Xây dựng và triển khai quy trình sản xuất đúc một chi tiết cụ thể tại trung tâm đúc viên công nghệ đúc viện công nghệ tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp

Ngành đúc đã tiếp thu được những thành tựu mới nhất của khoa học và công nghệ vật liệu, áp dụng hiệu quả các ưu việt của các lĩnh vực toán tin học, tự động hóa cũng như các lĩnh vực vật

VIỆN CÔNG NGHỆ

Sơ đồ làm việc của trung tõm

Sơ đồ mặt bằng trung tõm

Phần hai

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

Giới thiệu chi tiết răng gầu xúc

Khái quát về thép làm Răng gầu xúc

Cơ sở thiết kế công nghệ đúc

Cơ sở thiết kế chung

Cơ sở thiết kế khuôn

Cơ sở nấu luyện

RĂNGN GẦU XÚC Phân tích vật đúc

Chế độ nhiệt luyện cho vật đúc

Tài liệutham khảo

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghió Việt Nam

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Độc Lập -Tự Do -Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Nhúm sinh viên : Lê Đình Duy

Nguyễn Đình Đạo

Vũ Thành KiêN Nguyễn Thành Hiếu Lớp : CNVL4

Khoa : Khoa Học Và Công Nghệ Vật Liệu

Nhiệm vụ :

Xõy dựng và triển khai quy trình sản xuất đúc một chi tiết cụ thể tại :

Trung Tõm Đúc-Viện Công Nghệ-Tổng Công Ty Máy Động Lực Và Máy Nông

Nghiệp-Bộ Công Nghiệp

Các số liệu ban đàu :

-Đối tương :Răng Gầu Xúc - Mắt Thép Mn13Đ

-Nguyên liệu và trang thiết bị : Theo điều kiện thực tế sản xuất tại

Trung Tõm Đúc-Viện Công Nghệ-Tổng Công Ty Máy Động Lực Và Máy Nông

Nghiệp-Bộ Công Nghiệp

Nội dung các phần :

*Lý thuyết :

-Giới Thiệu các phương pháp Đúc

-Vật liệu và Công Nghệ khuôn cát

-Hợp kim Đúc và Công Nghệ nấu luyện

-Kiếm tra, đánh giá sản phẩm Đúc

-Các dạng khuyết tật thường gặp

*Thực nghiệm :

-Theo quy trình sản xuất đã xõy dựng

Các bản vẽ và đồ thị : Theo yêu cầu thực tế

Cán bộ hướng dẫn : -Cho điểm và đánh giá :TS Đào Hồng Bách

-Hướng dẫn thực nghiệm : Cô Trần Thị Thanh Mai

Ngày giao nhiện vụ :

Ngày hoàn thành nhiệm vụ :

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành đúc là một ngành sản xuất chế tạo phôi cho hầu hết các ngành công

nghiệp trong thời đại ngày nay: từ một ngành truyền thống, ngành đúc đang

trở thành một ngành công nghệ vật liệu chủ chốt, một ngành công nghiệp

hiện đại bao hàm tính khoa học và tính thực tiễn rất cao

Ngành đúc đã tiếp thu được những thành tựu mới nhất của khoa học và

công nghệ vật liệu, áp dụng hiệu quả các ưu việt của các lĩnh vực toán tin

học, tự động hóa cũng như các lĩnh vực vật lý, hóa học và cơ học để tạo ra

các vật phẩm, phôi có chất lượng cao về mặt hợp kim đúc, lẫn công nghệ tạo

hình nhằm đảm bảo cơ - lý tính cũng như các tính năng làm việc cao, có độ

chính xác về hình dạng và kích thước, Ýt phải gia công cơ khí, có hiệu quả

kỹ thuật và kinh tế cao và đáp ứng các yêu cầu về cung cấp phôi cũng như

vật phẩm cho các ngành công nghiệp

Hợp kim đúc là phần quan trọng cấu thành sản phẩm đúc Chất lượng hợp

kim là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm Đối với hợp kim đúc gang –

bao gồm gang xám grafit tấm, gang cầu, gang dẻo, ngoài ra còn có gang

trắng và gang biến trắng Tính chất nổi trội của gang là có tính chất chịu va

đập, chịu nhiệt cao, chịu mài mòn tốt trong điều kiện không được bôi trơn

đầy đủ, có cơ tính thỏa mãn và đặc biệt có tính đúc và hiệu quả kinh tế cao

Nhưng ngày nay trên thế giới ở các nước phát triển và đang phát triển

đang có xu thế phát triển các loại hợp kim chất lượng cao, hiệu quả kinh tế

lớn để thay thế các hợp kim đúc chất lượng thấp hoặc hiệu quả kinh tế không

cao Cụ thể là: các hợp kim có cơ tính thấp (gang xám) hoặc hiệu quả kinh tế

không cao (gang dẻo, ) có sản lượng ngày càng giảm; để thay thế người ta

như Hà Lan, Aó, Pháp, Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, và Đức (từ 28 đến 47% trọng

lượng hợp kim đúc trong năm 2003)

Ở Việt nam, ngành đúc còn non trẻ, chưa phát triển Theo số liệu ước tính

chưa chính xác, sản lượng vật phẩm đúc hiện tại của ta mới chỉ đạt khoảng

400.000-500.000 tấn/năm Nếu căn cứ vào nghị quyết của Đảng năm 2020,

nước ta phải trở thành một nước công nghiệp thì sản lượng đúc phải đạt tới

khoảng 3.000.000 tới 4.000.000 tấn vật đúc/năm, tức phải tăng gấp 10 lần

sản lượng đúc hiện tại

Để phục vụ đắc lực nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt ngành chế tạo máy

sẽ phải đầu tư nhiều xí nghiệp và xưởng đúc mới trên cơ sở tiếp tục nhập các

dây chuyền thiết bị công nghệ đủ sức cạnh tranh và phải tính khuynh hướng

phát triển vật liệu, hợp kim và thiết bị đúc (để nấu gang, cần chú ý lò đúc gió

nóng, và nấu liên hợp lò đứng- lò điện cảm ứng) trong phương pháp tạo hình

cần phát triển phương pháp cát - nhựa furan, đồng thời mở rộng việc áp

dụng chất dính nhựa theo phương pháp hộp nguội và hộp nóng, đồng thời

phát triển các phương pháp đặc biệt cho sản xuất hàng loạt các chi tiết bằng

gang, thép theo xu hướng đang thay đổi trên thế giới đảm bảo hội nhập và đi

thẳng vào kỹ thuật cao nhất ở các lĩnh vực tiên tiến, mang lại hiệu quả kinh

tế

Mặt khác, phải hết sức tập trung đào tạo nhân lực chất lượng cao, đủ sức

vận hành và sử dụng có hiệu quả nhất các đây chuyền thiết bị và công nghệ

ngoại nhập, biết sử dụng công nghệ tiên tiến trong điều kiện Việt nam và

phát huy sáng tạo để có thể cạnh tranh với các nước đã xuất thiết bị và công

nghệ

Tại trung tâm Đúc-Viện Công nghệ ( Ngõ 25 Vò Ngọc Phan- Láng Hạ- Hà Nội), vừa sản xuất những chi tiết máy móc theo đơn đặt hàng của các công

ty

nhà máy lớn, vừa làm nghiên cứu khoa học và các công trình nghiên cứu

công nghệ đúc mới với những vật liệu mới Hiện tại trung tâm đang đẩy

mạnh việc tự động hoá sản xuất, lắp ráp những thiết bị máy móc hiện đại,

làm tăng năng suất trong quá trình sản xuất đúc

Trên cơ sở đó chúng em chọn “ Công nghệ đúc chi tiết Răng gầu xúc”

để làm đề tài tốt nghiệp

Đề tài gồm 3 phần

Phần một : Tình hình sản xuất đúc tại trung tâm

Phần hai : Khảo sát công nghệ sản xuất đúc chi tiết Răng gầu xúc

Phần ba : Cơ sở lý thuyết để lựa chọn công nghệ

Lời Cảm ơn

Sau gần 3 năm học tập tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội,

chúng em đó tớch luỹ được một số lượng kiến thức nhất định để chuẩn bị

cho thời gian thực tập Với sự giới thiệu của nhà trường mà chúng em được

học tập và thực hành tại Viện Công Nghệ ( Ngõ 25 Vũ Ngọc Phan –Láng hạ

– Hà nội ) để làm ra bản đồ án ngày hôm nay Chúng em vô cùng cảm ơn

TS: Đào Hồng Bách, các thầy cô bộ môn cùng với ban lãnh đạo và cỏc cụ

chỳ, anh chị trong Viện công nghệ đã tận tình giúp đỡ để chúng em hoàn

thành cuốn đồ án này Tuy cuốn đồ án đã hoàn thành nhưng vẫn còn nhiều

thiếu sót, vì vậy rất mong sự giúp đỡ của các thầy cô để cuốn đồ án của

chúng em được đầy đủ và chính xác hơn, và có được những kiến thức thực

tế nhất sau khi tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

PHẦN I TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TẠI TRUNG TÂM ĐÚC - VIỆN CÔNG NGHỆ

- Bộ phận quản lý gồm: 01 giám đốc, 02 phó giám đốc cùng 30 kỹ sư

và công nhân, đều tham gia vào trong quá trình sản xuất

- Tình hình tại trung tâm sản xuất ra rất nhiều loại sản phẩm chủ yếu,

làm các chi tiết máy móc theo đơn đặt hàng của các nhà máy đòi hỏi chất lượng sản phẩm tốt và bền đẹp

Ban nhiệt luyện

- Các công nghệ đúc chính được thực hiện trong trung tâm là đúc bằng

khuôn cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn bằng CO2, khuôn cát đất sét (khuôn tươi)

và khuôn mẫu cháy

- Mặt bằng trung tâm đúc khoảng1000 m2

Hình 1: Sơ đồ trung tâm đúc

PHẦN II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

II.1 Răng gầu xúc

Răng gầu xúc là chi tiết không thể thiếu của máy xúc, vỡ nú là chi tiết làm

việc chính của máy xúc

Để tăng năng xuất cho việc khai thác các mỏ quặng, mỏ đá, mỏ than …thỡ

đòì hỏi sản xuất ra chi tiết với số lượng nhiều, chi tiết bền đẹp và có chất

lượng

II.2 Thộp làm răng gầu xúc

Thép (đúc) chế tạo răng gầu xúc phải có tớnh chất chịu mài mòn, chịu va

đập.Loại thép thường được sử dụng là thép hatphin.Thép hatphin có khả

năng chống mài mòn rất cao trong điều kiện va đập Sau đỳc thép hatphin có

tổ chức  + (Fe,Mn)3C Sau nhiệt luyện thép hatphin chỉ có pha  và không

bị nhiễm từ Tổ chức  của thép thu được sau khi tôi ở 1000 – 1150 0

C trong nước hoặc trong không khí với vật đúc thành mỏng Thành phần thép như

sau (%): (1,0-1,4) C; (0,4-1) Si; (10-14) Mn; (0,08-0,12) P; (0,02-0,04) S

Tiêu biểu của loại thép này là thép Mn13 có thành phần (%); 1,25 C; 0,8 Si;

13 Mn; 0,1 P; 0,02 S Một điều quan trọng nhất là khi lựa chọn thành phần là

này là, austenit cacbon cao ở trên bề mặt chi tiết khi chịu tải trọng va đập sẽ

chuyển biến thành mactenxit có độ cứng cao trong khi đó lõi vẫn giữ tổ chức

austenis dẻo, dai Do cơ chế tự biến cứng khi va đập nói trên mà lớp bề mặt

cứng luôn luôn tồn tại

Thép hatphin có tính chất đặc biệt như sau:

Giới hạn chảy  s=250-400Mpa; giới hạn bền  b=800-1000Mpa; độ giãn

dài  =40-55% và độ co thắt  = 35-45%; độ dai va đập ak =2000-3000

kJ/m2; HB= 180-220 Tuy có tính chất đặc biệt như vậy nhưng thép rất bền

và có tính chịu mài mòn cao khi bị biến cứng phân tán, chịu mài mòn cùng

va đập dưới áp lực lớn vì trong quá trình va đập, pha  sẽ tạo ra nhiều mặt

trượt làm cho thép bị biến cứng, khi đú thộp có thể có độ cứng 450-500HB

Như vậy, thép này chỉ có thể chịu mài mòn cứng mà không chịu được mài

mòn mềm thí dụ như trong vòi phun cát, thổi cỏt, thộp sẽ bị mòn rất nhanh

Có thể dựng thộp hatphin để đỳc cỏc chi tiết như răng gầu xỳc, xớch xe tăng,

ghi tàu, hàm đập mỏ…

- Tớnh đúc của thép hatphin

Tăng hàm lượng Mn, khoảng đông của thép giảm đi và tính chảy

loãng của thép Mangan tăng dần theo hàm lượng Mn, và thép hatphin có độ

chảy loãng tốt nhất vỡ nú có đồng thời cả hàm lượng Mn lẫn hàm lượng C

đều cao Nhiệt độ nóng chảy của thép hatphin là 13400C và khoảng kết tinh

là 1000C Mặc dù thộp cú độ chảy loãng tốt nhưng vẫn cần rót nhanh để

tránh hiện tượng oxi hoá Mn tạo MnO có tác dụng làm giảm sức căng bề

mặt, tạo các silicat phức tạp, tăng khả năng tạo chỏy cỏt trờn bề mặt vật đúc

Thép hatphin có độ co dài khoảng 2,8-3,0% Độ co lớn, lõm co phát

triển nhanh ngay sau khi đông đặc là nguyên nhân gây ra nứt nóng và nứt

nguội của thép hatphin Thể tích lõm co thép hatphin lớn hơn nhiều so với

thép cacbon Mặc dù thộp cú hệ số co dài khá lớn nhưng không phải lúc nào

thể tích lõm co cũng lớn Thép hatphin sẽ có thể tớch lừm co nhỏ nếu tiến

hành rót ở nhiệt độ thấp và bổ sung kim loại lỏng nhiều lần qua đậu ngót,

ngay cả khi đậu ngót không lớn lắm Nhiệt độ rót thích hợp là 13200C Cũng

có thể khắc phục hiện tượng nứt trong thép hatphin bằng cách điều chỉnh

trường nhiệt độ trong khuôn và trong vật đúc Việc bố trí hệ thống rút, ngút

chớnh là có tác dụng điều chỉnh này Đậu ngút nờn đặt ở vị trí thuận lợi cho

hướng đông Đậu rót phải đặt ở những vị trí đảm bảo cho trường nhiệt độ

trong vật đúc tương đối đồng đều, có nghĩa là nên dẫn kim loại lỏng vào

nhiều vị trí, trên mỗi rãnh dẫn nờn cú một đậu ngót để tránh tạo rỗ co cục bộ

Sau khi rút nờn dỡ khuôn sớm ở nhiệt độ 1250-13000C để tránh nứt nóng,

sau đó cho vào lò ủ để tránh nứt nguội.(tham khảo tr200-ch3, hợp kim

đúc.Nguyễn hữu Dũng)

Hàm lượng Mn cao làm cho tổ chức kết tinh lần một trở nên thô to,

nhất là đối với thép austenit bởi vì thộp cú độ dẫn nhiệt thấp, austenit kết

tinh nhanh Tổ chức thô to và ở dạng xuyên tinh làm cho thép dễ bị nứt nóng

và cả nứt nguội Khắc phục bằng cách rót ở nhiệt độ thấp; tăng tốc độ nguội

bằng khuôn kim loại; biến tính bằng Al hay Ti

4 3

2 1

Hình 4 Giản đồ trạng thái Fe-C-Mn khi có 13% Mn

II.3 CƠ SỞ THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC

II.3.1 Phương pháp đúc khuôn cát - thuỷ tinh lỏng - đóng rắn theo công

nghệ CO 2

Công nghệ CO2 ra đời vào những năm đầu thập kỷ 50 của thế kỷ 20 ở

nước Anh Ngay sau khi ra đời công nghệ CO2 đã nhanh chóng được sử

dụng ở nhiều nước

Ở nước ta hiện nay, hỗn hợp cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn theo công

nghệ CO2 cũng được sử dụng rất rộng rãi để làm khuôn, ruột trong đúc thép

Hỗn hợp làm khuôn theo công nghệ CO2 được dùng để đúc các vật đúc

có khối lượng trong khoảng vài kg đến 170 tấn, từ các hợp kim đúc khác

nhau.-Hỗn hợp có độ bền cao ( VD: với hàm lượng thuỷ tinh láng 6%, có

Khi thổi CO2 đóng rắn hỗn hợp cần chú ý yếu tố kỹ thuật là tốc độ kỹ

thuật là tốc độ khí, đường kính lỗ thổi và thời gian thổi

+ Nếu tốc độ khí lớn có thể phá vỡ mối liên kết được hình thành nên

trong phản ứng đóng rắn thuỷ tinh láng

+ Nếu đường kính lỗ thổi lớn gây ra thừa khí CO2 cục bộ, dẫn tới tại vị

trí đó sẽ tạo ra cacbonatri axit làm giảm độ bền của hỗn hợp

+ Nếu mật độ lỗ nhỏ, thời gian thổi khí càng dài cũng gây ra hiện

tượng nh- trên

Hàm lượng thuỷ tinh láng trước kia người ta sử dụng tương đối lớn ( khoảng 7,5%) Ngày nay, qua thực tế sử dụng đã rót ra là chỉ cần hàm

lượng thuỷ tinh láng trong hỗn hợp nhỏ hơn (khoảng 3,2-4%, hơn nữa hỗn

hợp thuỷ tinh lỏng nhỏ còn hạn chế được tính dính mâũ, cải thiện được

tính phá dỡ), có thể đúc được vật đúc rất lớn > 35 tấn, có thành dày 10-600

mm và có thể vận chuyển trên băng truyền đi xa được đến 130m

Hỗn hợp làm khuôn dùng cho công nghệ CO2 nên chọn cát sạch, hàm

lượng SiO2 của áo cát cao Vật đúc càng to, dùng kích thước hạt cát càng

lớn

+ Chất phụ gia: được sử dụng nhằm mục đích cải thiện tính dễ phá

dỡ, có hai loại là chất phụ gia: hữu cơ và vô cơ

+ Chất phụ gia vô cơ: bột macsalit, bột đá, cát sét chịu lửa, xỉ luyện

kim, corun, cromit Các chất phụ gia vô cơ này có tác dụng đẩy điểm biến

mềm của màng chất dính về phía nhiệt độ cao làm không xuất hiện độ bền

cực đại lần đầu hoặc làm giảm độ bền cực đại lần hai

+ Chất phụ gia hữu cơ: bột than đá, mùn cưa, bột ngũ cốc, dầu mazut,

dek, nhựa pôlime Có tác dụng tạo ra lỗ trống không liên tục của màng chất

dính do nó bị cháy sau khi đúc rót, làm giảm độ bền của màng chất dính

Để giảm hàm lượng chất dính trong hỗn hợp có thể bằng cách xử lý

thuỷ tinh láng trong từ trường, hoặc đóng rắn khuôn ruột trong chân không

- Tính chất của hỗn hợp đóng rắn bằng thổi CO2 ngoài sự phụ thuộc

vào các thông số kỹ thuật đã nêu trên còn phụ thuộc vào chất lượng, thành

phần hoá học của thuỷ tinh lỏng (môđun, tỷ trọng và độ sạch của thuỷ tinh

+ Tuổi sống và tính chảy lớn nên công dằm khuôn nhỏ

+ Thời gian đóng rắn khi thổi CO2 ngắn (Khoảng 1-5 phót)

Bảng 6: Thành phần hỗn hợp đóng rắn nguội bằng CO2 của Gang,Thép

Phân loại

Để làm khuôn đúc gang (hàng nhỏ)

Để làm khuôn đúc thép (cần

độ nhẵn cao)

Để đúc gang và đúc thép

Để làm khuôn đúc hợp kim mầu

Để làm ruột đúc gang, đúc thép, hợp kim mầu

Để làm ruột đúc gang

10 - 15

1,5 (mùn cưa)

5 bột amiăng

Khi muốn thiết kế công nghệ đúc của một chi tiết người ta thường căn

cứ vào nhiều yếu tố để thiết kế:

- Loại hợp kim đúc: Gang, thép, hoặc hợp kim màu…

- Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết máy, gồm độ chính xác, độ bóng bề mặt, chất

lượng hợp kim

- Hình dạng và kích thước, kết cấu và khối lượng của vật đúc

…

Trên cơ sở đó để chọn công nghệ đúc và tiến hành thiết kế bản vẽ, xác

định vật liệu làm ruột và vật liệu làm khuụn…

Mỗi phương pháp đúc đều có những nét đặc trưng riêng để thiết kế

đúc cho phù hợp Tuy nhiên đúc trong khuụn cỏt là dạng đúc phổ biến và

cũng có những đặc trưng chung cho quá trình đúc

Bản vẽ đúc không phải là bản vẽ chế tạo, nhưng trên cơ sở bản vẽ này

người ta thành lập được một loạt bản vẽ khác như bản vẽ thiết kế mẫu, bản

vẽ thiết kế khuôn, bản vẽ thiết kế ruột…

Để thành lập bản vẽ đúc người thiết kế phải dựa vào bản vẽ chi tiết

máy và tiến hành các bước sau đây:

2.3.1 Phân tích kết cấu

Dựa vào bản vẽ chi tiết của vật đúc để phân tích

- Đầu tiên phải đọc bản vẽ, nhận dạng đúng chi tiết, ghi nhận lại nhưng điều

kiện kỹ thuật đã ghi trong bản vẽ chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết, xác định vị

trí của chi tiết trong thiết bị, xác định yêu cầu kỹ thuật của chi tiết…

- Dự kiến trước sơ bộ quá trình gia công vật đúc sau khi đúc, xác định bề

mặt phải gia công và mặt chuẩn công nghệ…

Quá trình phân tích kết cấu cho phép đánh giá tính hợp lý hoặc chưa hợp

lý của kết cấu vật đúc từ đó có thể cho phép thay đổi kết cấu vật đúc nhằm:

- Đơn giản hoá kết cấu tạo điều kiện dễ đúc hơn như lược bỏ cỏc rónh

then, rónh lựi dao, các lỗ nhỏ qỳa không đặt lõi được…

- Tăng hoặc giảm độ dày vật đúc, cỏc gõn gờ, các phần chuyển tiếp để phù

hợp hơn trong quá trình đỳc.Việc thay đổi đó chỉ có lợi chứ không làm thay

đổi các đặc tính của vật đúc như tính mài mòn, tính chịu lực, chịu

nhiệt…Cần chú ý không được thay đổi quá kết cấu ban đầu của chi tiết máy

Cố gắng tạo hình dạng và kích thước gần với chi tiết máy càng tốt

2.3.2 Xác định mặt phân khuôn

Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc của các nửa khuôn với nhau Mặt

phân khuôn có thể phẳng hoặc cong bất kỳ Những vật đúc khác nhau thì có

mặt phân khuôn khác nhau Có thể đúc trong khuôn đúc có một hoặc có vài

mặt phân khuôn Đó là yếu tố quan trọng, bởi vì nhờ mặt phân khuôn ta có

thể tạo lòng khuôn chính xác, đặt ruột dễ dàng hơn, tạo hình hệ thống dẫn

kim loại lỏng vào khuôn chính xác, Do đó, phân khuôn là yếu tố cần thiết

không thể thiếu được

* Các nguyên tắc chọn mặt phân khuôn:

a) Chọn mặt phân khuôn đi qua mặt tiết diện có diện tích lớn nhất

(theo vị trí đặt mẫu) để rút mẫu dễ dàng không bị vướng, không tạo ra sự cản

trở khi rút thoát mẫu

Chọn mặt phân khuôn sao cho lòng khuôn là nông nhất để vừa dễ

thoát mẫu, vừa dễ sửa lòng khuôn nhất là các vật đúc có thành mỏng tạo

lòng khuôn rất hạn hẹp

Lòng khuôn nông còn có lợi khi điền đầy kim loại lỏng Nó sẽ tạo ra

dòng chảy Ýt làm hỏng khuôn

Những kết cấu có lòng khuôn phân bố ở cả khuôn trên và khuôn dưới,

nên chọn lòng khuôn nông hơn Như vậy sẽ dễ làm khuôn, dễ lắp khuôn

b) Chọn mặt phân khuôn dựa vào độ chính xác của lòng khuôn

- Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc vào độ chính xác của lòng

khuôn, vì vậy phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Lòng khuôn tốt nhất là chỉ phân bố trong một hòm khuôn Điều này

tránh được sai sè khi ráp khuôn

- Những vật đúc có ruột nên bố trí sao cho vị trí của ruột là thẳng

đứng Nh- vậy sẽ định vị ruột chính xác, tránh được tác dụng của kim loại

lỏng làm biến dạng thân ruột, dễ kiểm tra khi lắp ráp

- Số lượng mặt phân khuôn càng Ýt càng đảm bảo được độ chính xác

Trường hợp phải chọn 2 mặt phân khuôn nên cho toàn bộ vật đúc ở hòm

khuôn giữa Đặt như vậy dù các nửa khuôn có di chuyển khi ráp khuôn cũng

Ýt bị ảnh hưởng đến lòng khuôn cơ bản

- Không chọn mặt phân khuôn qua chỗ có tiết diện thay đổi, vì nh-

vậy sẽ khó phát hiện sai lệch tâm giữa các bề mặt, đồng thời gây khó khăn

khi gia công cơ khí

c) Chọn mặt phân khuôn dựa vào chất lượng của hợp kim đúc:

Sự kết tinh của kim loại lỏng trong khuôn đúc bao giờ cũng có hướng

từ dưới lên trên và từ xung quanh vào giữa Mặt trên cùng kết tinh chậm

nhất vì vậy cần phải đảm bảo những nguyên tắc :

- Những bề mặt quan trọng cần chất lượng cao bố trí ở hòm dưới Bề

mặt trên nguội sau cùng nên chứa nhiều tạp chất

- Chọn mặt phân khuôn hướng kết tinh từ xa chuyển dần về chân đậu

ngót hoặc hệ thống rót Hay là nên đặt các thành phần mỏng xuống dưới và

chân đậu ngót hay hệ thống rót đặt ở chỗ tập trung kim loại và cao nhất

- Chọn mặt phân khuôn phải tính đến vị trí đặt hệ thống rót để đảm bảo

kim loại lỏng điền đầy nhanh, đông đặc không tạo thành dòng chảy rối làm

hỏng khuôn Trong thực tế có thể có 3 vị trí rót: Từ trên xuống; bên cạnh; và

từ dưới lên (Rót xiphông)

.

G D

T G

D T

(a) 2 Mặt phân khuôn (b) 1 Mặt phân khuôn

Hình 5 Mặt phân khuôn

2.3.3 Xác định các đại lượng của bản vẽ đúc

a Lượng dư gia công cơ khí:

Lượng dư gia công cơ khí là phần kim loại dôi ra trên vật đúc khi cắt

bỏ đi sẽ có độ chính xác về kích thước và độ bóng bề mặt

Những bề mặt không ghi độ bóng bề mặt sẽ không xác định lượng dư

Lượng dư đặt trên vật đúc phụ thuộc vào kích thước vật đúc, vào vị trí

các bề mặt đúc trong khuụn,vào độ chính xác và dạng sản suất

Dạng sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ sẽ có giá trị lượng dư lớn

Làm khuôn bằng tay, mẫu gỗ, có giá trị lượng dư lớn hơn so với làm bằng

máy và mẫu kim loại

b Độ dốc thoát mẫu:

Trờn cỏc thành đứng (vuông góc với mặt phõn khuụn) cần độ dốc để rút

mẫu gọi là xiờn đỳc Giá trị độ dốc càng lớn càng dễ rút mẫu nhưng nó sẽ

làm sai lệch hình dạng và làm tăng sự hao phí kim loại vật đỳc.Vỡ vậy về

nguyên tắc khi chiều cao thành khuôn lớn, độ dốc rút mẫu phải nhỏ

Mặt khác, khi đúc trong khuụn cỏt cần lưu ý thiết lập độ dốc này còn

phụ thuộc vào các yếu tố sau: Độ dốc bề mặt có lượng dư, độ dốc trên bề

mặt có thành dày và mỏng

c Góc lượn:

Góc lượn là góc tiếp giáp giữa hai bề mặt giao nhau của vật đúc Góc

lượn đảm bảo cho khuôn đúc bền và điền đầy tốt hơn Góc lượn cũng giúp

cho mẫu nâng cao độ bền, dễ rút mẫu Mặt khác không kém phần quan trọng

là đảm bảo cho vật đúc khi mới hình thành trong khuôn đúc không bị phá

huỷ Tuỳ thuộc vào khuôn hay vật đúc, ta có góc lượn ngoài, góc lượn trong

Giá trị bán kính góc lượn có thể xác định theo công thức:

Góc trong: r = (1/3 + 1/5)a+b/2

Góc ngoài: R = r + b

Trong đó a,b là chiều dày vật đúc giao nhau (a>b)

d Dung sai vật đúc:

Là sai số của kích thước vật đúc cho phép so với kích thước danh nghĩa

Dung sai của vật đúc phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Phương pháp đúc

- Loại khuôn đúc

- Loại mẫu, ruột

…

Dung sai thành phần trờn cỏc kích thước phải phù hợp với dung sai

khâu khép kín Khi đúc trong khuụn cỏt sẽ có sai số khá lớn Nguyên nhân

do độ lắc khi rút mẫu, độ co khi sấy khuôn và ruột, do độ lún của hỗn hợp

khi chịu áp lực của kim loại lỏng trong lòng khuôn

2.3.4 Thiết kế đầu gác ruột

Đầu gác ruột là bộ phận định vị ruột trong khuôn đúc Vì vậy đầu gác

ruột phải đảm bảo vị trí chính xác và cứng vững, phải dễ lắp ráp ruột vào

khuôn Căn cứ vào vị trí của ruột trong khuôn, người ta chia ra làm hai loại

cơ bản: Ruột đứng và ruột ngang Ruột nằm ngang có đầu gác ruột phận bố

ở cả khuụn trờn và khuôn dưới ở chỗ mặt phõn khuụn Để đảm bảo chính

xác đầu gác ruột ngang có thiết diện đủ để chống lại chính trọng luợng của

cả ruột Với ruột đứng, đầu gác ruột được định vị theo hướng vuông góc với

mặt phõn khuụn nằm ngang Đầu gác ruột phía dưới tác dụng lên khuôn

dưới bằng chính khối luợng của ruột Vì thế hai đầu gác ruột trên và duới cú

kớch thuớc khác nhau và có thể cấu tạo khác nhau

2.3.5 Thiết kế mẫu

Mẫu là một bộ phận cơ bản trong bộ mẫu Một bộ mẫu gồm: mẫu,

mẫu hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót và tai mẫu Mẫu là bộ phận tạo ra lũng

khuụn Mẫu sẽ in ra hình trong khuôn để tạo ra mặt ngoài của vật đúc đã

thiết kế Trừ phần tai mẫu để tạo ra vị trí đầu gác ruột, hình dạng và kích

thước tương tự với mặt ngoài của vật đúc

* Bản vẽ mẫu: Căn cứ vào bản vẽ đúc để vẽ ra bản thiết kế mẫu

- Mặt phõn khuụn

- Hình dạng và kích thước ngoài của mẫu

- Hình dạng và kích thước của đầu gác ruột (nếu có)

- Vật liệu dự định để chế mẫu

Trình tự các bước vẽ bản thiết kế mẫu:

- Xác định mặt phân mẫu: Đa số các mẫu có mặt phân mẫu trùng với mặt

phõn khuụn

- Xác định hình dạng và kích thước mẫu và tai mẫu (tai mẫu sẽ in hình

trong lòng khuôn để tạo ra đầu gác ruột)

- Kích thước và dung sai kích thước mẫu

- Vật liệu chế tạo mẫu là gỗ hay kim loại,…

2.3.6 Thiết kế ruột và hộp ruột

a) Ruột là một bộ phận của khuôn đúc để tạo ra phần lỗ hoặc phần lõm cần

có trong vật đúc Do đó ruột có hình dạng và kích thước tương ứng với phần

lỗ hoặc phần lõm cần có Ruột có thể làm bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp

cát

3 2

1

Hình 5 Cấu tạo hộp ruột

(1 Hỗn hợp ruột; 2 Xương ruột; 3 Đường thoát hơi của ruột)

b) Thiết kế hộp ruột

Để thiết kế hộp ruột, trước hết phải xác định được hình dạng và kích

thước ruột (thân ruột và các đầu gác ruột), sau đó phải tính đến cấu tạo của

xương ruột và hình dạng kích thước rãnh thoát khí

Hộp ruột ngoài việc tạo ra ruột có độ chính xác về hình dáng, kích

thước, còn cần phải tính đến thao tác đặt xương, điền đầy hỗn hợp, dầm chặt,

tạo rãnh hay lỗ thoát khí và cuối cùng là lấy ruột ra khỏi hộp ruột Người ta

thường thiết kế 3 loại hộp ruột: Hộp ruột nguyên để tạo lõi đơn giản, dạng

côn; hộp ruột hai nửa để tạo ruột hình phụ, có chiều dài tuỳ ý và hộp ruột

nhiều phần ghép lại để chế tạo hộp ruột phức tạp có thể tích lớn

c) Thành lập bản vẽ hộp ruột

1 2

Hình vẽ 7 Bản vẽ hộp ruột (1 Hộp ruột ; 2 Ruột)

Bản vẽ hộp ruột cũng là bản vẽ chế tạo nên phải đáp ứng đầy đủ các

quy ước về kỹ thuật, về chế tạo Sau khi đã xác định được hình dạng, kích

thước ruột và đầu gác ruột, trình tự thiết kế hộp ruột phải theo các bước sau:

+ Xác định mặt phân hộp ruột: Một phần nào đó bề mặt này cũng tuân

theo một số nguyên tắc chọn mặt phân khuôn Mặt phân ruột phải là bề mặt

đi qua tiết diện lớn nhất của ruột, lòng hộp phải nông để dễ lấy ruột ra khỏi

hộp, dễ đặt xương trong hộp…có thể xác định mặt phân hộp ruột là thẳng

đứng khi hộp có chiều dài không lớn qúa so với kích thước ngang Những

ruột dài nên chọn mặt phân hộp ruột nằm ngang Điều cần chú ý là sau khi

đã đầm chặt độ bền và độ cứng bề mặt của ruột còn rất thấp.Do đó, nên chọn

mặt phân ruột sao cho khi tháo ruột không làm hỏng ruột

+ Kích thước và dung sai kích thước hộp ruột khác hẳn mẫu, các ruột có

dạng đối xứng qua mặt phân hộp ruột, chỉ cần trình bày một nửa hộp ruột và

kích thước của phần lòng hộp ruột phải tính đến độ co khi sấy và tránh làm

hụt kích thước của vật đúc

- Vật liệu làm hộp ruột:

Kể cả mẫu và hộp ruột đều có thể chế tạo bằng gỗ, kim loại hoặc một

số vật liệu khác như chất dẻo, xi măng, thạch cao… chọn vật liệu thường

dựa vào dạng sản xuất, yêu cầu chất lượng, kích thước, khối lượng và thực tế

nơi sản xuất

Người ta có thể dùng gỗ các loại để làm mẫu và hộp ruột phức tạp lớn

vì gỗ dễ làm, nhẹ Nhưng gỗ chóng mòn, hay hư háng do cong vênh, nứt nẻ,

trương mục…những loại có kích thước nhỏ, khối lượng không quá lớn có

thể dùng mẫu kim loại (gang, thép cacbon, hay dùng nhất là hợp kim nhôm

đúc) Mẫu và hộp ruột kim loại nên cấu tạo rỗng để giảm khối lượng và tiết

kiệm kim loại, giúp người thợ dễ dàng hơn trong việc thoát mẫu khỏi khuôn

2.3.7 Hệ thống rót

Hệ thống rót là một bộ phận quan trọng của khuôn đúc để dẫn kim

loại lỏng điền đầy lòng khuôn

a) Yêu cầu của hệ thống rót

 Khi thiết kế hệ thống rót phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:

+ Dòng chảy của kim loại phải êm, không gây va đập, bắn toé, không

tạo xoáy và phải liên tục

+ Không dẫn xỉ, khí hoặc các tạp chất vào trong khuôn

+ Điền đầy khuôn nhanh, không làm hao phí nhiệt làm giảm độ chảy

loãng của kim loại lỏng

+ Điều hoà được nhiệt trong toàn bộ lòng khuôn tạo điều kiện đông

đặc theo hướng có lợi nhất, đông thời có khả năng bổ sung kim loại

+ Không hao phí kim loại cho hệ thống

* Tuỳ thuộc vào loại khuôn, phương pháp đúc và loại hợp kim đúc, phải

thiết kế sao cho tương đối hợp lý Trong thực tế sản xuất, người ta thường

dùng 3 loại: Rót bên hông, rót trực tiếp từ trên xuống và rót từ dưới lên (kiểu

xiphông ) Rót trực tiếp Ýt dùng, mặt dù cấu tạo đơn giản dễ chế tạo chỉ

dùng trong trường hợp vật đúc đơn giản Rót kiểu Xiphông bảo đảm dòng

chảy êm khả năng bổ sung kim loại phần dưới cho vật đúc Nhưng loại này

khó chế tạo chỉ dùng trong các loại khuôn kim loại, vật đúc nhỏ Loại rót

[ (a) Rót từ trên xuống; (b) Rót đùn; (c) Rót bên hông.]

b) Những lưu ý khi thiết kế hệ thống rót

* Đối với vật đúc bằng thép

Khả năng rơi xỉ vào vật đúc thép là Ýt hơn do đó có thể sử dụng hệ

thống rót đơn giản Nhưng phải chú ý tới nhiệt độ cao, độ chảy loãng khả

năng xói mòn thành khuôn, độ co dài, độ co thể tích lớn của thép lỏng Thép

co nhiều nên đa số có thể sử dụng đậu ngót và vật làm nguội Tuy vậy hiệu

quả của vật đúc còn tuỳ thuộc vào việc dẫn dòng kim loại vào trong khuôn

Do đó khi dẫn kim loại lỏng vào khuôn ngoài yếu tố hình dạng vật đúc nên

chú ý đến những yếu tố sau:

+ Để tăng chất lượng của vật đúc vị trí dẫn kim loại nên đặt gần đậu

ngót

+ Có thể bổ ngót cho đậu bằng cách rót kim loại vào đậu hoặc làm

rãnh dẫn kim loại vào đậu để cung cấp nhiệt vào đậu

+ Không bố trí rãnh dẫn gần với vật làm nguội Nếu không sẽ làm

giảm tác dụng của vật làm nguội

+ Dòng kim loại không xói vào khuôn nên bố trí nhiều rãnh dẫn và

rãnh dẫn không nên quá dầy, nhưng tiết diện của rãnh dẫn không được quá

bé

+ Với những vật đúc là không quá cao nên rót trực tiếp từ trên xuống

dưới, sẽ làm đồng đều nhiệt trong vật đúc Những vật đúc lớn và cao không

nên rót như vậy vì khuôn dễ bị xói lở do dòng kim loại từ trên cao chảy

xuống

+ Nếu rót từ dưới lên thì chỉ có tác dụng đối với khuôn tươi và phải

đặt đậu ngót có kích thước lớn

* Vật đúc bằng kim loại màu

Những vật đúc không lớn bằng đồng thanh được đúc theo nguyên tắc

đông đặc đồng thời Những vật đúc bé thường đúc bằng một ống rót trong

khuôn dựng đứng, các rãnh dẫn đặt ở phần trên vật đúc được bố trí ở hai

phía của ống Khi rót vào đồng thanh và đồng thau nên chú ý lớp ôxi trên bề

mặt kim loại lỏng Vì vậy phải dẫn kim loại vào khuôn êm, không xoáy,

không bắn toé Muốn vậy kim loại nên rót từ dưới lên Đúc hợp kim Mg hay

Al có thể đúc trong khuôn cát và khuôn kim loại

c) Cấu tạo của hệ thống rót

Một hệ thống rót tiêu chuẩn bao gồm: cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỉ và

các rãnh dẫn

4 3

1

2

Cèc rãt

èng rãt R·nh läc xØ R·nh dÉn

Hình 9 Cấu tạo hệ thống rót

d) Đặc điểm của từng bộ phận:

+ Cốc rót là phần trên cùng của hệ thống Nó có tác dụng chứa phần kim

loại lỏng khi chảy tiếp vào bộ phận dưới nhằm loại bỏ tạp chất, xỉ nổi trên

mặt Và cốc rót có thể khống chế tốc độ chảy của kim loại lỏng vào khuôn,

kim loại lỏng không thể trực tiếp chảy mạnh vào khuôn, khuôn không bị xói

lở Nh- vậy, cốc rót chỉ phát huy tác dụng khi nó luôn chứa đầy kim loại

lỏng Có 2 kiểu cốc rót thông dụng: kiểu cốc rót hình phễu và kiểu cốc rót

hình chậu

+ Èng rót là phần nối tiếp từ cốc rót xuống dưới Èng rót thường có dạng

hình côn, trên lớn dưới nhỏ (độ côn cho phép trong khuôn cát khoảng

10-150)  đảm bảo cho kim loại lỏng luôn điền đầy, dòng kim loại chảy xuống

không bị đứt đoạn, đồng thời dễ dàng cho việc rút mẫu làm ống rót Độ cao

của ống rót ảnh hưởng tới tốc độ chảy của kim loại lỏng vào rãnh ngang

hoặc vào khuôn Èng rót càng cao thì tốc độ chảy vào khuôn của kim loại

lỏng vào khuôn càng lớn Diện tích mặt cắt ngang của ống rót phải căn cứ

vào tiết diện mặt cắt ngang của rãnh lọc xỉ và rãnh dẫn

+ Rãnh lọc xỉ: là một phần của hệ thống rót nằm dưới chân ống rót, ở

khuôn trên và sát mặt phân khuôn Rãnh này do nằm ngang nên ở đây tốc độ

dòng chảy giảm xuống Phần xỉ lỏng nếu lọt qua ống rót sẽ được giữ lại ở

rãnh lọc xỉ Tiết diện ngang hợp lí, tốc độ dòng chảy càng nhỏ, xỉ nổi lên

càng triệt để Ngoài ra rãnh lọc xỉ cũng tạo điều kiện để bố trí các rãnh dẫn

Tiết diện ngang của rãnh lọc xỉ thường dùng loại hình thang bán nguyệt hay

tam giác

+ Rãnh dẫn: kim loại sau khi chảy qua rãnh lọc xỉ sẽ đi vào rãnh dẫn để

đi vào lòng khuôn Điều bắt buộc là rãnh dẫn phải nằm phía mặt dưới của

rãnh lọc xỉ, để hứng kim loại sạch Do đó nó nằm sát mặt phân khuôn ở

khuôn dưới Đồng thời có thể bố trí nhiều rãnh dẫn tuỳ theo cấu tạo của lòng

khuôn và vật đúc Rãnh dẫn cũng được cấu tạo bởi các tiết diện hình thang,

sạch vật đúc phải cắt hoặc thông thường là đập gãy rãnh dẫn Vì thế kích

thước rãnh dẫn có thể thay đổi phù hợp với chiều dày thành dày vật đúc tại

chỗ dẫn

e) Cơ sở tính toán hệ thống rót:

Dòng chảy của kim loại lỏng chảy qua hệ thống rót và điền đầy khuôn

chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác Do đó xác định đúng kích thước của

hệ thống rót là không dễ

* Đối với vật đúc bằng thép, gang

Thời gian rót hợp lí được xác định theo công thức thực nghiệm sau:

Trong đó:

g: Chiều dày chính hay trung bình của vật đúc (mm)

G: Khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót và ngót (kg)

s: Hệ số phụ thuộc vào hợp kim, đúc, thành dày của vật đúc

+ Hệ số s đối với thép nh- sau:

Đối với vật đúc thành dày có khối lượng 10-50t s = 1,8-2,8

Đối với vật đúc trung bình thành dày có khối lượng 1-10t s =

1,2-2

Đối với vật đúc có khối lượng < 1t s = 1-1,5

- Xác định thời gian cần tính đến tốc độ dâng của kim loại lỏng trong

khuôn khi rót Tốc độ này không được quá bé vì sẽ làm thành vật đúc bị

nhăn nheo do kim loại bị nguội cũng nh- bị bẩn do oxít hay tạp chất phi kim

loại tạo thành trên bề mặt kim loại Tốc độ dâng được tính theo công thức

Sau khi xác định thời gian rót khuôn hợp lý ta tính diện tích tiết diện ở

chỗ hẹp nhất của hệ thống rót Fmin, xác định theo lượng kim loại chảy trong

một đơn vị thời gian qua hệ thống rót theo công thức:

Fmin=

h t

G

31,

G: Khối lượng của vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót (kg)

Bảng 2  : Hệ số trở lực chung của khuôn

Trở lực của khuôn Lớn Trung bình Nhá

Khô 0,4 0,45 0,7

Khô

0,25 0,35

0,32 0,36

0,42 0,55

htb - Cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại ( cm)

t

G

- Tốc độ cung cấp kim loại từ thùng rót (kg/s)

Đối với vật đúc gang và thép, tiết diện bé nhất là rãnh dẫn Nếu trong

khuôn có nhiều vật đúc thì khi tính lấy khối lượng của một vật đúc cùng với

đậu hơi, đậu ngót và cộng thêm phần khối lượng của hệ thống rót cần cho

một vật đúc

Trong trường hợp Fmin là tổng số diện tích tất cả rãnh dẫn của vật đúc

Trị số hệ số trở lực của khuôn  phụ thuộc vào mức độ phức tạp của vật

đúc, vật đúc có hình dáng đơn giản thì trở nhỏ (hệ số  lớn) hơn vật đúc có

hình dáng phức tạp (hệ số  bé)

Cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của htb(cm) trong thời gian rót khuôn,

được tính theo công thức : C

tb H p h

1 2

0 



Trong đó : H0 - là áp suất thuỷ lực ban đầu lớn nhất (cm)

P - là chiều cao từ rãnh dẫn tới đỉnh vật đúc (cm)

C - là chiều cao của vật đúc khi rót (cm) Biết tổng số diện tích rãnh dẫn Fd có thể tính tiết diện rãnh lọc Fx và

ống rót Fr

Đối với vật đúc bằng thép : Fd: Fx: Fr=1:1,5:1,1(vật đúc đơn giản thành

dày)

Fd: Fx: Fx=1:1,1:1,2 (Vật đúc phức tạp thành mỏng)