Nghiên cứu chế tạo bộ mẫu đúc (5 7 mẫu) để phục vụ công tác học tập môn công nghệ kim loại (phần đúc) theo chương trình 150 tín chỉ và định hướng e m learning

Tuy nhiên ở nước ta công nghệ đúc khuôn cát còn tồn tại nhiều vấn đề cần phải giải quyết như tỉ lệ phế phẩm còn cao, chất lượng sản phẩm chưa ổn định, tiêu hao nhiều nguyên vật liệu… Tìn

Trang 1

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ MẪU ÐÚC (5- 7 MẪU)

ÐỂ PHỤC VỤ CÔNG TÁC HỌC TẬP MÔN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI (PHẦN ÐÚC) THEO CHƯƠNG

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TÓM TẮT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ MẪU ĐÚC (5- 7 MẪU)

ĐỂ PHỤC VỤ CÔNG TÁC HỌC TẬP MÔN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI (PHẦN ĐÚC) THEO CHƯƠNG

Trang 3

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ MẪU ĐÚC (5- 7 MẪU)

ĐỂ PHỤC VỤ CÔNG TÁC HỌC TẬP MÔN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI (PHẦN ĐÚC) THEO CHƯƠNG

Trang 4

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG BIỂU ii

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa của đề tài 1

1.3 Mục tiêu ngiên cứu của đề tài 1

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1

1.5 Phương pháp ngiên cứu 1

1.6 Mục tiêu đạt được……… 1

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC 1

2.1 Giới thiệu về công nghệ Đúc 1

2.2 Đặc điểm của công nghệ Đúc 1

2.3 Các phương pháp đúc thường dùng hiện nay 2

2.4 Ứng dụng của công nghệ Đúc 2

2.5 Xu hướng của ngành Đúc 2

CHƯƠNG 3: NHỮNG NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐÚC 3

3.1 Nguyên tắc chung 3

3.2 Co ngót và ứng suất khi đúc 3

3.2.1 Rỗ ngót và xốp ngót 3

3.2.2 Ứng suất trong-nứt và cong 3

3.3 Phân tích tính công nghệ của kết cấu vật đúc 3

3.3.1 Kết cấu và phương pháp chế tạo 3

3.3.2 Dạng kết cấu của vật đúc 3

3.3.3 Kết cấu vật đúc có chú ý đén độ bền 4

3.3.4 Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm khuôn và mẫu dễ dàng 4

3.3.5 Kết cấu vật đúc có chú ý đến sự điền đầy kim loại vào lòng khuôn 4

3.3.6 Kết cấu vật đúc chú ý đến rỗ ngót, úng suất và nứt 4

3.3.7 Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm sạch 5

3.3.8 Kết cấu vật đúc chú ý đến gia công cơ khí 5

3.3.9 Kiểm tra kết cấu vật đúc 5

3.4 Đặc điểm thiết kế các chi tiết đúc 5

3.4.1 Chi tiết bằng thép 6

3.4.2 Chi tiết bằng gang xám 6

3.4.3 Chi tiết bằng gang graphit cầu 6

3.4.4 Chi tiết bằng gang dẻo 7

3.4.5 Chi tiết bằng hợp kim Đồng 7

3.4.6 Chi tiết bằng hợp kim Nhôm 7

3.4.7 Chi tiết đúc trong khuôn kim loại 7

3.4.8 Chi tiết Đúc-Hàn 7

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC 7

4.1 Các nguyên tắc thiết kế công nghệ đúc 7

Trang 5

4.1.3 Vị trí của mẫu khi làm khuôn, chọn mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu 8

4.1.4 Chọn mặt chuẩn gia công 8

4.1.5 Sai lệch cho phép về kích thước, khối lượng vật đúc và lượng dư 9

4.1.6 Thiết kế ruột 10

4.1.7 Hệ thống rót 11

4.1.8 Đậu ngót 12

4.1.9 Vật làm nguội 14

4.2 Thiết kế mẫu và khuôn đúc 14

4.2.1 Ký hiệu thiết kế đúc và trình bày bản vẽ công nghệ đúc 14

4.2.2 Thiết kế bộ mẫu 15

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ MẪU NHỰA 16

5.1 Bộ mẫu con chạy 16

5.1.1 Bản vẽ chi tiết 16

5.1.2 Bản vẽ thiết kế đúc 16

5.1.3 Bản vẽ lồng phôi 16

5.1.4 Bản vẽ mẫu đúc 17

5.1.5 Bản vẽ hộp lõi 17

5.2 Bộ mẫu gối đỡ 17

5.3 Bộ mẫu ổ đỡ 19

5.4 Bộ mẫu thân bơm 20

5.5 Bộ mẫu ống chứ T 21

5.6 Bộ mẫu tay quay 22

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, KẾT LUẬN, ĐỀ NGHỊ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 24

Trang 6

6.1 Kết quả 24

6.2 Kết luận 24

6.3 Đề nghị 25

6.4 Phương hướng phát triển 25

Tài liệu tham khảo 25

Trang 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CNC Computerized Numerical Control TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam

Trang 9

Tp HCM, ngày 30 tháng 10 năm 2015

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo bộ mẫu đúc (5 – 7 mẫu) để phục vụ cho công tác học tập môn Thực tập Công nghệ Kim loại (phần Đúc) theo chương trình 150 tín chỉ và định hướng E/M learning

- Mã số: T2015-34

- Chủ nhiệm: GV ThS Võ Xuân Tiến

- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

- Thời gian thực hiện:

4 Kết quả nghiên cứu:

Chế tạo được 6 bộ mẫu bằng nhựa POM và có thử nghiệm các bộ mẫu này để đúc ra các chi tiết

5 Sản phẩm:

Chế tạo được 6 bộ mẫu bằng nhựa POM bao gồm mẫu và hộp lõi

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Áp dụng cho môn thực hành Công nghệ Kim loại

Đã đưa vào sử dụng để giảng dạy môn thực hành Công nghệ Kim loại học kỳ II năm học 2014-2015 với gần 200 sinh viên

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Trang 10

Trong nước:

Để công tác giảng dạy chương trình 150 tín chỉ theo hướng CDIO, cần để sinh viên

có cơ hội được thực nghiệm những gì đã học lý thuyết Do vậy, khi học môn Công

nghệ Kim loại (phần Công nghệ Đúc), sinh viên cần được thực nghiệm về Đúc

b MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Chế tạo từ 5 đến 7 bộ mẫu bằng nhựa

c ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

d CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

giảng dạy kỹ thuật

của thực nghiệm

e NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 3: Những nguyên tắc thiết kế chi tiết đúc

Chương 4: Phân tích thiết kế công nghệ đúc

Chương 5: Tính toán thiết kế bộ mẫu nhựa dành cho đúc khuôn cát, bằng tay

Chương 6: Kết luận

Trang 11

a TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Trong nước:

Để công tác giảng dạy chương trình 150 tín chỉ theo hướng CDIO, cần để sinh viên

có cơ hội được thực nghiệm những gì đã học lý thuyết Do vậy, khi học môn Công

nghệ Kim loại (phần Công nghệ Đúc), sinh viên cần được thực nghiệm về Đúc

b MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Chế tạo từ 5 đến 7 bộ mẫu bằng nhựa

c ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

d CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

giảng dạy kỹ thuật

quả của thực nghiệm

e NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Chương 1: Giới thiệu

Chương 3: Những nguyên tắc thiết kế chi tiết đúc

Chương 4: Phân tích thiết kế công nghệ đúc

Chương 5: Tính toán thiết kế bộ mẫu nhựa dành cho đúc khuôn cát, bằng tay Chương 6: Kết luận

Trang 12

Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG BIỂU ii

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa của đề tài 1

1.3 Mục tiêu ngiên cứu của đề tài 1

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Phương pháp ngiên cứu 2

1.6 Mục tiêu đạt được……….2

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC 3

2.1 Giới thiệu về công nghệ Đúc 3

2.2 Đặc điểm của công nghệ Đúc 3

2.3 Các phương pháp đúc thường dùng hiện nay 4

2.4 Ứng dụng của công nghệ Đúc 4

2.5 Xu hướng của ngành Đúc 4

CHƯƠNG 3: NHỮNG NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐÚC 5

3.1 Nguyên tắc chung 5

3.2 Co ngót và ứng suất khi đúc 5

3.2.1 Rỗ ngót và xốp ngót 5

3.2.2 Ứng suất trong-nứt và cong 6

3.3 Phân tích tính công nghệ của kết cấu vật đúc 7

3.3.1 Kết cấu và phương pháp chế tạo 7

3.3.2 Dạng kết cấu của vật đúc 7

3.3.3 Kết cấu vật đúc có chú ý đén độ bền 8

3.3.4 Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm khuôn và mẫu dễ dàng 9

3.3.5 Kết cấu vật đúc có chú ý đến sự điền đầy kim loại vào lòng khuôn 9

3.3.6 Kết cấu vật đúc chú ý đến rỗ ngót, úng suất và nứt 9

3.3.7 Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm sạch 10

3.3.8 Kết cấu vật đúc chú ý đến gia công cơ khí 10

Trang 13

3.4.1 Chi tiết bằng thép 11

3.4.2 Chi tiết bằng gang xám 12

3.4.3 Chi tiết bằng gang graphit cầu 14

3.4.4 Chi tiết bằng gang dẻo 14

3.4.5 Chi tiết bằng hợp kim Đồng 15

3.4.6 Chi tiết bằng hợp kim Nhôm 15

3.4.7 Chi tiết đúc trong khuôn kim loại 15

3.4.8 Chi tiết Đúc-Hàn 16

3.4.9 Chi tiết có cốt kim loại 16

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC 18

4.1 Các nguyên tắc thiết kế công nghệ đúc 18

4.1.1 Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc 18

4.1.2 Vị trí vật đúc trong khuôn khi rót 18

4.1.3 Vị trí của mẫu khi làm khuôn, chọn mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu 19

4.1.4 Chọn mặt chuẩn gia công 20

4.1.5 Sai lệch cho phép về kích thước, khối lượng vật đúc và lượng dư 21

4.1.6 Thiết kế ruột 24

4.1.7 Hệ thống rót 27

4.1.8 Đậu ngót 34

4.1.9 Vật làm nguội 37

4.2 Thiết kế mẫu và khuôn đúc 38

4.2.1 Ký hiệu thiết kế đúc và trình bày bản vẽ công nghệ đúc 38

4.2.2 Thiết kế bộ mẫu 45

4.2.3 Phiếu công nghệ đúc và phiếu hướng dẫn khác 55

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ MẪU NHỰA 58

5.1 Bộ mẫu con chạy 58

5.2 Bộ mẫu gối đỡ 64

Trang 14

5.3 Bộ mẫu ổ đỡ 69

5.4 Bộ mẫu thân bơm 74

5.5 Bộ mẫu ống chứ T 79

5.6 Bộ mẫu tay quay 83

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, KẾT LUẬN, ĐỀ NGHỊ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 89

6.1 Kết quả 89

6.2 Kết luận 92

6.3 Đề nghị 92

6.4 Phương hướng phát triển 92

Tài liệu tham khảo 93

Trang 15

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đúc là một ngành sản xuất rất quan trọng trong công nghiệp chế tạo cơ khí, vì nó là khâu đầu tiên cung cấp phôi cho ngành cơ khí gia công cơ, cho nên chất lượng và giá thành của máy móc phụ thuộc rất nhiều vào khâu này

Trên thế giới, kỹ thuật đúc nói chung và nghề đúc khuôn cát nói riêng ngày càng tiến bộ

và phát triển với nhiều hình thức công nghệ và máy móc thiết bị mới Tuy nhiên ở nước ta công nghệ đúc khuôn cát còn tồn tại nhiều vấn đề cần phải giải quyết như tỉ lệ phế phẩm còn cao, chất lượng sản phẩm chưa ổn định, tiêu hao nhiều nguyên vật liệu… Tình hình này

do nhiều nguyên nhân, trong đó có nguyên nhân do người trực tiếp sản xuất chưa nắm vững các kiến thức cơ bản về mối quan hệ mật thiết giữa lý thuyết và thực hành, cho nên dễ dẫn đến sai sót trong quá trình thực hiện làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm làm ra

Để đáp ứng nhu cầu nâng cao kiến thức cơ bản nghề đúc khuôn cát cho sinh viên trong quá trình đào tạo tại nhà trường, đặc biệt là đào tạo lý thuyết đi đôi với thực hành, yêu cầu đặt ra là phải chế tạo bộ mẫu dùng cho đúc khuôn cát cũng như thiết kế phân xưởng đúc để sinh viên có thể vận dụng kiến thức đã học vào trong quá trình thực hành

1.2 Ý nghĩa thực tiễn

Bộ mẫu là một sản phẩm chuyên dụng, sau khi nghiên cứu và chế tạo thành công hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích khi tạo điều kiện cho sinh viên được trải nghiệm Công nghệ Đúc khuôn cát khi học học phần Công nghệ Kim loại, phần Công nghệ Đúc

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài:

Hoàn thành 5 bộ mẫu đúc gồm có mẫu và hộp lõi bằng nhựa POM

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Trong giới hạn của đề tài, tác giả chỉ thực hiện chỉ tập trung nghiên cứu về bộ mẫu nhựa với loại nhưa được sử dụng là POM phổ biến trong và ngoài nước

POM, loại copolymer là polymer tinh thể và có thể sử dụng ở nhiệt độ lên tới +100 0C

Là loại đồng trùng hợp có tính năng cơ khí khá tốt, ổn định với độ ẩm và dễ dàng gia công

và ổn định nhiệt tốt hơn và sức đề kháng mạnh mẽ với kiềm hơn acetal homopolymer

Đặc tính của bộ mẫu bằng nhựa POM:

- Độ bền cơ học và độ cứng cao

- Sức chịu mỏi và rão cao

- Tính trơn trượt tốt và chịu mài món tốt

- Ổn định về kích thước rất tốt

Trang 16

- Đặc tính cách điện và điện môi tốt

- Khả năng gia công rất tốt

- Không đề kháng với axit có độ đậm đặc cao

- Thiết kế chế tạo bộ mẫu ổ đỡ

- Thiết kế chế tạo bộ mẫu con chạy

- Thiết kế chế tạo bộ mẫu thân bơm

- Thiết kế chế tạo bộ mẫu ống chữ T

- Thiết kế chế tạo bộ mẫu tay quay

1.5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Dựa trên những cơ sở lý thuyết cũng như thực tế về công tác Đúc khuôn cát, tác giả đã tiến hành lên phương án và thiết kế bộ mẫu áp dụng vào thực tế, mô phỏng sau đó chính sửa

mô hình, tiến hành xuất bản vẽ, lập trình, gia công tại xưởng phay CNC trung tâm công nghệ cao để tiến đến quá trình lắp ráp Do gia công không thật sự chính xác nên trong quá trình lắp ráp phải chỉnh sửa rất nhiều, cuối cùng đã hoàn thành bộ mẫu dành cho đúc khuôn cát Sau quá trình kiểm tra bộ mẫu chế tạo phù hợp với tính toán ban đầu, và có chất lượng tốt

Phần còn lại của đề tài có nội dung sau:

Chương 3: những nguyên tắc thiết kế chi tiết đúc

Chương 4: phân tích thiết kế công nghệ đúc

Chương 5: Tính toán thiết kế bộ mẫu nhựa dành cho đúc khuôn cát, bằng tay

Trang 17

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC

2.1 Giới thiệu về công nghệ đúc

Công nghệ đúc là công nghệ chế tạo sản phẩm bằng phương pháp rót vật liệu ở dạng chảy lỏng vào khuôn để tạo ra sản phẩm có hình dạng theo khuôn mẫu Đa phần công nghệ đúc thực hiện với các vật liệu kim loại Đúc là công nghệ có từ cổ xưa, đúc thông thường được thực hiện với các khuôn cát

Trong đó, phương pháp đúc bằng khuôn cát vẫn giữ một vai trò quan trọng trong ngành đúc, đúc trong khuôn cát là một trong những phương pháp tạo hình lâu đời, nhưng cho tới nay vẫn còn chiếm một vị trí quan trọng trong kỹ nghệ đúc: 90% sản lượng vật đúc của thế giới được sản xuất bằng khuôn cát, phần còn lại do khuôn kim loại và các dạng đúc đặc biệt khác

2.2 Đặc điểm của công nghệ đúc

Ưu điểm

Phương pháp đúc có thể chế tạo sản phẩm từ các loại vật liệu khác nhau: kim loại đen (gang, thép, kim loại màu: nhôm, đồng, đúc vật liệu phi kim loại: đúc các tượng từ thạch cao, xi măng)

Vật đúc có thể từ vài gam tới vài tấn như các thân máy búa, các bệ máy

Vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp như thân máy công cụ, vỏ động cơ, mà các phương pháp khác khó gia công hoặc không thể chế tạo được

Có thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc

Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất tương đối cao Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa

Chế tạo các hàng mỹ thuật, mỹ nghệ

Nhược điểm

Độ chính xác về hình dáng kích thước và đồ bóng không cao

Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi

Tốn kim loại do chiều dày thành vật đúc lớn hơn so với rèn hoặc hàn

Dễ gây ra những khuyết tật như thiếu hụt, rỗ khí, ngậm xỷ, thiên tích, cháy cát

Điều kiện làm việc nặng nhọc

Khi đúc trong khuôn cát thường có năng suất không cao

Trang 18

2.3 Các phương pháp đúc thường dùng hiện nay

+ Đúc khuôn cát (sand casting)

+ Đúc trong khuôn kim loại (permanent mold casting )

+ Đúc áp lực (die casting)

+ Đúc ly tâm (centrifugal casting)

+ Đúc liên tục (continuous casting)

+ Đúc theo mẫu cháy (lost foam)

+ Đúc theo mẫu chảy (investment casting / lost wax casting )

+ Đúc ép (squeeze casting / squeeze forming)

+ Đúc chân không (vacuum casting)

+ …

2.4 Ứng dụng của công nghệ đúc

Đúc kim loại được ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế để:

- Sản xuất hàng tiêu dùng: xoong, chảo, thìa

- Chế tạo các chi tiết máy: như thân máy búa hơi, thâm máy tiện, vỏ hộp giảm tốc, Xylanh, bánh răng

- Đúc cũng được sử dụng trong việc chế tạo các sản phẩm mang tính nghệ thuật, trang trí: chân ốp trụ điện, chuông nhà thờ, đúc tượng đài

Phát triển cơ sở dữ liệu và công cụ để cải tiến Cách Thức Thiết Kế Điều này bao gồm

dữ liệu về tính chất và đặc tính hợp kim cũng như tính chính xác của mô phỏng dựa trên đặc tính hợp kim, cấp độ ứng suất và quá trình kết tinh

Đầu tư về phát triển công nghệ mới để giảm ô nhiễm môi trường

Trang 19

Chương 3: NHỮNG NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐÚC

3.1 Nguyên tắc chung

Khi thiết kế chi tiết đúc phải căn cứ vào số lượng định sản xuất, yêu cầu làm việc và phương pháp sản suất, đảm bảo chi tiết dễ làm khuôn, có chất lượng tốt, ít phải gia công cắt gọt và giá thành hạ

3.2 Co ngót và ứng xuất khi đúc

3.2.1 Rỗ ngót và xốp ngót

Có hai dạng rỗ ngót: rỗ ngót tập trung và rỗ ngót phân tán

Một số nguyên tắc về hình dạng kết cấu chi tiết đúc:

- Tránh góc nhọn ngoài, góc nhọn trong phải có bán kính R

- Tránh nối nhiều thành vào một chỗ tạo nút nhiệt lớn

- Tránh những thành rộng nằm ngang hoặc thành đứng, nên tạo độ nghiêng để dễ làm khuôn, dễ thoát khí

- Chỉ dùng ruột khi thật cần thiết, phải đảm bảo ruột dễ ráp, dễ thoaát hơi, dễ dỡ phá, không cần mã đỡ; các cửa sổ ở thành phải đủ rộng để có đầu gác lớn

- Hình dạng bên ngoài và bên trong của vật đúc càng đơn giản càng tốt để dễ làm khuôn, ít mặt phân mẫu và để mặt phân mẫu phẳng

Chống rỗ ngót tập trung bằng cách chỉ cần đặt đậu ngót đủ lớn bên cạnh nút nhiệt của vật đúc sẽ kéo được rỗ ngót và đậu ngót

Muốn chống xốp trong lõi phải chú ý tới sự đông đặc có hướng

Trang 20

3.2.2 Ứng suất trong – nứt và cong

Có hai dạng ứng suất trong:

- Ứng suất cản co cơ học: ruột, khuôn cứng quá, đậu ngót, đâu hơi gây vướng không

để vật đúc co tự do; bavia ở ở vật đúc cũng có thể gấy cản trở làm vật đúc bị ứng suất kéo

- Ứng suất chuyển biến pha: xảy ra ở những vùng khác nhau trong vật đúc do chuyển biến pha không cùng mức độ hoặc không đồng thời

Để tránh nứt nóng

Khi thiết kế cần đảm bảo vật đúc nguội đồng đều, tránh nứt nhiệt; nếu không đảm bảo được phải dùng gân chống nứt ở các góc, ở thành dày Gân mỏng nguội sớm tản được nhiệt giúp phần dày nguội nhanh hơn, mặt khác cũng tăng bền cho vùng yếu

Khi đúc nên:

- Tránh cản co cơ học bằng cách dùng khuôn ruột tươi, xốp, ruột rỗng; giảm độ bền nóng của ruột; tránh bavia, tránh để đậu hơi và hệ thống rót chạm vướng vào gân hòm

- Đảm bảo vật đúc nguội đồng thởi các phần bằng cách dùng hỗn hợp cát phát nhiệt, cách nhiệt ở thành mỏng, dùng vật làm nguội ở thành dày

- Tránh rót kim loại ở nhiệt độ cao quá, gây chênh lệch nhiệt độ lớn ở vật đúc tạo tổ chức hạt thô to, giảm độ bền kim loại

- Chú ý tới thành phần hợp kim đúc: tạp chất phi kim loại nhiều, khoảng đông đặc rộng, lượng S và P lớn dễ gây nứt

Để tránh nứt nguội: chủ yếu là phải tìm cách giảm ứng suất dư trong vật đúc tới mức thấp

nhất bằng những biện pháp sau:

Khi thiết kế cần đảm bảo:

- Thành dày đều, không có nứt nhiệt

- Kết cấu không cứng, dễ biến dạng

- Phân nhỏ chi tiết, thí dụ bánh xe lớn đúc hai nữa rồi ghép lái sẽ ít ứng suất hơn khi đúc liền

- Dùng hợp kim có độ dẻo cao (C, Cr, Mn nhiều sẽ làm giảm độ dẻo của thép, tăng khả năng nứt nguội)

Khi đúc muốn giảm ứng suất dư cần chú ý:

Trang 21

- Đảm bảo cho vật đúc có nhiệt độ đồng đều khi qua vùng nhiệt độc tới hạn (600 – 700

ủ, đối với vật đúc lớn làm nguội khuôn bằng khí nén hoặc thổi nước

- Ủ sau khi đúc là biện pháp tích cực có tác dụng tăng độ dẻo của kim loại, hạ thấp giới hạn chảy, tạo điều kiện cho kim loại biến dạng do đó giàm được ứng suất dư

Để tránh cong vênh:

Biện pháp quan trọng để tránh cong vênh là đảm bảo các phần của vật đúc nguội đồng đều , vừa tránh được cong vênh khi đúc, vừa giảm được ứng suất dư, sẽ hạn chế độ cong vênh khi gia công và sử dụng sau này

Nếu biện pháp trên khó thực hiện thì có thể dùng những cách sau:

- Khi thiết kế cần tăng lượng dư gia công để bù cho cong vênh

- Khi đúc: ngoài việc dùng vật làm nguội khuôn hoặc tăng cường làm nguội khuôn lớn bằng khí nén, nước, có thể tạo mẫu cong ngược, có độ cong bằng lượng cong của vật đúc

- Khi đúc xong để vật đúc ngoài trời một thời gian vài tháng cho tới một năm Ứng suất trong của vật đúc sẽ giảm đi ít nhiều (3-12%), sau này dùng sẽ bớt cong vênh

3.3 Phân tích tính công nghệ của kết cấu vật đúc

3.3.1 Kết cấu và phương pháp chế tạo

Khi thiết kế chi tiết cần cân nhắc so sánh các phương pháp chế tạo để chọn công nghệ hợp lý nhất trong các phương pháp: đúc, hàn, dập, rèn, thiết kế từ bột kim loại Đối với những chi tiết lớn và phức tạp bằng thếp cần nghiên cứu đến khả năng chế tạo phối hợp: hàn ghép vài vật đúc đơn giản hoặc hàn ghép những phần vật đúc với những phần bằng thép tấm, thép hình Việc chọn vật liệu và phương pháp chế tạo liên quan rất nhiều đến giá thành chi tiết

3.3.2 Dạng kết cấu của vật đúc

Người ta có thể chia ra thành 3 nhóm cơ bản với những đặc điểm kết cấu sau đây:

- Vật đúc có thể tích lớn và diện tích mặt ngoài bé thuộc kết cấu dạng A Đó là những vật đúc hình khối , thành rất dày

- Vật đúc có thể tích bé và diện tích mặt ngoài lớn thuộc kết cấu dạng Z, đó là những vật đúc lớn có thành mỏng

- Trung gian giữa 2 nhóm A và Z có đặc điểm kết cấu trái ngược nhau là những vật đúc có dạng M, có thành dày và mỏng bố trí xen kẽ nhau

Trang 22

Kết cấu và chất lượng vật đúc có quan hệ chặt chẽ với nhau, kết cấu hợp lý sẽ ảnh hưởng tốt đến chất lượng và giá thành vật đúc Phân tích các nguyên nhân hỏng của vật đúc

có liên quan với kết cấu có thể đi đến những kết luận sau:

- Khuynh hướng tạo rỗ ngót thường xuất hiện nhiều ở vật đúc có kết cấu dạng A, khuynh hướng này càng tăng khi tăng chiều dày thành vật đúc và khi tốc độ nguội bên ngoài và lõi vật đúc khác nhau nhiều

- Khuynh hướng xuất hiện ứng suất trong thường xuất hiện ở vật đúc có kết cấu dạng

Z khi sự co xảy ra không đồng thời giữa vùng lõi và vùng biên

- Dạng kết cấu có nhiều nguy hiển dễ dẫn đến hư hỏng là kết cấu dạng M, trong đó đó đồng thời có cả kết cấu dạng A và Z Do tiết diện khác nhau nhiều sẽ có khuynh hướng tạo ra rỗ ngót lẫn ứng suất Nên tránh kết cấu dạng M hoặc chia chi tiết thành hai phần riêng có kết cấu A và Z

Mép thành và lỗ cần được gia cố nhất là đối với vật đúc chế tạo bằng hợp kim có môdun đàn hồi thấp

Gang có độ bền kéo thấp hơn độ bền nóng, do đó nên để những phần chịu ứng suất kéo

có tiết diện lớn hơn phần chịu nén

Ở chỗ chịu tải trọng, lực nên hướng theo trục tâm để tránh gây thêm ứng suất uốn hoặc xoắn trên vật đúc

Kết cấu vật đúc cần tránh cản co trong quá trình đông đặc để khỏi gây thêm ứng suất trong vật đúc

Kết cấu ruột thích hợp nhất là dùng đầu gác, không dùng mã đỡ

Trang 23

3.3.4 Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm khuôn và mẫu dễ dàng

Để dễ dàng lấy mẫu ra khỏi khuôn, thành vật đúc nên làm xiên theo tiêu chuẩn Chỗ

nào cần xiên lớn hơn tiêu chuẩn mới phải ghi vảo bản vẽ, nên tránh những phần nhô ra bên

trong vật đúc Cần hạn chế số miếng rời ở mẫu, nững vấu có khoan lỗ bắt bu long, gân …

nên cố làm liền với mẫu để rút ra khỏi khuôn cùng với mẫu

Kết cấu vật đúc càng ít mặt ráp khuôn càng tốt và không có mặt ráp khuôn phức tạp Kết cấu vật đúc cần tránh sử dụng ruột Chế tạo vật đúc có gân bên ngoài không dùng ruột

dễ hơn khi chế tạo vật đuc hình hộp có ruột bên trong

Trường hợp không tránh được làm ruột thì ruột phải đảm bảo:

- Có chỗ tựa tốt để không dùng mã đỡ, không phải treo ruột lên hòm trên, trường hợp

cần dùng đầu gác phụ thì lỗ tạo đầu gác này sẽ được bịt kín bằng nút

- Thoát khí ra ngoài dễ dàng

- Có đủ độ cứng vững, dùng xương khi cần thiết

- Dễ dỡ cát và rút xương ruột ra khỏi vật đúc

3.3.5 Kết cấu vật đúc có chú ý đến sự điền đầy kim loại vào khuôn

Tiết diện của thành và gân của vật đúc phải đủ dày để kim loại lỏng điền đầy dễ, tránh

những chỗ ngoặt thay đổi tiết diện đột ngột làm cản trở dòng kim loại

Kết cấu vật đúc cần tạo điều kiện cho khí dễ thoát lên trên do đó nên tránh những mặt

phẳng nằm ngang rộng cũng như những hốc để tránh tạo thành những túi khí trong khuôn

Những bề mặt rộng trong khuôn tươi nếu nằm ở nữa khuôn trên sẽ trở thành những trần bị

nung nóng dễ sinh bọng cát, vỡ cát

Phần vật đúc nằm phía trên khi rót thường có thể không sít chặt, dễ rỗ hơn phần dưới

Vì thế khi thiết kế vạt đúc gang cần dự kiến vị trí rót để đảm bảo những phần quan trọng và

có gia công nằm ở phía dưới

3.3.6 Kết cấu vật đúc chú ý đến rỗ ngót, ứng suất và nứt

Co ngót trong qua trình kim loại lỏng đông đặc là hiện tượng không thể tránh khỏi Vì

vậy, khi thiết kế cần:

- Tránh những chỗ dày, những nút nhiệt tập trung kim koại

- Chú ý lượng dư thêm vào sau này khi đúc sẽ làm chiều dày thành vật đúc tăng thêm

nhiều

- Cần bố trí những chỗ dày, nút nhiệt ở phía trên hoặc ở chỗ thuận lợi cho việc đặt đậu

ngót để có thể chuyển rỗ ngót vào trong đậu ngót

Trang 24

Ứng suất sinh ra trong vật đúc thường do chênh lệch lớn về chiều dày thành dẫn đến nguội không đồng đều.ứng suất lớn sẽ gây biến dạng hoặc nứt Ứng suất trong và nứt ở vật đúc cũng có thể phát sinh do khi co bị khuôn và ruột cản trở Muốn tránh ứng suất trong, khi chọn vật thiết kế phải đảm bảo vật đúc có thành dày đều

Muốn cho vật đúc không bị phá hủy vì nứt, có thể:

- Dùng kết cấu vững chắc, thành dày, độ bền của kim loại cao bảo đảm sau khi đúc không có biến dạng

- Dùng kết cấu nhẹ, có thành mỏng, cong dễ biến dạng để khi đúc phát sinh ứng suất uốn và xoắn là chính, ứng suất kéo hoặc nén nhỏ

Một số biện pháp nhằm đảm bảo vật đúc cứng vững , ít ứng suất:

- Làm gờ dọc mép vật đúc để đảm bảo nguội đồng đều

- Những vách và gân bên trong bố trí chéo không để gặp nhau tại nút nhiệt lớn

- Vách trong ruột làm mỏng hơn thành ngoài, các góc cửa sổ lượn tròn với bán kính lớn, mép cửa sổ làm gờ tăng cứng về 1 phía để dễ làm khuôn

Những vật đúc bé làm sạch bằng tang quay không nên có những phần lồi vì có thể gãy

3.3.8 Kết cấu vật đúc chú ý đến gia công cơ khí

- Cần cố gắng hạn chế số lượng và diện tích bề mặt gia công

- Kết cấu vật đúc cần đảm bảo dễ gá trên máy với số lần gá ít nhất

- Khi gia công dụng cụ cắt gọt phải được định hướng chính xác

- Khi thiết kế chi tiết đúc phải nghĩ đến sau này gá chi tiết để gia công hay vạch dấu được dễ dàng Nếu chi tiết khó gá hoặc khó kẹp có thể đúc thêm vào chi tiết các gân, gờ,… để có thể gá vào máy gia công dễ dàng hơn, sau khi gia công xong sẽ cắt bỏ những phần đúc thêm này đi

3.3.9 Kiểm tra kết cấu vật đúc

Trang 25

Khi thiết những chi tiết đúc phức tạp, trước khi đưa và sản xuất cần phân tích, kiểm tra xem kết cấu phù hợp với kỹ thuật đúc chưa Thông thường tiến hành kiểm tra theo hai mặt:

Kết cấu có đảm bảo được chất lượn kim loại và tránh được khuyết tật đúc không

- Hình dạng chi tiết và hợp kim đúc có phù hợp không

- Kích thước chính và chiều dày thành

- Các phần của chi tiết có dễ rỗ ngót, dễ phát sinh ứng suất không

- Các yêu cầ về độ sít kín, độ chống mài mòn, độ nhẵn bóng bề mặt, dung sai kích thước cao hay thấp và khả năng thực hiện

- Có cần đề xuất thêm biện pháp kỹ thuật nữa không

Kết cấu có dễ làm khuôn không

- Mặt ráp khuôn ở chỗ nào, đơn giản hay phức tạp

- Lỗ rỗng có dễ tạo hình không, ruột sẽ có hình dạng thế nào, đầu gác và đường thoát hơi có đơn giản không

Đúc thép tương đối khó vì các loại thép đều có những đặc điểm sau:

- Độ co dài và co thể tích đều lớn, dễ gây rỗ ngót và ứng suất, nứt nóng, cong vênh trong khi đúc

- Nhiệt độ nóng chảy cao, độ chảy loãng kém

Vì vậy khi thiết kế chi tiết đúc cần thỏa mãn các đặc điểm sau:

- Chiều dày thành:

đúc

+ Tránh sự chênh lệch quá nhiều về chiều dày thành trong một vật đúc để hạn chế ứng suất đúc

– Nút nhiệt:

Trang 26

Tránh nối nhiều thành vào một chỗ, chuyển tiết diện chữ X, chữ Y thành tiết diện chữ T

khuôn

– Hướng đông đặc:

nhiệt có đặt đậu ngót để bổ sung kim loại

– Giảm ứng suất:

đúc không nên có bán kính nhỏ quá Đối với các chi tiết chịu tải trọng động cần chú

ý nhiều tới những đặc tính trên để có độ bền mỏi cao, tránh nứt khi làm việc

chịu lực nén, tránh chịu kéo

mỏi Nếu làm gờ ở lõi sẽ giảm được hiện tượng xấu này

3.4.2 Chi tiết bằng gang xám

Các chi tiết bằng gang xám được dùng phổ biến vì gang xám rẻ, dễ đúc, có cơ tính khá, làm việc tốt trong điều kiện mài mòn, rung động

Gang xám dễ đúc thể hiện ở các đặc điểm sau:

- Chảy loãng tốt, hình dáng chi tiết đúc có thể phức tạp

Trang 27

- Khi đông đặc co ngót ít do có sự graphit hóa khi kết tinh, vì thế đúc gang xám không

hay dùng đậu ngót

- Co sau khi đông đặc cũng nhỏ hơn nên ít gây ứng suất, nứt; phần lớn đúc xong không

cần ủ khử ứng suất, kích thước tương đối ổn định

Khi thiết kế các chi tiết đúc bằng gang, không cần quan tâm nhiều tới tính đúc của hợp

kim nhưng phải nắm vững mối quan hệ giữa tốc độ nguội với tổ chức và tính chất của gang Khi đúc những vật có thành dày mỏng khác nhau nhiều phải biết chọn hợp kim đúng và có

khi phải dùng thêm các biện pháp khác nữa ( thí dụ nhiệt luyện thêm 1 bộ phận) mới có thể

đảm bảo được yêu cầu làm việc của chi tiết

Ngoài những nguyên tắc thiết kế chung cần chú ý một số mặt sau:

Chiều dày thành

- Thành dày đều thì tốt, nếu phải chế tạo chi tiết có chiều dày thành chênh lệch nhiều

nên dùng các mác gang có độ bền cao hoặc gang biến tính vì gang cơ tính thấp nhạy

cảm với tốc độ nguội nhiều hơn

- Nên tránh dùng thành dày Trường hợp đúc mác gang có độ bền cao, thành lại rất dày

thì phải dùng thêm đậu ngót để tránh rỗ ngót

- Nên sử dụng lớp da ở bề mặt vật đúc, tránh để lượng dư gia công nhiều, nhất là đối

với chi tiết cần độ sít cao

Đặc tính chịu tải trọng:

- Gang chịu uốn và chịu nén tốt hơn chịu kéo do đó nên chọn kết cấu sao cho thành

mỏng chịu nén, thành dày chịu kéo

- Gang có ưu điểm ít nhạy cảm với vết khía, do đó tránh được ứng suất tập trung và độ

bền mỏi ít bị giảm khi có vết khía

Tiết diện:

- Hình dạng tiết diện có ảnh hưởng nhiều đến độ bền uốn của gang; thường chọn tiết

diện hộp, thành mỏng Nếu gang có độ bền thấp, kém đồng đều về tổ chức thì ảnh

hưởng đến hình dạng tiết diện càng rõ rệt

- Đối với chi tiết bằng gang xám có thích thước lón, thành dày mỏng khác nhau nhiều,

sau khi đúc ứng suất dư bên trong có thể lớn vì thế cần thiết kế sao cho trong kết cấu

có phần dễ bị biến dạng

3.4.3 Chi tiết bằng gang graphit cầu

Gang graphit cầu ngày càng đucợ dùng nhiều vì đảm bảo cơ tính cao gần bằng thép,

tương đối dễ đúc, giá rẻ Ngoài ra gang cầu còn có nhiều tính chất khác tốt hơn gang xám:

sít kín, vững mài mòn, vững nhiệt, chịu va đập nhiệt, dễ cắt gọt và dễ hàn

Trang 28

Thông thường gang graphit cầu đúc xong đều phải qua nhiệt luyện để khử ứng suất và tăng cơ tính

Về tính đúc, gang cầu có những đặc điểm sau:

- Chảy loãng kém hơn gang xám thường

- Co dài tương đương gang xám nhưng co ngót khi đông đặc lớn, dễ sinh rỗ ngót và xốp ở tâm nhiệt nên thường phải dùng đậu ngót

- Ứng suất đúc tương đối lớn, dễ nứt nguội mà ít nứt nóng hơn so với thép.Vì thế khi thiết kế các chi tiết bằng gang graphit cầu phải áp dụng các nguyên tắc thiết kế gần tương tự chi tiết thép đúc

3.4.4 Chi tiết bằng gang dẻo

Các chi tiết bằng gang dẻo thường dùng trong điều kiện chịu uốn, xoắn, nhiệt độ làm

gang xám Gang dẻo ferit có độ dẻo cao hơn gang dẻo peclit nhưng độ bền thấphơn Gang dẻo ít nhạy cảm với vết khi nên có độ bền mỏi cao

Quá trình chế tạo gang dẻo phức tạp, phải qua 2 bước: đúc gang trắng, nhiệt luyện graphit hoặc có kèm theo oxi hóa cacbon.Đúc gang dẻo khó hơn đúc gang xám: độ chảy loãng hơn thép nhưng kém gang xám, co ngót nhiều nên khi đúc dễ có rỗ ngót, dễ nứt

Vì thế khi thiếtkế chi tiết bằng gang dẻo cần chú ý 1 số đặc điểm sau:

Chiều dày thành: chiều dày tối thiểu khoảng 5-6 mm; thông thường cũng yêu cầu mỏng (không quá 16mm) vì dày quá tổ chức gang không tốt, vùng trung tâm khi đúc xuất hiện graphit tấm làm giảm cơ tính Thành nên dày đều, hạn chế lượng dư

Nút nhiệt và hướng đông:

- Độ xiên của thành thường làm lớn về phía mặt ráp khuôn

- Nút nhiệt bố trí gần mặt ngoài để dễ đặt đậu ngót

Tiết diện:

- Nên tránh tiết diện chữ thập, dùng tiết diện chữ I, U

- Dùng gân tăng cứng tại thành mỏng, lỗ rỗng nên có gờ để tránh nứt, bố trí gân tăng cứng chịu nén, tấm chịu kéo

3.4.5 Chi tiết bằng hợp kim đồng

Hợp kim đồng được dùng trong những trường hợp cần chống ăn mòn, đôi khi chống mài mòn, độ bền khá cao

Trang 29

Đối với đồng thanh thiếc có độ co dài và co thể tích tương đương gang xám nên có thể

áp dụng các nguyên tắc thiết kế giống gang xám Tuy nhiên những chi tiết chịu áp suất cao cần đảm bảo:

- Thành mỏng

- Tránh gia công cắt gọt lớp da vật đúc

- Giảm chỗ tập trung kim loại, mặt bích không nên dày quá 2 lần so với thành

Đối với đồng thau, đồng thanh không thiếc nhất là đồng thanh nhôm co ngót nhiều, lại

co tập trung nên khi thiết kế phải áp dụng các nguyên tắc giống như với chi tiết bằng thép

3.4.6 Chi tiết bằng hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm ngày càng được dùng nhiều vì nhẹ, đảm bảo độ bền khá cao Trừ silumin dễ đúc, co 1,1 % thiết kế giống gang xám, các hợp kim nhôm khác thường có độ co dài và co thể tích lớn, chảy loãng kém, dễ rỗ xốp nên khi thiết kế dùng các nguyên tắc giống như đối với vật đúc thép

3.4.7 Chi tiết đúc trong khuôn kim loại

Đúc trong khuôn kim loại sẽ đảm bảo cho vật đúc có chất lượng cao: cơ tính tốt, độ chính xác cao, có thể giảm lượng dư gia công

Khuôn kim loại có những đặc điểm sau:

- Tăng thể tích rỗ ngót tập trung, tăng lượng co dài

- Tăng ứng suất nhiệt ở vật đúc vì làm nguội nhanh, tạo građiên nhiệt độ lớn

- Cản co nhất là khi dùng ruột kim loại

- Thông khí rất kém

Khi đúc trong khuôn kim lại tĩnh có những yêu cầu sau:

- Hình dạng càng đơn giản càng tốt để dễ làm cả khuôn lẫn ruột bằng kim loại

- Chiều dày thành tối thiểu đối với vật đúc thép khoảng 10mm, với vật đúc gang do dễ

bị biến trắng nên thành dày hơn; nếu khuôn có sơn cách nhiệt và nung nóng thì có thể đúc mỏng tới 15mm, với hợp kim màu có thể mỏng tới 3-4 mm

- Thành dày đều được thì tốt

- Tránh chuyển biến đột ngột, tăng bán kính đúc

- Nút nhiệt bố trí gần mặt ráp khuôn hoặc gần ruột cát để đặt đậu ngót

- Tránh vấu lồi ở mặt ngoài Gân, vấu lồi, gờ nên bố trí ở phía trong để có thể dễ tạo hình bằng ruột cát

- Mép thành và lỗ nên làm gờ tăng cứng, gờ nên hướng về phía ruột cát

Trang 30

- Độ xiên ở thành vật đúc phải đủ để có thể lấy vật đúc ra khỏi khuôn dễ dàng, nhanh, thuận tiện cho việc dùng khuôn lật

- Có thể cho phép dùng gân ở mặt ngoài với điều kiện gân thấp, có độ xiên lớn

- Mặt vật đúc phẳng, rộng nên bố trí nghiêng

Nếu đúc dưới áp lực kết cấu lại có 1 số thay đổi:

- Thành có thể rất mỏng, tránh thành dày qua 6mm vì dễ rỗ ngót và rỗ xốp, tránh chỗ tập trung kim loại

- Độ xiên ở thành cho phép nhỏ

3.4.8 Chi tiết đúc – hàn

Hàn kết hợp có nhiều ưu điểm, nhất là đối với chi tiết lớn

Khi thiết kế phải tìm cách phân chia chi tiết lớn thành nhiều chi tiết đúc nhỏ có kết cấu thuận tiện cho việc làm khuôn

3.4.9 Chi tiết có cốt kim loại

Đúc có cốt bằng kim loại giúp nâng cao chất lượng chi tiết, đảm bảo tiết kiệm kim loại

Có 3 yêu cầu khi đúc những chi tiết loại này:

- Miếng cốt bám chắc vào vật đúc

- Hạn chế ứng suất trong

Tránh để miếng cốt bị nung chảy nhiều.Muốn vậy cần chú ý 1 số đặc điểm sau:

- Phải đảm bảo 1 tỉ lệ nhất định giữa khối lượng của cốt và của phần kim loại lỏng bao quanh

- Để tránh nứt yêu cầu cốt không được bố trí sát bề mặt làm việc của chi tiết, phải xa ít nhất 0.75 lần chiều dày cốt và cốt không được có rãnh khía nhọn, có chỗ tập trung ứng suất

Trang 31

Chương 4:THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC

4.1 Các nguyên tắc thiết kế công nghệ đúc

4.1.1 Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc

Đọc bản vẽ chi tiết đúc

Muốn hình dung được chi tiết phải đọc kỹ bản vẽ Khi hình dung được chi tiết một cách đầy đủ người ta sẽ dựa trên những nguyên tắc trình bày sau này để chọn mặt phân mẫu, ráp khuôn thiết kế ruột, 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 bị hiện có của phân xưởng

Tìm hiểu điều kiện làm việc của chi tiết

Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết là điều rất cần thiết khi thiết kế công nghệ đúc, qua đó đề ra các biện pháp trong quá trình chế tạo vật đúc Thí dụ, khi đúc các thân máy công cụ, các sống trượt là bộ phận làm việc quan trọng nhất không được có khuyết tật đúc, do đó những phần này nằm ở nửa khuôn dưới

Nghiên cứu đặc điểm của vật liệu chế tạo và yêu cầu về cơ lí tính của chi tiết

Mỗi một hợp kim đúc đều có những đặc điểm riêng về tính đúc, do đó khi thiết kế công nghệ cần phải chú ý có biện pháp công nghệ thích ứng Thí dụ, mỗi kim loại có một độ

co khác nhau nên lượng trừ co ở mẫu khác nhau tương ứng với mỗi hợp kim đúc

Tìm hiểu cách gia công chi tiết cũng như vị trí lắp ráp trong khi gia công cơ khí

Sự phối hợp chặt chẽ giữa người thiết kế chi tiết đúc, thiết kế công nghệ đúc với người thiết kế gá lắp gia công cơ khí sẽ đảm bảo gia công thuận lợi, chi tiết đúc sản xuất ra sẽ có chi phí gia công ít, sai hỏng ít và giảm giá thành nhiều nhất Những hiểu biết về cách gia công cơ khí sẽ giúp ích cho người thiết kế công nghệ đúc trong việc chọn mặt phân mẫu, ráp khuôn, quy định các lượng dư gia công v.v

4.1.2 Vị trí vật đúc trong khuôn khi rót

Vị trí của vật đúc trong khuôn lúc rót thường được chọn theo phương pháp làm khuôn, cách bố trí hệ thống rót, lượng dư gia công cơ khí và lượng dư công nghệ,

- 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

- Nếu không thể thực hiện các điều nên ở trên thì đặt các mặt này dựng đứng hoặc nghiêng như vậy sẽ tránh được khuyết tật như rỗ xỉ, khí

Trang 32

- Những mặt sau này cần gia công cơ khí, bắt buộc phải đặt quay về phía trên thì phải tạo mọi điều kiện để cho những khuyết tật đúc (như rỗ co, rỗ xỉ, rỗ hơi ) chỉ sinh ra những phần của vật đúc mà sau này có thể có cắt bỏ đi được

- Những vật đúc bằng hợp kim có độ co lớn khi đông thì lúc rót phải đặt ở vị trí có thể đảm bảo được hướng đông của kim loại ở trong khuôn về phía bò ngót của đậu ngót

- Vị trí của vật đúc khi ngót phải chọn thế nào để ít tốn kém nhất về vật liệu, về lao động, về mẫu và hòm khuôn

- Vị trí của khuôn khi rót phải bố trí sao cho có thể đặt ruột vào khuôn và đặt được vững chắc mà không cần phải dùng đến chât dán hoặc không bị biến dạng vì trọng lượng của bản thân ruột hay áp lực của kim loại

- Để tránh thiếu rót, khớp và bọng cát nên để những thành mỏng và rộng của vật đúc nên nằm phần dưới của khuôn hoặc nằm nghiêng lúc rót

4.1.3 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 ráo khuôn và mặt phân mẫu có ảnh hưởng lớn đến quá trình kỹ thuật làm khuôn, đến độ chính xác của vật đúc Dưới đây là một số chỉ dẫn khi quyết định vị trí của mẫu lúc làm khuôn và chọn mặt ráp khuôn

- Vị trí của mẫu trong khuôn và mặt ráp khuôn phải chọn sao cho bộ mẫu thật đơn giản, rẻ tiền và càng có ít phần rời càng tốt

- Vị trí của mẫu khi làm khuôn và mặt ráp khuôn nên chọn sao cho khuôn chỉ có một mặt ráp khuôn và mặt ráp khuôn này đồng thời là mặt phân mẫu

- Mặt ráp khuôn nên là mặt phẳng (ụ cát nếu có thì nên nằm ở hòm khuôn dưới)

- Vị trí của mẫu khi làm khuôn cũng như mặt ráp khuôn phải chọn sao cho số ruột ít nhất; nếu được nên dùng ụ cát Số ruột càng ít, thời gian chế tạo ruột và lắp ruột càng ngắn, vật đúc càng chính xác, ít bavia ở chỗ ráp mối khuôn và ruột

- Vị trí của mẫu khi làm khuôn và mặt ráp khuôn cần phải chọn sao cho số lượng phần rời ít nhất

- Vị trí của mẫu khi làm khuôn và mặt ráp khuôn cần phải chọn sao cho chiều cao của mẫu và chiều cao chung của khuôn bé nhất

- Khi quyết định vị trí của mẫu lúc làm khuôn và các mặt ráp khuôn cố gắng sao cho toàn bộ các phần vật đúc đòi hỏi có độ chính xác cao phải nằm trong một hòm khuôn

và tốt nhất cả vật đúc nằm ở hòm khuôn dưới

- Mặt ráp khuôn nên chọn sao cho tất cả các ruột đều nằm ở hòm khuôn dưới để dễ lắp đặt ruột, dễ kiểm tra vị trí ruột trong khuôn, giảm nguy cơ ruột bị ép khi làm khuôn

Trang 33

- Mặt ráp khuôn phải bố trí sao cho các mặt vừa không gia công vừa không cho phép

có độ nghiêng của vật đúc, đều không phải do các thành bên của khuôn tạo nên

- Khi làm khuôn các vật đúc có khe hẹp hoặc thành mỏng mà chiều rộng hay chiều dày của khe hay thành phần phải giữ nguyên thì xác định mặt ráp khuôn sao cho những phần này cùng nằm trong 1 hòm khuôn

- Trong sản xuất hàng loạt mặt ráp khuôn cần chọn thế nào để có thể dễ gá lắp vật đúc trong gia công

4.1.4 Chọn mặt chuẩn gia công

Khi chọn mặt gia công phải tuân theo đúng những nguyên tắc chỉ dẫn sau đây:

- Chuẩn xuất phát đối với những nguyên công gia công đầu tiên nên chọn lấy mặt phẳng nào của vật đúc mà cho tới lúc cuối cùng vẫn không bị gia công

- Nếu không thể không thể thực hiện được quy tắc 1 thì nên chọn mặt chuẩn gia công

là mặt có lượng dư gia công nhỏ và tốt nhất là mặt dưới của vật đúc ( theo vị trí rót)

- Mặt đúc định chọn làm chuẩn xuất phát để gia công nên cố gắng nằm trong cùng một hòm khuôn với mặt được gia công

- Mặt vật đúc được chọn làm chuẩn xuất phát nên cố gắng nên để trong cùng 1 hòm khuôn với mặt phẳng dùng làm chuẩn đo lường khi gia công

- Các điểm tạo nên chuẩn gia công không được nằm ở hai phần khuôn hoặc ruột khác nhau

- Các mặt được chọn làm chuẩn gia công không được nằm ở nơi có rìa thừa (bavia) tạo

ra ở giữa mặt tiếp giáp các phần khuôn, hoặc ruột với khuôn; cũng không được nằm

ở nơi có vết cắt, vết đập các đậu rót, đậu hơi và đậu ngót

- Nếu vật đúc không có chỗ để gá chặt khi gia công thì cần phải đúc thêm các vấu đặc biệt (chuẩn gia công tự tạo) có sự đồng ý của phòng thiết kế đồ gá Đường viền của chi tiết không nên lấy làm chuẩn gia công

4.1.5 Sai lệch cho phép về kích thước, khối lượng của vật đúc và lượng dư

4.1.5.1 Sai lệch về kích thước và khối lượng

Bảng 5.1:Trình bày sai lệch cho phép về kích thước đối với vật đúc bằng gang xám

Trang 34

Chú thích: số trong dấu ngoặc, dùng riêng cho vật đúc bằng thép

Tất cả vật đúc được chia ra làm ba cấp tùy theo độ chính xác yêu cầu, độ chính xác cấp

1 dùng cho sản xuất lớn và bao gồm những vật đúc làm khuôn bằng máy với mẫu kim loại,

độ chính xác cấp 2 dùng cho sản xuất hàng loạt, và độ chính xác cấp 3 là sản xuất đơn chiếc

và làm khuôn bằng tay với mẫu gỗ

4.1.5.2 Lượng dư gia công cơ khí

2

3

4

5 (6) (8) (8)

2

3 (4) (6) (8)

Trang 35

0,8 0,5

1,0 0,9 0,8

0,9 0,7

Trang 36

Gang dẻo tâm trắng:

1,6 1,0

1,3 – 1,7 1,0 – 1,4 1,7 – 2,0

1,2 1,6 – 1,8 1,5 – 1,7 1,6 – 1,7 1,8 – 2,0 0,8 – 1,0 1,4 1,0 1,1

2,0 1,8

1,8 1,5

1,6 – 2,0 1,3 – 1,7 2,0 – 2,3

1,4 2,0 – 2,2 1,8 – 2,0 1,7 – 1,8 2,0 – 2,3 1,0 – 1,2 1,6 1,3 1,3

4.1.5.4 Lượng dư công nghệ

Lượng dư công nghệ khi đúc các lỗ, rãnh, các chỗ lõm và hốc

Những lỗ nhỏ về sau phải gia công thường không có lỗ đúc Có thể đúc các lỗ, rãnh, lõm hốc trong các trường hợp sau:

- Khi kim loại cần phải điền đầy những chỗ đó mới có được những vật đúc hoàn hảo

- Khi những hõm đúc thực sự phức tạp cho mẫu hoặc làm khuôn

- Khi các đúc đầy , liền và giữ lại trong thành phẩm mà không phải cắt bỏ

- Khi việc căt gọt ở những chỗ đó không gây khó khăn gì và không đòi hỏi chi phí lớn

Lượng dư do độ xiên của thành vật đúc sinh ra

Đối với các mặt không gia công, độ xiên thường được lấy theo cách:

- “Cộng” khi chiều dày của các thành bên nhỏ hơn 8 mm

Trang 37

- “Trừ” khi chiều dày các thành bên lớn hơn 12 mm

Đối với các mặt gia công, độ xiên “cộng” được tính thêm vào lượng dư gia công quy chuẩn

Những phần đúc thêm để kẹp chặt vật đúc khi gia công thanh giằng chống biến dạng, các gân co ngót

Dùng vấu và các thanh nối đúc thêm để gá chặt vật đúc khi gia công

Gân chống nứt dùng để ngăn ngừa vật đúc bị nứt trong thời gian nguội

Thanh giằng để tránh cho vật đúc khỏi bị biến dạng trong thời gian làm nguội, vận chuyển và nhiệt luyện

4.1.6 Thiết kế ruột

4.1.6.1 Hình dáng ruột

Hình dáng của ruột về cơ bản ứng với hình dáng phần rỗng trong vật đúc Người thiết

kế phải xác định hình dáng ruột, số lượng ruột, mặt tiếp giáp giữa các hộp ruột và thiết kế hộp ruột

Chia ruột ra nhiều phần là điều không mong muốn nhưng có một số thuận lợi chủ yếu sau:

- Làm đơn giản hình dáng ruột riêng biệt và do đó mà đơn giản hóa cấu tạo các hộp ruột

- Có khả năng làm các ruột tương tự nhau bằng một hộp ruột chung nên sẽ làm giảm giá thành bộ mẫu

- Có thể tạo ra các mặt phẳng ở ruột để khi sấy , ruột có thể nằm vững

- Có thể sử dụng những dụng cụ đơn giản để quay và vận chuyển ruột

- Rút ngắn thời gian sấy ruột

4.1.6.2Đặt ruột vào khuôn

Ruột cần có đầu tựa vững chắc, không bị biến dạng hoặc xê dịch trong khuôn dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ruột cũng như áp suất kim loại lỏng Việc đặt ruột vào khuôn phải dễ dàng và thuận tiện

Dưới đây là các chỉ dẫn cơ bản về việc đặt ruột vào khuôn:

- Khi thiết kế khuôn cần tránh các ruột nằm ngang và thẳng đứng không chắc chắn

- Nên tránh ruột treo ở các phần trên của khuôn Những ruột này nếu có thể nên thay thế bằng những ruột có đầu gác mở rộng tựa lên khuôn Ruột treo thường được cố định bằng vít hay dây thép

Trang 38

- Trong một số trường hợp có hoàn toàn có thể bỏ hòm khuôn trên mà thay bằng ruột

có mọt đầu gác mở rộng và đặt từ ngoài vào

- Khi thiết kế khuôn đúc, nên tránh những ruột nằm ngang chỉ có một đầu gác vì không

đủ cứng vững

- Ruột phải có hình đáng thế nào để có thể đặt được chúng vào ổ gác ruột do mẫu trực tiếp tạo nên

4.1.6.3Hình dáng và kích thước đầu gác ruột, khe hở giữa đầu gác và ổ gác

Hình dáng của đầu gác ruột

Khi xác định hình dáng và kích thước của các đầu gác ruột cần phải tính đến:

Kích thước đầu gác ruột, ổ gác ruột và khe hở giữa chúng

Được ghi trong bảng 28 và 29 [2]; cũng có thể dùng số liệu ở các bảng 30, 31, 32, 33[27] – sách “thiết kế đúc” của Phạm Quang Lộc

4.1.6.4 Ảnh hưởng của hình dáng và kích thước của ruột đến phương pháp chế tạo ruột

Chọn mặt đặt ruột lúc sấy, chọn hướng đầm chặt hỗn hợp làm ruột và lấy ruột ra khỏi hộp ruột

Phải chọn mặt đặt ruột nằm ổn định trong thời gian vận chuyển và sấy Để khỏi bị biến dạng, ruột được sấy trên khay định hình hoặc được độn đầy hỗn hợp cát

Ruột cần tránh có những phần nhô dài vì dễ biến dạng ở nơi trạng thái tươi và sấy cần phải tựa nên những miếng đỡ đặc biệt

Mặt dưới của ruột trong thời gian sấy tốt nhất nên là mặt phẳng để không cần phải dùng khay sấy định hình trong khi vận chuyển hoặc sấy ruột

Hướng để lấy ruột khỏi hộp ruột nên chọn như thế nào để không phải chia hộp ra nhiều phần, không phải dùng miếng lót và các phần tháo rời; nếu không sẽ làm cho hộp ruột trở nên phức tạp và tăng thời gian làm ruột

Trang 39

Mỗi kiểu máy làm ruột có những yêu cầu riêng với hình dạng của ruột Ruột không nên có độ hốc sâu, những phần mỏng nhô dài sẽ khó khăn khi chế tạo các máy dằn, máy thổi cát hoặc máy ép Chiều cao của ruột không nên quá lớn vì ruột có thể biến dạng dưới tác dụng trọng lượng của bản thân

Những ruột được làm trên máy dằn cần có bề mặt bằng phẳng để nằm vững trong thời gian sấy Ruột làm trên máy thổi cát được làm chặt đều và có độ thông khí cao hơn Trên máy thổi cát có thể chế tạo ruột liền khối mà khi làm trên máy dằn chỉ phải tách ra chế tạo từng phần

Ảnh hưởng của hình dáng và kích thước ruột đến cách thông hơi và đặc trưng ruột

Ruột đảm bảo phải dễ thoát hơi, do đó nên tránh có những đầu gác nhỏ và hẹp, tránh thoát hơi qua những đầu gác khó đầm chặt cát, tránh dẫn hơi qua các lỗ nằm trong các ruột khác

Số lượng rãnh thoát hơi phụ thuộc vào độ thông khí của hỗn hợp làm ruột Các rãnh thoát hơi ra khỏi ruột phải có tiết diện đủ lớn, điều này đặc biệt quan trọng đối với ruột tươi Rãnh thoát hơi phải có tiết diện lớn và bề mặt nhẵn , phải sạch và không có chỗ thắt hẹp Những rãnh thoát hơi chính của ruột được tao nên bằng những que đặt sẵn khi làm ruột sẽ tốt hơn là về sau tạo lỗ bằng dùi xiên hơi, vì xiên hơi thì hỗn hợp cát ở gần dùi xiên sẽ bị nén chặt thêm và khí khó thấu qua để vào rãnh thoát hơi

Những rãnh thoát hơi ở các ruột có hình dáng phức tạp có thể làm bằng các đặt các dây sáp, nhựa thông, phoi tiện kim loại hình xoắn ốc, dây rơm bện, phoi bào gỗ

Phương pháp ráp ruột

Có hai phương pháp đặt ruột vào khuôn: đặt từng cái một và đặt cả một bộ ruột Cách đơn giản và phổ biến là đặt từng cái một vào khuôn, mỗi ruột được đặt vào ổ gác tương ứng Cách đặt cả bộ ruột là các ruột được ghép thành một khối liền ở ngoài khuôn rồi mới đặt vào khuôn

Có bốn cách đặt cả bộ ruột vào khuôn:

- Cách thứ nhất, ghép nhiều ruột khô thành bộ ruột rồi đặt vào khuôn Ghép thành bộ ruột trên hộp gá ráp ruột hoặc trên một ruột nào đó, thường là ruột lớn nhất, hay có mặt tựa lớn nhất tạo nền cho các ruột khác

- Cách thứ hai, bộ ruột gồm tất cả các ruột khô bé hơn ghép vào trong ruột chính tươi

- Cách thứ ba, ruột dưới khô là chỗ tựa đỡ ruột tươi phía trên

- Cách thứ tư, đặt bộ ruột tươi vào nửa khuôn dưới bằng máy làm khuôn hay bằng tay

4.1.7 Hệ thống rót

Trang 40

Hệ thống rót để dẫn dòng kim loại chảy êm, đồng đều và liên tục vào vật đúc Hệ thống rót phải có khối lượng bé, chiếm ít thể tích trong khuôn để có thể tận dụng thể tích của hòm khuôn

4.1.7.1 Cấu tạo hệ thống rót

Vật đúc bằng gang

Khi thiết kế hệ thống rót cho vật đúc bằng gang, điều đặc biệt chú ý là không để vật đúc bị xỉ và tạp chất bẩn lẫn vào Hầu như mỗi vật đúc đều có đặc điểm kết cấu riêng đòi hỏi cách thiết kế hệ thống rót riêng và chọn chỗ dẫn kim loại vào vật đúc thích hợp Rãnh dẫn có thể bố trí ở bên hông, ở trên, ở dưới hay ở một chiều cao nào đó của vật đúc Đối với những vật đúc bé và trung bình nên rót kim loại vào bên hông trong mặt phẳng ráp khuôn

Ưu điểm phương pháp này là dễ làm hệ thống rót ở trong khuôn và có thể được vật đúc có chất lượng

Khi thiết kế hệ thống rót cần theo những điều chỉ dẫn sau đây:

- Để giảm tác dụng bào mòn của dòng kim loại cũng như để tránh khí từ thành khuôn tiết ra bị cuốn vào kim loại lỏng, cần cố gắng đảm bảo dòng kim loại chảy tầng trong rãnh

- Khi dẫn kim loại vào khuôn cần tránh để dòng kim loại xói thẳng góc vào thành khuôn hay ruột; nên dẫn dọc thành hoặc tiếp tuyến với thành vật đúc

- Để tránh xỉ bẩn bị cuốn vào qua hệ thống rót nên làm nhỏ dần Thường tiết diện rãnh dẫn bé hơn 10 – 20 % so với rãnh lọc xỉ

- Những chỗ cao nhất của vật đúc và những chỗ có thể tạo thành túi khí cần đặt đậu hơi Tiết diện đậu hơi phụ thuộc vào khối lượng vật đúc và tốc độ kim loại điền đầy khuôn

- Hệ thống rót cần góp phần điều chỉnh sự phân bố nhiệt trong vật đúc khi đông đặc cũng như khi nguội sau này Có hai dạng đông đặc của vật đúc: đông đặc đồng thời

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	6,35 MB