Đây là bước rất quan trọng trong quá trình sản suất vật đúc, nĩ ảnh hưởng tới tính kỹ thuật và kinh tế của sản phẩm đúc. Thiết kế cơng nghệ đúc phải đảm bảo được cả chất lượng vật đúc lẫn tính kinh tế cao.
v Vị trí vật đúc trong khuơn khi rĩt.
Vị trí vật đúc trong khuơn khi rĩt thường được chọn theo phương pháp làm khuơn, cách bố trí hệ thống rĩt, lượng dư gia cơng cơ khí, lượng dư cơng nghệ, kích thước của hịm khuơn. Những bề mặt gia cơng quan trọng lớn nên đặt ở phần dưới của khuơn để tránh các khuyết tật như: rỗ xỉ, khí …
Vị trí của vật đúc khi rĩt được chọn sao cho ít tốn kém nhất về vật liệu, về lao động, về mẫu và hịm khuơn.
Vị trí của khuơn khi rĩt phải bố trí sao cho dễ dàng đặt ruột vào khuơn được vững chắc mà khơng cần các chất kết dính, khơng để ruột bị biến dạng vì trọng lượng bản thân hay vì áp lực.
v Vị trí của mẫu khi àm khuơn, chọn mặt giáp khuơn và mặt phân khuơn.
Việc chọn vị trí của mẫu khi làm khuơn cũng như mặt ráp khuơn và mặt phân mẫu cĩ ảnh hưởng lớn đến quá trình kỹ thuật làm khuơn, độ chính xác của vật đúc.Vị trí của mẫu trong khuơn và mặt ráp khuơn phải chọn sao cho bộ mẫu thật đơn giản, rẻ tiền và cĩ càng ít phần rời cành tốt . Đồng thời cần đảm bảo số ruột là ít nhất để cho thời gian chế tạo và lắp ruột càng ngắn, vật đúc càng chính xác, ít bavia ở chỗ giáp mối khuơn và ruột . Chiều cao của mẫu và chiều cao chung của khuơn là bé nhất. Mẫu cĩ chiều cao lớn sẽ khĩ lấy ra khỏi khuơn, dễ làm hỏng khuơn lúc lấy mẫu, khĩ lắp đặt ruột vào khuơn, làm biến dạng vật đúc do độ nghiêng thành mẫu, khĩ tạo ra hịm khuơn thích hợp.
Ngồi ra mặt ráp khuơn cịn nên chọn sao cho tất cả các mặt đều nằm ở phần khuơn dưới để dễ lắp đặt ruột, dễ kiểm tra vị trí của ruột trong khuơn. Vị trí của mẫu khi làm khuơn mặt ráp khuơn được chọn sao cho khuơn dễ lắp ráp, dễ kiểm tra, khuơn dễ sửa dễ sấy.
sai lệch cho phép về kích thước, khối lượng của vật đúc và lượng dư.
v Sai lệch cho phép về kích thước, khối lượng của vật đúc và lượng dư.
· Sai lệch về kích thước và khối lượng.
Tất cả các vật đúc được chia ra làm ba cấp tuỳ theo độ chính xác yêu cầu. Độ chính xác cấp 1 dùng cho sản xuất lớn và bao gồm những vật đúc làm khuơn bằng máy với mẫu kim loại, độ chính xác cấp 2 dùng cho sản xuất hàng loạt, và độ chính xác cấp 3 là sản xuất đơn chiếc và làm khuơn bằng tay với mẫu gỗ.
Hạn sai lệch trên của vật đúc là độ sai khác giữa kích thước cho phép lớn nhất và kích thước danh nghĩa ghi trên bản vẽ được ghi bằng dấu (+). Hạn sai lệch dưới là độ sai khác giữa kích thước danh nghĩa với kích thước cho phép bé nhất được ghi bằng dấu (-).
Sai lệch cho phép (±) về kích thước đối với những vật đúc bằng gang xám được tra theo bảng 10[2 - tr77] ứng với kích thước đo của vật đúc là 600(mm) và dạng sản xuất chiếc là: Sai lệch trên (600 + 5), sai lệch dưới (600 – 3).
Sai lệch cho phép (±) về khối lượng vật đúc bằng gang xám được tra theo bảng 14[2 - tr80] cho vật đúc cĩ khối lượng dưới 100(kg) ứng với dạng sản xuất đơn chiếc là 10 (%).
· Lượng dư gia cơng cơ khí.
Lượng dư gia cơng cơ khí được chọn hợp lý. Nếu lượng dư gia cơng quá lớn rõ ràng là khơng cĩ lợi vì vừa làm tăng khối lượng của vật đúc, vừa gây tốn kém cho quá trình gia cơng. Nhưng lượng dư gia cơng quá nhỏ cũng khơng cĩ lợi vì cĩ thể tăng tỷ lệ phế phẩm, làm hao mịn nhanh chĩng các dao dùng để cắt gọt lớp da đúc, làm giảm tốc độ cắt gọt từ (60 – 80)%, kéo dài thời gian gia cơng .
Với mặt đúc bằng gang xám, cĩ kích thước lớn nhất là 600(mm), lượng dư lớn nhất để gia cơng cơ khí ứng với dạng sản xuất đơn chiếc cho vật đúc đơn giản được tra theo bảng 18[2 - tr83] là 7(mm).
Lượng dư gia cơng cơ khí lỗ lắp ghép của vật đúc bằng gang xám cho vật đúc cĩ kích thước lớn nhất là 600(mm), dạng sản xuất đơn chiếc được tra theo bảng 20[2 - tr86] là 9(mm).
· Lượng trừ co.
Lượng co phụ thuộc vào loại vật liệu đúc, hình dáng vật đúc, chiều dày thành kim loại và độ rắn của khuơn, nhiệt độ kim loại lỏng rĩt vào. Sai số về độ co khơng chỉ làm thay đổi các kích thước dài của vật đúc mà cịn làm xê dịch các phần riêng biệt so với vị trí đã quy định trong bản vẽ. Kết quả là sau khi gia cơng vật đúc sẽ cĩ thành khơng đều.
Lượng co theo chiều dài của vật đúc bằng gang xám được tra theo bảng 28[2 – tr90] trung bình là: Độ co cản trở (0,8%), độ co tự do (0,9%).
· Lượng dư cơng nghệ.
Lượng dư cơng nghệ bao gồm: Lượng dư khi đúc lỗ, rãnh, và các phần rỗng khác, lượng dư do độ nghiêng của các thành vật đúc sinh ra, lượng dư ở các chỗ cắt đậu ngĩt, phần đúc thêm để gá vật đúc lúc gia cơng cơ, gân chống nứt, lượng dư bù trừ cho sự co lệch theo hướng bất kỳ và cho sự biến dạng của vật đúc.
Giá đỡ ổ trục là vật đúc đơn giản, đúc bằng gang xám nên khơng dùng đậu ngĩt vì vậy cĩ thể bỏ qua lượng dư cơng nghệ trong quá trình đúc.
Bảng (3 -4): Các giá trị sai lệch cho phép.
Sai lệch kích thước (mm) Lượng trừ co (%)
Sai lệch trên Sai lệch dưới
Sai lệch khối lượng
Lượng dư gia
cơng cơ khí (mm) Bị cản trở Tự co
2.Chế tạo bộ mẫu để làm khuơn và ruột.
v Vật liệu chế tạo mẫu.
Bộ mẫu cĩ thể làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau và phải đảm bảo các yêu cầu chung là:
- Dễ gia cơng cắt gọt, đảm bảo độ chính xác và độ bĩng cho bộ mẫu để đảm bảo độ chính xác cho vật đúc và năng suất làm khuơn.
- Bền, cứng, nhẹ để sử dụng lâu dài, thao tác lấy mẫu ra khỏi khuơn nhẹ nhàng. - Khơng biến dạng, co nở trong khi sử dụng.
- Rẻ tiền.
Chọn vật liệu chế tạo mẫu là gỗ vì nĩ thoả mãn các yêu cầu: Nhẹ, rẻ, dễ gia cơng cắt gọt, dễ gắn và ghép. Nhược điểm của mẫu gỗ là: Tổ chức khơng đồng nhất, độ bền khơng cao, dễ hút ẩm và biến dạng. Khắc phục các hạn chế trên bằng cách sấy khơ và sơn gỗ trước khi chế tạo mẫu.
v Cấp chính xác của mẫu.
Cấp chính xác của mẫu tương ứng với cấp chính xác của vật đúc, nhưng sai lệch cho phép về kích thước yêu cầu nhỏ hơn vì cịn phải tính đến sai lệch gây ra trong khi làm khuơn. Giá trị sai lệch cho phép về kích thước của mẫu được tra theo bảng 56[2 – tr207] ứng với kích thước mẫu là 605 (mm) và cấp chính xác 3 là ± 1,5 (mm).
3.Chế tạo khuơn và ruột.
v Vật liệu làm khuơn.
Vật liệu làm khuơn là tên gọi chung cho các loại nguyên liệu dùng để chế tạo khuơn đúc. Cũng vì thế thơng thường người ta gọi tên khuơn đúc theo vật liệu làm khuơn: khuơn cát, khuơn kim loại…
Vật liệu làm khuơn cĩ ảnh hưởng tới tồn bộ quá trình sản xuất như: qui trình cơng nghệ, trang thiết bị, chế độ làm việc, chất lượng sản phẩm.
Xu hướng hiện nay là các phương pháp đúc đặc biệt thay cho đúc trong khuơn cát để tăng độ chính xác và cơ tính cho sản phẩm. Trong điều kiện nước ta hiện nay, đúc trong khuơn cát vẫn là chủ yếu đặc biệt là các vật đúc lớn.
Những vấn đề cơ bản về vật liệu làm khuơn cát - đất sét: - Những vật liệu ban đầu để tạo nên hỗn hợp làm khuơn gồm cĩ:
+ Vật liệu hạt của hỗn hợp gọi là cát làm khuơn. + Vật liệu dính (chất dính).
+ Các chất phụ thêm.
- Hỗn hợp làm khuơn và các tính chất cần cĩ của hỗn hợp. - Chuẩn bị và chế biến hỗn hợp.
Yêu cầu đối vơi cát làm khuơn: Chịu nĩng, khơng tác dụng với kim loại lỏng, dẫn nhiệt tốt, dãn nở nhiệt ít, khí thốt ra ngồi dễ, chỉ cần dùng ít chất dính đã cĩ độ bền cao, khơng độc hại, sử dụng được lâu dài.
Chất dính dùng cho hỗn hợp làm khuơn và làm ruột phải thoả mãn những yêu cầu sau:
- Tạo cho hỗn hợp làm khuơn cĩ đủ độ bền cần thiết.
- Phân bố dễ dàng khắp bề mặt vật liệu hạt và cả khối vật liệu hạt để dễ trộn và cho độ bền cao.
- Tạo cho hỗn hợp làm khuơn cĩ tính dẻo nhưng khơng dính bám vào mẫu.
- Khi vật đúc kết tinh xong thì giảm tính dính kết để giảm độ bền của khuơn, nhất là ruột.
- Ít hút nước, ít sinh khí.
- Khơng độc hại. Rẻ và dễ kiếm.
Chất phụ pha vào hỗn hợp làm khuơn cĩ tác dụng: Tạo cho hỗn hợp những tính chất cần thiết phù hợp với yêu cầu cơng nghệ, ngăn cản sự tác dụng bất lợi gữa kim loại lỏng với hỗn hợp làm khuơn, tạo cho hỗn hợp cĩ tính co bĩp tốt, giảm độ bền của hỗn hợp sau khi vật đúc đã đơng đặc để chống nứt vỡ khuơn, tăng độ thơng khí cho hỗn hợp.
v Hỗn hợp làm khuơn và ruột.
· Chọn hình thức làm khuơn và ruột.
Hình thức làm khuơn được chọn dựa vào các yếu tố: Vật liệu đúc, số lượng và kích thước vật đúc, tính đơn giản và phức tạp của vật đúc, điều kiện sản xuất của xưởng… Từ các yếu tố trên, chọn hình thức làm khuơn cát.
· Yêu cầu của hỗn hợp làm khuơn cát - đất sét:
- Tính dẻo tốt để tạo rõ hình nét vật đúc. Tính dẻo này thuộc lượng chất dính và độ hạt của cát, tính dẻo tăng khi cát càng nhỏ và lượng nước tăng.
- Tính bền cao để khơng hư hỏng khi vận chuyển, lắp ráp, chịu được áp lực tĩnh và động của dịng kim loại rĩt vào khuơn.
- Tính co bĩp tốt để tránh hiện tượng nứt và cong vênh vật đúc.
- Chịu nhiệt tốt khơng làm cát bị cháy để dễ dàng cắt gọt và làm sạch vật đúc. - Tính bền lâu tốt để sử dụng nhiều lần mà vẫn đảm bảo các tính chất cơ bản của hỗn hợp theo yêu cầu.
Sự khác biệt giữa hỗn hợp làm ruột và hỗn hợp làm khuơn.
Ruột là bộ phận tạo hình lỗ rỗng ở trong vật đúc. Như vậy, phần lớn ruột bị kim loại lỏng bao quanh nên chất lượng của hỗn hợp làm ruột phải cao hơn chất lượng hỗn hợp làm khuơn. Nĩi chung là nĩ cần cĩ độ bền,độ thơng khí cao,độ sinh khí thấp,độ chịu nĩng cao,độ co bĩp tốt,độ rắn sau khi vật đúc đơng xong nhỏ để đảm bảo vật đúc khơng bị rỗ khí, rỗ cát, cháy dính cát và nứt.
Ruột của khung máy cĩ dạng đơn giản nên cĩ thể dùng luơn hỗn hợp làm khuơn để chế tạo ruột.
Bảng (3 - 5): Thành phần của hỗn hợp làm ruột đúc gang.
Cát mới Cát cũ Đất sét bột Mùn cưa Độ bền nén tươi
kG/cm2 Độ thơng khí
25% 52,5% 7,5% 15% 0,75 – 0,85 80 - 100
· Các giai đoạn chính của quá trình sản xuất hỗn hợp làm khuơn và làm ruột của vật đúc.
- Chuẩn bị nguyên vật liệu ban đầu. - Pha chế và trộn đều .
- Ủ và đánh tơi hỗn hợp. v Chế tạo ruột.
Để đúc giá đỡ ổ trục cần phải chế tạo hai ruột.Cả hai ruột được chế tạo bằng cát. Ruột nhỏ được chế tạo riêng, ruột lớn được chế tạo đồng thời trong quá trình làm khuơn.
v Hệ thống rĩt.
Hệ thống rĩt dùng để dẫn dịng kim loại lỏng chảy êm, đồng đều và liên tục vào khuơn đúc. Ngồi ra nĩ cịn phải ngăn khơng cho xỉ và các loại tạp chất khác lọt
vào khuơn đúc cùng kim loại lỏng. Hệ thống rĩt phải cĩ khối lượng bé, chiếm ít chỗ trong khuơn để cĩ thể tận dụng thể tích của hịm khuơn, vật liệu đúc khác nhau thì cấu tạo hệ thống rĩt khác nhau.
Do vật đúc khơng lớn, dạng sản xuất hàng loạt nhỏ cĩ thể coi là dạng sản xuất đơn chiếc, trong trường hợp này hệ thống rĩt được đặc trưng bằng các rãnh dẫn kim loại lỏng vào khuơn. Vật đúc gang khơng dùng đậu ngĩt.
v Đặc điểm và các thao tác của quá trình làm khuơn bằng tay.
· Đặc điểm.
- Cĩ thể đúc được nhiều loại và dạng chi tiết cĩ hình dạng đơn giản và phức tạp. - Độ chính xác của vật đúc khơng cao.
- Điều kiện lao đơng nặng nhọc. - Địi hỏi cơng nhân tay nghề cao.
· Các thao tác chu yếu của quá trình làm khuơn bằng tay.
- Giã khuơn.
+ Chuẩn bị mẫu để làm khuơn. Lau sạch mẫu, nếu cĩ chỗ sần sùi thì xoa một lớp grafit hoặc dầu hoả để chống dính bám hỗn hợp làm khuơn. Đặt mẫu lên tấm đỡ mẫu đặt hịm khuơn, cần chú ý sao cho mẫu nằm sâu cân đối trong hịm, tránh hiện tượng mẫu nằm quá sát thành hịm, vì như vậy lớp cát sẽ mỏng dễ gây ra rị khuơn khi rĩt kim loại lỏng.
+ Phủ đều lớp cát áo lên mặt mẫu. Chiều dày lớp cát áo thuộc vào cỡ vật mẫu và trạng thái của khuơn khi rĩt. Với vật đúc là giá đỡ ổ trục tương đối lớn, chiều dày tối thiểu của lớp cát áo chọn trong khoảng 40 - 60 (mm) [8 - tr156].
Đầm chặt cát.
Sau khi đủ cát áo, dùng xẻng xúc thêm cát đệm đổ vào hịm khuơn tạo nên một lớp cát dầy khoảng 50 - 70 (mm) rồi mới giã khuơn. Lớp cát này cần đảm bảo vì: Nếu mỏng quá sẽ làm cho chày giã vào mẫu gây hỏng mẫu, lớp cát sẽ bị rồn dẫn đến chỗ chặt, chỗ lỏng. Nếu dày quá giã khơng thấu hết, khuơn bị lỏng.
Yêu cầu chính của việc giã khuơn là làm cho khuơn đúc vừa cĩ đủ độ chặt để vừa đảm bảo bền vừa thống khí, độ chặt phải đều nhau, khơng cĩ chỗ xốp quá chỗ chặt quá. Chỗ xốp quá sẽ bị áp lực kim loại lỏng làm nỗ gây nên sẹo đúc. Nên giã theo trình tự nhất định để đảm bảo độ chặt đều. Khi giã gần mẫu khơng quá
mạnh để bảo vệ mẫu. Lúc đầu dùng chày giã đầu nhọn để đảm bảo độđầm chặt tốt nhất do khi đổ đầy kim loại lỏng vào, càng dưới đáy khuơn áp lực tĩnh của kim loại lỏng càng cao. Lúc sau dùng chày đầu bằng do áp lực tĩnh của cột kim loại giảm xuống nên độ đầm chặt càng giảm dần.
Bảng (3 – 6): Độ đầm chặt khuơn khi làm khuơn bằng tay (Đo ở bề mặt).
Độ đầm chặt đo bằng đồng hồ (khuơn khơ)
Trọng lượng vật đúc (kg)
Chiều cao từ đáy lỗ khuơn đến mặt thống của cốc rĩt (mm)
Nửa khuơn dưới Nửa khuơn trên
25 - 100 Dưới 300 35 - 50 30 - 40
Khi đo độ cứng của khuơn khơ, dùng đồng hồ cĩ gắn dao. Khi đo ấn dao lên mặt khuơn và di chuyển đồng hồ dọc theo mặt khuơn khi dừng sẽ đọc kết quả.
- Tạo hệ thống thốt hơi.
Để tăng độ thơng khí cho hỗn hợp làm khuơn, khi giã khuơn xong phải dùng dùi hơi xiên sâu vào khối cát để tạo hệ thống đường hơi quanh mẫu. Các lỗ hơi được tạo ra ở cả nửa khuơn trên và nửa khuơn dưới. Lỗ hơi được dùi cách mẫu từ 10 đến 25mm. Số lỗ hơi từ 7 đến 10 lỗ trên 1 dm2.Tạo rãnh dẫn kim loại lỏng ở nửa hịm khuơn dưới.
- Lấy mẫu ra khỏi khuơn.
Khi giã xong nửa khuơn dưới và lật lại rồi rắc cát phân cách để cho hai nửa khuơn khơng dính vào nhau. Dùng quạt da thổi sạnh cát trên mặt mẫu. Cho cát áo và cát đệm vào, tiến hành giã khuơn như làm nửa khuơn dưới. Tạo các lỗ thơng hơi trên nửa hịm khuơn trên. Với giá đỡ ổ trục, tạo 10 lỗ thơng hơi. Khi xong nửa hịm khuơn trên thì lấy nửa hịm khuơn trên ra. Dùng bút lơng thấm nước làm ứơt phần