Đúc

Các chi tiết sẽ được chế tạo bằng phương pháp đúc nếu không thể chế tạo bằng các phương pháp khác, hoặc tuy được nhưng không kinh tế, hoặc vì cần phải tận dụng những đặc tính riêng của vật liệu đúc, thí dụ như đặc tính trượt (Hình 1).

1. Khuôn và mẫu

Khuôn
Có hai phương pháp tạo khuôn: khuôn hủy là loại khuôn chỉ sử dụng một lần rồi hủy và khuôn vĩnh cửu (Bảng 2).

 Khuôn hủy có nghĩa là khi lấy vật đúc ra khuôn sẽ bị hủy. Loại khuôn này thường được tạo bằng cát thạch anh và chất sắt thép (kim loại màu, kim loại nhẹ) với số lượng nhiều. Khuôn được chế tạo bằng vật liệu thép hoặc hợp kim gang đúc.

Mẫu
Để chế tạo khuôn hủy người ta phải sử dụng mẫu. Để chế tạo vật mẫu cần phải có bản vẽ của chi tiết (Hình 1.1 trang 87)

. Vì phôi đúc sẽ co lại khi nguội cho nên kích thước mẫu phải lớn hơn kích thước của chi tiết thành phẩm tương đương với độ co ngót của sản phẩm (Hình 2). Ngoài ra người ta còn phải tính thêm vào bề mặt được gia công của mẫu phần lượng dư gia công. Độ co rút (Độ co ngót) tùy thuộc vào từng vật liệu đúc khác nhau, vào khoảng 2% kích thước vật mẫu (Bảng 1)

. Về vật mẫu cũng có 2 loại, mẫu vĩnh cửu và mẫu chảy (mẫu tự hủy). Mẫu vĩnh cửu là mẫu được dùng lại nhiều lần để tạo khuôn đúc. Mẫu chảy nằm lại trong lòng khuôn, khi rót kim loại lỏng vào khuôn mẫu chảy sẽ tự hủy (Trang 89). Để tạo phần rỗng và mặt sau bị xén trong vật đúc người ta sử dụng lõi (thao). Lõi cát được chế tạo bằng hộp lõi (Hình 1.3, trang 87). Lõi phải có tai gối (đầu gác thao) để vật mẫu nằm đúng vị trí trong lòng khuôn (Hình 1.2 và 1.7, trang 87).
2.Đúc khuôn hủy

2.1 Phương pháp tạo khuôn đúc với mẫu vĩnh cửu

Có nhiều cách tạo khuôn đúc với mẫu bền: khuôn nện dùng tay (thủ công), khuôn nện dùng máy, khuôn chân không và khuôn vỏ mỏng (khuôn mặt nạ).

Khuôn tay và khuôn máy

Khi tạo khuôn cho vật mẫu có thể dùng hòm khuôn từ hai hoặc nhiều phần (Hình 1). Việc tạo khuôn bằng tay (thủ công) áp dụng với vật đúc kích thước lớn hoặc số lượng sản phẩm nhỏ. Đối với vật mẫu gồm hai nửa (hai phần) thì một nửa được đặt vào hộp khuôn dưới. Vật liệu điền đầy (cát) được nén chặt (dẽ) bằng tay (Hình 1.5). Hộp khuôn nửa trên được đặt úp lên khuôn bên dưới (đã được lật ngửa) vào đúng vị trí của các chốt định vị. Sau đó đặt nửa mẫu trên vào, đổ cát tạo khuôn lên và nện chặt (Hình 1.6). Sau khi tách dỡ hai nửa khuôn riêng ra đến lượt dùng dụng cụ cắt, xẻ các rãnh cho hệ thống dẫn gồm máng dẫn (culê) và đậu dẫn. Sau đó lấy mẫu ra và đặt lõi vào. Để tránh sức đẩy lên trên của kim loại lỏng, hai nửa khuôn đúc trên và dưới phải được kẹp nối với nhau hoặc dùng vật nặng đè lên trên (Hình 1.7). Kim loại lỏng được rót đầy vào lòng khuôn qua đậu rót, khí trong khuôn thoát ra ngoài qua các đậu ngót. Kim loại lỏng trong các đậu ngót sẽ bù đắp phần co lại của vật đúc trong lòng khuôn, tránh được lỗi bọt khí (rỗ khí, rỗ co) do sự co rút. Các ứng dụng: Đúc cánh quạt tuốc-bin cho nhà máy thủy điện và bàn giá kê cho trung tâm gia công. Trong trường hợp tạo khuôn máy, các công đoạn cũng giống như tạo khuôn bằng tay, máy móc được dùng để nén vật liệu làm khuôn (cát) và để lấy mẫu ra khỏi lòng khuôn. Ngoài ra đối với các thiết bị hoàn toàn tự động còn có thêm khâu đúc/ rót và lấy vật đúc (chi tiết đúc) ra khỏi khuôn sau khi đông đặc, rút ngắn thời gian sản xuất. Tuy nhiên tạo khuôn máy chỉ bắt đầu có hiệu quả kinh tế với số lượng từ trung bình trở lên. Vật đúc của khuôn đúc máy có độ chính xác cao hơn khuôn tay và độ nhẵn bề mặt cũng tốt hơn. Các ứng dụng: Đúc trục khuỷu cho ô tô.

Khuôn chân không
Để tạo khuôn chân không người ta dùng cát không có chất kết dính. Hai nửa vật mẫu có những lỗ khoan nhỏ thông với thùng rỗng của hộp khuôn chân không (Hình 1.1). Một tấm màng co (plastic mỏng) được phủ trùm lên vật mẫu. Dưới sức nóng của hộp sưởi điện bên trên và do sức hút chân không từ mặt dưới, tấm màng co biến dạng theo hình thù của vật mẫu (Hình 1.1). Qua sự rung đều của bộ khuôn, cát trong khuôn dồn sít lại. Sau đó người ta phủ lên trên một tấm màng co thứ hai và dưới sức hút chân không cát trong lòng khuôn bị nén chặt (Hình 1.2). Khi tắt máy hút chân không (của hộp ngang bên dưới) ta có thể tách khuôn đúc ra khỏi mẫu (Hình 1.3). Sau khi tạo xong nửa kia của khuôn, hai nửa trên dưới được chập lại với nhau, gài chắc và đúc, trong khi đó vẫn giữ toàn bộ hộp khuôn trong tình trạng bị hút chân không – áp suất âm – (Hình 1.4). Qua đây tấm màng co sẽ bị bốc hơi. Ở hộp khuôn chân không, phần rỗng của lòng khuôn được giữ trong tình trạng chân không (dưới áp lực âm) Sau khi vật đúc đã đông đặc lại (kết tinh), tắt máy hút chân không, vật đúc (và cát nén) tự động rơi ra khỏi khuôn (Hình 1.5). Cát làm khuôn có thể sử dụng lại. Các ứng dụng: Đúc bệ (bàn) máy công cụ và tấm thành khung hai bên của máy in.
 

Khuôn vỏ mỏng (khuôn mặt nạ, khuôn cát nhựa)
Khuôn vỏ mỏng là loại hộp khuôn và lòng khuôn chỉ dày khoảng vài milimét, làm bằng hỗn hợp cát thạch anh mịn và chất nhựa phenol (phenolic resin). Muốn tạo khuôn và lõi, người ta đổ hỗn hợp cát + nhựa phenol vào nửa mẫu đã được nung nóng. Sau khoảng 20-40 giây nhựa phenol đông cứng lại tạo nên một lớp vỏ mỏng độ 8-12 mm, vậy là khuôn mỏng đã hoàn thành (Hình 2.1). Khuôn mỏng sau khi tách ra khỏi thiết bị tạo mẫu ở nhiệt độ 5500C sẽ trở nên cứng lại. Lõi cũng được chế tạo với quy trình như vậy. Hai nửa khuôn mỏng dán lại với nhau thành ra một khuôn đúc hoàn chỉnh, được đặt trên nền cát và có thể đúc được sản phẩm (Hình 2.2). Bề mặt của các sản phẩm đúc từ khuôn vỏ mỏng có độ bóng bề mặt và độ chính xác cao. Các ứng dụng: Đúc cánh tua-bin của tua-bô nạp khí thải và nắp quy-lát (đầu xylanh) của các động cơ xe hơi.

Đúc khuôn nguyên thể (khuôn đúc đầy)
Để đúc khuôn nguyên thể người ta tạo vật mẫu bằng mốp (bọt xốp) cứng nhựa dẻo (nhựa bọt biển cứng) và cát để tạo khuôn đúc (Hình 2). Mẫu bằng nhựa xốp nằm luôn bên trong khuôn. Khi rót kim loại nóng vào, nhựa sẽ cháy tiêu hoặc hóa khí rồi thoát ra ngoài qua lỗ thoát khí. Thời gian chế tạo và giá thành của vật mẫu bằng nhựa xốp cứng rẻ hơn mẫu bằng gỗ. Kỹ thuật đúc khuôn nguyên thể thích hợp đặc biệt cho việc chế tạo sản phẩm đơn chiếc hoặc hàng mẫu. Các ứng dụng: Đúc bệ nền của máy công cụ và bệ quay của máy tiện carusen (máy tiện rơvonve đứng) lớn