CHƢƠNG 4 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐÚC
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1
PHẦN 4 ĐÚC TRONG KHUÔN MẪU CHẢY
Từ khóa
• Investment Casting • Lost Wax Mold
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2
1. MỞ ĐẦU
1.1. Bản chất của phƣơng pháp
Có nguyên lý làm khuôn giống như cách đúc tượng bằng mẫu sáp đã có từ lâu Nhờ ứng dụng nhiều thành tựu của nhiều ngành khoa học nên có thể chế tạo được vật đúc có độ chính xác rất cao và phức tạp từ mọi loại hợp kim, không cần gia công hoặc không thể gia công
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3
Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy
Thiết kế và chế tạo khuôn ép mẫu sáp Sử dụng khuôn ép để chế tạo mẫu, HTR
bằng sáp (1)
Gia công thành chùm mẫu (pattern tree) (2)
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4
Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy Nhúng mẫu vào huyền phù (3) Rắc cát lên bề mặt mẫu, sấy khô Lặp lại nhiều lần quá trình: nhúng huyền phù – rắc cát – sấy khô cho đến khi tạo được một lớp vỏ đủ bền theo yêu cầu (4)
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5
Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy Nung khỏi mẫu khỏi khuôn (5) Nung đến nhiệt độ đủ cao để thiêu kết khuôn; rót ngay KL lỏng vào khuôn (6)
Phá khuôn và làm sạch vật đúc (7)
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6
Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7
1.2. Đặc điểm của quá trình Mẫu chỉ sử dụng một lần & mỗi vật đúc
cần một mẫu
Mẫu không có mặt phân mẫu; khuôn
không có mặt phân khuôn độ chính xác
của vật đúc cao
Khuôn có độ bóng bề mặt & độ chính xác
rất cao
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8
1.2. Đặc điểm của quá trình
KL lỏng được rót vào
khuôn đã được nung ở nhiệt độ cao (1000- 11000C khi đúc thép) dễ điền đầy khuôn và bù co ngót
Quy trình công nghệ phức tạp và kéo dài Giá thành vật đúc cao
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 9
1.3. Phạm vi sử dụng
Là phương pháp có hiệu quả để chế tạo vật đúc nhỏ, phức tạp, có yêu cầu rất cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác về kích thước từ những hợp kim khó gia công cơ và tính đúc thấp
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 10
1.3. Phạm vi sử dụng
Độ bóng bề mặt vật đúc:
5-7; có thể tạo lỗ tới
2mm, thành dày 1–10mm
Cho phép đúc các sản
phẩm từ 10 gram đến
trên trăm kg; nhưng khi
chi tiết càng lớn thì độ
chính xác càng thấp
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 11
1.3. Phạm vi sử dụng
Chỉ có hiệu quả khi sản lượng đúc tương đối lớn để đủ khấu hao khuôn ép Dùng đúc các vật đúc cần giảm khối lượng gia công cơ khí (ví dụ: khuôn dập); các chi tiết không thể gia công cơ khí (ví dụ: chi tiết máy khâu công nghiệp, chân vịt …)
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 12
1.3. Phạm vi sử dụng
Đúc các hợp kim có
độ cứng rất cao
Hàng mỹ nghệ cao
cấp
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 13
1.3. Phạm vi sử dụng
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 14
1.3. Phạm vi sử dụng
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 15
2. VẬT LiỆU/PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO MẪU 2.1.Yêu cầu đ/với vật liệu chế tạo mẫu
Nhiệt độ nóng chảy không quá cao (60-
1000C) để dễ chế tạo và nung chảy mẫu Nhiệt độ hóa mềm đủ cao (>35-400C) để mẫu không bị biến dạng làm mất độ chính xác
Độ co và độ nở nhỏ; phải ổn định khi nung
nóng và làm làm nguội
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 16
2.1.Yêu cầu đ/với vật liệu chế tạo mẫu
In hình rõ nét lên bề mặt hốc khuôn ép Độ chảy loãng tốt để dễ điền đầy hốc
khuôn ép và chảy hết khỏi lòng khuôn khi nung tách sáp
Có độ bền và độ cứng đủ cao Thấm ướt huyền phù tốt Có thể sử dụng nhiều lần mà không biến động đáng kể về các tính chất công nghệ
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 17
2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy
Parafin: - Màu trắng, có cấu trúc tinh thể, dẻo, rẻ
tiền
- Độ bền thấp, dễ biến mềm Stearin: - Màu vàng-trắng, cấu trúc vô định hình - Nhiệt độ biến mềm tương đối cao - Có xu hướng tác động với huyền phù - Đắt tiền
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 18
2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy
Serezin: - Màu vàng sáng, cấu trúc vô định hình - Độ dẻo & độ bền nhiệt cao hơn parafin, stearin - Độ co lớn; độ bền & độ cứng tương đối thấp Etyl xenluloza: - Bột màu trắng, vàng trắng, cấu trúc tinh thể mịn - Nhiệt độ nóng chảy cao (160-1800C); bền cơ &
bền nhiệt cao
- Độ co lớn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 19
2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy
Các chất tạo mẫu trên thường không được sử dụng riêng biệt mà dưới dạng hỗn hợp
Hỗn hợp parafin-stearin (PS): - Thường dùng PS 50-50 và PS 30-70 Hỗn hợp parafin-stearin-etyl xenluloza (PSE) & parafin-serezin-etyl xenluloza (PCE):
- Chứa 5-15% etyl xenluloza - Nhiệt độ biến mềm cao, độ bền cao, độ co
thấp
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 20
2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy
Vật liệu tạo mẫu dễ
chảy thường dùng
chế tạo mẫu nhỏ có
độ phức tạp trung
bình
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 21
2.3. Vật liệu tạo mẫu khó chảy
Thường dùng chế tạo các vật đúc thành
mỏng, kích thước tương đối lớn
Cũng được sử dụng dưới dạng hỗn hợp Kanifol: - Được điều chế từ nhựa các loại cây lá kim
(thông, tùng, bách …)
- Màu vàng sáng đến nâu sẫm; dòn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 22
2.3. Vật liệu tạo mẫu khó chảy
Polystirol:
- Không màu, vô định hình
- Bền cơ, bền nhiệt, nhiệt độ nóng chảy cao
- Dòn, độ sệt cao ở trạng thái nóng chảy
HH kanifol-polystirol-serezin 50-30-20
HH kanifol-serezin
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 23
2.4. Các phƣơng pháp chế tạo mẫu
Rót tự do - Chủ yếu dùng chế tạo mẫu rỗng - Độ co lớn, khả năng điền đầy kém Rót dƣới áp lực - Dưới áp lực của piston hoặc khí nén - Kích thước mẫu chính xác - Chế tạo mẫu từ những HH có độ chảy
loãng thấp
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 24
2.4.Các phƣơng pháp chế tạo mẫu
Ép dƣới dạng
nhão
- Cần lực ép lớn
- Mẫu co rất ít
- Sử dụng phổ biến
nhất
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 25
2.4. Các phƣơng pháp chế tạo mẫu
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 26
2.5. Các phƣơng pháp ghép mẫu
Sau khi đã chế tạo
mẫu từ khuôn, mẫu
được làm nguội
(thường trong nước),
sửa chữa, ghép thành
chùm (tree)
Hàn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 27
2.5. Các phƣơng pháp ghép mẫu
Dán: dùng các loại
keo đặc biệt để dán
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 28
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 29
2.6. Khuôn để chế tạo mẫu
Thường làm bằng kim loại và được gia
công chính xác
Hợp kim nhôm: dễ gia công; nhẹ Thép: tuổi thọ cao hơn; khó gia công;
nặng
Nhựa epoxi Cao su lưu hóa Thạch cao
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 30
3. VẬT LiỆU CHẾ TẠO KHUÔN 3.1. Vật liệu chịu lửa
Vật liệu chịu lửa cho khuôn gốm gồm 2
loại:
- Vật liệu chịu lửa dạng bột (kích thước hạt
< 0,05mm) để chế tạo hỗn hợp huyền phù
- Cát phủ (>0,074mm) để tạo vỏ
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 31
Các loại vật liệu chịu lửa
Thạch anh
Corindon điện phân (Al2O3)
Silicat zircon (ZrSiO4)
Dioxit titan (TiO2)
Manhezit
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 32
3.2. Chất dính (tự đọc “Các pp & CN đúc đặc biệt”- Nguyễn Ngọc Hà)
Etyl silicat
Nước thủy tinh
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 33
4.PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO KHUÔN 4.1. Chuẩn bị huyền phù
Chuẩn bị huyền phù:
- Cho chất dính vào thiết bị
khuấy; khuấy
- Cho dần bột chịu lửa vào
Thiết bị khuấy: cánh khuấy
đứng yên, thùng quay
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 34
4.2. Rửa chùm mẫu
Sau khi ghép thành chùm, bề mặt mẫu bị
bẩn (dầu mỡ của khuôn ép mẫu sáp; bị
bẩn do thao tác gọt sửa , gắn chùm mẫu
…) phải rửa
Rửa chùm mẫu vào dung dịch tẩy rửa (có
thêm chất phụ gia để giảm sức căng pha
giữa mẫu và huyền phù)
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 35
4.3. Tạo khuôn vỏ
Nhúng chùm mẫu
vào thùng huyền
phù (đang quay)
để mẫu được bao
một lớp vừa đủ
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 36
4.3. Tạo khuôn vỏ
Phủ một lớp cát
mịn lên chùm mẫu
(đã nhúng huyền
phù)
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 37
Thiết bị tƣới cát
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 38
Thiết bị tạo tầng “sôi” cát Hệ thống hút bụi
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 39
4.3. Tạo khuôn vỏ
Hong khô tự nhiên
hoặc cưỡng bức lớp vỏ rắn
Lặp đi lặp lại nhiều
lần (5-15, phụ thuộc kích thước chi tiết, chùm mẫu) quá trình: nhúng huyền phù rắc cát hong khô
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 40
4.3. Tạo khuôn vỏ
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 41
4.3. Tạo khuôn vỏ
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 42
Hệ thống tải + sấy khuôn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 43
4.4. Tách sáp khỏi khuôn
Quá trình tách sáp
được thực hiện
bằng hơi nước quá
nhiệt trong các
buồng tách sáp
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 44
4.4. Tách sáp khỏi khuôn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 45
Thùng chứa sáp vừa tách
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 46
Thiết bị tách nƣớc khỏi sáp
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 47
Thiết bị lọc sáp
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 48
Thiết bị bơm sáp
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 49
4.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ
Sau khi tách sáp, khuôn được nung tới
900-11000C nhằm mục đích:
- Làm các chất tạo mẫu còn lại cháy hết - Làm nước và các chất sinh khí trong
khuôn bay hơi
- Thiêu kết các phần tử chất dính với vật
liệu chịu lửa “gốm”
- Tạo các khe nứt tế vi trong vỏ khuôn để
làm tăng độ thông khí của khuôn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 50
4.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ
Quá trình thiêu kết
thường được thực
hiện trong các lò
buồng đốt bằng
ngọn lửa
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 51
4.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 52
Lò thiêu kết khuôn vỏ
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 53
5. RÓT KHUÔN
Khuôn đã được
thiêu kết phải được
rót ngay
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 54
5. RÓT KHUÔN
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 55
6. LÀM SẠCH/HOÀN TẤT
Bắn bi
Cắt tách hệ thống rót
Phun cát
Sửa chữa các khuyết tật
Nhiệt luyện
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 56
Thiết bị phá khuôn
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 57
Máy cắt
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 58
Thiết bị mài Thiết bị phun cát
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 59
7. MỘT SỐ CN ĐÚC MẪU CHẢY MỚI 7.1. Hút chân không dƣới
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 60
7.2. Hút chân không trên
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 61
