M ỤC LỤ C 1
2.3.2Chọn phương pháp chế tạo phôi 39
2.3.2.1 Phân tích kết cấu của chi tiết vành lăn. Vành lăn có kết cấu dạng vành tròn với kích thước: - Đường kính ngoài: Ф2720 mm - Đường kính trong: Ф2420 mm - Độ dày vành lăn: B= 200 mm Ø2720 Ø2420 20 0±0 ,1 5x45° 5x45° (hai bên) (hai bên) Rz20 2, 5 Rz 20 Rz20 ±0,16 Hình 3.1 Kết cấu vành lăn 2.3.2.2 Phân tích đặc tính làm việc của vành lăn
Vành lăn được lắp cốđịnh lên thân thùng máy rửa quặng bằng các vấu
đỡ trên thân thùng và các nêm côn.
Mỗi vành lăn được đỡ bởi hai con lăn nhỏ phía dưới, thùng máy rửa quặng được đỡ bở hai vành lăn (Hình 3.2).
bề mặt đạt 230 – 250 HB. Cấp chính xác gia công bề mặt ngoài là CCX 9. Độ
nhám bề mặt ngoài Ra=2,5 có thểđạt đượt bằng phường pháp tiện.
a, b,
Hình 3.2 Vành lăn máy rửa quặng
Bề mặt trong là Ф2420 là bề mặt lắp trên các vấu của tang trống. Có độ
nhám bề mặt đạt Rz20, CCX 10, có thể gia công bằng phương pháp tiện. Hai măt đầu có bề dày B=200mm. Có độ nhám bề mặt đạt Rz20; CCX 10, có thể gia công bằng phương pháp tiện.
2.3.2.3 Chọn phương pháp chế tạo phôi
Có nhiều phương pháp chế tạo phôi khác nhau: Chế tạo phôi đúc; chế
tạo phôi rèn; chế tạo phôi gia công áp lực và chế tạo phôi hàn. Từ kết cấu dạng đĩa (L<0,25D) và đặc tính làm việc của chi tiết vành lăn, đề tài chọn phương pháp chế tạo phôi là phương pháp đúc trong khuôn cát làm bằng tay với mẫu gỗ nên cấp chính xác phôi đúc là III ([5], tr133).
Dạng sản xuất: Đơn chiếc (dưới 20 chiếc/năm). (theo [5], bảng 3-2 tr 93).
2.3.3 Tổng quan chung về phương pháp đúc
2.3.3.1 Định nghĩa, đặc điểm và quá trình sản xuất đúc.
Đúc là phương pháp chế tạo phôi bằng cách nấu chảy kim loại hoặc hợp kim, sau đó rót vào lòng khôn đúc có hình dáng kích thước của vật đúc, sau khi kim loại đông đặc trong khuôn ta thu được vật đúc có hình dáng giống như lòng khuôn.
Vật đúc ra có thể đem dùng ngay gọi là chi tiết đúc. Nếu vật đúc đưa qua gia công cơ khí để nâng cao độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt gọi là phôi đúc.
Phương pháp đúc có những ưu điểm chủ yếu sau:
- Có thểđúc được tất cả các kim loại và hợp kim của chúng.
- Có thểđúc được các dạng kết cấu vật đúc: vật đúc to, nhỏ đơn giản, phức tạp,…
- Hiệu quả kinh tế sản xuất đúc luôn luôn đạt.
Tuy nhiên nhìn chung độ chính xác, độ bóng bề mặt vật đúc còn thấp. Nếu ứng dụng các công nghệ đúc đặc biệt, độ chính xác và độ bóng sẽ cao hơn nhiều. ngoài ra do bản chất của sự hình thành vật đúc, nên vật đúc thường có các dạng khuyết tật rỗ co, rỗ khí, rỗ xỉ, nứt,…
Phương pháp đúc vẫn là một trong những phương pháp được dùng rộng rãi để chế tạo ra một khối lượng lớn sản phẩm kim loại rất lớn như thân máy công cụ, vỏ hộp giảm tốc, vỏđộng cơ điện, vỏ máy phát điện,…
Phân loại các phương pháp đúc: tùy theo quan điểm, người ta có thể
phân theo các cách sau đâu: theo loại khuôn theo loại mẫu làm khuôn, theo dạng sản xuất, theo bản chất công nghệ,…
2.3.3.2 Cấu tạo các bộ phận đúc
Cấu tọa chung của phôi đúc: vật đúc (phôi đúc) là dạng sản phẩm hình thành từ hợp kim lỏng trong lòng khuôn. Sự hình thành đó chịu ảnh hưởng lớn của cấu tạo vật đúc.
Khi sản xuất đúc, kết cấu vật đúc khác nhau tác động trực tiếp đến quá trình công nghệ làm khuôn, lõi, đến sự kết tinh vật đúc, đến sự hình thành các tổ chức và khuyết tật.
Như vậy một kết cấu phôi đúc hợp lý sẽ tạo ra chất lượng vật đúc cao, giá thành hạ và quá trình gia công tiếp theo được đơn giản.
- Bảo đảm quá trình làm khuôn và lõi đơn giản, thuận tiện.
- Dễ 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 quá trình công nghệ gia công cắt gọt được thuận lợi. - Bảo đảm cơ tính của đúc.
Trong sản xuất đúc vật đúc được phân chia theo khối lượng gồm: nhỏ, trung bình và lớn. Trong bảng 1.1 giới thiệu sự phân chia đó:
Bảng 1.1: phân loại phôi đúc theo khối lượng
Nhỏ (kg) Trung bình(kg) Lớn (kg) Rất lớn(kg)
Đến 100 100-500 500-5000 >500
Vật đúc được phân chia theo loại kêt cấu: đơn giản, phức tạp ở các mức
độ khác nhau. Xét vềđặc trưng riêng của phương pháp đúc, mức độđơn giản hay phức tạp của kết cấu vật đúc thường căn cứ vào sự tập trung hay phân tán lượng kim loại trên toàn bộ vật đúc. Một cách tương đối hợp lý, kết cấu vật
đúc được căn cứ vào tỷ số của diện tích bề mặt F và thể tích V của nó.
Nếu một kết cấu có F/V lớn, có nghĩa là kết cấu có diện tích bề mặt lớn nhiều gân gờ, thành mỏng, loại kết cấu như vật thuộc loại phức tạp. Ngược lại F/V nhỏ có nghĩa vật đúc được thu gọn lại, loại này thuộc loại đơn giản.
Những kết cấu vật đúc phức tạp gây khó khăn nhiều hơn cho quá trình làm khuôn, điền đầy kim loại lỏng. Kết cấu càng thu gọn càng thuận tiện.
Một số vật đúc có cả phần kết cấu đơn giản và phức tạp. Loại kết cấu này thường khó đảm bảo chất lượng đúc cao.
Trong thực tế, các dạng như puly, bánh răng, gối đỡ… có kết cấu đơn giản, các loại như thân máy, vỏ hộp giảm tốc, vỏ hộp động cơ,… thuộc loại kết cấu phức tạp.
Thông thường kết cấu vật đúc cũng như các kết cấu định hình khác đều do một số bộ phận cấu thành. Có những bộ phận chính gồm: những bộ phận
đỡ,… các bộ phận khác chỉ có tác dụng liên kết như thành nối gân, nan hoa,… nhờ các phần này mà chi tiết chính chịu được tác dụng lực lớn, cúng vững,
đôi khi còn tạo nên thùng kín để che hoặc chứa.
2.3.3.3 Sự hình thành vật đúc trong khuôn đúc
Kim loại lỏng khi điền đầy vào khuôn sẽ nhanh chóng chuyển dần sang trạng thái đặc theo quá trình kết tinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Tính chất lý nhiệt và nhiệt độ rót của hợp kim đúc. - Tính chất lý nhiệt của vật liệu khuôn.
- Công nghệđúc.
Có thể phân chia sự hình thành vật đúc trong khuôn gồm các giai đoạn liên tiếp sau đây:
- Giai đoạn điền đầy kim loại lỏng vào lòng khuôn, thời gian điền đầy tính từ khi bắt đầu rót đến thời điểm kim loại lỏng điền đầy hệ thống rót và
đậu ngót.
Thông thường thời gian rót phải đảm bảo sao cho kim loại điền đầy nhanh, nên giai đoạn này chưa có sự hạ nhiệt đáng kể.
- Giai đoạn nhiệt độ hạ từ t0 rót đến nhiệt độ điểm lỏng 0
L
t . Kim loại lỏng trong lòng khuôn tiếp xúc với thành khuôn sẽ truyền nhiệt vào vật liệu làm khuôn với tốc độ khác nhau phụ thuộc vào tính chất lý nhiệt của khuôn và lượng tập trung kim loại từng vùng. Vì ở đáy lòng khuôn bao giờ cũng được
điền đầy trước nên ở đó sẽ bắt đầu kết tinh trước, sau đó mới đến thành bên. Hướng tản nhiệt luôn vuông góc với thành khuôn.
- Giai đoạn kết tinh tính từ nhiệt độ điểm lỏng 0
L
t đến nhiệt độ điểm
đặc 0 D
t (khoảng đông đặc). Trong lòng khuôn, kim loại lỏng bao giờ cũng kết tinh theo hướng từ dưới lên trên và từ ngoài vào trong ở các thành bên. Ở giai
đoạn này có thể xảy ra theo hai trường hợp:
Những kim loại nguyên chất, hợp kim cùng tinh hoặc kim loại có khoảng kết tinh hẹp thường đông đặc theo lớp. Đường cong tăng dần từ hai phía và cao nhất ở tâm. Tốc độ truyền nhiệt của kim loại lỏng giảm dần từ hai phía và cao nhất ở tâm. Tốc độ truyền nhiệt của kim loại lỏng giảm dần từ
ngoài vào trong, khi hạ nhiệt độ xuống đến t0 kết tinh sẽ bắt đầu hình thành từng lớp tinh thể. Giả sửở thời điểm τ1 ứng với đường cong biểu diễn 1 đã tạo lớp đông đặc δ1. Tiếp tục như vậy sẽđến một thời điểm đường cong biểu diễn trường nhiệt độ nằm ngang, nghĩa là nó đã hạ thấp bằng hoặc dưới t0 kết tinh thì vật đúc đông đặc hoàn toàn.
b) Đông đặc thể tích
Những hợp kim có khoảng nhiệt độ kết tinh lớn thường xảy ra đông đặc thể tích. Tất nhiên cũng do độ truyền nhiệt giảm dần từ ngoài vào trong, nên xét ở mỗi thời điểm bao giờ gần thành cũng đông trước.
Kết tinh theo lớp hoặc theo thể tích sẽảnh hưởng đến cấu trúc kim loại và hình thành một số khuyết tật.
+ Giai đoạn nguội trong khuôn: kết thúc giai đoạn kết tinh, kim loại đã hoàn toàn đông đặc, nhưng tổ chức kim loại chưa ổn định, còn có sự chuyển biến pha, đó là quá trình chuyển biến kết tinh lại. Mức độ chuyển biến kết tinh lại nhiều, ít tùy thuộc vào loại hợp kim đúc, vì vậy lúc này chưa được dỡ
khuôn.
+ Giai đoạn nguội ngoài khuôn: tùy thuộc vào dạng công nghệ đúc và yêu cầu chất lượng mà nhiệt độ để dỡ khuôn được xác định. Nhìn chung thì vật đúc được dỡở nhiệt độ cao (dỡ sớm) sẽ có tốc độ nguội nhanh thường gây ra ứng suất và nứt,… Với vật đúc yêu cầu chất lượng cao người ta thường
đem ủ.
2.3.3.4 Tổ chức kim loại vật đúc
Nếu thành vật đúc không lớn lắm (tiết diện ngang nhỏ), tốc độ tản nhiệt lớn, các hạt hình trụ phát triển và giao nhau ở tâm, ta gọi đó là dạng xuyên tâm.
Sự hình thành khuyết tật đúc: ở đây ta chỉ xét dạng khuyết tật hình thành do quá trình kết tinh kim loại vật đúc.
- Lõm co và rỗ co.
Lõm co hình thành do kim loại co thể tích, vì vậy lõm co bao giờ cũng nằm ở phía trên cùng vật đúc, tại đó kim loại đông đặc sau hết. Vùng lõm co có nhiều tạp chất có nhiều độ nóng chảy thấp. Để tránh lõm co, trong khuôn
đúc phải thiết kếđậu ngọt bổ sung.
Rỗ co cũng hình thành do kim loại có thể tích kết tinh, nhưng chúng phân vố ở phía trong vật đúc tạo ra các lỗ hổng to nhỏ khác nhau với về mặt nham nhở. Trong vật đúc rỗ co thường xuất hiện ở vùng kim loại có thể tích lớn, bởi vì tốc độ nguội ở vùng này nhỏ hơn xung quanh nên khi kim loại co không được bổ sung thêm. Nếu lỗ hổng rất nhỏ và tập trung thì gọi là xốp co.
Rỗ co làm giảm tiết diện chịu lực của vật đúc, làm tăng ứng suất tập trung và làm giảm độc dẻo.
Để hạn chế rỗ co điều cần thiết là thiết kế kết cấu đúc hợp lý để quá trình kết tinh luôn hướng từ xa đến chân đậu ngót hoặc hệ thống rót.
- Rỗ khí.
Một lượng khí hoặc đã hòa tan vào kim loại lỏng khi nấu hoặc theo dòng chảy vào khuôn, hoặc do các phản ứng sinh khí khi kim loại lỏng tiếp xúc tác dụng nên vật liệu khuôn, trong quá trình kim loại vật đúc kết tinh không thoát ra được và tạo ra những bọt khí cân bằng dạng cầu lưu lại trong vật đúc. Bề mặt lỗ hổng khí nhẵn và bị oxy hóa, chúng phân bố bất kỳ trong vật đúc.
Cũng như rỗ co, rỗ khí làm giảm tiết diện chịu lực, giảm cơ tính. - Thiên tích.
Kim loại vật đúc do kết tinh qua các giai đoạn khác nhau, hướng từ
Như vậy quá trình kết tinh với tốc độ không đều, với hướng kết tinh khác nhau đều là nguyên nhân gây nên thiên tích.
2.3.3.5 Những nhân tốảnh hưởng đến chất lượng vật đúc
Chất lượng vật đúc được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau đây: - Độ chính xác hình dạng và kích thước.
- Độ nhẵn bóng mặt ngoài.
- Chất lượng kim loại của hợp kim vật đúc tùy thuộc vào quá trình công nghệđúc và yêu cầu sản phẩm, chất lượng vật đúc chịu các ảnh hưởng như:
a) Hợp kim đúc
Mỗi hợp kim đúc có tính đúc tốt xấu khác nhau nên chất lượng khác nhau. Vì thế khi đánh giá tính đúc của hợp kim chúng ta nẽ có biện phát công nghệđúc hợp lý.
b) Loại khuôn đúc và phương pháp làm khuôn đúc
Quá trình kết tinh kim loại vật đúc xảy ra khác nhau tùy thuộc vào loại khuôn đúc và phương pháp đúc.
Khuôn cát có độ dẫn nhiệt thấp nên kim loại nguội chậm tạo ra hạt tinh thể của vật đúc lớn. Bề mặt lòng khuôn cát không nhẵn nên làm bề mặt vật
đúc kém nhẵn bóng. Khi độ chịu nhiệt của hỗn hợp kém sẽ gây ra chảy cát trên bề mặt vật đúc. Ngược lại trong khuôn kim loại có cấu tạo hạt nhỏ, mịn làm tăng cơ tính vật đúc, nhưng thường gây ra nội ứng suất trong vật đúc và dễ hóa cứng mặt ngoài cản trở quá trình cắt gọt.
Mặt khác, chất lượng vật đúc cũng chịu ảnh hưởng do sử dụng phương pháp làm khuôn đúc khác nhau. Phương pháp làm khuôn bằng tay hay bằng may sẽ cho ta chất lượng vật đúc khác nhau, làm bằng máy tất nhiên chất lượng đồng đều, chính xác hơn so với làm bằng tay. Cùng một loại khuôn kim loại, nhưng phương pháp điền đầy bằng rút tự do tạo ra chất lượng khác với
điền đầy bằng áp lực hoặc điền đầy bằng lực ly tâm.
Công nghệ đúc được thể hiện bằng những biện pháp cụ thể theo thứ tự đối với từng loại vật đúc. Tổng hợp các biện pháp trong một quá trình sản xuất để tạo ra chất lượng vật đúc cao hơn. Thực hiện một công nghệ đúc hợp lý là thể hiện một cách tích cực để loại bỏ tới mức tối thiểu các khuyết tật đúc. Công nghệđúc bao gồm:
- Công nghệ nấu chảy hơp kim đúc. - Công nghệ chế tạo khuôn và lõi. - Công nghệ rót.
Ngoài ra một số nhân tố quan trọng nữa là nâng cao tay nghề, hiện đại hóa quá trình sản xuất, thay đổi trang thiết bị.
2.3.3.6 Co ngót và ứng suất khi đúc. * Co ngót khi đúc:
Co ngót và phát sinh ứng suất trong là những hiện tượng độc đáo của quá trình đúc kim loại, có ảnh hưởng to lớn tới độ bền, độ chính xác của chi tiết đúc. Bản chất của hiện tượng co ngót quan hệ với kết cấu của chi tiết đúc. - Rỗ ngót và xốp ngót: Trong quá trình đông đặc, kim loại lỏng co ngót nên thường để lại rỗ ngót trong vật đúc, ở những nơi nguội sau cùng (nút hoặc tâm nhiệt). Có hai dạng rỗ ngót: Rỗ ngót tập trung và rỗ ngót phân tán (xốp). Mối quan hệ giữa rỗ ngót và hình dạng vật đúc:
+ Tránh góc nhọn ngoài, góc nhọn trong phải có bán kính R. + Tránh góc hẹp tạo khe cát mảnh.
+ Thành đúc phải dày đều, nếu thành không dày đều phải đảm bảo chỗ nối thành có chuyển biến từ từ.
+ Tránh thành quá dày và tập trung quá nhiều kim loại, nên dùng kết cấu có gân tăng cứng.
+ Tránh nhưng cấu tạo nút nhiệt riêng rẽ; đối với các hợp kim co ngót nhiều, cần thay đổi kết cấu để tạo điều kiện đông đặc có hướng.
+ Tránh những thành rộng nằm ngang hoặc thẳng đứng, nên tạo độ nghiêng
để dễ làm khuôn, dễ thoát khí.
+ Chỉ dùng ruột khi thật cần thiết, phải đảm bảo ruột dễ ráp, dễ thoát hơi, dễ
dỡ phá, không cần mã đỡ; vì thế các cửa sổ ở thành phải đủ rộng để có đầu gác lớn.
+ Hình dạng bên ngoài và trong của vật đúc càng đơn giản càng tốt để dễ làm