Đang tải... (xem toàn văn)
Chơng 1 Hàn hồ quang dới lớp thuốc và trong môi trờng khí bảo vệ 1.1 hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ 1.1.1 Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng a) Thực chất Hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding), là qúa trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn (điện cực hàn) và vật hàn dới một lớp thuốc bảo vệ. Dới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn. Dây hàn đợc đẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu đặc biệt với tốc độ phù hợp với tốc độ cháy của nó (hình 1.1a). Theo độ chuyển dịch của nguồn nhiệt (hồ quang) mà kim loại vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn (hình 1.1b). Trên mặt vũng hàn và phần mối hàn đã đông đặc hình thành một lớp xỉ có tác dụng tham gia vào các qúa trình luyện kim khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn, và sẽ tách khỏi mối hàn sau khi hàn. Phần thuốc hàn cha bị nóng chảy có thể sử dụng lại. Hình 1.1. Sơ đồ hàn dới lớp thuốc bảo vệ a. Sơ đồ nguyên lý; b. Cắt dọc theo trục mối hàn Trờng đại học Bách khoa Đại học Đà nẵngGiáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 2 Hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ có thể đợc tự động cả hai khâu cấp dây vào vùng hồ quang và chuyển động hồ quang theo trục mối hàn. Trờng hợp này đợc gọi là “hàn hồ quang tự động dới lớp thuốc bảo vệ”. Nếu chỉ tự động hoá khâu cấp dây hàn vào vùng hồ quang còn khâu chuyển động hồ quang dọc theo trục mối hàn đợc thao tác bằng tay thì gọi là “hàn hồ quang bán tự động dới lớp thuốc bảo vệ”. Hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ có các đặc điểm sau: Nhiệt lợng hồ quang rất tập trung và nhiệt độ rất cao, cho phép hàn tốc độ lớn. Vì vậy phơng pháp hàn này có thể hàn những chi tiết có chiều dày lớn mà không cần phải vát mép. Chất lợng liên kết hàn cao do bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi tác dụng của ôxy và nitơ trong không khí xung quanh. Kim loại mối hàn đồng nhất về hành phần hoá học. Lớp thuốc và xỉ hàn làm liên kết nguội chậm nên ít bị thiên tích. Mối hàn có hình dạng tốt, đều đặn, ít bị khuyết tật nh không ngấu, rỗ khí, nứt và bắn toé. Giảm tiêu hao vật liệu hàn (dây hàn). Hồ quang đợc bao bọc kín bởi thuốc hàn nên không làm hại mắt và da của thợ hàn. Lợng khói (khí độc) sinh ra trong qúa trình hàn rất ít so với hàn hồ quang tay. Dễ cơ khí hoá và tự động hoá qúa trình hàn. b) Phạm vi ứng dụng Hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cơ khí chế tạo, nh trong sản xuất: các kết cấu thép dạng tấm vỏ kích thớc lớn, các dầm thép có khẩu độ và chiều cao, các ống thép có đờng kính lớn, các bồn, bể chứa, bình chịu áp lực và trong công nghiệp đóng tàu... Tuy nhiên, phơng pháp này chủ yếu đợc ứng dụng để hàn các mối hàn ở vị trí hàn bằng, các mối hàn có chiều dài lớn và có quỹ đạo không phức tạp. Phơng pháp hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ có thể hàn đợc các chi tiết có chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm. Bảng 11 chỉ ra các chiều dày chi tiết hàn tơng ứng với hàn một lớp và nhiều lớp, có vát mép và không vát mép bằng phơng pháp hàn tự động dới lớp thuốc bảo vệ. Chiều dày chi tiết hàn tơng ứng với các loại mối hàn Bảng11 Chiều dày chi tiết (mm) Loại mối hàn 1,3 1,4 1,6 3,2 4,8 6,4 10 12,7 19 25 51 102 Hàn một lớp không vát mép Hàn một lớp có vát mép Hàn nhiều lớp ? ? ? ? ? ? Trờng đại học Bách khoa Đại học Đà nẵngGiáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 3 1.1.2 Vật liệu, thiết bị hàn hồ quang tự động và bán tự động dới lớp thuốc bảo vệ a) Vật liệu hàn Chất lợng của liên kết hàn dới lớp thuốc bảo vệ đợc xác định bằng tác động tổng hợp của dây hàn (điện cực hàn) và thuốc hàn. Dây hàn và thuốc hàn đợc lựa chọn theo loại vật liệu cơ bản, các yêu cầu về cơ lý tính đối với liên kết hàn, cũng nh điều kiện làm việc của nó. Dây hàn: Trong hàn hồ quang tự động và bán tự động dới lớp thuốc bảo vệ, dây hàn là phần kim loại bổ sung vào mối hàn, đồng thời đóng vai trò điện cực dẫn điện, gây hồ quang và duy trì sự cháy hồ quang. Dây hàn thờng có hàm lợng C không quá 0,12%. Nếu hàm lợng C cao dễ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng xuất hiện nứt trong mối hàn. Đờng kính dây hàn hồ quang tự động dới lớp thuốc từ 1,6 ữ 6 mm, còn đối với hàn hồ quang bán tự động là từ 0,8 ữ 2 mm. Thuốc hàn: có tác dụng bảo vệ vũng hàn, ổn định hồ quang, khử ôxy, hợp kim hoá kim loại mối hàn và đảm bảo liên kết hàn có hình dạng tốt, xỉ dễ bong. b) Thiết bị hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ Thiết bị hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ rất đa dạng, song hầu hết chúng lại rất giống nhau về nguyên lý và cấu tạo một số bộ phận chính, cụ thể là:
Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao Chơng Hàn hồ quang dới lớp thuốc môi trờng khí bảo vệ 1.1- hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ 1.1.1- Thực chất, đặc điểm phạm vi øng dơng a) Thùc chÊt Hµn hå quang d−íi lớp thuốc bảo vệ gọi hàn hồ quang chìm, tiếng Anh viết tắt SAW (Submerged Arc Welding), qúa trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy dây hàn (điện cực hàn) vật hàn dới lớp thuốc bảo vệ Dới tác dụng nhiệt hồ quang, mép hàn, dây hàn phần thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn Dây hàn đợc đẩy vào vũng hàn cấu đặc biệt với tốc độ phù hợp với tốc độ cháy (hình 1.1a) Theo độ chuyển dịch nguồn nhiệt (hồ quang) mà kim loại vũng hàn nguội kết tinh tạo thành mối hàn (hình 1.1b) Trên mặt vũng hàn phần mối hàn đà đông đặc hình thành lớp xỉ có tác dụng tham gia vào qúa trình luyện kim hàn, bảo vệ giữ nhiệt cho mối hàn, tách khỏi mối hàn sau hàn Phần thuốc hàn cha bị nóng chảy sử dụng lại Hình 1.1 Sơ đồ hàn dới lớp thuốc bảo vệ a Sơ đồ nguyên lý; b Cắt dọc theo trục mối hàn Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao Hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ đợc tự động hai khâu cấp dây vào vùng hồ quang chuyển động hồ quang theo trục mối hàn Trờng hợp đợc gọi hàn hồ quang tự động dới lớp thuốc bảo vệ Nếu tự động hoá khâu cấp dây hàn vào vùng hồ quang khâu chuyển động hồ quang dọc theo trục mối hàn đợc thao tác tay gọi hàn hồ quang bán tự động dới lớp thuốc bảo vệ Hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ có đặc điểm sau: - Nhiệt lợng hồ quang tập trung nhiệt độ cao, cho phép hàn tốc độ lớn Vì phơng pháp hàn hàn chi tiết có chiều dày lớn mà không cần phải vát mép - Chất lợng liên kết hàn cao bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi tác dụng ôxy nitơ không khí xung quanh Kim loại mối hàn đồng hành phần hoá học Lớp thuốc xỉ hàn làm liên kết nguội chậm nên bị thiên tích Mối hàn có hình dạng tốt, đặn, bị khuyết tật nh không ngấu, rỗ khí, nứt bắn toé - Giảm tiêu hao vật liệu hàn (dây hàn) - Hồ quang đợc bao bọc kín thuốc hàn nên không làm hại mắt da thợ hàn Lợng khói (khí độc) sinh qúa trình hàn so với hàn hồ quang tay - Dễ khí hoá tự động hoá qúa trình hàn b) Phạm vi ứng dụng Hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vƯ cã øng dơng réng r·i nhiỊu lÜnh vùc khí chế tạo, nh sản xuất: kết cấu thép dạng vỏ kích thớc lớn, dầm thép có độ chiều cao, ống thép có đờng kính lớn, bồn, bể chứa, bình chịu áp lực công nghiệp đóng tàu Tuy nhiên, phơng pháp chủ yếu đợc ứng dụng để hàn mối hàn vị trí hàn bằng, mối hàn có chiều dài lớn có quỹ đạo không phức tạp Phơng pháp hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ hàn đợc chi tiết có chiều dày từ vài mm hàng trăm mm Bảng 1-1 chiều dày chi tiết hàn tơng ứng với hàn lớp nhiều lớp, có vát mép không vát mép phơng pháp hàn tự động dới lớp thuốc bảo vệ Chiều dày chi tiết hàn tơng ứng với loại mối hàn Bảng1-1 Chiều dày chi tiết (mm) Loại mối hàn 1,3 1,4 1,6 3,2 4,8 6,4 10 12,7 19 25 51 102 Hàn lớp không vát mép Hàn lớp có vát mÐp ← → Hµn nhiỊu líp Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 1.1.2- Vật liệu, thiết bị hàn hồ quang tự động bán tự động dới lớp thuốc bảo vệ a) Vật liệu hàn Chất lợng liên kết hàn dới lớp thuốc bảo vệ đợc xác định tác động tổng hợp dây hàn (điện cực hàn) thuốc hàn Dây hàn thuốc hàn đợc lựa chọn theo loại vật liệu bản, yêu cầu lý tính liên kết hàn, nh điều kiện làm việc - Dây hàn: Trong hàn hồ quang tự động bán tự động dới lớp thuốc bảo vệ, dây hàn phần kim loại bổ sung vào mối hàn, đồng thời đóng vai trò điện cực dẫn điện, gây hồ quang trì cháy hồ quang Dây hàn thờng có hàm lợng C không 0,12% Nếu hàm lợng C cao dễ làm giảm tính dẻo tăng khả xuất nứt mối hàn Đờng kính dây hàn hồ quang tự động dới lớp thuốc từ 1,6 ữ mm, hàn hồ quang bán tự động từ 0,8 ữ mm - Thuốc hàn: có tác dụng bảo vệ vũng hàn, ổn định hồ quang, khử ôxy, hợp kim hoá kim loại mối hàn đảm bảo liên kết hàn có hình dạng tốt, xỉ dễ bong b) Thiết bị hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ Thiết bị hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ đa dạng, song hầu hết chúng lại giống nguyên lý cấu tạo số phận chính, cụ thể là: Hình 1.2 Thiết bị hàn hồ quang tự động dới lớp thuốc bảo vệ Cơ cấu cấp dây hàn điều khiển để gây hồ quang ổn định hồ quang (đầu hàn) Cơ cấu dịch chuyển đầu hàn dọc theo trục mối hàn hay tạo chuyển động tơng đối chi tiết hàn so với đầu hàn Bộ phận cấp thu thuốc hàn Nguồn điện hàn thiết bị điều khiển qúa trình hàn Tùy theo loại thiết bị cụ thể, cấu bố trí thành khối thành khối độc lập Ví dụ loại xe hàn hình 3.2 đầu hàn, cấu dịch chuyển đầu hàn, cuộn dây hàn, cấu cung cấp thuốc hàn hệ thống điều Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao khiển qúa trình hàn đợc bố trí thµnh mét khèi Nhê vËy xe hµn cã thĨ chun ®éng trùc tiÕp theo mÐp rÊt linh ®éng, nã cã thể chuyển động theo quỹ đạo khác kÕt cÊu d¹ng tÊm, thËm chÝ cã thĨ thùc hiƯn đợc mối hàn vòng mặt tròn đờng ống có đờng kính lớn Đối với máy hàn bán tự động dới lớp thuốc bảo vệ đầu hàn đợc thay mỏ hàn hay súng hàn nhỏ gọn, dễ điều khiển tay Cơ cấu cấp dây hàn bố trí rời khối nguồn hàn với cấu khác Nguồn điện hàn hå quang d−íi líp thc b¶o vƯ ph¶i cã hƯ số làm việc liên tục 100% có phạm vi điều khiển dòng điện rộng từ vài trăm đến vài ngàn ampe Trên hình 1.3 hình ảnh loại đầu hàn hồ quang tự động dới lớp thuốc bảo vệ 1.1.3- Công nghệ hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ a) Chuẩn bị liên kết trớc hàn Chuẩn bị vát mép gá lắp vật hàn cho hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ yêu cầu cẩn thận nhiều so với hàn hồ quang tay Mép hàn phải phẳng, khe hở hàn mối hàn đặn, không bị cong vênh, rỗ Với hàn hồ quang dới lớp thuốc bảo vệ, liên kết hàn có chiều dày nhỏ 20 mm vát mép hàn hai phía Những liên kết hàn có chiều dày lớn vát mép mỏ cắt khí, máy cắt plasma gia công máy cắt kim loại Trớc hàn phải làm mép chiều rộng 50 ữ 60 mm hai phía mối hàn, sau hàn đính que hàn chất lợng cao b) Chế độ hàn c Dòng điện hàn: Chiều sâu ngấu liên kết hàn tỷ lệ thuận với dòng điện hàn Tuy nhiên tăng dòng điện, lợng dây hàn nóng chảy tăng theo, hồ quang chìm sâu vào kim loại nên chiều rộng mối hàn không tăng rõ rệt mà tăng chiều cao phần nhô mối hàn, tạo tập trung ứng suất, giảm chất lợng bề mặt mối hàn, xỉ khó tách Nếu dòng điện nhỏ chiều sâu ngấu giảm, không đáp ứng yêu cầu (hình 1.3) B B B Dòng điện nhỏ không đủ ngấu e e e Dòng điện hợp lý Dòng điện lớn chiều cao mối hàn tăng Hình1.4- ảnh hởng dòng điện hàn tới hình dáng mối hàn Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao d Điện hồ quang: Hồ quang dài điện hồ quang cao, áp lực lên kim loại lỏng giảm, chiều sâu ngấu giảm tăng chiều rộng mối hàn Điều chỉnh tốc độ cấp dây điện cột hồ quang thấp ngợc lại e Tốc độ hàn: Tốc độ hàn tăng, nhiệt lợng hồ quang đơn vị chiều dài mối hàn giảm, độ sâu ngấu giảm, đồng thời chiều rộng mối hàn giảm f Đờng kính dây hàn: Khi đờng kính dây hàn tăng mà dòng điện không đổi chiều sâu ngấu giảm tơng ứng Đờng kính dây hàn giảm hồ quang ăn sâu vào kim loại bản, mối hàn hẹp chiều sâu ngấu lớn g Các yếu tố công nghệ khác (độ dài phần nhô dây hàn, loại cực tính dòng điện hàn ): Độ dài phần nhô dây hàn tăng lên tác dụng nung nóng kim loại điện cực trớc vào vùng hồ quang tăng lên Dây hàn cháy nhanh, đồng thời điện trở phần nhô tăng lên, dòng điện hàn giảm xuống, đặc biệt hàn dây hàn có đờng kính bé tợng rõ rệt Khi hàn hồ quang tự động bán tự động dới lớp thuốc bảo vệ dùng dòng điện chiều xoay chiều Thông thờng hàn thép dày dùng điện xoay chiều, hàn thép mỏng dùng điện chiều để giữ đợc hồ quang ổn định Với loại hàn dùng nay, đổi từ nối thuận sang nối nghịch, chiều sâu ngấu tăng lên Hàn dòng xoay chiều có chiều sâu ngấu mức trung bình so với hàn dòng chiều nối thuận nối nghịch Cỡ hạt thuốc hàn có ảnh hởng định đến độ ngấu mối hàn Thuốc hàn có cỡ hạt nhỏ làm giảm bớt tính hoạt động hồ quang làm tăng chiều sâu ngấu c) Kỹ thuật hàn Khi hàn giáp mối lớp, để tránh cháy thủng, để có độ ngấu hoàn toàn có tạo hình tốt mặt trái mối hàn ta áp dụng biện pháp nh: hàn lót phía dới, dùng đệm thép, đệm thuốc, dùng khoá chân đệm Nếu chiều dày vật hàn tơng đối lớn, hàn lót phơng pháp thủ công, sau hàn thức (hình 1.5a) Trong trờng hợp hàn lớp lót đợc, dùng đệm thép cố định để hàn ngấu hoàn toàn (hình 1.5b) Khoá chân (hình 1.5c) tơng tự nh hàn với đệm thép Khoá chân hay dùng cho mối hàn vật hình trụ nh ống, bồn chứa, nồi Có thể dùng đệm rời đồng đệm đồng kết hợp với thuốc nh hình 1.5e Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao δ a) δ δn bn b) δn c) d) e) Hình 1.5- Biện pháp chống kim loại chảy khỏi khe hở hàn n = (0,3 ÷0,5)δ; bn = 4δ + Chi tiÕt hµn; mối hàn; mối hàn lót; Đệm thép; Đệm đồng; Đệm đồng + thuốc hàn Khi hàn hồ quang tự động bán tự động dới lớp thuốc bảo vệ, tốt nên dùng đệm thuốc để ngăn kim loại lỏng chảy khỏi khe hở hàn Hình 1.6 số phơng pháp đệm thuốc thông dụng Hình 1.6 Biện pháp đệm lớp thuốc hàn ống đàn hồi; cấu ép; thuốc hàn; vật hàn Khi hàn liên kết chữ T liên kết hàn góc ứng dụng đệm thuốc hàn lót phía bên (hình 1.6) Các biện pháp náy áp dụng cho vị trí hàn lòng thuyền mà kim loại lỏng có khả chảy khỏi khe hàn Biện pháp đặt vào khe hở hàn miếng átbét (amiăng) hình 1.5c áp dụng cho hàn kim loại dày Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao tiếp xúc trực tiếp átbét với kim loại lỏng thờng sinh rỗ khí 1.2- hàn hồ quang nóng chảy môi trờng khí bảo vệ 1.2.1- Thực chất, đặc điểm phạm vi ứng dụng a) Thực chất đặc điểm Hàn hồ quang nóng chảy môi trờng khí bảo vệ qúa trình hàn nóng chảy nguồn nhiệt hàn đợc cung cấp hồ quang tạo điện cực nóng chảy (dây hàn) vật hàn; hồ quang kim loại nóng chảy đợc bảo vệ khỏi tác dụng ôxy nitơ môi trờng xung quanh loại khí hỗn hợp khí Tiếng Anh phơng pháp gọi GMAW (Gas Metal Arc Welding) Khí bảo vệ khí trơ (Ar; He hỗn hợp Ar+He) không tác dụng với kim loại lỏng hàn loại khí hoạt tính (CO2; CO2+O2; CO2+Ar ) có tác dụng đẩy không khí khỏi vùng hàn hạn chế tác dụng xấu Hình 1.7 Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy môi trờng khí bảo vệ a Sơ đồ nguyên lý; b Sơ đồ thiết bị Khi điện cực hàn hay dây hàn đợc cấp tự động vào vùng hồ quang thông qua cấu cấp dây, dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn đợc thao tác tay gọi hàn hồ quang bán tự động môi trờng khí bảo vệ Nếu tất chuyển Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao động đợc khí hoá đợc gọi hàn hồ quang tự động môi trờng khí bảo vệ Hàn hồ quang điện cực nóng chảy môi trờng khí trơ (Ar; He) tiếng Anh gọi phơng pháp hàn MIG (Metal Inert Gas) Vì loại khí trơ có giá thành cao nên không đợc ứng dụng rộng rÃi, dùng để hàn kim loại màu thép hợp kim Hàn hồ quang điện cực nóng chảy môi trờng khí hoạt tính (CO2; CO2+O2 ) tiếng Anh gọi phơng pháp hàn MAG (Metal Active Gas) Phơng pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 đợc phát triển réng r·i cã rÊt nhiỊu −u ®iĨm: - CO2 loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất giá thành thấp - Năng suất hàn CO2 cao, gấp 2,5 lần so với hàn hồ quang tay - Tính công nghệ hàn CO2 cao so với hàn hồ quang dới lớp thuốc tiến hành vị trí không gian khác - Chất lợng hàn cao, sản phẩm hàn bị cong vênh tốc độ hàn cao, nguồn nhiệt tập trung, hiƯu st sư dơng nhiƯt lín, vïng ¶nh h−ëng nhiƯt hẹp - Điều kiện lao động tốt so với với hàn hồ quang tay qúa trình hàn không phát sinh khí độc b) Phạm vi ứng dụng Trong công nghiệp đại, hàn hồ quang nóng chảy môi trờng khí bảo vệ chiếm vị trí quan trọng Nó hàn loại thép kết cấu thông thờng mà hàn loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, hợp kim đặc biệt, hợp kim nhôm, magiê, niken, đồng, hợp kim có lực hoá học mạnh với ôxy Phơng pháp sử dụng đợc vị trí không gian, chiều dày vật hàn từ 0,4 ữ 4,8 mm cần hàn lớp mà vát mép; từ 1,6 ữ 10 mm hàn lớp có vát mép; từ 3,2 ữ 25 mm hàn nhiều lớp 1.2.2- Vật liệu, thiết bị hàn hồ quang nóng chảy môi trờng khí bảo vệ a) Vật liệu hàn c Dây hàn Khi hàn môi trờng khí bảo vệ, hợp kim hoá kim loại mối hàn nh tính chất yêu cầu mối hàn đợc thực chủ yếu thông qua dây hàn Do vậy, đặc tính qúa trình công nghệ hàn phụ thuộc nhiều vào tình trạng chất lợng dây hàn Khi hàn MAG, đờng kính dây hàn từ 0,8 ữ 2,4 mm Sự ổn định qúa trình hàn nh chất lợng liên kết hàn phụ thuộc nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn Cần ý đến phơng pháp bảo quản, cất giữ biện pháp làm dây hàn dây bị gỉ bẩn Một cách để giải sử dụng dây có bọc lớp mạ đồng Dây mạ đồng nâng cao chất lợng bề mặt Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao khả chống gỉ, đồng thời nâng cao tính ổn định qúa trình hàn Theo hệ thống tiêu chuẩn AWS, ký hiệu dùng cho dây hàn thép C nh sau: ER 70 S- X ®ã, ER: ký hiƯu ®iƯn cực hàn que hàn phụ 70: độ bền kéo nhỏ (ksi) S: dây hàn đặc X: thành phần hoá học khí bảo vệ Bảng 1-2 giới thiệu số loại dây hàn thông dụng theo AWS Một số loại dây hàn thép C thông dụng Bảng 1-2 Điều kiện hàn Cơ tính Ký hiệu theo Độ dÃn Độ bền kéo Giới hạn chảy AWS dài % mối hàn Cực tính Khí bảo vệ liên kết (min) (min-psi) (min-psi) E70S-2 72000 DCEP 60000 CO2 22 CO2 E70S-3 72000 DCEP 60000 22 CO2 E70S-4 72000 DCEP 60000 22 CO2 E70S-5 72000 DCEP 60000 22 CO2 E70S-6 72000 DCEP 60000 22 CO2 E70S-7 72000 DCEP 60000 22 DCEP dây hàn nối với cực dơng nguồn điện (đấu nghịch) Ký hiệu theo Thành phần hoá học (%) AWS C Mn Si Các nguyên tố khác E70S-2 0,6 Ti: 0,05÷0,15; Zi: 0,02 ÷ 0,40÷0,70 0,12; Al: 0,05÷0,15 E70S-3 0,06÷0,15 0,90÷1,40 0,45÷0,70 E70S-4 0,07÷0,15 0,65÷0,85 E70S-5 Al: 0,50÷0,90 0,07÷0,19 0,30÷0,60 E70S-6 0,07÷0,15 1,40÷1,85 0,80÷1,15 E70S-7 1,50÷2,00 0,07÷0,15 0,50÷0,80 d KhÝ b¶o vƯ KhÝ Ar tinh khiÕt (~ 100%) th−êng dùng để hàn vật liệu thép Khí He tinh khiết (~ 100%) thờng đợc dùng để hàn liên kÕt cã kÝch th−íc lín, c¸c vËt liƯu cã tÝnh gi·n në nhiÖt cao nh− Al, Mg Cu Khi dïng khÝ He tinh khiÕt bỊ réng mèi hµn sÏ lớn so với dùng loại khí khác Vì dùng hỗn hợp Ar + (50 ữ 80%) He khí Ke có trọng lợng riêng nhỏ khí Ar mà lu lợng khí Ar dùng cần thấp so với khí He Khi hàn hợp kim chứa Fe bổ sung thêm O2 CO2 vào Ar để khắc Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 10 phục khuyết tật nh lõm khuyết, bắn toé hình dạng mối hàn không đồng CO2 đợc dùng rộng rÃi để hàn thép C trung bình giá thành thấp, mối hàn ổn định, tính liên kết hàn đạt yêu cầu, tốc độ hàn cao độ ngấu sâu Nhợc điểm hàn khí bào vệ CO2 gây bắn toé kim loại lỏng Bảng 1-3 giới thiệu số loại khí hỗn hợp khí bảo vệ Một số loại khí bảo vệ tơng ứng với kim loại Bảng 3-3 KhÝ b¶o vƯ Ar (He) Ar + 1% O2 Ar + 2% O2 Ar + 5% O2 Ar + 20% CO2 Ar + 15% CO2 + 5% O2 CO2 Kim loại Kim loại hợp kim sắt Thép austenit Thép ferit (hàn đứng từ xuống) Thép ferit (hàn mỏng, hàn đứng từ xuống) Thép ferit austenit (hàn vị trí) Thép ferit austenit (hàn vị trí) Thép ferit (hàn vị trí) e Thiết bị hàn Hệ thống thiết bị cần thiết dùng cho hàn hồ quang nóng chảy môi trờng khí bảo vệ bao gồm: nguồn điện hàn, cấu cấp dây hàn tự động, mỏ hàn hay súng hàn đờng ống dẫn khí, dẫn dây hàn cáp điện, chai chứa khí bảo vệ kèm theo đồng hồ, lu lợng kế van khí Mỏ hàn (súng hàn) bao gồm bép tiết diện để chuyển dòng điện hàn đến dây hàn, đờng dẫn khí chụp khí để hớng dòng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ quang, phận làm nguội khí nớc tuần hoàn, công tắc đóng ngắt đồng dòng điện hàn, dây hàn dòng khí bảo vệ Hình 1.8 Mỏ hàn cổ cong, làm nguội khí Nguồn điện hàn thông thờng nguồn điện chiều DC Nguồn điện xoay chiều AC không thích hợp hồ quang bị tắt nửa chu kỳ chỉnh lu chu kỳ phân cực nguội làm cho hồ quang không ổn định Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 57 PHn = PD[K(sin + e) + tg] Mômen xoắn Mk máy thực đợc xác định từ phơng trình cân công nguyên tố vị trí tức thời c¬ cÊu trơc khủu Ta nhËn thÊy r»ng trơc khuỷu quay góc d, biên quay tơng đầu trợt góc d, góc quay trục khuỷu biên (d + d), đó: Mkdα = PDdsα + fPHndsα + fPABrBdβ fPABrA(dα + dβ) + fPOIrOIdα + fPOIIrOIIdα ®ã, POI; rOI; POII; rOII tơng ứng với phản lực bán kính ổ ®ì thø nhÊt vµ thø hai cđa trơc khủu (xem hình 4.14 trục khuỷu) Thành phần thứ hai biểu thức bỏ qua PHn < 0,3PD tích số fPHn không vợt 3% số hạng Khi đà bỏ qua thành phần thứ hai chia tất thành phần phơng trình cho d với tính toán gần PAB = PD, ta cã: M k = PD ⎡ dβ ⎛ dβ ⎞ POI rOI POII rOII ⎤ ds + + ⎜1 + + fPD ⎢rB ⎟+ ⎥ PD PD ⎦ dα ⎣ dα ⎝ dα ⎠ ds α = m uk vµ sin β = k (sin α + e' ) dα Sau vi ph©n biĨu thøc sinβ ta ®−ỵc: dβ cos α cos βdβ = k cos αdα =k d cos Vậy trờng hợp đó: Bëi v×: ⎡ P r P r ⎤ M k = PD m uk + fPD ⎢ krB cos α + rA (1 + k cos α ) + OI OI + OII OII ⎥ PD PD ⎦ ⎣ Ta nhận thấy số thành phần thứ hai vế phải biểu thức phụ thuộc vào điều kiện ma sát phụ thuộc không đáng kể vào góc quay Thành phần thứ hai đợc ký hiệu mfk gọi cánh tay đòn ma sát (không có PD ngoặc vuông): P r P r ⎤ (*) m fk = f ⎢ krB cos α + rA (1 + k cos α ) + OI OI + OII OII ⎥ PD PD ⎦ ⎣ Trong thực tế tính toán, coi tổng phản lùc ë c¸c ỉ b»ng lùc PD (nÕu bá qua ảnh hởng lực vòng bánh răng) giá trị lớn cánh tay đòn ma sát mfk (coi cos = 1) trờng hợp cụ thể đợc suy từ công thức (*): - Trục mét khủu (h×nh 4.14a): mfk = f[(1 + k)rA + krB + r0] (trục phân bố phía m¸y) mfk = f[(1 - k)rA + krB + r0] (trục phân bố phía dới máy) - Trục tay quay (h×nh 4.14b): ⎤ ⎡ ⎛ l l ⎞ m fk = f ⎢(1 + k )rA + krB + rOI + ⎜⎜ + ⎟⎟rOII ⎥ l2 l2 Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 58 2rA a) 2r0I 2r0II 2rA Trong công thức tính mfk trên, ta đà bỏ qua trị số cos nhng không gây sai số nhiều máy ép, trị số k thông thờng nhỏ Tóm lại, mômen xoắn trờng hợp thực tế (có ma sát) đối víi trơc khủu b»ng tÝch cđa lùc PD víi c¸nh tay đòn tổng: mk = muk + mfk Mk = PD.mk = PD(muk + mfk) Cánh tay đón lý tởng m u k phụ thuộc vào vị trí trục khuỷu đợc tính với giá trị , cánh tay đòn ma sát coi nh cố định đợc xác định hệ số ma sát kích thớc cấu (hình 2.15) Hệ số ma sát khớp nối ổ đợc lấy nh nhau: f = 0,06 bôi trơn mỡ; f = 0,04 bôi trơn dầu thiết kế máy Nếu Mk cố định lực tác dụng lên đầu trợt lớn góc nhỏ, lực đạt giá trị lớn = 2r0 Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao b) L2 L1 H×nh 4.14- Trơc khủu mk mk mu k mfk Hình 4.15- Các cánh tay đòn ma sát Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 59 Chơng Các phơng pháp đúc đặc biệt 5.1 đúc khuôn kim loại 5.1.1 Khái niệm Đúc khuôn kim loại rót kim loại lỏng vào khuôn kim loại Phơng pháp có đặc điểm nh sau: - Khuôn dùng đợc nhiều lần (vài trăm đến hàng vạn lần) tùy thuộc vào kim loại vật đúc - Vật đúc có độ xác cao (cấp ữ 9) độ bóng bề mặt cao độ xác độ bóng bề mặt cao - Tổ chức hạt kim loại nhỏ mịn (do nguội nhanh) nên tính tốt - Tiết kiệm đợc vật liệu làm khuôn điều kiện lao động tốt Song đúc khuôn kim loại có nhợc điểm: - Giá thành khuôn đắt nên dùng sản xuất hàng loạt, hàng khối - Độ dẫn nhiệt khuôn lớn nên giảm khả điền đầy kim loại, khó đúc vật phức tạp vật có thành mỏng - Độ dẫn nhiệt khuôn lớn nên đúc gang dễ bị hoá trắng - Khuôn, lõi kim loại nên tính lún, ngăn trở co kim loại nhiều làm cho vật đúc dễ nứt Tuy có số nhợc điểm nhng có nhiều u điểm nên khuôn kim loại ngày đợc dùng rộng rÃi để đúc vật thép, gang, đồng, nhôm, magiê chế tạo chi tiết nh ống dẫn khí áp lực cao, secmăng, xilanh bơm thuỷ lực, bàn là, van, pittông, biên, trục khuỷu, cam chi tiết khác 5.1.2 Vật liệu làm khuôn kết cấu khuôn a) Vật liệu làm khuôn: Thờng dùng gang, thép hợp kim, thép C ®ång VËt liƯu lµm lâi: lâi cã thĨ lµm b»ng kim loại hỗn hợp cát đất sét Vật liệu sơn khuôn: để bảo vệ bề mặt khuôn ta phải sơn khuôn Vật liệu sơn khuôn tùy thuộc vào hợp kim đúc Thành phần sơn thờng dùng nh sau: - Để đúc thép: 50% bột thạch anh + 5,5% đất sét chịu nhiệt + 1,5% xà phòng lỏng + 30% nớc - Để đúc gang: 100g bột thạch anh + 50g thđy tinh láng + 1lÝt n−íc - §Ĩ đúc hợp kim nhôm: 5% bột graphit + 2% dầu nhờn + 10% graphin + 65% dầu hoả - Để đúc hợp kim nhôm: 15% bột phấn + 8% bột graphit + 4% thủ tinh láng + 73% n−íc Tr−êng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 60 b) Kết cấu khuôn lõi: Cấu tạo khuôn kim loại tùy thuộc vào vật đúc Đối với vật đúc đơn giản, khuôn thờng đợc làm nửa tơng ứng với hòm khuôn dới nh đúc khuôn cát Hai nửa khuôn ghép với lề hay chốt định vị Trên hình 5.1 giới thiệu khuôn kim loại có lõi cát để đúc gang Khuôn gồm hai nửa 2, lòng khuôn 3, hÖ thèng rãt (hÖ thèng rãt th−êng bè trÝ mặt phân khuôn để dễ chế tạo khuôn), gờ khuôn để đảm bảo cứng vững cho khuôn, chốt định vị để lắp hai nửa khuôn với xác Để kẹp chặt khuon lên máy ta dùng gờ có lỗ bắt bulông Đặt lõi cát nhờ gối lõi Khí khuôn thoát theo rÃnh thoát khí 10 (đặt dọc theo mặt phân khuôn sâu 0,2 ữ 0,5mm) Để dễ lấy vật đúc khỏi khuôn, ta dùng chốt đẩy Hình 5.1- Khuôn kim loại có lõi cát để đúc gang thờng Chế tạo thành thỏi hình trụ lắp vào lỗ 11 thành khuôn Yêu cầu khuôn ghép với phải khít để tránh cho vật đúc khỏi bị bavia Đối với vật đúc phức tạp, khuôn gồm nhiều phần ghép lại với nhau, phần khuôn tạo nên phần vật đúc Gia công khuôn tiến hành đúc gia công để đạt độ xác độ bóng cao 5.1.3 Quá trình công nghệ đúc khuôn kim loại Quá trình đúc khuôn kim loại tiến hành nh sau: - Làm bề mặt lòng khuôn lõi (sau lần đúc) - Sấy khuôn đến nhiệt độ định để hạn chế giảm nhiệt độ nhanh kim loại lỏng làm ảnh hởng đến tính chảy loÃng Nhiệt độ sấy khuôn phụ thuộc vào hợp kim đúc đợc quy định nh sau: Hợp kim đúc Gang Nhiệt độ sấy Thép 200 ữ 350 Hợp kim đồng 0,3mm) đúc đợc vật phức tạp (đúc đợc lỗ có đờng kính 1,5 ữ 3mm) kim loại lỏng đợc ép vào khuôn nên có khả điền dầy tốt - Do đúc khuôn kim loại nên vật đúc nguội nhanh, tính tốt - Năng suất cao (100 ữ 200 vật đúc/giờ) Nhng đúc dới áp lực có nhợc điểm là: - Không dùng đợc lõi cát nên hình dáng bên vật đúc không đợc phức tạp - Kim loại lỏng dẫn vào khuôn dới áp lực cao, tốc độ lớn nên làm khuôn mau mòn - dùng để đúc kim loại đen nhiệt độ chảy kim loại đen cao làm cho tuổi bền khuôn giảm Đúc dới áp lực dùng để chế tạo chi tiết phức tạp nh vỏ bơm xăng dầu, nắp buồng ép, van dẫn khí, kèn đồng Hợp kim để đúc dới áp lực thờng hợp kim thiếc, chì, kẽm, magiê, nhôm, đồng Tất hợp kim yêu cầu lẫn tạp chất sắt (vì sắt có nhiệt độ nóng chảy cao làm giảm tính chảy loÃng hợp kim, sắt cha chảy dễ làm cho khuon mau mòn tạo nên ôxyt sắt làm giảm tính vật đúc); yêu cầu hợp kim hoà tan khí khí hoà tan tạo nên rỗ khí, tạo nên ôxyt kim loại làm giảm tính vật đúc; yêu cầu hợp kim có khả chuyển động dễ dàng thể lỏng đúc dới áp lực có tốc độ chuyển động tới hàng ngàn mét/ giờ, kim loại lỏng khó chuyển động không điền đầy hết lòng khuôn; yêu cầu hợp kim co thể lỏng kết tinh ngợc lại dễ làm vật đúc bị nứt Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 62 5.2.2 Kết cấu khuôn vật liệu làm khuôn a) Kết cấu khuôn Khuôn kim loại để đúc dới áp lực thờng gồm hai nửa, nửa khuôn cố định nửa khuôn di động Lõi kim loại có nhiều mảnh ghép với nh đúc khuôn kim loại Ngoài ra, có chốt đẩy vật đúc, hộp để kẹp khuôn chi tiết phụ khác nh đinh tán, bulông kẹp Khi thiết kế khuôn cần ý: - Vật đúc cần phân bố nửa khuôn để dễ chế tạo khuôn không bị sai lệch lắp khuôn gây - Vị trí vật đúc khuôn cần đảm bảo dễ lấy khỏi khuôn lấy đồng thời đẩy đợc vào phần vật đúc để tránh biến dạng - Số lợng vật đúc khuôn cần đảm bảo kim loại dễ điền đầy khuôn Các chi tiết đúc cần khối lợng, kích thớc để đảm bảo kết tinh lúc, tránh khuyết tật đúc (co, nứt) - Đảm bảo dễ tách lõi khỏi vật đúc, muốn hớng rút lõi cần bố trí thẳng góc với mặt phân khuôn - Đảm bảo dẫn kim loại vào khuôn dễ đầy đủ, dễ tách vật đúc khỏi khuôn Hớng dòng kim loại dẫn vào khuôn cần tránh thẳng góc với nửa khuôn động làm cho khuôn không vững dễ rỗ khí - Đảm bảo thoát khí khỏi khuôn dễ dàng Muốn vậy, việc khí thoát qua mặt phân khuôn, qua khe hở chốt đẩy khuôn ngời ta làm thêm rÃnh thoát khí dọc theo mặt phân khuôn Bề sâu rÃnh khoảng 0,07mm vật đúc thiếc, chì; 0,1mm kẽm, magiê; 0,2mm nhôm, đồng - Khuôn cần đợc gia công xác, mặt phân khuôn cần mài nhẵn b) Vật liệu khuôn Vì chịu áp lực cao, tốc độ dòng kim loại chảy vào khuôn cao nên tính, tính chịu nhiệt chịu mài mòn vật liệu khuôn đúc dới áp lực cao khuôn kim loại thông thờng 5.2.3- Máy đúc dới áp lực cao a) Máy đúc áp lực thấp Máy đúc áp lực thấp có áp suất ép khoảng ữ 75at Loại máy vận hành tay, bán tự động tự động Nó dùng để đúc kim loại có điểm chảy < 4500C (nh thiếc, chì, kẽm); đúc kim loại có điểm chảy > 4500C thành xilanh pittông tạo thành màng oxyt dễ làm cho máy bị tắc Khuyết điểm máy hệ thống pittông xilanh chóng mòn Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 63 H.5.2 Sơ đồ máy đúc áp lực b) Máy đúc áp lực cao Máy đúc áp lực cao có áp suất ép khoảng 100 ữ 200at Vì có áp suất lớn nên khắc phục đợc nhợc điểm loại máy đúc áp lực thấp, dùng để đúc kim loại màu có điểm chảy > 4500C, loại máy đợc dùng phổ biến 5.3 đúc ly tâm 5.3.1 Khái niệm Đúc ly tâm rót kim loại lỏng vào khuôn quay, nhờ lực ly tâm mà kim loại lỏng đợc phân bố theo bề mặt bên khuôn điền đầy lỏng khuôn để tạo thành vật đúc Lực ly tâm tác dụng vào kim loại lỏng tính theo công thức: P = m.r.2 Qua công thức ta thấy khối lợng riêng m kim loại lớn, bán kính quay r lớn, vân tốc quay lớn lực ly tâm lớn Đúc ly tâm có u điểm sau: - Đúc đợc chi tiết hình tròn xoay rỗng mà không cần dùng lõi, tiết kiệm đợc vật liệu công làm lõi - Không cần dùng hệ thống rót nên tiết kiệm đợc kim loại vật đúc - Do tác dụng lực ly tâm nên kim loại điền đầy vào khuôn tốt, đúc đợc vật thành mỏng, vật có đờng gân hình mỏng Mặt khác kim loại điền đầy khuôn tốt nên không cần ®Ëu ngãt bỉ sung, ®ã tiÕt kiƯm kim lo¹i vật đúc - Vật đúc tạp chất, xỉ phi kim nhẹ có lực ly tâm bé nên không bị lẫn vào kim loại vật đúc - Tổ chức kim loại mịn chặt, không bị rỗ co, rỗ khí đông đặc dới tác dụng lực ly tâm Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 64 Nhng đúc ly tâm có nhợc điểm sau: - Chỉ thích ứng cho vật tròn xoay rỗng - Khuôn đúc cần có độ bền cao làm việc nhiệt độ cao, chịu tác dụng lực ly tâm, sức ép kim loại lỏng lên thành khuôn lớn - Khó nhận đợc đờng kính lỗ bên vật đúc xác khó định đợc lợng kim loại rót vào khuôn xác - Chất lợng bề mặt vật đúc (đối với vật đúc tròn xoay) chứa nhiều tạp chất xỉ - Khuôn quay với tốc độ cao nên cần phải cân kín, điều khó đạt đợc xác - Vật đúc dễ bị thiên tích trọng lợng riêng nguyên tố kim loại hợp kim khác nên chịu lực ly tâm khác Lợi dụng tính chất chế tạo chi tiết có nhiều lớp kim loại khác Ví dụ: chế tạo bạc lót lớp đồng để chống mòn tốt, lớp thép để độ bền tốt Do đặc điểm nên đúc ly tâm đợc dùng rộng rÃi để chế tạo chi tiết hình tròn xoay nh bạc, ống, xecmăng số chi tiết định hình khác thép, gang, kim loại màu phi kim 5.3.2 Các phơng pháp đúc ly tâm Căn vào trục quay khuôn đúc, ta chia đúc ly tâm đứng nằm a) Đúc ly tâm đứng Đúc ly tâm đứng đúc ly tâm mà khuôn quay theo trục thẳng đứng Do khuôn quay theo trục thẳng đứng nên phần tử kim loại lỏng chịu lực ly tâm trọng lực, bề mặt tự kim loại lỏng đờng parabôlôit Điều dễ dàng chứng minh đợc ta lấy điểm A có tọa độ X, Y hệ tọa độ Oxy nh hình bên y Phần tử A chịu lực ly tâm là: P = m.x.2 chịu tác dụng trọng lực là: Q = m.g A P Hợp lực P, Q R tạo với Q góc lµ α R α Q α x O P m.x.ω2 ω2 Ta cã: tgα = = = x Q m.g g H.5.3 Sơ đồ đúc ly tâm đứng dy = x Theo tính chất đờng tiếp tuyến thì: tg = dx g Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI n©ng cao 65 ω2 ω2 dy = x.dx ⇒ y = x đó, g 2g Phơng trình đờng parabol Vậy hình quay quanh trục Oy tạo thành mặt parabôlôit Từ phơng trình này, ta tính đợc số vòng quay khuôn đúc ly tâm đứng nh sau: Gọi tọa độ bề mặt vật đúc X1, X2, Y1, Y2 nh hình sau: Y X1 X2 H = Y1 - Y2 ∆ = X1 - X2 Y1 Y2 Rth X O Ta cã: X12 = X 22 = g ω2 g ω2 Y1 Y2 (Y1 − Y2 ) = (X1 + X )(X1 − X ) ω2 Gäi X1 + X2 = 2Rtb (Rtb: bán kính trung bình bề mặt vật ®óc) Y1 - Y2 = H X1 - X2 = 2g Thay vào ta có: 2.R th = H .n đây, ω: vËn tèc gãc; ω = ⎜ ⎟ ; g: gia tèc träng tr−êng; g = 981 cm/s2 30 ⎝ s ⎠ Suy ra, X12 − X 22 = Ta cã: 2.R th ∆ = VËy: n ≈ 300 g 2.981.30 π n H H (vg / ph ) Th−êng, n = 600 ÷ 1500 vg/ph R tb Từ công thức này, ta thấy n cố định, H lớn lớn, tức chiều cao vật đúc lớn chênh lệch bán kính vật đúc lớn Vì vậy, phơng pháp đúc ly tâm đứng dùng để đúc vật ngắn Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 66 b) Đúc ly tâm nằm Đúc ly tâm nằm đúc ly tâm mà khuôn quay theo phơng nằm ngang Để kim loại rải theo chiều dài khuôn, ngới ta dùng máng rót, rót kim loại vào khuôn máng rót di chuyển dọc theo trục quay khuôn Phơng pháp đúc ống chiều dày vật đúc hai đầu chênh lệch nhau, đờng kính vật đúc vòng tròn đồng tâm Nhng đúc ly tâm nằm phải dùng máng rót kim loại nên đúc đợc ống có đờng kính nhỏ H.5.4 sơ đồ đúc ly tâm nằm k Số vòng quay khuôn ngời ta tÝnh b»ng c«ng thøc sau: n = (vg / ph ) r đó, r: bán kính vật đúc (cm) k0: hệ số phụ thuộc vào kim loại vật đúc; đúc gang k0 = 1800 ữ 2500; ®óc thÐp k0 = 2150 ÷ 2730; ®óc ®ång ®á k0 = 2000 ữ 2200; đúc đồng k0 = 1900; đúc nhôm k0 = 2600 ữ 3500 Để kim loại chảy vào khuôn, ngời ta đặt trục quay khuôn nghiêng với mặt phẳng ngang góc 50 5.3.3- Khuôn đúc ly tâm Khuôn đúc ly tâm làm việc điều kiện khó khăn (nhiệt độ thay đổi, chịu áp lực kim loại lỏng lực ly tâm) Vì thế, yêu cầu vật liệu làm khuôn cần có tính cao Ngời ta thờng dùng gang hợp kim, thép C thép hợp kim để làm khuôn đúc ly tâm Để tăng tính thoát khí, vật đúc nguội chậm đúc vật định hình ngời ta làm vỏ khuôn kim loại phân bên cát khuôn, đất sét, thạch cao Để lấy vật đúc khỏi khuôn, dùng chốt đẩy vật đúc; để làm nguội khuôn cần đặt hệ thống tới nớc 5.4 đúc khuôn mẫu chảy 5.4.1- Khái niệm Đúc khuôn mẫu chảy thực chất đúc khuôn cát nhng mẫu đợc làm vật liệu dễ chảy Phơng pháp có u điểm sau: - Có thể đúc đợc vật đúc phức tạp đúc đợc hợp kim khỏ chảy nh thép không gỉ, thép gió - Độ xác độ bóng bề mặt vật đúc cao vì: độ xác mẫu chảy lớn, mặt phân khuôn nên sai lệch khuôn khuyết tật lắp ráp khuon gây ra, nguyên công rút mẫu nên giảm đợc sai số việc rút mẫu, rót kim loại lỏng vào khuôn đà đợc nung nóng nên giảm ứng suất nhiệt Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 67 vật đúc bị nứt, cong vênh Nhng có nhợc điểm là: cờng độ lao động cao, chu trình sản xuất dài, giá thành chế tạo khuôn cao Đúc khuôn mẫu chảy đợc dùng nhiều sản xuất hàng loạt để chế tạo loại dụng cụ nh dao phay, dao chuốt; chế tạo loại bánh răng; líp xe đạp; đĩa môtô; phụ tùng máy nổ vật đúc có khối lợng từ 0,02 ữ 100kg; chiều dày đến 0,3mm đờng kính lỗ đến 2mm 5.4.2- Công nghệ chế tạo vật đúc khuôn mẫu chảy Quá trình công nghệ đúc khuôn mẫu chảy gồm bớc sau: H.5.5 Quy trình công nghệ đúc khuôn mẫu chảy Chế tạo mẫu gốc: mẫu gốc có hình dáng giống hệt vật đúc, mẫu gốc dùng để chế tạo khuôn ép Vật liệu để chế tạo mẫu gốc thép, đồng thau, gỗ, chất dẻo Phơng pháp chế tạo mẫu gốc giống nh chế tạo mẫu thông thờng tức đúc gia công khí Khi chế tạo mẫu gốc cần phải tính đến độ co lợng d mẫu gốc, độ co lợng d khuôn ép, độ co vật đúc Một số nơi dùng chi tiết làm mẫu gốc nhng nh không xác Chế tạo khuôn ép: Khuôn ép làm kim loại, ximăng thạch cao Chế tạo khuôn ép đợc tiến hành gia công áp lực, đúc, gia công khí đúc gia công khí Kết cấu khuôn ép thờng chia làm hai nửa khuôn (để dễ lấy mẫu chảy khỏi khuôn ép), có hệ thống rót để rót mẫu chảy vào khuôn Yêu cầu chế tạo khuôn ép xác nhẵn bóng định độ bóng, độ xác mẫu chảy Chế tạo vật liệu dễ chảy: Vật liệu dễ chảy bao gồm nhựa thông, sáp, paraphin, stêarin Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 68 Thành phần vật liệu dễ chảy thờng dùng nh sau: 70% nhựa thông + 20% sáp + 10% paraphin 30% paraphin + 70% stêarin Nhiệt độ chảy vật liệu dễ chảy thờng 50 ữ 900C Yêu cầu vật liệu drrx chảy không đợc mềm nhiệt độ dới 30 ữ 350C, đồng thời phải có tính chảy loÃng để điền đầy khuôn ép Ngời ta nấu vật liệu dễ chảy lò nồi, điện trở cảm ứng Khi nấu cần phải khuấy gạt bỏ tạp chất khác vật dễ chảy Chế tạo mẫu chảy: ép vật liệu dễ chảy vào khuôn ép với áp suất khoảng 2at Để nguội cho mẫu đông đặc mở khuôn ép, lấy mẫu sửa mẫu Lắp số mẫu với thành nhõm mẫu chảy có chung hệ thống rót: mục đích để tăng suất đúc Chế tạo khuôn: sơn lớp dung dịch chịu nhiệt lên nhóm mẫu chảy , thành phần sơn thừng là: 90% bột cát thạch anh + 7% cao lanh + 3% grafit trén víi dung dÞch 20% n−íc thủ tinh + 80% nớc Thờng sơn ữ lần mẫu nhỏ, ữ lần mẫu lớn Sau lần sơn ta rắc lớp cát thạch anh sấy không khí 30 ữ 40 phút Chiều dày lớp sơn cần đảm bảo ữ 1,5 mm Sau đem nhóm mẫu chảy đà đợc sơn lớp vỏ chịu nhiệt làm khuôn cát cách đặt vào hòm khuôn tiến hành làm khuôn máy rung (khuôn cát để tăng sức bền cho lớp vỏ) Sau sấy nhiệt độ 100 ữ 1200C mẫu chảy ta thu đợc khuôn đúc Đối với chi tiết nhỏ, không cần làm thêm khuôn cát mà đem nhóm mẫu đà đợc sơn lớp cát chịu nhiệt nhúng vào nớc nóng hơ nóng nhiệt độ 80 ữ 900C làm mẫu chảy chảy ta thu đợc lòng khuôn Sấy khuôn: sấy khuôn lò nhiệt độ 850 ữ 9000C để đốt cháy hợp chất dễ chảy sót lại, đồng thời tăng độ bền tăng tính thông khí cho khuôn Nấu chảy kim loại, rót kim loại vào khuôn, dở khuôn làm vật đúc 5.5 đúc khuôn vỏ mỏng 5.5.1- Khái niệm Đúc khuôn vỏ mỏng dạng đúc khuôn cát nhng thành khuôn mỏng chừng ữ 8mm Đúc khuôn vỏ mỏng có đặc điểm sau: - Có thể đúc đợc gang, thép, kim loại màu (nh khuôn cát), khối lợng vật đúc đến 100kg, độ xác đạt cấp - Khuôn vỏ mỏng khuôn khô, nhẵn bóng, thông khí tốt, truyền nhiệt kém, không hút nớc bền nên cho phép nhận đợc vật đúc rỗ, xốp, nứt khuyết tật khác Đồng thời giảm đợc hao phí kim loại cho hệ thống rót không cần hệ thống rót lớn nh khuôn cát Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 69 Do tính truyền nhiệt nên đúc gang không bị hoá trắng Nhiệt độ rót nhỏ khuon cát chừng 20 ữ 300C - Đơn giản hoá trình dở khuôn làm vật đúc - Quá trình chế tạo khuôn vỏ mỏng dễ khí hoá tự động hoá Hỗn hợp khuôn vỏ mỏng bao gồm bột cát thạch anh với ữ 6% punvebakêlit (punvebakêlit hỗn hợp fênôn urêtrôpin, dễ đông đặc, dễ nhào trộn với cát, giữ gìn thuận lợi nhng đắt hiếm) Hỗn hợp khuôn cát punvêkakêlit có đặc tính nhiệt độ 200 ữ 2500C phần tử fênôn chảy có khả dính kết hạt cát với nhau, tự hoá cứng tạo nên hỗn hợp khuôn có độ bền khoảng 20 ữ 50 N/cm2 Sau đà hoá cứng, khả chảy nung nóng đến nhiệt độ cao 2500C 5.5.2- Công nghệ chế tạo vật đúc khuôn vỏ mỏng Trình tự đúc khuôn vỏ mỏng nh sau: - Ghép mẫu vào mẫu: dùng mẫu kim loại kẹp chặt mẫu thép gang xám Làm mẫu mẫu phun lên lớp cách mẫu dầu mazut - Nung nóng mẫu mẫu đến nhiệt độ 220 ữ 2500C - Lấy mẫu mẫu khỏi lò, quay 1800 kẹp chặt với thùng chứa hỗn hợp làm khuôn - Quay thùng chứa hỗn hợp khuôn với mẫu tẫm mẫu 1800 Vật liệu làm khuôn đè lên mẫu mẫu Nhờ mẫu mẫu nóng nên làm phần tử fênôn chảy liên kết hạt cát với Giữ vị trí khoảng 12 ữ 20 giây, ta đợc chiều dày lớp khuôn khoảng ữ 8mm - Quay thùng chứa hỗn hợp khuôn với mẫu trở vị trí ban đầu - Lấy mẫu, mẫu với lớp khuôn vỏ mỏng đem sấy nhiệt độ 350 ữ 370 C ữ phút để làm chảy phần tử punvebakêlit sót lại, làm dính kết hạt cát, nâng cao độ bền cho khuôn - Tách khuôn vỏ mỏng khỏi mẫu mẫu - Làm nửa khuôn theo trình tự Quá trình làm lõi tơng tự nh trình làm khuôn nhng làm máy thổi cát Sau tiến hành lắp khuôn, lõi: ghép hai nửa khuôn cách dán kẹp Để tăng độ bền cho khuôn đúc chi tiết lớn, sau kẹp nửa khuôn với nhau, ta đem đặt khuôn vỏ mỏng vào hòm khuôn làm khuôn cát bao bọc xung quanh kẹp thêm khung kim loại Cuối đem rót kim loại vào khuôn, dỡ khuôn thu nhận vật đúc Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 70 5.6 đúc liên tục 5.6.1- Khái niệm Đúc liên tục trình rót kim loại lỏng liên tục vào khuôn kim loại, xung quanh bên khuôn có nớc lu thông làm nguội (còn gọi bình kết tinh) Nhờ truyền nhiệt nhanh nên kim loại lỏng sau rót vào khuôn đợc kết tinh Vật đúc đợc kéo liên tục khỏi khuôn cấu đặc biệt (nh lăn, bàn kéo ) Đúc liên tục có đặc điểm sau: - Có khả đúc đợc loại ống, thỏi dạng định hình khác thép, gang, kim loại màu, có tiết diện không đổi chiều dài không hạn chế; đúc đợc kim loại thay cho cán, đặc biệt đúc đợc loại gang - Kim loại đông đặc từ phía dới lên đợc bổ sung liên tục nên không bị rỗ co, rỗ khí, rỗ xỉ, bị thiên tích; có độ mịn chặt cao, thành phần hoá học đồng tính cao Vì đúc khuôn kim loại nên tổ chức nhỏ mịn, tính cao chất lợng bề mặt tốt - Năng suất cao, giảm hao phí chế tạo khuôn, không tốn kim loại vào hệ thống rót, phế phẩm nên giá thành chế tạo thấp Nhng đúc liên tục có nhợc điểm chủ yếu tốc độ nguội nhanh gây nên ứng suất bên lớn, làm cho vật đúc dễ bị nứt (nhất kim loại có chuyển pha thể đặc) Cũng lý kim loại vật đúc bị hạn chế Để khắc phục tợng này, ngời ta làm nguội khuôn dầu mà không dùng nớc Ngoài nhợc điểm không đúc đợc vật phức tạp, vật có tiết diện thay đổi 5.6.2- Các loại đúc liên tục a) Đúc ống liên tục: Quá trình đúc tiến hành nh sau: Trớc tiên kẹp đầu mồi đỡ Đa đỡ ép sát đáy khuôn Rót kim loại lỏng từ thùng rót qua máng rót vào khuôn đến mức cách mặt khuôn 20 ữ 25mm Khi kim loại đông đặc ta quay vítme động để hạ đỡ 4, đầu måi ®i xng, ®ã kÐo vËt ®óc khỏi khuôn Khuôn lõi luôn đợc nớc lu thông làm nguội Để dễ kéo vật khỏi khuôn, nâng cao độ bóng bề mặt vật đúc hạn chế nứt bề mặt vật đúc, trình đúc, ngời ta cho khuôn chuyển ®éng khø håi däc theo ph−¬ng chun ®éng cđa vËt đúc H.5.6 Sơ đồ đúc ống liên tục Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 71 Trớc tiên cho khuôn chuyển động từ xuống dới khoảng ÷ 10mm cïng tèc ®é chun ®éng cđa vËt ®óc Rồi cho khuôn chuyển động thật nhanh đoạn đờng ữ 3mm, cuối cho khuôn chuyển động từ dới lên ngợc chiều chuyển động vật đúc với hành trình khoảng 10 ữ 13mm tốc độ lớn tốc độ lúc đầu Cứ trình đúc, khuôn chuyển động khứ hồi: nhờ ma sát thành khuôn với vật đúc làm cho bề mặt vật đúc nhẵn bóng vật đúc khỏi khuôn sau đà chuyển biến pha nên không bị nứt Để dễ lấy vật đúc khỏi khuôn, ngời ta cho vào thành lòng khuôn, lõi lớp dầu mazut; lợng dầu cần dùng từ 120 ữ 150 g/tấn kim loại Vật liệu làm khuôn thông số đúc: vật liệu làm khuôn cần chọn loại dẫn nhiệt tốt, thờng để đúc kim loại màu khuôn làm hợp kim đồng hợp kim nhôm, chiều dày khuôn ữ 8mm Nhiệt độ rót cho hợp kim thờng lấy 30 ữ 500C đờng lỏng, tốc độ rót chiều cao khuôn tùy thuộc vào hợp kim đúc Ví dụ đúc ống, thỏi có đờng kính 100 ữ 400mm hợp kim silumin chiều cao khuôn 100ữ150mm, tốc độ rót 2ữ3 m/h, nhiệt độ rót đờng lỏng 30ữ500C b) Đúc tấm: Quá trình đúc tiến hành nh sau: Rót kim loại lỏng từ thùng chứa vào cốc rót 2, qua máng dẫn vào khe hở lăn (bên có nớc làm nguội quay ngợc chiều nhau) tạo Phơng pháp chế tạo gang, thép, kim loại màu thay cho cán Đối với gang đúc đợc mỏng từ 0,7 ữ 1,2 H.5.7 Sơ đồ đúc mm Nhiệt độ rót nớc gang từ 1370 ữ 14000C Tấm gang khỏi khuôn bên nguội nhng bên nóng nên đem dập thành đồ vật cắt thành phiến nhỏ Sau ủ ngời ta uốn đợc Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng ... khoa - Đại học Đà nẵng 35 Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao b/ Sơ đồ công nghệ hình b: dùng cho quy trình công nghệ cán thép hình trung bình Cũng cán máy cán phá cán phôi có đờng kính trục... bọc lớp mạ đồng Dây mạ đồng nâng cao chất lợng bề mặt Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao khả chống gỉ, đồng thời nâng cao tính ổn định qúa trình... Aipb công dẫn không khí dới xilanh Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 48 công tác xác định theo giản đồ dẫn Công dẫn không khí Aip tiêu tốn để tạo