Tài liệu Phần I Công nghệ Đúc kim loại pdf

Phần I
Công nghệ Đúc kim loại
I.Khái niệm
Đúc kim loại là phương pháp ché tạo sản phẩm bằng cách nấu kim loại thành trạng
thái lỏng, sau đó rót vào khuôn có hình dạng và kích thước như sản phẩm. Sau khi kim loại
đông đặc, ta thu được sản phẩm là vật đức có hình dạng và kích thước phù hợp với yêu cầu.
II. Đặc điểm
Ưu điểm:
- Có thể đúc được nhiều vật liệu khác nhau: gang thép, kim loại màu và hợp kim
màu. Khối lượng vật đúc từ vài gam đến hàng trăm tấn.
- Chế tạo được những vật đúc có hình dạng và kết cấu rất phức tạp mà dùng
phương pháp khác khó hoặc không thể thực hiện dược.
- Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa.

- Giá thành chế tạo vật đúc rẻ.
Nhược điểm:
-Độ chính xác nói chung thấp. Một số phương pháp đúc đặc biệt mới đạt được độ
chính xác tương đối cao (đúc vỏ mỏng, đúc áp lực…).
-Dễ gây nên khuyết tật vật đúc (như rỗ khí, cháy cát…).
-Kiểm tra khuyết tât bên trong vật đúc khó khăn.
III.Phương pháp đúc bằng khuôn cát và các phương pháp đúc đặc biệt.
Phương pháp tạo hình bằng cách đúc trong khuôn cát là một phương háp đã xuất
hiện từ lâu, nhưng cho tới ngày nay, công nghệ này vẫn còn chiếm vị trí quan trọng trong
kỹ nghệ đúc. Khoảng 90% sản lượng vật đúc trên thế giới được sản xuất bằng khuôn cát,
phần còn lại do khuôn kim loại và các dạng đúc đặc biệt khác. Khuôn cát được sử dụng
nhiều vì dễ chế tạo, rẻ, vốn đầu tư ít. Hơn nữa, phương pháp đúc bằng khuôn cát có thể

dùng để đúc vật nhỏ từ 10g cho đến vật lớn có khối lượng hàng trăm tấn, có thể dùng đúc
bất kỳ hợp kim nào như: thép, gang, đồng, hợp kim nhôm, hợp kim niken, magie…
3
Ngoài ra còn có rất nhiều phương pháp đúc đặc biệt để tạo sản phẩm đúc như:
-Đúc trong khuôn vỏ cứng.
-Đúc chính xác bằng mẫu chảy.
-Đúc chính xác dùng mẫu vĩnh cửu.
-Đúc trong khuôn kim loại.
-Đúc ly tâm.
-Đúc áp lực.
-Đúc liên tục.
-Đúc hút chân không.

-Đúc dập lỏng.
-Đúc bằng khuôn dùng mẫu cháy.
-Đúc trong khuôn từ.
-Đúc theo phương pháp V.
Sau đây là công nghệ đúc kim loại trong khuôn cát( loại khuôn thông dụng và phổ
biến).
IV.Quá trình sản xuất đúc trong khuôn cát(Gia công cơ khí p107).
Quá trình sản xuất đúc mà điển hình là đúc trong khuôn cát diễn ra theo sơ đồ
như trên hình sau đây.
4
Sơ đồ quá trình sản xuất đúc.
Quá trình đúc một vật đúc được tiến hành như sau:

1.Bộ phận kỹ thuật: thiết kế vật đúc, thể hiện qua bản vẽ vật đúc.
Dựa trên bản vẽ chi tiết để thiết kế bản vẽ vật đúc. Bản vẽ vật đúc cần phải
thể hiện mặt phân khuôn, lõi, độ dốc đúc, kính thước có kể đến lượng dư gia công
cơ và dung sai khi đúc.
2.Bộ phận mộc mẫu: căn cứ vào bản vẽ vật đúc dể chế tảoa bộ mẫu gồm:
.Mẫu vật đúc: dùng để tảo ra hình dạng lòng khuon, nhờ đó tạo ra hình dạng bên
ngoài vật đúc.
Để thuận lợi khi làm khuôn, mẫu được làm thành 2 nửa, lắp với nhau bằng các
chốt định vị.
.Hộp lõi: dùng để làm lõi. Lõi có tác dụng tạ ra phần lõm hoặc lỗ rỗng bên trong vật
đúc.
Để thuận lợi khi làm lõi, hộp lõi được làm thành 2 nửa, lắp với nhau bằng các

chốt định vị.
.Mẫu hệ thống rót, mẫu đậu hơi, mẫu đậu ngót: dùng để tạo ra hệ thống rót, đậu hơi,
đậu ngót khi làm khuôn.
Thiết kế vật đúc
Chế tạo bộ mẫu
Chế tạo hỗn hợp làm lõi
Làm khuôn Làm lõi
Sấy khuôn
Nấu kim loại lỏng Sấy lõi
Lắp ráp khuôn-rót kim loại lỏng vào khuôn
Chế tạo hỗn hợp làm khuôn
Rỡ khuôn

lấy vật đúc
Phá lõi khỏi
vật đúc
Làm sạch
vật đúc
Kiểm
nghiệm
5
Hệ thống rót le hệ thống dãn kim loại lỏng từ thùng rót vào lòng khuôn.
Đậu hơi để tăng cường thoát khí trong lòng khuôn khi rót khuôn.
Đậu ngót dùng để bổ sung kim loại khi đông đặc, tránh phế phẩm do lõm co hình
thành vật đúc khi kim loại co ngót trong quá trình đông đặc.

3.Bộ phận làm khuôn: phối trộn hỗn hợp làm khuôn(cát khuôn), dùng bộ mẫu và
hỗn hợp làm khuôn để làm khuôn.
-khuôn được làm thành 2 nửa để có thể rút mẫu khi làm khuôn
-Nửa khuôn trên làm trong hòm khuôn trên. Nửa khuôn dưới làm trong hòm
khuôn dưới.
Các hòm khuôn trên và dưới thường làm bằng gỗ hay gang đúc, xung quanh thành hòm
khuôn có khoan nhiều lỗ để thoát khí.
-Để đẫn kim loại lỏng vào khuôn, trong khuôn có hện thống rót. Đậu ngót dùng để bổ
sung kim loại khi ngót và đậu hơi dùng để tăng cường thoát khí trong lòng khuôn.
4. Bộ phận làm lõi: phối trộn hỗn hợp làm lõi(cát lõi), dùng hộp lõi và hỗn hợp làm lõi
để chế tạo lõi.
5. Sấy khuôn và lõi.

6. Lắp ráp khuôn và lõi
-Lõi tựa vũng trong khuôn nhờ các gỗi lõi và các mã đỡ hoặc mã chống.
-Dùng các gân hòm khuôn(xương khuôn) để nâng cao dộ bền khuôn.
-Xiên các lỗ thoát khí để tăng khả năng thoát khí khi rót khuôn.
-Hai hòm khuôn lắp chính xác với nhau nhờ các nêm và các chốt định vị.
-Kẹp chặt hai hòm khuôn bằng các bu lông hoặc dùng tải trọng đè.
7.Rót khuôn: rót kim loại lỏng vào khuôn
8.Dỡ khuôn, phá lõi.
9.Làm sạch và kiểm tra vật đúc.
V.Hỗn hợp làm khuôn và lõi
Hỗn hợp làm khuôn (cát khuôn), và hỗn hợp làm lõi(cát lõi) gồm: cát, đất sét, chất
dính kết, chất phụ, nước…

6
Loại hỗn hợp cũ(cát cũ): đã dùng để làm khuôn một hoặc nhiều lần.
Loại hỗn hợp mới(cát mới): mới phối trộn.
Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi ảnh hưởng lớn đến chất lượng vật đúc.
1. Yêu cầu đối với hỗn hợp làm khuôn và làm lõi
Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi cần bảo đảm các yêu cầu sau:
1.1 Độ dẻo: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của hỗn hợp sau khi bỏ tác dụng của ngoại
lực.
Hỗn hợp cần có độ dẻo để tạo lòng khuôn rõ nét theo đúng hình dạng và kích thước
hộp lõi và mẫu. Độ dẻo tăng khi hàm lượng nước tăng đến 8%, lượng đất sét và chất
dính kết tăng.
1.2 Độ bền: là khả năng của hỗn hợp chịu tác dụng của ngoại lực mà k hông bị phá hủy.

khuôn và lõi cần có độ bền để không vỡ khi chuyển, lắp ráp khuôn và chịu được áp lực
thủy tĩnh, thủy động của kim loại lỏng khi rót. Độ bền tăng khi hạt cát càng nhỏ và sắc
cạnh, độ mịn chặt của hỗn hợp tăng, lượng đất sét tăng, lượng nước tăng tới 8%.
Khuôn khô bền hơn khuôn tươi và khi nhiệt độ tăng tới 900°C, sức bền tăng 2-3 lần
do đất sét hóa bền khi thoát hơi nước.
1.3 Tính lún: là khả năng giảm thể tích của hỗn hợp khi chịu tác dụng của ngoại lực.
Hỗn hợp cần có tính lún để khuôn và lõi không cản trở vật đúc khi đông đặc và làm
nguội, tránh được hiện tượng nứt và cong vênh.
Tính lún tăng khi dùng cát to, lượng đất sét ít, chất phụ tăng(mùn cưa, rơm vụn…).
1.4 Tính thông khí: là khả năng của hỗn hợp cho phép khí lọt qua các khe hở nhỏ giữa
các hạt cát của hỗn hợp .
Tính thông khí làm cho cá loiaj khí trong lòng khuôn (không khí, khí từ kim loại lỏng,

nơi ẩm từ vật liệu khuôn ..) thoát ra ngoài dễ dàng, tránh được rỗ khí. Tính thông khí
tăng khi cát hạt to và đều, lượng đất sét và chất dính kết ít, chất phụ nhiều, lượng nước
giảm <4%.
1.5 Độ bền nhiệt: là khả năng của hỗn hợp không bị chảy, cháy, mềm ra ở nhiệt độ cao.
Nếu đọ bền nhiệt kém, hỗn hợp chảy cháy sẽ tạo ra lớp vỏ cứng bám trên bề mặt vật
7
đúc(gọi là lớp cháy cát) gây khuyết tật và khó khăn khi gia công cắt gọt, hoặc làm sai
lệch hình dạng và kích thước vật đúc.
Độ bền nhiệt tăng khi lượng cát tăng, cát hạt to và tròn, ít tạp chất dễ chảy(Na
2
O,
MgO,...).

1.6 Độ ẩm: là lượng nước chứa trong hỗn hợp .
Độ ẩm tăng tới 8% sẽ làm tăng tính dẻo và độ bền, quá 8% sẽ làm giảm độ bền và
tính thông khí, hỗn hợp dễ dính vào mẫu khi làm khuôn .
1.7 Độ bền lâu: là khả năng làm việc được lâu và nhiều lần của hỗn hợp (khả năng giữ
được tính chất ban đầu).
2.Các vật liệu làm khuôn và làm lõi
2.1 Cát: Thành phần chủ yếu là SiO
2
, còn gọi là thạch anh, ngoài ra còn có lẫn một ít sét
và các tạp chất như Al
2
O

3
, Fe
2
O
3
.
2.1.1 Phân loại cát
*) Theo nơi lấy cát:
- cát sông: hạt tròn, tính lún tốt, thông khí tốt nhưng sức bền kém do khó dính với
nhau. Cát Cầu Đuống dùng khá tốt.
- cát núi: hạt sắc cạnh, dễ dính với nhau nên sức bền tốt nhưng thông khí kém. Ở ta
hay dùng cát núi Xuân Sơn(Kiến An).

*) Theo độ hạt: Xác định độ hạt cát theo kích thước lỗ rây. Tùy thuộc kích thước hạt,
phân ra: cát thô, cát rất to, cát to, cát vừa, cát nhỏ, cát rất nhỏ, cát mịn và cát bột.
*) Theo lượng chứa sét: Theo lượng chứa sét tăng ta có: cát thạch anh K, cát gầy, cát
nửa mỡ, cát mỡ(béo), cát rất mỡ.
Theo thành phần thạch anh SiO
2
:
Loại cát 1K 2K 3K 4K
Lượng SiO2(%) 97% 96% 94% 90%
2.1.2 Chọn cát: Tùy thuộc vào khối lượng vật đúc, kim loại đúc mà chọn cát:
8
- Để làm khuôn tươi đúc gang xám, khối lượng vật đúc nhỏ hơn 200kg thì dùng cát

gầy, độ hạt 01, 016, 02, 04 (vật càng lớn thì độ hạt càng lớn để tăng tính thông khí), 2K,
3K, 4K.
- Vật đúc có khối lượng 200-2000kg và khi đuc gang trắng thì dùng cát nửa mỡ có
thành phần SiO2 nhiều để tăng tính chịu nhiệt: 1K, 2K.
- Để làm khuôn và lõi khi đúc thép có khối lượng vật đúc <500kg dùng cát thạch
anh độ hạt 016, 02; 1K, 2K.
- Để đúc kim loại màu ra dùng cát nửa mỡ, độ hạt 01, 016, 02, thành phần thạch anh
không nhiều lắm: 3K, 4K.
2.2 Đất sét: Thành phần chủ yếu của sét là cao lanh mAl
2
O
3

, nSiO
2
.H
2
O, ngoài ra còn
một số tạp chất khác như CaCO
3
, Fe
2
O
3
, Na

2
CO
3
.
Đặc điểm:
Dẻo dính có lượng nước thích hợp.
Theo thành phần khoáng chất
- Sét cao lanh: Al
2
O
3
, 2SiO

2
.2H
2
O: dùng làm khuôn không quan trong.
Khi sấy khô thì độ bền tăng, nhưng giòn, dễ vỡ, không cháy. Sét được nghiền
nhỏ rồi trộn với cát khi làm khuôn. Sét là chất dính kết làm cho khuôn có độ dẻo,
độ bền thích hợp.
2.2.1 Phân loại sét:
Theo thành phần khoáng chất
- Sét cao lanh:, Al
2
O

3
.2SiO
2
.2H
2
O: dùng làm khuôn không quan trong.
- Sét bentonit:. Al
2
O
3
.4SiO
2

.nH
2
O: trắng, rất dẻo, dính, là sản phẩm phân hủy của
nham thạch. Bentonit trong nước nở mạnh làm tăng khuônả năng dính kết gấp 2-
3 lần sét cao lanh dùng làm khuôn quan trọng.
Theo khả năng dính kết: dính kết ít, dính kết vừa, dính kết bền, dính kết rất bền.
Theo khả năng bên nhiệt: bền nhiệt cao, vừa, thấp.
Theo lượng chứa SiO
2
: sét mỡ, sét gầy
2.2.2 Chọn đất sét:
9

- Để đúc thép: thường dùng loại cao lanh, loại dính kết rất bền và có khả năng
chịu nhiệt cao.
- Để đúc gang: thương dùng loại cao lanh, khả năng dính kết và chịu nhiệt vừa,
bền và rất bền.
- Để đúc hợp kim màu: thường dùng cao lanh loại dính kết vừa và cao, bền nhiệt
thấp.
2.3 Chất dính kết: là những chất đưa vào hỗn hợp để tăng độ dỏe và độ bền hỗn hợp .
2.3.1. Yêu cầu đối với chất dính kết:
- Khi trộn vào hỗn hợp phải phân bố đều.
- Không dính hỗn hợp vào mẫu, vào lõi.
- Khô nhanh khi sấy và không sinh khí nhiều khi rót khuôn.
- Tăng độ dẻo, độ bền, tính bền nhiệt cho khuôn.

- Dễ phá khuôn, lõi.
- Rẻ, dễ kiễm không độc hại.
2.3.2.Những chất kết dính thường dùng:
Dầu lanh, dầu bông, dầu trẩu: trộn với cát.
- Sấy ở 200-250°C dầu tạo thành màng liên kết với cá hạt cát.
- Sấy ở nhiệt độ cao hơn: dầu cháy, khuôn trở nên xốp hơn, tính lún và tính t hông
khí tốt, dễ phá khuôn, lõi.
Các chất hòa tan trong nước:
- Nước đường(hoặc mật): dùng làm khuôn lõi khi đúc thép.
Khi sấy: bề mặt khuôn sẽ bền nhưng bên trong vẫn dẻo nên tính lún, thoát khí tốt.
Khi rót kim loại lỏng: cháy, làm tăng tính lún, xốp, thoát khí, dễ phá khuôn.
- Bột hồ(2,5%-3%): tính chất tương tự nước đường, dùng làm khuôn tươi.

Các chất dính kết hóa cứng: nhựa thông, ximawng, hắc ín là những chất khi sấy sẽ
chảy lỏng ra và bao quanh các hạt cát, khi khô nó tự hóa cứng làm tăng độ bền
khuôn lõi.
Sau khi rót kim loại lỏng, chúng bị cháy, do đó ăng tính lún và tính thông khí, dễ
phá khuôn lõi.
10
Nước thủy tinh: là dung dịch silicat Na
2
O.nNa
2
O
2

.mH
2
O
Sấy ở 200-250°C: nó tự phân hủy tạo thành keo rất dính, hỗn hợp sẽ cứng lại trong
vòng 15 đến 30 phút nếu thỏi khí CO
2
vào. Được dùng rọng rãi vì rẻ tiền, chất lượng
tốt, sức bền hỗn hợp cao và có khả năng tự khô nhanh.
2.4 Chất phụ: là các chất đưa vào hỗn hợp để làm tăng tính lún, tính thông khí, làm
nhẵn bề mặt khuôn lõi, tăng tính chịu nhiệt bề mặt khuôn lõi.
2.4.1 Các chất phụ pha trộn vào hỗn hợp : mùn cưa, rơm vụn, bột than…
Khi rót kim loại lỏng, các chất này cháy, để lại các lỗ rỗng, tăng tính lún, tính

thông khí, dễ phá khuôn.
Chất phụ có tỷ lệ 3% khi đúc vật đúc thành mỏng, 8% khi đúc vật đúc thành
dày.
2.4.2 Chất sơn khuôn : là chất quét lên bề mặt khuôn, lõi để làm tăng độ nhẵn và
tính chịu nhiệt bề mặt khuôn.
Thường dùng: bột than, bột graphit, nước thủy tinhl, bột thạch anh.. Bột than,
graphit khi cháy tạo ra CO, CO
2
ngăn cách kim loại mỏng bới mặt khuôn, tránh
được cháy cát mặt khuôn.
3.Hỗn hợp làm khuôn và lõi
3.1 hỗn hợp làm khuôn

Đem vật liệu làm khuôn pha trộn theo một tỷ lệ nhất định, ta được hỗn hợp
làm khuôn.
3.1.1 Hai loại hỗn hợp làm khuôn:
Cát áo: dùng để phủ sát mẫu khi chế tạo khuôn, trực tiếp tiếp xúc với kim loiaj lỏng
nên cần có độ bền, độ dẻo, tính chịu nhiệt cao, độ hạt nhỏ để bề mặt vật đúc nhẵn. Cát áo
thường là cát mới, chiếm 10-15% tổng lượng cát khuôn.
Cát đệm: dùng đệm cho phần khuôn còn lại, yêu cầu tính thông khí, tính lún tốt.
3.1.2 Phối trộn hỗn hợp làm khuôn:
Tùy thuộc kim loại vật đúc mà hỗn hợp làm khuôn có những yêu cầu khác nhau và
phối trộn theo những tỷ lệ khác nhau.
11