Khi thiết kế chi tiết đúc cần căn cứ vào: + Số lượng (nhiều hay ít) + Yêu cầu làm việc, + Phương pháp sản xuất đảm bảo chi tiết dễ làm khuôn, + Chất lượng tốt, + Dễ và ít phải gia công cắt gọt và giá thành hạ
BÀI GIẢNG SỐ 02 (Dùng cho 02 tiết giảng) 1.2. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐÚC 1.2.1 Nguyên tắc chung - Khi thiết kế chi tiết đúc cần căn cứ vào: + Số lượng (nhiều hay ít) + Yêu cầu làm việc, + Phương pháp sản xuất đảm bảo chi tiết dễ làm khuôn, + Chất lượng tốt, + Dễ và ít phải gia công cắt gọt và giá thành hạ Hình 1: Phôi thanh đúc nhôm 1.2.2. Nội dung khi thiết kế đúc 1. Co ngót và ứng suất khi đúc a) Rỗ ngót và rỗ xốp *Hiện tượng: Trong quá trình đông đặc, kim loại lỏng co ngót nên để lại rỗ ngót trong vật đúc ở những nơi nguội sau cùng. Có hai dạng rỗ ngót: + rỗ ngót tập trung + rỗ ngót phân tán (rỗ xốp). - Kim loại nguyên chất và hợp kim có khoảng kết tinh hẹp có đặc tính kết tinh từng lớp, để lại rỗ ngót tập trung có thể tích lớn và ở phía dưới rỗ ngót còn có vùng xốp trong lõi. - Những hợp kim có khoảng đông đặc rộng có đặc tính kết tinh đồng thời sẽ để lại rỗ ngót phân tán. * Biện pháp khắc phục: - Chống rỗ ngót tập trung: chỉ cần đặt đậu ngót đủ lớn cạnh nút nhiệt của vật đúc sẽ kéo rỗ ngót vào phần đậu ngót + Người thiết kế công nghệ biết phối hợp đậu ngót, vật làm nguội, cách rót,… để kéo rỗ ngót ra khỏi vật đúc Hình 2: Đậu ngót để tránh rỗ ngót tập trung - Rỗ ngót phân tán: Tạo điều kiện đông đặc có hướng mới giải quyết được dạng khuyêt tật đúc này - Thiết kế chi tiết đúc phải chú ý tránh nút nhiệt lớn và dự kiến được hướng đông đặc để xác định chiều dày và độ xiên của thành phù hợp với kỹ thuật đúc. + đổi kết cấu + tạo điều kiện dùng vật làm nguội ở khuôn sao cho trong thành vật đúc có gradient nhiệt độ Hình 3: Hướng đông khi đúc thép Tránh nút nhiệt Thành dày đều Hình 4: Thay đổi kết cấu 2. Nội ứng suất và cong vênh * Các hiện tượng ứng suất a. Ứng suất nhiệt - Khi nguội và đông đặc, nhiệt độ và tốc độ nguội các phần trong vật đúc thường không giống nhau. + Mặt ngoài có nhiệt độ thấp hơn bên trong + Thành mỏng nguội nhanh hơn thành dày + Ruột và ụ cát khi bị kim loại lỏng bao quanh sẽ bị nung nóng, tản nhiệt kém làm cho thành vật đúc nguội chậm hơn chỗ khác. Hình 5: Sự thay đổi ứng suất trong thanh trụ - Tại một thời điểm lượng co kim loại mỗi phần một khác, không co tự do được, không co riêng rẽ các phần. Khi đó có sự cản trở nhau và phát sinh ứng suất nhiệt - Giá trị và dấu của ứng suất nhiệt thay đổi theo thời gian và sự chênh lệch nhiệt độ giữa các phần. Hình 6: Sự thay đổi ứng suất trong vật đúc theo thời gian b) Ứng suất cản cơ học Nguyên nhân là do ruột khuôn cứng, đậu ngót, đậu hơi, ba via cản trở vật đúc co tự do gây ra ứng suất kéo c) Ứng suất chuyển biến pha Xuất hiện tại các phần khác nhau có sự chuyển biến pha không cùng mức, không đồng thời. * Tác hại của nội ứng suất - Ứng suất dư lớn hơn độ bền của kim loại sẽ gây nứt nóng hoặc nứt nguội. - Ứng suất nhỏ hơn giới hạn bền có thể gây biến dạng, cong vênh. - Tồn tại ứng suất dư trong chi tiết, nguy hiểm khi sử dụng (???). Hình 7: Sự phân bố ứng suất trong phôi trước và sau gia công cơ * Biện pháp khắc phục - Để tránh hiện tượng nứt nóng: + Khi thiết kế: Cần đảm bảo vật đúc nguội đồng đều, tránh nút nhiệt Dùng gân chống nứt ở góc, ở thành dày. (gân này cần mỏng để nguội nhanh hơn, tản nhiệt tốt). + Khi đúc: + Tránh cản cơ học bằng cách dùng ruột tươi, xốp, ruột rỗng. Giảm độ bền nóng của ruột, tránh ba via, tránh để đậu hơi và hệ thống rót chạm vào gân hòm. + Đảm bảo vật đúc nguội đồng thời ở 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, tạo tổ chức hạt thô to, giảm nhiệt độ 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 hiện tượng nứt nguội tức là giảm ứng suất dư trong vật đúc: + Khi thiết kế: Đảm bảo thành dày đều, không có nút nhiệt. Kết cấu không quá cứng, dễ biến dạng. Phân nhỏ chi tiết rồi ghép lại. Dùng hợp kim có độ dẻo cao. + Khi đúc: Đảm bảo nhiệt độ đồng đều khi qua vùng tới hạn bằng cách bới cát sớm ở phần dày, dỡ vật đúc sớm rồi ủ, các vật đúc lớn có thể làm nguội bằng nước hoặc khí nén. Ủ sau khi đúc nhằm tăng độ dẻo, hạ thấp giới hạn chảy tạo điều kiện biến dạng làm giảm ứng suất dư. - Để tránh cong vênh + Đảm bảo nguội đồng đều để đảm tránh cong vênh, giảm ứng suất dư, hạn chế cong vênh khi gia công sau này. + Khi thiết kế cần tăng lượng dư gia công để bù cho cong vênh + khi đúc dùng vật làm nguội, tăng cường làm nguội bằng khí nén, nước + Sau khi đúc để vật đúc ngoài trời một thời gian vài tháng cho tới một năm 3. Tính công nghệ của kết cấu vật đúc a) Kết cấu và phương pháp chế tạo - Cần chọn phương pháp chế tạo hợp lý trong các phương pháp sau: đúc, hàn, dập, thiếu kết kim loại bột. - Với chi tiết lớn và phức tạp: cần phối hợp phương pháp chế tạo như hàn ghép nhiều vật đúc đơn giản với các thép tấm, thép hình. b) Dạng kết cấu của vật đúc Kết cấu vật đúc có thể chia thành ba nhóm: +Vật đúc có thể tích lớn và diện tích mặt ngoài bé – vật đúc dạng khối dày A + Vật đúc có thể tích bé và diện tích mặt ngoài lớn - vật đúc dạng lớn thành mỏng Z. + Trung gian giữa dạng A và Z gọi là dạng M Hình 8: Kết cấu vật đúc: a) A; b) Z; c) M=A+Z + Vật đúc dạng A dễ sinh ra rỗ ngót, khuynh hướng này tăng khi tăng chiều dày thành vật đúc và khi tốc độ nguội bên ngoài và lõi vật đúc khác nhau nhiều. + Vật đúc dạng Z thường xuất hiện ứng suất dư. + Vật đúc dạng M dễ có hư hỏng như xuất hiện cả rỗ ngót và ứng suất. Chú ý đến dạng kết cấu để dự đoán được các dạng khuyết tất, có biện pháp khắc phục hợp lý, nâng cao chất lượng vật đúc. c) Kết cấu của vật đúc chú ý đến độ bền - Chiều dày thành vật đúc phải đảm bảo cho chi tiết đạt cứng vững, nhẹ, kim loại điền đầy tốt (được xác định bằng thực nghiệm thông qua đại lượng N – hàm kích thước vật đúc). L, B, H – chiều dài, rộng, cao của vật đúc, m Quan hệ giữa chiều dày thành và kích thước vật đúc 1: VĐ bằng thép 2: VĐ bằng gang d) Kết cấu của vật đúc chú ý đến độ bền - Thành vật đúc nên đồng đều tránh dày đột ngột, muốn tăng bền nên làm gân tăng cứng để tránh dày thành, chỗ chuyển tiếp thành dày mỏng nên tránh đột ngột (cần có góc lượn hợp lý). - Kết cấu ruột thích hợp nhất là dùng đầu gác, không nên dùng má đỡ . e) Kết cấu vật đúc có chú ý đến làm khuôn dễ dàng - Tiết diện hở dễ làm khuôn, tiết diện hộp rỗng làm khuôn phức tạp hơn - Vật đúc cần làm xiên thành để dễ lấy mẫu ra khỏi khuôn (???). - Tránh phần nhô ra trong vật đúc, hạn chế miếng rời. - Kết cấu vật đúc đảm bảo ít mặt lắp phân khuôn và mặt lắp ráp không phức tạp - Kết cấu hạn chế sử dụng ruột f) Kết cấu vật đúc có chú ý đến sự điền đầy kim loại vào khuôn - Tiết diện và gân phải đủ dày để kim loại lỏng điền đầy dễ dàng. - Do đó tránh thành mỏng, rộng chỗ ngoặt thay đổi tiết diện đột ngột cản trở dòng chảy và gây vỡ cát. - Kết cấu vật đúc tạo điều kiện thoát khí dễ dàng. - Dự kiến vị trí rót sao cho phần quan trọng hoặc có gia công nằm phía dưới (???). g) Kết cấu có chú ý đến rỗ ngót, ứng suất và nứt - Bố trí nút nhiệt sao cho dễ đặt đậu ngót. - Đảm bảo chiều dày thành đều. - Tránh sự cản trở giữa khuôn và ruột gây nứt. - Tránh không phá hủy nứt: + dùng kết cấu vững chắc, thành dày, độ bền đảm bảo sau đúc không biến dạng + dùng kết cấu nhẹ, thành mỏng, cong dễ biến dạng để khi đúc dễ phát sinh ứng suất uốn và xoắn, + giảm ứng suất kéo –nén. Thành phẳng nên làm cong hoặc vòm, nan hoa và đĩa phẳng thì thay băng nan hoa đĩa cong. - Vách và gân bên trong nên bố trí chéo, tranh gặp nhau (tránh nút nhiệt). - Vách trong ruột làm mỏng hơn thành ngoài, các góc cửa sổ lượn tròn với bán kính lớn. - Bố trí gân tăng cứng, vững. h) Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm sạch - Mặt ngoài vật đúc phải dễ dàng làm sạch nên tránh chỗ lõm sâu giữa các gân cao. - Những đầu gác ruột tiết diện quá bé làm khó rút xương ruột và khó làm sạch. - Những vật đúc bé làm sạch bằng tang quay không nên có phần lồi vì có thể gãy. i) Kết cấu vật đúc chú ý đến gia công cơ khí - Hạn chế số lượng và diện tích bề mặt gia công - Tránh bề mặt gia công lớn mà chỉ nên gia công gờ hoặc mép - Kết cấu vật đúc đảm bảo dễ gá trên máy và số lần gá ít nhất - Chi tiết đúc cần đảm bảo vạch dấu dễ dàng. Yêu cầu: - Đặc điểm thiết kế chi tiết đúc cho các vật liệu khác nhau (thép, gang cầu, gang xám, đồng, nhôm). - So sánh sự giống và khác nhau khi đúc các vật liệu khác nhau. - Thuận lợi, khó khăn khi đúc các vật liệu khác nhau. . BÀI GIẢNG SỐ 02 (Dùng cho 02 tiết giảng) 1.2. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐÚC 1.2.1 Nguyên tắc chung - Khi thiết kế chi tiết đúc cần căn cứ vào: + Số lượng (nhiều hay. công cơ khí - Hạn chế số lượng và diện tích bề mặt gia công - Tránh bề mặt gia công lớn mà chỉ nên gia công gờ hoặc mép - Kết cấu vật đúc đảm bảo dễ gá trên máy và số lần gá ít nhất - Chi