LỊCH SỬ NGHỀ ĐÚC potx

LỊCH SỬ NGHỀ ĐÚC

Lịch sử 5000 năm của nghề đúc kim loại





















Hình 1: Nấu kim loại và đúc ở Ai Cập năm 1450 trước Công nguyên
(bức tranh được khắc trong hầm mộ của kim tự tháp ở Thung lũng của những vì vua)

Hình 2: Vật đúc bằng phương pháp mẫu chảy thời kỳ đồ đồng ở châu Âu

Hình 3: Mũi giáo đúc, niên đại thời kỳ đồ đồng (900 đến 800 trước Công nguyên)

Hình 4: Súng thần công thời kỳ Trung cổ

Hình 5: Vỏ động cơ tàu thủy (diesel)

Tạo mẫu
5000 BC Khuôn đúc bằng đá ở vùng Cận Đông
3000 BC Đúc bằng mẫu chảy ở vùng Cận Đông và Ấn Độ
1500 BC Ống be thay cho ống thổi ở Ai Cập

Lò và Kỹ thuật nấu kim loại
3000 BC Lò nấu đồng ở Trung Quốc

1700 Than cốc thay thế cho củi dùng cho lò cao ở Anh
1865 Lò đứng ra đời
1879 Lò hồ quang (Werner v. Siemens)
1935 Lò cảm ứng
Vật liệu đúc
5000 BC Vàng được gia công và đúc ở vùng Cận Đông
3000 BC Đúc đồng (Cu-As-Pb) ở Ấn độ
2700 BC Thời kỳ đồ đồng ở Châu Âu
1100 BC Thời kỳ đồ sắt ở châu Âu
500 BC Đúc gang ở Trung Quốc
1400 Đúc gang ở châu Âu
Đúc súng thần công và đạn
1630 Bằng sáng chế đầu tiên của Anh về ủ gang
1800 Tìm ra các kim loại nhẹ (Ti 1791, Mg 1808, Al 1825)
1845 Đúc thép
1909 Đúc hợp kim Mg
1921 Al được sử dụng làm vật liệu đúc

PHẦN I

CÔNG NGHỆ ĐÚC

Chương 1

KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÚC

1.1. Phân loại các phương pháp đúc

1.1.1. Định nghĩa: Đúc là quá trình điền đầy kim loại ở thể lỏng vào lòng khuôn đúc có hình
dạng và kích thước định sẵn. Kim loại đông đặc, ta được vật đúc khi dỡ khuôn. Nếu vật đúc
được tiếp tục gia công bằng cắt gọt, áp lực ta gọi là phôi đúc.

1.1.2. Đặc điểm:

- Đúc được nhiều vật liệu (nấu chảy được) khác nhau

- Vật đúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn

- Sản phẩm chất lượng cao, kích thước chính xác, độ bóng bề mặt cao. Có thể cơ khí
hóa và tự động hóa. (Đúc mẫu chảy, đúc liên tục )

- Giá thành hạ

Khuyết điểm

- Dễ bị các khuyết tật: rỗ co, rỗ khí, nứt, lẫn tạp chất

- Đúc trong khuôn cát độ bóng thấp, độ chính xác thấp

- Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót,

1.1.3. Phân loại các phương pháp đúc

- Đúc trong khuôn cát

- Đúc đặc biệt

9 Đúc trong khuôn kim loại;
9 Đúc li tâm;
9 Đúc liên tục;
9 Đúc chính xác: đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc mẫu chảy.






1.2. Sự kết tinh của kim loại vật đúc trong khuôn

Quá trình kết tinh của kim loại đúc phụ thuộc vào các yếu tố:

- Tính chất lý nhiệt và nhiệt độ rót của hợp kim đúc

- Tính chất lý nhiệt của vật liệu khuôn

- Công nghệ đúc

Quá trình kết tinh gồm các giai đoạn:

a. Giai đoạn điền đầy kim loại lỏng vào khuôn: tính từ lúc b
ắt đầu rót kim loại nóng
chảy vào khuôn cho đến khi kim loại lỏng điền đầy hệ thống rót và đậu ngót.

b. Giai đoạn hạ nhiệt độ từ nhiệt độ rót đến nhiệt độ điểm lỏng: kim loại nóng chảy
bắt đầu truyền nhiệt vào khuôn, hướng tản nhiệt luôn vuông góc với thành khuôn. Kim
loại ở bên dưới lòng khuôn và phần kim loại tiếp xúc với lòng khuôn bắt đầu đ
ông
đặc.

c. Giai đoạn kết tinh tính từ nhiệt độ điểm lỏng đến nhiệt độ điểm đặc (khoảng đông
đặc): có hai cơ chế đông đặc:














9 Đông đặc theo lớp: Những kim loại nguyên chất, hợp kim cùng tinh hoặc
khoảng kết tinh hẹp thường đông đặc theo lớp.

9 Đông đặc thể tích: những hợp kim có khoảng nhiệt độ kết tinh lớn thường xảy
ra đông đặc thể tích.














d. Giai đoạn nguội trong khuôn: được tính từ nhiệt độ điểm đặc trở xuống (khi kim loại
đã đông đặc hoàn toàn) cho đến khi lấy vật đúc ra khỏi khuôn.

e. Giai đoạn nguội ngoài khuôn: được tính từ lúc vật đúc được lấy ra khỏi khuôn. Thời
điểm này tùy thuộc vào công nghệ đúc cũng như hợp kim đúc.

1.3. Tổ chức kim loại vật đúc

Gồm 3 vùng:

- Vỏ ngoài cùng có lớp hạt kim loại nhỏ, đẳng trục.

- Vùng có cấu trúc nhánh cây

- Vùng hạt to, đẳng hướng.

Sự hình thành khuyết tật đúc:

- Lõm co và rỗ co

Lõm co hình thành do kim loại co thể tích khi đông đặc, nằm ở phía trên cùng của vật đúc, tại
đó kim loại đông đặc sau cùng. Để khắc phục lõm co ta phải thiết kế đậu ngót để bổ sung
thêm kim loại lỏng cho thể tích vật đúc.














Rỗ co tương tự lõm co, nhưng phân bố trong vật đúc, kích thước to nhỏ khác nhau. Sự hình
thành rỗ co, xốp co là do những nơi mà vật đúc có thể tích lớn, vì tốc độ nguội của vùng này
nhỏ hơn xung quanh nên khi kim loại co không được bổ sung thêm.

- Rỗ khí: do khí xâm nhập vào hợp kim lỏng khi nấu hoặc rót, hoặc các phản ứng sinh
khí trong quá trình đúc

- Thiên tích: là sự không đồng đều về thành phần hóa học, do kim loại kết tinh ở các
giai đoạn khác nhau.

- Nứt

Đúng
Sai
- Cháy cát

- Lệch khuôn

Ö Các khuyết tật trên làm giảm tiết diện chịu lực, giảm cơ tính của vật đúc
1.4. Quá trình sản xuất đúc bằng khuôn cát và các bộ phận cơ bản của một khuôn đúc.

Quá trình sản xuất đúc bao gồm:






Thiết kế: bộ phận thiết kế quyết định công nghệ gia
công chi tiết.









Tạo mẫu đúc và hòm khuôn bằng gỗ hoặc nhựa

Làm khuôn đúc

Làm lõi















Nấu chảy kim loại đúc

Đổ khuôn



















Tháo khuôn, làm sạch vật đúc, kiểm
tra sản phẩm đúc

Những bộ phận chính để đúc vật đúc trong khuôn cát



Chi tiết





Mẫu đúc









Hộp lõi và lõi

Nửa khuôn







Hòm khuôn hai nửa và lõi






Những nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc

Chất lượng vật đúc bao gồm các chỉ tiêu:

9 Độ chính xác hình dạng và kích thước

9 Độ nhẵn bóng mặt ngoài

Chất lượng vật đúc tùy thuộc vào các yếu tố:

9 Hợp kim đúc:

9 Loại khuôn đúc và phương pháp đúc

Ảnh hưởng của công nghệ đúc, bao gồm:

9 Công nghệ nấu chảy hợp kim đúc.

9 Công nghệ chế tạo khuôn và lõi

9 Công nghệ rót.

Các bước làm khuôn:
























Bước 5: lấy hệ thống rót ra
Bước 1: Đặt mẫu vào hòm khuôn (dưới)
Bước 2: Cho cát vào hòm khuôn,

đầm chặt và lật khuôn
Bước 3: Đặt hòm khuôn trên lên, ráp
nửa mẫu trên và hệ thống rót
Bước 4: Cho cát vào và đầm chặt
Bước 6: dỡ khuôn trên, lật khuôn và
lấy nửa mẫu trên ra

Bước 7: Lấy nửa mẫu dưới ra
Bước 8: Ráp khuôn trên vào khuôn dưới
và rót kim lo
ạ
i
Chương 3: THIẾT KẾ ĐÚC

Thiết kế đúc là khâu quan trọng trong quá trình sản xuất vật đúc, ta căn cứ vào các yếu tố sau:

9 Loại hợp kim đúc

9 Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết máy (độ chính xác, độ bóng bề mặt ), thậm chí là vị trí
của chi tiết trong kết cấu của cụm máy, trong cấu tạo tổng thể của máy.

9 Hình dạng kích thước kết cấu và khối lượng vật đúc

9 Dạng sản xuất

3.1. Thành lập bản vẽ đúc

3.1.1. Phân tích kết cấu

3.1.2. Xác định mặt phân khuôn

Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc của các nửa khuôn với nhau (thường là mặt tiếp xúc
giữa khuôn trên và khuôn dưới). Mặt phân khuôn xác định vị trí vật đúc trong khuôn.

Ký hiệu: bằng gạch xanh, mũi tên T chỉ phần vật đúc thuộc khuôn trên, còn D thuộc về khuôn
dưới.

Chọn mặt phân khuôn dựa vào công nghệ làm khuôn (rút mẫu, sửa chữa lòng khuôn, định
vị lõi, lắp các nửa khuôn):

9 Mặt phân khuôn đi qua tiết diện lớn nhất để tiện cho việc rút mẫu








D
T

9 Lòng khuôn nông (cạn) để dễ sửa lòng khuôn, dễ điền đầy kim loại, dòng chảy của
kim loại lỏng êm.

9 Lòng khuôn trên nông (cạn) hơn khuôn dưới.

9 Mặt phân khuôn nên là mặt phẳng

Chọn mặt phân khuôn dựa vào độ chính xác của lòng khuôn

9 Lòng khuôn tốt nhất chỉ phân bố trong một hòm khuôn, vì sẽ tránh được lệch khuôn
khi ráp.

9 Dùng phần đất phụ đối với các vật đúc có nhiều tiết diện khác nhau và yêu cầu độ
đồng tâm cao.













9 Nếu vật đúc có lõi, nên bố trí lõi thẳng đứng vì dễ định vị, tránh bị kim loại lỏng làm
biến dạng lõi.

9 Số lượng mặt phân khuôn càng ít càng bảo đảm chính xác.

9 Không chọn mặt phân khuôn qua chỗ có tiết diện thay đổi.
















Chọn mặt phân khuôn dựa vào chất lượng hợp kim đúc

9 Những bề mặt quan trọng cần chất lượng cao nên bố trí ở dưới hoặc ở hai bên.

9 Chọn mặt phân khuôn sao cho hướng kết tinh từ xa chuyển dần về chân đậu ngót hoặc
hệ thống rót.

Hoặc:

9 Nên đặt các phần thành mỏng xuống dưới và chân đậu ngót hay hệ thống rót đặt ở chỗ
tập trung kim loại và cao nhất.














9 Chọn mặt phân khuôn sao cho khi đặt hệ thống rót đảm bảo được kim loại lỏng điền
đầy nhanh, đồng đều, không tạo dòng chảy rối làm hỏng khuôn.

3.1.3. Xác định các đại lượng của bản vẽ vật đúc

a. Lượng dư gia công cắt gọt: là phần kim loại dôi ra (dư ra) dùng cho các nguyên
công gia công cắt gọt để đạt được độ bóng và độ chính xác yêu cầu.

Những bề mặt không ghi độ bóng (không cần phải gia công sau đúc) sẽ không xác định lượng
dư.

Lượng dư gia công phụ thuộc vào các yếu tố sau:

9 Vị trí bề mặt cần gia công của vật đúc trong khuôn (mặt ở phía trên, bên hông hay phía
dưới): xỉ, oxyt và bọt khí thường nhẹ nên nổi lên trên nên lượng dư gia công ở những
mặt phía trên của vật đúc bao giờ cũng lớn hơn

9 Kích thước vật đúc: vật đúc càng lớn, lượng dư gia công càng lớn

9 Độ chính xác đúc (đúc trong khuôn cát, khuôn kim loại; mẫu bằng gỗ, bằng nhựa hay
bằng kim loại)

9
Dạng sản xuất (đơn chiếc, hàng loạt )

9 Kim loại vật đúc: vật đúc bằng thép có lượng dư gia công lớn hơn vật đúc gang và
lượng dư gia công của vật đúc bằng kim loại nhẹ ít hơn nữa.

Ký hiệu lượng dư gia công bề mặt vật đúc theo tiêu chuẩn DIN ISO 1302
Sai
Đúng












b. Độ dốc rút mẫu (góc thoát khuôn): trên các thành đứng (vuông góc với mặt phân khuôn)
cần có độ dốc rút mẫu gọi là độ dốc đúc.

Chiều cao mẫu Độ dốc rút mẫu (góc thoát khuôn) mm
≤ 30
1 ÷ 1,5

30 ÷ 80 2 ÷ 2,5
80 ÷ 180 2,5 ÷ 3
180 ÷ 250 3 ÷ 4
250 ÷ 1000
Thêm 1mm mỗi 250mm
1000 ÷ 4000
Thêm 2mm mỗi 1000
Chiều cao mẫu (mm) Độ dốc rút mẫu (°)
≤ 70 5°
≥ 70 3°

Độ côn trên chiều dài mẫu theo tiêu chuẩn EN 12890
Sai
Đúng
c. Góc đúc: là góc tiếp giáp giữa hai bề mặt giao nhau của vật đúc.

Góc đúc hợp lý sẽ đảm bảo cho khuôn không bị vỡ khi rút mẫu và vật đúc không bị nứt khi
đông đặc trong khuôn. Góc đúc cũng giúp cho mẫu nâng cao độ bền, dễ rút mẫu.


Trị số bán kính lượn ngoài R và bán kính lượn trong r có thể xác định theo công thức kinh
nghiệm hoặc tra bảng

Góc trong: r = (
3
1
÷
5
1
)

2
ba +


Góc ngoài: R = r + b

Trong đó: a, b là chiều dày thành vật đúc giao nhau (a>b)

d. Dung sai vật đúc: là sai số của kích thước vật đúc cho phép so với kích thước danh nghĩa
Dung sai của vật đúc phụ thuộc vào các yếu tố: phương pháp đúc, loại khuôn đúc, loại mẫu,
hộp lõi

Đúng
Sai, lớn hơn R
(
bán kính
g
óc lư
ợ
n
)

Kích thước danh nghĩa Mẫu kim loại Mẫu nhựa Mẫu gỗ
Từ Đến Cấp 1 Cấp 2 Cấp 1 Cấp 2 Cấp 1, 2 Cấp 3

30
50
30
50
80
0,10
0,15
0,15
0,15
0,20
0,25
0,15
0,20
0,25
0,25
0,30

0,35
0,2
0,3
0,3
0,4
0,5
0,6
80
120
180
120
180
250
0,20
0,20
0,25
0,30
0,30
0,35
0,30
0,30
0,35
0,45
0,50
0,60
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8

0,9
250
315
400
315
400
500
0,25
0,30
0,30
0,40
0,45
0,50
0,40
0,45
0,50
0,65
0,70
0,80
0,6
0,7
0,8
1,0
1,1
1,2
500
630
800
630
800

1000
0,4
0,4
0,5
0,6
0,6
0,7
0,6
0,6
0,7
0,9
1,0
1,1
0,9
1,0
1,1
1,4
1,6
1,8
1000
1250
1600
1250
1600
2000
0,5
0,6
0,7
0,8
1,0

1,1
0,8
1,0
1,1
1,3
1,5
1,8
1,3
1,5
1,8
2,1
2,5
3,0
2000
2500
3150
2500
3150
4000
0,8
1,0
1,3
1,4
1,6
2,0
1,4
1,6
2,0
2,2
2,7

3,2
2,2
2,7
3,2
3,5
4,3
5,0



3.1.4. Xác định lõi và gối lõi

a. Lõi: dùng để tạo lỗ hoặc phần lõm trong vật đúc.

Dung sai cho phép của vật đúc (sai lệch kích thước cho phép +/-)
Các dạng lõi:

Lưu ý:

9 Những lỗ cần gia công cắt gọt, tùy theo dạng sản xuất, nếu kích thước nhỏ có thể
không cần đặt lõi mà đúc liền. (sản xuất
đơn chiếc d ≤ 50 mm, sản xuất hàng loạt d ≤
30, sản xuất hàng khối d ≤ 20 có thể đúc liền, sau khi đúc sẽ tạo lỗ bằng gia công cắt
gọt)

9 Các bậc dày hơn 25mm và các rãnh có chiều sâu lớn hơn 6mm trên các vật đúc nhỏ và
vừa đều được tạo nên ngay từ khi đúc.

9 Những lỗ không qua gia công cắt gọt cần phải đặt lõi dù kích thước lỗ nhỏ.

9 Số lượng lõi càng ít càng tốt. Có thể thay thế lõi bằng các phần nhô của khuôn.


Nếu
H
D
≥ 0,85 có thể thay lõi bằng phần nhô của khuôn dưới

Nếu

H
D
> 3 có thể thay lõi bằng phần nhô của khuôn trên.











b.