Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 4: Một số phương pháp đúc (Phần 5) - Nguyễn Ngọc Hà

ôn, vật đúc luôn ở trạng thái quay và chịu tác dụng của lực li tâm 3 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Sơ đồ nguyên lý 4 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Sơ đồ nguyên lý Trục quay ngang Trục quay thẳng đứng 5 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1. MỞ ĐẦU  Lực li tâm tác động theo hướng kính: P = m2r m-khối lượng phần tử quay -vận tốc góc phần tử quay r-bán kính phần tử quay 2r-gia tốc của phần tử quay K = m2r /mg= 2r / g : hệ số trọng trường 6 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2. ĐẶC ĐiỂM 2.1. Ƣu điểm 1. KL lỏng kết tinh dưới tác động của lực li tâm & nguội nhanh  tổ chức nhỏ mịn, sít chặt 2. Mặt ngoài vật đúc rất sạch (tạp chất & khí nằm ở mặt trong); vật đúc không có rỗ khí, xỉ 3. Tạo lỗ rỗng mà không cần ruột 4. Hệ số thực thu thành phẩm cao 7 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1. Ƣu điểm 8 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1. Ƣu điểm 5. Đúc được các HK có độ chảy loãng thấp 6. Ít hoặc không tiêu tốn vật liệu làm khuôn 7. Có thể tạo phôi nhiều lớp 9 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.2. Nhƣợc điểm 1. Vật đúc dễ bị thiên tích thành phần  đúc li tâm không thể sử dụng cho tất cả HK đúc 2. Khó đúc các vật đúc bằng HK nhẹ 3. Lượng dư gia công lỗ lớn 4. Dễ cháy dính cát khi dùng khuôn có lớp cát áo 5. Không hiệu quả khi sản xuất nhỏ 10 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. PHẠM VI SỬ DỤNG Các vật đúc dạng tròn xoay (ống bạc) Đúc bạc bimetal Các vật đúc nhỏ khác 11 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. PHẠM VI SỬ DỤNG 12 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. PHẠM VI SỬ DỤNG 13 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. PHẠM VI SỬ DỤNG 14 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. PHẠM VI SỬ DỤNG 15 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. PHẠM VI SỬ DỤNG 16 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4. HÌNH DẠNG BỀ MẶT THOÁNG 4.1. Trục quay ngang Giả định: - Tất cả các phần tử của KL lỏng có vận tốc góc như nhau và bằng vận tốc góc của khuôn  Vật đúc nằm ở trạng thái tĩnh tương đối so với khuôn Phương trình bề mặt thoáng có dạng: Xdx + Ydy + Zdz = 0 17 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.1. Trục quay ngang Hợp lực của lực li tâm và trọng lực thay đổi về độ lớn theo vị trí Do 2r >> g: - X= 2x - Y= 2y  2x + 2y= 0  Lấy tích phân có tính đến điều kiện biên: x2 + y2 = r2 18 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.2. Trục quay đứng  Phương trình bề mặt thoáng: Rdr + Zdz = 0  Điểm M trên mặt thoáng chịu tác động của các gia tốc: R= 2r; Z= -g  2rdr – gdz= 0  z= 2r2/2g   - Bề mặt thoáng có dạng paraboloid tròn xoay - Hình dáng bề mặt thoáng phụ thuộc vào vận tốc quay của khuôn 19 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5. LỰC TÁC ĐỘNG LÊN CHẤT ĐiỂM ĐANG QUAY 5.1. Trục quay nằm ngang dp= (Xdx+ Ydy + Zdz)= (2xdx + 2ydy) Lấy tích phân và: - Thay x2 + y2 = r2 - Khi r= rtr thì p= 0  p= 2(r2 – rtr 2)/2 20 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.2. Trục quay thẳng đứng Đối với điểm M1(zM1,0) nằm dưới đỉnh parabol: p=g (za + h)=( 2r1 2/2 + h) Đối với điểm M2(zM2,0) nằm trên đỉnh parabol: p= g (zC – zB)= g( 2/2)(r2 2 – rB 2) 21 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Nếu KL lỏng ở trạng thái tĩnh, lực nâng tác dụng lên vật lẫn: P= vlgV - klgV = gV(vl - kl) vl,kl – khối lượng riêng của vật lẫn & KL lỏng V – thể tích vật lẫn Nếu KL lỏng đang quay: Plt=  2r V(vl - kl)= P 2r/g= KP 22 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6.LỰC TÁC DỤNG LÊN VẬT LẪN 6.1. Lực tác dụng 6.1. Lực tác dụng lên vật lẫn Lực tác dụng lên vật lẫn trong KL lỏng đang quay lớn hơn so với trong KL tĩnh K lần  thiên tích mạnh các vật lẫn có khối lượng riêng khác KL lỏng vl < kl (vật lẫn: xỉ, cát )  Plt < 0 và hướng về mặt thoáng 23 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6.2. Vận tốc nổi của vật lẫn Với lưu chất tĩnh, vận tốc nổi max của vật lẫn được xác định từ điều kiện cân bằng giữa lực nâng & lực cản thủy tĩnh, xác định theo công thức Stock: vmax= [4dg (kl - vl)/3ckl] 0,5 d – đường kính vật lẫn c – hệ số trở lực, phụ thuộc số Re 24 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6.2. Vận tốc nổi của vật lẫn Đối với KL lỏng đang quay: vmax’ = K 0,5vmax Nhận xét: - Vận tốc nổi của vật lẫn phi kim trong KL lỏng đang quay lớn hơn K0,5 lần so với trong KL tĩnh: đây là ưu điểm lớn của đúc li tâm 25 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7. QUÁ TRÌNH ĐÔNG ĐẶC 7.1. Quá trình nguội 7.1.1. Nguội bề mặt thoáng a. Nguội do bức xạ nhiệt Cường độ bức xạ nhiệt: Q= c[(T1/100) 4 - (T0/100) 4 ] Cường độ bức xạ nhiệt lớn nhất xảy ra ngay sau khi rót 26 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ a. Nguội do bức xạ nhiệt  Bức xạ nhiệt từ một điểm trên bề mặt thoáng được đặc trưng bởi góc   Cùng đường kính mặt thoáng, vật đúc càng dài thì góc  càng bé  cường độ bức xạ nhiệt giảm  ảnh hưởng đến tốc độ nguội của vật đúc và chiều sâu vùng rỗ co 27 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ b. Nguội do truyền nhiệt qua không khí tiếp xúc mặt thoáng Trục quay thẳng đứng nguội mạnh hơn trục quay ngang do không khí lạnh đi xuống, nóng bốc lên 28 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7.1.2. Nguội mặt ngoài Phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của VLLK, lớp sơn khuôn, khe hở khí giữa vật đúc và khuôn Phủ bề mặt khuôn một lớp vật liệu làm khuôn  giảm tốc độ nguội vật đúc Tăng tốc độ quay  lực li tâm tăng  giảm khe hở khí  tăng tốc độ nguội vật đúc 29 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7.2. Các hiện tƣợng co 7.2.1. Vật đúc đƣợc làm nguội 1 phía Vật đúc đặc hoặc rỗng nhưng có 2 đầu mút kín  đông đặc có hướng từ mặt ngoài vào a. Khi khoảng đông hẹp  đông đặc có hƣớng: • Rỗ co tập trung ở trục quay (vật đúc đặc) • Rỗ co ở mặt thoáng (vật đúc rỗng) 30 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7.2.1. Vật đúc đƣợc làm nguội 1 phía b. Khi khoảng đông rộng: • Vật đúc đang kết tinh có 4 vùng: - Lỏng - Lỏng – rắn: các tinh thể nhánh cây nằm giữa pha lỏng - Rắn – lỏng: nhánh cây liên tục và KL lỏng nằm giữa các nhánh cây - Rắn 31 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7.2.1. Vật đúc đƣợc làm nguội 1 phía • Quá trình đông đặc: - Hình thành vỏ rắn ở mặt ngoài - Các nhánh cây phát triển về phía mặt thoáng - Vùng lỏng xuất hiện các tinh thể nhánh cây. Do lực li tâm, các tinh thể này bắn ra mặt ngoài & và nhập với các nhánh cây của vùng L-R. Sự co được bù từ KL lỏng từ các vùng trung tâm 32 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7.2.1. Vật đúc đƣợc làm nguội 1 phía - Ở vùng trung tâm, các tinh thể nhánh cây lớn lên hình thành vùng R-L. Việc bù co: lọc KL lỏng qua lưới nhánh cây - Độ sệt KL lỏng tăng lên  quá trình lọc khó khăn  xuất hiện rỗ co ở vùng mặt thoáng 33 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7.2.2. Vật đúc đƣợc làm nguội 2 phía • Tự đọc 34 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CÔNG NGHỆ 8.1. Chọn vị trí trục quay Không nên chọn trục quay đứng cho các vật đúc có chiều dài lớn vì: - Chênh lệch độ dày ở dưới và trên lớn - Phần dưới dày  đông đặc sau  rỗ co - Cột áp KL lỏng lớn  khuôn bị ăn mòn mạnh; dễ bắn tóe 35 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.1. Chọn vị trí trục quay Chọn trục quay đứng cho các trƣờng hợp: - Các vật đúc đặc - Các vật đúc không có dạng tròn xoay - Các vật đúc tròn xoay, rỗng có H/D<1 36 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.1. Chọn vị trí trục quay 37 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.2. Tốc độ quay của khuôn Đây là thông số CN quan trọng nhất Trục quay ngang: - Tốc độ quay nhỏ  bề mặt thoáng của KL lỏng chỉ nghiêng 1 góc hoặc xảy ra tình trạng mưa rơi - Tốc độ quay quá lớn: VĐ bị nứt, chảy dính, rung máy 38 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Một số phƣơng pháp tính tốc độ quay Công thức Kemmen: n= c/(r)0,5 n – tốc độ quay, vòng/phút r – bán kính bề mặt thoáng, cm c – hệ số, phụ thuôc HK đúc thép – 1350; gang – 1675; đồng – 1675; nhôm – 2250 39 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Một số phƣơng pháp tính tốc độ quay Công thức Konstatinov: n= 5520/(r)0,5  - trọng lượng riêng HK đúc 40 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Một số phƣơng pháp tính tốc độ quay Cơ sở của cả 2 p/p trên là hệ số trọng trường K: K = 2r/g = (n/30)2(r/g)  n= 300 (K/r)0,5 Như vậy: - Trong công thức Kemmen: K= (c/300)2 - Trong công thức Konstatinov: K= 340/ HK càng nhẹ  tốc độ quay càng lớn R càng lớn  tốc độ quay càng nhỏ 41 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.3. Tốc độ rót Thông số CN quan trọng Trong quá trình rót, chiều dày lớp vỏ rắn của vật đúc phải luôn nhỏ hơn chiều dày lớp KL lỏng Lúc đầu: rót nhanh để KL nhanh chóng phủ bề mặt khuôn, sau đó giảm tốc độ rót tạo thuận lợi đông đặc có hướng, giảm áp lực lên lớp vỏ rắn 42 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.4. Khuôn đúc li tâm Khuôn kim loại Khuôn cát Khuôn KL và cát 43 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.4.1. Khuôn kim loại Sử dụng trong các trường hợp: - SX loạt lớn - Vật đúc không bị cản co, dễ lấy khỏi khuôn - Vật đúc cần nguội nhanh - Đúc bạc, ống GX 18-36, GX 24-44 Thép cacbon Gang cầu 44 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.4.2.Khuôn KL có lớp phủ cách nhiệt Phủ lên bề mặt khuôn chất phủ ở dạng lỏng hoặc 1 lớp vật liệu tản rời (cát thạch anh mịn, khô) Mục đích chất phủ ở dạng lỏng : - Tăng tuổi thọ khuôn - Chống biến trắng khi đúc gang 45 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.4.2.Khuôn KL có lớp phủ cách nhiệt Mục đích chất phủ vật liệu tản rời: - Giảm tốc độ & mức độ nung nóng khuôn - Giảm tốc độ nguội của vật đúc - Giữ KL ở trạng thái lỏng lâu để đúc 2 lớp - Thay đổi đường kính ngoài của vật đúc bằng cách thay đổi chiều dày lớp vật liệu tản rời 46 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8.4.3. Khuôn có lớp cát áo Sử dụng trong các trường hợp: - SX nhỏ - Vật đúc bị cản co & vướng không lấy ra khỏi khuôn KL được 47 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ