ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI
• Từ khóa: - Permanent casting - Permanent mold casting - Gravity die casting
1. MỞ ĐẦU
Tỉ trọng các phương pháp đúc (2005)
• Sand casting – 60% • Investment casting – 7% • Die casting – 9% • Permanent mold casting – 11% • Centrifugal casting – 7% • Shell mold casting – 6%
1. MỞ ĐẦU
• Khuôn bằng kim loại, sử dụng nhiều lần
Ruoät kim loaïi
2 nöûa khuoân
• KL lỏng điền đầy khuôn nhờ lực trọng trường
1.1. Sơ lược về QT công nghệ
• Sơn khuôn • Lắp ruột • Kẹp chặt 2 nửa
khuôn
• Nung nóng khuôn • Rót kim loại • Làm nguội khuôn • Mở khuôn, lấy vật
đúc
• Làm sạch vật đúc
1.2. So sánh với khuôn cát
• KL lỏng được làm nguội nhanh hơn • Độ thông khí kém hơn • Độ bền khuôn tốt hơn • Khuôn không có khả năng co bóp (cid:0) • Ứng suất đúc, rỗ khí, biến đổi tổ chức ở
lớp bề mặt
• Vật đúc dễ đông đặc có hướng
1.3. Ưu điểm
• Về chất lượng vật đúc: - Chất lượng bề mặt cao; cấu trúc hạt ở lớp vỏ bề
mặt nhỏ mịn
giảm nguyên
- Độ chính xác vật đúc cao • Về tính kinh tế & công nghệ: - Hầu như không sử dụng HHLK (cid:0) công chuẩn bị & xử lý HHLK
- Năng suất cao; dễ cơ khí hóa & tự động hóa • Có thể điều chỉnh quá trình làm nguội khuôn (cid:0)
điều chỉnh quá trình truyền nhiệt từ KL lỏng qua thành khuôn (cid:0) điều chỉnh quá trình đông đặc của vật đúc để đạt tổ chức & cơ tính cần thiết
1.4. Nhược điểm
• Vật đúc dễ bị nứt, cong vênh, ứng suất do
nguội nhanh, bị cản co
• Đối với những vật đúc có hốc sâu, phần
lồi, gân: khó đúc, phải sử dụng nhiều ruột, nhiều trường hợp phải điều chỉnh kết cấu chi tiết đúc…
• Giá thành khuôn cao, thời gian chuẩn bị
sản xuất dài, yêu cầu cao về trình độ quản lý
1.5. Phạm vi sử dụng
• Sản lượng vật đúc phải đủ cao • Đúc được các HK: chì, kẽm, nhôm, đồng,
gang, thép …
• Vật đúc có hình dạng không quá phức tạp • Chiều dày thành vật đúc: min 3mm, max
50mm
• Khối lượng vật đúc: 0,1 – 100 kg
1.5. Phạm vi sử dụng
• Sand casting: đúc trong khuôn cát
• Plaster casting: đúc trong khuôn thạch cao
• Permanent casting: đúc trong khuôn kim loại tĩnh
• Die casting: đúc áp
lực
1.5. Phạm vi sử dụng
KHUOÂN KIM LOAÏI
KHUOÂN CAÙT - SEÙT
1.5. Phạm vi sử dụng
1.5. Phạm vi sử dụng
2. Sự hình thành vật đúc 2.1.Trường nhiệt độ trong khuôn
T
T1bd T1
• Truôøng nhieät ñoä heä vaät ñuùc – lôùp sôn khuoân – khuoân kim loaïi
T1bm T1bm
– nhieät ñoä kll
(cid:0)
1
T1
(cid:0)
2
q
T2’bm
ôû taâm
T2bm T2bd
T1bm – nhieät ñoä kll ôû beà
maët vaät ñuùc
X X
X1
X2
T2’bm – nhieät ñoä maët
X3
trong khuoân
T2bm – nhieät ñoä maët
ngoaøi khuoân
– nhieät ñoä ban ñaàu
T1bd
cuûa vaät ñuùc
– nhieät ñoä ban ñaàu
T2bd
cuûa khuoân
X1, X2, X3 – chieàu daøy
töông öùng cuûa nöûa vaät
ñuùc, thaønh khuoân, lôùp
sôn khuoân
2.1.Trường nhiệt độ trong khuôn
1
1
X
X
1
X
3
2
k h ?
(cid:0) (cid:0)
(cid:0) (cid:0) (cid:0)
2
3
2
k h ?
(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)
1 - heä soá toûa nhieät töø vaät ñuùc ra moâi tröôøng
(cid:0)
Thay ñoåi loaïi sôn ((cid:0)
3), chieàu daøy lôùp ộ ưỡ ng b c
2) vaø chieàu daøy (X2) thaønh
ứ
sôn (X3); vaät lieäu, làm ngu i c khuôn ((cid:0) khuoân ñeå ñieàu chænh toác ñoä truy n ề nhieät töø vaät ñuùc.
2.2. Sự hình thành khe hở khí
• Luôn tồn tại khe hở khí giữa vật đúc và khuôn • Khe hở: sự co của vật
• Khe hở khí: nhiệt trở lớn, hệ số truyền nhiệt thấp (cid:0) tăng mạnh trở nhiệt giữa vật đúc và khuôn
đúc, dãn nở nhiệt & biến dạng của khuôn
Tạo khe hở khí nhân
tạo:
- Ngăn ngừa một số khuyết
• Khí: sản phẩm cháy của sơn khuôn, HHLR, thoát ra từ vật đúc
tật đúc
- Nâng cao tuổi thọ khuôn
(cid:0) (cid:0)
2.3. Làm nguội khuôn
• Mục đích: - Giảm nhiệt độ làm việc bề mặt khuôn
- Làm tăng tốc độ nguội
của vật đúc trong khuôn
• Làm nguội: tự nhiên (nguội trong không khí), cưỡng bức (làm nguội bằng không khí nén, nước, dầu …) • Làm nguội cưỡng bức: điều khiển quá trình hình thành vật đúc
- Giảm chu trình nhiệt (nung – làm nguội) của khuôn
2.3. Làm nguội khuôn
3. Khuôn kim loại 3.1. Yêu cầu đối với khuôn KL
• Bố trí được HTR trong khuôn • Thoát được khí qua hệ thống thoát khí • Dễ lấy vật đúc ra khỏi khuôn • Bảo đảm chế độ nhiệt của khuôn trong
quá trình công nghệ
• Giảm khả năng xuất hiện ứng suất trong
khuôn
• Dễ cơ khí hóa, tự động hóa
3.2. Các thành phần của khuôn
• 1,2: hai nửa khuôn • 3: lòng khuôn • 4: hệ thống rót • 5: gờ khuôn • 6: chốt định vị • 7: tai có lỗ để gá khuôn
lên máy • 8: ruột cát • 9: đầu gát ruột • 10: rãnh thoát hơi • 11: chốt đẩy
3.3. Lựa chọn mặt phân khuôn 3.3.1. MPK đứng
• Dễ bố trí HTR và
thoát khí (theo MPK) • HTR và thoát hơi có thể đặt nhiều tầng • Dễ cơ khí hóa, năng
suất cao • Khó đặt ruột • Khuôn dễ cong vênh
3.3.1. MPK đứng
• Đúc các vật đúc
phẳng, tương đối mỏng
• Vật đúc có biên dạng tương đối đơn giản, không có ruột hoặc ít ruột cát
• Khối lượng vật đúc
nhỏ
3.3.2. Mặt phân ngang
• Dễ đặt ruột • Dễ sử dụng khi khuôn không được cơ khí hóa
• Đúc những vật đúc không quan trọng, chiều cao thấp, có một MPK: con lăn, mặt bích …
• Khuôn ít bị cong vênh • HTR chủ yếu đặt
trong ruột
• Vật đúc dễ bị rỗ khí
3.3.2. Mặt phân ngang
3.3.3. Mặt phân khuôn hỗn hợp
• Dễ sử dụng khi đúc các
vật đúc nhỏ
• Thớt đáy có thể dùng
chung cho nhiều khuôn
• Khó cơ khí hóa • Đúc những chi tiết có hình dạng phức tạp
• Đúc những chi tiết phẳng
và cao
• Đúc những chi tiết dạng
nồi
3.3.3. Mặt phân khuôn hỗn hợp
3.3.4. Khuôn lật không mặt ráp
• Đúc các vật đúc có hình dạng đơn giản: tạ đè, phôi trụ, bi, bánh khía, ròng rọc …
• Kết cấu đơn giản • Độ bền vững cao • Có thể rót hở trực tiếp • Giá thành khuôn rẻ • Xem “Các phương pháp và công nghệ đúc đặc biệt”
• Khi vật đúc có hình dạng phức tạp phải đặt ruột cát & HTR trong ruột
3.3.4. Khuôn lật không mặt ráp
3.4. Bố trí vật đúc trong khuôn
• a> 15 – 20mm • b> 25 – 30mm • c> 25 – 30mm • d> 40 – 60mm • e> 12 – 12mm
3.5. Chiều dày thành khuôn
• X2 > chieàu saâu thaám nhieät: khoâng caàn laøm
nguoäi cöôõng böùc maët ngoaøi khuoân
• X2 < chieàu saâu thaám nhieät: phaûi laøm nguoäi
cöôõng böùc maët ngoaøi khuoân
• Taêng chieàu daøy thaønh khuoân coù theå laøm taêng hoaëc giaûm toác ñoä nguoäi cuûa VÑ phuï thuoäc vaøo töông quan giöõa khaû naêng tích nhieät cuûa khuoân vaø khaû naêng truyeàn nhieät vaøo moâi tröôøng xung quanh
3.5. Chiều dày thành khuôn
Coâng thöùc Gorbunski cho gang: , mm • X2= 11(X1)0,5 Coâng thöùc Dubinski cho gang,
theùp
Coâng thöùc Petrichenko (Xem “Các phương pháp và công nghệ đúc
đặc biệt”)
3.6. Vật liệu làm khuôn
GX18-36, GX21-40: VÑ nhoû vaø trung bình; khuoân ñöôïc laøm nguoäi baèng doøng khoâng khí
GC42-12, GC45-5: VÑ trung bình vaø
lôùn; khuoân ñöôïc laøm nguoäi baèng doøng khoâng khí
C10, C15, C20, 15CrMo …: VÑ lôùn; khuoân ñöôïc laøm nguoäi baèng nöôùc
Al9, Al11 ñöôïc thaám nitô beà maët: VÑ baèng HK Cu; khuoân ñöôïc laøm
nguoäi baèng nöôùc
3.7. Hệ thống thoát khí
Xeû raõnh
thoaùt hôi ôû MPK (1, 2) Ñoùng nuùt
thoaùt hôi taïi caùc vuøng quaãn khí trong khuoân (3)
3.8. Hệ thống rót a) MPK đứng b) MPK ngang
3.8. Hệ thống rót
Tieát dieän caùc thaønh phaàn cuûa HTR ñöôïc xaùc ñònh theo phöông phaùp thoâng thöôøng nhöng thôøi gian roùt laáy thaáp hôn 20-40%
Toác ñoä daâng cuûa KL loûng trong
khuoân:
• Khi MPK ñöùng: > 50mm/s • Khi MPK ngang: > 20mm/s Tæ leä caùc thaønh phaàn HTR: (cid:0) Fd : (cid:0) Fn : (cid:0) Fr = 1 : 1,5 : 1,25
4. Ruột cho khuôn KL
Ñuùc HK Al, Mg, HK maøu deã chaûy
(ñoâi khi HK Cu, gang) coù hình daïng ñôn giaûn: ruoät kim loaïi
Ñuùc gang, theùp, vaät ñuùc thaønh moûng, loã phöùc taïp: ruoät caùt
4.1. Ruột kim loại
duøng taïo loã nhoû, noâng (a)
Ruoät di ñoäng: khi raùp khuoân ñaët vaøo vaø ruùt ra tröôùc khi dôõ khuoân; duøng taïo loã saâu (b, c)
Ruoät caàn coù ñoä xieân thích hôïp
Ruoät coá ñònh: gaén lieàn vôùi khuoân;
4.2. Ruột cát
(cid:0) Yeâu caàu: - Naèm vöõng trong khuoân - Choáng noåi
ruoät
- Deã thoaùt hôi ra ngoaøi (cid:0) Thöôøng duøng: ruoät voû moûng cheá taïo baèng HH caùt-nhöïa, caùt-NTT …
5. Một số vấn đề về công nghệ 5.1.Tính công nghệ của kết cấu VĐ
• Vật đúc cần được lấy khỏi khuôn đơn giản, dễ
dàng
• Thành VĐ cần có độ xiên hợp lý • VĐ nên có ít phần lồi và vuông góc MPK • Các phần nhô ra nên hợp nhất thành một phần có cùng độ cao để VĐ không kẹp chặt khuôn (hình 1)
Hình 1
5.1.Tính công nghệ của kết cấu VĐ
(cid:0) Moät beà maët cuûa VÑ neân phaúng (cid:0) keát caáu khuoân ñôn giaûn, taêng ñoä chính xaùc VÑ (H 2)
(cid:0) Chieàu daøy
Hình 2
thaønh VÑ phaûi baûo ñaûm:
- Ñoä beàn caàn
thieát
- KL loûng ñieàn
ñaày khuoân
5.2. Sơn khuôn kim loại
• Muïc ñích cuûa vieäc sôn khuoân - Ñieàu chænh toác ñoä nguoäi cuûa
VÑ
- Baûo veä beà maët khuoân khoûi va
ñaäp nhieät vaø aên moøn
- Taïo moâi tröôøng khí nhaát ñònh - Taêng ñoä thaám öôùt beà maët
khuoân vôùi KL loûng
- Hôïp kim hoaù, bieán tính beà mặt
Một số loại sơn
(cid:0) Ñuùc gang: 5% boà hoùng + 10% NTT + 5% seùt
+ 0,5% KMnO4
(cid:0) Ñuùc theùp: 50% boät zieâccoân + 25% daàu
hoaû + 25% mazuùt
5.3. Rót khuôn
• Nếu vật đúc tương đối dài, để bảo đảm dòng chảy êm, tránh bắn tóe:
- Khi bắt đầu rót: khuôn
bố trí nằm ngang - Theo quá trình rót,
nâng dần khuôn theo phương đứng
6. Trình tự thiết kế đúc trong khuôn kim loại
1. Thay ñoåi keát caáu cuûa vaät ñuùc
cho phuø hôïp vôùi ñuùc trong khuoân kim loaïi
2. Löïa choïn phöông aùn boá trí vaät ñuùc trong khuoân, maët phaân khuoân, phöông aùn ruoät
3. Boá trí vaø tính toaùn tieát dieän caùc thaønh phaàn cuûa HTR
4. Tính toaùn ñaäu ngoùt 5. Thieát keá heä thoáng thoaùt hôi
6. Trình tự thiết kế đúc trong khuôn kim loại
6. Thieát keá ruoät 7. Löïa choïn vaät lieäu laøm khuoân;
xaùc ñònh chieàu daøy thaønh khuoân
8. Tính toaùn cheá ñoä nhieät cuûa
xaùc ñònh phöông thöùc
khuoân (cid:0) laøm nguoäi cöôõng böùc khuoân
