Cơ Khí Chế Tạo Máy

1. BẢN CHẤT, ĐẶC ĐIỂM, CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI SẢN XUẤT ĐÚC

1.1. Bản chất

Đúc là phương pháp gia công tạo hình kim loại bằng cách rót kim loại, hợp kim lỏng vào khuôn có hình dạng, kích thước nhất định. Sau khi kim loại thực hiện quá trình kết tinh trong khuôn ta thu được vật phẩm có hình dạng, kích thước phù hợp với yêu cầu.

Bạn đang xem: Cơ Khí Chế Tạo Máy

Xem thêm: máy hàn tig, máy hàn điện tử, máy hàn cơ

Nếu vật phẩm đúc ra có thể đem dùng ngay được gọi là chi tiết đúc. Nếu vật phẩm đúc ra đưa qua gia công cơ khí để nâng cao độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt, gọi là phôi đúc.

1.2. Đặc điểm

• Vật liệu để sản xuất đúc rất đa dạng.
• Khối lượng vật đúc có thể từ vài gam đến hàng trăm tấn.
• Chế tạo được những vật đúc có hình dạng, kết cấu rất phức tạp mà các phương pháp khác chế tạo khó hoặc không thể chế tạo được.
• Có thể đạt được cơ tính khác nhau trong một cùng một vật đúc .
• Có thể đạt được độ chính xác gia công tương đối cao nếu áp dụng các phương pháp đúc đặc biệt.

• Có thể áp dụng cơ khí hoá, tự động hoá.
• Khi đúc khuôn cát, chất lượng vật đúc không cao, lượng dư gia công cơ lớn
• Tốn kim loại cho hệ thống rót , đậu hơi và đậu ngót..
• Vật đúc thường tồn tại các khuyết tật và khó kiểm tra, đặc biệt là các chi tiết lớn.
• Điều kiện lao động nóng, độc hại cho người sản xuất.

1.3. Công dụng

• Sản xuất đúc được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Khối lượng vật đúc chiếm trung bình khoảng 40 đến 80% tổng khối lượng máy móc
• Dùng để chế tạo phôi cho sản xuất cơ khí.
• Sản xuất một số chi tiết đúc đặc biệt.

1.4. Phân loại các phương pháp đúc

• Phân loại theo vật liệu làm khuôn: + Đúc trong khuôn cát.

+ Đúc trong khuôn bán vĩnh cửu.

+ Đúc trong khuôn vĩnh cửu.

• Phân loại theo phương pháp đúc: + Đúc khuôn cát.

+ Đúc đặc biệt.

2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VẬT ĐÚC

2.1. Nguyên lý thiết kế vật đúc đảm bảo yêu cầu kim loại vật đúc

2.1.1. Kết cấu của vật đúc phải phù hợp với tính đúc của hợp kim

• Đảm bảo quá trình điền đầy khuôn.
• Quá trình kết tinh phải đảm bảo yêu cầu (đồng thời có hướng).
• Tránh được các khuyết tật (lõm co, rỗ khí, ngậm xỉ …), tránh tạo ứng suất trong vật đúc:

+ Kết cấu vật đúc không thay đổi quá đột ngột để tránh kết tinh không phù hợp, nứt, ứng suất dư.

• Các đoạn chuyển tiếp của thành vật đúc phải thay đổi từ từ để tránh tạo thành ứng suất trong vật đúc.

• Các bề mặt trên của vật đúc tránh nằm ngang vì dễ gây ra ngậm xỉ.
• Vị trí đặt đậu ngót phải là chỗ kết tinh cuối cùng, hướng từ xa đến gần đậu ngót để dồn xỉ về đậu ngót.
• Với vật đúc có gân trợ lực thì chiều dày của gân mỏng hơn thành vật đúc.

2.1.2. Kết cấu vật đúc phải đảm bảo vật đúc có đủ cơ tính của hợp kim đúc

2.1.3. Giảm khó khăn cho qúa trình đúc và các bước gia công tiếp theo

2.2. Nguyên lý thiết kế vật đúc thuận lợi cho quá trình làm khuôn

Khi thiết kế vật đúc cần phải chú ý tới công nghệ làm khuôn tức là đảm bảo qúa trình làm khuôn đơn giản, dễ dàng, triệt để sử dụng máy móc và các thiết bị làm khuôn … nhằm bảo đảm vật đúc có chất lượng tốt.

• Kết cấu vật đúc phải đơn giản để dễ gia công mẫu và lõi.
• Kết cấu vật đúc phải đảm bảo qúa trình rút mẫu khi làm khuôn.
• Khi cần có thể tách rời thành nhiều hòm khuôn.
• Trên kết cấu vật đúc phải đảm bảo hỗn hợp làm khuôn có thể tái sử dụng.
• Giảm tối đa số lượng lõi.
• Kết cấu thuận lợi khi lắp ráp và vận chuyển khuôn, lõi.
• Kết cấu thuận lợi cho dỡ bỏ hỗn hợp làm khuôn ra khỏi vật đúc.

2.3. Nguyên lý thiết kế vật đúc thuận lợi cho qúa trình gia công cơ tiếp theo

• Tránh tạo các yếu tố cản trở qúa trình cắt gọt.
• Tránh hiện tượng uốn dụng cụ khi gia công lỗ.
• Thuận lợi cho gá lắp và các qúa trình vận chuyển.

2.4. Thiết kế vật đúc đảm bảo yêu cầu làm việc lâu dài của vật đúc

3. ĐÚC CÁC HỢP KIM

3.1. Tính đúc của hợp kim

Khái niệm: Tính đúc của hợp kim là tổ hợp các tính chất của kim loại và hợp kim cho phép tạo ra vật đúc theo yêu cầu kỹ thuật.

Tính đúc của hợp kim bao gồm:

3.1.1.Tính chảy loãng

• Tính chảy loãng là mức độ chảy lỏng hay sệt của hợp kim đúc, tạo khả năng điền đầy khuôn và nhận được vật đúc rõ nét. Nếu tính chảy loãng kém thì vật đúc dễ bị thiếu hụt, hình dạng vật đúc không được rõ nét, khó đúc được những vật đúc phức tạp và thành mỏng.
• Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chảy loảng:

+ Bản chất của kim loại và hợp kim

Kim loại nguyên chất có tính chảy loảng cao hơn dung dịch rắn và hợp kim có pha trung gian. Các hợp kim có thành phần cùng tinh có tính chảy loảng cao hơn so với dạng tạo dung dịch rắn, do nhiệt độ nóng chảy thấp.

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ rót kim loại lỏng: Nhiệt độ rót càng cao thì tính chảy loãng càng tăng

+ Ảnh hưởng của khuôn

Nếu tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn càng cao thì làm độ chảy loảng càng kém. Độ nhám của thành khuôn càng giảm, lượng nước trong hỗn hợp khuôn càng giảm và nhiệt độ khuôn càng tăng thì độ chảy loảng càng tăng.

+ Ảnh hưởng của phương pháp rót

Rót dòng chảy rối thì tính chảy loãng cao, rót dòng chảy tầng thì tính chảy loãng kém. + Ảnh hưởng của thành phần hoá học

3.1.2. Tính co của hợp kim đúc

Tính co của hợp kim đúc là sự giảm về thể tích của vật đúc sau khi kết tinh so với thể tích kim loại lỏng, gây ra lõm co và rỗ co

• Các giai đoạn của qúa trình co
• Co ở trạng thái lỏng: là sự co thể tích bắt đầu từ nhiệt độ rót kim loại đến nhiệt độ bắt đầu kết tinh hay nhiệt độ đường lỏng của hợp kim.

Xem thêm : Cầm CMND Được Bao Nhiêu Tiền? Nên Cầm Ở Đâu Uy Tín?

DV1 = a1 ( tr – tđl )

Trong đó:

DV1 : độ co thể tích ở trạng thái lỏng.

a1 : hệ số giãn nở vì nhiệt của hợp kim ở trạng thái lỏng.

tr : nhiệt độ rót hợp kim lỏng.

tđl : nhiệt độ đường lỏng.

• Co khi kết tinh: chủ yếu tạo lõm co tập trung, xảy ra ở khoảng nhiệt độ giữa nhiệt độ đường

lỏng và nhiệt độ đường đặc. Vì cơ chế kết tinh nhánh cây nên xảy ra co, chủ yếu tạo ra rỗ co. Độ co thể tích khi kết tinh DV2.

• Co sau khi kết tinh: xảy ra ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ đường đặc, tuân theo phương trình co tạo độ co thể tích DV3.

DV3 = a2 ( t1 – t2 )

Trong đó:

a2: hệ số giãn nở vì nhiệt của hợp kim ở trạng thái rắn.

t1, t2 : nhiệt độ bắt đầu và kết thúc của qúa trình.

Vậy tổng lượng co của hợp kim sau khi kết tinh là:

DV = DV1 + DV2 + DV3 (%) (6.3)

DV : hệ số co thể tích.

DV = Vm – Vvd 100% (6.4)

vm

Với: Vm: thể tích mẫu.

Vvd: thể tích vật đúc.

Ngoài ra còn dùng hệ số co chiều dài:

Với: lm: chiều dài mẫu tại vị trí xác định co.

lvd: chiều dài vật đúc tương ứng.

• Các yếu tố ảnh hưởng đến tính co
• Bản chất vật liệu: Phụ thuộc vào hệ số giãn nở nhiệt.
• Loại hình kết tinh: Kết tinh đồng thời thường tạo lõm co. Kết tinh nhánh cây thường tạo rỗ co.
• Tốc độ nguội: Tốc độ nguội tăng thì tính co tăng.

3.1.3. Tính thiên tích của hợp kim đúc

Tính thiên tích là sự không đồng đều về thành phần hoá học của vật đúc tại các vị trí khác nhau.

• Có hai loại thiên tích
• Thiên tích vùng là sự không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng vùng của vật đúc.
• Thiên tích hạt là sự không đồng nhất ngay trong nội bộ hạt kim loại.
• Ảnh hưởng của thiên tích: Làm cho cơ tính vật đúc không đồng đều.
• Các yếu tố ảnh hưởng đến thiên tích
• Do nhiệt độ nóng chảy của các nguyên tố khác nhau.
• Do khối lượng riêng các nguyên tố khác nhau, những nguyên tố nặng hơn có xu hướng chìm xuống phía dưới còn các nguyên tố nhẹ hơn nổi lên phía trên, do đó tạo ra các lớp khác nhau.
• Do hệ số khuếch tán khác nhau.
• Do cấu tạo hợp kim: dung dịch rắn dễ tạo thiên tích nhánh cây.
• Cách khắc phục
• Đối với thiên tích vùng: lựa chọn hợp kim đúc hợp lý, khuấy đều hợp kim lỏng trước khi rót, ổn định tốc độ nguội.
• Đối với thiên tích hạt: tiến hành ủ khuếch tán.

3.1.4. Tính hoà tan khí

Tính hoà tan khí là khả năng hấp thụ các loại khí trong quá trình kết tinh vật đúc, gây rỗ khí ở vật đúc. Độ hòa tan khí phụ thuộc nhiệt độ như sau:

• Các yếu tố ảnh hưởng
• Nhiệt độ của kim loại lỏng càng cao thì khả năng hòa tan khí càng lớn
• Điều kiện môi trường: độ ẩm tăng thì độ hoà tan khí tăng.
• Áp suất: áp suất tăng thì độ hoà tan khí cũng tăng.
• Vật liệu mẻ nấu ẩm càng dễ gây hòa tan khí
• Cách khắc phục :- Sấy khô mẻ liệu trước khi nấu, khuấy đều để tăng lưu động của kim loại lỏng khi rót, xử lý môi trường và điều kiện bên ngoài.
• 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh vật đúc

3.2.1. Ảnh hưởng của mẻ liệu, chất trợ dung

Những nguyên tố chủ yếu trong thành phần vật liệu nấu hầu hết được chuyển vào vật đúc. Song trong qúa trình nấu có sự hình thành các tạp chất phi kim dưới dạng xỉ, ở trạng thái rất phân tán trong kim loại lỏng mà không làm thay đổi thành phần hoá học của kim loại lỏng. Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, xỉ có thể theo vào và nằm lẫn trong vật đúc làm thay đổi cơ, lý, hoá tính của vật đúc đi rất nhiều. Vì vậy khi nấu luyện phải tuân thủ đúng quy trình kỹ thuật để khử những tạp chất có hại và khử khí.

3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ rót

Nhiệt độ rót càng cao thì tính chảy loãng tăng nhưng tính hòa tan khí cũng tăng. Do vậy muốn tăng nhiệt độ rót thì phải khử hết khí trước khi nấu và đúc trong chân không.

3.2.3. Ảnh hưởng của khuôn (tốc độ nguội)

• Khuôn cát: tốc độ nguội chậm, qúa trình kết tinh xảy ra lâu hơn, tổ chức hạt thô nhưng khả năng điền đầy lòng khuôn cao.
• Khuôn kim loại: tốc độ nguội nhanh, hạt mịn, cơ tính cao nhưng không đúc được các hợp kim có tinh chảy loảng kém.

3.2.4. Ảnh hưởng của tác dụng cơ học (sóng siêu âm)

Tác dụng cơ học sẽ tăng cường tạo mầm kí sinh, hạt nhỏ, cơ tính cao nhưng không dùng được để đúc các hợp kim khó chảy.

Xem thêm : Nhật Bản đối mặt với thách thức già hóa dân số

3.2.5. Ảnh hưởng của chất biến tính

• Chất biến tính là những chất đưa vào để thúc đẩy qúa trình kết tinh.
• Mục đích là làm nhỏ hạt kim loại trong qúa trình kết tinh lần thứ nhất, do đó hợp kim đều và đồng nhất, cơ tính cao hơn.

3.3. Đặc điểm khi đúc một số hợp kim

3.3.1. Đúc gang

Gang là hợp kim của sắt và cac bon với %C > 2,14%. Thực tế bao giờ cũng có Si chiếm (0,5

• 4)%, thông thường Si chiếm (2 ¸ 4)%.

Các loại gang đúc:

* Gang xám:

• Gang xám có tính đúc tốt nhất do:

Nhiệt độ nóng chảy thấp, tính chảy loảng cao dễ đúc các sản phẩm phức tạp.

Tính co của gang xám nhỏ, thường tạo lõm co tập trung có thể khắc phục bằng cách sử dụng đậu ngót.

Có thể biến tính gang, được thực hiện nhờ bản thân thành phần hóa học của gang.

• Khi xét các yếu tố ảnh hưởng của thành phần hóa học gang đến quá trình kết tinh thì xét tổng thể:

Thành phần chính: Fe, C, Si, các nguyên tố khác như : Mn, P, S. Gang hợp kim có thêm: Cr, W, V …

Mn + S ® MnS. MnS nổi vào xỉ như vậy có tác dụng lọc được S ra khỏi gang lỏng.

Nếu không có Mn thì: Fe + S ® FeS. FeS có nhiệt độ nóng chảy bằng 910 0C gây dòn nóng chi tiết.

Mn + P ® Mn2P. Mn2P có nhiệt độ nóng chảy cao, hạt rất nhỏ dẫn đến tăng cường tạo Graphit khi kết tinh.

• Vật đúc bằng gang xám do tồn tại Graphit nên khả năng hấp thụ chấn động tốt, do tính chảy loãng cao nên đúc được các vật đúc phức tạp. Vì vậy gang xám thường dùng để đúc thân, bệ máy hoặc xilanh, ống lót các loại động cơ.
• Một số mác gang xám hay gặp: GX 24 – 44, GX 24 – 48, GX 26 – 46, GX 28 – 48 .

* Gang trắng:

• Gang trắng có Xe, tạo cùng tinh Le, loại này rất cứng, không cắt gọt được. Có tính co lớn nên dễ tạo rỗ co. Do vậy gang trắng ít khi đúc.

* Gang dẻo:

• Gang dẻo là gang có graphit dạng cụm (hoa bông).
• Để sản xuất vật đúc gang dẻo người ta phải đúc ra gang trắng (khống chế %Si, tốc độ nguội) %Si nhỏ, tốc độ nguội lớn rồi ủ vật đúc gang trắng thành gang dẻo.
• Chỉ sử dụng khi vật đúc có yêu cầu cơ tính cao, sản xuất hàng loạt.

* Gang cầu:

• Gang cầu có cơ tính cao tương đương với thép. Đồng thời do có tính đúc tốt nên thường sản xuất các chi tiết phức tạp thay cho thép.
• Đặc điểm: Luôn sử dụng chất biến tính để cầu hóa graphit. Thường sử dụng Mg, nhưng do

Mg dễ cháy nên phải đưa vào dưới dạng hợp kim Ni – Mg, khi đó Mg mới hòa tan vào gang lỏng, không bị cháy, tạo hợp chất Fe2Mg làm trung tâm cầu hóa.

3.3.2. Đúc thép

• Đặc điểm của đúc thép:

Nhiệt độ nóng chảy cao, tính chảy loãng kém nên không đúc được các sản phẩm phức tạp, mỏng thành.

Do ở dạng dung dịch rắn nên rất dễ thiên tích, do vậy chỉ đúc thép có %C < 0,5%.

Nhiệt độ nấu thép và nhiệt độ rót thép cao nên tăng tính hòa tan khí.

Vì vậy thép là vật liệu có tính đúc kém, khi đúc phải dùng lò hồ quang để nấu thép, đúc trong chân không và áp dụng các phương pháp đúc đặc biệt.

• Các loại thép đúc: %C khoảng (0,3 ¸ 0,4)% ví dụ 30Đ, 40Đ …

3.3.3. Đúc hợp kim màu

Đúc hợp kim đồng

• Đúc đồng đỏ (đồng nguyên chất): nhiệt độ nóng chảy khá thấp (khoảng 10830C), tính chảy loảng cao, khả năng hòa tan khí mạnh, trước khi rót vào khuôn phải khuấy đều để tăng quá trình thoát khí. Sản phẩm đúc có cơ tính không cao đặc biệt là độ bền.
• Đúc đồng thau (la tông):

Đồng thau là hợp kim của Cu – Zn, Zn có nhiệt độ nóng chảy thấp nên khi đúc rất dễ cháy Zn.

Đồng thời do tạo dung dịch rắn nên dễ bị thiên tích.

Khi đúc phải chọn đúc la tông hai pha (%Zn > 40%), nhiệt độ nóng chảy giảm (700 0C) sẽ giảm cháy Zn. Xuất hiện pha b (Cu5Zn8) – pha điện tử hóa đạt cơ tính cao, bền cho vật đúc.

* Đúc đồng thanh (brông):

• Brông nhôm do có tính ôxy hóa mạnh nên ít đúc.
• Chủ yếu đúc brông thiếc là loại có tính đúc cao, cơ tính tốt.
• Trong chế tạo máy chủ yếu dùng để đúc phôi các bộ truyền trục vít – bánh vít.

. Đúc hợp kim nhôm

Khi đúc chọn các hợp kim ở cùng tinh hoặc lân cận, không chọn hợp kim có dung dịch rắn.

Hợp kim hay dùng nhất là Al – Si dùng để đúc piston.

Đặc điểm chung: nhiệt độ nóng chảy thấp, tính chảy loãng cao nên hợp kim dễ đúc. Tuy nhiên muốn tăng cơ tính thì khi đúc phải để tốc độ nguội lớn, nhằm tạo hạt nhỏ. Vì vậy khi đúc hợp kim nhôm thường là sản xuất hàng loạt.

Nguồn: https://luatduonggia.edu.vn
Danh mục: Tổng hợp