NGHIÊN cứu CHI TIẾT đúc TAY QUAY và CHỌN PHƯƠNG PHÁP đúc

Sản phẩm yêu cầu số lượng lớn (1000 chi tiết), kích thước nhỏ, hình dạng đơn giản dễ chế tạo mẫu. không đòi hỏi nhiều về độ bóng bề mặt, chất lượng vật đúc. nên ta sẽ chọn phương pháp đúc trong khuôn cát,chi tiết là tay quay không đòi hỏi cao về chất lượng vật đúc nên chọn khuôn cát tươi chi phí thấp, dễ cơ khí hóa, tăng năng suất, giảm chi phí giá thành sản phẩm. Do số lượng lớn nên ta làm khuôn máy ép, dần, tăng năng suất cao, giảm lượng nhân công.

1

 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU



Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 2/2016

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ ĐÚC

ĐÚC ĐÚC

SVTH: Lê Thành Tân – MSSV: V1203288 Đào Nhật Tân – MSSV: V1203281 Nguyễn Trần Trung Tín–MSSV : V1203873 Trần Việt Trung–MSSV:V1204170

Võ Minh Tài –MSSV:V1203244

2

I.Nghiên cứu chi tiết đúc và chọn phương pháp đúc

1 Đọc hiểu bản vẽ

2 Tìm hiểu điều kiện làm việc của chi tiết:

 Tay quay làm việc ở điều kiện chịu mômen xoắn và yêu cầu lỗ trục khớp với trục Làm việc ở điều kiên bình thường không cần độ chính xác cao

3 Đặc điểm của hợp kim đúc: gang xám 15-32

3

4 Cách gia công và vị trí gá lắp khi gia công

- Lắp trên đồ gá ,chuẩn gia công ngay tại vị trí lỗ tròn giữa

5 Điều chỉnh kết cấu và lựa chọn phương pháp đúc :

- Dựa trên bản vẽ chi tiết vật đúc ta thấy có hai kích thước quan trọng là rãnh then và lỗ phi 10 dùng để lắp tay cầm Ta để xuất phương án

 Lỗ tròn giữa : đúc lỗ ,không đúc then.Lượng dư gia công

 Lỗ tròn ngoài : không đúc lỗ ,lượng dư công nghệ

- Sản phẩm yêu cầu số lượng lớn (1000 chi tiết), kích thước nhỏ, hình dạng đơn giản dễ chế tạo mẫu không đòi hỏi nhiều về độ bóng bề mặt, chất lượng vật đúc nên ta sẽ chọn phương pháp đúc trong khuôn cát,chi tiết là tay quay không đòi hỏi cao về chất lượng vật đúc nên chọn khuôn cát tươi chi phí thấp, dễ cơ khí hóa, tăng năng suất, giảm chi phí giá thành sản phẩm Do số lượng lớn nên ta làm khuôn máy ép, dần, tăng năng suất cao, giảm lượng nhân công

- Sử dụng mẫu nguyên và tấm mẫu: dùng tấm mẫu gỗ tuy là sản suất hàng loạt, sản lượng lớn 1000 chi tiết, vật đúc cỡ nhỏ, và làm khuôn cát tươi rất thích hợp cho tấm mẫu nhôm nhưng do tính kinh tế kém nên chọn mẫu gỗ

khuyết tật rổ xỉ, rổ khí

- Những vật đúc bằng hợp kim có độ co lớn khi đông nguội thì khi rót phải đặt ở vị trí có thể đảm bảo cho hướng đông của kim loại trong

khuôn về phía bổ ngót cho đậu ngót

Chọn vị trí vật đúc trong khuôn có 2 phương án :

 Phương án 1:

 Ưu điểm : Toàn bộ vật đúc gần như nằm hoàn toàn ở hòm khuôn

dưới Sau khi đúc vật đúc ít bị bọng cát, chi tiết ít sai lệnh do lắp ráp khuôn, giảm lượng gia công, tiết kiệm vật liệu, chi tiết xếp chặt và độ chính xác cao Phần quan trọng của volant là lỗ trục nên phần này được đặt phía dưới là hợp lý

 Nhược điểm: Nếu chi tiết sử dụng ụ cát thì ụ cát nằm ở phía trên có

chiều cao lớn dễ sai lệnh chi tiết khi chế tạo khuôn Nên sử dụng ruột thay thế và hòm khuôn giả tiết kiệm thời gian

Hình 1 Vị trí vật đúc trong khuôn theo phương án 1

5

 Phương án 2:

 Ưu điểm: Phần lớn vật đúc nằm ở hòm khuôn trên, thuận lợi cho việc

đặt ụ cát Tiết kiêm thời gian chế tạo ruột và láp ráp ruột Phần mỏng vật đúc, và phần rộng vật đúc nằm ở phía dưới thuận lợi quá trình đông đặc có hướng

 Nhược điểm: cách bố trí này sẽ dễ bị bọng cát, lượng dư gia công lớn,

chi tiết không được xếp chặt Nhất là phần lỗ trục cần gia công cơ khí và phần quan trọng của volant không nên nằm ở phía trên

Hình 2 Vị trí vật đúc trong khuôn theo phương án 2

-

- Kết luận: Theo như phân tích trên ta nên chọn phương pháp 1 giảm được

lượng dư gia công, độ chi tiết cao, tiết kiệm vật liệu,…

- Chọn mặt phân khuôn là mặt phân mẫu

Vị trí mẫu trong khuôn:

 Do vật đúc nhỏ, sản lượng lớn, bố trí 2 chi tiết trong 1 hòm khuôn tăng năng suất

6

 Phương pháp làm khuôn bằng hòm khuôn giả:

 Đặt HK rỗng lên tấm đỡ; MPK ở dưới; dầm HHLK (có lượng sét cao để tạo

 Đặt mẫu vào lại hõm sâu trong hòm khuôn giả

 Miết phẳng MPK quanh mẫu

 Lắp HK dưới 2 lên HK giả 1 nhờ các chốt định vị (b)

7

 Rắc cát phân cách lên bề mặt ráp khuôn của HK giả

 Chế tạo nữa khuôn dưới theo cách thông thường

Hình b

 Tách lấy nửa khuôn dưới cùng với mẫu ra khỏi HK giả

 Quay lật nữa khuôn dưới cùng với mẫu 180 độ và đặt lên tấm đỡ

 Lắp HK trên 3 lên nữa khuôn dưới; tiến hành làm khuôn trên ©

Hình c

 Khối lượng riêng ≈ 7.11 kg/dm3

Lượng dư gia công: Khối lượng : 0.99 kg

a Lượng dư gia công:

- Vật đúc làm khuôn máy, cấp chính xác là cấp 1 (sản xuất lớn):

( Tra cứu bảng 10/tr 77- Thiết Kế Đúc-Nguyễn Xuân Bông)

- Kích thướt choáng chỗ lớn nhất là: 200 mm

 Lượng dư với các khoảng kích thước danh nghĩa ở bề mặt gia công ≤ 50mm

- Phía trên: 2.5mm Phía dưới, phía bên: 2.0mm

( Tra cứu bảng 19/tr 83- Thiết Kế Đúc-Nguyễn Xuân Bông)

b Lượng trừ co (bảng 23/tr90 - Thiết Kế Đúc-Nguyễn Xuân Bông)

Gang xám, vật nhỏ

- Co theo chiều dài 0.9%-1% tùy mức cản co

c Lượng dư công nghệ

- Lượng dư do đúc các lỗ rãnh:

- Lượng dư âm trên mẫu : 0.5 mm (Tra trong bảng 27/tr 96 sách Thiết

Kế Đúc - Nguyễn Xuân Bông)

- Chỗ thành dày vật đúc : 8-10 mm và khối lượng vật đúc ≤ 50 kg

9

Hình 3 Lượng dư gia công

5 Lựa chọn sơ bộ kích thước hòm khuôn

- Do kích thước chi tiết nhỏ nên ta bố trí hai chi tiết trong hòm khuôn

- Lựa chọn kích thước hòm khuôn

 Khối lượng 2 chi tiết : 2x2.02=4.04kg

 Vật đúc nhỏ nên chọn phương án đặt phễu rót ngoài hòm khuôn trên để giảm kích thước hòm khuôn để đảm bảo độ thông khí tốt ,tăng độ bền khuôn

 Chọn kích thước hòm khuôn theo tiêu chuẩn ( tra hình 2.122/276 sách Thiết kế đúc –Nguyễn Xuân Bông )

10

Hình 7 Kích thước tính toán hòm khuôn.

- Số lượng : 1 ruột

- Kiểu đặt ruột : ruột thẳng đứng

a Chiều cao h của đầu gác ruột ( tra bảng 30/tr106 sách Thiết Kế Đúc)

- Kích thước d của ruột : 20mm ( <25mm)

- Chiều dài L của ruột : 35 mm ( <50mm)

- Chiều cao của đầu gác ruột dưới : 20mm

b Độ nghiêng đầu gác ruột : (tra bảng 32/tr108 sách Thiết Kế Đúc )

- α = 10,β = 15

c Thiết kế ruột

- Dòng kim loại chảy êm đều ,liên tục

- Khối lượng bé ,ít chiếm chỗ

- Bảo đảm ngăn không cho xỉ và tạp chất khác lẫn vào vật đúc cùng kim loại

- Tuy nhiên do KLL là gang nên cần lưu ý thêm : bảo đảm dòng KLL chảy tầng trong rãnh ,nên thay rãnh lớn bằng nhiều rãnh bé ; tránh xỉ bẩn cuốn vào hệ thống rót ,các thành phần của hệ thống rót nên làm nhỏ dần

 Từ cấu tạo vật đúc cho đến những nhận xét trên ,ta chọn hệ thống rót dẫn bên hông để đảm bảo dòng chảy êm ,đều

15

e Tính toán rãnh lọc xỉ

- Fx = 1.43cm2

- Tra bảng 2.26 ta chọn được kích thước rãnh lọc xỉ

17

- Đậu ngót được dùng để bổ ngót cho vật đúc bằng cách kéo nút nhiệt ra khỏi vật đúc ,vào đậu ngót để tránh các khuyết tật như lõm co ,vật đúc không điền đầy

- Đối với vật đúc của chúng ta nên chọn đậu ngót kín, đặt trên nút nhiệt

- Tính toán kích thước của đậu ngót theo phương pháp Ken:

 Do các phần của vật đúc cần bù co là giống nhau nên ta chỉ tính cho 1 phần các phần khác có kích thước tương tự

 Tính chỉ số k:

g

s l

k  

Trong đó:

- Chiều dài của vật đúc: L=200 mm

- Bán kích tác dụng yêu cầu :A= 200 100

Hình 13 Đậu ngót.

Đậu hơi

Đậu hơi đặt ở vị trí cao trong khuôn, chân đậu có chiều dày nhỏ hơn chiều dày của thành vật đúc để tránh làm vỡ vật đúc khi đập vỡ đậu

20 Hình 14 Đậu hơi.

21

IV THIẾT KẾ MẪU :

1 Các yêu cầu khi thiết kế mẫu :

- Cấu tạo phải đơn giản, dễ chế tạo mẫu và chế tạo khuôn, ruột, thuận tiện cho việc dẩm cát lúc làm khuôn ,ruột cũng như dễ dàng lấy ra khỏi khuôn ,ruột

- Đủ bền, ít miếng rời, nhẹ

- Bộ mẫu dùng được lâu, ít được biến dạng,với mẫu kim loại phải chống được ăn mòn

- Đủ độ chính xác, độ nhẵn bóng

2 Các yếu tố quyết định phương án thiết kế mẫu

- Sản lượng đúc : do tính kinh tế,đúc trong khuôn cát-sét nên thay vì chọn mẫu nhôm ta chọn mẫu gỗ

Sản lượng

đúc

Lượng đúc mỗi đợt

22

V.LẬP BẢN VẼ HỘP RUỘT

- Kết cấu của hộp ruột do hai yếu tố sau quyết định:

 Hình dáng và kích thước của ruột

 Công nghệ chế tạo ruột

- Khi chế tạo hộp ruột cần chú ý:

 Tạo cho ruột có mặt phẳng rộng để có thể nằm vững trên khay sấy

 Có mặt phẳng đủ rộng để qua đó dầm chặt cát hoặt thổi cát vào

 Hộp ruột phải đủ bền để ruột chính xác ,thoát hơi tốt

- Hình dạng hộp ruột :

- Với ruột có kích thước nhỏ ,ta dùng phương pháp thổi cát vào

Lượng đất sét

%

Độ thông khí

Độ bền nén tươi N/cm2

Độ ẩm % Độ bền

N/cm2

Nén tươi Kéo khô

27

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

 Nguyễn Ngọc Hà, Các Phương Pháp và Công Nghệ Đúc Đặc Biệt,

2008

 Nguyễn Xuân Bông- Phạm Quang Lộc, Thiết Kế Dúc, 1978

 Đặng Vũ Ngoạn- Đào Minh Ngừng- Lưu Phương Minh- Nguyễn Ngọc Hà-Lê Văn Lữ, Đồ Án Thiết Kế Công Nghệ và Thiết Bị Luyện Kim, 2003

 Đinh Ngọc Lựa, Kỹ Thuật Đúc, 1980

28

- Chọn lò nấu : dùng lò cảm ứng Theo bảng 8.2 sách luyện thép lò điện ta chọn

Thành phẩm

Phế phẩm

cao mm

Đường kính trong

mm

Độ dày đáy

Chiều sâu

3.5 - 3.7 2 - 2.4 0.5 - 0.8 < 0.3 < 0.5

Để liệu được xít chặt thì nên kết hợp cả liệu lớn và nhỏ

Thứ tự chất liệu : sát đáy lò nên chất lớp liệu kim loại vụn và mỏng Tiếp theo là liệu vừa ,còn liệu khó chảy và cục to nên chất sát tường lò và vùng nóng nhất ,các liệu vụn sẽ được điền đầy khe hở giữa những liệu lớn và trung bình

- Ở giai đoạn nấu chảy :sau khi chất liệu xong người ta đưa điện vào lò

 Khoảng 5-10p đầu sử dụng công suất thấp ,thường khoảng bằng 30-40% công suất định mức

 Khi nhiệt độ lò cao ( khoảng 900-1000 độ ) ,liệu nung đỏ sáng thì tăng công suất điện cực đại để tranh thủ nấu chảy sớm ,thường bằng 65-70% công suất định mức và dùng cho hết lúc cháy liệu

 Khi kim loại lỏng hoàn toàn thì cho chất tạo xỉ vào lò

 Kết thúc nấu chảy liệu thì hạ công suất điện xuống còn 40-50% công suất định mức

- Tinh luyện : để khử oxy thì thường đưa vào lò 1.5-2% FeMn và FeSi,khử oxy lần cuối có thể cho Al vào lò ngay trước lúc ra gang Mức độ cháy hao nguyên tố hợp kim trong lò cảm ứng được cho như bảng 8.5 sách luyện thép lò điện

 Chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật

 Tiêu hao vật liệu chịu lửa thấp nhất trong các loại lò

 Chi phí điện năng rất quan trọng đối với lò cảm ứng ,đặc biệt là lò cảm ứng không lõi sắt Một số chỉ tiêu của các loại lò như bảng

+ Chất sơn khuôn: sơn vào bề mặt của tăng độ bóng bề mặt, bền nhiệt và chịu nhiệt

+ Chất phụ: là những chất đưa vào để tăng tính lún, tính thông khí, tăng độ bóng bề mặt khuôn, thao và tăng khả năng tính chịu nhiệt của hỗn hợp

- Làm khuôn:

- + Lắp nữa hòm khuôn

+ Tạo lớp cát ảo để trút mẫu

+ Tạo lớp cát đệm xung quanh mẫu (đây lớp hỗn hợp làm khuôn với cát có độ mịn cao để dễ in hình vật đúc)

+ Đầm cát

+ Gạt bỏ phần cát thừa

+ Làm khuôn

+ Ráp nửa khuôn còn lại

+ Định vị hệ thống cấp kim loại lỏng (hệ thống rót, đậu ngót) và thoát khí (đậu hơi)

+ Lau sạch và ghép 2 nửa hộp lõi lại với nhau sau đó đạt lên sau đó đạt lên tấm + Cho hỗn hợp lõi vào

+ Lấy cây sắt đánh vào mẫu, nhấc lên

+ Sơn lõi ( chống khả năng cháy cát, làm bóng)

+ Sấy khô lõi

+ Kiểm tra lõi, khuôn trên, khuôn dưới

32

+ Lắp lõi, ráp khuôn

+ Tính trọng lượng gang đè khuôn

- Rót khuôn: rót theo hệ thống đã tính toán với thời gian là 4,3 giây

- Phá khuôn, làm sạch bằng các phương pháp gia công cơ khí sau đó kiểm tra để phân loại thành phẩm và phế phẩm

IX Tính toán chi phí giá thành sản phẩm:

Việc xác định chi phí cho sản phẩm đúc rất phức tạp vì do sự khác nhau được đưa

ra từ các quy trình đúc khác nhau Việc xác định chi phí chính xác cho sản phẩm đúc bị cản trở bởi số lượng thiết bị liên quan đến quá trình đúc, sự kết hợp giữa các thiết bị với nhau và giữa các thiết bị với các quá trình đúc với nhau Ở đây việc xác định chi phí được chia thành các loại sau:

W p fc

701 , 0

9 , 1 1

 Trong đó:

+  : Khối lượng riêng kim loại đúc (kg/m3)

+ Vfc: Thể tích kim loại đúc sau khi nấu (m3)

701 , 0 6

Chi phí năng lượng:

 / 100

.

ff

me ct en

F

M E

C  Trong đó:

+ Ect: Chi phí điện ($/kW.h), Ect = 0,067$

+ Mme: Năng lượng tối thiểu để kim loại nấu chảy (kW.h/kg)

C  Trong đó:

+ Ffc: chi phí lò cố định ($/m3 kim loại)

+  : Khối lượng riêng kim loại đúc (kg/m3)

Đối với lò 1000kg thì giá trị Ffc là 284$/m3 là giá trị hợp lý được tính ở Mỹ

10 92 , 6

==> Cms = 0,22 + 0,033 + 0,041 + 0,02 = 0,314 ($)

Thực tế chi phí hợp kim đúc khi đúc hoàn thành cao hơn rất nhiều so với giá trị này

do mất mát kim loại trong quá trình nấu chảy và chi phí phế liệu Như vậy chi phí hợp kim đúc sau khi đúc hoàn thành được tính như sau:

g

fc p

cv p ms mf

S

V W C W C C

+ Wp: Khối lượng kim loại thu được (kg)

+  : Khối lượng riêng kim loại đúc (kg/m3)

+ Vfc: Thể tích kim loại đúc sau khi nấu (m3)

3 Chi phí nguyên vật liệu làm mẫu hoặc ruột:

Chi phí nguyên vật liệu được tính như sau:

1000

1

pm pm

S V M D

 Trong đó:

+ Dpm: Khối lượng riêng vật liệu làm mẫu hoặc ruột (g/cm3)

+ Mcp: Chi phí vật liệu làm mẫu cho mỗi đơn vị trọng lượng($/kg) + V: Thể tích mẫu (cm3)

+ Sa: Chi phí hao hụt của hợp kim đúc

Bảng khối lượng hao hụt cho độ co rắn của kim loại

507 , 0 1000

% 3 1 3 , 229 31 , 0 92 , 6

35

4 Chi phí khuôn mẫu:

Chi phí khuôn được tính như sau:

Cb = Cvp + CfpTrong đó: Cvp: Chi phí các phần chứa ruột và khoảng trống:

Cvp = 0,0215.hp.Ac + 0,428.Ac.npl + 14,27.hp + 32,18.nplVà: Cfp: Chi phí bộ phun và các thiết bị khác không phụ thuộc vào độ sâu của mẫu:

Cfp = 0,66.Ac + 366 Trong đó:

+ Ac: Diện tích khuôn dự kiến (cm2), Ac = 200.200.10-2 = 400cm2 + npl: Số ruột

Mx = 0,1.ns = 0,1.3 = 0,3h Trong đó: ns : Số bộ phận trên 1 phần của chi tiết

Khi biết được kích thước của các phần của chi tiết và vật liệu tương ứng thì thời gian sản xuất được tính như sau:

Mpo = 5 + 0,014.Atp1,2 (h) Trong đó: Atp: Diện tích dự kiến của tất cả các bộ phận trong khuôn: Atp =

Ap.npd

==> Mpo = 5 + 0,014.71,2 = 5,14h Chi phí làm khuôn được tính như sau:

Cdm = Rds.MtotTrong đó:

+ Mtot: Tổng các thời gian trên, Mtot = Mx + Mpo = 0,3 + 13,86 =5,44h + Rds: Chi phí làm khuôn ($/h), Rds = 40$/h

36

==> Cdm = 5,44.40 = 217,6$

Tổng chi phí làm khuôn:

Cd = Cdm + Cab + CacTrong đó: Cac: Chi phí khuôn tiêu chuẩn, thường Cac = 60$

==> Cd = 217,6 + 1020,36 + 60 = 1297,96$

Giả sử sản xuất 500 chi tiết.:

$ 596 , 2 500

96 , 1297

C

5 Chi phí nguyên vật liệu làm khuôn:

Ước tính chi phí nguyên vật liệu cho một vỏ khuôn bao gồm chi phí của các lớp sơn chính và phụ, độ dày và diện tích cho mỗi vỏ khuôn, chi phí cho mỗi đơn vị khối lượng Tuy nhiên để nhanh chóng chúng ta có thể giả định chi phí đối với một kg vỏ khuôn là 1$/kg ==> Ckhuôn = 1.0,204 = 0,204$

6 Chi phí nấu chảy kim loại:

Chi phí nấu chảy kim loại hay hợp kim gồm 3 phần: chi phí năng lương lượng, chi phí trang thiết bị và chi phí nhân công

Hầu hết các nhà máy đúc trong khuôn mẫu chảy đều sử dụng lò cảm ứng để nấu chảy kim loại Vì lò cảm ứng ít gây ra chất ô nhiễm, than thiện với môi trường và chi phí đầu tư thấp

Với việc dùng lò cảm ứng,chi phí năng lượng là chí phí điện năng được cung cấp mới công ty điện lực Chi phí điện cho người tổ chức cá nhân sử dụng 500kW trở lên là 0,035$/kWh trong giờ cao điểm Chi phí năng lượng nấu chảy mỗi kg kim loại

e

m p e

n

E C

C  .Trong đó: