giáo trình đúc kim loại

CHƯƠNG : ĐÚC KIM LOẠI 1.1 Thực chất, đặc điểm ứng dụng sản xuất đúc 1.1.1 Thực chất trình đúc: Đúc kim loại phương pháp chế tạo chi tiết cách rót kim loại lỏng vào khn (có hình dạng, kích thước định hình trước theo yêu cầu), sau kết tinh (Đông đặc) ta vật đúc 1.1.2 Ưu nhược điểm a Ưu điểm:  Phương pháp đúc chế tạo sản phẩm từ loại vật liệu khác : kim loại đen (gang, thép, kim loại màu: nhôm, đồng, đúc vật liệu phi kim loại : đúc tượng từ thạch cao, xi măng,  Vật đúc từ vài gam đến hàng thân máy búa, bệ máy,  Vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp thân máy công cụ, vỏ động v.v mà phương pháp khác khó gia cơng khơng chế tạo (ví dụ : vỏ động cơ, bệ máy, thân máy )  Có thể đúc nhiều lớp kim loại khác vật đúc  Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, suất tương đối cao Có khả khí hố tự động hoá  Đúc sử dụng việc chế tạo sản phẩm mang tính nghệ thuật, trang trí: chân ốp trụ điện, chng nhà thờ, đúc tượng đài b Nhược điểm :  Độ xác hình dáng, kích thước độ bóng khơng cao (có thể đạt cao đúc đặc biệt đúc áp lực)  Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu  Tốn kim loại chiều dày thành vật đúc lớn so với rèn hàn  Dễ gây khuyết tật như: thiếu hụt, rỗ khí, ngậm xỷ, thiên tích, cháy cát v.v  Điều kiện làm việc nặng nhọc, Khi đúc khn cát thường có suất khơng cao  Kiểm tra khuyết tật bên vật đúc khó khăn, đòi hỏi thiết bị đại Hình 1- Các phơi thép thỏi sau đúc liên tục Hình 1- ảnh động General motor mẫu đúc 1.2 Đúc khn cát 1.2.1 Sơ đồ qúa trình cơng nghệ chế tạo vật đúc Bé phËn Bé phËn kü kü thuËt thuËt NÊu ch¶y Kim loại Chế tạo mẫu hộp lõi Pha chế hỗn hợp làm khuôn Pha chế hỗn hợp làm lõi Làm khuôn Làm lõi S khuôn S lõi khuôn Láp ráp khuôn lõi Đè khuôn - Rót kim loại lỏng vào khuôn Hồi liệu Tháo dỡ khuôn, lõi Làm Vật đúc hỏng đem nấu lại vật ®óc KiĨm tra chÊt l­ỵng vËt ®óc VËt ®óc Hình 1- Sơ đồ q trình cơng nghệ chế tạo vật đúc 1.2 Các phận khuôn đúc cát 1.2.1 Khuôn đúc  Là hệ thống phận tạo lỗ rỗng ( gọi lòng khn ) để rót kim loại lỏng vào điều đầy, đông đặc tạo nên chi tiết có hình dạng kích thước theo u cầu  Khuôn đúc phận quan trọng để tạo nên lòng khn  Thơng thường khn đúc tạo hai nửa hòm khn : nửa hòm khn nửa hòm khn  Nửa hòm khuôn thường làm xưởng  Hai nửa hòm khn liên kết với chốt định vị  Ngồi khn đúc có phận : Hệ thống rót, u hi, u ngút, l xiờn hi, Lòng khuôn má tĩnh a/ Lòng khuôn má động a/ Hỡnh 1- Hình ảnh hòm khn đúc má tĩnh (a) má động (b) êtơ Hình - Dạng chi tiết ống nối cần chế tạo, mẫu đúc vật đúc 10 Hình 1- Sơ đồ cấu tạo khuôn đúc (khi đúc ống nối trên) - Hòm khn trên; 2, - Hổn hợp làm khn; 3- Đậu đậu ngót; - Chốt định vị hai nửa hòm khn; -Nửa hòm khn dưới; - Lỗ xiên hơi; 8- Hệ thống rót; - Lõi; 10- Lòng khn Hệ thống rót (xem hình 1-3 a) hệ thống phận để rót kim loại lỏng vào lòng khn Hệ thống rót gồm có :  cốc rót (cốc rót thường, cốc rót có màng ngăn, cốc rót có màng lọc xỷ, ) ,  ống rót,  rãnh dẫn kim loại lỏng,  rãnh lọc xỷ Đậu hơi, đậu ngót  Đậu thường bố trí nơi cao khn để tạo điều kiện cho qúa trình khí từ lòng khn ngồi dễ dàng  Đậu ngót thường bố trí nơi tập trung kim loại để bù đấp kim loại bị thiếu hụt co ngút Đầu hơi, đầu ngót Cốc rót ng rót R·nh läc xü R·nh läc xü a/ b/ Rãnh dẫn Hình - Hệ thống rót vật đúc HỆ THỐNG RÓT ĐẬU NGÓT ĐẬU NGÓT Bộ mẫu bao gồm:  mẫu,  mẫu vật đúc (mẫu chính),  TAI GỐI,  mẫu đậu hơi,  mẫu đậu ngót,  mẫu hệ thống rót (Cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỷ, rãnh dẫn) Mẫu vật đúc tạo nên hình dạng bên ngồi vật đúc (Tuỳ theo loại vật đúc mà gắn thêm gối lõi, ) Lõi phận tạo nên lỗ rỗng bên vật đúc  Hình dạng bên ngồi lõi hình dạng bên vật đúc  Lõi thường có rãnh khí, xương cứng vững, gối lõi  Lõi thường chế tạo hộp lõi Hộp lõi dùng để chế tạo lõi, hình dạng bên hộp lõi hình dạng bên ngồi lõi  Mẫu hộp lõi : dùng lần, nhiều lần  Khi chế tạo mẫu, hộp lõi phải tính đến  độ co ngót kim loại,  tính đến lượng dư cần gia công  hay yêu cầu khác độ xác , độ bóng,  Chính thế, kích thước mẫu hộp lõi phải thiết lập dựa kích thước chi tiết  Bộ mẫu hộp lõi chế tạo từ loại vật liệu gỗ, kim loại, chất dẻo chất phi kim loại khác (xi măng, thạch cao ) Hình 1- a/ Hộp lõi tròn ; b) Hộp lõi chữ T a/ b/ c/ Hình 1- 10 a/ Bộ mẫu ê tô (a); b/ Chi tiết, vật đúc mẫu chân đế êtô c/ Mẫu ống nối cong vật đúc ống nối cong  Gối mẫu dùng để tạo nên chỗ tựa gối lõi, giữ cho lõi đứng vững lòng khn  Tấm mẫu dùng để kẹp mẫu làm khuôn  Khuôn lõi chế tạo tay máy  Khn làm hai hòm khn, xưởng hay loại khuôn đặc biệt khác khuôn kim loại,  Ngồi làm khn người ta đặt vật làm nguội, gân cứng vững cho khn, lõi,  Để làm khn cần có mẫu, hộp lõi, hòm khn dụng cụ khác 10 1.3 Hỗn hợp làm khuôn làm lõi v.v Hỗn hợp làm khuôn làm lõi gồm: cát, đất sét, chất kết dính, chất phụ gia, nước 1.3.1 Yêu cầu hỗn hợp làm khuôn làm lõi Hỗn hợp làm khn lõi cần có tính chất sau: a - Tính dẻo Là khả biến dạng vĩnh cửu sau bỏ tác dụng ngoại lực Tính dẻo có tác dụng tạo hình rõ nét Tính dẻo tăng nước hỗn hợp tăng đến 8%, đất sét chất dính tăng, cát có kích thước hạt nhỏ b - Độ bền Là khả chịu tác dụng ngoại lực mà không bị phá huỷ Độ bền tăng hạt cát nhỏ, không đồng sắc cạnh, độ mịn chặt hỗn hợp tăng, lượng đất sét tăng, lượng nước tăng đến % c - Tính bền nhiệt Là khả vật liệu đảm bảo độ bền hay khả làm việc bình thường nhiệt độ cao, (không bị cháy, không bỉ chảy mềm nhiệt độ cao) Tính bền nhiệt tăng lượng cát thạch anh Si02 tăng, hạt cát to tròn, tạp chất dễ chảy (Na2O, K2O, CaO, Fe2O3) hỗn hợp d - Tính bền lâu Là khả làm việc lâu nhiều lần hỗn hợp, xác định: C= R2 100% R1 với : R1- sức bền sẵn có hỗn hợp, R2- sức bền sau thời gian sử dụng Ngoài hỗn hợp làm khn lõi cần phải thoả mản số u cầu khác khơng dính mẫu, độ bền bề mặt để đảm bảo khơng bị bào mòn đúc, độ cứng, khơng u cầu chất dính cao, khơng độc hại, giản nở nhiệt thấp, Ngồi yêu cầu thành phần cát, kích cỡ hạt cát, thành phần hố học cát, Trong thực tế khơng thể thoả mản hết yêu cầu nêu Vì tuỳ loại vật đúc mà ta chọn ưu tiên yêu cầu phù hợp e - Tính lún  khả giảm thể tích chịu tác dụng ngoại lực  Tính lún cần thiết để vật đúc không bị cản trở đông đặc, tránh tượng nứt nẻ, công vênh  Tính lún tăng dùng cát sơng hạt to, lượng đất sét ít, chất kết dính  tăng chất phụ mùn cưa, rơm vụn, phân trâu bò khơ, 11 f - Tính thơng khí  khả cho phép khí ngồi qua kẻ hở nhỏ hạt cát hỗn hợp  Tính thơng khí cần có để vật đúc khơng bị rổ khí  Tính thơng khí tăng hạt cát to đều, lượng đất sét chất kết dính ít,  độ dầm chặt hỗn hợp giảm, chất phụ nhiều lượng nước < % g - Độ ẩm Là lượng nước chứa hỗn hợp đó, xác định cơng thức sau: X= g  g1 100% g với: g- khối lượng hỗn hợp tươi; g1- khối lượng hỗn hợp khô (ở nhiệt độ 105 - 110 oC) Độ ẩm tăng lượng nước hỗn hợp tăng, độ ẩm phải  6- 8% nhiều làm cho sức bền, tính khí giảm 1.3.2 Các loại vật liệu làm khuôn làm lõi Chủ yếu cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ v.v d.Các chất phụ Là chất đưa vào hỗn hợp để khn lõi có số tính chất đặc biệt nâng cao tính lún, tính thơng khí (rơm rạ, mùn cưa), làm nhẵn mặt khuôn, lõi tăng khả chịu nhiệt cho bề mặt khuôn lõi (bột grafit, bột than, ) 1.3.3 Hỗn hợp làm khuôn, lõi Hỗn hợp làm khn : có hai loại a - Cát áo Là hỗn hợp phủ sát mẫu chế tạo khn nên cần có độ bền, độ dẻo cao, đồng thời tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng nên cần phải có khả chịu nhiệt cao cát cần có độ hạt nhỏ để bề mặt vật đúc nhẵn bóng, thơng thường cát áo làm vật liệu mới, chiếm khoảng 1015% tổng lượng cát khuôn b - Cát đệm Dùng để điền đầy phần hòm khn lại Cát đệm khơng tiếp xúc với kim loại lỏng nên không yêu cầu hỗn hợp phải có tính chịu nhiệt, độ bền cao Tuy nhiên tính thơng khí phải tốt để tạo điều kiện cho khơng khí ngồi dễ dàng Vật đúc lớn yêu cầu độ hạt hỗn hợp làm khn lớn để tăng tính thơng khí c - Hỗn hợp làm lõi Điều kiện làm việc lõi bất lợi nên hỗn hợp cần độ bền, tính lún, độ thơng khí cao làm khn nhiều Để tăng độ bền cần giảm lượng đất sét, để tăng tính chịu nhiệt P, lượng thạch anh đạt tới 100%, dùng hỗn hợp cũ, độ thơng khí u cầu cao, dùng hạt cát có độ hạt 02 nhiều chất phụ Hầu hết lõi phải sấy trước lắp vào khuôn 12 1.4 Chế tạo mẫu hộp lõi Bộ mẫu dụng cụ dùng tạo hình khn đúc Bộ mẫu bao gồm : Mẫu vật đúc, mẫu hệ thống rót, mẫu đậu đậu ngót, mẫu để kẹp mẫu làm khuôn, dưỡng để kiểm tra Mẫu vật đúc có hình dáng bên ngồi vật đúc Có có gắn thêm phần gối mẫu để tạo nên chổ tựa gối lõi để lõi đứng vững lòng khn Hộp lõi dùng để chế tạo lõi Hình dáng bên hộp lõi hình dáng bên lõi Lõi phận tạo nên lỗ rỗng bên vật đúc 1.4.1 Vật liệu làm mẫu hộp lõi Yêu cầu vật liệu làm mẫu hộp lõi  Bảo đảm độ bóng, xác gia cơng cắt gọt  Bền, cứng dùng nhiều lần  Nhẹ để dễ dàng thao tác làm khuôn lõi,  Khơng bị co nóng, khơng bị trương lên tiếp xúc ẩm, không bị nứt, công vênh làm việc  Chịu tác dụng cơ, hoá hỗn hợp làm khn, bị mòn ma sát, khơng bị rỉ ăn mòn hố học  Dễ kiếm , dễ dàng gia công giá thành rẻ Các loại vật liệu làm mẫu hộp lõi Vật liệu thường dùng: kim loại, phi kim loại : gỗ, thạch cao, ximăng, chất dẻo Vật liệu làm mẫu thường dùng gỗ kim loại a- Kim loại có độ bền cao, cứng, độ nhẵn bóng, độ xác bề mặt cao; chịu nhiệt độ cao; không bị thấm nước, bị cơng vênh; thời gian sử dụng lâu Tuy nhiên mẫu hộp lõi làm từ kim loại có giá thành đắt, khó gia công nên sử dụng sản xuất hàng khối hàng loạt b- Phi kim loại gồm có loại gỗ, thách cao, xi măng, Gỗ : ưu điểm rẻ, nhẹ, dễ gia công, có nhược điểm độ bền, cứng kém; dễ trương, nứt, công vênh nên gỗ dùng sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ, trung bình làm mẫu lớn Gỗ có nhiều loại: lim, gụ, dẻ, gỗ tạp, Thạch cao: 13 Bền gỗ (làm 1000 lần) nhẹ, dễ chế tạo, dễ cắt gọt giòn, dễ vỡ, dễ thấm nước nên sử dụng để làm mẫu nhỏ làm tay; tiện lợi làm mẫu ghép dùng đúc đồ mỹ nghệ (vì dễ sửa) Ximăng: Bền, cứng thạch cao, chịu va chạm tốt thạch cao, rẻ, dễ chế tạo, khơng hút nước nặng, khó gọt sửa dòn nên dùng làm mẫu, lõi phức tạp, mẫu lớn, mẫu làm khn máy Có thể sử dụng để làm khuôn khoảng 10.000 lần 1.4.2 Nguyên lý thiết kế mẫu hộp lõi Muốn chế tạo vật đúc phải vào vẽ chi tiết để thiết kế vẽ vật đúc Về hình dáng vẽ vật đúc giống chi tiết kích thước người ta phải tính đến lượng dư cần gia cơng để đảm bảo độ bóng độ xác, dung sai đúc Đối với chi tiết có lỗ rỗng vẽ vật đúc đặc sau gia cơng lỗ phải thiết kế phần lõi để tạo rỗng Từ vẽ vật đúc vẽ nên vẽ mẫu hộp lõi Bản vẽ mẫu có tính đến lượng co ngót kim loại Căn vào người thợ mộc mẫu chế tạo mẫu, gối mẫu hộp lõi Thành lập Bản vẽ vật đúc: (xem hình 1- 11 -Bản vẽ vật đúc gối đỡ) Bản vẽ vật đúc thành lập sở vẽ chi tiết Trên vẽ vật đúc cần biểu thị được: Mặt phân khn, kích thước vật đúc (tính đến lượng dư gia cơng dung sai đúc), cần phải biểu diễn lõi gối lõi, độ dốc đúc góc đúc Hình 1-11 Bản vẽ vật đúc gối đỡ a- Mặt phân khuôn  Là mặt tiếp xúc khuôn khn Nó xác định vị trí chi tiết khuôn gạch xanh Mũi tên T khuôn D khuôn  Mặt phân khuôn bảo đảm dễ làm khuôn rút mẫu.Phải đơn giản (nên chọn mặt phẳng, tránh mặt cong, mặt bậc có nhiều mặt phân khn); số mặt phân khn phải  Phải đảm bảo nhận vật đúc có chất lượng tốt (thường người ta bố trí phần vật đúc quan trọng cần tính cao khn phía dễ bị rổ khí, rổ xỹ lõm co) 14 b - Độ co kim loại đúc Khi hợp kim đúc đông đặc nguội lạnh vật đúc co lại kích thước lòng khn phải lớn kích thước vật đúc, kích thước lõi phải nhỏ kích thước bên vật đúc Lượng co ngót phụ thuộc vào loại vật liệu : * Gang xám: 1,0 %;  Gang trắng 1,5 %  Thép: 2,0 %;  Hợp kim đồng nhôm: 1,5% Để thuận tiện cho việc gia công người ta chế tạo loại thước mẫu cho loại vật liệu mà vạch chia tăng lên tuỳ thuộc vào hệ số co ngót vật liệu tương ứng c- Lượng dư gia cơng khí Là lượng kim loại cần cắt gọt q trình gia cơng để đảm bảo độ xác, độ bóng, Trên vẽ ký hiệu màu đỏ Tuỳ theo yêu cầu độ bóng, độ xác chi tiết, chất lượng bề mặt chi tiết đúc điều kiện sản xuất (đơn hay hàng loạt), mức độ phức tạp chi tiết.v.v mà ta có lượng dư gia cơng khác d- Dung sai đúc Khi chế tạo có sai lệch kích thước, khối lượng danh nghĩa thực tế Dung sai đúc phụ thuộc vào trình độ tay nghề công nhân mộc mẫu, làm khuôn, lõi lắp ráp e- Lõi gối lõi Trên vẽ ký hiệu gạch chéo màu xanh Gối lõi bảo đảm lõi nằm vững khuôn, dễ lắp ráp lõi vào khuôn Với lõi đứng thường dùng gối lõi hình kích thước, góc nghiêng gối lõi bảo đảm: h > h1 ;  >  Để lắp ráp không bị vỡ khuôn, lõi gối lõi khn cần có khe hỡ Bản vẽ mẫu (xem hình 1- 12 ) Từ vẽ vật đúc người ta vẽ vẽ mẫu Kích thước mẫu tương tự vẽ vật đúc trừ phần tai gối dung sai chế tạo mẫu Kích thước phần tai gối mẫu phải kể thêm khoảng hở s1, s2, s3 gối lõi với khn góc vát thành khuôn , , chỗ đặt gối lõi Dung sai chế tạo mẫu sai lệch cho phép chế tạo mẫu Sai lệch phụ thuộc vào vật liệu chế tạo mẫu, dạng sản xuất, kích thước mẫu Để làm khuôn, mẫu chia làm lắp ghép với chốt định vị Mặt phân mẫu trùng với mặt phân khn Trường hợp đặc biệt mẫu chế tạo dạng nhiều phần tháo rời Trên vẽ mẫu cần thể mặt phân mẫu, chốt định vị phần tháo rời mẫu 15 a/ b/ c/ Hình 1-12 Bản vẽ mẫu vật đúc a- vẽ chi tiết, b- vẽ vật đúcl c/ vẽ mẫu Bản vẽ hộp lõi (Xem hình 1- dạng hộp lõi) Tuỳ theo độ phức tạp lõi làm hộp lõi nguyên, hộp lõi hộp lõi tháo rời Kết cấu, kích thước, dung sai cách vẽ hộp lõi tương tự thiết kế mẫu Các phương pháp làm khn có phương pháp làm khn: làm khuôn tay làm khuôn máy a) Làm khn tay: Làm khn tay chế tạo khn phức tạp, khn có kích thước, khối lượng lớn, dễ thay đổi mặt hàng suất thấp, độ xác phơi thấp phụ thuộc lớn vào tay nghề cơng nhân Trình tự làm khn hòm khn: Lắp nửa hòm khuôn Tạo lớp cát áo để dễ rút mẫu 16 3: Tạo lớp cát đệm xung quanh mẫu (đây lớp hỗn hợp làm khn với cát có độ mịn cao để dễ in hình vật đúc) Đầm cát 17 Gạt bỏ phần cát thừa Lật khuôn Ráp nửa khn lại (Chú ý chốt định vị) 18 Định vị hệ thống cấp kim loại lỏng (hệ thống rót, đậu ngót) khí (đậu hơi) Khuôn sau thực lại bước từ Hình đến Hình 10 Tạo rãnh dẫn 19 11 Rút mẫu 12 Ráp nửa khuôn 13 Rót kim loại lỏng vào khn 20 14 Phá dỡ khuôn vật đúc Nguồn: http://codientu.org/threads/cong-nghe-duc-khuon-cat.11705/ 12- 910-12 13-18 19-22 23-24 mẫu mẫu vật đúc làm nửa hòm khn quay nửa hòm khn 180 độ lấy mẫu rây lớp cách mẫu, đặt hệ thống rót chuẩn bị làm nửa khn làm nửa hòm khn Lấy mẫu đặt lõi lắp ráp khuôn 21 Hổn hợp làm khuôn Mẫu đúc Tấm Mẫu Hình 1-13 Trình tự làm khn tay khuôn đúc nửa 22 ... giá thành rẻ Các loại vật liệu làm mẫu hộp lõi Vật liệu thường dùng: kim loại, phi kim loại : gỗ, thạch cao, ximăng, chất dẻo Vật liệu làm mẫu thường dùng gỗ kim loại a- Kim loại có độ bền cao,... kim loại lỏng vào khuôn Hồi liệu Tháo dỡ khuôn, lõi Làm Vật đúc hỏng đem nấu lại vật đúc Kiểm tra chất lượng vật đúc VËt ®óc Hình 1- Sơ đồ q trình cơng nghệ chế tạo vật đúc 1.2 Các phận khn đúc. .. vật đúc có chất lượng tốt (thường người ta bố trí phần vật đúc quan trọng cần tính cao khn phía dễ bị rổ khí, rổ xỹ lõm co) 14 b - Độ co kim loại đúc Khi hợp kim đúc đông đặc nguội lạnh vật đúc