Bài Giảng Công Nghệ Chế Tạo Phôi Sản Xuất Đúc

3- Xác định lượng dư, dung sai và độ xiên thành bên của vật đúc: a- Sai lệch về kích thước và khối lượng: Tất cả các vật đúc được chia ra ba cấp theo độ chính xác yêu cầu: - Độ chính xá

CÔNG NGHệ chế tạo PHÔI

Sản xuất đúc

Chương II

thiết kế công nghệ đúc trong khuôn cát

Quy trình thiết kế công nghệ đúc trong khuôn cát gồm các bước như sau:

- Thiết kế vật đúc

- Thiết kế bộ mẫu

- Thiết kế khuôn

- Vẽ bản vẽ công nghệ đúc

1- Nghiên cứu bản vẽ chi tiết:

- Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết để đề ra các biện pháp đảm bảo chất lượng cho các bề mặt làm việc của chi tiết

- Nghiên cứu đặc điểm của vật liệu chế tạo chi tiết

- Tìm hiểu cách gia công chi tiết để giúp cho việc gá

đặt và gia công chi tiết sau này được dễ dàng, chính xác

Sau khi đã nghiên cứu kỹ bản vẽ chi tiết, căn cứ vào điều kiện sản xuất của xưởng, có thể đề xuất

những sửa đổi kết của của chi tiết theo các hướng:

- Hình dáng tiết diện của vật đúc có sức bền lớn nhất

-

- Tránh các bề mặt lớn dễ bị cong vênh khi đúc

Tránh những chỗ chuyển tiếp chiều dày thành đột

ngột

- Cần đặt đậu ngót sao cho kết tinh từ chỗ xa chân đậu đến chỗ sát chân đậu ngót.

- Chọn vị trí vật đúc lúc rót hợp lý để kim loại điền đầy khuôn tốt

7

- Tránh các bề mặt nằm ngang phía trên để thoát khí, nổi xỉ tốt

Khi buộc phải để các bề mặt lớn thì để tránh cong vênh

có thể làm mẫu cong ngược hoặc làm gân công nghiệp, những gân này sẽ được cắt bỏ khi gia công cơ.

9

DÔ lÊy mÉu ra khái khu«n

- Giảm số lượng lõi

- DÔ gia c«ng, l¾p ghÐp

Tránh những lỗ khó định vị khi khoan

Cần ghép các vấu lồi về cùng 1 phía và liền nhau

để dễ chế tạo mẫu và gia công cơ sau này

15

17

2- Chọn vị trí của mẫu trong khuôn, mặt ráp

khuôn và phân mẫu:

Chọn vị trí của mẫu trong khuôn cũng như mặt ráp khuôn, phân mẫu có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của vật đúc, năng suất làm khuôn Khi quyết định phương án phân khuôn và mẫu cần chú ý:

- Sao cho mẫu đơn giản, ít phần rời;

- Chỉ nên có 1 mặt phân khuôn đồng thời cũng là mặt phân mẫu và là mặt phẳng thì tốt nhất

- Sao cho số lõi là ít nhất và cố gắng nằm ở hòm dưới

19

21

3- Xác định lượng dư, dung sai và độ xiên thành

bên của vật đúc:

a- Sai lệch về kích thước và khối lượng:

Tất cả các vật đúc được chia ra ba cấp theo độ chính xác yêu cầu:

- Độ chính xác cấp I dùng cho sản xuất lớn với

những vật đúc được làm khuôn trên máy với mẫu kim loại

- Độ chính xác cấp II dùng cho sản xuất hàng loạt.

- Độ chính xác cấp III dùng cho sản xuất đơn chiếc,

vật đúc làm khuôn bằng tay với mẫu bằng gỗ

Giá trị sai lệch kích thước cho phép của vật

đúc phụ thuộc vào cấp chính xác của nó, vào vật liệu chế tạo vật đúc và kích thước xác định sai lệch Trong các bảng tra theo TCVN-385.70

Sai lệch cho phép về khối lượng của vật đúc

được tra theo TCVN-385.70 phụ thuộc vào khối lượng danh nghĩa và cấp chính xác của vật đúc cũng như vật liệu chế tạo nó.

b-Lượng dư gia công cơ khí:

Khác với dung sai, lượng dư gia công cơ khí được xác

định chỉ cho các bề mặt có yêu cầu gia công cơ Theo tiêu

chuẩn TCVN-385.70 có 3 nhóm lượng dư đối với các loại hình sản xuất: hàng khối, hàng loạt và đơn chiếc Trong mỗi nhóm lại chia ra theo vật đúc đơn giản và vật đúc phức tạp

Các chú ý khi xác định lượng dư gia công cơ khí:

- Các bề mặt bên trên luôn lấy lượng dư gia công cơ cao hơn các bề mặt bên dưới hoặc thành bên tương ứng của một vật

đúc.

- Với các lỗ cho phép đúc đặc rồi tạo lỗ bằng khoan khi gia

công cơ khí cho trong bảng sau (với vật đúc gang).

c- Lượng trừ co:

Khi kết tinh và nguội đến nhiệt độ thường vật

đúc bị co lại Sự co không chỉ làm giảm các kích thước dài của vật đúc mà tai hại hơn ở chỗ làm sai lệch các phần riêng biệt so với vị trí đã qui định trong bản vẽ

Sai lệch nói trên không thể dồn vào lượng dư gia công cơ khí, điều đó dẫn đến phải sửa chữa tốn kém

hoặc phải loại bỏ vật đúc Lượng bù co lấy phụ thuộc vào loại hợp kim đúc, hình dáng vật đúc, chiều dày

thành, nhiệt độ rót khuôn và độ rắn của khuôn

d- Lượng dư công nghệ:

Lượng dư công nghệ bao gồm lượng dư do lấp

bỏ các lỗ, hốc, rãnh của chi tiết đúc; phần đúc thêm

để kẹp gá khi gia công cơ khí và độ xiên của thành bên của vật đúc để tạo điều kiện rút mẫu ra khỏi khuôn dễ dàng

Dạng độ dốc Độ dốc làm

tăngkích thư

ớc vật đúc

Độ dốc trung bình

Độ dốc làm giảm kích thư

ớc vật đúcSơ đồ

độ dốc áp dụng Cho bề mặt cần gia

công cơ Cho bề mặt không gia công cơ Cho bề mặt không gia công cơ

a a

b h

 a/2 a/2

a/2 a/2

b

a a

b

- Đối với các bề mặt để thô, độ xiên thường lấy:

+"cộng" khi chiều dày của thành bên nhỏ hơn 8 mm, +" cộng - trừ" khi chiều dày của thành bên nằm

trong khoảng 812 mm

+" trừ" khi chiều dày của thành bên lớn hơn 12 mm

- Đối với các bề mặt cần gia công cơ khí độ xiên

nhất thiết phải lấy "cộng" và được tính thêm vào lượng dư gia công cơ quy chuẩn

thường độ chính xác của vật đúc sẽ giảm.

Tuy nhiên với những lõi có kết cấu phức tạp, kích thước lớn thì việc chia nó ra làm một số phần sẽ tạo

điều kiện chế tạo lõi dễ dàng, sấy lõi chóng khô và

không phải dùng tấm đỡ lõi khi sấy Trước khi lắp ráp khuôn các phần lõi được gắn lại thành một khối liền để nâng cao độ chính xác và giảm thời gian lắp ráp, kiểm tra

Khi thiết kế lõi cần đảm bảo cho lõi có đầu gác vững chắc, không bị biến dạng hoặc xê dịch trong

khuôn dưới tác dụng của trọng lượng bản thân cũng

như áp xuất của kim loại lỏng Để thoả mãn yêu cầu

đó cần tuân thủ các chỉ dẫn sau:

- Tránh thiết kế các lõi dài nằm ngang hoặc thẳng đứng

Trong trường hợp buộc phải dùng lõi dài thì nên dùng mã đỡ hoặc đầu gác phụ để tăng cứng cho lõi Với các lõi thẳng đứng

có chiều cao lớn hơn 2,5 lần đường kính thì đầu gác phía dưới phải mở rộng ra.

- Tránh thiết kế lõi công xôn Khi buộc phải dùng dạng lõi này thì cách tốt nhất là làm đầu gác lõi lớn để trọng tâm của lõi nằm trên ổ gác lõi Với những lõi dễ bị xê dịch do tác dụng của trọng lượng bản thân cần làm khóa lõi để cố định lõi hoặc ghép chung 2 lõi làm 1.

- Tránh làm các lõi treo ở các phần trên của khuôn vì khi đó thời gian lắp ráp khuôn lõi sẽ nhiều gấp 3 đến 6 lớn so với lõi

33

35

- Phễu rót: Phễu rót hay còn gọi là cốc rót dùng để

chứa kim loại lỏng trước khi dẫn vào ống đứng Phễu rót có nhiều loại, tùy theo yêu cầu đối với từng vật đúc

mà chọn loại thích hợp

37

- ống đứng: hay còn gọi là ống rót dùng để dẫn kim

loại từ phễu rót vào rãnh lọc xỉ

- Rãnh lọc xỉ: dùng để ngăn không cho xỉ đi vào hốc

khuôn, vì vậy trong mọi trường hợp rãnh lọc xỉ luôn nằm phía trên rãnh dẫn

- Rãnh dẫn: Dùng để dẫn kim loại lỏng từ rãnh lọc xỉ

vào hốc khuôn

Ngoài ba loại rãnh dẫn tiêu chuẩn trên người ta còn dùng các loại rãnh dẫn nhiều tầng, rãnh dẫn có

khe mỏng và rãnh dẫn kiểu mưa rơi Rãnh dẫn nhiều tầng dùng khi đúc các vật có chiều cao lớn, khi đó kim loại không chảy qua

43

Tính toán hệ thống rót.

Để tính hệ thống rót trước hết cần xác định thời

gian rót có lợi nhất đối với vật đúc cần chế tạo sau đó xác định tiết diện của các thành phần của hệ thống rót

để đảm bảo thời gian quy định

+ Thời gian rót hợp lý được xác định theo công thức

thực nghiệm sau:

Trong đó g – là chiều dày thành chính hay trung bình của vật đúc (mm)

G – là khối lượng của vật đúc cùng hệ thống rót, ngót (Kg)

S

t =

Đối với gang thì lấy như sau

- Đối với vật đúc có thành dày, khối lượng lớn (từ 10 – 15 tấn): S = 1,9 – 2,3

- Đối với vật đúc có khối lượng trung bình (từ 1 – 10 tấn): S = 1,6 – 1,9

- Đối với vật đúc có khối lượng dưới 1 tấn: S = 1,4 – 1,6

Đối với các vật đúc bằng thép thì hệ số S có thể lấy lớn hơn hoặc nhỏ hơn đối với gang tuỳ thuộc vào cách rót

Tốc độ dâng bé nhất cho phép (tính bằng cm/s) phụ thuộc vào chiều dày thành vật đúc, tốc độ này được tính theo công thức:

Trong đó:

C là chiều cao tính từ điểm thấp nhất đến

điểm cao nhất của vật đúc theo

vị tri rót khuôn

t là thời gian rót hợp lý

t C

Vật đúc bằng thép

Sau khi xác định được thời gian rót hợp lý t ta tính diện tích tiết diện ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót Fmin (xác định lượng chảy của kim loại trong một đơn vị

thời gian) theo công thức sau :

Trong đó G là khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót (Kg)

 là hệ số trở lực chung của khuôn.

htb là cột áp thuỷ tĩnh trung bình của kim loại (cm)

là tốc độ cung cấp kim loại lỏng từ thùng rót

t

G h

t h

G F

tb tb

31 0

1

31 0

- Cột áp thuỷ tĩnh trung bình của kim loại trong thời gian rót khuôn được tính theo công thức.

Trong đó

Ho là cột áp thuỷ tĩnh

ban đầu lớn nhất (cm)

P là chiều cao của vật

đúc trên rãnh dẫn (cm)

C là chiều cao của vật

C

P H

+ Sau khi xác định được tổng diện tích tiết diện rãnh dẫn của

hệ thống rót ta có thể tính diện tích rãnh lọc xỉ và ống rót như sau:

Đối với vật đúc bằng gang

Để xỉ không bị cuốn vào hốc khuôn và dòng kim loại không làm sói lở khuôn và lõi cần chú ý khi đặt rãnh dẫn không được phép:

+ đặt ngay dưới chân ống đứng

+ đặt sát mép ngoài rãnh lọc xỉ

+ đặt chĩa thẳng vào lõi, thành khuôn

Sau khi xác định được cấu trúc của hệ thống rót bằng các phương pháp tra bảng, tra đồ thị hoặc tính

theo các công thức xác định thời gian rót hợp lý, tốc

độ dâng nhỏ nhất cho phép của kim loại trong khuôn, diện tích tiết diện hẹp nhất của hệ thống rót, ta tính đư

ợc kích thước của các bộ phận như rãnh dẫn, rãnh lọc

b- Thiết kế hệ thống bù ngót:

Hệ thống bù ngót có tác dụng bổ xung kim loại

lỏng cho phần thành dày của vật đúc nhằm tránh tạo ra khuyết tật lõm co trong vật đúc Tùy theo vị trí và hình dáng của phần cần bù ngót người ta có thể dùng hai

phương pháp bù ngót sau:

- Làm nguội cưỡng bức: Thực chất của làm nguội

cưỡng bức là tăng tốc độ nguội của phần dày thành

của vật đúc để nó nguội trước tiên trong lúc các bộ

phận còn lại đang ở trạng thái lỏng, vì vậy kim loại

lỏng dễ dàng được bổ xung từ hệ thống rót

- Bù ngót bằng cách đặt đậu ngót.

Tùy thuộc vào vị trí đặt đậu ngót lại được phân ra hai

dạng:

57

ξ2- thiết kế bộ mẫu và khuôn đúc

I Thiết kế bộ mẫu

Tiếp theo bước thiết kế vật đúc là thiết kế bộ mẫu, bộ mẫu bao gồm: mẫu, tấm mẫu, hộp lõi và các

đồ gá khác

Khi thiết kế bộ mẫu phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Cấu tạo của bộ mẫu phải đơn giản, dễ chế tạo,

thuận tiện trong quá trình sử dụng

- Bộ mẫu phải đủ bền, nhẹ, ít phần rời, chính xác và

có bề mặt nhẵn

- Bộ mẫu phải ít co ngót, cong vênh, chịu ăn mòn và

1- Vật liệu chế tạo bộ mẫu

a) Mẫu gỗ: Có ưu điểm nhẹ, dễ gia công và rẻ tiền song

lại kém bền, dễ trương nở, cong vênh nứt nẻ nên chỉ dùng

trong sản xuất nhỏ, đơn chiếc.

- Loại I: Như gỗ lim, gụ v.v là loại có độ bền, độ cứng cao, ít

trương nở, bề mặt mẫu bóng, mịn song là loại gỗ hiếm, đắt tiền nên hạn chế sử dụng

- Loại II: Như gỗ mỡ, gỗ dẻ , v.v là loại gỗ bền và cứng trung

bình, dễ gia công cắt gọt Loại gỗ này thường dùng trong sản xuất nhỏ, chế tạo những mẫu phức tạp cần chính xác cao, làm khuôn từ 25100 lần.

- Loại III: Như gỗ thông, bồ đề, v.v là loại gỗ tạp, rẻ tiền,

bền kém, bề mặt sau khi gia công sù sì, thô Loại này chỉ dùng làm bộ mẫu không cần bóng và chính xác cao dùng trong sản xuất đơn chiếc với số lần sử dụng không lớn hơn 10  25 lần.

b) Mẫu kim loại:

Là loại vật liệu có nhiều ưu điểm như bền cao, nhẵn và chính xác lớn, không hút ẩm, ít cong vênh và

có thể sử dụng được nhiều lần Các kim loại thường

dùng làm bộ mẫu là: Hợp kim nhôm AΛ12, AΛ24 ,

AΛ27, AΛ28 , gang xám các mẫu GX 12-28;

GX 15-32; GX 18-36 Tuy nhiên bộ mẫu kim loại giá thành cao do gia công khó khăn nên chỉ thích hợp với vật đúc nhỏ và vừa dùng với loại hình sản xuất loạt

lớn, hàng khối

2- Nguyên lý thiết kế bộ mẫu:

Việc chọn phương án thiết kế bộ mẫu tùy thuộc vào số lượng vật đúc, độ chính xác yêu cầu, hình dáng

và kích thước của vật đúc, phương pháp làm khuôn và lõi

Đối với những chi tiết đơn giản, sản lượng nhỏ người thợ mộc có thể căn cứ vào bản vẽ vật đúc tự thiết

kế chế tạo bộ mẫu

Với những chi tiết phức tạp, quan trọng, sản lư

ợng lớn nhất thiết phải thiết kế bộ mẫu gồm các bước:

a) Chọn phương án phân mẫu:

63

b) Thiết kế mẫu:

Về cơ bản kích thước mẫu tương tự như bản vẽ vật đúc, trừ phần ổ gác và dung sai chế tạo mẫu.

ổ gác lõi là phần tạo nên không gian để sau này lắp lõi

vào Tùy theo tư thế lõi là thẳng đứng hay nằm ngang mà chọn khe hở giữa ổ gác và đầu gác S1, S2, S3 cũng như góc vát α , α1,

β khác nhau

Dung sai mẫu là sai lệch cho phép khi chế tạo mẫu Sai

lệch này phụ thuộc vào loại vật liệu làm mẫu, dạng sản xuất và kích thước của mẫu.

Khi chế tạo mẫu gỗ để hạn chế cong vênh mẫu đến mức tối thiểu cần phải nắm vững kỹ thuật ghép gỗ.

Khi chế tạo mẫu kim loại nếu là mẫu nhỏ (dưới 50 x 50)

Trong sản xuất loạt lớn và nhất là khi làm khuôn

trên máy người ta phải thiết kế tấm mẫu Có ba loại

tấm mẫu

- Tấm mẫu một mặt: Mỗi nửa khuôn có một tấm mẫu

riêng, như vậy mỗi khuôn đúc sẽ có 2 tấm mẫu và hai máy làm khuôn đồng thời làm việc

- Tấm mẫu thuận nghịch:1 tấm mẫu nhưng dùng làm

cả nửa khuôn dưới và nửa khuôn trên Trường hợp này mẫu phải đặt đối xứng nhau qua trục nối tấm hai chốt dẫn hướng của tấm mẫu

- Tấm mẫu hai mặt : thường dùng cho khuôn không

hòm Một tấm mẫu có gắn mẫu ở cả hai mặt, mỗi mặt

sẽ dùng tạo một nửa khuôn

- Hộp lõi nguyên dùng chế tạo các lõi đơn giản

- Hộp lõi bổ đôi thường dùng nhất

- Hộp lõi lắp ghép dùng chế tạo các lõi phức tạp

67

d) Thiết kế các dụng cụ phụ khác:

Các dụng cụ phụ khác thường được sử dụng trong sản xuất hàng loạt gồm:

- Khay sấy: thông thường là khay sấy phẳng, khay sấy

định hình chỉ dùng cho những lõi dễ bị biến dạng khi sấy

- Dưỡng kiểm khuôn và lõi: trong quá trình chế tạo,

vận chuyển khuôn và lõi có thể bị biến dạng Khi lắp ráp lõi có thể bị lệch, xoay khỏi vị trí yêu cầu Vì vậy cần thiết kế dưỡng kiểm tra khuôn và lõi

Chèt chÆt

MÆt c¾t A-A B

B

2- Thiết kế khuôn:

Nhiệm vụ thiết kế khuôn đúc được nêu ra khi thiết kế

đầy đủ Bản vẽ khuôn đúc bao gồm hầu hết các nội dung kỹ thuật của khuôn:

- Mặt phân khuôn

- Cách lắp ráp lõi trong khuôn

- Hệ thống rót, ngót và thoát hơi

- Hòm khuôn, cách định vị và kẹp giữ hòm khuôn

- Vật liệu làm khuôn và lõi

73

Nhiệm vụ thiết kế hòm khuôn được đặt ra trong

những trường hợp rất cần thiết còn nhìn chung sau khi thiết kế vật đúc người ta thường chọn loại hòm khuôn trong các loại hòm tiêu chuẩn

Khi đúc chi tiết nhỏ có thể dùng loại hòm cầm tay chế tạo bằng gang hoặc hợp kim nhôm bằng phương pháp hàn hoặc đúc

Khi chế tạo các vật đúc lớn nên dùng loại hòm cầu trục bằng thép đúc hoặc hàn

B (D)

H

ξ3- Ký hiệu thiết kế đúc và bản vẽ công nghệ đúc 1- Các hình thức thiết kế đúc:

Tùy theo sản lượng, khối lượng và mức độ phức tạp của vật đúc mà chọn một trong ba dạng thiết kế sau:

a) Thiết kế đơn giản: Dùng cho sản xuất đơn chiếc

hoặc loạt nhỏ với vật đúc không lớn, không phức tạp lắm

Nội dung của thiết kế đơn giản gồm:

- Bản vẽ công nghệ đúc

- Phiếu công nghệ có ghi các hướng dẫn kỹ thuật nếu

b) Thiết kế đầy đủ:

Dùng cho sản xuất hàng loạt với vật đúc cỡ nhỏ và vừa không kể đến mức độ phức tạp Với vật đúc lớn, phức tạp dù là sản xuất loạt nhỏ cũng áp dụng hình thức

thiết kế này Hồ sơ kỹ thuật gồm:

c) Thiết kế toàn diện:

Dùng khi sản xuất lớn đối với các loại vật đúc hoặc sản xuất hàng loạt với vật đúc lớn, phức tạp Hồ sơ kỹ thuật của loại hình thiết kế này sẽ tỷ mỉ hơn các loại

hình thiết kế trên (có đủ các bản vẽ chi tiết cho cả

dụng cụ, phụ tùng, hướng dẫn qui trình kỹ thuật tỷ mỉ hơn)