III Kích th−ớc
c. Thí dụ về thiết kế công nghệ đúc vật đúc trong khuôn cát
khuôn cát
Đề bài:
Thiết kế công nghệ đúc chi tiết có kết cấu nh− bản vẽ (xem hình vẽ H.59) với điều kiện sản xuất đơn chiếc, mẫu gỗ, làm khuôn cát t−ơi, vật liệu chi tiết đúc là GX15-32. Phối liệu từ các vật liệu GM2, GĐ2, sắt thép vụn không quá 10% và ferô các loại (nếu cần). Tỷ lệ cháy hao khi nấu trong lò φ600 là Sich = 15%; Mnch = 20%.
Hình 59- Bản vẽ chi tiết
Bài làm:
I. Nghiên cứu bản vẽ chi tiết, phân tích tính công nghệ, sửa đổi kết cấu cho phù hợp công nghệ đúc.
- Theo bản vẽ chi tiết đúc trên hình H.59 ta thấy chi tiết có thành mỏng nhất là 10mm. Đối chiếu với bảng B1 ta thấy với chiều dày chi tiết này có thể điền đầy khuôn đúc tốt khi rót.
- Trên bản vẽ chi tiết đúc có thành dày tới 60mm nh−ng cũng có chỗ thành chỉ dày có 10mm. Sự chênh lệch chiều dày thành vật đúc nh− vậy là lớn, có khả năng gây ra ứng suất nhiệt do co ngót không đồng đều. Vì 2 lỗ φ60mm, cao 76mm chỉ có tác dụng giảm khối l−ợng chi tiết nên để giảm sự chênh lệch chiều dày thành vật đúc cần giảm kích th−ớc của thành dày. hình dáng của 2 lỗ sau khi sửa có hình dáng nh− trên hình vẽ H.59 - đ−ờng chấm gạch.
- Sau khi sửa đổi kết cấu nh− trên và kiểm tra góc l−ợn đã khá đều đặn nên không cần chuyển tiếp chiều dày thành.
II. thiết kế công nghệ đúc:
1. Chọn mặt phân khuôn (ráp khuôn) và t− thế vật đúc khi rót:
1.1. Có thể bố trí mặt phân khuôn theo các ph−ơng án:
Ph−ơng án 1 (xem H.60 – bản vẽ vật đúc). Với ph−ơng án này có một phần vật đúc nằm ở hòm trên nên dễ bị lệch khi lắp ráp 2 nửa khuôn. Ưu điểm của ph−ơng án này là lõi có kết cấu đảm bảo đứng vững vàng trong khuôn, vì phần to của lõi đ−ợc bố trí ở phía d−ới, còn phần nhỏ ở phía trên.
Ph−ơng án 2 (xem H.60 ). So với ph−ơng án 1, ph−ơng án này toàn bộ vật đúc đều nằm trong hòm khuôn d−ới nên đảm bảo độ chính xác đúc cao hơn, có thể dùng mẫu liền khối để chế tạo khuôn nên độ bền của mẫu cao hơn. Để khắc phục sự kém ổn định của lõi trong ph−ơng án này cần mở rộng đầu gác lõi ở phía d−ới.
Ph−ơng án 2 có nhiều −u điểm hơn ph−ơng án 1, mặt nh−ợc điểm dễ khắc phục. Vì thế chọn ph−ơng án 2 để chế tạo vật đúc đã cho.
1.2. T− thế vật đúc khi rót khuôn:
T− thế vật đúc ứng với vị trí mặt phân khuôn khi làm khuôn cũng là t− thế của vật đúc khi rót khuôn.
2. L−ợng d− gia công:
Với điều kiện dạng sản xuất đơn chiếc, mẫu gỗ nên cấp chính xác của vật đúc đạt đ−ợc là cấp III. Theo các bảng B.7 và B.8 ta xác định đ−ợc l−ợng d− gia công đối với các bề mặt cần gia công cơ khí để đạt đ−ợc độ chính xác và độ bóng bề mặt sau khi đúc. L−ợng d− gia công đ−ợc biểu thị trên hình vẽ H.60.
3. sai lệch các kích th−ớc:
Theo bảng B.3 ta xác định đ−ợc các giá trị sai lệch kích th−ớc và biểu diễn sai lệch kích th−ớc trên H.60.
4. Độ xiên thành vật đúc:
Trong các thành bên của vật đúc thấy chỉ có thành ngoài cùng có kích th−ớc chiều cao 135mm (29 + 76 + 30) là cần tìm độ xiên. Vì thàn này k0 cần phải gia công cơ khí sau khi đúc, có chiều dày thành bằng 20mm nên theo bảng B.10 xác định đ−ợc góc xiên thành vật đúc là 0045’ và chọn ph−ơng án độ xiên “trừ”.
5. thiết kế lõi:
Vật đúc có 3 lỗ rỗng, nên cần có 3 lõi riêng biệt. Hai lõi nằm hai bên có hình dạng không đối xứng nên đầu gác d−ới của chúng phải thiết kế cơ cấu chống xoay, Lõi giữa có đầu gác d−ới đ−ợc mở rộng để giữ vững lõi trong khuôn. Kích th−ớc, góc nghiêng đầu gác lõi, khe hở giữa đầu gác lõi và ổ gác xác định đ−ợc theo các bảng B.15, B.17, B.18 và đ−ợc biểu diễn trên hình vẽ H.60.
6. thiết kế hệ thống rót:
6.1. tính khối l−ợng vật đúc:
Thể tích của vật đúc (tính theo các kích th−ớc ghi trên bản vẽ vật đúc) ≈
4,1dm3. Gang xám có khối l−ợng riêng 7kg/dm3 nên khối l−ợng của vật đúc là: 4 x 1 x 7,0 = 29,0 kg
6.2. chọn kiểu hệ thống rót:
Vì chiều sâu hốc khuôn nhỏ nên có thể sử dụng hệ thống rót bên hông. Theo bảng B.19 ta có:
- Tiết diện của một rãnh dẫn là 0,85ữ1cm2
- Chiều dài rãnh dẫn là 30ữ35mm.
- Số l−ợng rãnh dẫn là 4 (vì chiều dày trung bình của thành là 10mm) Vậy tổng diện tích tiết diện rãnh dẫn ∑Frdbằng:
Với tỷ lệ: ∑Frd =4ì0,85=3,4cm2 4 , 1 : 2 , 1 : 1 : :∑ ∑ = ∑Frd Flx For ∑ ∑Flx, For ( là tổng diện tích rãnh lọc xỉ và ống rót. Ta có:
Chọn kiểu ống rót ở giữa chảy ra 2 nhánh lọc xỉ, ta có: Diện tích một rãnh lọc xỉ: 2 08 , 4 4 , 3 2 , 1 2 , 1 For cm Flx= ∑ = ì = ∑ 2 768 , 4 4 , 3 4 , 1 4 , 1 For cm For= ∑ = ì = ∑ 2 04 , 2 2 : 08 , 4 2 : cm Flx Flx=∑ = = Theo bảng B.21 ta đ−ợc: - Kích th−ớc rãnh dẫn (hình thang):
Đáy lớn a = 28, đáy nhỏ b = 25, chiều cao h = 3.
- Đ−ờng kính ống rót : 25 14 , 3 47 , 4 4 . 4 ≈ ì = = π For dor - Kích th−ớc phễu rót (hình nón cụt):
Đ−ờng kính đáylớn D = 80, đ−ờng kính đáy nhỏ D1 = 60, chiều cao phễu H=80.
7. hệ thống ngót, hơi:
Vì vật đúc thành dày đều đặn, khối l−ợng trung bình nên không cần đặt đậu ngót, đậu hơi.
8. bản vẽ công nghệ đúc:
Bản vẽ công nghệ đúc (bản vẽ vật đúc) (xem hình vẽ H.60) đ−ợc vẽ theo các quy −ớc về ký hiệu nh− trình bày trên H.35.
III. thiết kế mẫu và hộp lõi: 1. chọn vật liệu làm bộ mẫu:
Căn cứ vào số l−ợng vật cần đúc và đặc điểm kết cấu của vật đúc ta chọn vật liệu làm bộ mẫu là gỗ loại th−ờng (xem bảng B.26).
2. thiết kế mẫu:
Mẫu đ−ợc thiết kế theo chỉ dẫn ở mục III.2 (phần A - H−ớng dẫn thực hiện bài tập thiết kế công nghệ đúc). Bản vẽ mẫu đ−ợc trình bày trên hình vẽ H.61.
3. thiết kế hộp lõi:
Chọn hộp để chế tạo lõi giữa là hộp bổ đôi hai nửa phân theo chiều cao của lõi (H.62), còn chọn hộp lõi hai nửa nh−ng có thêm bốn miếng rời (H.63) để chế tạo hai lõi bên. Khi lấy lõi ra khỏi hộp ta rút hai miếng rời lớn ra tr−ớc theo chiều mũi tên nh− trên bản vẽ. Hai miếng rời nhỏ ta lấy ra sau khi đã lấy đ−ợc lõi ra khỏi hộp lõi.
iv. chọn hòm khuôn:
Chọn loại hòm khuôn bằng gang đúc. Căn cứ vào bảng B.28 ta xác định đ−ợc các khoảng cách từ vật đúc và hệ thống rót ra thành hòm. Theo các ký hiệu của hình vẽ kèm theo bảng B.28 xác định đ−ợc: a = 70; b = 70; c = 50; d = 60; e = 40. Hòm khuôn có hình khối chữ nhật với các kích th−ớc đ−ợc xác định theo chiều dài Lvđ, chiều rộng Bvđ của vật đúc và chiều cao lõi h1:
- Chiều dài: L = 2c + Lvđ = 2.50 + 400 = 500
- Chiều rộng: B = e + d + c + Bvđ = 50 + 6 + 40 + 150 = 300
- Chiều cao: Hòm khuôn trên: Htr = a + h1 = 70 + 30 = 100
Hòm khuôn d−ới: Hd = b + h1 + hvđ = 70 + 50 + 152 = 272 Theo hình H.54 xác định đ−ợc các kích th−ớc hòm khuôn tiêu chuẩn để làm khuôn đúc: L = 500; B = 400; Htr = 100; Hd = 250;
v. chọn hỗn hợp làm khuôn và lõi: 1. chọn hỗn hợp làm khuôn:
Theo bảng B.29 ta dùng hỗn hợp làm khuôn là loại cát áo khuôn t−ơi (để đúc các vật đúc gang có khối l−ợng < 200 kg) với các thành phần khối l−ợng (%):
Cát cũ: 45 ữ 75%; hỗn hợp cát mới: 21 ữ 51% ; bột than: 3 ữ 5% ; với l−ợng đất sét làm chất dính kết: 8 ữ 10%. Hỗn hợp đ−ợc chọn có các tính chất: Cỡ hạt 016; độ thông khí: 40 ữ 70; độ bền nén t−ơi đạt 4 ữ 5N/cm2
2. chọn hỗn hợp làm lõi:
Theo bảng B.30 ta chọn đối với tr−ờng hợp lõi có kết cấu t−ơng đối đơn giản và kích th−ớc đủ lớn, hỗn hợp làm lõi loại IV. Các thành phần khối l−ợng (%) của hỗn hợp đ−ợc chọn trong các giới hạn:
Cát thạch anh:93 ữ 59%; đất sét 7 ữ 1%; mùn c−a: 0 ữ 2%; n−ớc bã giấy: 2 ữ
3%; với l−ợng đất sét: 5 ữ 7%;
Các tính chất có thể đạt đ−ợc của loại hỗn hợp làm lõi đã chọn: Độ thông khí t−ơi: 70; độ ẩm: 4 ữ 5%; độ bền nén t−ơi: 1,5 ữ2,5N/cm2; độ bền kéo khô: 20ữ30N/cm2.
3. thuyết minh quá trình làm khuôn:
Quá trình làm khuôn đ−ợc thực hiện theo quy trình sau đây: Nguyên
công Hình vẽ Thuyết minh
1
- Đặt nửa mẫu d−ới và hòm khuôn d−ới lên tấm đỡ.
- Phủ lớp cát áo bao kín bề mặt mẫu, sau đó phủ cát đệm lên trên lớp cát áo và đầm chặt theo từng lớp 20ữ40mm.
2
- Lật nửa hòm khuôn d−ới lên, lắp các phần trên của mẫu vào các phần d−ới. - Đặt hòm khuôn trên lên trên hòm khuôn d−ới và định vị hai hòm.
- Lắp hệ thống rót, hơi, rắc cát vàng phân cách hai nửa khuôn.
- Phủ cát áo, cát đệm, đầm chặt, gạt phẳng, xiên lỗ thoát hơi, rút mẫu ống rót, phễu rót ra.
3
- Lật hòm khuôn trên, lấy mẫu và các bộ phận mẫu của hệ thống rót ra khỏi khuôn, sửa lại lòng khuôn và mặt phân khuôn.
- Lấy mẫu ra khỏi hòm khuôn d−ới, sửa lại lòng khuôn và mặt phân khuôn.
4. thuyết minh quy trình làm lõi:
Nguyên
công Hình vẽ Thuyết minh
1
Lắp miếng rời vào hộp lõi, đổ hỗn hợp làm lõi vào hốc lõi đầm chặt, gạt phẳng làm đ−ờng thoát hơi cho lõi.
2
Quét n−ớc đất sét lên hai nửa lõi, dán hai nửa hộp lõi lại với nhau, gõ nhẹ vào hộp lõi cho hai nửa lõi dính chặt vào nhau. Để lõi khô.
- Tháo nửa hộp lõi trên ra. Tháo các miếng rời No1, No1. Lật úp lõi xuống khay đỡ lõi.
- Gõ nhẹ rồi tháo nốt nửa hộp lõi d−ới ra. Tháo các miếng rời No1, No1.
- Đ−a lõi đi và khay đỡ lõi đi sấy khô. 3
vi. tính phối liệu:
1. Với lò có đ−ờng kính φ600mm, căn cứ vào bảng B.31 ta xác định đ−ợc l−ợng than cốc cho một mẻ liệu là 35kg và l−ợng đá vôi cho một mẻ liệu là 10kg.
Trong tr−ờng hợp đã cho thì phối liệu không dùng quá 10% sắt thép vụn nên theo bảng B.32 chọn tỷ lệ than cốc/kim loại mẻ là 10%, nghĩa là khối l−ợng kim loại mẻ là 350kg.
2. Mác gang cần đúc là GX15-32. Theo bảng B.34 thì GX15-32 có thành phần hóa học: 3,5ữ3,7% C; 2,0ữ2,4% Si; 0,5ữ0,8% Mn; <0,3% P và <0,15% S. Ta lấy trị số trung bình của các thành phần này để tính toán: 2,2% Si và 0,7% Mn. Với tỷ lệ cháy hao đã cho ta cần nấu ra loại gang từ phối liệu có thành phần nh− sau:
%Si = 1,15 x 2,2 = 2,53 %Mn = 1,20 x 0,7 = 0,84
3. Tính tỷ lệ giữa GD2, GM2, sắt thép vụn trong một mẻ liệu kim loại.
Căn cứ vào các bảng B.34, B.35 và B.36 ta biết đ−ợc thành phần hóa học của GD2: 2,4 %Si; 1,1%Mn
GM2: 2,0 %Si; 0,5%Mn Sắt thép vụn: 0,3 %Si; 0,3%Mn
Ký hiệu A là điểm ứng với thành phần Mn và Si của GD2: A(1,1; 2,4) B là điểm ứng với thành phần Mn và Si của GM2: A(0,5; 2,0) C là điểm ứng với thành phần Mn và Si của
sắt thép vụn: A(0,3; 0,3)
Nối các điểm A, B, C đ−ợc tam giác ABC trên hệ tọa độ thành phần Si và Mn. Nừu gọi điểm M là điểm biểu diễn hàm l−ợng của phối liệu cần tính. Trên đồ thị ta thấy diểm M(0,84; 2,1) thuộc vùng 1, vì vậy để X, Y, X đều d−ơng ta phải dùng FeSi 45 để điều chỉnh cho M dịch chuyển về M(0,84; 2,53).
Lập ph−ơng trình bậc nhất đối với X, Y, Z: X+ Y + Z = 0
2,4X + 2,0Y + 0,3Z = 2,1 . 100 1,1X + 0,5Y + 0,3Z = 0,84 . 100
X≈ 59; Y≈ 34; Z≈ 7;
Vậy mẻ liệu kim loại sẽ bao gồm: Than cốc: 35kg Đá vôi: 10kg GD2 206 100 350 . 59 = = kg GM 119 100 350 . 34 = = kg Sắt thép vụn 25 100 350 . 7 = = kg Ferô silic 45 2,7 100 350 . 15 , 1 . 45 100 ). 1 , 2 53 , 2 ( − = = kg