Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 4: Một số phương pháp đúc (Phần 1) - Nguyễn Ngọc Hà

R - Chế tạo khuôn, ruột - Sấy khuôn, ruột - Ráp khuôn 3 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.1. Quá trình đúc trong khuôn cát-sét 2. Giai đoạn đúc: - Nấu luyện HK đúc - Rót khuôn; để nguội khuôn 3. Giai đoạn sau đúc: - Phá dỡ khuôn - Làm sạch vật đúc - Gia công cơ khí - Nhiệt luyện; sơn, mạ - Kiểm tra sản phẩm 4 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Quá trình SX đúc trong khuôn cát Hỗn hợp làm khuôn Hộp lõi Hỗn hợp làm lõi Mẫu đúc Lò đúc Nhiên liệu Nguyên liệu kim loại Làm khuôn Sấy khuôn Rót khuôn Biến tính Nấu kim loại Ph khuôn, lõi Sấy lõi Làm sạch vật đúc Kiểm tra Phế phẩm Vật đúc Lắp ráp khuôn, lõi Làm lõi Khuôn khô Khuôn tươi 5 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6 1.2. Đặc điểm khuôn cát – sét Ƣu điểm Có khả năng tạo hình các vật đúc lớn và phức tạp Phù hợp với tất cả các loại hình sản xuất Trang thiết bị, công nghệ đơn giản, chi phí thấp HHLK tái sử dụng nhiều lần PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7 Nhƣợc điểm Năng suất thấp Độ chính xác và độ bóng bề mặt vật đúc thấp Lượng dư gia công lớn  tiêu tốn nhiều kim loại, chi phí gia công cắt gọt lớn PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8 1.3. Phạm vi sử dụng Dùng trong mọi loại hình sản xuất; sản phẩm yêu cầu chất lượng bề mặt không cao Dùng trong sản xuất các vật đúc lớn, hình dạng phức tạp mà nếu đúc bằng các phương pháp khác (đúc trong khuôn kim loại tĩnh, đúc áp lực ) thì khó gia công khuôn, chi phí cao 9 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2. CÁC LOẠI KHUÔN CÁT-SÉT 2.1. Khuôn cát – sét tƣơi 2.1.1. Đặc điểm chung Khuôn cát-sét không qua sấy Chu kỳ sản xuất ngắn, giá thành thấp Dễ cơ khí hóa Dễ phá khuôn Do độ ẩm cao, độ bền thấp  dễ gây rỗ khí, vỡ cát, biến dạng khuôn Dùng đúc các vật đúc nhỏ, không yêu cầu cao về chất lượng 10 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1.2. Đặc điểm kỹ thuật cần quan tâm Do lượng sét và nước trong HHLK ít  HHLK kém dẻo Cần chú ý chống mất ẩm (tránh rã cát ở bề mặt khuôn) nhưng vẫn bảo đảm ít ẩm Cát phải có cỡ hạt nhỏ  đủ bền, bề mặt vật đúc nhẵn 11 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1.3.Các biện pháp đảm bảo chất lƣợng Tăng bền cho HHLK: - Dùng sét có độ dính kết cao - Xử lý hoạt hóa sét - Dùng thêm chất dính hữu cơ: nước bả giấy, mật mía Cho thêm dextrin vào HHLK để giữ ẩm Dùng khuôn cao áp (ép dưới áp lực cao) 12 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2. Khuôn khô 2.2.1. Đặc điểm chung Do được sấy nên khuôn bền Độ ẩm thấp nên vật đúc ít bị rỗ khí Chu kỳ sản xuất dài, tốn kém: 150 – 4500C trong 8 – 48 giờ Khuôn có thể bị biến dạng, nứt do sấy Khó phá khuôn Dùng đúc các vật đúc lớn, vật đúc có yêu cầu cao 13 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2.2.Đặc điểm kỹ thuật cần quan tâm HHLK dùng nhiều sét và nước hơn so với khuôn tươi  HHLK dẻo, dễ giã chặt, dễ sửa Cho phép dùng cát cỡ hạt to hơn (không kén như khuôn tươi). Phải chú ý sơn khuôn tốt Phải sấy khuôn đúng kỹ thuật 14 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3. Khuôn sấy bề mặt 2.3.1. Đặc điểm chung Khuôn được sấy khô vài cm ở lớp bề mặt rồi ráp khuôn rót ngay. Là xu hướng công nghệ chủ yếu cho các sản phẩm đúc lớn Giữ được ưu điểm của khuôn tươi: ít tốn kém, dễ phá khuôn, chu kỳ sản xuất ngắn nhưng vẫn bảo đảm độ bền Chất lượng VĐ tốt nếu sấy xong rót khuôn ngay Khi sấy, ngay sau lớp bề mặt đã khô hình thành vùng ngưng tụ hơi nước có độ ẩm cao. Nếu để khuôn đủ lâu, lớp cát khô bề mặt bị hút ẩm lại 15 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3.2.Đặc điểm kỹ thuật cần quan tâm Thành phần HHLK gần giống khuôn tươi: ít sét, độ ẩm phải khống chế chặt chẽ Có thể thêm các chất phụ gia hữu cơ có khả năng đông rắn dưới tác dụng nhiệt: nước bã giấy, bột bitum Có thể sấy khuôn bằng các cách sau: - Sơn tự cháy (lớp khô 1-4mm) - Mỏ đốt dùng dầu, gas - Lò sấy di động 16 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.4. Khuôn bán vĩnh cửu 2.4.1. Đặc điểm chung Khuôn làm bằng hỗn hợp cát đặc biệt và có lượng sét nhiều, qua nung có thể đúc 5-100 lần Độ bền khuôn cao Rút ngắn thời gian sản xuất Tiết kiệm VLLK và diện tích xưởng Dùng đúc các chi tiết lớn có hình dạng đơn giản: chảo gang, ống, bệ máy 17 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.4.2. Đặc điểm kỹ thuật cần quan tâm Lượng sét nhiều: 20-30% Khi làm khuôn cần giã chặt, có dùng xương Phải nung sấy kỹ: - Hong gió 5 – 15 giờ, thậm chí cả tuần - Sấy 300-4000C trong 10-15 giờ - Sửa chỗ nứt và sấy tiếp trong 8-10 giờ - Sơn bề mặt rồi sấy lại 18 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.5. So sánh các loại khuôn Chỉ tiêu so sánh Khuôn tƣơi Khuôn khô Khuôn sấy bề mặt Khuôn bán vĩnh cửu Khuôn không sấy Khuôn sấy kỹ trước khi rót Khuôn sấy bề mặt trước khi rót Khuôn được nung để sử dụng nhiều lần Độ bền Thấp Cao Cao ở lớp bề mặt Rất cao HHLK Cát: chú ý độ hạt; sét: ít (4-6%) Cát: cho phép hạt to; sét: 10-15% Cát: chú ý độ hạt; sét: ít (4-6%) Cát: cho phép hạt to, loại đặc biệt; sét: 20- 30% 19 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.5. So sánh các loại khuôn Chỉ tiêu so sánh Khuôn tƣơi Khuôn khô Khuôn sấy bề mặt Khuôn bán vĩnh cửu Đặc điểm Dễ bị rỗ khí Biến dạng khi đúc VĐ lớn Ít bị rỗ khí Biến dạng khi sấy Sấy dài Cần rót ngay sau khi sấy; sấy ngắn Thời gian sấy rất dài Ứng dụng Vật đúc nhỏ, không yêu cầu cao Vật đúc trung bình, lớn Vật đúc nhỏ, trung bình Vật đúc lớn, đơn giản Chi phí Rẻ nhất Cao nhất Thích hợp Thích hợp 20 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. CHẾ TẠO KHUÔN 3.1. Dụng cụ làm khuôn 3.3.1. Hòm khuôn cơ bản Hòm khuôn trên Hòm khuôn dưới Chốt định vị Kích thước nhỏ: dưới 800 mm Gỗ, kim loại 21 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.1.2. Hòm khuôn lớn Thanh ngang, xương tăng bền Hợp kim nhôm đúc, gang đúc, thép hàn 22 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.1.3. Hòm khuôn có thể mở  Làm khuôn xong, đặt xuống nền, mở chốt, lấy hòm khuôn ra Tiết kiệm được hòm khuôn Dùng làm khuôn nhỏ 23 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.1.4. Dụng cụ làm, sửa khuôn Chày đầm khuôn Bay sửa khuôn Mẫu cho cốc rót Mẫu cho đậu hơi 24 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.1.5. Dụng cụ lay, rút mẫu 25 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.1.6. Tấm đỡ mẫu, tạ đè 26 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.2. Bộ mẫu Mẫu nguyên Mẫu bổ đôi  Tấm mẫu một mặt 27 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.2. Bộ mẫu Tấm mẫu 2 mặt Tấm mẫu định hình 28 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ So sánh các loại mẫu a. Mẫu nguyên; b. Mẫu bổ đôi; c. Tấm mẫu 2 mặt; d. Tấm mẫu 1 mặt 29 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3. Làm khuôn dƣới nền 3.3.1. Đặc điểm Nửa khuôn dưới chính là nền cát của xưởng Năng suất làm khuôn thấp Chất lượng khuôn không cao: Độ chặt của HHLK khó bảo đảm, dễ ngấm nước  rỗ khí 30 3.3.2.Phạm vi sử dụng Đúc những mặt hàng yêu cầu chất lượng không cao, sản xuất đơn chiếc Vật đúc cực lớn Không thể tạo mẫu, dùng ngay chính chi tiết đúc để làm mẫu 3.3.3. Làm khuôn với đệm cát mềm (cho vật đúc nhỏ và trung bình)  Đặt trên nền xưởng 2 thanh dầm thép song song nhau trên cùng độ cao  Đào bỏ HHLK giữa 2 dầm  Đổ đầy HH cát đệm vào hố  Dùng thước san phẳng HH  Tạo lớp cát mặt 10 – 20mm trên bề mặt đệm  Đặt các thanh đệm gỗ dày khoảng 10mm lên trên các đoạn ray.  Dùng thước san bằng lớp hỗn hợp cát mặt  Lấy các thanh đệm gỗ khỏi các dầm  Đầm lún lớp HH cát mặt xuống ngang bằng mặt trên các dầm  Đặt mẫu vật đúc xuống đệm mềm vừa tạo thành, tiến hành làm khuôn . 32 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Quá trình tạo đệm mềm 33 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.4. Làm khuôn với đệm cát cứng (cho vật đúc lớn) Đào hố xuống nền xưởng (sâu 500-700mm, chiều dài & rộng hơn kích thước mẫu 200- 300mm) Đầm chặt đáy hố (dùng chày) Đổ vào đáy hố lớp độn xốp (xỉ) 100-200mm Phủ tiếp lớp chiếu gai 30-40mm Đặt các ống thép nối thông chất độn Đổ HH cát đệm, đầm chặt từng lớp 100-150mm Dùng dùi xiên tạo đường thông khí trong HHLK 34 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.4. Làm khuôn với đệm cát cứng Tạo lớp cát mặt bằng HHLK 50-150mm (sau khi đầm san phẳng theo hình dạng bề mặt mẫu)  Đặt mẫu vào khoang Mẫu Lỗ thông khí Ống thép HHLK Chiếu gai Xỉ 35 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.4. Làm khuôn trong các hòm khuôn 3.4.1. Đặc điểm Là phương pháp làm khuôn phổ biến nhất, khuôn được làm chủ yếu từ 2 hòm: HK trên và HK dưới Dễ cơ khí hóa, năng suất cao Chất lượng bảo đảm, ổn định Cần nhiều HK, lắp lẫn chính xác 36 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.4.2. Làm khuôn với mẫu nguyên khối Cho chi tiết có hình dạng đơn giản, nằm trong 2 HK. Độ chính xác không cao Chi tiết có một mặt phẳng, có thể nằm trong 1 HK mà vẫn có thể rút mẫu dễ dàng 37 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.4.3. Làm khuôn với mẫu bổ đôi Dùng cho các chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc trụ tròn Hai nửa mẫu nằm trong 2 HK, mặt ráp khuôn (MRK) trùng với mặt phân mẫu (MPM) 38 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.4.3. Làm khuôn với mẫu bổ đôi Mẫu thường bổ đôi qua mặt đối xứng hoặc qua đầu gác ruột Để ghép chính xác 2 nửa mẫu: dùng chốt cho nửa mẫu trên và lỗ chốt ở nửa mẫu dưới 39 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.4.3. Làm khuôn với mẫu bổ đôi a) 2 nửa mẫu b) - Đặt nửa mẫu dưới trên tấm đỡ mẫu - Đầm khuôn dưới - Gạt phẳng - Xiên hơi c) - Lật 1800 khuôn dưới - Lắp nửa mẫu trên vào nửa mẫu dưới - Lắp mẫu đậu rót, đậu hơi - Lắp HK trên vào HK dưới - Rắc cát phân cách - Đầm khuôn trên; rút mẫu đậu rót, đậu hơi 3.4.3. Làm khuôn với mẫu bổ đôi d)- Nhấc khuôn trên ra - Rút mẫu khỏi khuôn dưới - Sửa khuôn dưới e)- Rút mẫu khỏi khuôn trên - Sửa khuôn trên f) - Đặt ruột; lắp khuôn trên vào khuôn dưới - Rót khuôn g) Vật đúc 3.4.4. Làm khuôn bằng hòm khuôn giả  Đặt HK rỗng lên tấm đỡ; MPK ở dưới; dầm HHLK (có lượng sét cao để tạo độ bền)  Quay lật HK giả (1)180 độ  Từ phía MPK khoét 1 hõm sâu vào HH tương ứng với phần nhô ra của mẫu nguyên khối  Đặt mẫu VĐ vào hõm sâu đó, dùng búa và thanh gỗ áp lên mẫu đóng lún xuống (a)  Lấy mẫu ra khỏi hõm sâu; cho thêm HHLK vào những chỗ mà mẫu không tạo thành vết in trong hòm khuôn giả 3.4.4.Làm khuôn bằng hòm khuôn giả  Đặt mẫu vào lại hõm sâu trong hòm khuôn giả.  Miết phẳng MPK quanh mẫu  Lắp HK dưới 2 lên HK giả 1 nhờ các chốt định vị (b)  Rắc cát phân cách lên bề mặt ráp khuôn của HK giả  Chế tạo nữa khuôn dưới theo cách thông thường  Tách lấy nửa khuôn dưới cùng với mẫu ra khỏi HK giả  Quay lật nữa khuôn dưới cùng với mẫu 180 độ và đặt lên tấm đỡ  Lắp HK trên 3 lên nữa khuôn dưới; tiến hành làm khuôn trên (c)  Tách hai nữa khuôn; lấy mẫu, tinh sửa; ráp khuôn chuẩn bị chờ rót (d) Thí dụ về làm khuôn bằng hòm khuôn giả PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 44 Thí dụ về làm khuôn bằng hòm khuôn giả PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 45 3.4.5. Làm khuôn chồng  Đặt HK giữa và mẫu vật đúc lên tấm đỡ mẫu  Làm khuôn trong hòm giữa theo pp thông thường  Lắp đặt HK dưới lên hòm khuôn giữa đã làm xong; tiến hành làm khuôn  Đặt tấm đỡ lên trên phần khuôn dưới, bắt chặt nó với tấm đỡ mẫu cùng các phần giữa và dưới của khuôn  Quay lật 180o cả khối khuôn cùng tấm đỡ 46 3.4.5. Làm khuôn chồng  Đặt HK trên lên hòm giữa; tiến hành làm khuôn theo pp thường dùng  Lần lượt nhấc tách phần trên rồi sau đó phân giữa khuôn, lấy các phần mẫu vật đúc ra khỏi khuôn  Tinh sửa; lắp đặt ruột; ráp khuôn; chuẩn bị rót 47 3.4.6. Làm khuôn có xén cát PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 48 3.4.7. Làm khuôn bằng dƣỡng gạt PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 49 Các phƣơng pháp làm khuôn khác (Tham khảo: “Công nghệ đúc, NXB ĐHQG, Đặng Mậu Chiến) • Làm khuôn có miếng rời • Làm khuôn dùng miếng chao • Làm khuôn dùng ruột khô 50 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Nhận xét Với nhiều phương pháp làm khuôn khác nhau có chế tạo vật đúc có hình dạng cực kỳ phức tạp Đòi hỏi người thiết kế đúc phải có trí tưởng tượng tốt, có tính sáng tạo PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 51 3.5. Cơ khí hóa việc làm khuôn 3.5.1.Mục tiêu  Tăng năng suất  Ổn định chất lượng khuôn  vật đúc chính xác hơn, ít khuyết tật Giảm lao động nặng nhọc 52 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.5.2.Các khâu cần đƣợc cơ khí hóa 1. Xử lý hỗn hợp làm khuôn đã sử dụng: - Đập, sàng - Tuyển từ 2. Chế tạo HHLK: trộn, đánh tơi 3. Cấp HHLK: thay cho dùng xẻng xúc HHLK đổ vào khuôn (dùng bunker có cơ cấu định lượng) 4. Đầm chặt: nén ép, dằn, li tâm 53 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.5.2.Các khâu cần đƣợc cơ khí hóa 5. Rút mẫu: chốt đẩy HK, bàn lật 6. Làm ruột 7. Vận chuyển: chuyển khuôn đã làm xong, chuyển HK rỗng tới máy 8. Rót khuôn: sử dụng monorail, cầu trục 9. Phá khuôn: sàng rung 10. Làm sạch vật đúc 54 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.6.Các nguyên lý làm khuôn bằng máy 3.6.1.Các phƣơng pháp ép a. Ép bằng tấm ép phẳng Sơ đồ ép trên (a), ép dưới (b), ép từ 2 phía (c) 1 – tấm ép, 2 – khung phụ, 3 – hòm khuôn, 4 – mẫu, 5 – tấm mẫu, 6 – bàn máy, 7 – khối cát trong khung phụ dưới, 8 khung phụ. 55 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Ép bằng tấm ép định hình 56 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ c. Ép bằng đầu ép nhiều piston Đầu ép nhiều pittong a) đầu ép pittong thủy lực, b) đầu ép pittong loxo 1– chày ép, 2 – cần chày ép, 3 – pittong, 4 – thân đầu ép, 5 – tấm mẫu, 6 – mẫu, 7 – cần chày ép, 8 – lò xo 57 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ d. Ép bằng màng ép mềm Đầu ép màng ép mềm 1 – màng đàn hồi, 2 – than đầu ép, 3 – vật thể ép, 4 – hòm khuôn, 5 – tấm mẫu, 6 – chất lỏng hoặc vật liệu đàn hồi 58 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.6.2. Phƣơng pháp dằn Khí nén 7 atm Ồn Thời gian làm khuôn dài; tốn nhiều công Dùng tốt với khuôn cao nhưng phải ép thêm 59 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.6.2. Phƣơng pháp dằn PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 60 Dằn không có bộ phận giảm chấn a) vị trí thấp, b) vị trí cao: 1 bàn dằn, 2 – pittong dằn, 3 – lỗ nạp, 4 – lỗ xả. Dằn có bộ phận giảm chấn a) vị trí thấp, b) vị trí cao: 1 – pittong dằn, 2 – than máy dằn, 3 – xi lanh dằn, 4 – lò xo giảm chấn, 5 – lỗ nạp khí nén, 6 – lỗ xả 3.6.3. Phƣơng pháp dằn + ép Hiệu quả cao hơn máy chỉ dằn hoặc ép 61 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.6.4. Phƣơng pháp ném cát Dùng lực li tâm ném từng nắm cát vào khuôn Dùng cho khuôn rất lớn Năng suất cao Độ đầm chặt đều 62 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ