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

3 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy  Thiết kế và chế tạo khuôn ép mẫu sáp  Sử dụng khuôn ép để chế tạo mẫu, HTR bằng sáp (1)  Gia công thành chùm mẫu (pattern tree) (2) 4 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy Nhúng mẫu vào huyền phù (3) Rắc cát lên bề mặt mẫu, sấy khô Lặp lại nhiều lần quá trình: nhúng huyền phù – rắc cát – sấy khô cho đến khi tạo được một lớp vỏ đủ bền theo yêu cầu (4) 5 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy Nung khỏi mẫu khỏi khuôn (5) Nung đến nhiệt độ đủ cao để thiêu kết khuôn; rót ngay KL lỏng vào khuôn (6) Phá khuôn và làm sạch vật đúc (7) 6 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy 7 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.2. Đặc điểm của quá trình Mẫu chỉ sử dụng một lần & mỗi vật đúc cần một mẫu Mẫu không có mặt phân mẫu; khuôn không có mặt phân khuôn độ chính xác của vật đúc cao Khuôn có độ bóng bề mặt & độ chính xác rất cao 8 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.2. Đặc điểm của quá trình KL lỏng được rót vào khuôn đã được nung ở nhiệt độ cao (1000- 11000C khi đúc thép)  dễ điền đầy khuôn và bù co ngót Quy trình công nghệ phức tạp và kéo dài Giá thành vật đúc cao 9 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.3. Phạm vi sử dụng Là phương pháp có hiệu quả để chế tạo vật đúc nhỏ, phức tạp, có yêu cầu rất cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác về kích thước từ những hợp kim khó gia công cơ và tính đúc thấp 10 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.3. Phạm vi sử dụng Độ bóng bề mặt vật đúc: 5-7; có thể tạo lỗ tới 2mm, thành dày 1–10mm Cho phép đúc các sản phẩm từ 10 gram đến trên trăm kg; nhưng khi chi tiết càng lớn thì độ chính xác càng thấp 11 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.3. Phạm vi sử dụng Chỉ có hiệu quả khi sản lượng đúc tương đối lớn để đủ khấu hao khuôn ép Dùng đúc các vật đúc cần giảm khối lượng gia công cơ khí (ví dụ: khuôn dập); các chi tiết không thể gia công cơ khí (ví dụ: chi tiết máy khâu công nghiệp, chân vịt ) 12 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Đúc các hợp kim có độ cứng rất cao Hàng mỹ nghệ cao cấp 1.3. Phạm vi sử dụng 13 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.3. Phạm vi sử dụng 14 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.3. Phạm vi sử dụng 15 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2. VẬT LiỆU/PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO MẪU 2.1.Yêu cầu đ/với vật liệu chế tạo mẫu Nhiệt độ nóng chảy không quá cao (60- 1000C) để dễ chế tạo và nung chảy mẫu Nhiệt độ hóa mềm đủ cao (>35-400C) để mẫu không bị biến dạng  làm mất độ chính xác Độ co và độ nở nhỏ; phải ổn định khi nung nóng và làm làm nguội 16 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1.Yêu cầu đ/với vật liệu chế tạo mẫu In hình rõ nét lên bề mặt hốc khuôn ép Độ chảy loãng tốt để dễ điền đầy hốc khuôn ép và chảy hết khỏi lòng khuôn khi nung tách sáp Có độ bền và độ cứng đủ cao Thấm ướt huyền phù tốt Có thể sử dụng nhiều lần mà không biến động đáng kể về các tính chất công nghệ 17 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy Parafin: - Màu trắng, có cấu trúc tinh thể, dẻo, rẻ tiền - Độ bền thấp, dễ biến mềm Stearin: - Màu vàng-trắng, cấu trúc vô định hình - Nhiệt độ biến mềm tương đối cao - Có xu hướng tác động với huyền phù - Đắt tiền 18 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy Serezin: - Màu vàng 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 19 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy 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 20 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy Vật liệu tạo mẫu dễ chảy thường dùng chế tạo mẫu nhỏ có độ phức tạp trung bình 21 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3. 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 22 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.3. Vật liệu tạo mẫu khó chảy 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 23 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.4. Các phƣơng pháp chế tạo mẫu Rót tự do - Chủ yếu dùng chế tạo mẫu rỗng - Độ co lớn, khả năng điền đầy kém Rót dƣới 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 24 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.4.Các phƣơng pháp chế tạo mẫu Ép dƣới dạng nhão - Cần lực ép lớn - Mẫu co rất ít - Sử dụng phổ biến nhất 25 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.4. Các phƣơng pháp chế tạo mẫu 26 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.5. Các phƣơng 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 27 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.5. Các phƣơng pháp ghép mẫu Dán: dùng các loại keo đặc biệt để dán 28 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 29 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.6. 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 epoxi Cao su lưu hóa Thạch cao 30 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. VẬT LiỆU CHẾ TẠO KHUÔN 3.1. 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 31 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Các loại vật liệu chịu lửa Thạch anh Corindon điện phân (Al2O3) Silicat zircon (ZrSiO4) Dioxit titan (TiO2) Manhezit 32 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.2. Chất dính (tự đọc “Các pp & CN đúc đặc biệt”- Nguyễn Ngọc Hà) Etyl silicat Nước thủy tinh 33 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO KHUÔN 4.1. Chuẩn bị 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 34 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.2. 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) 35 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.3. Tạo khuôn vỏ Nhúng chùm mẫu vào thùng huyền phù (đang quay) để mẫu được bao một lớp vừa đủ 36 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.3. Tạo khuôn vỏ Phủ một lớp cát mịn lên chùm mẫu (đã nhúng huyền phù) 37 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Thiết bị tƣới cát 38 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Thiết bị tạo tầng “sôi” cát Hệ thống hút bụi 39 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.3. Tạo khuôn vỏ Hong khô tự nhiên hoặc cưỡng bức lớp vỏ rắn Lặp đi lặp lại nhiều lần (5-15, phụ thuộc kích thước chi tiết, chùm mẫu) quá trình: nhúng huyền phù  rắc cát  hong khô 40 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.3. Tạo khuôn vỏ 41 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.3. Tạo khuôn vỏ 42 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Hệ thống tải + sấy khuôn 43 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.4. Tách sáp khỏi khuôn Quá trình tách sáp được thực hiện bằng hơi nước quá nhiệt trong các buồng tách sáp 44 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.4. Tách sáp khỏi khuôn 45 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Thùng chứa sáp vừa tách 46 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Thiết bị tách nƣớc khỏi sáp 47 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Thiết bị lọc sáp PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 48 Thiết bị bơm sáp PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 49 4.5. 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 50 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ Quá trình thiêu kết thường được thực hiện trong các lò buồng đốt bằng ngọn lửa 51 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ 52 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Lò thiêu kết khuôn vỏ 53 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5. RÓT KHUÔN Khuôn đã được thiêu kết phải được rót ngay 54 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5. RÓT KHUÔN 55 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6. LÀM SẠCH/HOÀN TẤT Bắn bi Cắt tách hệ thống rót Phun cát Sửa chữa các khuyết tật Nhiệt luyện 56 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Thiết bị phá khuôn 57 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Máy cắt 58 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Thiết bị mài Thiết bị phun cát 59 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7. MỘT SỐ CN ĐÚC MẪU CHẢY MỚI 7.1. Hút chân không dƣới PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 60 7.2. Hút chân không trên PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 61