Đề tài Đúc mẫu chảy (investment casting; lost wax mold)

sáng, cấu trúc vô định hình. - độ dẻo & độ bền nhiệt cao hơn parafin, stearin. - Độ co lớn; độ bền & độ cứng tương đối thấp. Etyl xenluloza: - Bột màu trắng, vàng trắng, cấu trúc tinh thể mịn. - Nhiệt độ nóng chảy cao (160-1800C); bền cơ & bền nhiệt cao. - Độ co lớn. Các chất tạo mẫu trên thường không được sử dụng riêng biệt mà dưới dạng hỗn hợp. Hỗn hợp parafin-stearin (PS): - Thường dùng PS 50-50 và PS 30-70. Hỗn hợp parafin-stearin-etyl xenluloza (PSE) & parafin-serezin-etyl xenluloza (PCE): - Chứa 5-15% etyl xenluloza. - Nhiệt độ biến mềm cao, độ bền cao, độ co thấp. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy thường dùng chế tạo mẫu nhỏ có độ phức tạp trung bình. Loại vật liệu này chỉ cần thả vào nước là chúng tự hòa tan. Thành phần cơ bản là cacbamit (ure kỹ thuật) với khoảng 1 – 2% axitboric. Vật liệu này không bị co, không biến mền, độ chính xác của mẫu khá cao nhưng dể hút ẩm và khó hàn để tạo thành chùm mẫu. Vật liệu tạo mẫu khó chảy: Thường dùng chế tạo các vật đúc thành mỏng, kích thước tương đối lớn. Cũng được sử dụng dưới dạng hỗn hợp. Kanifol: - Được điều chế từ nhựa các loại cây lá kim (thông, tùng, bách …) - Màu vàng sáng đến nâu sẫm; dòn. Polystirol: - Không màu, vô định hình. - Bền cơ, bền nhiệt, nhiệt độ nóng chảy cao. - Dòn, độ sệt cao ở trạng thái nóng chảy. HH kanifol-polystirol-serezin 50-30-20. HH kanifol-serezin. Mẫu được làm việc trên cơ sở tổ hợp của các loại nhựa cây như tùng, bách, thông… thành phần chủ yếu của các loại nhựa này polystyrol, xererin. Ngoài ra người ta còn chế tạo mẫu bằng các loại nhựa ở dang bột, mẫu được chế tạo theo phương pháp mẫu nhanh. Ưu điểm: Vật liệu này có nhiệt độ nóng chảy khá cao khoảng 180 – 2000C, thấm ướt huyền phù tốt, bề mặt nhẵn đẹp. Nhược điểm: Chế tạo khá phức tạp, độ chảy loãng thấp, khó đúc mẫu. Các phương pháp chế tạo mẫu: Rót tự do: - Chủ yếu dùng chế tạo mẫu rỗng. - Độ co lớn, khả năng điền đầy kém. Rót dưới áp lực: - Dưới áp lực của piston hoặc khí nén. - Kích thước mẫu chính xác. - Chế tạo mẫu từ những HH có độ chảy loãng thấp. Ép dưới dạng nhão: - Cần lực ép lớn - Mẫu co rất ít - Sử dụng phổ biến nhất Các phương pháp ghép mẫu: Sau khi đã chế tạo mẫu từ khuôn, mẫu được làm nguội (thường trong nước), sửa chữa, ghép thành chùm (tree). Hàn Hàn Dán: dùng các loại keo đặc biệt để dán Khuôn để chế tạo mẫu: Thường làm bằng kim loại và được gia công chính xác. Hợp kim nhôm: dễ gia công; nhẹ. Thép: tuổi thọ cao hơn; khó gia công; nặng. Nhựa epoxy. Cao su lưu hóa. Thạch cao. 2. Vật liệu chế tạo khuôn gốm: 2.1. Vật liệu chịu lửa: Vật liệu chịu lửa cho khuôn gốm gồm 2 loại: - Vật liệu chịu lửa dạng bột (kích thước hạt < 0,05mm) để chế tạo hỗn hợp huyền phù. - Cát phủ (>0,074mm) để tạo vỏ. Các loại vật liệu chịu lửa: Thạch anh. Corindon điện phân (Al2O3). Silicat zircon (ZrSiO4). Dioxit titan (TiO2). Manhezit. Chuẩn bị vật liệu chịu lửa: Nghiền. Sấy ở 150 – 2000C để khử ẩm. Sàng bột chịu lửa và cát phủ để có độ hạt thích hợp. 2.2. Chất dính: Thường dùng etylsilicat hoặc thủy tinh lỏng (nước thủy tinh). Etyl silicat: là chất hữu cơ khá đắt tiền và được dùng khá phổ biến trong đúc mẫu chảy và đúc trong khuôn gốm theo công nghệ Shaw. Về cấu tạo, etylsilicat bao gồm nhóm etyl ( C2H5O )n và nhóm silicat, có công thức chung là (C2H5O)2n+2SinOn-1. Ví dụ như: Monoete: (C2H5O)4Si ; điete: (C2H5O)6Si2O ; triete: (C2H5O)8Si3O2 ... Khi gặp nước, etylsilicat bị thủy phân, tức là mỗi nhóm etyl sẽ bị thay thế bằng một nhóm hydroxyl OH-. Quá trình thủy phân phụ thuộc vào lượng nước có trong dung dịch, tức là phụ thuộc vào tỷ lệ etylsilcat/ nước mà sản phẩm thủy phân cuối cùng có thể là axit silisic Si(OH)4 hoặc các polyete. Khi thủy phân hoàn toàn, sản phẩm tạo thành là axit silisic Si(OH)4. Các phân tử này sẽ trùng hợp lại với nhau tạo thành một mạng trong không gian. Khi thủy phân không hoàn toàn tạo thành các polyete, các polyete cũng trùng hợp, rồi lại tiếp tục thủy phân rồi lại tiếp tục trùng hợp… Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi các phần tử cũng tạo được mạng lưới không gian như trên. Như vậy, điều kiện tiên quyết để etylsilicat thủy phân đến mức độ nào, thủy phân hoàn toàn hay thủy phân một phần, hoàn toàn phụ thuộc vào lượng nước cho vào dung dịch khi thủy phân. Tuy nhiên, chất lượng lớp vỏ khuôn tạo ra từ huyền phù do quá trình thủy phân này cũng sẽ thay đổi tùy thuộc vào hàm lượng nước đó. Lượng nước cho vào để thủy phân có thể tính theo công thức: Trong đó: a: là hàm lượng nhóm etyl trong etylsilicat thủy phân(%) m: là khối lượng của etylsilicat (kg) M: là hệ số thực nghiệm lấy tùy thuộc vào lượng nhóm etyl trong etylsilicat, dạng dung dịch thủy phân và phương pháp sấy vỏ mỏng (bảng 1) Bảng1: Giá trị hệ số M trong công thức tính lượng nước thủy phân. Phương pháp sấy Giá trị M khi khối lượng nhóm etyl trong etylsilicat 69 – 65% trên 65% Hơi amoniac ẩm có không khí 0,2 – 0,3 0,3 – 0,4 Trong buồng sấy có ít amoniac 0,4 – 0,5 0,5 – 0,6 Trong không khí lưu thông không có amoniac 0,5 – 0,6 0,6 – 0,7 Trong lò kín không có amoniac 0,7 – 0,8 0,8 – 1,0 Thủy tinh lỏng: Thủy tinh lỏng là vật liệu nhóm silicat, tan trong nước và khả năng tham gia chuyển biến sol-gel-rắn để làm chất dính trong mẫu chảy. Công thức của thủy tinh lỏng là: Na2O.mSiO2.nH2O. Sử dụng thủy tinh lỏng trong mẫu chảy cần phải lưu ý đến các thông số sau đây: Modun M: modun thủy tinh lỏng là tỉ số giữa SiO2và số model Na2O. Modun của thủy tinh lỏng có thể thay đổi nhờ các chất có tham gia phản ứng với các phân tử trong thành phần. Muốn giảm modun cho NaOH vào thủy tinh lỏng: Na2O.mSiO2.nH2O + n. NaOH = (1+n/2) Na2O.mSiO2 + ½. H2O Muốn tăng modun thì cho thêm NH4Cl: Na2O.mSiO2.nH2O + NH4Cl = mSiO2 + 2.NaCl + NH3 + H2O Tỷ trọng của thủy tinh lỏng: Tỷ trọng của dung dịch phụ thuộc vào modun và lượng nước có trong thành phần nhưng về cơ bản, thay đổi tỷ trọng bằng cách pha thêm nước. Độ nhớt: Khi modun cáng cao, thủy tinh lỏng càng sệt, độ nhớt càng cao. Khi dùng thủy tinh lỏng trong đúc mẫu chảy, cần phối hợp cả ba tính chất trên để đảm bảo huyền phù dính mẫu tốt, độ bền lớp vỏ cao, không nứt; bề mặt khuôn và bề mặt đúc nhẵn đẹp. Trong các chỉ tiêu trên, modun là thông số quan trọng nhất. Tốt hơn cả là dùng thủy tinh lỏng có tỷ trọng 1,5 – 1,55g/cm2; 32 – 34% SiO2 + 11 – 13% Na2O và khoảng 55 – 57% H2O. 3. Phương pháp chế tạo khuôn gốm: 3.1. Chuẩn bị và chế tạo huyền phù: Chuẩn bị huyền phù: - Cho chất dính vào thiết bị khuấy; khuấy. - Cho dần bột chịu lửa vào. Thiết bị khuấy: cánh khuấy đứng yên, thùng quay. Chế tạo huyền phù: Huyền phù trên cơ sở etylsilicat: Có hai phương pháp thủy phân: thủy phân riêng biệt và thủy phân kết hợp. Thủy phân riêng biệt: nội dung của phương pháp này là thủy phân trước khuấy trộn sau. Sau khi kết thúc quá trình thủy phân, có thể là thủy phân hoàn toàn hoặc thủy phân một phần, cho vật liệu dạng bụi vào dung dịch thủy phân và khuấy đều. thông thường huyền phù có chứa 40 – 45% etylsilicat thủy phân và 55 – 60% bụi thạch anh. Thủy phân kết hợp: cho bụi thạch anh cùng etylsilicat vào thùng và khuấy đều. Cho thêm lượng nước vào theo tính toán. Quá trình thủy phân xảy ra trên bề mặt các hạt cát do vậy tốc độ thủy phân nhanh hơn. Độ bền vỏ chế tạo theo phương pháp thủy phân kết hợp bền hơn rất nhiều, gấp hai đến ba lần so với thủy phân riêng biệt nhưng hỗn hợp lại có tuổi bền ngắn hơn. Huyền phù trên cơ sở thủy tinh lỏng: Dùng khoảng 50% thủy tinh lỏng có thành phần đã nêu trên với 50% thành phần bụi thạch anh khuấy đều để chế tạo huyền phù. Tuy nhiên, ít khi sử dụng huyền phù trên cơ sở thủy tinh lỏng làm cho bề mặt vật đúc có bề mặt xấu. Người ta hay kết hợp hai loại huyền phù: hai lớp đầu dùng vật liệu etylsilicat, các lớp còn lại dùng huyền phù thủy tinh lỏng. Cần lưu ý rằng độ co của huyền phù thủy tinh lỏng lớn hơn rất nhiều so với huyền phù etylsilicat nên chỉ áp dụng huyền phù kết hợp cho những vật đúc nhỏ, đơn giản. 3.2. Rửa chùm mẫu: Sau khi ghép thành chùm, bề mặt mẫu bị bẩn (dầu mỡ của khuôn ép mẫu sáp; bị bẩn do thao tác gọt sửa , gắn chùm mẫu …) ® phải rửa. Rửa chùm mẫu vào dung dịch tẩy rửa (có thêm chất phụ gia để giảm sức căng pha giữa mẫu và huyền phù). 3.3. Tạo khuôn vỏ: Nhúng chùm mẫu vào thùng huyền phù (đang quay) để mẫu được bao một lớp vừa đủ. Có thể phủ huyền phù lên mặt mẫu bằng cách: Nhúng trực tiếp chùm mẫu vào bể chứa huyền phù, khi nhúng cần nhấc lên nhấc xuống vài lần hoặc xoay đi xoay lai quanh trục rót vài lần đề huyền phù dính bám hoàn toàn trên bề mặt vật mẫu. Tưới huyền phù lên khắp vật mẫu. Dùng súng phun huyền phù lên vật mẫu. Phủ một lớp cát mịn lên chùm mẫu (đã nhúng huyền phù). Hong khô tự nhiên hoặc cưỡng bức lớp vỏ rắn. Treo vật mẫu ngoài không khí hoặc trong luồng gió có ammoniac để lớp vỏ đông cứng. Thời gian sấy trong môi trường có ammoniac khoảng 15 – 20 phút, trong không khí thì lâu hơn khoảng giờ hoặc lậu hơn. Lại nhúng mẫu vào huyền phù rồi lặp đi lặp lại khoảng 4 đến 8 lần theo nguyên tắc, càng về sau hạt cát rắc càng lớn. Việc tạo vỏ cứng dừng lại khi đã tạo được lớp vỏ dày chừng 5 – 10mm tùy thuộc vào kích thước của vật đúc. 3.4. Tách sáp khỏi khuôn: Quá trình tách sáp được thực hiện bằng hơi nước quá nhiệt trong các buồng tách sáp. 3.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ: Sau khi tách sáp, khuôn được nung tới 900-11000C nhằm mục đích: - Làm các chất tạo mẫu còn lại cháy hết. - Làm nước và các chất sinh khí trong khuôn bay hơi. - Thiêu kết các phần tử chất dính với vật liệu chịu lửa ® “gốm”. - Tạo các khe nứt tế vi trong vỏ khuôn để làm tăng độ thông khí của khuôn. Quá trình thiêu kết thường được thực hiện trong các lò buồng đốt bằng ngọn lửa. Để tăng độ bền cho khuôn trong khi rót, có thể chèn khuôn trong hòm bằng vật liệu cát không kết dính. Tuy nhiên, khi dùng lớp đệm thì thời gian nung khuôn phải tăng lên nhiều kéo dài khoảng 9 – 12 giờ do cát rời có độ dẫn nhiệt kém. Tốc độ nung phải đảm bảo hợp lý để không hình thành ứng suất và nứt khuôn. 4. Rót khuôn: Rót khuôn ngạy khi lấy khuôn ra khỏi lò nung có nhiệt độ cao. Do đặc điểm của đúc mẫu chảy là chi tiết nhỏ, thành mỏng nên kim loại lỏng phải được nâng nhiệt cao, gạt xỉ triệt để. Gầu rót được dắp nện và sấy tốt để chống tạo xỉ và tạo hơi trong quá trình rót. 5. Làm sạch và hoàn tất vật đúc: - Bắn bi. - Cắt tách hệ thống rót. - Phun cát. - Sửa chữa các khuyết tật. - Nhiệt luyện. Sau khi dở khuôn và đập bỏ hệ thống rót, làm sạch vật đúc bằng tang quay hoặc phun bi.Nếu chi tiết phải nhiệt luyện thì cần tạo sạch lớp vỏ oxit dính bám trên bề mặt. Làm sạch các loại vật liệu dính bám trên bề mặt bằng cách nhúng toàn bộ chi tiết vào kiềm hoặc kim loại kiềm nóng chảy. Thông thường dung dịch kiềm là 50% KOH ở trạng thái sôi. Khi đó sẽ có phản ứng của hạt cát SiO2 với kiềm nóng tạo thành hợp chất K2SiO3 tách khỏi bề mặt vật đúc. Ta được được chi tiết có bề mặt sạch: SiO2 + 2.KOH = K2SiO3 + H2O Các nguyên tắc cơ bản khi đúc một vật bằng đúc mẫu chảy: Dưới đây sẽ nói kĩ hơn về đặc điểm kỹ thuật của từng bước. Khuôn ép: Thường bằng kim loại và được gia công rất chính xác bằng thép thì bền lâu, bằng hợp kim nhôm hoặc hợp kim dễ gia công hơn; có thể dùng nhựa êpoxi, cao su hóa để làm khuôn ép. Khi không yêu cầu chính xác cao, với sản lượng ít còn có thể dùng khuôn thạch cao. Về sản xuất mẫu, thường dung nhất là mẫu bằng hỗn hợp sáp trong đó có sáp thiên nhiên pha lẫn với sáp tổng hợp, đảm bảo sao cho nhiệt độ chảy thấp (khoảng 55 – 900C), mẫu bền, co giản ít, ổn định kích thước, nhiệt độ biến mềm giữ mẫu ở nhiệt độ thấp để ổn định kích thước trước lúc dùng. Chế tạo mẫu bằng cách dùng bơm rót ép sáp ở trạng thái sệt vào khuôn ép. Ngày nay người ta chú ý nhiều đến việc chế tạo thiết bị phun ép sáp có kiểm tra tự động nhiệt độ sáp, áp lực và tốc độ phun ép sáp (tới 28 daN/cm2). Vật liệu làm mẫu cũng được nghiên cứu nhiều, ngoài sáp người ta dùng nhựa, ví dụ nhựa xốp polytryron vừa nhẹ, rẻ, dãn nở nhiệt nhỏ hơn sáp nhiều nên kích thước ít biến đổi theo nhiệt độ. Tạo khuôn khối: Rót hỗn hợp cát lỏng vào hộp bao quanh chùm sáp mẫu, rung hoặc hút chân không cho bọt khí thoát ra rồi chờ cho hỗn hợp đóng rắn, khoảng 12 – 24 giờ sau mới tách mẫu ra và được khuôn khối (thường dùng đúc hợp kim màu). Tạo khuôn vỏ: Nhúng chùm mẫu vào hỗn hợp cát lỏng để mẫu được bao một lớp mỏng vừa đủ, rắc cát khô lên, dung hóa chất NH3 hoặc hong gió nóng cho lớp vỏ chịu nóng khô, sau đó lại nhúng tạo lớp mới (nói chung từ 3 – 15 lớp). Động tác này gọi là áo vỏ. Cách tạo khuôn rẻ, thời gian khô cứng ngắn hơn (tổng cộng chỉ 20 – 150 phút). Về kỹ thuật tạo khuôn quan trọng nhất là chất dính trong hỗn hợp chịu nóng. Thường dùng nhiều nhất và cũng tạo ra khuôn có chất lượng cao là etyl silicat. Chất này ở dạng lỏng chỉ trở nên dính khi tác dụng với nước và tạo ra chất keo axit silisic (gọi là gel) theo phản ứng: Si(OC2H5)4 + 4H2O → 4C2H5OH + Si(OH)4 Tatraetyl silicat Rượu etylic Axit silisic Phản ứng chỉ xảy ra khi dư H2O, có rượu hoặc axeton đề dung hòa etyl silicat, có HCl làm chất xúc tác. Dung dịch etyl silicat đã thủy phân này trộn với bột cát SiO2 với tỷ lệ 1 dung dịch/ 2 bột cát sẽ được dùng để áo vỏ và chỉ cần 20 phút đến một giờ sẽ khô cứng. Nếu dùng thêm NH4OH sẽ đóng rắn nhanh hơn. Khi sấy, nước và rượu bốc hơi nên khuôn vỏ chỉ gồm màng silicat bao quanh những hạt cát, độ chịu nóng của vỏ sẽ rất cao. Ở nước ta etyl silicat đắt nên dùng thủy tinh lỏng sẽ dễ kiếm hơn. Thủy tinh lỏng phải chọn loại có modul cao hoặc phải dùng NH4 chất lượng để xử lý tăng modul tới 3,0 – 3,4 lượng dùng cao hơn, khoảng 1 nước thủy tinh/ 1 bột cát (bột SiO2). Còn có rất nhiều cách pha chế hỗn hợp cát lỏng dùng cho đúc mẫu chảy. Ngoài ra có thể dùng ximăng pooclan, photphat amon hay hydro làm chất kết dính. Nếu đúc hợp kim màu như nhôm, đồng có thể dùng thạch cao để tạo khuôn khối. Làm chảy mẫu và nung khuôn cũng là thao tác quan trọng, không chú ý dễ làm nứt khuôn do mẫu dãn nở nhiệt lớn. Có nhiều cách làm chảy mẫu: Nung nấu và khuôn trong nước, ở nhiệt độ khoảng 80 – 900C. Đưa khuôn đột ngột vào lô 10000C, với gradient nhiệt độ lớn, sáp ở bề mặt mẫu chảy nhưng bên trong khối sáp chưa kịp giãn nở. Với cách này đồng thời làm chảy mẫu vừa nung khuôn, chỉ mất khoảng 2 giờ. Nhúng khuôn trong sáp nóng chảy ở 190 – 2100C hoặc tốt hơn là trong chất lỏng có nhiệt độ sôi cao (poliglycol) ở 200 – 2500C, quá trình thủy phân và trùng ngưng sẽ tiếp tục làm khuôn bền thêm 1,5 – 2 lần. Chú ý rằng với mẫu polystiron chỉ thấy ở nhiệt độ dưới 700C để tránh sự giãn nở nhiệt độ đột ngột ở khoảng 800C.Sau đó nung ở nhiệt độ cao mẫu sẽ bốc hơi. Nhiệt độ nung khuôn thường khoảng 850 – 9500C, đảm bảo cho sáp dính ở bề mặt khuôn cháy hết và nhiệt độ khuôn cao (nếu rót ngay kim loại sẽ in hình khuôn rõ nét). Riêng với khuôn thạch cao chỉ sấy khoảng 550 – 6500C để tránh sự phân hủy. Đúc chính xác bằng mẫu chảy dùng khuôn không có mặt ráp thích hợp với các chi tiết nhỏ hơn dưới 5kg, cần độ chính xác cao. Thực ra với phương pháp này có khả năng chế tạo những vật đúc từ 0,02 – 140kg, lỗ nhỏ tới 2, và thành dày 1 – 10mm, kích thước có thể tới 1m; song với chi tiết chính xác có kém đi. Vì giá thành tương đối cao, phương pháp đúc này chỉ dùng khi sản lượng lớn để đủ khấu hao khuôn ép (dù rằng khuôn ép này rẻ hơn khuôn dùng đúc áp lực nhiều) và dùng trong trường hợp cần giảm khối lượng gia công cơ nhiều (khuôn dập) hoặc dùng đúc những chi tiết bằng hợp kim chống mòn, rất cần (cánh tuabin rất khó gai công cơ). Những năm gần đây, người ta đã đẩy mạnh việc cơ khí hóa và tự động hóa quá trình đúc chính xác bằng mẫu chảy có nhiều thao tác tỉ mỉ nói trên, nhờ đó giá thành giảm. Ví dụ đã chế tạo thiết bị lên hoàn do một người điều khiển 1 giờ sản xuất được 20 khuôn. Mặc khác người ta cũng nghiên cứu những chất dính mới cho công nghệ đúc này: tạo gel axit silisic hòa tan trong nước, tránh dùng các dung môi hữu cơ, thời gian khô cứng dài hơn nhưng giá thành hạ và an toàn hơn, ít sợ cháy. Nhiều xưởng đúc mẫu chảy cũng đã dùng những loại otocla an toàn cỡ lớn, để có thể tăng nhiệt độ hơi nước tới 1500C, chịu áp lực tới 5atm. Nguyên tắc thiết kế đúc mẫu chảy: Ngoài phần mềm thiết kế, mô phỏng và bảng tổng hợp chi phí; nguyên tắc thiết kế đúc mẫu chảy cũng là phần quan trọng. Nó là cơ sở để hình thành bản thiết kế hợp lý, đảm bảo khả năng sản xuất được và tuổi thọ của chi tiết. Phần này trình bày những nguyên tắc khi thiết kế đúc mẫu chảy. 1. Các nguyên tắc chung đối với chi tiết đúc mẫu chảy: Chi tiết hình dạng phức tạp, khó gia công có thể được sản xuất nhanh và tiết kiệm bằng phương pháp đúc này.Trong nhiều trường hợp, chi tiết gồm nhiều phần riêng biệt có thể được gom thành một chi tiết duy nhất nhằm loại bỏ các nguyên công lắp ráp. Cho phép lựa chọn kim loại và hợp kim đúc trong khoảng rộng (tham khảo bảng 2). Một cách lý tưởng, quyết định dùng phương pháp đúc mẫu chảy để chế tạo chi tiết có thể được cân nhắc ngay từ khâu thiết kế. Khi thiết kế đúc mẫu chảy, cần xem xét đồng thời khả năng chế tạo khuôn ép sáp và khuôn vỏ. Sáp được ép vào khuôn do đó yêu cầu sử dụng mặt phân khuôn phẳng, đúng vị trí; bản thiết kế thích hợp và tránh các ba via. Nên dùng các góc lượn và bán kính lớn để làm chi tiết đẹp và bền hơn. Bề dày thành nhỏ nhất: Bề dày thành vật đúc nhỏ nhất được quyết định trước tiên bởi độ chảy loãng của hợp kim. Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào chiều dài của tiết diện liên quan. Nếu tiết diện dài thì thành phải dày hơn. Bảng2: Bề dày thành nhỏ nhất cho các hợp kim đúc mẫu chảy. Hợp kim Bề dày thành nhỏ nhất (mm) Hợp kim Bề dày thành nhỏ nhất (mm) Thép cacbon thấp 1,8 Hợp kim trên cơ sở cô-ban 0,75 Thép cacbon cao 1,5 Nhôm 1 Thép hợp kim thấp 1,0 Hợp kim Cu-Be 0,75 Thép không rỉ, dòng 300 1,5 Đồng thau 1 Thép không rỉ, dòng 400 1,5 Đồng thanh 1,5 Độ phẳng và độ thẳng: Sai lệch về độ thẳng và độ phẳng giảm được bằng cách dùng kết hợp các gân và miếng đệm liên kết trong chi tiết. Do sự co của mẫu sáp, khuôn và kim loại trong quá trình đông đặc nên vật đúc có xu hướng bị lõm co ở bề mặt có độ dày lớn. Lõm co có thể được giảm thiểu bằng cách đồng đều hóa bề dày thành của chi tiết. Giữ bề dày thành đều để tránh lõm. Bán kính Dù đúc được nhưng các góc nhọn nên được bo tròn. Góc lượn và bán kính lớn tạo điều kiện thuận lợi cho kim loại điền đầy khuôn, giúp vật đúc có kích thước chính xác và chất lượng tốt hơn. Bán kính góc lượn tối thiểu là 0,75mm, trong một số trường hợp là 1,5-3mm. Nên dùng các bán kính và góc lượn. Các bề mặt cong Cả bề mặt lồi và lõm đều đúc được dễ dàng. Tuy nhiên, bề mặt lõm đúc được chính xác hơn vì khi đông đặc và co, kim loại có khuynh hướng ôm lấy thay vì tách rời khỏi vỏ khuôn. Các tiết diện song song Chi tiết có tiết diện song song có thể chia ra làm 2 nhóm chính: (1) dạng chạc ba và (2) dạng kẹp vòng. Mỗi nhóm có những khó khăn riêng khi đúc.Trong hình 5, T là độ dày, L là độ dài mỗi nhánh và W là chiều rộng khe giữa hai nhánh chạc ba. Khi T tăng, W cũng phải tăng theo để hỗn hợp làm khuôn có thể đi vào khe giữa hai nhánh chạc ba. Bảng 3: Mối liên hệ giữa W và T của chi tiết dạng chạc ba. Độ dày T (mm) Chiều rộng nhỏ nhất W (mm) 1,5 6 10 13 25 1,5 2,4 3 5 6 Đối với chi tiết dạng kẹp vòng (hình 6), chiều rộng W nhỏ nhất đối với gang thép là 1,5mm và kim loại màu là 1,0mm. Chi tiết dạng kẹp vòng Tiết diện dạng chìa khóa và rãnh ổ khóa Đối với chi tiết dạng này, để đảm bảo tính đúc, cần đảm bảo tỉ số giữa chiều rộng và chiều cao ≥ 1. Ngoài ra, chiều rộng then tối thiểu là 2,3mm cho gang thép và 1,5mm cho kim loại màu. Chi tiết dạng chìa khóa và rãnh ổ khóa Trong đó: W là chiều rộng, D là chiều cao. Lỗ Để đảm bảo khả năng đúc được, đường kính lỗ nên ≥ 1,5mm cho vật đúc kim loại màu và ≥ 2,2mm cho vật đúc gang thép. Lỗ kín Không nên đúc lỗ kín vì nếu thợ làm khuôn không cẩn thận có thể gây ra bọng khí dẫn đến hình thành các khối bi tròn bên trong lỗ sau đúc. Ngoài ra, chiều sâu lỗ lớn khiến khó rút mẫu sáp, từ đó gây khuyết tật bên trong lỗ. Tuy nhiên, nếu quá cần thiết, có thể đúc lỗ kín với chiều sâu không lớn hơn đường kính lỗ. Lỗ suốt Trong nhiều trường hợp đúc lỗ suốt mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với đúc đặc rồi gia công lỗ. Thêm vào đó, lỗ suốt giúp chiều dày thành vật đúc đồng đều, từ đó tránh hiện tượng lõm bề mặt, rỗ bên trong.Dung sai cho lỗ suốt giống như lỗ kín. Tỷ lệ giữa chiều dài (L) và đường kính (D) của lỗ suốt không nên vượt quá 4:1 cho gang, thép và 5:1 cho hợp kim đồng, nhôm. Ruột gốm Ruột gốm được dùng để tạo phần không gian phức tạp bên trong vật đúc mẫu chảy. Ruột gốm đặc biệt cần thiết khi đúc cánh tua bin phức tạp hoặc ren trong của hợp kim khó gia công. Sau khi đúc xong, ruột gốm được lấy ra. Do đó, phần kết cấu khuôn mẫu cho chi tiết có ruột gốm cần đảm bảo đỡ được ruột gốm khi ép sáp vào khuôn. Độ xiên thành Dù độ xiên thành không phải là vấn đề trong đúc mẫu chảy nhưng nên thêm một lượng nhỏ độ xiên thành (khoảng 1/4 – 1/20) để đảm bảo việc rút mẫu sáp khỏi khuôn ép. Nên có độ xiên thành để dễ rút mẫu sáp khỏi khuôn. Ren vít Ren vít, cả trong lẫn ngoài, có thể được đúc trực tiếp. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, kết quả ren từ gia công vẫn tốt hơn đúc. Lý do chính: - Ren đúc thường được làm tinh sau khi đúc để có được bề mặt nhẵn với kích thước chính xác hơn. - Rất khó tạo tiết diện ren cho mẫu sáp hoặc mẫu nhựa. Nếu đúc ren trong, lỗ ren phải là lỗ suốt để dễ làm sạch vật đúc. Khía trên bề mặt (undercut) Các khía trên bề mặt không ảnh hưởng đến quá trình đúc nhưng lại có nhiều ảnh hưởng trong quá trình tạo mẫu sáp và cần tránh nếu có thể. 2. Các nguyên tắc về kích thước: Kim loại co ngót đông đặc là nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự chính xác kích thước vật đúc mẫu. Mẫu sáp, vật liệu làm khuôn, và hợp kim đúc có độ co khác nhau. Mặc dù theo lý thuyết có thể ước lượng được các giá trị này nhưng giá trị trong thực tế thường khác với giá trị lý thuyết và ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước vật đúc. Ảnh hưởng của co ngót sẽ rõ rệt đối với các vật đúc có thành quá dày hay không đồng đều. Lượng dư bù co thông thường giữa mẫu sáp và chi tiết cuối cùng cho từng phương pháp đúc như sau: - Phương pháp khuôn vỏ mỏng: 1,6 – 1,7 %. - Phương pháp khuôn cát: 1,1 %. Các yếu tố ảnh hưởng xấu đến việc kiểm soát kích thước là: 1) Biến đổi nhiệt độ khi rót 4) Biến đổi kích thước mẫu và khuôn ép mẫu 2) Độ chảy loãng của hợp kim đúc 5) Cong vênh mẫu trong quá trình thao tác 3) Mẫu sáp co và lún theo thời gian 6) Khuôn gốm bị nứt và các biến đổi khác 3. Dung sai Dung sai khuyến khích cho góc, kính thước dài nói chung, độ tròn, mặt phẳng được thể hiện: Dung sai cho góc: (a) góc mở A (± 1,50); (b) góc giữa hai mặt B (± 0,50C); (c) song song (± 2,00). Bảng 4: Dung sai cho kích thước dài nói chung. Kích thước (mm) Bình thường Khắc khe ≤ 6 ± 0,4 ± 0,08 6 – 13 ± 0,4 ± 0,10 13 – 25 ± 0,4 ± 0,13 25 – 50 ± 0,4 ± 0,18 50 – 100 ± 0,8 ± 0,40 100 – 150 ± 1,1 ± 0,60 ≥ 150 ± 1,5 ± 0,80 Bảng 5: Độ không tròn đối với tiết diện tròn, dạng ống: Bảng 6: Dung sai cho độ phẳng và độ thẳng: 4. Các nguyên tắc về thiết kế đúc: Các nguyên tắc về hệ thống rót: Hệ thống rót là một phần của hốc khuôn để dẫn kim loại vào vật đúc. Hệ thống rót giúp kiểm soát dòng kim loại vào khuôn. Các yêu cầu cho hệ thống rót: - Tốc độ và hướng dòng chảy phải đảm bảo cho vật đúc được điền đầy hoàn toàn trước khi xảy ra quá trình đông đặc. - Dòng chảy phải êm, ít xoáy cuộn để hạn chế các hiện tượng “bẫy khí”, oxi hóa và xói mòn khuôn. - Phân bố nhiệt độ trong vật đúc cần đảm bảo thuận lợi cho quá trình đông đặc, kết tinh. - Có thể dùng thêm mạng lọc để lọc xỉ, tạp chất. Khi thiết kế hệ thống rót cần tính đến trọng lượng và hình dạng vật đúc, độ chảy loãng và khả năng oxi hóa của hợp kim. Dù có nhiều kiểu hệ thống rót nhưng chung quy lại, chúng cần đảm bảo yêu cầu tiết kiệm kim loại, giảm chi phí làm khuôn và làm sạch vật đúc sau này. Hệ thống rót trong đúc mẫu chảy thường có dạng nhánh cây với chiều cao ống rót (nhánh chính) lớn. Do đó, kim loại lỏng rót vào khuôn dễ bị bắn tóe và tạo thành dòng xoáy. Hiện tượng này làm gia tăng nguy cơ xói mòn khuôn, oxi hóa dòng chảy. Để giảm thiểu hiện tượng này, đáy ống rót nên có dạng chỏm cầu. Nếu có thể, bề mặt ống rót nên có được vát nghiêng.Tác dụng của bề mặt nghiêng này là giảm xoáy cuộn, giúp ống rót đầy. Đối với vật đúc thép, nên rót vào thành dày để tạo đông đặc có hướng. Các nguyên tắc về quá trình đông đặc: Trái với các phương pháp đúc thông thường, quá trình đông đặc trong đúc mẫu chảy phụ thuộc nhiều vào hai hiện tượng truyền nhiệt bức xạ và đối lưu. Do đó, cần lưu ý điểm này khi thiết kế chùm mẫu. Nguyên tắc chung: - Để tạo đông đặc có hướng nên rót kim loại lỏng vào thành dày và hướng thành dày về phía nhánh chính. Cách làm này một mặt giúp kim loại chỗ rót vào có nhiệt độ cao mặt khác tận dụng được nhiệt bức xạ từ nhánh chính để duy trì nhiệt độ cao tại thành dày. Từ đó làm tăng hiệu quả bù ngót. - Tùy vào dạng vật đúc mà quyết định chế độ làm nguội. Ví dụ, đối với vật đúc có