Công nghệ đúc KHUÔN CÁT

TS. Lưu Phương Minh


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

MỤC LỤC
1. Tổng quan về đúc khuôn cát.
2. Vật liệu đúc
3. Vật liệu làm khuôn và làm lõi.
4. Làm bộ mẫu và hộp lõi.
5. Làm lõi.
6. Làm khuôn
7. Thiết kệ hệ thống rót.
8. Quy trình đúc và xử lý sản phẩm sau đúc
9. An toàn và bảo hộ trong đúc khuôn cát
10. Một số hình ảnh đúc trong công nghiệp.

Page 2


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

1. TỔNG QUAN VỀ ĐÚC KHUÔN CÁT:
Phương pháp đúc bằng khuôn cát vẫn giữ một vai trò quan trọng trong ngành đúc,
đúc trong khuôn cát là trong những phương pháp tạo hình lâu đời (khoảng hơn
3000 năm trước công nguyên) , nhưng cho tới nay vẫn còn chiếm một vị trí quan
trọng trong kỹ nghệ đúc: 90% sản lượng vật đúc của thế giới được sản xuất bằng
khuôn cát, phần còn lại do khuôn kim loại và các dạng đúc đặc biệt khác.
Khuôn cát được dùng nhiều vì dễ chế tạo, rẻ, vốn đầu tư ít. Hơn nữa khuôn cát lại

rất vạn năng, có thể dùng để đúc vật nhỏ từ 10 gam cho tới vật lớn có khối lượng
hàng trăm tấn, có thể dùng để đúc bất kỳ hợp kim nào như: thép, gan cầu, gang
sám, đồng thau, đồng thanh, hợp kim niken, hợp kim nhôm, magiê,…
Con ếch đồng được tìm thấy ở Mesopotamia là sản phẩm đúc cổ nhất được ngành
khảo cổ tìm ra được

Hình 1.1 – Một số hình ảnh chứng minh đúc khuôn cát đã ra đời từ rất lâu

Page 3


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

Đúc trong khuôn cát là một quá trình bao gồm:
(a) đổ kim loại nóng chảy vào khuôn cát,
(b) kim loại nóng chảy hoá rắn,
(c) phá khuôn lấy sản phẩm.
Đây là phương pháp đúc đầu tiên mà con người phát minh ra.
Hiện nay Đúc trong khuôn cát vẫn là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Chỉ
tính riêng ở Mỹ, hàng năm lượng kim loại dùng để đúc khuôn cát là 15 triệu tấn.
Các sản phẩm của Đúc trong khuôn cát rất đa dạng, bao gồm bàn máy, vỏ động cơ,
đầu xylanh, vỏ máy bơm …

Page 4


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

Hình 1.2 – Một số sản phẩm của đúc khuôn cát


Hình 1.3 - Sơ đồ cấu tạo một khuôn đúc cát:
Trong đó:
Pouring basin: ống rót
Gate: miệng lọc
Well (Choke): rãnh lọc xỉ
Runner: rãnh dẫn
Mold cavity: lòng khuôn
Core: lõi
Cope: nửa khuôn trên
Drag: nửa khuôn dưới
Flask: tấm phẳng
Sprue: đậu rót
Sand: cát
Parting line: đường phân khuôn
Open riser: đậu ngót, đậu hơi.
Blind riser: đậu ngót ngầm.

Page 5


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

Hình 1.4 – Sơ đồ quy trình đúc trong khuôn cát

1.1. Ưu nhược điểm của đúc khuôn cát
1.1.1. Ưu điểm của phương pháp Đúc trong khuôn cát.
 Đối với sản xuất nhỏ (<100) chi phí đầu tư nhỏ nhất.
 Đúc được cả hợp kim đen và hợp kim màu.
 Có thể đúc được những chi tiết cực lớn.
 Chi phí cho dụng cụ là nhỏ nhất.

1.1.2. Nhược điểm của phương pháp Đúc trong khuôn cát
 Độ chính xác của phương pháp đúc khuôn cát thấp hơn một số phương
pháp đúc đặc biệt khác, do vậy yêu cầu dung sai kích thước lớn.
 Trọng lượng đúc vượt hơn nhiều so với trọng lượng vật cần đúc.
 Bề mặt sản phẩm đúc gang thường xấu.
1.2. Phạm vi sử dụng:
 Sử dụng khi kích thước hay trọng lượng vật đúc lớn.
 Dung sai, bề mặt sản phẩm, chi phí máy móc không cho phép sử dụng
một phương pháp tốn kém hơn.
1.3. Quy mô sản xuất:
 Số lượng theo lô:
 Thấp : 1-2
Page 6


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

1.4.

 Vừa : 2 – 50.000
 Cao : 50.000 – 200.000
 Tốc độ trung bình sản xuất: 1 – 10 mẻ sản phẩm/giờ
 Thời gian lắp đặt : đơn vị tính là ngày (tùy theo quy mô sản xuất).
 Chi phí lắp đặt : thấp (vật liệu, máy móc ...).
 Chi phí cho mỗi mẻ đúc: cao (vì khuôn đúc được 1 lần duy nhất).
Đặc trưng hình học của sản phẩm Đúc:
 Dung sai kích thước:
- Dung sai có thể đạt được: +/- 0.5mm
- Dung sai trung bình: +/- 1 mm.


Hình 1.5 – Dung sai chiều dài khuôn đúc

 Độ nhám bề mặt:
- Độ nhám có thể đạt được 0.5 µm.
- Độ nhám trung bình đạt được: 12.7 µm.
 Độ dày thành sản phẩm:
- Thành sản phẩm đồng nhất.
- Chiều dày tối đa đạt được: 127mm
- Chiều dày tối thiểu đạt được 6.35 mm (đối với vật dày 127 mm)
 Khả năng bo tròn tại góc
Page 7


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

 Với vật liệu chủ yếu là cát, chất phụ gia đi kèm có thể tạo nên tên gọi
riêng cho từng phương pháp riêng biệt.
1.5. Phân loại các phương pháp đúc khuôn cát
1.5.1. Công nghệ khuôn cát tươi:
Công nghệ khuôn tươi dùng hỗn hợp cát- đất sét là dạng khuôn phổ
biến nhất trong sản xuất lớn. Khuôn tươi không cần sấy nên rẻ, ít nứt vỡ,
không gây nên nứt ở vật đúc , dễ phá vỡ, chu kỳ sản xuất ngắn, dễ cơ khí
hóa đạt năng suất cao. Nhưng do nhiều ẩm, độ bền thấp, nhất là độ bền ở bề
mặt nên khi đúc vật lớn dễ gây rỗ khí, vỡ cát, biến dạng kích thước vật đúc
làm giảm độ chính xác, tăng khối lượng ( vật đúc nặng thêm). Gần đây nhờ
có các biện pháp nâng cao chất lượng đất sét và dùng máy làm khuôn áp lực
cao nên đã hạn chế được các nhược điểm nói trên. Dùng khuôn tươi rất lợi
nhưng phải kiểm tra hỗn hợp cát chặt chẽ về cỡ hạt của cát, chất lượng đất
sét và độ ẩm.
.


Hình 1.6 - Dây chuyền khuôn tươi DISAMATIC
tại Công ty cơ khí Đông Anh - hoàn toàn tự động

1.5.2. Công nghệ khuôn khô:
Công nghệ khuôn khô dùng hỗn hợp cát- đất sét, làm xong phải đem sấy
ở nhiệt dộ khoảng 150 – 4000C từ 8 đến 48 giờ, đảm bảo cho bề mặt có lớp
cát đã sấy khô dày trên 12mm hoặc khô hoàn toàn cả khuôn. Khuôn khô bền
hơn, dùng cho vật đúc lớn, kích thước ít biến động, chất lượng vật đúc khá
lớn do ít bị tật rỗ khí, vỡ cát; bề mặt vật đúc đẹp hơn nhờ có lớp sơn khuôn.
Do phải sấy tốn thời gian , tốn nhiên liệu nên giá thành cao, chu kỳ sản xuất
dài, tốn nhiều hòm khuôn, khuôn sấy xong thường hay có nứt ở bề mặt, thêm
Page 8


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

nữa do bền cao quá khi đúc cũng dễ gây nứt nóng. Đối với khuôn khô, cỡ hạt
cát thường cho phép to hơn, không khống chế chặt chẽ, lượng đất sét nhiều
hơn và lượng ẩm cho phép trong hỗn hợp cao hơn. Song chính cũng vì thế,
dùng khuôn khô vẫn có thể gây rỗ ở vật đúc nếu chủ quan không sấy kỹ hoặc
sấy xong để quá lâu vài ngày mới rót, khuôn hút ẩm trở lại tạo khí nhiều.
Công nghệ khuôn cát khô dễ làm, dễ sử dụng, sản phẩm có độ dôi gia
công ít hơn, khuôn rắn chắc đã được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các công
ty đúc trên toàn quốc. Chỉ có nhược điểm là vấn đề tái sinh cát là phải lưu ý.
Hiện nay ở các xưởng đúc của ta thường phải dùng khuôn khô nhiều, kể
cả đối với vật đúc cỡ trung bình, cỡ nhỏ, tỷ lệ khuôn tươi trên tổng số khuôn
đúc ở xưởng thường không lớn. Một phần vì chúng ta chưa nâng cao được
chất lượng hỗn hợp cát làm khuôn, ít chú ý đến cơ khí hóa công việc chuẩn bị
hỗn hợp cát và chế tạo khuôn, mặt khác cũng do tình hình nguyên vật liệu làm

khuôn chưa đáp ứng được yêu cầu của kỹ thuật tiên tiến : cát có cỡ hạt quá
lớn, đất sét phải dùng nhiều do khả năng dính kết kém, mà nhiều đất sét thì sẽ
kèm theo nhiều nước. Trong hoàn cảnh đó dùng khuôn khô có một lớp sơn
bền ở bề mặt và qua sấy thì dễ đảm bảo chất lượng vật đúc và ổn định sản
xuất lớn hơn.
Tương lai gần đây, khi tiến hành vào sản xuất lớn chúng ta phải phấn đấu
nâng cao năng suất làm khuôn, do đó phải giảm tỷ lệ khuôn khô, tăng tỷ lệ
khuôn tươi đối với những mặt hàng cỡ nhỏ sản lượng lớn.Với mặt hàng cỡ
trung bình và lớn cũng nên chuyển sang dùng dạng khuôn cát đất sét sấy bề
mặt hoặc khuôn tự đóng rắn dùng những chất dính khác (xi măng, thủy tinh
lỏng,…) cho độ bền cao hơn mà lại không cần sấy hoặc chỉ cần sấy trong thời
gian rất ngắn .
1.5.3. Khuôn sấy bề mặt:
Có nhiều ưu điểm : vẫn đảm bảo độ bền cao nhưng lại dễ phá dỡ, thời gian
sấy ngắn nên có thể dùng trong dây truyền đúc. Tuy vậy vẫn cần lưu ý rằng khi
sấy ngay phía sau lớp cát đã khô ở bề mặt sẽ hình thành vũng ngưng tụ hơi nước
có độ ẩm cao hơn độ ẩm trung bình của khuôn; do đó làm lớp cát khô ở bề mặt
có thể hút ẩm trở lại dễ dàng. Vì thế khuôn sấy bề mặt xong cần bố trí rót ngay
như thế chỉ cần sấy khô vài cm. Thêm nữa, khuôn sấy bề mặt nên có hỗn hợp cát
gần thành phần của hỗn hợp khuôn tươi, nhất là độ ẩm phải khống chế chặt chẽ.
Thực tế những khuôn sấy bề mặt nếu có chiều sâu lớp cát khô nhỏ hơn 12mm thì
cũng được liệt vào khuôn tươi
Page 9


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

1.5.4. Những dạng khuôn tự đóng rắn khác (khuôn thủy tinh lỏng – CO2, khuôn
xi măng, khuôn cát dầu không sấy, khuôn furan không sấy…) coi như dạng
khuôn khô vì chứa rất ít nước (<1%).


Hình 1.7 – Khuôn tự đóng rắn

Dạng khuôn này có rất nhiều ưu điểm:
- Bền cao nên thành khuôn có thể mỏng, có khi không cần hòm, khối
lượng cát khuôn giảm nhiều.
- Hỗn hợp cát có độ chảy cao nên khi chế tạo giảm được công dầm
chặt cát, năng suất làm khuôn cao
- Kích thước chính xác hơn khuôn tươi.
- Chất lượng vật đúc tốt hơn: ít khuyết tật, bề mặt nhẵn bóng.
Tuy vậy loại này cũng có nhược điểm là hỗn hợp cát dùng cho các công
nghệ làm khuôn này thường đắt do giá thành chất dính cao và thường trộn
xong không thể để đợi chờ lâu, phải đem dùng ngay vì tuổi xuân ngắn ( tuổi
xuân hỗn hợp là thời gian chờ đợi cho phép dài nhất tính từ lúc trộn xong tới
khi đem làm khuôn, quá thời gian hỗn hợp khô rời làm khuôn sẽ kém bền
hoặc không dính nữa)
Xu hướng của những năm gần đây là tăng cường dùng khuôn ruột ghép
từ nhiều mảnh nhỏ ( khuôn mỏng thành , ruột rỗng) , chế tạo bằng hỗn hợp
tự đóng rắn và đóng rắn nhanh; khuôn tươi và khuôn khô dùng cát, đất sét
cũng sử dụng ruột rỗng thành mỏng làm bằng hỗn hợp cát tự đóng rắn đảm
bảo chế tạo ra vật đúc chính xác hơn, dễ phá vỡ làm sạch nhanh hơn.
 Công nghệ khuôn cát nhựa Đây là công nghệ mới với cát đã được nhà
máy sử lý bao bọc 1 lớp nhựa. Khi sản xuất đem trộn cát với axit formaldehit,
sẽ được khuôn cát nhựa đóng rắn nguội, hoặc khuôn cát đem nung nóng sẽ
được khuôn cát nhựa đóng rắn nóng.
Page
10


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT


 Công nghệ Furan: Đây là dây chuyền công nghệ mà các công ty Nhật
bản ưa chuộng vì cát sẽ được trộn với nhựa Furan và axit, khuôn sẽ đóng rắn
rất tốt, sản phẩm có độ nhẵn bóng bề mặt nhưng vấn đè khó khăn là ô nhiễm
môi trường làm việc vì mùi nhựa Furan rất độc.
Nhựa furan (furan resin) là một hợp chất polyme từ furfurylalcohoi, ure, nước
và formaldehyde với thành phần như sau (công thức của công ty Huettenes –
Albertus Germany):
 75% Furfulylalcohol
 11% Formaldehyde
 9% Urê
 5% nước
Trên đây là một số phương pháp đúc khuôn cát tương đối phổ biến. Bên cạnh
đó không thể liệt kê các phương pháp có tính chất đặc biệt mà đã được nghiên
cứu và ứng dụng.

Khuôn cát tươi
Khuôn cát khô
Khuôn cát tự hóa rắn
Khuôn kim loại
Khuôn đúc đặc biệt khác
10% 8%
12%

50%
20%

Hình 1.8 - Tỷ lệ các công nghệ khuôn trong sản xuất đúc

Page

11


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

2.

VẬT LIỆU ĐÚC
Vật liệu

Tính đúc

Gang

100

Thép Cacbon

100

Thép hợp kim

100

Thép không gỉ

100

Nhôm và hợp kim


100

Đồng và hợp kim

100

Kẽm và hợp kim

80

Magie và hợp kim

100

Ti tan và hợp kim

0

Nikel và hợp kim

100

Kim loại khó nóng chảy

50

Nhựa dẽo

0


Chất dẻo nhiệt rắn

0

Gốm

0

Sợi tổng hợp

0
Hình 2 – Tính đúc của một số vật liệu
Page

12


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

Hầu hết các kim loại thông thường sử dụng đều dùng để đúc khuôn cát
chẳng hạn: sắt, sắt carbon, hợp kim thép, thép không rỉ, hợp kim nhôm, đồng
thau, hợp kim đồng, hợp kim Magie và hợp kim Niken.
Bảng tổng hợp cho biết khả năng đúc của các kim loại. Giá trị 0 nghĩa là
không được sử dụng, giá trị 100 nghĩa là hiệu quả sử dụng tốt.

Page
13


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT


3.

VẬT LIỆU LÀM KHUÔN VÀ LÀM LÕI:
Yêu cầu đối với hỗn hợp làm khuôn và làm lõi
Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi cần bảo đảm các yêu cầu sau:
3.1.1. Độ dẻo: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của hỗn hợp sau khi bỏ tác
dụng của ngoại lực.
Hỗn hợp cần có độ dẻo để tạo lòng khuôn rõ nét theo đúng hình
dạng và kích thước hộp lõi và mẫu. Độ dẻo tăng khi hàm lượng nước
tăng đến 8%, lượng đất sét và chất dính kết tăng.
3.1.2. Độ bền: là khả năng của hỗn hợp chịu tác dụng của ngoại lực mà không
bị phá hủy. Khuôn và lõi cần có độ bền để không vỡ khi chuyển, lắp ráp
khuôn và chịu được áp lực thủy tĩnh, thủy động của kim loại lỏng khi
rót. Độ bền tăng khi hạt cát càng nhỏ và sắc cạnh, độ mịn chặt của hỗn
hợp tăng, lượng đất sét tăng, lượng nước tăng tới 8%.
 Khuôn tươi có độ bền nén (6 8) N/cm2
 Khuôn khô có độ bền nén (8 30) N/cm2
 Khi nhiệt độ tăng tới 900°C, sức bền tăng 2-3 lần do đất sét hóa
bền khi thoát hơi nước.
3.1.3. Tính lún: là khả năng giảm thể tích của hỗn hợp khi chịu tác dụng của
ngoại lực.
Hỗn hợp cần có tính lún để khuôn và lõi không cản trở vật đúc
khi đông đặc và làm nguội, tránh được hiện tượng nứt và cong vênh.
Tính lún tăng khi dùng cát to, lượng đất sét ít, chất phụ tăng(mùn
cưa, rơm vụn…).
3.1.4. Tính thông khí: là khả năng của hỗn hợp cho phép khí lọt qua các khe
hở nhỏ giữa các hạt cát của hỗn hợp .
Tính thông khí làm cho các loại khí trong lòng khuôn (không khí,
khí từ kim loại lỏng, nơi ẩm từ vật liệu khuôn ..) thoát ra ngoài dễ dàng,

tránh được rỗ khí. Tính thông khí tăng khi cát hạt to và đều, lượng đất
sét và chất dính kết ít, chất phụ nhiều, lượng nước giảm < 4%.
3.1.5. Độ bền nhiệt: là khả năng của hỗn hợp không bị chảy, cháy, mềm ra ở
nhiệt độ cao. Nếu độ bền nhiệt kém, hỗn hợp chảy cháy sẽ tạo ra lớp vỏ
cứng bám trên bề mặt vật đúc(gọi là lớp cháy cát) gây khuyết tật và khó

3.1.

Page
14


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

khăn khi gia công cắt gọt, hoặc làm sai lệch hình dạng và kích thước vật
đúc.
Độ bền nhiệt tăng khi lượng cát tăng, cát hạt to và tròn, ít tạp chất
dễ chảy(Na2O, MgO,...).
Hỗn hợp làm khuôn cho tất cả các loại vật đúc không được chứa
(Na2O + K2O) quá 1%, CaO 1 2% và Fe2O3 3 4%.
3.1.6. Độ ẩm: là lượng nước chứa trong hỗn hợp .
Độ ẩm tăng tới 8% sẽ làm tăng tính dẻo và độ bền, quá 8% sẽ
làm giảm độ bền và tính thông khí, hỗn hợp dễ dính vào mẫu khi làm
khuôn . Độ ẩm đối với khuôn tươi đúc: gang: 4.5 5%, thép: 4.5%,
nhôm: 4 5%.
3.1.7. Độ bền lâu: là khả năng làm việc được lâu và nhiều lần của hỗn hợp
(khả năng giữ được tính chất ban đầu).
Được xác đinh:
C


R
100% .
r

với: R- sức bền sẵn có của hỗn hợp, r- sức bền sau một thời gian sử
dụng.
3.2. Các loại vật liệu làm khuôn và làm lõi
Chủ yếu là cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ, ...
3.2.1. Cát:
Thành phần chủ yếu của cát là SiO2 ngoài ra còn có Al2O3,
CaCO3, Fe2O3,…
 Phân loại cát
 Theo nơi lấy cát: gồm cát núi hạt sắc cạnh, cát sông hạt tròn đều.
 Theo độ hạt: Người ta xác định độ hạt của cát theo kích thước lỗ rây.
Số hiệu rây gọi theo kích thước lỗ của nó (hạt) được phân nhóm:
Tên cát
Thô
Rất to
To
Vừa

Nhóm
063
04
0315
02

Số hiệu rây
1 - 063 - 04
063 - 04 - 0315

04 - 0315 - 02
0315 - 02 - 016

Kích thước hạt
0.4 1
0.315 0.63
0.2 0.4
0.16 0.315
Page

15


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

Nhỏ
Rất nhỏ
Mịn
Bột

016
01
0063
005

 Theo thành phần thạch anh Si
Loại cát
Lượng chứa SiO2 (%)

0.1 0.2

0.063 0.16
0.05 0.1
<0.05

02 - 016 - 01
016 - 01 - 0063
01 - 0063 - 005
0063 - 005 - nhỏ

1K
97

2):

2K
96

3K
94

4K
90

 Theo thành phần đất s t:
Tên cát
Cát thạch anh
Cát gầy
Cát nửa béo
Cát béo
Cát rất béo


Hình 3.1 - Cát thạch anh

Lượng đất sét chứa trong cát (%)
<2
2 10
10 20
20 30
30 50

Hình 3.2 - Cát trắng

Page
16


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

Hình 3.3 - Cao lanh 38

HÌnh 3.4 - Cao lanh tinh lọc

 Ký hiệu cát và chọn cát
+ Ký hiệu cát: theo thành phần thạch anh và độ hạt.
Ví dụ: 2K 063A; 2K 016B
Với: 2K : là loại cát thạch anh số 2;
063, 016: là độ hạt.
A,B : là cát ở rây trung bình của bộ 3 rây > 50%
+ Chọn cát:
o Tuỳ thuộc khối lượng vật đúc, kim loại vật đúc mà ta chọn loại cát,

thành phần và độ hạt nhất định.
o Để làm khuôn lõi đúc gang xám, mvậtđúc < 200kg , ta dùng cát gầy (T)
độ hạt 01; 016; 02; 04.
o Vật đúc có khối lượng m = 200 2000 kg, gang trắng thì dùng cát
nữa mỡ tăng thạch anh (để chịu nhiệt), độ hạt P 16 - 04. Vd : T04A;
K02A.
o Để làm khuôn lõi đúc thép m< 500kg, dùng cát thạch anh (K) độ hạt
P 16- 02.
Ví dụ: K02A; K016B; K016A.
o Để đúc kim loại màu ta dùng cát nữa mỡ, độ hạt 01; 016; 02, thạch
anh ít. Vd : 016A; 01A.

Page
17


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

Hình 3.5 - Máy đánh tơi cát

Hình 3.6 - Máy sàn cát

Hình 3.7 - Máy sàn cát cho dây chuyền đúc.
Page
18


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

3.2.2. Đất s t:

3.2.2.1. Thành phần chủ ếu: cao lanh mAl2O3.nSiO2.qH2O , ngoài ra còn
có tạp chất: CaCO3 , Fe2O3 , Na2O3 ,…
3.2.2.2. Đặc điểm: Dẻo, dính khi có lượng nước thích hợp, khi sấy thì độ
bền tăng nhưng dòn, dễ vỡ, không bị cháy khi rót kim loại vào.
3.2.2.3. Phân loại đất sét:
o Theo thành phần khoáng chất :
Đất sét thường hay cao lanh có sẵn trong tự nhiên. Thành phần
chủ yếu là Al2O3.2SiO2.2H2O, loại này để làm khuôn đúc thường, có
màu trắng, khả năng hút nước kém, tính dẻo và dính kém, bị co ít khi
sấy. Nhiệt độ nóng chảy cao (1750 17850C).
Đất sét bentônit (I ) thành phần chủ yếu là: Al2O3.2SiO2.2H2O.
Nó là đất sét trắng, có tính dẻo dính lớn, khả năng hút nước và trương
nở lớn, bị co nhiều khi sấy, hạt rất mịn, nhiệt độ chảy thấp
(1250 13000C). Do núi lửa sinh ra lâu ngày biến thành. Loại này để làm
khuôn quan trọng cần độ dẻo, bền cao.
o Theo khả n ng dính k t
- Loại dính kết ít (M): có độ bền nén tươi 0,5 0,8 kg/cm2; độ bền
nén khô < 3,5 kg/cm2. Loại này thường dùng làm khuôn đúc kim
loại màu, nhỏ, vừa.
- Loại dính kết vừa (C): có độ bền nén tươi 0,79 1,1 kg/cm2; độ bền
nén khô < 3,5 5,5 kg/cm2.
- Loại dính kết bền (B): có độ bền nén tươi >1,1 kg/cm2; độ bền nén
khô trên 5,5 kg/cm2.
o Theo khả n ng bền nhiệt
- Nhóm 1: bền nhiệt cao, chịu được t0 15800C
- Nhóm 2: bền nhiệt vừa, chịu được t0: 1350 15800C.
- Nhóm 3: bền nhiệt thấp, chịu được t0 13500C
3.2.2.4. Chọn đất sét:
o Để đúc thép: thường dùng cao lanh (ϕ), loại rất bền (B) và có khả năng
chịu nhiệt cao.

o Để đúc gang: dùng cao lanh loại dính kết, chịu nhiệt vừa, bền và rất
bền cho cả khuôn tươi và khô.
Page
19


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

o Để đúc hợp kim màu: thường dùng cao lanh dính kết vừa và cao, bền
nhiệt thấp.
3.2.3. Chất k t dính:
Chất dính kết là những chất đưa vào hỗn hợp làm khuôn, lõi để tăng
tính dẻo của hỗn hợp.
3.2.3.1. Yêu cầu:
 Khi trộn vào hỗn hợp, chất dính kết phải phân bố đều.
 Không làm dính hỗn hợp vào mẫu và hộp lõi và dễ phá khuôn lõi.
 Khô nhanh khi sấy và không sinh nhiều khí khi rót kim loại .
 Tăng độ dẻo, độ bền và tính bền nhiệt cho khuôn và lõi.
 Phải rẻ, dễ kiếm, không ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân.
3.2.3.2. Những chất dính kết thường dùng:
 Dầu: dầu lanh, dầu bông, dầu trẩu... đem trộn với cát và sấy ở
t0=200 2500C, dầu sẽ bị oxy hoá và tạo thành màng oxyt hữu cơ bao
quanh các hạt cát làm chúng dính kết chắc với nhau.
 Nước đường (mật): dùng để làm khuôn, lõi khi đúc thép. Loại này
khi sấy bề mặt, khuôn sẽ bền nhưng bên trong rất dẻo nên vẫn đảm bảo
độ thoát khí và tính lún tốt. Khi rót kim loại nó bị cháy, do đó tăng
tính xốp, tính lún, thoát khí và dễ phá khuôn nhưng hút ẩm nên sấy
xong phải dùng ngay.
 Bộ hồ: (nồng độ 2,5 3%) hút nước nhiều, tính chất như nước đường,
dùng làm khuôn tươi rất tốt.

 Các chất dính k t hoá cứng: Nhựa thông, ximăng, hắc ín, nhựa
đường. Khi sấy chúng chảy lỏng ra và bao quanh các hạt cát. Khi khô
chúng tự hoá cứng làm tăng độ bền, tính dính kết cho khuôn. Thường
thường dùng loại ximăng pha vào hỗn hợp khoảng 12%, độ ẩm của
hỗn hợp 6 8%, để trong không khí 24 27 giờ có khả năng tự khô,
loại này rất bền.
 Nước thuỷ tinh: chính là các loại dung dịch silicat Na2O.nSiO2.mH2O hoặc K2O.nSiO2.mH2O sấy ở 200 2500C, nó tự phân huỷ thành
nSiO2.(m-p).H2O là loại keo rất dính. Khi thổi CO2 vào khuôn đã
làm xong, nước thuỷ tinh tự phân huỷ thành chất keo trên, hỗn hợp sẽ
cứng lại sau 15 30 phút.
Page
20


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

3.2.4. Các chất phụ:
Chất phụ là các chất đưa vào hỗn hợp để khuôn và lõi có một số
tính chất đặc biệt như nâng cao tính lún, tính thông khí, làm nhẵn mặt
khuôn, lõi và tăng khả năng chịu nhiệt cho bề mặt khuôn lõi, gồm 2 loại:
 Chất phụ gia: trong hỗn hợp thường cho thêm mùn cưa, rơm vụn, phân
trâu bò khô, bột than... Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, những chất này
cháy để lại trong khuôn những lỗ rỗng làm tăng tính xốp, thông khí, tính
lún cho khuôn lõi. Tỉ lệ khoảng 3% cho vật đúc thành mỏng và 8% cho
vật đúc thành dày.
 Chất sơn khuôn: Để mặt khuôn nhẵn bóng và chịu nóng tốt, người ta
thường quét lên bề mặt lòng khuôn, lõi một lớp sơn, có thể là bột than,
bột gratit, bột thạch anh hoặc dung dịch của chúng với đất sét. Bột than
và gratit quét vào thành khuôn, khi rót kim loại vào nó sẽ cháy tạo
thành CO, CO2 làm thành môi trường hoàn nguyên rất tốt, đồng thời tạo

ra một lớp khí ngăn cách giữa kim loại lỏng với mặt lòng khuôn làm
cho mặt lòng khuôn không bị cháy cát và tạo cho việc phá khuôn dễ
dàng.
3.3. Hỗn hợp làm khuôn, lõi:
3.3.1. Hỗn hợp làm khuôn : có hai loại
 Cát áo: Dùng để phủ sát mẫu khi chế tạo khuôn nên cần có độ bền, dẻo
cao, đồng thời nó trực tiếp tiếp xúc với kim loại lỏng nên cần phải có độ
chịu nhiệt cao, độ hạt cần nhỏ hơn để bề mặt đúc nhẵn bóng, thông
thường cát áo làm bằng vật liệu mới, nó chiếm khoảng 10 15% tổng
lượng cát khuôn.
 Cát đệm: Dùng để đệm cho phần khuôn còn lại, không trực tiếp tiếp xúc
với kim loại lỏng nên tính chịu nhiệt, độ bền không cần cao lắm, nhưng tính
thông khí tốt chiếm 85 90% lượng cát. Vật đúc càng lớn yêu cầu độ hạt
của hỗn hợp làm khuôn càng lớn để tăng tính thong khí.
 Đúc gang: Nhiệt độ vừa, lượng đất sét nhiều để tăng độ dẻo, bền, hỗn
hợp cũ ít.
Thông thường hỗn hợp làm khuôn đúc gang có: độ hạt khoảng 01 04,
lượng đất sét 8 20%, độ ẩm 4,5 5%, độ thông khí 25 100, độ bền nén
3 7,5 N/cm2, hỗn hợp cũ 40 90%.
Page
21


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

 Đúc th p: Nhiệt độ nóng chảy cao, hỗn hợp cần khắt khe hơn, thường
dùng cát thạch anh loại 1K, 2K (SiO2> 95%), độ hạt cát 016 0315. Đất
sét loại chịu nhiệt độ cao, lượng chứa đất sét khoảng 8 15%, độ bền
nén khoảng 3 15 N/cm2, độ thông khí khoảng (80 130), độ ẩm
(3,5 8%). Tỷ lệ hỗn hợp cũ 40 80%.

 Đúc kim loại màu: Nhiệt độ nóng chảy nhỏ, hỗn hợp không yêu cầu
cao về tính chịu nhiệt. Độ hạt nhỏ để tăng độ bóng (0,063 016), độ ẩm
cần thấp (4,5 6%), độ thông khí nhỏ hơn 20, tỉ lệ hỗn hợp cũ (85 95%).
3.3.2. Hỗn hợp làm lõi:
Điều kiện làm việc của lõi khá bất lợi nên hỗn hợp cần độ bền, tính
lún, độ thông khí cao hơn khi làm khuôn nhiều. Để tăng độ bền cần giảm
lượng đất sét, để tăng tính chịu nhiệt P, lượng thạch anh đạt tới 100%, ít
dùng hỗn hợp cũ, độ thông khí yêu cầu cao, dùng hạt cát có độ hạt 02 và
nhiều chất phụ. Hầu hết các lõi đều phải sấy trước khi lắp vào khuôn.
3.4. Ch tạo hỗn hợp làm khuôn và làm lõi:
3.4.1. Điều ch cát c :
Hỗn hợp làm lõi sau khi dùng nhiều lần thì chất lượng sẽ kém đi.
Thành phần nước ít đi, hạt cát thạch anh bị vỡ vụn nên giảm tính thông khí.
Mặt khác, ở nhiệt độ 700 8000C đất sét mất hết nước hoá cứng nên hết khả
năng dính kết, nên cần điều chế lại: Làm nguội hỗn hợp đến 30 350C, phân
ly các tạp chất (kim loại, xĩ và sỏi đá), rây lại để loại trừ các hạt đất to và đất
sét bột, bột cát thạch anh... Sau đó pha thêm một lượng cát nhất định, đất sét,
chất dính, chất phụ mới để đảm bảo tính chất của hỗn hợp.
3.4.2. Sấy lõi:
Thực hiện ở trong máy sấy t0 = 150 2400C, τ = 2 3 giờ. t0 và τ phụ
thuộc vào các chất hãm và kích thước của lõi.

Page
22


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

3.5.


Một số dụng cụ làm khuôn và làm lõi:

Page
23


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

Hình 3.8 – Một số dụng cụ làm khuôn và lõi

Page
24


CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

4. LÀM BỘ MẪU VÀ HỘP LÕI:
4.2. Khái niệm:
Bộ mẫu là công cụ chính dùng tạo hình khuôn đúc. Bộ mẫu bao gồm :
Mẫu chính, tấm mẫu, mẫu của hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót. Tấm mẫu để kẹp
mẫu khi làm khuôn, dưỡng để kiểm tra; mẫu chính để tạo nên hình dáng của
lòng khuôn khi làm khuôn đúc, nói cách khác mẫu chính tạo nên hình dáng
bên ngoài của vật đúc.
Hộp lõi dùng để chế tạo ra lõi. Lõi dùng để tạo nên hình dáng bên
trong của vật đúc khi đúc kim loại.

Page
25