TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA NHIỆT LẠNH TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI Lớp học phần: ĐHNL3TLT Học kỳ: Năm học: 2011-2012 GVGD: Nguyễn Văn Dần SVTH: Nguyễn Minh Hải MSSV: 09277991 SVTH: Trần Bùi Công Nghĩa MSSV: 09247931 TPHCM, ngày 04 tháng 01 năm 2012 LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ đúc tứ đại thiên vương chuyên ngành kim loại hợp kim việc hiểu rõ để định hướng vào ngành điều vô cấp thiết Theo xu hướng đúc có nhiều cơng dụng hữu ích đời sống Đúc có vai trị quan trọng kinh tế Tuy nhiên, nước ta chưa quan tâm nhiều đến vai trị nó, ví như: lợi ích từ việc sản xuất chi tiết thay thế, vai trò đời sống ngày Thêm vào đó, số nhà sản xuất, quản lý chuyên viên kỹ thuật chưa hiểu khác biệt chi tiết chế tạo từ Đúc từ phương pháp khác Kết thiếu hội cho nhà sản xuất Sản xuất đúc phát triển mạnh sử dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp, khối lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40% đến 80% tổng khối lượng máy móc, ngành khí khối lượng vật đúc chiếm đến 90% mà giá thành chiếm có 20% đến 25% Ứng dụng lớn xe xe tải hạng nhẹ vào khoảng 31% Các lĩnh vực khác bao gồm xây dựng, khai khống dầu khí khoảng 6%, đường ống khớp nối 15%, máy bơm nén khí 3%, thị 3%, đường sắt 6%, máy nơng nghiệp 6%, van 5%, động đốt 5% Đầu tư phát triển công nghệ để giảm ô nhiễm môi trường Đúc mẫu cát sử dụng nhiều giới Các dòng sản phẩm đúc cơng nghệ mẫu cát ngày nhiều có chất lượng cao tỷ lệ sản phẩm hư hỏng thấp Theo khảo sát khoa công nghệ vật liệu trường đại học bách khoa TP.HCM, TP.HCM có doanh nghiệp sử dụng cơng nghệ đúc mẫu cát, để sản xuất sản phẩm trang trí mỹ nghệ Trong khu chế xuất Tân Thuận có công ty Nhật áp dụng công nghệ để sản xuất chi tiết máy, song sản phẩm chủ yếu xuất thị trường Nhật thị trường giới Hiện doanh nghiệp nước chủ yếu sử dụng công nghệ đúc khuôn cát, mà mặt hạn chế chất lượng vật đúc thấp tỷ lệ phế phẩm cao (trên30%) Hiện nay, công ty cổ phần khí & đúc kim loại Sài Gịn (Sameco) thực thành cơng quy trình cơng nghệ đúc mẫu cát chi tiết phức tạp chất lượng cao cho ngành khí, với cơng suất 600 tấn/năm Đây lần công nghệ công ty nước thực thành công Kết thiết thực góp phần cung cấp cho thị trường nước sản phẩm phôi đạt chất lượng cao (giúp doanh nghiệp nước giảm giá thành sản xuất), nâng cao khả cạnh tranh xuất cho doanh nghiệp khí Vì vậy, Đúc khn mẫu cát phương pháp nhiều ưu điểm Đúc mẫu cát làm chi tiết phức tạp, có thành mỏng, chất lượng bề mặt cao, giảm đáng kể lượng gia cơng khí, nhiều chi tiết đúc xong sử dụng Đúc mẫu cát làm sản phẩm có trọng lượng từ vài gram đến vài chục kilogram Công nghệ đúc 1.1 Định nghĩa 1.2 Đặc điểm 1.3 Phân loại phương pháp đúc 1.4 Sơ đồ sản xuất đúc khuôn cát 1.5 Những nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc 1.6 Nguyên lý thiết kế kết cấu vật đúc 1.1 Định nghĩa Đúc trình điền đầy kim loại thể lỏng vào lịng khn đúc có hình dạng kích thước định sẵn Sau kim loại đông đặc ta thu sản phẩm tương ứng với lịng khn Sản phẩm gọi vật đúc Nếu đem vật đúc gia công gia công cắt gọt gọi phôi đúc Mọi vật liệu nhỏ : gang, thép,hợp kim màu, vật liệu phi kim nấu chảy , đúc Tạo vật đúc có kết cấu phức tạp Có khối lượng lớn mà gia công phôi khác không thực hiên 1.2 Đặc điểm Nhược điểm: Do trình kết tinh từ thể lỏng nên vật đúc dễ tồn dạng rỗ co, rỗ khí, nứt, lẫn tạp chất Khi đúc khn cát, độ xác kích thước độ bóng thấp Tiêu hao phần khơng nhỏ kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót cho đại lượng khác (lượng dư, độ xiên ) 1.3 Phân loại phương pháp đúc Phương pháp sản xuất đúc phân loại tuỳ thuộc vào loại khuôn mẫu, phương pháp làm khuôn vv Tuỳ thuộc vào loại khuôn đúc người ta phân làm hai loại: Đúc khuôn cát Đúc đặc biệt a) Đúc khuôn cát: Khuôn cát loại khuôn đúc lần (chỉ rót lần phá khn).vật đúc tạo hình khn cát có độ xác thấp độ bóng bề mặt lượng dư gia công lớn.Nhưng khuôn cát tạo vật đúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn b) Đúc đặc biệt: Ngồi khn cát , dạng đúc khuôn đúc (kim loại ,vỏ mỏng ) gộp chung đúc đặc biệt Đúc đặc biệt, tính riêng loại cho ta sản phẩm chất lượng cao ,độ xác ,độ bóng cao vật đúc khn cát Ngồi phần lớn phương pháp đúc đặc biệt có suất cao nhiên đúc đặc biệt thường vật đúc nhỏ trung bình 1.4 Sơ đồ sản xuất đúc khuôn cát Hỗn hợp làm khuôn Mẫu đúc Hộp lõi Hỗn hợp làm lõi Nhiên liệu Lị đúc Làm khn Làm lõi Sấy lõi Sấy khuôn Lắp ráp khuôn, lõi Nguyên liệu kim loại Nấu kim loại Biến tính Rót khn Phá khn,lõi Kiểm tra Làm vật đúc Thành phẩm Phế phẩm Khuôn tươi Khuôn khô 1.5 Những nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc * Chất lượng vật đúc + Độ xác hình dạng kích thước + Độ nhẵn bóng bề mặt + Tính chất kim loại * Nhân tố ảnh hưởng -Hợp kim đúc: -Loại khuôn đúc phương pháp đúc -Ảnh hưởng công nghệ đúc 1.6 Nguyên lý thiết kế kết cấu vật đúc a Khái niệm : Vật đúc dạng sản phẩm hình thành từ hợp kim lỏng lịng khn Sự hình thành chịu ảnh hưởng lớn kết cấu vật đúc b Yêu cầu kết cấu kim loại Bảo quản quy trình cơng nghệ làm khn đơn giản, thuận tiện Để xác định vị trí lịng khn khn đúc để tạo hướng kết tinh nhằm nâng cao chất lượng hợp kim đúc loại bỏ khuyết tật đúc Bảo đảm cho quy trình cơng nghệ gia cơng cắt gọt thuận tiện Bảo đảm tính vật đúc Trong sản xuất đúc, vật đúc phân chia thành khối lượng gồm : Nhỏ, trung bình, lớn Vật đúc nhỏ ≤100 kg Vật đúc trung bình 100 ÷ 150 kg Vật đúc lớn > 500 kg Tính chất sản xuất : Đơn : ÷ 50 vật đúc / năm Hàng loạt: : Nhỏ : 50 ÷ 100 vật đúc / năm Vừa : 100 ÷ 1000 vật đúc / năm Lớn : 1000 ÷ 10.000 vật đúc / năm Hàng khối : > 10.000 vật đúc / năm Sản xuất : Lỗ ϕ ≥ 50 mm → đơn Lỗ ϕ ≥ 30 mm → hàng loạt Lỗ ϕ ≥ 20 mm → hàng khối Công nghệ đúc công nghệ chế tạo sản phẩm phương pháp rót vật liệu dạng chảy lỏng vào khn để tạo sản phẩm có hình dạng theo khn mẫu Đa phần cơng nghệ đúc thực với vật liệu kim loại Công nghệ đúc chia thành hai loại chính: Đúc thơng thường Đúc đặc biệt Là cơng nghệ có từ cổ xưa, đúc thông thường thực với khuôn cát Đúc đặc biệt Là phương pháp khác đúc thông thường, đúc đặc biệt có khác biệt nguyên liệu công nghệ làm khuôn, cách điền đầy tạo hình vật đúc Đúc đặc biệt thường sử dụng khn kim loại Thường có dạng: Đúc khn kim loại, Đúc áp lực, Đúc ly tâm, Đúc liên tục số công nghệ đúc đặc biệt khác Đúc khuôn kim loại Ưu điểm: Đúc khuôn kim loại thuật ngữ phương pháp sản xuất vật đúc cách rót kim loại lỏng vào khuôn kim loại Vật đúc đông đặc tác dụng trọng trường mà không chịu tác động khác Đây phương pháp phổ biến có đặc điểm sau đây:     Khuôn sử dụng nhiều lần; Độ độ xác nâng cao đáng kể Điều làm giảm khối lượng gia công khí; Nâng cao độ bền học vật đúc, đặc biệt độ bền lớp bề mặt tiếp giáp với khuôn kim loại Nâng cao sản lượng hàng năm giảm kích thước đậu ngót phế phẩm đúc     Nâng cao suất lao động Tiết kiệm diện tích nhà xưởng không cần chế tạo hỗn hợp làm khuôn trình làm khn Giảm giá thành sản phẩm Dễ khí tự động hố, điều kiện vệ sinh lao động tốt Nhược điểm: Chế tạo khuôn kim loại phức tạp đắt tiền; độ bền khuôn hạn chế đúc thép, khó đúc vật thành mỏng hình dáng phức tạp; vật đúc có ứng suất lớn khuôn kim loại cản co mạnh; vật đúc gang dễ bị biến trắng; quy trình đúc phải chặt chẽ Tuy có đặc điểm cơng nghệ đúc khuôn kim loại sử dụng rộng rãi để đúc gang, hợp kim kim loại màu sản xuất hàng loạt loạt lớn có chi tiết chế tạo không sử dụng khn kim loại, ví dụ lớn thân máy bay, chi tiết nhỏ đòi hỏi độ bền cao động Đúc phôi thép  Thiết bị đúc khuôn Thiết bị đúc khuôn thường chia thành đúc đúc dưới, đúc thép lắng thép sơi  o o  Đúc trên: Rót vào từ đầu thỏi Đúc dưới:  Ưu điểm: Rót vào ống từ cống rót dâng lên thỏi từ phía Như với đúc dưới, lầm rót rót nhiều thỏi, suất chất lượng bề mặt thỏi tốt nhiều mặt nước thép dâng lên bìh ổn khơng bắn t rót từ trên, khí, tạp chất xỉ có điều kiện lên tốt hơn, che chắn chống tái ô xy hoá thuận tiện  Nhược điểm: Thiết bị đĩa đúc, ống rót trung tâm phức tạp hơn, tiên tốn thêm vật liệu chịu lửa lượng thép ống rót cống rót, giảm suất thu hồi kim loại Thùng rót Tác dụng thùng rót hay cịn gọi thùng chứa ngồi tác dụng chứa đựng nước thép đến nơi đúc làm nhiệm vụ cuối tiến thêm bước khử ô xy, khử S, đồng nhiệt độ, thành phần nước thép, lắng nước thép thời gian để khử khí, tạp chất xỉ lên tách khỏi nước thép, làm cải thiện đáng kể lượng thép Cũng lợi dụng thời gian nước thép lắng thùng dài hay ngắn, kích thước lỗ rót mà điều chỉnh nhiệt độ, tốc độ rót đúc hợp lý Khi mà năm gần phương pháp tinh luyện lị phát triển mạnh mẽ thùng rót kiêm ln thiết bị (lò luyện) quan trọng việc tinh luyện  Khuôn đúc Khuôn đúc thiết bị tạo hình cho nước thép đơng đặc rót nước thép vào tạo thành thỏi thép Trong sản xuất, khuôn đúc phần hao tổn có tính thay đổi, có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thép tiêu hạch toán kinh tế Cho nên thiết kế cần xác, sử dụng tu bảo dưỡng chuẩn xác có ý nghĩa quan trọng  o Vật liệu làm khuôn: Vật liệu làm khuôn thường sử dụng gang có tính dẫn nhiệt tốt, chắn rẻ Do tính chất việc đúc thép khắc nghiệt, kiện làm việc khuôn thép mang tính chu kỳ: gia nhiệt, làm nguội, tức giãn nở, co ngót nên khn đúc dễ bị hỏng nứt chóc Tuổi thọ khn đúc phần lớn định thành phần hoá học Để nâng cao tính đúc cần trì hàm lượng bon tương đối cao: Thường khoảng 3,2 -4,0%, Si líc (Si) chọn theo yêu cầu tổ chức: thường khoảng 1,2 - 2,2 % Hiện tượng tróc khn tăng theo hàm lượng Si tăng, nứt ngược lại SÁU YẾU TỐ CƠ BẢN TRONG Q TRÌNH ĐÚC Khn khoang (khuôn mẫu): Trong thực khoang khuôn với hình dạng kích thước mong muốn, người ta phải ghi nhớ đầu yếu tố co rút kim loại kiên cố hóa Các khoang chứa tất phức tạp hình dạng thành phần hồn thành mong muốn Khn mẫu khoang Lựa chọn vật liệu khuôn phải quan trọng phải có khả tái tạo chi tiết mong muốn Các vật liệu khuôn không nên bị ảnh hưởng đáng kể kim loại nóng chảy mà phải có Trong trường hợp khn mẫu tiêu hao, khuôn mẫu phải chuẩn bị cho lần đúc Trong đó, khn mẫu tái sử dụng vĩnh viễn sử dụng nhiều lần Loại thứ hai làm từ vật liệu chịu đúc lặp lặp lại Các khuôn mẫu thường tốn làm kim loại than chì, sử dụng để chạy sản xuất lớn Đối với sản xuất số lượng nhỏ hơn, khuôn mẫu tiêu hao thường ưa thích, đơn giản khía cạnh kinh tế họ Một hình khn mẫu Quy trình nóng chảy Mục tiêu q trình nóng chảy là:  Cung cấp vật liệu nóng chảy nhiệt độ thích hợp  Cung cấp vật liệu nóng chảy số lượng mong muốn  Chất lượng chấp nhận  Chi phí hợp lý Kỹ thuật đổ Nó kỹ thuật rót kim loại nóng chảy vào khn Phải có quy định cho khơng khí khí bên khn mẫu kim loại nóng chảy rót vào khn Khi kim loại nóng vào khn khoang (khn mẫu), tạo loại khí khác phản ứng hóa học Các thiết kế khn phải cho phép khí (lỗ thơng khí), để kim loại nóng chảy chạy lấp đầy vào hốc khn hồn tồn Điều giúp cho vật đúc sản xuất không bị lỗi, đầy đủ thành phần chi tiết chất lượng vật đúc Quy trình kiên cố hóa Thiết kế tốt kiểm sốt giai đoạn giúp việc sản xuất sản phẩm chất lượng Các thiết kế khuôn nên tính tốn để hạn chế độ co xảy trình làm mát kim loại Điều giúp ngăn ngừa loại crack vật đúc q trình vật đúc từ nóng chuyển sang mát thấp Hơn nữa, nhà thiết kế nên cẩn thận thực tế độ xốp co rút xảy trình cố định vật đúc Một sản phẩm đúc chất lượng phải khác phục lỗi Khuôn diệt Sau kiên cố hóa thích hợp, vật đúc nên loại bỏ khỏi khn Nói chung, khn mẫu tiêu hao chia bị phá hủy sau vật đúc sản xuất mà khơng có khó khăn Tuy nhiên, cách sử dụng khn mẫu sử dụng lại gây thách thức lớn từ quan điểm thiết kế việc loại bỏ vật đúc từ khuôn mẫu cố định Làm sạch, hoàn thiện kiểm tra Quá trình làm vật đúc khác nhau, hồn thiện, công tác kiểm tra thực sau đưa vật đúc khỏi khuôn Vật liệu khơng liên quan (phụ gia, kim loại khác tạo hình) gắn vào khoang, vật liệu gắn vào bề mặt đúc tất phải loại bỏ ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT: NỘI DUNG: I II III IV V VI Khái niệm q trình đúc khn cát Quy trình đúc tổng qt Q trình đúc khn cát Quy tắc thiết kế khuôn cát Các khuyết tật thường gặp đúc khn cát Một số hình ảnh minh họa vật đúc I Khái niệm trình đúc kim loại: Đúc khn cát q trình mà vật liệu kim loại nóng chảy rót vào khn cát Sau khn cát phá sau kim loại đông đặc lại II Đặc điểm phương pháp gia công: Phương pháp đúc khn cát giữ vai trị quan trọng ngành đúc, đúc khuôn cát phương pháp tạo hình lâu đời, cịn chiếm vị trí quan trọng kỹ nghệ đúc: 90% sản lượng vật đúc giới sản xuất khn cát, phần cịn lại khn kim loại dạng đúc đặc biệt khác Khuôn cát dùng nhiều dễ chế tạo, rẻ, vốn đầu tư Hơn khn cát lại vạn năng, dùng để đúc vật nhỏ từ 10 gam vật lớn có khối lượng hàng trăm tấn, dùng để đúc hợp kim như: thép, gan cầu, gang sám, đồng thau, đồng thanh, hợp kim niken, hợp kim nhôm, magê,… * Quy trình sản xuất đúc khn tóm tắt sau: Hình : Quy trình sản xuất vật đúc khuôn cát - Bộ phận kỹ thuật theo vẽ chi tiết, lập vẽ vật đúc, có mặt phân khuôn, lõi, độ dốc đúc, lượng dư gia công khí, dung sai, độ co nót kim loại đông đặc,… - Bộ mẫu số mẫu khác như: mẫu, mẫu hệ thống rót, đậu ngót Trong mẩu đúc lõi hai phận chủ yếu Mẫu đúc dùng để chế tạo lòng khuôn đúc hỗn hợp làm khuôn, hợp lõi dùng để làm lõi có Mẫu, hộp lõi thường xưởng mộc sản xuất - Khuôn, mẫu, hộp lõi thường làm thành hai nửa lắp lại với chốt định vị - Khuôn đúc lõi thường phải sấy khơ để tăng tính khả thơng khí 10 - Bộ phận nấu chảy kim loại phải phối hợp nhịp nhàng với q trình làm khn Lắp ráp khn để tiến hành rót kim loại lỏng vào cho kịp lúc - Sau kim loại đông đặc, vật đúc hình thành khn, tiến hành phá lõi, kiểm tra vật thủ công máy - Kiểm tra lại khâu cuối cùng, gồm kiểm tra hình dáng kích thước, chất lượng bên vật đúc - Người ta có quan niệm đúc khn cát có suất khơng cao, sản phẩm đúc xác, muốn có độ xác cao phải qua gia cơng khí lại Điều khuôn cát, đất sét, thông thường làm tay người thợ có tay nghề cao biết tính tốn độ hao hụt, dung sai co giản kim loại điều khắc phục Những năm gần nhờ sử dụng hỗn hợp có thành phần tính chất mới, nhờ đẩy mạnh khí hóa, tự đọng hóa sản xuất đúc nên suất đúc tăng lên rõ rệt, chất lượng đúc làm máy máy ép áp lực cao chiếm ưu nhiều, cạnh tranh với số phương pháp đặc biệt độ xác độ nhẵn bề mặt sản phẩm đúc Có thể nói ngày khuôn cát chiếm gữ vai vai trò quan trọng ngành sản xuất đúc Hình 2:Tỷ lệ cơng nghệ khn sản xuất đúc: 1/ Khuôn cát tươi; 2/ Khuôn cát khô; 3/ Khuôn cát tự rắn; 4/ Khuôn kim loại; 5/ Khn đúc đặc biệt khác III MƠ TẢ Q TRÌNH ĐÚC KHN CÁT ( BẰNG TAY ): 11 Q trình Đúc khn cát thể hình ảnh trực quan để dễ hình dung Lắp nửa hịm khn Tạo lớp cát áo để dễ rút mẫu 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 12 Gạt bỏ phần cát thừa Lật khuôn Ráp nửa khn cịn lại (Chú ý chốt định vị) 13 Định vị hệ thống cấp kim loại lỏng (hệ thống rót, đậu ngót) khí (đậu hơi) Khn sau thực lại bước từ Hình đến Hình 10 Tạo rãnh dẫn 11 Rút mẫu 14 12 Ráp nửa khn 13 Rót kim loại lỏng vào khuôn 15 14 Phá dỡ khuôn vật đúc IV QUY TẮC THIẾT KẾ KHUÔN CÁT Hạn chế góc nhọn khớp nối nhiều phần Thiết kế bề dày đồng cho phần Cân đối bề dày thành bên Xem xét kim loại co ngót thiết kế Sử dụng đường phân khuôn đơn giản Xác định lượng dư gia công đơn giản Sử dụng cát hợp lý 16 V CÁC KHUYẾT TẬT THƯỜNG GẶP TRONG KHUÔN ĐÚC: Khuyết tật vật đúc chia làm nhóm: Nhóm 1: Sai hình dáng kích thước Nhóm 2: Khuyết tật mặt ngồi Nhóm 3: Nứt Nhóm 4: Lỗ hổng vật đúc Nhóm 5: Lẫn tạp chất Nhóm 6: Sai tổ chức Nhóm 7: Sai thành phần hóa học tính VI MỘT SỐ HÌNH ẢNH MINH HỌA: 17