Bài giảng Công nghệ đúc - Chương 4: Một số phương pháp đúc (Phần 6)

CHƢƠNG 4 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP ĐÚC

PHẦN 6 ĐÚC TRONG KHUÔN VỎ MỎNG BẰNG CÁT NHỰA

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1

Từ khóa

• Shell mold • Shell mold casting

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2

1. MỞ ĐẦU

Bắt đầu sử dụng từ thập niên 50 của thế

kỷ 20

Chất dính trong HHLK là nhựa hữu cơ,

được tổng hợp từ dầu mỏ, than đá và các chất có chứa xenlulo (tre, gỗ, rơm …) Khả năng dính kết của nhựa rất cao  thành khuôn có thể mỏng mà vẫn bảo đảm độ bền khuôn

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3

2. VẬT LiỆU & HHLK CÁT NHỰA

Vật liệu chịu lửa

Chất dính (nhựa)

Các chất phụ gia: chất phụ gia đông rắn,

chất tách mẫu …

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4

2.1. Vật liệu chịu lửa 2.1.1. Cỡ hạt Đối với cát thạch, nên dùng cỡ hạt: 0075,

01, 016, 02

Nên dùng cát có độ hạt phân tán vì: - Các hạt cát sẽ đạt nhiệt độ chuyển biến thù hình ở các thời điểm khác nhau  giảm sự thay đổi đột ngột về thể tích khuôn

- Không cần quan tâm đến độ thông khí

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5

2.1.2.Thành phần hóa học của cát

Yêu cầu cao về TPHH vì các tạp chất làm

giảm mạnh độ bền khuôn

 oxit kiềm, kiềm thổ < 0,5%

Sét làm giảm độ bền của khuôn  lượng

sét < 1%

Hàm lượng nước trong cát cũng làm giảm

độ bền khuôn

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6

2.2. Nhựa

Tham khảo: “ Các p/p và công nghệ đúc

đặc biệt”

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7

3. CÁT NHỰA ĐÔNG RẮN NÓNG 3.1. Mở đầu

Chất dính: nhựa đông rắn nóng: phenol

formaldehyt, ure formaldehyt, furan …Đây đều là những loại nhựa đông rắn nóng và không thuận nghịch

Độ bền của HH cát - nhựa đông rắn nóng rất cao  Công nghệ đúc trong khuôn vỏ mỏng

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8

3.2. Đặc điểm 3.2.1. Ƣu điểm

HHLK có độ linh động cao  khuôn sắc

nét  độ chính xác vật đúc cao

Do không cần quan tâm đến độ thông khí  cho phép cát làm khuôn cỡ hạt nhỏ  độ bóng bề mặt vật đúc cao

Khi rót khuôn: nhựa phân hủy  tạo lớp khí mỏng trên bề mặt khuôn: bảo vệ vật đúc khỏi cháy dính cát

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 9

3.2.1. Ƣu điểm

Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình

Có thể bảo quản khuôn, ruột lâu dài do

tính không hút ẩm của hỗn hợp

Giảm lượng HHLK

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 10

3.2.2. Nhƣợc điểm

Giá thành của hỗn hợp cát nhựa cao Giá thành bộ mẫu tương đối cao Độ sinh khí cao  vật đúc dễ bị rỗ khí; phải tăng cường thông gió và xử lý khí thải cho xưởng

Mức độ ô nhiễm tương đối cao Khối lượng và kích thước vật đúc bị hạn

chế

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 11

3.2.3. Phạm vi sử dụng

 Đúc các vật đúc nhỏ (0,5 – 100 kg), thành không quá dày, sản lượng đúc phải tương đối lớn

 Vật đúc đạt độ bóng bề mặt cấp 4 đến 6; cấp chính xác 5 – 8

 Chế tạo ruột nhỏ, phức

tạp, ruột vỏ mỏng

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 12

3.2.3. Phạm vi sử dụng

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 13

3.2.3. Phạm vi sử dụng

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 14

3.3. Các phƣơng pháp chuẩn bị HHLK cát nhựa 3.3.1. Hỗn hợp cơ học

Nhựa ở dạng bột hoặc vẫy nằm lẫn cơ

học giữa các hạt cát

Dễ bị phân lớp do chênh lệch lớn về khối

lượng riêng giữa cát và nhựa

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 15

Phƣơng pháp chế tạo

Sấy cát; sàng; cho vào máy trộn con lăn Cho chất làm ướt vào (thường dùng dầu

hỏa); đảo trộn vài phút

Cho bột hoặc vẫy nhựa vào; trộn 8-10

phút

Lƣu ý: máy trộn phải có nắp và trang bị

hệ thống hút bụi

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 16

3.3.2. Hỗn hợp bao phủ

Nhựa bao quanh hạt cát thành một màng

mỏng

Chất lượng cao hơn hỗn hợp cơ học về

độ bền, độ thông khí, độ chảy …

Có nhiều phương pháp chế tạo: phương pháp hồ nguội, phương pháp hồ nóng …

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 17

3.3.2. Hỗn hợp bao phủ Chế tạo bằng phƣơng pháp hồ nguội

Hòa tan bột nhựa vào các dung môi dễ

bay hơi (cồn, aceton …)

Sấy cát, để nguội; cho vào máy trộn con lăn (có hệ thống thổi không khí và thoát khí)

Cho dung môi đã hòa tan nhựa vào, trộn đều với cát để các hạt cát được phủ đều một lớp nhựa

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 18

3.4.Các tính chất của HH cát nhựa 3.4.1. Độ bền Độ bền của HH cát nhựa đƣợc đánh giá: - Thử bền uốn bằng mẫu 130x20x10mm - Thử bền kéo mẫu số 8 dày 10mm Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền: - Độ sạch bề mặt, hình dạng, độ hạt của cát - Hàm lượng nhựa trong hỗn hợp - Phương pháp chuẩn bị hỗn hợp - Trạng thái nhiệt

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 19

3.4.2. Độ thông khí

HH cát nhựa có độ thông khí cao (cao hơn

khuôn cát sét 10 – 20 lần

Độ thông khí phụ thuộc:

- Lượng chất dính

- Phương pháp chuẩn bị hỗn hợp

- Chiều dày vỏ khuôn

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 20

3.5. Các phƣơng pháp chế tạo khuôn vỏ mỏng

Phương pháp thùng lật (phương pháp

Croning, phương pháp C)

Phương pháp thùng cố định

Phương pháp thổi cát bằng tấm viền

(phương pháp Dietert, phương pháp D)

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 21

3.5.1. Phƣơng pháp Croning

1. Làm sạch và sơn tấm mẫu; nung nóng tấm mẫu ở 200-3000C; kẹp chặt tấm mẫu vào thùng lật có chứa HH cát nhựa

2. Quay thùng và tấm mẫu 1800. Giữ HH

trên tấm mẫu 30-60s. Do tác dụng nhiệt, nhựa biến mềm và kết dính các hạt cát tạo thành một lớp vỏ tương đối cứng

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 22

3.5.1. Phƣơng pháp Croning

3. Quay thùng cùng tấm mẫu về vị trí ban đầu. Hỗn hợp cát nhựa chưa biến mềm rơi trở xuống thùng. Đưa tấm mẫu cùng nửa khuôn vỏ ra khỏi thùng

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 23

3.5.1. Phƣơng pháp Croning

4. Cho tấm mẫu cùng vỏ khuôn vào lò ở 300- 4000C trong 1-3 phút. Nhựa trùng hợp và đi vào trạng thái rắn không thuận nghịch, tạo cho khuôn vỏ độ bền cuối cùng

5. Tách khuôn vỏ khỏi mẫu nhờ hệ thống chốt

đẩy

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 24

3.5.1. Phƣơng pháp Croning

6. Thực hiện tương tự để chế tạo nửa

khuôn vỏ thứ hai. Ghép 2 nửa khuôn; cho vào thùng, lèn chặt; rót khuôn

7. Vật đúc

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 25

3.5.1. Phƣơng pháp Croning

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 26

3.5.1. Phƣơng pháp Croning

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 27

3.5.2.Phƣơng pháp thùng cố định

1. Trục quay 2. Hỗn hợp cát nhựa 3. Tấm mẫu 4. Hộp 5. Hỗn hợp cát nhựa 6. Bunke 7. Gầu 8. Cơ cấu tải gầu

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 28

3.5.3. Phƣơng pháp tấm viền

 Hỗn hợp được thổi

vào khuôn

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 29

3.5.4. Phƣơng pháp thổi cát bằng màng cao su

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 30

Tấm mẫu và khuôn vỏ

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 31

Tấm mẫu và sản phẩm

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 32

3.6. Các phƣơng pháp chế tạo ruột cát nhựa

Ƣu điểm của việc dùng ruột vỏ mỏng

bằng cát nhựa:

- Độ bóng bề mặt, độ chính xác về kích thước

cao

- Ruột thoát khí tốt - Dễ phá ruột - Giảm đáng khối lượng ruột - Có thể dùng ruột vỏ mỏng bằng cát nhựa cho

khuôn KL, khuôn cát – sét …

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 33

3.6. Các phƣơng pháp chế tạo ruột cát nhựa

Phương pháp dùng tấm viền để thổi

Phương pháp dùng màng cao su để thổi

Phương pháp thùng lật

Phương pháp thùng cố định

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 34

Phƣơng pháp thùng lật Phƣơng pháp thùng cố định

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 35

Phƣơng pháp dùng tấm viền để thổi Phƣơng pháp dùng màng cao su để thổi

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 36

Kết cấu tấm mẫu

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 37

Kết cấu hộp ruột

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 38

3.7. Một số vấn đề về thiết kế đúc 3.7.1. Tính công nghệ trong kết cấu vật đúc Tránh những phần mỏng và nhô cao của

vật đúc

Tránh những đường cắt nhau thẳng đứng Chiều dày tối thiểu của thành vật đúc: HK

nhôm: 2mm; gang: 3mm

Đường kính nhỏ nhất lỗ đúc không dùng ruột: 5mm cho V Đ thành dày 10-12mm

Lượng dư gia công: 1-3mm

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 39

3.7.2.Vật liệu chế tạo mẫu & tấm mẫu

Nguyên tắc: mọi bộ phận của tấm mẫu

(hoặc hộp ruột) làm bằng cùng một loại

vật liệu  cùng khả năng tích nhiệt 

chiều dày vỏ khuôn đồng đều

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 40

3.7.2.Vật liệu chế tạo mẫu & tấm mẫu

 Gang xám peclit: - Dùng cho sản xuất loạt

lớn

 Hợp kim nhôm: - Cho sản xuất thử nghiệm, loạt nhỏ, vừa

- Phôi đúc trước khi gia

- Rẻ, thời gian sử dụng không cao

công thành mẫu và tấm mẫu nên tiến hành ủ ở nhiệt độ thấp để khử ứng suất

- Thường mạ Cr lên bề mặt làm việc để tăng tuổi thọ

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 41

3.7.3.Lựa chọn vị trí của khuôn khi rót

 Mặt phân khuôn đứng: - Dễ thoát khí khỏi khuôn - Dễ đặt khuôn vào thùng

chứa

- Dễ bố trí HTR, đậu ngót,

đậu hơi

- Giảm diện tích sản xuất - Thường sử dụng

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 42

3.7.3.Lựa chọn vị trí của khuôn khi rót

 Mặt phân khuôn ngang: - Phù hợp với các vật đúc dạng tấm lớn, cần đặt đậu ngót cục bộ

- Ít bị cháy dính cát do áp lực thủy tĩnh của KL lỏng bé

- Khó bố trí các đường

thoát hơi

- Choán diện tích bố trí

khuôn để rót

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 43

3.7.4. Hệ thống rót

Nguyên tắc tính toán giống như khi thiết kế khuôn cát-sét, nhưng tiết diện HTR có thể lấy nhỏ hơn 20-30%

Do khuôn vỏ có độ bền cao nên khoảng

cách giữa hốc khuôn và các bộ phận của HTR có thể giảm đi

Chiều dài rãnh dẫn: 10-20mm

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 44

3.8. Một số vấn đề về công nghệ 3.8.1. Sơn tấm mẫu, hộp ruột

Để khuôn, ruột đã làm xong không bị dính bám vào tấm mẫu và dễ tách ra, thường phải dùng các chất sơn tấm mẫu, HR

Thí dụ về vài chất sơn: - dầu mazut + dầu hỏa - dung dịch của cao su tổng hợp chịu nhiệt

trong spirit trắng (hoặc benzen)

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 45

3.8.2. Ráp khuôn vỏ mỏng

Khuôn vỏ mỏng được ráp bằng cách: - Cặp chặt các nửa khuôn - Dán các nửa khuôn Các p/p cặp chặt: - Bằng bulong - Bằng má cặp cơ khí - Bằng má cặp khí nén

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 46