Hệ thống rót là một bộ phận quan trọng của khuôn đúc để dẫn kim loại lỏng điền đầy lòng khuôn.
a) Yêu cầu của hệ thống rót.
• Khi thiết kế hệ thống rót phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:
+ Dòng chảy của kim loại phải êm, không gây va đập, bắn toé, không tạo xoáy và phải liên tục.
+ Không dẫn xỉ, khí hoặc các tạp chất vào trong khuôn.
+ Điền đầy khuôn nhanh, không làm hao phí nhiệt làm giảm độ chảy loãng của kim loại lỏng.
+ Điều hoà được nhiệt trong toàn bộ lòng khuôn tạo điều kiện đông đặc theo hướng có lợi nhất, đông thời có khả năng bổ sung kim loại.
* Tuỳ thuộc vào loại khuôn, phương pháp đúc và loại hợp kim đúc, phải thiết kế sao cho tương đối hợp lý. Trong thực tế sản xuất, người ta thường dùng 3 loại: Rót bên hông, rót trực tiếp từ trên xuống và rót từ dưới lên (kiểu xiphông ). Rót trực tiếp Ýt dùng, mặt dù cấu tạo đơn giản dễ chế tạo chỉ dùng trong trường hợp vật đúc đơn giản. Rót kiểu Xiphông bảo đảm dòng chảy êm khả năng bổ sung kim loại phần dưới cho vật đúc. Nhưng loại này khó chế tạo chỉ dùng trong các loại khuôn kim loại, vật đúc nhỏ. Loại rót bên hông
( Rót ngang ) là thông dụng hơn cả
(c) (a)
Hình 8. Các loại hệ thống rót
[ (a) Rót từ trên xuống; (b) Rót đùn; (c) Rót bên hông.]
b) Những lưu ý khi thiết kế hệ thống rót. * Đối với vật đúc bằng thép.
Khả năng rơi xỉ vào vật đúc thép là Ýt hơn do đó có thể sử dụng hệ thống rót đơn giản. Nhưng phải chú ý tới nhiệt độ cao, độ chảy loãng khả năng xói mòn thành khuôn, độ co dài, độ co thể tích lớn của thép lỏng. Thép co nhiều nên đa số có thể sử dụng đậu ngót và vật làm nguội. Tuy vậy hiệu quả của vật đúc còn tuỳ thuộc vào việc dẫn dòng kim loại vào trong khuôn. Do đó khi dẫn kim loại lỏng vào khuôn ngoài yếu tố hình dạng vật đúc nên chú ý đến những yếu tố sau:
+ Để tăng chất lượng của vật đúc vị trí dẫn kim loại nên đặt gần đậu ngót.
+ Có thể bổ ngót cho đậu bằng cách rót kim loại vào đậu hoặc làm rãnh dẫn kim loại vào đậu để cung cấp nhiệt vào đậu.
+ Không bố trí rãnh dẫn gần với vật làm nguội. Nếu không sẽ làm giảm tác dụng của vật làm nguội.
+ Dòng kim loại không xói vào khuôn nên bố trí nhiều rãnh dẫn và rãnh dẫn không nên quá dầy, nhưng tiết diện của rãnh dẫn không được quá bé.
+ Với những vật đúc là không quá cao nên rót trực tiếp từ trên xuống dưới, sẽ làm đồng đều nhiệt trong vật đúc. Những vật đúc lớn và cao không nên rót như vậy vì khuôn dễ bị xói lở do dòng kim loại từ trên cao chảy xuống.
+ Nếu rót từ dưới lên thì chỉ có tác dụng đối với khuôn tươi và phải đặt đậu ngót có kích thước lớn.
+ Những vật đúc lớn thì nên dẫn kim loại qua nhiều độ cao khác nhau. * Vật đúc bằng kim loại màu.
Những vật đúc không lớn bằng đồng thanh được đúc theo nguyên tắc đông đặc đồng thời. Những vật đúc bé thường đúc bằng một ống rót trong khuôn dựng đứng, các rãnh dẫn đặt ở phần trên vật đúc được bố trí ở hai phía của ống. Khi rót vào đồng thanh và đồng thau nên chú ý lớp ôxi trên bề mặt kim loại lỏng. Vì vậy phải dẫn kim loại vào khuôn êm, không xoáy, không bắn toé. Muốn vậy kim loại nên rót từ dưới lên. Đúc hợp kim Mg hay Al có thể đúc trong khuôn cát và khuôn kim loại.
c) Cấu tạo của hệ thống rót.
Một hệ thống rót tiêu chuẩn bao gồm: cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỉ và các rãnh dẫn. 4 3 1 2 Cèc rãt èng rãt R·nh läc xØ R·nh dÉn
Hình 9. Cấu tạo hệ thống rót.
d) Đặc điểm của từng bộ phận:
+ Cốc rót là phần trên cùng của hệ thống. Nó có tác dụng chứa phần kim loại lỏng khi chảy tiếp vào bộ phận dưới nhằm loại bỏ tạp chất, xỉ nổi trên mặt. Và cốc rót có thể khống chế tốc độ chảy của kim loại lỏng vào khuôn, kim loại lỏng không thể trực tiếp chảy mạnh vào khuôn, khuôn không bị xói lở. Nh vậy, cốc rót chỉ phát huy tác dụng khi nó luôn chứa đầy kim loại lỏng. Có 2 kiểu cốc rót thông dụng: kiểu cốc rót hình phễu và kiểu cốc rót hình chậu.
+ Èng rót là phần nối tiếp từ cốc rót xuống dưới. Èng rót thường có dạng hình côn, trên lớn dưới nhỏ (độ côn cho phép trong khuôn cát khoảng 10- 150) → đảm bảo cho kim loại lỏng luôn điền đầy, dòng kim loại chảy xuống
không bị đứt đoạn, đồng thời dễ dàng cho việc rút mẫu làm ống rót. Độ cao của ống rót ảnh hưởng tới tốc độ chảy của kim loại lỏng vào rãnh ngang hoặc vào khuôn. Èng rót càng cao thì tốc độ chảy vào khuôn của kim loại lỏng vào khuôn càng lớn. Diện tích mặt cắt ngang của ống rót phải căn cứ vào tiết diện mặt cắt ngang của rãnh lọc xỉ và rãnh dẫn.
+ Rãnh lọc xỉ: là một phần của hệ thống rót nằm dưới chân ống rót, ở khuôn trên và sát mặt phân khuôn. Rãnh này do nằm ngang nên ở đây tốc độ dòng chảy giảm xuống. Phần xỉ lỏng nếu lọt qua ống rót sẽ được giữ lại ở rãnh lọc xỉ. Tiết diện ngang hợp lí, tốc độ dòng chảy càng nhỏ, xỉ nổi lên càng triệt để. Ngoài ra rãnh lọc xỉ cũng tạo điều kiện để bố trí các rãnh dẫn. Tiết diện ngang của rãnh lọc xỉ thường dùng loại hình thang bán nguyệt hay tam giác.
+ Rãnh dẫn: kim loại sau khi chảy qua rãnh lọc xỉ sẽ đi vào rãnh dẫn để đi vào lòng khuôn. Điều bắt buộc là rãnh dẫn phải nằm phía mặt dưới của rãnh lọc xỉ, để hứng kim loại sạch. Do đó nó nằm sát mặt phân khuôn ở khuôn dưới. Đồng thời có thể bố trí nhiều rãnh dẫn tuỳ theo cấu tạo của lòng khuôn và vật đúc. Rãnh dẫn cũng được cấu tạo bởi các tiết diện hình thang, bán nguyệt hoặc tam giác nhưng ngược lại. Một điều cần chú ý là khi làm sạch vật đúc phải cắt hoặc thông thường là đập gãy rãnh dẫn. Vì thế kích thước rãnh dẫn có thể thay đổi phù hợp với chiều dày thành dày vật đúc tại chỗ dẫn.
e) Cơ sở tính toán hệ thống rót:
Dòng chảy của kim loại lỏng chảy qua hệ thống rót và điền đầy khuôn chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác. Do đó xác định đúng kích thước của hệ thống rót là không dễ.
* Đối với vật đúc bằng thép, gang
Thời gian rót hợp lí được xác định theo công thức thực nghiệm sau:
T= s.3 g.G (s) (1)
Trong đó:
g: Chiều dày chính hay trung bình của vật đúc (mm) G: Khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót và ngót (kg)
s: Hệ số phụ thuộc vào hợp kim, đúc, thành dày của vật đúc. + Hệ số s đối với thép nh sau:
Đối với vật đúc thành dày có khối lượng 10-50t s = 1,8-2,8 Đối với vật đúc trung bình thành dày có khối lượng 1-10t s = 1,2-2
Đối với vật đúc có khối lượng < 1t s = 1-1,5 - Xác định thời gian cần tính đến tốc độ dâng của kim loại lỏng trong khuôn khi rót. Tốc độ này không được quá bé vì sẽ làm thành vật đúc bị nhăn nheo do kim loại bị nguội cũng nh bị bẩn do oxít hay tạp chất phi kim loại tạo thành trên bề mặt kim loại. Tốc độ dâng được tính theo công thức sau: V= t C (cm/s) (2) Trong đó: V: Là vận tốc.
C: Chiều cao vật đúc, đo từ điểm thấp nhất theo vị trí khi rót. t: thời gian rót.
Bảng 1. Chỉ số V bé nhất cho phép
Chiều dày vật đúc (mm) Vật đúc bằng thép Vật đúc bằng gang
Đến 4 - 3-10
4-10 2 2-3
10-40 1 1-2
>40 1 0.8-1
Sau khi xác định thời gian rót khuôn hợp lý ta tính diện tích tiết diện ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót Fmin, xác định theo lượng kim loại chảy trong một đơn vị thời gian qua hệ thống rót theo công thức:
Fmin= h t G . . . 31 , 0 µ = 0,31 . . 1 h µ . t G (3)
Trong đó:
G: Khối lượng của vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót (kg)
Bảng 2. µ: Hệ số trở lực chung của khuôn
Trở lực của khuôn Lớn Trung bình Nhá Gang Tươi Khô 0,35 0,4 0,42 0,45 0,6 0,7 Thép Tươi Khô 0,25 0,35 0,32 0,36 0,42 0,55
htb - Cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại ( cm)
t
G - Tốc độ cung cấp kim loại từ thùng rót (kg/s)
Đối với vật đúc gang và thép, tiết diện bé nhất là rãnh dẫn. Nếu trong khuôn có nhiều vật đúc thì khi tính lấy khối lượng của một vật đúc cùng với đậu hơi, đậu ngót và cộng thêm phần khối lượng của hệ thống rót cần cho một vật đúc .
Trong trường hợp Fmin là tổng số diện tích tất cả rãnh dẫn của vật đúc. Trị số hệ số trở lực của khuôn µ phụ thuộc vào mức độ phức tạp của vật
đúc, vật đúc có hình dáng đơn giản thì trở nhỏ (hệ số µ lớn) hơn vật đúc có
hình dáng phức tạp (hệ số µ bé)
Cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của htb(cm) trong thời gian rót khuôn, được tính theo công thức : C
tb H p h 1 2 0 − =
Trong đó : H0 - là áp suất thuỷ lực ban đầu lớn nhất (cm) P - là chiều cao từ rãnh dẫn tới đỉnh vật đúc (cm)
C - là chiều cao của vật đúc khi rót (cm)
Biết tổng số diện tích rãnh dẫn Fd có thể tính tiết diện rãnh lọc Fx và ống rót Fr.
Đối với vật đúc bằng thép : Fd: Fx: Fr=1:1,5:1,1(vật đúc đơn giản thành dày) Fd: Fx: Fx=1:1,1:1,2 (Vật đúc phức tạp thành mỏng) Để đảm bảo dẫn kim loại vào khuôn êm có khi lấy tiết diện rãnh dẫn Fd<Fx<Fr.
Khi rót bằng nồi rót đáy, lượng kim loại (tính bằng kg/s) chảy qua lỗ đáy ở nồi phải tương ứng với thời gian rót hợp lý. Lượng kim loại chảy qua đáy nồi được tính theo công thức:
k Fk Htb t G . . . 31 , 0 ' µ = (5) Trong đó: G’- Khối lượng kim loại rót vào khuôn (kg)
t - Thời gian rót hợp lý.
µk - Hệ số trở lực kim loại chảy qua lỗ đáy ở nồi (khoảng 0,75-0,89) Fk - Diện tích tiết diện lỗ ở đáy (cm2)
Htb- áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại ở trong nồi rót . Thời gian rót hợp lý được tính hợp lý từ công thức (1):
T =s.3 g.G (s)
Hệ sè Fk và Htb thì phải chọn : Khi chọn diện tích lỗ ở đáy nồi rót Fk phải xác định xem rót khuôn ở áp suất trung bình Htb nào và còn tuỳ thuộc vào cỡ gạch lỗ đáy thường dùng ở nhà máy. Mức kim loại trong nồi rót giảm dần đi
khi kim loại đi ra và cột áp suất giảm từ H’ ban đầu đến H’’ lúc kết thúc rót. Quan hệ giữa Htb và H’, H’’ được xác định theo phương trình: 2 " ' H H Htb = +
Sau khi thay trị số G’/t từ phương trình ( 5 ) vào phương trình (3) ta có công thức tính tiết diện Fmin ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót .