Báo cáo Kỹ thuật chế tạo 1 - Đúc kim loại

trình khô-cát đã được sử dụng trong sản xuất lớn, đúc nặng. Một khuôn cát khô cho hình dạng tốt hơn trong các sản phẩm đúc so với khuôn mẫu cát tươi. Khuôn mẫu da khô. Khuôn mẫu da khô được thực hiện trong cùng một cách như là một khuôn mẫu cát tươi, nhưng sau đó các bề mặt khoang bên trong cần được phun một hỗn hợp của nước từ 10% đến mật mía hoặc lignin sulfite. Các vùng phun sau đó được sấy khô bằng ngọn đuốc, đèn sưởi ấm, hoặc các phương tiện khác để tạo một lớp khoảng 10-15 mm, (0,4-0,6 in.), Để lại một làn da mịn màng cứng. Khuôn không nướng. Trong quá trình khuôn mẫu không có nướng, một loại nhựa tổng hợp dạng lỏng được trộn với cát để tạo thành một khuôn mẫu và cứng ở nhiệt độ phòng. Đây là loại khuôn mẫu thu được kích thước tốt trong ứng dụng sản xuất cao. Vật liệu làm khuôn và lõi Cát: là thành phần chủ yếu SiO2, ngoài ra còn có Al2O3 ,CaCO3 , Fe2O3 . Hình 3.3 Cát làm khuôn Phân loại cát: Theo nơi lấy cát Theo độ hạt Theo thành phần thạch anh (SiCO2) Theo thành phần sét Đất sét: mAl2O3+nSiO2+qH2O, ngoài ra còn có tạp chất CaCO3, Fe2O3, Na2O3 Đặc điểm: Dẻo, dính khi có nước thích hợp, khi sấy độ bền tang nhưng dòn, dễ vỡ không cháy khi rót kim loại. Phân loại: Theo thành phần khoáng Theo khả năng kết dính Theo khả năng bền nhiệt. Chất kết dính: là những chất đưa vào hỗn hợp tăng độ dẻo, tăng độ bền, dính các hạt lại với nhau. Thường dùng dầu thực vật, đường, xi măng, chất phụ tăng độ xốp ( mùn cưa, rơm rạ)... Các chất kết dích thường dùng: Nước đường mật Bột hồ Các chất dính hóa cứng: nhựa thông, xi măng, hắc in, nhựa đường. Nước thủy tinh Chất sơn khuôn: sơn vào bề mặt làm tăng độ bóng bề mặt, bền nhiệt và chịu nhiệt. Yêu cầu của vật liệu làm khuôn và lõi Tính dẻo: là khả năng biến dạng vĩnh cữu của hỗn hợp khi ngừng lực tác dụng. Tính dẻo của hỗn hộp đảm bảo dễ làm khuôn, thao và cho ta nhận được lòng khuôn, thao rõ ràng. Tính dẻo của hỗn hợp tăng khi lượng nước trong hỗn hợp tăng đến 8% , chất kết dính tăng, các hạt nhỏ. Độ bền: là khả năng của hỗn hợp khi chịu lực tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy. Khuôn, thao cần đảm bảo độ bền để không bẻ khi vận chuyển, lắp ráp khuôn, thao và rót kim loại lỏng vào khuôn. Khuôn tươi có sức bền nén <= (6-8) N/cm2 Khuôn khô có sức bên nén <= (8-30) N/cm2 Khi nhiệt độ tăng đên 900oC thì sức bền nén tăng đến 2-3 lần Để đánh giá độ bền nén ta dùng giới hạn bền nén, được tính theo công thức sau: δ=PE(N/cm2) Với P là lực nén; F là diện tích mặt ngang mẫu thử. Tính lún: là khả năng giảm thể tích của hỗn hợp khi chịu lực tác dụng của ngoại lực. Tính lún làm giảm sự cản trở của khuôn, thao khi vật đúc co ngót trong quá trình kết tinh và nguội để tránh nứt, rỗ và cong vênh của vật đúc. Tính thông khí: là khả năng thoát khí từ trong lòng khuôn và trong hỗn hợp ra ngoài để tránh rỗ khí vật đúc. Để đánh giá tính thông khí của hỗn hợp làm khuôn, người ta dùng độ thông khí K: K=Q.L100.P.F.t Trong đó, Q: lượng thông khí thổi qua mẫu (cm3) L: chiều cao mẫu (cm) F: diện tích ngang của mẫu (cm2) P: áp suất của khí trước khi đi qua mẫu (N/cm2) T: thời gian không khí thoát qua mẫu (min) Tính bền nhiệt: là khả năng giữ được độ bền ở nhiệt độ cao của hỗn hợp làm khuôn. Tính bền nhiệt đảm bảo cho thành khuôn và thao khi tiếp xúc với kim loại lỏng ở nhiệt độ cao không bị chảy. Độ ẩm: là lượng nước chứa trong hỗn hợp tính bằng %. Các Phương Pháp Chế Tạo Khuôn Và Lõi Trong sản xuất đúc, khuôn đúc đóng vai trò quan trọng, là một trong những yếu tố đóng vai trò quan trọng quyết định chất lượng vật đúc. Thường có tới 50%-60% phế phẩm là do khuôn đúc gây ra. Vi vậy phải tuân thủ quy trình công nghệ làm khuôn chặt chẽ. Khuôn đúc có 3 loại: Khuôn dùng 1 lần, khuôn bán vĩnh cữu làm bằng vật liệu chịu nóng đưa sấy ở nhiệt độ 600-7000C,khuôn vĩnh cữu; làm khuôn đúc bằng cát chỉ dùng khuôn 1 lần. CHẾ TẠO KHUÔN Hình 3.4 Các bộ phận của khuôn đúc a. Chi tiết; b. Mẫu dúc; c. Hộp lõi; d. Khuôn đúc; e. Vật đúc và hệ thống rót 1. Tai mẫu; 2. Lõi; 3. Chốt định vị; 4. Hòm khuôn; 5. Hệ thóng rót; 6. Vật đúc; 7. Lòng khuôn; 8. Đậu ngót và đâu hơi; 9. Hỗn hợp làm khuôn; 10. Xiên hơi; 11. Lỗ thoát khí lõi; 12. Mặt phân khuôn. Các phương pháp làm khuôn bằng tay: Làm khuôn bằng tay có đặc điểm: độ chính xác của khuôn không cao, năng suất thấp, yêu cầu tay nghề thợ cao, điều kiện làm việc nặng nhọc nhưng có thể đúc được những vật đúc phức tạp có kích thước và khối lượng tùy ý. Do đó làm khuôn bằng tay thích ứng với sản xuất đơn chiếc và hàng lọt nhỏ. Làm khuôn trong 2 hòm khuôn với mẫu nguyên: Trình tự thao tác làm như sau: Làm nửa khuôn dưới: đầu tiên đặt mẫu lên tấm mẫu, đặt hòm khuôn lên tấm mẫu, đổ cát áo xung quanh mẫu, đổ cát đệm, dầm chặt lần thứ nhất, đổ tiếp cát đệm rồi dầm chặt, là phẳng, xăm khí (a). Làm nửa khuôn trên: quay nửa khuôn dươi 1800, lấy tấm mẫu, đặt hồm khuôn trên lên, bắt chốt định vị, đặt mẫu đậu hơi, mẫu ống rót, mẫu rãnh lọc xĩ, đổ cát áo xung quanh mẫu và tiến hành làm khuôn như nửa khuôn dưới (b), (c). Tháo lắp khuôn: tháo chốt định vị, tháo nửa khuôn trên ra, rút bộ mẫu, khoét rãnh dẫn và cốc rót, sửa chữa các nơi bị hỏng , quét sơn lên mặt phân khuôn, lắp ráp khuôn lại, bắt chặt cơ cấu kẹp chặt (d) Làm khuôn trên nền xưởng Làm khuôn trên nền xưởng là dùng ngay nền xưởng tạo khuôn dưới. Phương pháp này thích ứng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, vật đúc trung bình và lớn không yêu cầu bề mặt nhẵn đẹp, kích thước không cần chính xác. Các phương pháp làm khuôn bằng máy: Làm khuôn bằng máy tức là cơ khí hóa hoàn toàn quá trình làm khuôn hoặc một số nguyên công cơ bản như dầm chặt và rút mẫu. Làm khuôn, ruột bằng máy nhận được chất lượng tốt, năng suất cao song vốn đầu tư cao nên chỉ dùng trong sản xuất hàng lọt hay hàng khối. Dầm chặt khuôn đúc Dầm chặt khuôn đúc bằng cách ép: Có nhiều kiểu dầm chặt hỗn hợp làm khuôn đúc bằng cách ép: ép trên xuống, ép dưới lên, ép cả 2 phía. Máy ép làm khuôn có năng suất cao, không ồn nhưng độ dầm chặt thay đổi mạnh theo chiều cao. Khi ép trên độ dầm chặt mặt dưới khuôn thấp nên chịu áp lực kim loại lỏng kém. Máy ép chỉ thích hợp với hòm khuôn thấp. Hình 3.5 Máy ép làm khuôn đúc a. ép trên xuống; b. ép dưới lên Dầm chặt khuôn đúc trên máy dằn: Mẫu 2 và hòm khuôn chính 3 lắp trên bàn máy 1, hòm khuôn phụ 4 bắt chặt với hòm khuôn 3. Sau khi đổ hỗn hợp vào khuôn, ta mở cho khí ép theo rãnh 5 vào xi lanh 6 để đẩy pistion 7 cùng bàn máy đi lên. Đến độ cao khoảng 30-80 mm thì lỗ khí vào 5 bị đóng lại và hở lỗ khí 8, nên khí ép trong xi lanh thoát ra ngoài, áp suất trong xilanh giảm đột ngột, bàn máy bị rơi xuống và đập vào xy lanh. Khi piston rơi xuống thì lỗ khí vào 5 lại hở ra và quá trình dằn lặp lại. Hình 3.6 Dầm chặt khuôn đúc trên máy vừa dần vừa ép Mẫu 2, hòm 3,4 lắp chặt trên bàn máy 1. Đổ đẩy hỗ hợp làm khuôn. Khí ép theo rãnh 8 vào xi-lanh 9 và đẩy piston 7 cùng bàn máy đi lên, khi lỗ 6 hở ra khí ép thoát ra ngoài, bàn máy lại rơi xuống thực hiện quá trình dằn. Sau khi dằn xong quay chày ép 5 về vị trí trên hòm khuôn, đóng cửa vào rãnh 8, mở rãnh 10, khí ép sẽ nâng piston 11 cùng pistion 7 và bàn máy thực hiện quá trình ép. Độ dầm chặt hỗn hợp làm khuôn phương pháp này tương đối đều.. trong thực tế khi làm khuồn thấp dùng máy ép, làm khuôn cao dùng máy dằn hoặc máy vừa dằn vừa ép. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LÕI Lõi có thế được chế tạo bằng tay hoặc bằng máy. Trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ chủ yếu làm lõi bằng tay, trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối thì làm lõi bằng máy. Chế tạo lõi bằng tay Có thể chế tạo được lõi phức tạp, chi phí chế tạo hộp lõi thấp nhưng năng suất không cao, chất lượng lõi thấp phụ thuộc vào tay nghề của công nhân. Các phương pháp làm khuôn bằng tay phổ biến là: Làm lõi trong hộp lõi nguyên Phương pháp này áp dụng với các lõi đơn giản có thể lấy ra theo một phương. Hình 3.7 Làm lõi trong hộp lõi nguyên Làm lõi bằng hộp lõi bổ đôi Đây là phương pháp được dùng nhiều nhất. Hộp lõi gồm 2 nửa (1) và (2) ghép lại với nhau bằng chốt định vị (3), sau khi kẹp chặt hai nửa hộp lõi tiến hành cho hỗn hợp vào và dầm chặt. Sau đó đặt hộp ruột nằm ngang rồi lần lượt lấy các nửa hộp ruột ra. Làm lõi bằng hộp lõi lắp ghép Hộp lõi gòm các mảnh (1), (2), (3), ghép lại với nhau nhờ các mặt tỳ hoặc chốt định vị và cố định nhờ vỏ hộp (4). Sau khi làm lõi xong dùng tấm sấy đỡ hộp lõi và lật 1800 , lấy vỏ hộp ra sau đó lấy các mảnh ghép theo phương thích hợp. Hình 3.8 Làm lõi bằng hộp lõi ghép Ngoài các phương pháp trên người ta còn dùng dưỡng để làm lõi khi lõi có dạng tròn xoay hoặc tiết diện không đổi theo trục và kích thước lớn để tiết kiệm chi phí chế tạo lõi. Chế tạo lõi bằng máy Làm lõi bằng máy có năng suất cao, chất lượng ổn định nhưng chi phí chuẩn bị hộp lõi và vốn đầu tư thiết bị cao. Làm lõi bằng máy có thể tiến hành trên các máy làm khuôn như máy ép , máy dằn hoặc trên các máy chuyên dùng như máy nhồi, máy phun cát, máy bắn cát. RÓT KIM LOẠI LỎNG VÀO KHUÔN Vị trí của khuôn khi rót Khi rót thông thường đặt khuôn nằm ngang đơn giản và sử dụng nhiều nhất. Vật đúc quan trọng, thành mỏng và có nhiều phân phức tạp nên cho nằm nghiêng để tăng sự điền đầy, dễ thoát khí, xĩ dễ nổi. Sơ mi, xi-lanh, piston khi đặt đứng để cho thành vật đúc được chắc, không bị rỗ khí. Thùng rót Thùng rót có vỏ ngoài bằng thép dày 6-8 mm, trong là 1 lớp gạch chịu lửa dày 20 mm có hình trụ, hình côn. Thùng rót có nhiều cỡ: Thùng rót bằng tay một người khiêng chứa được 10-20 kg; thùng rót 2,3, 4 người khiêng chứa được 40-100 kg. Thùng rót bằng cần trục chứa được 1-1,5 tấn. Thường rót ở miệng nếu thùng rót nhỏ ( Phải có thanh lọc để lọc xĩ ). Nếu thùng rót lớn thì rót ở đáy. Trước khi rót thường được sấy nóng 300-4000C để khử độ âm và kim loại ít bị mất nhiệt. Hình 3.9 Cốc rót Nhiệt độ rót Nếu nhiệt độ rót quá lớn thì sẽ cháy cát, tăng thể tích rỗ co, tăng ứng suất nhiệt và co nên dễ sinh ra nứt nóng và nứt nguội, thiên tích nhiều. Giữ kín kim loại lỏng ở thùng rót 1 thời gian để hạ bớt nhiệt độ, làm thoát khí và dễ nổi xĩ trước khi rót kim loại lỏng vào khuôn. Nếu nhiệt độ rót thấp thì sẽ thiếu hụt, dính khớp, do đó nhiệt độ rót được quy định như sau: Đối với gang: Nhiệt độ rót cho vật đúc lớn không quan trọng: 1220- 12600C Nhiệt độ rót cho vật đúc trung bình : 1280-13200C Nhiệt độ rót cho vật đúc thành mỏng: 1320-13600C Nhiệt độ gang ra lò lớn hon nhiệt độ rót 500C Đối với thép: Tùy thuộc vào nhiệt độ chảy của mỗi loại mà quy định nhiệt độ rót. Thường nhiệt độ thép ở trong lò lớn hơn nhiệt độ chảy 1000C. Nhiệt độ thép ra lò khoảng 15500C-16000C, nhiệt độ rót khoảng 15000C. Hình 3.20 Rót kim loại vào khuôn cát LÀM SẠCH VẬT ĐÚC Vật đúc sau khi được đúc xong sẽ được đem đi làm nguội, làm sạch phần cát bẩn dính trên vật đúc. Các phần dư thừa sẽ được đem đi g công cho bề mặt bóng lại bằng các phương pháp tiện hoặc phay. CÁC DẠNG HƯ HỎNG Các Dạng Hư Hỏng Lõm co hình thành do kim loại co thể tích, vì vậy lõm co bao giờ cũng nằm ở phía trên vật đúc. Để tránh lõm co trong khuôn đúc phải thiết kế đậu ngót bổ sung. Rỗ co cũng hình thành do kim loại co thể tích khi kết tinh, nhưng chúng phân phối ở phía trong vật đúc tạo ra các lỗ hỏng to nhỏ khác nhau với bề mặt nham nhở. Trong vật đúc rỗ co thường xuất hiện ở vùng có thể tích kim loại lớn, bởi vì tốc độ nguội ở vùng này nhỏ hơn xung quanh, nên khi kim loại co không được bổ sung thêm. Nếu lỗ hổng rất nhỏ và tập trung gọi là xốp co. Rỗ co làm giảm tiết diện chịu lực của vật đúc, làm tăng ứng suất tập trung và làm giảm độ dẻo. Để hạn chế rỗ co, điều cần thiết là thiết kế cấu trúc đúc hợp lý để quá trình kết tinh luôn hướng đến chân đậu ngót hoặc hệ thống rót. Rỗ khí Một lượng khí hoặc đã hòa tan vào kim loại lỏng khi nấu, hoặc theo dòng chảy chảy vào lòng khuôn, hoặc do các phản ứng sinh khi khi kim loại lỏng tiếp xúc tác dụng lên vật khuôn, trong quá trình kim loại vật đúc kết tinh không thoát ra được và tạo ra những bọt khí khi cân bằng dạng cầu lưu lại trong vật đúc. Bề mặt lỗ hổng rỗ khí nhẵn và bị oxy hóa. Chúng phân bố bất kì trong vật đúc. Cũng như rỗ co, rỗ khí làm giảm tiết diện chịu lực, giảm cơ tính. Thiên tích Kim loại vật đúc do kết tinh qua các giai đoạn khác nhau, hướng từ dưới lên và từ ngoài vào trong nên dễ tạo ra sự không đồng đều về thành phần hóa học, dẫn đến không đều về tổ chức cơ tính và khả năng chịu lực. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ĐẶC BIỆT ĐÚC TRONG KHUÔN MẪU CHẢY Giới thiệu phương pháp Đúc trong khuôn mẫu chảy là một phương pháp đúc đặc biệt, trong đó mẫu được làm chảy lỏng ra và thoát khỏi khuôn. Mẫu thoát ra khỏi khuôn và để lại một hốc khuôn có hình dáng tương tự hình dáng vật đúc. Kim loại lỏng được rót vào khuôn, khi kim loại đông đặc lại thì vật đúc được hình thành. Sự khác nhau cơ bản giữa đúc trong khuôn mẫu chảy vỏ mỏng và đúc trong khuôn mẫu chảy thạch cao là: trong phương pháp cũ, trước khi khử mẫu chảy, nó phải được ngâm hoàn toàn trong vật liệu chịu nhiệt. Ngược lại đúc trong khuôn mẫu chảy thạch cao, vỏ được tạo thành xung quanh hệ thống rót thành cây thông qua việc ngâm lại mẫu vào hỗn hợp chịu lửa (những vật liệu chịu nhiệt như là đá zircon với chất kết dính). Sau khi đạt được yêu cầu của độ dày mặt cắt ngang, hệ thống rót thành cây sẽ bị tiêu hủy. Vỏ thu được sẽ được ngâm lại lần nữa trong hợp chất chịu nhiệt và kim loại lỏng sẽ được đổ vào. Quy trình đúc trong khuôn mẫu chảy Quy trình đúc trong khuôn mẫu chảy được biểu diễn trong hình 4.1 Hình 4.1 Quy trình đúc trong khuôn mẫu chảy Các bước : Chế tạo mẫu sáp. lắp ráp các mẫu sáp tạo thành cây mẫu. Phủ lên mẫu sáp lớp vật liệu chịu nhiệt. Sấy khô vỏ thành mỏng. Khử sáp trên khuôn thô bằng nhiệt và nung nóng vỏ. Đổ kim loại nóng chảy vào khuôn. Sau khi kim loại lỏng đông đặc, vỏ mỏng được loại bỏ. Gia công vật đúc sau khi hoàn thành Kiểm tra cơ tính vật đúc. Trong phương pháp này, mẫu chảy đầu tiên sẽ được ngâm vào vữa chịu nhiệt để tạo lớp phủ đầu tiên. Sau đó, mẫu sẽ được rút ra từ hỗn hợp chịu nhiệt, và sẽ được xử lý để loại bỏ chất chịu lửa thừa để tạo thành lớp phủ đồng nhất. Lớp phủ còn ướt sẽ được trát vữa lần nữa thông qua việc tưới vữa lên nó hoặc là ngâm nó vào lượng nhỏ ở tầng sôi. Lớp vỏ sứ được tạo ra bằng cách ngâm lần lượt hoặc trát vôi. Công đoạn này được lặp lại nhiều lần cho đến khi vỏ đạt được độ dày mong muốn. Sau khi hoàn thành, hệ thống hoàn chỉnh sẽ được đặt vào lò hấp hoặc lò lửa cháy tại nhiệt độ cao. Để khử hết vật liệu chảy còn lại, vỏ mỏng sẽ được nung nóng đến khoảng 982oC giúp tăng độ cứng vững của vỏ. Khuôn mẫu sẽ được lưu trữ để sử dụng cho lần sau, trong khi đó chúng sẽ được làm nóng để loại bỏ độ ẩm, sau đó, kim loại lỏng có thể được đổ vào. Chế tạo mẫu Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo mẫu: Nhiệt độ nóng chảy không quá cao (60-1000C) Nhiệt độ hóa mềm đủ cao (>35-400C) để mẫu không bị biến dạng dẫn đến làm mất độ chính xác của vật đúc. Độ chảy loãng tốt, dễ điền đầy hốc khuôn và chảy khỏi khuôn khi nung. Thấm ướt huyền phù tốt để dễ tạo khuôn đúc và cho chất lượng bề mặt vật đúc tốt. Các phương pháp chế tạo mẫu: Rót tự do: Chủ y