Chương 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO GIÁ ĐỠ Ổ TRỤC
3.1.3 Quy trình công nghệ đúc
1.Thiết kế công nghệ đúc.
Đây là bước rất quan trọng trong quá trình sản suất vật đúc, nó ảnh hưởng tới tính kỹ thuật và kinh tế của sản phẩm đúc. Thiết kế công nghệ đúc phải đảm bảo được cả chất lượng vật đúc lẫn tính kinh tế cao.
v Vị trí vật đúc trong khuôn khi rót.
Vị trí vật đúc trong khuôn khi rót thường được chọn theo phương pháp làm khuôn, cách bố trí hệ thống rót, lượng dư gia công cơ khí, lượng dư công nghệ, kích thước của hòm khuôn. Những bề mặt gia công quan trọng lớn nên đặt ở phần dưới của khuôn để tránh các khuyết tật như: rỗ xỉ, khí …
Vị trí của vật đúc khi rót được chọn sao cho ít tốn kém nhất về vật liệu, về lao động, về mẫu và hòm khuôn.
Vị trí của khuôn khi rót phải bố trí sao cho dễ dàng đặt ruột vào khuôn được vững chắc mà không cần các chất kết dính, không để ruột bị biến dạng vì trọng lượng bản thân hay vì áp lực.
v Vị trí của mẫu khi àm khuôn, chọn mặt giáp khuôn và mặt phân khuôn.
Việc chọn vị trí của mẫu khi làm khuôn cũng như mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu có ảnh hưởng lớn đến quá trình kỹ thuật làm khuôn, độ chính xác của vật đúc.Vị trí của mẫu trong khuôn và mặt ráp khuôn phải chọn sao cho bộ mẫu thật đơn giản, rẻ tiền và có càng ít phần rời cành tốt . Đồng thời cần đảm bảo số ruột là ít nhất để cho thời gian chế tạo và lắp ruột càng ngắn, vật đúc càng chính xác, ít bavia ở chỗ giáp mối khuôn và ruột . Chiều cao của mẫu và chiều cao chung của khuôn là bé nhất. Mẫu có chiều cao lớn sẽ khó lấy ra khỏi khuôn, dễ làm hỏng khuôn lúc lấy mẫu, khó lắp đặt ruột vào khuôn, làm biến dạng vật đúc do độ nghiêng thành mẫu, khó tạo ra hòm khuôn thích hợp.
Ngoài ra mặt ráp khuôn còn nên chọn sao cho tất cả các mặt đều nằm ở phần khuôn dưới để dễ lắp đặt ruột, dễ kiểm tra vị trí của ruột trong khuôn. Vị trí của mẫu khi làm khuôn mặt ráp khuôn được chọn sao cho khuôn dễ lắp ráp, dễ kiểm tra, khuôn dễ sửa dễ sấy.
sai lệch cho phép về kích thước, khối lượng của vật đúc và lượng dư.
v Sai lệch cho phép về kích thước, khối lượng của vật đúc và lượng dư.
ã Sai lệch về kớch thước và khối lượng.
Tất cả các vật đúc được chia ra làm ba cấp tuỳ theo độ chính xác yêu cầu. Độ chính xác cấp 1 dùng cho sản xuất lớn và bao gồm những vật đúc làm khuôn bằng máy với mẫu kim loại, độ chính xác cấp 2 dùng cho sản xuất hàng loạt, và độ chính xác cấp 3 là sản xuất đơn chiếc và làm khuôn bằng tay với mẫu gỗ.
Hạn sai lệch trên của vật đúc là độ sai khác giữa kích thước cho phép lớn nhất và kích thước danh nghĩa ghi trên bản vẽ được ghi bằng dấu (+). Hạn sai lệch dưới là độ sai khác giữa kích thước danh nghĩa với kích thước cho phép bé nhất được ghi bằng dấu (-).
Sai lệch cho phép (±) về kích thước đối với những vật đúc bằng gang xám được tra theo bảng 10[2 - tr77] ứng với kích thước đo của vật đúc là 600(mm) và dạng sản xuất chiếc là: Sai lệch trên (600 + 5), sai lệch dưới (600 – 3).
Sai lệch cho phép (±) về khối lượng vật đúc bằng gang xám được tra theo bảng 14[2 - tr80] cho vật đúc có khối lượng dưới 100(kg) ứng với dạng sản xuất đơn chiếc là 10 (%).
ã Lượng dư gia cụng cơ khớ.
Lượng dư gia công cơ khí được chọn hợp lý. Nếu lượng dư gia công quá lớn rừ ràng là khụng cú lợi vỡ vừa làm tăng khối lượng của vật đỳc, vừa gõy tốn kộm cho quá trình gia công. Nhưng lượng dư gia công quá nhỏ cũng không có lợi vì có thể tăng tỷ lệ phế phẩm, làm hao mòn nhanh chóng các dao dùng để cắt gọt lớp da đúc, làm giảm tốc độ cắt gọt từ (60 – 80)%, kéo dài thời gian gia công .
Với mặt đúc bằng gang xám, có kích thước lớn nhất là 600(mm), lượng dư lớn nhất để gia công cơ khí ứng với dạng sản xuất đơn chiếc cho vật đúc đơn giản được tra theo bảng 18[2 - tr83] là 7(mm).
Lượng dư gia công cơ khí lỗ lắp ghép của vật đúc bằng gang xám cho vật đúc có kích thước lớn nhất là 600(mm), dạng sản xuất đơn chiếc được tra theo bảng 20[2 - tr86] là 9(mm).
ã Lượng trừ co.
Lượng co phụ thuộc vào loại vật liệu đúc, hình dáng vật đúc, chiều dày thành kim loại và độ rắn của khuôn, nhiệt độ kim loại lỏng rót vào. Sai số về độ co không chỉ làm thay đổi các kích thước dài của vật đúc mà còn làm xê dịch các phần riêng biệt so với vị trí đã quy định trong bản vẽ. Kết quả là sau khi gia công vật đúc sẽ có thành không đều.
Lượng co theo chiều dài của vật đúc bằng gang xám được tra theo bảng 28[2 – tr90]
trung bình là: Độ co cản trở (0,8%), độ co tự do (0,9%).
ã Lượng dư cụng nghệ.
Lượng dư công nghệ bao gồm: Lượng dư khi đúc lỗ, rãnh, và các phần rỗng khác, lượng dư do độ nghiêng của các thành vật đúc sinh ra, lượng dư ở các chỗ cắt đậu ngót, phần đúc thêm để gá vật đúc lúc gia công cơ, gân chống nứt, lượng dư bù trừ cho sự co lệch theo hướng bất kỳ và cho sự biến dạng của vật đúc.
Giá đỡ ổ trục là vật đúc đơn giản, đúc bằng gang xám nên không dùng đậu ngót vì vậy có thể bỏ qua lượng dư công nghệ trong quá trình đúc.
Bảng (3 -4): Các giá trị sai lệch cho phép.
Sai lệch kích thước (mm) Lượng trừ co (%)
Sai lệch trên Sai lệch dưới
Sai lệch khối lượng
Lượng dư gia
công cơ khí (mm) Bị cản trở Tự co
+5 -3 10 (%) 4 0,8 0,9
2.Chế tạo bộ mẫu để làm khuôn và ruột.
v Vật liệu chế tạo mẫu.
Bộ mẫu có thể làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau và phải đảm bảo các yêu cầu chung là:
- Dễ gia công cắt gọt, đảm bảo độ chính xác và độ bóng cho bộ mẫu để đảm bảo độ chính xác cho vật đúc và năng suất làm khuôn.
- Bền, cứng, nhẹ để sử dụng lâu dài, thao tác lấy mẫu ra khỏi khuôn nhẹ nhàng.
- Không biến dạng, co nở trong khi sử dụng.
- Rẻ tiền.
Chọn vật liệu chế tạo mẫu là gỗ vì nó thoả mãn các yêu cầu: Nhẹ, rẻ, dễ gia công cắt gọt, dễ gắn và ghép. Nhược điểm của mẫu gỗ là: Tổ chức không đồng nhất, độ bền không cao, dễ hút ẩm và biến dạng. Khắc phục các hạn chế trên bằng cách sấy khô và sơn gỗ trước khi chế tạo mẫu.
v Cấp chính xác của mẫu.
Cấp chính xác của mẫu tương ứng với cấp chính xác của vật đúc, nhưng sai lệch cho phép về kích thước yêu cầu nhỏ hơn vì còn phải tính đến sai lệch gây ra trong khi làm khuôn. Giá trị sai lệch cho phép về kích thước của mẫu được tra theo bảng 56[2 – tr207] ứng với kích thước mẫu là 605 (mm) và cấp chính xác 3 là ± 1,5 (mm).
3.Chế tạo khuôn và ruột.
v Vật liệu làm khuôn.
Vật liệu làm khuôn là tên gọi chung cho các loại nguyên liệu dùng để chế tạo khuôn đúc. Cũng vì thế thông thường người ta gọi tên khuôn đúc theo vật liệu làm khuôn: khuôn cát, khuôn kim loại…
Vật liệu làm khuôn có ảnh hưởng tới toàn bộ quá trình sản xuất như: qui trình công nghệ, trang thiết bị, chế độ làm việc, chất lượng sản phẩm.
Xu hướng hiện nay là các phương pháp đúc đặc biệt thay cho đúc trong khuôn cát để tăng độ chính xác và cơ tính cho sản phẩm. Trong điều kiện nước ta hiện nay, đúc trong khuôn cát vẫn là chủ yếu đặc biệt là các vật đúc lớn.
Những vấn đề cơ bản về vật liệu làm khuôn cát - đất sét:
- Những vật liệu ban đầu để tạo nên hỗn hợp làm khuôn gồm có:
+ Vật liệu hạt của hỗn hợp gọi là cát làm khuôn.
+ Vật liệu dính (chất dính).
+ Các chất phụ thêm.
- Hỗn hợp làm khuôn và các tính chất cần có của hỗn hợp.
- Chuẩn bị và chế biến hỗn hợp.
Yêu cầu đối vơi cát làm khuôn: Chịu nóng, không tác dụng với kim loại lỏng, dẫn nhiệt tốt, dãn nở nhiệt ít, khí thoát ra ngoài dễ, chỉ cần dùng ít chất dính đã có độ bền cao, không độc hại, sử dụng được lâu dài.
Chất dính dùng cho hỗn hợp làm khuôn và làm ruột phải thoả mãn những yêu cầu sau:
- Tạo cho hỗn hợp làm khuôn có đủ độ bền cần thiết.
- Phân bố dễ dàng khắp bề mặt vật liệu hạt và cả khối vật liệu hạt để dễ trộn và cho độ bền cao.
- Tạo cho hỗn hợp làm khuôn có tính dẻo nhưng không dính bám vào mẫu.
- Khi vật đúc kết tinh xong thì giảm tính dính kết để giảm độ bền của khuôn, nhất là ruột.
- Ít hút nước, ít sinh khí.
- Không độc hại. Rẻ và dễ kiếm.
Chất phụ pha vào hỗn hợp làm khuôn có tác dụng: Tạo cho hỗn hợp những tính chất cần thiết phù hợp với yêu cầu công nghệ, ngăn cản sự tác dụng bất lợi gữa kim loại lỏng với hỗn hợp làm khuôn, tạo cho hỗn hợp có tính co bóp tốt, giảm độ bền của hỗn hợp sau khi vật đúc đã đông đặc để chống nứt vỡ khuôn, tăng độ thông khí cho hỗn hợp.
v Hỗn hợp làm khuôn và ruột.
ã Chọn hỡnh thức làm khuụn và ruột.
Hình thức làm khuôn được chọn dựa vào các yếu tố: Vật liệu đúc, số lượng và kích thước vật đúc, tính đơn giản và phức tạp của vật đúc, điều kiện sản xuất của xưởng… Từ các yếu tố trên, chọn hình thức làm khuôn cát.
ã Yờu cầu của hỗn hợp làm khuụn cỏt - đất sột:
- Tớnh dẻo tốt để tạo rừ hỡnh nột vật đỳc. Tớnh dẻo này thuộc lượng chất dớnh và độ hạt của cát, tính dẻo tăng khi cát càng nhỏ và lượng nước tăng.
- Tính bền cao để không hư hỏng khi vận chuyển, lắp ráp, chịu được áp lực tĩnh và động của dòng kim loại rót vào khuôn.
- Tính co bóp tốt để tránh hiện tượng nứt và cong vênh vật đúc.
- Chịu nhiệt tốt không làm cát bị cháy để dễ dàng cắt gọt và làm sạch vật đúc.
- Tính bền lâu tốt để sử dụng nhiều lần mà vẫn đảm bảo các tính chất cơ bản của hỗn hợp theo yêu cầu.
Sự khác biệt giữa hỗn hợp làm ruột và hỗn hợp làm khuôn.
Ruột là bộ phận tạo hình lỗ rỗng ở trong vật đúc. Như vậy, phần lớn ruột bị kim loại lỏng bao quanh nên chất lượng của hỗn hợp làm ruột phải cao hơn chất lượng hỗn hợp làm khuôn. Nói chung là nó cần có độ bền,độ thông khí cao,độ sinh khí thấp,độ chịu nóng cao,độ co bóp tốt,độ rắn sau khi vật đúc đông xong nhỏ để đảm bảo vật đúc không bị rỗ khí, rỗ cát, cháy dính cát và nứt.
Ruột của khung máy có dạng đơn giản nên có thể dùng luôn hỗn hợp làm khuôn để chế tạo ruột.
Bảng (3 - 5): Thành phần của hỗn hợp làm ruột đúc gang.
Cát mới Cát cũ Đất sét bột Mùn cưa Độ bền nén tươi
kG/cm2 Độ thông khí
25% 52,5% 7,5% 15% 0,75 – 0,85 80 - 100
ã Cỏc giai đoạn chớnh của quỏ trỡnh sản xuất hỗn hợp làm khuụn và làm ruột của vật đúc.
- Chuẩn bị nguyên vật liệu ban đầu.
- Pha chế và trộn đều . - Ủ và đánh tơi hỗn hợp.
v Chế tạo ruột.
Để đúc giá đỡ ổ trục cần phải chế tạo hai ruột.Cả hai ruột được chế tạo bằng cát. Ruột nhỏ được chế tạo riêng, ruột lớn được chế tạo đồng thời trong quá trình làm khuôn.
v Hệ thống rót.
Hệ thống rót dùng để dẫn dòng kim loại lỏng chảy êm, đồng đều và liên tục vào khuôn đúc. Ngoài ra nó còn phải ngăn không cho xỉ và các loại tạp chất khác lọt
vào khuôn đúc cùng kim loại lỏng. Hệ thống rót phải có khối lượng bé, chiếm ít chỗ trong khuôn để có thể tận dụng thể tích của hòm khuôn, vật liệu đúc khác nhau thì cấu tạo hệ thống rót khác nhau.
Do vật đúc không lớn, dạng sản xuất hàng loạt nhỏ có thể coi là dạng sản xuất đơn chiếc, trong trường hợp này hệ thống rót được đặc trưng bằng các rãnh dẫn kim loại lỏng vào khuôn. Vật đúc gang không dùng đậu ngót.
v Đặc điểm và các thao tác của quá trình làm khuôn bằng tay.
ã Đặc điểm.
- Có thể đúc được nhiều loại và dạng chi tiết có hình dạng đơn giản và phức tạp.
- Độ chính xác của vật đúc không cao.
- Điều kiện lao đông nặng nhọc.
- Đòi hỏi công nhân tay nghề cao.
ã Cỏc thao tỏc chu yếu của quỏ trỡnh làm khuụn bằng tay.
- Giã khuôn.
+ Chuẩn bị mẫu để làm khuôn. Lau sạch mẫu, nếu có chỗ sần sùi thì xoa một lớp grafit hoặc dầu hoả để chống dính bám hỗn hợp làm khuôn. Đặt mẫu lên tấm đỡ mẫu đặt hòm khuôn, cần chú ý sao cho mẫu nằm sâu cân đối trong hòm, tránh hiện tượng mẫu nằm quá sát thành hòm, vì như vậy lớp cát sẽ mỏng dễ gây ra rò khuôn khi rót kim loại lỏng.
+ Phủ đều lớp cát áo lên mặt mẫu. Chiều dày lớp cát áo thuộc vào cỡ vật mẫu và trạng thái của khuôn khi rót. Với vật đúc là giá đỡ ổ trục tương đối lớn, chiều dày tối thiểu của lớp cát áo chọn trong khoảng 40 - 60 (mm) [8 - tr156].
Đầm chặt cát.
Sau khi đủ cát áo, dùng xẻng xúc thêm cát đệm đổ vào hòm khuôn tạo nên một lớp cát dầy khoảng 50 - 70 (mm) rồi mới giã khuôn. Lớp cát này cần đảm bảo vì: Nếu mỏng quá sẽ làm cho chày giã vào mẫu gây hỏng mẫu, lớp cát sẽ bị rồn dẫn đến chỗ chặt, chỗ lỏng. Nếu dày quá giã không thấu hết, khuôn bị lỏng.
Yêu cầu chính của việc giã khuôn là làm cho khuôn đúc vừa có đủ độ chặt để vừa đảm bảo bền vừa thoáng khí, độ chặt phải đều nhau, không có chỗ xốp quá chỗ chặt quá. Chỗ xốp quá sẽ bị áp lực kim loại lỏng làm nỗ gây nên sẹo đúc. Nên giã theo trình tự nhất định để đảm bảo độ chặt đều. Khi giã gần mẫu không quá
mạnh để bảo vệ mẫu. Lúc đầu dùng chày giã đầu nhọn để đảm bảo độ đầm chặt tốt nhất do khi đổ đầy kim loại lỏng vào, càng dưới đáy khuôn áp lực tĩnh của kim loại lỏng càng cao. Lúc sau dùng chày đầu bằng do áp lực tĩnh của cột kim loại giảm xuống nên độ đầm chặt càng giảm dần.
Bảng (3 – 6): Độ đầm chặt khuôn khi làm khuôn bằng tay (Đo ở bề mặt).
Độ đầm chặt đo bằng đồng hồ (khuôn khô)
Trọng lượng vật đúc (kg)
Chiều cao từ đáy lỗ khuôn đến mặt thoáng của cốc rót (mm)
Nửa khuôn dưới Nửa khuôn trên
25 - 100 Dưới 300 35 - 50 30 - 40
Khi đo độ cứng của khuôn khô, dùng đồng hồ có gắn dao. Khi đo ấn dao lên mặt khuôn và di chuyển đồng hồ dọc theo mặt khuôn khi dừng sẽ đọc kết quả.
- Tạo hệ thống thoát hơi.
Để tăng độ thông khí cho hỗn hợp làm khuôn, khi giã khuôn xong phải dùng dùi hơi xiên sâu vào khối cát để tạo hệ thống đường hơi quanh mẫu. Các lỗ hơi được tạo ra ở cả nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới. Lỗ hơi được dùi cách mẫu từ 10 đến 25mm. Số lỗ hơi từ 7 đến 10 lỗ trên 1 dm2.Tạo rãnh dẫn kim loại lỏng ở nửa hòm khuôn dưới.
- Lấy mẫu ra khỏi khuôn.
Khi giã xong nửa khuôn dưới và lật lại rồi rắc cát phân cách để cho hai nửa khuôn không dính vào nhau. Dùng quạt da thổi sạnh cát trên mặt mẫu. Cho cát áo và cát đệm vào, tiến hành giã khuôn như làm nửa khuôn dưới. Tạo các lỗ thông hơi trên nửa hòm khuôn trên. Với giá đỡ ổ trục, tạo 10 lỗ thông hơi. Khi xong nửa hòm khuôn trên thì lấy nửa hòm khuôn trên ra. Dùng bút lông thấm nước làm ứơt phần cỏt quanh mẫu, dựng bỳa gừ vào mẫu gỗ, lay động theo chiều dọc và ngang làm long mẫu ra khỏi khuôn để dễ dàng rút mẫu lên. Mẫu dưới 20kg một người rút. Rút không được run tay gây ra vỡ khuôn.Vì khuôn vỡ, dù có sửa thì chất lượng sản phẩm cũng không cao. Không nên thấm nước quá nhiều quanh mẫu, vì nếu hỗn hợp quá ẩm khi rót kim loại vào dễ bị sôi làm vỡ cát rỗ khí. Vật đúc là gang, chỗ nào của khuôn ẩm quá gang dễ bị biến trắng. Không nên đánh động mẫu quá mức, tuy dễ lấy mẫu nhưng làm tăng kích thước và trọng lượng vật đúc.