đồ án thiết kế công nghệ đúc

Tăng cường mối quan hệ giữa đúc và chế tạo cơ khí sẽ tạo điều kiện nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.Để sản xuất ra vật đúc phải quan tâm đến toàn bộ quá trình sản xuất từ ngu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

CHUYÊN NGÀNH ĐÚC – K63 -o0o -

Mục lụcLời cảm ơn

Lời giới thiệu

I Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc 1

1 Đọc bản vẽ chi tiết đúc 1

2 Điều kiện làm việc của chi tiết 1

3 Đặc điểm của vật liệu chế tạo 2

III Tính Toán lượng dư cho vật đúc 6

1 Cấp chính xác, sai lệch kích thước và sai lệch khối lượng của vật đúc 6

a Cấp chính xác: 6

b Sai lệch khối lượng vật đúc: 6

2 Lượng dư gia công cơ khí 7

3 Lượng dư bù co 7

4 Lượng dư công nghệ 7

b Lượng dư do độ xiên của thành vật đúc sinh ra 7

c Lượng dư lấy mẫu 8

5 Kích thước phôi 8

IV Thiết kế ruột và hộp ruột 8

1 Yêu cầu đối với ruột 8

VII Thiết kế bộ mẫu 23

1 Các yêu cầu khi thiết kế mẫu 23

2 Phương án thiết kế bộ mẫu 23

3 Bộ mẫu 23

VIII Bản vẽ 25

1 Bản vẽ Công nghệ 25

2 Bản vẽ ráp khuôn 25

Lời cảm ơn

Tra2Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Trần Đức Huy đã trang bị cho emnhững kiến thức, kĩ năng cơ bản cần có để em có thể hoàn thành đồ án thiết kế đúc này.

Tuy nhiên trong quá trình làm đồ án, do kiến thức chuyên ngành còn hạn chế nên em vẫn còn nhiều thiếu sót trong việc trình bày đồ án Rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của các thầy/ cô giảng viên trong bộ môn để đồ án của em được đầy đủ và hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cảm ơn.

Lời giới thiệu

Ngành chế tạo máy giữ một vai trò quan trọng trong sự nghiệp xây dựng đất nước Mặc dầu có nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật ở khâu chế tạo phôi, song cho đến nay phần lớn chi tiết của máy móc (khoảng 40 – 60%) vẫn được chế tạo bằng phương pháp đúc.

Khi thiết kế một chi tiết đúc, phải thỏa mãn các yêu cầu về cơ tính và các tính chất làm việc khác đồng thời phải đảm bảo tính dễ đúc Ngược lại khi thiết kế một công nghệ đúc cần phải chú ý đến quá trình gia công cơ khí về sau này, nhất là trong sản xuất lớn Tăng cường mối quan hệ giữa đúc và chế tạo cơ khí sẽ tạo điều kiện nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.

Để sản xuất ra vật đúc phải quan tâm đến toàn bộ quá trình sản xuất từ nguyên liệu đến thành phẩm: không những chú ý đến các quá trình công nghệ (làm mẫu, làm khuôn, nấu rót, chuẩn bị hỗn hợp, làm sạch, xử lý hỗn hợp đã sử dụng…) mà còn phảichú đến hàng loạt các vấn đề khác (vận chuyển trong xưởng, kiểm nghiệm nguyên liệu và thành phẩm, bảo quản kho, sữa chữa máy…) Ở mỗi khâu của sản xuất đều phải có thiết kế, hướng dẫn hoặc quy định kỹ thuật.

I Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc

1 Đọc bản vẽ chi tiết đúc

Đọc kỹ bản vẽ chi tiết đúc giúp cho ta hình dung một cách đầy đủ về chi tiết đúc để từđó ta sẽ dựa trên nhưng nguyên tắc trình bày sau này để chọn mặt phân khuôn, ráp khuôn, thiết kế ruột, đậu ngót và hệ thống rót, vật làm nguội, lượng dư gia công, lượng dư công nghệ một cách thích hợp nhất đối với quy mô sản xuất và trang thiết bịcó của phân xưởng.

Bản vẽ chi tiết đúc:

2 Điều kiện làm việc của chi tiết

Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết là điều kiên rất cần thiết khi thiết kế công nghệ đúc, qua đó đề ra các biện pháp trong quá trình chế tạo vật đúc Ở đồ án này , chitiết cần thiết kế đúc là Mặt bích

Đặc điểm và điều kiện làm việc của Mặt bích

- Là chi tiết dạng bạc, là bộ phận thường gặp trong các hệ thống truyền động cơ khí.

- Là chi tiết dung để lót các ổ, lỗ trên thân máy, chịu tác dụng của cổ trục, tránh mòn cho ổ và cổ trục làm việc trong điều kiên chịu ma sát Nhờ có bạc, cổ trục có vị trí nhất dịnh trong thân máy và quay tự do quanh một tâm đã định.- Bề mặt làm việc chủ yếu của Mặt bích là bề mặt đầu và mặt trong của lỗ do đó

đòi hỏi độ nhám bề mặt thấp và độ chính xác tương quan như độ song song, độ đồng tâm, độ vuông góc.

3 Đặc điểm của vật liệu chế tạo

Một số hợp kim đúc đều có đặc tính riêng về tính đúc, do đó khi thiết kế công nghệ cần phải cần phải chú ý để có biện pháp công nghệ thích hợp.

Vật liệu dùng để chế tạo chi tiết trên là thép C45–TCVNTiêu chuẩn Mỹ (AISI/SAE): 1045C

Tiêu chuẩn Nhật (JIS): S45C- Thành phần hóa học:

4 Phân tích tính công nghệ

Chi tiết có dạng hình trụ đều.

Chi tiết có một lỗ lớn hình côn với kích thước hai đầu lần lượt là - và 8 lỗ nhỏ có kích thướng khoảng

Bề mặt làm việc chủ yếu là bề mặt đầu và mặt trong của lỗ.

5 Chọn phương pháp đúc

Dựa vào điều kiện làm việc của chi tiết, vào kích thước cũng như hình dạng của chi tiết và đặc biệt là từ số lượng chi tiết cần đúc từ đó ta có thể tính toán và đưa ra

phương pháp đúc phù hợp nhất Đối với vật đúc là Mặt bích mà ta đang nghiên cứu thì để đảm bảo tính công nghệ của chi tiết, cũng như đảm bảo về mặt kinh tế và đặc biệt quan trọng là điều kiện sản xuất tại các xưởng đúc tại Việt Nam trong quá trình thiết kế ta chọn:

- Phương pháp đúc: đúc trong khuôn cát nước thủy tinh.

- Dùng khuôn tươi đúc một lần, không qua quá trình sấy hay tăng bền bằng các phương pháp khác Vì vậy đặc điểm của phương pháp ta chọn là nhanh chóng và kinhtế, phù hợp với số lượng chi tiết cần đúc và cả hợp kim đúc theo yêu cầu Nhưng chú ý đến độ ẩm để đúc tốt hơn.

- Phương pháp làm khuôn: làm khuôn bằng tay.

- Loại mẫu: mẫu bổ đôi, mặt phân khuôn trùng với mặt phân mẫu, mẩu gỗ.* Ưu và nhược điểm cơ bản đối với vật đúc đang thiết kế của hỗn hợp làmkhuôn bằng cát nước thủy tinh là :

Độ chính xác khuôn ruột cao

Không tác dụng với cát và sơn: khi rót kim loại lỏng, khi đông đặc sẽ không tạothành chất lẫn trong chi tiết và không gây cháy cát xấu bề mặt.

Không sinh khí và không hút ẩm,

Không độc hại, không gây hại cho môi trường.

Ngày nay có hỗn hợp cát-nước thủy tinh tự đóng rắn thì dễ phá dỡ hơn và thôngkhí tốt hơn hiều so với hỗn hợp cát nước thủy tinh truyền thống.

Nhược điểm:

Tính phá dỡ kém Vì có độ bền khuôn sau đóng rắn rất cao dẫn tới khó phá dỡ.Khi làm khuôn cát-nước thủy tinh cần cho thêm chất phụ để cải thiện tính phádỡ (giảm độ bền khô): bột đá, sét chịu lửa/ dầu ma zut, nhựa pec, polyme.

Có tính ăn da tay

Hỗn hợp không dùng lại được, khó tái sinh được cát.

Khắc phục: Sử dụng hỗn hợp chất phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ để dễ phá khuôn.

II Phương án bố trí vật đúc trong khuôn

1 Chọn vị trí vật đúc trong khuôn

Bố trí vật đúc trong khuôn đòi hỏi sao cho có thể dễ lấy sản phẩm sau đúc ,dễdàng cho quá trình làm khuôn,tiết kiệm chi phí,quan trọng hơn hết là phải đảmbảo chất lượng vật đúc tránh các khuyết tật Bố trí vật đúc trong khuôn đòi hỏituân thủ các nguyên tắc cơ bản sau:

Bề mặt nào quan trọng hơn nên đặt phía dưới của khuôn Phần lớn khối lượng nằm ở hòm khuôn dưới

Nếu có ụ cát thì nên đặt ở hòm khuôn dưới và phải đảm bảo ụ cát đượcbền vững.

Tạo mọi điều kiện để các khuyết tật nằm ở những phần có thể cắt bỏ điđược

Vị trí vật đúc phải đảm bảo ít tốn kém nhất về vật liệu, về nguyên công vềmẫu và hòm khuôn, ruột…

Vị trí trong khuôn rót phải bố trí sao cho dễ đặt ruột và đảm bảo sao choruột chắc chắn trong suốt quá trình đúc

Ngoài ra còn một số nguyên tắc khác.

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

Dựa trên nguyên tắc sau dây:

- 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 ñồng thời là mặt phân mẫu.

- Mặt ráp khuôn nên là phẳng, ụ cát nếu có nên nằm ở hòm khuôn dưới.

- Vị trí của mẫu khi làm khuôn cũng như mặt ráp khuôn nên chọn sao cho số ruột là ít nhất, nếu được nên dùng ụ cát.

- Vị trí của mẫu khi làm khuôn và mặt ráp khuôn nên chọn sao cho có số lượng miếngrời là ít nhất Nếu được phép của người thiết kế chi tiết, có thể thay ñổi kết cấu của vật đúc một ít để có thể thay thế miếng ròi bằng ruột.

- Vị trí của mẫu khi làm khuôn và mặt ráp khuôn phải chọn sao cho chiều cao chung của khuôn là bé nhất Nếu không quá cao:

+ Khó lấy mẫu khỏi khuôn.+ Khó đặt ruột vào khuôn.+ Khó tìm hòm khuôn thích hợp.

+ Áp lực kim loại lớn làm khuôn dễ phình, dễ nổi hòm khuôn trên.

- Vị trí của mẫu khi làm khuôn và mặt ráp khuôn cố gắng chọn sao cho toàn bộ phần vật đúc yêu cầu độ chính xác cao nằm trong một hòm khuôn và tốt nhất là cả vật đúc nằm ở hòm khuôn dưới.

- Cố gắng chọn mặt ráp khuôn sao cho tất cả các ruột nều nằm ở phần khuôn dưới dễ lắp ruột, dễ kiểm tra vị trí của ruột trong khuôn.

- Mặt ráp khuôn phải bố trí sao cho các mặt vừa không gia công vừa không được phépcó độ nghiêng của vật đúc, đều không phải do các thành bên của vật đúc tạo nên.- Khi vật đúc có khe hẹp hoặc thành mỏng cần phải đảm bảo chiều dày của khe hay thành thì cần phải chọn mặt ráp khuôn sao cho những phần này cùng nằm trên một hòm khuôn.

3 Bố trị vật đúc trong khuôn

a Phương án 1

Phần lớn vật đúc ở nửa khuôn dưới

- Ưu điểm: hòm khuôn thấp, dễ lấy mẫu dễ, dễ đặt ruột.

- Nhược điểm: chiều cao vật đúc khi rót h lớn Nếu muốn hạ thấp h cần thêm nhiều nguyên công.

b Phương án 2

- Ưu điểm: hòm khuôn thấp, làm khuôn rót đơn giản, dễ lấy mẫu, dễ đặt ruột.- Nhược điểm: mẫu nhiều bộ phận.

c Phương án 3

- Ưu điểm: không có ưu điểm gì đáng kể.

- Nhược điểm: hòm khuôn quá cao, khó đặt ruột, khó lấy mẫu.

Sau khi so sánh các ưu nhược điểm của 3 phương án, ta chọn phương án 2.

III Tính Toán lượng dư cho vật đúc

1 Cấp chính xác, sai lệch kích thước và sai lệch khối lượng của vật đúc

+ Sai lệch khối lượng của vật đúc là (±) 8% , tức là (±) 1.48 (kg)c Sai lệch kích thước vật đúc:

- Tra bảng 15 sai lệch cho phép về kích thước vật đúc bằng gang xám theo TCVN

385-70 và bằng thép sách Thiết kế đúc-Nguyễn Xuân Bông cho vật đúc có cấp chính xác bằng II và kích thước choáng chỗ lớn nhất dưới 260 (mm) ta có:

Kích thước danh nghĩa(mm)

Sai lệch cho phép (mm)

2 Lượng dư gia công cơ khí

Lượng dư cho gia công cơ của vật đúc bằng thép theo bảng 21 lượng dư cho gia công cơ của vật đúc thép sách Thiết kế đúc-Nguyễn Xuân Bông ta có:

Với cấp chính xác của vật đúc bằng II và kích thước choán chỗ lớn nhất của vật đúc là 120-260 (mm)ta có

Kích thước danh nghĩa (mm) Lượng dư cho gia công (mm)

4 Lượng dư công nghệ

a Lượng dư công nghệ do các hốc, rãnh, lỗ

Trên chi tiết đúc là Mặt bích không có các lỗ có kích thước nhỏ nên ko tồn tại lượng dư cho việc khoan lỗ.

b Lượng dư do độ xiên của thành vật đúc sinh ra

Trị số độ xiên thoát khuôn ở mặt ngoài của mẫu:Chiều cao thoát khuôn

c Lượng dư lấy mẫu

Để bù trừ cho việc thành vật đúc bị dày lên do việc lấy mẫu ra hoặc do khuôn bị phình, ta phải giảm kích thước tương ứng ở mẫu một lượng nào đó để sau đó tạo thành kích thước chi tiết như mong muốn (lượng dư âm) -Dựa theo bảng 27 sách Thiết kế đúc-Nguyễn Xuân Bông trang 96 lượng dư âm trên mẫu (mm) đối với chi tiếtcó khối lượng 18.5 kg (dưới 50 kg) và chiều dày thành vật đúc từ 60 -80 mm, ta có lượng dư âm là không đáng kể.

5 Kích thước phôi

IV Thiết kế ruột và hộp ruột

1 Yêu cầu đối với ruột

Yêu cầu: đơn giản, dễ làm, đảm bảo độ thông hơi, thông khí của ruột, chịu được trọnglượng của bản thân ruột và lực tác dụng của kim loại lên ruột.

- Một chi tiết gồm 1 ruột lớn ở giữa và 6 ruột nhỏ xung quanh.

- Hỗn hợp làm ruột: sử dụng hỗn hợp cát nước thủy tinh (thổi CO2) làm ruột Làm nhanh và ruột chắc chắn

- Kiểu đặt ruột: đặt ruột nằm đứng, có 2 đầu gác ruột.Các thông số của ruột thẳng đứng.

Quy trình làm ruột: do ruột có kích thước nhỏ, tương đối đơn giản nên ta có thể thực hiện làm ruột hàng loạt Làm ruột bằng hỗn hợp cát nước thủy tinh hóa bền bằng thổi CO2 Thổi khí CO2 vào ruột bằng cách dung que xiên đường hơi vào trong ruột Ruột được làm trong hộp ruột bằng gỗ Để lấy ruột ra khỏi hộp ruột thì cần gia công bề mặt hộp ruột thật bóng.

S3: 2 mm

- Độ nghiêng của đầu gác ở mẫu gỗ: α: 7°

β: 10°

S3: 2 mm

c Độ nghiêng của đầu gác ở mẫu gỗ: α: 6°

β: 8°

+ Ít biến dạng, dễ xiên hơi.

- Do sản xuất loạt nhỏ, và làm ruột bằng tay nên ta chọn hộp ruột bằng gỗ, cũng như giảm chi phí sản xuất.

- Ta dung hộp ruột bổ đứng, hở.- Cấu tạo hộp ruột:

Ghép gỗChốt định vịKẹp hai nửa hộp ruộta Hộp ruột lớn

Bản vẽ kích thước hộp ruột lớn

Bản vẽ ráp hộp ruột

b hộp ruột nhỏ

Bản vẽ kích thước hộp ruột nhỏ

Bản vẽ ghép hộp ruột nhỏ

V Tính toán thiết kế hệ thông rót

Sơ đồ bố trí hệ hống rót trong khuôn:

Ta có:

- Chi tiết đang thiết kế đúc có bề dày không đồng đều nên ta tính bề dày trung bình của vật đúc như sau:

µ : hệ số trở lực chung của khuôn

htb : cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại (cm) ;G : khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót (kg);t : thời gian rót hợp lý (s) ;

tốc độ cung cấp kim loại từ thùng rót (kg/s);

- Cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại trong thời gian rót khuôn được tính bằng công thức:

Với áp suất thủy tĩnh ban đầu: Ho=3.5+6.0=9.5 (cm)Chiều cao vật đúc trên rãnh dẫn: P= 3.5 (cm)Chiều cao vật đúc ở vị trí khi rót: C=7 (cm) (cm)

- Hệ số trở lực chung của khuôn:

Tra cứu bảng 36 sách Thiết kế đúc cho trường hợp trở lực khuôn trung bình ta có µ= 0,38.

Tùy thuộc vào điều kiện rót khuôn nên hệ số trở lực hiệu chỉnh như sau:+ Đậu ngót hở: +0,2

+ Hệ thống rót phân nhánh vói nhiều rãnh dẫn: -0,1 µ=0.48

Tiết diện ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót F = 6.27 (cm )min 2

Với vật đúc bằng thép, tiết diện ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót là tiết diện rãnh dẫn nên tổng tiết diện rãnh dẫn là F = F =6.27 (cm )dmin 2

Fx=6.58 (cm )2Fr=7.52 (cm )2

e Xác định hình dáng và kích thước các thành phần của hệ thống rót- Kích thước phễu rót:

Fr=7.52 (cm ) => Đường kính ống rót d= 31(mm) Ngoại suy bảng 39 sách Thiết kế2đúc-Nguyễn Xuân Bông cho cốc rót thông thường ta có:

Đường kính

ống rót d(mm) D (mm) D1 (mm) H (mm) phễu (cm )Dung tích3

- đậu ngót còn có thể làm nhiệm vụ đậu hơi để thoát khí và chất bẩn ra khỏi khuôn Vìvậy nếu có thể nên bố trí đậu ngót ở những chổ cao của vật đúc.

b Lựa chọn đậu ngót

Với các nút nhiệt có trong vật đúc và các đậu ngót ta chọn đậu ngót hở Vì vật đúc khá đơn giản, không có kết cấu quá phức tạp, vật đúc nằm không quá sâu so với bề mặt hòm khuôn trên Và đậu ngót hở làm cho quá trình làm khuôn bằng tay dễ dàng.- Chọn đậu ngót đặt trên và hở

- Loại đậu ngót thường- Chọn sơ bộ hai đậu ngót

- Đậu ngót nằm trên phần hình trụ nhô lên của vật đúc

2 Tính toán kích thước đậu ngót

Xét công thức:

Trong đó : :nhiệt dung riêng

V: thể tích vật thể

A: diện tích xung quanh của vật thểVậy để tính toán khối lượng,kích thước đậu ngót thì:Chọn = 1,3 (*tham khảo vật liệu công nghệ khuôn cát) : đường kính lớn đậu ngót (cm)

H: chiều cao đậu ngót (cm)

Coi đậu ngót hình cụt là đậu ngót hình trụ để dễ tính toán:

Dựa vào phần mềm Solidwork ta tính được khối lượng,thể tích,diện tích xung quanh của vật đúc:

Vvật đúc= 2341 cm3

Avật đúc= 1877 cm

Từ (2) = 1,3 =

= =

Vì là đậu ngót hở nên không xét truyền nhiệt lên 2 mặt đáy => khi tính diện tích xung quanh sẽ không tính đến diện tích 2 mặt đáy.

Ta có: Dtrụ= 5.68 (cm)

Với D =2.6 (cm) D =8.76 (cm)nhỏlớn

Vì là đậu ngót hở nên chiều cao phụ thuộc vào chiều cao hòm khuôn (H = 79 mm)nKhối lượng đậu ngót:

mngót= (g) = 1.57 (kg)

Sơ đồ bố trí đậu ngót trong khuôn:

VII Thiết kế bộ mẫu

1 Các yêu cầu khi thiết kế mẫu - Cấu tạo dơn giản, dễ chế tạo.

- Có độ bền tốt, ít bị biến dạng, ít miếng rời, nhẹ.- Có độ chính xác và độ bóng cao

- Dùng được lâu, không bị nở, cong vênh.

2 Phương án thiết kế bộ mẫu

- Loại mẫu: mẫu gỗ bền- Cấp chính xác: 3-2

- Đặc điểm: gỗ mềm vừa, sơn cả

- Cấp chính xác mẫu sản xuất đơn chiếc với kích thước từ 200-300 (mm): ± 1 (mm)- Làm khuôn bằng tay

3 Bộ mẫu

Mẫu gỗ của chi tiết bao gồm :

+ Nửa mẫu trên có gắn chốt định tâm với khe hở đầu gác được vát với góc xiên 10 và chiều dài đầu gác 20 mm

+ Nửa mẫu dưới có gắn lỗ định tâm với khe hở đầu gác được vát với góc xiên 3 và chiều dài đầu gác 20 mm

+ Các mẫu nhỏ cho đầu gác ruột và đậu ngót

+ Kích thước mẫu gỗ đã được cộng sai lệch kích thước.Bản vẽ ghép bộ mẫu

Bản vẽ kích thước bộ mẫu