Hướng dẩn thiết kế công nghệ kim loại

hướng dẩn thiết kế công nghệ kim loại

III thiết kế mẫu và hộp lõi:

1 nguyên tắc thiết kế mẫu:

Sau khi thiết kế bản vẽ vật đúc xong cần thiết kế bộ mẫu Với chi tiết đơn giản ngời thợ mẫu có thể căn cứ vào bản vẽ vật đúc (bản vẽ công nghệ đúc) để tự đề ra cách chế tạo mẫu)

Với các chi tiết đúc phức tạp hoặc dạng sản xuất lớn thì phải thực hiện việc thiết kế bộ mẫu cẩn thận với đầy đủ các bản vẽ về mẫu, hộp mẫu và các đồ gá khác, trong đó có chỉ dẫn cách chế tạo, cách lắp ghép các bộ phận Thờng công việc thiết

kế mẫu đợc tiến hành ở phòng kỹ thuật đúc (luyện kim) và công việc này đòi hỏi ngời thiết kế phải nắm vững cả kỹ thuật đúc lẫn kỹ thuật chế tạo mẫu

Khi thiết kế bộ mẫu cần lu ý các vấn đề sau:

- Cấu tạo mẫu và hộp lõi phải đơn giản, dễ chế tạo, thuận tiện cho việc làm khuôn, lõi và dễ lấy ra khỏi khuôn đúc và lõi

- Mẫu và hộp lõi phải đủ bền, nhẹ để dễ thao tác khi làm khuôn, lõi, ít miếng rời

- Mẫu và hộp lõi phải đảm bảo độ nhẵn bóng bề mặt và độ chính xác kích thớc và hình dáng

- Nếu mẫu là mẫu gỗ thì phải đảm bảo không bị giãn nở, co hay cong vênh nhiều, còn nếu là mẫu kim loại thì phải chống đợc sự ăn mòn

Khi chọn phơng án thiết kế bộ mẫu cần căn cứ vào các yếu tố sau đây:

- Số lợng đúc: Đúc ít nên dùng mẫu gỗ có kết cấu đơn giản, rẻ Khi số lợng vật đúc nhiều nên dùng mẫu gồ ghép nhiều lớp, gỗ có độ bền cao hoặc dùng mẫu kim loại Có thể tham khảo bảng B.25 khi chọn vật liệu chế tạo

bộ mẫu

- Cấp chính xác của vật đúc: Cấp chính xác của mẫu phải đảm bảo cấp chính xác của vật đúc, vì thế cấp chính xác của bộ mẫu (xem bảng B.27) cũng

t-ơng ứng với cấp chính xác của vật đúc nhng sai lệch kích thớc cho phép đối với mẫu phải nhỏ hơn vì phải kể đến sai lệch gây ra trong khilàm khuôn Nếu dùng gỗ làm vật liệu chế tạo mẫu thì để tăng bền, giảm biến dạng cong vênh nên dùng các biện pháp ghép gỗ theo nhiều lớp, sơn phủ bề mặt mẫu, phun kim loại ở bề mặt mẫu, còn nếu yêu cầu mẫu có độ chính xác và

độ bền cao thì phải dùng mẫu nhựa, mẫu xi măng, mẫu thạch cao, mẫu kim loại thay cho mẫu gỗ Dùng mẫu bằng kim loại độ chính xác đạt đợc không nhỏ hơn cấp I

- Kích thớc và hình dạng vật đúc: Kích thớc lớn và hình dạng phức tạp làm cho mẫu dễ bị biến dạng, vì thế với những mẫu lớn bằng gỗ có thể phải có phần cốt vững vàng, những phần mẫu dễ hỏng phải dùng gỗ cứng, bền hoặc nẹp kim loại, hoặc thay hẳn bằng kim loại

- Phơng pháp làm khuôn:

Khi làm khuôn bằng tay, nếu làm khuôn trong 2 hòm khuôn thì nên dùng mẫu bổ đôi, còn nếu làm khuôn hòm giả hoặc xén cát thì nên dùng mẫu nguyên, dùng mẫu dỡng khi làm khuôn bằng dỡng gạt…

Khi làm khuôn trên máy mẫu thờng chế tạo cùng với tấm đỡ mẫu Tấm đỡ mẫu có gắn mẫu đợc gọi chung là tấm mẫu Trong sản xuất nhỏ mẫu và tấm đỡ mẫu có thể làm bằng gỗ, còn trong sản xuất hàng loạt mẫu và tấm đỡ mẫu bằng kim loại đợc hàn chặt với nhau

2 thiết kế kết cấu mẫu:

2.1 mẫu gỗ:

Bản vẽ mẫu gỗ phải đợc vẽ với đầy đủ các hình chiếu và mặt cắt kèm theo các kích thớc và dung sai chế tạo (B.27) Trên bản vẽ mẫu phải thể hiện rõ cách ghép

i = Số lớp

n = Số ván trong một lớp

gỗ (trên mặt cắt); độ xiên của mặt mẫu (B.10); các mảnh rời; các chốt định vị; thanh nhấc… Chỉ có nh vậy ngời thợ mẫu mới có thể căn cứ vào bản vẽ mẫu mà chế tạo đợc mẫu

Số lớp i = 3

Số cung n = 4

2

Vành i lớp Z n cung g 

d

D





Ví dụ ở đây:

Vành 3 Z 6 cung 20 

250

500





2

Vẽ to Thấy Cắt

Vẽ nhỏ Thấy Cắt

Hình 37- Ký hiệu gỗ

Mặt thẳng góc với lõi

Mặt bụng ván gỗ song

song với lõi

Mặt bụng ván gỗ song

song với lõi

Trụ D  l Trụ i  g  D  l (ghép nhiều lớp)

Trụ i Z n  g  D l

Hình 38- Ký hiệu ghép phôi đĩa, vành và trụ

n = Số ván trong một lớp

i = Số lớp

n = Số ván trong một lớp

i = Số lớp

n = Số ván

Hình 39- Kiểu và ký hiệu ghép phôi tấm phẳng

Khi thiết kế mẫu gỗ cần rất quan tâm đến việc ghép gỗ Khi xẻ ván gỗ song song với lõi cây gỗ ta sẽ đợc tấm ván có hai mặt khác nhau Mặt bụng là mặt gần

1

Tấm n ván g  s  l

2

Tấm n ván g  s  l

 s  l

B- Tấm n ván g  s  l

5

Tấm n ván g  s  l

7

Tấm i lớp n ván g  s  l

n số ván ở lớp trên

i số lớp

8

Tấm i lớp n ván g  s 

l

4

lõi hơn, còn mặt lng xa lõi hơn Khi khô ván gỗ luôn có xu hớng bị cong lồi ở mặt bụng Vì thế khi thay đổi độ ẩm gỗ rất dễ bị cong vênh Do đó để mẫu không bị biến dạng khi thiết kế và chế tạo cần phải ghép gỗ bằng nhiều mảnh theo cả chiều rộng lẫn chiều dày Mẫu cần có độ bền cao, sử dụng lâu dài thì phải ghép nhiều lớp ván mỏng, mẫu dùng cho sản xuất đơn chiếc có thể ghép ít hơn Những tấm xếp cạnh nhau nên bố trí ngợc thớ (tấm mặt bụng kết tấm mặt lng, hai lớp sát nhau nên

bố trí thẳng góc)

Để đơn giản cho việc vẽ bản vẽ mẫu, ngời ta sử dụng hệ thống các ký hiệu để chỉ hớng vân gỗ (xem hình vẽ H.37) Mặt gỗ cắt qua kẻ nét sọc chéo, dùng hai mũi tên song song và ngợc chiều để ký hiệu hớng của thớ gỗ H.38 ký hiệu ghép phôi

đĩa, vành và trụ, còn H.39 ký hiệu ghép phôi tấm phẳng

Ghép gỗ có thể thực hiện bằng cách dán keo ván ép để đạt độ bền cao, hoặc dùng chốt định vị hay vít ghép tiếp xúc khi độ bền mẫu không cần cao nhng cần chế tạo mẫu nhanh, dễ tháo (H.40) Đây là cách phổ biến nhất, cho phép không chỉ ghép đợc các thành mẫu và thành hộp ruột mà dùng ghép cả những phôi lớn tơng

đối phức tạp Ghép bằng mộng (H.41) tốn công nên ít đợc dùng hơn

Hình 40- Ghép tiếp xúc các thành mẫu và hộp lõi

A Các kiểu ghép: a) Dùng định vị; b,d) Dùng chốt gỗ;

c) Dùng vít; e) Dùng chốt gỗ và vít: 1.chốt; 2.vít

B Kích th ớc mối ghép: a) Ghép thành mẫu bằng vít;

b) Ghép thành hộp lõi bằng vít; c) Ghép bằng chốt và vít

Hình 41- Ghép bằng mộng mang cá

và mộng thẳng có dùng thêm chốt để cố định mộng

Trong mẫu và hộp lõi bao giờ cũng có phần cốt tạo nên hình khối và xác định kích thớc cơ bản Những phần phụ nh các miếng nhỏ, vấu, gân, mặt bích… ờng th chế tạo riêng rồi ghép vào sau Độ bền của mẫu phụ thuộc chủ yếu vào phần cốt đó Miếng rời làm bằng gỗ rắn, bền hoặc bằng kim loại Trên bản vẽ mẫu đờng biên giới giữa miếng rời và phần mẫu chính đợc vẽ bằng một nét đậm Miếng rời có thể đợc gắn vào mẫu bằng đinh (miếng rời nhỏ), dùng mộng ghép mang cá, bằng chốt…

Chốt định vị giúp lắp ghép chính xác hai nửa mẫu với nhau hoặc hai nửa hộp lõi Chốt thờng làm bằng gỗ rắn với các đờng kính 6, 8, 10, 12, 15, 20 hoặc 25 tuỳ theo cỡ mẫu và hộp lõi Chốt gắn chặt ở nửa mẫu trên đóng sâu một đoạn gấp rỡi đ-ờng kính, lắp căng không bôi keo để khi hỏng có thể thay thế Phần nhô ra dài bằng

đờng kính chốt, vật tròn để dễ gắn vào lỗ chốt định vị ở nửa khuôn dới Chốt cũng

có thể làm bằng kim loại

Thanh nhấc để rút mẫu ra khỏi khuôn Với mẫu vừa và nhỏ gắn ở mặt phân mẫu một tấm kim loại có khoan một hoặc hai lỗ Lỗ trơn dùng để đánh động, lỗ ren

để vặn thanh nhấc vào để rút mẫu lên (H.42a) Với mẫu lớn gắn hai hoặc bốn thanh nhấc (là dải thép có lỗ để móc cầu trục) ở mặt mẫu thẳng đứng (H.42b)

6

Hình 42- Thanh nhấc

Vài kiểu dùi nhấc dùng cho mẫu nhỏ;

B) Thanh nhấc dùng cho

mẫu lớn

2.2 mẫu kim loại:

Mẫu kim loại chủ yếu dùng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối vì có u

điểm bền, dùng đợc lâu, không thay đổi kích thớc và bề mặt nhẵn

Về kết cấu nếu mẫu nhỏ (kích thớc

<50x50x30) thì dùng mẫu đặc; mẫu lớn

hơn làm rỗng, thành mỏng có thêm gân

tăng cứng vững với chiều dày gân bằng 0,6

 0,8 chiều dày thành mẫu (H.43) Hình

dáng và số lợng gân phụ thuộc kết cấu của

mẫu (H.44) Độ xiên của mẫu và hộp lõi có

thể lấy nhỏ hơn của mẫu gỗ (Các trị số độ

xiên của mẫu gỗ xem bảng B.10)

Miếng rời ở mẫu kim loại có thể dùng

mộng mang cá hoặc mộng đặt Còn đậu

ngót, đậu hơi và ống rót đợc gắn vào mẫu

bằng nhiều cách (xem hình vẽ H.45)

Kết cấu hộp lõi kim loại do hình dáng,

kích thớc lõi và công nghệ chế tạo lõi quyết

định Có thể chọn các kiểu hộp lõi giới

thiệu trên hình vẽ H.46 tuỳ thuộc vào hình

dáng lõi Chiều dày thành hộp lõi xem hình

vẽ H.47, chiều dày gân cứng vững bằng

0,75 chiều dày thành, độ xiên 0,5 1,50,

khoảng cách giữa các gân cứng vững xem

hình vẽ H.48

Kích thớc

bao ngoài

trung bình Kiểu I

Kiểu II

1100150

1500200

K?ch th ớc trung bình

Hình 43- Chiều dày thành mẫu kim loại phụ thuộc vào kích th ớc

bao ngoài của mẫu

Hình 44- Bố trí gân tăng cứng ở mẫu kim loại

Sơ đồ hiệuKý Tên Sơ đồ hiệuKý Tên

k

Hộp lõi bổ

đứng, kín

Hộp lõi nguyên có tấm ép thêm ở trên

h

Hộp lõi bổ nằm, hở

Hộp lõi bổ nằm, kín (ruột làm 2 nửa rồi

ép dán)

Hộp lõi bổ

đứng có tấm ép thêm

Hình 46- Các kiểu hộp lõi

Với hộp lõi bằng gỗ và độ bền thấp chỉ dùng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ, làm lõi bằng tay Để tăng bền cho các hộp lõi gỗ để có thể dùng làm lõi ngời

ta thờng nẹp thêm tôn ở những bề mặt quan trọng và những góc lợn hoặc dùng vỏ hộp bằng kim loại (xem H.49)

Kích thớc ngoài A

mm Chiều dày thành, mmA/b>2 A/b<2

8

Mi?ng rời Mẫu

ch?nh

Hình 45- Các miếng rời ở mẫu kim loại

a) Dùng mộng mang cá (a.góc nhọn; b.góc tròn);

b) Dùng mộng đặt; c) Dùng chốt ống rót, đậu ngót, đậu hơi;

1 đầu gác; 2 mặt phân mẫu; 3 mẫu; 4 đậu ngót;

5 núm cầm; 6 chốt định vị

H×nh 47- ChiÒu dµy thµnh hép lâi kim lo¹i

H×nh 48- Bè

trÝ g©n t¨ng cøng ë hép lâi kim lo¹i

ChiÒu dµi hép A, mm

Sè « g©n

Hmin, mm

B=1,52,0 A/B≥2,0

<260 <3

b=a

12

b=a

15 1250200

H×nh 49- Vá hép lâi v¹n n¨ng

Cũng nh với mẫu bản vẽ hộp lõi gỗ cần thể hiện rõ cách ghép gỗ, các mảnh rời, chốt định vị hai nửa hộp lõi, cũng nh cách kẹp chặt hai nửa hộp lõi (xem hình

vẽ H.50, 51, 51)

- Gân tăng cứng có chiều dày khoảng 0,75 chiều dày thành, độ xiên 1,50 với gân thấp, 0,50 với gân cao (trên 200mm) Khoảng cách giữa gân xem ở hình H.48

10

Hình 50- Kẹp hai nửa hộp lõi bằng nêm gỗ.

Chiều ngang của kẹp a = 60 100mm; Chiều dày của kẹp b = 4060mm;

Chiều ngang của nêm K = 20 40mm; Chiều dày của nêm b2 = 2030mm;

Chiều dài đầu kẹp c = 60 80mm; Độ sâu của rãnh kẹp b1 = 1525mm;

Hình 51- Kẹp kim loại để giữ

hai nửa hộp lõi.

a) Kẹp bằng thép dập:

1,3-tai; 2-kẹp;

b) Kẹp đúc: 1,3-tai; 2-kẹp.

Hình 55- Hòm nhỏ

1- Bạc định tâm; 2- Trụ hòm;

3- Tay cầm bằng sắt đúc hàn;

4- Tai đỡ bạc; 5- Gờ để chốt đẩy tỳ

vào; 6- Gờ để lắp kẹp nêm; 7- Tay

cầm đúc liền; 8- Bạc dẫn h ớng.

Hình 56- Hòm cỡ trung

1- Bạc định tâm; 2 và 8- Trụ hòm; 3- Gân ngoài; 4- Tai đỡ bạc;

5- Gờ kẹp nêm; 6- Bá hòm;

7- Bạc dẫn h ớng.

V chọn hỗn hợp làm khuôn, lõi:

Tuỳ thuộc loại hợp kim đúc, khối lợng của vật đúc, phơng án công nghệ đúc (khuôn, lõi khô hay tơi )… mà chọn hỗn hợp làm khuôn, lõi cho phù hợp Khi thiết

kế công nghệ đúc có thể tham khảo các bảng B.29 và B.30 để chọn hỗn hợp làm khuôn và làm lõi

Sau khi đã chbế tạo đợc mẫu và hộp lõi, chọn đợc hòm khuôn và hỗn hợp làm khuôn, lõi thì tiến hành làm khuôn theo một quy trình nhất định phù hợp với phơng

án công nghệ đúc đã chọn Quy trình làm khuôn, lõi phải đợc thuyết minh ró ràng,

đầy đủ để thợ làm khuôn đúc thực hiện (xem phần C- thí dụ về thiết kế công nghệ

đúc trong khuôn cát)

Vi tính phối liệu:

Gang thờng đợc nấu trong lò đứng Trong lò đứng ngời ta xếp than, đá vôi và kim loại thành từng lớp, tuần tự từ đáy lò lên phía trên Thông thờng mỗi lớp than phải có chiều cao 200  250 mm để đảm bảo không xảy ra hiện tợng lẫn mẻ (phần

dễ chảy của lớp kim loại phía trên chảy rồi mà phần khó chảy của lớp phía dới vẫn cha chảy hết) Khối lợng than một mẻ phụ thuộc vào đờng kính lò nấu (xem bảng B.31)

Khi nấu luyện bình thờng tỷ lện than/kim loại khoảng 10  12 % Khi có thêm thép vụn thì tỷ lệ than/gang phải lớn hơn (15  20 %) (xem bảng B.32)

Thành phần hoá học của gang xám giới thiệu trong bảng B.33 Khi biết thành phần hoá học của mác gang cần đúc theo bảng này ta phải cộng thêm tỷ lệ cháy hao của chúng khi nấu luyện mới ra đợc thành phần hoá học của kim loại cần phối liệu

Thông thờng chỉ tính cháy hao cho hai nguyên tố là silic và mangan Silic cháy hao 10  20 % (theo khối lợng), còn mangan cháy hao 15  25% Các nguyên tố khác chỉ chú ý tới khi có yêu cầu đặc biệt P đợc coi là ít thay đổi khi nấu, S có thể tăng lên do hoà tan thêm S từ than C thờng trong giới hạn 3  3,5 % Thành phần hoá hcọ của các loại vật liệu kim loại sẽ đa vào phối liệu đợc giới thiệu trên các bảng B.34- gang đúc, B.35- gang máy cũ và B.36- sắt thép vụn

Thép vụn dùng nấu gang thờng chỉ chú ý đến Fe, còn các thành phần khác trong nó nh Si, Mn thờng cháy hao gần hết (trừ một vài nguyên tố nh Cr, Ni) vì hàm lợng rất nhỏ Khi nấu gang để đúc cũng còn tận dụng đa vào lò nấu các vật liệu về lò nh hệ thống rót, ngót, các vật đúc phế phẩm, phoi vụn… và các loại fero hợp kim nhu FeSi, FeMn…

Gang đúc đợc đa vào lò nấu với tỷ lệ 30  50 %, gang vụn 20  30 %, thép vụn 0  10 % và các vật liệu về lò 30  35 %, các loại vật liệu kim loại khác (nh fero hợp kim, quặng…) 1  2 %

Hình 57- Hòm hàn

1- Tai đỡ bạc; 2- Bạc định tâm; 3- Trụ hòm; 4- Tay cầm;

5- Lỗ thoát hơi ở thành hòm; 6- Bạc dẫn h ớng; 7- Tai kẹp nêm

Để tính tỷ lệ các thành phần vật liệu kim loại trong mẻ liệu thờng dựa vào hàm lợng Si và Mn Giả sử cần phải xác định thành phần của ba loại vật liệu kim loại để nấu: vật liệu số 1 có khối lợng X, vật liệu thứ 2 có khối lợng Y và vật liệu thứ 3 có khối lợng Z Các thành phần hoá học cacbon C, mangan Mn và silic Si tơng ứng với các loại vật liệu số 1, số 2 và số 3 đợc ký hiệu là Cx, Mnx, Six; Cy Mny, Siy và Cz,

Mnz, Siz; Khi nấu lợng Mn bị cháy hao (%) ký hiệu là Mnch, lợng Si bị cháy hao là Sich

Nếu ký hiệu thành phần (%) trung bình Mn, Si và C trong vật liệu kim loại

đem nấu là Mnvlkl, Sivlkl, Cvlkl; Trong gang lỏng (vật đúc) là Mnvd, Sivd, Cvd

Ta có các quan hạ sau:

Sivlkl - Sivlkl Sich = Sivd

Do đó:

ch

vd vlkl

Si

Si Si



 1

Tơng tự ta có:

ch

vd vlkl

Mn

Mn Mn



 1

Thành phần C tính theo công thức thực nghiệm sau:

Cvd = 1,8 + 0,5 Cvlkl

Ta có thể lập đợc hệ ba phơng trình dới đây:

X.Mnx + Y.Mny + Z.Mnz = 100.Mnvlkl (2) X.Six + Y.Siy + Z.Siz = 100.Sivlkl (3) Phơng trình (1) là tổng khối lợng vật liệu kim loại trong một mẻ liệu Phơng trình (2) là phơng trình cân bằng thành phần Mangan (Mn) trong phối liệu và gang lỏng có kể đến phânf cháy hao Mnch khi nấu Phơng trình (3) là phơng trình cân bằng thành phần Silic (Si)

Giải hệ phơng trình trên chúng ta sẽ biết đợc số phần trăm khối lợng yêu cầu của mỗi loại vật liệu cần để nấu (X, Y, Z)

Nếu có 4, 5, 6 loại vật liệu đem nấu thì cũng lập hệ phơng trình nh, vậy sao cho số phơng trình bằng số ẩn thì sẽ giải đợc, hoặc là chỉ chọn 3 loại vật liệu (3 ẩn số) và lập hệ 3 phơng trình nh trên, các thành phần còn lại đợc quy định theo các tỷ

lệ biết trớc

Chú ý là trong trờng hợp tổng quát ở những điều kiện bất kỳ, các nghiệm của

hệ phơng trình đã lập đợc ở trên có thể có giá trị bằng không, giá trị dơng hoặc giá trị âm Nhng bài toán thực tế tính thành phần các vật liệu kim loại đa vào phối liệu (X, Y, Z) không cho phép có nghiệm âm Vì vậy trớc khi lập hệ phơng trình cần kiểm tra để loại trừ khả năng có nghiệm âm theo phơng pháp sau:

Trên hệ toạ độ thẳng góc (trục hoành biểu

thị lợng Si, trục tung biểu thị lợng Mn) ta định

ra tọa độ A (Mnx , Six ); B(Mny , Siy ); C(Mnz ,

Siz ) ứng với ba loại vật liệu cần xác định tỷ lệ

(xem hình vẽ H.58) Nối ba điểm A, B, C với

nhau thành một tam giác, tam giác này chia

mặt phẳng đồ thị ra 5 phần khác nhau Xác

định toạ độ của điểm biểu diễn hàm lợng Si,

Mn cần phối liệu (điểm M) có thể xảy ra các

khả năng:

- Điểm M nằm trong tam giác ABC Khi

đó ta có thể lập hệ ba phơng trình và

giải ra đợc ba nghiệm đều dơng

12 Hình 58- Đồ thị xác định thành

phần % Mn và Si