THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC VÀ NẤU LUYỆN CHI TIẾT CHẢNG BA XE MÁY

Nghành đúc đã không ngừng tiếp thu những thành tựa khoa học công nghệ hiện đại để phát triển hơn, tạo ra những phôi đúc có chất lượng cao hơn đáp ứng yêu cầu phát triển không ngừng của c

Ngành đúc là một ngành sản xuất chế phôi cho hầu hết các ngành công nghiệp trong thời đại ngày nay Từ một nghành truyền thống, ngành đúc đang trở thành một ngành công nghệ vật liệu chủ chốt, một ngành công nghiệp hiện đại bao hàm tính khoa học và tính thực tiễn rất cao Nghành đúc đã không ngừng tiếp thu những thành tựa khoa học công nghệ hiện đại để phát triển hơn, tạo ra những phôi đúc có chất lượng cao hơn đáp ứng yêu cầu phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp quan trọng khác như cơ khí chế tạo máy, xây dựng…

Hiện nay với tốc độ phát triển rất mạnh của ngành cơ khí cơ khí chế tạo máy, sản xuất otô,

xe máy Nhu cầu rất cao về các các linh kiện để lắp ghép, sửa chữa và thay thế tuy nhiên các chi tiết linh kiện hiện nay chủ yếu vẩn nhập khẩu từ nước ngoài với giá tương đối cao Các cơ sở sản xuất trong nước vẫn sản xuất với quy mô nhỏ và chất lượng còn thấp

Trước nhu cầu cấp thiết đó, em đã chọn đề tài Luận văn tốt nghiệp “Thiết kế công nghệ đúc

và nấu luyện chi tiết chảng ba xe máy” đề tài thiết kế đúc cho chi tiết chảng ba, một chi tiết

cụ thể tương đối quan trọng trong xe máy tuy nhiên lại rất hay gặp sự cố hư hỏng

Dưới sự hướng dẫn, chỉ dạy hết sực tận tình của thầy THS Lê Quốc Phong, em đã hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp Mặc dù vậy, với vốn kiến thức còn ít ỏi và thiếu kinh nghiệm thực tiễn của mình nên luận văn của em vẫn còn nhiều điều sai sót, chưa sâu sắc Rất mong nhận được sự góp ý, chia sẻ của quý thầy cô, bạn bè để em có thể hoàn thiện đề tài này

MỤC LỤC

Đề mục Trang

Trang bìa i

Nhiệm vụ luận văn ii

Phiếu chấm luận văn iii

Lời cảm ơn vii

Lời nói đầu viii

Mục lục ix

Danh sách bảng biểu xi

Danh sách hình vẽ xii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC 1

1.1 Hiện trạng ngành đúc 1

1.2 Cơ sở lý thuyết đúc 7

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐÚC CHI TIẾT CHẢNG BA 15

2.1 Điều kiện làm việc của chi tiết 15

2.2 Vật liệu chế tạo 16

2.3 Phân tích tính công nghệ của chi tiết 19

2.4 Lựa chọn phương pháp đúc 21

2.5 Bố trí vật đúc trong khuôn 24

2.6 Sai lệch cho phép và lượng dư 26

2.7 Thiết kế ruột 30

2.8 Thiết kế hệ thống rót và bù co 32

2.9 Thiết kế khuôn đúc và mẫu 41

2.10 Làm ruột 45

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NẤU LUYỆN 47

3.1 Lựa chọn lò nấu 47

3.2 Tính toán phối liệu và xỉ 53

3.3 Quy trình luyện thép 63

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

1 Bảng 2.1: Thành phần hóa học của thép c45 17

2 Bảng 2.2: tính chất vật lý của của thép C45 18

3 Bảng 2.3 sai lệch cho phép đối với vật đúc 26

4 Bảng 2.4 lượng dư gia công đối với lỗ lắp ghép .26

5 Bảng 2.5 lượng dư gia công bề mặt 27

6 Bảng 2.6 lượng co theo chiều dài của vật đúc 27

7 Bảng 2.7 Trị số độ xiên thoát khuôn .29

8 Bảng 2.8 các thông số của ruột 31

9 Bảng 2.9 các kích thước của cốc rót dựa theo Đường kính ống rót .36

10 Bảng 2.10 các kích thước của mạng lọc xỉ 37

11 Bảng 2.11 các kích thước rảnh dẫn 38

12 Bảng 2.12 Tính chất hỗn hợp làm khuôn 42

13 Bảng 2.13 Thành phần hỗn hợp làm khuôn 43

14 Bảng 2.14 tính chất hỗn hợp làm ruột .46

15 Bảng 2.15 Thành phần hỗn hợp làm ruột 47

16 Bảng 3.1 kích thước liệu theo tần số dòng điện 54

17 Bảng 3.2 thành phần yêu cầu của c45 56

18 Bảng 3.3 thành phần hóa học trong các loại gang 56

19 Bảng 3.4.thành phần hóa học trong các loại thép .56

20 Bảng 3.5 thành phần liệu dùng để tính toán nấu luyện 57

21 Bảng 3.6 hệ số cháy hao theo thực nghiệm của lò cảm ứng .57

22 Bảng 3.7 phần trăm đi vào xỉ của các nguyên tố trong giai đoạn OXH 59

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

1 Hình 1.1 Sản lượng vật đúc gang thép (theo tấn) tại các nước 1

2 Hình 1.2 Sản lượng vật đúc kim loại màu (theo tấn) tại các nước 2

3 Hình 1.3 năng suất sản xuất vật đúc gang thép tại các nước châu Âu 3

4 Hình 1.4 Chi phí năng lượng của các khâu trong sản xuất đúc 3

5 Hình 1.5 sơ đồ quản lý thiết kế tại đa số nhà sản xuất đúc Việt Nam 4

6 Hình 1.6 Quy trình thiết kế đúc của nhà sản xuất Việt Nam 5

7 Hình 1.7 Mô hình của khuôn mẫu 9

8 Hình 1.8 Qúa trình nóng chảy 9

9 Hình 1.9 Kỹ thuật đổ 11

10 Hình 1.10 vật đúc sau khi pha khuôn 12

11 Hình 1.11 máy làm sạch sản phẩm 12

12 Hình 1.12 Quy trình sản xuất vật đúc trong khuôn cát 13

13 Hình 1.13 Tỷ lệ các công nghệ khuôn trong sản xuất đúc 14

14 Hình 2.1 chi tiết chảng ba và khung xe trước 15

15 Hình 2.2 mô hình 3D của chi tiết 19

16 Hình 2.3 kích thước chi tiết chảng ba 20

17 Hình 2.4 Vật đúc nằm ngữa không khả thi 24

18 Hình 2.5 bố trí vật đúc theo phương án 1 24

19 Hình 2.6 bố trí vật đúc theo phương án 2 25

20 Hình 2.7 bố trí vật đúc theo phương án 3 25

21 Hình 2.8 thay đổi kết cấu khi đúc 31

24 Hình 2.10 hình dáng khi đặt ruột 31

25 Hình 2.11 khoảng cách giữa mẫu và hòm khuôn 33

26 Hình 2.12 vị trí rót kim loại vào vật đúc 33

27 Hình 2.13 Các thông số kích thước của mạng lọc xỉ 37

28 Hình 2.14 hình dạng tiết diện rảnh dẫn 37

29 Hình 2.15 Vị trí các nút nhiệt 39

30 Hình 2.16 quan hệ giữa tỉ số  và hệ số khuôn 40

31 Hình 2.17 cỡ hòm khuôn thường gặp 41

32 Hình 2.18 bản vẽ hòm khuôn 42

33 Hình 2.19 bản vẽ tấm mẫu 44

34 Hình 3.2 Cấu tạo của lò cảm ứng không lõi dây đồng làm mát bằng nước 49

35 Hình 3.3 Lò cảm ứng kiểu kênh 50

36 Hình 3.4 Lò phản xạ 52

37 Hinh 3.5: Quan hệ chỉ giữa chỉ số khử P và nhiệt độ 66

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC

1.1 HIỆN TRẠNG NGÀNH ĐÚC

1.1.1 Tình hình sản xuất

Hình 1.1 và 1.2 thể hiện tình hình sản xuất đúc năm 2002 của các nước

thông qua sản lượng (theo tấn) Đối với vật đúc gang thép (hình 1.1), Trung

Quốc tiếp tục đứng đầu thế giới và chiếm 26% tổng sản lượng toàn cầu,

tăng 9% so với năm 2001 Kế đến là Mỹ với 16%, giảm 0,5% so với năm

2001

Hình 1.1 Sản lượng vật đúc gang thép (theo tấn) tại các nước [20]

Theo thống kê sản lượng vật đúc kim loại màu (hình 1.2), Mỹ đang dẫn đầu

trong hầu hết các loại hợp kim, chiếm 26% tổng sản lượng toàn cầu, tăng

2% so với năm 2001 Đứng thứ 2 là Nhật chiếm 13%, trong đó vật đúc hợp

kim nhôm chiếm 97% trong tổng sản lượng vật đúc kim loại màu của nước

này Trung Quốc chiếm 11% Mê-hi-cô có tốc độ tăng nhanh nhất chiếm

6% so với 2,9% của năm 1995

Hình 1.2 Sản lượng vật đúc kim loại màu (theo tấn) tại các nước [20]

Khách hàng chính của ngành đúc là công nghiệp ô-tô (chiếm 50% thị phần), kỹ thuật nói chung (30%) và xây dựng (10%) Trong đó, hơn 60% vật đúc gang được dùng trong công nghiệp ô-tô, còn vật đúc thép được dùng chủ yếu trong ngành xây dựng, chế tạo máy và valve công nghiệp

Tình hình sản xuất đúc ghi nhận sự nổi lên của các nước đang phát triển như Trung Quốc, Ấn Độ, Bra-xin, Mê-hi-cô…

1.1.2 Qui mô nhà sản xuất

Sản xuất đúc ngày càng dùng ít nhân công, xưởng do mức độ tự động hóa tăng Mối quan hệ giữa qui mô xưởng, năng xuất và nhân công được thể hiện ở hình 3

Hình 1.3 năng suất sản xuất vật đúc gang thép tại các nước châu Âu [20]

1.1.3 Chí phí và Lợi nhuận

Ngành đúc chi phí nhiều năng lượng, chủ yếu là khí thiên nhiên và điện Trong

đó, nấu luyện là khâu tiêu tốn nhiều năng lượng nhất khi chiếm 55% tổng năng lượng sử dụng Kế đến là các khâu làm khuôn và ruột, chiếm 20%

Hình 1.4 Chi phí năng lượng của các khâu trong sản xuất đúc [20]

Trong thời gian gần đây, ngành đúc tại một số nước phát triển sa sút vì công nghiệp ô-tô đi xuống và chịu sự cạnh tranh gay gắt từ các nước đang phát triển

như Trung Quốc, Ấn Độ, Bra-xin, Mê-hi-cô… Theo đó, giá trị gia tăng của vật đúc được sản xuất tại các nước phát triển giảm Điển hình là Mỹ, nơi giá trị gia tăng giảm 5,4% trong giai đoạn 2000-2004

1.1.4 Hiện trạng ngành Đúc Việt Nam

Doanh nghiệp sản xuất đúc Việt Nam gặp hai vấn đề lớn sau: thiếu mô hình quản

lý thiết kế hợp lý và thiếu vốn và định hướng đầu tư Cụ thể:

- Mô hình quản lý quy trình thiết kế của nhà sản xuất đúc Việt Nam

Hiện nay, mô hình quản lý thiết kế của nhà sản xuất đúc Việt Nam được tổ chức theo công đoạn Trong đó, mỗi công đoạn độc lập với nhau, nếu một công đoạn gặp vấn đề thì nhà sản xuất phải mất rất nhiều thời gian (quay lại từ đầu) để hiệu chỉnh thiết kế Điều này làm tăng thời gian và chi phí thiết kế

Hình 1.5 sơ đồ quản lý thiết kế tại đa số nhà sản xuất đúc Việt Nam

Một nguyên nhân khác khiến thời gian và chi phí thiết kế cao là quá trình phát triển sản phẩm phải trải qua nhiều lần sản xuất thử Thông thường, sau khi nhận yêu cầu của khách hàng, nhà sản xuất tiến hành thiết kế đúc theo kinh nghiệm và sản xuất thử Nếu không thành công, nhà sản xuất sẽ liên hệ với khách hàng để hiệu chỉnh thiết kế Tuy nhiên, vì đã sản xuất thử nên thời gian chuẩn bị và chi phí sản xuất đã tăng (hình 1.6)

Hình 1.6 Quy trình thiết kế đúc của nhà sản xuất Việt Nam

Đường đậm chỉ những công đoạn tốn nhiều chi phí Khung lớn gồm những công đoạn trong nhà máy đúc

Công tác thiết kế không dự toán đúng chi phí sản xuất- cơ sở đưa ra báo giá cho khách hàng Điều này do tính đa dạng của vật đúc nên mô hình tính toán chi phí sản xuất không giống nhau cho những vật đúc khác nhau Từ đó, nhà sản xuất có thể đưa ra báo giá không chính xác, đôi lúc gây tổn thất cho chính mình và khách hàng

- Thiếu vốn và định hướng đầu tư

Đa số nhà sản xuất đúc có trình độ công nghệ, thiết bị lạc hậu, sản xuất vật đúc trung bình cộng với tỷ lệ phế phẩm cao nên lợi nhuận kinh doanh thấp Thêm vào

đó, chính phủ, công chúng và nhà sản xuất chưa hiểu hết ưu điểm của chi tiết đúc

và vai trò của công nghệ đúc đối với nền kinh tế Kết quả là trong thời gian dài ngành thiếu sự quan tâm và vốn đầu tư để phát triển

Gần đây, trong điều kiện có vốn, phần lớn doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ đúc mới, tự động hóa dây chuyền sản suất, thiết bị phân tích - kiểm tra… Hiển nhiên, điều này mang lại những chuyển biến tích cực nhưng chưa thể giúp ngành phát triển lên mức cao hơn vì thiết bị phân tích - kiểm tra không giúp giảm phế phẩm (chỉ giảm lượng hàng bị trả về), công nghệ mới và năng suất tăng chỉ làm tăng thiệt hại nếu thiết kế chưa tốt (theo thống kê, 90% khuyết tật đúc có nguyên nhân từ lỗi thiết kế)

Mặt khác, vì hiệu quả đầu tư của các doanh nghiệp đi trước chưa đạt yêu cầu nên không tạo ra động lực cho cho các doanh nghiệp cùng ngành

- Tổng kết

Tình hình sản xuất đúc cho thấy nhu cầu vật đúc của các nước phát triển lớn và dần phụ thuộc vào nhập khẩu Ngoài ra, nó còn ghi nhận sự nổi lên của các nước đang phát triển Điều này cho thấy khuynh hướng chuyển ngành đúc từ các nước phát triển sang các nước đang phát triển

Việc ứng dụng những công nghệ, thiết bị và công cụ cập nhật, hiện đại cùng với đòi hỏi ngày một khắc khe từ khách hàng đã biến vật đúc từ hàng hóa thông dụng thành sản phẩm có giá trị gia tăng

Trước tình hình trên, nhà sản xuất Việt Nam có cơ hội phát triển hơn Để tận dụng cơ hội, nhà sản xuất cần cải thiện trình độ thiết kế và có định hướng đầu tư hợp lý Qua tìm hiểu hoạt động, xu hướng của ngành trên thế giới ta thấy Kỹ Thuật Đồng Thời có thể giải quyết được bài toán tăng trình độ thiết kế và định hướng đầu tư cho nhà sản xuất Việt Nam

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÚC

1.2.1 Định nghĩa

Đúc là quá trình điền đầy kim loại ở thể lỏng vào lòng khuôn đúc có hình dạng kích thước định sẵn Sau khi kim loại đông đặc ta thu được sản phẩm tương ứng

với lòngkhuôn Sản phẩm đó gọi là vật đúc

Nếu đem vật đúc gia công như gia công cắt gọt gọi là phôi đúc

Mọi vật liệu nhỏ: gang, thép,hợp kim màu, vật liệu phi kim khi nấu chảy, đều đúcđược

Tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp

Có khối lượng lớn mà các gia công phôi khác không thực hiên được

1.2.2 Vai trò của công nghệ đúc

Công nghệ đúc hiện là tứ đại thiên vương trong chuyên ngành kim loại và hợp kim cho nên việc hiểu rõ về công nghệ là điều vô cùng cần thiết

Theo xu hướng hiện nay đúc có nhiều công dụng hữu ích trong đời sống.Đúc

có vai trò quan trọng đối với nền kinh tế Tuy nhiên, ở nước ta vẫn chưa quan tâm nhiều đến vai trò của nó, ví như:những lợi ích từ việc sản xuất các chi tiết thay thế, vai trò trong đời sống hằng ngày.Thêm vào đó, một số nhà sản xuất, quản lý và chuyên viên kỹ thuật chưa hiểu được sự khác biệt của chi tiết được chế tạo từ đúc và từ các phương pháp khác.Kết quả là thiếu cơ hội cho các nhà sản xuất Sản xuất đúc được phát triển rất mạnh và được sử dụng rấtrộng rãi trong các ngành công nghiệp, khối lượng vật đúc trung bình chiếm khoảng 40%đến 80% tổng khối lượng máy móc, trong ngành cơ khí khối lượng vật đúc chiếm đến 90% mà giá thành chỉ chiếm có 20% đến 25% Ứng dụng lớn nhất là

xe hơi và xe tải hạng nhẹ vào khoảng 31% Các lĩnh vực khác bao gồm xây dựng, khai khoáng và dầu khí khoảng 6%, đường ống và khớp nối 15%, máy bơm và nén khí 3%, đô thị 3%, đường sắt 6%, máynông nghiệp6%, van 5%, động cơ đốt trong 5%

1.2.3 Yêu cầu của một kết cấu kim loại

Bảo quản quy trình công nghệ làm khuôn đơn giản, thuận tiện

Để 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

Công nghệ đúc được chia thành hai loại chính: đúc thông thường và đúc đặc biệt

Đúc thông thường là công nghệ có từ cổ xưa, đúc thông thường được thực hiện với các khuôn cát

Đúc đặc biệt là phương pháp khác đúc thông thường, đúc đặc biệt có sự khác biệt về nguyên liệu vàcông nghệ làm khuôn, cách điền đầy và tạo hình vật đúc

Đúc đặc biệt thường sử dụng khuôn kim loại Thường có các dạng: Đúc trong khuôn kimloại, Đúc áp lực, Đúc ly tâm, Đúc liên tục và một số công nghệ đúc đặc biệt khác

1.2.4 Các yếu tố cơ bản trong quá trình đúc

a Khuôn khoang (khuôn mẫu)

Trong khi thực hiện một khoang khuôn với hình dạng và kích thước mong muốn, người ta phải ghi nhớ trong đầu những yếu tố co rút của kim loại kiên

cố hóa Các khoang chứa trong chính nó tất cả các phức tạp của hình dạng của các thành phần đã hoàn thành mong muốn khuôn mẫu khoang

Lựa chọn vật liệu khuôn phải cũng rất quan trọng vì nó phải có khả năng tái tạo chi tiết mong muốn Các vật liệu khuôn không nên bị ảnh hưởng đáng kể bởi các kim loại nóng chảy mà nó phải có.Trong trường hợp khuôn mẫu tiêu hao, một khuôn mẫu mới phải được chuẩn bị cho mỗi lần đúc

Trong khi đó, khuôn mẫu có thể tái sử dụng hoặc vĩnh viễn có thể được sử dụng nhiều hơn một lần.Loại thứ hai được làm từ vật liệu có thể chịu được đúc lặp đi lặp lại Các khuôn mẫu thường rất tốn kém vì đây là những làm bằng kim loại hoặc than chì, được sử dụng để chạy sản xuất lớn Đối với sản xuất số lượng nhỏ hơn, các khuôn mẫu tiêu hao thường được ưa thích, đơn giản chỉ vì

khía cạnh kinh tế của họ

Hình 1.7 Mô hình của khuôn mẫu[19]

b Quy trình nóng chảy

Mục tiêu của quá trình nóng chảy là

 Cung cấp vật liệu nóng chảy ở nhiệt độ thích hợp

 Cung cấp vật liệu nóng chảy ở số lượng mong muốn

nóng chảy được rót vào khuôn Khi các kim loại nóng đi vào khuôn khoang (khuôn mẫu), nó có thể tạo ra các loại khí khác nhau do phản ứng hóa học Các thiết kế khuôn phải cho phép các khi này thoát ra (lỗ thông khí), để các kim loại nóng chảy có thể chạy lấp đầy vào các hốc khuôn hoàn toàn Điều đó giúp cho vật đúc được sản xuất không bị lỗi, đầy đủ các thành phần chi tiết và chất lượng của vật đúc

Hình 1.9 Kỹ thuật đổ[19]

d Quy trình kiên cố hóa

Thiết kế tốt hơn và kiểm soát ở giai đoạn này sẽ giúp trong việc sản xuất ra sản phẩm chất lượng Các thiết kế khuôn nên được tính toán để hạn chế độ co xảy ra trong quá trình làm mát của các kim loại Điều này giúp ngăn ngừa các loại crack trên vật đúc khi quá trình vật đúc từ nóng chuyển sang mát của nó là thấp Hơn nữa, các nhà thiết kế cũng nên cẩn thận khi thực tế là độ xốp và co rút

có thể xảy ra trong quá trình cố định vật đúc.Một sản phẩm đúc chất lượng phải được khắc phục các lỗi

e Khuôn diệt

Sau khi kiên cố hóa thích hợp, vật đúc nên được loại bỏ khỏi khuôn Nói chung, khuôn mẫu tiêu hao được chia ra và bị phá hủy sau khi vật đúc được sản xuất mà không có bất kỳ khó khăn Tuy nhiên, bằng cách sử dụng khuôn mẫu có

thể sử dụng lại có thể gây ra những thách thức lớn từ quan điểm thiết kế về việc loại bỏ các vật đúc từ khuôn mẫu cố định

Hình 1.10 vật đúc sau khi pha khuôn

f Làm sạch, hoàn thiện và kiểm tra

Quá trình làm sạch các vật đúc cũng khác nhau, hoàn thiện, và các công tác kiểm tra được thực hiện sau khi đưa vật đúc ra khỏi khuôn Vật liệu không liên quan (phụ gia, kim loại khác tạo hình) được gắn vào trong khoang, và các vật liệu được gắn vào bề mặt đúc tất cả phải được loại bỏ

Hình 1.11 máy làm sạch sản phẩm[21]

- Ví dụ quy trình sản xuất đúc trong khuôn cát có thể được tóm tắt như sau:

Hình 1.12 Quy trình sản xuất vật đúc trong khuôn cát

- Bộ phận kỹ thuật căn cứ theo bản vẽ chi tiết, lập ra bản vẽ vật đúc, trong đó có mặt phânkhuôn, lõi, độ dốc đúc, lượng dư gia công cơ khí, dung sai, độ co ngót của kim loại khi đông đặc,…

- Bộ mẫu là một số các mẫu khác nhau như: tấm mẫu, mẫu hệ thống rót, đậu ngót Trongđó mẩu đúc và lõi là hai bộ phận chủ yếu.Mẫu đúc dùng để chế tạo lòng khuôn đúc trong hỗn hợp làm khuôn, hợp lõi dùng để làm lõi nếu có Mẫu, hộp lõi thường do xưởng mộc sản xuất

- Khuôn, mẫu, hộp lõi thường làm thành hai nửa lắp lại với nhau bằng các chốt định vị

- Khuôn đúc và lõi thường phải sấy khô để tăng cơ tính và khả năng thông khí

- Bộ phận nấu chảy kim loại phải phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm khuôn Lắp ráp khuôn để tiến hành rót kim loại lỏng vào cho kịp lúc

- Sau khi kim loại đông đặc, vật đúc được hình thành trong khuôn, tiến hành phá lõi, kiểm tra vật đúng bằng thủ công hoặc bằng máy

- Kiểm tra lại khâu cuối cùng, gồm kiểm tra hình dáng và kích thước, chất lượng bêntrong vật đúc

- Người ta có quan niệm rằng đúc bằng khuôn cát có năng suất không cao, sản phẩm đúc kém chính xác, muốn có độ chính xác cao hơn phải qua gia công cơ khí lại Điều đó đúng đối với khuôn cát, đất sét, do thông thường làm bằng tay nhưng nếu người thợ có tay nghề cao biết tính toán độ hao hụt, dung sai co giản của kim loại thì điều này có thể khắc phục được Những năm gần đây nhờ sử dụng các hỗn hợp các có thành phần và tính chất mới, nhờ đẩy mạnh cơ khí hóa,

tự đọng hóa trong sản xuất đúc nên năng suất đúc được tăng lên rõ rệt, chất lượng đúc cũng được làm trên máy nhất là những máy ép áp lực cao chiếm ưu thế rất nhiều, có thể cạnh tranh với một số phương pháp đặc biệt về độ chính xác và độ nhẵn bề mặt của sản phẩm đúc Có thể nói rằng cho đến ngày nay khuôn cát vẫn chiếm gữ vai một vai trò quan trọng trong ngành sản xuất đúc

Hình 1.13 Tỷ lệ các công nghệ khuôn trong sản xuất đúc[19]

1- Khuôn cát tươi; 2- Cát khô; 3- Khuôn cát tự rắn;

4- Khuôn kim loại; 5- Khuôn đúc đặc biệt khác

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐÚC

2.1 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CHI TIẾT

Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết là rất cần thiết cho quá trình thiết kế đúc, từ đó có thể đề ra các phương pháp chế tạo vật đúc phù hợp

Hình 2.1 chi tiết chảng ba và khung xe trước [8]

- Chảng ba là chi tiết rất quan trọng trong xe máy, nó có nhiệm vụ gắn kết cặp phuộc trước và trục cổ lái tạo ra bộ khung của bánh xe trước chảng ba giúp giới hạn phạm vi xoay của trục lái ,phân phối lực tác động từ bánh trước ngoài ra nó còn có tác dụng chịu lực, giảm sốc giúp

xe cân bằng và ổn định trong khi hoạt động

- Chi tiết làm việc trong điều kiện rung động ,tải trọng thay đổi ,chịu lựu uốn và bẻ cong từ hai bên

- Do vậy chi tiết yêu cầu phải có cơ tính tốt , độ cứng độ bền phải cao (kéo ,xoắn ) Chi tiết yêu cầu độ chính xác khá cao ở những lỗ lắp ghép

Thường sử dụng các mác sau : C35 ,C40 ,C45, C50 nhưng thông dụng nhất là C45

Chế độ nhiệt luyện là tôi và ram cao , lõi của chi tiết sẽ có cơ tính tổng hợp cao

để chịu được tải trọng tỉnh và va đập , tổ chức nhận được là xoocbit ram ( độ cứng 25-30 HRC) Tổ chức này có tác dụng tạo được độ bóng cao khi cắt gọt và giúp cho chuyển biến xảy ra nhanh chóng , nhận được mactenxit nhỏ mịn ngoài

ra có thể tạo cho bề mặt có độ cứng cao và tính chống mài mòn lớn bằng cách tôi

Giới hạn đàn hồi cao, khả năng chống biến dạng dẻo lớn tỉ lệ  dh/ b vào

khoảng 0,85 - 0,95

Độ cứng khá cao , độ dẻo và dai thấp để tránh biến dạng dẻo và không bị phá hủy dòn

Giới hạn bền mỏi cao phù hợp với điều kiện tải trọng thay đổi có chu kỳ

Chế độ nhiệt luyện tôi và ram trung bình tạo ra tổ chức trôxtit ram

Thép hóa tốt c45 có tính chất rất ưu việt :độ bền ,độ dẻo ,độ dai đều cao Thép được sử dụng rất phổ biến trong các chi tiết kết cấu máy nhỏ và trung bình

Với các phân tích đả nêu ở trên chúng ta thấy rằng vật liệu thép cacbon hóa tốt c45 phù hợp với chi tiết của chúng ta

0.17-0.90

0.60-0.30 Max

0.25 Max

0.040 max

0.050 max

- Các tính chất vật lý :

Mác

thép

Độ bền kéo đứt

Giới hạn chảy Tỷ trọng

Độ giãn dài tại điểm gãy

Modun đàn hồi Hệ số

- Sau khi tạo phôi, cần tiến hành ủ hoàn toàn ( áp dụng cho thép trước cùng tích ) với đặc đ iểm nu ng nón g thép tới trạng thái hoàn toàn

là austenit, với nhiệt độ ủ là :

T = 825 ÷835 oC Mục đích của ủ hoàn toàn là:

 Sau khi ủ ho àn toàn thép ta tiến hành các biện pháp gia công cơ

kh í đ ể đạtđược hình dạng yêu cầu

- Nhiệt luyện kết thúc:

 Bước đầu tiên là tạo cho lõi có cơ tính tổng hợp cao để chịu được tảitrọng tĩnh và va đập bằng cách tôi + ram cao đạt tổ chức xoocbit ram với độ cứng HB = 240 ÷280( HRC = 25÷30) Ngoài ra hai 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 ram thấp

2.3 PHÂN TÍCH TÍNH CÔNG NGHỆ CỦA CHI TIẾT

Tính công nghệ trong kết cấu là một tính chất quan trọng của sản phẩm hoặc chi tiết cơ khí nhằm đảm bảo lượng kim loại tiêu hao là thấp nhất, lượng dư gia công là nhỏ nhất, giá thành sản phẩm sau khi gia công là thấp nhất trong một điều kiện sản xuất nhất định

Hình 2.2 mô hình 3D của chi tiết

- Đối với các chi tiết nói chung, bề mặt làm việc chủ yếu là các bề mặt của những lỗ chính vì vậy khi thiết kế cần chú ý đến kết cấu của nó như:

 Độ không song song giữa các lỗ chính Φ30 và Φ41 khoảng 0.01 mm/

100 mm bán kính mặt đầu

 Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ Φ41 :200±0.02

Hình 2.3 kích thước chi tiết chảng ba

- Số lượng chi tiết : 1000 chi tiết

- Chi tiết chủ yếu yêu cầu gia công các lỗ lắp ghép,các mặt phẳng đáy lỗ

- Các lỗ lắp bu long  12,  6 không đúc mà để gia công sau

- Do chi nhiều lỗ trục, chiều dày thay đổi, vật liệu bằng thép nên cần bố trí

nhiều đậu ngót và thay đổi kết cấu vật đúc

- Hình dáng thuận lợi cho việc chọn chuẩn thô, chuẩn tinh thống nhất

2.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐÚC

2.4.1 Tình hình sản xuất đúc

Chảng ba xe máy chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp chính là đúc trong khuôn cát-sét Nhu cầu xe máy cũng như các phụ tùng thay thế hiện nay rất lớn tuy nhiên các chi tiết sản xuất trong nước có chất lượng tương đối thấp ,quy mô sản xuất vừa và nhỏ chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài, đặc biệt là các chi tiết có độ chính xác cao

2.4.2 Các phương pháp đúc

2.4.2.1 Đúc trong khuôn cát sét

Phương pháp này có ưu điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu thấp ,trang thiết bị công nghệ đơn giản

- có khả năng tạo hình các vật đúc lớn và các vật đúc phức tạp như chi tiết của chúng ta

- phù hợp với tất cả các loại hình sản xuất

- Thân thiện với môi trường

- hổn hợp làm khuôn tái sử dụng nhiều lần

Tuy nhiên, phương pháp này lại có những nhược điểm:

- Độ chính xác , độ bóng bề mặt không cao Điều này có thể chấp nhận được trong sản xuất chảng ba vì chảng ba không yêu cầu độ chính xác bề mặt cao ,chỉ yêu cầu độ chính xác của các lỗ trục sau khi gia công

- Lượng dư gia công lớn ,tiêu tốn nhiều kim loại ,chi phí gia công cắt gọt lớn

- Nếu đúc bằng thép trong khuôn cát-sét như chúng ta thi khả năng tao nhiều lõm co rất lớn, nếu tính toán lượng bù ngót không đúng có thể dẫn đến việc tạo một lõm co lớn nằm trong vật đúc, gây ra sai số khối lượng lớn trong vật đúc, chi tiết không còn đảm bảo cơ tính và chất lượng

2.4.2.2 Đúc bằng công nghệ tự đông cứng Furan

Công nghệ này có ưu điểm là:

- Vật đúc có độ chính xác cao hơn đúc trong khuôn cát sét

- Khuôn có độ bền cao khuôn cát sét

Tuy nhiên, công nghệ này có những nhược điểm:

- Thường lõm co lớn Trường hợp này của công nghệ tự đông cứng Furan giống như công nghệ khuôn cát sét

- Ô nhiễm môi trường do sử dụng chất kết dính là nhựa Furan và chất tang cứng là axit

- Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn khuôn cát sét

Do vậy, nếu so sánh công nghệ tự đông cứng Furan với công nghệ khuôn cát sét thì công nghệ khuôn cát sét phù hợp hơn vì sản phẩm không yêu cầu độ chính xác cao và công nghệ tự đông cứng Furan lại không khắc phục được những nhược điểm chính của công nghệ cát sét là tạo lõm co lớn Đồng thời, công nghệ

tự đông cứng Furan lại gây ô nhiễm môi trường do sử dụng nhựa Furan và axit 2.4.2.3 Đúc trong khuôn kim loại

Phương pháp này có những ưu điểm như:

- Thân thiện với môi trường

Tuy nhiên, phương pháp này lại có những nhược điểm như:

- chỉ đúc những vật đúc có hình dạng đơn giản ,giá thành bộ khuôn kim loại lớn, đặc biệt khi chi tiết của chúng ta ở đây có hình dạng phức tạp ,nhiều

lỗ trụ và đường cong do vậy bộ khuôn kim loại sẽ rất phức tạp và mắc tiền

- vật đúc dễ bị nức , cong vênh ,ứng suất do nguội nhanh ,bị cản co Trong khi vật đúc chúng ta đặc biệt yêu cầu cao về độ bền, độ uốn dẻo

Như vậy, phương pháp đúc trong khuôn kim loại không phù hợp cho đúc chảng ba

2.4.3 Lựa chọn phương pháp đúc

- Với sản lượng đúc của chúng ta không quá lớn, hình dạng vật đúc lại tưng đối phức tạp việc sử dụng phương pháp đúc trong khuôn kim loại sẽ

không hợp lý như phân tích phía trên,các phương pháp đúc khác như đúc

áp lực hoặc mẩu chảy cũng không phù hợp vì vật đúc của ta bằng thép ,thành dày, không yêu cầu cao về độ bóng bề mặt

- phương pháp đúc khuôn làm bằng hổn hợp các nhựa sẽ không phù hợp vì

dể bị phá hủy do đúc thép ở nhiệt độ cao

- với các yếu tố về kỹ thuật và kinh tế như trên , phương pháp đúc được chọn là đúc trong khuôn cát-sét

- Dùng khuôn tươi đúc 1 lần , qua quá trình sấy vì vậy đặc điểm của

phương pháp ta chọn là nhanh chóng và kinh tế phù hợp với lượng chi tiết cần đúc và cả hợp kim đúc theo yêu cầu

- Khuôn được làm bằng máy ,cho năng suất của xưởng đúc cao , chi tiết tạo

ra được đồng đều, chất lượng ,chi phí đầu tư cũng không qua cao , dễ thao tác , không cần nhiều kinh nghiệm

- Với sản lượng và yêu cầu của chi tiết ta chọn mẩu làm bằng nhôm ,đảm bảo nhẹ dễ thao tác , không bị biến dạng trong quá trình sản xuất

2.5 BỐ TRÍ VẬT ĐÚC TRONG KHUÔN

Chi tiết của chúng ta chỉ có thế bố trí nằm đứng vì chi tiết cần đúc có 3 lỗ trục không song song với nhau, nếu bố trí nằm ngữa thì chi tiết không có mặt phân mẫu rõ ràng , tất cả các ruột đều nằm ngang nên chi tiết khó lắp ruột và khó lấy mẫu ra

Hình 2.4 Vật đúc nằm ngữa không khả thi

 có 3 phương án bố trí vật đúc sau :

- Phương án 1 :

Hình 2.5 bố trí vật đúc theo phương án 1 + Ưu điểm :

chi tiết hầu hết nằm ở phần khuôn dưới nên dể lắp ruột, ruột được đặt vững chắc ,ít sai lệch

Có mặt phân mẫu dễ bố trí hệ thống rót ,hệ thống bù ngót,

tất cả phần gia công ,quan trọng đều nằm phía dưới khuôn

+ Nhược điểm :

chi tiết không có mặt phân mẩu nên chỉ có thể làm bằng mẩu nguyên

ụ cát nằm ở mặt khuôn trên dể gây khuyết tật trong khi đúc

- Phương án 3 :

Hình 2.7 bố trí vật đúc theo phương án 3

+ Nhược điểm :

Hầu hết ruột nằm ở phần khuôn trên nên khó lắp ruột ,khó kiểm tra

vị trí của ruột trong khuôn Những phần quan trọng đều nằm phía khuôn trên nên dể khuyết tật

rỗ khí ,lõm co, độ chính xác không cao

 Từ những phân tích trên ta lựa chọn phương án 1 là tối ưu nhất

2.6 SAI LỆCH CHO PHÉP VÀ LƯỢNG DƯ

Bảng 2.3 sai lệch cho phép đối với vật đúc [1]

2.6.2 Lượng dư gia công

 Đối với các bề mặt gia công : cấp chính xác II

Lượng dư đối với các khoảng kích thước danh nghĩa , mm

< 120 > 120 đến 260

120-260 Phía trên

Phía dưới, bên

Bảng 2.6 lượng co theo chiều dài của vật đúc

 Đối với các vật đúc bằng khuôn tươi các trị số này nhân với 1,2 Nếu khuôn có sự cản co mạnh thì lượng trừ co giảm chừng 10-20 %

2.6.4 Lượng dư công nghệ

 Đối với các lỗ , rãnh ,các chổ hõm hốc

Không đúc các lỗ lắp bu lông 6 , 12 ,

 Thay đổi kết cấu để dể rút mẫu và lắp khuôn , tăng các góc bo tròn để tránh cháy dính cát

Hình 2.8 thay đổi kết cấu khi đúc

- Thay đổi kết cấu vật đúc để tạo đông đặc có hướng và vùng đông đặc sau cùng là đậu ngót , ngoài ra còn giúp quá trình lấy mẫu ra khi làm khuôn được dể dàng

Hình 2.9 Trước và sau khi thay đổi kết cấu

 Hai đỉnh của vật đúc là những chổ cao nhất có thể tạo thành túi khí, lõm

co nên cần đặt đậu hơi hoặc tăng chiều cao

2.6.5 Lượng dư do độ xiên cản thành vật đúc

ở các mặt mẫu, hộp ruột song song với hướng rút mẫu khỏi khuôn cần có

độ xiên Dựa vào [1], bảng 22 :

Chiều cao thoát khuôn của

mẩu : h mm

Góc xiên Mẫu kim loại

>20 -50 Không lớn hơn 1

Bảng 2.7 Trị số độ xiên thoát khuôn

2.6.6 Tính toán kích thước phôi

 Đường kính lỗ trong : (30 6 2) 98,5% 18mm   

 Đường kính 2 lỗ ngoài : (41 6 2) 98,5%   29mm

 Bề dày mặt gia công phía trên lỗ giữa : (26 5) 101,8%  31,5mm

 Bề dày phần uống cong của vật đúc : 25 101,8% 25, 5mm

Hình 2.10 kích thước phôi đúc 2.7 THIẾT KẾ RUỘT

- Yêu cầu của ruột: đơn giản, dễ làm, đảm bảo độ thông hơi, thông khí của

ruột, chịu được trọng lượng của bản thân ruột và lực tác dụng của kim loại

lỏng lên ruột

- Số lượng: 6 ruột trên một bộ khuôn

- Kiểu đặt ruột: đặt thẳng đứng

Các thông số của ruột được tra ở bảng 28[1]

Khe hở giữa dầu gác và ổ gác ở một

phía (mm)

Bán kính lượn ở chân đầu gác (mm)

Độ xiên của đầu gác

Đầu gác dướ

i

Đầu gác trên

Phần dưới của khuôn

Phần trên của khuôn

Các thông số ruột :

h1 = 15 mm

h = 25 mm

độ xiên của đầu gác dưới: α1= 10o

độ xiên của đầu gác trên: α2= 15o

khe hở s3 = 0.5 mm

2.8 THIẾT KẾ HỆ THỐNG RÓT VÀ BÙ CO

2.8.1 Thiết kế hệ thống rót

2.8.1.1 Chọn kiểu hệ thống rót

 Đối với vật đúc bằng thép khả năng rơi xỉ vào vật đúc thép ít hơn vì

thường dùng nồi rót đáy và xỉ đặc hơn gang nhiều , do đó có thể sử dụng

hệ thống rót đơn giản hơn nhưng cần chú ý đến độ co dài và co thể tích lớn của thép lỏng

 Vật đúc chúng ta trung bình và không quá cao nên rót từ bên hông

 Hệ thống rót này có ưu điểm là dể chế tạo vì chúng nằm trên mặt ráp

khuôn ,có khả năng lọc xỉ khá và điền đầy khuôn tốt

 Khoảng cách giữa mẫu và hòm khuôn :

Hình 2.11 khoảng cách giữa mẫu và hòm khuôn

 Vị trí rót kim loại

Hình 2.12 vị trí rót kim loại vào vật đúc