NGHIÊN cứu CHI TIẾT đúc CHẢNG BA và CHỌN PHƯƠNG ÁN

Chảng ba xe máy có nhiệm vụ gắn kết trục cổ trước và trục cổ lái tạo ra bộ khung củ bánh xe trước. Chảng ba giúp giới hạn phạm vi xoay của trục lái, phân phối lực tác động từ bánh trước ngoài ra nó còn có tác dụng chịu lực, giảm sốc giúp xe cân bằng và ổn định trong khi hoạt động. Chi tiết làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi, rung động liên tục, chịu lực uốn và bẻ cong từ hai bên. Nên cần yêu cầu óc cơ tính tổng hợp cao. Cần độ chính xác cao ở các lỗ lắp ghép

I Nghiêng cứu chi tiết đúc và chọn phương pháp đúc 2

1.1 Đọc bản vẽ chi tiết cần đúc 2

1.2 Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết đúc 2

1.3 Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ, lý, hóa tính của chi tiết 2

1.3.1 Thép đàn hồi 2

1.3.2 Thép hóa tốt 3

1.3.3 Đặc tính của thép C45 4

1.4 Nghiên cứu cách gia công và vị trí gá lắp khi gia công chi tiết 5

1.5 Xác định loại hình sản xuất đúc 5

1.6 Điều chỉnh kết cấu và chọn phương pháp đúc 5

II Thiết kế bản vẽ phôi 7

2.1 Chọn vị trí vật đúc trong khuôn 7

2.2 Xác định lượng dư gia công 9

III Lập bảng vẽ công nghệ đúc. 10

3.1 Thiết kế ruột 10

3.2 Thiết kế hệ thống rót 11

3.2.1 Tính toán hệ thống rót: 11

3.2.2 Thiết kế hệ thống đầu ngót: 12

IV Thiết kế mẫu ( khuôn) 12

V Lập bản vẽ hộp ruột 13

VI Chọn hòm khuôn 14

VII Chọn vật liệu hỗn hợp làm khuôn và ruột 16

VIII Lập quy trình công nghệ nấu luyện hợp kim đúc, chọn lò nấu 16

IX Tính toán giá thành và phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật 19

9.1 Chi phí hợp kim đúc 19

9.2 Chi phí năng lương 19

9.3 Chi phí vận hành lò 20

9.4 Chi phí cát 21

9.5 Chi phí nấu chảy kim loại 21

9.6 Chi phí rót 22

9.7 Chi phí phá khuôn 22

9.8 Chi phí làm sạch vật đúc 23

9.9 Chi phí làm ruột 24

9.10 Chi phí xủa lý dây chuyền 24

X Tài liệu tham khảo 25

I Nghiêng cứu chi tiết đúc và chọn phương pháp đúc

1.1 Đọc bản vẽ chi tiết cần đúc

- Số lượng chi tiết: 10000

- Chi tiết yêu cầu gia công các chỗ lắp ghép các chỗ lắp bu long

1.2 Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết đúc

Chảng ba xe máy có nhiệm vụ gắn kết trục cổ trước và trục cổ lái tạo ra bộ khung củ bánh

xe trước Chảng ba giúp giới hạn phạm vi xoay của trục lái, phân phối lực tác động từ bánh trước ngoài ra nó còn có tác dụng chịu lực, giảm sốc giúp xe cân bằng và ổn định trong khi hoạt động

Chi tiết làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi, rung động liên tục, chịu lực uốn và bẻ cong từ hai bên Nên cần yêu cầu óc cơ tính tổng hợp cao Cần độ chính xác cao ở các lỗ lắp ghép

1.3 Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ, lý, hóa tính của chi tiết

Có hai phương án sau

1.3.1 Thép đàn hồi

- Thép cacbon đàn hồi là loại thép có thành phần cacbon tương đối cao : 0,55-0,65%C

- Các mác thép thông dụng : C55 , C60 , C65 ,C70 Có thể thêm mangan ,silit để nâng cao giới hạn đàn hồi và độ cứng

- Đặc điểm làm việc của chi tiết là chịu tải trọng tỉnh và va đập cao nhưng không được phép biến dạng dẻo

- Giới hạn đàn hồi cao, khả năng chống biến dạng dẻo lớn tỉ lệ vào khoảng 0,85 - 0,95

- Độ cứng khá cao, độ dẻo và dai thấp để tránh biến dạng dẻo và không bị phá hủy dòn

- Giới hạn bền mỏi cao phù hợp với điều kiện tải trọng thay đổi có chu kỳ

- Chế độ nhiệt luyện tôi và ram trung bình tạo ra tổ chức trustit ram

1.3.2 Thép hóa tốt

- Thành phần Cacbon trong giới hạn từ 0,3-0,5% đảm bảo kết hợp tốt nhất giữa các chỉ tiêu về cơ tính: độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai (cơ tính tổng hợp) trong thực tế sử dụng phổ biến nhất là 0,35-0,45%C

- Thường sử dụng các mác sau : C35 ,C40 ,C45, C50 nhưng thông dụng nhất là C45

- Chế độ nhiệt luyện là tôi và ram cao, lõi của chi tiết sẽ có cơ tính tổng hợp cao để chịu được tải trọng tĩnh và va đập, tổ chức nhận được là xoocbit ram (độ cứng 25-30 HRC) Tổ chức này có tác dụng tạo được độ bóng cao khi cắt gọt và giúp cho chuyển biến xảy ra nhanh chóng, nhận được mactenxit nhỏ mịn ngoài ra có thể tạo cho bề mặt có độ cứng cao và tính chống mài mòn lớn bằng cách tôi bề mặt và ram thấp (độ cứng

khi đó thép cacbon hóa tốt có độ bền đảm bảo và sự phá hủy dẻo có dấu hiệu báo trước, đảm bảo tính an toàn trong khi hoạt động

- Thép hóa tốt c45 có tính chất rất ưu việt : độ bền, độ dẻo, độ dai đều cao Thép được sử dụng rất phổ biến trong các chi tiết kết cấu máy nhỏ và trung bình

- Với các phân tích đã nêu ở trên chúng ta thấy rằng vật liệu thép cacbon hóa tốt c45 phù hợp với chi tiết chảng ba xe máy

Tỷ trọng Độ giãn

dài tại điểm gãy

Modul đàn hồi

Hệ Poisson

T = 825÷ 8350C

Mục đích của ủ hoàn toàn là:

- Làm nhỏ hạt: nếu chỉ nung nóng quá đường AC3 khoảng 20÷30 0C thì hạt Austenit thu được vẫn nhỏ, nên khi làm nguội tiếp theo tổ chức ferit + peclit nhận được cũng có hạt nhỏ Làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội với độ cứng đạt được là HB = 160÷200

- Khi ủ hoàn toàn thép ta tiến hành các biện pháp gia công cơ khí để đạt được hình dạng yêu cầu

Nhiệt luyện kết thúc:

- Bước đầu tiên là tạo cho lõi có cơ tính tổng hợp cao để chịu được tải trọng tĩnh và

va đập bằng

cách tôi + ram cao đạt tổ chức xoocbit ram với độ cứng HB = 240 ÷280 (HRC = 25÷30)

- Ngoài ra tổ chức này còn có tác dụng phụ nhưng khá quan trọng là: Giúp tạo ra

độ bóng cao khi gia công

tinh tiếp theo đúng như hình dạng và kích thước yêu cầu

- Tạo cho bề mặt độ cứng cao và tính chống mài mòn lớn bằng tôi bề mặt và ram thấp

1.4 Nghiên cứu cách gia công và vị trí gá lắp khi gia công chi tiết

1.5 Xác định loại hình sản xuất đúc

1.6 Điều chỉnh kết cấu và chọn phương pháp đúc

Đúc trong khuôn cát sét - Chi phí đầu tư ban đầu

thấp ,trang thiết bị công nghệ đơn giản, có khả năng tạo hình các vật đúc lớn và các vật đúc phức tạp như chi tiết chảng ba phù hợp với tất

cả các loại hình sản xuất, thân thiện với môi trường, hổn hợp làm khuôn tái sử dụng nhiều lần

- Độ chính xác, độ bóng bề mặt không cao Điều này có thể chấp nhận được trong sản xuất chảng ba vì chảng

ba không yêu cầu độ chính xác bề mặt cao, chỉ yêu cầu

độ chính xác của các lỗ trục sau khi gia công

- Lượng dư gia công lớn, tiêu tốn nhiều kim loại, chi phí gia công cắt gọt lớn Đúc bằng công nghệ tự Vật đúc có độ chính xác cao Thường lõm co lớn

đông cứng Furan hơn đúc trong khuôn cát sét,

khuôn có độ bền cao khuôn cát sét

Trường hợp này của công nghệ tự đông cứng Furan giống như công nghệ khuôn cát sét, ô nhiễm môi trường

do sử dụng chất kết dính là nhựa Furan và chất tang cứng là axit, chi phí đầu tư ban đầu cao hơn khuôn cát sét

Đúc trong khuôn kim loại Vật đúc có độ chính xác

cao, cho năng suất cao (phù hợp với sản xuất sản phẩm

số lượng lớn), dể cơ khí hóa

tự động hóa, có thể điều chỉnh quá trình làm nguội khuôn, quá trình truyền nhiệt và đông đặc để vật đúc đạt tổ chức và cơ tính cần thiết, thân thiện với môi trường

- Chỉ đúc những vật đúc có hình dạng đơn giản, giá thành bộ khuôn kim loại lớn, đặc biệt khi chi tiết của chúng ta ở đây có hình dạng phức tạp, nhiều lỗ trụ và đường cong Do vậy bộ khuôn kim loại sẽ rất phức tạp và chi phí cao

- Vật đúc dễ bị nức, cong vênh, ứng suất do nguội nhanh, bị cản co Trong khi vật đúc chúng ta đặc biệt yêu cầu cao về độ bền, độ uốn dẻo

Nhận định

- Chi tiết đúc bằng thép trong khuôn cát-sét co rất lớn, nếu tính toán lượng bù ngót không đúng có thể dẫn đến việc tạo một lõm co lớn nằm trong vật đúc, gây ra sai số khối lượng lớn trong vật đúc, chi tiết không còn đảm bảo cơ tính và chất lượng

- Nếu so sánh công nghệ tự đông cứng Furan với công nghệ khuôn cát sét thì công nghệ khuôn cát sét phù hợp hơn vì sản phẩm không yêu cầu độ chính xác cao và công nghệ tự đông cứng Furan lại không khắc phục được những nhược điểm chính của công nghệ cát sét là tạo lõm co lớn Đồng thời, công nghệ tự đông cứng Furan lại gây ô nhiễm môi trường do sử dụng nhựa Furan và axit

- Phương pháp đúc trong khuôn kim loại không phù hợp cho đúc chảng ba

KẾT LUẬN:

- Với sản lượng đúc của chúng ta không quá lớn, hình dạng vật đúc lại tưng đối phức tạp

và đặc biệt là yêu cầu không có ứng suất, cong vênh trong vật đúc vì vậy việc sử dụng phương pháp đúc trong khuôn kim loại sẽ không hợp lý như phân tích phía trên, các phương pháp đúc khác như đúc áp lực hoặc mẩu chảy cũng không phù hợp vì vật đúc của

ta bằng thép, yêu cầu nhiệt luyện sau đúc, không yêu cầu cao về độ bóng bề mặt

- Với các yếu tố về kỹ thuật và kinh tế như trên, phương pháp đúc được chọn là đúc trong khuôn cát sét

- Dùng khuôn tươi đúc 1 lần, có thể xấy bề mặt để tăng bền cho khuôn vì vậy đặc điểm của phương pháp ta chọn là nhanh chóng và kinh tế phù hợp với lượng chi tiết cần đúc và

cả hợp kim đúc theo yêu cầu

- Khuôn được làm bằng máy , cho năng suất của xưởng đúc cao, chi tiết tạo ra được đồng đều về chất lượng, chi phí đầu tư cũng không qúa cao, dễ thao tác, không cần nhiều kinh nghiệm

- Với sản lượng và yêu cầu của chi tiết ta chọn mẫu làm bằng nhôm, đảm bảo nh dễ thao tác, không bị biến dạng trong quá trình sản xuất

II Thiết kế bản vẽ phôi

Những phần quan trọng đều nằm phía khuôn trên nên dể khuyết tật rổ khí ,lõm

co, độ chính xác không cao

Vậy từ đó nhận thầy ta nên lựa chọn phương án 1 là tối ưu nhất

2.2 Xác định lượng dư gia công

Lượng dư gia công ở những chỗ có lắp ghép, đối với vật đúc có kích thước từ

200-300, cấp chính xác II, và sản xuất hàng loạt, chọn lượng dư gia công là 6mm [1]

Lượng dư gia công bề mặt

Lượng trừ co theo chiều dài: Đối với théo C45 độ cản co là 1.4%, co tự đo là 1.8% Lượng dư công nghệ Đối với các lỗ, rãnh, các chổ hõm hốc thì không đúc các lỗ lắp

bu lông

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

Không đúc các lỗ  6, 12 để tạo đông đặc có hướng và vùng đông đặc sau cùng

là đậu ngót, ngoài ra còn giúp quá trình lấy mẫu ra khi làm khuôn được dể dàng

Lượng dư do độ xiên cản thành vật đúc, tra sách Thiết kế đúc – Nguyễn Xuân Bông bảng

22 ta được trị số độ xiên thoát khuôn không quá 10

Tính toán lượng bù co ta vẽ được bản vẽ phôi đúc như bảng vẽ đính kèm

III Lập bảng vẽ công nghệ đúc

3.1 Thiết kế ruột

Ruột cần thiết kế 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 Số lượng: 6 ruột trên một bộ khuôn.Kiểu đặt ruột: đặt th ng đứng

Bán kính lượn ở chân đầu

Độ xiên của đầu gác

(mm) Phần đầu

gác dưới

Phần đầu gác trên

Phần dưới của khuôn

Phần trên của khuôn

gác (mm)

3.2.1 Tính toán hệ thống rót:

Sử dụng phần mềm Creo Parametric ta tính đươc khối lượng của một phôi đúc là 2,6Kg

Thời gian rót: tS3 gG

G: Khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót S: Tra bảng 31 tài liệu Thiết kế đúc là 1,5 -1,6 g: Chiều dày thành trung bình = 26mm

Vậy t= 10s là thời gian rót cần thiết

Từ đó tính được vận tốc rót: cm s

t

C

v 0,66 /Vận tốc bé ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc V< Vmin =1cm/s

Chọn t=6s  V= 1,1cm/s

Diện tích rãnh dẫn:

23,331

,

G F

Diện tích 1 rãnh: 1,7cm2 Đường kính ống rót d=2,4cm Suy ra thể tích phễu rót có màng lọc V=380cm3

Ta tính được K= 12,7mm Dựa vào đồ thị quan hệ giữa và hệ số khuôn K Thể tích đậu ngót: Vdn= 48cm3

Ta lập được bản vẽ công nghệ đúc đính kèm

IV Thiết kế mẫu ( khuôn)

Chọn kiểu tấm mẫu là tấm mẫu hai mặt thường dùng cho khuôn không hòm, một tấm mẫu

có hai mặt làm việc, mỗi mặt sẽ tạo một nữa khuôn Tấm đỡ mẫu bằng nhôm đúc

- Dựa vào kích thước hòm khuôn xác định kích thước tấm mẫu sao cho khi lắp vào hòm vừa khít

- Tấm đỡ mẫu và các bộ phận thường được chế tạo riêng rồi lắp ráp vào thành tấm mẫu bao gồm có các miếng rời của chi tiết, đậu ngót, rảnh dẫn, đầu gác ruột

- Yêu cầu quan trọng nhất là khi lắp ráp phải đảm bảo bố trí mẫu trên và dưới tấm đỡ chính xác, ăn khớp, sao cho hai nửa khuôn làm ra đem ráp lại với nhau không lệch

Sử dụng phần mềm Creo Parametric 3.0 để vẽ lần lượt các phần của tấm mẫu bao gồm: phần mẫu dưới của chi tiết( chia theo mặt phân mẫu), phần mẫu trên chi tiết, đậu ngót, rãnh dẫn, đầu gác ruột trên và tấm đỡ mẫu Lắp các phần trên theo thứ tự và thu được hình vẽ sau:

Bản vẽ lắp tấm mẫu đính kèm sau bài báo cáo

V Lập bản vẽ hộp ruột

Sử dụng phần mềm Creo Parametric 3.0 ta vẽ được sơ bộ hộp ruột như sau

Hình 5.1 Hộp ruột hai bên

Hình 5.2 Hộp ruột giữa

VI Chọn hòm khuôn

Ở phần thiết kế hộp ruột, ta đã chọn phương pháp làm ruột bằng tay Với khối lượng của chi tiết là 2,6kg Ta bố trí 2 vật đúc trong một hòm khuôn Với chiều dài của khuôn là L= 400mm và chiều rộng là B= 320mm Lập tỷ số chiều dài và rộng, ta tra bảng 2.17 (sách thiết kế đúc) ta chọn cỡ hòm khiên tay

Tính lực đè khuôn:

 

)(19

,

690540

]4,1)05.23

432408(05,23

4)4,18,78,7)7,98,82,51,24

()

([

3 3

.

daN

q V F

F H

P: Lực đẩy nổi tác dụng lên hòm trên (daN)

k= 1,5 -3, hệ số an toàn có tính đến va đập thủy lực của dòng kim loại rót vào khuôn; vật đúc càng lớn, rót càng cao thì trị số k lấy càng to

H: Chiều cao của nữa khuôn trên (dm)

Fvđ: Diện tích hình chiếu bằng của vật đúc (lên mặt ráp khuôn) (dm2)

Fh.t.r: Diện tích hệ thống rót của mặt ráp khuôn (dm2)

klvàr : Khối lượng riêng của kim loại lỏng và ruột (kg/dm3)

Vr: Thể tích ruột không kề đầu gác (dm3)

q: Trọng lượng nữa khuôn trên (daN)

VII Chọn vật liệu hỗn hợp làm khuôn và ruột

Chọn hỗn hợp làm khuôn như sau:

Tính chất hỗn hợp làm khuôn

Loại ruột Lượng sét Độ thông

khí tươi Độ ẩm Độ bền nén (N/cm

2 ) Nén tươi Kéo khô

- Khi dùng khuôn khô, do sấy, độ bền của khuôn cao, độ co bót thấp cần tăng độ co bót

để chống nứt, do đó phải pha mùn cưa, bột amian vào hỗn hợp

- Thép có nhiệt độ nóng chảy cao vì thế cát thạch anh phải có trên 95%SiO2 , đất sét cũng phải chọn loại tốt (cấp 1) để hỗn hợp có đủ khả năng bề nóng và bền cơ

- Độ hạt của cát nên dùng là 0.16 và 0.2 cho hỗn hợp cát đúc phôi thép cỡnhỏ và cỡ vừa

VIII Lập quy trình công nghệ nấu luyện hợp kim đúc, chọn lò nấu

Do yêu cầu và điều kiện kĩ thuật mới , sắt thép thông thường như trước không thỏa mãn với các dụng cụ, máy móc thiết bị tối tân , vì ở đây đòi hỏi chúng phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao , chống được ăn mòn hóa học và điện hóa , chống bào mòn cơ học, chống nóng, chống rỉ… do đó phải sản xuất ra các loại thép và hợp kim có tính năng đặc biệt như độ bền cơ học cao , độ bền chống ăn mòn của môi trường axít , nước sông , nước biển, chống mài mòn do va đập … Đặc biệt cần phải sản xuất ra các loại thép có tính đàn hồi cao , có tính nhiễm từ tốt , có tính chống nhiễm từ cao Do các tính

chất đặc biệt trên nên thép đựơc sản xuất ra từ lò thổi không khí không thể đáp ứng được nữa , mà phải nấu luyện trong các loại điện Vậy phương pháp luyện thép trong lò điện là một công nghệ mới hiện đại Để luyện thép và hợp kim trong lò điện người ta tận dụng điện năng biến thành nhiệt năng dưới dạng hồ quang , cảm ứng điện từ , điện trở và dạng plasma Thường sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều hoặc lò điện hồ quang một chiều để sản xuất thép cácbon chất lượng , thép hợp kim thấp , trung bình và cao với sản lượng lớn

Để luyện một số thép hợp kim chuyên dùng , hoặc các thép hợp kim cao ít cácbon người

ta sử dụng các loại lò điện cảm ứng cao tần , trung tần và tần số công nghiệp Để nấu loại thép và hợp kim , tinh luyện kim loại và thép đạt chất lượng cao hơn nữa người ta sử dụng

lò điện xỉ, lò điện cảm ứng chân không , lò hồ quang chân không , lò điện từ chân không sâu , lò plasma …

Quy trình nấu luyện hợp kim C45

Trong giới hạn bài báo cáo, nhóm chọn phương pháp nấu lại thép C45, mác này là phôi đã có đủ thành phần, nhưng để đảm bảo bù lượng cháy hao trong quá trình nấu lại thì cần thêm quy trình nấu luyện dưới đây

Trong thực tế luyện thép người ta hay dùng phương pháp tính toán thành phần phối liệu theo phương pháp chọn Căn cứvào tình hình nguyên vật liệu s n có và kinh nghiệm nấu luyện, chọn trước thành phần mẻ liệu, thường người ta chọn như sau:

Đối với thép cacbon, chọn:

+ Sắt thép vụn (rẻo cán, rẻo rèn dập, rẻo tôn dày, ) : 46 ÷50 %;

+ Phoi thép (phoi tiện, rẻo tôn mỏng, rẻo vụn ) :15 ÷30%;

+ Gang luyện thép (hoặc gang đúc) ít P và S : 35 ÷20 %;

Hoặc:

+ Sắt thép vụn : 70 ÷90 %;

+ Gang luyện P và S trung bình : 35 ÷20 %;

Sau khi chọn xong thành phần phối liệu kim loại, ta tính được thành phần các nguyên tố(C, Si, Mn, P, S .) trong phối liệu, đặc biệt là cacbon Các nguyên tố này thường cao hơn yêu cầu Nếu lượng cacbon quácao có thểtăng tỉlệthép vụn, giảm tỉ lệ gang và tính toán lại Quá trình khửC, Si, Mn và P chủyếu bằng oxyt sắt do mẻ liệu đưa vào, do thép bịoxy hóa, hoặc do oxyt sắt đưa vào trong giai đoạn oxy hóa