Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 4, Phần 2: Đúc trong khuôn kim Loại - Nguyễn Ngọc Hà

kim loại  Làm nguội khuơn  Mở khuơn, lấy vật đúc  Làm sạch vật đúc 4 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.2. So sánh với khuơn cát KL lỏng được làm nguội nhanh hơn Độ thơng khí kém hơn Độ bền khuơn tốt hơn Khuơn khơng cĩ khả năng co bĩp   Ứng suất đúc, rỗ khí, biến đổi tổ chức ở lớp bề mặt  Vật đúc dễ đơng đặc cĩ hướng 5 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.3. Ƣu điểm Về chất lượng vật đúc: - Chất lượng bề mặt cao; cấu trúc hạt ở lớp vỏ bề mặt nhỏ mịn - Độ chính xác vật đúc cao Về tính kinh tế & cơng nghệ: - Hầu như khơng sử dụng HHLK  giảm nguyên cơng chuẩn bị & xử lý HHLK - Năng suất cao; dễ cơ khí hĩa & tự động hĩa Cĩ thể điều chỉnh quá trình làm nguội khuơn  điều chỉnh quá trình truyền nhiệt từ KL lỏng qua thành khuơn  điều chỉnh quá trình đơng đặc của vật đúc để đạt tổ chức & cơ tính cần thiết 6 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.4. Nhƣợc điểm Vật đúc dễ bị nứt, cong vênh, ứng suất do nguội nhanh, bị cản co Đối với những vật đúc cĩ hốc sâu, phần lồi, gân: khĩ đúc, phải sử dụng nhiều ruột, nhiều trường hợp phải điều chỉnh kết cấu chi tiết đúc Giá thành khuơn cao, thời gian chuẩn bị sản xuất dài, yêu cầu cao về trình độ quản lý 7 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.5. Phạm vi sử dụng Sản lượng vật đúc phải đủ cao Đúc được các HK: chì, kẽm, nhơm, đồng, gang, thép Vật đúc cĩ hình dạng khơng quá phức tạp Chiều dày thành vật đúc: min 3mm, max 50mm Khối lượng vật đúc: 0,1 – 100 kg 8 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.5. Phạm vi sử dụng Sand casting: đúc trong khuơn cát Plaster casting: đúc trong khuơn thạch cao Permanent casting: đúc trong khuơn kim loại tĩnh Die casting: đúc áp lực 9 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.5. Phạm vi sử dụng KHUÔN KIM LOẠI KHUÔN CÁT - SÉT 10 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.5.Phạm vi sử dụng 11 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1.5. Phạm vi sử dụng 12 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2. SỰ HÌNH THÀNH VẬT ĐÚC 2.1.Trƣờng nhiệt độ trong khuơn • Truờng nhiệt độ hệ vật đúc – lớp sơn khuôn – khuôn kim loại T 1 – nhiệt độ kll ở tâm T 1bm – nhiệt độ kll ở bề mặt vật đúc T2’bm– nhiệt độ mặt trong khuôn T 2bm – nhiệt độ mặt ngoài khuôn T 1bd – nhiệt độ ban đầu của vật đúc T 2bd – nhiệt độ ban đầu của khuôn X 1 , X 2 , X 3 – chiều dày tương ứng của nửa vật đúc, thành khuôn, lớp sơn khuôn X 2 T1bd T1bm T2’bm T 1 T1 T2bd T2bm X1 X2 X3 q 13 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1.Trƣờng nhiệt độ trong khuơn  1 - hệ số tỏa nhiệt từ vật đúc ra môi trường  Thay đổi loại sơn ( 3 ), chiều dày lớp sơn (X 3 ); vật liệu, làm nguội cưỡng bức khuơn ( 2 ) và chiều dày (X 2 ) thành khuôn để điều chỉnh tốc độ truyền nhiệt từ vật đúc.          1 32 2 3 2 1 1khí khí X XX 14 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2.1. Sự hình thành khe hở khí Luơn tồn tại khe hở khí giữa vật đúc và khuơn Khe hở: sự co của vật đúc, dãn nở nhiệt & biến dạng của khuơn Khí: sản phẩm cháy của sơn khuơn, HHLR, thốt ra từ vật đúc PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 15 2.1. Sự hình thành khe hở khí Khe hở khí: nhiệt trở lớn, hệ số truyền nhiệt thấp  tăng mạnh trở nhiệt giữa vật đúc và khuơn  Tạo khe hở khí nhân tạo: - Ngăn ngừa một số khuyết tật đúc - Nâng cao tuổi thọ khuơn PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 16 2.3. Làm nguội khuơn Mục đích: - Giảm nhiệt độ làm việc bề mặt khuơn - Làm tăng tốc độ nguội của vật đúc trong khuơn - Giảm chu trình nhiệt (nung – làm nguội) của khuơn PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 17 2.3. Làm nguội khuơn Làm nguội: tự nhiên (nguội trong khơng khí), cưỡng bức (làm nguội bằng khơng khí nén, nước, dầu ) Làm nguội cưỡng bức: điều khiển quá trình hình thành vật đúc PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 18 2.4. Làm nguội khuơn 19 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3. KHUƠN KIM LOẠI 3.1. Yêu cầu đối với khuơn KL Bố trí được HTR trong khuơn Thốt được khí qua hệ thống thốt khí Dễ lấy vật đúc ra khỏi khuơn Bảo đảm chế độ nhiệt của khuơn trong quá trình cơng nghệ Giảm khả năng xuất hiện ứng suất trong khuơn Dễ cơ khí hĩa, tự động hĩa 20 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.2. Các thành phần của khuơn • 1, 2: hai nửa khuơn • 3: lịng khuơn • 4: hệ thống rĩt • 5: gờ khuơn • 6: chốt định vị • 7: tai cĩ lỗ để gá khuơn lên máy • 8: ruột cát • 9: đầu gát ruột • 10: rãnh thốt hơi • 11: chốt đẩy 21 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3. Lựa chọn mặt phân khuơn 3.3.1. MPK đứng Dễ bố trí HTR và thốt khí (theo MPK) HTR và thốt hơi cĩ thể đặt nhiều tầng Dễ cơ khí hĩa, năng suất cao Khĩ đặt ruột Khuơn dễ cong vênh 22 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.1. MPK đứng Đúc các vật đúc phẳng, tương đối mỏng Vật đúc cĩ biên dạng tương đối đơn giản, khơng cĩ ruột hoặc ít ruột cát Khối lượng vật đúc nhỏ 23 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.2. Mặt phân ngang Dễ đặt ruột Dễ sử dụng khi khuơn khơng được cơ khí hĩa Khuơn ít bị cong vênh HTR chủ yếu đặt trong ruột Vật đúc dễ bị rỗ khí Đúc những vật đúc khơng quan trọng, chiều cao thấp, cĩ một MPK: con lăn, mặt bích PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 24 3.3.2.Mặt phân ngang 25 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.3. Mặt phân khuơn hỗn hợp  Dễ sử dụng khi đúc các vật đúc nhỏ  Thớt đáy cĩ thể dùng chung cho nhiều khuơn  Khĩ cơ khí hĩa  Đúc những chi tiết cĩ hình dạng phức tạp  Đúc những chi tiết phẳng và cao  Đúc những chi tiết dạng nồi 26 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.3. Mặt phân khuơn hỗn hợp 27 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.3.4. Khuơn lật khơng mặt ráp Kết cấu đơn giản Độ bền vững cao Cĩ thể rĩt hở trực tiếp Giá thành khuơn rẻ Đúc các vật đúc cĩ hình dạng đơn giản: tạ đè, phơi trụ, bi, bánh khía, rịng rọc Khi vật đúc cĩ hình dạng phức tạp phải đặt ruột cát & HTR trong ruột PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 28 3.3.4. Khuơn lật khơng mặt ráp 29 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.4. Bố trí vật đúc trong khuơn  a> 15 – 20mm  b> 25 – 30mm  c> 25 – 30mm  d> 40 – 60mm  e> 12 – 12mm 30 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.5. Chiều dày thành khuơn X2 > chiều sâu thấm nhiệt: không cần làm nguội cưỡng bức mặt ngoài khuôn X2 < chiều sâu thấm nhiệt: phải làm nguội cưỡng bức mặt ngoài khuôn Tăng chiều dày thành khuôn có thể làm tăng hoặc giảm tốc độ nguội của VĐ phụ thuộc vào tương quan giữa khả năng tích nhiệt của khuôn và khả năng truyền nhiệt vào môi trường xung quanh 3.5. Chiều dày thành khuơn - Công thức Gorbunski cho gang: • X 2 = 11(X 1 ) 0,5 , mm - Công thức Dubinski cho gang, thép - Công thức Petrichenko (Xem “Các phương pháp và cơng nghệ đúc đặc biệt”) 32 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.6. Vật liệu làm khuơn GX18-36, GX21-40: VĐ nhỏ và trung bình; khuôn được làm nguội bằng dòng không khí GC42-12, GC45-5: VĐ trung bình và lớn; khuôn được làm nguội bằng dòng không khí  C10, C15, C20, 15CrMo : VĐ lớn; khuôn được làm nguội bằng nước Al9, Al11 được thấm nitơ bề mặt: VĐ bằng HK Cu; khuôn được làm nguội bằng nước 33 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.7. Hệ thống thốt khí - Xẻ rãnh thoát hơi ở MPK (1, 2) - Đóng nút thoát hơi tại các vùng quẫn khí trong khuôn (3) 34 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.8. Hệ thống rĩt a) MPK đứng b) MPK ngang 35 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3.8. Hệ thống rĩt Tiết diện các thành phần của HTR được xác định theo phương pháp thông thường nhưng thời gian rót lấy thấp hơn 20-40% Tốc độ dâng của KL lỏng trong khuôn: • Khi MPK đứng: > 50mm/s • Khi MPK ngang: > 20mm/s Tỉ lệ các thành phần HTR: F d : F n : F r = 1 : 1,5 : 1,25 36 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.RUỘT CHO KHUƠN KIM LOẠI Đúc HK Al, Mg, HK màu dễ chảy (đôi khi HK Cu, gang) có hình dạng đơn giản: ruột kim loại Đúc gang, thép, vật đúc thành mỏng, lỗ phức tạp: ruột cát 37 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.1. Ruột kim loại Ruột cố định: gắn liền với khuôn; dùng tạo lỗ nhỏ, nông (a) Ruột di động: khi ráp khuôn đặt vào và rút ra trước khi dỡ khuôn; dùng tạo lỗ sâu (b, c) - Ruột cần có độ xiên thích hợp 38 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4.2. Ruột cát Yêu cầu: - Nằm vững trong khuôn - Chống nổi ruột - Dễ thoát hơi ra ngoài Thường dùng: ruột vỏ mỏng chế tạo bằng HH cát-nhựa, cát-NTT 39 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CƠNG NGHỆ 5.1.Tính cơng nghệ của kết cấu VĐ Vật đúc cần được lấy khỏi khuôn đơn giản và dễ dàng VĐ nên có ít phần lồi và chúng cần vuông góc với MPK Thành VĐ cần có độ xiên hợp lý Các phần nhô ra ở mặt ngoài nên hợp nhất lại thành một phần có độ cao như nhau  VĐ không kẹp chặt khuôn 40 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.1.Tính cơng nghệ của kết cấu VĐ Thành VĐ cần cĩ độ xiên hợp lý VĐ nên cĩ ít phần lồi và vuơng gĩc MPK 41 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.1.Tính cơng nghệ của kết cấu VĐ Một bề mặt của VĐ nên phẳng  kết cấu khuôn đơn giản, tăng độ chính xác VĐ (H 2) Chiều dày thành VĐ phải bảo đảm: - Độ bền cần thiết - KL lỏng điền đầy khuôn Hình 2 42 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.2. Sơn khuơn kim loại 5.2.1. Mục đích Điều chỉnh tốc độ nguội của VĐ Bảo vệ bề mặt khuôn khỏi va đập nhiệt và ăn mòn Tạo môi trường khí nhất định Tăng độ thấm ướt bề mặt khuôn với KL lỏng Hợp kim hoá, biến tính bề mặt 43 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.2.2. Một số loại sơn Đúc gang: 5% bồ hóng + 10% NTT + 5% sét + 0,5% KMnO 4 Đúc thép: 50% bột ziêccôn + 25% dầu hoả + 25% mazút 44 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5.3. Rĩt khuơn Nếu vật đúc tương đối dài, để bảo đảm dịng chảy êm, tránh bắn tĩe: - Khi bắt đầu rĩt: khuơn bố trí nằm ngang - Theo quá trình rĩt, nâng dần khuơn theo phương đứng 45 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ ĐÚC 1. Thay đổi kết cấu của vật đúc cho phù hợp với đúc trong khuôn kim loại 2. Lựa chọn phương án bố trí vật đúc trong khuôn, mặt phân khuôn, phương án ruột 3. Bố trí và tính toán tiết diện các thành phần của HTR 4. Tính toán đậu ngót 5. Thiết kế hệ thống thoát hơi 46 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ ĐÚC 6. Thiết kế ruột 7. Lựa chọn vật liệu làm khuôn; xác định chiều dày thành khuôn 8. Tính toán chế độ nhiệt của khuôn  xác định phương thức làm nguội cưỡng bức khuôn 47 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7. MÁY ĐÚC CHO KHUƠN KL 7.1.Máy đúc với MPK đứng 48 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7.2. Máy đúc với MPK ngang 49 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7.3. Máy đúc nhiều vị trí 50 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ Khuơn kim loại để đúc piston bằng HK nhơm 51 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ VẤN ĐỀ THẢO LUẬN • Tại sao khơng nên đúc các vật đúc cĩ thành quá dày trong khuơn kim loại? • So sánh chất lượng vật đúc trong khuơn kim loại trong 2 trường hợp: mặt phân khuơn đứng và mặt phân khuơn ngang. • Cĩ thể đúc các vật đúc cĩ hình dạng phức tạp trong khuơn kim loại khơng? PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 52