Thiết kế Công nghệ đúc chi tiết Răng gầu xúc

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

VIỆN CÔNG NGHỆ

Sơ đồ làm việc của trung tõm

Sơ đồ mặt bằng trung tõm

Phần hai

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

Giới thiệu chi tiết răng gầu xúc

Khái quát về thép làm Răng gầu xúc

Cơ sở thiết kế công nghệ đúc

Cơ sở thiết kế chung

Cơ sở thiết kế khuôn

Cơ sở nấu luyện

36

78

9912121534

RĂNGN GẦU XÚC Phân tích vật đúc

Chế độ nhiệt luyện cho vật đúc

Tài liệutham khảo

39414141425353545657606061

63

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

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

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Nhúm sinh viên : Lê Đình Duy

Nguyễn Đình Đạo

Vũ Thành KiêN Nguyễn Thành Hiếu Lớp : CNVL4

Khoa : Khoa Học Và Công Nghệ Vật Liệu

Nhiệm vụ :

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

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

Các số liệu ban đàu :

-Đối tương :Răng Gầu Xúc - Mắt Thép Mn13Đ.

-Nguyên liệu và trang thiết bị : Theo điều kiện thực tế sản xuất tại Trung Tõm Đúc-Viện Công Nghệ-Tổng Công Ty Máy Động Lực Và Máy Nông Nghiệp-Bộ Công Nghiệp

Nội dung các phần :

*Lý thuyết :

-Giới Thiệu các phương pháp Đúc

-Vật liệu và Công Nghệ khuôn cát

-Hợp kim Đúc và Công Nghệ nấu luyện

-Kiếm tra, đánh giá sản phẩm Đúc

-Các dạng khuyết tật thường gặp

*Thực nghiệm :

-Theo quy trình sản xuất đã xõy dựng

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

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

-Hướng dẫn thực nghiệm : Cô Trần Thị Thanh Mai

Ngày giao nhiện vụ :

Ngày hoàn thành nhiệm vụ :

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành đúc là một ngành sản xuất chế tạo phôi cho hầu hết các ngành côngnghiệp trong thời đại ngày nay: từ một ngành truyền thống, ngành đúc đangtrở thành một ngành công nghệ vật liệu chủ chốt, một ngành công nghiệphiện đại bao hàm tính khoa học và tính thực tiễn rất cao

Ngành đúc đã tiếp thu được những thành tựu mới nhất của khoa học vàcông nghệ vật liệu, áp dụng hiệu quả các ưu việt của các lĩnh vực toán tinhọc, tự động hóa cũng như các lĩnh vực vật lý, hóa học và cơ học để tạo racác vật phẩm, phôi có chất lượng cao về mặt hợp kim đúc, lẫn công nghệ tạohình nhằm đảm bảo cơ - lý tính cũng như các tính năng làm việc cao, có độchính xác về hình dạng và kích thước, Ýt phải gia công cơ khí, có hiệu quả

kỹ thuật và kinh tế cao và đáp ứng các yêu cầu về cung cấp phôi cũng nhưvật phẩm cho các ngành công nghiệp

Hợp kim đúc là phần quan trọng cấu thành sản phẩm đúc Chất lượng hợpkim là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm Đối với hợp kim đúc gang –bao gồm gang xám grafit tấm, gang cầu, gang dẻo, ngoài ra còn có gangtrắng và gang biến trắng Tính chất nổi trội của gang là có tính chất chịu vađập, chịu nhiệt cao, chịu mài mòn tốt trong điều kiện không được bôi trơnđầy đủ, có cơ tính thỏa mãn và đặc biệt có tính đúc và hiệu quả kinh tế cao Nhưng ngày nay trên thế giới ở các nước phát triển và đang phát triểnđang có xu thế phát triển các loại hợp kim chất lượng cao, hiệu quả kinh tếlớn để thay thế các hợp kim đúc chất lượng thấp hoặc hiệu quả kinh tế khôngcao Cụ thể là: các hợp kim có cơ tính thấp (gang xám) hoặc hiệu quả kinh tếkhông cao (gang dẻo, ) có sản lượng ngày càng giảm; để thay thế người ta

sử dụng gang cầu và hợp kim nhôm Các nước phát triển rất mạnh gang cầunhư Hà Lan, Aó, Pháp, Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, và Đức (từ 28 đến 47% trọnglượng hợp kim đúc trong năm 2003)

Ở Việt nam, ngành đúc còn non trẻ, chưa phát triển Theo số liệu ước tínhchưa chính xác, sản lượng vật phẩm đúc hiện tại của ta mới chỉ đạt khoảng400.000-500.000 tấn/năm Nếu căn cứ vào nghị quyết của Đảng năm 2020,nước ta phải trở thành một nước công nghiệp thì sản lượng đúc phải đạt tớikhoảng 3.000.000 tới 4.000.000 tấn vật đúc/năm, tức phải tăng gấp 10 lầnsản lượng đúc hiện tại

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

sẽ phải đầu tư nhiều xí nghiệp và xưởng đúc mới trên cơ sở tiếp tục nhập cácdây chuyền thiết bị công nghệ đủ sức cạnh tranh và phải tính khuynh hướngphát triển vật liệu, hợp kim và thiết bị đúc (để nấu gang, cần chú ý lò đúc giónóng, và nấu liên hợp lò đứng- lò điện cảm ứng) trong phương pháp tạo hìnhcần phát triển phương pháp cát - nhựa furan, đồng thời mở rộng việc ápdụng chất dính nhựa theo phương pháp hộp nguội và hộp nóng, đồng thờiphát triển các phương pháp đặc biệt cho sản xuất hàng loạt các chi tiết bằnggang, thép theo xu hướng đang thay đổi trên thế giới đảm bảo hội nhập và đithẳng vào kỹ thuật cao nhất ở các lĩnh vực tiên tiến, mang lại hiệu quả kinhtế

Mặt khác, phải hết sức tập trung đào tạo nhân lực chất lượng cao, đủ sứcvận hành và sử dụng có hiệu quả nhất các đây chuyền thiết bị và công nghệngoại nhập, biết sử dụng công nghệ tiên tiến trong điều kiện Việt nam vàphát huy sáng tạo để có thể cạnh tranh với các nước đã xuất thiết bị và côngnghệ

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

ty

nhà máy lớn, vừa làm nghiên cứu khoa học và các công trình nghiên cứucông nghệ đúc mới với những vật liệu mới Hiện tại trung tâm đang đẩymạnh việc tự động hoá sản xuất, lắp ráp những thiết bị máy móc hiện đại,làm tăng năng suất trong quá trình sản xuất đúc

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

để làm đề tài tốt nghiệp

Đề tài gồm 3 phần

Phần một : Tình hình sản xuất đúc tại trung tâm

Phần hai : Khảo sát công nghệ sản xuất đúc chi tiết Răng gầu xúc Phần ba : Cơ sở lý thuyết để lựa chọn công nghệ

Lời Cảm ơn

Sau gần 3 năm học tập tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội,chúng em đó tớch luỹ được một số lượng kiến thức nhất định để chuẩn bịcho thời gian thực tập Với sự giới thiệu của nhà trường mà chúng em đượchọc tập và thực hành tại Viện Công Nghệ ( Ngõ 25 Vũ Ngọc Phan – Láng hạ– Hà nội ) để làm ra bản đồ án ngày hôm nay Chúng em vô cùng cảm ơn

TS: Đào Hồng Bách, các thầy cô bộ môn cùng với ban lãnh đạo và cỏc cụ chỳ, anh chị trong Viện công nghệ đã tận tình giúp đỡ để chúng em hoàn

thành cuốn đồ án này Tuy cuốn đồ án đã hoàn thành nhưng vẫn còn nhiềuthiếu sót, vì vậy rất mong sự giúp đỡ của các thầy cô để cuốn đồ án củachúng em được đầy đủ và chính xác hơn, và có được những kiến thức thực

tế nhất sau khi tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

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

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

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

- Tình hình tại trung tâm sản xuất ra rất nhiều loại sản phẩm chủ yếu,làm các chi tiết máy móc theo đơn đặt hàng của các nhà máy đòi hỏi chấtlượng sản phẩm tốt và bền đẹp

- Các công nghệ đúc chính được thực hiện trong trung tâm là đúc bằngkhuôn cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn bằng CO2, khuôn cát đất sét (khuôn tươi)

và khuôn mẫu cháy

- Mặt bằng trung tâm đúc khoảng 1000 m2

Ban nhiệt luyện

Hình 1: Sơ đồ trung tâm đúc.

PHẦN II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

II.1 Răng gầu xúc.

Răng gầu xúc là chi tiết không thể thiếu của máy xúc, vỡ nú là chi tiết làmviệc chính của máy xúc.

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

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

II.2 Thộp làm răng gầu xúc

Thép (đúc) chế tạo răng gầu xúc phải có tớnh chất chịu mài mòn, chịu vađập.Loại thép thường được sử dụng là thép hatphin.Thép hatphin có khảnăng chống mài mòn rất cao trong điều kiện va đập Sau đỳc thép hatphin có

tổ chức  + (Fe,Mn)3C Sau nhiệt luyện thép hatphin chỉ có pha  vàkhông bị nhiễm từ Tổ chức của thép thu được sau khi tôi ở 1000 – 1150

0C trong nước hoặc trong không khí với vật đúc thành mỏng Thành phầnthép như sau (%): (1,0-1,4) C; (0,4-1) Si; (10-14) Mn; (0,08-0,12) P; (0,02-0,04) S Tiêu biểu của loại thép này là thép Mn13 có thành phần (%); 1,25C; 0,8 Si; 13 Mn; 0,1 P; 0,02 S Một điều quan trọng nhất là khi lựa chọnthành phần là đảm bảo tỷ lệ Mn/C =7ữ10, tốt nhất là 10 Đặc điểm nổi bậtcủa loại thép này là, austenit cacbon cao ở trên bề mặt chi tiết khi chịu tảitrọng va đập sẽ chuyển biến thành mactenxit có độ cứng cao trong khi đó lõivẫn giữ tổ chức austenis dẻo, dai Do cơ chế tự biến cứng khi va đập nói trên

mà lớp bề mặt cứng luôn luôn tồn tại

Thép hatphin có tính chất đặc biệt như sau:

Giới hạn chảy  s=250-400Mpa; giới hạn bền  b=800-1000Mpa; độ giãndài  =40-55% và độ co thắt  = 35-45%; độ dai va đập ak =2000-3000 kJ/

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

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

đập dưới áp lực lớn vì trong quá trình va đập, pha  sẽ tạo ra nhiều mặttrượt làm cho thép bị biến cứng, khi đú thộp có thể có độ cứng 450-500HB.Như vậy, thép này chỉ có thể chịu mài mòn cứng mà không chịu được màimòn mềm thí dụ như trong vòi phun cát, thổi cỏt, thộp sẽ bị mòn rất nhanh.

Có thể dựng thộp hatphin để đỳc cỏc chi tiết như răng gầu xỳc, xớch xe tăng,ghi tàu, hàm đập mỏ…

- Tớnh đúc của thép hatphin.

Tăng hàm lượng Mn, khoảng đông của thép giảm đi và tính chảyloãng của thép Mangan tăng dần theo hàm lượng Mn, và thép hatphin có độchảy loãng tốt nhất vỡ nú có đồng thời cả hàm lượng Mn lẫn hàm lượng Cđều cao Nhiệt độ nóng chảy của thép hatphin là 13400C và khoảng kết tinh

là 1000C Mặc dù thộp cú độ chảy loãng tốt nhưng vẫn cần rót nhanh đểtránh hiện tượng oxi hoá Mn tạo MnO có tác dụng làm giảm sức căng bềmặt, tạo các silicat phức tạp, tăng khả năng tạo chỏy cỏt trờn bề mặt vật đúc

Thép hatphin có độ co dài khoảng 2,8-3,0% Độ co lớn, lõm co pháttriển nhanh ngay sau khi đông đặc là nguyên nhân gây ra nứt nóng và nứtnguội của thép hatphin Thể tích lõm co thép hatphin lớn hơn nhiều so vớithép cacbon Mặc dù thộp cú hệ số co dài khá lớn nhưng không phải lúc nàothể tích lõm co cũng lớn Thép hatphin sẽ có thể tớch lừm co nhỏ nếu tiếnhành rót ở nhiệt độ thấp và bổ sung kim loại lỏng nhiều lần qua đậu ngót,ngay cả khi đậu ngót không lớn lắm Nhiệt độ rót thích hợp là 13200C Cũng

có thể khắc phục hiện tượng nứt trong thép hatphin bằng cách điều chỉnhtrường nhiệt độ trong khuôn và trong vật đúc Việc bố trí hệ thống rút, ngútchớnh là có tác dụng điều chỉnh này Đậu ngút nờn đặt ở vị trí thuận lợi chohướng đông Đậu rót phải đặt ở những vị trí đảm bảo cho trường nhiệt độ

trong vật đúc tương đối đồng đều, có nghĩa là nên dẫn kim loại lỏng vàonhiều vị trí, trên mỗi rãnh dẫn nờn cú một đậu ngót để tránh tạo rỗ co cục bộ.Sau khi rút nờn dỡ khuôn sớm ở nhiệt độ 1250-13000C để tránh nứt nóng,sau đó cho vào lò ủ để tránh nứt nguội.(tham khảo tr200-ch3, hợp kimđúc.Nguyễn hữu Dũng)

Hàm lượng Mn cao làm cho tổ chức kết tinh lần một trở nên thô to,nhất là đối với thép austenit bởi vì thộp cú độ dẫn nhiệt thấp, austenit kếttinh nhanh Tổ chức thô to và ở dạng xuyên tinh làm cho thép dễ bị nứt nóng

và cả nứt nguội Khắc phục bằng cách rót ở nhiệt độ thấp; tăng tốc độ nguộibằng khuôn kim loại; biến tính bằng Al hay Ti

4 3

2 1

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

II.3 CƠ SỞ THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC

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

Công nghệ CO2 ra đời vào những năm đầu thập kỷ 50 của thế kỷ 20 ởnước Anh Ngay sau khi ra đời công nghệ CO2 đã nhanh chóng được sửdụng ở nhiều nước.

Ở nước ta hiện nay, hỗn hợp cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn theo côngnghệ CO2 cũng được sử dụng rất rộng rãi để làm khuôn, ruột trong đúc thép Hỗn hợp làm khuôn theo công nghệ CO2 được dùng để đúc các vật đúc

có khối lượng trong khoảng vài kg đến 170 tấn, từ các hợp kim đúc khácnhau.-Hỗn hợp có độ bền cao ( VD: với hàm lượng thuỷ tinh láng 6%, cómôđun 2,8 và tỷ trọng là 1480 kg/m3 thì độ bền của hỗn hợp cát thuỷ tinhláng sau khi đóng rắn theo công nghệ CO2 là 8,5kg/cm2; độ bền sau khi quasấy là 64kg/cm2 ) và chịu được nhiệt độ cao (ở T=2000C độ bền của hỗn hợpđạt cực trị, T=400-8000C độ bền giảm tới cực tiểu)

Khi thổi CO2 đóng rắn hỗn hợp cần chú ý yếu tố kỹ thuật là tốc độ kỹthuật là tốc độ khí, đường kính lỗ thổi và thời gian thổi

+ Nếu tốc độ khí lớn có thể phá vỡ mối liên kết được hình thành nêntrong phản ứng đóng rắn thuỷ tinh láng

+ Nếu đường kính lỗ thổi lớn gây ra thừa khí CO2 cục bộ, dẫn tới tại vịtrí đó sẽ tạo ra cacbonatri axit làm giảm độ bền của hỗn hợp

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

tượng nh trên

Hàm lượng thuỷ tinh láng trước kia người ta sử dụng tương đối lớn( khoảng 7,5%) Ngày nay, qua thực tế sử dụng đã rót ra là chỉ cần hàmlượng thuỷ tinh láng trong hỗn hợp nhỏ hơn (khoảng 3,2-4%, hơn nữa hỗn

hợp thuỷ tinh lỏng nhỏ còn hạn chế được tính dính mâũ, cải thiện đượctính phá dỡ), có thể đúc được vật đúc rất lớn > 35 tấn, có thành dày 10-600

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

Hỗn hợp làm khuôn dùng cho công nghệ CO2 nên chọn cát sạch, hàmlượng SiO2 của áo cát cao Vật đúc càng to, dùng kích thước hạt cát cànglớn

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

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

+ Chất phụ gia vô cơ: bột macsalit, bột đá, cát sét chịu lửa, xỉ luyệnkim, corun, cromit Các chất phụ gia vô cơ này có tác dụng đẩy điểm biếnmềm của màng chất dính về phía nhiệt độ cao làm không xuất hiện độ bềncực đại lần đầu hoặc làm giảm độ bền cực đại lần hai

+ Chất phụ gia hữu cơ: bột than đá, mùn cưa, bột ngũ cốc, dầu mazut,dek, nhựa pôlime Có tác dụng tạo ra lỗ trống không liên tục của màng chấtdính do nó bị cháy sau khi đúc rót, làm giảm độ bền của màng chất dính

Để giảm hàm lượng chất dính trong hỗn hợp có thể bằng cách xử lýthuỷ tinh láng trong từ trường, hoặc đóng rắn khuôn ruột trong chân không

- Tính chất của hỗn hợp đóng rắn bằng thổi CO2 ngoài sự phụ thuộcvào các thông số kỹ thuật đã nêu trên còn phụ thuộc vào chất lượng, thànhphần hoá học của thuỷ tinh lỏng (môđun, tỷ trọng và độ sạch của thuỷ tinhláng)

* Ưu điểm:

+ Có thể đúc được những chi tiết có hình dạng, kích thước, khối lượngmột cách đa dạng và phong phó

+ Độ bền hỗn hợp khá cáo

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

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

B ng 6: Th nh ph n h n h p óng r n ngu i b ng CO ảng 6: Thành phần hỗn hợp đóng rắn nguội bằng CO ành phần hỗn hợp đóng rắn nguội bằng CO ần hỗn hợp đóng rắn nguội bằng CO ỗn hợp đóng rắn nguội bằng CO ợp đóng rắn nguội bằng CO đóng rắn nguội bằng CO ắn nguội bằng CO ội bằng CO ằng CO 2 c a ủa

Gang,Thép.

Phân loại

Để làm khuôn đúc gang (hàng nhỏ)

Để làm khuôn đúc thép (cần

độ nhẵn cao)

Để đúc gang và đúc thép

Để làm khuôn đúc hợp kim mầu

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

Để làm ruột đúc gang.

10 - 15

-1,5 (mùn cưa)

5 bột amiăng

II.3.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ KHUễN

2.3 - Thiết kế công nghệ đúc

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

cứ vào nhiều yếu tố để thiết kế:

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

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

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

Bản vẽ đúc không phải là bản vẽ chế tạo, nhưng trên cơ sở bản vẽ nàyngười ta thành lập được một loạt bản vẽ khác như bản vẽ thiết kế mẫu, bản

vẽ thiết kế khuôn, bản vẽ thiết kế ruột…

Để thành lập bản vẽ đúc người thiết kế phải dựa vào bản vẽ chi tiếtmáy và tiến hành các bước sau đây:

2.3.1 Phân tích kết cấu

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

- Đầu tiên phải đọc bản vẽ, nhận dạng đúng chi tiết, ghi nhận lại nhưng điềukiện kỹ thuật đã ghi trong bản vẽ chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết, xác định vịtrí của chi tiết trong thiết bị, xác định yêu cầu kỹ thuật của chi tiết…

- Dự kiến trước sơ bộ quá trình gia công vật đúc sau khi đúc, xác định bềmặt phải gia công và mặt chuẩn công nghệ…

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

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

- Đơn giản hoá kết cấu tạo điều kiện dễ đúc hơn như lược bỏ cỏc rónhthen, rónh lựi dao, các lỗ nhỏ qỳa không đặt lõi được…

- Tăng hoặc giảm độ dày vật đúc, cỏc gõn gờ, các phần chuyển tiếp để phùhợp hơn trong quá trình đỳc.Việc thay đổi đó chỉ có lợi chứ không làm thayđổi các đặc tính của vật đúc như tính mài mòn, tính chịu lực, chịu nhiệt…Cần chú ý không được thay đổi quá kết cấu ban đầu của chi tiết máy Cốgắng tạo hình dạng và kích thước gần với chi tiết máy càng tốt

2.3.2 Xác định mặt phân khuôn

Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc của các nửa khuôn với nhau Mặtphân khuôn có thể phẳng hoặc cong bất kỳ Những vật đúc khác nhau thì cómặt phân khuôn khác nhau Có thể đúc trong khuôn đúc có một hoặc có vàimặt phân khuôn Đó là yếu tố quan trọng, bởi vì nhờ mặt phân khuôn ta cóthể tạo lòng khuôn chính xác, đặt ruột dễ dàng hơn, tạo hình hệ thống dẫnkim loại lỏng vào khuôn chính xác, Do đó, phân khuôn là yếu tố cần thiếtkhông thể thiếu được

* Các nguyên tắc chọn mặt phân khuôn:

a) Chọn mặt phân khuôn đi qua mặt tiết diện có diện tích lớn nhất(theo vị trí đặt mẫu) để rút mẫu dễ dàng không bị vướng, không tạo ra sự cảntrở khi rút thoát mẫu

Chọn mặt phân khuôn sao cho lòng khuôn là nông nhất để vừa dễthoát mẫu, vừa dễ sửa lòng khuôn nhất là các vật đúc có thành mỏng tạolòng khuôn rất hạn hẹp.

Lòng khuôn nông còn có lợi khi điền đầy kim loại lỏng Nó sẽ tạo radòng chảy Ýt làm hỏng khuôn

Những kết cấu có lòng khuôn phân bố ở cả khuôn trên và khuôn dưới,nên chọn lòng khuôn nông hơn Như vậy sẽ dễ làm khuôn, dễ lắp khuôn

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

- Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc vào độ chính xác của lòngkhuôn, vì vậy phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Lòng khuôn tốt nhất là chỉ phân bố trong một hòm khuôn Điều nàytránh được sai sè khi ráp khuôn

- Những vật đúc có ruột nên bố trí sao cho vị trí của ruột là thẳngđứng Nh vậy sẽ định vị ruột chính xác, tránh được tác dụng của kim loạilỏng làm biến dạng thân ruột, dễ kiểm tra khi lắp ráp

- Số lượng mặt phân khuôn càng Ýt càng đảm bảo được độ chính xác.Trường hợp phải chọn 2 mặt phân khuôn nên cho toàn bộ vật đúc ở hòmkhuôn giữa Đặt như vậy dù các nửa khuôn có di chuyển khi ráp khuôn cũng

Ýt bị ảnh hưởng đến lòng khuôn cơ bản

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

sẽ khó phát hiện sai lệch tâm giữa các bề mặt, đồng thời gây khó khăn khigia công cơ khí

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

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

từ dưới lên trên và từ xung quanh vào giữa Mặt trên cùng kết tinh chậmnhất vì vậy cần phải đảm bảo những nguyên tắc :

- Những bề mặt quan trọng cần chất lượng cao bố trí ở hòm dưới Bềmặt trên nguội sau cùng nên chứa nhiều tạp chất

- Chọn mặt phân khuôn hướng kết tinh từ xa chuyển dần về chân đậungót hoặc hệ thống rót Hay là nên đặt các thành phần mỏng xuống dưới vàchân đậu ngót hay hệ thống rót đặt ở chỗ tập trung kim loại và cao nhất

- Chọn mặt phân khuôn phải tính đến vị trí đặt hệ thống rót để đảm bảokim loại lỏng điền đầy nhanh, đông đặc không tạo thành dòng chảy rối làmhỏng khuôn Trong thực tế có thể có 3 vị trí rót: Từ trên xuống; bên cạnh; và

từ dưới lên (Rót xiphông)

G

D

T G

D T

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

Hình 5 Mặt phân khuôn

2.3.3 Xác định các đại lượng của bản vẽ đúc

a Lượng dư gia công cơ khí:

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

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

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

Lượng dư đặt trên vật đúc phụ thuộc vào kích thước vật đúc, vào vị trícác bề mặt đúc trong khuụn,vào độ chính xác và dạng sản suất

Dạng sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ sẽ có giá trị lượng dư lớn.Làm khuôn bằng tay, mẫu gỗ, có giá trị lượng dư lớn hơn so với làm bằngmáy và mẫu kim loại

b Độ dốc thoát mẫu:

Trờn cỏc thành đứng (vuông góc với mặt phõn khuụn) cần độ dốc để rútmẫu gọi là xiờn đỳc Giá trị độ dốc càng lớn càng dễ rút mẫu nhưng nó sẽlàm sai lệch hình dạng và làm tăng sự hao phí kim loại vật đỳc.Vỡ vậy vềnguyên tắc khi chiều cao thành khuôn lớn, độ dốc rút mẫu phải nhỏ

Mặt khác, khi đúc trong khuụn cỏt cần lưu ý thiết lập độ dốc này cònphụ thuộc vào các yếu tố sau: Độ dốc bề mặt có lượng dư, độ dốc trên bềmặt có thành dày và mỏng

c Góc lượn:

Góc lượn là góc tiếp giáp giữa hai bề mặt giao nhau của vật đúc Góclượn đảm bảo cho khuôn đúc bền và điền đầy tốt hơn Góc lượn cũng giúpcho mẫu nâng cao độ bền, dễ rút mẫu Mặt khác không kém phần quan trọng

là đảm bảo cho vật đúc khi mới hình thành trong khuôn đúc không bị pháhuỷ Tuỳ thuộc vào khuôn hay vật đúc, ta có góc lượn ngoài, góc lượn trong.Giá trị bán kính góc lượn có thể xác định theo công thức:

Góc trong: r = (1/3 + 1/5)a+b/2

Góc ngoài: R = r + b

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

2.3.4 Thiết kế đầu gác ruột

Đầu gác ruột là bộ phận định vị ruột trong khuôn đúc Vì vậy đầu gácruột phải đảm bảo vị trí chính xác và cứng vững, phải dễ lắp ráp ruột vàokhuôn Căn cứ vào vị trí của ruột trong khuôn, người ta chia ra làm hai loại

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

ở cả khuụn trờn và khuôn dưới ở chỗ mặt phõn khuụn Để đảm bảo chínhxác đầu gác ruột ngang có thiết diện đủ để chống lại chính trọng luợng của

cả ruột Với ruột đứng, đầu gác ruột được định vị theo hướng vuông góc vớimặt phõn khuụn nằm ngang Đầu gác ruột phía dưới tác dụng lên khuôndưới bằng chính khối luợng của ruột Vì thế hai đầu gác ruột trên và duới cúkớch thuớc khác nhau và có thể cấu tạo khác nhau

2.3.5 Thiết kế mẫu

Mẫu là một bộ phận cơ bản trong bộ mẫu Một bộ mẫu gồm: mẫu,mẫu hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót và tai mẫu Mẫu là bộ phận tạo ra lũngkhuụn Mẫu sẽ in ra hình trong khuôn để tạo ra mặt ngoài của vật đúc đãthiết kế Trừ phần tai mẫu để tạo ra vị trí đầu gác ruột, hình dạng và kíchthước tương tự với mặt ngoài của vật đúc.

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

- Mặt phõn khuụn

- Hình dạng và kích thước ngoài của mẫu

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

- Vật liệu dự định để chế mẫu

Trình tự các bước vẽ bản thiết kế mẫu:

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

- Xác định hình dạng và kích thước mẫu và tai mẫu (tai mẫu sẽ in hìnhtrong lòng khuôn để tạo ra đầu gác ruột)

- Kích thước và dung sai kích thước mẫu

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

2.3.6 Thiết kế ruột và hộp ruột

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

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

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

3 2

1

Hình 5 Cấu tạo hộp ruột.

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

b) Thiết kế hộp ruột

Để thiết kế hộp ruột, trước hết phải xác định được hình dạng và kíchthước ruột (thân ruột và các đầu gác ruột), sau đó phải tính đến cấu tạo củaxương ruột và hình dạng kích thước rãnh thoát khí

Hộp ruột ngoài việc tạo ra ruột có độ chính xác về hình dáng, kíchthước, còn cần phải tính đến thao tác đặt xương, điền đầy hỗn hợp, dầmchặt, tạo rãnh hay lỗ thoát khí và cuối cùng là lấy ruột ra khỏi hộp ruột Ng-ười ta thường thiết kế 3 loại hộp ruột: Hộp ruột nguyên để tạo lõi đơn giản,dạng côn; hộp ruột hai nửa để tạo ruột hình phụ, có chiều dài tuỳ ý và hộpruột nhiều phần ghép lại để chế tạo hộp ruột phức tạp có thể tích lớn

c) Thành lập bản vẽ hộp ruột

1 2

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

Bản vẽ hộp ruột cũng là bản vẽ chế tạo nên phải đáp ứng đầy đủ cácquy ước về kỹ thuật, về chế tạo Sau khi đã xác định được hình dạng, kíchthước ruột và đầu gác ruột, trình tự thiết kế hộp ruột phải theo các bước sau:

+ Xác định mặt phân hộp ruột: Một phần nào đó bề mặt này cũng tuântheo một số nguyên tắc chọn mặt phân khuôn Mặt phân ruột phải là bề mặt

đi qua tiết diện lớn nhất của ruột, lòng hộp phải nông để dễ lấy ruột ra khỏihộp, dễ đặt xương trong hộp…có thể xác định mặt phân hộp ruột là thẳngđứng khi hộp có chiều dài không lớn qúa so với kích thước ngang Nhữngruột dài nên chọn mặt phân hộp ruột nằm ngang Điều cần chú ý là sau khi

đã đầm chặt độ bền và độ cứng bề mặt của ruột còn rất thấp.Do đó, nên chọnmặt phân ruột sao cho khi tháo ruột không làm hỏng ruột

+ Kích thước và dung sai kích thước hộp ruột khác hẳn mẫu, các ruột códạng đối xứng qua mặt phân hộp ruột, chỉ cần trình bày một nửa hộp ruột vàkích thước của phần lòng hộp ruột phải tính đến độ co khi sấy và tránh làmhụt kích thước của vật đúc

- Vật liệu làm hộp ruột:

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

số vật liệu khác như chất dẻo, xi măng, thạch cao… chọn vật liệu thườngdựa vào dạng sản xuất, yêu cầu chất lượng, kích thước, khối lượng và thực tếnơi sản xuất

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

vì gỗ dễ làm, nhẹ Nhưng gỗ chóng mòn, hay hư háng do cong vênh, nứt nẻ,trương mục…những loại có kích thước nhỏ, khối lượng không quá lớn cóthể dùng mẫu kim loại (gang, thép cacbon, hay dùng nhất là hợp kim nhômđúc) Mẫu và hộp ruột kim loại nên cấu tạo rỗng để giảm khối lượng và tiếtkiệm kim loại, giúp người thợ dễ dàng hơn trong việc thoát mẫu khỏi khuôn

2.3.7 Hệ thống rót.

Hệ thống rót là một bộ phận quan trọng của khuôn đúc để dẫn kimloại lỏng điền đầy lòng khuôn

a) Yêu cầu của hệ thống rót

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

+ Dòng chảy của kim loại phải êm, không gây va đập, bắn toé, khôngtạo xoáy và phải liên tục

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

+ Điền đầy khuôn nhanh, không làm hao phí nhiệt làm giảm độ chảyloãng của kim loại lỏng

+ Điều hoà được nhiệt trong toàn bộ lòng khuôn tạo điều kiện đôngđặc theo hướng có lợi nhất, đông thời có khả năng bổ sung kim loại

+ Không hao phí kim loại cho hệ thống

* Tuỳ thuộc vào loại khuôn, phương pháp đúc và loại hợp kim đúc, phảithiết kế sao cho tương đối hợp lý Trong thực tế sản xuất, người ta thườngdùng 3 loại: Rót bên hông, rót trực tiếp từ trên xuống và rót từ dưới lên (kiểuxiphông ) Rót trực tiếp Ýt dùng, mặt dù cấu tạo đơn giản dễ chế tạo chỉdùng trong trường hợp vật đúc đơn giản Rót kiểu Xiphông bảo đảm dòngchảy êm khả năng bổ sung kim loại phần dưới cho vật đúc Nhưng loại nàykhó chế tạo chỉ dùng trong các loại khuôn kim loại, vật đúc nhỏ Loại rótbên hông

( Rót ngang ) là thông dụng hơn cả

(c) (a)

(b)

Hình 8 Các loại hệ thống rót [ (a) Rót từ trên xuống; (b) Rót đùn; (c) Rót bên hông.]

b) Những lưu ý khi thiết kế hệ thống rót

* Đối với vật đúc bằng thép

Khả năng rơi xỉ vào vật đúc thép là Ýt hơn do đó có thể sử dụng hệthống rót đơn giản Nhưng phải chú ý tới nhiệt độ cao, độ chảy loãng khảnăng xói mòn thành khuôn, độ co dài, độ co thể tích lớn của thép lỏng Thép

co nhiều nên đa số có thể sử dụng đậu ngót và vật làm nguội Tuy vậy hiệuquả của vật đúc còn tuỳ thuộc vào việc dẫn dòng kim loại vào trong khuôn

Do đó khi dẫn kim loại lỏng vào khuôn ngoài yếu tố hình dạng vật đúc nênchú ý đến những yếu tố sau:

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

+ Có thể bổ ngót cho đậu bằng cách rót kim loại vào đậu hoặc làmrãnh dẫn kim loại vào đậu để cung cấp nhiệt vào đậu

+ Không bố trí rãnh dẫn gần với vật làm nguội Nếu không sẽ làmgiảm tác dụng của vật làm nguội

+ Dòng kim loại không xói vào khuôn nên bố trí nhiều rãnh dẫn vàrãnh dẫn không nên quá dầy, nhưng tiết diện của rãnh dẫn không được quábé

+ Với những vật đúc là không quá cao nên rót trực tiếp từ trên xuốngdưới, sẽ làm đồng đều nhiệt trong vật đúc Những vật đúc lớn và cao khôngnên rót như vậy vì khuôn dễ bị xói lở do dòng kim loại từ trên cao chảyxuống

+ Nếu rót từ dưới lên thì chỉ có tác dụng đối với khuôn tươi và phảiđặt đậu ngót có kích thước lớn

+ Những vật đúc lớn thì nên dẫn kim loại qua nhiều độ cao khác nhau

* Vật đúc bằng kim loại màu

Những vật đúc không lớn bằng đồng thanh được đúc theo nguyên tắcđông đặc đồng thời Những vật đúc bé thường đúc bằng một ống rót trongkhuôn dựng đứng, các rãnh dẫn đặt ở phần trên vật đúc được bố trí ở haiphía của ống Khi rót vào đồng thanh và đồng thau nên chú ý lớp ôxi trên bềmặt kim loại lỏng Vì vậy phải dẫn kim loại vào khuôn êm, không xoáy,không bắn toé Muốn vậy kim loại nên rót từ dưới lên Đúc hợp kim Mg hay

Al có thể đúc trong khuôn cát và khuôn kim loại

c) Cấu tạo của hệ thống rót

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

4 3

1

2

Cèc rãt

èng rãt R·nh läc xØ R·nh dÉn

Hình 9 Cấu tạo hệ thống rót.

d) Đặc điểm của từng bộ phận:

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

loại lỏng khi chảy tiếp vào bộ phận dưới nhằm loại bỏ tạp chất, xỉ nổi trênmặt Và cốc rót có thể khống chế tốc độ chảy của kim loại lỏng vào khuôn,kim loại lỏng không thể trực tiếp chảy mạnh vào khuôn, khuôn không bị xói

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

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

+ Èng rót là phần nối tiếp từ cốc rót xuống dưới Èng rót thường có dạnghình côn, trên lớn dưới nhỏ (độ côn cho phép trong khuôn cát khoảng 10-

150)  đảm bảo cho kim loại lỏng luôn điền đầy, dòng kim loại chảy xuốngkhông bị đứt đoạn, đồng thời dễ dàng cho việc rút mẫu làm ống rót Độ caocủa ống rót ảnh hưởng tới tốc độ chảy của kim loại lỏng vào rãnh nganghoặc vào khuôn Èng rót càng cao thì tốc độ chảy vào khuôn của kim loạilỏng vào khuôn càng lớn Diện tích mặt cắt ngang của ống rót phải căn cứvào tiết diện mặt cắt ngang của rãnh lọc xỉ và rãnh dẫn

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

khuôn trên và sát mặt phân khuôn Rãnh này do nằm ngang nên ở đây tốc độdòng chảy giảm xuống Phần xỉ lỏng nếu lọt qua ống rót sẽ được giữ lại ởrãnh lọc xỉ Tiết diện ngang hợp lí, tốc độ dòng chảy càng nhỏ, xỉ nổi lêncàng triệt để Ngoài ra rãnh lọc xỉ cũng tạo điều kiện để bố trí các rãnh dẫn.Tiết diện ngang của rãnh lọc xỉ thường dùng loại hình thang bán nguyệt haytam giác

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

đi vào lòng khuôn Điều bắt buộc là rãnh dẫn phải nằm phía mặt dưới củarãnh lọc xỉ, để hứng kim loại sạch Do đó nó nằm sát mặt phân khuôn ởkhuôn dưới Đồng thời có thể bố trí nhiều rãnh dẫn tuỳ theo cấu tạo của lòngkhuôn và vật đúc Rãnh dẫn cũng được cấu tạo bởi các tiết diện hình thang,bán nguyệt hoặc tam giác nhưng ngược lại Một điều cần chú ý là khi làmsạch vật đúc phải cắt hoặc thông thường là đập gãy rãnh dẫn Vì thế kíchthước rãnh dẫn có thể thay đổi phù hợp với chiều dày thành dày vật đúc tạichỗ dẫn

e) Cơ sở tính toán hệ thống rót:

Dòng chảy của kim loại lỏng chảy qua hệ thống rót và điền đầy khuônchịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác Do đó xác định đúng kích thước của

hệ thống rót là không dễ

* Đối với vật đúc bằng thép, gang

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

Trong đó:

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

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

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

+ Hệ số s đối với thép nh sau:

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

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

- Xác định thời gian cần tính đến tốc độ dâng của kim loại lỏng trongkhuôn khi rót Tốc độ này không được quá bé vì sẽ làm thành vật đúc bịnhăn nheo do kim loại bị nguội cũng nh bị bẩn do oxít hay tạp chất phi kimloại tạo thành trên bề mặt kim loại Tốc độ dâng được tính theo công thứcsau:

B ng 1 Ch s V bé nh t cho phép ảng 6: Thành phần hỗn hợp đóng rắn nguội bằng CO ỉ số V bé nhất cho phép ố V bé nhất cho phép ất cho phép

Chiều dày vật đúc (mm) Vật đúc bằng thép Vật đúc bằng gang

Fmin =

h t

G

31 ,

0 

=

31 , 0

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

B ng 2 ảng 6: Thành phần hỗn hợp đóng rắn nguội bằng CO : H s tr l c chung c a khuôn ệ số trở lực chung của khuôn ố V bé nhất cho phép ở lực chung của khuôn ực chung của khuôn ủa

0,420,45

0,60,7

Khô

0,250,35

0,320,36

0,420,55

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

t

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

Đối với vật đúc gang và thép, tiết diện bé nhất là rãnh dẫn Nếu trongkhuôn có nhiều vật đúc thì khi tính lấy khối lượng của một vật đúc cùng vớiđậu hơi, đậu ngót và cộng thêm phần khối lượng của hệ thống rót cần chomột vật đúc

Trong trường hợp Fmin là tổng số diện tích tất cả rãnh dẫn của vật đúc.Trị số hệ số trở lực của khuôn  phụ thuộc vào mức độ phức tạp của vậtđúc, vật đúc có hình dáng đơn giản thì trở nhỏ (hệ số  lớn) hơn vật đúc cóhình dáng phức tạp (hệ số  bé)

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

được tính theo công thức : C

tb H p h

1



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

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

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

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