Đặc điểm chi tiết : Khi thiết kế công nghệ một chi tiết đúc ta phảinghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc để hiểu hình dạng kíchthước, điều kiện làm việc, vị trí của chi tiết trong máy,đặc điểm
Sơ lược về chi tiết
Đặc điểm chi tiết
Khi thiết kế công nghệ một chi tiết đúc ta phải nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc để hiểu hình dạng kích thước, điều kiện làm việc, vị trí của chi tiết trong máy, đặc điểm của vật liệu chế tạo chi tiết cũng như yêu cầu về cơ lý tính của toàn bộ chi tiết, của từng phần chi tiết, cách gia công chi tiết sau này… Tìm hiểu càng đầy đủ bản thiết kế công nghệ đúc càng có chất lượng tốt, sản phẩm ra sẽ đạt hiệu quả kinh tế cao, vật đúc ít bị hư hỏng. Đặc điểm của vật liệu và yêu cầu cơ tính của chi tiết :
Chi tiết có độ dày không đều ( hình chiếu cạnh): Chỗ dày nhất là 100 mm và chỗ dày ít nhất là 56.5 mm
Khối lượng vật đúc được xác định bằng phần mềm solid work là 32 kg.
Hướng đông đặc là từ thành dày đến thành mỏng.
Chi tiết khi đúc cần đặt ruột thẳng đứng.
Ruột cần phải nhỏ hơn kính thước thực của lỗ để đảm bảo lượng dư gia công cũng như độ co ngót của vật liệu.
Vật liệu đúc chi tiết
Trong đồ án Thiết kế công nghệ đúc này, để đúc chi tiết chúng em chọn mác thép C45 vì những đặc tính phù hợp của mác thép đối với yêu cầu của chi tiết.
Thép C45 là thép Carbon có hàm lượng Carbon là 0,45% (0,45%C), ngoài ra loại thép này còn chứa các tạp chất khác như silic, mangan, lưu huỳnh, crom, phốt pho, đồng, niken… C45 là một loại thép hợp kim có hàm lượng cacbon cao, có độ cứng, độ kéo phù hợp cho việc chế tạo khuôn mẫu, ứng dụng trong cơ khí chế tạo máy, các chi tiết chịu tải trọng cao và sự va đập mạnh.
Phân tích và lựa chọn phương án công nghệ đúc
Phương án 1
Mặt phân khuôn là mặt phẳng nên thuận lợi cho việc làm khuôn
Việc đặt đậu ngót cũng dễ dàng và không bị ảnh hưởng tới bề mặt làm việc của chi tiết
Chiều cao của vật đúc trong khuôn thấp.
Việc làm mẫu gỗ đơn giản
Vì mặt phân khuôn cắt mẫu làm đôi nên khi ráp khuôn dễ bị lệch, dễ có bavia ở mặt phân khuôn hơn 1 chút vì phải làm mẫu 2 nửa.
Phương án 2
Mặt phân khuôn là mặt phẳng nên thuận lợi cho việc làm khuôn.
Hệ thống rót được đặt trực tiếp trên bề mặt vật đúc nên điền đầy khuôn nhanh. Ít gây hao phí vật liệu cho hệ thống rót.
Không có hệ thống rãnh lược xỉ và rãnh rót nên dòng chảy kim loại dễ bị cuốn theo những tạp chất làm giảm độ sạch của kim loại dẫn đến sản phẩm đúc không đạt yêu cầu.
Phương án 3
Mặt phân khuôn là mặt phẳng nên thuận lợi cho việc làm khuôn
Hệ thống rót được đặt trực tiếp vào cùng đậu ngót của vật đúc.
Tiêu tốn ít vật liệu vào hệ thống rót.
Không có hệ thống rãnh lược xỉ và rãnh rót nên dòng chảy kim loại dễ bị cuốn theo những tạp chất làm giảm độ sạch của kim loại dẫn đến sản phẩm đúc không đạt yêu cầu.
Phải đặt thêm nhiều đậu hơi để khí trong lòng khuôn thoát ra, đôi khi dùng để bổ sung kim loại cho vật đúc.
Lựa chọn phương án
Qua những phân tích về ưu – nhược điểm của 3 phương án công nghệ đúc trên, chúng em quyết định lựa chọn phương án 1 để thực hiện.
Tính toán các thông số phương án công nghệ đúc
Sai lệch về kích thước và khối lượng
Sai lệch cho phép (±) về kích thước vật đúc bằng thép
Vật đúc với khối lượng 64 kg lấy sai số về khối lượng là 8 với cấp chính xác 2 sản xuất hàng loạt.
Lượng gia công cơ khí :
Với kích thước choán chỗ lớn nhất của vật đúc L = 363 mm ta chọn lượng dư cho gia công cơ: T: 6mm ; D: 5m
Với việc chọn vật liệu chi tiết là Thép C45
Ta lấy lượng co theo chiều dài: 1.5% theo chiều dài nhất của vật đúc là 363 mm
=> Lượng co cho toàn vật đúc là 5.5 mm
Chiều cao thoát khuôn của mẫu 50-100 mm với mẫu gỗ ta lấy độ xiên thoát khuôn là 1° Đường kính đậu ngót là 60 mm nên lượng dư tại chỗ cắt đậu ngót là 5 mm
Kết luận : Lương dư sai lệch tổng: mm
Thiết kế ruột
a) Hình dáng của đầu gác ruột
Khi xác định hình dáng và kích thước của các đầu gác ruột, cần phải tính toán đến:
- Dễ dàng khi đặt ruột vào ổ gác.
- Ngăn ngừa ruột bị xê dịch trong ổ gác theo hướng thẳng góc với trục đầu gác, xê dịch dọc theo trục hoặc xoay quanh trục.
- Lực sinh ra do trọng lượng bản thân ruột, do tác động của kim loại lỏng và áp lực trên một đơn vị bề mặt của ruột gác và dầu gác ruột; tránh bịt kín đường thông hơi và đề phòng mép đầu gác bị vỡ làm rơi hỗn hợp cát vào ổ gác trong khi đặt ruột vào khuôn. Để tránh ruột bị xê dịch dọc hay quay quanh trục, có thể dùng các kiểu khóa ruột. b)Kích thước đầu gác ruột, ổ gác ruột và khe hở giữa chúng
Hình dáng của ruột cơ bản tương ứng với hình dáng phần rỗng trong vật đúc Ta thiết kế ruột dạng hình trụ liền khối được đặt thẳng đứng.
Với đường kình d = 63 mm, chiều dài cảu ruột L = 100 mm.
Ta chọn chiều cao đầu gác ruột dưới h = 35mm=>
Với h = 35 mm theo bảng 32 ta chọn độ nghiêng nửa trên là 7°và nửa dưới là 10°
Khe hở đầu gác ruột theo bảng 33 với h = 35 => S1=S2=0.25 mm, S3=1.5 mm.
Tính toán hệ thống rót
Chiều dày thành vật đúc:
Khối lượng vật đúc: 32 kg
Giả sử khối lượng hệ thống rót bằng 25% vật đúc
Thời gian rót hợp lý được xác định theo công thức thực nghiệm:
Chọn cách dẫn kim loại vào một nửa chiều cao vật đúc và rót tầng nên s = 1.6
Diện tích nhỏ nhất của hệ thống rót ❖
G: Khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót μ: Hệ số trở lực riêng của khuôn (μ = 0,25)
:Cột áp thủy tĩnh trung bình của kim loại t: thời gian rót.
H: áp suất thỷ tĩnh ban đầu lớn nhất = 20 cm
P: chiều cao vật đúc trên rãnh dẫn = 5.5cm
C: chiều cao vật đúc ở vị trí rót = 100 mm
Mà với vật đúc thép tiết diện nhỏ nhất là tiết diện rãnh dẫn nên ta lấy
Mà có 2 rãnh dẫn nên F 1 rãnh dẫn = 3 Đối với vật đúc bằng thép đơn giản thành dày, ta chọn tỷ lệ sau:
+) Đối với rãnh lọc xỉ có:
+) Đối với rãnh dẫn có h = 12 cm a = 25 cm b = 22 cm
+) Đường kính ống rót =2.7 (cm)
=> Kích thước phễu rót: d%, D mm, D1` mm, H mm
Đậu ngót
Vị trí đặt đậu ngót
Cách xác định vị trí đặt đậu ngót dựa theo nguyên tắc sau:+) Đậu ngót được đặt trên phần dày nhất của vật đúc.+) Đậu ngót không làm cản trở sự co tự do của vật đúc Để tránh nứt cổ khi phải đặt ruột xốp ở vùng cản co;
+) Đậu ngót phải dễ cắt ra và dễ làm sạch.
+) đậu ngót còn có thể làm nhiệm vụ đậu hơi để thoát khí và tạp chất ra khỏi khuôn Vì vậy nếu có thể, nên bố trí ddậu ngót ở chỗ cao nhất của vật đúc.
+) Tránh đạt đậu ngót quá sát thành vật đúc tạo nên những khe cát mỏng, Khi rót bị nung nóng nhiều, dễ sinh rỗ ngót ở thành vật đúc
Dựa vào phương pháp tính dậu ngót theo Ken: ở đây tỉ số diện tích bề mặt vật đúc với thể tích với thể tích khó tính sẽ được thay bằng hệ số khuôn (chỉ số hình dạng) dễ xác định hơn:
Trong đó: l – chiều dài vật đúc s – chiều rộng vật đúc g – bề dày thành vật đúc
Dựa vào đồ thi trên với V=3
=> Kích thước của đậu ngót là: H = 100; D 0 nhưng thực tế để tăng khả năng phá dỡ nhưng vẫn đảm bảo kim loại đủ để bù co ta chọn đậu ngót hình nón cụt với kích thước ước chừng mm.
Lực đẩy nổi tác dụng lên hòm trên:
P = k.[ H.(F + Fvđ htr).pkl + (p – pkl r).Vr - q] (kg) k - Hệ số an toàn 1.5 – 3
H - Chiều cao hòm khuôn trên dm
Fvđ - Diện tích hình chiếu bằng của vật đúc (lên mặt ráp khuôn)
Fhtr - Diện tích hệ thống rót ở mặt ráp khuôn pkl - Khối lượng riêng của kim loại lỏng pr - Khối lượng riêng của ruột
Vr - Thể tích ruột không kẻ đầu gác q - Trọng lượng nửa khuôn trên kg
Vr = 0,46 q = 22+ 84 = 106 kg (Bao gồm 22 kg hòm và 84 kg cát)
Vậy ta cần đè khuôn với trọng lượng tối thiểu là 74 kg.
Mẫu, ruột và khuôn
• Do chi tiết sản xuất đơn chiếc, mẫu chế tạo nhanh và đơn giản nên ta chọn phương pháp làm mẫu bằng gỗ
• Hạn chế biến dạng và đảm bảo bề mặt mẫu nhẵn mịn bằng cách sơn mẫu
• Độ xiên thoát mẫu ở mặt ngoài của mẫu: mẫu có chiều cao xấp xỉ 100mm thì chọn độ xiên thoát mẫu là 0 45’ ᵒ
• Để đảm bảo lắp ghép chính xác hai nửa mẫu phải dùng chốt định vị Chốt bằng gỗ rắn, chốt được gắn chặt ở nửa mẫu trên bằng vít, không bôi keo để khi hỏng có thể thay thế phần nhô ra ngoài bằng đường kính chốt, vát trong để gắn vào lỗ chốt khoan vào mặt ráp của mẫu dưới.
• Thanh nhấc, mục đích để rút mẫu ra dễ dàng mà vẫn bảo về được mẫu.
• Kích thước mẫu gỗ được chế tạo có hình dáng giống mẫu vật đúc nhưng do khi đúc sẽ có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến kích thước như độ co ngót của kim loại, sai số trong quá trình làm mẫu, trong khi gia công nên kích thước của mẫu gỗ sẽ được điều chỉnh qua công thức dưới đây:
Lmẫu gỗ = Lvđ + Lco + Lgia công - Lcông nghệ b)Ruột :
• Hình dáng của ruột về cơ bản giống với các phần rỗng trong vật đúc Do bi bao quanh bởi kim loại lỏng nên ruột phải làm bằng vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao, đồng thời phải được sấy kỹ trước khi ráp khuôn để tránh sinh khí
Ruột trong để tạo phần lỗ hình trụ bên trong vật đúc, được làm bằng cát furan Dựa vào tính toán ta có được khuôn ruột như bản vẽ : c) Hòm khuôn :
❖ Hòm dùng để làm khuôn phải đảm bảo độ bền, cứng vững, không thay đổi kích thước, nhẹ,kích thước nhỏ, phù hợp với mẫu
❖ Có nhiều loại hòm khuôn:
Hòm khuôn đúc bằng gang
Hòm bằng hợp kim nhôm
Hòm bằng thép hình, thép tấm.
Hòm lắp ghép bằng nhiều mảnh ( thường dùng cho cỡ lớn)
Hòm dùng làm khuôn bằng tay ( dưới 20kg) Hòm dùng làm khuôn máy yêu cầu kích thước ngoài nhỏ, gia công chính xác, dùng trong dây truyền tự động
❖ Cỡ hòm được xác định bằng kích thước bên trong của hòm, tùy cách bố trí mẫu trong khuôn mà chọn cỡ hòm, để đảm bảo khoảng cách giữa mẫu và thành hòm không quá nhỏ Về cơ bản, ở các xưởng đã có những cỡ hòm tiêu chuẩn, nên chỉ trong những trường hợp thật cần thiết mới cần thiết kế lại hòm khuôn
❖ Ở đây, chi tiết được đúc bằng thép có kích thước và khối lượng khá lớn (xấp xỉ 32kg) nên ta chọn hòm đúc bằng gang vì loại hòm này được sử dụng phổ biến và chi phí thấp, nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về độ bền của hòm khuôn khi đúc.
Vật liệu làm khuôn và ruột
Hỗn hợp cát tươi : là hỗn hợp được trộn đều giữa cát, nước và đất sét theo tỷ lệ nhất định theo quy chuẩn Hỗn hợp cát tươi được phân ra làm hai loại là cát áo hay còn gọi là cát phủ bề mặt sản phẩm và cát đệm là cát có yêu cầu kỹ thuật kém hơn cát áo Cát đệm được dùng đệm phía trên bề mặt cát áo hay sản phẩm Quy chuẩn trộn hỗn hợp cát như sau:
Cát: Tuỳ theo từng loại sản phẩm mà người ta chọn cát làm khuôn, nếu bề mặt sản phẩm yêu cầu mịn, bóng thì cát được chọn sẽ là cát tuyển với độ hạt nhỏ mịn Nếu yêu cầu bề mặt sản phẩm không cao thì ta có thể chọn cát đã qua sử dụng hay còn gọi là cát tái chế Đối với cát tái chế cần được đánh tơi và sàng lọc hết những cục cát to và ba via bằng máy sàng lắc với kích thuớc lỗ sàng 0.4 – 0.6mm
Sét: Sét có khả năng kết dính cao theo tỷ lệ cát Sét thường được dùng đó là sét Bentonit - Nước: Giúp cho khả năng kết dính của sét và cát tốt hơn
Tỷ lệ trộn: Đối với hỗn hợp làm cát đệm: Có thể dùng ngay cát tái chế cho thêm 1 – 2% sét Bentonit và 2.5 – 3.5% nước Hỗn hợp được trộn đều trong máy trộn 0.3m3/h Đối với hỗn hợp cát áo: Là cát được sử dụng phủ lên bề mặt hình dạng sản phẩm nên tiêu chuẩn kỹ thuật của cát áo cần được kiểm tra khắt khe hơn. b) Vật liệu làm ruột : Để đảm bảo độ bền ta sử dụng cát furan để làm ruột. Cát furan là hỗn hỗn gồm cát tuyển, nhựa furan và chất xúc tác cho quá trình đóng rắn (axit) Hỗn hợp cát tuyển + nhựa + axit được trộn đều trong máy trộn dạng tang quay 0.1 /h
Hỗn hợp sẽ được trộn đều theo tỷ lệ:
+ Axit: H3BO4: 40 – 60 % so với lượng dùng nhựa Furan
+ Cát tuyển 97.5 – 98 % Hỗn hợp được trộn đều và sử dụng luôn trong vòng 15 phút, nếu để lâu hỗn hợp sẽ bị chuyển màu và khả năng kết dính sẽ kém đi dẫn đến sản phẩm không đạt chất lượng.
7 Phương pháp nấu luyện thép C45 :
Các yêu cầu, ảnh hưởng đến quá trình nấu luyện :
Bảo đảm quy trình công nghệ làm khuôn đơn giản, thuận tiện Xác định vị trí lòng khuôn trong khuôn đúc để tạo ra hướng kết tinh đúng nhằm nâng cao chất lượng hợp kim đúc loại bỏ các khuyết tật đúc Bảo đảm cho quy trình công nghệ gia công cắt gọt được thuận tiện Bảo đảm cơ tính vật đúc Trong sản xuất đúc, vật đúc được phân chia thành khối lượng gồm: Nhỏ, trung bình, và lớn Vật đúc nhỏ: ≤100 kg
Vật đúc trung bình 100 - 150 kg
Tính chất sản xuất: Đơn chiếc: 1- 50 vật đúc / năm
Hàng loạt: Nhỏ : 50 - 100 vật đúc / năm
Hàng khối: > 10.000 vật đúc / năm Ảnh hưởng của quá trình đúc rót :
Quá trình đúc phải sử dụng các biện pháp bảo vệ hợp lý làm cho chi tiết đạt được sau khi kết tinh đặc chắc và đồng đều Điều đó có thuận lợi cho khâu gia công, nhiệt luyện khi nung nóng và làm nguội sẽ ít gây ứng suất dẫn đến nứt sản phẩm
Khi tính toán được kích thước đậu ngót tối ưu đảm bảo :Dòng rót phải liên tục, không quá mảnh để tránh hiện tượng cuộn xỉ trong thép, ôxy hoá, đưa khí vào trong kim loại lỏng. Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt :
- Sau khi tạo phôi, cần tiến hành ủ hoàn toàn (áp dụng cho thép trước cùng tích) với đặc điểm nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn là austenit, với nhiệt độ ủ là:
Mục đích của ủ hoàn toàn là:
- Làm nhỏ hạt: nếu chỉ nung nóng quá đường AC3 khoảng 20-30°C thì hạt Austenit thu được vẫn nhỏ, nên khi làm nguội tiếp theo tổ chức ferit + peclit nhận được cũng có hạt nhỏ Làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội với độ cứng đạt được là HB = 160-200.
- Khi ủ hoàn toàn thép ta tiến hành các biện pháp gia công cơ khí để đạt được hình dạng yêu cầu.
- Bước đầu tiên là tạo cho lõi có cơ tính tổng hợp cao để chịu được tải trọng tình và va đập bằng cách tôi + ram cao đạt tổ chức xoocbit ram với độ cứngHB$0 -280 (HRC = 25-30).
- Ngoài ra tổ chức này còn có tác dụng phụ nhưng khá quan trọng là: Giúp tạo ra độ bóng cao khi gia công tinh tiếp theo đúng như hình dạng và kích thước yêu cầu.
- Tạo cho bề mặt độ cứng cao và tính chống mài mòn lớn bằng tôi bề mặt và cam thấp.
Quá trình khử tạp chất trong luyện thép :
* Nguồn gốc tạp chất trong thép.
Hàm lượng tạp chất, cách phân bố tạp chất, hình dạng tạp chất và loại tạp chất có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thép Vì vậy để nâng cao chất lượng thép phải ngăn ngừa và khử bỏ tạp chất.Trong luyện thép, nguồn tạp chất chủ yếu đưa vào từ:
+ Sản phẩm của các phản ứng trong quá trình nấu luyện
+ Các chất bẩn, gỉ sắt cùng vật liệu đưa vào lò Khi ra thép, đúc thép, vật liệu chịu lửa bị tẩm thực hoá học và cơ học mang vào thép các oxít như : SiO , Al2 2O3, MgO Mặt khác do thép lỏng tiếp xúc với không khí bị ôxy hoá hoặc tách xỉ không tốt Trong thực tế sản xuất, nếu thực hiện quy trình nấu luyện, đúc rót tốt thì nguồn tạp chất từ nguyên vật liệu, hay từ khâu đúc rót có thể giải quyết được, nhưng riêng nguồn gốc từ các sản phẩm khử ôxy trong và ngoài lò đòi hỏi các nhà luyện kim phải nghiên cứu khử bỏ chúng
* Các biện pháp khử tạp chất trong thép Để giảm bớt tạp chất phi kim và khí trong thép, người ta thường dùng các biện pháp sau:
- Chọn vật liệu sạch tạp chất, sấy khô và bảo quản liệu cẩn thận Phải xử lý và phân loại trước khi dùng, hạ thấp áp suất riêng phần của H và hơi nước trong không gian lò
Mô phỏng
Mô hình mô phỏng
Quá trình điền đầy
Dựa vào kết quả mô phỏng trên ta có thể thấy vật đúc dựa trên thiết kế có độ điền đầy tốt không xuất hiện nhưng hiện tượng nguội nhanh, co ngót.
