nghiên cứu về trục cán gang cầu

Chính vì vậy đề tài đã mạnh dạn đa ra định hớng cho việc xây dựng một phần mềm tính toán trờng nhiệt độ trong công nghệ sản xuất đúc trục cán gang cầu nhằm nâng cao chất lợng trục cán v

Lời nói đầu

Trục cán gang cầu là một loại trục cán có độ bền cao, hiện đang đợc sử dụng rộng rãi ở nhiều nớc trên thế giới, đặc biệt là ở những nớc có nền công nghiệp phát triển ở nớc ta hiện nay, trục cán gang cầu cũng đang đợc đa vào sản xuất, bởi vì trục cán gang cầu không những tiết kiệm đợc chi phí sản xuất

mà vẫn đảm bảo đợc chất lợng của sản phẩm Hơn nữa, việc chế tạo ra trục cán gang cầu lại đơn giản, thiết bị chế tạo rẻ tiền, dễ kiếm, quy trình chế tạo không quá phức tạp, nguyên liệu sản xuất sẵn có Chính vì những lí do đó, việc nghiên cứu về đúc trục cán gang cầu là rất quan trọng đối với ngành Đúc

Hiện nay, ngành công nghệ thông tin đang đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào thiết kế sẽ làm giảm đợc thời gian tính toán thiết kế, giảm kinh phí chế thử và do đó giảm kinh phí giá thành sản phẩm Không những thế, nó tạo khả năng đa ra và đánh giá các ph-

ơng án công nghệ khác nhau để chọn lựa phơng án tốt nhất

Những phần mềm thiết kế công nghệ đúc nh vậy đã thực sự trở nên khá cấp thiết trong sản xuất đúc ở nớc ta Chính vì vậy đề tài đã mạnh dạn đa ra

định hớng cho việc xây dựng một phần mềm tính toán trờng nhiệt độ trong công nghệ sản xuất đúc trục cán gang cầu nhằm nâng cao chất lợng trục cán và giảm chi phí sản xuất.

Đề tài nghiên cứu về trục cán gang cầu là một đề tài hay và bổ ích, càng

đi sâu ta càng thấy còn nhiều điều mới mẻ, còn nhiều vấn đề cần phải tìm hiểu Tuy nhiên trong phạm vi một chuyên đề thì đề tài vẫn cha làm đợc gì nhiều và chắc chắn không tránh khỏi sai sót, vì vậy mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của thầy, cô và các bạn để đề tài này đợc hoàn thiện hơn trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp.

I Trục cán gang cầu

Trục cán là một chi tiết nơi tiếp xúc trực tiếp và làm biến dạng kim loại

để cho ra sản phẩm có hình dáng và kích thớc theo tiêu chuẩn và yêu cầu của con ngời Các vật liệu thép, hợp kim mầu bán thành phẩm thờng đợc chế tạo bằng phơng pháp đúc và cán, cho nên nhu cầu về trục cán rất lớn, đặc biệt đối với các nớc có tỷ trọng công nghiệp nặng lớn Nớc ta cha có nhà máy cán thép tấm với qui mô lớn, tuy nhiên nhiều cơ sở và xí nghiệp sản xuất vẫn cán thép tấm nguội với qui mô nhỏ và trục cán thờng dùng là các loại thép 9X, 15 X Việc nghiên cứu một cách đầy đủ công nghệ sản xuất trục cán đặc biệt với ứng dụng tiến bộ công nghệ thông tin sẽ là một nhiệm vụ cần có để góp phần thực hiện chơng trình công nghiệp hoá và hiện đại hóa đất nớc ta

2 Phân loại và tính chất của trục cán.

Có nhiều quan điểm phân loại khác nhau nhng nói chung thờng phân loại theo cách phân loại của phơng pháp cán Có thể phân loại theo hình dáng sản phẩm cán nh: trục cán tấm, cán ống, trục cán hình với bề mặt bị khoét rãnh dùng để cán các loại thép hình tròn, thép gai, thép chữ I, chữ V phân loại … theo điều kiện nhiệt độ nh trục cán nóng, cán nguội; phân loại theo vật liệu chế tạo trục cán nh trục thép, trục gang ; phân loại theo vật liệu sản phẩm cán nh trục cán thép, cán hợp kim mầu Ngoài ra còn có cách phân loại theo sản … phẩm chuyên dụng nh trục cán ren, trục cán bi, trục cán phôi ren…

Mặt trục phải có độ cứng từ (54-64) HRC bên trong phải dẻo dai và chịu uốn tốt, chịu đợc va đập mạnh trục cán khi cán nóng không bị giãn nở nhiệt, khi cán nguội phải có tính đàn hồi dẻo tốt, bề mặt trục phải bóng đẹp …

Trục cán phôi, cán thép hình, cán nóng thép tấm thờng làm bằng thép hợp

trắng) Trục cán nguội thép tấm thờng làm bằng các thép 9XC, 6SXHM, 75XM và gang biến trắng …

Trục cán tấm thì bề mặt lại phẳng dùng để cán nóng thép tấm dày, dày vừa, mỏng và thép tấm cực mỏng và cán giấy kim loại ở trạng thái nguội.

Việc nghiên cứu để đúc trục cán gang cầu là một vấn đề mà nhiều nhà máy, xí nghiệp đang tiến hành bởi vì dùng gang cầu vẫn đảm bảo đợc cơ tính cũng nh tính chất của trục cán yêu cầu Hơn nữa dùng gang cầu thì tính năng công nghệ đúc dễ hơn dùng thép và có tính kính tế hơn

Qua tham khảo công nghệ đúc trục cán gang cầu ở nhà máy cơ khí Hà Nội, em đã áp dụng công nghệ đó để thiết kế trục cán gang cầu Bản vẽ công nghệ khuôn của Nhà máy Cơ khí Hà Nội đợc thể hiện ở hình vẽ 1.

Quá trình thiết kế dựa trên những thiết bị và cơ sở vật chất đã có ở Nhà máy Cơ khí Hà Nội.

Nếu dùng gang xám thì không đảm bảo đợc độ bền cũng nh độ chịu uốn của trục cán.

Nếu dùng thép thì khó đúc, độ co ngót nhiều việc xử lí tính năng công nghệ khó khăn hơn khi ta dùng gang cầu.

Nếu dùng gang biến trắng thì bề mặt cứng nhng bên trong là gang xám nên có độ dẻo không đáp ứng đợc cơ tính của trục cán

II Thiết kế công nghệ trục cán

a Bản vẽ chi tiết

Bản vẽ chi tiết đợc thể hiện ở hình vẽ 3.

b Yêu cầu về kỹ thuật

Mặt trục phải có độ cứng từ (54-64) HRC bên trong phải dẻo dai và chịu uốn tốt, chịu đợc va đập mạnh trục cán khi cán nóng không bị giãn nở nhiệt, khi cán nguội phải có tính đàn hồi dẻo tốt, bề mặt trục phải bóng đẹp …

2 Thiết kế hệ thống rót trục cán

* Sử hệ thống rót từ dới nên kết hợp với rót trực tiếp vào phần đậu ngót.

Để tính hệ thống rót trớc hết ta xác định thời gian rót có lợi nhất đối với vật đúc Sau đó xác định tiết diện các thành phần của hệ thống rót để đảm bảo

V = 2 π R2 .h

= 2.3,14.(

2

300 )2.330 = 46,6 (dm3).

4 4 3 3 2 2 1 1

h h h h

D h D h D h D h

+ + +

+ +

+

Ta có : h1= 1540 (mm) ; h2= 330 (mm); h3= 200 (mm) ; h4= 190 (mm)

D1 = 525 (mm) D2 = 300 (mm) ; D3 = 285 (mm) ; D4 = 55 (mm) Thay vào ta có :

g =

190 200 330 1540

55 190 285 200 300 330 1540 525

+ + +

+ +

+

= 430 (mm).

* s là hệ số đối với vật đúc bằng gang Do vật đúc bằng gang có khối

l-Thay s = 1,8 ; G = 4083 (kg) ; g = 430 (mm) vào công thức (1) ta có.

t = s.3 g G = 1,8.3 430 4083 = 217 (s).

b Tốc độ dâng trung bình của kim loại khi rót.

Tốc độ dâng của kim loại nếu quá bé làm cho thành vật đúc bị nhăn nheo do kim loại bị nguội nhanh hoặc do kim loại bẩn do ôxit hay tạp chất phi kim loại tạo thành trên bề mặt kim loại.

Tốc độ dâng của kim loại đợc tính theo công thức sau.

t

c

V = (cm/s).

c: Chiều cao vật đúc lấy bằng 2600 (mm).

t: Thời gian lấy là 217 (s).

⇒ 1 , 2 ( / )

217

260

s cm

c Xác định tiết diện nhỏ nhất của hệ thống rót.

Lợng kim loại chảy trong một đơn vị thời gian qua hệ thống rót đợc tính theo công thức sau.

htb t

tb h

G

31 , 0

1

31 ,

H0: ¸p suÊt thuû tÜnh ban ®Çu lín nhÊt.

130 149

18 , 8 ( / )

217

4083

s kg t

38 , 16 2

Với tổng rãnh dẫn là 14,04 (cm2) vậy ta chia làm 2 rãnh dẫn với tiết diện mỗi rãnh là 7,02 cm2 tra bảng 39 sách cộng nghệ đúc ta có a = 35(mm), b=20(mm).

Hình vẽ.

e Xác định đậu ngót theo phơng pháp của psibn

- Chọn loại đậu ngót là loại đậu ngót thờng vậy ta có x = 12 Với x là hệ

14 , 3

- Khối lợng hệ thống rót là:

) ( 245 922

3 Tính sai lệch, lợng d gia công và bản vẽ khuôn

a Tính sai lệch

- Sai lệch cho phép về khối lợng vật đúc: Do khối lợng vật đúc lớn hơn

1000 kg và sản xuất đơn chiếc nên tra bảng 14 sách công nghệ đúc ta có sai lệch là ± 8 %.

-Lợng d lớn nhất để gia công cơ khí: Với kích thớc lớn nhất của vật đúc là

2600 mm với nhóm lợng d số 3 sản xuất đơn chiếc tra bảng 18 sách thiết kế

đúc ta có lợng d là 11 mm.

b Thuyết minh bản vẽ khuôn

Do trục cán có khối lợng lớn và cần bề mặt có độ cứng cao nên ta chọn phơng pháp làm khuôn thẳng đứng, các hòm khuôn đợc chồng lên nhau và đợc

Hệ thống rót đợc xây dựng bằng gạch ống chịu lửa φ 80 và φ 40.

III Tính toán trờng nhiệt độ của trục cán

- Quá trình truyền nhiệt xảy ra theo 2 chiều x, y Quá trình truyền nhiệt bên trong kim loại lỏng, đặc cũng nh trong khuôn, chỉ đơn thuần là dẫn thoả mãn phơng trình truyền nhiệt Fourier 2 chiều:

( ) ( )

y

T y

x

T x

- Quá trình kết tinh chỉ xảy ra ở một nhiệt độ nhất định.

- Nhiệt độ ở bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha: lỏng và rắn, khuôn và kim loại lỏng, hay khuôn và rắn là bằng nhau và bề mặt giữa chúng không xuất hiện khe hở thoả mãn điều kiện biên loại 4:

2 1

1 1 2

λ λ

λ

λ +

*

* ] , 1 [ ] 1 , 0 [

2

2 2

mt

∆ +

∆ +

=

- Nguồn nhiệt duy nhất tồn tại trong quá trình đông đặc là ẩn nhiệt kết tinh.

- Bớc sai phân trong khuôn cũng nh của vật đúc đợc chọn nh nhau và

đều bằng ∆ x, ∆ y để dễ so sánh, tính toán:

+

∆

−

− + +

∆ +

=

∆

, , [

x

t j i T t

j i T t j i T t a t j i T t t j i T

y

t j i T t

j i T t j i T t

∆

−

− +

(

*

*

2 2 2 2

2 2

y x y x a

y x t

∆

∆ +

∆ +

∆ +

∆

∆

≤

∆

- Các thông số nhiệt lý của kim loại lỏng:

- Hệ số toả nhiệt của khuôn kim loại với môi trờng (w/m2.ok) = 214

- Hệ số toả nhiệt của kim loại lỏng với môi trờng (w/m2.ok) = 147

- Hệ số toả nhiệt của khuôn cát với môi trờng (w/m2.ok) = 32

- Hệ số toả nhiệt của kim loại rắn với môi trờng (w/m2.ok) = 214

3 Sơ đồ khối của chơng trình.

NhËp c¸c th«ng sè

®Çu

4 Kết quả của chơng trình

Kết quả ứng với giả thiết rót đùn lên hết phần thân, phần còn lại rót từ trên xuống Các thông số nhiệt lý không thay đổi theo nhiệt độ và các điều kiện công nghệ nh sau:

- Nhiệt độ rót: 1400oc

- Nhiệt độ khuôn kim loại: 200oc

- Nhiệt độ khuôn cát: 350oc

- Nhiệt độ môi trờng: 30oc

Kết quả đợc trình bày ở cuối báo cáo.

- Dùng phơng pháp sai phân để giải các bài toán truyền nhiệt trong lĩnh vực đúc trên máy tính hoàn toàn thuận lợi hơn nhiều so với việc dùng các mô hình toán cổ điển, với độ chính xác cho phép Việc giảo các bài toán thực tế với độ phức tạp bất kỳ tơng đối dễ dàng.

- Nhờ việc giải trờng nhiệt độ trong hệ vật đúc – khuôn đúc ta sẽ:

Xác định thời gian đông đặc tại bất cứ phần tử nào trong vật đúc

Chỉ ra đợc tâm nhiệt, nơi tồn tại lõm co và đề ra đợc khả năng loại trừ lõm co Xác định đợc kích thớc và mô hình dạng lõm co gần đúng cũng nh chỉ ra đợc những nơi có nguy cơ bị xốp

co Từ đó xây dựng đợc quy trình công nghệ thích hợp nhằm

Biết đợc trờng nhiêt độ trong vật đúc cũng nh trong khuôn

đúc ở thời điểm bất kỳ trong quá trình đông đặc cũng nh quá trình nguội nhằm xác định tốc độ kết tinh và tốc độ nguội của vật đúc

Môc lôc

2 Ph©n lo¹i vµ tÝnh chÊt cña trôc 2