Muèn vËy nªn chän mÆt r¸p khu«n qua tiÕt diÖn lín nhÊt; chän sao cho lßng khu«n réng vµ lßng khu«n trªn nªn chän n«ng h¬n lßng khu«n d − íi ®Ó gi¶m chiÒu cao vµ träng l − îng cña nöa k[r]
Trang 1Giáo trình môn kỹ thuật chế
tạo máy
Hướng dẫn thiết kế công nghệ
đúc
Trang 2
Lời nói đầu
Nằm trong chương trình đào tạo đại học ngành cơ khí của trường đại học kỹ thuật công nghiệp Kỹ thuật chế tạo máy là môn học kỹ thuật cơ sở giới thiệu các phương pháp chế tạo phôi và các chi tiết máy dùng trong ngành chế tạo máy và nhiều ngành khác của nền kinh tế quốc dân Môn học cung cấp những kiến thức cơ bản về các quá trình sản xuất đúc, hàn và rèn dập, hướng dẫn cách thiết kế công nghệ và chọn dụng cụ, thiết bị để thực hiện các quá trình công nghệ đó
Để thực hiện được mục tiêu nêu trên của môn học, gắn học với hành, cùng với việc tiếp nhận các kiến thức qua chương trình học học tập lý thuyết theo các giáo trình môn học, người học còn phải thực hiện các bài thí nghiệm và các bài tập thực hành Tài liệu bài tập môn học kỹ thuật chế tạo máy này giúp cho người học có cơ
sở và điều kiện thuận lợi để thực hiện được các bài tập môn học được giao trong quá trình học tập, giúp người học làm quen và có khả năng thiết kế công nghệ chế tạo các loại phôi và chi tiết máy có kết cấu tương đối đơn giản
Tài liệu được một tập thể giảng viên của bộ môn Công nghệ kim loại biên soạn, do PTS Lê Cao Thăng làm chủ biên Phân công biên soạn như sau:
Phần I: Hướng dẫn thiết kế công nghệ đúc
Mục A, B và C – PTS Lê Cao Thăng Mục D – GV Bùi Ngọc Trân
Phần II: Hướng dẫn thiết kế công nghệ rèn tự do
GV Vũ Đình Trung Phần III: Hướng dẫn thiết kế công nghệ dập thể tích trên máy búa
PTS Lê Cao Thăng Phần IV: Hướng dẫn thiết kế công nghệ hàn nóng chảy
GV Phạm Việt Bình
Để thuận tiện cho việc sử dụng, mỗi phần được in thành một tập riêng
Các tác giả mong những tập tài liệu này sẽ giúp ích cho sinh viên trong quá trình học tập tại trường Tài liệu cũng có thể dùng để tham khảo cho các bạn đồng nghiệp, các kỹ sư trong công tác kỹ thuật
Những ý kiến đóng góp để hiệu chỉnh, bổ sung nâng cao chất lượng cho những lần xuất bản sau xin gửi về địa chỉ:
Bộ môn Công nghệ kim loại, khoa Cơ khí, trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên
Trang 3Phần I - hướng dẫn thiết kế công nghệ đúc
Đề bài:
Thiết kế công nghệ đúc chi tiết (được chỉ định theo bản vẽ đề bài số ) với các điều kiện sản xuất nhỏ, mẫu gỗ, làm khuôn cát bằng tay Vật liệu chi tiết và vật liệu mẻ kim loại được chỉ định theo số đầu đề bài tập
Nhiệm vụ cụ thể:
1) Phần bản vẽ:
a) Bản vẽ công nghệ đúc (bản vẽ vật đúc) (A2)
b) Bản vẽ mẫu, hộp lõi (A1)
2) Phần thuyết minh:
a) Phân tích tính công nghệ của kết cấu vật đúc
b) Cách chọn mặt phân khuôn
c) Thuyết minh quá trình làm khuôn
d) Các tính toán: Hệ thống rót, ngót, hơi, mẻ liệu kim loại, lực kẹp giứ hai nửa khuôn
a Hướng dẫn thực hiện bài tập thiết kế
công nghệ đúc
Dưới đây hướng dẫn trình tự các bước tiến hành để làm một bài tập thiết kế công nghệ đúc, chủ yếu dùcho phương pháp làm khuôn bằng tay để đúc vật đúc gang xám
I Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc, phân tích tính công nghệ của nó, đề xuất những kiến nghị sửa đổi hình dạng, kết cấu
cho phù hợp với khả năng của sản xuất đúc
Khi thiết kế công nghệ một chi tiết đúc ta phải nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc
để hiểu hình dáng, kích thước, điều kiện làm việc, vị trí của chi tiết trong máy, đặc
điểm của vật liệu chế tạo chi tiết cũng như yêu cầu về cơ lý tính của toàn bộ chi tiết, của từng phần chi tiết, cách gia công chi tiết sau này v.v Tìm hiểu càng đầy
đủ thì bản thiết kế công nghệ càng có chất lượng tốt, sản phẩm đúc ra sẽ đạt được hiệu quả kinh tế cao, vật đúc ít bị hư hỏng
1 Đọc bản vẽ chi tiết đúc:
Muốn hình dung được chi tiết phải đọc kỹ bản vẽ Đó là đòi hỏi trước tiên đối với người thiết kế công nghệ đúc Khi hình dung được chi tiết đúc một cách đầy đủ mới có điều kiện để chọn mặt phân khuôn, ráp khuôn, thiết kế lõi, đậu ngót và hệ thống rót, vật làm nguội, lượng dư gia công và lượng dư công nghệ một cách thích hợp nhất đối với quy mô sản xuất và trang thiết bị hiện có của phân xưởng
2 tìm hiểu điều kiện làm việc của chi tiết :
Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết đúc để có thể đề ra các biện pháp thích hợp trong quá trình chế tạo vật đúc Ví dụ khi đúc các thân máy công cụ, các
Trang 4sống trượt là bộ phận rất quan trọng không cho phép có khuyết tật đúc thì phải đặt phần này nằm ở khuôn dưới v.v
3 nghiên cứu đặc điểm của vật liệu chế tạo và yêu cầu
về cơ lý tính của chi tiết :
Mỗi hợp kim đúc đều có đặc điểm riêng về tính đúc, do đó khi thiết kế công nghệ cần phải chú ý để có biện phám công nghệ thích ứng (ví dụ để lượng trừ co ở mẫu khác nhau tương ứng với mỗi hợp kim đúc; Chú ý thiết kế hệ thống rót có khả năng điền đầy vật đúc đối với các hợp kim có độ chảy loãng kém; Có biện pháp chống nứt vật đúc đối với các hợp kim truyền nhiệt kém) Dùng phương pháp đúc
đạt độ chính xác cao để đảm bảo kích thước của chi tiết đúc ra đáp ứng được đúng yêu cầu của bản vẽ mà không cần gia công cơ khí với các hợp kim khó gia công cơ khí như thép chịu mài mòn (thép mangan cao), thép chịu axit (thép silic)
4 tìm hiểu cách gia công chi tiết, vị trí gá lắp của chi tiết trong khi gia công cơ khí
Những hiểu biết về cách gia công, vị trí gá lắp chi tiết khi gia công cơ khí sẽ giúp cho người thiết kế công nghệ đúc trong việc chon mặt phân mẫu, ráp khuôn, quy định các lượng dư công nghệ được hợp lý, chính xác, cũng như tạo điều kiện cho việc gia công cơ khí được thuận lợi, chi phí gia công ít và ít bị sai hỏng
5 Đề xuất ý kiến để sửa đổi hình dáng, kết cấu chi tiết đúc
Sau khi đã đọc bản vẽ chi tiết đúc, tìm hiểu điều kiện làm việc, đặc điểm của vật liệu, cách gia công cơ khí sau khi đúc nếu thấy có phần nào của chi tiết có hình dang và kết cấu không hợp lý (không đảm bảo cho quá trình đúc và quá trình gia công cơ khí tiếp theo được thuận lợi, hoặc không đảm bảo được chất lượng vật
đúc ) thì người thiết kế công nghệ đúc cần thảo luận và đề xuất với người thiết kế chi tiết đúc và người thiết kế gá lắp gia công cơ khí (trong phạm vi sinh viên thực hiện bài tập đúc thì đó là sự thảo luận và đề xuất ý kiến của sinh viên với giáo viên hướng dẫn) sự thay đổi hình dáng và kết cấu của chi tiết đúc cho phù hợp với khả năng sản xuất Mọi sự thay đổi hình dáng và kết cấu chi tiết đúc cho phù hợp với công nghệ đúc không được làm ảnh hưởng tới khả năng làm việc của nó
II Thiết kế vật đúc
1 Chọn vị trí vật đúc trong khuôn rót:
Vị trí của vật đúc trong khuôn lúc rót thường chọn theo phương pháp làm khuôn, cách bố trí hệ thống rót, lượng dư gia công cơ khí và lượng dư công nghệ, kích thước của hòm khuôn Khi chọn vị trí vật đúc trong khuôn khi rót cần chú ý:
- Những phần quan trọng của chi tiết cần sít chặt, những bề mặt gia công quan trọng, lớn nên đặt ở phần dưới của khuôn (ví dụ phần sống trượt của thân máy tiện, các bề mặt răng của bánh răng )
- Nếu không thể thực hiện được điều nêu trên thì đặt các mặt này dựng đứng hoặc nghiêng để tránh khuyết tật rỗ xỉ, rỗ khí
Trang 5- Nếu vì nguyên nhân nào đó những mặt gia công quan trọng bắt buộc phải
đặt quay về phía trên thì phải tạo mọi điều kiện để những khuyết tật đúc (rỗ
co, rỗ xỉ, rỗ khí ) chỉ sinh ra ở những phần của vật đúc mà khi đúc có thể cắt bỏ đi (đậu hơi, đậu ngót, phần gia công cơ 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
- Đặt những phần vật đúc có thành mỏng và rộng ở phía dưới của khuôn hoặc nằm nghiêng lúc rót để tránh các khuyết tật như thiếu, khớp của vật đúc
2 chọn vị trí của mẫu khi làm khuôn, chọn mặt
ráp khuôn và mặt phân mẫu:
Việc chọn vị trí của mẫu khi làm khuôn cũng như mặt ráp khuôn có ảnh hưởng lớn đến quá trình kỹ thuật làm khuôn và độ chính xác của vật đúc Chọn mặt ráp khuôn nên căn cứ vào các chỉ dẫn sau đây:
- Đảm bảo cho quá trình làm khuôn được dễ dàng, thuận lợi (rút được mẫu
ra khỏi khuôn dễ dàng sau khi làm khuôn đảm bảo cho việc sửa khuôn
được thuận tiện, việc thao tác khi làm khuôn và khi lắp được dễ dàng ) Muốn vậy nên chọn mặt ráp khuôn qua tiết diện lớn nhất; chọn sao cho lòng khuôn rộng và lòng khuôn trên nên chọn nông hơn lòng khuôn dưới
để giảm chiều cao và trọng lượng của nửa khuôn trên
- Mặt ráp khuôn và vị trí của mẫu trong khuôn nên chọn sao cho kết của mẫu đơn giản, càng ít phần lắp rời càng tốt để giảm chi phí chế tạo mẫu và khuôn, đảm bảo độ bền và cứng vững của mẫu
- Mặt ráp khuôn và vị trí của mẫu trong khuôn nên chọn sao cho khuôn chỉ
có một mặt ráp khuôn và mặt ráp khuôn này đồng thời là mặt phân mẫu,
điều đó làm cho cấu tạo khuôc đúc đơn giản, cho phép làm khuôn cả trên máy và vật đúc đạt độ chính xác Để thực hiện chỉ dẫn này có trường hợp người ta dùng thêm các lõi để tạo hình bề mặt bên phức tạp của vật đúc (Hình 1)
- Mặt ráp khuôn nên là mặt phẳng Nếu phải dùng đến ụ cát thì ụ cát nên nằm ở khuôn dưới (Hình 2)
- Mặt ráp khuôn cũng như vị trí của mẫu khi làm khuôn nên chọn sao cho số lõi là ít nhất, nếu có thể được nên dùng thêm ụ cát thay cho lõi Điều đó làm giảm thời gian chế tạo và lắp ráp lõi, nâng cao độ chính xác của vật
đúc, giảm bavia ở chỗ mối ráp khuôn và lõi (Hình 3) Chiều cao của ụ cát
(D là đường kính của ụ cát) đối với trường hợp làm khuôn cát tươi trên máy Khi làm khuôn bằng tay có thể giảm các trị số này đi gần một nửa
- Mặt ráp khuôn và vị trí của mẫu khi làm khuôn nên chọn sao cho chiều cao chung của khuôn là bé nhất, vì nếu phải dùng mẫu có chiều cao lớn để làm khuôn thì vừa khó rút mẫu ra khỏi khuôn, khuôn dễ sứt vỡ, lại khó lắp đặt lõi vào khuôn, hình dạng vật đúc thay đổi nhiều do độ nghiêng thành vật
Trang 62
- Lật nửa hòm khuôn dưới lên, lắp các phần trên của mẫu vào các phần dưới
- Đặt hòm khuôn trên lên trên hòm khuôn dưới và định vị hai hòm
- Lắp hệ thống rót, hơi, rắc cát vàng phân cách hai nửa khuôn
- Phủ cát áo, cát đệm, đầm chặt, gạt phẳng, xiên lỗ thoát hơi, rút mẫu ống rót, phễu rót ra
3
- Lật hòm khuôn trên, lấy mẫu và các bộ phận mẫu của hệ thống rót ra khỏi khuôn, sửa lại lòng khuôn và mặt phân khuôn
- Lấy mẫu ra khỏi hòm khuôn dưới, sửa lại lòng khuôn và mặt phân khuôn
4 thuyết minh quy trình làm lõi :
Nguyên
1
Lắp miếng rời vào hộp lõi, đổ hỗn hợp làm lõi vào hốc lõi đầm chặt, gạt phẳng làm đường thoát hơi cho lõi
2
Quét nước đất sét lên hai nửa lõi, dán hai nửa hộp lõi lại với nhau, gõ nhẹ vào hộp lõi cho hai nửa lõi dính chặt vào nhau Để lõi khô
Trang 7- Tháo nửa hộp lõi trên ra Tháo các miếng rời No1, No1 Lật úp lõi xuống khay đỡ lõi
- Gõ nhẹ rồi tháo nốt nửa hộp lõi dưới ra Tháo các miếng rời No1, No1
- Đưa lõi đi và khay đỡ lõi đi sấy khô
3
vi tính phối liệu:
1 Với lò có đường kính φ600mm, căn cứ vào bảng B.31 ta xác định được lượng than cốc cho một mẻ liệu là 35kg và lượng đá vôi cho một mẻ liệu là 10kg Trong trường hợp đã cho thì phối liệu không dùng quá 10% sắt thép vụn nên theo bảng B.32 chọn tỷ lệ than cốc/kim loại mẻ là 10%, nghĩa là khối lượng kim loại mẻ là 350kg
2 Mác gang cần đúc là GX15-32 Theo bảng B.34 thì GX15-32 có thành phần hóa học: 3,5ữ3,7% C; 2,0ữ2,4% Si; 0,5ữ0,8% Mn; <0,3% P và <0,15% S Ta lấy trị số trung bình của các thành phần này để tính toán: 2,2% Si và 0,7% Mn Với
tỷ lệ cháy hao đã cho ta cần nấu ra loại gang từ phối liệu có thành phần như sau:
%Si = 1,15 x 2,2 = 2,53
%Mn = 1,20 x 0,7 = 0,84
3 Tính tỷ lệ giữa GD2, GM2, sắt thép vụn trong một mẻ liệu kim loại
Căn cứ vào các bảng B.34, B.35 và B.36 ta biết được thành phần hóa học của GD2: 2,4 %Si; 1,1%Mn
GM2: 2,0 %Si; 0,5%Mn
Sắt thép vụn: 0,3 %Si; 0,3%Mn
Ký hiệu A là điểm ứng với thành phần Mn và Si của GD2: A(1,1; 2,4)
B là điểm ứng với thành phần Mn và Si của GM2: A(0,5; 2,0)
C là điểm ứng với thành phần Mn và Si của
Nối các điểm A, B, C được tam giác ABC trên hệ tọa độ thành phần Si và Mn Nừu gọi điểm M là điểm biểu diễn hàm lượng của phối liệu cần tính Trên đồ thị ta thấy diểm M(0,84; 2,1) thuộc vùng 1, vì vậy để X, Y, X đều dương ta phải dùng FeSi 45 để điều chỉnh cho M dịch chuyển về M(0,84; 2,53)
Lập phương trình bậc nhất đối với X, Y, Z:
X+ Y + Z = 0
2,4X + 2,0Y + 0,3Z = 2,1 100
1,1X + 0,5Y + 0,3Z = 0,84 100
Giải hệ 3 phương trình trên sẽ thu được kết quả:
Trang 8X≈ 59; Y≈ 34; Z≈ 7;
VËy mÎ liÖu kim lo¹i sÏ bao gåm:
Than cèc: 35kg
§¸ v«i: 10kg
100
350
100
350
100
350
100
350 15 , 1 45
100 ).
1 , 2 53 , 2