Bài giảng Đúc trong khuôn mẫu chảy (Bản đẹp)

ĐÚC TRONG KHUÔN MẪU CHẢY Từ khóa: Investment Casting; Lost Wax Mold Mở đầu 1.1. Bản chất của phương pháp Có nguyên lý làm khuôn giống như cách đúc tượng bằng mẫu sáp đã có từ lâu Nhờ ứng dụng nhiều thành tựu của nhiều ngành khoa học nên có thể chế tạo được vật đúc có độ chính xác rất cao và phức tạp từ mọi loại hợp kim, không cần gia công hoặc không thể gia công Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy Thiết kế và chế tạo khuôn ép mẫu sáp Sử dụng khuôn ép để chế tạo mẫu, HTR bằng sáp (1) Gia công thành chùm mẫu (pattern tree) (2) Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy Nhúng mẫu vào huyền phù (3) Rắc cát lên bề mặt mẫu, sấy khô Lặp lại nhiều lần quá trình: nhúng huyền phù – rắc cát – sấy khô cho đến khi tạo được một lớp vỏ đủ bền theo yêu cầu (4) Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy Nung khỏi mẫu khỏi khuôn (5) Nung đến nhiệt độ đủ cao để thiêu kết khuôn; rót ngay KL lỏng vào khuôn (6) Phá khuôn và làm sạch vật đúc (7) Trình tự chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy 1.2. Đặc điểm của quá trình 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 1.2. Đặc điểm của quá trình KL lỏng được rót vào khuôn đã được nung ở nhiệt độ cao (1000-1100 0 C khi đúc thép)  dễ điền đầy khuôn và bù co ngót Quy trình công nghệ phức tạp và kéo dài Giá thành vật đúc cao 1.3. Phạm vi sử dụng Là phương pháp có hiệu quả để chế tạo vật đúc nhỏ, phức tạp, có yêu cầu rất cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác về kích thước từ những hợp kim khó gia công cơ và tính đúc thấp 1.3. Phạm vi sử dụng Độ bóng bề mặt vật đúc có thể đạt 5-7; có thể chế tạo lỗ nhỏ tới 2mm và thành dày 1 – 10mm Cho phép đúc các sản phẩm từ 10 gam đến trên trăm kg; nhưng khi chi tiết càng lớn thì độ chính xác càng thấp 1.3. Phạm vi sử dụng Chỉ có hiệu quả khi sản lượng đúc tương đối lớn để đủ khấu hao khuôn ép Dùng đúc các vật đúc cần giảm khối lượng gia công cơ khí (ví dụ: khuôn dập); các chi tiết không thể gia công cơ khí (ví dụ: chi tiết máy khâu công nghiệp, chân vịt ) Đúc các hợp kim có độ cứng rất cao Hàng mỹ nghệ cao cấp 1.3. Phạm vi sử dụng 1.3. Phạm vi sử dụng 1.3. Phạm vi sử dụng 2. Vật liệu & p/p chế tạo mẫu 2.1. Yêu cầu đ/với vật liệu chế tạo mẫu Nhiệt độ nóng chảy không quá cao (60-100 0 C) để dễ chế tạo và nung chảy mẫu Nhiệt độ hóa mềm đủ cao (>35-40 0 C) 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 2.1. Yêu cầu đ/với vật liệu chế tạo mẫu 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 2.2. 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 2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy 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 (160-180 0 C); bền cơ & bền nhiệt cao - Độ co lớn 2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy Các chất tạo mẫu trên thường không được sử dụng riêng biệt mà dưới dạng hỗn hợp Hỗn hợp parafin-stearin (PS): - Thường dùng PS 50-50 và PS 30-70 Hỗn 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 2.2. Vật liệu tạo mẫu dễ chảy Vật liệu tạo mẫu dễ chảy thường dùng chế tạo mẫu nhỏ có độ phức tạp trung bình 2.3. 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 2.3. Vật liệu tạo mẫu khó chảy 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 2.4. 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 HH có độ chảy loãng thấp 2.4.Các phương pháp chế tạo mẫu Ép dưới dạng nhão - Cần lực ép lớn - Mẫu co rất ít - Sử dụng phổ biến nhất 2.4. Các phương pháp chế tạo mẫu 2.5. 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) Hàn 2.5. Các phương pháp ghép mẫu Dán: dùng các loại keo đặc biệt để dán 2.6. 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 epoxi Cao su lưu hóa Thạch cao 3. Vật liệu chế tạo khuôn gốm3.1. 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 (Al 2 O 3 ) Silicat zircon (ZrSiO 4 ) Dioxit titan (TiO 2 ) Manhezit Chuẩn bị vật liệu chịu lửa Nghiền Sấy ở 150 – 200 0 C để khử ẩm Sàng bột chịu lửa và cát phủ để có độ hạt thích hợp 3.2. Chất dính (tự đọc “Các pp & CN đúc đặc biệt”) Etyl silicat Nước thủy tinh 4.Phương pháp chế tạo khuôn gốm4.1. Chuẩn bị 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 4.2. 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) 4.3. Tạo khuôn vỏ Nhúng chùm mẫu vào thùng huyền phù (đang quay) để mẫu được bao một lớp vừa đủ 4.3. Tạo khuôn vỏ Phủ một lớp cát mịn lên chùm mẫu (đã nhúng huyền phù Thiết bị tưới cát Thiết bị tạo tầng “sôi” cát Hệ thống hút bụi 4.3. Tạo khuôn vỏ Hong khô tự nhiên hoặc cưỡng bức lớp vỏ rắn Lặp đi lặp lại nhiều lần (5-15, phụ thuộc kích thước chi tiết, chùm mẫu) quá trình: nhúng huyền phù  rắc cát  hong khô 4.3. Tạo khuôn vỏ 4.3. Tạo khuôn vỏ Hệ thống tải + sấy khuôn 4.4. Tách sáp khỏi khuôn Quá trình tách sáp được thực hiện bằng hơi nước quá nhiệt trong các buồng tách sáp 4.4. Tách sáp khỏi khuôn Thùng tách sáp Thiết bị tách nước khỏi sáp Thiết bị lọc sáp Thiết bị bơm sáp 4.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ Sau khi tách sáp, khuôn được nung tới 900-1100 0 C nhằm mục đích: - 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 4.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ Quá trình thiêu kết thường được thực hiện trong các lò buồng đốt bằng ngọn lửa 4.5. Nung thiêu kết khuôn vỏ Lò thiêu kết khuôn vỏ 5. Rót khuôn Khuôn đã được thiêu kết phải được rót ngay 5. Rót khuôn 6. Làm sạch và hoàn tất vật đúc Bắn bi Cắt tách hệ thống rót Phun cát Sửa chữa các khuyết tật Nhiệt luyện Thiết bị phá khuôn Máy cắt Thiết bị màiThiết bị phun cát