Đồ án thiết kế đúc Xi lanh

1.Khảo sát điều kiện làm việc của xilanh bàn ép : (bản vẽ 01) Xilanh bàn ép là một chi tiết quan trọng của máy làm khuôn đúc. Khi làm việc thành xilanh đặc biệt là nửa trên của xilanh (vùng làm việc) chịu áp lực cao (khí nén). Nên yêu cầu chi tiết không được có rỗ khí. Trong quá trình hoạt động còn chịu tác dụng va đập mạnh nên cần phải đảm bảo độ bền .Xilanh dằn đặt trong pistong bàn ép nên chi tiết cần đòi hỏi độ chính xác cao trong quá trình đúc không được bị cong vênh và ứng suất nhiệt.

Mục lục

I , Giới thiệu ……… trang 2

II, Thiết kế công nghệ đúc

1,Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc………trang 3

2, Xác định mặt phân khuôn, mặt phân mẫu trang 3 3,Xác định các lượng dư ……… trang 8

4, Thiết kế ruột ……… trang 9

5 , Thiết kế hệ thống rót ……… trang 9

6, Tính trọng lượng đè khuôn……… trang 17

7, Xác định vị trí vật đúc trong hòm khuôn ……… trang18

III ,Thiết kế mẫu, hòm ruột và hòm khuôn

1,Mẫu ……… trang 19 2,Hòm ruột ……… trang 20 3,Hòm khuôn ……… trang 20

Tài liệu tham khảo……… trang 22

I , Giới thiệu :

Đúc là một phương pháp tạo phôi thông dụng và kinh tế nhất ,ta có thể tạo được các vật đúc có hình dạng và các đặc tính kỷ đa dạng không chỉ bằng gang , thép mà còn cho cả các loại hợp kim màu khác như đồng, nhôm ,kẽm …

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ đúc cũng không ngừng phát triển và sự ra đời của các phương pháp đúc đặc biệt với các ưu thế về độ chính cao như đúc áp lực , đúc khuôn kim loại , khuôn vỏ mỏng , đúc chân không … Tuy nhiên phương pháp đúc bằng cát –sét vẫn tồn tại và chiếm vị trí đáng kể trong ngành đúc bỡi những ưu thế về giá thành phù hợp cho sản xuất nhỏ và các vật đúc có khối lượng lớn

Đồ án môn học với đề bài là thiết kế đúc cho chi tiết xilanh dằn, giúp chúng em làm quen và có điều kiện tìm hiểu và tiếp xúc với việc thiết kế, bổ xung vốn kiến thức về công nghệ đúc Em xin chân thành cảm ơn thầy Đàm Văn Hoàng đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

II, Thiết kế chi tiết

1.Khảo sát điều kiện làm việc của xilanh bàn ép : (bản vẽ 01)

- Xilanh bàn ép là một chi tiết quan trọng của máy làm khuôn đúc Khi làm việc thành xilanh đặc biệt là nửa trên của xilanh (vùng làm việc) chịu áp lực cao (khí nén) Nên yêu cầu chi tiết không được có rỗ khí

-Trong quá trình hoạt động còn chịu tác dụng va đập mạnh nên cần phải đảm bảo độ bền

-Xilanh dằn đặt trong pistong bàn ép nên chi tiết cần đòi hỏi độ chính xác cao trong quá trình đúc không được bị cong vênh và ứng suất nhiệt

-Vật liệu đúc: GX15-32 có thành phần hóa học như sau :

- Số lượng 500 chi tiết nên để đảm bảo kinh tế khi sản xuất ta chọn phương án đúc trong khuôn cát-sét, sử dụng mẫu gỗ, hòm khuôn bằng gỗ và hỗn hợp làm ruột cát –sét

2.Lựa chọn mặt phân khuôn và mặt phân mẫu:

a.Phương án 1:

-Đối với chi tiết có thể chọn mặt phân khuôn như hình vẽ dưới, mẫu bổ đôi đặt ngang mặt phân mẫu trùng với mặt phân khuôn, sử dụng hai hòm khuôn

T

D T

+ Ưu điểm: Là dễ dàng làm khuôn, làm mẫu, chỉ có hai hòm khuôn nên ít tốn hỗn hợp làm khuôn,việc thoát khuôn dễ dàng

+ Nhược điểm: Vì chi tiết đặt nằm ngang trong hòm khuôn nên phần hòm khuôn dưới dễ bị rỗ khí, xỉ và các tạp chất bẩn nằm lại trong vật đúc nên không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho chi tiết

b Phương án 2:

Sử dụng 3 hòm khuôn, mẫu gồm 2 phần, mặt phân khuôn trùng với mặt phân mẫu, phần dưới được đúc liền để thoát khuôn như hình vẽ dưới

D T

c Phương án 3:

Sử dụng miếng rời, mặt phân khuôn trùng với phân mẫu sử dụng 3 hòm khuôn như hình vẽ

D

T

D Rời

+Ưu điểm: Đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật của các chi tiết, việc làm khuôn và làm mẫu tương đối dễ dàng

+Nhược điểm: Mẫu đúc nằm ở hai bên hòm khuôn nên không tốt cho việc đúc

d Phương án 4

Sử dụng ba hòm khuôn mẫu gồm hai phần và miếng rời, mặt phân mẫu và phân khuôn không trùng nhau như hình vẽ

D T

D T

miếng rời chốt mẫu

Lựa chọn phương án này việc làm khuôn và làm mẫu dễ dàng, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, mẫu nằm, trên một hòm khuôn nên chi tiết chính xác, dễ làm khuôn đây là phương án tối ưu được lựa chọn

Phương pháp làm khuôn theo trình tự như sau:

1 Đặt hòm khuôn giữa và mẫu đúc không có đầu gác ruột lên tấm đễ mẫu

2 Tiến hành làm khuôn bình thường nhưng khi làm khuôn đến phần có miếng rời cần chú ý giữ cho miếng rời không bị xê dịch lúc nào thấy phần cát quanh miếng rời dã được giữ chặt được miếng rời thì rút đinh giữ miếng rời ra

3 Gắn mẫu đầu gác ruột dưới vào mẫu đúng vị trí định vị trước giữa mẫu và đầu gác, lắp hòm khuôn dưới vào,gắn chốt định vị và tiến hành làm khuôn như bình thường

4 Đặt tấm lót khuôn lên hòm khuôn dưới (lúc này mằm phía trên ) và quay hòm khuôn 1800

5 Đặt hòm khuôn trên lên và định vị với hòm khuôn giữa, lắp mẫu đầu gác ruột dưới ,ống rót lên hòm khuôn giữa và làm khuôn như bình thường

6 Lấy các mẫu ống rót và khoét cốc rót

7 Lần lượt nhất từng hòm khuôn ra và lấy mẫu theo thứ tự sau : + Lấy mẫu đầu gác trên ở hòm khuôn trên

+Lấy phần mẫu trên của hòm khuôn giữa (phương từ dưới lên ) + Dùng mũi nhọn lấy miếng rời từ dưới lên

+Nâng hòm khuôn giữa lên và lấy phần mẫu duới ở hòm khuôn giữa theo phương từ trên xuống

8 Tinh sửa, lắp ruột dúng vị trí ,ráp khuôn và chuẩn bị rót kim loại lỏng

3 Xác định các lượng dư:

- Lượng dư gia công cơ khí: Tra bản 19 sách “ Thiết kế đúc” ta

được:

+Lượng dư mặt trên: +2.5mm

+Lượng dư mặt dưới: +2mm

+Lượng dư mặt bên: +3.5mm

+Lượng dư đối với mặt trong phần tiếp xúc với ruột là 5mm

+Lượng co khi đúc đối với gang xám, co tự do Tra bảng 23 sách’’ thiết kế đúc ‘’ là 1% nên trong quá trình sản xuất sử dụng thước chuyên

dùng với kích thước tăng lên( 101 mm)

-Độ côn thóat khuôn ở mặt ngoài của mẫu tra bảng 24 quyển

“thiết kế đúc “ ta được :

Chiều cao thoát khuôn(mm) Góc xiên(mẫu gỗ) Đến 20 30

20-50 1030/

50-100 10

100-200 0045/

4.Thiết kế ruột

Chi tiết chỉ sử dụng một ruột có đường kính 80mm và cao 279,5mm được chế tạo bằng hỗn hợp cát – sét

Kích thước ruột :

Tra bảng 29 trang 105 quyển I

+ Chiều cao đầu gác dưới : 40 mm+ Chiều cao đầu gác trên : 35 mmĐộ xiên của đầu gác

+ Đầu gác trên 80

+ Đầu gác dưới 60 Khe hở giữa đầu gác và ổ gác ruột + Mặt bên 1,5mm

+ Mặt trên 0,25mm+ Mặt dười không khe hở

Độ xiên của đầu gác ở mẫu gỗ+ Dưới : 7o

+ Trên : 10o

Hình dáng và kích thước của ruột được thể hiện trên bản vẽ 02

5 Tính toán h ệ th ố ng rót ;

Các phương án bố trí hệ thống rót có thể như sau :

Phương án 1 : Hệ thống rót bên hông kiểu tiếp tuyến như hình vẽ

+Vật đúc không bị rỗ khí + Dễ làm hệ thống rót

- Nhược điểm : + Khuôn bị sạc lở do kim loại lỏng chảy từ trên cao xuống + Xỉ ôxít nằm trong phần dưới vật đúc

Phương án 2 : Hệ thống rót từ trên xuống kiểu mưa tơi

1-cốc rót , 2-ống rót , 3-rãnh lọc xỉ , 4- rãnh dẫn,5-vật đúc

- Ưu điểm :+ Đảm bảo kim loại điền đầy tốt nhất do kim loại được rót trực tiếp

+Giảm nguy cơ làm sạt lở khuôn +Tạp chất và xỉ ít vào vật đúc

- Nhược điểm : +Làm khuôn khó khăn +Kim loại rót từ trên xuống theo các rãnh nhỏ nên tạo dạng hạt kết tinh nhanh làm cho vật đúc vật đúc kém bền nên cần rót ở nhiệt độ cao

Phương án 3 : Rót kiểu xi phông (từ dưới lên )

D T

1 2

3

4

5

D

D T

1 2

bị rỗ khí ở phần dưới ,đây là ưu điểm quan trọng nhất của phương án này

+Không làm sạc lở khuôn

- Nhược điểm :+Khối lượng hệ thống rót lớn nên làm tốn kém kim loại cho hệ thống rót

Từ những phân tích trên ta chọn phương án rót kiểu xi phông

(phương án 3) Các thông số của hệ thống rót được tính toán như sau :

- Giả định khối lượng của vật đúc bao gồm cả khối lượng phôi đúc và khối lượng hệ thống rót : G = 1,3 Mphôi đúc

+ Thể tích phôi đúc tính toán được là :V = 2.576.546 mm3 + Khối lượng phôi đúc :

M = ρ ×V = 7000 x2576546x10− 9 = 18 kg+ Khối lượng vật đúc : G = 1,2 x18 = 21,6 kg

- Tính thời gian rót tối thiểu ;

Công thức thực nghiệm tính thời gian rót

3

Trong đó

g = 18 mm – bề dày chính của thành vật đúc

G = 21,6 kg - khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót

s = 1,5 - hệ số Khi đó :

3 18 21 , 6 5

75 , 27

G F

=

Với :

G - khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót ngót , kg

μ = 0,42 ,- hệ số trở lực chung của khuôn các sét

htb – cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại , cm G/t - tốc độ cung cấp kim loại từ thùng rót , kg/s

Ta có

h tb = H o – P 2 /2C

Trong đó :

Ho - cột áp thuỷ tĩnh ban đầu lớn nhất ,cm

P - chiều cao vật đúc tính trên rãnh dẫn , cm

C - chiều cao vật đúc ở vị trí khi rót , cm

Như vậỵ ;

h tb = 34,75 –2277×277,52,5= 20,875 cm

95 , 10

6 , 21 875 , 20 42 , 0 31 , 0

Vật đúc bằng gang có Fd = Fmin =3,38 cm2và tỉ lệ giữa tổng tiết diện rãnh dẫn Fd ,tiết diện rãnh lọc xỉ Fx và ống rót Fr là ;

Fd : Fx : Fr = 1: 1,2 : 1,4Vậy :

95 , 10

6 ,

Tra bảng 38 trang 140 quyển I

+Dung tích cốc rót là:2 kg

Tra bảng 39 trang 142 quyển I ta có +Kích thước phễu rót với đường kính ống rót d = 24,,5 mm là :

D = 60mm , H = 60mm , D1 = 40mmHình dạng của phễu rót như sau ;

+Kích thước rãnh lọc xỉ với tiết diện rãnh Fx = 4 cm2 là :

a = h =22 mm

b = 18 mm

c = 21 mmHình dáng tiết diện ngang của rãnh lọc xỉ như sau :

b

a

+Kích thước rãnh dẫn hình thang cao với Fd = 3,38 cm2

a = 19 mm

b =16mm

h =16mmHình dáng rãnh dẫn như sau :

a 16 16

- Phương án lựa chọn hệ thống rót kiểu xi phông kim loại lỏng kết tinh từ trên xuống, ngược với hướng cung cấp kim loại nên không cần có hệ thống bổ ngót

6, Tính toán trọng lượng đè khuôn :

- Khi rót kim loại lỏng vào khuôn thành khuôn sẽ chịu một áp lực của chất lỏng Đồng thời ruột bị chìm trong kim loại lỏng nên sinh ra lực đẩy Acsimet làm cho ruột trồi lên và đẩy khuôn hòm khuôn trên lên

Nếu trị số áp lực của kim loại lỏng và lực đẩy Acsimet của ruột lớn hơn trọng lượng hòm khuôn trên ,thì hòm khuôn trên sẽ bị đẩy trồi lên và làm sai lệch kích thước vật đúc và kim loại lỏng chảy ra ngoài theo khe hở Khi đó ta cần đè khuôn trước khi rót

Trọng lượng vật đè khuôn được tính như sau :

+ Lực đẩy của kim loại lỏng lên khuôn :

Pđẩy 1 = F×h× γ

Trong đó :

F –Tiết diện tiếp xúc giữa kim loại lỏng và khuôn trên

H – Chiều cao ống rót + cốc rót

γ -Trọng lượng riêng của kim loại lỏng

81 , 9

(

2 2

= ) 0 , 3475 68670 68 , 3

4

08 , 0 4

207 , 0 (

2 2

2 2

Pđẩy = Pđẩy 1 + Pđẩy 2 = 68,3 + 102,7 = 171 N + Trọng lượng hòm khuôn trên với khối lượng riêng của hòm khuôn trên là ρ = 2800kg/m3 :

q = V× ρ ×g = 0 , 375 × 0 335 × 0 , 07 × 2800 × 9 , 81 = 241 , 5 NTrọng lượng đè khuôn

P = k× (P dây−q)

k – hệ số an toàn

Vì trọng lượng hòm khuôn trên q > Pđẩy nên ta không cần sử dụng vật đè khuôn

7 Xác đị nh v ị trí v ậ t đúc trong khuôn

Theo bảng 2.36 trang 101 quyển ” Đồ án thiết kế công nghệ và thiết bị luyện kim ” ta có :

Khoảng cách mặt trên của mẫu và mặt trên của hòm khuôn trên là 70mm

Khoảng cách giữa mặt dưới của mẫu và mặt dưới của hòm khuôn dưới 70 mm

Khoảng cách giữa mẫu và vách các hòm khuôn 50 mmKhoảng cách giữa ống rót và các vách của hòm khuôn 50mmKhoảng cách giữa vật đúc và các rãnh lọc xỉ 40 mm

Vị trí vật đúc trong khuôn được thể hiện trên hình dưới

III.Thiết kế bộ mẫu ,hòm ruột và hòm khuôn :

1, Thiết kế bộ mẫu :

- Mẫu dúc có hình dáng gần giống với chi tiết Kích thước mẫu lớn hơn chi tiết vì có thêm các lượng dư gia công ,lượng dư công nghệ

-Mẫu bằng gỗ gồm hai phần rời nhau được gắn vào nhau bằng chốt và một miếng rời gắn bằng đinh Các kích thước của mẫu được thể

hiện trong bản vẽ 03

2.Hòm ruột :

Ruột được làm trong hòm ruột hình trụ gồm hai nửa hòm ghép với nhau và định vị bằng chốt ,phần rỗng bên trong thể hiện đúng hình dáng và kích thước của ruột Các thông số kích thước và kết cấu họp ruột được

thể hiện trong bản vẽ 02

Các công đoạn trong làm ruột như sau :

1 Làm sạch hai nửa hòm ruột và ráp chúng lại theo đúng vị trí của chốt định vị và kẹp chặc chúng lại

2 Đặt hòm ruột đứng trên mặt phẳng ,nhồi hỗn hợp làm ruột vào khoảng 1/3 chiều cao hòm ruột, dặt dùi thông hơi vào tâm hòm ruột, dầm chặt hỗn hỗn hợp bằng dùi

3 Cho thêm hỗn hợp làm ruột vào hòm ruột khoảng nửa chiều cao hòm khuôn và dầm chặt

4 Đặt dây thép làm cốt từ trên xuống đổ đầy hỗn hợp làm ruột và dầm chặt hỗn hợp làm ruột cho tới khi ruột đầy hoàn toàn

5 Gạt bỏ phần hỗn hợp làm ruột thừa cho phẳng và lấy dùi thông hơi ra khỏi ruột

6 Tháo hòm ruột ,đặt hòm ruột nằm ngang ,gõ nhẹ hòm ruột và mở lấy hòm ruột trên ra

7 Quay lật ruột cùng với hòm ruột và đặt nó lên tấm sấy

8 Lấy hộp ruột ra khỏi ruột và đem sấy

3,Hòm khuôn

Từ những thông số trên ta chọn hòm khuôn chữ nhật ,bằng gỗ với

các thông số kích thước của hòm khuôn như sau như sau :

+ Cạnh các hòm khuôn :

Dài 375 mm Rộng 335 mm + Chiều cao hòm khuôn trên : 70 mm+ Chiều cao hòm khuôn giữa : 277,5mm+ Chiều cao hòm khuôn dưới : 70 mm+ Bề dày thành khuôn :15 mm+ Các hòm khuôn được định vị nhờ bạc định tâm hình trụ tròn đường kính Þ20 dày 30mm

+ Tay cầm hình chữ nhật có kích thước là 40 x 80 x 25

Tài liệu tham khảo

1.Thiết kế đúc ,tác giả Nguyễn Xuân Bông –Phạm Văn Lộc NXB

Khoa học và Kỹ thuật

2.Công nghệ đúc ,tác giả Đặng Mậu Chiến , NXB Đại học Quốc

gia tp Hồ Chí Minh

3 Đồ án thiết kế công nghệ và thiết bị luyện kim , tác giả Đặng

Vũ Ngoạn –Đào Minh Ngừng –Lưu Phương Minh –Nguyễn Ngọc Hà –Lê

Văn Lữ ,NXB ĐH QG tp Hồ Chí Minh

4 Hỏi đáp về đúc gang , tác giả Đinh Ngọc Lựa ,NXB khoa học và

kỹ thuật