Các phương pháp đúc kim loại - hcmut.edu.vndantn/kalpakjian/pdf/Metal Casting Processes.pdf · của khuôn đúc (Mould). • Việc chọn lựa phương pháp đúc để

Tài liệu đào tạo KỸ SƯ TÀU THỦY. Th.S Trần Ngọc Dân1

Các phương pháp đúckim loại

Tài liệu đào tạo KỸ SƯ TÀU THỦY. Th.S Trần Ngọc Dân

3

Các phương pháp chế tạo

Đúc

Expendablemold

Permanentmold

Định hìnhTạo hình

Cán

Rèn

Ép

Kéo

Dập nguội

PM

Cắt gọt

Tiện

Phay

Khoan

Doa

Mài

Bào

Xọc

Hàn & Lắp

Hàn Brazing

Soldering

Bonding

lắp cứng

Hoàn tất:

Cạo

Đánh bóng

Deburring

Xử lýbề mặt

Sơn -phủ

Tài liệu đào tạo KỸ SƯ TÀU THỦY. Th.S Trần Ngọc Dân 3

Đúc là gì ? • Là các phương pháp định hình thể tích vật liệu bằng cách nung chảy

Chúng sau đó đông đặc trong khuôn • Đúc (Casting) có thể thực hiện trên các vật liệu nào ?

– Hầu hết kim loại , vật liệu nung chảy được) đều có thể đúc

• Đúc = rót (pouring) hoặc phun (injecting) vật liệu nóng chảy vào lòngkhuôn (cavity), sau đó vật liệu đông đặc có hình dạng của lòng khuôn

• Lòng khuôn được định hình theo bao ngoài của chi tiết là bộ phân chính của khuôn đúc (Mould).

• Việc chọn lựa phương pháp đúc để chế tạo dựa vào các tiêu chí sau

– yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm , chi tiết

– tính khả thi (Suitability) : vật liệu,hình dạng, kích thước, sản lượng

– giá thành


5

Ưu điểm

• Là phương pháp tốt nhất để chế tạo các chi tiết lớncó hình dạng và các cấu kiện bên trong phức tạp

• Sản phẩm đúc có hình dạng hoàn tất (net shape)hoặc gần hoàn tất (near net shape)

• Đúc có ưu thế khi sản xuất hàng loạt các chi tiếtcó yêu cầu cơ tính thích hợp

• Đúc là phương án tạo hàng loạt sản phẩm toàn khối khả thi nhất


7

CÁC SẢN PHẨM ĐIỂN HÌNH BẰNG HỢP KIM NHÔM

Block máy cở lớn có cấu tạo bên trongphức tạp khó chế tạo bằng phương pháphàn

Block động cơ máy bay bằng hợp kimAl-Si-Mg (A 356) có tính hàn kém


SẢN PHẨM ĐÚC BẰNG HỢP KIM MAGNESIUM

Block hộp số chính của trực thăng yêu cầu Bền + nhẹ

Các bề mặt lớn có bề dày thành mỏng nhất 5 mm. Khi đúc có các kênh dẫn dầu đường kính từ 5-12 mm chạy suốt chiều dài 500mm. trọng lượng 50 kg - Đúc áp lực cao bằng khuôn kim loại.


9

Các sản phẩm điển hình bằng hợp kim MAGNESIUM

Vỏ mỏng cở lớn (vỏ tên lữa) có cấu hình bên trong phức tạp.

Sản phẩm yêu cầu định vị chính xác các lỗ lắp, kết cấu bên trong phức tạp


Phân nhóm khuôn đúc


Phân nhóm các phương pháp Đúc

Khuôn tiêu hao Khuôn vĩnh cữuKéo dàiđơn tinh thể

Khuôn cátKhuôn vỏ mỏng Mẫu nóng chảy

Thạch cao Gốm

Investment

Bùn nhãoép áp lực

Khuôn kim loại

Đúc ly tâm

Đúc ép (dẻo)

Đúc vi mạchđơn tinh thể

Đúc đơn tinh thể kéo dài theo phương xác định. (turbine blade)


Sơ đồ tiến trình triển khai sản phẩm đúc

CHUẨN BỊ SẢN XUẤT - LÒ NẤU - HỆ THỐNG RÓT

RECLAIMED SAND

BẢNG VẼCHI TIẾT

ƯỚC LƯỢNGGIÁ CHẾ TẠO

HỢP ĐỒNGCHẾ TẠO

BẢNG VẼ ĐÚC BẢNG VẼ CÁC TRANG BỊ BẢNG VẼ THI CÔNG THỮ NGHIỆM

CHUẨN BỊ KHUÔN - LÕI , MẶT BẰNG SAND MIXING AND

TESTING

LƯỢNG DƯ CUNG LƯỢN ĐỘ XIÊN

PHÂN KHUÔN

MẪU & HỘP LỎI . KHUÔN ĐẬU RÓT , ĐẬU CO CHILL

HỆ THỐNG RÓT BỐ TRÍ KHUÔN KHU VỰC LÀM KHUÔN KHU VỰC DỠ KHUÔN

CÁC THỰ NGHIỆM CẦN THIẾT - TIÊU CHUẨN

ASSEMBLY

CASTING

KNOCK OUT REJECTION

FURNACES MELT AND REFINE

HEAT TREATMENT

FETTLING AND CLEANING

NDT AND INSPECTION

SHIPPING

13

Các công đoạn đúc bằng khuôn cát


14

Các phương pháp đúc khác• Đúc khuôn vỏ mỏng (Shell mold casting)

• Đúc khuôn tự hũy (Investment casting)

• Đúc khuôn vĩnh cữu (Permanent mold casting)

• Đúc khuôn áp lực (Pressure die casting)

• Đúc ly tâm (Centrifugal casting)

15

ĐÚC KHUÔN VỎ MỎNG(SHELL MOLD)

- Tạo 2 nữa mẫu bằng kim loại (175 – 370 0C) phủ mẫu bằng Silicon) - Trộn cát với nhựa nhiệt dẻo (thermoset resin/epoxy-urea formaldehyde) - Nướng mẫu đã phủ cát trong lò nung - Tháo hai nữa mẫu và ghép khuôn lại. - Rót kim loại - Đông đặc - Dỡ khuôn lấy chi tiết ra

Ứng dụng: các chi tiết cơ khí kích thước nhỏ cần độ chính xác cao như thân bánh răng, các đai ốc có mũ cầu ...

16

Đúc bằng mẫu nóng chảy

- Mẫu được làm bằng Styrofoam pattern (PS) nhúng vào bùn tạo từ cát có nhiệt độ nóng chảy cao. - Đưa vào khuôn cát- Rót kim loại-foam sẽ bay hơi và kim loại sẽ thế chỗ - Làm nguội và dỡ khuôn

Ứng dụng: đúc thân van bình gas, trục khuỹu, thân thắng đĩa, block máy có cấu trúc phức tạp khó phân khuôn.


Đúc bằng khuôn thạch cao (Plaster-mold), khuôn gốm (Ceramic-mold)

Bùn Thạch cao (plaster of Paris): thành phần CaSO4, bột talc, Flour SiliciumBùn Ceramic: thành phần silica, bột mịn Zircon (ZrSiO4

- Phủ bùn nhão lên mẫu- Sấy khô ở nhiệt độ thấp - Tách lấy mẫu ra khỏi vỏ khuôn - Phủ một lớp sét (gia cường), nướng trong lò để kết dính - Rót kim loại- Dỡ khuôn

Khuôn thạch cao cho bề mặt đúc mịn , do thạch cao có độ dẫn nhiệt kém, kim loại đúc kết tinh chập ít biến dạng. Thích hợp đúc các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp (Zb, Al, Cu, Mg).

Khuôn gốm thích hợp đúc các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao (thép). Ứng dụng đúc cánh bơm, turbine, dao cắt, khuôn rèn, dập và khuôn ép nhựa ....


Đúc đầu tư khuôn (Investment casting /lost wax process)

(a) Tạo mẫu bằng sáp (khuôn ép phun)

(b) Gắn các mẫu vào đậu rót bằng sáp

(c) Tạo vỏ khuôn bằng bùn gốm - tráng nhiều lớp , xen kẽ các lớp sét phụ gia tăng bền

(d) Sấy khô lớp bùn gốm sấy khô (sáp sẽ chảy hết tạo lòng khuôn

(e) Rót kim loại lỏng vào khuôn - Bổ sung liên tục kim loại lỏng trước khi đông đặc để bảo đảm điền đầy khuôn (f) Dỡ khuôn bằng dòng nước

cao áp

(g) Cắt rời các chi tiết - hoàn tất

19

PEMP

EMM2512

M.S Ramaiah School of Advanced Studies - Bangalore


Các chi tiết có độ chính xác caosản xuất bằng phương pháp đúc đầu tư khuôn


Khung máy

Bộ chuyển đổi moment động cơ máy bay được đúc chính xác bằng phương pháp đầu tư khuôn

Chi tiết có vách mỏng “rope pulley” hệ thống lái máy bay.


Đúc bằng khuôn vĩnh cữu

KHUÔN : kim loại (gang, thép, hợp kim chịu nhiệt)

LỎI: (chi tiết rỗng) - kim loại: khi lỏi có thể tháo ra từ chi tiết - cát: khi lỏi không tháo được

Bề mặt khuôn: tráng một lớp vật liệu chịu nhiệt

- Phun chất bôi trơn (graphite, silica) - tăng tốc độ chảy, tăng tuổi thọ khuôn

- Dung sai nhỏ, chất lượng bề mặt cao

- Kim loại có nhiệt độ chảy thấp(Cu, Bronze, Al, Mg)


PEMP

EMM2512

GDC – Gravity Die Casting Đúc khuôn vĩnh cữu

Khuôn không tiêu hao bằng gang, thép chứa đến 2% Ni.

Rót bằng trọng lực khi khuông nóng 150 đến 200 0C

Tuổi thọ khuôn 1000 đến 2000 lần rót

Độ bền tốt hơn

Chính xác hơn

Cấu trúc hạt mịn hơn

Khả năng bọt , xốp thấp

Năng suất cao hơn

Hạn chế vật liệu có thể / hình dạng / kích thước

Yêu cầu môi trường thông thoáng

Khuôn cần hệ thống giải nhiệt tốt (ở tiết diện đúc lớn)


Khuôn trên máy đúc có lỏi tháo được

Metal Mould Casting – Gravity Die

Tài liệu đào tạo KỸ SƯ TÀU THỦY. Th.S Trần Ngọc Dân25 M.S Ramaiah School of Advanced Studies - Bangalore

Ứng dụng Thân thắng đĩaTrọng lượng: ~2.5 Kg

Brake System approx. 0.750 Kg


Thân hộ số 3 trục approx. 3.25 Kg

Application : Transmission (gear box) Weight : approx. 1.5 Kg


27

PDC (Pressure Die Casting) Kim loại lỏng được ép vào khuôn thép ở tốc độ cao và đông đặc ở áp suất cao

Áp suất ép : 7 MPa đến 140 MPa

Lực khó khuôn - 2000 ton

Năng suất đúc: 5 – 10 chi tiết / minute

Thép khuôn: 0.3 C; 5.0 Si; 1.3 Mo; 1.0V. độ cứng 420 – 460 BHN

Tuổi thọ khuôn : 50,000 đến 200.000 sản phẩm

Bề mặt tuyệt hảo / đồng nhất

Độ chính xác cao: đến 0.05mm

Có kha năng đúc vách mỏng đến 1mm (Al alloy)

Hạn chế kim loại có thể đúc / hình dạng và kích thước

Dễ bị bọt xốp (khuếch tán N) - có thể khữ bằng Oxy2

producing Al2O3 surface


Đúc khuôn ép nóng Hot Chamber Die Casting

•

Đúc các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp (kẽm và magnesium)

•

Áp lực ép 7 MPa đến 14 MPa có thể đến 35 MPa.


29

PEMP

EMM2512

Đúc khuôn ép nguội

•

Sử dụng với kim loại nhiệt độ chảy cao (aluminum và copper)

•

Áp lực ép từ 35 đến 140 MPa


Sản phẩm đúc áp lực


Đúc ly tâm - khuôn vĩnh cữu - tốc độ quay 300 ~ 3000 rpm - kim loại rót và đông rắn từ thành khuôn

- Surface finish: better along outer diameter than inner, - Impurities, inclusions, closer to the inner diameter


EMM2512

M.S Ramaiah School of Advanced Studies - Bangalore

Centrifugal casting

Eg. Cylinder Liners, Piston rings etc.

33



Tổng kết về năng lực các pp đúcProcess Alloy

Range Weight Range Kg

Economic Quantity

Thin Section mm

Surface Finish

μm

Dimensional Accuracy

mm per 100mm

Sand Most 0.1 to 100,000

1 to 100,000

> 5 6.3 to 25

Evaporative Most 0.5 to 5000 1000 + > 2 3.2 to12.5 0.5

Investment Most 0.05 to 250 1000 + > 1.5 0.8 to 3.2 0.5

Gravity Die Non- ferrous

0.1 to 70 1000 + > 5 3.2 to 6.3 0.25

LPDC Non-ferrous

5 to 25 1000 + > 4 1.6 to 6.3 0.55

HPDC Non-ferrous

0.05 to 25 5000 + > 0.5 0.4 to 3.2 0.15

36

Đặc điểm các pp đúc

Process Advantages Disadvantages Examples Sand many metals, sizes, shapes,

cheap poor finish & tolerance

engine blocks, cylinder heads

Shell mold better accuracy, finish, higher production rate

limited part size connecting rods, gear housings

Expendable pattern

Wide range of metals, sizes, shapes

patterns have low strength

cylinder heads, brake components

Plaster mold complex shapes, good surface finish

non-ferrous metals, low production rate

prototypes of mechanical parts

Ceramic mold complex shapes, high accuracy, good finish

small sizes impellers, injection mold tooling

Investment complex shapes, excellent finish small parts, expensive jewellery

Permanent mold

good finish, low porosity, high production rate

Costly mold, simpler shapes only

gears, gear housings

Die Excellent dimensional accuracy, high production rate

costly dies, small parts, non-ferrous metals

gears, camera bodies, car wheels

Centrifugal Large cylindrical parts, good quality

Expensive, few shapes pipes, boilers, flywheels


• Các khuyết tật đúc tùy theo loại, kích thước, phân bố và vị trí sẽ gây tổn thất tính nguyên vẹn của sản phẩm .

• Khuyết tật trong giới hạn được chấp nhận, khuyết tật bề mặt có thể được sửa chữa bằng pp hàn

• Có những khuyết tật nghiêm trọng đòi hỏi phải loại bỏ sản phẩm hoặc cải tiến qui trình đúc

Khuyết tật đúc


Kết luận • Đúc là phương pháp định hình có ứng dụng

rộng rải trong công nghệ chế tạo

• Các phương pháp đúc đa dạng

• Mỗi phương pháp có đặc trưng riêng để chọn lựa phù hợp

Cảm ơn đã quan tâm

Documents

Các phương pháp đúc kim loại - hcmut.edu.vndantn/kalpakjian/pdf/Metal Casting Processes.pdf · của khuôn đúc (Mould). • Việc chọn lựa phương pháp đúc để