Bài tập lớn môn chế tạo phôi

ĐỀ BÀI Thiết kế công nghệ chệ chế tạo phôi đúc chi tiết số 7, với dạng sản xuất nhỏ, mẫu gỗ, làm khuôn cát tưới bằng tay. Nhiệm vụ: Phân tích tính đúc của chi tiết đã cho Phân tích phương án bố trí vật đúc trong khuôn ( cách chọn mặt phân khuôn, phương án bố trí dẫn kim loại vào khuôn) Xác định các thông số của bản vẽ đúc, mẫu, hộp lõi. Tính toán thiết kế hệ thống rót Tính lực đè khuôn Tính toán mẻ liệu kim loại nấu chảy. Quá trình làm khuôn đúc. BÀI LÀM PHÂN TÍCH TÍNH ĐÚC CỦA CHI TIẾT. Muốn có phôi đúc dật yêu cầu kỹ thuật, năng suất cao, giá thành rẻ đòi hỏi phài tìm được hình dáng, kích thước và điều kiện làm việc của chi tiết. Phải xét xem chiều dày thành chi tiết có đảm bảo đúc được không. Nếu mỏng quá, vật đúc sẽ bị thiếu hụt, bề mặt dễ bị cứng, nếu dày quá phải chú ý dùng đậu ngót hoặc gang nguội, để trámh rỗ co. Với vật đúc bàng gang xám, phương pháp đúc bằng tay và sản xuất với khối lượng nhỏ, ta chọn cấp chính xác là cấp 3 và các kích thước được xác định ở các phần dưới. B. PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ VẬT ĐÚC TRONG KHUÔN. Khi xác định mặt khuôn cần phải đảm nhứng nguyên tắc sau: 1. Đảm báo yêu cầu về chất lượng bề mặt. 2. Đảm bảo độ chính xác bề mặt của vật đúc. 3. Đảm bảo lấy được mẫu dễ dàng, đảm bảo khi rút mẫu không bị vỡ cát, ít miếng mẫu bị dời và dễ sửa khuôn. Từ những nguyên tắc trên ta xác định được mặt phân khuôn như hình vẽ. C. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA BẢN VẼ ĐÚC, MẪU, HỘP LÕI. Bản vẽ đúc được xây dựng trên bản vẽ chi tiết. Do vậy bản vẽ đúc phải thể hiện được: Mặt phân khuôn. Lượng dư gia công cơ. Chuyển tiếp bề dày thành vật đúc. Độ dốc rút mẫu. Dung sai kích thước cho vật đúc Hình dạng, kích thước lõi và gối lõi 1. Xác định lượng gia công dư. Giá trị lượng dư gia công cơ phụ thuộc vào hợp kim đúc, kích thước lớn nhất của vật đúc, tính chất sản xuất ( đơn chiếc hay hàng loạt), mức độ phức tập của chi tiết, phương pháp làm khuôn( bằng tay hay bằng máy), vị trí bề mặt gia công trong khuôn và cấp chính của vật đúc. Theo tiêu chuần về việc chọn cấp chính xác thì những vật đúc theo tiêu chuẩn đặc biệt và bằng cách thiết bị chính xác được xếp vào cấp chính xác 1, cấp chính xác 2 cho những vật đúc làm khuôn bằng máy, dùng mẫu kim loại hoặc đúc trong khuôn kim loại hay khuôn vỏ mỏng. Các vật đúc khác lấy cấp chính xác 3. Như vậy ở đây vật liệu gang xám, làm khuôn bằng tay, làm khuôn cát. Nên ta chọn cấp chính xác là 3. Kích thước lớn nhất: Φ 240. Tra bảng I-4 để xác định lượng dư gia công cơ vật đúc bằng gang xám: +) Với trụ Φ 240: - Mặt trên: 5,5 (mm) - Mặt dưới: 4,5(mm) - Mặt bên: 4,5(mm) +) Trụ Φ 100: - Mặt Trên: 5,0(mm) - Mặt dưới: 4,0 (mm) +) Trụ Φ 60 - Mặt bên trong: 4,0 (mm) Những bề mặt không gia công cắt gọt không những không có lượng dư gia công mà có thể bớt đi một ít vì với khuôn cát khi rút mẫu thì làm tăng kích thước lòng khuôn. 2- Xác định độ dốc rút mẫu: Độ dốc rút mẫu cần có trên các thành đứng của vật theo chiều rút mẫu. Thành cang cao thì góc nghiêng càng nhỏ. Tra bảng I-6 ta có: Thành đứng ngoài của khối trụ: Φ 60(mm) và nghiêng một góc 1045’. 3- Cách xác định dung sai kích thước cho vật đúc. Để đảm bảo vật đúc ra có trọng lượng, kích thước đạt đúng yêu cầu. Với kích thước lớn nhất là Φ 240, cấp chính xác là 3, Tra bảng I-7 được dung sai của các kích thước như sau: 240±1   100±0,8   80±0,8   60±0,8   40±0,5   20±0,5   18±0,5   4- Thiết kế lõi. Ta cho tất cả vật đúc ta cho chung vào một hòm khuôn(khuôn dưới) và vật đúc được đặt thẳng đứng. Nên ở đây ta làm lõi đứng. Chiều cao của lõi( tính cả lượng dư gia công cơ): L = 100 + 5 + 4 = 109 (mm). Đường kính lõi: d = 60 – 2.4 = 52(mm) Tra bảng I-10 và I-11 Ta được chiều cao của tai gối lõi: - Tại gối trên: 20(mm) - Tại gối dưới: 35(mm) Tra bảng I-13 ta được góc nghiêng của gối lõi và gỗi mẫu: - Góc nghiêng của gối lõi dưới: α = 70 - Góc nghiêng của gối lõi trên: β = 100 Để đảm bảo lõi được vững ta làm gối dưới có diện tích tăng lên như hình vẽ. Tra bảng I-14 ta được khe hở cần giữa khuôn tưới và gối lõi: S1 = 0,25(mm) 5. Thiết kế thành chuyển tiếp chiều dày của vật đúc. Để vật đúc nguội đều, tránh nứt và ứng suất dư cần có thành chuyển tiếp giữa dày và mỏng, theo bảng I-5 ta có: r =
Với chi tiết nay ta có: a = 20(mm), b = 24(mm) Bán kính cho trước của chi tiết là: r = 5(mm) Bán kính chuyển tiếp của vật đúc của bề mặt có lượng dư gia công là: r =
=
6. Thiết kế bản vẽ đúc. Bản vẽ mẫu phải căn cứ từ bản vẽ vật đúc và phải thể hiện được mặt áp mẫu, cách ghép gỗ, các bộ phẩn của mẫu như chốt định vị. Mẫu có nhiệm vụ tạo ra lòng khuôn. Vì vậy hình bao và trị số kích thước giống vật đúc. a. Mặt ráp mẫu. Mặt ráp mẫu thường chọn trùng với mặt giáp khuôn. chọn như hình vẽ b. Gối mẫu Gối mẫu tạo ra tại gối lõi trong khuôn. Vì vậy hình dáng kích thước gối mẫu lấy theo hình dáng kích thước gối lõi cộng thêm khe hở cần thiết giữa gối lõi và tai gối lõi. +) Chiều cao tại gối mẫu: - Tai trên: ht = 20 + 0,25 = 20,25(mm) - Tai dưới: hd = 35 + 0,25 = 30,25(mm) - α = 70, β = 100 c. Dung sai kích thước mẫu. Dung sai kích thước, độ chính xác của mẫu gỗ có liên quan mật thiết tới độ bền của mẫu. Nên ta chọn độ bền cấp 3. Dung sai kích thước được tra theo bảng I-16 với mẫu gỗ và độ bền cấp 3 dùng cho sản xuất đơn chiếc loại nhỏ và làm khuôn bàng tay( kể cả lượng chưa gia công cơ), ta có: 249±1  110±0,8  108±0,8   70±0,8  52±0,8  23±0,5   d. Gỗ và ghép gỗ. Mẫu gỗ được dùng nhiều, rẻ, rễ gia công, ghép gián. Xong gỗ kém bền, cơ tính trên thiết diện thay đổi theo hướng dễ bị co, trương nở gây cong vênh. Vì vậy khi làm mẫu gỗ cân phải ghép gỗ, sấy, sơn. Khi người ta dùng cách dán vì ghép bằng chốt hay vít không đảm bảo độ bền. Tùy theo yêu cầu về độ bền mẫu mà ta chọn cách ghép. Khi khô gỗ hay bị cong vênh, chiều cong tấm gỗ thường ngược với chiều cong thớ gỗ, cho nên khi ghép gỗ theo thiết diện ngang thì các vòng thớ gỗ không trùng hướng với nhau. Để tăng sức bền mối ghép, bề mặt ghép nên làm theo hình dạng các mặt bậc. Các tấm ghép cần làm rãnh và vấu ngàm với nhau. Khi cấu tạo các bề mặt lớn cần phân ra làm nhiều mảnh rồi ghép lại. Những tấm ghép bằng nhiều lớp, nên dán cho hai thớ gỗ ở hai lớp vuông góc với nhau. Từ đó ta có cách ghép mẫu như hình vẽ. e. Độ hụt mẫu. Ta phải xách định được độ hụt mẫu để bù vào sai lệch nhằm đảm bảo độ chính xác của mẫu. Để xác định được độ hút mẫu trước tiên ta phải tính trọng lượng của vật đúc, kể cả lượng dư và lượng thừa:
Trong đó: +)
+)

Nên ta có:
= 1857. 7,8 = 14484,6(g) = 14,5(kg) Chiều dày thành lớn nhất của vật đúc s = 20(mm). Tra bảng I-15 ta được độ hụt mẫu ở thành vật đúc là 0,5(mm). D. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG RÓT.  1. Chọn chỗ dẫn kim loại vào khuôn và chọn kiểu hệ thống rót. Hệ thống rót có nhiệm vụ dẫn kim loại vào điền đầy khuôn, ngăn cản xỉ và các chất bẩn không lọt vào khuôn, đưa xỉ khi xỉ khi thoát ra ngoài lòng khuôn. Khi chọn chỗ đặt hệ thống rót cần chú ý các nguyên tắc sau: +) Dòng kim loại chảy vào lòng khuôn phải êm, không va đập vào thành khuôn, không làm sói cát,không làm bắn tóe. +) Đường đi của dòng kim loại nên ngắn nhất, mâu chóng điền đầy khuôn, tránh nung nóng quá nhiều một chỗ dễ gây vỡ cát. +) Điều hòa được những hiện tượng lý nhiệt trong khuôn: Với vật đúc gang xám khi không dùng đậu ngót, nên dẫn kim loại vào chỗ mỏng nhằm làm đều tốc độ nguội giữa các phàn dày mỏng, tránh được ứng suất dư, nứt, cũng có khi cần dẫn kim loại vào nhiều chỗ để tránh nung nóng mặt khuôn ở chỗ mỏng và tác dụng giảm ứng suất dư. +) Chọn hệ thống rót: - Hệ thống rót ngang: Các bộ phận của hệ thống rót ngang gồm có: Cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỉ, rãnh dẫn nằm ngang ở mặt phân khuôn, góc tạo thành giữa thành dẫn và rãnh lọc xỉ không quá 600. 2. Tinh tổng tiết diện rãnh dẫn(
)
Trong đó: -
: là tổng diện tích rãnh dẫn- (cm3) - G : là khối lượng của vật đúc- (kg). Tính cả hệ thốg rót đậu ngón sẽ là: 1,3G, với G = 14,5(kg). -
: là hệ sô cản thủy lực đặc trưng cho trở lực của khuôn và hệ thống rót, có giá trị trong khoảng
=(0,3÷ 0,8). Ta chọn
= 0,5. - t : là thời gian rót – (s). Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như trọng lượng đúc, chiều cao dày thành, đặc tính khuôn: t =S.
, với vật đúc nhỏ thì S = 2,2. Nên ta có: t = 2,2.
- HP: áp suất trung bình của cột kim loại trong khoảng tời gian điền đầy khuôn – (cm): HP =
Với: - C: là chiều cao vật đúc trong khuôn ở vị trí rót – (cm), Ta có C = 109(mm) - P: Là chiều cao cột kim loại lỏng tính từ rãnh dẫn tới mặt thoáng. P = 55(mm). - H là chiều cao cột kim loại lỏng tính từ đáy rãnh dẫn tới mặt thoáng kim loại. Muốn tính được H ta phải xác định được sơ bộ kích thước hòm khuôn ứng với giá trị G, dựa vào bảng I-17 và I-18 ta có: Từ mặt trên mẫu tới mặt trên khuôn có: h1 = 60 (mm) Từ mặt dưới mẫu tới thành có: h2 = 60(mm) Từ thành ống rót tới thành khuôn có: c = 50(mm) Từ mẫu tới thành khuôn có: a = 40(mm) Giữa hai mặt mẫu có: d = 50(mm) Từ rãnh lọc xỉ tới mẫu có: b = 30(mm). với: H = hđ + hvđ. hđ : là cột áp tối thiểu của kim loại lỏng: với: hđ = L1.tgα Trong đó: L1 là khoảng cách lớn nhất từ tấm ống rót tới điểm xa nhất trên vật đúc: L1 = Lvđ + b = 248 + 30 = 278(mm). Tra bảng I-19 ta có α = 90 ( hđ = 278.tg 90 = 44(mm). Thực tế kích thước hòm khuôn là hđ = 60(mm). (HP = H -
Vậy
3. Tinh tiết diện rãnh lọc xỉ (( Flx) và ống rót (( Fôr). Với vật đúc vừa, ta có tỷ lệ:( Fd : ( Flx : ( Fôr = 1: 1,06 : 1,11 Theo tinh toán trên ta được: ( Fd = 7(cm3) Nên ( Flx = 1,06. 7 = 7,42(cm2) ; ( Fôr = 1,11 . 7 =7,77 (cm2) 4. Tính kích thước cụ thể của hệ thống rót. a. Đừơng kính của ống rót: +) Đường kính dưới: dd =
+) Đường kính trên: dt = 115% dd = 1,15. 3,14 = 3,6 (cm) b. Kích thước ống rót: Dựa vào trọng lượng của vật đúc và kích thước trên của ống rót, tra kích thước cốc rót theo bảng I-18a ta được: L =50(mm)  R = 40(mm)  R1 = 20(mm)  r = 15(mm)   rt = 8(mm)  H = 65(mm)  e = 45(mm)  d = 24 (mm)   c. Rãnh lọc xỉ Chọn theo tiết diện B(rãnh dẫn lọc xỉ nằm ở hai nửa khuôn khác nhau). Tra bảng I-20 với ( Flx = 7,42(cm2), ta đựơc: b= 34(mm)  h = 20(mm)   a = 46(mm)  r =5(mm)   d. Rãnh dẫn. Tiết diện rãnh dẫn có thể là hình thang, tam giác, bán nguyệt, loại tam giác và bán nguyệt ít tổn thất nhiệt song khó nổi xỉ và khó cắt khỏi vật đúc. Vì vậy ta chọn tiết diện hình thang ( h = a ) với ( Fd = 7 (cm2): a = h = 27,5(mm) và b = 24(mm). 5. Đậu hơi và đậu ngót. a. Đậu hơi. Đậu hơi có tác dụng dẫn khí ra khỏi lòng khuôn đồng thơi là lơi báo hiệu mức kim loại lỏng khi rót. Đậu hơi nên đặt ở chỗ cao nhất của vật đúc Chiều dày thành đặt đậu hơi: A = 20(mm). Đường kính chân đậu hơi: d1 = ( 0,5 ÷ 0,7 )A = 12(mm). Đường kính trên đậu hơi: d2 = ( 110 ÷ 115)% d1 = 1,15 .12 = 14(mm) b. Đậu ngót. Đậu ngót có tác dụng bổ sung kim loại cho vật đúc, gang xám co ít nên rất ít khi dùng dậu ngót, trừ trường hợp thành dày quá, ở đây ta không dùng đậu ngót. E. LỰC ĐÈ KHUÔN. Kim loại lỏng sau khi điền đầy khuôn sẽ tác dụng lên khuôn và lõi một lực đẩy làm khuôn xê dịch thậm trí nổi khuôn lên trên. Điều đó sẽ gây ra rò kim loại lỏng, sai lệch lòng khuôn. Để hạn chế việc này người ta phải đè khuôn hay kẹp khuôn. Ta có: Pđk = ( Pđẩy – PKT).n (N) Trong đó: n: là hệ số tính đên don cháy động của kim loại trong khuôn. Thường chọn n = ( 1,3 ÷ 1,4), ta chọn n = 1,3 Pđẩy = Pđẩy lõi + Pđẩy khuôn . Do lõi lớn được đặt ngang nên: Pđẩy lõi = 0 Pđẩy khuôn = (g .V. g = (gx .S.h.g (N) Với: S1 = (. 1202 - (. 1002 = 138 (cm2) S2 = (. 1002 - (. 502 = 236(cm2) S3 = (. 502 - (. 302 = 50(cm2) (gx = 7,8 (g/cm3) h1 = 60 + 65 – 30 = 95(mm) = 9,5 (cm) h2 = 60 + 65 – 12 = 113 (mm) = 11,3 (cm) h3 = 60 +65 – 50 = 75(mm) = 7,5 (cm) Vậy ta có: Pđẩykhuôn= 7,8.10.(138.9,5 + 236.11,3+ 50.7,5).10-3= 340(N) PKT = g. GKT Với GKT = (cắt. VKT Ta có: V = 60. 360. 320 – ((. 132.60 + (. 132. 10) + ((. 1202.30 + (. 502.20 = 5360.103 (mm3) (V = 5360(cm3) và (cắ = 2,5(g/cm3) GKT = (cắt. VKT = 2,5. 5360 = 13400 (g) = 13,4(kg) ( PKT = g. GKT = 10. 13,4 = 134(N) Vậy: Pđk = ( Pđẩy – PKT).n = (340 – 134). 1,3 = 268 (N). G. QUÁ TRÌNH LÀM KHUÔN. 1. Xác định các bước cơ bản của làm khuôn. Khi tính toán hệ thống rót đã có kích thước cơ bản của hòm khuôn, vì làm khuôn bằg tay nên có khối lượng không vượt quá 25(kg),kể cả cát cũng không vượt quá 60(kg). Chọn hình chũ nhật có kích thước trung bình.
Tra bảng I-23 ta có: tmin = 8(mm)   b1 = 17(mm)   b2 = 23(mm)   h1 = 8(mm)   h2 = 12(mm)   2. Lắp khuôn. Trước khi lắp khuôn ta phải qua các bước: đặt lõi, kiểm tra lõi trong lỗ khi lắp hai nửa khuôn, đặt hệ thống rót, kẹp khuôn. Vì chiều cao của ống rót và cốc lớn hơn chiều cao vật đúc đến thành khuôn trên nên cốc rót được thiết kế trên hòm khuôn. 3. Trình tự làm khuôn. Dã khuôn Tạo hệ thống thoát khí. Rút mẫu Sửa khuôn Lấp khuôn Dã khuôn phải đủ cát bao, rồi dã cát đều, phải làm sạch trước khi phủ cát bao. Sau khi giữ khuôn và trước khi lấy mẫu phải dùng xiên để xâm hơi tạo hệ thống thoát khí.