Đồ án Nghiên cứu sử dụng thuỷ tinh lỏng để làm khuôn, ruột theo công nghệ CO2 ở công ty Phúc Sơn

i: Hàm lượng của cấu tử thứ i trong hỗn hợp . hh: Phụ thuộc vào độ dầm chặt của hỗn hợp theo công thức (1.15). (1.15) Trong đó: ,: Khối lượng riêng của hỗn hợp ở độ đầm chặt S1, S2. c: Hằng số Khi Độ đầm chặt của hỗn hợp đạt tối đa thì bằng 2500(kg/cm3). Khi độ xốp (O) bằng 60% thì bằng 1500(kg/cm3). Độ đầm chặt tối đa là độ đầm chặt mà tại áp suất đó sẽ đạt độ dằm chặt đa, thì hạt cát bị phá huỷ . =1500(kg/cm3) với làm khuôn bằng tay. =1600(kg/cm3) với làm khuôn bằng máy. =18001850(kg/cm3) khuôn cao áp . + Khả năng tích nhiệt của khuôn (b): Là khả năng của khuôn nhận được nhiều hay ít nhiệt từ vật đúc. Khả năng tích nhiệt của khuôn quyết định đến quá trình kết tinh và đông đặc của vật đúc: b=(cal/cm2.s2.c). (1.16) b) Tính chất cơ học: + Độ bền (σb): Là khả năng chống lại tác dụng của ngoại lực. Trong hỗn hợp độ bền có được là do sự liên kết giữa chất dính với các phần tử khác trong hỗn hợp và trong sự liên kết trong nội bộ các phần tử đó. Hỗn hợp làm khuôn ruột phải có độ bền nhất định và được xác định theo công thức (1.17). Rz =n.S.Bz (1.17) Trong đó : n: Số tiết diện trong một diện tích mẫu thử ở phương vuông góc với lực phá hủy. S: Diện tích hình chiếu của một tiếp điểm lên mặt phẳng vuông góc với lực phá hủy. Nó phụ thuộc vào chiều dày lớp chất dính bao quanh hạt cát, đường kính hạt cát và độ dầm chặt. Bz: Độ bền riêng của chất dính . Lực liên kết giữa chất dính với hạt cát gọi là lực dính kết K. Lực liên kết trong nội tại chất dính gọi là lực liên kết. Trong thực tế khi kéo mẫu hử sẽ xẩy ra ba trường hợp sau: A = K nếu như độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi cả độ bền lực liên kết và dính kết. Đây là trường hợp của hỗn hợp cát – sét. A > k nếu như độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi độ bền kiên kết. Đây là trường hợp của hỗn hợp cát - nước thủy tinh, vì thủy tinh lỏng dính kết tốt lên hạt cát. A < k nếu như độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi độ bền dính kết. Đây là trường hợp của hỗn hợp cát nhựa hoặc cts dầu, vì nhựa và dầu dính bám kém lên bề mặt hạt cát. Độ bền của hỗn hợp phụ thuộc vào mô đun, tỷ trọng và hàm lượng thủy tinh lỏng. + Độ bền kéo (σσ): σk = (1.18) Trong đó: σ: Độ bền riêng của chất dính. δ: Chiều dày chất dính . m: Số điểm tiếp xúc. d: Đường kính hạt cát . + Độ bền riêng: Là độ bền ở điều kiện tối ưu và tính cho 1% chất dính. δcát= δ1.tg2(45-φ/2) – 2.C.tg(45-φ/2) (1.19) δ1 = 2.C. tg((45-φ/2) = 2.C.cotg(45-φ/2) ( 1.20) Trong đó: φ: Góc ma sát trong. C: Lực liên kết cấu trúc. + Độ bền tươi: Là độ bền của hỗn hợp được đánh giá ngay sau khi trộn hỗn hợp xong, khi này chưa xảy ra phản ứng đóng cứng chất dính. Độ bền tươi của hỗn hợp cát-nước TTL phụ thuộc vào: Bản chất chất dính: Khi tăng tỷ trọng, môđun TTL thì độ bền của hỗn hợp tăng. Hàm lượng chất dính: Hàm lượng chất dính tăng thì độ bền hỗn hợp tăng nhưng nếu tăng quá giới hạn cho phép thì độ bền hỗn hợp lại giảm. Thành phần kích thước hạt. Độ dầm chặt. + Độ bền khô: Là độ bền của hỗn hợp sau khi sấy và làm nguội đến nhiệt độ thường, hoặc độ bền của hỗn hợp ở trạng thái đã xảy ra phản ứng đóng rắn chất dính. Độ bền khô giữ được cho khuôn hình dáng trước tác dụng của ngoại lực khi vận chuyển, lắp ráp và ráp khuôn và khi rót khuôn. Độ bền khô phụ thuộc vào lượng nước trong hỗn hợp. Lượng nước càng cao, độ bền khô của hỗn hợp càng giảm. Tốc độ nung và làm nguội càng nhỏ độ bền khô của hỗn hợp càng lớn. Ngoài ra độ hạt cát càng lớn thì độ bền khô càng tăng do khi sấy nước vận chuyển ra ngoài dễ dàng. + Độ bền nung: Là độ bền của hỗn hợp ở trạng thái nung trong khoảng từ nhiệt độ bắt đầu mất nước liên kết đến nhiệt độ làm việc của khuôn khi rót kim loại. Độ bền nung giúp khuôn không bị phá hủy khi làm việc dưới tác dụng của cơ và nhiệt, của dòng kim loại khi điền đầy khuôn, của áp suất cột kim loại,…. + Độ bền nguội: Là độ bền của hỗn hợp làm khuôn sau khi được nung nóng đến nhiệt độ cao giữ một thời gian rồi làm nguội đến nhiệt độ thường. Nó ảnh hưởng lớn đến năng xuất lao động và điều kiện lao động ở khâu phá khuôn, làm sạch vật đúc và tái sinh hỗn hợp cũ. Đối với hỗn hợp cát - nước TTL việc giảm độ bền nguội trở thành vấn đề thời sự và là đối tượng của nhiều công trình nghiên cứu vì độ bền nguội của hỗn hợp này rất lớn. Một số biện pháp làm giảm công phá dỡ khuôn: Giảm tới mức thấp nhất hay loại bỏ hoàn toàn lớp hỗn hợp cát đệm (làm khuôn vỏ mỏng hay ruột rỗng) giúp độ thông khí của khuôn tăng; Giảm lượng nước TTL trong hỗn hợp tới mức có thể để khuôn vẫn đủ độ bền cần thiết; Dùng một số biện pháp làm giảm độ bền còn lại khác như: Nung toàn bộ khuôn đến nhiệt độ 4006000C để những phần khuôn không bị kim loại đúc nung nóng đến 3500C cũng có độ bền nguội cực tiểu. Cho vào hỗn hợp một số hóa chất như: Các ôxít :SiO2, Al2O3, MgO, thường người ta dùng 34% đất sét. Có tác dụng nâng cao nhiệt độ tạo pha lỏng và nâng cao độ sệt của pha lỏng khó điền đầy các khe nứt tạo thành trong hỗn hợp làm giảm độ bền nguội. Độ bền nguội của hỗn hợp cát - nước TTL còn phụ thuộc vào mô đun, hàm lượng nước thủy tinh, độ hạt cát và tốc độ làm nguội. c). Tính chất công nghệ: Để quy trình chế tạo khuôn ruột được tiến hành dễ dàng hỗn hợp cần có một số tính chất công nghệ sau: + Khả năng tạo hình: Là khả năng tạo được những hình dạng nhất định dưới tác dụng của lực biến dạng. Tính chất này rất quan trọng khi hỗn hợp được sử dụng để chế tạo khuôn, ruột phức tạp và được đánh giá qua khả năng điền đầy hay chảy loãng của hỗn hợp . + Độ thông khí của hỗn hợp: Là khả năng cho khí đi qua hỗn hợp. Khi rót kim loại vào khuôn bản thân kim loại cũng mang một lượng khí nhất định vào khuôn nhờ khả năng hòa tan khí ở trạng thái lỏng, và khí từ môi trường cuốn vào do tác dụng cơ học của dòng kim loại. Mặt khác, trong lỗ khuôn và khuôn cũng chứa một lượng khí nhất đinh. Khi rót khuôn, lớp hõn hợp khuôn tiếp xúc với kim loại lỏng sẽ sinh khí làm áp suất khí trong khuôn tăng. Khí này sẽ thoát ra ngoài bằng cách chui vào hốc khuôn nơi mặt thoáng của kim loại lỏng, hay đi qua khuôn ra ngoài nhờ hệ thỗng lỗ mao rỗng hay hệ thống lỗ hơi được tạo ra trong khuôn. Nếu sức cản chuyển động của các chất khí và hơi nước vào khuôn lớn hơn sức cản chuyển động của các chất khí qua kim loại thì khí chui vào kim loại lỏng và vật đúc có thể xuất hiện rỗ khí. Do đó hỗn hợp làm khuôn phải có độ thông khí lớn và độ sinh khí nhỏ. Độ thông khí là một trong các chỉ số tiêu chuẩn phổ biến đánh giá chất lượng hỗn hợp. nó được xác đinh theo công thức (1.21). Q = C. (1.21) Trong đó: Q: Khối lượng chất lỏng nhớt đi qua lỗ mao dẫn. C: Hằng số : Thời gian để lượng chất lỏng Q đi qua hêt. p1: áp suất trước mẫu thử p2: áp suất sau mẫu thử r: bán kính lỗ mao dẫn : Độ nhớt của chất lỏng l: chiều dài lỗ mao dẫn. + Độ rỗng: Hỗn hợp làm khuôn là hệ thống lỗ rỗng, nên trong khuôn còn có độp xốp hay độ rỗng. Độ rỗng là tỷ số giữa thể tích các lỗ rỗng (V0) trong một đơn vị thể tích hỗn hợp (V) được xác định theo công thức (1.22). P= (1.22) + Tuổi xuân của hỗn hợp: Là khoảng thời gian mà hỗn hợp còn giữ được tính chất hóa lý như ban đầu mới tạo ra. Hỗn hợp mới được chế tạo ra, khi để tiếp xúc với không khí, thủy tinh lỏng sẽ tác dụng với oxy trong không khí, làm cho hỗn hợp chết. Vì vậy hỗn hợp ché tạo ra càng sử dụng sớm càng tốt. Trong thực tế, khi sản xuất thủ công, người ta thường dùng biện pháp che phủ kín hỗn hợp tránh để nó tiếp xúc với không khí. Tuổi xuân của hỗn hợp phụ thuộc chủ yếu vào vào môđun và tỷ trọng của thủy tinh lỏng. + Áp suất khí trong khuôn : Khí tạo ra trong khuôn sinh ra trường áp lực khí tác động lên các phần tử trong hỗn hợp làm khuôn. Nếu áp lực khí trong khuôn lớn đủ thão mãn điều kiện theo công thức (1.23) thì khí dễ dàng chui vào kim loại lỏng gây ra rỗ khí trng vật đúc. Pk >P1 + P2 + σ (1.23) + Độ tạo khí: Là lượng khí được tạo ra từ một đơn vị khối lượng hỗn hợp khi nung hỗn hợp ấy ở nhiệt độ cao. Khí được tạo ra do cháy các chất dính, các chất phụ hữa cơ, do thăng hoa của các chất bốc, do sự phân hủy các hợp chất hóa học tạo khí, do nước hóa hơi. Khi tốc độ tạo khí lớn sẽ gây áp lực khí trong khuôn tăng tức thời, do đó gây ra rỗ khí trong vật đúc. + Tính phá dỡ của khuôn: Độ bền của hỗn hợp cát-thủy tinh lỏng ở nhiệt độ cao rất lớn, gây khó khăn cho việc phá dỡ khuôn, ruột. Để khắc phục nhược điểm này có thể đưa vào hỗn hợp các chất phụ gia làm tốt tính phá dỡ của hỗn hợp hoặc làm giảm được tỷ lệ TTL trong hỗn hợp. + Tính chảy của hỗn hợp: Là khả năng điền đầy khuôn của hỗn hợp. Tính chảy phụ thuộc vào trạng thái ứng suất và xuất hiện khi có điều kiện chảy. Tính chảy cao rất thích hợp cho khả năng chuyên môn hóa, tự đông hóa và làm giảm công dằm chặt khuôn. + Tính lún: Là khả năng lún lại được trong quá trình vật đúc co. Tính lún có tác dụng không gây ra ứng suất cản co trong vật đúc. Bảng 1.7. Thành phần và cơ tính của hỗn hợp trong công nghệ CO2 Tỷ lệ phối liệu Tính năng Úng dụng Cát mới TTL NaOH nồng độ 15-30% Dầu mazút Ben tonit hoặc cao lanh Độ ẩm % Độ thong khí Độ bền nến tươi (Kpa) Độ bền nén sau hóa cứng (Mpa) Nhóm cỡ hạt Lượng dùng 15 100 8-9 0.7 - 4-5 4-5 >100 25-30 >15 Cát áo ruột đúc thép lớn 30 100 6.5-7.5 - - - 4.5-5.5 >100 5-15 - Cát áo khuôn đúc thép 100 7 0.75-1 0.5-1 3 4.5-5.5 >200 17-23 >1 100 4-4.5 Phụ gia vỡ vụn 3 Nước 0.6-0.4 - <3.5 >150 - >1 100 Nước TTL dẽ vỡ Nước 1-1.5 Phụ gia vỡ vụn1 - - - 5.5 >1.3 Tỷ lệ phối liệu Tính năng ứng dụng Cát mới TTL Nước TTL biến tính NaOH nồng độ 15-30% Dầu ma zút Ben to nit hoặc cao lanh Độ ẩm Độ thong khí Độ bền nén tươi (Kpa) Độ bền nén sau hóa cứng (Mpa) Nhóm cỡ hạt Lượng dùng 30 100 Nước TTL biến tính - - - 3.5-4.2 >245 7 >1.3 Cát áo Cát tái sinh 30 70 8 - - 1-2 3.8-4.4 >100 8-12 >3 21 cát cũ 50 50 4.5-5.5 - - 1-2 4-6 >80 25-40 - <1 tấn 21 cát cũ 50 50 5.5-6.5 Bột than 2-4 1-2 4-6 >80 25-40 - <1 tấn 60 40 5-6 - 2-4 4-6 >100 30-50 - Khuôn đúc gang1-1.5 tấn 1.2.6. Thành phần hỗn hợp khô nhanh Thành phần hỗn hợp làm khuôn khÔ nhanh gồm có cát, thủy tinh lỏng và chất phụ gia. NaOH đưa vào để làm tăng khả năng thấm ướt của thủy tinh lỏng lên bề mặt cát. Dầu ma zut đưa vào để chống dính bám hỗn hợp vào mẫu và làm tăng tính phá dỡ của khuôn. Đất sét đưa vào để làm tăng độ bền tươi. Bột than đưa vào để làm tăng tính phá dỡ. Một số kiểu thành phần và cơ tính của hỗn hợp khô nhanh được dùng ở Liên xô cũ cho trong bảng 1.7. Hiện nay ở nước ta do thủy tinh lỏng có chất lượng kem, nên lượng thủy tinh tron hỗn hợp thường chiếm 8 – 10%. 1.3. CÔNG NGHỆ CO2 Công nghệ CO2 là công nghệ chế tạo khuôn ruột từ hỗn hợp cát - TTL và đóng bằng CO2. Các bước thao tác chế tạo khuôn ruột theo công nghệ CO2 như sau: Chế tạo hỗn hợp . Đổ hỗn hợp vào khuôn , ruột và dầm chặt . Dùi lỗ thổi khí Thổi khí CO2. Lấy mẫu hoặc tháo hộp ruột . Sơn khuôn ruột nếu cần . Ráp khuôn ruột và rót kim loại lỏng . Phá khuôn làm sạch và gia công sửa chưã vật đúc 1.3.1. Công nghệ chế tạo hỗn hợp Hỗn hợp được trộn bằng máy trộn cánh hoặc máy trộn con lăn. Thứ tự và thời gian trộn hỗn hợp như sau: Đầu tiên cho cát đã được xử lý vào rồi cho máy chạy 1 – 2 phút, sau đó cho các chất phụ dạng bột vào trộn trong khoảng 2 phút, sau đó cho dung dịch xút vào (nếu có) trộn 2-3 phút, sau đó cho thủy tinh lỏng vào trộn 5 – 7 phút. Thời gian trộn nên ngắn nhất có thể. Nếu kéo dài thời gian trộn, thì độ bền sau hoá cứng sẽ giảm, do trong quá trình trộn cát có thể bị vỡ, mặt khác thủy tinh lỏng bị tác dụng với khí CO2 trong không khí làm đông cứng một phần. Hỗn hợp trộn ra, nếu làm khuôn thủ công thì phải cho vào thùng rồi phủ kín, hoặc cho vào bao tải, tránh để hỗn hợp tiếp xúc với không khí. 1.3.2. Chế tạo khuôn ruột Khuôn ruột được chế tạo theo các nguyên công sau: Kiểm tra mẫu và hộp ruột xem có đầy đủ nguyên ven không, sau đó lau sạch chúng và bôi chất cách mẫu lên mẫu và hộp ruột. Đặt mẫu lên tấm mạp rồi đặt hòm khuôn lên, hoặc lắp ghép hộp ruột lại. Cho một lớp cát vào rồi dùng tay ấn đều cát vào mẫu hoặc các chỗ ngóc ngách trong mẫu. Đặt xương cho khuôn hoặc cho ruột nếu cần thiết Đổ tiếp cát vào khuôn ruột và đầm cho đến đầy Gạt cát thừa trên mặt khuôn hoặc ruột Dùi lỗ thổi. Lỗ nọ cách lỗ kia từ 80 – 90 mm. Lỗ có thể dùi sâu gần đến mẫu. Cắm vòi vào lỗ thổi và mở van khí để thổi khí CO2 vào khuôn ruột. Áp suất khí thổi vào phải đảm bảo nằm trong khoảng 1,5 – 2 kG/cm2. Thời gian thổi khí mỗi lỗ trong khoảng 30 giây – 90 giây tùy thuộc vào độ dày của khuôn. Thổi lần lượt cho đến khi xong thì thôi. Lấy mẫu hoặc tháo hộp ruột. Sơn khuôn ruột. Sơn khuôn thường là sơn cháy dung môi cồn. Bột chịu lửa được chọn theo hợp kim đúc. Nếu đúc thép Mn thì bột chịu lửa là manhezit, nếu đúc thép hợp kim thì thường là bột Zircon, nếu đúc thép cac bon là nọt thạch anh. Sơn bằng chổi quét tay, hoặc bằng súng phun. Sau khi sơn xong đốt khuôn ruột cho đến khi cháy xong thì mang khuôn ruột đi ráp khuôn. 1.3.3. Ráp, rót, dỡ khuôn và làm sạch vật đúc a) Ráp khuôn: Khuôn ruột làm xong phải được kiểm tra lại cẩn thận, nếu bị sứt mẻ nhẹ thì vá lại rồi sấy lại, nếu bị hỏng nặng thì bỏ. Phải thổi sạch cát bám trên khuôn ruột sau đó đặt ruột vào khuôn. Phải kiểm tra kích thước của khuôn, của ruột và chiều dày thành khuôn cũng như chiều dày thành vật đúc. Sau đó đè khuôn và che lỗ rót lại. b) Rót khuôn: Bỏ miếng che lỗ rót ra. Gạt xỉ trong gầu rót. Rót đều tay lúc đầu rót nhanh sau rót chậm. Rót liên tục. c) Dỡ khuôn: Để vật đúc nguội đến nhiệt độ dỡ thì dỡ vật đúc ra khỏi khuôn. Nên dỡ ở nhiệt độ cao để tránh nứt cho vật đúc và hỗn hợp cũng dễ rơi ra khỏi vật đúc. d) Làm sạch vật đúc: Vật đúc đúc ra phải loại bỏ ba via, đậu rót, đậu ngót. Việc loại bỏ via và đậu sẽ được thực hiện với các công cụ khác nhau. nếu vật đúc bằng gang thì loại bỏ via và đậu bằng bú đập. Nếu là thép thì phải dùng máy mài via, dùng mỏ đốt cắt đậu. Để làm sạch bề mặt vật đúc thường dùng paraban hoặc máy phun bi. Loại bỏ ruột ra khỏi vật đúc có thể bằng đục tay, hoặc bằng máy phun bi. 1.3.4. Xử lý nhiệt và kiểm tra sản phẩm a) Xử lý nhiệt: Vật đúc sau khi làm sạch xong sẽ được ủ khử ứng suất hoặc tôi ram theo chế độ đặc biệt tùy thuộc vào hợp kim đúc. Ví dụ khi đúc gang xám thường có thể để hóa già tự nhiên hoặc ủ để khử ứng suất. Khi đúc gang dẻo phải ủ. Khi đúc thép phải ủ khử ứng suất, khi đúc thép mangan phải tôi ... b) Kiểm tra vật đúc: Vật đúc sau khi dỡ ra đã kiểm tra xem có thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật không. Nếu không đạt kỹ thuật phải loại ngay. Sau đó ở các khâu xử lý nhiệt tiếp theo thì sau nguyên công đó lại phải kiểm tra. c) Sửa chữa vật đúc: Đối với các vật đúc từ thép hoặc kim loại mầu, nếu khi đúc bị phát hiện rỗ ngót hoặc đôi chỗ rỗ khí có thể hàn đắp lại bằng các hợp kim cùng loại. 1.3.5 Các dạng khuyết tật khi đúc theo công nghệ CO2 + Tuổi sống của hỗn hợp quá ngắn: Do nhiệt độ cát cao, mođun, tỷ trọng TTL cao, thời gian trộn hỗn hợp dài, nhiệt độ môi trường cao, độ ẩm môi trường thấp, bảo quản hỗn hợp trộn ra kém. Khắc phục: Để cát nguội đến nhiệt độ thường, nên dùng TTL có môđun thấp khi trời nóng và khi hanh khô, giảm bớt thời gian trộn tới mức cho phép,…. + Khuôn ruột không đóng cứng do: Nước trong hỗn hợp nhiều, môđun và tỷ trọng TTL thấp, nhiệt độ môi trường thấp và nhiệt độ môi trường quá cao. Khắc phục: Dùng cát khô, dùng môđun, tỷ trọng TTL cao, sấy cát đến nhiệt độ 300C. + Hỗn hợp dính mẫu và hộp ruột: Do lượng TTL nhiều, tỷ trọng thấp, không sơn mẫu. Khắc phục: Dùng cát khô, dùng chất cách mẫu thích hợp, dùng TTL có tỷ trọng cao. + Độ rã bề mặt cao: Do tỷ trọng TTL thấp, môđun cao, thời gian thổi CO2 quá dài, lượng TTL ít. + Vật đúc bị rỗ khí: Do nước dư trong hỗn hợp cao, độ thông khí của khuôn, ruột kém. Khắc phục: Sử dụng cát sấy khô,tăng lỗ thoát khí, sử dụng cát cỡ hạt đồng đều,khi cần phải sấy khuôn, ruột. + Cháy dính cát trên vật đúc: Do lượng nước TTL nhiều, cát có %SiO2 thấp, chứa hạt bụi, kích thước hạt cát nhỏ. Khắc phục: Sơn khuôn, ruột. + Khó phá dỡ vật đúc: Do lượng TTL trong hỗn hợp cao, cát bị chảy dính. Khắc phục: Làm tốt tính phá dỡ hỗn hợp cho phù hợp, giảm hàm lượng TTL, thêm chất phu gia, dỡ vật đúc sớm, thay cát thạch anh bằng các loại cát khác có độ chịu lửa cao. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ ĐÚC 2.1. Các nguyên tắc khi thiết kế công nghệ đúc Thiết kế công nghệ đúc là một khâu rất quan trọng trong quá trình sản xuất vật đúc, nó quyết định công nghệ chế tạo khuôn và chất lượng vật đúc. Muốn sản xuất một chi tiết đúc cần nghiên cứu kỹ tính chất và điều kiện làm việc của nó. Thiết kế công nghệ đúc phải đảm bảo khả năng dễ chế tạo được khuôn, chú ý tới chất lượng vật đúc và hiệu quả kinh tế. 2.1.1 Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc + Đọc bản vẽ kỹ thuật + Tìm hiểu điều kiện làm việc của chi tiết . + Nghiên cứu đặc điểm của vật liệu chế tạo và yêu cầu cơ, lý tính của chi tiết . + Tìm hiểu cách gia công chi tiết cũng như vị trí giá lắp của chi tiết trong khi gia công cơ khí . 2.1.2 Vị trí đặt vật đúc trong khuôn khi rót Vị trí vật đúc trong khuôn lúc rót thường được chọn theo phương pháp làm khuôn, cách bố trí hệ thống rót, lượng dư gia công cơ khí và lượng dư công nghệ, kích thước của hòm khuôn . + Những phần quan trọng của chi tiết, mà ở đó kim loại cần sít chặt hơn, những bề mặt gia công quan trọng hơn, nên đặt ở phần dưới, hoặc mặt bên của khuôn khi rót. + Khi cần cũng có thể đặt đứng hoặc nghiêng để tránh hiện tượng rỗ xỉ , khí… + Nếu vì một nguyên nhân nào đó mà những mặt sau này cần gia công cơ khí, bắt buộc phải đặt quay về phía trên, thì phải tạo mọi điều kiện để các khuyết tật đúc như rỗ co , rỗ xỉ , rỗ hơi… sau này chỉ xuất hiện ở những phần của vật đúc mà rồi có thể cắt bỏ đi được ( thí dụ : đậu hơi, đậu ngót , phần gia công cơ khí ). + Những vật đúc bằng hợp kim có độ co lớn khi đông, thì lúc rót phải đặt ở vị trí có thể đảm bảo được hướng đông đặc của kim loại ở trong khuôn về phía đậu ngót. Những phần dày nằm ở giữa hoặc bên dưới của hòm khuôn mà không thể đặt đậu ngót trực tiếp được, thì phải dùng đậu ngót bên cạnh kiểu đậu ngót khí quyển hoặc áp lực cao. + Vị trí của vật đúc khi rót phải chọn thế nào để ít tốn kém nhất về vật liệu, về lao động, về vật mẫu và hòm khuôn. + Để tránh rót thiếu, khớp và bọng cát, nên để những thành mỏng và rộng của vật đúc nằm ở phần dưới của khuôn, hoặc nằm nghiêng khi rót. 2.1.3 Vị trí của mẫu khi làm khuôn + Chọn mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu: việc chọn vị trí của mẫu khi làm khuôn cũng như mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu có ảnh hưởng lớn đến quá trình kỹ thuật làm khuôn, độ chính xác, của vật đúc. + Chọn mặt chuẩn gia công. + Sai lệch về kích thước, khối lượng của vật đúc và lượng dư gia công. 2.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG RÓT 2.2.1. Chọn vị trí dẫn kim loại vào khuôn Hệ thống rót có tác dụng để dẫn dòng kim loại chảy êm, đồng đều và liên tục vào khuôn đúc. Hệ thống rót còn phải ngăn không cho xỉ và tạp chất khác lọt vào hốc khuôn cùng với kim loại, đồng thời cung cấp kim loại lỏng cho vật đúc trong thời gian đông đặc và điều chỉnh hiện tượng nhiệt khi vật đúc đông nguội. Hệ thống rót phải có khối lượng bé, chiếm ít chỗ trong khuôn, để có thể tận dụng thể tích trong hòm khuôn. Cách chọn dạng và kích thước hệ thống rót đòi hỏi phân tích tỉ mỉ khi thiết kế quá trình chế tạo vật đúc. Khi thiết kế hệ thống rót cho vật đúc bằng thép, do khả năng rơi xỉ vào vật đúc ít, vì xỉ đặc dễ giữ trong gầu rót, nên có thể sử dụng hệ thống rót đơn giản, nhưng cần chú ý đến nhiệt độ cao, độ chảy loãng thấp, khả năng chảy mòn thành khuôn, độ co dài và co thể tích của thép lớn, nên cần suy nghĩ thiết kế hệ thống rót cẩn thận hơn. Hệ thống rót cần đảm bảo điền đầy khuôn êm, không cuộn, xoáy, phun bắn làm hỏng khuôn…. Do vậy ngoài hình dáng vật đúc cần tính đến những yếu tố dưới đây: Để tăng hiệu quả tác dụng của đậu ngót, cần cố gắng dẫn kim loại vào phần vật đúc nằm ngay dưới đậu ngót hay cạnh đậu ngót. Có thể cung cấp kim loại nóng cho đậu ngót bằng cách rót qua rãnh dẫn phụ, hay đơn giản hơn có thể rót ngay vào đậu ngót, có thể dùng đậu ngót phát nhiệt để cho kim loại nóng lâu hơn. Không bố trí rãnh dẫn sát với vật làm nguội để tránh làm giảm hiệu quả của vật làm nguội. Để khuôn đỡ bị xói mòn, nên dẫn kim loại qua nhiều rãnh dẫn và không nên quá dày. Với những vật đúc không lớn và không quá cao, rót từ trên xuống là thích hợp nhất, có lợi cho sự phân bố nhiệt trong vật đúc. Rót đùn tuy ít xói mòn nhưng không phù hợp với hướng đông nên chỉ phù hợp với khuôn tươi. Đúc những vật lớn thường dẫn kim loại qua nhiều rãnh dẫn bố trí ở những mức khác nhau. Đối với những vật đúc bé và trung bình thường dùng kiểu rót bên sườn chú ý không để kim loại chảy trực tiếp vào khuôn. 2.2.2. Tính toán hệ thống rót. Để tính toán hệ thống rót, trước hết phải xác định thời gian rót có lợi nhất đối với vật đúc. Thời gian rót hợp lý được xác định theo công thức (2.1). t = s (2.1) Trong đó: g: chiều dày chính hay trung bình của vật đúc (mm) G: khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót, ngót (kg) s :hệ số ( bảng 2.1) Bảng 2.1. Hệ số s phụ thuộc vào vị trí dẫn kim loại Nhiệt độ và độ chảy loãng của kim loại Cách dẫn kim loại Rót xi phông vào phần dày của khuôn Vào một nủa chiều cao của vật đúc Rót trên xuống Rót vào chỗ thành mỏng của vật đúc Bình thường cao 1,3 1,4 – 1,5 1,4 1,5 – 1,6 1,5 – 1,6 1,6 – 1,8 Chú thích: - Trường hợp có nguy cơ tạo thành ứng suất đúc hay rỗ ngót trong vật đúc, hệ số s tăng 0,1 – 0,2 Khuôn kim loại hay khuôn cát có nhiều vật làm nguội thì phải rót nhanh. Xác định thời gian rót kim loại vào khuôn cần tính đến tốc độ dâng của kim loại trong khuôn khi rót. Tốc độ rót được xác định theo công thức (2.2), trong đó C là chiều cao vật đúc, t là thời gian rót khuôn (tính theo (2.1). v = (cm/s) 2.2 Kiểm tra lại tốc độ rót. Nếu bằng hoặc lớn hơn giá trị tốc độ rót cho phép (cho trong bảng 2.2) là được Bảng 2.2. Trị số bé nhất cho phép đối với vật liệu thép là: (cm/s) Chiều dày thành vật đúc v < 4 - 4 – 10 2 10 – 40 1 > 40 0,6 Sau khi xác định thời gian rót không hợp lý, ta tính diện tích rãnh dẫn - Fmin theo công thức (2.3). Fmin = (2.3) Trong đó: G- khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót (kg) - hệ số trở lực trong của khuôn htb - cột áp suất thủy tĩnh trung bình của kim loại (cm) - tốc độ cung cấp kim loại từ thùng rót (kg/s) Bảng 2.3. Hệ số trở lực của khuôn µ đối với vật liệu thép là Vật đúc Loại khuôn Trở lực khuôn Lớn Trung bình Bé Thép Tươi Khô 0,35 0,41 0,42 0,48 0,50 0,60 Cột áp suất thủy tĩnh trung bình của kim loại htb (cm) trong thời gian rót khuôn được tính theo công thức (2.4). htb = H0 – (2.4) Trong đó: H0 – áp suất thủy tĩnh ban đầu lớn nhất (cm) P – chiều cao của vật đúc trên rãnh dẫn (cm) C – chiều cao của vật đúc khi rót (cm) 2.3. THIẾT KẾ ĐẬU NGÓT 2.3.1. Nguyên tắc thiết kế: Những nguyên tắc cần chú ý khi thiết kế đậu ngót: Đậu ngót được đặt trên phần dày nhất của vật đúc Đậu ngót không làm cản trở sự co tự do của vật đúc Đậu ngót phải dễ cắt và dễ làm sạch vết cắt Đậu ngót còn có thể làm đậu hơi để thoát khí và chất bẩn ra khỏi khuôn, vì vậy nên bố trí đậu ngót ở chỗ cao nhất của vật đúc. Tránh đặt đậu ngót quá sát thành vật đúc tạo nên khe cát mỏng, khi rót bị nung nóng nhiều, dễ sinh rỗ ngót ở thành vật đúc. 2.3.2. Các dạng đậu ngót: Theo kết cấu thì có hai loại đậu ngót trên và đậu ngót bên hông ở dạng kín và hở. Ngoài ra còn có :đậu ngít dễ đập, đậu ngót cách nhiệt và đậu ngót phát nhiệt. Đậu ngót thường: + Đậu ngót trên. Có hai dạng là đậu ngót hở và đậu ngót kín. - Đậu ngót hở: Ưu điểm: Dễ ráp khuôn, có thể kiểm tra trước lúc rót và quan sát được kim loại chảy trong khuôn khi đang rót. Nhược điểm: Chiều cao của đậu ngót phụ thuộc vào chiều cao của hòm khuôn, dễ bị bẩn vì bị rơi vào qua đậu ngót hở. - Đậu ngót trên kín: Thường phần trên của đậu ngót làm nửa hình cầu để giảm bề mặt tiếp xúc của kim loại lỏng với khuôn và hạn chế thể tích đậu ngót. Nó được sử dụng trong các trường hợp: * Hòm khuôn quá cao. * Khi làm trên máy bằng tấm mẫu, phần mẫu nhô ra của đậu ngót hở sẽ làm cản trở sự đầm chặt của hỗn hợp bằng máy. + Đậu ngót bên hông: Được sử dụng trong trường hợp cần bổ sung kim loại cho những nút nhiệt nằm ở phía dưới của khuôn, hay trong trường hợp không thể đặt đậu ngót ở phần trên của vật đúc (vật đúc bị biến dạng hay khó cắt đậu ngót). Trong một số trường hợp nếu sử dụng đậu ngót bên sẽ dễ thực hiện được nguyên tắc đông đặc có hướng giảm chi phí lao động, dễ cắt đậu ngót và làm sạch được vết cắt còn lại. Bên cạnh đó còn giải quyết được một số tính chất về vấn đề tổ chức đảm bảo cơ tính cho vật đúc. Tuy vậy, đậu ngót bên cũng có một số nhược điểm sau: Làm tăng khích thước hòm khuôn do đậu ngót bên chiếm chỗ. Tạo thành những chỗ cát yếu giữa đậu và thành vật đúc, cho nên dễ bị xói lở và dễ bị cháy cát ở khe này do nhiệt độ cao. Có tác dụng kém hơn so với đậu ngót trên vì cột áp suất thủy tĩnh thấp. Đậu ngót b