QUY TRÌNH ĐÚC MẪU CHẢY VÀ THIẾT KẾ KHUÔN ÉP MẪU CHẢY

VẤN ĐỀ MỞ ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân đặc biệt là ngành công nghiệp nặng nó là một ngành công nghiệp mũi nhọn góp phần vào việc thúc đẩy kinh tế đất nước trong công nghiệp nặng công nghiệp luyện kim và đúc tạo ra những sản phẩm mà trước đây các phương pháp đúc truyền thống không làm được hoặc nếu có chế tạo được thì củng cho năng suất không cao ,chất lượng không đảm bảo.

Ngày nay công nghệ đúc đã phát triển một cách phong phú và đa dạng có các phương pháp đúc như : đúc trong khuôn cát đúc trong khuôn kim loại, đúc dưới áp lực, đúc ly tâm , đúc liên tục, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc trong khuôn mẩu chảy và nhiều phương pháp đúc tiên tiến khác nữa

Ngày nay các phương pháp đúc được sử dụng rộng rãi và linh hoạt, tùy vào trường hợp và điều kiện sản xuất cụ thể trong đó có phương pháp đúc mẩu chảy được sử dụng rộng rãivì việc chế tạo khuôn mẫu đơn giản và tạo ra vật đúc đạt được độ chính xác cao, đúc được vật đúc phức tạp, thành dày mỏng khác nhau mà các phương pháp khác khó đạt được . So với đúc bằng khuôn cát, đúc mẫu chảy có thể làm được các chi tiết phức tạp, có thành mỏng, chất lượng bề mặt cao, giảm đáng kể lượng gia công cơ khí, nhiều chi tiết đúc xong có thể sử dụng ngay. Đúc mẫu chảy có thể làm được các sản phẩm có trọng lượng từ vài gram đến vài chục kilogram.

Một vấn đề đặt ra là hiện nay có những sản phẩm được được đúc một cách tinh vi, chất lượng bề mặt tốt nhưng ta không biết được quy trình chế tao khuôn mẫu, quy trình chế tạo ra chi tiết do nhà sản xuất không đưa ra công nghệ điển hình như chi tiết nhện kính được ứng dụng rất nhiều trên hệ thống kính của các tòa nhà cao tầng cũng như trong các văn phòng làm việc yêu cầu lắpđặt nhiều kính . Nhện kính dùng để định vị và cố định liên kết các tấm kính lại với nhau là một chi tiết cốt yếu trong các tòa nhà dùng kính

Là một kỹ sư công nghệ trong tương lai nên vấn đề đặt ra là làm thế nào để tìm hiểutổng quan về chi tiết từ đó đặt vấn đề là làm sao phải thiết kế được khuôn chế tạo ra mẩu dùng để chế tạo ra chi tiết mặt khác căn cứ vào mẫu khuôn vừa thiết kế để lập trình tự quy trình chế tạo ra chế tạo ra chi tiết

Là sinh viên đang ngồi trên ghế nhà trường việc thực hiện đồ án không chỉ dừng lại ở việc hoàn thành môn học mà còn muốn đồ án trở thành tài liệu học tập cho các bạn sinh viên khóa sau tham khảo hoặc nghiên cứu sâu hơn nữa, bên cạnh đó nhóm cũng muốn thông qua đồ án bổ sung và hoàn thiện thêm tài liệu về công nghệ đúc trong khuôn mẩu chảy phục vụ cho việc giảng dạy cũng như nghiên cứu được dể dàng hơn

Với sự hướng dẩn của cô Nguyễn Thị Tác Ánh cùng các thầy cô của khoa cơ khí máy, bộ môn kỹ thuật công nghiệp cộng với những kiến thức cũng như kinh nghiệm phong phú của cô mà nhóm đã có những định hướng được vấn đề một cách cụ thể rỏ ràng .Với sự hướng dẩn nhiệt tình của cô chúng em tự tin rằng mình sẽ hoàn thành đồ án một cách tốt nhất

MỤC LỤC

Vấn đề mở đầu……………………………………trang 1

Nhận xét của giáo viên hướng dẩn………………………trang 3

Nhận xét của giáo viên phản biện……………………………..trang 4

Phần I : Tổng quan về phương pháp đúc mẩu chảy……….trang 6

I. Định nghĩa đặc điểm …………………………………trang 6

II. Tìm hiểu về quy trình đúc mẩu chảy …………………….trang 10

III .Các thiết bị trong dây chuyền đúc khuôn mẫu chảy

……………………………trang 46

Phần II :Chi Tiết Nhện Kính

I Giới thiệu…………………………………..trang 54

II Mô tả tổng quát sản phẩm…………………………….trang 55

III.Quy trình sản xuất chi tiết nhện kính cảa công ty cổ phần cơ khí đồng lực…………………. trang 62

Phần III: Thiết kế khuôn ép mẩu chảy để đúc bas(nhện kính) inox gắn kính nhà cao tầng

Tính toán khuôn theo kinh nghiệm……………………… trang 66

II:Khuôn và vật liệu làm khuôn………………………………………trang 78

Phần IV: Kết luận ………………………………………………………trang 80

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐÚC MẨU CHẢY

A: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐÚC:

I. Định nghĩa, đặc điểm và công dụng ngành đúc:

1. Định nghĩa:

Đúc là một phương pháp chế tạo sản phẩm bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn đúc có hình dạng và kích thước nhất định. Sau khi kim loại đông đăc lại, ta thu được sản phẩm có kích thước và hình dạng phù hợp với yêu cầu đề ra. Sản phẩm đúc ra có thể dùng ngay được thì gọi là chi tiết đúc. Phần lớn vật đúc còn phải qua gia công cắt gọt nhằm tăng độ chính xác và độ bóng bề mặt gọi là phoiđúc.

Sản phẩm đúc là phương pháp chế tạo sản phẩm kim loại rất phổ biến. Có thể tiến hành đúc trong khuôn cát, hiện nay có một số phương pháp đúc đặc biệt cho chất lượng cao, đặc biệt về độ chính xác và độ bóng bề mặt như đúc áp lực, đúc ly tâm, đúc mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc trong khuôn mẫu cháy v.v... Kỹ thuật đúc ngày càng được cải tiến nhằm tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

2. Đặc điểm:

- Đúc có thể gia công nhiều loại vật liệu khác nhau: Thép, gang, hợp kim màu v.v... có khối lượng từ một vài gam đến hàng trăm tấn.

- Chế tạo được vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp như thân máy công cụ, vỏ động cơ v.v... mà các phương pháp khó khăn hoặc không chế tạo được.

- Độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bóng không cao (có thể đạt cao nếu đúc đặc biệt như đúc áp lực).

- Có thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc.

- Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất tương đối cao.

- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá.

- Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi.

- Dễ gây ra những khuyết tật như: thiếu hụt, rỗ khí, cháy cát v.v...

- Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc khó khăn, đòi hỏi thiết bị hiện đại.

3. Công dụng:

Sản xuất đúc được phát triển rất mạnh và được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Khối lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40 ÷ 80% tổng khối lượng của máy móc. Trong ngành cơ khí khối lượng vật đúc chiếm đến 90% mà giá thành chỉ chiếm 20 ÷ 25%.

4. Phân loại:

Kỹ thuật đúc được phân loại theo sơ đồ sau:

Sơ đồ phân loại phương pháp đúc

II. Định nghĩa, đặc điểm và phạm vi sử dụng của đúc mẫu chảy:

Định nghĩa:

Đúc mẫu chảy là một phương pháp đúc tiên tiến, theo đúng tên gọi của nó, là làm cho mẫu bằng sáp chảy lỏng ra như một chất lỏng và thoát khỏi khuôn. Mẫu chảy thoát ra khỏi khuôn và để lại một hốc khuôn có hình dáng tương tự như hình dáng vật đúc. Rót kim loại lỏng vào khuôn, kim loại đông đặc và tạo thành vật đúc.

Đúc chính xác bằng mẫu chảy là phương pháp đúc có nguyên lý làm khuôn giống như cách đúc tượng bằng mẫu sáp đã có độ chính xác cao để tạo ra mẫu sáp và nhờ dùng hỗn hợp cát chảy với chất dính đặc biệt đã tạo được vỏ khuôn có độ bền cao nên sản phẩm đúc ra chính xác hơn nhiều, do đó phương pháp đúc bằng mẫu chảy đã nhanh chóng phát triển và chiếm vị trí độc đáo trong ngành chế tạo máy, sản xuất những chi tiết nhỏ, độ chính xác cao, không cần gia công hoặc không thể gia công.

Đặc điểm:

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.
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.
Đúc được vật đúc hình dáng phức tạp khi đã tạo được mẫu bằng parafin, thí dụ như tượng Phật nghìn mắt, nghìn tay.
Giá thành vật đúc cao.

B:TÌM HIỂU VỀ QUY TRÌNH ĐÚC MẪU CHẢY

I. Qui trình đúc mẫu chảy:

Làphương pháp áp dụng cho những vật đúc có hình dạng phức tạp, khó hoặc không xác định được mặt phân khuôn, vật đúc đòi hỏi độ chính xác cao...

Qui trình:

Bước 1: Thiết kế và chế tạo (ép hoặc cắt gọt) mẫu và hệ thống rót bằng các loại vật liệu dễ chảy, thí dụ như parafin, sáp ong... Mẫu này có hình dáng và kích thước của vật đúc đã thiết kế.
Bước 2: Gắn mẫu và hệ thống rót thành chùm gọi là chùm mẫu hoặc nhánh cây. Khi lắp ghép phải đảm bảo dòng chảy kim loại trong khuôn êm, dễ dàng điền đầy hốc khuôn.
Bước 3: Chế tạo huyền phù và chuẩn bị cát rắc chịu nhiệt.
Bước 4: Tạo lớp vỏ khuôn bằng cách nhúng nhánh cây vào một dung dịch huyền phù gồm có chất dính và bột chịu lửa, rắc 1 lớp cát lên bề mặt mẫu và sấy khô. Quá trình nhúng huyền phù – rắc cát – sấy khô được lặp lại nhiều lần để tạo được một lớp vỏ rắn có chiều dày từ 3 – 10mm tuỳ theo kích thước và yêu cầu của chi tiết đúc. Trước khi nhúng mẫu vào dung dịch huyền phù phải làm sạch dầu nhớt bôi khuôn khỏi bề mặt mẫu, có thể phủ thêm một lớp chất trung gian để làm giảm sức căng bề mặt giữa dung dịch huyền phù và mẫu, tăng khả năng bám dính của dung dịch lên mẫu. Dung dịch huyền phù phải được khử bọt khí cẩn thận để đảm bảo độ chính xác của bề mặt vật đúc.
Bước 5: Loại bỏ mẫu ra khỏi khuôn vỏ mỏng.
Bước 6: Nung khuôn đến nhiệt độ 900 – 1000⁰C để thiêu kết tạo vỏ gốm. Quá trình nung này còn tạo các khe nứt tế vi trong vỏ khuôn để tăng độ thông khí cho khuôn, đuổi hết vật liệu làm mẫu, hơi nước và các chất sinh khí khác ra khỏi khuôn.
Bước 7: Rót kim loại lỏng vào khuôn ngay sau khi nung.
Bước 8: Làm nguội, phá khuôn, cắt vật đúc ra khỏi nhánh cây và làm sạch vật đúc.

Quy trình công nghệ đúc mẫu chảy

1. Vật liệu và phương pháp chế tạo mẫu chảy:

1.1. Yêu cầu đối 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.
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.

Vật liệu ban đầu để chế tạo nhóm này là: parafin, stearin, xexezin, etylxenlulo, sáp than nâu, sáp than bùn. Mẫu được chế tạo bằng cách tổ hợp trên cơ sở parafin và các chất còn lại thành phần parafin chiếm 30% - 70%. Vật liệu nhóm này được sử dụng rộng rãi hơn cả và thường dùng để làm mẫu chế tạo hàng loạt các chi tiết có kích thước nhỏ bằng thép và gang.

Nhược điểm: Nhóm vật liệu này là nhiệt độ làm việc thấp, rất dễ biến dạng ngay ở nhiệt độ xưởng đúc. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam cần nghiên cứu thêm một số hóa chất hoặc chất dẻo khác để nâng cao nhiệt độ biến mềm và nhiệt độ làm việc cho mẫu.

1.2. 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.

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.

vCác chất tạo mẫu trên thường không được sử dụng riêng biệt mà dưới dạng hỗn hợp.

vHỗn hợp parafin-stearin (PS):

- Thường dùng PS 50-50 và PS 30-70.

vHỗn 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.

vVật liệu tạo mẫu dễ chảy thường dùng chế tạo mẫu nhỏ có độ phức tạp trung bình.

Loại vật liệu này chỉ cần thả vào nước là chúng tự hòa tan. Thành phần cơ bản là cacbamit (ure kỹ thuật) với khoảng 1 – 2% axitboric. Vật liệu này không bị co, không biến mền, độ chính xác của mẫu khá cao nhưng dể hút ẩm và khó hàn để tạo thành chùm mẫu.

1.3. 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.

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.

Mẫu được làm việc trên cơ sở tổ hợp của các loại nhựa cây như tùng, bách, thông… thành phần chủ yếu của các loại nhựa này polystyrol, xererin. Ngoài ra người ta còn chế tạo mẫu bằng các loại nhựa ở dang bột, mẫu được chế tạo theo phương pháp mẫu nhanh.

- Ưu điểm: Vật liệu này có nhiệt độ nóng chảy khá cao khoảng 180 – 200⁰C, thấm ướt huyền phù tốt, bề mặt nhẵn đẹp.

- Nhược điểm: Chế tạo khá phức tạp, độ chảy loãng thấp, khó đúc mẫu.

1.4. Các phương pháp chế tạo mẫu:

Rót tự do:

- Chủ yếu dùng chế tạo mẫu rỗng.

- Độ co lớn, khả năng điền đầy kém.

Rót dưới áp lực:

- Dưới áp lực của piston hoặc khí nén.

- Kích thước mẫu chính xác.

- Chế tạo mẫu từ những vật liệu có độ chảy loãng thấp.

Ép dưới dạng nhão:

- Cần lực ép lớn

- Mẫu co rất ít

- Sử dụng phổ biến nhất

1.5. Các phương pháp ghép mẫu:

Sau khi đã chế tạo mẫu từ khuôn, mẫu được làm nguội (thường trong nước), sửa chữa, ghép thành chùm (tree).

Dán: dùng các loại keo đặc biệt để dán

1.6. 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 epoxy.
Cao su lưu hóa.
Thạch cao.

2. Vật liệu chế tạo khuôn gốm:

2.1. 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.

Các loại vật liệu chịu lửa:
Thạch anh.
Corindon điện phân (Al₂O₃).
Silicat zircon (ZrSiO₄).
Dioxit titan (TiO₂).
Manhezit.
Chuẩn bị vật liệu chịu lửa:
Nghiền.
Sấy ở 150 – 200⁰C để khử ẩm.
Sàng bột chịu lửa và cát phủ để có độ hạt thích hợp.

2.2. Chất dính:

Thường dùng etylsilicat hoặc thủy tinh lỏng (nước thủy tinh).

Etyl silicat: là chất hữu cơ khá đắt tiền và được dùng khá phổ biến trong đúc mẫu chảy và đúc trong khuôn gốm theo công nghệ Shaw. Về cấu tạo, etylsilicat bao gồm nhóm etyl ( C₂H₅O )_n và nhóm silicat, có công thức chung là (C₂H₅O)_2n+2Si_nO_n-1.

Ví dụ như: Monoete: (C₂H₅O)₄Si ; điete: (C₂H₅O)₆Si₂O ;

triete: (C₂H₅O)₈Si₃O₂ ...

Khi gặp nước, etylsilicat bị thủy phân, tức là mỗi nhóm etyl sẽ bị thay thế bằng một nhóm hydroxyl OH^-. Quá trình thủy phân phụ thuộc vào lượng nước có trong dung dịch, tức là phụ thuộc vào tỷ lệ etylsilcat/ nước mà sản phẩm thủy phân cuối cùng có thể là axit silisic Si(OH)₄ hoặc các polyete.

Khi thủy phân hoàn toàn, sản phẩm tạo thành là axit silisic Si(OH)₄. Các phân tử này sẽ trùng hợp lại với nhau tạo thành một mạng trong không gian.

Khi thủy phân không hoàn toàn tạo thành các polyete, các polyete cũng trùng hợp, rồi lại tiếp tục thủy phân rồi lại tiếp tục trùng hợp… Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi các phần tử cũng tạo được mạng lưới không gian như trên.

Như vậy, điều kiện tiên quyết để etylsilicat thủy phân đến mức độ nào, thủy phân hoàn toàn hay thủy phân một phần, hoàn toàn phụ thuộc vào lượng nước cho vào dung dịch khi thủy phân. Tuy nhiên, chất lượng lớp vỏ khuôn tạo ra từ huyền phù do quá trình thủy phân này cũng sẽ thay đổi tùy thuộc vào hàm lượng nước đó. Lượng nước cho vào để thủy phân có thể tính theo công thức:

Trong đó:

a: là hàm lượng nhóm etyl trong etylsilicat thủy phân(%)

m: là khối lượng của etylsilicat (kg)

M: là hệ số thực nghiệm lấy tùy thuộc vào lượng nhóm etyl trong etylsilicat, dạng dung dịch thủy phân và phương pháp sấy vỏ mỏng (bảng 1)

Bảng1: Giá trị hệ số M trong công thức tính lượng nước thủy phân.

Phương pháp sấy	Giá trị M khi khối lượng nhóm etyl trong etylsilicat
Phương pháp sấy	69 – 65%	trên 65%
Hơi amoniac ẩm có không khí	0,2 – 0,3	0,3 – 0,4
Trong buồng sấy có ít amoniac	0,4 – 0,5	0,5 – 0,6
Trong không khí lưu thông không có amoniac	0,5 – 0,6	0,6 – 0,7
Trong lò kín không có amoniac	0,7 – 0,8	0,8 – 1,0

Thủy tinh lỏng:

Thủy tinh lỏng là vật liệu nhóm silicat, tan trong nước và khả năng tham gia chuyển biến sol-gel-rắn để làm chất dính trong mẫu chảy. Công thức của thủy tinh lỏng là: Na₂O.mSiO₂.nH₂O. Sử dụng thủy tinh lỏng trong mẫu chảy cần phải lưu ý đến các thông số sau đây:

- Modun M: modun thủy tinh lỏng là tỉ số giữa số mole SiO₂và số mole Na₂O. Modun của thủy tinh lỏng có thể thay đổi nhờ các chất có tham gia phản ứng với các phân tử trong thành phần. Muốn giảm modun cho NaOH vào thủy tinh lỏng:

Na₂O.mSiO₂.nH₂O + n. NaOH = (1+n/2) Na₂O.mSiO₂ + ½. H₂O

Muốn tăng modun thì cho thêm NH₄Cl:

Na₂O.mSiO₂.nH₂O + NH₄Cl = mSiO₂ + 2.NaCl + NH₃ + H₂O

- Tỷ trọng của thủy tinh lỏng: Tỷ trọng của dung dịch phụ thuộc vào modun và lượng nước có trong thành phần nhưng về cơ bản, thay đổi tỷ trọng bằng cách pha thêm nước.

- Độ nhớt: Khi modun cáng cao, thủy tinh lỏng càng sệt, độ nhớt càng cao.

Khi dùng thủy tinh lỏng trong đúc mẫu chảy, cần phối hợp cả ba tính chất trên để đảm bảo huyền phù dính mẫu tốt, độ bền lớp vỏ cao, không nứt; bề mặt khuôn và bề mặt đúc nhẵn đẹp. Trong các chỉ tiêu trên, modun là thông số quan trọng nhất. Tốt hơn cả là dùng thủy tinh lỏng có tỷ trọng 1,5 – 1,55g/cm²; 32 – 34% SiO₂ + 11 – 13% Na₂O và khoảng 55 – 57% H₂O.

3. Phương pháp chế tạo khuôn gốm:

3.1. Chuẩn bị và chế tạo 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.
Chế tạo huyền phù:

a) Huyền phù trên cơ sở etylsilicat:

Có hai phương pháp thủy phân: thủy phân riêng biệt và thủy phân kết hợp.

- Thủy phân riêng biệt: nội dung của phương pháp này là thủy phân trước khuấy trộn sau. Sau khi kết thúc quá trình thủy phân, có thể là thủy phân hoàn toàn hoặc thủy phân một phần, cho vật liệu dạng bụi vào dung dịch thủy phân và khuấy đều. thông thường huyền phù có chứa 40 – 45% etylsilicat thủy phân và 55 – 60% bụi thạch anh.

- Thủy phân kết hợp: cho bụi thạch anh cùng etylsilicat vào thùng và khuấy đều. Cho thêm lượng nước vào theo tính toán. Quá trình thủy phân xảy ra trên bề mặt các hạt cát do vậy tốc độ thủy phân nhanh hơn. Độ bền vỏ chế tạo theo phương pháp thủy phân kết hợp bền hơn rất nhiều, gấp hai đến ba lần so với thủy phân riêng biệt nhưng hỗn hợp lại có tuổi bền ngắn hơn.

b) Huyền phù trên cơ sở thủy tinh lỏng:

Dùng khoảng 50% thủy tinh lỏng có thành phần đã nêu trên với 50% thành phần bụi thạch anh khuấy đều để chế tạo huyền phù. Tuy nhiên, ít khi sử dụng huyền phù trên cơ sở thủy tinh lỏng làm cho bề mặt vật đúc có bề mặt xấu. Người ta hay kết hợp hai loại huyền phù: hai lớp đầu dùng vật liệu etylsilicat, các lớp còn lại dùng huyền phù thủy tinh lỏng. Cần lưu ý rằng độ co của huyền phù thủy tinh lỏng lớn hơn rất nhiều so với huyền phù etylsilicat nên chỉ áp dụng huyền phù kết hợp cho những vật đúc nhỏ, đơn giản.

3.2. 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).
Nhúng chùm mẫu vào thùng huyền phù (đang quay) để mẫu được bao một lớp vừa đủ.

3.3. Tạo khuôn vỏ:

Có thể phủ huyền phù lên mặt mẫu bằng cách:

- Nhúng trực tiếp chùm mẫu vào bể chứa huyền phù, khi nhúng cần nhấc lên nhấc xuống vài lần hoặc xoay đi xoay lai quanh trục rót vài lần đề huyền phù dính bám hoàn toàn trên bề mặt vật mẫu.

- Tưới huyền phù lên khắp vật mẫu.

- Dùng súng phun huyền phù lên vật mẫu.

Phủ một lớp cát mịn lên chùm mẫu (đã nhúng huyền phù).
Hong khô tự nhiên hoặc cưỡng bức lớp vỏ rắn. Treo vật mẫu ngoài không khí hoặc trong luồng gió có ammoniac để lớp vỏ đông cứng. Thời gian sấy trong môi trường có ammoniac khoảng 15 – 20 phút, trong không khí thì lâu hơn khoảng giờ hoặc lậu hơn.
Lại nhúng mẫu vào huyền phù rồi lặp đi lặp lại khoảng 4 đến 8 lần theo nguyên tắc, càng về sau hạt cát rắc càng lớn. Việc tạo vỏ cứng dừng lại khi đã tạo được lớp vỏ dày chừng 5 – 10mm tùy thuộc vào kích thước của vật đúc.

3.4. Tách sáp khỏi khuôn:

Quá trình tách sáp được thực hiện bằng hơi nước quá nhiệt trong các buồng tách sáp.
Sau khi tách sáp, khuôn được nung tới 900-1100⁰C nhằm mục đích:

3.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ:

- 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.

Quá trình thiêu kết thường được thực hiện trong các lò buồng đốt bằng ngọn lửa.
Để tăng độ bền cho khuôn trong khi rót, có thể chèn khuôn trong hòm bằng vật liệu cát không kết dính. Tuy nhiên, khi dùng lớp đệm thì thời gian nung khuôn phải tăng lên nhiều kéo dài khoảng 9 – 12 giờ do cát rời có độ dẫn nhiệt kém. Tốc độ nung phải đảm bảo hợp lý để không hình thành ứng suất và nứt khuôn.

4. Rót khuôn:

Rót khuôn ngạy khi lấy khuôn ra khỏi lò nung có nhiệt độ cao. Do đặc điểm của đúc mẫu chảy là chi tiết nhỏ, thành mỏng nên kim loại lỏng phải được nâng nhiệt cao, gạt xỉ triệt để. Gầu rót được đắp, nện và sấy tốt để chống tạo xỉ và tạo hơi trong quá trình rót.

5. Làm sạch và hoàn tất vật đúc:

- Bắn bi. - Cắt tách hệ thống rót.

- Phun cát. - Sửa chữa các khuyết tật.

- Nhiệt luyện.

Sau khi dỡ khuôn và đập bỏ hệ thống rót, làm sạch vật đúc bằng tang quay hoặc phun bi. Nếu chi tiết phải nhiệt luyện thì cần tạo sạch lớp vỏ oxit dính bám trên bề mặt. Làm sạch các loại vật liệu dính bám trên bề mặt bằng cách nhúng toàn bộ chi tiết vào kiềm hoặc kim loại kiềm nóng chảy. Thông thường dung dịch kiềm là 50% KOH ở trạng thái sôi. Khi đó sẽ có phản ứng của hạt cát SiO₂ với kiềm nóng tạo thành hợp chất K₂SiO₃ tách khỏi bề mặt vật đúc. Ta được được chi tiết có bề mặt sạch:

SiO₂ + 2.KOH = K₂SiO₃ + H₂O

II. Các nguyên tắc cơ bản khi đúc một vật bằng đúc mẫu chảy:

Dưới đây sẽ nói kĩ hơn về đặc điểm kỹ thuật của từng bước.

Khuôn ép: Thường bằng kim loại và được gia công rất chính xác bằng thép thì bền lâu, bằng hợp kim nhôm hoặc hợp kim dễ gia công hơn; có thể dùng nhựa êpoxi, cao su hóa để làm khuôn ép. Khi không yêu cầu chính xác cao, với sản lượng ít còn có thể dùng khuôn thạch cao.

Về sản xuất mẫu, thường dung nhất là mẫu bằng hỗn hợp sáp trong đó có sáp thiên nhiên pha lẫn với sáp tổng hợp, đảm bảo sao cho nhiệt độ chảy thấp (khoảng 55 – 90⁰C), mẫu bền, co giản ít, ổn định kích thước, nhiệt độ biến mềm giữ mẫu ở nhiệt độ thấp để ổn định kích thước trước lúc dùng. Chế tạo mẫu bằng cách dùng bơm rót ép sáp ở trạng thái sệt vào khuôn ép.

Ngày nay người ta chú ý nhiều đến việc chế tạo thiết bị phun ép sáp có kiểm tra tự động nhiệt độ sáp, áp lực và tốc độ phun ép sáp (tới 28 daN/cm²). Vật liệu làm mẫu cũng được nghiên cứu nhiều, ngoài sáp người ta dùng nhựa, ví dụ nhựa xốp polytryron vừa nhẹ, rẻ, dãn nở nhiệt nhỏ hơn sáp nhiều nên kích thước ít biến đổi theo nhiệt độ.

Tạo khuôn khối: Rót hỗn hợp cát lỏng vào hộp bao quanh chùm sáp mẫu, rung hoặc hút chân không cho bọt khí thoát ra rồi chờ cho hỗn hợp đóng rắn, khoảng 12 – 24 giờ sau mới tách mẫu ra và được khuôn khối (thường dùng đúc hợp kim màu).

Tạo khuôn vỏ: Nhúng chùm mẫu vào hỗn hợp cát lỏng để mẫu được bao một lớp mỏng vừa đủ, rắc cát khô lên, dung hóa chất NH₃ hoặc hong gió nóng cho lớp vỏ chịu nóng khô, sau đó lại nhúng tạo lớp mới (nói chung từ 3 – 15 lớp). Động tác này gọi là áo vỏ. Cách tạo khuôn rẻ, thời gian khô cứng ngắn hơn (tổng cộng chỉ 20 – 150 phút).

Về kỹ thuật tạo khuôn quan trọng nhất là chất dính trong hỗn hợp chịu nóng. Thường dùng nhiều nhất và cũng tạo ra khuôn có chất lượng cao là etyl silicat. Chất này ở dạng lỏng chỉ trở nên dính khi tác dụng với nước và tạo ra chất keo axit silisic (gọi là gel) theo phản ứng:

Si(OC₂H₅)₄ + 4H₂O 4C₂H₅OH + Si(OH)₄

Tatraetyl silicat Rượu etylic Axit silisic

Phản ứng chỉ xảy ra khi dư H₂O, có rượu hoặc axeton đề dung hòa etyl silicat, có HCl làm chất xúc tác. Dung dịch etyl silicat đã thủy phân này trộn với bột cát SiO₂ với tỷ lệ 1 dung dịch/ 2 bột cát sẽ được dùng để áo vỏ và chỉ cần 20 phút đến một giờ sẽ khô cứng. Nếu dùng thêm NH₄OH sẽ đóng rắn nhanh hơn. Khi sấy, nước và rượu bốc hơi nên khuôn vỏ chỉ gồm màng silicat bao quanh những hạt cát, độ chịu nóng của vỏ sẽ rất cao.

Ở nước ta etyl silicat đắt nên dùng thủy tinh lỏng sẽ dễ kiếm hơn. Thủy tinh lỏng phải chọn loại có modul cao hoặc phải dùng NH₄ chất lượng để xử lý tăng modul tới 3,0 – 3,4 lượng dùng cao hơn, khoảng 1 nước thủy tinh/ 1 bột cát (bột SiO₂). Còn có rất nhiều cách pha chế hỗn hợp cát lỏng dùng cho đúc mẫu chảy.

Ngoài ra có thể dùng ximăng pooclan, photphat amon hay hydro làm chất kết dính. Nếu đúc hợp kim màu như nhôm, đồng có thể dùng thạch cao để tạo khuôn khối.

Làm chảy mẫu và nung khuôn cũng là thao tác quan trọng, không chú ý dễ làm nứt khuôn do mẫu dãn nở nhiệt lớn. Có nhiều cách làm chảy mẫu:

- Nung khuôn cho sáp chảy khỏi khuôn ở nhiệt độ khoảng 80 – 90⁰C.

- Đưa khuôn đột ngột vào lò 1000⁰C, với gradient nhiệt độ lớn, sáp ở bề mặt mẫu chảy nhưng bên trong khối sáp chưa kịp giãn nở. Với cách này đồng thời làm chảy mẫu vừa nung khuôn, chỉ mất khoảng 2 giờ.

- Nhúng khuôn trong sáp nóng chảy ở 190 – 210⁰C hoặc tốt hơn là trong chất lỏng có nhiệt độ sôi cao (poliglycol) ở 200 – 250⁰C, quá trình thủy phân và trùng ngưng sẽ tiếp tục làm khuôn bền thêm 1,5 – 2 lần.

Chú ý rằng với mẫu polystiron chỉ thấy ở nhiệt độ dưới 70⁰C để tránh sự giãn nở nhiệt độ đột ngột ở khoảng 80⁰C.Sau đó nung ở nhiệt độ cao mẫu sẽ bốc hơi.

Nhiệt độ nung khuôn thường khoảng 850 – 950⁰C, đảm bảo cho sáp dính ở bề mặt khuôn cháy hết và nhiệt độ khuôn cao (nếu rót ngay kim loại sẽ in hình khuôn rõ nét). Riêng với khuôn thạch cao chỉ sấy khoảng 550 – 650⁰C để tránh sự phân hủy.

Đúc chính xác bằng mẫu chảy dùng khuôn không có mặt ráp thích hợp với các chi tiết nhỏ hơn dưới 5kg, cần độ chính xác cao. Thực ra với phương pháp này có khả năng chế tạo những vật đúc từ 0,02 – 140kg, lỗ nhỏ tới 2, và thành dày 1 – 10mm, kích thước có thể tới 1m.

Vì giá thành tương đối cao, phương pháp đúc này chỉ dùng khi sản lượng lớn để đủ khấu hao khuôn ép (dù rằng khuôn ép này rẻ hơn khuôn dùng đúc áp lực nhiều) và dùng trong trường hợp cần giảm khối lượng gia công cơ nhiều (khuôn dập) hoặc dùng đúc những chi tiết bằng hợp kim chống mòn, rất cần (cánh tuabin rất khó gia công cơ).

Những năm gần đây, người ta đã đẩy mạnh việc cơ khí hóa và tự động hóa quá trình đúc chính xác bằng mẫu chảy có nhiều thao tác tỉ mỉ nói trên, nhờ đó giá thành giảm. Ví dụ đã chế tạo thiết bị liên hoàn do một người điều khiển 1 giờ sản xuất được 20 khuôn. Mặc khác người ta cũng nghiên cứu những chất dính mới cho công nghệ đúc này: tạo gel axit silisic hòa tan trong nước, tránh dùng các dung môi hữu cơ, thời gian khô cứng dài hơn nhưng giá thành hạ và an toàn hơn, ít sợ cháy. Nhiều xưởng đúc mẫu chảy cũng đã dùng những loại otocla an toàn cỡ lớn, để có thể tăng nhiệt độ hơi nước tới 150⁰C, chịu áp lực tới 5atm.

v Nguyên tắc thiết kế đúc mẫu chảy: Ngoài phần mềm thiết kế, mô phỏng và bảng tổng hợp chi phí; nguyên tắc thiết kế đúc mẫu chảy cũng là phần quan trọng. Nó là cơ sở để hình thành bản thiết kế hợp lý, đảm bảo khả năng sản xuất được và tuổi thọ của chi tiết. Phần này trình bày những nguyên tắc khi thiết kế đúc mẫu chảy.

1. Các nguyên tắc chung đối với chi tiết đúc mẫu chảy:

Chi tiết hình dạng phức tạp, khó gia công có thể được sản xuất nhanh và tiết kiệm bằng phương pháp đúc này.Trong nhiều trường hợp, chi tiết gồm nhiều phần riêng biệt có thể được gom thành một chi tiết duy nhất nhằm loại bỏ các nguyên công lắp ráp.

Cho phép lựa chọn kim loại và hợp kim đúc trong khoảng rộng (tham khảo bảng 2).

Một cách lý tưởng, quyết định dùng phương pháp đúc mẫu chảy để chế tạo chi tiết có thể được cân nhắc ngay từ khâu thiết kế. Khi thiết kế đúc mẫu chảy, cần xem xét đồng thời khả năng chế tạo khuôn ép sáp và khuôn vỏ.

Sáp được ép vào khuôn do đó yêu cầu sử dụng mặt phân khuôn phẳng, đúng vị trí; bản thiết kế thích hợp và tránh các ba via. Nên dùng các góc lượn và bán kính lớn để làm chi tiết đẹp và bền hơn.

Bề dày thành nhỏ nhất:

Bề dày thành vật đúc nhỏ nhất được quyết định trước tiên bởi độ chảy loãng của hợp kim. Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào chiều dài của tiết diện liên quan. Nếu tiết diện dài thì thành phải dày hơn.

Bảng2: Bề dày thành nhỏ nhất cho các hợp kim đúc mẫu chảy.

Hợp kim	Bề dày thành nhỏ nhất (mm)	Hợp kim	Bề dày thành nhỏ nhất (mm)
Thép cacbon thấp	1,8	Hợp kim trên cơ sở cô-ban	0,75
Thép cacbon cao	1,5	Nhôm	1
Thép hợp kim thấp	1,0	Hợp kim Cu-Be	0,75
Thép không rỉ, dòng 300	1,5	Đồng thau	1
Thép không rỉ, dòng 400	1,5	Đồng thanh	1,5

Độ phẳng và độ thẳng:

Sai lệch về độ thẳng và độ phẳng giảm được bằng cách dùng kết hợp các gân và miếng đệm liên kết trong chi tiết.

Do sự co của mẫu sáp, khuôn và kim loại trong quá trình đông đặc nên vật đúc có xu hướng bị lõm co ở bề mặt có độ dày lớn. Lõm co có thể được giảm thiểu bằng cách đồng đều hóa bề dày thành của chi tiết.

Giữ bề dày thành đều để tránh lõm.

Bán kính

Dù đúc được nhưng các góc nhọn nên được bo tròn. Góc lượn và bán kính lớn tạo điều kiện thuận lợi cho kim loại điền đầy khuôn, giúp vật đúc có kích thước chính xác và chất lượng tốt hơn. Bán kính góc lượn tối thiểu là 0,75mm, trong một số trường hợp là 1,5-3mm.

Nên dùng các bán kính và góc lượn.

Các bề mặt cong

Cả bề mặt lồi và lõm đều đúc được dễ dàng. Tuy nhiên, bề mặt lõm đúc được chính xác hơn vì khi đông đặc và co, kim loại có khuynh hướng ôm lấy thay vì tách rời khỏi vỏ khuôn.

Các tiết diện song song

Chi tiết có tiết diện song song có thể chia ra làm 2 nhóm chính: (1) dạng chạc ba và (2) dạng kẹp vòng. Mỗi nhóm có những khó khăn riêng khi đúc.Trong hình 5, T là độ dày, L là độ dài mỗi nhánh và W là chiều rộng khe giữa hai nhánh chạc ba. Khi T tăng, W cũng phải tăng theo để hỗn hợp làm khuôn có thể đi vào khe giữa hai nhánh chạc ba.

Bảng 3: Mối liên hệ giữa W và T của chi tiết dạng chạc ba.

Độ dày T (mm)

Chiều rộng nhỏ nhất W (mm)

1,5

2,4

Đối với chi tiết dạng kẹp vòng (hình 6), chiều rộng W nhỏ nhất đối với gang thép là 1,5mm và kim loại màu là 1,0mm.

Chi tiết dạng kẹp vòng

Tiết diện dạng chìa khóa và rãnh ổ khóa

Đối với chi tiết dạng này, để đảm bảo tính đúc, cần đảm bảo tỉ số giữa chiều rộng và chiều cao ≥ 1. Ngoài ra, chiều rộng then tối thiểu là 2,3mm cho gang thép và 1,5mm cho kim loại màu.

Chi tiết dạng chìa khóa và rãnh ổ khóa

Trong đó: W là chiều rộng, D là chiều cao.

Lỗ

Để đảm bảo khả năng đúc được, đường kính lỗ nên ≥ 1,5mm cho vật đúc kim loại màu và ≥ 2,2mm cho vật đúc gang thép.

Lỗ kín

Không nên đúc lỗ kín vì nếu thợ làm khuôn không cẩn thận có thể gây ra bọng khí dẫn đến hình thành các khối bi tròn bên trong lỗ sau đúc. Ngoài ra, chiều sâu lỗ lớn khiến khó rút mẫu sáp, từ đó gây khuyết tật bên trong lỗ. Tuy nhiên, nếu quá cần thiết, có thể đúc lỗ kín với chiều sâu không lớn hơn đường kính lỗ.

Lỗ suốt

Trong nhiều trường hợp đúc lỗ suốt mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với đúc đặc rồi gia công lỗ. Thêm vào đó, lỗ suốt giúp chiều dày thành vật đúc đồng đều, từ đó tránh hiện tượng lõm bề mặt, rỗ bên trong.Dung sai cho lỗ suốt giống như lỗ kín. Tỷ lệ giữa chiều dài (L) và đường kính (D) của lỗ suốt không nên vượt quá 4:1 cho gang, thép và 5:1 cho hợp kim đồng, nhôm.

Ruột gốm

Ruột gốm được dùng để tạo phần không gian phức tạp bên trong vật đúc mẫu chảy. Ruột gốm đặc biệt cần thiết khi đúc cánh tua bin phức tạp hoặc ren trong của hợp kim khó gia công. Sau khi đúc xong, ruột gốm được lấy ra. Do đó, phần kết cấu khuôn mẫu cho chi tiết có ruột gốm cần đảm bảo đỡ được ruột gốm khi ép sáp vào khuôn.

Độ xiên thành

Dù độ xiên thành không phải là vấn đề trong đúc mẫu chảy nhưng nên thêm một lượng nhỏ độ xiên thành (khoảng 1/4 – 1/2⁰) để đảm bảo việc rút mẫu sáp khỏi khuôn ép.

Nên có độ xiên thành để dễ rút mẫu sáp khỏi khuôn.

Ren vít

Ren vít, cả trong lẫn ngoài, có thể được đúc trực tiếp. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, kết quả ren từ gia công vẫn tốt hơn đúc. Lý do chính:

- Ren đúc thường được làm tinh sau khi đúc để có được bề mặt nhẵn với kích thước chính xác hơn.

- Rất khó tạo tiết diện ren cho mẫu sáp hoặc mẫu nhựa. Nếu đúc ren trong, lỗ ren phải là lỗ suốt để dễ làm sạch vật đúc.

Khía trên bề mặt (undercut)

Các khía trên bề mặt không ảnh hưởng đến quá trình đúc nhưng lại có nhiều ảnh hưởng trong quá trình tạo mẫu sáp và cần tránh nếu có thể.

2. Các nguyên tắc về kích thước:

Kim loại co ngót đông đặc là nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự chính xác kích thước vật đúc mẫu. Mẫu sáp, vật liệu làm khuôn, và hợp kim đúc có độ co khác nhau. Mặc dù theo lý thuyết có thể ước lượng được các giá trị này nhưng giá trị trong thực tế thường khác với giá trị lý thuyết và ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước vật đúc. Ảnh hưởng của co ngót sẽ rõ rệt đối với các vật đúc có thành quá dày hay không đồng đều. Lượng dư bù co thông thường giữa mẫu sáp và chi tiết cuối cùng cho từng phương pháp đúc như sau:

- Phương pháp khuôn vỏ mỏng: 1,6 – 1,7 %.

- Phương pháp khuôn cát: 1,1 %.

vCác yếu tố ảnh hưởng xấu đến việc kiểm soát kích thước là:

1) Biến đổi nhiệt độ khi rót 4) Biến đổi kích thước mẫu và khuôn ép mẫu

2) Độ chảy loãng của hợp kim đúc 5) Cong vênh mẫu trong quá trình thao tác

3) Mẫu sáp co và lún theo thời gian 6) Khuôn gốm bị nứt và các biến đổi khác

3. Dung sai

Dung sai khuyến khích cho góc, kính thước dài nói chung, độ tròn, mặt phẳng được thể hiện:

Dung sai cho góc: (a) góc mở A (± 1,5⁰); (b) góc giữa hai mặt B (± 0,5⁰C); (c) song song (± 2,0⁰).

Bảng 4: Dung sai cho kích thước dài nói chung.

Kích thước (mm)	Bình thường	Khắc khe
≤ 6	± 0,4	± 0,08
6 – 13	± 0,4	± 0,10
13 – 25	± 0,4	± 0,13
25 – 50	± 0,4	± 0,18
50 – 100	± 0,8	± 0,40
100 – 150	± 1,1	± 0,60
≥ 150	± 1,5	± 0,80

Bảng 5: Độ không tròn đối với tiết diện tròn, dạng ống:

Bảng 6: Dung sai cho độ phẳng và độ thẳng:

4. Các nguyên tắc về thiết kế đúc:

Các nguyên tắc về hệ thống rót:

Hệ thống rót là một phần của hốc khuôn để dẫn kim loại vào vật đúc. Hệ thống rót giúp kiểm soát dòng kim loại vào khuôn. Các yêu cầu cho hệ thống rót:

- Tốc độ và hướng dòng chảy phải đảm bảo cho vật đúc được điền đầy hoàn toàn trước khi xảy ra quá trình đông đặc.

- Dòng chảy phải êm, ít xoáy cuộn để hạn chế các hiện tượng “bẫy khí”, oxi hóa và xói mòn khuôn.

- Phân bố nhiệt độ trong vật đúc cần đảm bảo thuận lợi cho quá trình đông đặc, kết tinh.

- Có thể dùng thêm mạng lọc để lọc xỉ, tạp chất.

Khi thiết kế hệ thống rót cần tính đến trọng lượng và hình dạng vật đúc, độ chảy loãng và khả năng oxi hóa của hợp kim. Dù có nhiều kiểu hệ thống rót nhưng chung quy lại, chúng cần đảm bảo yêu cầu tiết kiệm kim loại, giảm chi phí làm khuôn và làm sạch vật đúc sau này.

Hệ thống rót trong đúc mẫu chảy thường có dạng nhánh cây với chiều cao ống rót (nhánh chính) lớn. Do đó, kim loại lỏng rót vào khuôn dễ bị bắn tóe và tạo thành dòng xoáy. Hiện tượng này làm gia tăng nguy cơ xói mòn khuôn, oxi hóa dòng chảy. Để giảm thiểu hiện tượng này, đáy ống rót nên có dạng chỏm cầu.

Nếu có thể, bề mặt ống rót nên có được vát nghiêng.Tác dụng của bề mặt nghiêng này là giảm xoáy cuộn, giúp ống rót đầy.

Đối với vật đúc thép, nên rót vào thành dày để tạo đông đặc có hướng.

Các nguyên tắc về quá trình đông đặc:

Trái với các phương pháp đúc thông thường, quá trình đông đặc trong đúc mẫu chảy phụ thuộc nhiều vào hai hiện tượng truyền nhiệt bức xạ và đối lưu. Do đó, cần lưu ý điểm này khi thiết kế chùm mẫu. Nguyên tắc chung:

- Để tạo đông đặc có hướng nên rót kim loại lỏng vào thành dày và hướng thành dày về phía nhánh chính. Cách làm này một mặt giúp kim loại chỗ rót vào có nhiệt độ cao mặt khác tận dụng được nhiệt bức xạ từ nhánh chính để duy trì nhiệt độ cao tại thành dày. Từ đó làm tăng hiệu quả bù ngót.

- Tùy vào dạng vật đúc mà quyết định chế độ làm nguội. Ví dụ, đối với vật đúc có thành mỏng thì không nên dùng quạt thổi (đối lưu cưỡng bức) để làm nguội (nếu thực hiện sẽ tăng nguy cơ nứt nóng, cong vênh…); thay vào đó nên dùng các chụp hoặc bột phát nhiệt để giúp vật đúc nguội chậm.

- Nên có khoảng cách hợp lý từ vật đúc đến nhánh chính. Nếu được bố trí quá gần nhánh chính thì vật đúc có nhiều nguy cơ xuất hiện rỗ ngót, cong vênh vì nhiệt bức xạ. Nếu vật đúc được bố trí quá xa thì gây lãng phí kim loại.

- Hiệu ứng góc nhọn có ảnh hưởng rất mạnh đến thời gian đông đặc. Trong đó, hiệu ứng dương (góc nhọn hướng vào kim loại) có tác dụng làm tăng thời gian đông đăc; hiệu ứng âm (góc nhọn hướng vào khuôn) có tác dụng làm giảm thời gian đông đặc.

Sử dụng các định hướng và nguyên tắc trên kết hợp cùng công cụ mô phỏng sẽ cho phương án đúc hợp lý.

III. Ưu điểm và nhược điểm của đúc mẫu chảy:

1. Ưu điểm:

Đúc trong khuôn mẫu chảy là một phương pháp mới nhiều ưu điểm

Hòm khuôn không tháo rời, mẫu được chế tạo liền thành một khối nên không cần phải lắp ráp khuôn.
Mẫu được chế tạo từ vật liệu dễ nóng chảy.
Do không phải làm khuôn rời, không phải lắp ráp khuôn khi đúc nên độ chính xác cao, không có các chất bẩn rơi vào lòng khuôn.
Thời gian chế tạo nhanh.
Mẫu đúc được làm bằng vật liệu có nhiệt độ chảy thấp, khá bền nhưng dễ chảy nhằm tạo ra lỗ khuôn mà không cần mặt phân khuôn. So với đúc bằng khuôn cát, đúc mẫu chảy có thể làm được các chi tiết phức tạp, có thành mỏng, chất lượng bề mặt cao, giảm đáng kể lượng gia công cơ khí, nhiều chi tiết đúc xong có thể sử dụng ngay. Đúc mẫu chảy có thể làm được các sản phẩm có trọng lượng từ vài gram đến vài chục kilogram.
Có chất lượng cao và tỷ lệ sản phẩm hư hỏng thấpnên các dòng sản phẩm đúc bằng công nghệ mẫu chảy ngày càng nhiều. Vì vậyđúc mẫu chảy hiện đang được sử dụng rất nhiều trên thế giới.

IV:Các khuyết tật thường gặp

Thieáu huït kim loaïi : Laø do moät soá nguyeân nhaân nhö sau: nhieät ñoä roùt khoâng ñaït yeâu caàu, mieäng roùt cuûa chi tieát ñöôïc thieát keá nhoû vaø coù theå ñaët khoâng ñuùng choã hoaëc ít miệng rót. Tốc độ rót chậm, nhiệt độ nung khuôn thấp so với yêu cầu đặt ra,höôùng raùp maãu khoâng ñuùng laøm cho doøng kim loaïi loûng khoù ñieàn ñaày loøng khuoân, vaø cuõng coù theå do caùc ñöôøng ñaãn kim loaïi hoaëc caùc nhaùnh caây nhoû khoâng ñuû cho löôïng kim loaïi loûng chaûy vaøo loøng khuoân.
Bọt khí:Do nhiệt độ nung khuôn quá cao dẫn đến khí hòa tan nhiều vào bên trong kim loại lỏng, độ thoát khí của khuôn không tốt, chất khử khí cho vào kim loại không đạt yêu cầu, miệng rót của mẫu ngắn cũng có thể dẫn đến bọt khí do kim loại đông đặc trước khi khí thoát ra khỏi lòng khuôn của chi tiết, đường dẫn từ các nhánh cây có gắn mẫu đến nhánh cây chính ở phía trên gần miệng rót quá ngắn cũng có thể sinh ra bọt khí do khí thoát lên miệng rót chưa kịp trước khi kim loại đông đặc. Ngoài ra bọt khí cũng có thể là do hướng ráp nhánh không tạo cho dòng kim loại lỏng dễ chảy vào lòng khuôn của chi tiết ....
Bọt cát:Là do trong quá trình nấu kim loại ta lấy xỉ không hết cho nên trong kim loại lỏng còn nhiều tạp chất, cát, ... , do thùng rót có nhiều tạp chất mà ta vệ sinh không kỹ như hạt bột của chất tré thùng rót, trong sáp làm mẫu và sáp làm nhánh cây đôi khi có cát và các tạp chất trong đó cho nên còn đọng lại trong lòng khuôn, đáng lưu ý nhất là sáp làm nhánh cây do sáp này là sáp hỗn hợp được tái sử dụng từ các loại sáp trước.

Một việc cũng khá quan trọng là cát rơi vào khuôn trong quá trình lưu trữ, cho nên trong quá trình lưu trữ khuôn, các khuôn phải được đặc miệng rót luôn úp xuống ở những nơi sạch sẽ và khô ráo.

Xì khuôn: Là do một số nguyên nhân sau:

- Do vỏ khuôn được làm khô không tốt nên lớp vỏ khuôn còn yếu, dễ bị xì trong khi rót kim loại ở nhiệt độ cao, do kỹ thuật nhúng khuôn chưa đạt yêu cầu nên vỏ khuôn bị yếu.

- Do chi tiết có những lỗ nhỏ, rãnh nhỏ khó phủ đầy đủ các lớp cát cho nên lớp vỏ khuôn bị mỏng và bị yếu ngay tại đó cũng có thể dẫn đến xì khuôn.

- Do nhiệt độ nung khuôn quá cao dẫn đến khuôn bị giòn, dễ bị xì và bể khuôn trong khi rót kim loại.

- Cách ráp mẫu quá khít nhau làm cho lớp cát giữa hai mẫu mỏng cũng dễ làm xì khuôn trong khi rót kim loại hoặc hướng ráp mẫu làm cho quá trình nhúng khó, không tạo được lớp vỏ khuôn đạt yêu cầu cũng có thể dẫn đến xì khuôn,...

Vật đúc vị rỗ bề mặt: Là do sáp làm mẫu cháy và bốc hơi không hết trong quá trình nung khuôn cho nên chiếm một phần thể tích trong lòng khuôn của chi tiết, cho nên khi kim loại lỏng được rót vào sẽ gây ra hiện tượng rỗ bề mặt, do hiện tượng xâm thực khí vào bề mặt của chi tiết, do quá trình nhúng mẫu trước khi nhúng lớp hỗn hợp dung dịch đầu tiên ta thổi nước không sạch nên còn bọt nước ở trên bề mặt mẫu tạo ra một lỗ trống, trường hợp này gây ra trên bề mặt chi tiết dư kim loại.
Vật đúc bị lồi lõm bề mặt: Là do mẫu sáp được tạo ra ở khâu ép bị sệ, không phát hiện sớm trước khi ráp nhánh và nhúng phủ cát, do lực ép sáp không đạt yêu cầu cho nên mẫu sáp tạo ra bị co rút vượt quá giới hạn cho phép, đó là nguyên nhân gây ra hiện tượng lõm bề mặt của chi tiết kim loại. Do vỏ bị yếu trong quá trình làm khuôn cho nên có độ co giãn trong khi kim loại lỏng được rót vào khuôn. Ngoài ra nhiệt độ phòng ép sáp cũng ảnh hưởng đến độ cong vênh của mẫu, đây là nguyên nhân gây ra hiện tượng cong vênh cho vật đúc về sau.
Các dạng khuyết tật khác:

- Không điền đầy, đây cũng là loại khuyết tậ thường thấy trong đúc mẫu chảy. Thông thường nguyên nhân là do nhiệt độ rót không đủ cao, tiết diện rãnh dẫn nhỏ

- Quá trình cắt nhánh bị phạm vào chi tiết, mài phạm, quá trình quay cát và bắn bị phạm hết lượng dư cho phép, chi tiết bị gãy và nứt trong quá trình xử lý,....

2. Nhược điểm:

Chu trình sản xuất dài.

.........

Hình 7:Bản vẽ khuôn số 2

Ráp khuôn là công đoạn cuối cùng sau khi đã hoàn khuôn trên khuôn dưới, hệ thống chốt định vị, hệ thống rót…

Trong quá trình ráp khuôn cần phải căn cứ vào hệ thống chốt định vị,nếu có khe hở hay sự chênh lệch nào đó thì phải sửa chửa ngay

Các chốt định vị thì lắp ở chế độ lắp có độ hở riêng đối với chốt định vị khuôn trên và khuôn dưới thì phải lắp chặt

II:KHUÔN VÀ VẬT LIỆU LÀM KHUÔN

Khuôn nhôm:

Nhôm là một loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong ngành đúc vì có những đặc tính như mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ dể gia công cắt gọt.

Trong công nghệ khuôn mẫu nhôm rất được ưa chuộng vì dể gia công cắt gọt ít mòn dao cho năng suất cao hơn và giá cả rất cạnh tranh vì thế nhôm và các sản phẩm của nhôm luôn được các nhà sản xuất khuôn mẩu tin dùng

Nhưng có một thực tế là nhôm nguyên chất rất mềm nên quá trình gia công cắt gọt khó khăn do thường xuyên xuất hiện biến dạng dẻo. Và giải pháp thay thế là dùng hợp kim nhôm giá thành rẻ hơn xong độ bền độ cứng cao hơn

Hợp kim nhôm là một trong số rất ít các kim loại có thể đúc được bằng nhiều phương pháp như đúc áp lực, đúc khuôn kim loại, đúc khuôn cát (khuôn cát khô và khuôn cát tươi), khuôn thạch cao, đúc mẫu chảy, đúc liên tục. Một số phương pháp đúc tiên tiến mới, như đúc mẫu cháy cũng có thể áp dụng.

Rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chon phương pháp đúc để chế tạo các chi tiết máy bằng hợp kim nhôm. Yếu tố quan trọng nhất là:- Giá thành và tính khả thi

- Chất lượng

Xét về tính khả thi, rất nhiều loại hợp kim nhôm có thể đúc bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên, dựa trên kích thước và thiết kế sẽ lựa chon được một phương pháp đúc phù hợp nhất. Thông thường các khuôn kim loại nặng gấp từ 10 đến 100 lần so với vật đúc, do vậy các chi tiết lớn được đúc bằng khuôn cát phù hợp hơn là đúc bằng khuôn kim loại hoặc đúc áp lực. Các chi tiết nhỏ thường được đúc bằng khuôn kim loại – đảm bảo độ chính xác, ít gia công cơ.Chất lượng là một yếu tố quan trọng quyết định đến việc lựa chọn phương pháp đúc. Chất lượng ở đây có nghĩa là “mức độ hoàn hảo” của vật đúc (rỗ khí, nứt, độ nhẵn bong bề mặt…) và “cơ tính” của sản phẩm (độ bền và độ dẻo).Tuy nhiên, có một điều không thể quên đối với các kỹ sư đúc nói chung là trong phương pháp đúc áp lực, mặc dù tố độ nguội rất lớn, không khí, đặc biệt là khí Hyđro sẽ được giữ lại trong vật đúc, có thể tập trung thành rỗ khí ở phần giữa của vật đúc. Một số nghiên cứu mới đây đã cố gằng tìm cách giảm thiểu rỗ khí tuy nhiên điều đó là hết sức khó khăn nếu như không nói là không thể loại bỏ hết được rỗ khí, trong khi đó phương pháp đúc khuôn kim loại hoặc đúc áp lực thấp sẽ cho sản phẩm là những vật đúc hoàn hảo hơn.

Quá trình làm khuôn đúc bas (nhện kính) tại nhà máy cơ khí Đồng Lực sử dụng hợp kim nhôm A6061 với các thông số sau:

Nhiệt độ( độ cứng) T6,T651

Độ dầy(mm): 12-120

Rộng & dài 1200* 2400, 1250*3000

Phần III: KẾT LUẬN

I.ỨNG DỤNG VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Do đề tài được các thầy cô trong bộ môn lựa chọn cho chúng em nên phần lớn đề tài chủ yếu là tập trung vào phần đúc mà đặc biệt là đúc chi tiết nhện kính được ứng dụng trong các nhà cao tầng.

Bên cạnh ứng dụng chế tạo cho khuôn đúc chi tiết nhện kính đề tài này này còn làm cơ sở để chế tạo các chi tiết khác có hình dáng phức tạp…

Đề tài này còn là cơ sở để làm tài liệu tham khảo cho các phương pháp đúc khác . từ đó chúng ta có thể so sánh với các phương pháp đúc phổ biến đã được học.

Do thời gian có hạn và khả năng của chúng em còn hạn chế nên việc thưc hiện đề tài này không tránh khỏi những sai sót vì thế đề tài này cũng chưa hoàn thiện một cách tối ưu nhất đặc biệt là phấn tính toán thiết kế khuôn đúc.

Trong phần tính toán thiết kế khuôn đúc này chúng em chỉ tìm hiểu và tính toán làm theo kinh nghiệm và học hỏi mấy anh chị của những năm trước nên số liệu chưa đạt chính xác và tối ưu nhất.

Cũng chính vì những mặt còn hạn chế như thế nên chúng em mong rằng các thầy cô và các bạn sinh viên của những khóa học sau nghiên cứu và tìm hiểu các công thức cũng như các cách tính toán cho thiết kế khuôn đúc một cách cụ thể vá áp dụng rỏ ràng hơn làm cho đề tài tốt nghiệp nói về những khuôn đúc mang tính thiết phục hơn và góp phần xây dựng nên một tài liệu tham khảo có ích cho các sinh viên sau này.

II.KẾT LUẬN:

Đồ án tốt nghiệp là sự tổng hợp kiến thức lần cuối trước khi sinh viên tốt nghiệp ra trường vì thế những kiến thức của nó không chỉ giới hạn ở những kiến thức trong nhà trường mà còn liên quan đến kiến thức trong sản xuất thực tiển.Vì vậy trong quá trình làm đồ án nhóm một mặt tổng hợp những kiến thức trong quá trình học mà còn học hỏi cách tổ chức sản xuất các quy trình công nghệ

Đồ án “ tìm hiểu quy trình đúc mẫu chảy, thiết kế khuôn ép mẩu chảy để đúc bas inox gắn kính nhà cao tầng” là một đồ án có 2 nội dung chính đó là: tìm hiểu quy trình đúc mẫu chảy và thiết kế khuôn ép mẫu chảy

Ở phần tìm hiểu quy trình đúc mẩu chảy nhóm đã làm rỏ được các vấn đề : tổng quan, quy trình đúc, quy trình tạo mẩu các thiết bị máy móc để tạo mẩu đúc

Ở phần tính toán thiết kế do khả năng tính toán còn nhiều hạn chế nên chúng em chua đưa ra được các cách tính toán cũng như công thức tính một mặt do trong quá trình sản xuất việc tính toán chủ yếu được thực hiện thông qua kinh nghiệm

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em cũng nhận thấy rằng thời gian thực hiện đồ án không được nhiều nên áp lực thời gian làm cho nhóm không tổng hợp được nhiều cũng như chưa có khả năng mở rộng đề tài sang những hướng sâu hơn

Bên cạnh đó qua đồ án tốt nghiệp chúng em nhận thấy rằng sinh viên ngành KCN chúng em có học nhiều lĩnh vực nhưng chưa được trang bị các phần mềm tính toán thiết kế các sản phẩm cơ khí. Chủ yếu là sinh viên tự học nên không mang tính bắt buộc. Qua đây chúng em đề nghị khoa bộ môn tạo điều kiện mở các môn học dạy về các phần mềm có như thế chúng em sẽ được trang bị đầy đủ những kiến thức về chuyên môn và kỹ năng thiết kế có như thế chúng em sẻ làm tốt hơn đồ án và các kỹ năng làm việc sau này

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Giáo trình: Công nghệ chế tạo phôi nâng cao – Trường đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng.

2. Kỹ nghệ đúc kim loại – Kỹ sư Nguyễn Văn Đức – Nhà xuất bản thống kê.

3. Công nghệ đúc – Trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.

4. Các phương pháp đúc đặc biệt – Nguyễn Hữu Dũng – Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội – Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ thuật.

5. Giáo Trình Công nghệ kim loại Nguyễn Tác Ánh trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

6. Tài liệu internet các đồ án mẫu của sinh viên khóa trước và các tài liệu từ các nguồn khác…

MÃ TÀI LIỆU	300500600029
NGUỒN	huongdandoan.com
MÔ TẢ	500 MB (tập hợp tất cả các file) Bao gồm tất cả file CAD, file 2D...thuyết minh , file DOC (DOCX), file báo cáo, .... Và nhiều tài liệu liên quan khác kèm theo đồ án này......Bảng tra các thông số tiêu chuẩn của chi tiết trong khuôn (catalo..) Bảng tra chế độ cắt khi gia công khuôn...
GIÁ	989,000 VNĐ
ĐÁNH GIÁ	4.9 25/04/2024 9 10 5 18590 17500 ĐỒ ÁN QUY TRÌNH ĐÚC MẪU CHẢY VÀ THIẾT KẾ KHUÔN ÉP MẪU CHẢY ĐỂ ĐÚC BAS INOX GẮN KÍNH NHÀ CAO TẦNG. Reviewed by admin@doantotnghiep.vn on 2024-04-25. Very good! Very good! Rating: 5

ĐỒ ÁN QUY TRÌNH ĐÚC MẪU CHẢY VÀ THIẾT KẾ KHUÔN ÉP MẪU CHẢY ĐỂ ĐÚC BAS INOX GẮN KÍNH NHÀ CAO TẦNG.