GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KIM LOẠI - PHẦN I CÔNG NGHỆ ĐÚC - CHƯƠNG 4 docx

42

Chương 4
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO KHUÔN VÀ LÕI.

4.1 Vật liệu làm khuôn và lõi
Để chế tạo hỗn hợp khuôn và lõi ta sử dụng vật liệu tự nhiên hoặc nhân tạo. Vật
liệu làm khuôn và lõi cát được chế tạo bằng cát, đất sét và một số phụ gia khác.
4.1.1 Yêu cầu của vật liệu làm khuôn và lõi.
Vật liệu này phải thoả mãn các yêu cầu sau:
a. Độ bền là khả năng hỗn hợp bảo đảm cho khuôn và lõi không bò phá hủy khi
chế tạo, lắp ráp, vận chuyển hoặc khi chòu tác dụng của dòng chảy của kim loại.
Theo tiêu chuẩn thì đối với hỗn hợp ướt dùng giới hạn bền nén

n
và hỗn hợp khô
dùng giới hạn bền kéo

k
. Hỗn hợp cát đất sét ướt (khuôn tươi) thường 
n
= 30 70 KPa và
loại khô(khuôn khô)

k
= 80 200KPa.
Độ bền tăng khi cát hạt càng nhỏ, không đồng đều,sắc cạnh, độ mòn chặt của hỗn
hợp tăng, lượng đất sét tăng, độ đầm chặt tăng.
b. Độ bền bề mặt là khả năng chòu lực khi có dòng chảy kim loại tác dụng lên bề
mặt lòng khuôn. Nếu chỉ tiêu này không đạt có nghóa là hỗn hợp bò phá vỡ dẫn đến làm

lẫn vật liệu khuôn vào kim loại đúc.
c. Tính lún : Là khả năng giảm thể tích của hỗn hợp khi kim loại co. Tính lún
không tốt sẽ dẫn đến khả năng phá vỡ khuôn hoặc làm nứt vật đúc. Tính lún tăng khi
dùng cát hạt to, lượng đất sét và chất dính kết ít, chất phụ (mùn cưa, rơm vụn, bột than…)
tăng
d. Tính dẻo : Là khả năng in hình rõ nét của mẫu và hộp lõi tạo ra hình dạng và
kích thước đúng. Tính dẻo tăng khi thành phần nước trong hỗn hợp tăng đến 8%, đất sét
và chất dính kết tăng, cát hạt nhỏ.
e. Tính công nghệ gồm ccác chỉ tiêu sau :
- Tính điền đầy là khả năng di động của vật liệu để điền đầy khi làm khuôn và lõi.
Tính điền đầy bảo đảm khuôn và lõi có độ đầm chặt đồng đều và khả năng dùng lực nhồi
nén nhỏ nhất.
- Tính chòu nhiệt là khả năng giữ cho vật liệu không bò nóng chảy, không có tác
dụng hoá học với kim loại nóng chảy. Các lớp hỗn hợp khi bò cháy sẽ cản trở quá trình gia
công cơ ( lớp cát cháy ) và làm giảm độ thoát khí, tạo rỗ khí trong vật đúc.
- Tính chống ẩm là khả năng hút ẩm rất ít trong một đơn vò thời gian. Độ ẩm cao
làm giảm độ bền nén và sinh khí khi tiếp xúc kim loại nóng chảy.
- Tính bền lâu là khả năng giữ được tính chất của vật liệu khi sử dụng nhiều lần.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

43

- Tính thông khí là khả năng thoát khí qua hỗn hợp tránh cho vật đúc khỏi bò rỗ
khí, làm giảm áp lực khí trong lòng khuôn khi điền đầy kim loại lỏng. Ở nhiệt độ cao,
lượng hơi nước chứa ở hỗn hợp gần lòng khuôn sẽ bốc hơi, lượng khí hoà tan trongkim loại
lỏng cũng bò giải phóng khi kim loại đông đặc. Chúng sẽ thoát ra một phần qua hỗn hợp
khuôn và lõi. Để đánh giá độ thông khí dùng hệ số thông khí K, được xác đònh bằng thực
nghiệm. Hỗn hợp cát đất sét thường có hệ số K = 30 120 đơn vò.

Tính thông khí của hỗn hợp tăng khi độ đầm chặt giảm, cát hạt to và đều, lượng
sét, chất dính kết ít, chất phụ nhiều, lượng nước < 4%
- Tính nhiệt lý: Bao gồm tính dẫn nhiệt và nhiệt dung. Tính nhiệt lý ảnh hưởng đến
tốc độ kết tinh của kim loại và do đó làm ảnh hưởng đến đến tổ chức và tính chất của vật
đúc.
Tóm lại, hỗn hợp làm khuôn và làm lõi đòi hỏi nhiều yêu cầu khác nhau. Cần căn
cứ vào loại hợp kim đúc, khối lượng và hình dáng của vật đúc để chọn loại thành phần
của hỗn hợp.
4.1.2 Vật liệu làm khuôn và lõi.
a. Cát là thành phần chính của hỗn hợp. Trong cát, thành phần cơ bản là SiO
2
có
nhiệt độ chảy cao (t
o
ch
=1713
o
C), độ bền, độ cứng và tính ổn đònh nhiệt hoá cao, độ hạt từ
0,02
 3mm. Đặc tính xấu của cát thạch anh là ở nhiệt độ trung bình (575
o
) có sự chuyển
biến thù hình làm thay đổi thể tích làm nứt nẻ hạt cát tạo ra bụi nhỏ. Người ta thường bổ
sung thêm cát vàng.
Khi lượng tạp chất Fe
2
O
3
, Al
2

O
3
, CaCO
3
… và các chất khác có lượng chứa tối thiểu để
tăng tính chòu nhiệt của hỗn hợp. Cát thạch anh trong thiên nhiên thường đã có đất sét.
Độ hạt của cát to hoặc nhỏ sẽ có tính chòu nhiệt khác nhau và và tạo ra độ bóng bề
mặt khác nhau. Mặt khác độ hạt và hình dạng hạt cát ảnh hưởng lớn đến độ thông khí.
Khi đúc thép có thể pha thêm vào cát thạch anh một lượng Z
r
O
2
. SiO
2
có T
o
ch
=
2000
o
C, Crôm mít Fe
2
O.Cr
2
O
3
có T
o
ch
=1850

o
C.
b. Đất sét là loại chất liệu kết dính nhằm bảo đảm độ bền, độ dẻo của hỗn hợp.
Đất sét thường dùng loại cao lanh (Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O). Các tạp chất Fe
2
O
3
, Na
2
CO
3
,
CaCO
3
trong đất sét sẽ làm giảm khả năng kết dính và tính ổn đònh nhiệt hoá.
Ngoài dạng cao lanh còn dùng Bentonit (Al
2
O
3
. 4Si0
2
.nH

2
O). Loại này khả năng dính
kết cao nhưng hiếm và đắt. Khi dùng chỉ trộn với tiû lệ không lớn (1,5  3%)
c. Chất dính kết:làm tăng độ bền, độ dẻo,tính chòu nhiệt cho khuôn và lõi. Gồm
dầu thực vật, rỉ mật, bột hồ, kiềm sunfit (nước bã giấy), nước thủy tinh (Na
2
0. nSi0
2
.mH
2-
0), xi măng…
d. Chất phụ: đưa vào khuôn và lõi nhằm tăng một số tính chất đặc biệt, làm nhẵn
bóng bề mặt khuôn lõi.
- Các chất pha trộn vào hỗn hợp làm khuôn như bột than, hỗn hợp làm lõi như mùn
cưa …( 3%8% ) làm tăng tính lún, thông khí, dễ phá khuôn lõi.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

44

- Chất sơn khuôn lõi: là hỗn hợp của vật liệu chòu lửa hạt rất nhỏ, chất dính và
nước làm dung môi hòa tan như bột than, bột graphít, bột thạch anh (SiO
2
) …, nước thủy
tinh hoặc dung dòch của chúng với đất sét, nước quét hoặc phun lên bề mặt lòng khuôn,
lõi. Nó làm tăng độ bóng vật đúc, tăng độ bền bề mặt khuôn, tính chòu nhiệt cho khuôn lõi
(chống cháy dính cát vật đúc), tạo cho việc phá khuôn, làm sạch cát được dễ dàng.
Thành phần và yêu cầu của chất sơn phải phù hợp với yêu cầu của từng hợp kim
đúc:

+ Đúc gang: chất sơn có chứa grafit để chống cháy cát và có tác dụng chống trắng
gang. Ví dụ: chất sơn gồm grafit 60%; bentonit 3,5%; Dextrin 3%; và nước.
+ Đúc thép: chất sơn không dùng grafit được, vì grafit sẽ làm thay đổi thành phần
các bon của thép, khi đó chất sơn khuôn sẽ là bột thạch anh để tăng độ chòu nhiệt cho mặt
khuôn, chống cháy cát, làm mặt vật đúc nhẵn đẹp.
4.1.3 Hỗn hợp cát- đất sét:
Khi tạo hỗn hợp, người ta chia ra hai loại gọi là cát áo và cát đệm.
Cát áo: hỗn hợp này phủ lên mẫu một lớp dày khoảng 40  100mm khi làm
khuôn, trực tiếp tiếp xúc với kim loại lỏng nên yêu cầu có chất lượng cao về độ chòu
nhiệt, độ hạt cần nhỏ hơn để bề mặt vật đúc nhẵn bóng, thông thường cát áo làm bằng vật
liệu mới.
Cát đệm: dùng điền đầy phần còn lại của khuôn, do không trực tiếp tiếp xúc với
kim loại lỏng nên chất lượng thấp hơn, thường tận dụng phần hỗn hợp cũ được phục hồi
lại.
Nếu làm lõi, làm khuôn bằng máy thì chỉ dùng một loại cát mới đồng nhất.
Hỗn hợp cát - đất sét tùy từng loại khuôn, sau khi đầm chặt không qua sấy gọi là
khuôn tươi; nếu qua sấy gọi là khuôn khô. Hỗn hợp làm khuôn tươi thường chứa 10  12%
đất sét và có độ ẩm 4
 5%. Khuôn tươi có ưu điểm có tính dẻo và điền đầy tốt, dễ phá
khuôn và giá thành thấp. Khuôn tươi có độ bền không cao, nên thành khuôn phải đủ độ
dày do đó khối lượng của khuôn lớn.
Khuôn khô dùng đúc vật có chất lượng cao, khối lượng vật đúc lớn, thành dày.
Lượng đất sét trong khuôn khô đến 15%, độ ẩm 6
 8%.
Lượng đất sét tăng làm giảm độ thông khí và độ chòu nhiệt, khó phá khuôn và lõi.
Thường người ta cho thêm mùn cưa vào hỗn hợp làm lõi. Sau khi sấy mùn cưa cháy làm
tăng độ thông khí cho lõi, tăng tính lún để chống nứt vật đúc, dễ phá bỏ lõi. Ngược lại
không nên dùng mùn cưa cho khuôn tươi vì sẽ làm giảm độ thông khí. Trường hợp đặc
biệt khi đúc thép có thể dùng hỗn hợp có chứa thêm chất kết dính là bã sunfit hoặc thủy
tinh lỏng.

Trong khuôn đúc, hỗn hợp làm lõi yêu cầu cao hơn do tác đôïng nhiệt và cơ học lên
lõi lớn hơn (lõi bò kim loại lỏng bao quanh). Hỗn hợp lõi dùng toàn bộ vật liệu mới. Lượng
đất sét không cao như hỗn hợp khuôn (2%
 10%) nhưng phải cho thêm chất dính kết
khác như dầu thực vật, mật, rỉ đường, nhựa thông , dùng nhiều chất phụ, cát thạch anh
gần như nguyên chất, ít dùng hỗn hợp cũ. Lõi phải được sấy kỹ để tăng bền, tăng thông
khí và tính lún.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

45

Ví dụ: Đúc gang dùng hỗn hợp làm khuôn có cỡ hạt từ 0,063 0,4 mm; sét 8%
20%; độ ẩm 4,5%  5% (khuôn tươi); độ thông khí 25  100; độ bền nén 3 7,5 N/cm
2
;
hỗn hợp cũ từ 40%
90%.

Thành phần của hỗn hợp làm lõi đúc gang: cát mới có cỡ hạt từ
0,06  0,3mm, 77,5%; đất sét bột 7,5%; mùn cưa 15%; độ thông khí 80  100; độ bền nén
tươi 7,5
8,5 N/cm
2
.
4.2 Chế tạo khuôn và lõi bằèng tay
Hình vẽ 1-50 giới thiệu tóm tắt các bước làm khuôn cát trong hai hòm khuôn với
lõi đứng.

T

D

2
1

3

4

5
Hình 1-50
Sơ đồ quá trình làm khuôn trong hai hòm
khuôn.
a) Mẫu. b) Làm khuôn dưới. c) Làm
khuôn trên. d) Rút mẫu ra khỏi khuôn
dưới và khuôn trên. e) Lắp ráp khuôn, lõi.


8

9

b)

a)

c)

d)

6



10

11
7
e)

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

46


1- Khuôn dưới 2- Khuôn trên 3- Mẫu đậu hơi 4- Mẫu hệ thống rót 5- Chốt đònh vò 6- Gối
lõi 7- Lõi 8- Rãnh thông khí cho lõi 9- Lòng khuôn (Vật đúc) 10- Xăm hơi 11- Mặt phân
khuôn.
Khuôn và lõi chế tạo bằng tay chỉ dùng thích hợp trong sản xuất đơn chiếc, hàng
loạt nhỏ, làm các khuôn, lõi phức tạp, có khối lượng lớn.
Làm bằng tay có năng suất thấp, chất lượng không đồng đều, yêu cầu tay nghề cao
và điều kiện lao động nặng nhọc.
4.2.1 Chế tạo khuôn bằng tay.
Có nhiều cách để chế tạo khuôn bằng tay. Ở đây chỉ xét vài cách thông dụng.

a.Làm khuôn trong hai hòm khuôn: gồm khuôn dưới và khuôn trên, một mặt
phân khuôn nằm ngang.
Trong hai hòm khuôn chỉ chế tạo các vật đúc tương đối đơn giản, nhỏ và trung
bình. Cách làm này tiêu tốn hòm khuôn, nhưng dễ vận chuyển, thuận tiện cho nguyên
công sấy khuôn.
Qui trình làm khuôn trong hai hòm khuôn có những điểm cần lưu ý như sau:
- Chọn kích thước hòm khuôn (a x b x h) thích hợp để giảm hao phí hỗn hợp, giảm
khối lượng. Tất nhiên cần chọn hình dạng hòm khuôn tương ứng với kết cấu vật đúc.
- Hỗn hợp khuôn phải có độ đầm chặt đủ lớn. Cần tăng độ thông khí phải xăm hơi.
- Tạo khả năng đònh vò và kẹp chặt thuận tiện để bảo đảm độ chuẩn xác của lòng
khuôn.
- Vật đúc có khối lượng tương đối lớn phải chọn hòm khuôn có gờ giữ hỗn hợp bên
trong để tăng bền cho khuôn khi thao tác.
- Tạo lỗ thông hơi cho cả hai loại lõi ngang và lõi đứng thông qua bên ngoài.
Một số vật đúc mặc dù cũng chế tạo bằng hai hòm khuôn, nhưng để nâng cao độ
chính xác, mẫu phải để nguyên một khối, người ta dùng phương pháp xén. Quan sát trên
hình 1-51.

Hình 1-51.
Khuôn xén
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

47


b.Làm khuôn trên nền xưởng: khuôn dưới là vùng hỗn hợp ngay trong vùng nền
xưởng và khuôn trên trong hòm khuôn. Loại này cũng chỉ có một mặt phân khuôn.
Những vật đúc có kích thước và khối lượng lớn như thân máy công cụ, máy rèn
dập không có đủ hòm khuôn có kích thước lớn, chỉ cần sấy bề mặt người ta làm trên nền
xưởng. Hoặc dùng trong sản xuất đơn chiếc, không có đủ hòm khuôn.
Khó khăn khi chế tạo khuôn này là thoát khí cho khuôn dưới. Người ta khắc phục
bằng cách lót ở dưới đáy khuôn một lớp vật liệu như cục xỉ, đá và ống dẫn khí thoát, khó
khăn thứ hai là đầm chặt khuôn dưới. Khi chế tạo khuôn dưới, tùy thuộc đường viền mặt
mẫu phải đầm sơ bộ trước một vùng sau đó đặt mẫu và đầm chặt thêm.
Những khuôn trên có khối lượng lớn phải dùng hòm khuôn có gân gờ giữ hỗn hợp
và không nên chọn chiều cao quá lớn. Nối thêm phần cốc rót, đậu ngót để bảo đảm áp lực
thủy tónh.
Trên hình 1-52 giới thiệu loại khuôn đó.
4.2.2 Chế tạo lõi bằng tay.
Dùng hộp lõi và hỗn hợp làm lõi để tạo ra lõi đúc. Lõi là bộ phận của khuôn chòu
cả tác động nhiệt lớn và cả tác dụng lực của kim loại lỏng, thậm chí cả trọng lượng bản
thân. Vì vậy lõi được chế tạo theo qui chế nghiêm ngặt hơn.
Những điểm cần lưu ý khi chế tạo lõi bằng tay:

- Lõi đúc phải có xương lõi để bảo đảm độ bền khi chòu lực, nhưng xương lõi không
làm giảm tính lún của hỗn hợp, không gây khó khăn khi phá lõi.
- Lõi đúc phải có rãnh, lỗ thông khí đủ để thoát hết khí ra ngoài. Vì thế trước hết
rãnh khí phải thông suốt ra tận đầu gối lõi. Những lõi có thể tích lớn phải đặt mẫu lỗ
thông khí có kích thước thích hợp. Tìm biện pháp tạo rãnh đảm bảo không hỏng lõi và
thoát khí hầu hết trong thể tích lõi.
- Để tiết kiệm hỗn hợp, các lõi lớn nên độn thêm các vật liệu khác. Thí dụ lõi trụ
thẳng để đúc ống nên dùng ống kim loại có khoan lỗ vừa tạo xương vừa thoát khí vừa
giảm tiêu hao hỗn hợp; có thể độn thêm xỉ cục bên trong.

Hình 1
-
52.
Khuôn đúc trên nền xưởng.
1. Xỉ 2. Ống thông hơi 3. Cát áo (Khuôn dưới) 4. Khuôn trên
5. Chốt đònh vò 6. Rãnh dẫn 7. Cốc đậu rót 8. Cốc đậu hơi.

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

48

- Để tránh cháy cát cho lỗ vật đúc, bề mặt thân lõi phải sơn lớp chống cháy (hỗn
hợp Grafít + đất sét loãng).
- Sau khi hong khô ngoài không khí, lõi phải sấy ở nhiệt độ thích hợp tăng bền,
tăng không khí (150
o
 400
o

C).
- Để tránh biến dạng lõi khi lấy lõi ra khỏi hộp lõi, lõi cần xác đònh ngay vò trí cố
đònh hoặc trên tấm kim loại phẳng, hoặc trên tấm kim loại có đệm cát mòn và khô.
Có thể làm lõi trong hộp lõi nguyên, hộp lõi hai nửa, hộp lõi lắp ghép, bằng dưỡng gạt.
Trên hình 1-53 giới thiệu cấu tạo lõi và các dạng hộp lõi:

Xương lõi

Gối lõi

Rãnh thông khí

Thân lõi

Rãnh thoát khí

Xương lõi

b
)

a)

c)
Vỏ hộp lõi

Lõi

Tấm sấy

Vỏ hộp lõi Lõi
d)
Hình 1-53
a, b) Cấu tạo lõi c) Hộp lõi nguyên d) Hộp lõi hai nửa
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

49



4.3 Chế tạo khuôn và lõi bằng máy
Khuôn và lõi được chế tạo trên máy có chất lượng cao và đồng đều, năng suất cao.
Nhưng trên máy chỉ tạo được các loại khuôn đơn giản, nhỏ hoặc trung bình. Chế tạo trên
máy dùng có lợi khi sản xuất hàng loạt.
4.3.1Chế tạo khuôn:
Quá trình chế tạo khuôn có nhiều nguyên
công khác nhau. Trong số đó có hai nguyên công
cơ bản là đầm chặt hỗn hợp và rút mẫu.
a. Đầm chặt hỗn hợp: Hỗn hợp sau khi
đầm chặt phải có độ chặt đồng đều trên toàn bộ
thể tích của khuôn. Nó được đo bằng độ đầm chặt
 (g/cm
3
) ứng với độ bền, độ thông khí Vò trí của
khuôn lúc đầm chặt phải thích hợp với nguyên
công rút mẫu sau đó.
Người ta thường dùng các loại đầm chặt
sau:

 Đầm chặt bằng máy ép (Hình 1-55).
Về nguyên tắc có thể ép từ trên xuống hoặc dưới
lên. Hình 1-56 giới thiệu hai sơ đồ đó.
Lực tác dụng thông qua chày ép và mẫu, truyền năng lượng trong hỗn hợp làm
chúng xít chặt với nhau tạo ra độ đầm chặt. Do hao tổn năng lượng nên những điểm xa
điểm đặt lực có độ chặt kém dần.
Khi ép trên xuống, biểu đồ chỉ độ đầm chặt giảm từ trên xuống (b) và ngược lại khi
ép từ dưới lên có độ đầm chặt giảm dần lên trên (d).
Để thuận tiện khi ép, người ta lắp thêm hòm khuôn phụ thuộc có chiều cao h. Thể
tích hỗn hợp trong khuôn phụ khi bò dồn hết vào khuôn chính sẽ đạt đến độ chặt qui đònh.
Hình 1-54 Hộp lõi lắp ghép.
1)

Vỏ hộp

2, 3) Các miếng rời
4) Tay cầm
5) Nẹp cong

Hình 1-55 Máy ép làm khuôn.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

50

))(1)(( cm
F
V
Hh

o



Chiều cao hòm khuôn phụ được tính theo công thức:

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

50

)/()
10
(1
325,0
cmg
P
C

H- Chiều cao hòm khuôn chính (cm)
V- Thể tích của mẫu (cm
3
)
F - diện tích tiết diện ngang hòm khuôn (cm
2

)



o
,  -Độ đầm chặt trước và sau đầm chặt
Độ đầm chặt trung bình của hỗn hợp khuôn có thể tính theo công thức kinh nghiệm :


Trong đó :
C - Hệ số đầm chặt (0,4  0,6)
P - Áp suất khí nén (20  50) N/cm
2

 Đầm chặt bằng máy
dằn (hình 1-57)
Một khối lượng gồm hỗn
hợp và các hòm khuôn chính,
phụ, bàn máy 3 và pittông 4 được
khí nén có áp lực trong xylanh 5
nâng lên một độ cao nhất đònh.
Khí đi vào qua lỗ 6 để nén sau đó
lại thoát nhanh qua lỗ 7 để hạ áp
suất và làm toàn bộ phần trên
dằn xuống. Động năng do quá
trình dằn sinh ra ở mỗi chất điểm
của hỗn hợp sẽ làm chúng dòch chuyển xuống dưới tạo ra độ đầm chặt.
Hình 1
-
56
. Sơ đồ ép a) Ép trên xuống. c) Ép dưới lên.
1. Bàn máy 2. Mẫu 3. Khuôn chính 4. Khuôn phụ 5. Xà ngang 6. Chày ép
7. Khí nén 8. Pittông 9. Xi lanh

Hình 1-57.
Đầm chặt bằng máy dằn.
1. Khuôn chính 2. Mẫu đúc 3. Bàn máy 4. Khí
vào 5. Khí thoát. 6. Pittông 7. Xylanh
H(cm)

1

2

7
5
4

g/cm
3

3

6

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

51

)/()
10
(1
33,0
cmg
a
K

)/(

cmN
F
nhQ

a


Như vậy, khi dằn động năng của các vùng dưới sẽ lớn nên độ chặt của hỗn hợp
tăng dần từ trên xuống dưới (hình 1-57).
Theo công thức kinh nghiệm có thể tính độ đầm chặt khi dằn theo :


Trong đó :
K –Hệ số đầm chặt (0,35
 0,55)
a - Công đầm chặt cho một đơn vò diện tích hỗn hợp trong khuôn.


Ở đây:
Q –Khối lượng hỗn hợp khuôn (N)
h- chiều cao hành trình nâng (cm)
n – Số lần dằn
 - Hệ số hữu ích (0,3  0,7)
Cần lưu ý, nếu dằn quá mạnh có thể dẫn đến phá vỡ khuôn gần mặt mẫu, nên
chiều cao hành trình nâng không quá lớn, số lần dằn chỉ hạn chế 2  3lần.
Đầm chặt bằng máy ép và dằn riêng biệt như ta đã biết có sự chênh lệch độ đầm
chặt  theo chiều cao hòm khuôn. Vì vậy, sử dụng cho loại hòm khuôn có chiều cao không
vượt quá 200mm.
 Đầm chặt bằng máy hỗn hợp vừa dằn vừa ép (hình 1-58)
Sử dụng máy này sẽ cho độ đồng đều về đầm chặt theo chiều cao.
Trên hình 1-58 là sơ đồ nguyên lý của máy đó. Có thể chia quá trình làm hai giai
đoạn :
- Dằn: Khí nén đi vào rãnh 4, 5 vào xylanh 8 và đẩy pittông 6 cùng bàn máy 1,
mẫu 2, khuôn 3 đi lên. Khi độ cao của pittông vượt qua rãnh 7 khí ép thoát ra làm toàn bộ

phần trên rơi xuống, thực hiện quá trình dằn.
10
5
1
2
3
Hình 1-58
Máy vừa dằn vừa ép.
1. Bàn máy 2. Mẫu 3. Khuôn đúc
4; 5; 7; 10 Rãnh khí 6.Pittông dằn
8. Pittông ép 9. Chày ép
9
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

52

- Ép: Quay chày ép 9 vào vò trí làm việc, đóng cửa vào rãnh 4. Cho khí nén vào
rãnh 10 nâng pittông 8 cùng toàn bộ pittông 6 và bàn máy đi lên để thực hiện quá trình
ép.
Người ta điều chỉnh liên tiếp hai giai đoạn trên. Sau đó quay chày ép 9 để lấy
khuôn ra.
Ngoài các phương pháp trên, khi cần làm khuôn lớn, người ta dùng máy phun cát.
Động năng tác động lên dòng cát được phun ra từ máy phun vừa có tác dụng điền đầy,
vừa đầm chặt.
b. Nguyên công rút mẫu:
Rút mẫu là một động tác khó. Cơ
khí hoá nguyên công rút mẫu được tiến
hành theo các phương pháp sau:

 Rút mẫu bằng thanh đẩy: khuôn
sau khi đã đầm chặt, khí nén sẽõ tác động
lên một hệ thanh đẩy có cùng tốc độ. Hệ
thanh đẩy đẩy khuôn đi lên trong khi bàn
máy gắn mẫu đứng yên (Hình 1-59). Khi
mép dưới của khuôn vượt quá mép trên
của mẫu, khuôn được đưa qua hệ thống
băng tải hoặc nhấc bằng tay để lắp ráp.
 Rút mẫu bằng bàn quay hoặc bàn lật.
Khi cơ khí hoá hoàn toàn
quá trình làm khuôn, rút mẫu
bằng thanh đẩy thuận tiện cho
khuôn trên. Để làm khuôn dưới,
người ta dùng phương pháp quay
hoặc lật. Trên hình 1-60 giới
thiệu sơ đồ nguyên lý đó.
- Kiểu bàn quay: trên
hình 1-60a hòm khuôn 3 cùng
tấm mẫu 1 kẹp lên bàn máy 5.
Sau đó quay một góc 180
o
. Nâng
bàn máy và tấm mẫu rời khỏi
khuôn nhờ thanh đẩy 2 rồi quay
về vò trí cũ để tiếp tục làm
khuôn khác.
- Kiểu bàn lật: trên hình
1-60b mẫu 1 và hòm khuôn 3
kẹp lên bàn máy 5. Sau khi làm
khuôn xong lật bàn máy một góc

180
o
và dùng bàn đỡ 6 đỡ mặt
khuôn rồi dần dần hạ xuống bằng pittông 2, mẫu sẽ tách khỏi khuôn.
Hình 1-59 Rút mẫu bằng chốt đẩy
a)

b)
Hình 1
-
60
Nguyên lý rút mẫu:
a) Kiểu bàn quay b) Kiểu bàn lật
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

53

Đồng thời quá trình làm khuôn lại tiếp tục phía trái.
4.3.2 Chế tạo lõi:
Có thể dùng máy làm khuôn để làm lõi bằng cách thay tấm mẫu trên bàn máy
bằng hộp lõi. Để đảm bảo chất lượng cao của lõi, người ta còn sử dụng một số máy làm
lõi riêng.
 Máy nhồi đẩy bằng trục xoắn (hình 1-61).
Những lõi hình trụ có tiết diện không đổi trên suốt chiều dài, có thể dùng máy loại
này.
Trục xoắn 5 được truyền chuyển động quay sẽ tải hỗn hợp lõi trong ống chứa hỗn
hợp 2 qua lỗ thoát có hình dạng, kích thước đã đònh sẵn. Rãnh thoát khí được tạo ra nhờ
trục nhỏ kim loại 4 . Độ chặt của hỗn hợp nhờ các má xoắn tải liên tục di chuyển có sức

cản lớn ở miệng ống. Lõi đi ra trên tấm sấy 3. Hệ thống cắt lõi sẽ hoạt động để tạo ra độ
dài tùy ý.
Có thể thay trục xoắn bằng hệ thống đẩy pittông để ép lên hỗn hợp lõi.

 Máy thổi cát (hình 1-62).
Khí nén có áp lực cao (5  8at) thổi vào
buồng 4, hỗn hợp làm lõi cho vào buồng 4 theo
chu kỳ và trộn lẫn với khí ép sẽ chui qua lỗ của
tấm 3 vào hộp lõi 1. Hộp lõi gắn vào cơ cấu ép 2
để ép hộp lõi vào tấm 3. Khí ép sẽ ra theo những
lỗ 6. Sự đầm chặt nhờ động năng của hỗn hợp khí
ép với hỗn hợp.
Phương pháp thổi có năng suất cao, chất
lượng bảo đảm, chế tạo được lõi lớn, nhưng chất
dính trong hỗn hợp phải khô để tạo điều kiện thổi
dễ dàng. Hộp lõi phải làm bằng kim loại để chống
mài mòn cao.






3

5

2

1

4

Hình 1
-
61
Máy nhồi đẩy
1. Phễu 2. Ống 3. Bàn đỡ
lõi 4. Trục tạo rãnh thông
khí 5. Trục xoắn

Hình 1
-
62
Máy thổi cát
Khí
ép
Cát
2

6
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

54


4.4 Sấy khuôn, lõi, lắp khuôn và rót kim loại vào khuôân.
4.4.1 Sấy khuôn, lõi:

- Mục đích sấy: nâng cao độ bền, tính thông khí và giảm bớt khả năng tạo khí của
chúng khi rót kim loại vào khuôn.
Lõi phải sấy trước khi lắp ráp với khuôn.
Đối với khuôn thường chỉ khi nào chế tạo những vật đúc lớn và cao, hoặc hình
dạng phức tạp, nhiều phần lồi lõm tạo nên những ụ cát nhô ra dễ vỡ; vật đúc cần chất
lượng cao, chiu lực lớn thì phải sấy khuôn (khuôn khô).
- Nhiệt độ và thời gian sấy:
+ Nhiệt độ sấy từ 175
0
 450
0
C tùy thuộc vào hình dáng, kích thước khuôn,
lõi, chất dính kết được sử dụng.
+ Thời gian sấy đối với khuôn đúc gang, thép, hợp kim màu từ 4  36 giờ.
Thời gian sấy cho lõi có khối lượng  200 kg có dùng chất dính kết từ 0,75 6 giờ,
dùng đất sét: 2  12 giờ.
- Phương pháp sấy: sấy bề mặt khuôn đúc bằng mỏ đốt, tia hồng ngoại (bóng điện
500W), chất sơn bốc cháy…Sấy toàn bộ khuôn, lõi bằng dòng khí nóng (lò sấy).
4.4.2 Lắp ráp khuôn, lõi:
Lắp ráp các phần khuôn, lõi để tạo ra khuôn đúc là khâu cuối cùng của công nghệ
làm khuôn. Những yêu cầu khi lắp ráp khuôn:
- Các nửa khuôn và lõi đã được sấy khô không có độ ẩm vượt quá qui đònh và đã
được kiểm tra kó càng.
- Việc đònh vò lõi (nếu có) phải bảo đảm chắt chắn và có độ chính xác yêu cầu.
Có hệ thống thoát khí cho lõi.
- Bảo đảm độ kín khít ở mặt
phân khuôn.
a. Lắp ráp lõi :
Lõi sau khi sấy có độ bền cao

nên có thể vận chuyển bằng tay đối
với lõi nhỏ, vận chuyển bằng cần trục
với lõi lớn.
Lõi được lắp vào khuôn nhờ
phần gối lõi. Tuy vậy cũng phải căn đo
bằng thước hoặc bằng dưỡng để dòch
chỉnh kích thước, sau đó cố đònh nó với
khuôn dưới để bảo đảm khi lắp ráp
khuôn trên vào không làm xê dòch.
Trường hợp lõi bằng cát có độ
dài thân lõi lớn, lõi lắp công xôn phải
được gia cố thêm bằng con mã (hình 1-63).
a)õ

b
)

Hình 1-63
a) Các loại con mã b) Cách lắp con mã
Con mã

Lõi công xôn

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

55

Con mã là một kết cấu bằng kim loại tương ứng với hợp kim đúc. Chúng có kết cấu

tùy theo dạng vật đúc. Con mã có tác dụng chống lại mọi biến dạng của lõi hoặc do trọng
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

55



V
o
F
o
VdVdFhP .'.
1

lượng bản thân lõi, hoặc do tác dụng của kim loại lỏng. Do đó, xác đònh vò trí đặt con mã
phải thích hợp để phát huy tác dụng của nó.
b. Lắp khuôn.
Lắp khuôn là bước cuối tạo ra lòng khuôn đúc hoàn chỉnh nên yêu cầu thật cẩn
thận.
- Các nửa khuôn ghép vào nhau đúng vò trí của chốt đònh vò để tránh lệch lòng
khuôn.
- Đối với khuôn cát, để bảo đảm độ kín khít, giữa các mặt ráp phải có lớp dính
bằng đất sét để hạn chế ba via hay rò kim loại lỏng.
- Kẹp chặt hoặc đè khuôn để chống lại sức đẩy của kim loại lỏng.
- Kiểm tra vò trí và độ ngang bằng của cốc rót và đậu ngót.
- Khuôn lắp xong không nên để lâu mới rót vì đối với khuôn cát có thể hút ẩm từ
môi trường xung quanh; các loại khuôn khác cũng có thể thay đổi các yếu tố như nhiệt độ
hoặc làm bẩn lòng khuôn

c. Đè khuôn hoặc kẹp khuôn.
Kim loại lỏng khi đã điền đầy lòng khuôn, sẽ tác dụng lên lõi và khuôn một lực
đẩy làm khuôn trên xê dòch, thậm chí nổi khuôn trên. Điều đó sẽ gây ra rò rỉ kim loại
lỏng, sai lệch lòng khuôn. Để hạn chế nó, người ta phải đè khuôn hay kẹp khuôn bằng
chốt hoặc bu lông.
Phương pháp đơn giản hơn cả là áp dụng đònh luật Acsimet như sau :
Lực kẹp khuôn hoặc “Tải trọng đèø” và khối
lượng của khuôn trên phải lớn hơn lực đẩy Acsimet của
kim loại lỏng lên khuôn trên và lên lõi.
Muốn tính lực đẩy của kim loại lỏng lên khuôn
trên, ta xét một diện tích vô cùng nhỏ dF của bề mặt
lòng khuôn trên nằm nghiêng với phương ngang một
góc
 và ở một độ sâu h so với mặt thoáng kim loại
lỏng (hình 1-64).
Lực đẩy của kim loại lỏng tác dụng theo
phương thẳng góc với bề mặt dF:
dP
n
= h. .dF.
 là khối lượng riêng của kim loại lỏng (g/cm
3
)
Thành phần thẳng đứng của lực dP
n
đẩy lên diện
tích dF là:
dP
đ
= dP

n
.cos
= h. . dF .cos
=h..dF ’
dF ’= dF. cos (diện tích hình chiếu của dF trên mặt phẳng ngang)
Như vậy lực đẩy P
1
của kim loại lỏng lên bề mặt lòng khuôn trên sẽ là:




h

Hình 1-64
Áp lực của
kim loại lỏng
lên khuôn.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

56

)(
25,1.
N
N
Q
p 

)(04,0 cmpd 
Từ đây ta thấy lực đẩy của kim loại lỏng lên bề mặt lòng khuôn trên P
1
bằng khối
lượng khối kim loại tương đương có thể tích là V, thể tích này được giới hạn như sau: mặt
đáy là phần bề mặt vật đúc tiếp xúc với khuôn trên, chiều cao tính từ mặt đó tới mặt
thoáng kim loại ở cốc rót.
Lõi nằm trong khuôn cũng tiếp xúc với kim loại lỏng nên cũng chòu một lực đẩy
Acsimet từ dưới lên, lực này truyền qua gối lõi và cũng đẩy lên khuôn trên. Lực đẩy vào
lõi P
2
cũng bằng khối lượng khối kim loại tương đương có thể tích bằng thể tích phần lõi
chiếm chỗ trong kim loại lỏng.
Như vậy tổng áp lực của kim loại lỏng đẩy lên khuôn trên (P) sẽ bằng lực đẩy lên
bề mặt lòng khuôn trên P
1
cộng với lực đẩy lên lõi P
2
.
P = P
1
+ P
2

Do hòm khuôn trên (khuôn và hỗn hợp) có khối lượng là G
KT
nên ta tính lực kẹp
khuôn hoặc tải trọng đè khuôn Q như sau:
Q = (P - G
KT

) .n
n -Hệ số tính đến dòng chảy động của kim loại trong khuôn. Thường chọn n=1,3
1,4.
Ngoài phương pháp tính trên ta có thể dùng công thức gần đúng sau đây để tính lực
đè khuôn cho nhanh:



Trong đó: F - diện tích hình chiếu bằng của mặt khuôn trên. (có thể kể cả diện tích
hệ thống rót) (dm
2
).
H - Chiều cao khuôn trên (dm).
 - Khối lượng riêng kim loại lỏng (kg/ dm
3
).
V - Thể tích lõi (dm
3
).
G
KT

- Khối lượng khuôn trên ( hòm khuôn và cát ) (kg).
n - Hệ số an toàn (n=1,3
1,4 )
Nếu kẹp khuôn bằng bulông, thì lực tác dụng lên mỗi bu lông sẽ là :



Q- Lực kẹp khuôn (N)

N - Số lượng bulông.
Từ đó suy ra đường kính bulông:


4.4.3 Rót kim loại lỏng vào khuôn:
a. Thùng rót: kim loại lỏng từ lò nấu được tháo vào những thùng rót, rồi mang
thùng rót vào khuôn. Thùng rót có vỏ ngoài bằng thép lá dày 6
 8 mm, đáy dày 10 
13mm, bên trong có đắp một lớp gạch chòu lửa dày 20 mm.Thùng có thể làm hình trụ, hình
côn (hình 1-65).
b. Nhiệt độ rót:
Q = 10.n. (F.H.  + V
lõi
.  - G
KT
). ( N )
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

57

Đối với gang: Vật đúc lớn, không quan trọng 1220 1260
0
C.
Vật đúc trung bình 1280
1320
0
C.
Vật đúc thành mỏng 1320

1360
0
C.
Gang ra lò có nhiệt độ yêu cầu cao hơn nhiệt độ rót khoảng 50
0
C.
Đối với thép: nhiệt độ rót khoảng 1500
0
C, nhiệt độ ra lò 1550 1600
0
C.
Đối với hợp kim đồng: nhiệt độ rót khoảng 1040
 1170
0
C.
Đối với hợp kim nhôm: nhiệt độ rót khoảng 700 730
0
C.

a)

b) c)
Hình 1
-
65
Thùng rót.
a. Thùng rót một người mang.
b.
Thùng rót nhiều người mang.
c. Thùng rót dùng cần trục

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh