Bài Giảng Công Nghệ Chế Tạo Phôi Sản Xuất Đúc

Bµi gi¶ng

C¤NG NGHÖ chÕ t¹o PH¤I

S¶n xuÊt ®óc
1


Tài liệu
Tài liệu học:
1. Bài giảng Kỹ thuật chế tạo máy Học phần 1
Tài liệu tham khảo
1. Vật liệu làm khuôn cát, Tg: Đinh Quảng Năng, NXBKH&KT
2. Thiết kế đúc, Tg: Nguyễn Xuân Bông, Phạm Quang Lộc,
NXBKH&KT
3. Hợp kim đúc, Tg: Nguyễn Hữu Dũng, NXBKH&KT
4. Các phương pháp đúc đặc biệt, Tg: Nguyễn Hữu Dũng,
NXBKH&KT

2


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

1- Thực chất, đặc điểm của phương pháp đúc

Đúc là phương pháp chế tạo chi tiết bằng cách
rót kim loại lỏng vào một dụng cụ đặc biệt gọi là
khuôn đúc. Khuôn đúc có phần rỗng mang kích thước
và hình dáng của chi tiết cần chế tạo. Bởi vậy sau khi
kim loại lỏng điền đầy khuôn và đóng rắn ta thu được

vật đúc có hình dáng kích thước giống chi tiết cần chế
tạo.
Vật đúc có thể đem dùng ngay, khi đó nó được
gọi là chi tiết đúc. Nếu vật đúc ra cần qua gia công cắt
gọt để nâng cao độ chính xác kích thước và độ bóng bề
mặt thì được gọi là phôi đúc.
3


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

1- Thực chất, đặc điểm của phương pháp đúc

Đúc là phương pháp chế tạo chi tiết bằng cách
rót kim loại lỏng vào một dụng cụ đặc biệt gọi là
khuôn đúc. Khuôn đúc có phần rỗng mang kích thước
và hình dáng của chi tiết cần chế tạo. Bởi vậy sau khi
kim loại lỏng điền đầy khuôn và đóng rắn ta thu được
vật đúc có hình dáng kích thước giống chi tiết cần chế
tạo.
Vật đúc có thể đem dùng ngay, khi đó nó được
gọi là chi tiết đúc. Nếu vật đúc ra cần qua gia công cắt
gọt để nâng cao độ chính xác kích thước và độ bóng bề
mặt thì được gọi là phôi đúc.
4


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

Sản xuất đúc có những ưu điểm chính sau:

- Có thể đúc được các vật liệu khác nhau, Khối lượng vật đúc
có thể chỉ vài gam đến hàng trăm tấn.
- Có thể đúc được các vật đúc có hình dáng, kết cấu rất phức
tạp
- Có thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật
đúc hoặc tạo ra cơ tính khác nhau giữa mặt trong và mặt ngoài
của nó.
- Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì đầu từ ban đầu ít
- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá.
Tuy nhiên sản xuất đúc còn những nhược điểm sau:
-Tiêu tốn kim loại lớn do cháy hao khi nấu luyện, hệ thống rót,
ngót,
- Tỷ lệ phế phẩm khá cao, chất lượng vật đúc khó ổn định (đặc
biệt khi đúc trong khuôn cát).
- Độ bóng bề mặt chưa cao, độ chính xác kích thước thấp. 5


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

2- Khái niệm về quá
trình sản xuất đúc
và các bộ phận cơ
bản của một
khuôn đúc

Bộ phận kỹ thuật
Nấu kim loại .

Chế tạo bộ mẫu.

Chế tạo hỗn
hợp làm khuôn

Chế tạo hỗn
hợp làm lõi

Làm khuôn

Làm lõi

Sấy khuôn

Sấy lõi

Lắp ráp khuôn và lõi, rót kim loại
lỏng vào khuôn
Hỗn hợp cát cũ

Dỡ khuôn
Làm sạch vật đúc
Kiểm tra

Nhập kho

Hỗn hợp cát cũ

Hồi liệu

Phế phẩm

6


Bµi gi¶ng: C¤NG NGHÖ GIA C¤NG PH¤I 2

7


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

Chương I - công nghệ đúc trong
khuôn cát
1- Vật liệu, hỗn hợp làm khuôn và lõi:

I. Vật liệu làm khuôn và lõi:
Vật liệu làm khuôn là tên gọi chung cho các loại
nguyên liệu dùng để chế biến nên hỗn hợp làm khuôn.
Cũng vì thế trong ngành đúc đặt tên các loại khuôn
đúc theo tên vật liệu làm khuôn: khuôn cát, khuôn kim
loại, khuôn gốm...

8


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

1- Vật liệu hạt (cát)
Vật liệu hạt còn được gọi là cát. Cỡ hạt của cát làm
khuôn từ 0,02 ữ 3 mm. Loại có cỡ hạt trên 3 mm được gọi là
sỏi, dưới 0,02 mm được gọi là bụi.

Vật liệu hạt trong hỗn hợp làm khuôn chiếm từ 90 ữ
98%, nó ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của hỗn hợp làm
khuôn.
Yêu cầu chung đối với vật liệu hạt là: chịu nóng, trơ đối
với tác dụng của kim loại lỏng, dãn nở về nhiệt nhỏ, thoát khí
tốt, không độc hại và sử dụng được nhiều lần.
Trong sản xuất đúc thường dùng các loại cát sau: cát
thạch anh, samốt, manhêdit, crômit, ziêckôn và bột than cốc
9


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

a) Các thạch anh:
Thành phần chính của cát thạch anh là ôxyt silic
(SiO2). Lượng SiO2 trong cát làm khuôn đúc phải trên
90%, có loại chứa tới 97% SiO2 . Hàm lượng tạp chất
có hại (ôxyt kim loại kiềm) càng thấp càng tốt vì
chúng làm giảm tính chịu nóng của cát.
Cát thạch anh là vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền nên đư
ợc dùng nhiều trong sản xuất đúc.

10


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

+ Phân loại:
- Phân loại theo nguồn - Cát sông
- Cát núi (mỏ)

- Phân loại theo cấp - Cấp 1 (SiO2 97%)
- Cấp 2 (SiO2 96%)
- Cấp 3 (SiO2 94%)
- Cấp 4 (SiO2 90%)
- Phân loại theo cát đất sét - Cát gầy (2 10)% Đất sét
- Cát nửa béo (10 20)% Đất sét
- Cát béo (20 30)% Đất sét
- Cát rất béo (30 50)% Đất sét
11


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

- Phân loại theo nhóm.
Tên cát

Nhóm

Số hiệu rây

Kích thước (mm)

Cát thô

063

1 063 04

0,4 1

Cát rất to

04

063 04 0315

0,135 0,63

0315

04 0315 02

0,2 0,4

Cát vừa

02

0315 02 016

0,16 0,315

Cát nhỏ

016

02 016 01

0,1 0,2

Cát rất nhỏ

01

016 01 0063

0,063 0,16

Cát mịn

0063

01 0063 005

0,05 0,1

Cát bột

005

0063 005 Nhỏ
hơn

< 0,05

Cát to

12

Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

b) Các loại vật liệu hạt chịu nhiệt cao:
Để đúc các vật đúc gang lớn, vật đúc thép với bề
mặt không bị cháy cát người ta thường dùng các vật
liệu hạt chịu nhiệt cao.
Nhiệt nóng chảy,
o
C

Khả năng tích
nhiệt (Jun)

Hệ số dãn nở nhiệt
300ữ1000 oC

1550 ữ1730

1260

1,54

2600

1820

0,16 ữ 0,63

Manhêdit

2000 ữ 2100

2100

0,8 ữ 0,9

Crômit

1600 ữ 1800

2380

0,7

Vật liệu hạt

Thạch anh
Ziếckôn

13


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

2- Vật liệu dính kết: (chất dính)
Vật liệu dính kết dùng trong hỗn hợp làm khuôn
và lõi phải thoả mãn những yêu cầu sau:
- Có độ bền riêng cao.
- Có độ chịu nhiệt cao.
- Huỷ bền cực đại.

- Chất dính phải đảm bảo hỗn hợp làm khuôn có tính
chảy đủ lớn.
- Chất dính phải đảm bảo hỗn hợp làm khuôn có tuổi
thọ thích hợp với chu kỳ sử dụng nó.
- Chất dính phải đảm bảo thời gian của quá trình hoá
bền
- Loại trừ được khuynh hướng dính bám vào bộ mẫu.
14


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

- Không hút ẩm.
- Không tạo khí khi bị nung nóng bởi kim loại lỏng để
ngăn ngừa vật đúc khỏi bị rỗ khí.
- Chất dính cũng như các sản phẩm phân huỷ từ nó khi
rót khuôn bằng kim loại lỏng không độc hại cho sức
khoẻ con người.
- Chất dính cần là loại rẻ tiền, dễ kiếm.
Rõ ràng rằng không có một chất dính nào trong
thực tế thoả mãn đồng thời tất cả các yêu cầu nêu trên.
Bởi vậy trong sản xuất thường chọn các chất dính thoả
mãn một số lớn các yêu cầu quan trọng, mà yêu cầu
này bắt nguồn từ những điều kiện sản xuất cụ thể. 15


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

a) Chất dính vô cơ:
Trong số các chất dính vô cơ đất sét là loại được

dùng nhiều nhất.
- Đất sét: trong sản xuất đúc đất sét được phân loại
theo thành phần khoáng học của nó gồm: Halôysit;
Caolinit và Mônmôrilônit.
Tuy nhiên thường dùng hơn cả là hai loại sau:
* Sét caolinit: có công thức hoá học
Al2O3.2SiO2.2H2O, có màu trắng, hút nước ít nên khả
năng trương nở kém, tính dẻo thấp. Nhiệt độ chảy của
caolinit là 1750 ữ1785 oC.
16


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

Sét mônmôrilônit: có công thức hoá học
Al2O3.4SiO2.H2O + n H2O , là loại sét có khả năng hút
nước lớn, trương nở mạnh (thể tích của nó tăng 16 lần
khi hút đủ nước) nên có khả năng dính kết tốt hơn
nhiều so với caolinit - khi bị nung nóng đến 100 ữ
150oC từ mônmôrilônit tách ra nước tự do, còn đến 500
ữ 700 oC - nước cấu trúc.
Mônmôrilônit bị phân huỷ thành các chất vô
định hình ở nhiệt độ 735 ữ 900 oC và khi đó nó mất
hoàn toàn khả năng hút nước trở lại.
17


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

- Thuỷ tinh lỏng: Ngoài ưu điểm rẻ tiền, không độc hại,

chất dính thuỷ tinh lỏng còn cho phép sử dụng công nghệ
nhanh để sản xuất khuôn và lõi, đặc biệt trong sản xuất đơn
chiếc và loạt nhỏ với sự sử dụng tấm mẫu ở nhiệt độ thường,
nghĩa là nhận được hỗn hợp đóng rắn nguội.
Thuỷ tinh lỏng là một dung dịch silicát kiềm với thành
phần thay đổi - Na2O.nSiO2 hoặc K2O.nSiO2 . Trong sản xuất
đúc hay dùng thuỷ tinh lỏng natri vì nó rẻ và sẵn hơn so với
thuỷ tinh lỏng Kali.
Để đánh giá nước thuỷ tinh người ta dùng tỷ số mol của
SiO2 và Na2O và gọi nó là môđun của nước thuỷ tinh:

18


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

- Xi măng: Đặc điểm của xi măng là khi tương tác với nước sẽ
tạo thành các thuỷ phân tử, khi phân huỷ chúng tạo ra liên kết
giữa các hạt cát của hỗn hợp làm khuôn. Phản ứng này có thể
mô tả như sau:
2 (3CaO. SiO2) + 6 H2O 3 CaO. 2SiO2 . 3H2O + 3Ca(OH)2
Trong sản xuất đúc thường dùng xi măng Pooclan với
hàm lượng 10 ữ 20%. Khuôn đúc làm bằng hỗn hợp cát-xi
măng có ưu điểm là độ bền tươi và độ dẻo cao nên dễ làm
khuôn.
Tuy nhiên do thời gian đóng cứng kéo dài (khoảng 28
giờ) nên năng suất lao động thấp chỉ thích hợp với sản xuất
đơn chiếc.
19

Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

b) Chất dính hữu cơ:
Chất dính hữu cơ nhìn chung đều chứa
cácbuahyđrô, tồn tại ở dạng rắn hoặc lỏng. Muốn chất
dính hữu cơ phân bố đều trên bề mặt vật liệu hạt dưới
dạng màng mỏng cần pha chúng vào một dung môi
thích hợp trước lúc pha trộn với cát làm khuôn. Độ bền
tươi của hỗn hợp dùng chất dính hữu cơ thấp, song độ
bền khô của nó khá cao và phụ thuộc vào quá trình
tăng bền bằng sấy nhiệt hoặc sử lý bằng hoá chất.

20


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

Các chất dính hữu cơ là loại chất dính có chất lượng cao,
chỉ cần đưa vào hỗn hợp làm khuôn một lượng nhỏ cũng có thể
đạt được giá trị độ bền khô cao.
Ngoài ra hỗn hợp dùng chất dính hữu cơ có tính thông
khí và tính lún cao. Độ bền còn lại thấp.
Tuy có những ưu điểm như đã trình bày trên, trong thực
tế sản xuất đúc chất dính hữu cơ được sử dụng ngày càng hạn
chế vì chúng là những chất đắt tiền và ngày càng trở nên khan
hiếm.
Ngoài ra sau khi cháy dưới tác dụng nhiệt của kim loại
lỏng rót khuôn từ chất dính hữu cơ phân huỷ ra một lượng lớn
khí độc gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường và gây bệnh

phổi cho công nhân.
21


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

- Nước bã giấy: Nước bã giấy là chất dính kết đứng hàng thì ba
được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đúc sau đất sét và nước
thuỷ tinh. Nước bã giấy là phế thải của công nghiệp giấy khi
sản xuất bột giấy từ gỗ theo phương pháp kiềm sunphit.
Nước bã giấy là một chất dính hữu cơ rất rẻ và sẵn. Nó
có thể dùng làm chất dính khi làm khuôn tươi, khuôn khô, chế
tạo lõi trong hộp ruột nóng, làm chất dính trong hỗn hợp sơn
chống cháy cát...
Tuy nhiên cần lưu ý rằng nước bã giấy có độ bền riêng
thấp (độ bền nén tươi khoảng 0,5 KG/cm2/1%) vì vậy muốn
tăng bền cần dùng cát hạt nhỏ và bổ sung thêm các chất dính
vô cơ khác. Ngoài ra nước bã giấy còn có một nhược điểm
khác là hút ẩm rất mạnh làm độ bền của khuôn và lõi giảm dần
sau khi sấy khô chờ rót kim loại lỏng.
22


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

- Chất dính dầu: Trong sản xuất đúc chất dính dầu được chia
làm hai nhóm: dầu thực vật và dầu tổng hợp.
Thuộc nhóm dầu thực vật cần phải kể đến dầu lanh, dầu
trẩu, dầu gai... Trong đó dầu lanh là loại chất dính kết tốt hơn
cả do dễ đóng cứng và cho độ bền riêng lớn, ít sinh khí và cho

độ thông khí cao.
Tuy có hàng loạt các ưu điểm như đã kể trên song do
yêu cầu bảo vẻ môi trường và hạ giá thành vật đúc dầu tổng
hợp được khuyên sử dụng chỉ trong trường hợp chế tạo các lõi
phức tạp đòi hỏi độ bền cao.

23


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

3- Vật liệu phụ:
Ngoài cát và chất dính, các chất khác có trong
thành phần của hỗn hợp làm khuôn và lõi đều được gọi
là chất phụ
- Bột than hoa.
- Mùn cưa.
- Dầu mazut.

24


Bài giảng: CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI 2

II. Hỗn hợp làm khuôn và lõi:
1- Những yêu cầu đối với hỗn hợp làm khuôn và lõi:
Xuất phát từ yêu cầu nhận được vật đúc chính xác và có
chất lượng trong khuôn cát khi chi phí là tối thiểu, hỗn hợp làm
khuôn trong các giai đoạn khác nhau của quá trình công nghệ
cần phải có các tính chất cơ lý và tính chất công nghệ tối ưu:

a) Tính dẻo: Là khả năng của hỗn hợp làm khuôn bị biến dạng
dẻo dưới tác dụng của ngoại lực hoặc trọng lượng bản thân.
b) Tính đầm chặt : Là khả năng giảm thể tích của hỗn hợp (bị
đầm chặt) dưới tác dụng của ngoại lực hoặc trọng lượng bản
thân.
25