THIẾT KẾ ĐÚC CHI TIẾT CHẢNG BA XE MÁY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU * - BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THIẾT KẾ KHUÔN VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH THIẾT KẾ ĐÚC CHI TIẾT CHẢNG BA XE MÁY GVHD: Ths Lê Quốc Phong Nhóm sinh viên thực STT Họ Và Tên Nguyễn Thị Hồng Nga Nguyễn Hùng Nhân Trần Hoàng Nam Nguyễn Long Phạm Lê Minh Kha Nguyễn Gia Lai MSSV V1202313 V1202523 V1202294 V1201958 V1201567 V1201815 TPHCM, ngày 17 tháng 05 năm 2016 Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính STT MSSV V1202313 V1202523 V1202294 V1201958 V1201567 V1201815 Bảng điểm nhóm theo tuần Họ Và Tên I II III IV Nguyễn Thị Hồng Nga 10 10 Nguyễn Hùng Nhân 9 10 Trần Hoàng Nam 10 7 Nguyễn Long 7 Phạm Lê Minh Kha Nguyễn Gia Lai 5 V VI VII VIII IX 10 9 10 10 8 10 6 10 7 6 10 6 Nội dung công việc theo tuần I NGHIÊN CỨU CHI TIẾT ĐÚC VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐÚC II LẬP BẢN VẼ VẬT ĐÚC (HAY BẢN VẼ PHÔI ĐÚC) III LẬP BẢN VẼ CÔNG NGHỆ ĐÚC IV THIẾT KẾ MẪU (KHUÔN) V LẬP BẢN VẼ HỘP RUỘT VI CHỌN HỊM KHN VII CHỌN VẬT LIỆU (HỖN HỢP) LÀM KHUÔN VÀ RUỘT VIII LẬP QTCN NẤU LUYỆN HỢP KIM ĐÚC IX TÍNH GIÁ THÀNH VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính Mục lục Bảng điểm nhóm theo tuần Nghiêng cứu chi tiết đúc chọn phương pháp đúc I 1.1 Đọc vẽ chi tiết cần đúc 1.2 Nghiên cứu điều kiện làm việc chi tiết đúc 1.3 Nghiên cứu vật liệu yêu cầu cơ, lý, hóa tính chi tiết 1.3.1 Thép đàn hồi 1.3.2 Thép hóa tốt 1.3.3 Đặc tính thép C45 1.4 Nghiên cứu cách gia công vị trí gá lắp gia cơng chi tiết 1.5 Xác định loại hình sản xuất đúc 1.6 Điều chỉnh kết cấu chọn phương pháp đúc Thiết kế vẽ phôi II 2.1 Chọn vị trí vật đúc khn 2.2 Xác định lượng dư gia công 11 Lập bảng vẽ công nghệ đúc 12 III 3.1 Thiết kế ruột 12 3.2 Thiết kế hệ thống rót 13 3.2.1 Tính tốn hệ thống rót: 13 3.2.2 Thiết kế hệ thống đầu ngót: 14 Thiết kế mẫu ( khuôn) 14 IV Lập vẽ hộp ruột 15 V VI Chọn hòm khn 16 VII Chọn vật liệu hỗn hợp làm khuôn ruột 18 VIII IX Lập quy trình cơng nghệ nấu luyện hợp kim đúc, chọn lò nấu 18 Tính tốn giá thành phân tích hiệu kinh tế kỹ thuật 21 9.1 Chi phí hợp kim đúc 21 9.2 Chi phí lương 21 9.3 Chi phí vận hành lò 22 9.4 Chi phí cát 23 9.5 Chi phí nấu chảy kim loại 23 9.6 Chi phí rót 24 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính 9.7 Chi phí phá khn 24 9.8 Chi phí làm vật đúc 25 9.9 Chi phí làm ruột 26 9.10 X Chi phí xủa lý dây chuyền 26 Tài liệu tham khảo 27 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính I Nghiêng cứu chi tiết đúc chọn phương pháp đúc 1.1 Đọc vẽ chi tiết cần đúc - Số lượng chi tiết: 10000 Chi tiết yêu cầu gia công chỗ lắp ghép chỗ lắp bu long 1.2 Nghiên cứu điều kiện làm việc chi tiết đúc Chảng ba xe máy có nhiệm vụ gắn kết trục cổ trước trục cổ lái tạo khung củ bánh xe trước Chảng ba giúp giới hạn phạm vi xoay trục lái, phân phối lực tác động từ bánh trước ngồi có tác dụng chịu lực, giảm sốc giúp xe cân ổn định hoạt động Chi tiết làm việc điều kiện tải trọng thay đổi, rung động liên tục, chịu lực uốn bẻ cong từ hai bên Nên cần u cầu óc tính tổng hợp cao Cần độ xác cao lỗ lắp ghép 1.3 Nghiên cứu vật liệu u cầu cơ, lý, hóa tính chi tiết Có hai phương án sau 1.3.1 Thép đàn hồi - Thép cacbon đàn hồi loại thép có thành phần cacbon tương đối cao : 0,55-0,65%C GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính - Các mác thép thơng dụng : C55 , C60 , C65 ,C70 Có thể thêm mangan ,silit để nâng cao giới hạn đàn hồi độ cứng - Đặc điểm làm việc chi tiết chịu tải trọng tỉnh va đập cao không phép biến dạng dẻo - Giới hạn đàn hồi cao, khả chống biến dạng dẻo lớn tỉ lệ vào khoảng 0,85 - 0,95 - Độ cứng cao, độ dẻo dai thấp để tránh biến dạng dẻo khơng 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 tơi ram trung bình tạo tổ chức trustit ram 1.3.2 Thép hóa tốt - Thành phần Cacbon giới hạn từ 0,3-0,5% đảm bảo kết hợp tốt tiêu tính: độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai (cơ tính tổng hợp) thực tế sử dụng phổ biến 0,35-0,45%C - Thường sử dụng mác sau : C35 ,C40 ,C45, C50 thông dụng C45 - Chế độ nhiệt luyện ram cao, lõi chi tiết có tính tổng hợp cao để chịu tải trọng tĩnh va đập, tổ chức nhận xoocbit ram (độ cứng 25-30 HRC) Tổ chức có tác dụng tạo độ bóng cao cắt gọt giúp cho chuyển biến xảy nhanh chóng, nhận mactenxit nhỏ mịn ngồi tạo cho bề mặt có độ cứng cao tính chống mài mòn lớn cách tơi bề mặt ram thấp (độ cứng đạt 52-58 HRC) - Đặc điểm nhóm thép đáp ứng yêu cầu đề mức thấp Cụ thể sau : - Độ bền thấp độ thấm nhỏ, độ bền 750-850 MN/m2 - Không làm chi tiết lớn hình dạnh phức tạp tơi nước - Rẻ có tính cơng nghệ tốt Kết luận - Chảng ba chi tiết quan trọng xe máy, cần đảm bảo không bị gãy đột ngột số trường hợp gặp chấn động mạnh , thép cacbon đàn hồi có độ bền giới hạn đàn hồi cao nhiên qua giới hạn đàn hồi bị phá hủy đột ngột GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính thép cacbon hóa tốt có độ bền đảm bảo phá hủy dẻo có dấu hiệu báo trước, đảm bảo tính an tồn hoạt động - Thép hóa tốt c45 có tính chất ưu việt : độ bền, độ dẻo, độ dai cao Thép sử dụng phổ biến chi tiết kết cấu máy nhỏ trung bình - Với phân tích nêu thấy vật liệu thép cacbon hóa tốt c45 phù hợp với chi tiết chảng ba xe máy 1.3.3 Đặc tính thép C45 Thành phần hóa học Mác thép Mác thép C Si C45 0.42-0.5 0.17-0.37 Cơ tính Độ đứt Mn 0.60-0.90 Cr P S  0.3  0.25  0.040  0.050 bền Giới hạn Tỷ trọng chảy N/mm2 N/mm2 Độ giãn Modul dài đàn hồi điểm gãy (1000kg / m3) 50mm GPa C45 565 310 7.85 Lý tính: - Nhiệt dung riêng [ J/GK]: 0.48 - Ni 10% 200 Hệ Poisson 0.29 Độ dẫn nhiệt: 46W/mK Nhiệt nóng chảy: 15200C Độ cứng Brinell (HB) 160-220(ủ) Nhiệt luyện: • Nhiệt dung riêng [J / GK]: 0,48 • Độ dẫn nhiệt : 46 W / mK • Nhiệt nóng chảy : 1520ºC • Độ cứng Brinell (HB) 160-220 (ủ) - Sau tạo phôi, cần tiến hành ủ hoàn toàn (áp dụng cho thép trước tích) với đặc điểm nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn austenit, với nhiệt độ ủ là: GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính T = 825÷ 8350C Mục đích ủ hồn tồn là: - Làm nhỏ hạt: nung nóng đường AC3 khoảng 20÷30 0C hạt Austenit thu nhỏ, nên làm nguội tổ chức ferit + peclit nhận có hạt nhỏ Làm giảm độ cứng tăng độ dẻo để dễ cắt gọt dập nguội với độ cứng đạt HB = 160÷200 - Khi ủ hồn tồn thép ta tiến hành biện pháp gia cơng khí để đạt hình dạng yêu cầu Nhiệt luyện kết thúc: - Bước tạo cho lõi có tính tổng hợp cao để chịu tải trọng tĩnh va đập cách + ram cao đạt tổ chức xoocbit ram với độ cứng HB = 240 ÷280 (HRC = 25÷30) Ngồi tổ chức có tác dụng phụ quan trọng là: Giúp tạo độ bóng cao gia cơng tinh hình dạng kích thước u cầu - Tạo cho bề mặt độ cứng cao tính chống mài mòn lớn tơi bề mặt ram thấp 1.4 Nghiên cứu cách gia cơng vị trí gá lắp gia công chi tiết 1.5 Xác định loại hình sản xuất đúc 1.6 Điều chỉnh kết cấu chọn phương pháp đúc Phương pháp đúc Đúc khn cát sét Ưu điểm - Chi phí đầu tư ban đầu thấp ,trang thiết bị công nghệ đơn giản, có khả tạo hình vật đúc lớn vật đúc phức tạp chi tiết chảng ba phù hợp với tất loại hình sản xuất, thân thiện với môi trường, hổn hợp làm khuôn tái sử dụng nhiều lần Nhược điểm - Độ xác, độ bóng bề mặt khơng cao Điều chấp nhận sản xuất chảng ba chảng ba khơng u cầu độ xác bề mặt cao, yêu cầu độ xác lỗ trục sau gia công - Lượng dư gia công lớn, tiêu tốn nhiều kim loại, chi phí gia cơng cắt gọt lớn Đúc cơng nghệ tự Vật đúc có độ xác cao Thường lõm co lớn GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính đơng cứng Furan đúc khuôn cát sét, Trường hợp cơng khn có độ bền cao khn nghệ tự đông cứng Furan cát sét giống công nghệ khuôn cát sét, ô nhiễm môi trường sử dụng chất kết dính nhựa Furan chất tang cứng axit, chi phí đầu tư ban đầu cao khuôn cát sét Đúc khuôn kim loại Vật đúc có độ xác cao, cho suất cao (phù hợp với sản xuất sản phẩm số lượng lớn), dể khí hóa tự động hóa, điều chỉnh q trình làm nguội khn, q trình truyền nhiệt đông đặc để vật đúc đạt tổ chức tính cần thiết, thân thiện với mơi trường - Chỉ đúc vật đúc có hình dạng đơn giản, giá thành khuôn kim loại lớn, đặc biệt chi tiết có hình dạng phức tạp, nhiều lỗ trụ đường cong Do khn kim loại phức tạp chi phí cao - Vật đúc dễ bị nức, cong vênh, ứng suất nguội nhanh, bị cản co Trong vật đúc đặc biệt yêu cầu cao độ bền, độ uốn dẻo Nhận định - Chi tiết đúc thép khn cát-sét co lớn, tính tốn lượng bù ngót khơng dẫn đến việc tạo lõm co lớn nằm vật đúc, gây sai số khối lượng lớn vật đúc, chi tiết khơng đảm bảo tính chất lượng - Nếu so sánh công nghệ tự đông cứng Furan với cơng nghệ khn cát sét cơng nghệ khn cát sét phù hợp sản phẩm khơng u cầu độ xác cao cơng nghệ tự đông cứng Furan lại không khắc phục nhược điểm cơng nghệ cát sét tạo lõm co lớn Đồng thời, công nghệ tự đông cứng Furan lại gây ô nhiễm môi trường sử dụng nhựa Furan axit - Phương pháp đúc khuôn kim loại không phù hợp cho đúc chảng ba KẾT LUẬN: GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính - Với sản lượng đúc khơng lớn, hình dạng vật đúc lại tưng đối phức tạp đặc biệt u cầu khơng có ứng suất, cong vênh vật đúc việc sử dụng phương pháp đúc khuôn kim loại không hợp lý phân tích phía trên, phương pháp đúc khác đúc áp lực mẩu chảy khơng phù hợp vật đúc ta thép, yêu cầu nhiệt luyện sau đúc, không yêu cầu cao độ bóng bề mặt - Với yếu tố kỹ thuật kinh tế trên, phương pháp đúc chọn đúc khuôn cát sét - Dùng khn tươi đúc lần, xấy bề mặt để tăng bền cho khn đặc điểm phương pháp ta chọn nhanh chóng kinh tế phù hợp với lượng chi tiết cần đúc hợp kim đúc theo yêu cầu - Khuôn làm máy , cho suất xưởng đúc cao, chi tiết tạo đồng chất lượng, chi phí đầu tư khơng qúa cao, dễ thao tác, không cần nhiều kinh nghiệm - Với sản lượng yêu cầu chi tiết ta chọn mẫu làm nhôm, đảm bảo nhẹ dễ thao tác, khơng bị biến dạng q trình sản xuất II Thiết kế vẽ phôi 2.1 Chọn vị trí vật đúc khn Có phương án sau - Phương án + Ưu điểm: Bố trí ụ cát nằm khuôn dưới, tránh sụp khuôn GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính (mm) D Phần đầu Phần đầu Phần gác gác khuôn h1 h3 a1 Dưới 30 25 15 Phần gác (mm) khuôn a2 r Không có khe hở α0 100 α0 150 Các thông số ruột 3.2 Thiết kế hệ thống rót Chọn hệ thống rót: Đối với vật đúc thép khả rơi xỉ thấp gang, sử dụng hệ thống rót đơn giản Ở đây, vật đúc có kích thước trung bình, khơng q cao nên rót từ bên hơng Ưu điểm: Dễ chế tạo, lọc xỉ tốt, dễ điền đầy khn Vị trí rót: từ xuống 3.2.1 Tính tốn hệ thống rót: Sử dụng phần mềm Creo Parametric ta tính đươc khối lượng phơi đúc 2,6Kg Thời gian rót: t  S gG G: Khối lượng vật đúc hệ thống rót S: Tra bảng 31 tài liệu Thiết kế đúc 1,5 -1,6 g: Chiều dày thành trung bình = 26mm Vậy t= 10s thời gian rót cần thiết Từ tính vận tốc rót: v  C  0,66 cm / s t Vận tốc bé ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc V< Vmin =1cm/s Chọn t=6s  V= 1,1cm/s Diện tích rãnh dẫn: F d  G  3,3cm 0,31    htb  t 13 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính Diện tích rãnh: 1,7cm2 Đường kính ống rót d=2,4cm Suy thể tích phễu rót có màng lọc V=380cm3 3.2.2 Thiết kế hệ thống đầu ngót: Tính tốn kích thước đậu ngót Dùng cơng thức Ken: K  (l  s ) g l: chiều dài vật đúc S: chiều rộng vật đúc g: bề dày vật đúc chứa nút nhiệt Ta tính K= 12,7mm Dựa vào đồ thị quan hệ  hệ số khn K Thể tích đậu ngót: Vdn= 48cm3 Ta lập vẽ cơng nghệ đúc đính kèm IV Thiết kế mẫu ( khn) Chọn kiểu mẫu mẫu hai mặt thường dùng cho khn khơng hòm, mẫu có hai mặt làm việc, mặt tạo khuôn Tấm đỡ mẫu nhơm đúc - Dựa vào kích thước hòm khn xác định kích thước mẫu cho lắp vào hòm vừa khít - Tấm đỡ mẫu phận thường chế tạo riêng lắp ráp vào thành mẫu bao gồm có miếng rời chi tiết, đậu ngót, rảnh dẫn, đầu gác ruột - Yêu cầu quan trọng lắp ráp phải đảm bảo bố trí mẫu đỡ xác, ăn khớp, cho hai nửa khuôn làm đem ráp lại với không lệch Sử dụng phần mềm Creo Parametric 3.0 để vẽ phần mẫu bao gồm: phần mẫu chi tiết( chia theo mặt phân mẫu), phần mẫu chi tiết, đậu ngót, rãnh dẫn, đầu gác ruột đỡ mẫu Lắp phần theo thứ tự thu hình vẽ sau: 14 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính Bản vẽ lắp mẫu đính kèm sau báo cáo V Lập vẽ hộp ruột Sử dụng phần mềm Creo Parametric 3.0 ta vẽ sơ hộp ruột sau Hình 5.1 Hộp ruột hai bên 15 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính Hình 5.2 Hộp ruột VI Chọn hòm khn Ở phần thiết kế hộp ruột, ta chọn phương pháp làm ruột tay Với khối lượng chi tiết 2,6kg Ta bố trí vật đúc hòm khn Với chiều dài khn L= 400mm chiều rộng B= 320mm Lập tỷ số chiều dài rộng, ta tra bảng 2.17 (sách thiết kế đúc) ta chọn cỡ hòm khiên tay 16 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính Tính lực đè khuôn: P  k  [ H  ( Fvd  Fh.t r )   kl  ( kl   r )  Vr  q ] 4  1,5  [8  ( 24,1  5,2  8,8  9,7)  7,8  7,8  1,4)    2,05  (8  40  32    2.05 )  1,4] 3  690540,19( daN ) Trong đó: P: Lực đẩy tác dụng lên hòm (daN) k= 1,5 -3, hệ số an tồn có tính đến va đập thủy lực dòng kim loại rót vào khn; vật đúc lớn, rót cao trị số k lấy to H: Chiều cao khuôn (dm) Fvđ: Diện tích hình chiếu vật đúc (lên mặt ráp khn) (dm2) Fh.t.r: Diện tích hệ thống rót mặt ráp khn (dm2) 17 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính  kl  r : Khối lượng riêng kim loại lỏng ruột (kg/dm3) Vr: Thể tích ruột khơng kề đầu gác (dm3) q: Trọng lượng khuôn (daN) VII Chọn vật liệu hỗn hợp làm khuôn ruột Chọn hỗn hợp làm khn sau: Tính chất hỗn hợp làm khuôn Loại ruột Lượng sét IV 5-7 Độ thơng Độ ẩm khí tươi 70 4-5 Độ bền nén (N/cm2 ) Nén tươi Kéo khô 1.5-2.5 20-30 Thành phần khối lượng vật liệu làm khuôn Loại ruột Cát thạch Đất sét anh Cát cũ Mùn cưa IV 93-59 20-60 0-2 8-2 Chất dính Nhóm dầu Nước giấy khơ 2-3 - Khi dùng khuôn khô, sấy, độ bền khn cao, độ co bót thấp cần tăng độ co bót để chống nứt, phải pha mùn cưa, bột amian vào hỗn hợp - Thép có nhiệt độ nóng chảy cao cát thạch anh phải có 95%SiO2 , đất sét phải chọn loại tốt (cấp 1) để hỗn hợp có đủ khả bề nóng bền - Độ hạt cát nên dùng 0.16 0.2 cho hỗn hợp cát đúc phôi thép cỡnhỏ cỡ vừa VIII Lập quy trình cơng nghệ nấu luyện hợp kim đúc, chọn lò nấu Do yêu cầu điều kiện kĩ thuật , sắt thép thông thường trước không thỏa mãn với dụng cụ, máy móc thiết bị tối tân , đòi hỏi chúng phải làm việc điều kiện nhiệt độ áp suất cao , chống ăn mòn hóa học điện hóa , chống bào mòn học, chống nóng, chống rỉ… phải sản xuất loại thép hợp kim có tính đặc biệt độ bền học cao , độ bền chống ăn mòn mơi trường axít , nước sơng , nước biển, chống mài mòn va đập … Đặc biệt cần phải sản xuất loại thép có tính đàn hồi cao , có tính nhiễm từ tốt , có tính chống nhiễm từ cao Do tính 18 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính chất đặc biệt nên thép đựơc sản xuất từ lò thổi khơng khí khơng thể đáp ứng , mà phải nấu luyện loại điện Vậy phương pháp luyện thép lò điện cơng nghệ đại Để luyện thép hợp kim lò điện người ta tận dụng điện biến thành nhiệt dạng hồ quang , cảm ứng điện từ , điện trở dạng plasma Thường sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều lò điện hồ quang chiều để sản xuất thép cácbon chất lượng , thép hợp kim thấp , trung bình cao với sản lượng lớn Để luyện số thép hợp kim chuyên dùng , thép hợp kim cao cácbon người ta sử dụng loại lò điện cảm ứng cao tần , trung tần tần số công nghiệp Để nấu loại thép hợp kim , tinh luyện kim loại thép đạt chất lượng cao người ta sử dụng lò điện xỉ, lò điện cảm ứng chân khơng , lò hồ quang chân khơng , lò điện từ chân khơng sâu , lò plasma … Quy trình nấu luyện hợp kim C45 Trong giới hạn báo cáo, nhóm chọn phương pháp nấu lại thép C45, mác phơi có đủ thành phần, để đảm bảo bù lượng cháy hao trình nấu lại cần thêm quy trình nấu luyện Trong thực tế luyện thép người ta hay dùng phương pháp tính tốn thành phần phối liệu theo phương pháp chọn Căn cứvào tình hình nguyên vật liệu sẳn có kinh nghiệm nấu luyện, chọn trước thành phần mẻ liệu, thường người ta chọn sau: Đối với thép cacbon, chọn: + Sắt thép vụn (rẻo cán, rẻo rèn dập, rẻo tôn dày, ) : 46 ÷50 %; + Phoi thép (phoi tiện, rẻo tơn mỏng, rẻo vụn ) :15 ÷30%; + Gang luyện thép (hoặc gang đúc) P S : 35 ÷20 %; Hoặc: + Sắt thép vụn : 70 ÷90 %; + Gang luyện P S trung bình : 35 ÷20 %; Sau chọn xong thành phần phối liệu kim loại, ta tính thành phần nguyên tố(C, Si, Mn, P, S ) phối liệu, đặc biệt cacbon Các nguyên tố thường cao yêu cầu Nếu lượng cacbon quácao có thểtăng tỉlệthép vụn, giảm tỉ lệ gang tính tốn lại Q trình khửC, Si, Mn P chủyếu oxyt sắt mẻ liệu đưa vào, thép bịoxy hóa, oxyt sắt đưa vào giai đoạn oxy hóa 19 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính + Tính tốn lượng quặng cần thiết để đốt cháy C tạp chất: nấu có giai đoạn oxy hóa cần xác định lượng quặng sắt đưa vào đểlàm chất oxy hóa Trong quặng sắt ngồi oxyt sắt Fe2O3là chủyếu, chứa lượng nhỏFe3O4, FeO tạp chất Khi tính tốn người ta quy đổi F3O4và FeO vềFe2O3, thành phần quặng để tính tốn chứa Fe2O3 tạp chất Khi đưa quặng sắt vào lò sẽxẩy phản ứng: Fe2O3  FeO  3FeO Khi sẽxẩy phản ứng đốt cháy tạp chất cacbon: Si  FeO  SiO2  Fe Mn  FeO  MnO  Fe P  FeO  P2O5  Fe C  FeO  Fe  CO  Dựa vào lượng oxy cần thiết cho phản ứng lượng nguyên tốcần khử ta tính lượng oxy cần thiết tính lượng quặng cần dùng + Tính tốn lượng ngun liệu khác đưa vào lò: để đảm bảo tính chất xỉ, để khử P, S oxy ta cần tính tốn lượng chất tạo xỉ, chất khử oxy đưa vào lò Muốn tính lượng chất khử oxy cần dùng, ta cần phải biết lượng oxyt sắt lại sau giai đoạn oxy hóa, phân bốcủa xỉvà kim loại, phương pháp khửvà loại chất khử đưa vào, lượng nguyên tốcần điều chỉnh , q trình tính tốn thường phức tạp dễsai sót Trong thực tế, để đơn giản người ta thường tính tốn gần sau: Đối với chất tạo xỉ, tính theo trọng lượng phối liệu kim loại: Chất tạo xỉ đá vơi: ÷3% ; Samơt: 0,2 ÷0,15%; Huỳnh thạch: 0,13%; Đối với chất khửvà điều chỉnh thành phần, tính theo trọng lượng kim loại lỏng: Nhơm: 0,5 ÷1,5 kg/tấn; Silicơcanxi hay silicơmangan: 0,5 ÷1 kg/tấn; Ferômangan: 13 ÷15 kg/tấn; 20 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính Fererơsilic: 7,5 ÷10 kg/tấn IX Tính tốn giá thành phân tích hiệu kinh tế kỹ thuật 9.1 Chi phí hợp kim đúc Kim loại nóng chảy yếu tố quan trọng q trình đúc rót kim loại xưởng đúc Bên cạnh tảng trình đúc, phận nóng chảy thể tỷ lệ đáng kể chi phí vật đúc hồn chỉnh Các phận nóng chảy thường phát sinh nhiều khoảng từ 30-50% chi phí xử lý liên quan đến cát đúc Bước để xác định tổng chi phí kim loại tính tốn chi phí cần thiết vật liệu sản xuất vật đúc Người ta tìm tổng khối lượng vật đúc đốn cách sử dụng đường kính với độ xác vong 15% giá trị thực tế Các mối quan hệ thể sau: 0.701    L  W   Wp  V fc 1  1.9      D  Với  = khối lượng riêng, kg/m3 Vfc= thể tích khối kim loại bao gồm hệ thống rót,m3 L= chiều dài vật đúc,mm W= chiều dày vật đúc,mm D= chiều sâu vật đúc,mm 0.701 0.701      L  W   241  26  4  Wp  V fc 1  1.9    7830  8.807.10  1.9    11.06kg    D 52           9.2 Chi phí lương Giá lượng lò, tính đơn vị dollars/kg Cen  Trong Ect M me  Fff /100  Ect= giá điện, $/(kWh) Mme= lượng nhỏ đẻ làm chảy kim loại, (kWg)/kg 21 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính Fff= hiệu suất sử dụng lò Vậy Cen  Ect M me 0.067  0.393   0.033$  Fff / 100  80 /100  Ngoài chi phí lượng, chi phí lò thường áp dụng để xem xét nguồn vốn đầu tư Chi phí tính C fk  Ffc  Ffc= chi phí lò cố định, $/(m3 kim loại) Trong  = khối lượng riêng vật liệu, kg/m3 Thường với 1000kg lò có giá 284$/m3 coi giá hợp lí hành Mỹ Ta có C fk  9.3 Ffc   284  0.036$ 7830 Chi phí vận hành lò Cuối cùng, chi phí lao động cho người vận hành lò, tính kg kim loại rót (Clk), phải thêm vào Điều ước tính cho xưởng đúc sở cho ca-đó là, chi phí cơng nhân lò cho ca chia cho trọng lượng kim loại đổ ca làm việc Chi phí bình qn Mỹ 0.02$/kg Chi phí hợp kim lúc rót tính C ms  C rm  C en  C fk  Clk Trong Crm= giá ngun liệu thơ C ms  C rm  C en  C fk  Clk  0.732  0.033  0.036  0.02  0.821$ Thực tế chi phí hợp kim đúc đúc hoàn thành cao nhiều so với giá trị mát kim loại trình nấu chảy chi phí phế liệu Như chi phí hợp kim đúc sau đúc hồn thành tính sau: Cmf  C ms Wp  Ccv  Wp  V fc  1  S g  / 100  Trong 22 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khn với trợ giúp máy tính Cms= giá kim loại miệng rót, $/kg Wp= khối lượng kim loại rót, kg  = khối lượng riêng kim loại, kg/m3 Vfc= thể tích kim loại tính hệ thống rót, m3 Ccv= giá kim loại phế liệu, $/kg Sg= phần trăm phế liệu vật đúc, thường lấy 2% Ta Cmf  có C ms Wp  Ccv  Wp  V fc  1  S 9.4 g /100    0.82111.06  0.09 11.06  7830  8.807.10   8.883$ 4 1  / 100  Chi phí cát Chi phí cát khn dao động từ $ 13 / lên đến $ 35 / tùy thuộc vào độ mịn hạt Chi phí khơng bao gồm chi phí vận chuyển, nguồn biến đổi giá nhà cung cấp Sự ảnh hưởng chi phí cát khn giá vật đúc ít, thường khơng thới 3% tổng chi phí sản xuất, theo khảo sát, chi phí cát làm khn xấp xỉ 0.018$/kg kim loại rót Do chi phí cát làm khn phần C msd  0.018W p  0.199$ / phân Cát làm ruột đắt cát làm khn cần cát đủ độ mịn để đảm bảo ruột không bị vỡ q trình rót, theo khảo sát, giá trung bình cát làm ruột 0.084$/kg 9.5 Chi phí nấu chảy kim loại Chi phí nấu chảy kim loại hay hợp kim gồm phần: chi phí lương lượng, chi phí trang thiết bị chi phí nhân cơng Hầu hết nhà máy đúc khuôn mẫu chảy sử dụng lò cảm ứng để nấu chảy kim loại Vì lò cảm ứng gây chất nhiễm, than thiện với mơi trường chi phí đầu tư thấp Với việc dùng lò cảm ứng,chi phí lượng chí phí điện cung cấp cơng ty điện lực Chi phí điện cho người tổ chức cá nhân sử dụng 500kW trở lên 0,035$/kWh cao điểm Chi phí lượng nấu chảy kg kim loại 23 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính Ce  C p Em ne Trong + Cp : Chi phí điện ($/kWh) + Em : Năng lượng tối thiểu cần thiết để nấu chảy 1kg kim loại (kWh/kg) + ne : Năng suất lò cảm ứng Năng suất lò cảm ứng phụ thuộc vào kim loại nấu chảy tần số mà lò hoạt động Nhóm vật liệu Hiệu suất xấp xỉ Sắt 0.80 Nhôm 0.60 Kim loại màu khác 0.70 Bảng suất lò cảm ứng nấu chảy kim loại hợp kim khác Kim loại Nhiệt độ rót (0C) Nhơm đồng Sắt 1200 1600 Vậy nên Ce  9.6 C p Em ne  Năng lượng yêu cầu Năng lương yêu cầu (kWh/kg) (Btu/lb) 0.237 367 0.391 605 0.035  0.391  0.017$ 0.8 Chi phí rót Với việc ước tính giả định việc rót kim loại thực bốn nhân công với suất 1500kg/h Chi phí trung bình cho cơng nhân đúc 27$/h Chi phí cho kilogam kim loại hợp kim rót: Ce  0.072$ / kg 9.7 Chi phí phá khn Khn mở xilanh khí nén Vì chi phí vỡ khn bao gồm chi phí thiết lập điều chỉnh xilanh khí nén chi phí nhân cơng vận hành Chi phí vỡ khn tính sau: Cbo  Cnh  Trong Cns n pc Bs  Cnh  tnh Rnh  Cns  Snh Rnh 3600 Cnh = Chi phí khí nén chu kỳ ($) 24 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính Cns = Chi phí khí nén thiết lập ($) npc= Số chi tiết cụm mẫu Bs= Số chi tiết ca sản xuất tnh = Thời gian chu kỳ khí nén (s) Rnh = Chi phí vận hành khí nén ($/h) Snh = Thời gian phá khuôn (h) Giả định thời gian phá khuôn phút Tổng chu kỳ làm việc máy khí nén đểđóng mở khn thiết lập lại 13 giây Chi phí thiết bị phá khuôn 25$/h mức lương cơng nhân 11,5$/h chi phí phá khn tính theo cơng thức sau: Cbo  0.09  2.08.n pc Bs Ta có số mẫu khn: npc = Giả sử số chi tiết ca làm việc 60 Cbo  0.09  9.8 2.08   0.159$ 60 Chi phí làm vật đúc Thời gian làm vật đúc xấp xỉ tỉ lệ với bậc hai trọng lượng vật đúc tính sau: Tcl  88.4  Wp 0.44  88.4 11.060.44  255s Chi phí làm vật đúc: Ccl  Trong Rcl  Tcl 3600 Tcl: Tổng thời gian làm vật đúc (s) Rcl: Tỉ lệ nhân viên phòng làm vật đúc, sử dụng 37,5$.h Wp: Trọng lượng kim loại đầu vào (kg) Vậy nên Ccl  Rcl  Tcl 37.5  255   2.65$ 3600 3600 25 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính 9.9 Chi phí làm ruột Ruột thường chịu phá hủy q trình rót, tỷ lệ phế liệu khác từ đến 40% dựa vào kết cấu ruột quy trình làm ruột Ước tính tỷ lệ phế liệu cho hầu hết trường hợp chấp nhận 8% Cơng thức tính giá cát làm ruột sau Ccore  Trong csVc Rcm  Pcm 1  Sc /100   Pff /100     ,$  cs = khối lượng riêng cát làm ruột, kg/m3(=1387) Vc= thể tích ruột,m3 Pff = hiệu suất nhà máy,% (thời gian thực tế sản xuất / tổng thời gian khả dụng) × 100; điển hình 85% Rcm = tỷ lệ lao động cho việc làm ruột; (Sử dụng $ 50 / h với chi phí cung cấp khác) Pcm = tốc độ sản xuất ruột; 53 kg điển hình / h / người lao động Sc= phần trăm phế liệu, % (xấp xỉ 8%) Từ tính chi phí ruột góc  csVc Rcm Ccore   Pcm 1  Sc /100   Pff /100      2  1387  3.3543  105  50    0.023$ 53  1  / 100  85 / 100   Chi phí ruột Ccore   csVc Rcm  Pcm 1  S c / 100   Pff / 100     2  1387  8.225  105  50   0.275$ 53  1  /100  85 /100   9.10 Chi phí xủa lý dây chuyền Chi phí xử lí dây chuyền đúc cho vật đúc sau Cmp  Rmp  N c Pmp 1  S m / 100   Pff /100     Trong đó: Rmp = tỷ lệ lao động cho dây chuyền sản xuất đúc, $/giờ, thường $ 208$/h 26 GVHD Ths Lê Quốc Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính Nc= Số hốc khn Pmp = Tỷ lệ sản xuất dây chuyền đúc; sở cho chi phí = 13,6 khn /nhân viên/giờ Sm= tỷ lệ phế liệu đúc; điển hình 2% Pff = hiệu suất nhà máy; điển hình 85% Vậy nên Cmp  Rmp  N c Pmp 1  S m / 100   Pff / 100      208  3.06$ 6  13.6 1  /100  85 / 100   Từ tính tổng chi phí 16.113 $ X Tài liệu tham khảo [1] Thiết kế đúc, Nguyễn Xn Bơng [2] Giáo trình cơng nghệ thiết bị luyện thép, Hồng Minh Cơng [3] Design for Sand Casting, Extracted pages from Product Design for Manufacture and Assembly, Third Edition 27 GVHD Ths Lê Quốc Phong ... Phong Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với trợ giúp máy tính I Nghiêng cứu chi tiết đúc chọn phương pháp đúc 1.1 Đọc vẽ chi tiết cần đúc - Số lượng chi tiết: 10000 Chi tiết yêu cầu gia công chỗ... bu long 1.2 Nghiên cứu điều kiện làm việc chi tiết đúc Chảng ba xe máy có nhiệm vụ gắn kết trục cổ trước trục cổ lái tạo khung củ bánh xe trước Chảng ba giúp giới hạn phạm vi xoay trục lái, phân... tuần Nghiêng cứu chi tiết đúc chọn phương pháp đúc I 1.1 Đọc vẽ chi tiết cần đúc 1.2 Nghiên cứu điều kiện làm việc chi tiết đúc 1.3 Nghiên cứu vật