Các phương pháp và công nghệ đúc đặc biệt

Sự phát triển của sản xuất đúc gắn liền với sự hoàn thiện các loại khuôn đúc đã có và phát triển nhiều loại khuôn đúc mới. tài liệu sẽ đưa đến cho bạn kiến thức đầy đủ nhất về các loại công nghệ đúc đặc biệt.

2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Nguyễn Ngọc Hà CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2006 MỤC LỤC Lời nói đầu Chương ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 1.1 MỞ ĐẦU 1.2 ĐẶC ĐIỂM VỀ CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT KHI ĐÚC TRONG KHN KIM LOẠI 1.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC Q TRÌNH CO 1.4 KHUÔN KIM LOẠI 1.5 RUỘT CHO KHUÔN KIM LOẠI 1.6 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 1.7 MÁY ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 1.8 Ví dụ sử dụng khn kim loại để đúc piston hợp kim nhÔm Chương 70 ĐÚC ÁP LỰC 2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 2.2 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG 2.3 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA VIỆC ĐIỀN ĐẦY HỐC KHUÔN 2.4 CÁC ĐIỀU KIỆN VỀ NHIỆT CỦA SỰ HÌNH THÀNH VẬT ĐÚC 2.5 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC 2.6 MÁY ĐÚC ÁP LỰC 2.7 MỘT SỐ DẠNG KHÁC CỦA CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC Chương ĐÚC LY TÂM 3.1 MỞ ĐẦU 3.2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ THỦY LỰC CỦA QUÁ TRÌNH ĐÚC LY TÂM 3.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ Q TRÌNH ĐƠNG ĐẶC CỦA VẬT 123 123 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 ĐÚC LY TÂM MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC LY TÂM MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ĐÚC LY TÂM CỤ THỂ KHUYẾT TẬT VẬT ĐÚC KHI ĐÚC LY TÂM ĐÚC BÁN LY TÂM (Semi-Centralfugal) Máy đúc ly tâm Chương ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT NƯỚC THỦY TINH 155 155 4.1 MỞ ĐẦU 4.2 NƯỚC THỦY TINH 4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO KHUÔN VÀ RUỘT BẰNG HỖN HỢP CÁT - NƯỚC THỦY TINH 4.4 TÁI SINH HỖN HỢP CÁT - NƯỚC THỦY TINH Chương ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT - NHỰA 186 186 5.1 MỞ ĐẦU 5.2 VẬT LIỆU LÀM KHUÔN CÁT NHỰA 5.3 ĐÚC TRONG KHN CÁT NHỰA ĐƠNG RẮN NĨNG 5.4 ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT NHỰA ĐÔNG RẮN NGUỘI 5.5 CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP CÁT - NHỰA 5.6 THIẾT BỊ ĐỂ LÀM KHUÔN VÀ RUỘT CÁT NHỰA Chương ĐÚC TRONG KHUÔN MẪU CHẢY 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 231 231 BẢN CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MẪU VẬT LIỆU CHẾ TẠO KHUÔN GỐM PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO KHUÔN MẪU CHẢY LÀM SẠCH VẬT ĐÚC Chương ĐÚC TRONG KHN MẪU HĨA KHÍ 247 247 7.1 MỞ ĐẦU 7.2 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHN MẪU HĨA KHÍ 7.3 THIẾT BỊ DÙNG TRONG CƠNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHN MẪU HĨA KHÍ Chương 260 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 260 8.1 ĐÚC LIÊN TỤC 8.2 ĐÚC TRONG KHUÔN MÀNG MỎNG - CHÂN KHÔNG 8.3 ĐÚC HÚT CHÂN KHÔNG 8.4 ĐÚC DẬP LỎNG 8.5 ĐÚC TRONG KHUÔN TỪ Tài liệu tham khảo 282 Lời nói đầu Sản xuất đúc ngành quan trọng công nghiệp chế tạo máy So với phương pháp gia cơng tạo hình sản phẩm khác, đúc có nhiều lợi Đúc có suất cao gia cơng cắt, sản xuất loạt lớn Đúc tạo chi tiết có hình dạng phức tạp nhiều trường hợp đúc giải pháp Đúc áp dụng cho kim loại hợp kim Bằng phương pháp đúc tạo chi tiết bé (vài chục gram) đến chi tiết lớn (hàng ngàn tấn) Trước đây, sử dụng khuôn cát - sét thông thường, khó chế tạo vật đúc chất lượng cao Vì thế, phương pháp cơng nghệ đúc dùng hỗn hợp có chất lượng cao để làm khn dùng khn kim loại có gia cơng bề mặt nhẵn bóng mang tên phương pháp đặc biệt Có thể chia phương pháp đúc đặc biệt thành hai nhóm chính: - Nhóm 1: sử dụng vật liệu chịu nóng để chế tạo khn Thơng thường khn dùng lần, tạo vật đúc có độ bóng bề mặt độ xác cao: khn vỏ mỏng, khn mẫu chảy, khn mẫu hóa khí - Nhóm 2: sử dụng khn kim loại, sử dụng nhiều lần, vật đúc có chất lượng cao Bao gồm phương pháp: đúc khuôn kim loại tĩnh, đúc áp lực, đúc ly tâm, đúc liên tục Ở nước ta, sau thời gian dài trì trệ: cơng nghệ lạc hậu, trang thiết bị sản xuất mức khí hóa tự động hóa thấp, nhiễm môi trường nghiêm trọng, ngành đúc bước vào giai đoạn phát triển với nhu cầu lớn trang bị phương pháp công nghệ đúc đặc biệt CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT biên soạn nhằm phục vụ công tác giảng dạy học tập mơn học có liên quan đến công nghệ đúc, phù hợp với nội dung giảng dạy Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TPHCM Sách gồm chương: Chương 1: Đúc khuôn kim loại Chương 2: Đúc áp lực Chương 3: Đúc ly tâm Chương 4: Đúc khuôn cát – nước thủy tinh Chương 5: Đúc khuôn cát - nhựa Chương 6: Đúc khuôn mẫu chảy Chương 7: Đúc khn mẫu hóa khí Chương 8: Các phương pháp công nghệ đúc đặc biệt khác Do lần biên soạn sách nên khơng tránh khỏi sai sót, mong góp ý đồng nghiệp quý độc giả Tác giả xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TPHCM, phịng, ban, ngành có liên quan đồng nghiệp hỗ trợ để xuất sách Thư góp ý xin gởi Bộ mơn Công nghệ Vật liệu kim loại hợp kim, Khoa Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Đại học Quốc gia TPHCM Địa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, Q.10 ĐT: 08-8661320 TS Nguyễn Ngọc Hà CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC Chương ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 1.1 MỞ ĐẦU Sự phát triển sản xuất đúc gắn liền với hoàn thiện loại khn đúc có phát minh loại khuôn đúc Một phương pháp đúc đặc biệt đúc khuôn kim loại tĩnh hay cịn gọi đúc khn kim loại tác dụng trọng trường (thường gọi tắt đúc khuôn kim loại) Đúc khuôn kim loại cho phép giải vấn đề nâng cao hiệu chất lượng vật đúc, chẳng hạn, mức độ định, cho phép điều chỉnh tính vật đúc Bản chất phương pháp khuôn đúc kim loại sử dụng nhiều lần thay cho khuôn cát sử dụng lần, cịn ruột ruột cát ruột kim loại Kim loại điền đầy khuôn tác dụng lực trọng trường (khác với đúc áp lực: kim loại điền đầy khuôn với tác động áp lực) Hiện nay, sản lượng vật đúc đúc phương pháp đúc chiếm khoảng 30% tổng sản lượng vật đúc đúc phương pháp đặc biệt (đứng hàng thứ hai sau phương pháp đúc áp lực) 1.1.1 Đặc điểm hình thành vật đúc khn kim loại Sự hình thành vật đúc khn kim loại có đặc trưng khác hẳn so với đúc khuôn cát Cụ thể: - Sự điền đầy khuôn, đông đặc làm nguội vật đúc xảy với trao đổi nhiệt mạnh mẽ khn vật đúc, vật đúc nguội nhanh nhiều so với khuôn cát Do nguội nhanh, vật đúc có tính cao hơn, 10 CHƯƠNG phải ý đến khả gia tăng ứng suất vật đúc việc biến trắng vật đúc gang - Khn kim loại khơng có khả thơng khí, phải bảo đảm việc khí chọn kết cấu khn, bố trí vật đúc khn, cách dẫn kim loại vào khuôn - Khuôn kim loại không chịu lún, cản co mạnh, dễ tạo ứng suất vật đúc, làm vật đúc dễ cong vênh, nứt, khó lấy khỏi khn 1.1.2 Ưu nhược điểm q trình đúc khn kim loại 1- Ưu điểm - Độ xác độ bóng bề mặt vật đúc cao, lượng dư gia cơng thấp (giảm 2÷ lần so với đúc khuôn cát - sét) Trong số trường hợp không cần không nên gia cơng bề mặt vật đúc có khả chịu mài mòn chống ăn mòn tốt - Vật đúc có tổ chức sít chặt, tính cao (tăng 10÷ 30% so với đúc khn cát) - Giảm đáng kể lượng hỗn hợp làm khuôn ruột sử dụng, nhiều trường hợp hồn tồn khơng sử dụng chúng Chính trang thiết bị cần thiết cho phương pháp đúc nhiều so với phương pháp đúc khuôn cát - Đặc điểm tương tác khuôn kim loại vật đúc ổn định so với khuôn cát, giảm yếu tố chủ quan khách quan gây phế phẩm vật đúc - Năng suất cao (tăng 2÷ lần so với đúc khn cát - sét) - Dễ khí hóa, tự động hóa khâu làm khuôn, ráp khuôn, phá khuôn bị loại bỏ - Giá thành sản phẩm giảm sản lượng đúc phù hợp - Giảm diện tích sản xuất - Khơng địi hỏi tay nghề thợ cao - Giảm nhiễm môi trường so với đúc khuôn cát hệ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 11 2- Nhược điểm - Thời gian chuẩn bị sản xuất dài - Yêu cầu tổ chức quản lý kỹ thuật chặt chẽ - Giá thành khuôn kim loại cao, độ bền khuôn bị hạn chế, đặc biệt đúc thép - Không hiệu sản xuất nhỏ - Tốc độ nguội khn lớn, khó đúc vật đúc thành mỏng, dễ biến trắng đúc gang - Ứng suất vật đúc lớn cản co khuôn kim loại - Khó đúc vật đúc có hốc sâu, có phần lồi, gân (thường phải dùng ruột miếng rời hỗn hợp cát) Phải dùng nhiều ruột đúc vật đúc phức tạp 1.1.3 Phạm vi sử dụng Do đặc điểm nêu, lĩnh vực sử dụng có hiệu phương pháp đúc khuôn kim loại là: - Các vật đúc có kết cấu khơng q phức tạp, có thành khơng q mỏng, khơng gia cơng - Các vật đúc địi hỏi tổ chức sít chặt - Các vật đúc gang yêu cầu có lớp biến trắng bề mặt - Các vật đúc hợp kim màu dễ chảy - Các vật đúc thép có hình dạng đơn giản có thành dày ≥ 6÷ 10mm Việc đúc khuôn kim loại đạt hiệu kinh tế sản xuất hàng loạt trở lên, vật đúc nhỏ phải 400÷ 500 cái, vật đúc lớn 50÷ 150 Phương pháp đúc vật đúc nặng từ vài lạng đến vài chục kg (đôi đúc vật đúc đơn giản nặng đến vài tạ) 270 - Ô nhiễm nước - Chất thải rắn CHƯƠNG mạnh trung bình nhiều nhiều nặng nhiều không 8.2.2 Lịch sử phát triển Năm 1971 Y.Kubo K.Nakata tìm cơng nghệ thông báo phát minh năm 1972 với tên gọi Phương pháp V (Vprocess) Tháng 06/1973 Nhật đưa vào sản xuất dây chuyền làm khuôn tự động theo phương pháp V có kích thước hịm khn 600×600×150mm với suất 90khn/giờ sau dây chuyền có suất 40khn/giờ cho hịm khn có kích thước 1370×990×940mm Từ năm 1973÷ 1978 Nhật cấp 98 licence liên quan đến phương pháp đúc Năm 1983 sản lượng đúc theo phương pháp Nhật vượt 100.000 tấn, bao gồm: 89.000 gang, 8.000 thép, 8.000 hợp kim màu Năm 1986 sản lượng đúc theo phương pháp Liên xô khoảng 2.000 đến năm 1990 đạt 28.000 Năm 1986 Xí nghiệp Pont-a-Mousson (Pháp) xây dựng Xưởng đúc có suất 100 khn (≈ 25 tấn)/ca, đúc vật đúc nặng tới 500kg Từ thập niên 80 kỷ nay, công nghệ nghiên cứu, hoàn thiện phát triển mạnh mẽ Nhật, Mỹ, Nga, Tây Âu để chế tạo chi tiết đúc hợp kim sở nhôm, đồng, sắt để phục vụ cho ngành xây dựng, dệt, chế tạo máy, đóng tàu, chế tạo xe máy nhanh chóng chiếm vị trí vững ngành đúc ưu điểm vượt trội tính mơi trường cơng nghệ Riêng Mỹ, năm 1981, Bill Wilmont, chủ tịch Công ty Hermon mua công nghệ Nhật mở công ty Harmony Castings Inc Từ 11 nhân viên năm 1986 đến năm 2000 Cơng ty có khoảng 130 nhân viên với doanh số 12 triệu CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 271 USD phát triển mạnh mẽ chiều rộng lẫn chiều sâu công nghệ Năm 1988, Minneapolis Electric Co (Mỹ) xây dựng xưởng đúc thép theo phương pháp với suất 40.000 tấn/năm, đúc vật đúc nặng tới 4.000kg Cho đến nay, có số công ty hàng đầu chuyên đúc khuôn MMCK Sản phẩm đúc phương pháp thường chiếm tỉ lệ nhỏ tổng sản lượng công ty lại sản phẩm đặc biệt, dùng ngành công nghiệp đặc biệt chi tiết khung kính hiển vi hồng ngoại (Công ty Spectra-Tech,Inc.Shelton, Connecticut), khung cho động xe máy (hãng xe máy Harley-Davision), chế tạo mẫu cho phương pháp đúc áp lực (hãng Metaalgieterij Kinheim) Hiện nay, nhiều phụ tùng xe máy hợp kim nhôm chế tạo công nghệ khuôn màng mỏng - chân không mà Công ty tiên phong Harley Davidson Hiện công nghệ sử dụng nhiều nước: Nhật, Mỹ, CHLB Đức, Nga, Hàn Quốc… 8.2.3 Nguyên lý Phương pháp đúc màng mỏng chân không tiến hành sau: - Mẫu khn màng mỏng chân khơng chế tạo có lỗ thông bề mặt mẫu Mẫu gắn lên mẫu rỗng có lỗ hút chân khơng (H.8.9) Hình 8.9 Tấm mẫu khn màng mỏng chân khơng - Màng mỏng làm chất dẻo có độ dày từ 0,05÷ 0,15mm Màng mỏng nung nóng thời gian thích hợp để có tính dẻo cao, độ biến dạng tốt (H.8.10) 272 CHƯƠNG Hình 8.10 Màng mỏng nung nóng tạo độ dẻo, dễ biến dạng - Màng sau nung phủ lên mẫu hút chân không với độ chân khơng 250÷ 600mmHg Áp suất chân khơng thơng qua lỗ thông mẫu hút cho màng mỏng ép sát vào bề mặt mẫu (H.8.11) Hình 8.11 Màng hút ép chặt vào bề mặt mẫu nhờ áp suất chân khơng - Hịm khn đặt lên mẫu phủ màng mỏng plastic Thành hịm khn có kết cấu đặc biệt để hút chân khơng bên hịm khn Hình 8.11 Hịm khn đặt mẫu phủ màng mỏng - Cát khô cho vào hịm khn Cát phải sạch, khơng lẫn chất kết dính hay hóa chất khác có mật độ độ mịn thích hợp Sau đó, tiến hành rung lèn chặt cát với biên độ, tần số thời gian thích hợp để mật độ, độ sít chặt cát khn phù hợp mà không phân bố lại độ hạt (H.8.12) CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 273 Hình 8.12 Đổ cát vào hịm khn rung lèn chặt - Tạo hình phễu rót làm phẳng bề mặt cát mặt khn Sau đó, phủ màng mỏng plastic lên bề mặt khuôn Tấm màng mỏng khơng cần nung nóng ép sát vào mặt phẳng cát khơng địi hỏi độ mềm biến dạng cao (H.8.13) Hình 8.13 Tạo phễu rót, làm phẳng khn đặt màng mỏng lên 274 CHƯƠNG - Tiến hành hút chân không hịm khn Ap chân khơng hút màng mỏng ép chặt vào cát làm khuôn để hạt cát liên kết với tạo thành khuôn màng mỏng chân không cứng bền vững Áp suất chân khơng hịm khn cân với áp suất chân không mẫu Tiếp tục tiến hành nhả chân không mẫu, làm điều hịa áp suất khơng khí mẫu tách lấy mẫu khỏi khuôn ta nửa hịm khn với lịng khn có biên dạng vật đúc Và tiếp tục tiến hành làm tương tự nửa hịm khn cịn lại (H.8.14) Hình 8.14 Hút chân không khuôn nhả chân không mẫu để lấy khuôn - Sơn lên màng mỏng lớp sơn, sau đó, ráp nửa khn nửa khn tiến hành rót kim loại vào Trong q trình rót kim loại tiến hành hút chân khơng (H.8.15) Hình 8.15 Ráp khn khn giữ chân khơng chờ rót - Sau vật đúc đơng đặc nguội đến nhiệt độ thích hợp, nhả chân khơng hịm khn Cát nhả chân khơng rơi tự khỏi hịm khn thành vật liệu rời khơng có tượng dính thành mảng phương pháp dùng chất dính kết khác Cát sau nguội sử dụng lại (H.8.16) Hình 8.16 Nhả chân khơng, lấy vật đúc khỏi hịm khn CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 275 8.2.4 Đặc điểm 1- Ưu điểm - Nguyên công lấy mẫu khỏi hịm khn đơn giản (chỉ cần thải chân không), mẫu không cần độ xiên thành không cần thao tác đánh động mẫu, độ xác vật đúc cao, giảm đáng kể lượng dư gia công - Độ chân khơng trì q trình chế tạo khn rót có tác dụng hút khí, loại bỏ hoàn toàn khuyết tật liên quan đến rỗ khí vật đúc - Do sử dụng cát sạch, khơng dùng chất dính nên sau đúc xong, cát không cần phải xử lý Điều làm giảm đáng kể lượng tiêu hao vật liệu làm khn, chi phí xử lý hỗn hợp làm khn đặc biệt giảm ô nhiễm môi trường sản xuất đúc - Việc sử dụng cát mịn, khô, làm bề mặt khuôn nhẵn, trở lực khuôn dịng chảy nhỏ nên đúc vật đúc thành mỏng, độ bóng bề mặt cao - Do mẫu phủ màng chất dẻo ngăn cách mẫu với cát khn nên làm giảm hao mịn mẫu Điều làm tăng tuổi thọ mẫu, góp phần làm tăng độ xác vật đúc - Không yêu cầu cao tay nghề công nhân - Dễ khí hóa tự động hóa 2- Nhược điểm - Khó đúc chi tiết có tỉ số chiều cao chiều dày thành lớn - Không phù hợp với sản xuất đơn - Với hịm khn có kích thước lớn, việc cấp chân khơng không đơn giản 8.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khuôn màng mỏng - chân không 1- Các tính chất cát làm khn Theo [6], cát dùng cho khuôn màng mỏng-chân không nên đáp ứng yêu cầu: 276 CHƯƠNG - Cát phải có độ cao để đảm bảo khả chịu nhiệt không bị phân lớp rung lèn chặt - Hàm lượng sét thấp tốt (để không qua lưới lọc cát) - Có độ hạt mịn so với cát khn có dùng chất dính (do khơng phải quan tâm đến độ thơng khí khn) để tạo điều kiện cho vật đúc có độ bóng bề mặt cao - Hạt cát nên dạng tròn để dễ lèn chặt - Mức độ tập trung độ hạt vừa phải để mật độ khuôn sau lèn chặt cao đồng thời không xảy tượng phân bố lại độ hạt 2- Loại màng, chiều dày màng chế độ nung màng Màng phải đủ mỏng, bền, có khả biến dạng tốt để đảm bảo khả tạo hình màng Hiện màng sử dụng phổ biến cho phương pháp đúc màng PE PE biến tính có độ dày từ 0,06÷0,25mm Màng nung điện trở gió nóng khoảng nhiệt độ 50÷ 80oC với thời gian nung 5÷ 30 s 3- Chế độ rung lèn chặt cát làm khuôn Chế độ rung lèn chặt phải bảo đảm cát có mức độ lèn chặt cao, khơng bị phân lớp độ hạt, tiêu tốn lượng rung lèn chặt Chế độ rung hợp lý: rung theo phương đứng; gia tốc rung a ≥ 4÷ 6g; thời gian rung 10÷ 60s 4- Độ chân khơng cơng suất cấp chân không Đối với khuôn màng mỏng - chân không, áp lực chân không lực để liên kết hạt cát, tạo cho khn có độ bền định Nếu độ chân không không đủ lớn, khn khơng đủ bền, lịng khn dễ biến dạng q trình thao tác cơng nghệ Ngược lại, độ chân không lớn, khuôn bền tạo cản co cho vật đúc q trình đơng đặc làm nguội, vật đúc dễ bị cong vênh nứt Một yếu tố định việc chế tạo khuôn màng mỏng- chân không khả cấp chân không Ở khuôn thông dụng, độ bền hỗn hợp đạt chất dính liên kết hạt cát rời rạc lại với Còn khn màng 277 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CƠNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC mỏng - chân không, độ bền đạt độ chênh lệch Dp áp suất khí bên khn Hịm khn thơng dụng dùng để gia cố học hỗn hợp, hịm khn màng mỏng - chân khơng có tác dụng tạo Dp “hóa bền” khối cát nằm khơng gian hịm khn hai màng chất dẻo Trong q trình chế tạo vật đúc khn màng mỏng - chân khơng, với quan điểm phá sập khn ngun cơng rót khn nguy hiểm việc giảm Dp Việc ngăn ngừa phá sập khuôn phụ thuộc vào nhiều nhân tố cơng nghệ: - Độ thơng khí khối cát làm khuôn - Lớp sơn màng - Độ chân khơng tính ổn định việc cấp chân không (khả đảm bảo Dp) - Phương pháp dẫn kim loại cách bố trí vật đúc khn - Tốc độ rót Trong yếu tố đảm bảo Dp quan trọng Khả đảm bảo Dp phụ thuộc vào công suất hệ thống cấp chân khơng kết cấu hịm khn Xác định cơng suất chân không Theo [6, 18], lưu lượng hút cần thiết bơm chân khơng Sbơm tính theo cơng thức: kmQ Sbơm = P − P o ck (8.5) với: k - hệ số dự trữ, tính đến tổn thất đường ống yếu tố khó xác định m - số lượng khuôn hút chân không đồng thời Pck Q= W kh (8.6) Wkh - trở kháng khn chống thất độ chân khơng po - áp suất khí pck - độ chân khơng miệng hút khuôn 278 CHƯƠNG Để đơn giản tính tốn, giả định trở kháng hai mặt khn Ta có: Wkh = wkh 2A (8.7) đó: wkh - trở kháng riêng khn A - chu vi khuôn wkh = (1,5 + 0,08 Pkh) k1 k2 k3 k4 k1 - hệ số tính đến độ đàn hồi màng k2 - hệ số tính đến độ hạt cát khn k3 - hệ số tính đến phương pháp làm kín màng k4 - hệ số tính đến mức độ làm vùng tiếp xúc 5- Chất sơn màng chế độ sơn màng Khi rót khn, chưa tiếp xúc với kim loại lỏng, màng bị phân hủy Điều dẫn tới tượng sụp khuôn chân khơng Có thể tránh tượng cách dùng chất sơn màng thích hợp Chất sơn màng cịn có tác dụng chống cháy dính cát học, tăng độ bóng bề mặt cho vật đúc Các chất sơn màng thường có thành phần: chịu lửa (bột thạch anh, bột silicat ziếccôn, graphit ); dung môi dễ bay hơi: cồn, acêtơn ; chất dính; chất chống sa lắng 6- Tốc độ rót khn Tốc độ rót khn yếu tố quan trọng công nghệ khn màng mỏng - chân khơng Rót q chậm làm màng phân hủy sớm, cịn rót q nhanh gây nên tượng bắn tóe kim loại áp lực cao màng bị phân hủy 8.3 ĐÚC HÚT CHÂN KHƠNG 8.3.1 Ngun lý Trình tự q trình đúc hút chân khơng (H.8.17): Nhúng khn vào nồi lị kim loại lỏng CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CƠNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 279 Mở van để khuôn hệ thống cấp chân không thông qua đường ống Hệ thống cấp chân không bao gồm: bơm chân khơng 6, bình tích chân khơng (có tác dụng ổn định độ chân không cấp cho khuôn), hệ thống van, đồng hồ đo khống chế độ chân không Phụ thuộc vào độ chân không, kim loại lỏng khuôn dâng lên tới độ cao H Khi kim loại khuôn đông đặc đạt tới chiều dày yêu cầu, thải chân không, kim loại lỏng thừa khn chảy xuống Hình 8.17 Sơ đồ ngun lý đúc hút chân không 8.3.2 Đặc điểm - Kim loại lỏng dâng lên khn êm, sử dụng ruột cát - Có thể đúc vật đúc thành mỏng - Nhờ chân khơng, khí hịa tan kim loại lỏng dễ ngồi, tránh rỗ khí vật đúc - Tiết kiệm kim loại khơng cần hệ thống rót - Tổ chức kim loại nhỏ mịn - Dễ khí hóa, tự động hóa 280 CHƯƠNG 8.3.3 Phạm vi sử dụng Phương pháp sử dụng để đúc đặc; ống thép, đồng có đường kính 40÷ 200mm, dài đến 2000mm; ống nhơm dài đến 4000mm Cũng sử dụng phương pháp để đúc vật đúc thành mỏng, phức tạp khn có dùng ruột cát 8.4 ĐÚC DẬP LỎNG 8.4.1 Nguyên lý Sơ đồ nguyên lý phương pháp đúc dập lỏng thể hình 8.18 Hình 8.18 Sơ đồ nguyên lý đúc dập lỏng a) Khn hở; b) Khn kín Kim loại lỏng rót vào khn kim loại Dùng chày ép vào khuôn kim loại kết tinh Lực ép lớn, tới 400kG/cm2 Độ bền sản phẩm đúc dập lỏng cao tương đương sản phẩm rèn Bằng phương pháp đúc thỏi, vật đúc thành dày (đến 200mm) mỏng (có thể tới 2mm), khối khối lượng vật đúc từ vài gam đến vài trăm kg Vật đúc chế tạo hợp kim kẽm, nhơm, đồng, gang Q trình dập lỏng thường tiến hành máy ép thủy lực CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 281 8.5 ĐÚC TRONG KHUÔN TỪ Phương pháp đúc khuôn từ công bố năm 1971 Đức Trong phương pháp đúc này, hạt sắt (có kích thước ≈ 0,25mm) sử dụng thay cát để đổ vào hịm khn bao quanh mẫu hóa khí polystirene Khi áp đặt từ trường đủ mạnh, tạo nên dòng điện chiều, hạt sắt nhiễm từ hút chặt vào tạo độ bền cho khn Sau rót khn làm nguội vật đúc, xả từ trường khỏi khuôn, dễ dàng lấy vật đúc hạt sắt sử dụng trở lại để làm khn tiếp Hình 8.19 trình bày sơ đồ nguyên lý phương pháp đúc Hình 8.19 Sơ đồ nguyên lý phương pháp đúc khuôn từ Phương pháp đúc sử dụng để đúc vật đúc nhỏ hợp kim nhôm, gang, thép 282 Tài liệu tham khảo [1] Đinh Quảng Năng, Vật liệu làm khuôn cát, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2003 [2] Phạm Quang Lộc, Kỹ thuật đúc, Nhà xuất Thanh niên, 2000 [3] Phan Tử Phùng, Nguyễn Ngọc Thư, Nguyễn Dzụ, Sách tra cứu đúc gang - tập II, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1985 [4] Nguyễn Xuân Bông, Phạm Quang Lộc, Thiết kế đúc, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1978 [5] Phan Tử Phùng, Sách tra cứu đúc thép, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hội Đúc - Luyện kim Việt Nam, Hà Nội, 1991 [6] Nguyễn Ngọc Hà, Nghiên cứu cơng nghệ tạo phơi xác phương pháp màng mỏng - chân không, Đề tài khoa học cơng nghệ cấp Bộ, TP Hồ Chí Minh, 01/2005 [7] Richard W Heine, Carl R Loper, Philip C Rosenthal, Principles of metal casting, Mc Graw - Hill Book Company, New York, 1976 [8] Belopukhov A K., Công nghệ đúc áp lực (tiếng Nga), Nhà xuất Chế tạo máy, Moskva, 1985 [9] Belov B M., Đúc thép hợp kim áp lực (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 4, 1980 [10] Cmoliakov A N., Kopehianko B A., Sản xuất ống gang phương pháp đúc li tâm (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 4, 1988 [11] Osinski B I., Các đặc trưng sản xuất phơi đúc có hình dạng phức tạp phương pháp đúc li tâm (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 4, 1988 [12] Sadrin N I., Hỗn hợp làm khuôn cát - nước thủy tinh với chất phụ gia vật liệu phốt phát tự nhiên (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 6, 1989 283 [13] Mirzoian G S., Sản xuất ống đúc li tâm có đường kính lớn (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 3, 1989 [14] Khmelev I Dubrovskai G A., Sử dụng cát thạch anh để chế tạo khuôn vỏ điều kiện sản xuất hàng loạt (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 3, 1989 [15] Safronov V A., Tepliakov S D., Sự phát triển q trình cơng nghệ chế tạo khn ruột hỗn hợp cát - nước thủy tinh (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 9, 1988 [16] Belostoski M D., Một số vấn đề phát triển đúc áp lực (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số , 1989 [17] Alekseev L G., Về việc mở rộng phạm vi sử dụng khuôn màng mỏng - chân không sản xuất đúc (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 7, 1988 [18] Skalikov M C., Pimenov V M., Điền đầy khuôn màng mỏng - chân khơng (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 7, 1988 [19] Kotliarski F M., Va đập thủy lực khuôn đúc áp lực thấp (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 6, 1988 [20] Hechitailov G I Vasilieva N F., Nghiên cứu sử dụng nước thủy tinh làm chất dính khn mẫu chảy (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 11, 1988 [21] Belov V M., Iudkovski S I., Đúc áp lực chi tiết hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 12, 1987 [22] Klemchuk L V., Muliak M., Akarchev I G., Sấy khn vỏ với chất dính phốtphát (tiếng Nga), Tạp chí sản xuất Đúc, Số 12, 1987 [23] U.S Pat No 4852629: Cold-box-B Progress for forming foundry shapes Which utilizes certain carboxylic acids as bench life extenders [24] U.S Pat No 4946876: Polyurethan-forming foundry binders containing A Polyester Polyol 284 [25] U.S Pat No 4974659: Coldbox progress for preparing foundry shapes which use acrylated epoxy resins [26] U.S Pat No 5338774: Polyurethan-forming foundry binders systems containing polyphosphoryl chloride www.wynndanzur.com www.lostfoam.com.cn www.richards-engineering.co.uk www.mse.mtu.edu www.wtec.org www.castmetalsfederation.com www.castsolution.com www.lostfoam.com www.asme.org www.umr.edu www.autofieldguide.com www.sfsa.org www.nationmaster.com www.irc.cordis.lu www.eng.uab.edu www.ray-vin.com www.vulcangroup.com www.eere.energy.gov ... nghiêm trọng, ngành đúc bước vào giai đoạn phát triển với nhu cầu lớn trang bị phương pháp công nghệ đúc đặc biệt CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT biên soạn nhằm phục vụ công tác giảng dạy... TRÌNH CƠNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHN MẪU HĨA KHÍ 7.3 THIẾT BỊ DÙNG TRONG CÔNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHUÔN MẪU HĨA KHÍ Chương 260 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐẶC BIỆT KHÁC 260 8.1 ĐÚC LIÊN TỤC 8.2 ĐÚC TRONG... sản lượng vật đúc đúc phương pháp đúc chiếm khoảng 30% tổng sản lượng vật đúc đúc phương pháp đặc biệt (đứng hàng thứ hai sau phương pháp đúc áp lực) 1.1.1 Đặc điểm hình thành vật đúc khn kim loại