Bài giảng Đúc trong khuôn kim loại

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 KL lỏng điền đầy khuôn nhờ lực trọng trường Ruoät kim loaïi 2 nöûa khuoân 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  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 - Độ chính xác vật đúc cao Về tính kinh tế & công nghệ: - Hầu như không sử dụng HHLK  giảm nguyên 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  điều chỉnh quá trình truyền nhiệt từ KL lỏng qua thành khuôn  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 Truôøng nhieät ñoä heä vaät ñuùc – lôùp sôn khuoân – khuoân kim loaïi T 1 – nhieät ñoä kll ôû taâm T 1bm – nhieät ñoä kll ôû beà maët vaät ñuùc T 2’bm – nhieät ñoä maët trong khuoân T 2bm – nhieät ñoä maët ngoaøi khuoân T 1bd – nhieät ñoä ban ñaàu cuûa vaät ñuùc T 2bd – nhieät ñoä ban ñaàu cuûa khuoân X 1 , X 2 , X 3 – chieàu daøy töông öùng cuûa nöûa vaät ñuùc, thaønh khuoân, lôùp sôn khuoân X  2 T 1bd T 1bm T 2 ’ bm X T  1 T 1 T 2bd T 1bm T 2bm X 1 X 2 X 3 q 2.1.Trường nhiệt độ trong khuôn  1 - heä soá toûa nhieät töø vaät ñuùc ra moâi tröôøng  Thay ñoåi loaïi sôn (  3 ), chieàu daøy lôùp sôn (X 3 ); vaät lieäu, làm nguội cưỡng bức khuôn (  2 ) vaø chieàu daøy (X 2 ) thaønh khuoân ñeå ñieàu chænh toác ñoä truyền 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 đúc, dãn nở nhiệt & biến dạng của khuôn Khí: sản phẩm cháy của sơn khuôn, HHLR, thoát ra từ vật đúc Khe hở khí : nhiệt trở lớn, hệ số truyền nhiệt thấp  tăng mạnh trở nhiệt giữa vật đúc và khuôn  Tạo khe hở khí nhân tạo: - Ngăn ngừa một số khuyết tật đúc - Nâng cao tuổi thọ khuôn 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 - Giảm chu trình nhiệt (nung – làm nguội) của 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 2.3. Làm nguội khuôn 3. Khuôn kim loại3.1. 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 khuôn3.3.1. 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 Khuôn ít bị cong vênh HTR chủ yếu đặt trong ruột Vật đúc dễ bị rỗ khí Đúc những vật đúc không quan trọng, chiều cao thấp, có một MPK: con lăn, mặt bích 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 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” Đúc các vật đúc có hình dạng đơn giản: tạ đè, phôi trụ, bi, bánh khía, ròng rọc 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 X 2 > chieàu saâu thaám nhieät: khoâng caàn laøm nguoäi cöôõng böùc maët ngoaøi khuoân X 2 < 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: X 2 = 11 (X 1 ) 0,5 , mm - 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 đứngb) 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: F d : F n : F r = 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 - Ruoät coá ñònh : gaén lieàn vôùi khuoân; 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 4.2. Ruột cát  Yeâu caàu: - Naèm vöõng trong khuoân - Choáng noåi ruoät - Deã thoaùt hôi ra ngoaøi  Thöôøng duøng : ruoät voû moûng cheá taïo baèng HH caùt-nhöïa, caùt-NTT 5. Một số vấn đề về công nghệ5.1.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  Moät beà maët cuûa VÑ neân phaúng  keát caáu khuoân ñôn giaûn, taêng ñoä chính xaùc VÑ (H 2)  Chieàu daøy thaønh VÑ phaûi baûo ñaûm: - Ñoä beàn caàn thieát - KL loûng ñieàn ñaày khuoân Hình 2 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  Ñuùc gang: 5% boà hoùng + 10% NTT + 5% seùt + 0,5% KMnO 4  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 Thay ñoåi keát caáu cuûa vaät ñuùc cho phuø hôïp vôùi ñuùc trong khuoân kim loaïi Löïa choïn phöông aùn boá trí vaät ñuùc trong khuoân, maët phaân khuoân, phöông aùn ruoät Boá trí vaø tính toaùn tieát dieän caùc thaønh phaàn cuûa HTR Tính toaùn ñaäu ngoùt 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 khuoân  xaùc ñònh phöông thöùc laøm nguoäi cöôõng böùc khuoân 7. Máy đúc cho khuôn KL 7.1.Máy đúc với MPK đứng 7.2. Máy đúc với MPK ngang 7.3. Máy đúc nhiều vị trí Khuôn kim loại để đúc piston bằng HK nhôm