Trước khi bề mặt vật đúc đông cứng lại thành vỏ, các vật liệu đúc như khuôn cát và lõi cát được nung nóng để tạo ra khí. Các khí không hòa tan trong kim loại nóng chảy mà xâm nhập vào kim loại nóng chảy dưới áp suất, tạo thành bong bóng và lỗ rỗng. Hiện nay, hầu hết các khuyết tật lỗ chân lông xuất hiện ở các nhà máy đúc khuôn ướt ở nước tôi đều thuộc loại “lỗ chân lông xâm nhập” này.
Tốt nhất là khí phát ra từ khuôn cát và lõi cát được thải qua các lỗ rỗng của cát. Tuy nhiên, khả năng thông gió của khuôn cát và lõi cát còn hạn chế, đặc biệt khó tạo đường thoát khí cho lõi cát phức tạp. Khi lượng khí tạo ra tăng lên, áp suất khí giao diện tại nguồn khí (gọi là "áp suất ngược") tiếp tục tăng. Nếu tốc độ đổ nhanh, áp suất tĩnh của kim loại nóng chảy ở đó vượt quá áp suất ngược của khí và khí ở đây không thể xâm nhập vào kim loại nóng chảy. Nếu kim loại nóng chảy trên bề mặt không thể thiết lập đủ áp suất tĩnh kịp thời để vượt quá áp suất ngược của quá trình tạo khí, thì khí sẽ xuyên qua bề mặt chưa đông đặc của vật đúc và xâm nhập vào kim loại nóng chảy để tạo thành bong bóng. Thể tích nóng lên của bong bóng được khoan vào kim loại nóng chảy có xu hướng tiếp tục giãn nở. Hơn nữa, một số nguồn khí liên tục vận chuyển khí và xuất hiện các chuỗi bong bóng trong kim loại nóng chảy. Hình dạng của khí khổng xâm lấn là hình cầu hoặc hình quả lê. Hướng do đầu của nó chỉ là hướng của nguồn không khí. Kích thước của lỗ chân lông xâm lấn khác nhau. Chúng có thể nổi và ở cách không xa nguồn khí trong vật đúc, hoặc chúng có thể tụ lại dưới lớp vỏ của bề mặt trên của vật đúc để tạo thành hình phẳng. Nếu nhiệt độ đổ cao và độ nhớt của kim loại nóng chảy thấp, các bong bóng xâm nhập có thể thoát ra khỏi bề mặt trên của khuôn cát hoặc chảy vào ống nâng tràn cùng với kim loại nóng chảy. Nguồn gốc của lỗ chân lông thay đổi tùy thuộc vào khuôn cát hoặc lõi.
1. Có thể ngăn ngừa các khuyết tật về khí khổng bằng cách tăng khả năng thông gió của tường và giảm sự sinh khí của cát đúc. Nguyên nhân cụ thể và biện pháp phòng ngừa như sau:
1. Khuôn cát xanh chứa nhiều khí: độ ẩm của cát đúc quá cao, đặc biệt khi hàm lượng than nghiền quá nhiều, một lượng lớn khí có thể thoát ra đột ngột khi đổ kim loại nóng chảy vào. khoang khuôn. Nếu đồng thời khí thải không trơn tru, áp suất khí sẽ vượt quá áp suất tĩnh cục bộ của kim loại nóng chảy và đột ngột xâm nhập vào kim loại nóng chảy, tạo thành tiếng nổ. Đó thường được gọi là "nghẹt lửa", sẽ tạo thành bong bóng lớn hơn trong quá trình đúc. Do đó, trong quá trình đúc cát xanh, tốc độ nén và độ ẩm của cát đúc cần phải được kiểm soát chặt chẽ và tốc độ tạo khí không được quá cao. Hàm lượng than nghiền hiệu quả của cát đúc chủ yếu phải được kiểm soát dựa trên hình thái bề mặt của vật đúc. Nếu có một ít cát dính trên bề mặt vật đúc thì lượng than nghiền thành bột có thể tăng lên một chút. Nếu bề mặt vật đúc chuyển sang màu xanh lam thì nên giảm lượng than nghiền thành bột hiệu quả để tránh tạo ra khí quá mức.
2. Các tạp chất trong cát xanh sẽ phát ra khí khi đun nóng: những quả bóng đất sét nhỏ, những quả bóng giấy vụn, tàn thuốc, những mảnh lõi cát hút ẩm và các chất hữu cơ khác trộn trong cát đúc sẽ phát ra khí khi đun nóng và sẽ thay đổi sau hút nước trong cát xanh. Tăng cường hiệu suất sản xuất khí mạnh mẽ. Những tạp chất này lộ ra trên bề mặt khoang khuôn và chắc chắn sẽ trở thành những điểm phát thải khí tập trung. Trong quá trình sản xuất vật đúc, nhiều khuyết tật lỗ rỗng không rõ nguyên nhân chủ yếu là do tạp chất trộn lẫn trong cát đúc. Đôi khi bong bóng được tạo ra lần lượt và trở thành một loạt các lỗ trên mặt cắt ngang của vật đúc.
3. Lõi cát và sắt làm mát bên trong khuôn ướt bị ảnh hưởng bởi độ ẩm: Sau khi đúc ở một xưởng đúc van nhất định, lõi cát và hộp khóa của hộp lõi nguội ngay lập tức được đóng lại, và lò được mở để đổ vào ngày hôm sau . Một số lượng lớn các khuyết tật về lỗ rỗng trong vật đúc là do sự hấp thụ độ ẩm trong lõi cát. Lõi cát hộp lõi lạnh dễ dàng hút ẩm. Trong quá trình rót, nước được lõi cát hấp thụ ngay lập tức bốc hơi thành hơi nước khi đun nóng và đi vào kim loại nóng chảy tạo thành bong bóng. Đối với những xưởng không mở lò trong ngày được thì có thể đóng thùng mà không cần cho lõi vào trước, đợi đến ngày khai trương mới mở khuôn cát, đặt lõi, đóng khuôn, đổ để tránh hiện tượng hút ẩm quá mức của vật liệu. khuôn cát. Bạn nên cẩn thận hơn khi làm mẫu bằng cát nóng. Nếu đợi một khoảng thời gian sau khi đúc trước khi đổ, hơi nước thoát ra liên tục từ cát nóng sẽ ngưng tụ trong khoang khuôn và lắp đặt lõi cát lạnh, giá đỡ lõi hoặc bàn ủi làm mát bên trong. Ví dụ, Hình 28 cho thấy một vật đúc hình trụ có đường kính trong là 4 inch (ф101,6mm). Độ ẩm của cát đúc nóng là 3,5%, nhiệt độ là 58 độ, nhiệt độ trong nhà và lõi cát là 18 độ, và quá trình đúc được để trong 80 phút sau khi đúc. Sau khi làm mát, làm sạch và gia công, vật đúc gần bề mặt trên của lõi cát xuất hiện các khuyết tật lỗ rỗ tổ ong phân bố rải rác, được hình thành do sự ngưng tụ hơi nước trên bề mặt lõi cát.
4. Công suất xả của khuôn cát không đủ: Cát xanh có độ thoáng khí cao, giúp thoát áp suất ngược tại giao diện. Tuy nhiên không nên đặt quá cao để tránh cát bám cơ học hoặc độ nhám bề mặt trên vật đúc. Độ nén của khuôn cát càng cao thì khoảng cách giữa các hạt cát càng nhỏ và khả năng thông gió của khuôn cát trong quá trình đúc càng kém. Để ngăn ngừa các khuyết tật về lỗ rỗng, thông thường không thể chỉ dựa vào độ thoáng khí của khuôn cát mà còn phải cung cấp thêm các kênh xả để cải thiện khả năng xả. Trong quá trình đúc thủ công và đúc máy đơn giản, để tăng cường khả năng thông hơi của khuôn cát, người thợ đúc dùng mũi khoan nhọn chọc vào các lỗ thông hơi không xuyên thấu từ mặt sau của khuôn cát. Độ sâu của lỗ thông hơi cách mẫu khoảng 4 đến 5 mm, điều này có thể tránh làm hỏng mẫu và có thể xuyên qua hoặc đến gần lớp liên kết ẩm của cát đúc để giảm lực cản khí thải. Người ta cũng thường khoan lỗ thông hơi trực tiếp vào khí quyển trên khuôn cát. Máy đúc có mức độ cơ giới hóa cao hơn sử dụng các kênh xả dạng tấm phẳng và lỗ tròn trên khuôn, đồng thời được trang bị các kim xả không thông ra khí quyển ở mỗi trùm của khuôn. Ngay cả khi chiều cao của chốt thông hơi chỉ bằng một nửa độ dày của khuôn cát thì giá trị độ thoáng khí tại vị trí đó sẽ tăng gấp đôi. Một số dây chuyền sản xuất mô hình có máy khoan đặc biệt để khoan lỗ thông hơi thẳng hoặc bán xuyên. Tôi thấy một xưởng đúc ở nước ngoài sử dụng dây chuyền đúc áp suất cao để sản xuất khối xi lanh động cơ diesel. Sau khi khuôn cát phía trên được mở ra, công nhân dùng máy khoan điện tay dài để khoan nhiều lỗ thoát khí từ khoang khuôn. Có các bộ phận giữ không khí trong khoang khuôn của khuôn ép phun chia tay thẳng đứng và khí có thể được thải ra bằng cách sử dụng các rãnh xả dạng tấm.
5. Áp suất và nhiệt độ thấp của sắt nóng chảy: Lượng cát ăn vào bề mặt trên của khoang khuôn của hộp cát phía trên không được quá nhỏ. Một mặt, nó ngăn không cho sắt nóng chảy phá vỡ khuôn cát. Mặt khác, nó làm tăng áp suất tĩnh của sắt nóng chảy, ức chế sự phát triển của khuôn cát và lõi cát. Áp suất ngược của không khí. Việc đặt các vòng cổng và vòng nâng lên khuôn cát cũng có thể làm tăng áp suất thủy lực của kim loại. Việc tăng nhiệt độ rót của sắt nóng chảy có thể làm giảm độ nhớt của kim loại nóng chảy, khiến bong bóng nổi lên và thoát ra khỏi sắt nóng chảy dễ dàng hơn. Đặc biệt chú ý đến nhiệt độ rót thực tế của loại sắt nóng chảy cuối cùng trong cùng một muôi rót. Việc tăng nhiệt độ rót một cách thích hợp không chỉ có lợi cho việc ngăn chặn sự xâm nhập vào lỗ chân lông mà còn giúp ngăn ngừa các khuyết tật như kẹt lỗ chân lông và các lỗ chân lông khác, cách nhiệt lạnh và đổ không đủ. Việc mở ống nâng tràn có thể xả sắt nóng chảy trộn lẫn với bong bóng và tạp chất ra khỏi khoang khuôn.
2. Lõi cát phát ra khí
Bất kể chất kết dính được sử dụng để làm lõi cát là gì, việc sản xuất vật đúc đều có nhiều khả năng tạo ra các khiếm khuyết về độ xốp xâm nhập. Do lõi cát được bao quanh bởi sắt nóng chảy và bị nung nóng dữ dội nên chất kết dính bị phân hủy và tạo ra một lượng lớn khí. Lõi cát được kết nối với bệ lõi cát thông qua đầu lõi và khí được thải ra khỏi bệ lõi ra khỏi khuôn. Rất khó để làm cho hệ thống ống xả hoạt động trơn tru. Phần lớn các khuyết tật về độ xốp thường gặp ở các xưởng đúc sản xuất vật đúc nhiều lõi cát như khối xi lanh động cơ ô tô và đầu xi lanh là do sự thoát khí của lõi cát. Viện nghiên cứu trung tâm của Tập đoàn Toyota Nhật Bản đã nghiên cứu cơ chế tạo áp suất ngược và lỗ rỗng tại bề mặt tiếp xúc khi đổ sắt nóng chảy vào lõi vỏ cát nhựa phenolic để đúc ô tô. Cảm biến áp suất màng silicon được sử dụng tại nơi dễ xuất hiện lỗ rỗng để đo sự thay đổi áp suất khí (tính bằng cm Fe) của lõi vỏ theo thời gian sau khi đúc. Đồng thời, người ta cũng đo được rằng áp suất sắt nóng chảy (tính bằng cm Fe) tăng khi mức chất lỏng rót tăng lên. Kết quả cho thấy có ba đỉnh áp suất khí trong lõi cát (xem đường cong trên Hình 29). I là áp suất ngược khi sắt nóng chảy vừa bao phủ lõi cát; II là đỉnh cao nhất của áp suất ngược sau 10 đến 30 giây; III có giá trị cực đại thấp hơn và khoảng thời gian phụ thuộc vào hàm lượng chất kết dính nhựa trong lõi cát. Nếu áp suất sắt nóng chảy A sau khi rót lớn hơn áp suất ngược sinh khí của lõi vỏ thì đường cong sẽ trơn tru và không xảy ra khuyết tật lỗ rỗng. Nếu áp suất sắt nóng chảy đổ là B thì đỉnh áp suất khí II dao động đáng kể, nguyên nhân là do khí lõi cát vượt qua áp suất sắt nóng chảy xâm nhập vào sắt nóng chảy, tức là có hiện tượng bong bóng. Nếu thời gian thổi bong bóng ngắn và thời gian đông đặc trước dài, mặc dù không nhất thiết phải xảy ra các khuyết tật lỗ rỗng nhưng sẽ có nhiều khuyết tật lỗ rỗng hơn so với khi áp suất sắt nóng chảy là A. Một số khuyết tật lỗ rỗng có thể xảy ra trong quá trình sản xuất hàng loạt. Nếu áp suất sắt nóng chảy hiệu quả chỉ là C thì áp suất ngược khí của lõi cát vượt quá áp suất sắt nóng chảy và bong bóng sẽ xuất hiện ngay sau khi sắt nóng chảy bao phủ lõi cát. Tiếp tục cho đến khi bề mặt của vật đúc cứng lại và các đỉnh I, II và III của đường cong biến mất, cho thấy rằng vật đúc phải có các khuyết tật lỗ rỗng. Từ đường cong áp suất thời gian có thể thấy rằng nếu áp suất sắt nóng chảy vượt quá áp suất ngược của giao diện bất cứ lúc nào sau khi đổ, sẽ không có bong bóng khoan vào sắt nóng chảy từ lõi cát.
3. Các phương pháp thường được sử dụng để ngăn chặn sự xâm nhập của lỗ rỗng từ lõi cát như sau:
1. Nâng cao khả năng thoát khí của lõi cát: Nếu có thể nên bố trí một lỗ thoát khí nhẵn ở giữa lõi cát. Nếu khe hở giữa đầu lõi và bệ lõi lớn thì đầu lõi cát phải được bọc bằng các vật liệu bịt kín như miếng nỉ sợi chịu lửa, dải bùn, dây amiăng, v.v. để đảm bảo kim loại nóng chảy không xâm nhập vào ống xả kênh. Đối với lõi cát dày và tiết diện lớn nên khoét rỗng hoặc đào làm đôi thành khoang bên trong dạng lưới rồi liên kết. Phương pháp xả được sử dụng phổ biến nhất đối với lõi cát tự đông cứng bằng nhựa là sử dụng ống bện nylon, có thể dễ dàng nhúng vào lõi cát dọc theo bất kỳ hình dạng nào của lõi cát. Đối với lõi cát của các vật đúc phức tạp như đầu xi lanh, khối động cơ đốt trong cần đặc biệt chú ý đến công suất xả của lõi cát. Hộp lõi nóng, hộp lõi lạnh và lõi vỏ đều được bắn liền khối. Ống xả không thể được nhúng trước, nhưng kim hoặc thanh thông gió có thể được đặt và chế tạo trong quá trình tạo lõi (một số cần phải được rút ra trước khi lấy lõi). Thông thường, sau khi lõi cát cứng lại, người ta dùng mũi khoan cacbua để khoan đầu lõi giúp xả khí. Tôi từng nhìn thấy một nhà máy đúc ô tô sản xuất hàng loạt ở nước ngoài. Khi sản xuất lõi cát áo nước đầu xi lanh nhiều xi lanh, người ta sử dụng máy khoan nhiều đầu đặc biệt để khoan đồng thời các lỗ mù cho mỗi đầu lõi kênh nước làm mát của lõi cát áo nước từ dưới lên trên. Tuy độ sâu khoan không lớn nhưng rất có lợi cho việc xả khí.
2. Giảm sự sinh khí của lõi cát nhựa càng nhiều càng tốt: Chọn chất kết dính có độ bền liên kết cao, sinh khí thấp và sinh khí chậm, giảm lượng chất kết dính được thêm vào và nung cẩn thận lõi cát và các biện pháp khác có thể làm giảm sự sinh khí của lõi cát. Thể tích khí và tốc độ tạo khí.
3. Tăng tốc độ rót và nhiệt độ rót: Với tiền đề không xảy ra nhiễu loạn, khí bị cuốn vào và khuôn không bị ăn mòn thì nên tăng tốc độ rót để nhanh chóng tạo nên áp suất chất lỏng kim loại nhằm ngăn chặn khí xâm nhập. Ngoài ra, tốt nhất cũng nên tăng nhiệt độ rót để giảm độ nhớt của sắt nóng chảy, để các bong bóng đi vào có thể dễ dàng nổi lên và thoát vào ống chống tràn cùng với dòng kim loại. Đây là lý do tại sao khi vật đúc bị mắc kẹt hoặc xâm lấn các khuyết tật lỗ rỗng, có thể loại bỏ các khuyết tật lỗ rỗng bằng cách tăng nhiệt độ rót lên 30 đến 50 độ. Trong quá trình sản xuất, cần kiểm soát nhiệt độ thực tế của hộp sắt nóng chảy cuối cùng trong mỗi gói rót. Do nhiệt độ của sắt nóng chảy cuối cùng giảm nên dễ xảy ra khuyết tật lỗ rỗng.
4. Đánh lửa đầu lõi: Trong quá trình đổ, đốt lửa thoát khí của hệ thống xả lõi cát trên đỉnh khuôn cát để đốt cháy khí thoát ra từ lõi cát. Nó có thể tăng cường lực hút của cửa thoát khí và tăng tốc độ xả khí lõi cát.
