Tài liệu học tập
MÔN HỌC
CÔNG NGHỆ GIA CÔNG PHÔI
2
PHẦN 1. CÔNG NGHỆ ĐÚC
CHƯƠNG 1. CƠ BẢN VỀ ĐÚC KIM LOẠI
1.1. Định nghĩa, đặc điểm và phân loại
1.1.1. Định nghĩa
Đúc là phương pháp tạo ra sản phẩm bằng cách nấu chảy kim loại, rót kim loại
lỏng vào lòng khuôn đúc định sẵn. Sau khi kim loại đông đặc, ta sẽ thu được vật đúc có
hình dáng và kích thước tương ứng với lòng khuôn đúc.
Sản phẩm đó gọi là vật đúc. Nếu đem vật đúc gia công tiếp theo như gia công cắt
gọt thì nó được gọi là phôi đúc.
1.1.2 Đặc điểm
- Mọi loại vật liệu như gang, thép, hợp kim màu, vật liệu phi kim khi nấu chảy lỏng
được đều đúc được.
- Tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp, những vật đúc có khối lượng lớn mà các phương
pháp gia công phôi khác không thực hiện được.
- Một số phương pháp đúc tiên tiến có thể tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, kích
thước chính xác, độ bóng bề mặt cao và có khả năng cơ khí hóa, hoặc tự động hoá cao.
- Giá thành của sản xuất đúc nói chung hạ hơn so với các dạng sản xuất khác.
Tuy vậy, quá trình sản xuất đúc còn cần phải khắc phục một số các mặt hạn chế sau:
- Do quá trình kết tinh từ thể lỏng nên trong vật đúc dễ tồn tại các dạng rỗ co, rỗ khí,
nứt, lẫn tạp chất.v.v...
- Khi đúc trong khuôn cát độ chính xác về kích thước và độ bóng thấp.
- Tiêu hao một phần không nhỏ kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót và cho các đại
lượng khác (lượng dư, độ xiên v.v...)
1.1.3 Phân loại các phương pháp đúc
Theo loại khuôn đúc người ta phân ra:
a. Đúc trong khuôn cát
Là dạng đúc phổ biến. Khuôn cát là loại khuôn đúc một lần (chỉ rót một lần rồi phá
khuôn). Vật đúc tạo hình trong khuôn cát có độ chính xác thấp, độ bóng bề mặt kém, lượng
dư gia công lớn . Nhưng khuôn cát tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn.
b. Đúc đặc biệt
Ngoài khuôn cát, các dạng đúc trong khuôn đúc (kim loại, vỏ mỏng, …) được gộp
chung là đúc đặc biệt.
3
Đúc đặc biệt cho sản phẩm chất lượng cao hơn, độ chính xác, độ bóng cao hơn vật
đúc trong khuôn cát. Ngoài ra phần lớn các phương pháp đúc đặc biệt có năng suất cao
hơn. Tuy nhiên đúc đặc biệt thường chỉ tạo được vật đúc nhỏ và trung bình.
Trong bảng dưới đây trình bày tóm tắt các dạng sản xuất đúc, phương pháp tạo
khuôn và lĩnh vực sử dụng của chúng.
Dạng
đúc
(1)
Phương
pháp làm
khuôn
(2)
Đặc trưng
phân loại
(3)
(4)
Lĩnh vực sử dụng
(5)
Đúc
trong
khuôn
cát
Làm
khuôn
bằng tay
Mẫu gỗ
Dùng trong các trường
hợp thông thường,
không đòi hỏi chất lượng
cao
Mẫu kim loại
Dùng khi cần nâng cao
độ chính xác. Thời gian
sử dụng mẫu tương đối
lớn.
Làm khuôn
trong hòm
khuôn
Dùng trong trường hợp
có nhiều hòm khuôn.
Tiết kiệm nền xưởng.
Sấy khuôn được trong lò
sấy.
Làm khuôn
trên nền
xưởng
Dùng khi thiếu hòm
khuôn lớn, khuôn tươi
hoặc chỉ sấy bề mặt. Sử
dụng khi đúc gang.
Làm
khuôn
bằng máy
Làm khuôn
trên máy ép và
máy dằn
Dùng khi yêu cầu năng
suất cao. Hòm khuôn
không cao quá 200 mm
Làm khuôn
trên máy thổi
cát
Dùng khi đúc các vật đúc
có chiều cao, kích thước
4
ngang lớn. Hòm khuôn
lớn.
Đúc
đặc
biệt
Khuôn
kim loại
Điền đầy kim
loại lỏng bằng
rót tự do
Dùng đúc các kim loại
khác nhau cần cơ tính
cao. Hạn chế đúc gang
xám.
Điền đầy kim
loại lỏng dưới
áp lực
Khuôn
đúc li
tâm
Khuôn kim
loại, trục quay
thẳng đứng
Dùng đúc các hợp kim
khác nhau. Đường kính
vật đúc lớn, chiều cao
không lớn lắm.
Khuôn cát đặt
trên giá quay
trục thẳng
đứng
Dùng đúc các hợp kim,
vật đúc không lớn.
Khuôn kim
loại trục quay
nằm ngang
dạng công
sôn.
Dùng đúc các hợp kim ít
thiên tích. Yêu cầu chất
lượng cao. Chiều dài vật
đúc nhỏ.
Khuôn kim
loại hai nửa,
trục quay nằm
ngang
Dùng chế tạo các loại
ống bằng các hợp kim,
có đường kính nhỏ,
chiều dài lớn.
Khuôn kim
loại có lót hỗn
hợp cát bên
trong khuôn
liền trục quay
nằm ngang
Dùng đúc các vật đúc
bằng gang, có gia công
mặt ngoài.
5
Đúc liên
tục
Khuôn đúc có
dạng bình, kết
tính có làm
nguội tuần
hoàn
Dùng trong trường hợp
chế tạo thỏi hay ống, yêu
cầu mặt ngoài và mặt
trong của ống có chất
lượng cao không cần gia
công.
Đúc
chính xác
Mẫu kim loại,
vỏ khuôn đặc
biệt có chiều
dày nhỏ
Chế tạo vật đúc có chất
lượng cao, kim loại quí,
lượng dư gia công nhỏ.
Mẫu bằng vật
liệu dễ chảy,
khuôn cát đặc
biệt không có
mặt phân
khuôn
Dùng chế tạo vật đúc
chính xác cao, không
phải gia công cơ hoặc
gia công với lượng dư
nhỏ, vật đúc bằng kim
loại, hợp kim quí, hiếm.
1.2 Sự kết tinh của kim loại vật đúc trong khuôn
Kim loại lỏng khi điền đầy lòng khuôn sẽ nhanh chóng chuyển dần sang trạng thái
đặc theo quá trình kết tinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Tính chất lý nhiệt và nhiệt độ rót của hợp kim đúc.
- Tính chất lý nhiệt của vật liệu khuôn.
- Công nghệ đúc.
Có thể phân chia quá trình kết tinh thành các giai đoạn liên tiếp sau đây:
a. Giai đoạn điền đầy kim loại lỏng vào lòng khuôn
Thời gian điền đầy tính từ khi bắt đầu rót đến thời điểm kim loại lỏng điền đầy hệ
thống rót và đậu ngót. Thông thường thời gian rót phải đảm bảo sao cho kim loại điền đầy
nhanh, nên giai đoạn này chưa có sự hạ nhiệt đáng kể.
b. Giai đoạn hạ nhiệt độ từ to rót đến nhiệt độ điểm lỏng
Kim loại lỏng trong lòng khuôn tiếp xúc với thành khuôn sẽ truyền nhiệt vào vật
liệu khuôn với tốc độ khác nhau phụ thuộc vào tính chất lý nhiệt của khuôn và lượng tập
trung kim loại từng vùng . Vì ở đáy lòng khuôn bao giờ cũng được điền đầy trước nên ở