độ bền của hỗn hợp Nhiều nghiên cứu trong thời gian gần đây

đã cho thấy cùng với sự tăng môđun của thuỷ tỉnh lông độ bền ban đầu của hỗn hợp làm khuôn tăng lên song độ bền cuối cùng đạt được lại giảm đi Vì vậy để giảm môđun của

thuỷ tỉnh lồng thường bổ sung vào nó một lượng NaOH Tuy nhiên, cũng cần nhân mạnh

rằng cùng với sự giảm mmôđun của thuỷ tỉnh lỏng, độ bền còn lại sau khi đúc của hỗn hợp làm khuôn lại tăng lên, điều đó gây khó khăn cho việc tháo đỡ khuôn và lõi

Cùng với môđun, tỷ trọng của thuỷ tỉnh lỏng ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp làm khuôn Khi tỷ trọng đưới 1,47 g/om? sẽ làm tăng lượng nước trong hỗn hợp gây

khuyết tật rạn nứt khuôn sau này do nước bay hơi quá nhiều Ngược lại khi tỷ trọng của

thuỷ tình lỏng trên 1,52 g/cm? thi chất dính lại quá sệt, khó phân bố đều trên bề mặt hạt

cát nên độ bền của hỗn hợp bị giảm

Trong sản xuất đúc thuỷ tỉnh lỏng được sử đụng làm chất dính cho hỗn hợp làm khuôn, chất sơn khuôn, đúc mẫu chảy, đúc vỏ mỏng Biện pháp hoá bền khuôn có thể

sử dụng phương pháp sấy nhiệt hoặc thổi khí CO¿ qua khuôn Cả hai phương pháp đóng cứng trên đều cho năng suất rất cao Cần nhắn mạnh thêm là độ bền của khuôn đạt được chủ yếu đo sự đóng cứng của thuỷ tỉnh lỏng chứ không phải do đầm chặt vì vậy độ không khí của khuôn khá cao đặc biệt khi dùng phương pháp thôi khí CO¿

Chất dính thuỷ tỉnh lỏng có nhược điểm lớn nhất là độ bền của khuôn sau khi đúc

còn quá cao gây khó khăn cho việc tháo lõi và làm sạch vật đúc Nguyên nhân của nó là

do sự nóng chảy silicat natri khi nung nóng khuôn bằng kim loại lỏng và sự thiêu kết

tiếp theo của hỗn hợp làm khuôn khi làm nguội Vì vậy để cải thiện tính chất của hỗn

hợp làm khuôn dùng chất dính thuỷ tỉnh lỏng thường đưa thêm vào thành phần hỗn hợp

một số chất có tác đụng ngăn cắn sự thiêu kết của hỗn hợp khi làm nguội

Xi ming:

Đặc điểm của xi măng là khi tương tác với nước sẽ tạo thành các thuỷ phân tử, khi phân huỷ chúng tạo ra liên kết giữa các hạt cát của hỗn hợp làm khuôn Phản ứng này

có thể mô tả như sau:

2CaO.SiO›) + 6HạO —> 3CaO.28iO¿.3H2O + 3Ca(OH3›

22

Trong sản xuất đúc thường dùng 10+20% xi măng Pooclan Khuôn đúc làm bằng

hỗn hợp cát và xi măng có ưu điểm là độ bền tươi và độ dẻo cao nên dễ làm khuôn Tuy

nhiên do thời gian đóng cứng kéo dài (khoảng 28 giờ) nên năng suất lao động thấp chi

thích hợp với sản xuất đơn chiếc Độ chịu nhiệt của hỗn hợp cát và ximăng không cao

nên chỉ đúc được vật không lớn Sau khi đúc hỗn hợp tự huỷ bền nên phá đỡ khuôn và

lõi dễ hơn so với hỗn hợp cát thuý tỉnh lỏng

b) Chất dính hữu cơ

Chất dính hữu cơ nhìn chung đều chứa cacbuahyđrô, tồn tại ở dạng rắn hoặc lỏng

Muốn chất dính hữu cơ phân bố đều trên bề mặt vật liệu hạt dưới dạng màng mỏng cần

pha chúng vào một dung môi thích hợp trước lúc pha trộn với cát làm khuôn Độ bền

tươi của hỗn hợp dùng chất dính hữu cơ thấp, song độ bền khô của nó khá cao và phụ

thuộc vào quá trình tăng bền bằng sấy nhiệt hoặc xử lý bằng hoá chất

Khi đó cơ chế hoá bền diễn ra như sau: khi hoà tan vào dung môi dễ bay hơi các

chất dính như tỉnh bột, đextrin sẽ tạo thành trạng thái keo Sau khi dung môi bay hơi

dung dich chuyển sang trạng thái zel và đóng cứng lại làm tăng độ bền của hỗn hợp Với

các chất dính đóng cứng bằng hoá chất thì điều kiện cần thiết là chúng phải chứa các

phân tử có khả năng liên kết với nhau tạo thành phân tử có kích thước lớn (polyme) dưới

tác dụng xúc tác của hoá chất Các phân tử có kích thước lớn sẽ là các mắt xích kết nối

các vật liệu hạt thành một khối bền cao

Các chất dính hữu cơ là loại chất dính có chất lượng cao, chỉ cần đưa vào hỗn hợp

làm khuôn một lượng nhỏ cũng có thé dat được giá trị độ bền khô cao Ngoài ra hỗn hợp

dùng chất đính hữu cơ có tính thông khí và tính lún cao Sau khi rót kim loại lỏng vào

khuôn dưới tác dụng nhiệt độ cao chất dính hữu cơ tự phân huỷ vì vậy hỗn hợp tự huỷ

bền, giảm công phá dỡ khuôn và lõi

Tuy có những ưu điểm như đã trình bày trên, trong thực tế sản xuất đúc chất dính

hữu cơ được sử dụng ngày càng hạn chế vì chúng là những chất đắt tiền và ngày càng

trở nên khan hiếm Ngoài ra, sau khi cháy đưới tác dụng nhiệt của kim loại lỏng rót

khuôn từ chất đính hữu cơ phân huỷ ra một lượng lớn khí độc gây ô nhiễm nghiêm trọng

môi trường và gây bệnh phối cho công nhân Vì vậy hướng sử dụng chất dính hữu cơ

hiện nay là dùng các phụ phẩm hoặc chất thải của các ngành công nghiệp khác với điều

kiện chúng là những chất ít độc hại

Nước bã giấy

Nước bã giấy là chất dính kết đứng hàng thứ ba được sử dụng rộng rãi trong sản

xuất đúc sau đất sét và nước thuỷ tỉnh Nước bã giấy là phế thải của công nghiệp giấy

khi sản xuất bột giấy từ gỗ theo phương pháp kiềm sunphit Khi nấu bột gỗ trong kiềm,

xenlulô sẽ lắng lại đưới dạng cặn bã còn lignin (chiếm tới 30% trọng lượng gỗ) thì hoà

tan vào dung dịch Trong dung dịch còn chứa một hàm lượng đáng kể đường gexôn và

pentôn do kết quả phân huỷ các đường phức tap của gỗ Dung dịch này được gọi là kiềm

sunphit, chứa 8+10% các chất khô Kiềm sunphit có khả năng dính kết rất kém, bởi vậy

cần phải cô đặc nó đến nồng độ 47-50% chất khô Tuy nhiên, nhiệt độ cô đặc tối ưu chỉ

-_ên ở 115°C, ở nhiệt độ đó sau khi cô đặc nồng độ các chất khô có thể đạt tới 65%, hàm

` lượng các gốc tự do để tạo thành sau này các phân tử polyme cũng tăng lên Khi cô đặc

ở nhiệt độ cao hơn sẽ xảy ra quá trình phân huỷ nước bã giấy tạo ra các chất có phân tứ

lượng thấp làm giảm khả năng dính kết của nước bã giấy sau này

Nước bã giấy là một chất dính hữu cơ rất rẻ và sẵn, đặc biệt ở những nước công

nghiệp giấy phát triển như Việt Nam Nước bã giấy có thể dùng làm chất dính khi làm

khuôn tươi, khuôn khô, chế tạo lõi trong hộp ruột nóng, làm chất dính trong hỗn hợp

sơn chống cháy cát Tuy nhiên, khi sử dụng cần lưu ý rằng nước bã giấy có độ bền

riêng thấp (độ bền nén tươi khoảng 0,5 KG/cm?/1%) vì vậy muốn tăng bền cần dùng cát

hạt nhỏ và bổ sung thêm các chất dính vô cơ khác Nước bã giấy còn có nhược điểm

khác là hút Ẩm rất mạnh nên làm độ bền của khuôn và lõi giảm dần sau khi sấy khô chờ

rót kim loại lỏng Để khắc phục nhược điểm này, cần đưa vào thành phần hỗn hợp làm

khuôn chất chống hút nước, khi đó độ hút âm của nước bã giấy giảm đáng kể

Trên cơ sở của nước bã giấy và các phụ phẩm của công nghiệp chế biến đầu mỏ

người ta đã chế ra một loại chất dính kết tổng hợp có độ bền cao hơn khi để chúng dưới

dạng riêng biệt Ngoài ra, chất dính tổng hợp này không hút ẩm Vì các thành phần của

chất dính tổng hợp này không tự hoà tan vào nhau nên chế biến thường đun nóng nước

bã giấy đến 80+85°C, phụ phẩm của dầu mỏ chỉ nung sơ bộ đến trạng thái mềm đẻo ở

nhiệt độ cao hơn biến mềm khoảng 30+40°C Sau đó bỏ vào nước bã giấy và quấy liên

tục cho đến khi tạo thành dung địch êmunxy, dung dịch này không bị phân huỷ theo thời

gian

Chất dính dầu

Trong sản xuất đúc chất dính dầu chia làm hai nhóm: dầu thực vật và dầu tổng hợp

Thuộc nhóm dầu thực vật cần phải kế đến đầu lanh, dầu trâu, dầu gai Trong đó

dầu lanh là loại chất dính kết tốt hơn cả do để đóng cứng và cho độ bền riêng lớn, ít sinh

khí và cho độ thông khí cao Trong những năm gần đây nhu cầu sử dụng dầu thực vật

của các ngành kinh tế khác tăng mạnh vì vậy trong sản xuất đúc để làm chất dính kết

thường sử dụng các dầu tổng hợp So với các chất dính khác dầu tổng hợp có các ưu

điểm nỗi bật sau: cho độ bền cao trong khi lượng dầu dùng lại rất ít từ 1+2%, đạt độ

chính xác kích thước của hốc khuôn và lõi cao, không cần sấy nhiệt, khuôn và lõi không

hút âm Sau khi rót kim loại lỏng vào khuôn dầu bị phân huỷ vì vậy khuôn và lõi có tính

lún cao, phá dỡ dễ Mặt khác, việc làm khuôn và lõi từ hỗn hợp có chất dính dầu tổng

hợp cho phép cơ khí hoá và tự động hoá quá trình sản xuất dễ dàng, do đó nâng cao

được năng suất lao động, cải thiện điều kiện làm việc

24

Chất dính dầu tổng hợp có hai loại thường được sử dụng là dầu phênôn- phoócmanđêhit và dầu êmunxy Hai loại dầu này cho phép đưa thêm vào thành phần hỗn hợp làm khuôn tới 3% đất sét hoặc dùng cát béo Đất sét khi đó sẽ hấp thụ các phần

tử có phân tử nhỏ của chất đính do đó nang cao được độ bền của hỗn hợp Tuy có các _

ưu điểm như trên, song do yêu cầu bảo vẻ môi trường và hạ giá thành vật đúc dầu tang hợp được khuyến cáo chỉ sử dụng trong trường hợp chế tạo các lõi phức tạp đòi hỏi độ bền cao

1.1.1.3 Vật liệu phụ Ngoài cát và chất dính, các chất khác có trong thành phan của hỗn hợp làm khuôn

và lõi đều được gọi là chất phụ Việc đưa chất phụ vào hỗn hợp làm khuôn và lõi chủ yếu nhằm cải thiện một số tính chất đặc biệt của nó như: tăng tính lún, tính thông khí, làm nhẫn bề mặt hốc khuôn bằng cách lắp kín các khe hở giữa các hạt cát do đó chống được cháy cát Trong sản xuất đúc thường dùng các chất phụ sau:

a) Bot than Bột than là chất phụ dùng trong hỗn hợp làm khuôn đúc gang nhằm mục đích chống cháy cát vật đúc Bột than trước khi trộn vào hỗn hợp làm khuôn phải được nghiền nhỏ đến cỡ hạt dưới 0,16m Lượng bột than sử dụng phụ thuộc vào chiều dày thành vật đúc, vật mỏng 2+5mmm thường dùng 2+6%, còn vật dày có thể dùng tới 12%

Rắc bột than lên bề mặt hốc khuôn có tác dụng như trộn vào hỗn hợp làm khuôn

Khi rót kim loại lỏng vào khuôn đưới tác dụng của nhiệt độ cao bột than cháy rất nhanh

va tao ra một lượng lớn khí CO và CO› Khí chưa kịp thoát ra ngoài qua lớp hỗn hợp làm khuôn, lượng khí này tạo nên một áp lực đủ lớn ngăn cách sự tiếp xúc trực tiếp của kim loại lỏng với thành khuôn do đó ngăn cẩn được quá trình hình thành cháy cát cơ học Mặt khác lớp khí CO có tác dụng hoàn nguyên do đó ngăn cản được quá trình ôxy hoá sắt nghĩa là ngăn cản được nguồn gốc tạo ra hợp chất đễ chảy phayalit (FeO.SiO2)

Nói một cách khác bột than còn có tác dụng chống cháy cát hoá học Tuy vậy, bột than cũng có nhược điểm là làm giảm độ thông khí của hỗn hợp

b) Man cua

Mùn cưa được pha vào thành phần hỗn hợp làm khuôn đặc biệt là hỗn hợp làm lõi

nhằm tăng tính lún của chúng do đó hạn chế được khuyết tật nứt vật đúc do bị cản co

Ngoài ra, dưới tác dụng nhiệt của kim loại long rót khuôn mùn cưa sẽ cháy làm tăng độ thông khí, giảm độ bền còn lại của khuôn và lõi sau khi đúc tạo điều kiện phá dỡ lõi dễ

Tuy nhiên, mùn cưa làm giảm độ bền tươi và bền khô của hỗn hợp Mùn cưa hut 4 Am rất mạnh vì vậy không dùng cho khuôn tươi

co) Dau mazut Dầu mazut được dùng làm chất chống dính bám hỗn hợp làm khuôn vào mẫu Dầu mazut có tác dụng chống cháy cát như bột than vì vậy được dùng khi đúc vật đúc bằng

25

khuôn cát khi chỉ phí là tối thiểu Do đó, hỗn hợp làm khuôn trong các giai đoạn khác

nhau của quá trình công nghệ cần phải có tính chất co ly va tính chất công nghệ tối ưu:

a) Tinh déo

Là khả năng của hỗn hợp làm khuôn bị biến dạng đẻo dưới tác dụng của ngoại lực hoặc trọng lượng bản thân Tính dẻo ảnh hưởng đến khả năng hình thành hốc khuôn in hình rõ nét Tính đếo của hỗn hợp làm khuôn phụ thuộc vào thành phan va tinh chất của

vật liệu ban đầu, nhất là chất dính

b) Tính đầm chặt

Là khả năng giảm thé tích của hỗn hợp dưới tác dụng của ngoại lực hoặc trọng lượng ban thân Hỗn hợp làm khuôn có tính đầm chặt càng cao thì công đầm chặt càng giảm

c) Tinh dinh mau

Để đảm bảo bề mat hdc khuôn nhẫn, hỗn hợp cần phải có tính dính mẫu thấp Tinh

dính mẫu của hỗn hợp càng cao khi lượng chứa cáo chất háo nước trong nó càng nhiều

d) Tinh bén:

Trong quá trình đúc khuôn và lõi phải qua nhiều nguyên công nhỏ rọt mẫu, lắp ráp, chịu tác động của dòng chảy kim loại Vì vậy, cần phải có độ bền thoả mãn yêu cầu Độ bền cảng cao khi hàm lượng chất đính trong hỗn hợp càng tăng

Là khả năng hút ẩm từ không khí của hỗn hợp làm khuôn Tính hút âm càng lớn khi

trong hỗn hợp có chứa các chất dính háo nước Hỗn hợp có tính hút m cao thì khả năng

sinh khuyết tật rỗ khí trong vật đúc càng lớn

i) Tinh tao khi Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, các chất hữu cơ có trong thành phần hỗn hợp sẽ cháy, nước sẽ bay hơi tạo nên một lượng khí lớn Hiện tượng này được gọi là tính tạo khí Hỗn hợp có tính tạo khí càng lớn thì xu hướng tạo ra khuyết tật rỗ khí càng cao

26

rằng, các yêu cầu nêu trên không thể thoả mãn đồng thời với bất cứ một loại hỗn hợp làm khuôn và lõi nào Ví dụ, để tăng độ bền cần phải tăng hàm lượng chất dính, khi đó

độ thông khí của hỗn hợp sẽ giảm mạnh, tính dính mẫu sẽ tăng, độ bền còn lại sau khi đúc cũng lớn, tính dễ phá đỡ sẽ giảm mạnh

đâm bảo nhận được vật đúc có chất lượng, cần phải biết dung hoà giữa các yêu cầu và cẦn chọn nhiều giải pháp để đồng thời nâng cao các tính chất của hỗn hợp Trong đó đặc

biệt có hiệu quả là giải pháp kết hợp

1.1.2.2 Các loại hỗn hợp làm khuôn

Phân loại theo tính chất sử dụng hỗn hợp làm khuôn và lõi được phân thành hai loại chính, sau:

- Hỗn hợp làm khuôn đồng nhất: Thường dùng để làm lõi hoặc làm khuôn trên máy

- Hỗn hợp cát áo còn gọi là hỗn hợp cát mặt: Là hỗn hợp có chất lượng cao dùng tạo nên một lớp áo quanh bề mặt hốc khuôn nơi tiếp xúc trực tiếp với kim loại long va anh hưởng lớn đến chất lượng vật đúc Việc sử dụng hỗn hợp cát áo sẽ giảm chỉ phí vật liệu làm khuôn nhưng làm cho quá trình công nghệ thêm phức tạp, vì vậy chỉ thích hợp với

làm khuôn bằng tay, vật đúc vừa hoặc lớn

Phân loại theo trạng thái của khuôn trước khi rót kim loại lỏng, hỗn hợp làm khuôn

và lõi được phân thành hai loại chính, là: hỗn hợp làm khuôn tươi và hỗn hợp làm khuôn

khô (là loại khuôn trước khi rót kim loại lồng đã được sấy khô)

Phân loại theo trạng thái của hỗn hợp trước khi làm khuôn hoặc lõi, hỗn hợp làm khuôn và lõi được phân thành các loại sau: hỗn hợp rời; hỗn hợp dẻo và hỗn hợp chảy lỏng

Sau đây sẽ khảo sát một số loại hỗn hợp làm khuôn và lõi thường dùng:

a) Hỗn hợp làm khuôn đúc gang Khi làm khuôn tươi nên sử dụng loại đất sét chất lượng cao (Baio) để đâm bảo bền cao mà vẫn thông khí tốt, tạo khí ít Khi làm khuôn khô do sấy độ bền của khuôn

27

tăng cao, độ tạo khí giảm mạnh nên có thể dùng các sét thường với lượng chứa khá cao

Khi đó để tăng tính lún cho khuôn cần đưa vào thành phần hỗn hợp mùn cưa, bột than

b) Hỗn hợp làm khuôn đúc thép

Do thép có nhiệt độ chảy cao nên hỗn hợp cần đùng loại cát có chứa trên 95% SiOz, đất sét đùng loại chất lượng cao để nâng cao độ bền của khuôn Ngoài ra, chú ý sử dụng

thêm các chất dính khác như thuỷ tinh lỏng, nước bã giấy để tăng bền cho hỗn hợp Khi

đó, do lượng đất sét yêu cầu trong hỗn hợp không cao nên độ thông khí, tính lún của khuôn lớn Cát dùng trong hỗn hợp làm khuôn đúc thép vật đúc vừa và nhỏ nên dùng

loại cát tập trung cỡ hạt 016 và 02 Nếu dùng cát cỡ hạt lớn hơn bề mặt vật đúc sẽ thô hơn Khi đúc vật đúc lớn cần phải đùng cát cỡ hạt to hơn Dé chống cháy cát cơ học cần

sử dụng sơn khuôn để sơn lên bề mặt hốc khuôn Đối với cáo vật đúc lớn, thành dày từ

thép hợp kim phải thay thế cát thạch anh bằng cát crômit hoặc crôm-manhêdit và dùng chất đính là thuỷ tỉnh lỏng thay cho đất sét

©) Hỗn họp làm khuôn đúc kim loại màu:

Thành phần và tính chất của hỗn hợp làm khuôn đúc kìm loại màu được giới thiệu trong bảng 1.3 Từ số liệu của bảng cho thấy, nhìn chung nhiệt độ rót khuôn của kim

loại màu không cao, như hợp kim đồng không quá 1150°C, hợp kim nhôm và magiê không quá 800°C Do đó, độ chịu nhiệt của hỗn hợp làm khuôn không đòi hỏi cao như

hỗn hợp làm khuôn đúc gang và thép Hỗn hợp làm khuôn đúc đồng nên là loại cát nửa béo có chứa 10+20% đất sét, pha thêm 0,5+1,3% mazut và chủ yếu dùng lại cát cũ Hỗn

hợp làm khuôn đúc nhôm có cỡ hạt cát nhỏ hơn so với hỗn hợp làm khuôn đúc đồng

Hỗn hợp làm khuôn đúc magiê phải trộn thêm chất bảo vệ chống ôxy hoá hợp kim trong

quá trình rót khuôn và đông đặc vật đúc Chất bảo vệ pha vào thành phần hỗn hợp gồm

5+8% axit phôtphoric hoặc 4+5% axit borie và 2+3% bột lưu huỳnh tùy thuộc vào chiều dày thành vật đúc

28

khô đúc đông

tươi đúc nhôm

Cái do khuôn| 20 4+6 |7+12|01 8+12 | 5+6 8§0+60 |19+30 |0,5+1 khô đúc nhôm bã giấy

8) Hiến hợp làm khuôn đóng rắn nhanh Khuôn đúc chế tạo bằng hỗn hợp đóng rắn nhanh đã rút ngắn đáng kể thời gian quay vòng khuôn đúc do đó nâng cao được nắng suất lao động, giải phóng nhanh mặt bằng xưởng đúc Chất dính cee cho hỗn hợp làm khuôn và lõi đồng rắn nhanh chủ yếu là là thuỷ tỉnh lỏng, nước bã iấy và dầu tổng hợp Thành phần và tính chất của một số hỗn hợp làm khuôn đóng rắn nhanh được trình bay trong bang 1.4

Phụ thuộc vào phương pháp đóng rắn hỗn hợp có thể chia thành: Hỗn hợp với chất đóng rắn được đưa vào cùng chất đính khi chuẩn bị hỗn hợp làm khuôn và hỗn hợp được đóng rắn bằng cách thổi vào khuôn đã được đầm chặt các chất đóng rắn dạng khí (CO?)

-_ loại: Loại có thời gian giữ ngắn (5+180 giây) và loại có thời gian giữ dài (30+45 phút) Trong đó loại dau ding trong sản xuất lớn, loại thời gian giữ dài dùng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ

Theo trạng thái của hỗn hợp cũng có thể chia ra ba loại: hỗn hợp rời, hỗn hợp

dẻo và hỗn hợp chảy lỏng

1.1.2.3 Hỗn hợp làm ruột (õi) Lõi dùng để tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc, vì vậy nó bị kim loại lông bao

bọc, chịu tác động cơ học và chịu nóng lớn hơn nhiều so với khuôn đúc Vì lý do trên hỗn HỢP làm lõi trong mọi trường hợp phải có chất lượng cao hơn hỗn hợp làm khuôn về độ bền khô, độ bền bề mặt, độ chịu nóng, độ lún, tính thông khí đều phải cao hơn so với hỗn hợp làm khuôn

a) Hỗn hợp làm lỗi qua say

29

+õi cấp T là lõi có kết cắu phức tạp, thành mỏng, đầu gáo lõi nhỏ, dùng tạo hình

các lồ không qua gia công cơ

Léi cấp II: là lõi có hình dáng phức tạp, có phần dày, phần mỏng tạo ra một số

bề mặt không qua gia công cơ

Lõi cấp IIT: là lõi có độ phức tạp vừa phải, đầu gác lớn, không có phần mỏng

Lõi cấp TƯ: là lõi kết cấu đơn giản, dùng để tạo ra các bề mặt có thé gia công cơ,

có thể không gia công cơ, song không có yêu cầu gì đặc biệt

Lõi cấp V: là lõi cỡ lớn

Từ cách phân loại trên có thể khẳng định hỗn hợp dùng để chế tạo lõi cấp I cần

phải có chất lượng cao nhất Thêm vào đó độ bền ở trạng thái tươi của hỗn hợp cũng

phải cao để lõi không bị sứt, vỡ khi tháo lõi, vận chuyển đến nơi sấy Hỗn hợp làm

lõi cắp II cũng phải thoả mãn những yêu cầu như cp I song ở mức thấp hơn Từ lõi

hợp làm lõi để đảm bảo tính kinh tế cao của quá trình sản xuất (bảng 1.5) Hỗn hợp

cần chọn nhỏ hơn

1.1.2.4 Chuẩn bị hỗn hợp làm khuôn và lỗi

Quá trình sản xuất hỗn hợp làm khuôn và lõi được mô tả theo sơ đồ Theo thống

kê muốn sản xuất một tấn vật đúc cần sử dụng 6+7 tấn hỗn hợp làm khuôn và lõi Vì

khối lượng sử dụng lớn như vậy nên việc cơ khí hoá khâu sản xuất hỗn hợp làm khuôn

và lõi rất yếu tố quan trọng, quyết định chất lượng của hỗn hợp, năng suất lao động và

cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân Quá trình sản xuất hỗn hợp làm khuôn và

lõi phải qua ba giai đoạn chính sau:

a) Chuẩn bị vật liệu ban đầu

Vật liệu mới khai thác về thường không phù hợp với yêu cầu của hỗn hợp làm

khuôn và lõi về cỡ hạt, độ ẩm, độ sạch Vì vậy nhất thiết phải qua sử lý như sấy,

nghiền, sàng

30

Cách chuẩn bị ba dạng đất sét có khác nhau Với đất sét bột sau khi khai thác phải để khô rồi nghiền thô tới cỡ cục 4+25 mm, đưa đi sấy ở nhiệt độ 150°C cho tới khi độ am còn 5+8% Đất sét sấy xong đưa sàng nghiền và rây qua rây có số liệu 0315 Việc thu hồi bột sét sau khi nghiền tốt nhất là bằng phương pháp hút bụi Công nghệ này vừa cho phép thu được bột có cỡ hạt nhỏ vừa có tính vệ sinh công nghiệp cao Với đất sét nhão và lỏng sau khi khai thác ở mỏ, có thể cho vào nước ngâm cho đất sét hút no nước, trương nở hết cỡ sau đó khuấy đều để tạo nên một khối đồng nhất

Chuẩn bị cát mới

để lấy đúng cỡ hạt yêu cầu

Chuẩn bị hỗn hợp đã qua sử dụng Sau mỗi lần đúc trong khuôn chỉ có một lớp hỗn hợp nằm sát bề mặt hốc khuôn

do chịu tác động nhiệt độ cao nên tính chất bị thay đổi Phần hỗn hợp còn lại hầu như tính chất không thay đổi vì vậy có thể tái sử dụng Tuy nhiên, để đảm bảo chất lượng của vật đúc hỗn hợp dùng lại vẫn phải qua xử lý để loại bỏ tạp chất kim loại lẫn trong hỗn hợp Sau mỗi lần dùng lại lượng chất đính trong hỗn hợp tăng lên vì vậy tính thông khí của hỗn hợp ngày càng giảm Do đó, sau một số lần dùng lại buộc phải tái sinh cát

31

nếu không muốn loại bỏ Công việc chính khi tái sinh cát là rửa trôi bớt bụi (vốn là

chất dính đã bị mất khả năng dính kết do tác dụng của nhiệt độ cao) trong hỗn hợp

dùng rồi Sau đó cát tái sinh được sấy khô và khi đó nó hoàn toàn hồi phục được tính

chất như cát mới

b) Xỹ thuật chế biến hỗn hợp làm khuôn và lõi

Yêu cầu chính khi pha trộn hỗn hợp làm khuôn và lõi là làm cho chất dính phân

bố đều trên bề mặt hạt cát Vì vậy, tùy thuộc vào tính chất của chất dính mà chọn một

trong hai phương án trộn sau:

Nghiền trộn: Để thực hiện nghiền trộn người ta dùng máy trộn con lăn có lắp cụm

cánh gạt và bánh lăn quay quanh trục cố định Khi đỗ hỗn hợp vào máy, con lăn làm

nhiệm vụ chà sát cho chất dính bị dàn ra dưới dạng màng mỏng bao lấy các hạt vật

liệu, cánh gạt làm nhiệm vụ trộn đều khối hỗn hợp

Đảo trộn: Để thực hiện công nghệ đảo trộn người ta dùng máy trộn kiểu cánh gạt

Thứ tự nạp liệu cũng giống như khi nghiền trộn Tuy nhiên, phương pháp đảo trộn tốn

ít năng lượng hơn nghiền trộn và tránh được hiện tượng nghiền vỡ các hạt cát, do đó

rất thích hợp để chế biến các hỗn hợp với chất dính dạng nước như thuỷ tỉnh lỏng,

nước bã giấy, dầu các loại Sau khi trộn nước phân bố trong hỗn hợp chưa đều nên

phải tiễn hành ủ hỗn hợp để nước có thời gian khuyếch tán đều trong toàn bộ khối hỗn

hợp

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM KHUÔN VA LOI

Đúc trong khuôn cát chiếm tỷ lệ khá cao (trên 80%) trong sản xuất đúc Khuôn

đúc là nhân tố quan trọng quyết định chất lượng của vật đúc Thường 50+60% phế

phẩm vật đúc là đo khuôn đúc gây ra Vì vậy, việc tuân thủ nghiêm yêu cầu kỹ thuật

làm khuôn và lõi là nhiệm vụ của người làm kỹ thuật đúc Tùy theo sản lượng của vật

đúc, mức độ cơ khí hoá của xưởng đúc, việc làm khuôn và lõi có thể được tiến hành

bằng máy, làm khuôn và lõi trên đây truyền tự động

Làm khuôn và lõi bằng tay thường được dùng trong sản xuất đơn chiếc, sửa chữa

thay thế hoặc trong phòng thí nghiệm Làm khuôn bằng máy đùng trong sản xuất hàng

loạt và hàng khối Thực chất của nó là cơ khí hoá các khâu: Cung cấp hỗn hợp làm

khuôn và lõi, đầm chặt hỗn hợp làm khuôn và lõi và tháo mẫu ra khỏi khuôn Làm

khuôn và lõi trên dây truyền tự động là bước phát triển cao hơn của làm khuôn trên

máy, nó được áp dụng để sản xuất một loại sản phẩm cố định

32

1.2.1 Các phương pháp làm khuôn 1.2.1.1 Các phương pháp làm khuôn bằng tay

a Làm khuôn trong hai hòm khuôn

Hình 1.9 giới thiệu trình tự những thao tác làm khuôn trong hai hòm khuôn bằng

Hình 1.4 Lam khuôn trong hai hòm

Làm khuôn dưới (hình 1.9, từ 1+11); Đặt mẫu và hòm khuôn lên tắm phẳng (số

1, 2) rắc cát áo phủ lên mẫu (số 3) sau đó rắc cát đệm và đầm chặt lần thì nhất (số 4, 5), đỗ thêm cát đệm, đầm chặt và gạt phẳng mặt trên (số 6,7), xăm lỗ thoát hơi (số 8), quay hòm khuôn 1809 (số 9) sửa chữa các chỗ thiếu và chữa lại các mép quanh mẫu (số 10, 11)

33

Lam khuôn trên (hình 1.9, số 12+22): dat hòm khuôn trên lên hòm khuôn dưới

và rắc lớp bột cách (số 12), đặt ống rót và rắc lớp cát áo (số 13), đỗ lớp cát đệm và đầm chặt lần thứ nhất (số 14, 15), đổ thêm cát đệm và đầm chặt lần thứ hai (số 16),

gạt phẳng và xăm lỗ thỏng hơi (số 17, 18), nâng hòm khuôn trên (số 19), khoét máng

dẫn (số 20), quét nước quanh mép mẫu (số 21), rút mẫu ra (số 22)

b Làm khuôn trên nền xưởng

Phương pháp này dùng rất phế biến trong sản xuất đơn chiếc đối với vật đúc

trung bình và lớn khi thiếu hòm khuôn có kích thước cần thiết Hình 1.10 trình bày

quá trình làm khuôn trên nền xưởng để đúc vật đúc lớn Trên nền xưởng đào lỗ có chiều sâu lớn hơn chiều cao của mẫu khoảng 300+400mm; đầm chặt đáy lỗ rồi đỗ một

lớp xi hoặc sôi 1 dày 150+200mm Để tăng độ thoát khí, đặt hai Ống nghiêng 2 dẫn

khí ra ngoài, đỗ lớp cát đệra sau đó đỗ 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 hòm khuôn 4 lên, cố định vị trí của hòm bằng chốt gỗ 5 sát vào thành hòm, đặt hệ

thống rót và đậu ngót sau đó đỗ vật liệu làm khuôn để làm khuôn trên, nhắc hòm khuôn

trên và cắt máng dẫn 6, rút mẫu ra và lắp khuôn trên vào, đặt cốc rót 7 và cốc đậu hơi

8, dat tai trong dé va rot kim loại

34

Chỉ dùng mẫu để làm khuôn không dùng dưỡng gạt được Thường dùng hòm

khuôn chứ không làm khuôn trên nền xưởng, không làm trong ba hoặc nhiều hòm

khuôn, chỉ dùng một loại vật liệu làm khuôn (không dùng riêng cát áo và cát dérn)

Mặt khác xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế thì làm khuôn bằng máy phải rẻ hơn làm khuôn

bằng tay, hệ số sử dụng máy phải trên 40% Vì thế làm khuôn bằng máy chỉ dùng trong

sản xuất hàng loạt hoặc hàng khối

Căn cứ theo những nguyên công cơ bản được cơ khí hoá, các phương pháp làm

khuôn bằng máy được phân loại theo phương pháp đầm chặt, phương pháp rút mẫu

Làm khuôn trên máy ép

Phương pháp đầm chặt hỗn hợp làm khuôn bằng máy ép có thể thực hiện bằng

cách ép trên xuống hoặc ép dưới lên Những máy này gọi là máy ớp trên xuống hoặc

máy ép dưới lên (hình 1.19)

Hình 1.6 Sơ đồ máy ép làm khuôn

Sơ đồ nguyên lý làm việc của mày ép trén xuöng trinh bảy trên hình 1.19a Kẹp

chặt mẫu 2, hòm khuôn chính 3 (chiều cao H) và hòm khuôn phụ 4 (chiều cao h) lên

bàn máy 1 Đổ đầy hỗn hợp làm khuôn vào hòm khuôn Xà ngang 5 lắp chày ép 6

được quay đến vị trí làm việc (kích thước chày ép nhỏ hơn kích thước hòm khuôn phụ

một ít) Mở van cho khí ép vào theo rãnh 7 để đây pittông 8 trong xi lanh 9 lên, đồng

thời làm cho toàn bộ bàn máy, hòm khuôn đi lên Chày ép cố định sẽ nén chặt hỗn

hợp làm khuôn đến mặt trên của hòm khuôn chính, mở van cho khí ép ra ngoài làm

toàn bộ phần trên hạ xuống Quay xà ngang để tiến hành rút mẫu và lặp lại quá trình

làm khuôn khác Độ đầm chặt của khuôn biểu thị trên hình 1.19b

Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy ép từ dưới lên trình bày trên hình 1.19c Bàn

máy 1 và píttông 8 gắn chặt tắm mẫu 2 Trên thành của xi lanh 9 đặt hòm khuôn chính

3, lớp hỗn hợp làm khuôn phụ 4 tương ứng cho từng mẫu được xác định bởi chiều

cao h Dùng xà ngang 5 để tỳ lên mặt trên của hòm khuôn Mở van cho khí ép vào

theo ống 7, nâng pittông và tắm mẫu lên đến vị trí mặt mm để nén chặt hỗn hợp làm

35)

khuôn Sau đó quay xà ngang, mở van cho khí ép thoát ra đồng thời rút mẫu lấy hòm

khuôn Độ đầm chặt hỗn hợp làm khuôn biểu thị trên hình 1.19d

So sánh độ đầm chặt 8 ở hai máy ta thấy: máy ép dưới lên thì gần mẫu có độ đầm

chặt lớn hơn, máy ép trên xuống đệ đầm chặt gần mẫu kém Loại máy ép chỉ dùng khi chế tạo vật đúc có bòm khuôn chiều cao dưới 200mm và kích thước dưới 800 x

600mm Độ đầm chặt trung bình của hỗn hợp làm khuôn có thể xác định theo công thức kinh nghiệm cha Acxénép:

chiều cao khuôn phụ h, chiều cao này được xác định dựa vào nguyên tắc khối lượng

hỗn hợp trước và sau, khi đầm chặt không đôi:

8o [ŒI + h)F - VỊ = Š (HE - V) Trong d6: 8, ö là độ đầm chặt trước và sau khi đầm chặt (g/cm)), H là chiều cao hòm khuôn chính (em), h là chiều cao hòm khuôn phụ (cm), E là điện tích tiết diện

hòm khuôn (cm?), V là thể tích mẫu đúc (cm?)

Từ hệ thức trên ta rút ra:

V6 h=(H “aD

Làm khuôn trên máy dằn

Sơ đồ máy dần được trình bày trên hình 1.22 Mẫu 2 và hòm khuôn 3 lắp trên bàn

máy 1 Sau khi đỗ hỗn hợp làm khuôn, ta mở cho khí ép theo rãnh 4 vào xỉ lanh 5 để đẩy píttông 6 cùng bàn máy đi lên Đến độ cao chừng 30+80mm thì lỗ khí vào 4 bị đóng lại và hở lỗ khí 7, nên khí ép trong xỉ lanh thoát ra ngoài, áp xuất trong xi lanh giảm đột ngột, bàn máy bị rơi xuống va đập vào thành xi lanh Khi píttông rơi xuống

thì lỗ khí vào 4 lại hở ra và quá trình din lặp lại Như vậy hỗn hợp làm khuôn được

đầm chặt nhờ trọng lượng bản thân của hỗn hợp khi va chạm Độ đầm chặt của khuôn

- (biểu thị trên hình 1.22b) không đều theo chiều cao khuôn (trên nhỏ dưới lớn) Độ đầm

chặt của hỗn hợp được xác định theo công thức:

a

Trong đó; K là hệ số đầm chặt, thường chọn bằng 0,35+0,55 va a là công đầm

chặt một đơn vị điện tích hỗn hợp làm khuôn

be Q.hứn

F Trong đó: Trọng lượng hỗn hợp làm khuôn Q (N), chiều cao nâng của khuôn h

(em), diện tích khuôn F (em? ), số lần dằn n và hệ số hữu ích m = 0,3 + 0,7

Để khắc phục độ đầm chặt không đều có thể dùng các biện pháp sau: đặt trên

khuôn một tải trọng trước khi dằn Dùng An

1.2.2 Các phương pháp làm lối Lõi là bộ phận nằm trong khuôn đúc để tạo phần rỗng bên trong, phần lồi hoặc phần lõm trên vật đúc Kim loại lỏng luôn luôn bao bọc lấy lõi nên lõi làm việc trong

điều kiện xấu hơn khuôn, đo đó vật liệu làm lõi cần có độ bền, độ thông khí, tính lún,

tính chịu nhiệt tốt hơn vật liệu làm khuôn Hình 1.32 trình bày cấu tạo của một lõi đơn giản

37

và hình đáng phụ thuộc kích thước và hình dáng của lõi Khoảng cách a từ xương lối

đến bề mặt lõi khoảng (10+30) mm nếu lõi nhỏ thì sức bền lõi tăng nhưng tính lún

giảm Xương lõi phải bao dam lấy ra khỏi vật đúc khi phá lõi, không được sết với

thành vật đúc Để lõi không bị thay đổi hình đáng và kích thước khi vận chuyên thì

phải có sức bền ở trạng thái tươi lớn hơn 4 MPa

Để nâng cao tính thông khí của lõi phải làm rãnh thông khí 3, cần chú ý rãnh thông khí bao giờ cũng thông ra ở gối lõi 1 Muốn tạo rãnh thông khí thường ta dùng đùi để đùi hoặc đặt dây thép khi làm lõi (sau khi làm xong thi rit ra) Muốn tạo rãnh thông khí cong, phức tạp thì xẻ rãnh ở hai mặt phẳng của hai nửa lõi sau đó dán lại thành lõi hoặc dùng những sợi sếp đặt trong lõi, khi sấy sáp chảy đi tạo thành rãnh thông khí

Dựa vào tính chất sản xuất, kích thước, hình đáng và độ phức tạp của lõi người ta dùng

những phương pháp khác nhau: làm lõi bằng tay hoặc làm lõi bằng máy

Làm lõi bằng tay có thể chế tạo những lõi rất to hoặc rất nhỏ, rất phức tạp hoặc rất

đơn giản, đồng thời vốn đầu tư làm hộp lõi rất ít Tùy theo độ phức tạp và kích thước

của lõi người ta dùng các phương pháp chế tạo khác nhau

Quá trình chế tạo lõi trong hộp lõi nguyên như hình 1.33 Đỗ hỗn hợp làm lõi vào hộp lõi và đầm chặt (hình 1.33a) Đặt tắm sấy lên hộp trên mặt lõi (hình 1.33) Quay hộp lõi và tắm sấy một góc 180° rồi lấy hộp lõi ra (hình 1.33c) Sửa lõi và đem sấy

(hình 1.33đ) Lõi đã chế tạo xong (hình 1.33)

38

Hinh 1.11 Chế tạo trong hộp lỗi nguyên

1.3 SAY KHUON VÀ LOI

1.3.1 Khái niệm Mục đích của sấy khuôn và lõi là nhằm giảm độ ấm của khuôn, lõi do đó giảm được độ tạo khí, giảm khả năng tạo rõ khí trong vật đúc Tuy nhiên, song song với quá trình bốc hơi nước còn có quá trình ôxy hoá các loại chất dính hữu cơ, quá trình trùng

hợp các chất dính từ phân tử lượng nhỏ thành phân tử lượng lớn (polyme hoá chất

dính) Vì vậy độ bền của khuôn và lõi tăng lên

Do có những ưu điểm như trên nên đối với đa số các lõi đều sấy khô trước khi lắp

khuôn Đối với những vật đúc có kích thước lớn, kết cấu phức tạp, đòi hỏi chất lượng

cao thì khuôn đúc cũng nhất thiết phải sấy khô trước khi sử dụng Sự trao đổi nhiệt khi sấy có thể thực hiện dưới 3 hình thức:

ấp tiếp xúc: cho bề mặt khuôn hoặc lõi tiếp xúc với một bề mặt nóng (như tắm gang đã được nung nóng), nhiệt được truyền bằng dẫn nhiệt trực tiếp từ bề mặt nóng đến khuôn hoặc lõi Phương pháp sấy này nhanh song chỉ sấy khô được 1 lớp bề mặt rất mỏng và không thích hợp với những bề mặt phức tạp, gồ gề nên thực tế ít dùng

Sấy đối lưu: Cho đòng khí nóng lướt trên bề mặt khuôn và lõi, nước trên lớp bề mặt sẽ bốc hơi trước, sau đó âm ở những lớp phía trong sẽ khuyếch tán ra ngoài rồi tiếp tục bay hơi Phương pháp này tạo được nhiệt độ cao, đồng đều, thường dùng trong sản xuất đúc để sấy khuôn và lối

Say bite xa: bề mặt khuôn và lõi nhận được nhiệt của các tia hồng ngoại từ một nguồn nhiệt đặt gần đó truyền tới Sấy bức xạ đều và thấu nhanh do vậy rất thích hợp

để sấy khuôn và lõi trong sản xuất hàng loạt lớn

1.3.2 Chế độ sấy

Chế độ sấy quyết định chất lượng của nguyên công sấy Chế độ sấy bao gồm:

Nhiệt độ sấy, thời gian sấy

39

Nhiệt độ sấy:

Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ bốc hơi của ẩm càng lớn, do đó thời gian sấy càng

giảm Tuy nhiên nhiệt độ sấy quá cao làm tốc độ bốc hơi nước vượt xa tốc độ thoát

hơi từ trong lòng khuôn qua khe hở giữa các hạt cát ra bên ngoài sẽ dẫn đến làm tăng

áp lực hơi nước trong khối khuôn Đối với những hỗn hợp dùng chất dính hữu cơ nhiệt

độ sấy quá cao còn dẫn đến phân huỷ chất dính làm giảm mạnh độ bền của khuôn

Ngược lại nhiệt độ sấy quá thấp sẽ làm tăng thời gian sây, khuôn và lõi không khô

Nhiệt độ sấy cao nhất cho phép đối với các loại chất đính được giới thiệu trong bảng

Loại khuôn và lõi Nhiệt độ sấy, °C

Lõi dùng chất dính là tỉnh bột, nước bã giấy 180

Thời gian sấy EG |

Thời gian sấy phụ thuộc vào

nhiệt độ sấy, tốc độ đối lưu của

đòng khí trong lò sấy, kích thước

lII

của khuôn lõi, độ 4m ban đầu của Ị

hỗn hợp, tỷ lệ thể tích của khuôn

trên thể tích của không gian buồng

lò sấy Toàn bộ quá trình sấy Hình 1.12 Quá trình sấy

được chia thành ba giai đoạn như sơ đồ hình 1.44

Giai đoạn T: được gọi là giai đoạn nung khuôn Đặc điểm của giai đoạn này là

nhiệt nâng chậm và đều, chưa thổi gió nên chưa có quá trình đối lưu của khí lò Mục

đích của giai đoạn I là nâng nhiệt độ của khuôn lên nhiệt độ sấy cho phép mà không

làm khô cứng lớp bề mặt hốc khuôn, tạo thành vách ngăn không cho hơi ẩm lớp phía

trong thoát ra ngoài do đó kéo đài thời gian sấy, gây nứt nẻ bề mặt khuôn

40

Bảng 1.6 Thời gian sấy khuôn tối thiểu (giò)

Giai đoạn TT: được gọi là giai đoạn sấy khuôn Đặc điểm của giai đoạn này là nhiệt

độ sấy không thay đổi Ấm từ phía trong của khuôn dần dần thoát ra ngoài bằng hai

cách; khuyếch tán ra mặt ngoài của khuôn rồi bốc hơi, bốc hơi ngay trong lòng khối khuôn rồi thoát ra ngoài qua khe hở giữa các hạt cát nhờ chênh áp Giai đoạn IÏ càng kéo đài thì sấy sẽ càng thấu và đồng đều 4m

Giai đoạn TT: được gọi là giai đoạn làm nguội khuôn Trong giai đoạn này nhiệt

độ của khuôn được làm nguội dần đo cắt nguồn nhiệt cung cấp cho lò Sau khi khuôn

và lõi nguội hoàn toàn mới kéo chúng ra khỏi lò sấy để tránh cho khuôn và lõi bị nguội

đột ngột đễ bị nứt vỡ và có thê hút âm trở lại

Thời gian sấy tối thiểu cho các loại khuôn được giới thiệu trong bảng 1.10

1.3.3 Các phương pháp say Những khuôn trung bình và lớn để giâm thời gian và năng lượng sấy người ta sử dụng phương pháp sấy bề mặt Chiều sâu lớp sấy khô có thể đạt 80mm Sau khi sấy

bề mặt nhất thiết phải lắp ráp và rót khuôn ngay Nếu sấy bề mặt xong mà để lâu mới rót khuôn thì âm ở lớp phía trong khuôn sẽ khuếch tán ra lớp đã sấy khô làm mất tác

dụng của sấy Có các cách sấy bề mặt như sau:

Đối trực tiếp: chất rơm, củi, than đốt trực tiếp trên bề mặt khuôn

Dùng chất cháy sơn Ittuôn: đùng xăng, rượu, cồn sơn lên bề mặt hốc khuôn rồi

châm lửa đốt

Dùng mỏ đốt: dùng ngọn lửa của mỏ đốt xăng, dầu để sấy bề mặt khuôn

Ding tia hồng ngoại: đặt bóng điện công xuất 250+500W cách bề mặt khuôn 50+100 mm, tia hồng ngoại từ bóng điện toa ra sẽ sấy được một lớp sâu 10+12mm sau 20+30 phút

1.3.4 Kiểm tra sấy Kiểm tra sấy chủ yếu là kiểm tra độ âm của khuôn và lõi đã qua sấy Nếu khuôn sấy chưa khô thì độ bền đạt được chưa cao và hơi ẩm còn lại trong khuôn sẽ gây rỗ

41,

khí sau này trong vật đúc Ngược lại sấy kéo dài vừa lãng phí nhiệt vừa làm giảm độ

bền của khuôn, lõi Kiểm tra sấy gồm hai việc:

Kiểm tra khuôn và lối trong lò sấy

Dựa vào đặc điểm nếu trong khuôn và lõi còn hơi nước thì nhiệt độ của nó không

thể vượt qué 100°C, d&t vào tâm của khối khuôn một cặp nhiệt trước khi đưa vào sấy

Theo dõi nhiệt độ của khuôn do cặp nhiệt chỉ trên đồng hồ trong quá trình sắy sẽ biết

rõ tình trạng của khuôn

Kiểm tra khuôn trước khi lắp ráp: Có hai phương pháp là đo độ dẫn điện của

khuôn và đo điện hoá Trong đó phương pháp đo điện hoá được dùng phé biến hơn

Nội dung của nó là: Vì nước và các chất khoáng hoà tan trong nước có trong thành

phần của hỗn hợp làm khuôn là chất điện ly nên khi ta cắm vào khuôn 2 điện cực làm

bằng 2 kim loại khác nhau (1 là sắt, 1 là đồng) ta có hai cực của một pin điện Do thế

hiệu của pin này ta biết được độ âm của khuôn

42