II. 23 CƠ SỞ NẤU LUYỆN
III.3.2 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
III.3.2.1 Tớnh toán hệ thống rót cho vật đúc
Khối lượng của vật đúc: Gvd= 125 kg
a) Ta lấy khối lượng hệ thống rót bằng 20% của vật đúc, Khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót là.
G = Gvd+ Ghtr= 125 + 125.20/100 =150 kg Ta có khối lượng hệ vật đúc kể cả hệ thống rót là 150 kg
b) Tính thời gian rót lý thuyết . Từ công thức : T = S 3 gG
Trong đó : T : thời gian rót lý thuyết .
S : hệ số đối với thép thành dày trung bình ta chọn S = 1,6
g : chiều dày trung bình của vật đúc .g = 90 mm . G : khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót G = 150 kg Vậy T= 1,6 .3 90.150 = 38 (s)
c) Tốc độ dâng kim loại trong khuôn.
từ công thức sau: V= C/T với chiều cao vật đúc C = 148 mm thời gian rót T = 38 s.
⇒ V = 148/38 = 3,89 (mm/s)
d) Tốc độ rót kim loại là: G/T = 150/38 = 3,98 (kg/s)
e) Sau khi xác định thời gian rót khuôn lý thuyết T, ta tính diện tích tiết diện ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót Fmin.
Ta tính theo công thức: Fmin=
tb H T G . . . 31 , 0 µ
với : G - khối lượng của vật đúc kể cả hệ thống rót G =150 kg µ- hệ số trở lực của khuôn, ta chọn µ = 0,36.
Htb- cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại (mm) Htb được tính theo công thức: Htb = H0 - P2/2C
với H0- là áp suất thuỷ tĩnh ban đầu lớn nhất. H0 = 250 mm P - là chiều cao từ rãnh dẫn tới vật đúc P = 20 mm C - chiều cao của vật đúc ở vị trí rót C = 148 mm
⇒ Htb= 250 -202
/2.148 = 248,6 mm
Vậy diện tích tiết diện ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót là: Fmin= 0,31.0,36150.38. 248,6 = 164,53 mm2
Trong hệ thống rót thì tiết diện nhỏ nhất là rãnh dẫn.Vậy Fmin= Fd
f) Chọn rãnh dẫn cho vật đúc có dạng hình thang có kích thước như sau:
Đáy lớn : 20 mm Đáy nhỏ : 15 mm Chiều cao : 10 mm.
Vật đúc đơn giản thành dày trung bình nên ta chọn tỉ lệ sau: Fd : Fx : Fr =1 : 1,5 : 1,1 → tiết diện rãnh xỉ : Fx = 164,53 . 1,5 = 246,795 mm2 → tiết diện ống rót : Fr = 164,53 . 1,1 = 180,983 mm2 Đường kính ống rót là : D = 2 π S = 2 14 . 3 983 , 180 = 15.2 mm h) Ta chọn cốc rót dạng hình phễu có kích thước như sau : Đường kính phía trên cốc rót: Dt = 70 mm
Đường kính phía dưới cốc rót: Dd = 22 mm Chiều cao cốc rót: H = 140 mm k) Ta chọn hình phễu co kích thước như sau: Đường kính trên: 170 mm
Đường kính dưới: 120 mm Chiều cao: 250 mm
Đậu ngót là nơi đông đặc sau cùng và có thể tích đủ lớn để bù được co ngót của vật đúc .
l) Lực đè khuôn : để chống lại lực đẩy Acsimet của kim loại lỏng lên hòm khuôn trên người ta phải dùng một khối lượng lớn gấp 2-3 lần khối lượng vật đúc.Ở đây ta dùng khối lượng đè khuôn là 320 kg.
m) Độ côn thoát mẫu là 10 30’’ ( tra bảng thiết kế đúc)
III.3.2.2 Thiết kế mẫu
- Do chi tiết là sản phẩm được sản xuất với số lượng vừa phải, làm theo đơn đặt hàng của các công ty. Nên mẫu được làm bằng gỗ là kinh tế nhất.
- Để đảm bảo chất lượng sản phẩm cũng nh năng suất chế tạo khuôn, khi thiết kế bộ mẫu phải chú ý đến những điều kiện sau:
+ Cấu tạo mẫu và hộp ruột sao cho dễ giữ chặt cát trong khuôn và trong hộp ruột, đồng thời đảm bảo rút mẫu ra khỏi khuôn và lấy ruột ra khỏi hộp ruột dễ dàng.
+ Mẫu hộp ruột phải đủ bền, nhẹ, mẫu Ýt miếng rời.
+ Bề mặt mẫu và hộp ruột tiếp xúc với cát phải nhẵn, phẳng.
+ Kích thước ngoài của mẫu và kích thước trong của hộp ruột phải đảm bảo chính xác, vật đúc có kích thước phù hợp với kích thước tiêu chuẩn đã ghi trên bảng vẽ chi tiết.
+ Mẫu có tai để khi in hình trong khuôn thì tạo ra đầu gác ruột.
MiÕng mÉu rêi
Hình 13. Chụp mẫu (mẫu được làm bằng gỗ)
III.3.2.3 Thiết kế ruột
- Ruột còn gọi là thao hay lõi… nhưng đều có ý nghĩa chung là tạo hình bên trongvật đúc.
- Ruột tạo hình lỗ rỗng bên trong vật đúc, đôi khi dùng tạo hình các phần lõm phía ngoài vật đúc hoặc từng mặt ngoài vật đúc có hình dạng phức tạp (làm khuôn bằng ruột ghép).
- Ruột phải có tính chất cơ lý nhiệt, độ thông khí, độ bền nhiệt, tính co bóp, tính phá dễ, cao hơn hẳn so với khuôn đúc (Đòi hỏi cao về hỗn hợp làm ruột và kết cấu ruột hợp lý) .
- Có nhiều phương pháp chế tạo ruột nh có thể làm bằng tay, bằng dưỡng, bằng máy…
- Xương ruột có tác dụng tăng độ bền cho ruột, hệ đường rãnh dẫn sinh ra bên trong ruột khi ra ngoài tiếp xúc với kim loại lỏng thành lỗ khí cho vật đúc.
* Vật liệu làm ruột: Là hỗn hợp cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn bằng khí CO2
H×nh ruét 1
xu ong ruét
H×nh ruét 2
Hình14. Hình vẽ các ruột.
Hình 15. Hộp ruột 1
Hình 17. Hộp ruột 3
III.3.2.4 Chọn hòm khuôn
Hòm khuôn có kích thước đủ lớn để chứa được vật đúc và hệ thông rót. - Ta chọn 2 hòm khuôn có hình chữ nhật có kích thước sau:
Chiều dài hòm 1 là 1300 mm; hòm 2 là 1300 mm. Chiều rộng hòm 1 là 400 mm; hòm 2 là 400 mm Chiều cao hòm 1 là 250 mm; hòm 2 là 150 mm
Và 1 hòm khuôn vuông để đặt đậu ngót có có kích thước sau: Chiều dài 400 mm
Chiều rộng 400 mm Chiều cao 100 mm
- Để thuận lợi cho việc nhấc, đặt hòm khuôn. Hòm khuôn có tai để nhấc hòm dễ dàng. Mỗi hòm khuôn có 2 tai ở 2 đầu
III.3.2.5 Thao tác làm khuôn - Qui trình làm khuôn bằng tay
+ Ta đặt mẫu lên một tấm gỗ phẳng có tiết diện lớn hơn tiết diện của hòm khuôn.
+ Mặt của mẫu tiếp xúc với tấm gỗ chính là mặt phân khuôn.
+ Ta phủ một lớp cát đen Crommit chịu nhiệt lên bề mặt mẫu tiếp theo là lớp cát thạch anh đã trộn.
+ Ta giã nhẹ khuôn chú ý sao cho mẫu không bị lệch vị trí. + Đặt một miếng gang nguội bên cạnh chỗ đặt đậu ngót.
+ Ta tiếp tục phủ cát lên trên vượt qua độ cao hòm khuôn và giã mạnh chặt.
+ Sau khi giã xong ta dùng thước để gạt phẳng mặt khuôn. + Ta đóng 4 cọc ở 4 góc để định vị hòm trên và hòm dưới.
+ Ta tiến hành xiên hơi. Rồi thổi khí CO2 vào mỗi lỗ xiên hơi tới khi cát trong khuôn khô cứng.
+ Ta lật mặt khuôn dưới lên. Mặt này là mặt phân, ta dùng thước gạt phẳng mặt phân khuôn.
+ Sau đó ta đặt hòm trên lên mặt phân khuôn.
+ Đặt rãnh lọc xỉ, rãnh dẫn và đậu ngót (đậu ngót đóng vai trò là đậu hơi luôn) lên mẫu, ta cho lớp cát dày khoảng 7-8 cm, giã nhẹ giữ cho không sai vị trí.
+ Giã nhẹ xong, ta cho một lớp cát cao hơn mặt hòm khuôn trên, dùng chày giã mạnh chặt.
+ Sau đó ta dùng một ống típ sắt rỗng bên trong có đường kính bằng ống rót, đóng xuống làm ống rót.
+ Ta tiến hành xiên hơi (mỗi lỗ xiên hơi cách nhau khoảng 10 cm) và rút ống típ sắt ra.
+ Thổi khí CO2 vào mỗi lỗ xiên hơi cho tới khi cát khô cứng.
+ Ta bắt đầu lấy mẫu ra bằng cách nhấc hòm khuôn trên ra bằng cẩu. + Lấy mẫu xong rồi ta tiến hành sửa lại lòng khuôn.
+ Sơn khuôn bằng hỗn hợp cồn + garaphit đốt lên. + Ta đặt các ruột đã được sấy vào trong lòng khuôn.
+ Đặt các ruột đúng vị trí. Đầu gác ruột phải nằm tại vị trí mà mẫu được tạo ra trong khuôn.
+ Ta phải lấp khe hở giữa đầu gác ruột với hỗn hợp làm khuôn, nếu không kim loại lỏng sẽ tràn vào khe hở đó phủ kín lên đầu gác ruột. Vì thế ruột không thể thoát hơi ra được.
+ Bước cuối cùng ta tiến hành ghép khuôn, 2 khuôn được dính với nhau bằng lớp keo hỗn hợp (đất sét + cồn) ở giữa.
Để tiến hành rót kim loại lỏng vào trong hòm khuôn ta đặt thêm bát rót.
* Bát rót hình phễu có đường kính ở dưới bằng đường kính của ống rót, đường kính ở trên lớn gấp 2-3 lần. Vật liệu làm bát rót là cát thạch anh đẫ trộn nước thuỷ tinh và thao tác làm nh trên.
Hình 18.Hòm khuôn chờ ghép ruột
Hình20. Ruột 3.
III.4 Qui trình nấu luyện III.4.1 Thiết bị nấu luyện.
Trong trung tâm ta sử dụng lò nấu là lò điện cảm ứng trung tần 500 kg/mẻ với tường lò có tính chất bazơ, lò này sản xuất từ Trung Quốc.
Gồm các phần chính : Tủ điều khiển ; Hệ thống làm mát ; Nồi nấu. - Tủ điều khiển gồm :
Hệ thống các biến áp
Hệ thống điều khiển chế độ điện Hệ thống điều khiển chế độ nhiệt lò - Hệ thống làm mát gồm :
Môt bể nước có thể tích lớn, hệ thống bơm và dẫn nước tuần hoàn làm mát cho tủ điện và vòng cảm ứng nồi lò.
- Nồi nấu gồm :Tính từ trong ra ngoài nồi lò gồm các lớp : + Tường lò trong làm bằng Crommanhêzit hoặc Manhêzit
+ Lớp vải cách nhiệt làm từ chất Amiang
+ Vòng cảm ứng làm bằng các ống kim loại đồng, bên trong có nước làm mát + Vỏ lò bằng hợp kim nhôm. C¬ cÊu ®iÒu khiÓn ®iÖn Vá lß Kim lo¹i láng Cuén c¶m øng Bét ®Çm lß MiÖng rãt
Hình 10. Cấu tạo lò điện cảm ứng.
III.4.2 Trình tù thao tác nạp liệu
- Cho thép vụn vào lò cùng Ni xếp xuống đáy. - Khi chảy cho tiếp gang và thép cho đến hết . - Hồi liệu cho sau cùng.
a. Xếp một Ýt khoảng 1/4 lòng lò. Đóng điện khai lò chạy với công suất nhỏ nhất 5-10 phót .Sau đó nâng dần công suất lên tối đa cho phép .
b. Liệu chảy cho tiếp thép và gang vào. Khi nÊu cho khoảng 1% vôi bột để tạo xỉ.Tránh để treo liệu.
c. Có thể cho mét Ýt hồi liệu trong quá trình đó nếu tỷ lệ hồi liệu cao. d. Khi gạt xỉ cho FeMn đã sấy khô vào. Cho dần Ýt mét, khi đợt trước chảy hết mới cho tiếp đợt sau.
- Có thể tạo xỉ mới bằng cách cho 1%(vôi bột + huỳnh thạch) so với trọng lượng mẻ nấu.
e. Sau khi liệu chảy hết cho hồi liệu vào. Nấu chảy hoàn toàn, nâng nhiệt, gạt xỉ, lấy mẫu phân tích thành phần hoá học.
f. Căn cứ vào kết quả phân tích hoá học, điều chỉnh thành phần thép bằng gang, thép, FeMn.
g. Khử oxy. Cho Al nguyên chất vào lò khuấy kỹ. Lượng Al khử đối với thép Mn 13Đ là 0,5 kg/tấn.
h. Kiểm tra độ khử oxy bằng mẫu cốc rót như hình I. Nếu thấy lõm co sâu như hình II là thép được khử Oxy tốt .
h×nh II h×nh I
Hình 11. Mẫu cốc rót kiểm tra độ khử oxy
- Nhịêt độ khử Oxy tốt nhất là 15200C .
j. Sau khi khử Oxy bằng Al có thể còn d Al. Để khử Al, cho FeTi vào trước khi ra lò 10s. FeTi hoà tan phải ra thép ngay.
k. Muốn biết thép Mn đạt yêu cầu hay chưa còn phải thử mẫu. Khi thép đông đặc đem ra tôi vào nước lạnh khi mẫu còn nhiệt độ 900oC. Đập cong mẫu nếu thấy mẫu cong như hình parabon là đạt yêu cầu.
* Chó ý:
- Khi lấy mẫu sớm sẽ gây nứt nóng mẫu thử sẽ không chính xác. - Mẫu không hút nam châm thì càng tốt.
III.4.3 Nồi rót và rót khuôn. III.4.3.1 Nồi rót.
Cấu tạo nồi rót gồm có:
Lớp ngoài cùng làm bằng thép, lớp thứ 2 làm bằng hỗn hợp chịu được nhiệt cao là cát sét + nước thủy tinh, được đắp xung quanh trong thành nồi dày khoảng 7-8 cm.
III.4.3.2 Rót khuôn.
1 Nồi rót phải được sấy đỏ 800-9000C .
2 Nhiệt độ ra thép 1520-15500C.
3 Nhịêt độ rót : Chi tiết lớn 1450-14200C
4 Ra thép ở nhiệt độ cao, để lặng nước thép 3-5s rồi rót .
Thép Mn dễ tạo xỉ do ăn mòn cát đắp nồi nên thép Mn cần rót ở nhiệt độ thấp nên phải phủ rơm chặn xỉ. Thao tác phải nhanh chóng tránh bám dính nồi.
- Thép trong lò được rót vào nồi rót . - Sử dụng nồi rót 100 kg .
- Để tránh mất nhiệt người ta phủ rơm lên nồi rót. - Rơm có tác dụng gạt xỉ trong khi rót.
- Rót đều tay, từ từ, vừa rót vừa gạt xỉ.
- Rót vào hệ thống rót tới khi kim loại lỏng dâng tới đậu ngót thì ta chuyển sang rót bù vào đậu ngót.
Sau khi rót thép xong vào khuôn ta để cho vật đúc nguội rồi tiến hành phá rỡ khuôn
III.4.4 Nấu mác thép Mn 13Đ. III.4.4.1 Thành phần phối liệu.
Yêu cầu kỹ thuật : Vật liệu phải khô sạch biết rõ thành phần hoá học. Cỡ cục phải nhỏ hơn miệng lò nếu lớn quá phải cắt nhỏ trước khi nấu.
Thành phần hoá học của mác thép Mn 13Đ (Bảng 3)
Thành phần hoá học
C(%) Si(%) Mn(%) Cr(%) Ni(%) S,P(%)
0.9-1.3 0.5-1 11.5-14.5 ≤0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.05
Tỷ lệ cháy hao của các nguyên tố khi nấu (Bảng 4)
C(%) Si(%) Mn(%) Cr(%) Ni(%) FeMn(%)
5-8 5-10 5-8 ≈2 ≈1 ≈5