Bài tập công nghệ kim loại phần đúc ly tâm

I Giới thiệu về phương pháp đúc ly tâm.1.1 Khái niệm : Đúc ly tâm là phương pháp đúc mà kim loại lỏng được rót vào khuôn quay, nhờ có lực ly tâm tạo ra với lực ly tâm tạo ra tỷ lệ với gi

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

BÀI TẬP CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

PHẦN ĐÚC LY TÂM

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS ĐINH MINH ĐIỆM Sinh viên thực hiện : HOÀNG THANH LONG

Đà Nẵng, Ngày 18 tháng 06 năm 2016

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ phát triển của khoa học kỹ thuật vượt bậc như hiện nay thì vấn

đề lớn đặt ra là yêu cầu các sản phẩm chế tạo ra phải đảm bảo được sự tiết kiệm vật liệu, thời gian chế tạo và sản lượng tạo ra để giảm được giá thành của sản phẩm

Trong công nghệ chế tạo cơ khí nói chung và công nghệ đúc nói riêng thì việc chế tạo các sản phẩm mà công nghệ chế tạo đơn giản nhưng vẫn đảm bảo sản phẩm có chất lượng tốt rút ngắn thời gian là điều hết sức được mong muốn Trong công nghệ đúc mặc dù đã có một số phương pháp đúc truyền thống (như đúc trong khuôn cát) cũng cho ra được chi tiết như mong muốn, nhưng trong một số trường hợp thì các phương pháp này cho hiệu quả đúc không cao và khó khăn trong việc thực hiện làm tăng thời gian công việc, như trong trường hợp đúc các chi tiết có dạng tròn xoay (hình trụ tròn rỗng như các chi tiết ống dẫn, cột trụ điện, xéc-măng động cơ v.v ) thì phương pháp đúc trong khuôn cát rất phức tạp, kéo dài thời gian công việc dẫn đến khó mang lại được hiệu quả cao Vì vậy mà người ta đã nghĩ ra

một phương pháp đúc đặc biệt đó là phương pháp đúc ly tâm.

Với phương pháp này sẽ khắc phục được những nhược điểm trên, cho ra được năng suất cao và rút ngắn được thời gian công việc Trong giới hạn bài này chỉ tập trung giới thiệu sơ qua về phương pháp đúc ly tâm và những ứng dụng của nó trong việc chế tạo các chi tiết cần thiết trong cuộc sống của chúng ta Do kiến thức còn hạn hẹp nên bài làm còn nhiều sai sót nên kính mong thầy bỏ qua và góp ý để

em hoàn thiện hơn

I) Giới thiệu về phương pháp đúc ly tâm.

1.1) Khái niệm :

Đúc ly tâm là phương pháp đúc mà kim loại lỏng được rót vào khuôn quay, nhờ có lực ly tâm tạo ra (với lực ly tâm tạo ra tỷ lệ với gia tốc góc và khối lượng của vật quay) làm kim loại lỏng văng ra và ép vào thành trong của khuôn phân bố đều trên bề mặt của khuôn để tạo thành vật đúc

Lực ly tâm được tạo nên nhờ khuôn quay với vận tốc lớn Độ lớn lực ly tâm được xác định theo công thức:

Trong đó:

m là khối lượng của kim loại

r là bán kính của khuôn tính từ trục quay

vận tốc góc (rad/s)

Với vận tốc góc được tính theo công thức:

Với:

R là bán kính ngoài của vật đúc

S chiều dày thành vật đúc

khối lượng riêng của vật liệu

1.2) Đặc điểm.

 Do dưới tác dụng của lực ly tâm nên kim loại sẽ được ép vào thành khuôn nên

sẽ tạo lỗ rỗng bên trong vật đúc (vật đúc tự có lỗ rỗng bên trong mà không cần lõi như khi đúc trong khuôn cát) trường hợp cần đường kính trong của vật đúc không thay đổi hoặc thành vật đúc dày đều thì mới phải dùng lõi

 Kim loại sẽ được xít chặt hơn do chịu tác dụng của lực ly tâm nên không cần phải có tác động bên ngoài khác

 Chiều dày của thành vật đúc do lượng kim loại lỏng rót vào quyết định

Ở hình dưới thể hiện đặc điểm của quá trình đúc ly tâm Việc tự tạo lỗ rỗng bên trong vật đúc, kim loại có xu hướng văng ra bám vào thành khuôn và tự siết chặt (chiều mũi tên thể hiện sự ly tâm của kim loại lỏng và bám vào thành khuôn khi đúc)

Hình 1.1: Đặc điểm của phương pháp đúc ly tâm.

II) Các phương pháp đúc ly tâm.

Căn cứ vào trục quay của khuôn đúc mà người ta chia thành hai loại đó là: phương pháp đúc ly tâm nằm đứng và phương pháp đúc ly tâm nằm ngang

2.1) Phương pháp đúc ly tâm nằm đứng.

Đúc ly tâm đứng là đúc ly tâm mà đường tâm quay của khuôn đúc có phương thẳng đứng

Với phương pháp đúc này có đặc điểm là:

- Xĩ sẽ tập trung ở đáy và phía trong vật đúc do tác dụng của trọng lực

- Vật đúc được có kích thước ngắn, khi đúc các vật đúc dài thì bề dày thành vật đúc sẽ không đều và độ chính xác hình học không cao làm tốn thêm nhiều kim loại để đảm bảo được thành vật đúc ở ví trị trên cùng không quá mỏng

- Hệ thống rót kim loại lỏng vào khuôn sẽ đơn giản hơn, kim loại sẽ dễ chảy vào khuôn hơn do sự tác dụng thêm của trọng lực

- Nhờ có thêm tác dụng của trọng lực nên khi đúc sẽ cho ra được thêm hình dạng đúc vì vậy phương pháp này ngoài đúc được vật có hình dạng tròn xoay còn có thể đúc được các vật có hình dạng (định hình) đặc biệt khác

- Kích thước trong của vật đúc thay đổi theo hướng giảm dần bề dày thành

từ phía dưới lên trên bề mặt vật đúc

Dưới đây là sơ đồ nguyên lý của đúc ly tâm đứng:

Hình 2.1: Phương pháp đúc ly tâm đứng.

Nhược điểm chính của phương pháp đúc ly tâm đứng là:

Do khuôn quay theo trục đứng nên mỗi hạt kim loại ngoài chịu tác dụng của lực ly tâm còn phải chịu thêm lực trọng lực Vì vậy bề mặt tự do của kim loại lỏng của bên trong vật đúc khi chưa kết tinh cũng như khi kết tinh (đông đặc) thì có dạng paraboloit (có thể chứng minh bằng hình học ta được đường biên dạng là parabol nhưng khi quay quanh trục OY nên tạo thành đường paraboloit) Hình dưới đây thể hiện các lực tác dụng lên hạt kim loại và biên dạng bên trong của vật đúc khi đúc ly tâm đứng

Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng lên và biên dạng bên trong của vật đúc.

Giải thích: Theo hình 2.2 thì ta thấy khi xét một phân tố kim loại tại một điểm A

bất kì thì khi đúc bằng phương pháp ly tâm đứng thì các hạt kim loại sẽ chịu các lực đó là:

- Trọng lực do khối lượng của bản thân hạt kim loại tạo ra Q Có độ lớn là với m là khối lượng của hạt kim loại

- Lực ly tâm do khuôn quay tạo ra P Có độ lớn là với x là khoảng cách từ điểm A tới trục quay OY trên hình 2.2

Hai lực này sẽ tạo ra lực tổng hợp R tạo theo phương OX một góc (góc được thể hiện như trên hình vẽ 2.2) với vì vậy các hạt kim loại sẽ có xu hướng bị kéo xuống dưới cho nên khi khuôn quay kim loại lỏng sẽ tập trung phía dưới nhiều hơn dẫn đến kích thước bề dày bên trong vật đúc ở phía dưới sẽ dày hơn so với phía trên (tính theo chiều dương của trục Oy như trên hình vẽ) Từ phương trình như trên ta có thể thiết lập được phương trình biên dạng bên trong vật đúc sẽ có dạng parabol nhưng vì nó quay quanh trục OY nên sẽ tạo nên mặt parabôlôit

Với lí do trên nên phương pháp này có nhược điểm lớn đó là:

- Vật đúc nhận được sẽ có bề dày mặt trong sẽ giảm dần khi lên phía trên bề mặt vật đúc dẫn đến bề mặt bên trong của vật đúc nhận được có độ chính xác hình học không cao

- Ngoài ra nó còn làm giảm độ bền ở phần phía trên cùng của vật đúc (phía trên cùng của khuôn gần với cốc rót kim loại lỏng khi đúc) do chiều dày tại đây của vật đúc bị giảm nhiều làm giảm momen chống uốn của tiết diện dẫn đến giảm khả năng chịu tải và giảm độ bền của chi tiết

- Tốn nhiều kim loại khi đúc vật đúc có kích thước (chủ yếu theo chiều dài) lớn, do lượng kim loại bị tập trung xuống phía dưới (phần đáy của khuôn) nên cần có lượng kim loại lớn để đảm bảo phía trên của vật đúc có chiều dày hợp lý, trường hợp nếu lượng kim loại rót vào ít thì chiều dày thành vật đúc ở chỗ này sẽ quá mỏng không đảm bảo yêu cầu

Hình dưới đây mô tả về đặc tính hình dạng bên trong của vật đúc

Hình 2.3: Đặc tính hình dạng bên trong của vật đúc khi đúc ly tâm đứng.

2.2) Phương pháp đúc ly tâm nằm ngang.

Đúc ly tâm nằm ngang là phương pháp đúc mà có trục quay của khuôn có phương nằm ngang Với phương pháp này có ưu điểm vượt trội hơn so với phương pháp đúc ly tâm đứng

Dưới đây là sơ đồ nguyên lý của phương pháp đúc ly tâm nằm ngang

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đúc ly tâm nằm ngang.

Như hình 2.4 ta thấy khuôn đúc có trục quay nằm ngang, ở đầu khuôn người ta trang bị một máng rót Để kim loại rải đều theo bề mặt của khuôn thì khi rót kim loại lỏng vào khuôn thì máng rót phải dịch chuyển dọc theo chiều dài của khuôn

 Ưu điểm của phương pháp đúc ly tâm nằm ngang:

- Đúc được vật đúc có chiều dày không đổi (do trong trường hợp này trọng lực không làm ảnh hưởng đến sự phân bố kim loại theo chiều dài của vật

- Không có sự chênh lệch đường kính trong giữa hai đầu vật đúc nên tốn ít kim loại khi đúc so với phương pháp đúc ly tâm đứng

 Nhược điểm của phương pháp đúc ly tâm nằm ngang:

- Bố trí hệ thống rót phức tạp Do phải dùng máng rót kim loại nên không đúc được vật có đường kính nhỏ

- Khó đúc được những hợp kim có tính chảy loãng thấp vì khi tính chảy loảng thấp thì kim loại lỏng sẽ khó chảy vào phía trong cùng của khuôn (phía đầu kia so với hệ thống rót, như trên hình 2.4 thì phía đầu bên phải)

III) Ưu nhược điểm và ứng dụng của phương pháp đúc ly tâm.

3.1) Ưu điểm của phương pháp đúc ly tâm.

 Đúc được những vật đúc tròn xoay và rỗng mà không cần lõi

 Khả năng điền đầy khuôn tốt nên có thể đúc được những vật đúc thành mỏng,

có gân, hoặc hình nỗi mỏng và không cần đậu ngót

 Vật đúc sạch, tổ chức kim loại mịn chặt, không bị rỗ khí, rỗ co do đông đặc dưới áp lực của lực ly tâm Chất lượng vật đúc tốt

 Có thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau

 Được ứng dụng trong sản xuất hàng loạt lớn

 Điều kiện lao động tốt

3.2) Nhược điểm của phương pháp đúc ly tâm.

 Chỉ thích ứng cho các chi tiết hình tròn xoay, rỗng nhưng khó nhận được đường kính trong chính xác

 Chất lượng bề mặt trong của vật đúc kém, vật đúc dễ bị thiên tích do khối lượng riêng của các nguyên tố khác nhau

 Chất lượng của vật đúc phụ thuộc nhiều vào tốc độ quay và nhiệt độ rót

 Khuôn cần có độ bền cao

 Khuôn quay nhanh cần phải có độ cân bằng tốt và phải kín

3.3) Ứng dụng của phương pháp đúc ly tâm.

Đúc ly tâm thường dùng để đúc các chi tiết tròn xoay rỗng như ốp trụ điện, trong công nghệ chế tạo động cơ như đúc séc măng động cơ, đúc bạc lót, ống v.v

IV) Kết luận.

Phương pháp đúc ly tâm là một phương pháp đúc đơn giản mà cho năng suất

và hiệu quả tương đối cao trong việc chế tạo các vật có dạng hình tròn xoay rỗng Phương pháp đúc ly tâm bên cạnh những ưu điểm vượt trội nhưng vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm như đã trình bày ở trên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là bề mặt trong của vật đúc có chất lượng không cao, nhưng trong kỹ thuật chất lượng hay độ chính xác của chi tiết rất được chú trọng Trong một số trường hợp sản xuất các chi tiết đơn giản (như ống rỗng hay vật tròn xoay rỗng ) yêu cầu chất lượng chi tiết bình thường thì phương pháp này sẽ được áp dụng nhiều và cho hiệu quả và năng suất cao Với khoa học phát triển như hiện nay thì các nhược điểm trên sẽ sớm được khắc phục và làm cho phương pháp đúc được hoàn thiện hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

[1] T.S ĐINH MINH DIỆM, Giáo trình công nghệ kim loại, Nhà xuất bản khoa

[2] http://kiemtailieu.com/ky-thuat-cong-nghe/tai-lieu/bao-cao-bai-tieu-luan-duc-ly-tam-va-thiet-bi-duc-ly-tam/7.html

[3] https://www.wattpad.com/444351-student-c%C3%A2u-5-b%E1%BA%A3n-ch%E1%BA%A5t-%C4%91%E1%BA%B7c-%C4%91i%E1%BB%83m-cu-a-ph

%C6%B0%C6%A1ng-ph%C3%A1p

[4] http://luanvan.co/luan-van/giao-trinh-cong-nghe-duc-43895/