chơng 1 đúc kim loại

1.1. Thực chất, đặc điểm và ứng dụng của sản xuất đúc

1.1.1. Thực chất quá trình đúc:
Đúc kim loại là phơng pháp chế tạo các chi tiết bằng cách rót kim loại lỏng
vào khuôn (có hình dạng, kích thớc đã đợc định hình trớc theo yêu cầu), sau khi
kết tinh ta đợc vật đúc.

1.1.2 Ưu và nhợc điểm
a. Ưu đIểm:
Phơng pháp đúc có thể chế tạo sản phẩm từ các loại vật liệu khác nhau : kim loại đen
(gang, thép, ... kim loại màu: nhôm, đồng, đúc vật liệu phi kim loại : đúc các tợng từ
thạch cao, xi măng,...
Vật đúc có thể từ vài gam đến hàng tấn nh các thân máy búa, các bệ máy,...
Vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp nh thân máy công cụ, vỏ động cơ v.v...mà các
phơng pháp khác khó gia công hoặc không chế tạo đợc (ví dụ : vỏ động cơ, các bệ
máy, thân máy...)
Có thể đúc đợc nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc.
Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu t ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất
tơng đối cao. Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá.
Đúc cũng đợc sử dụng trong việc chế tạo các sản phẩm mang tính nghệ thuật, trang
trí: chân ốp trụ điện, chuông nhà thờ, đúc tợng đài...
b. Nhợc điểm :
Độ chính xác về hình dáng, kích thớc và độ bóng không cao (có thể đạt cao nếu đúc
đặc biệt nh đúc áp lực).
Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi
Tốn kim loại do chiều dày thành vật đúc lớn hơn so với rèn hoặc hàn.
Dễ gây ra những khuyết tật nh: thiếu hụt, rỗ khí, ngậm xỷ, thiên tích, cháy cát v.v...
Điều kiện làm việc nặng nhọc, Khi đúc trong khuôn cát th
ờng có năng suất không Hình 1- 1 Các phôi thép thỏi sau khi đúc liên tục Hình 1- 2 ảnh động cơ của General motor và mẫu đúc của nó 3
1.2 Đúc trong khuôn cát

1.2.1 Sơ đồ qúa trình công nghệ chế tạo vật đúc


S ấy khuôn
S ấy lõi
Nấu chảy
Kim lo
ại
Pha chế hỗn
h
ợp làm khuôn
Chế tạo bộ mẫu
và hộp lõi
Pha chế hỗn
hợp làm lõi
Làm khuôn
Làm lõi
Bộ phận
kỹ thuật
Bộ phận
k
ỹ thuật
Vật đúcHình 1- 3 Sơ đồ quá trình công nghệ chế tạo vật đúc

Hình 1- 4 Quá trình chế tạo một vật đúc dạng ồng đầu nối chạc ba
a/ Chi tiết ; b/ Bản vẽ vật đúc; C/ Mặt cắt vật đúc
d/Mộu vật đúc; e/ hộp lõi; f/ Hòm khuôn; g Lõi; h/ Khuôn; i / Vật đúc

1.2.2 Các bộ phận chính của một khuôn đúc bằng cát

Khuôn đúc
Là hệ thống các bộ phận tạo ra lỗ rỗng ( gọi là lòng khuôn ) để khi rót kim loại
lỏng vào sẽ điều đầy, đông đặc và tạo nên những chi tiết có hình dạng và kích thớc
theo yêu cầu. Khuôn đúc là một bộ phận quan trọng để tạo nên lòng khuôn. Thông
thờng khuôn đúc đợc tạo bởi hai nửa hòm khuôn : nửa hòm khuôn trên và nửa hòm
khuôn dới. Nửa hòm khuôn dới thờng đợc làm ngay trên nền xởng. Hai nửa
hòm khuôn đợc liên kết với nhau bằng các chốt định vị. Ngoài ra khuôn đúc còn có
các bộ phận chính nh : Hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót, lỗ xiên hơi,... 5

a
/

a


Hình 1- 7 Sơ đồ cấu tạo một khuôn đúc 2 nữa (khi đúc ống nối trên)
1 2
3
10
4
5
6
7
9
8
5
1 - Hòm khuôn trên; 2, 6 - Hổn hợp làm khuôn; 3- Đậu hơi và đậu ngót;
4 - Chốt định vị hai nửa hòm khuôn; 5 -Nửa hòm khuôn dới;
7 - Lỗ xiên hơi; 8- Hệ thống rót; 9 - Lõi; 10- Lòng khuôn.

Hệ thống rót (xem hình 1-3 a) là hệ thống các bộ phận để rót kim loại lỏng vào lòng
khuôn. hệ thống rót gồm có : cốc rót (cốc rót thờng, cốc rót có màng ngăn, cốc rót
có màng lọc xỷ,...) , ống rót, rãnh dẫn kim loại lỏng, rãnh lọc xỷ. Hình dạng và kích
thớc của chúng đợc lựa chọn và bố trí hợp lí khi làm khuôn.
Đậu hơi đậu ngót Đậu hơi thờng đợc bố trí ở nơi cao nhất của khuôn để tạo điều
kiện cho qúa trình thoát khí từ lòng khuôn ra ngoài dễ dàng. Đậu ngót thờng đợc
bố trí ở những nơi tập trung kim loại để bù đấp kim loại bị thiếu hụt do co ngót.


Lõi là bộ phận tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc. Hình dạng bên ngoài của lõi là hình
dạng bên trong của vật đúc. Lõi thờng có rãnh thoát khí, xơng cứng vững, gối lõi.
Lõi thờng đợc chế tạo trong hộp lõi.
Hộp lõi dùng để chế tạo lõi, hình dạng bên trong của hộp lõi là hình dạng bên ngoài
của lõi. Mẫu và hộp lõi : có thể dùng đợc một lần, nhiều lần. Khi chế tạo mẫu, hộp
lõi phải tính đến độ co ngót của kim loại, tính đến lợng d cần gia công cơ hay các
yêu cầu khác về độ chính xác , độ bóng,... Chính vì thế, kích thớc của mẫu và hộp
lõi phải đợc thiết lập dựa trên kích thớc của chi tiết. Bộ mẫu và hộp lõi đợc chế
tạo từ các loại vật liệu gỗ, kim loại, chất dẻo hoặc các chất phi kim loại khác (xi
măng, thạch cao...)
Hình 1- 9 a/ Hộp lõi tròn ; b) Hộp lõi chữ T
7
Hình 1- 10 a/ Bộ mẫu ê tô (a);
b/ Chi tiết, vật đúc và mẫu chân đế êtô
c/ Mẫu ống nối cong và vật đúc ống nối cong

Gối mẫu dùng để tạo nên chỗ tựa của gối lõi, giữ cho lõi đứng vững trong lòng
khuôn.
Tấm mẫu dùng để kẹp mẫu khi làm khuôn .
Khuôn và lõi đợc chế tạo bằng tay hoặc bằng máy. Khuôn đợc làm trong hai
hòm khuôn, trên nền xởng hay bằng các loại khuôn đặc biệt khác nh khuôn kim
loại,... Ngoài ra khi làm khuôn ngời ta còn có thể đặt vật làm nguội, gân cứng vững
cho khuôn, lõi,.. Để làm khuôn cần có mẫu, hộp lõi, hòm khuôn và các dụng cụ
khác...

8
1.3 Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi
Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi gồm: cát, đất sét, chất kết dính, chất phụ gia, nớc
v.v... Có 2 loại: loại cũ (đã dùng) và loại mới chế tạo. Cát chiếm tỷ lệ cao nhất trong hổn
hợp làm khuôn lõi (90% có khi đến 97-98%).

1.3.1 Yêu cầu đối với hỗn hợp làm khuôn và làm lõi
Hỗn hợp làm khuôn lõi cần có những tính chất sau:
a - Tính dẻo
Là khả năng biến dạng vĩnh cửu của nó sau khi bỏ tác dụng của ngoại lực. Tính
dẻo tăng khi nớc trong hỗn hợp tăng đến 8%, đất sét và chất dính tăng, cát có kích thớc
hạt nhỏ.

tăng, hạt cát to và tròn, các tạp chất dễ chảy (Na
2
O,
K
2
O, CaO, Fe
2
O
3
) trong hỗn hợp ít.
d - Tính bền lâu
Là khả năng làm việc đợc lâu và nhiều lần của hỗn hợp, đợc xác định:
C =
R
R
2
1
100%
.
với : R
1
- sức bền sẵn có của hỗn hợp, R
2
- sức bền sau một thời gian sử dụng.
Ngoài ra hỗn hợp làm khuôn lõi còn cần phải thoả mản một số yêu cầu khác nh
không dính mẫu, độ bền bề mặt để đảm bảo không bị bào mòn khi đúc, độ cứng, không
yêu cầu chất dính cao, không độc hại, giản nở nhiệt thấp,...
Ngoài ra còn yêu cầu thành phần cát, kích cỡ hạt cát, thành phần hoá học của
cát,...
Trong thực tế không thể thoả mản hết các yêu cầu đã nêu trên. Vì vậy tuỳ loại vật

P : áp suất của khí trớc khi qua mẫu (N/ cm
2
)
t : thời gian không khí thoát qua mẫu (phút )
Trong thực nghiệm, ngời ta lấy: Q = 2000 cm
3
; L = 50 mm; D = 50 mm, do
đó khi thí nghiệm chỉ cần xác định thời gian không khí thoát qua mẫu.
g - Độ ẩm
Là lợng nớc chứa trong hỗn hợp đó, đợc xác định bằng công thức sau:
X =
gg
g

1
100%
.
với: g- khối lợng hỗn hợp tơi; g
1
- khối lợng hỗn hợp khô (ở nhiệt độ 105 - 110
o
C).
Độ ẩm tăng khi lợng nớc trong hỗn hợp tăng, nhng độ ẩm phải 6- 8% vì nếu
nhiều hơn sẽ làm cho sức bền, tính thoát khí giảm.

1.3.2 Các loại vật liệu làm khuôn và làm lõi
Chủ yếu là cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ v.v...
a. Cát
Thành phần chủ yếu của cát là SiO
2

01
1 - 063 - 04
063 - 04 - 0315
04 - 0315 - 02
0315 - 02 - 016
02 - 016 - 01
016 - 01 - 0063
0,4 ữ 1
0,315 ữ 0,63
0,2 ữ 0,4
0,16 ữ 0,315
0,1 ữ 0,2

10
mịn
bột
0063
005
01 - 0063 - 005
0063 - 005 - nhỏ
0,063 ữ 0,16
0,05 ữ 0,1(< 0,05)

Theo thành phần thạch anh ( SiO
2
) Bảng 1-2
Loại cát theo Liên Xô 1K 2K 3k 4K
Loại cát ký hiệu theo VN 1C 2C 3C 4C
Lợng chứa SiO
2

Fe
2
O
3
, Na
2
CO
3
.
Đặc điểm của sét: Dẻo, dính khi có lợng nớc thích hợp, khi sấy thì độ bền tăng
nhng dòn, dễ vỡ, không bị cháy khi rót kim loại vào.
c. Chất kết dính
Là những chất đa vào hỗn hợp làm khuôn, lõi để tăng tính dẻo và độ bền của hỗn hợp
làm khuôn lõi.
Yêu cầu đối với chất dính kết
Khi trộn vào hỗn hợp, chất dính kết phải phân bố đều.
Không làm dính hỗn hợp vào mẫu, hộp lõi và dễ phá khuôn lõi.
Khô nhanh khi sấy và không sinh nhiều khí khi rót kim loại .
Tăng độ dẻo, độ bền và tính bền nhiệt cho khuôn và lõi.
Dễ kiếm, dễ chế tạo, giá thành thấp.
Không độc hại ảnh hởng đến sức khoẻ công nhân.
Phân loại chất dính kết chất dính kết
có thể phân loại thành 2 nhóm chính là chất dính kết vô cơ nh sét, cao lanh, ben tô nít...
, chất dính hữu cơ có dầu nh dầu thực vật, dầu động vật, dầu khoáng vật,...; Chất dính có
bột nh tinh bột, dextrin,... chất dính nhựa, nớc bả giấy, mật mía, ...
Hiện nay ngời ta phân loại theo 3 nhóm chính sau đây:
Loại A : Loại chất dính kết không cần pha thêm nớc : dầu, dầu sơn, nhựa đờng, nhựa
thông,...
Loại B :Chất dính hoà tan trong nớc các loại bột hồ, dextrin, nớc bả giấy, ...


200ữ250
0
C, nó tự phân huỷ thành nSiO
2
.(m-p)H
2
O là loại keo rất dính. Khi thổi CO
2

vào khuôn đã làm xong, nớc thuỷ tinh tự phân huỷ thành chất keo trên, hỗn hợp sẽ
cứng lại sau 15ữ30 phút. Nớc thuỷ tinh là chất dính kết có chất lợng tốt, độ bền
tăng, có khả năng khô nhanh, giá thành thấp.
Các chất dễ hoà tan trong nớc : Các chất này có thể đợc coi nh chất phụ gia.
Nớc đờng, mật mía, bột hồ... Nớc đờng, mật mía dùng để làm khuôn, lõi khi đúc
thép. Loại này bị sấy bề mặt khuôn sẽ bền nhng bên trong rất dẻo nên vẫn đảm bảo
độ thoát khí và tính lún tốt. Khi rót kim loại nó bị cháy, do đó tăng tính xốp, tính lún,
thoát khí và dễ phá khuôn nhng hút ẩm nên sấy xong phải dùng ngay.
Bột hồ: (nồng độ 2,5ữ3%) hút nớc nhiều, tính chất nh nớc đờng, dùng làm
khuôn tơi rất tốt.

d.Các chất phụ
Là các chất đa vào hỗn hợp để khuôn và lõi có một số tính chất đặc biệt nh
nâng cao tính lún, tính thông khí (rơm rạ, mùn ca), làm nhẵn mặt khuôn, lõi và tăng khả
năng chịu nhiệt cho bề mặt khuôn lõi (bột grafit, bột than,...)
Chất tăng tính lún và tính thông khí Trong hỗn hợp thờng cho thêm mùn ca, rơm
vụn, phân trâu bò khô, bột than... Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, những chất này
cháy để lại trong khuôn những lỗ rỗng làm tăng tính xốp, thông khí, tính lún cho
khuôn lõi. Tỉ lệ khoảng 3% cho vật đúc thành mỏng và 8% cho vật đúc thành dày.
Chất sơn khuôn Để mặt khuôn nhẵn bóng và chịu nóng tốt, ngời ta thờng quét lên
bề mặt lòng khuôn, lõi một lớp sơn, có thể là bột than, bột gratit, bột thạch anh hoặc


Bộ mẫu là dụng cụ chính dùng tạo hình khuôn đúc. Bộ mẫu bao gồm : Mẫu vật đúc,
mẫu của hệ thống rót, mẫu của đậu hơi và đậu ngót, tấm mẫu để kẹp mẫu khi làm khuôn,
dỡng để kiểm tra. Mẫu của vật đúc có hình dáng bên ngoài của vật đúc. Có khi có gắn
thêm phần gối mẫu để tạo nên chổ tựa của gối lõi để lõi đứng vững đợc trong lòng
khuôn.
Hộp lõi đợc dùng để chế tạo lõi. Hình dáng bên trong hộp lõi là hình dáng bên
ngoài của lõi. Lõi là bộ phận tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc.

1.4.1 Vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi
Yêu cầu đối với vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi
Bảo đảm độ bóng, chính xác khi gia công cắt gọt.
Bền, cứng có thể dùng đợc nhiều lần
Nhẹ để dễ dàng thao tác khi làm khuôn lõi,
Không bị co khi nóng, không bị trơng lên khi tiếp xúc ẩm, không bị nứt, công vênh
trong khi làm việc.
Chịu đợc tác dụng cơ, hoá của hỗn hợp làm khuôn, ít bị mòn do ma sát, không bị rỉ
và ăn mòn hoá học.
Dễ kiếm , dễ dàng gia công và giá thành rẻ.
Các loại vật liệu làm bộ mẫu và hộp lõi
Vật liệu thờng dùng: kim loại, phi kim loại : gỗ, thạch cao, ximăng, chất dẻo. Vật
liệu làm mẫu thờng dùng là gỗ và kim loại.
a- Kim loại có độ bền cao, cứng, độ nhẵn bóng, độ chính xác bề mặt cao; chịu đ
ợc
nhiệt độ cao; không bị thấm nớc, ít bị công vênh; thời gian sử dụng lâu hơn. Tuy nhiên

13
bộ mẫu và hộp lõi đợc làm từ kim loại có giá thành đắt, khó gia công nên chỉ sử dụng
trong sản xuất hàng khối và hàng loạt.
b- Phi kim loại gồm có các loại nh gỗ, thách cao, xi măng,...
Hình 1-11 Bản vẽ vật đúc là gối đỡ

a- Mặt phân khuôn
Là mặt tiếp xúc giữa khuôn trên và khuôn dới. Nó xác định vị trí chi tiết trong khuôn
bằng gạch xanh. Mũi tên T chỉ khuôn trên và D chỉ khuôn dới.

14
Mặt phân khuôn bảo đảm dễ làm khuôn và rút mẫu.Phải đơn giản nhất (nên chọn mặt
phẳng, tránh mặt cong, mặt bậc hoặc có nhiều mặt phân khuôn); số mặt phân khuôn
phải ít nhất
Phải đảm bảo nhận đợc vật đúc có chất lợng tốt nhất (thờng ngời ta bố trí phần
vật đúc quan trọng cần cơ tính cao ở khuôn dới vì ở phía trên dễ bị rổ khí, rổ xỹ và
lõm co).
b - Độ co của kim loại khi đúc
Khi hợp kim đúc đông đặc và nguội lạnh vật đúc co lại do vậy kích thớc lòng
khuôn phải lớn hơn kích thớc vật đúc, kích thớc lõi phải nhỏ hơn kích thớc bên trong
vật đúc. Lợng co ngót phụ thuộc vào các loại vật liệu :

Gang xám: 1,0 %;
Gang trắng 1,5 %
Thép: 2,0 %;
Hợp kim đồng và nhôm: 1,5%.
Để thuận tiện cho việc gia công ngời ta chế tạo ra các loại thớc mẫu cho từng loại
vật liệu mà các vạch chia đã đợc tăng lên tuỳ thuộc vào hệ số co ngót của vật liệu tơng
ứng
c- Lợng d gia công cơ khí
Là lợng kim loại cần cắt gọt bằng quá trình gia công cơ để đảm bảo độ chính xác,
độ bóng, ... Trên bản vẽ ký hiệu bằng màu đỏ. Tuỳ theo yêu cầu về độ bóng, độ chính

15

b
/ a
/ c
/

Hình 1-12 Bản vẽ mẫu của vật đúc
a- bản vẽ chi tiết, b- bản vẽ vật đúcl c/ bản vẽ mẫu

Bản vẽ hộp lõi (Xem hình 1- 9 các dạng hộp lõi)
Tuỳ theo độ phức tạp của lõi có thể làm hộp lõi nguyên, hộp lõi 2 nữa và hộp lõi
tháo rời. Kết cấu, kích thớc, dung sai và cách vẽ hộp lõi tơng tự nh thiết kế mẫu.
Phơng pháp làm khuôn có 2 phơng pháp làm khuôn: làm khuôn bằng tay và làm
khuôn bằng máy.