Kỹ thuật chế tạo máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - KỸ THUẬT CH TO MY HA NễI 2004 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy Phần thứ Kỹ thuật đúc Chơng 1: khái niệm chung 1.1 Thực chất, đặc điểm công dụng 1.1.1 Thực chất Đúc phơng pháp chế tạo sản phẩm cách rót kim loại lỏng vào khuôn có hình dạng định, sau kim loại hoá rắn khuôn ta thu đợc vật đúc có hình dáng giống nh khuôn đúc Nếu vật phẩm ®óc ®−a dïng gäi lµ chi tiÕt ®óc, vật phẩm đúc phải qua gia công áp lực hay cắt gọt để nâng cao tính, độ xác kích thớc độ bóng bề mặt gọi phôi đúc Đúc có phơng pháp sau: đúc khuôn cát, đúc khuôn kim loại, đúc dới áp lực, đúc li tâm, đúc khuôn mẫu chảy, đúc khuôn vỏ mỏng, đúc liên tục v.v nhng phổ biến đúc khuôn cát 1.1.2 Đặc điểm - Đúc gia công nhiều loại vật liệu khác nhau: Thép, gang, hợp kim màu v.v có khối lợng từ vài gam đến hàng trăm - Chế tạo đợc vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp nh thân máy công cụ, vỏ động v.v mà phơng pháp khó khăn không chế tạo đợc - Độ xác hình dáng, kích thớc độ bóng không cao (có thể đạt cao đúc đặc biệt nh đúc áp lực) - Có thể đúc đợc nhiều lớp kim loại khác vật đúc - Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vốn đầu t ít, tính chất sản xuất linh hoạt, suất tơng đối cao - Có khả khí hoá tự động hoá - Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu - Dễ gây khuyết tật nh: thiếu hụt, rỗ khí, cháy cát v.v - Kiểm tra khuyết tật bên vật đúc khó khăn, đòi hỏi thiết bị đại 1.1.3.Công dụng Sản xuất đúc đợc phát triển mạnh đợc sử dụng rộng rÃi ngành công nghiệp khối lợng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40ữ80% tổng khối lợng máy móc Trong ngành khí khối lợng vật đúc chiếm đến 90% mà giá thành chiếm 20ữ25% 1.2 Phân loại Trờng đại học bách khoa - 2007 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy Kỹ thuật đúc đợc phân loại theo sơ đồ sau: Kỹ thuật đúc Đúc đặc biệt Đúc khuôn cát Đúc hòm khuôn Đúc xởng Đúc dỡng gạt khuôn kim loại Đúc áp lực Đúc ly tâm Đúc liên tục Đúc khuôn mẫu chảy Đúc khuôn vỏ mỏng H.1.1 Sơ đồ phân loại phơng pháp đúc Chơng 2: Đúc khuôn cát 2.1 Khái niệm trình sản xuất đúc Quá trình sản xuất đúc bao gồm công đoạn sau: Bộ phận kỹ thuật Chế tạo hỗn hợp làm khuôn Bộ phận mộc mẫu Chế tạo hỗn hợp làm lõi Làm khuôn Nấu kim loại Làm lõi Sấy khuôn Sấy lõi Lắp ráp khuôn rót kim loại Phá khuôn lấy vật đúc Phá lõi khỏi vật đúc Làm vật đúc Kiểm tra chất lợng H.2.1 Sơ đồ phận xởng đúc Phòng kỹ thuật có nhiệm vụ lập phiếu công nghệ thiết kế vẽ kỹ thuật: vẽ chi tiết, vẽ vật đúc, vẽ mẫu vẽ hộp lõi đa sang cho phận Trờng đại học bách khoa - 2007 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy mộc mẫu để chế tạo mẫu hộp lõi, sau chuyển cho phận chế tạo khuôn lõi Sau sấy (hoặc không sấy) khuôn lõi, tiến hành lắp ráp khuôn rót kim loại 2.2 phận khuôn đúc Muốn đúc mét chi tiÕt, tr−íc hÕt ph¶i vÏ b¶n vÏ vËt đúc dựa vẽ chi tiết có tính đến độ ngót vật liệu lợng d gia công khí Căn theo vẽ vật đúc, phận xởng mộc mẫu chế tạo mẫu hộp lõi Mẫu tạo lòng khuôn - có hình dạng bên vật đúc Lõi đợc chế tạo từ hộp lõi có hình dáng giống hình dạng bên vật đúc Lắp lõi vào khuôn lắp ráp khuôn ta đợc khuôn đúc Để dẫn kim loại lỏng vào khuôn ta phải tạo hệ thống rãt 10 Rãt kim lo¹i láng qua hƯ thèng rãt Sau kim loại hoá rắn, nguội đem phá khuôn ta đợc vật đúc Lòng khuôn phù hợp với hình dáng vật đúc, kim loại lỏng đợc rót vào khuôn qua hệ thống rót Bộ phận 11 để dẫn từ lòng khuôn gọi đậu đồng thời làm nhiệm vụ bổ sung kim loại cho vật đúc hoá rắn gọi đậu ngót Hòm khuôn 1, hòm khuôn dới để làm nửa khuôn dới Để lắp nửa khuôn xác ta dùng chốt định vị Vật liệu khuôn gọi hỗn hợp làm khuôn (cát khuôn) Để nâng cao độ bền hỗn hợp làm khuôn khuôn ta dùng xơng Để tăng tính thoát khí cho khuôn ta tiến hành xiên lỗ thoát khí 11 10 1234567891011- Hòm khuôn Chốt định vị Mặt phân khuôn Cát khuôn Xơng khuôn Lòng khuôn Lõi RÃnh thoát khí Hòm khuôn dới Hệ thống rót Đậu (hoặc ®Ëu ngãt) H.2.2 C¸c phận khuôn đúc cát Trờng đại học bách khoa - 2007 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 2.3 Hỗn hợp làm khuôn làm lõi Hỗn hợp làm khuôn làm lõi gồm: cát, đất sét, chất kết dính, chất phụ, nớc v.v Có loại: loại cũ (đà dùng) loại chế tạo 2.3.1 Các loại vật liệu làm khuôn làm lõi Chủ yếu cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ v.v a/ Cát Thành phần chủ yếu cát SiO2, có Al2O3, CaCO3, Fe2O3 Cát đợc phân loại: - Theo nơi lấy cát: gồm cát núi hạt sắc cạnh, cát sông hạt tròn - Theo độ hạt: Ngời ta xác định độ hạt cát theo kích thớc lỗ rây b/ Đất sét Thành phần chủ yếu: cao lanh mAl2O3, nSiO2, qH2O, có tạp chất: CaCO3, Fe2O3, Na2CO3 Đặc điểm: Dẻo, dính có lợng nớc thích hợp, sấy độ bền tăng nhng dòn, dễ vỡ, không bị cháy rót kim loại vào Có loại: Đất sét thờng hay cao lanh có sẵn tự nhiên Thành phần chủ yếu Al2O3.2SiO2.2H2O, loại để làm khuôn đúc thờng, có màu trắng, khả hút nớc kém, tính dẻo dính kém, bị co sấy Nhiệt độ nóng chảy cao (1750ữ17850C) Đất sét bentônit: thành phần chủ yếu là: Al2O3.4SiO2.H2O Nó đất sét trắng có tính dẻo dính lớn, khả hút nớc trơng nở lớn, bị co nhiều sấy, hạt mịn, nhiệt độ chảy thấp (1250ữ13000C) Do núi lửa sinh lâu ngày biến thành Loại để làm khuôn quan trọng cần độ dẻo, bền cao c/ Chất kết dính: Chất dính kết chất đa vào hỗn hợp làm khuôn, lõi để tăng tính dẻo hỗn hợp Những chất dính kết thờng dùng: - Dầu: dầu lanh, dầu bông, dầu trẩu đem trộn với cát sấy t0=200ữ2500C , dầu bị oxy hoá tạo thành màng ôxyt hữu bao quanh hạt cát làm chúng dính kết với - Nớc đờng (mật): dùng để làm khuôn, lõi đúc thép Loại khị sấy bề mặt, khuôn bền nhng bên dẻo nên đảm bảo độ thoát khí tính lún tốt Khi rót kim loại bị cháy, tăng tính xốp, tính lún, thoát khí dễ phá khuôn nhng hút ẩm nên sấy xong phải dùng - Các chất dính kết hoá cứng: Nhựa thông, ximăng, hắc ín, nhựa đờng Khi sấy chúng chảy lỏng bao quanh hạt cát Khi khô chúng tự hoá cứng làm tăng độ bền, tính dính kết cho khuôn Thờng thờng dùng loại ximăng pha vào hỗn hợp khoảng 12%, độ ẩm hỗn hợp 6ữ8%, để không khí 24ữ27 có khả tự khô, loại bền Trờng đại học bách khoa - 2007 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy - Nớc thuỷ tinh: loại dung dịch silicat Na2O.nSiO2.mH2O K2O.nSiO2.mH2O sấy 200ữ2500C, tự phân huỷ thành nSiO2.(m-p)H2O loại keo dính Khi thổi CO2 vào khuôn đà làm xong, nớc thuỷ tinh tự phân huỷ thành chất keo trên, hỗn hợp cứng lại sau 15ữ30 phút d/ Các chất phụ: Chất phụ chất đa vào hỗn hợp để khuôn lõi có số tính chất đặc biệt nh nâng cao tính lún, tính thông khí, làm nhẵn mặt khuôn, lõi tăng khả chịu nhiệt cho bề mặt khuôn lõi, gồm loại: - Chất phụ gia: hỗn hợp thờng cho thêm mùn ca, rơm vụn, phân trâu bò khô, bột than Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, chất cháy để lại khuôn lỗ rỗng làm tăng tính xốp, thông khí, tính lún cho khuôn lõi Tỉ lệ khoảng 3% cho vật đúc thành mỏng 8% cho vật đúc thành dày - Chất sơn khuôn: Để mặt khuôn nhẵn bóng chịu nóng tốt, ngời ta thờng quét lên bề mặt lòng khuôn, lõi lớp sơn, bột than, bột gratit, bột thạch anh dung dịch chúng với đất sét Bột than gratit quét vào thành khuôn, rót kim loại vào cháy tạo thành CO, CO2 làm thành môi trờng hoàn nguyên tốt, đồng thời tạo lớp khí ngăn cách kim loại lỏng với mặt lòng khuôn làm cho mặt lòng khuôn không bị cháy cát tạo cho việc phá khuôn dễ dàng 2.3.2 Hỗn hợp làm khuôn, lõi a/ Hỗn hợp làm khuôn : có hai loại Cát áo: Dùng để phủ sát mẫu chế tạo khuôn nén cần có độ bền, dẻo cao, đồng thời trực tiếp tiếp xúc với kim loại lỏng nên cần phải có độ chịu nhiệt cao, độ hạt cần nhỏ để bề mặt đúc nhẵn bóng, thông thờng cát áo làm vật liệu mới, chiếm khoảng 10ữ15% tổng lợng cát khuôn Cát đệm: Dùng để đệm cho phần khuôn lại, không trực tiếp tiếp xúc với kim loại lỏng nên tính chịu nhiệt, độ bền không cần cao lắm, nhng tính thông khí tốt chiếm 85ữ90% lợng cát Vật đúc lớn yêu cầu độ hạt hỗn hợp làm khuôn lớn để tăng tính thông khí b/ Hỗn hợp làm lõi Điều kiện làm việc lõi bất lợi nên hỗn hợp cần độ bền, tính lún, độ thông khí cao làm khuôn nhiều Để tăng độ bền cần giảm lợng đất sét, để tăng tính chịu nhiệt P, lợng thạch anh đạt tới 100%, dùng hỗn hợp cũ, độ thông khí yêu cầu cao, dùng hạt cát có độ hạt 02 nhiều chất phụ Hầu hết lõi phải sấy trớc lắp vào khuôn Trờng đại học bách khoa - 2007 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 2.4 mẫu hộp lõi 2.4.1 Khái niệm Bộ mẫu công cụ dùng tạo hình khuôn đúc Bộ mẫu bao gồm : MÉu chÝnh, tÊm mÉu, mÉu cđa hƯ thèng rãt, ®Ëu hơi, đậu ngót Tấm mẫu để kẹp mẫu làm khuôn, dỡng để kiểm tra; mẫu để tạo nên hình dáng lòng khuôn làm khuôn đúc, nói cách khác mẫu tạo nên hình dáng bên vật đúc Hộp lõi dùng để chế tạo lõi Lõi dùng để tạo nên hình dáng bên vật đúc đúc kim loại 2.4.2 Vật liệu làm mẫu hộp lõi a/ Yêu cầu: - Bảo đảm độ bóng, xác gia công cắt gọt - Cần bền, cứng, nhẹ, không bị co, trơng, nứt, công vênh làm việc - Chịu đợc tác dụng cơ, hoá hỗn hợp làm khuôn, bị mòn, không bị rỉ ăn mòn hoá học Rẻ tiền dể kiếm b/ Các loại vật liệu làm mẫu hộp lõi - Gỗ: u điểm gỗ rẻ, nhẹ, dễ gia công, nhng có nhợc điểm độ bền, cứng kém; dễ trơng, nứt, công vênh nên gỗ dùng sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ, trung bình làm mẫu lớn Thờng dùng: gỗ lim, gụ, sến, gỗ mỡ, dẻ, gỗ thông, bồ ®Ị - Kim lo¹i: cã ®é bỊn, cøng, ®é nhẵn bóng, độ xác bề mặt cao, không bị thấm nớc, bị cong vênh, thời gian sử dụng lâu hơn, nhng kim loại đắt khó gia công nên sử dụng sản xuất hàng khối hàng loạt Thờng dùng: hợp kim nhôm silic hợp kim nhôm đồng gồm Al12, Al24, Al26, Al28 , Gang xám: Gx12-28; Gx15-32; Gx18-36 , Đồng thau đồng - Thạch cao: nhẹ, dễ chế tạo, dễ cắt gọt Nhng giòn, dễ vỡ, dễ thấm nớc Nên làm mẫu nhỏ làm tay, tiện lợi làm mẫu ghép dùng đúc đồ mỹ nghệ (vì dễ sửa) - Ximăng: Bền, cứng thạch cao, chịu va chạm tốt, rẻ, dễ chế tạo, nhng nặng không hút nớc, khó gọt, sửa nên dùng làm mẫu, lõi phức tạp, mẫu lớn, mẫu làm khuôn máy 2.5 Các phơng pháp làm khuôn làm lõi Trong sản xuất đúc, khuôn đúc đóng vai trò quan trọng, yếu tố định chất lợng vật đúc Thờng có tới 50 đến 60% phế phẩm khuôn đúc gây Vì phải tuân thủ quy trình công nhgệ làm khuôn chặt chẽ Khuôn đúc có loại: khuôn dùng lần, khuôn bán vĩnh cữu làm vật liệu chịu nóng đa sấy Trờng đại học bách khoa - 2007 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy 600ữ7000C, sau lấy vật đúc đem sửa chữa dùng lại đợc số lần (50ữ200 lần) Khuôn vĩnh cữu làm kim loại dùng sản xuất hàng loạt hàng khối 2.5.1 Các phơng pháp làm khuôn a/ phơng pháp làm khuôn tay Làm khuôn tay có đặc điểm: độ xác khuôn không cao, suất thấp, yêu cầu tay nghề cao, điều kiện làm việc nặng nhọc nhng đúc đợc vật đúc phức tạp có kích thớc khối lợng tuỳ ý Do làm khuôn tay thích ứng với sản xuất đơn hàng loạt nhỏ - Làm khuôn hòm khuôn với mẫu nguyên Làm nửa khuôn dới: Đầu tiên đặt mẫu lên mẫu, đặt hòm khuôn lên mẫu, đổ cát áo xung quanh mẫu, đổ cát đệm, dầm chặt lần thứ nhất, đổ tiếp cát đệm dầm chặt, phẳng, xăm khí (a) Làm nửa khuôn trên: Quay nửa khuôn dới 1800, lấy mẫu, đặt hòm khuôn lên, bắt chốt định vị, đặt mẫu đậu hơi, mẫu ống rót, mẫu rÃnh lọc xĩ, đổ cát áo xung quanh mẫu tiến hành làm khuôn nh hòm khuôn dới (b, c) Tháo lắp khuôn: Tháo chốt định vị, tháo nửa khuôn ra, rút mẫu, khoét rÃnh dẫn cốc rót, sửa chữa nơi bị h hỏng, quét sơn lên mặt phân khuôn, lắp ráp khuôn lại, bắt chặt cấu kẹp chặt (d) a/ c/ b/ d/ H.2.3 Làm khuôn hòm khuôn - Làm khuôn xởng Làm khuôn xởng dùng xởng tạo khuôn dới Phơng pháp thích ứng sản xuất đơn hàng loạt nhỏ, vật đúc trung bình lớn không yêu cầu bề mặt nhẵn đẹp, kích thớc không cần xác Trờng đại học bách khoa - 2007 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy Trên xởng đào lỗ có chiều sâu lớn chiều cao mẫu 300ữ400 mm, dầm chặt đáy lỗ đổ lớp xĩ sỏi dày 150ữ200 mm Để tăng độ thoát khí, đặt hai ống nghiệm dẫn khí ngoài, đổ lớp cát đệm sau cát áo dầm chặt ít, ấn mẫu xuống để mặt phân khuôn mẫu trùng mặt nền, rắc lớp bột cách đặt hòm khuôn lên, cố định vị trí hòm chốt sát vào thành hòm tiến hành làm khuôn Nhắc hòm khuôn cắt màng dẫn 8, rút mẫu lắp khuôn vào, tạo cốc rót 7, đặt tải trọng đè rót kim loại 123456789- sái (hc xØ) ống nghiệm Cát áo Hòm khuôn Đậu Tải trọng đè Cốc rót RÃnh dẩn Chốt định vị H.2.4 Làm khuôn xởng với đệm cứng b/ Các phơng pháp làm khuôn máy Làm khuôn máy tức khí hoá hoàn toàn trình làm khuôn số nguyên công nh dầm chặt rút mẫu Làm khuôn, ruột máy nhận đợc chất lợng tốt, suất cao song vốn đầu t cao nên dùng sản xuất hàng loạt hay hàng khối - Dầm chặt khuôn đúc: Có nhiều kiểu dầm chặt hỗn hợp làm khuôn đúc cách ép xuống, ép dới lên ép cà phía Máy ép làm khuôn có suất cao, không ồn nhng độ dầm chặt thay đổi mạnh theo chiều cao Khi ép độ dầm chặt mặt dới khuôn thấp nên chịu áp lực kim loại lỏng Máy ép thích hợp với hòm khuôn thấp h, mm 123g/cm3 456789- h, mm g/cm3 Trờng đại học bách khoa - 2007 a/ H.2.5 Máy ép làm khuôn đúc b/ bàn máy mẫu hòm khuôn hòm khuôn phụ chày ép xà ngang van khí phíttông đẩy xilanh Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy Dầm chặt khuôn đúc thực máy dằn (H.2.6a) máy vừa dằn vừa ép (H.2.6b): 4 h, mm h, mm g/cm3 g/cm3 11 10 a b H.2.6 a/ Dầm chặt khuôn đúc máy dằn b/ Dầm chặt khuôn đúc máy vừa dằn vừa é Trong thực tế làm khuôn thấp dùng máy ép, làm khuôn cao dùng máy dằn vừa dằn vừa ép - Các phơng ph¸p lÊy mÉu b»ng m¸y: ViƯc lÊy mÉu khái khuôn đợc tiến hành cấu: đẩy hòm khuôn, bàn quay, bàn lật rút mẫu 3 2 a/ b/ H.2.7 a/ Lấy mẫu nhờ đẩy hòm khuôn chốt nâng b/ Lấy mẫu nhờ đẩy hòm khuôn chốt nâng đỡ a Trờng đại học bách khoa - 2007 H.2.8 Lấy mẫu kiểu bµn quay b ...Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy Phần thứ Kỹ thuật đúc Chơng 1: khái niệm chung 1.1 Thực chất, đặc điểm công dụng 1.1.1 Thực chất Đúc phơng pháp chế tạo sản phẩm cách rót kim loại... Phòng kỹ thuật có nhiệm vụ lập phiếu công nghệ thiết kế vẽ kỹ thuật: vẽ chi tiết, vẽ vật đúc, vẽ mẫu vẽ hộp lõi đa sang cho phận Trờng đại học bách khoa - 2007 Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy. .. H.2.5 Máy ép làm khuôn đúc b/ bàn máy mẫu hòm khuôn hòm khuôn phụ chày ép xà ngang van khí phíttông đẩy xilanh Giáo trình: kỹ thuật chế tạo máy Dầm chặt khuôn đúc thực máy dằn (H.2.6a) máy vừa