Giáo trình Công nghệ tạo phôi nâng cao

 Giỏo trỡnh 
Cụng nghệ tạo phụi 
 nõng cao 
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao -  1
 Ch−ơng 1 
 Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc và trong môi 
 tr−ờng khí bảo vệ 
 1.1- hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ 
 1.1.1- Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng 
 a) Thực chất 
 Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng Anh 
 viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding), là qúa trình hàn nóng chảy mà hồ quang 
 cháy giữa dây hàn (điện cực hàn) và vật hàn d−ới một lớp thuốc bảo vệ. 
 D−ới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn sát 
 hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn. Dây hàn đ−ợc đẩy vào vũng hàn bằng một 
 cơ cấu đặc biệt với tốc độ phù hợp với tốc độ cháy của nó (hình 1.1a). 
 Theo độ chuyển dịch của nguồn nhiệt (hồ quang) mà kim loại vũng hàn sẽ 
 nguội và kết tinh tạo thành mối hàn (hình 1.1b). Trên mặt vũng hàn và phần mối hàn 
 đã đông đặc hình thành một lớp xỉ có tác dụng tham gia vào các qúa trình luyện kim 
 khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn, và sẽ tách khỏi mối hàn sau khi hàn. Phần 
 thuốc hàn ch−a bị nóng chảy có thể sử dụng lại. 
 Hình 1.1. Sơ đồ hàn d−ới lớp thuốc bảo vệ 
 a. Sơ đồ nguyên lý; b. Cắt dọc theo trục mối hàn 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao -  2
 Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ có thể đ−ợc tự động cả hai khâu cấp dây 
 vào vùng hồ quang và chuyển động hồ quang theo trục mối hàn. Tr−ờng hợp này đ−ợc 
 gọi là “hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ”. 
 Nếu chỉ tự động hoá khâu cấp dây hàn vào vùng hồ quang còn khâu chuyển 
 động hồ quang dọc theo trục mối hàn đ−ợc thao tác bằng tay thì gọi là “hàn hồ quang 
 bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ”. 
 Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ có các đặc điểm sau: 
 - Nhiệt l−ợng hồ quang rất tập trung và nhiệt độ rất cao, cho phép hàn tốc 
 độ lớn. Vì vậy ph−ơng pháp hàn này có thể hàn những chi tiết có chiều dày lớn mà 
 không cần phải vát mép. 
 - Chất l−ợng liên kết hàn cao do bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi tác dụng 
 của ôxy và nitơ trong không khí xung quanh. Kim loại mối hàn đồng nhất về hành 
 phần hoá học. Lớp thuốc và xỉ hàn làm liên kết nguội chậm nên ít bị thiên tích. Mối 
 hàn có hình dạng tốt, đều đặn, ít bị khuyết tật nh− không ngấu, rỗ khí, nứt và bắn toé. 
 - Giảm tiêu hao vật liệu hàn (dây hàn). 
 - Hồ quang đ−ợc bao bọc kín bởi thuốc hàn nên không làm hại mắt và da 
 của thợ hàn. L−ợng khói (khí độc) sinh ra trong qúa trình hàn rất ít so với hàn hồ 
 quang tay. 
 - Dễ cơ khí hoá và tự động hoá qúa trình hàn. 
 b) Phạm vi ứng dụng 
 Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực 
 cơ khí chế tạo, nh− trong sản xuất: các kết cấu thép dạng tấm vỏ kích th−ớc lớn, các 
 dầm thép có khẩu độ và chiều cao, các ống thép có đ−ờng kính lớn, các bồn, bể chứa, 
 bình chịu áp lực và trong công nghiệp đóng tàu... 
 Tuy nhiên, ph−ơng pháp này chủ yếu đ−ợc ứng dụng để hàn các mối hàn ở vị trí 
 hàn bằng, các mối hàn có chiều dài lớn và có quỹ đạo không phức tạp. 
 Ph−ơng pháp hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ có thể hàn đ−ợc các chi tiết 
 có chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm. 
 Bảng 1-1 chỉ ra các chiều dày chi tiết hàn t−ơng ứng với hàn một lớp và nhiều 
 lớp, có vát mép và không vát mép bằng ph−ơng pháp hàn tự động d−ới lớp thuốc bảo 
 vệ. 
 Chiều dày chi tiết hàn t−ơng ứng với các loại mối hàn Bảng1-1 
 Chiều dày chi tiết (mm) 
 Loại mối hàn 1,3 1,4 1,6 3,2 4,8 6,4 10 12,7 19 25 51 102 
 Hàn một lớp không vát mép ← -- -- -- → 
 Hàn một lớp có vát mép ← -- -- → 
 Hàn nhiều lớp ← -- -- -- →
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao -  3
 1.1.2- Vật liệu, thiết bị hàn hồ quang tự động và bán tự động d−ới lớp 
 thuốc bảo vệ 
 a) Vật liệu hàn 
 Chất l−ợng của liên kết hàn d−ới lớp thuốc bảo vệ đ−ợc xác định bằng tác động 
 tổng hợp của dây hàn (điện cực hàn) và thuốc hàn. Dây hàn và thuốc hàn đ−ợc lựa 
 chọn theo loại vật liệu cơ bản, các yêu cầu về cơ lý tính đối với liên kết hàn, cũng nh− 
 điều kiện làm việc của nó. 
 - Dây hàn: Trong hàn hồ quang tự động và bán tự động d−ới lớp thuốc bảo 
 vệ, dây hàn là phần kim loại bổ sung vào mối hàn, đồng thời đóng vai trò điện cực dẫn 
 điện, gây hồ quang và duy trì sự cháy hồ quang. Dây hàn th−ờng có hàm l−ợng C 
 không quá 0,12%. Nếu hàm l−ợng C cao dễ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng xuất 
 hiện nứt trong mối hàn. Đ−ờng kính dây hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc từ 1,6 ữ 
 6 mm, còn đối với hàn hồ quang bán tự động là từ 0,8 ữ 2 mm. 
 - Thuốc hàn: có tác dụng bảo vệ vũng hàn, ổn định hồ quang, khử ôxy, 
 hợp kim hoá kim loại mối hàn và đảm bảo liên kết hàn có hình dạng tốt, xỉ dễ bong. 
 b) Thiết bị hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ 
 Thiết bị hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ rất đa dạng, song hầu hết chúng lại 
 rất giống nhau về nguyên lý và cấu tạo một số bộ phận chính, cụ thể là: 
 Hình 1.2. Thiết bị hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ. 
 1. Cơ cấu cấp dây hàn và bộ điều khiển để gây hồ quang và ổn định hồ 
 quang (đầu hàn). 
 2. Cơ cấu dịch chuyển đầu hàn dọc theo trục mối hàn hay tạo ra các chuyển 
 động t−ơng đối của chi tiết hàn so với đầu hàn. 
 3. Bộ phận cấp và thu thuốc hàn. 
 4. Nguồn điện hàn và các thiết bị điều khiển qúa trình hàn. 
 Tùy theo từng loại thiết bị cụ thể, các cơ cấu này có thể bố trí thành một khối 
 hoặc thành các khối độc lập. Ví dụ trong các loại xe hàn hình 3.2 thì đầu hàn, cơ cấu 
 dịch chuyển đầu hàn, cuộn dây hàn, cơ cấu cung cấp thuốc hàn và cả hệ thống điều 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao -  4
 khiển qúa trình hàn đ−ợc bố trí thành một khối. Nhờ vậy xe hàn có thể chuyển động 
 trực tiếp theo mép rất linh động, nó có thể chuyển động theo các quỹ đạo khác nhau 
 trên kết cấu dạng tấm, thậm chí có thể thực hiện đ−ợc các mối hàn vòng trên các mặt 
 tròn và đ−ờng ống có đ−ờng kính lớn. 
 Đối với máy hàn bán tự động d−ới lớp thuốc bảo 
 vệ thì đầu hàn đ−ợc thay bằng mỏ hàn hay súng hàn nhỏ 
 gọn, dễ điều khiển bằng tay. Cơ cấu cấp dây hàn có thể 
 bố trí rời hoặc cùng khối trong nguồn hàn với các cơ cấu 
 khác. 
 Nguồn điện hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ 
 phải có hệ số làm việc liên tục 100% và có phạm vi điều 
 khiển dòng điện rộng từ vài trăm đến vài ngàn ampe. 
 Trên hình 1.3 là hình ảnh của một loại đầu hàn hồ 
 quang tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ. 
 1.1.3- Công nghệ hàn hồ quang d−ới lớp 
 thuốc bảo vệ 
 a) Chuẩn bị liên kết tr−ớc khi hàn 
 Chuẩn bị vát mép và gá lắp vật hàn cho hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ yêu 
 cầu cẩn thận hơn nhiều so với hàn hồ quang bằng tay. Mép hàn phải bằng phẳng, khe 
 hở hàn đều để cho mối hàn đều đặn, không bị cong vênh, rỗ... 
 Với hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ, những liên kết hàn có chiều dày nhỏ 
 hơn 20 mm không phải vát mép khi hàn hai phía. Những liên kết hàn có chiều dày lớn 
 có thể vát mép bằng mỏ cắt khí, máy cắt plasma hoặc gia công trên máy cắt kim loại. 
 Tr−ớc khi hàn phải làm sạch mép trên một chiều rộng 50 ữ 60 mm về cả hai phía của 
 mối hàn, sau đó hàn đính bằng que hàn chất l−ợng cao. 
 b) Chế độ hàn 
 c Dòng điện hàn: Chiều sâu ngấu của liên kết hàn tỷ lệ thuận với dòng 
 điện hàn. Tuy nhiên khi tăng dòng điện, l−ợng dây hàn nóng chảy tăng theo, hồ quang 
 chìm sâu vào kim loại cơ bản nên chiều rộng của mối hàn không tăng rõ rệt mà chỉ 
 tăng chiều cao phần nhô của mối hàn, tạo ra sự tập trung ứng suất, giảm chất l−ợng bề 
 mặt mối hàn, xỉ khó tách. Nếu dòng điện quá nhỏ thì chiều sâu ngấu sẽ giảm, không 
 đáp ứng yêu cầu (hình 1.3). 
 B B B 
 e e e 
 Dòng điện quá nhỏ Dòng điện hợp lý Dòng điện quá lớn chiều cao 
 không đủ ngấu mối hàn tăng 
 Hình1.4- ảnh h−ởng của dòng điện hàn tới hình dáng mối hàn. 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao -  5
 d Điện thế hồ quang: Hồ quang dài thì điện thế hồ quang cao, áp lực của 
 nó lên kim loại lỏng giảm, do đó chiều sâu ngấu giảm và tăng chiều rộng mối hàn. 
 Điều chỉnh tốc độ cấp dây thì điện thế cột hồ quang sẽ thấp và ng−ợc lại. 
 e Tốc độ hàn: Tốc độ hàn tăng, nhiệt l−ợng hồ quang trên đơn vị chiều 
 dài của mối hàn sẽ giảm, do đó độ sâu ngấu giảm, đồng thời chiều rộng mối hàn giảm. 
 f Đ−ờng kính dây hàn: Khi đ−ờng kính dây hàn tăng mà dòng điện 
 không đổi thì chiều sâu ngấu giảm t−ơng ứng. Đ−ờng kính dây hàn giảm thì hồ quang 
 ăn sâu hơn vào kim loại cơ bản, do đó mối hàn sẽ hẹp và chiều sâu ngấu lớn. 
 g Các yếu tố công nghệ khác (độ dài phần nhô của dây hàn, loại và cực 
 tính dòng điện hàn...): Độ dài phần nhô của dây hàn tăng lên thì tác dụng nung nóng 
 của kim loại điện cực tr−ớc khi vào vùng hồ quang tăng lên. 
 Dây hàn cháy nhanh, đồng thời điện trở ở phần nhô tăng lên, dòng điện hàn 
 giảm xuống, đặc biệt là khi hàn bằng dây hàn có đ−ờng kính bé hiện t−ợng này càng 
 rõ rệt hơn. 
 Khi hàn hồ quang tự động và bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ có thể dùng 
 dòng điện một chiều hoặc xoay chiều. Thông th−ờng khi hàn những tấm thép dày thì 
 dùng điện xoay chiều, còn khi hàn những tấm thép mỏng thì dùng điện một chiều để 
 giữ đ−ợc hồ quang ổn định hơn. 
 Với các loại hàn đang dùng hiện nay, khi đổi từ nối thuận sang nối nghịch, 
 chiều sâu ngấu sẽ tăng lên. Hàn bằng dòng xoay chiều có chiều sâu ngấu ở mức trung 
 bình so với khi hàn bằng dòng một chiều nối thuận và nối nghịch. 
 Cỡ của hạt thuốc hàn có ảnh h−ởng nhất định đến độ ngấu của mối hàn. Thuốc 
 hàn có cỡ hạt nhỏ sẽ làm giảm bớt tính hoạt động của hồ quang và làm tăng chiều sâu 
 ngấu. 
 c) Kỹ thuật hàn 
 Khi hàn giáp mối một lớp, để tránh cháy thủng, để có độ ngấu hoàn toàn và có 
 sự tạo hình tốt ở mặt trái của mối hàn ta có thể áp dụng các biện pháp nh−: hàn lót 
 phía d−ới, dùng đệm thép, đệm thuốc, dùng khoá chân hoặc tấm đệm. 
 Nếu chiều dày vật hàn t−ơng đối lớn, có thể hàn lót bằng ph−ơng pháp thủ 
 công, rồi sau đó mới hàn chính thức (hình 1.5a). Trong tr−ờng hợp không thể hàn lớp 
 lót đ−ợc, có thể dùng đệm thép cố định để có thể hàn ngấu hoàn toàn (hình 1.5b). 
 Khoá chân (hình 1.5c) t−ơng tự nh− hàn với đệm thép. Khoá chân hay dùng cho 
 mối hàn của các vật hình trụ nh− ống, bồn chứa, nồi hơi... 
 Có thể dùng tấm đệm rời bằng đồng hoặc đệm đồng kết hợp với thuốc nh− ở 
 hình 1.5e. 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao -  6
 2 1
 δ δn 
 3 
 4 b
 a) n b) 
 δ δ
 n 
 c) δ 5 d) 6 e) 
 Hình 1.5- Biện pháp chống kim loại chảy khỏi khe hở hàn 
 δn = (0,3 ữ0,5)δ; bn = 4δ + 5 
 1. Chi tiết hàn; 2. mối hàn; 3 mối hàn lót; 4. Đệm thép; 
 5. Đệm đồng; 6. Đệm đồng + thuốc hàn 
 Khi hàn hồ quang tự động hoặc bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ, tốt nhất nên 
 dùng đệm thuốc để ngăn kim loại lỏng chảy khỏi khe hở hàn. 
 Hình 1.6 chỉ ra một số ph−ơng pháp đệm thuốc thông dụng. 
 Hình 1.6. Biện pháp đệm lớp thuốc hàn 
 1. ống đàn hồi; 2. cơ cấu ép; 3. thuốc hàn; 4. vật hàn 
 Khi hàn các liên kết chữ T và liên kết hàn góc có thể ứng dụng đệm thuốc hoặc 
 hàn lót phía bên kia (hình 1.6). Các biện pháp náy áp dụng cho vị trí hàn “lòng 
 thuyền” khi mà kim loại lỏng có khả năng chảy khỏi khe hàn. Biện pháp đặt vào khe 
 hở hàn một miếng átbét (amiăng) hình 1.5c chỉ áp dụng cho hàn kim loại dày vì sự 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao -  7
 tiếp xúc trực tiếp của átbét với kim loại lỏng th−ờng sinh ra rỗ khí. 
 1.2- hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ 
 1.2.1- Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng 
 a) Thực chất và đặc điểm 
 Hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ là qúa trình hàn nóng 
 chảy trong đó nguồn nhiệt hàn đ−ợc cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng 
 chảy (dây hàn) và vật hàn; hồ quang và kim loại nóng chảy đ−ợc bảo vệ khỏi tác dụng 
 của ôxy và nitơ trong môi tr−ờng xung quanh bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí. 
 Tiếng Anh ph−ơng pháp này gọi là GMAW (Gas Metal Arc Welding). 
 Khí bảo vệ có thể là khí trơ (Ar; He hoặc hỗn hợp Ar+He) không tác dụng với 
 kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính (CO2; CO2+O2; CO2+Ar...) 
 có tác dụng đẩy không khí ra khỏi vùng hàn và hạn chế tác dụng xấu của nó. 
 Hình 1.7. Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ 
 a. Sơ đồ nguyên lý; b. Sơ đồ thiết bị 
 Khi điện cực hàn hay dây hàn đ−ợc cấp tự động vào vùng hồ quang thông qua 
 cơ cấu cấp dây, còn sự dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn đ−ợc thao tác bằng tay 
 thì gọi là hàn hồ quang bán tự động trong môi tr−ờng khí bảo vệ. Nếu tất cả chuyển 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao -  8
 động cơ bản đ−ợc cơ khí hoá thì đ−ợc gọi là hàn hồ quang tự động trong môi tr−ờng 
 khí bảo vệ. 
 Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi tr−ờng khí trơ (Ar; He) tiếng 
 Anh gọi là ph−ơng pháp hàn MIG (Metal Inert Gas). Vì các loại khí trơ có giá thành 
 cao nên không đ−ợc ứng dụng rộng rãi, chỉ dùng để hàn kim loại màu và thép hợp 
 kim. 
 Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi tr−ờng khí hoạt tính (CO2; 
 CO2+O2...) tiếng Anh gọi là ph−ơng pháp hàn MAG (Metal Active Gas). Ph−ơng pháp 
 hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 đ−ợc phát triển rộng rãi do có rất nhiều −u điểm: 
 - CO2 là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất và giá thành thấp. 
 - Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ quang tay. 
 - Tính công nghệ của hàn CO2 cao hơn so với hàn hồ quang d−ới lớp thuốc 
 vì có thể tiến hành ở mọi vị trí không gian khác nhau. 
 - Chất l−ợng hàn cao, sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc độ hàn cao, 
 nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh h−ởng nhiệt hẹp. 
 - Điều kiện lao động tốt hơn so với với hàn hồ quang tay và trong qúa trình 
 hàn không phát sinh khí độc. 
 b) Phạm vi ứng dụng 
 Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí 
 bảo vệ chiếm một vị trí rất quan trọng. Nó không những có thể hàn các loại thép kết 
 cấu thông th−ờng mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền 
 nóng, các hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, magiê, niken, đồng, các hợp kim có ái 
 lực hoá học mạnh với ôxy. 
 Ph−ơng pháp này có thể sử dụng đ−ợc ở mọi vị trí trong không gian, chiều dày 
 vật hàn từ 0,4 ữ 4,8 mm thì chỉ cần hàn một lớp mà không phải vát mép; từ 1,6 ữ 10 
 mm hàn một lớp có vát mép; còn từ 3,2 ữ 25 mm thì hàn nhiều lớp. 
 1.2.2- Vật liệu, thiết bị hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí 
 bảo vệ 
 a) Vật liệu hàn 
 c Dây hàn 
 Khi hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ, sự hợp kim hoá kim loại mối hàn cũng 
 nh− các tính chất yêu cầu của mối hàn đ−ợc thực hiện chủ yếu thông qua dây hàn. Do 
 vậy, những đặc tính của qúa trình công nghệ hàn phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng và 
 chất l−ợng dây hàn. Khi hàn MAG, ... lấy điểm A có tọa 
 y độ X, Y trên hệ tọa độ Oxy nh− hình bên. 
 Phần tử A chịu một lực ly tâm là: 
 P = m.x.ω2
 ω và chịu tác dụng của trọng lực là: 
 A P Q = m.g 
 α Hợp lực của P, Q là R tạo với Q một góc là 
 Q R α. 
 α x
 P m.x.ω2 ω2
 O Ta có: tgα = = = x 
 Q m.g g
 H.5.3. Sơ đồ đúc ly tâm đứng
 dy ω2
 Theo tính chất của đ−ờng tiếp tuyến thì: tgα = = x 
 dx g
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
 Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 65
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 ω2 ω2
 do đó, dy = x.dx ⇒ y = x2 
 g 2g
 Ph−ơng trình này là một đ−ờng parabol. 
 Vậy nếu hình đó quay quanh trục Oy thì nó sẽ tạo thành một mặt parabôlôit. 
 Từ ph−ơng trình này, ta có thể tính đ−ợc số vòng quay của khuôn khi đúc ly tâm 
 đứng nh− sau: 
 Gọi tọa độ bề mặt trong vật đúc X1, X2, Y1, Y2 nh− trên hình sau: 
 Y
 X1 
 H = Y1 - Y2 
 X2 
 Y1 ∆ = X1 - X2 
 Y2 
 Rth
 X
 O
 2 g
 Ta có: X1 = 2 Y1 
 ω2
 2 g
 X2 = 2 Y2 
 ω2
 2 2 g
 Suy ra, X1 − X2 = 2 ()Y1 − Y2 = (X1 + X2 )(X1 − X2 ) 
 ω2
 Gọi X1 + X2 = 2Rtb (Rtb: bán kính trung bình bề mặt trong vật đúc) 
 X1 - X2 = ∆ Y1 - Y2 = H 
 2g
 Thay vào trên ta có: 2.Rth .∆ = .H 
 ω2
 π.n ⎛1⎞
 ở đây, ω: vận tốc góc; ω = ⎜ ⎟ ; g: gia tốc trọng tr−ờng; g = 981 cm/s2
 30 ⎝ s ⎠
 2.981.302
 Ta có: 2.Rth .∆ = .H 
 π2.n2
 H
 Vậy: n ≈ 300 (vg / ph). Th−ờng, n = 600 ữ 1500 vg/ph. 
 Rtb.∆
 Từ công thức này, ta thấy nếu n cố định, H càng lớn thì ∆ càng lớn, tức là nếu 
 chiều cao vật đúc càng lớn thì chênh lệch bán kính trong của vật đúc càng lớn. Vì vậy, 
 ph−ơng pháp đúc ly tâm đứng chỉ dùng để đúc những vật ngắn. 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
 Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 66
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 b) Đúc ly tâm nằm 
 Đúc ly tâm nằm là đúc ly tâm mà khuôn quay theo ph−ơng nằm ngang. Để kim 
 loại rải đều theo chiều dài của khuôn, ng−ới ta dùng một máng rót, khi rót kim loại vào 
 khuôn máng rót di chuyển dọc theo trục quay của khuôn. 
 Ph−ơng pháp này khi đúc ống thì chiều dày của vật 
 đúc ở hai đầu không có sự chênh lệch nhau, đ−ờng 
 kính trong và ngoài của vật đúc là những vòng tròn 
 đồng tâm nhau. Nh−ng đúc ly tâm nằm do phải dùng 
 máng rót kim loại nên không thể đúc đ−ợc những ống 
 H.5.4. sơ đồ đúc ly tâm nằm có đ−ờng kính nhỏ. 
 k
 Số vòng quay của khuôn ng−ời ta tính bằng công thức sau: n = 0 ()vg / ph 
 r
 trong đó, r: bán kính của vật đúc (cm) 
 k0: hệ số phụ thuộc vào kim loại vật đúc; đúc gang k0 = 1800 ữ 2500; đúc 
 thép k0 = 2150 ữ 2730; đúc đồng đỏ k0 = 2000 ữ 2200; đúc đồng thanh k0 = 1900; đúc 
 nhôm k0 = 2600 ữ 3500. 
 Để kim loại chảy đều vào trong khuôn, đôi khi ng−ời ta đặt trục quay của khuôn 
 nghiêng với mặt phẳng ngang một góc α ≤ 50. 
 5.3.3- Khuôn đúc ly tâm 
 Khuôn đúc ly tâm làm việc trong điều kiện rất khó khăn (nhiệt độ thay đổi, chịu 
 áp lực của kim loại lỏng và lực ly tâm). Vì thế, yêu cầu vật liệu làm khuôn cần có cơ 
 tính cao. Ng−ời ta th−ờng dùng gang hợp kim, thép C và thép hợp kim để làm khuôn 
 đúc ly tâm. 
 Để tăng tính thoát khí, vật đúc nguội chậm và khi đúc vật định hình... ng−ời ta 
 có thể làm vỏ khuôn bằng kim loại còn phân bên trong bằng cát khuôn, đất sét, thạch 
 cao. Để lấy vật đúc khỏi khuôn, dùng chốt đẩy vật đúc; để làm nguội khuôn cần đặt 
 một hệ thống t−ới n−ớc. 
 5.4. đúc trong khuôn mẫu chảy 
 5.4.1- Khái niệm 
 Đúc trong khuôn mẫu chảy thực chất là đúc trong khuôn cát nh−ng mẫu đ−ợc 
 làm bằng vật liệu dễ chảy. 
 Ph−ơng pháp này có −u điểm sau: 
 - Có thể đúc đ−ợc những vật đúc rất phức tạp và đúc đ−ợc những hợp kim 
 khỏ chảy nh− thép không gỉ, thép gió... 
 - Độ chính xác và độ bóng bề mặt vật đúc rất cao vì: độ chính xác của mẫu 
 chảy lớn, không có mặt phân khuôn nên không có sự sai lệch khuôn và khuyết tật do 
 lắp ráp khuon gây ra, không có nguyên công rút mẫu nên giảm đ−ợc sai số do việc rút 
 mẫu, rót kim loại lỏng vào khuôn đã đ−ợc nung nóng nên giảm ứng suất nhiệt do đó 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
 Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 67
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 vật đúc ít bị nứt, cong vênh. 
 Nh−ng có nh−ợc điểm là: c−ờng độ lao động cao, chu trình sản xuất dài, giá 
 thành chế tạo khuôn cao. 
 Đúc trong khuôn mẫu chảy đ−ợc dùng nhiều trong sản xuất hàng loạt để chế tạo 
 các loại dụng cụ nh− dao phay, dao chuốt; chế tạo các loại bánh răng; líp xe đạp; đĩa 
 môtô; các phụ tùng trong máy nổ... vật đúc có khối l−ợng từ 0,02 ữ 100kg; chiều dày 
 đến 0,3mm và đ−ờng kính lỗ đến 2mm. 
 5.4.2- Công nghệ chế tạo vật đúc trong khuôn mẫu chảy 
 Quá trình công nghệ đúc trong khuôn mẫu chảy gồm những b−ớc sau: 
 H.5.5. Quy trình công nghệ đúc trong khuôn mẫu chảy 
 Chế tạo mẫu gốc: mẫu gốc có hình dáng giống hệt vật đúc, mẫu gốc 
 dùng để chế tạo khuôn ép. Vật liệu để chế tạo mẫu gốc có thể là thép, đồng thau, gỗ, 
 chất dẻo... Ph−ơng pháp chế tạo mẫu gốc giống nh− chế tạo mẫu thông th−ờng tức là 
 có thể đúc hoặc gia công cơ khí. Khi chế tạo mẫu gốc cần phải tính đến độ co và l−ợng 
 d− của mẫu gốc, độ co và l−ợng d− của khuôn ép, độ co của vật đúc... Một số nơi dùng 
 ngay chi tiết làm mẫu gốc nh−ng nh− thế không chính xác. 
 Chế tạo khuôn ép: Khuôn ép có thể làm bằng kim loại, ximăng hoặc thạch 
 cao. Chế tạo khuôn ép đ−ợc tiến hành bằng gia công áp lực, đúc, gia công cơ khí hoặc 
 đúc rồi gia công cơ khí. 
 Kết cấu của khuôn ép cũng th−ờng chia làm hai nửa khuôn (để dễ lấy mẫu chảy 
 ra khỏi khuôn ép), có hệ thống rót để rót mẫu chảy vào khuôn. Yêu cầu chế tạo khuôn 
 ép chính xác và nhẵn bóng vì nó quyết định độ bóng, độ chính xác của mẫu chảy. 
 Chế tạo vật liệu dễ chảy: Vật liệu dễ chảy bao gồm nhựa thông, sáp, 
 paraphin, stêarin. 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
 Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 68
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 Thành phần vật liệu dễ chảy th−ờng dùng nh− sau: 
 70% nhựa thông + 20% sáp + 10% paraphin. 
 hoặc 30% paraphin + 70% stêarin. 
 Nhiệt độ chảy của vật liệu dễ chảy th−ờng là 50 ữ 900C. Yêu cầu vật liệu drrx 
 chảy không đ−ợc mềm ra ở nhiệt độ d−ới 30 ữ 350C, đồng thời phải có tính chảy loãng 
 để điền đầy khuôn ép. 
 Ng−ời ta nấu vật liệu dễ chảy trong lò nồi, điện trở hoặc cảm ứng. Khi nấu cần 
 phải khuấy đều và gạt bỏ những tạp chất khác nổi trên vật dễ chảy. 
 Chế tạo mẫu chảy: ép vật liệu dễ chảy vào khuôn ép với áp suất khoảng 
 2at. Để nguội cho mẫu đông đặc rồi mở khuôn ép, lấy mẫu và sửa mẫu. 
 Lắp một số mẫu với nhau thành một nhõm mẫu chảy có chung hệ thống 
 rót: mục đích để tăng năng suất đúc. 
 Chế tạo khuôn: sơn một lớp dung dịch chịu nhiệt lên nhóm mẫu chảy , 
 thành phần sơn thừng là: 90% bột cát thạch anh + 7% cao lanh + 3% grafit trộn với 
 dung dịch 20% n−ớc thuỷ tinh + 80% n−ớc. Th−ờng sơn 2 ữ 3 lần đối với mẫu nhỏ, 4 ữ 
 5 lần đối với mẫu lớn. Sau mỗi lần sơn ta rắc một lớp cát thạch anh và sấy ngoài không 
 khí trong 30 ữ 40 phút. Chiều dày lớp sơn cần đảm bảo là 1 ữ 1,5 mm. Sau đó đem 
 nhóm mẫu chảy đã đ−ợc sơn lớp vỏ chịu nhiệt đi làm khuôn cát bằng cách đặt vào 
 trong hòm khuôn và tiến hành làm khuôn trên máy rung (khuôn cát chỉ để tăng sức 
 bền cho lớp vỏ). Sau đó sấy ở nhiệt độ 100 ữ 1200C để cho mẫu chảy ra ngoài và ta thu 
 đ−ợc khuôn đúc. 
 Đối với những chi tiết nhỏ, có thể không cần làm thêm khuôn cát ở ngoài mà 
 đem nhóm mẫu đã đ−ợc sơn lớp cát chịu nhiệt nhúng vào n−ớc nóng hoặc hơ nóng ở 
 nhiệt độ 80 ữ 900C làm mẫu chảy chảy ra ngoài và ta thu đ−ợc lòng khuôn. 
 Sấy khuôn: sấy khuôn trong lò ở nhiệt độ 850 ữ 9000C để đốt cháy hợp 
 chất dễ chảy còn sót lại, đồng thời tăng độ bền và tăng tính thông khí cho khuôn. 
 Nấu chảy kim loại, rót kim loại vào khuôn, dở khuôn và làm sạch vật 
 đúc. 
 5.5. đúc trong khuôn vỏ mỏng 
 5.5.1- Khái niệm 
 Đúc trong khuôn vỏ mỏng là dạng đúc trong khuôn cát nh−ng thành khuôn 
 mỏng chừng 6 ữ 8mm. 
 Đúc trong khuôn vỏ mỏng có những đặc điểm sau: 
 - Có thể đúc đ−ợc gang, thép, kim loại màu (nh− khuôn cát), khối l−ợng vật 
 đúc đến 100kg, độ chính xác đạt cấp 7. 
 - Khuôn vỏ mỏng là khuôn khô, nhẵn bóng, thông khí tốt, truyền nhiệt kém, 
 không hút n−ớc và bền nên cho phép nhận đ−ợc vật đúc ít rỗ, xốp, nứt và những khuyết 
 tật khác. Đồng thời giảm đ−ợc hao phí kim loại cho hệ thống rót vì không cần hệ 
 thống rót lớn nh− trong khuôn cát. 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
 Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 69
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 Do tính truyền nhiệt kém nên khi đúc gang không bị hoá trắng. Nhiệt độ rót có 
 thể nhỏ hơn trong khuon cát chừng 20 ữ 300C. 
 - Đơn giản hoá quá trình dở khuôn và làm sạch vật đúc. 
 - Quá trình chế tạo khuôn vỏ mỏng dễ cơ khí hoá và tự động hoá. 
 Hỗn hợp khuôn vỏ mỏng bao gồm bột cát thạch anh với 4 ữ 6% punvebakêlit 
 (punvebakêlit là hỗn hợp của fênôn và urêtrôpin, nó dễ đông đặc, dễ nhào trộn với cát, 
 giữ gìn thuận lợi nh−ng đắt và hiếm). 
 Hỗn hợp khuôn cát và punvêkakêlit có đặc tính là ở nhiệt độ 200 ữ 2500C phần 
 tử fênôn chảy ra và có khả năng dính kết các hạt cát với nhau, tự hoá cứng tạo nên hỗn 
 hợp khuôn có độ bền khoảng 20 ữ 50 N/cm2. Sau khi đã hoá cứng, nó không có khả 
 năng chảy ra nữa mặc dù nung nóng đến nhiệt độ cao hơn 2500C. 
 5.5.2- Công nghệ chế tạo vật đúc trong khuôn vỏ mỏng 
 Trình tự đúc trong khuôn vỏ mỏng nh− sau: 
 - Ghép mẫu vào tấm mẫu: dùng mẫu bằng kim loại kẹp chặt trên tấm mẫu 
 bằng thép hoặc gang xám. Làm sạch mẫu và tấm mẫu rồi phun lên trên một lớp cách 
 mẫu bằng dầu mazut. 
 - Nung nóng mẫu và tấm mẫu đến nhiệt độ 220 ữ 2500C. 
 - Lấy mẫu và tấm mẫu ra khỏi lò, quay đi 1800 rồi kẹp chặt với thùng chứa 
 hỗn hợp làm khuôn. 
 - Quay thùng chứa hỗn hợp khuôn cùng với mẫu và tẫm mẫu 1800. Vật liệu 
 làm khuôn sẽ đè lên mẫu và tấm mẫu. 
 Nhờ mẫu và tấm mẫu nóng nên làm các phần tử fênôn chảy ra và liên kết các hạt cát 
 với nhau. Giữ ở vị trí đó trong khoảng 12 ữ 20 giây, ta sẽ đ−ợc chiều dày lớp khuôn 
 khoảng 6 ữ 8mm. 
 - Quay thùng chứa hỗn hợp khuôn cùng với tấm mẫu trở về vị trí ban đầu 
 - Lấy tấm mẫu, mẫu cùng với lớp khuôn vỏ mỏng đem sấy ở nhiệt độ 350 ữ 
 3700C trong 1 ữ 2 phút để làm chảy đều những phần tử punvebakêlit còn sót lại, làm 
 dính kết đều các hạt cát, nâng cao độ bền cho khuôn. 
 - Tách khuôn vỏ mỏng khỏi mẫu và tấm mẫu. 
 - Làm một nửa khuôn kia cũng theo trình tự trên. 
 Quá trình làm lõi cũng t−ơng tự nh− quá trình làm khuôn nh−ng làm trên máy 
 thổi cát. Sau đó tiến hành lắp khuôn, lõi: ghép hai nửa khuôn bằng cách dán hoặc kẹp. 
 Để tăng độ bền cho khuôn nhất là khi đúc những chi tiết lớn, sau khi kẹp các nửa 
 khuôn với nhau, ta đem đặt khuôn vỏ mỏng vào hòm khuôn và làm khuôn cát bao bọc 
 xung quanh hoặc kẹp thêm bằng một khung kim loại. 
 Cuối cùng đem rót kim loại vào khuôn, dỡ khuôn và thu nhận vật đúc. 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
 Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 70
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 5.6. đúc liên tục 
 5.6.1- Khái niệm 
 Đúc liên tục là quá trình rót kim loại lỏng đều và liên tục vào một khuôn bằng 
 kim loại, xung quanh hoặc bên trong khuôn có n−ớc l−u thông làm nguội (còn gọi là 
 bình kết tinh). Nhờ truyền nhiệt nhanh nên kim loại lỏng sau khi rót vào khuôn đ−ợc 
 kết tinh ngay. Vật đúc đ−ợc kéo liên tục ra khỏi khuôn bằng những cơ cấu đặc biệt 
 (nh− con lăn, bàn kéo...). Đúc liên tục có các đặc điểm sau: 
 - Có khả năng đúc đ−ợc các loại ống, thỏi và các dạng định hình khác bằng 
 thép, gang, kim loại màu, có tiết diện không đổi và chiều dài không hạn chế; đúc đ−ợc 
 tấm kim loại thay cho cán, đặc biệt là có thể đúc đ−ợc các loại tấm bằng gang. 
 - Kim loại đông đặc dần dần từ phía d−ới lên trên và đ−ợc bổ sung liên tục 
 nên không bị rỗ co, rỗ khí, rỗ xỉ, ít bị thiên tích; có độ mịn chặt cao, thành phần hoá 
 học đồng nhất và cơ tính cao. Vì đúc trong khuôn kim loại nên tổ chức nhỏ mịn, cơ 
 tính cao và chất l−ợng bề mặt tốt. 
 - Năng suất cao, giảm hao phí chế tạo khuôn, không tốn kim loại vào hệ 
 thống rót, phế phẩm ít nên giá thành chế tạo thấp. 
 Nh−ng đúc liên tục có nh−ợc điểm chủ yếu là tốc độ nguội quá nhanh gây nên 
 ứng suất bên trong lớn, làm cho vật đúc dễ bị nứt (nhất là những kim loại có sự chuyển 
 pha ở thể đặc). Cũng vì lý do này kim loại vật đúc bị hạn chế. Để khắc phục hiện 
 t−ợng này, ng−ời ta có thể làm nguội khuôn bằng dầu mà không dùng n−ớc. Ngoài ra 
 còn nh−ợc điểm là không đúc đ−ợc vật phức tạp, vật có tiết diện thay đổi. 
 5.6.2- Các loại đúc liên tục 
 a) Đúc ống liên tục: Quá trình đúc 
 tiến hành nh− sau: Tr−ớc tiên kẹp đầu mồi 7 
 trên tấm đỡ 4. Đ−a tấm đỡ 4 ép sát đáy khuôn 
 8. Rót kim loại lỏng từ thùng rót 2 qua máng 
 rót 3 vào khuôn đến mức cách mặt trên khuôn 
 20 ữ 25mm. 
 Khi kim loại đông đặc ta quay vítme 
 5 bằng động cơ 6 để hạ tấm đỡ 4, đầu mồi 7 đi 
 xuống, do đó kéo vật đúc 7 dần dần ra khỏi 
 khuôn. Khuôn và lõi luôn luôn đ−ợc n−ớc l−u 
 thông làm nguội. 
 Để dễ kéo vật ra khỏi khuôn, nâng 
 cao độ bóng bề mặt vật đúc và hạn chế nứt trên 
 bề mặt vật đúc, trong quá trình đúc, ng−ời ta 
 còn cho khuôn chuyển động khứ hồi dọc theo 
 ph−ơng chuyển động của vật đúc. 
 H.5.6. Sơ đồ đúc ống liên tục.
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng 
 Giáo trình: Công nghệ tạo phôI nâng cao 71
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 Tr−ớc tiên cho khuôn chuyển động từ trên xuống d−ới một khoảng 8 ữ 10mm 
 cùng tốc độ chuyển động của vật đúc. Rồi cho khuôn chuyển động thật nhanh một 
 đoạn đ−ờng 2 ữ 3mm, cuối cùng cho khuôn chuyển động từ d−ới lên trên ng−ợc chiều 
 chuyển động của vật đúc với hành trình khoảng 10 ữ 13mm và tốc độ lớn hơn tốc độ 
 lúc đầu. Cứ thế trong quá trình đúc, khuôn luôn chuyển động khứ hồi: nhờ ma sát giữa 
 thành khuôn với vật đúc làm cho bề mặt vật đúc nhẵn bóng và vật đúc chỉ ra khỏi 
 khuôn sau khi đã chuyển biến pha nên không bị nứt. 
 Để dễ lấy vật đúc ra khỏi khuôn, ng−ời ta còn cho vào thành lòng khuôn, lõi 
 một lớp dầu mazut; l−ợng dầu cần dùng từ 120 ữ 150 g/tấn kim loại. 
 Vật liệu làm khuôn và những thông số đúc: vật liệu làm khuôn cần chọn loại 
 dẫn nhiệt tốt, th−ờng để đúc kim loại màu thì khuôn làm bằng hợp kim đồng hoặc hợp 
 kim nhôm, chiều dày khuôn 6 ữ 8mm. Nhiệt độ rót cho mọi hợp kim th−ờng lấy 30 ữ 
 500C trên đ−ờng lỏng, tốc độ rót và chiều cao khuôn tùy thuộc vào hợp kim đúc. Ví dụ 
 khi đúc ống, thỏi có đ−ờng kính 100 ữ 400mm bằng hợp kim silumin chiều cao khuôn 
 100ữ150mm, tốc độ rót 2ữ3 m/h, nhiệt độ rót trên đ−ờng lỏng 30ữ500C. 
 b) Đúc tấm: 
 Quá trình đúc tiến hành 
 nh− sau: Rót kim loại lỏng từ 
 thùng chứa 1 vào cốc rót 2, 
 qua máng dẫn 3 vào khe hở 
 giữa 2 con lăn 4 (bên trong có 
 n−ớc làm nguội và quay ng−ợc 
 chiều nhau) tạo ra tấm 5. 
 Ph−ơng pháp này có thể chế 
 tạo các tấm bằng gang, thép, 
 kim loại màu thay cho cán. 
 Đối với gang có thể đúc 
 đ−ợc tấm mỏng từ 0,7 ữ 1,2 
 H.5.7. Sơ đồ đúc tấm.
 mm. 
 Nhiệt độ rót n−ớc gang từ 1370 ữ 14000C. Tấm gang ra khỏi khuôn bên ngoài 
 nguội nh−ng bên trong vẫn nóng nên có thể đem dập thành các đồ vật hoặc cắt thành 
 phiến nhỏ. Sau khi ủ ng−ời ta có thể uốn đ−ợc. 
 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng