Giáo trình Cơ khí đại cương - Chương 3: Kỹ thuật đúc

 của lò: H/D = 2÷3 là hợp lý. 
- Mắt gió: gió vào lò 110÷120 m3/m2.phút là được. 
- Trọng lượng mẻ liệu < 60 kG; tỷ lệ than/gang khoảng 20÷30%. 
3.4. ĐÚC KIM LOẠI MÀU 
3.4.1. ĐẶC ĐIỂM VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ĐỒNG 
a/ Đặc điểm 
- Hợp kim đồng có nhiệt độ chảy thấp (10830C), tính chảy loãng cao có thể đúc được 
những vật đúc phức tạp, rõ nét. 
- Hỗn hợp làm khuôn, lõi nhỏ mịn, cần sơn bột graphit để chống cháy cát. 
- Vì có tính chảy loãng tốt nên có thể phân bố nhiều vật đúc vào một hòm khuôn có chung 
một hệ thống rót, đúc được các vật mỏng. 
- Vì có độ co lớn nên đậu ngót phải lớn và đặt ở những chổ tập trung kim loại. 
- Đồng dể bị ôxy hoá, đồng thanh dể bị thiên tích nên dòng kim loại rót vào khuôn phải 
thấp và nhanh, chảy êm và liên tục nên ống rót thường hình rắn, nhiều tầng. 
b/ Vật liệu nấu: 
- Vật liệu chính: Gồm đồng đỏ kỹ thuật, đồng thanh và đồng thau, hồi liệu. 
- Hợp kim phụ: Hợp kim đồng + 1 nguyên tố kim loại khác (50%Cu + 50%Al hoặc 
80%Cu + 20%Mn) 
- Chất khử oxy: Dùng để hoàn nguyên oxyt kim loại trong hợp kim (90%Cu + 10%P) vì: 
5Cu20 + 2P = 10Cu + P205; P205 tạo thành xĩ nổi lên. 
- Chất trợ dung: Dùng để kim loại lỏng khỏi bị oxy hoá và để tách tạp chất ra thành xỉ. 
Thường dùng: Than củi hoặc thuỷ tinh lỏng, thạch cao, muối ăn. 
c/ Lò nấu đồng 
 Thường dùng lò nồi, lò ngọn lửa, lò hồ quang và lò cảm ứng. Ở nước ta hiện nay thường 
nấu đồng bằng nồi grafit đốt bằng than. Nồi grafit xốp, khí dể xâm nhập vào kim loại lỏng và có 
độ bền không cao nên phải thận trọng khi vận chuyển. Trước khi nấu phải sấy nồi bằng củi sau đó 
cho thêm than để tăng dần lên 6000C mới chất liệu. 
d/ Quá trình nấu đồng: 
Khãi
Líp c¸ch nhiÖt
G¹ch chÞu löa
N¾p lß
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG 
26
- Nấu đồng đỏ: Sấy lò 900÷10000C, 
rồi chất một lớp than củi vào đáy nồi và phủ 
một lớp than củi lên trên. Tiếp tục nung đến 
khi Cu nóng chảy. Sau khi Cu nóng chảy, cho 
dần Cu + P vào khử ôxy. Khử xong rót lấy 
mẫu, để nguội đem bẻ mẫu. Nếu mẫu bị nứt 
chứng tỏ vẫn còn ôxy và tiếp tục khử hết ôxy 
rồi mới rót. 
- Nấu đồng thanh: Sấy lò 700÷8000c 
rồi tiến hành như trên. Cần khuấy đều, khi 
lượng Cu chảy hết cho 1/2 lượng Cu+P vào 
khử ôxy. 
- Nấu đồng thau: Như nấu đồng thanh nhưng kẽm dễ bốc hơi nên phế liệu (có chứa kẽm) 
và các chất dễ cháy để sau cùng. 
3.4.2. ĐẶC ĐIỂM VÀ CÔNG NGHỆ ĐÚC NHÔM 
a/ Đặc điểm: 
- Thường đúc trong khuôn cát và trong khuôn kim loại. 
- Nhôm co nhiều nên hỗn hợp làm khuôn phải có tính lún tốt, độ bền cao, tăng chất dính và 
chất phụ. 
- Nhôm có tinh chảy loãng cao nên có thể đúc được cácvật đúc có thành mỏng tới 2,5 mm 
và phức tạp. 
- Nhôm dễ hoà tan khí nên ống rót dùng loại hình rắn, bậc. 
- Đậu hơi, đậu ngót lớn đến 250% khối lượng vật đúc. 
- Không nên dỡ khuôn sớm quá vì nguội nhanh ngoài không khí dể bị nứt. 
b/ Công nghệ đúc nhôm 
- Nguyên vật liệu: Gồm 40 ÷ 60% vật liệu cũ và 60 ÷ 40% kim loại nguyên chất. Kim loại 
nguyên chất thường dùng: 90%Al + 10%Mn; 50%Al + 50%Cu; 85%Al + 15%Si. 
- Chất trợ dung: để ngừa sự ôxy hoá và tạo xỉ. Thường dùng 
các loại: 44%KCl + 56%MnCl2 hoặc 50%NaCl + 35%KCl + 
15%Na3AlFe6. Những chất này phá huỹ ôxyt nhôm để tạo xĩ. 
- Lò nấu nhôm: thường dùng: Lò nồi, lò điện trở hoặc lò 
cảm ứng. 
- Quá trình nấu: Nấu nhôm khó khăn do sự oxy hoá mạnh 
liệt và sự bảo hoà khí khi nung trên 8000C. Nên thường nấu dưới 
lớp chất trợ dung, tinh luyện bằng khí hoặc muối rồi biến tính. H.3.13. Lò điện trở nấu nhôm
+ Nấu dưới lớp chất trợ dung: Chất 1/3 mẽ liệu vào lò, trên phủ một lớp chất trợ dung rồi 
tiến hành nấu chảy. Phần mẽ liệu còn lại sấy nóng đến 100÷1200C (thoát hết nước) rồi cho vào 
kim loại lỏng trong lò. Để tổ chức đều mịn ta cho vào một số chất biến tính. Khuấy đều rồi thử 
mẫu, nếu mẫu nguội mà còn sủi bọt thì phải tiếp tục khử ôxy. 
+ Tinh luyện bằng khí: Nấu chảy 1/3 mẽ liệu, cho hợp kim phụ và phần còn lại của mẽ liệu 
vào lò. Khuấy đều rồi thổi khí clo (hoặc N2) vào kim loại lỏng, khoảng 5 ÷15 phút để tinh luyện: 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG 
27
 3Cl2 + 2Al = 2AlCl3↑ + Q và Cl2 + H2 = 2HCl↑ + Q 
 AlCl3 và HCl bay lên tạo thành sự sôi mang theo các tạp chất Al2O3, SiO2 và các khí khác 
thoát ra ngoài. sau đó cũng làm biến tính, thử và rót vào khuôn. 
3.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ĐẶC BIỆT 
Đúc trong khuôn cát có độ bóng, chính xác thấp, lượng dư gia công lớn, nhiều khuyết tật, 
giá thành chế tạo cao nên hiện nay xuất hiện các phương pháp đúc đặc biệt như: Đúc trong khuôn 
kim loại, đúc dưới áp lực, đúc ly tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc 
liên tục v.v... 
3.5.1. ĐÚC TRONG KHUÔN KIM LOẠI 
a/ Đặc điểm: 
- Khuôn có thể dùng được nhiều lần (vài trăm đến hàng vạn) tuỳ thuộc vào khối lượng vật 
đúc. Vật đúc có độ chính xác và độ bóng cao (cấp 7, 8; RZ = 20 ÷ Ra = 0,63) 
- Tổ chức hạt kim loại nhỏ, mịn (do nguội nhanh) nên cơ tính tốt. Tiết kiệm được vật liệu 
làm khuôn và điều kiện lao động tốt. Giá thành khuôn đắt nên dùng sản xuất hàng loạt. 
- Độ dẫn nhiệt khuôn lớn nên khi đúc gang dễ bị hoá trắng và giảm khả năng điền đầy của 
kim loại vì thế khó đúc thành mỏng và phức tạp. 
- Khuôn, lõi bằng kim loại nên không có tính lún, ngăn cản sự co của kim loại nhiều làm 
cho vật đúc dễ nứt. 
Hiện nay thường sử dụng rộng rãi để đúc thép, gang, đồng, nhôm, magiê khi chế tạo các 
chi tiết như sécmăng- xilanh của bơm thuỷ lực, van, piston, trục khuỷu, cam ... 
b/ Vật liệu làm khuôn, lõi và kết cấu khuôn 
Vật liệu làm khuôn: thép hợp kim, thép cácbon, hợp kim đồng. Vật liệu làm lõi: kim loại 
hoặc làm bằng cát-đất sét. 
Kết cấu khuôn: Khuôn gồm hai nửa 1 và 2, lòng 
khuôn 3, hệ thống rót 4 (hệ thống rót thường bố trí ở mặt 
phân khuôn để dễ chế tạo khuôn), gờ khuôn 5 để đảm 
bảo cứng vững cho khuôn, chốt định vị 6 để lắp hai nửa 
khuôn với nhau chính xác. Để kẹp chặt khuon lên máy ta 
dùng gờ 7 có lỗ bắt bulông. Đặt lõi cát 8 nhờ gối lõi 9. 
Khí trong khuôn thoát ra theo rãnh thoát khí 10 (đặt dọc 
theo mặt phân khuôn và sâu 0,2 ÷ 0,5mm). Để dễ lấy vật 
đúc ra khỏi khuôn, ta dùng chốt đẩy thường chế tạo 
thành thỏi hình trụ và lắp vào các lỗ 11 ở thành khuôn. H.3.14. Khu«n kim lo¹i 
c/ Quá trình công nghệ đúc:Làm sạch bề mặt khuôn, lõi; sấy khuôn đến T0 nhất định; sơn 
lên bề mặt khuôn, lõi một lớp sơn chịu nhiệt dày 2mm. Sơn phủ lên lớp sơn đệm một lớp sơn áo 
bằng dầu mazút, dầu hôi hoặc dầu thực vật. Lắp ráp khuôn và rót kim loại. Để nguội vật đúc một 
thời gian rồi dỡ khuôn.
3.5.2. ĐÚC DƯỚI ÁP LỰC 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG 
28
a/ Đặc điểm: Vật đúc có độ chính xác, độ bóng cao (cấp 6,7; RZ =10 ÷ Ra = 0,63). Đúc 
được những vật đúc mỏng và phức tạp. Vật đúc nguội nhanh cho nên cơ tính cao; năng suất cao. 
Khuôn làm việc dưới áp suất cao, dòng chảy kim loại lớn nên khuôn mau mòn và chóng bị hỏng.
Đúc dưới áp lực dùng để chế tạo các chi tiết phức tạp như: van dẫn khí, vỏ bơm xăng dầu, 
nắp buồng ép. Vật liệu đúc áp lực: Thiếc chì, kẽm, magiê, nhôm, đồng.
b/ Nguyên lý chung của đúc áp lực 
 Đúc dưới áp lực dùng để chế tạo các chi tiết phức tạp như vỏ bơm xăng dầu, nắp buồng ép, 
van dẫn khí, kèn đồng...Hợp kim để đúc dưới áp lực thường là hợp kim thiếc, chì, kẽm, magiê, 
nhôm, đồng. Khuôn kim loại để đúc dưới áp lực thường gồm hai nửa, một nửa khuôn cố định và 
một nửa khuôn di động. Lõi kim loại có nhiều mảnh ghép với nhau như đúc trong khuôn kim loại. 
Ngoài ra, còn có chốt đẩy vật đúc, hộp để kẹp khuôn và các chi tiết phụ khác như đinh tán, bulông 
kẹp...Kim loại lỏng được đổ vào xi lanh, Piston trên nén xuống, piston dưới đi xuống, kim loại 
lỏng theo rãnh dẫn vào khuôn đúc, sản phẩm được đẩy ra nhờ cơ cấu bàn đẩy. 
H.3.15. Sơ đồ nguyên lý đúc áp lực thấp
c/ Máy đúc áp lực: 
 Máy đúc áp lực có 2 loại áp lực thấp có áp suất ép khoảng 6 ÷ 75at. 
 Loại máy này có thể vận 
hành bằng tay hoặc tự động. 
Nó chỉ dùng để đúc kim loại 
có điểm chảy < 4500C (như 
thiếc, chì, kẽm). Máy đúc áp 
lực cao có áp suất ép khoảng 
100 ÷ 200at. Vì có áp suất 
lớn nên nó khắc phục được 
nhược điểm của loại máy 
đúc áp lực thấp, có thể dùng 
để đúc những kim loại màu 
có điểm chảy > 4500C, do đó 
loại máy này được dùng phổ 
biến hơn. 
H.3.16. máy đúc áp lực 
3.5.3. ĐÚC LY TÂM 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG 
29
a/ Thực chất 
Đúc ly tâm là rót kim loại vào khuôn quay, nhờ lực ly tâm mà kim loại lỏng được phân bố 
đều trên bề mặt bên trong của khuôn để tạo thành vật đúc. Lực ly tâm được xác định bằng công 
thức: 
P = m.r.ω2
 Ở đây m - khối lượng riêng của kim loại vật đúc; r - bán kính khuôn quay; ω - vận tốc quay 
của khuôn. 
b/ Đặc điểm 
- Đúc được những chi tiết hình tròn xoay, rỗng mà không cần lõi, những vật đúc có thành 
mỏng, có gân, hoặc hình nổi mỏng. Vật đúc sạch, tổ chức kim loại mịn chặt. 
- Chỉ thích ứng cho các chi tiết hình tròn xoay, rỗng. Chất lượng bề mặt trong không tốt. Vật 
đúc dễ bị thiên tích. 
- Khuôn cần có độ bền cao, chịu nhiệt tốt. Máy đúc ly tâm cần có độ kín tốt, khả năng cân 
bằng động cao và khó xác định chính xác đường kính trong của sản phẩm chính xác. 
c/ Các phương pháp đúc ly tâm 
- Đúc ly tâm đứng: Khuôn quay theo trục thẳng đứng. Vật đúc thường có dạng một 
Parabonloit. Phương pháp này dùng để đúc các chi tiết ngắn. 
 H.3.18. Sơ đồ đúc ly tâm đứng H.3.17. sơ đồ đúc ly tâm nằm 
- Đúc ly tâm nằm ngang: Khuôn quay theo phương nằm ngang. Vật đúc là một ống hình 
trụ có chiều dày như nhau. Nhưng đúc ly tâm nằm do phải dùng máng rót kim loại nên không thể 
đúc được những ống có đường kính nhỏ. Số vòng quay của khuôn người ta tính bằng công thức 
sau: ( )ph/vg
r
k
n 0= . 
Trong đó: r là bán kính của vật đúc (cm); k0: hệ số phụ thuộc vào kim loại vật đúc; đúc 
gang k0 = 1800 ÷ 2500; đúc thép k0 = 2150 ÷ 2730; đúc đồng đỏ k0 = 2000 ÷ 2200; đúc đồng 
thanh k0 = 1900; đúc nhôm k0 = 2600 ÷ 3500. 
 Để kim loại chảy đều vào trong khuôn, đôi khi người ta đặt trục quay của khuôn nghiêng 
với mặt phẳng ngang một góc α ≤ 50. 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG 
30