Thiết kế đúc thân ổ trục

 Vì số lượng chi tiết quá ít và quá phức tạp nên ta không thể dùng phương pháp đúc trong khuôn kim loại tỉnh và đúc áp lực, và bề dày của chi tiết nhỏ cũng không cho phép đúc trong khuôn kim loại và áp lực vì sẽ bị biến trắng (hợp kim đúc gang xám). Khuôn mẫu chảy và khuôn mẫu hóa khí cũng không được sử dụng do sản lượng thấp không đủ khấu hao cho chi phí chế tạo bộ mẫu. Tuy nhiên nếu sản xuất với số lượng lớn thì đây là phương pháp đúc nên được xem xét trước hết vì sẽ dễ dàng hơn trong quá trình đúc do không phải xem xét đến vấn đề mặt phân khuôn và mặt phân mẫu mà độ bóng bề mặt chi tiết lại cao.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

BỘ MÔN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

MÔN HỌC THIẾT KẾ KHUÔNG VỚI SỰ TRỢ GIÚP

CỦA MÁY TÍNH

GVHD : LÊ QUỐC PHONG

Tên Sinh Viên Thực Hiện MSSV

Mục lục

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU CHI TIẾT ĐÚC VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐÚC 4

1.1 Nguyên cứu chi tiết đúc 4

1.2 Chọn phương pháp đúc 6

CHƯƠNG 2: LẬP BẢN VẼ VẬT ĐÚC 7

2.1 Chọn vị trí vật đúc trong khuôn khi rót-mặt phân khuôn-mặt phân mẫu: 7

2.1 Sai lệch cho phép và xác định lượng dư 8

CHƯƠNG 3: LẬP BẢN VẼ CÔNG NGHỆ ĐÚC 12

3.1 Thiết kế hệ thống ruột 12

3.2 Thiết kế hệ thống rót 13

3.3 Xác định tiết diện rãnh dẫn 14

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỘP RUỘT 17

4.1 LỰA CHỌN VẬT LIỆU LÀM RUỘT 17

4.2 LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ HỘP RUỘT 18

4.2.1 Lựa chọn hộp ruột và các thành phần hộp ruôt: 18

4.2.2 Thiết kế hộp ruột: 18

CHƯƠNG 5: CHỌN HÒM KHUÔN 21

CHƯƠNG 6 : CHỌN VẬT LIỆU LÀM KHUÔN 25

6.1 Giới thiệu về hỗn hợp làm khuôn: 25

6.2 Vai trò của hỗn hợp làm khuôn: 25

6.3 Chọn hỗn hợp làm khuôn: (Làm khuôn cát sét) 25

CHƯƠNG 7: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆN HỢP KIM ĐÚC 28

7.1 Chọn lò nấu gang xám 12-28: 28

7.2 Chọn liệu: 28

7.3 Xử lí liệu: 28

7.4 Nạp liệu: 28

7.5 Nấu chảy liệu: 29

7.6 Tinh luyện: 30

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT 31

8.1 Chi phí kim loại 31

8.2 Chi phí cát 34

8.3 Chi phí dụng cụ 35

8.4 Chi phí xử lý 35

8.5 Tổng chi phí: 39

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU CHI TIẾT ĐÚC VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐÚC

1.1 Nguyên cứu chi tiết đúc

 Số lượng chi tiết 100 chi tiết

Điều kiện làm việc của chi tiết:

 Yêu cầu các mặt tiếp xúc: mặt bích và mặt trong của lổ phải được gia công nhẵn, chi tiết làm việc trong điều kiện nhiệt độ vừa phải, chịu sự rung lắc, tải trong không cao

 Do đó yêu cầu kết cấu chi tiết phải có cơ tính tương đối, không có xốp co, lõm co ở

vị trí bệ đỡ trục

Vật liệu đúc:

 Theo yêu cầu từ phía khách hàng là sử dụng gang xám Gx 12-28 để đúc sản phẩm

 Gx 12-28 là loại gang xám chứa tổng lượng cacbon cao,sử dụng cho chi tiết chịu lực và chịu mài mòn tương đối

Điều chỉnh kết cấu và lựa chọn phương pháp đúc

 Kết cấu đúc ban đầu có các vị trí góc nhọn, những góc này khi đúc sẽ gây nên các khuyết tật, do đó ta điều chỉnh một chút ở các góc này

 Các lỗ gắn bulong và châm dầu được xem là lượng dư công nghệ, bề mặt bích và

bề mặt lỗ có châm dầu thêm lượng dư gia công

 Kết cấu tổng thể của chi tiết vẫn không thay đổi

và mặt phân mẫu mà độ bóng bề mặt chi tiết lại cao

 Do đó ta chọn phương pháp đúc trong khuôn cát Do yêu cầu chất lượng bề mặt không cao và sản lượng đúc nhỏ ta dùng khuộn cát sét tươi với ruột làm bằng cát nước thủy tinh để đảm bảo độ bền cho ruột

 Ưu điểm của phượng pháp đúc bằng khuôn cát: Có thể sản xuất với mọi sản lượng đúc và hình dạng kích thước từ dơn giản đến phức tạp và kích thức từ vài gam đến hàng chục tấn

 Nhược điểm: không đảm bảo ổn định về kích thước, vật đúc có nhiểu khuyết tật đúc,…

CHƯƠNG 2: LẬP BẢN VẼ VẬT ĐÚC

2.1 Chọn vị trí vật đúc trong khuôn khi rót-mặt phân khuôn-mặt phân mẫu:

Phương án 1:

Mặt phân khuôn:

 Ưu điểm: mặt phân khuôn cũng là mặt phân mẫu, có thể lấy mẫu ra khỏi khuôn

 Khuyết điểm: chiều cao hòm khuôn lớn => tốn nhiều cát làm khuôn, hốc khuôn kém bền

Phương án 2:

Mặt phân khuôn

 Ưu điểm: không có ụ cát treo, các phần gia công đều nằm ở mặt dưới và mặt bên, chỉ sử dụng 1 ruột đơn giản và dễ chế tạo

 Khuyết điểm: phần thân trụ bị tách ra làm hai phần gây sai lệch kích thước khi ráp khuôn Tuy nhiên do có tính lượng dư gia công nên phần quan trọng là lõi thân ổ trục vẫn có thể đảm bảo độ chính xác khi gia công

Kết luận:

Với sản lượng đúc nhỏ (100 chi tiết), giá thành đúc gang cũng không cao nên ta thấy phương án 2 là hợp lý do kết cấu ruột đơn giản, và cho giá thành tốt nhất trong hai phương án

2.1 Sai lệch cho phép và xác định lượng dư

Kích thước đo của vật đúc

(mm)

Cấp chính xác III Sản xuất đơn chiếc

Trên (+) Dưới(+)

Bảng sai lệch kích thước cho phép đối với vật đúc (Lấy theo tiêu chuẩn GOCT 2009 - 55)

Sai lệch cho phép về khối lượng của vật đúc:

(Theo TCVN 385-70)

Khối lượng danh nghĩa của

vật đúc (Kg)

Cấp chính xác III Sản xuất đơn chiếc Sai lệch cho phép về % khối lượng vật đúc

Bảng sai lệch khối lượng cho phép đối với vật đúc

Lượng dư gia công cơ khí:

Lượng dư đối với các khoảng kích

thước danh nghĩa , mm > 126260

120-260

Phía trên Phía dưới, bên

5,5 4,5

Lượng dư gia công bề mặt [1]

Lượng trừ co:

Lượng co theo chiều dài của vật đúc

Đối với các vật đúc bằng khuôn tươi các trị số này nhân với 1,2 Nếu khuôn có sự cản co mạnh thì lượng trừ co giảm chừng 10-20 %

Lượng dư công nghệ:

 Đối với các lỗ, r nh, các chỗ hõm hốc

 Không đúc các lỗ lắp bu lông và châm dầu Ø14

 Thay đổi kết cấu để dể rút mẫu và lắp khuôn, tăng các góc bo tròn để tránh nứt và cháy dính cát

Tính toán kích thước sau khi có lượng dư gia công:

Đường kính lỗ: (32-6×2)= 20 mm

Bề dày mặt gia công trên lỗ: 4,5

Chiều dài của lỗ: (45+4,5×2) = 54 mm

Chiều cao chân đế đỡ: 14 + 4.5 = 18.5 mm

CHƯƠNG 3: LẬP BẢN VẼ CÔNG NGHỆ ĐÚC

3.1 Thiết kế hệ thống ruột

 Theo phương án đúc, ruột có dạng trụ tròn, thẳng đứng Ta chế tạo ruột bằng hỗn hợp cát nhựa Vì hỗn hợp này khá phổ biến, dễ chế tạo và thuận lợi trong quá trình lấy sản phẩm

 Do bản chất ruột là khối trụ tròn xoay nên đầu gác ruột chỉ cần dạng tròn xoay đơn giản, không cần chọn đầu gác kiểu có chốt khóa

 Yêu cầu của ruột: đơn giản, dễ làm, đảm bảo độ thông hơi, thông khí của ruột, chịu được trọng lượng của bản thân ruột và lực tác dụng của kim loại lỏng lên ruột

 Các thông số của ruột được tra ở bảng 28[1]

Khe hở giữa dầu gác

và ổ gác ở một phía

(mm)

Bán kính lượn ở chân đầu gác (mm)

Độ xiên của đầu gác

Đầu gác dưới

Đầu gác trên

Phần dưới của khuôn

Phần trên của khuôn

Hình dáng của ruột

Các thông số ruột :

 h = 25 mm

 Để tính toán hệ thống rót cho vật đúc bằng gang, trước hết ta xác định thời gian rót

có lợi nhất đối với vật đúc và sau đấy xác định tiết diện của các thành phần hệ thống rót đảm bảo được thời gian rót quy định

Xác định thời gian rót hợp lý:

√ (s)

Trong đó:

s là hệ số đối với vật đúc gang: vật đúc có khối lượng dưới 1t: s=1,4

g chiều dày trung bình của thành vật đúc: g = 15 mm

G=10,4×140% = 14,6 kg

đó ta phải giảm thời gian rót xuống còn 3s để đảm bảo

Trong đó µ là hệ số trở lực, tra bảng 36 ta được 0.6

Rãnh dẫn:

a = 16 mm

b= 14 mm

h= 2 mm

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỘP RUỘT

4.1 LỰA CHỌN VẬT LIỆU LÀM RUỘT

Do ta không sử dụng đậu ngót, nên ta phải trôn thêm phoi gang giã nhuyễn cho hỗn hợp làm ruột có khả năng làm nguội tốt

Ta lựa chọn hỗn hợp làm ruột là cát nước thủy tinh đóng rắn nguội theo công nghệ

dùng cho sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ.Nguyên lý chủ yếu là dựa trên sự hiện diện của thủy

(1-5 phút), sau đó có thể sấy trong một thời gian xác định để dạt độ bền tối đa.(Theo sách Công nghệ đúc-Đặng Mậu Chiến trang 93)

Nhược điểm lớn nhất của công nghệ này là khó phá khuôn, khắc phục:Sử dụng

hỗnhợp chất phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ để dễ phá khuôn.(Sách Vật liệu làm khuôn-Đinh Quảng Năng)

Chất phụ gia vô cơ bao gồm:bột macsalit,bột đá,sét chịu lửa,xỉ luyện kim, corun, cromit Các chất phụ gia vô cơ có tác dụng đẩy điểm biến mềm của màng chất dính về phía nhiệt độ cao làm không xuất hiện độ bền cực đại lần đầu hoặc làm giảm độ bền cực đại lần hai

Chất phụ gia hữu cơ gồm có bột than đá mùn cưa, bột ngũ cốc dầu mazut, pek, nhựa polime Các chất phụ gia hữu cơ có tác dụng tạo ra lỗ trống không liên tục của màng chất dính do nó bị cháy sau khi đúc rót ,làm giảm độ bền của màng chất dính

4.2 LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ HỘP RUỘT

Kết cấu hộp ruột có hai yếu tố sau quyết định:

+Hình dáng và kích thước ruôt

+Công nghệ chế tạo ruột

4.2.1 Lựa chọn hộp ruột và các thành phần hộp ruôt:

-Chọn thiết kế cho ruột đứng:

-Do chi tiết có kích thước nhỏ, sản xuất nhỏ lẻ, đầm cát bằng tay nên ta chọn làm hộp ruột bằng gỗ

-Để đảm bảo độ bền và làm ruột dễ dàng ta sử dụng thêm kẹp nêm gỗ và sử dụng 4 chốt định vị

-Hộp ruột sử dụng ít mối ghép để gia tăng độ bền và độ chính xác của hộp ruột

 Ta chọn loại hộp ruột bổ đôi nằm ngang hở, có chốt cố định có kẹp nêm gỗ

4.2.2 Thiết kế hộp ruột:

-Theo sách Thiết kế đúc –Nguyễn Xuân Bông hình 2.II.79, trang 248 cho đường kính trong D nằm trong khoảng từ 50<, ta có:

Do hộp ruột chọn có dạng thiết kế nguyên khối không sử dụng quá nhiều mối ghép nên ta chỉ lấy thông số L và a ở bảng trên để thiết kế cho hộp ruột

Bản vẽ 3D ruột và hộp ruột bổ đôi:

Mô tả cách làm ruột: Cho cát nước thủy tinh vào hộp ruột đ được cố định bằng

từ 1-5p cho hỗn hợp đóng rắn sau đó tháo hộp ruột ra và lấy ruột

đồng thời và đồng đều

Dựa vào khối lượng vật đúc, tra bảng 68 trang 277 sách “Thiết kế đúc” ta được các kích thước chiều cao của hòm khuôn:

Dựa vào bảng 72 trang 282 sách “Thiết kế đúc”, ta chọn các kích thước của tai đỡ bạc dẫn hướng và bạc định vị như sau:

CHƯƠNG 6 : CHỌN VẬT LIỆU LÀM KHUÔN

6.1 Giới thiệu về hỗn hợp làm khuôn:

Vật liệu cơ bản: cát làm khuôn, đóng vai trò chất chịu nhiệt, tạo độ bền tổng thể của khuôn

Chất phụ gia: những chất được sử dụng với lượng nhỏ để bổ sung một số tính chất cho HHLK

6.2 Vai trò của hỗn hợp làm khuôn:

Trong quá trình đúc, HHLK tiếp xúc với KL lỏng và vật đúc dần được hình thành HHLK tham gia vào các quá trình phức tạp của các tương tác nhiệt, nhiệt hóa, hóa lý, khí

… Những quá trình này tác động đến các tính chất của VĐ, cụ thể:

trong KL ngăn ngừa cháy dính cát nhiệt hóa

 Khai thác mỏ bằng phương pháp lộ thiên

 Nếu cát lẫn nhiều tạp chất hoặc thành phần hạt không đều nên cần phải làm giàu cát

Thành phần và tính chất:

 Thành phần chính: SiO2

 Tỉ trọng = 2,5-2,8 kg/dm3

 Màu phụ thuộc các tạp chất: xám, vàng, đen …

 Khi nung nóng có chuyển biến thù hình kèm sự thay đổi thể tích: 573, 870,

 Độ bền riêng cao để giảm lượng chất dính

 Không tác dụng hóa học với cát và mẫu

 Sinh khí ít, hút ẩm thấp

 Giữ được tính chất trong thời gian dài, dễ bảo quản

 Ít ô nhiễm môi trường, ít độc hại

Nhược điểm của sét cao lanh:

 Độ bền khô không cao

 Tính in hình kém

 Dễ sinh rỗ khí

 Sinh nhiều bụi khi phá dỡ khuôn

Chất phụ gia:

o Là những chất cho vào HHLK để cải thiện một số tính chất công nghệ của HHLK

o Có thể ở trạng thái rắn hoặc lỏng

CHƯƠNG 7: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆN HỢP KIM ĐÚC

7.1 Chọn lò nấu gang xám 12-28:

 Ở đây vì hợp kim nấu ra cần đạt chất lượng cao, nhưng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, vẫn hành dễ, năng suất cao Sau khi xem xét các loại là như hồ quang, cảm ứng, điện trở,… Thì ta thấy lò cảm ứng không lõi là thích hợp nhất

 Lò có thể dùng để nấu một số mác thép và hợp kim đặc biệt, đồng thời dùng thiết

bị lò để tôi các chi tiết máy móc, dụng cụ cắt gọt, vận hành tương đối đơn giản, nếu chọn phối liệu tốt, vận hành lò bình thường thì đảm bảo được năng suất lò cao

và tiêu thụ điện năng thấp

7.2 Chọn liệu:

 Việc chọn liệu cho là cảm ứng không lõi cần được phân loại kĩ về mặt thành phần Liệu cần sạch, ít rỉ, ít tạp chất có hại như P,S (<0.03%), liệu không được dính dầu

mỡ

 Kích thước liệu không được quá cồng kềnh, to hoặc dài quá

 Vì thế ta nên chọn liệu bỏ đi từ các nhà máy chế tạo lốc xe, như thế sẽ chuẩn về thành phần, ta chỉ cần thêm cacbon và 1 số nguyên liệu cần thiết

o Sau khi liệu đ nung đỏ đều (khoảng 760 độ) thì tiếp tục chất đợt 2 khoảng 40-50% phối liệu

o Khi liệu sắp chảy thì cho liệu đợt 3, đến lúc này iệu đ nạp được khoảng 70%

60-o Khi liệu đ chảy lỏng h60-oàn t60-oàn, ta ch60-o nốt phần liệu còn lại

 Đối với những lò đ chạy ổn định thì nên chất liệu làm 2 đợt:

còn lại vào lò

Tiếp theo nên chất lớp liệu vừa, còn liệu khó chảy và cục to nên chất sát tường lò và vùng nóng nhất, tức là nửa dưới của nồi lò Các liệu vụn được điền đầy và khe khở giữa các cục liệu lớn và trung bình cũng như phần giữa nồi lò

 Các thao tác nạp liệu được thực hiện bằng tay với liệu nhỏ, và bằng thùng nạp liệu đối với liệu lớn

7.5 Nấu chảy liệu:

 Trong khoảng 5-10 phút đầu, sử dụng công suất thấp, thườn thì công suất này đạt 30-40% công suất định mức

 Khi nhiệt độ trong lò đ cao (900-1000 độ), liệu được nung đỏ sáng thì tăng công suất điện cực đại (khoảng 65-70% công suất định mức) và được sử dụng cho đến lúc kết thúc cháy liệu ( nhưng không giữ công suất quá 20p)

 Trong quá trình nấu chảy liệu, ta cần chú ý là lớp liệu phía trên có khuynh hướng hàn dính với nhau thành các cầu treo liệu Nếu không phá các cầu này kịp thời thì kim loại lỏng bên dưới sẽ bị quá nung dễ gây hư hỏng đáy lò

 Khi kim loại đ chảy lỏng hoàn toàn ta cho chất tạo xỉ vào lò ( ban đầu chiếm 5% trong lượng mẻ liệu)

3- Sau khi kết thúc nấu chảy liệu ta hạ công suất xuống còn 40-50% CSDM Đối với

lò chay lần đầu ta nên sd chế độ điện như sau:

o 0-10p đầu, cồng suất đưa vào lò là 30-40% CSDM

o Sau 10-20p, ta tăng công suất ên 50-55% và giư như vậy cho đến lúc chuẩn

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ

KỸ THUẬT

8.1 Chi phí kim loại

Kim loại nóng chảy là một yếu tố quan trọng trong quá trình đúc rót kim loại của một xưởng đúc Bên cạnh đó là nền tảng của quá trình đúc, các bộ phận nóng chảy cũng thể hiện một tỷ lệ rất đáng kể các chi phí của vật đúc hoàn chỉnh Các bộ phận nóng chảy thường là phát sinh nhiều khoảng từ 30-50% chi phí xử lý liên quan đến cát đúc

Bước đầu tiên để xác định tổng chi phí kim loại là tính toán chi phí cần thiết của vật liệu sản xuất ra vật đúc Người ta tìm ra tổng khối lượng vật đúc có thể đoán bằng cách sử dụng đường kính với độ chính xác trong vong 15% giá trị thực tế Các mối quan hệ được thể hiện như sau:

Giá năng lượng lò, tính đơn vị dollars/kg

 / 100

ct me en

ff

E M C

Fff= hiệu suất sử dụng lò

Ect là 0.067$ ( giá bình quân của ngành tháng 9 năm 2009), ở Việt Nam giá điện công

đúc điển hình dược cho ở bảng sau

fc fk

F C



7830

  $

được coi là giá hợp lí hiện hành ở Mỹ

Cuối cùng, chi phí lao động cho người vận hành lò, tính trên mỗi kg kim loại được rót

sở cho mỗi ca-đó là, chi phí của công nhân lò cho một ca chia cho trọng lượng của kim loại đổ mỗi ca làm việc Chi phí này bình quân ở Mỹ là 0.02$/kg

Chi phí ở miệng rót do đó có thể tính là

niken

Giá kim loại sau khi đúc thường cao hơn giá trong bảng vì các chi phí trong công thức 12.1 và bảng giá 12.1 Với điều chỉnh này, giá kim loại sau đúc được tính bằng công thức tổng như sau

Vfc= thể tích kim loại tính cả hệ thống rót, m3

Ccv= giá kim loại phế liệu, $/kg

8.2 Chi phí cát

Chi phí của cát khuôn mới có thể dao động từ $ 13 / tấn lên đến $ 35 / tấn tùy thuộc vào

độ mịn của hạt Chi phí này không bao gồm chi phí vận chuyển, đó là nguồn chính của sự biến đổi giữa giá nhà cung cấp Sự ảnh hưởng chi phí cát khuôn trên giá vật đúc là rất ít, thường không thới 3% trong tổng chi phí sản xuất, theo khảo sát, chi phí cát làm khuôn xấp xỉ 0.018$/kg kim loại đ rót Do đó chi phí cát làm khuôn trên mỗi phần là

Ruột thường chịu sự phá hủy trong quá trình rót, và tỷ lệ phế liệu có thể khác nhau

từ 4 đến 40% dựa vào kết cấu ruột và quy trình làm ruột Ước tính tỷ lệ phế liệu cho hầu hết trường hợp có thể chấp nhận được là 8% Công thức tính giá cát làm ruột như sau: