Tài liệu Công nghệ đúc áp lực - Phần 1: Giới thiệu

CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC (Phần 1-Giới thiệu)

Ngày nay, sản phẩm khuôn đúc áp lực xuất hiện trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật

cũng như trong đời sống hàng ngày. Trong các ngành công nghiệp nhẹ, từ trước đến nay đã sử

dụng rất nhiều các chi tiết, thiết bị chế tạo từ vật liệu đúc. Trong các ngành công nghiệp nặng xư-

a kia hầu hết các chi tiết máy, các thiết bị đều được chế tạo từ thép. vật liệu dùng trong khuôn

đúc áp lực thường là các hợp kim của nhôm, sản phẩm chế tạo từ hợp kim nhôm rất đa dạng và

phong phú. Dễ nhận ra nhất, trong đời sống hàng ngày cũng như trong các ngành công nghiệp có

rất nhiều các sản phẩm sử dụng phương pháp đúc áp lực.

Đúc là phương pháp chế tạo các vật phâm, bằng kim loại( hoặc hợp kim ) bằng cách rót kim loại

hoặc hợp kim lỏng vào khuôn có hình dạng nhất định sau khi kim loại lỏng đông đặc ta nhận

được vật phẩm, có hình dạng và kích thước phù hợp với yêu cầu.

Nếu vật phẩm đạt được độ bóng, độ chính xác dùng được ngay gọi là chi tiết đúc.

Nếu vật phẩm phải gia công cơ khí, gia công áp lực để nâng cao độ chính xác về hình dạng kích

thước gọi là phôi đúc.

Các phương pháp: đúc chia làm 2 phương pháp

+ Đúc trong khuôn cát

+ Đúc đặc biệt : bao gồm đúc trong khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc li tâm, đúc trong khuôn mẫu

cháy.

1.1 - ĐÚC TRONG KHUÔN CÁT.

1.1.1 Khái niệm

Khuôn cát là khuôn đúc được một lần, được chế tạo bằng hỗn hợp mà trong đó cát là thành phần

chủ yếu.

Đúc trong khuôn cát có thể đúc được những vật đúc lớn , phức tạp nhưng độ chính xác thấp,

chấtt lượng bề mặt kém, năng suất thấp, thợ phải có tay nghề cao.Phù hợp với sản xuất đơn

chiếc.

1.1.2 Qui trình đúc trong khuôn cát bao gồm

Chia làm 3 bước:

1) chuẩn bị sản xuất:

+ Chuẩn bị thiết kế: Bộ phận kĩ thuật căn cứ vào bản vẽ chi tiết máy lập ra bản vẽ đúc, tính toán ,

xử lí các yêu cầu kĩ thuật.

+ Chuẩn bị công nghệ: chế tạo các bộ mẫu(vật đúc, lõi, hệ thống rót..) làm khuôn(lòng khuôn,

lòng hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi), làm lõi.

2) sản xuất đúc:

+ Tiến hành lắp ráp khuôn, lõi kiểm tra, nấu chảy và rót kim loại lỏng vào khuôn sau khi đông

đặc vật đúc được hình thành trong khuôn , tiến hành dỡ khuôn, phá lõi ...

1.1.3 Hỗn hợp làm khuôn làm lõi:

1) Yêu cầu đối với vật liệu làm khuôn.

+ Tính dẻo: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của hỗn hợp sau khi tạo hình lòng khuôn.

+ Độ bền: là khả năng hỗn hợp không bị phá hủy khi chịu lực, trong quá trình vận chuyển và lắp

đặt.

+ Tính lún: là khả năng giảm thể tích khi chịu lực, cho phép co giãn khi kim loại đông đặc, giảm

thể tích(tránh nứt, lở khuôn, lõi). Tính lún tăng khi hạt to, chất dẻo kết dính ít ,chất phụ gia tăng

+ Tính thông khí:là khả năng cho chất khí thoát qua hỗn hợp ra ngoài, tránh gây rỗ khí.Tính

thông khí tăng khi cát hạt to và đều, chất phụ gia có độ xốp tăng , đất sét, kết dính, lượng nước ít.

+ Tính bền nhiệt: là khả năng giữ được độ bền , không bị chảy , cháy mềm ở nhiệt độ cao.Cần

cátt to và tròn, chất phụ ít.

+ Độ ẩm: là lượng nước chứa trong hỗn hợp, độ ẩm tăng đến 8% làm cho độ bền, độ dẻo của hỗn

hợp tăng, quá giới hạn đó sẽ có ảnh hưởng xấu.

+ Tính bền lâu: khả năng có thể sử dụng hỗn hơp nhiều lần nhưng vẫn đẩm bảo yêu cầu kĩ thuật,

tăng hiệu quả kinh tế.

2) Các vật liệu làm khuôn, lõi:

+ Cát: là thành phần chủ yếu SiO2

+ Đất sét: mAl2O3+nSiO2+qH2O

+ Chất kết dính: là những chất đưa vào trong hỗn hợp để tăng độ dẻo, tăng độ bền, dính các hạt

lịa với nhau. Thường dùng: dầu thực vật, đường , xi măng, trộn với cát, chất kết dính, chất phụ,

chất phụ tăng độ xốp(mùn cưa, rơm rạ..).

+ Chất sơn khuôn: sơn vào bề mặt của tăng độ bong bề mặt, bền nhiệt và chịu nhiệt

1.2 - ĐÚC ĐẶC BIỆT.

1.2.1 Đúc áp lực cao.

1.2.1.1 Khái niệm:

Đúc áp lực cao là công nghệ đúc trong đó kim loại lỏng điền đầy khuôn và đông đặc duới tác

dụng của áp lực cao do khí nén hoặc dầu ép trong xy lanh ép tạo ra.

1.2.1.2 Ưu, nhược điểm của đúc áp lực cao.

Ưu điểm:

+ Đúc áp lực cao có thể đúc được các chi tiết thành mỏng, phức tạp, độ chính xác cao, chất lượng

vật đúc tốt và cho tổ chức xít chặt mà đúc rót không làm được.

Nhược điểm:

+ Chỉ đúc được các chi tiết có khối lượng nhỏ.

+ Gía thành khuôn cao, do khuôn đúc áp lực có kết cấu phức tap, yêu cầu kỹ thuật cao.

+ Chỉ đúc được vật liệu là hợp kim nhôm, không đúc được các vật liệu kim loại màu, như gang,

thép…

1.2.1.3 Phạm vi ứng dụng .

Khuôn đúc áp lực được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp như sản xuất các chi tiết phụ

tùng xe máy, ôtô, các chi tiết trong lĩnh vực hàng thuỷ, hàng không, cũng như trong đời sống

hàng ngày.

1.2.1.4 Một số sản phẩm của phương pháp đúc áp lực

CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC (Phần 2-Máy Đúc Áp Lực)

Trong máy đúc áp lực cao, loại máy nào cũng bao gồm hai bộ phận thuỷ lực.

+ Một bộ phận đóng mở: hay còn gọi là bộ phận khoá khuôn.

+ Một bộ phận ép kim loại lỏng: hay còn gọi là cơ cấu ép.

Hầu hết các máy đều có cơ cấu khoá khuôn kiểu nằm ngang. Cơ cấu ép thẳng đứng hoặc ép nằm

ngang, phụ thuộc vào cách bố trí phòng ép.

Dẫn động cho các cơ cấu này, là bơm thuỷ lực kiểu pittông hoặc bơm kiểu cánh. Bơm thuỷ lực

có thể lắp trực tiếp hoặc bố trí độc lập.

Chất lỏng công tác trong máy đúc áp lực thường là dầu khoáng vật, hoặc huyền phù dầu hoặc

dầu khác.

+ Ưu điểm: Dầu khoáng vật có tính bôi trơn và chống ăn mòn tốt, tính chất làm việc khá ổn định,

giá thành thấp cho nên được sử dụng khá phổ biến.

+ Nhược điểm: Dầu khoáng vật là dễ cháy, làm ô nhiễm môi trường.

Để tiết kiệm chất lỏng công tác làm việc trong điều kiện áp suất cao, trên máy người ta thường

lắp thêm bình chứa chuyên dụng. Bình chứa chịu áp lực cao, có lớp đệm khí cho nên chỉ sử dụng

bơm hoặc động cơ điện có công suất nhỏ cũng đã đảm bảo được áp lực làm việc.

Trong sản xuất hiện nay, máy đúc áp lực cao đựoc sản xuất theo hai kiểu chính:

+ Máy đúc áp lực buồng nguội

+ Máy đúc áp lực buồng nóng

A.Máy đúc áp lực buồng nguội

Máy đúc áp lực kiểu buồng nguội chia thành ba dạng

+ Kiểu nằm ngang.

+ Kiểu ép thẳng đứng từ dưới lên.

+ Kiểu ép thẳng đứng từ trên xuống

•

Đúc áp lực trong buồng nguội kiểu thẳng đứng từ trên xuống (hình 1.2a) có thể coi là

phương pháp ép trực tiếp, Nguyên lý làm việc mô tả như sau.

- Khi pittông 1 đi lên, kim loại lỏng được nạp vào buồng ép sẽ đông đặc ngay tại chỗ thắt dòng 2

mà không thể đi vào hốc khuôn 1 được. Khi piston 1 đi xuống, dưới tác dụng của áp lực cao,

phần kim loại đã đông đặc tại chỗ thắt dòng 2 sẽ bị đẩy xuống dưới và kim loại lỏng điền đầy

trong khuôn đúc 3.

- Phương pháp ép này phù hợp với đúc kẽm, magiê và nhôm.

•

Máy đúc áp lực buồng nguội kiểu thẳng đứng, ép từ dưới lên được mô tả trên hình 1.2b,

buồng ép bố trí ở nửa khuôn dưới.

- Khi piston 1 đi xuống, kim loại lỏng nạp vào buồng ép. Khi piston đi lên và vượt qua lỗ nạp,

quá trình điền đầy và ép khuôn bắt đầu xảy ra và duy trì vật đúc đông đặc hoàn toàn.

- Ưu nhược điểm của phương pháp này là vi ệc sử dụng mặt phân khuôn nằm ngang .Khi nhấc

nửa khuôn 3, vật đúc vẫn không rơi xuống. Phải sử dụng hệ thống cần đẩy để tống vật đúc ra

khỏi khuôn.

- Phương pháp này phù hợp cho các vật đúc lớn và nặng.

•

Một dạng khác của phương pháp này được mô tả trên hình 1.2c.

- Nguyên lý làm vi ệc như sau : Ban đầu, chày đỡ 2 nằm ở vị trí cao nhất, kim loại lỏng rót vào

buồng ép. Pittông 1 cùng với chày đỡ đi xuống đồng thời tạo lực ép lên kim loại lỏng, kim loại

điền đầy hốc khuôn dưới tác dụng áp lực của pittông 1. Thực chất đây là phương pháp ép trên

xuống.

Hình 1.2 Một số kiểu buồng ép

•

Đúc áp lực trong buồng ép nguội nằm ngang, mặt phân khuôn thẳng đứng. Đa số các máy

đúc hiện đại đều thiết kế theo nguyên tắc này.

- Nguyên lý làm việc của máy đúc được thể hiện như sau:

Hình 1.3 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy đúc áp lực buồng nguội

+ Giai đoạn thứ nhất : Giai đoạn cấp liệu:

Sau khi khoá khuôn lên bàn máy, hệ thống xy lanh thuỷ lực làm nhiệm vụ khoá khuôn sẽ hoạt

động, khi đó hai nửa khuôn sẽ được ép chặt vào với nhau. Trong giai đoạn này cốc rót kim loại

lỏng sẽ rót kim loại lỏng vào trong xy lanh ép, sau khi kim loại lỏng đã điền đầy cốc rót, pittông

ép sẽ đi qua và bịt lỗ rót, vận tốc pittông ép và áp lực trong buồng ép lúc này còn nhỏ. Vì khi đó

áp lực chỉ cần đủ để thắng lực ma sát.

+ Giai đoạn thứ hai: Giai đoạn điền đầy hốc khuôn.

Kim loại đã được điền đầy buồng ép, trong giai đoạn này tốc độ pittông tăng lên,và đạt giá trị

cực đại v₂, đồng thời áp suất p₂cũng tăng lên rất nhanh và đạt giá trị cực đại, lúc này pittông ép

sẽ ép kim loại lỏng vào trong lòng khuôn, với tốc độ dòng chảy của kim loại là rất lớn, nên

khoảng thời gian điền đầy là rất nhanh, kim loại trong khuôn sẽ hình thành nên hình dạng của

vật đúc,sau một khoảng thời gian rất ngắn, khi hình vật đúc được hình thành, lúc này kim loại sẽ

được làm nguội nhờ hệ thống làm mát của khuôn.

+ Giai đoạn thứ ba: Giai đoạn mở khuôn

Nửa khuôn di động sẽ đựơc mở ra nhờ hệ thống hệ thống đóng mở khuôn, và đồng thời lúc này

các cơ cấu side code cũng được rút ra. Lúc này vật đúc vẫn nằm ở phía khuôn động.

+Giai đoạn thứ tư: Giai đoạn đẩy sản phẩm

Lúc này hệ thống đẩy sản phẩm sẽ làm nhiệm vụ đẩy sản phẩm rơi ra khỏi khuôn đúc, đồng thời

pittông ép lúc này cũng di chuyển về phía buồng ép. Sau khi sản phẩm được rơi ra thì phần

khuôn di động được hệ thống đóng mở khuôn ép vào phần khuôn tĩnh. Một chu trình mới lại

được bắt đầu.

B. Máy đúc áp lực buồng nóng.

Máy đúc áp lực buồng nóng, dùng rất phổ biến hiện nay, kiểu buồng ép nóng kiểu thẳng đứng

được sử dụng rộng rãi hơn cả.

Đúc áp lực buồng nóng, lúc đó pittông sẽ ép kim loại theo phương thẳng đứng và bạc rót được

nối trực tiếp với lò nung

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý máy đúc áp lực buồng nóng.

Nguyên lý làm việc của máy đúc áp lực buồng nóng, cũng bao gồm 4 giai đoạn, như máy đúc áp

lực buồng nguội.

+ Giai đoạn thứ nhất: khuôn được gá trên máy, hai nửa khuôn được đóng chặt nhờ cơ cấu kẹp

chặt của máy. Lúc này kim loại được rót vào trong lò nung.

+ Giai đoạn thứ hai: Pittông ép sẽ ép kim loại lỏng từ lò nung vào trong khuôn, tạo nên hình

dạng của chi tiết vật đúc.

+ Giai đoạn thứ ba: Lúc này nửa khuôn động được mở ra nhờ cơ cấu đóng mở khuôn, đồng thời

các cơ cấu side code cũng được rút ra. Lúc này vật đúc vẫn nằm trên nửa khuôn động.

+ Giai đoạn thứ tư: Các cơ cấu đẩy sản phẩm, sẽ đẩy chi tiết ra ngoài, sau khi sản phẩm được đẩy

ra ngoài, thì nửa khuôn động được đóng lại. Đồng thời pittông ép cũng di chuyển lên phía trên

của lò nung, để chuyển bị cho quá trình ép tiếp theo

CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC (Phần 3-Vật Liệu)

Các kim loại không thuộc hợp kim sắt đều có thể đúc áp lực ( ngày nay với kỹ thuật công nghệ

cao thì hợp kim sắt cũng có thể đúc áp lực được) thì trong đó có hợp kim nhôm (Al) và hợp kim

kẽm (Zn) được sử dụng nhiều nhất và đặc biệt là hợp kim nhôm chiếm khoảng 95% sản lượng

đúc và hình dưới đây cũng hiển thị rằng tổng hợp kim nhôm và kẽm chiếm 99% và khoảng 1% là

hợp kim Mangie (Mg) và đồng (Cu)

Mộ số ưu điểm của hợp kim nhôm

+ Khối lượng riêng nhỏ: 2.7g/cm³, khoảng bằng 1/3 so với thép, chính nhờ ưu điểm này mà

người ta ưu tiên sử dụng nó khi phải làm giảm nhẹ tối đa khối lượng của hệ thống hay kết cấu

như trong hàng không, vận tải để giảm nhẹ khối lượng từ đó tiết kiệm năng lượng.

Thành phần hóa học của hợp kim nhôm

+ Tính chống ăn mòn nhất định trong khí quyển nhờ luôn luôn có lớp màng ôxit. Để tăng tính

chống ăn mòn trong khí quyển, người ta làm cho lớp bảo vệ này dày lên bằng các anốt hoá, nhờ

đó nhôm và các hợp kim nhôm có thể dùng trong xây dựng, trang trí nội thất mà không cần bảo

vệ.

+ Độ dẫn điện cao, tuy chỉ bằng 62% của đồng nhưng do khối lượng riêng nhỏ nên các đặc tính

truyền điện và truyền dòng điện rất cao. Nó được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực thiết bị điện.

+ Tính dẻo cao,rất dễ biến dạng dẻo nhất là khi kéo sợi, cán thành tấm.

+ Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp (660⁰) một mặt làm dễ dàng nấu chảy khi đúc, nhưng nhôm

và hợp kim nhôm không sử dụng ở nhiệt độ cao hơn 300 – 400⁰C. So với gang thép việc đúc

nhôm sẽ khó khăn hơn do dễ sinh ra nhiều khuyết tật vật đúc (bởi dễ bị ôxi hoá) như: rỗ khí, rỗ

co, lẫn tạp chất, các vết dòng chảy, không điền đầy lòng khuôn. Vì vậy những sản phẩm từ nhôm

thường được đúc bằng phương pháp áp lực.

Tính chất vật lý hợp kim nhôm