CHƢƠNG 4 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐÚC
ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT-SÉT PHẦN 1
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1
1.MỞ ĐẦU
Đúc trong khuôn cát-sét: là phương
pháp đúc mà khuôn đúc được chế tạo
bằng HHLK và HHLR có thành phần chủ
yếu là cát và sét
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2
1.1. Quá trình đúc trong khuôn cát-sét Giống như các pp đúc khuôn cát truyền thống khác, gồm 3 giai đoạn chính:
1. Giai đoạn trƣớc khi đúc: - Thiết kế đúc - Chế tạo bộ mẫu; chế tạo hòm khuôn - Chuẩn bị HHLK, HHLR - Chế tạo khuôn, ruột - Sấy khuôn, ruột - Ráp khuôn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3
1.1. Quá trình đúc trong khuôn cát-sét
2. Giai đoạn đúc: - Nấu luyện HK đúc - Rót khuôn; để nguội khuôn 3. Giai đoạn sau đúc: - Phá dỡ khuôn - Làm sạch vật đúc - Gia công cơ khí - Nhiệt luyện; sơn, mạ … - Kiểm tra sản phẩm
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4
Quá trình SX đúc trong khuôn cát
Hộp lõi Nhiên liệu Mẫu đúc Lò đúc
Hỗn hợp làm khuôn
Nguyên liệu kim loại Hỗn hợp làm lõi
Nấu kim loại Làm lõi Làm khuôn
Sấy khuôn Sấy lõi Biến tính
Khuôn khô Lắp ráp khuôn, lõi Rót khuôn Khuôn tươi
Ph khuôn, lõi
Làm sạch vật đúc
Kiểm tra Phế phẩm
Vật đúc
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6
1.2. Đặc điểm khuôn cát – sét Ƣu điểm
Có khả năng tạo hình các vật đúc lớn và
phức tạp
Phù hợp với tất cả các loại hình sản xuất Trang thiết bị, công nghệ đơn giản, chi phí
thấp
HHLK tái sử dụng nhiều lần
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7
Nhƣợc điểm
Năng suất thấp
Độ chính xác và độ bóng bề mặt vật đúc
thấp
Lượng dư gia công lớn tiêu tốn nhiều
kim loại, chi phí gia công cắt gọt lớn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8
1.3. Phạm vi sử dụng
Dùng trong mọi loại hình sản xuất; sản phẩm
yêu cầu chất lượng bề mặt không cao
Dùng trong sản xuất các vật đúc lớn, hình
dạng phức tạp mà nếu đúc bằng các phương
pháp khác (đúc trong khuôn kim loại tĩnh,
đúc áp lực …) thì khó gia công khuôn, chi
phí cao
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 9
2. CÁC LOẠI KHUÔN CÁT-SÉT 2.1. Khuôn cát – sét tƣơi 2.1.1. Đặc điểm chung
Khuôn cát-sét không qua sấy Chu kỳ sản xuất ngắn, giá thành thấp Dễ cơ khí hóa Dễ phá khuôn Do độ ẩm cao, độ bền thấp dễ gây rỗ khí, vỡ
cát, biến dạng khuôn
Dùng đúc các vật đúc nhỏ, không yêu cầu cao
về chất lượng
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 10
2.1.2. Đặc điểm kỹ thuật cần quan tâm
Do lượng sét và nước trong HHLK ít
HHLK kém dẻo
Cần chú ý chống mất ẩm (tránh rã cát ở
bề mặt khuôn) nhưng vẫn bảo đảm ít ẩm
Cát phải có cỡ hạt nhỏ đủ bền, bề mặt
vật đúc nhẵn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 11
2.1.3.Các biện pháp đảm bảo chất lƣợng
Tăng bền cho HHLK: - Dùng sét có độ dính kết cao - Xử lý hoạt hóa sét - Dùng thêm chất dính hữu cơ: nước bả giấy, mật
mía …
Cho thêm dextrin vào HHLK để giữ ẩm Dùng khuôn cao áp (ép dưới áp lực cao)
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 12
2.2. Khuôn khô 2.2.1. Đặc điểm chung
Do được sấy nên khuôn bền Độ ẩm thấp nên vật đúc ít bị rỗ khí Chu kỳ sản xuất dài, tốn kém: 150 –
4500C trong 8 – 48 giờ
Khuôn có thể bị biến dạng, nứt do sấy Khó phá khuôn Dùng đúc các vật đúc lớn, vật đúc có yêu
cầu cao
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 13
2.2.2.Đặc điểm kỹ thuật cần quan tâm
HHLK dùng nhiều sét và nước hơn so với khuôn tươi HHLK dẻo, dễ giã chặt, dễ sửa
Cho phép dùng cát cỡ hạt to hơn (không kén như khuôn tươi). Phải chú ý sơn khuôn tốt
Phải sấy khuôn đúng kỹ thuật
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 14
2.3. Khuôn sấy bề mặt 2.3.1. Đặc điểm chung Khuôn được sấy khô vài cm ở lớp bề mặt rồi ráp khuôn rót ngay. Là xu hướng công nghệ chủ yếu cho các sản phẩm đúc lớn
Giữ được ưu điểm của khuôn tươi: ít tốn kém,
dễ phá khuôn, chu kỳ sản xuất ngắn nhưng vẫn bảo đảm độ bền
Chất lượng VĐ tốt nếu sấy xong rót khuôn ngay Khi sấy, ngay sau lớp bề mặt đã khô hình thành vùng ngưng tụ hơi nước có độ ẩm cao. Nếu để khuôn đủ lâu, lớp cát khô bề mặt bị hút ẩm lại
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 15
2.3.2.Đặc điểm kỹ thuật cần quan tâm
Thành phần HHLK gần giống khuôn tươi: ít sét, độ ẩm phải khống chế chặt chẽ Có thể thêm các chất phụ gia hữu cơ có khả năng đông rắn dưới tác dụng nhiệt: nước bã giấy, bột bitum …
Có thể sấy khuôn bằng các cách sau: - Sơn tự cháy (lớp khô 1-4mm) - Mỏ đốt dùng dầu, gas … - Lò sấy di động
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 16
2.4. Khuôn bán vĩnh cửu 2.4.1. Đặc điểm chung
Khuôn làm bằng hỗn hợp cát đặc biệt và có lượng sét nhiều, qua nung có thể đúc 5-100 lần
Độ bền khuôn cao Rút ngắn thời gian sản xuất Tiết kiệm VLLK và diện tích xưởng Dùng đúc các chi tiết lớn có hình dạng đơn giản: chảo gang, ống, bệ máy …
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 17
2.4.2. Đặc điểm kỹ thuật cần quan tâm
Lượng sét nhiều: 20-30% Khi làm khuôn cần giã chặt, có dùng
xương
Phải nung sấy kỹ: - Hong gió 5 – 15 giờ, thậm chí cả tuần - Sấy 300-4000C trong 10-15 giờ - Sửa chỗ nứt và sấy tiếp trong 8-10 giờ - Sơn bề mặt rồi sấy lại
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 18
2.5. So sánh các loại khuôn Khuôn tƣơi
Khuôn bán vĩnh cửu
Chỉ tiêu so sánh
Khuôn không sấy
Khuôn sấy kỹ trước khi rót
Khuôn được nung để sử dụng nhiều lần
Cao
Rất cao
Độ bền Thấp
Khuôn khô Khuôn sấy bề mặt Khuôn sấy bề mặt trước khi rót Cao ở lớp bề mặt
HHLK Cát: chú ý độ hạt; sét: ít (4-6%)
Cát: cho phép hạt to; sét: 10-15%
Cát: chú ý độ hạt; sét: ít (4-6%)
Cát: cho phép hạt to, loại đặc biệt; sét: 20- 30%
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 19
2.5. So sánh các loại khuôn
Khuôn tƣơi
Khuôn bán vĩnh cửu Thời gian sấy rất dài
Chỉ tiêu so sánh Đặc điểm
Khuôn khô Khuôn sấy bề mặt Cần rót ngay sau khi sấy; sấy ngắn
Dễ bị rỗ khí Biến dạng khi đúc VĐ lớn
Ít bị rỗ khí Biến dạng khi sấy Sấy dài
Vật đúc lớn, đơn giản
Ứng dụng
Vật đúc trung bình, lớn Cao nhất
Vật đúc nhỏ, trung bình Thích hợp
Thích hợp
Vật đúc nhỏ, không yêu cầu cao Chi phí Rẻ nhất
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 20
3. CHẾ TẠO KHUÔN 3.1. Dụng cụ làm khuôn 3.3.1. Hòm khuôn cơ bản
Hòm khuôn trên Hòm khuôn dưới Chốt định vị Kích thước nhỏ: dưới
800 mm Gỗ, kim loại
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 21
3.1.2. Hòm khuôn lớn
Thanh ngang, xương
tăng bền
Hợp kim nhôm đúc,
gang đúc, thép hàn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 22
3.1.3. Hòm khuôn có thể mở
Làm khuôn xong, đặt
xuống nền, mở chốt,
lấy hòm khuôn ra
Tiết kiệm được hòm
khuôn
Dùng làm khuôn nhỏ
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 23
3.1.4. Dụng cụ làm, sửa khuôn
Chày đầm khuôn
Bay sửa khuôn
Mẫu cho cốc rót
Mẫu cho đậu hơi
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 24
3.1.5. Dụng cụ lay, rút mẫu
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 25
3.1.6. Tấm đỡ mẫu, tạ đè
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 26
3.2. Bộ mẫu
Tấm mẫu một mặt
Mẫu nguyên Mẫu bổ đôi
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 27
3.2. Bộ mẫu
Tấm mẫu 2 mặt
Tấm mẫu định hình
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 28
So sánh các loại mẫu a. Mẫu nguyên; b. Mẫu bổ đôi; c. Tấm mẫu 2 mặt; d. Tấm mẫu 1 mặt
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 29
3.3. Làm khuôn dƣới nền 3.3.1. Đặc điểm
Nửa khuôn dưới chính là nền cát của xưởng Năng suất làm khuôn
thấp
Chất lượng khuôn
không cao: Độ chặt của HHLK khó bảo đảm, dễ ngấm nước rỗ khí
30
3.3.2.Phạm vi sử dụng
Đúc những mặt
hàng yêu cầu chất
lượng không cao,
sản xuất đơn chiếc
Vật đúc cực lớn
Không thể tạo mẫu,
dùng ngay chính chi
tiết đúc để làm mẫu
3.3.3. Làm khuôn với đệm cát mềm (cho vật đúc nhỏ và trung bình) . Dùng thước san bằng lớp
Đặt trên nền xưởng 2
hỗn hợp cát mặt
Lấy các thanh đệm gỗ khỏi
các dầm
Đầm lún lớp HH cát mặt
xuống ngang bằng mặt trên các dầm
thanh dầm thép song song nhau trên cùng độ cao Đào bỏ HHLK giữa 2 dầm Đổ đầy HH cát đệm vào hố Dùng thước san phẳng HH Tạo lớp cát mặt 10 – 20mm
trên bề mặt đệm
Đặt mẫu vật đúc xuống đệm mềm vừa tạo thành, tiến hành làm khuôn
Đặt các thanh đệm gỗ dày khoảng 10mm lên trên các đoạn ray.
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 32
Quá trình tạo đệm mềm
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 33
3.3.4. Làm khuôn với đệm cát cứng (cho vật đúc lớn)
Đào hố xuống nền xưởng (sâu 500-700mm, chiều dài & rộng hơn kích thước mẫu 200- 300mm)
Đầm chặt đáy hố (dùng chày) Đổ vào đáy hố lớp độn xốp (xỉ) 100-200mm Phủ tiếp lớp chiếu gai 30-40mm Đặt các ống thép nối thông chất độn Đổ HH cát đệm, đầm chặt từng lớp 100-150mm Dùng dùi xiên tạo đường thông khí trong HHLK
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 34
3.3.4. Làm khuôn với đệm cát cứng
Tạo lớp cát mặt bằng HHLK 50-150mm (sau khi đầm san phẳng theo hình dạng bề mặt mẫu)
Đặt mẫu vào khoang…
Ống thép
HHLK
Mẫu
Lỗ thông khí
Xỉ
Chiếu gai
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 35
3.4. Làm khuôn trong các hòm khuôn 3.4.1. Đặc điểm
Là phương pháp làm khuôn phổ biến nhất, khuôn được làm chủ yếu từ 2 hòm: HK trên và HK dưới
Dễ cơ khí hóa, năng suất cao Chất lượng bảo đảm, ổn định Cần nhiều HK, lắp lẫn chính xác
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 36
3.4.2. Làm khuôn với mẫu nguyên khối
Cho chi tiết có hình dạng đơn giản, nằm trong 2 HK. Độ chính xác không cao
Chi tiết có một mặt phẳng, có thể nằm trong 1 HK mà vẫn có thể rút mẫu dễ dàng
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 37
3.4.3. Làm khuôn với mẫu bổ đôi
Dùng cho các chi tiết
có hình dạng phức tạp
hoặc trụ tròn
Hai nửa mẫu nằm
trong 2 HK, mặt ráp
khuôn (MRK) trùng với
mặt phân mẫu (MPM)
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 38
3.4.3. Làm khuôn với mẫu bổ đôi
Mẫu thường bổ đôi qua mặt
đối xứng hoặc qua đầu gác
ruột
Để ghép chính xác 2 nửa
mẫu: dùng chốt cho nửa
mẫu trên và lỗ chốt ở nửa
mẫu dưới
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 39
3.4.3. Làm khuôn với mẫu bổ đôi
a) 2 nửa mẫu b) - Đặt nửa mẫu dưới trên tấm
đỡ mẫu
- Đầm khuôn dưới - Gạt phẳng - Xiên hơi c) - Lật 1800 khuôn dưới - Lắp nửa mẫu trên vào nửa
mẫu dưới
- Lắp mẫu đậu rót, đậu hơi - Lắp HK trên vào HK dưới - Rắc cát phân cách - Đầm khuôn trên; rút mẫu
đậu rót, đậu hơi
3.4.3. Làm khuôn với mẫu bổ đôi
d)- Nhấc khuôn trên ra - Rút mẫu khỏi khuôn
dưới
- Sửa khuôn dưới e)- Rút mẫu khỏi khuôn
trên
- Sửa khuôn trên f) - Đặt ruột; lắp khuôn trên vào khuôn dưới
- Rót khuôn g) Vật đúc
3.4.4. Làm khuôn bằng hòm khuôn giả
Lấy mẫu ra khỏi hõm sâu;
Đặt HK rỗng lên tấm đỡ; MPK ở dưới; dầm HHLK (có lượng sét cao để tạo độ bền)
cho thêm HHLK vào những chỗ mà mẫu không tạo thành vết in trong hòm khuôn giả
Quay lật HK giả (1)180 độ Từ phía MPK khoét 1 hõm sâu vào HH tương ứng với phần nhô ra của mẫu nguyên khối
Đặt mẫu VĐ vào hõm sâu đó, dùng búa và thanh gỗ áp lên mẫu đóng lún xuống (a)
3.4.4.Làm khuôn bằng hòm khuôn giả
Lắp HK trên 3 lên nữa
Đặt mẫu vào lại hõm sâu trong hòm khuôn giả.
khuôn dưới; tiến hành làm khuôn trên (c)
Tách hai nữa khuôn; lấy mẫu, tinh sửa; ráp khuôn chuẩn bị chờ rót (d)
Miết phẳng MPK quanh mẫu Lắp HK dưới 2 lên HK giả 1 nhờ các chốt định vị (b) Rắc cát phân cách lên bề mặt ráp khuôn của HK giả
Chế tạo nữa khuôn dưới theo cách thông thường Tách lấy nửa khuôn dưới
cùng với mẫu ra khỏi HK giả
Quay lật nữa khuôn dưới
cùng với mẫu 180 độ và đặt lên tấm đỡ
Thí dụ về làm khuôn bằng hòm khuôn giả
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 44
Thí dụ về làm khuôn bằng hòm khuôn giả
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 45
3.4.5. Làm khuôn chồng
Đặt HK giữa và mẫu vật đúc lên tấm đỡ mẫu
Làm khuôn trong hòm giữa
Đặt tấm đỡ lên trên phần khuôn dưới, bắt chặt nó với tấm đỡ mẫu cùng các phần giữa và dưới của khuôn
theo pp thông thường Lắp đặt HK dưới lên hòm khuôn giữa đã làm xong; tiến hành làm khuôn
Quay lật 180o cả khối khuôn cùng tấm đỡ
46
3.4.5. Làm khuôn chồng
Đặt HK trên lên hòm giữa; tiến hành làm khuôn theo pp thường dùng
Lần lượt nhấc tách phần trên rồi sau đó phân giữa khuôn, lấy các phần mẫu vật đúc ra khỏi khuôn Tinh sửa; lắp đặt ruột; ráp
khuôn; chuẩn bị rót
47
3.4.6. Làm khuôn có xén cát
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 48
3.4.7. Làm khuôn bằng dƣỡng gạt
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 49
Các phƣơng pháp làm khuôn khác (Tham khảo: “Công nghệ đúc, NXB ĐHQG, Đặng Mậu Chiến)
• Làm khuôn có miếng rời • Làm khuôn dùng miếng chao • Làm khuôn dùng ruột khô
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 50
Nhận xét
Với nhiều phương pháp làm khuôn khác
nhau có chế tạo vật đúc có hình dạng cực
kỳ phức tạp
Đòi hỏi người thiết kế đúc phải có trí
tưởng tượng tốt, có tính sáng tạo
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 51
3.5. Cơ khí hóa việc làm khuôn 3.5.1.Mục tiêu
Tăng năng suất
Ổn định chất lượng khuôn
vật đúc chính xác hơn, ít khuyết tật
Giảm lao động nặng nhọc
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 52
3.5.2.Các khâu cần đƣợc cơ khí hóa
1. Xử lý hỗn hợp làm khuôn đã sử dụng: - Đập, sàng - Tuyển từ 2. Chế tạo HHLK: trộn, đánh tơi 3. Cấp HHLK: thay cho dùng xẻng xúc
HHLK đổ vào khuôn (dùng bunker có cơ cấu định lượng)
4. Đầm chặt: nén ép, dằn, li tâm …
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 53
3.5.2.Các khâu cần đƣợc cơ khí hóa
5. Rút mẫu: chốt đẩy HK, bàn lật … 6. Làm ruột 7. Vận chuyển: chuyển khuôn đã làm xong,
chuyển HK rỗng tới máy …
8. Rót khuôn: sử dụng monorail, cầu trục
…
9. Phá khuôn: sàng rung … 10. Làm sạch vật đúc
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 54
3.6.Các nguyên lý làm khuôn bằng máy 3.6.1.Các phƣơng pháp ép a. Ép bằng tấm ép phẳng
Sơ đồ ép trên (a), ép dưới (b), ép từ 2 phía (c) 1 – tấm ép, 2 – khung phụ, 3 – hòm khuôn, 4 – mẫu, 5 – tấm mẫu, 6 – bàn máy,
7 – khối cát trong khung phụ dưới, 8 khung phụ.
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 55
b. Ép bằng tấm ép định hình
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 56
c. Ép bằng đầu ép nhiều piston
Đầu ép nhiều pittong
a) đầu ép pittong thủy lực, b) đầu ép pittong loxo
1– chày ép, 2 – cần chày ép, 3 – pittong, 4 – thân đầu ép, 5 – tấm mẫu, 6 – mẫu, 7 – cần chày ép, 8 – lò xo
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 57
d. Ép bằng màng ép mềm
Đầu ép màng ép mềm 1 – màng đàn hồi, 2 – than đầu ép, 3 – vật thể ép, 4 – hòm khuôn, 5 – tấm mẫu, 6 – chất lỏng hoặc vật liệu đàn hồi
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 58
3.6.2. Phƣơng pháp dằn
Khí nén 7 atm
Ồn
Thời gian làm khuôn dài; tốn nhiều công
Dùng tốt với khuôn cao nhưng phải ép
thêm
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 59
3.6.2. Phƣơng pháp dằn
Dằn không có bộ phận giảm chấn a) vị trí thấp, b) vị trí cao: 1 bàn dằn, 2 – pittong dằn, 3 – lỗ nạp, 4 – lỗ xả.
Dằn có bộ phận giảm chấn a) vị trí thấp, b) vị trí cao: 1 – pittong dằn, 2 – than máy dằn, 3 – xi lanh dằn, 4 – lò xo giảm chấn, 5 – lỗ nạp khí nén, 6 – lỗ xả
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 60
3.6.3. Phƣơng pháp dằn + ép
Hiệu quả cao hơn
máy chỉ dằn hoặc ép
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 61
3.6.4. Phƣơng pháp ném cát
Dùng lực li tâm
ném từng nắm cát
vào khuôn
Dùng cho khuôn rất
lớn
Năng suất cao
Độ đầm chặt đều
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 62
