Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

phải đặt ở những vị trí đảm bảo cho trường nhiệt độ trong vật đúc tương đối đồng đều, có nghĩa là nên dẫn kim loại lỏng vào nhiều vị trí, trên mỗi rãnh dẫn nờn cú một đậu ngót để tránh tạo rỗ co cục bộ. Sau khi rút nờn dỡ khuôn sớm ở nhiệt độ 1250-13000C để tránh nứt nóng, sau đó cho vào lò ủ để tránh nứt nguội.(tham khảo tr200-ch3, hợp kim đúc.Nguyễn hữu Dũng) Hàm lượng Mn cao làm cho tổ chức kết tinh lần một trở nên thô to, nhất là đối với thép austenit bởi vì thộp cú độ dẫn nhiệt thấp, austenit kết tinh nhanh. Tổ chức thô to và ở dạng xuyên tinh làm cho thép dễ bị nứt nóng và cả nứt nguội. Khắc phục bằng cách rót ở nhiệt độ thấp; tăng tốc độ nguội bằng khuôn kim loại; biến tính bằng Al hay Ti. Hình 4. Giản đồ trạng thái Fe-C-Mn khi có 13% Mn. II.3 CƠ SỞ THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC II.3.1 Phương pháp đúc khuôn cát - thuỷ tinh lỏng - đóng rắn theo công nghệ CO2. Công nghệ CO2 ra đời vào những năm đầu thập kỷ 50 của thế kỷ 20 ở nước Anh. Ngay sau khi ra đời công nghệ CO2 đã nhanh chóng được sử dụng ở nhiều nước. Ở nước ta hiện nay, hỗn hợp cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn theo công nghệ CO2 cũng được sử dụng rất rộng rãi để làm khuôn, ruột trong đúc thép. Hỗn hợp làm khuôn theo công nghệ CO2 được dùng để đúc các vật đúc có khối lượng trong khoảng vài kg đến 170 tấn, từ các hợp kim đúc khác nhau.-Hỗn hợp có độ bền cao ( VD: với hàm lượng thuỷ tinh láng 6%, có môđun 2,8 và tỷ trọng là 1480 kg/m3 thì độ bền của hỗn hợp cát thuỷ tinh láng sau khi đóng rắn theo công nghệ CO2 là 8,5kg/cm2; độ bền sau khi qua sấy là 64kg/cm2 ) và chịu được nhiệt độ cao (ở T=2000C độ bền của hỗn hợp đạt cực trị, T=400-8000C độ bền giảm tới cực tiểu). Khi thổi CO2 đóng rắn hỗn hợp cần chú ý yếu tố kỹ thuật là tốc độ kỹ thuật là tốc độ khí, đường kính lỗ thổi và thời gian thổi. + Nếu tốc độ khí lớn có thể phá vỡ mối liên kết được hình thành nên trong phản ứng đóng rắn thuỷ tinh láng. + Nếu đường kính lỗ thổi lớn gây ra thừa khí CO cục bộ, dẫn tới tại vị trí đó sẽ tạo ra cacbonatri axit làm giảm độ bền của hỗn hợp . + Nếu mật độ lỗ nhỏ, thời gian thổi khí càng dài cũng gây ra hiện tượng nh­ trên. Hàm lượng thuỷ tinh láng trước kia người ta sử dụng tương đối lớn ( khoảng 7,5%). Ngày nay, qua thực tế sử dụng đã rót ra là chỉ cần hàm lượng thuỷ tinh láng trong hỗn hợp nhỏ hơn (khoảng 3,2-4%, hơn nữa hỗn hợp thuỷ tinh lỏng nhỏ còn hạn chế được tính dính mâũ, cải thiện được tính phá dỡ), có thể đúc được vật đúc rất lớn > 35 tấn, có thành dày 10-600 mm và có thể vận chuyển trên băng truyền đi xa được đến 130m. Hỗn hợp làm khuôn dùng cho công nghệ CO2 nên chọn cát sạch, hàm lượng SiO2 của áo cát cao. Vật đúc càng to, dùng kích thước hạt cát càng lớn. + Chất phụ gia: được sử dụng nhằm mục đích cải thiện tính dễ phá dỡ, có hai loại là chất phụ gia: hữu cơ và vô cơ. + Chất phụ gia vô cơ: bột macsalit, bột đá, cát sét chịu lửa, xỉ luyện kim, corun, cromit. Các chất phụ gia vô cơ này có tác dụng đẩy điểm biến mềm của màng chất dính về phía nhiệt độ cao làm không xuất hiện độ bền cực đại lần đầu hoặc làm giảm độ bền cực đại lần hai. + Chất phụ gia hữu cơ: bột than đá, mùn cưa, bột ngũ cốc, dầu mazut, dek, nhựa pôlime. Có tác dụng tạo ra lỗ trống không liên tục của màng chất dính do nó bị cháy sau khi đúc rót, làm giảm độ bền của màng chất dính. Để giảm hàm lượng chất dính trong hỗn hợp có thể bằng cách xử lý thuỷ tinh láng trong từ trường, hoặc đóng rắn khuôn ruột trong chân không. - Tính chất của hỗn hợp đóng rắn bằng thổi CO2 ngoài sự phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật đã nêu trên còn phụ thuộc vào chất lượng, thành phần hoá học của thuỷ tinh lỏng (môđun, tỷ trọng và độ sạch của thuỷ tinh láng). * Ưu điểm: + Có thể đúc được những chi tiết có hình dạng, kích thước, khối lượng một cách đa dạng và phong phó. + Độ bền hỗn hợp khá cáo. + Tuổi sống và tính chảy lớn nên công dằm khuôn nhỏ. + Thời gian đóng rắn khi thổi CO2 ngắn (Khoảng 1-5 phót) - Nhược điểm: + Dính bám mẫu. + Tính phá dỡ kém và khó tái sinh Khắc phục bằng cách: giảm hàm lượng thuỷ tinh láng trong hỗn hợp, hoặc dùng chất phụ gia. Bảng 6: Thành phần hỗn hợp đóng rắn nguội bằng CO2 của Gang,Thép. Phân loại Để làm khuôn đúc gang (hàng nhỏ) Để làm khuôn đúc thép (cần độ nhẵn cao) Để đúc gang và đúc thép Để làm khuôn đúc hợp kim mầu Để làm ruột đúc gang, đúc thép, hợp kim mầu Để làm ruột đúc gang. Thành phần hoá học hỗn hợp cát áo Cát cò 30 -50 21-30 30 -50 cát mới 47- 65 81- 89 67-74 47- 65 94 - 97 cát thạch anh 100 cát thạch anh sét caolinít 3 -5 1- 4 3 -5 3 -5 3 - 6 Thuỷ tinh láng 4 - 6 4 - 6 4- 6 4- 6 4,5 - 6 6 Dung dịch xút 1 - 1,5 1 - 1,5 1,5 1,5 bét than đá hoặc bột macsalit 4 - 6 bét than đá 10 - 15 (bét mazutit) - - 1,5 (mùn cưa) 5 bột amiăng mazut 0,5 0,5 0,5 0,5 3 (boric) Tính chất hỗn hợp Độ Èm (%) 3 - 4 3 - 4,5 3 - 4 3 - 4 3 - 4,5 2,8 – 3 Độ thông khí 80 70 80 50 80 120 Độ bền ở trạng thái tơi (kg/ cm) 0,22 - 0,3 0,2 - 0,4 0,2 - 0,5 0,2 - 0,4 (0,12 - 0,03) Mpa 0,01 - 0,15 Độ bền kéo sau khi thổi CO (kg/ cm) 2 2 2 2 (0,1 - 0,25) Mpa 0,15 - 0,2 Độ bền kéo sau khi sấy (kg/cm) 6 6 6 6 (0,8 - 1,2) Mpa 0,5 - 0,8 II.3.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ KHUễN 2.3 - Thiết kế công nghệ đúc Khi muốn thiết kế công nghệ đúc của một chi tiết người ta thường căn cứ vào nhiều yếu tố để thiết kế: - Loại hợp kim đúc: Gang, thép, hoặc hợp kim màu… - Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết máy, gồm độ chính xác, độ bóng bề mặt, chất lượng hợp kim. - Hình dạng và kích thước, kết cấu và khối lượng của vật đúc. … Trên cơ sở đó để chọn công nghệ đúc và tiến hành thiết kế bản vẽ, xác định vật liệu làm ruột và vật liệu làm khuụn… Mỗi phương pháp đúc đều có những nét đặc trưng riêng để thiết kế đúc cho phù hợp. Tuy nhiên đúc trong khuụn cỏt là dạng đúc phổ biến và cũng có những đặc trưng chung cho quá trình đúc. Bản vẽ đúc không phải là bản vẽ chế tạo, nhưng trên cơ sở bản vẽ này người ta thành lập được một loạt bản vẽ khác như bản vẽ thiết kế mẫu, bản vẽ thiết kế khuôn, bản vẽ thiết kế ruột… Để thành lập bản vẽ đúc người thiết kế phải dựa vào bản vẽ chi tiết máy và tiến hành các bước sau đây: 2.3.1 Phân tích kết cấu Dựa vào bản vẽ chi tiết của vật đúc để phân tích. - Đầu tiên phải đọc bản vẽ, nhận dạng đúng chi tiết, ghi nhận lại nhưng điều kiện kỹ thuật đã ghi trong bản vẽ chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết, xác định vị trí của chi tiết trong thiết bị, xác định yêu cầu kỹ thuật của chi tiết… - Dự kiến trước sơ bộ quá trình gia công vật đúc sau khi đúc, xác định bề mặt phải gia công và mặt chuẩn công nghệ… Quá trình phân tích kết cấu cho phép đánh giá tính hợp lý hoặc chưa hợp lý của kết cấu vật đúc từ đó có thể cho phép thay đổi kết cấu vật đúc nhằm: - Đơn giản hoá kết cấu tạo điều kiện dễ đúc hơn như lược bỏ cỏc rónh then, rónh lựi dao, các lỗ nhỏ qỳa không đặt lõi được… - Tăng hoặc giảm độ dày vật đúc, cỏc gõn gờ, các phần chuyển tiếp để phù hợp hơn trong quá trình đỳc.Việc thay đổi đó chỉ có lợi chứ không làm thay đổi các đặc tính của vật đúc như tính mài mòn, tính chịu lực, chịu nhiệt…Cần chú ý không được thay đổi quá kết cấu ban đầu của chi tiết máy. Cố gắng tạo hình dạng và kích thước gần với chi tiết máy càng tốt. 2.3.2 Xác định mặt phân khuôn Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc của các nửa khuôn với nhau. Mặt phân khuôn có thể phẳng hoặc cong bất kỳ. Những vật đúc khác nhau thì có mặt phân khuôn khác nhau. Có thể đúc trong khuôn đúc có một hoặc có vài mặt phân khuôn. Đó là yếu tố quan trọng, bởi vì nhờ mặt phân khuôn ta có thể tạo lòng khuôn chính xác, đặt ruột dễ dàng hơn, tạo hình hệ thống dẫn kim loại lỏng vào khuôn chính xác,....Do đó, phân khuôn là yếu tố cần thiết không thể thiếu được. * Các nguyên tắc chọn mặt phân khuôn: a) Chọn mặt phân khuôn đi qua mặt tiết diện có diện tích lớn nhất (theo vị trí đặt mẫu) để rút mẫu dễ dàng không bị vướng, không tạo ra sự cản trở khi rút thoát mẫu ... Chọn mặt phân khuôn sao cho lòng khuôn là nông nhất để vừa dễ thoát mẫu, vừa dễ sửa lòng khuôn nhất là các vật đúc có thành mỏng tạo lòng khuôn rất hạn hẹp. Lòng khuôn nông còn có lợi khi điền đầy kim loại lỏng. Nó sẽ tạo ra dòng chảy Ýt làm hỏng khuôn. Những kết cấu có lòng khuôn phân bố ở cả khuôn trên và khuôn dưới, nên chọn lòng khuôn nông hơn. Như vậy sẽ dễ làm khuôn, dễ lắp khuôn. b) Chọn mặt phân khuôn dựa vào độ chính xác của lòng khuôn. - Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc vào độ chính xác của lòng khuôn, vì vậy phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Lòng khuôn tốt nhất là chỉ phân bố trong một hòm khuôn. Điều này tránh được sai sè khi ráp khuôn. - Những vật đúc có ruột nên bố trí sao cho vị trí của ruột là thẳng đứng. Nh­ vậy sẽ định vị ruột chính xác, tránh được tác dụng của kim loại lỏng làm biến dạng thân ruột, dễ kiểm tra khi lắp ráp. - Số lượng mặt phân khuôn càng Ýt càng đảm bảo được độ chính xác. Trường hợp phải chọn 2 mặt phân khuôn nên cho toàn bộ vật đúc ở hòm khuôn giữa. Đặt như vậy dù các nửa khuôn có di chuyển khi ráp khuôn cũng Ýt bị ảnh hưởng đến lòng khuôn cơ bản. - Không chọn mặt phân khuôn qua chỗ có tiết diện thay đổi, vì nh­ vậy sẽ khó phát hiện sai lệch tâm giữa các bề mặt, đồng thời gây khó khăn khi gia công cơ khí. c) Chọn mặt phân khuôn dựa vào chất lượng của hợp kim đúc: Sự kết tinh của kim loại lỏng trong khuôn đúc bao giờ cũng có hướng từ dưới lên trên và từ xung quanh vào giữa. Mặt trên cùng kết tinh chậm nhất vì vậy cần phải đảm bảo những nguyên tắc : - Những bề mặt quan trọng cần chất lượng cao bố trí ở hòm dưới. Bề mặt trên nguội sau cùng nên chứa nhiều tạp chất. - Chọn mặt phân khuôn hướng kết tinh từ xa chuyển dần về chân đậu ngót hoặc hệ thống rót. Hay là nên đặt các thành phần mỏng xuống dưới và chân đậu ngót hay hệ thống rót đặt ở chỗ tập trung kim loại và cao nhất. - Chọn mặt phân khuôn phải tính đến vị trí đặt hệ thống rót để đảm bảo kim loại lỏng điền đầy nhanh, đông đặc không tạo thành dòng chảy rối làm hỏng khuôn. Trong thực tế có thể có 3 vị trí rót: Từ trên xuống; bên cạnh; và từ dưới lên (Rót xiphông) . (a). 2 Mặt phân khuôn. (b). 1 Mặt phân khuôn. Hình 5. Mặt phân khuôn 2.3.3 Xác định các đại lượng của bản vẽ đúc a. Lượng dư gia công cơ khí: Lượng dư gia công cơ khí là phần kim loại dôi ra trên vật đúc khi cắt bỏ đi sẽ có độ chính xác về kích thước và độ bóng bề mặt. Những bề mặt không ghi độ bóng bề mặt sẽ không xác định lượng dư. Lượng dư đặt trên vật đúc phụ thuộc vào kích thước vật đúc, vào vị trí các bề mặt đúc trong khuụn,vào độ chính xác và dạng sản suất. Dạng sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ sẽ có giá trị lượng dư lớn. Làm khuôn bằng tay, mẫu gỗ, có giá trị lượng dư lớn hơn so với làm bằng máy và mẫu kim loại. b. Độ dốc thoát mẫu: Trờn cỏc thành đứng (vuông góc với mặt phõn khuụn) cần độ dốc để rút mẫu gọi là xiờn đỳc. Giá trị độ dốc càng lớn càng dễ rút mẫu nhưng nó sẽ làm sai lệch hình dạng và làm tăng sự hao phí kim loại vật đỳc.Vỡ vậy về nguyên tắc khi chiều cao thành khuôn lớn, độ dốc rút mẫu phải nhỏ. Mặt khác, khi đúc trong khuụn cỏt cần lưu ý thiết lập độ dốc này còn phụ thuộc vào các yếu tố sau: Độ dốc bề mặt có lượng dư, độ dốc trên bề mặt có thành dày và mỏng. c. Góc lượn: Góc lượn là góc tiếp giáp giữa hai bề mặt giao nhau của vật đúc. Góc lượn đảm bảo cho khuôn đúc bền và điền đầy tốt hơn. Góc lượn cũng giúp cho mẫu nâng cao độ bền, dễ rút mẫu. Mặt khác không kém phần quan trọng là đảm bảo cho vật đúc khi mới hình thành trong khuôn đúc không bị phá huỷ. Tuỳ thuộc vào khuôn hay vật đúc, ta có góc lượn ngoài, góc lượn trong. Giá trị bán kính góc lượn có thể xác định theo công thức: Góc trong: r = (1/3 + 1/5)a+b/2 Góc ngoài: R = r + b Trong đó a,b là chiều dày vật đúc giao nhau (a>b) d. Dung sai vật đúc: Là sai số của kích thước vật đúc cho phép so với kích thước danh nghĩa. Dung sai của vật đúc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Phương pháp đúc - Loại khuôn đúc - Loại mẫu, ruột …. Dung sai thành phần trờn cỏc kích thước phải phù hợp với dung sai khâu khép kín. Khi đúc trong khuụn cỏt sẽ có sai số khá lớn. Nguyên nhân do độ lắc khi rút mẫu, độ co khi sấy khuôn và ruột, do độ lún của hỗn hợp khi chịu áp lực của kim loại lỏng trong lòng khuôn. 2.3.4 Thiết kế đầu gác ruột Đầu gác ruột là bộ phận định vị ruột trong khuôn đúc. Vì vậy đầu gác ruột phải đảm bảo vị trí chính xác và cứng vững, phải dễ lắp ráp ruột vào khuôn. Căn cứ vào vị trí của ruột trong khuôn, người ta chia ra làm hai loại cơ bản: Ruột đứng và ruột ngang. Ruột nằm ngang có đầu gác ruột phận bố ở cả khuụn trờn và khuôn dưới ở chỗ mặt phõn khuụn. Để đảm bảo chính xác đầu gác ruột ngang có thiết diện đủ để chống lại chính trọng luợng của cả ruột. Với ruột đứng, đầu gác ruột được định vị theo hướng vuông góc với mặt phõn khuụn nằm ngang. Đầu gác ruột phía dưới tác dụng lên khuôn dưới bằng chính khối luợng của ruột. Vì thế hai đầu gác ruột trên và duới cú kớch thuớc khác nhau và có thể cấu tạo khác nhau. 2.3.5 Thiết kế mẫu Mẫu là một bộ phận cơ bản trong bộ mẫu. Một bộ mẫu gồm: mẫu, mẫu hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót và tai mẫu. Mẫu là bộ phận tạo ra lũng khuụn. Mẫu sẽ in ra hình trong khuôn để tạo ra mặt ngoài của vật đúc đã thiết kế. Trừ phần tai mẫu để tạo ra vị trí đầu gác ruột, hình dạng và kích thước tương tự với mặt ngoài của vật đúc. * Bản vẽ mẫu: Căn cứ vào bản vẽ đúc để vẽ ra bản thiết kế mẫu. - Mặt phõn khuụn - Hình dạng và kích thước ngoài của mẫu. - Hình dạng và kích thước của đầu gác ruột (nếu có). - Vật liệu dự định để chế mẫu. Trình tự các bước vẽ bản thiết kế mẫu: - Xác định mặt phân mẫu: Đa số các mẫu có mặt phân mẫu trùng với mặt phõn khuụn. - Xác định hình dạng và kích thước mẫu và tai mẫu (tai mẫu sẽ in hình trong lòng khuôn để tạo ra đầu gác ruột). - Kích thước và dung sai kích thước mẫu. - Vật liệu chế tạo mẫu là gỗ hay kim loại,… 2.3.6 Thiết kế ruột và hộp ruột a) Ruột là một bộ phận của khuôn đúc để tạo ra phần lỗ hoặc phần lõm cần có trong vật đúc. Do đó ruột có hình dạng và kích thước tương ứng với phần lỗ hoặc phần lõm cần có. Ruột có thể làm bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp cát. Hình 5. Cấu tạo hộp ruột. (1. Hỗn hợp ruột; 2. Xương ruột; 3. Đường thoát hơi của ruột) b) Thiết kế hộp ruột. Để thiết kế hộp ruột, trước hết phải xác định được hình dạng và kích thước ruột (thân ruột và các đầu gác ruột), sau đó phải tính đến cấu tạo của xương ruột và hình dạng kích thước rãnh thoát khí. Hộp ruột ngoài việc tạo ra ruột có độ chính xác về hình dáng, kích thước, còn cần phải tính đến thao tác đặt xương, điền đầy hỗn hợp, dầm chặt, tạo rãnh hay lỗ thoát khí và cuối cùng là lấy ruột ra khỏi hộp ruột. Người ta thường thiết kế 3 loại hộp ruột: Hộp ruột nguyên để tạo lõi đơn giản, dạng côn; hộp ruột hai nửa để tạo ruột hình phụ, có chiều dài tuỳ ý và hộp ruột nhiều phần ghép lại để chế tạo hộp ruột phức tạp có thể tích lớn. c) Thành lập bản vẽ hộp ruột. Hình vẽ 7. Bản vẽ hộp ruột (1. Hộp ruột ; 2. Ruột) Bản vẽ hộp ruột cũng là bản vẽ chế tạo nên phải đáp ứng đầy đủ các quy ước về kỹ thuật, về chế tạo. Sau khi đã xác định được hình dạng, kích thước ruột và đầu gác ruột, trình tự thiết kế hộp ruột phải theo các bước sau: + Xác định mặt phân hộp ruột: Một phần nào đó bề mặt này cũng tuân theo một số nguyên tắc chọn mặt phân khuôn. Mặt phân ruột phải là bề mặt đi qua tiết diện lớn nhất của ruột, lòng hộp phải nông để dễ lấy ruột ra khỏi hộp, dễ đặt xương trong hộp…có thể xác định mặt phân hộp ruột là thẳng đứng khi hộp có chiều dài không lớn qúa so với kích thước ngang. Những ruột dài nên chọn mặt phân hộp ruột nằm ngang. Điều cần chú ý là sau khi đã đầm chặt độ bền và độ cứng bề mặt của ruột còn rất thấp.Do đó, nên chọn mặt phân ruột sao cho khi tháo ruột không làm hỏng ruột. + Kích thước và dung sai kích thước hộp ruột khác hẳn mẫu, các ruột có dạng đối xứng qua mặt phân hộp ruột, chỉ cần trình bày một nửa hộp ruột và kích thước của phần lòng hộp ruột phải tính đến độ co khi sấy và tránh làm hụt kích thước của vật đúc. - Vật liệu làm hộp ruột: Kể cả mẫu và hộp ruột đều có thể chế tạo bằng gỗ, kim loại hoặc một số vật liệu khác như chất dẻo, xi măng, thạch cao… chọn vật liệu thường dựa vào dạng sản xuất, yêu cầu chất lượng, kích thước, khối lượng và thực tế nơi sản xuất. Người ta có thể dùng gỗ các loại để làm mẫu và hộp ruột phức tạp lớn vì gỗ dễ làm, nhẹ. Nhưng gỗ chóng mòn, hay hư háng do cong vênh, nứt nẻ, trương mục…những loại có kích thước nhỏ, khối lượng không quá lớn có thể dùng mẫu kim loại (gang, thép cacbon, hay dùng nhất là hợp kim nhôm đúc). Mẫu và hộp ruột kim loại nên cấu tạo rỗng để giảm khối lượng và tiết kiệm kim loại, giúp người thợ dễ dàng hơn trong việc thoát mẫu khỏi khuôn. 2.3.7 Hệ thống rót. Hệ thống rót là một bộ phận quan trọng của khuôn đúc để dẫn kim loại lỏng điền đầy lòng khuôn. a) Yêu cầu của hệ thống rót. Khi thiết kế hệ thống rót phải đảm bảo các yêu cầu sau đây: + Dòng chảy của kim loại phải êm, không gây va đập, bắn toé, không tạo xoáy và phải liên tục. + Không dẫn xỉ, khí hoặc các tạp chất vào trong khuôn. + Điền đầy khuôn nhanh, không làm hao phí nhiệt làm giảm độ chảy loãng của kim loại lỏng. + Điều hoà được nhiệt trong toàn bộ lòng khuôn tạo điều kiện đông đặc theo hướng có lợi nhất, đông thời có khả năng bổ sung kim loại. + Không hao phí kim loại cho hệ thống. * Tuỳ thuộc vào loại khuôn, phương pháp đúc và loại hợp kim đúc, phải thiết kế sao cho tương đối hợp lý. Trong thực tế sản xuất, người ta thường dùng 3 loại: Rót bên hông, rót trực tiếp từ trên xuống và rót từ dưới lên (kiểu xiphông ). Rót trực tiếp Ýt dùng, mặt dù cấu tạo đơn giản dễ chế tạo chỉ dùng trong trường hợp vật đúc đơn giản. Rót kiểu Xiphông bảo đảm dòng chảy êm khả năng bổ sung kim loại phần dưới cho vật đúc. Nhưng loại này khó chế tạo chỉ dùng trong các loại khuôn kim loại, vật đúc nhỏ. Loại rót bên hông ( Rót ngang ) là thông dụng hơn cả Hình 8. Các loại hệ thống rót [ (a) Rót từ trên xuống; (b) Rót đùn; (c) Rót bên hông.] b) Những lưu ý khi thiết kế hệ thống rót. * Đối với vật đúc bằng thép. Khả năng rơi xỉ vào vật đúc thép là Ýt hơn do đó có thể sử dụng hệ thống rót đơn giản. Nhưng phải chú ý tới nhiệt độ cao, độ chảy loãng khả năng xói mòn thành khuôn, độ co dài, độ co thể tích lớn của thép lỏng. Thép co nhiều nên đa số có thể sử dụng đậu ngót và vật làm nguội. Tuy vậy hiệu quả của vật đúc còn tuỳ thuộc vào việc dẫn dòng kim loại vào trong khuôn. Do đó khi dẫn kim loại lỏng vào khuôn ngoài yếu tố hình dạng vật đúc nên chú ý đến những yếu tố sau: + Để tăng chất lượng của vật đúc vị trí dẫn kim loại nên đặt gần đậu ngót. + Có thể bổ ngót cho đậu bằng cách rót kim loại vào đậu hoặc làm rãnh dẫn kim loại vào đậu để cung cấp nhiệt vào đậu. + Không bố trí rãnh dẫn gần với vật làm nguội. Nếu không sẽ làm giảm tác dụng của vật làm nguội. + Dòng kim loại không xói vào khuôn nên bố trí nhiều rãnh dẫn và rãnh dẫn không nên quá dầy, nhưng tiết diện của rãnh dẫn không được quá bé. + Với những vật đúc là không quá cao nên rót trực tiếp từ trên xuống dưới, sẽ làm đồng đều nhiệt trong vật đúc. Những vật đúc lớn và cao không nên rót như vậy vì khuôn dễ bị xói lở do dòng kim loại từ trên cao chảy xuống. + Nếu rót từ dưới lên thì chỉ có tác dụng đối với khuôn tươi và phải đặt đậu ngót có kích thước lớn. + Những vật đúc lớn thì nên dẫn kim loại qua nhiều độ cao khác nhau. * Vật đúc bằng kim loại màu. Những vật đúc không lớn bằng đồng thanh được đúc theo nguyên tắc đông đặc đồng thời. Những vật đúc bé thường đúc bằng một ống rót trong khuôn dựng đứng, các rãnh dẫn đặt ở phần trên vật đúc được bố trí ở hai phía của ống. Khi rót vào đồng thanh và đồng thau nên chú ý lớp ôxi trên bề mặt kim loại lỏng. Vì vậy phải dẫn kim loại vào khuôn êm, không xoáy, không bắn toé. Muốn vậy kim loại nên rót từ dưới lên. Đúc hợp kim Mg hay Al có thể đúc trong khuôn cát và khuôn kim loại. c) Cấu tạo của hệ thống rót. Một hệ thống rót tiêu chuẩn bao gồm: cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỉ và các rãnh dẫn. Hình 9. Cấu tạo hệ thống rót. d) Đặc điểm của từng bộ phận: + Cốc rót là phần trên cùng của hệ thống. Nó có tác dụng chứa phần kim loại lỏng khi chảy tiếp vào bộ phận dưới nhằm loại bỏ tạp chất, xỉ nổi trên mặt. Và cốc rót có thể khống chế tốc độ chảy của kim loại lỏng vào khuôn, kim loại lỏng không thể trực tiếp chảy mạnh vào khuôn, khuôn không bị xói lở. Nh­ vậy, cốc rót chỉ phát huy tác dụng khi nó luôn chứa đầy kim loại lỏng. Có 2 kiểu cốc rót thông dụng: kiểu cốc rót hình phễu và kiểu cốc rót hình chậu. + Èng rót là phần nối tiếp từ cốc rót xuống dưới. Èng rót thường có dạng hình côn, trên lớn dưới nhỏ (độ côn cho phép trong khuôn cát khoảng 10-150) đảm bảo cho kim loại lỏng luôn điền đầy, dòng kim loại chảy xuống không bị đứt đoạn, đồng thời dễ dàng cho việc rút mẫu làm ống rót. Độ cao của ống rót ảnh hưởng tới tốc độ chảy của kim loại lỏng vào rãnh ngang hoặc vào khuôn. Èng rót càng cao thì tốc độ chảy vào khuôn của kim loại lỏng vào khuôn càng lớn. Diện tích mặt cắt ngang của ống rót phải căn cứ vào tiết diện mặt cắt ngang của rãnh lọc xỉ và rãnh dẫn. + Rãnh lọc xỉ: là một phần của hệ thống rót nằm dưới chân ống rót, ở khuôn trên và sát mặt phân khuôn. Rãnh này do nằm ngang nên ở đây tốc độ dòng chảy giảm xuống. Phần xỉ lỏng nếu lọt qua ống rót sẽ được giữ lại ở rãnh lọc xỉ. Tiết diện ngang hợp lí, tốc độ dòng chảy càng nhỏ, xỉ nổi lên càng triệt để. Ngoài ra rãnh lọc xỉ cũng tạo điều kiện để bố trí các rãnh dẫn. Tiết diện ngang của rãnh lọc xỉ thường dùng loại hình thang bán nguyệt hay tam giác. + Rãnh dẫn: kim loại sau khi chảy qua rãnh lọc xỉ sẽ đi vào rãnh dẫn để đi vào lòng khuôn. Điều bắt buộc là rãnh dẫn phải nằm phía mặt dưới của rãnh lọc xỉ, để hứng kim loại sạch. Do đó nó nằm sát mặt phân khuôn ở khuôn dưới. Đồng thời có thể bố trí nhiều rãnh dẫn tuỳ theo cấu tạo của lòng khuôn và vật đúc. Rãnh dẫn cũng được cấu tạo bởi các tiết diện hình thang, bán nguyệt hoặc tam giác nhưng ngược lại. Một điều cần chú ý là khi làm sạch vật đúc phải cắt hoặc thông thường là đập gãy rãnh dẫn. Vì thế kích thước rãnh dẫn có thể thay đổi phù hợp với chiều dày thành dày vật đúc tại chỗ dẫn. e) Cơ sở tính toán hệ thống rót: Dòng chảy của kim loại lỏng chảy qua hệ thống rót và điền đầy khuôn chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác. Do đó xác định đúng kích thước của hệ thống rót là không dễ. * Đối với vật đúc bằng thép, gang Thời gian rót hợp lí được xác định theo công thức thực nghiệm sau: T= s. (s) (1) Trong đó: g: Chiều dày chính hay trung bình của vật đúc (mm) G: Khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót và ngót (kg) s: Hệ số phụ thuộc vào hợp kim, đúc, thành dày của vật đúc. + Hệ số s đối với thép nh­ sau: Đối với vật đúc thành dày có khối lượng 10-50t s = 1,8-2,8 Đối với vật đúc trung bình thành dày có khối lượng 1-10t s = 1,2-2 Đối với vật đúc có khối lượng < 1t s = 1-1,5 - Xác định thời gian cần tính đến tốc độ dâng của kim loại lỏng trong khuôn khi rót. Tốc độ này không được quá bé vì sẽ làm thành vật đúc bị nhăn nheo do kim loại bị nguội cũng nh­ bị bẩn do oxít hay tạp chất phi kim loại tạo thành trên bề mặt kim loại. Tốc độ dâng được tính theo công thức sau: V= (cm/s) (2) Trong đó: V: Là vận tốc. C: Chiều cao vật đúc, đo từ điểm thấp nhất theo vị trí khi rót. t: thời gian rót. Bảng 1. Chỉ số V bé nhất cho phép Chiều dày vật đúc (mm) Vật đúc bằng thép Vật đúc bằng gang Đến 4 - 3-10 4-10 2 2-3 10-40 1 1-2 >40 1 0.8-1 Sau khi xác định thời gian rót khuôn hợp lý ta tính diện tích tiết diện ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót F, xác định theo lượng kim loại chảy trong một đơn vị thời gian qua hệ thống rót theo công thức: F==. (3) Trong đó: G: Khối lượng của vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót (kg) Bảng 2. : Hệ số trở lực chung của khuôn Trở lực của khuôn Lớn Trung bình Nhá Gang TươiKhô 0,35 0,4 0,42 0,45 0,6 0,7 Thép TươiKhô 0,25 0,35 0,32 0,36 0,42 0,55 h- Cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại ( cm) - Tốc độ cung cấp kim loại từ thùng rót (kg/s) Đối với vật đúc gang và thép, tiết diện bé nhất là rãnh dẫn. Nếu trong khuôn có nhiều vật đúc thì khi tính lấy khối lượng của một vật đúc cùng với đậu hơi, đậu ngót và cộng thêm phần khối lượng của hệ thống rót cần cho một vật đúc . Trong trường hợp Fmin là tổng số diện tích tất cả rãnh dẫn của vật đúc. Trị số hệ số trở lực của khuôn phụ thuộc vào mức độ phức tạp của vật đúc, vật đúc có hình dáng đơn giản thì trở nhỏ (hệ số lớn) hơn vật đúc có hình dáng phức tạp (hệ số bé) Cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của htb (cm) trong thời gian rót khuôn, được tính theo công thức : Trong đó : H0 - là áp suất thuỷ lực ban đầu lớn nhất (cm) P - là chiều cao từ rãnh dẫn tới đỉnh vật đúc (cm) C - là chiều cao của vật đúc khi rót (cm) Biết tổng số diện tích rãnh dẫn Fd có thể tính tiết diện rãnh lọc Fx và ống rót Fr. Đối với vật đúc bằng thép : Fd: Fx: Fr=1:1,5:1,1(vật đúc đơn giản thành dày) Fd: Fx: Fx=1:1,1:1,2 (Vật đúc phức tạp thành mỏng) Để đảm bảo dẫn kim loại vào khuôn êm có khi lấy tiết diện rãnh dẫn Fd<Fx<Fr. Khi rót bằng nồi rót đáy, lượng kim loại (tính bằng kg/s) chảy qua lỗ đáy ở nồi phải tương ứng với thời gian rót hợp lý. Lượng kim loại chảy qua đáy nồi được tính theo công thức: (5) Trong đó: G’- Khối lượng kim loại rót vào khuôn (kg) t - Thời gian rót hợp lý. - Hệ số trở lực kim loại chảy qua lỗ đáy ở nồi (khoảng 0,75-0,89) - Diện tích tiết diện lỗ ở đáy (cm2) Htb- áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại ở trong nồi rót . Thời gian rót hợp lý được tính hợp lý từ công thức (1): (s) Hệ sè Fk và Htb thì phải chọn : Khi chọn diện tích lỗ ở đáy nồi rót Fk phải xác định xem rót khuôn ở áp suất trung bình Htb nào và còn tuỳ thuộc vào cỡ gạch lỗ đáy thường dùng ở nhà máy. Mức kim loại trong nồi rót giảm dần đi khi kim loại đi ra và cột áp suất giảm từ H’ ban đầu đến H’’ lúc kết thúc rót. Quan hệ giữa Htb và H’, H’’ được xác định theo phương trình: Sau khi thay trị số G’/t từ phương trình ( 5 ) vào phương trình (3) ta có công thức tính tiết diện Fmin ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót . 2.3.8 Đậu ngót và đậu hơi. Đậu ngót là một bộ phận trong khuôn đúc để chứa một lượng kim loại nhằm bổ ngót cho vật đúc khi đông đặc. Tại thời điểm khi chưa điền đầy đậu ngót làm chức năng đậu hơi trong lòng khuôn. Để phát huy tác dụng thoát hơi và bổ ngót đặt nó đúng vị trí Vị trí đặt đậu : - Đậu ngót phải ở nơi tập trung kim loại . - Đậu ngót phải không làm cản trở sự cản co của vật đúc . - Đậu ngót phải dễ cắt ra và dễ làm sạch vết cắt. - Đậu ngót phải có độ cao ngang với mặt thoáng với cốc rót và bản thân nó cũng phải đủ áp lực thủy tĩnh để bổ ngót. - Đậu ngót phải nguội cuối cùng và có thể tích đủ lớn để bổ ngót . - Không gây khó khăn cho công nghệ làm khuôn và không lãng phí kim loại . - Tránh đặt đậu ngót quá sát thành vật đúc tạo nên khe cát mỏng. khi rót nếu bị nung nóng nhiêù, dễ rỗ ngót ở thành vật đúc. Người ta thường dùng 2 loại đậu ngót: đậu ngót hở và đậu ngót kín . + Đậu ngót hở : là lòng khuôn thông với khí trời. Đậu hở dùng phổ biến vì nó dễ chế tạo, có khả năng bổ ngót cao nhờ áp lực lớn, dễ quan sát khi điền đầy, có tác dụng thoát hơi. + Đậu ngót kín: là loại không thông với khí trời. loại này chỉ thích hợp khi đúc trong khuôn kim loại để bổ xung cho chỗ tập trung ở phía dưới lòng khuôn . Kích thước được chọn sao cho : + Tiết diện đậu ngót đủ lớn để có thể bổ xung kim loại . + Chiều cao đậu ngót phải đủ để có thể đưa rỗ ngót từ vật đúc vào đậu ngót . - Tách đậu ngót ra khỏi vật đúc là một công việc tốn kém và vất vả. Đậu ngót ở vật đúc thép thường cắt bằng oxi. Đối vật đúc bằng gang và hợp kim màu thì phải dùng cưa để cắt đậu ngót. Để giảm chi phí cho việc cắt đậu ngót ta nên dùng cách đập tách đậu ngót. Nên đập tách đậu ngót khi rỡ khuôn nhưng không được làm ảnh hưởng đến bề mặt vật đúc. II.2 3 CƠ SỞ NẤU LUYỆN Để nấu thép người ta thường sử dụng các loại lò: - Lò Máctanh. - Lò điện hồ quang . - Lò điện cảm ứng . Ngày nay, lò điện hồ quang, lò điện cảm ứng được sử dụng rộng rãi để nấu thép vì nó đều có tính ưu việt hơn cả. Trong đó, lò điện cảm ứng thao tác nấu luyện điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng hơn, chất lượng thép cao hơn . Lò cảm ứng : (1) Nguyên lý làm việc . Làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ theo nguyên lý của máy biến thế, cuộn cảm hình thành mạch sơ cấp. Trong lò cảm ứng, dòng điện được đưa vào cuộn sơ cấp và chính kim loại cần nấu chảy đóng vai trò thứ cấp. Trong cuộn thứ cấp, do cảm ứng sẽ sinh ra một dòng điện, điện thế của nó thấp hơn cuộn sơ cấp nhưng cường độ dòng điện thì đã được tăng lên rất nhiều lần. Do trong kim loại sinh ra dòng điện lớn tới hàng trăm Ampe, nó sẽ toả ra một lượng nhiệt lớn làm cho kim loại chảy ra. (2) Đặc điểm : Lò điện cảm ứng có những ưu điểm : +) Nấu được thép cacbon thấp. +) Nấu chảy được các kim loại sạch nhất. +) Nâng được nhiệt độ thép lỏng cao +) Kim loại lỏng được khuấy trộn mạnh, tốc độ nấu chảy lớn nên nhiệt độ, thành phần thép đồng đều. +) Sự cháy hao của các nguyên tố tương đối ổn định và Ýt nên dễ khống chế thành phần và nhiệt độ . +) Phục vụ và vận hành đơn giản có thể nấu chảy trong chân không và môi trường đặc biệt . +) Thao tác sạch sẽ. Lò cảm ứng có những nhược điểm sau: +) Nhiệt độ của xỉ thấp vì xỉ được kim loại lỏng nung nóng. Điều này ảnh hưởng xấu đến quá trình phản ứng giữa xỉ và kim loại. +) Tuổi thọ tường lò thấp . (3) Cấu tạo: Lò điện cảm ứng gồm : nồi lò, khung lò, bộ phận nghiêng lò . - Nồi lò: có ý nghĩa rất lớn về kinh tế, kỹ thuật. +) Yêu cầu tường lò mỏng nhưng bền giảm tổn thất điện . +) Không dẫn điện . +) Dễ sửa chữa thay thế . * Tường lò có 2 loại: - Tường lò axít - Tường lò bazơ * Lò điện cảm ứng axít chủ yếu dùng để nấu chảy phối liệu thành phần hoá học và nâng cao nhiệt độ rót theo yêu cầu. * Lò điện cảm ứng bazơ cũng như lò điện cảm ứng axít. Sự khác nhau thể hiện ở chỗ tuỳ theo chất tạo xỉ cho vào để có thể tạo tạp chất P, S. Để nấu thép người ta thường dùng tường lò có tính bazơ Hỗn hợp làm tường lò bazơ. Sạn manhezit MgO = 85% nên được tuyển sạch sắt từ . Chất dính: đất sét, nước thuỷ tinh và axitboric 3%. * Cách chế tạo lò: + Dùng líp amiang chịu nhiệt để cách hệ thống cảm ứng với sạn và tránh cho sạn lọt ra ngoài. + Sạn được trộn đều với chất dính trước khi đầm lò. Cho mét lớp hỗn hợp sạn xuống đáy nồi dày khoảng 20- 40 mm đầm chặt đều đến độ bền cho phép. + Đặt dưỡng vào giữa nồi lò, dưỡng có thể tích bằng thể tích nồi lò, chỉnh đường tâm rồi cố định vị trí. + Cho hỗn hợp chất dính vào đầm xung quanh từ đáy lò lên phía trên (dày khoảng 20 - 30 mm) sao cho đảm bảo độ bền chặt của tường lò . Để đảm bảo tính an toàn kỹ thuật sản xuất thì lớp nồi lò sẽ được định kỳ để đầm lại tuỳ theo mức hư hỏng của nồi lò. Chó ý: Mẻ nấu phải nấu từ từ thiêu kết. Sau 2-3 mẻ nấu tường lò được thiêu kết 25-35 mm. - Vòng cảm ứng : là các ống đồng rỗng, bên trong có nước chảy tuần hoàn để làm mát ống. - Khi cần tháo KL lỏng vào gầu rót lò được nghiêng nhờ một động cơ. (4) Nấu thép trong lò điện cảm ứng gồm 4 giai đoạn: - Sữa chữa và vá nồi lò. - Chất liệu . - Nấu chảy. - Tinh luyện. * Sửa chữa và vá nồi lò : Sửa chữa nồi lò được tiến hành tuỳ theo nhu cầu sau mỗi mẻ nấu, vật liệu vá lò dúng như vật liệu chế tạo nồi. Trước khi chất liệu vào lò cần kiểm tra sự bào mòn vết nứt ở thành lò. Đặt biệt cần chú ý đến vị trí xung quanh đáy nồi lò và thành nồi lò phải song song với ống dây dẫn. Cách xếp liệu vào lò dựa vào nguồn nhiệt : + Lớp liệu nhỏ nhẹ cho xuống dấy nồi + Liệu to, trung bình xếp cạnh tường lò đến 2/3 chiều cao nồi lò. + Liệu nhỏ xen kẽ liệu to ở tâm lò, trên lò. + Các nguyên tố có nhiệt độ chảy cao, dễ bị oxi hoá (Fe-W, Fe-Mo, Fe-Cr, Ni) xếp cùng liệu. * Nấu chảy : Chiếm thời gian dài nhất trong toàn bộ quá trình nấu mẻ. Trong quá trình nấu chảy cần theo dói sự cháy tan của phối liệu và chế độ điện. Liệu dưới và giữa lò nóng chảy trước. Kim loại lỏng chảy xuống đáy lò. Trong quá trình nấu chảy phối liệu cần chú ý tránh treo liệu. Trước khi chảy tan hoàn toàn thì cần cho vào lò một lượng chất tạo xỉ nhất định. Đối với lò bazơ thì cho 60% vôi bột, 20% manhêzit, 20%CaF2 với trọng lượng mẻ nấu. Xỉ tạo thành trên bề mặt kim loại có tác dụng hạn chế sự tản nhiệt. Chế độ điện trong qúa trình nấu chảy được điều chỉnh sao chocông suất và hiệu quả đạt cực đại. Hệ số sử dụng của bộ biến đổi đạt được 60-70%. * Tinh luyện. + Khử oxi : trực tiếp bằng FeMn, FeSi, Al. + Tạo lớp xỉ → rắc bột FeSi, Al lên xỉ. + Khử khí, tạp chất : lò cảm ứng có lực điện từ khuấy trộn nên có thể tự khử. + Thành phần, nhiệt độ đã đạt ta tiến hành rót thép. Tiến hành đồng thời với việc chế tạo khuôn, ruột và nấu chảy vật liệu. PHẦN III. THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CHO CHI TIẾT ‘’RĂNG GẦU XÚC’’ III.1 Phõn tích vật đúc Hình 2: Bản vẽ chi tiết Răng gầu xúc. Hình3: Chụp vật đúc chưa gia công nhiệt. * Phân tích vật đúc: - Răng gầu xúc là một trong các chi tiết lắp vào máy xúc dùng trong các mỏ quặng, mỏ than, mỏ đá ... - Khối lượng chi tiết là 125 kg. - Một số kích thước bao: +) Chiều dài vật đúc là 900 mm. +) Chiều rộng vật đúc là 320 mm. +) Chiều cao của vật đúc là 148 mm. - Yêu cầu kỹ thuật là: +) Chi tiết đúc không rỗ xỉ rỗ khí, không có vết nứt trên các bề mặt và đồng nhất về vật liệu. +) Chi tiết được chế tạo bằng thép Mn 13Đ. III.2 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP ĐÚC Sử dụng phương pháp đúc trong khuụn cát- nước thuỷ tinh đóng rắn theo công nghệ CO2. Nấu luyện trong điện lò cảm ứng trung tần III.3 PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ III.3.1 Xác định mặt phõn khuụn Mặt phân khuôn đi qua vị trí có tiết diện lớn nhất của vật đúc (xem hình vẽ). - Ưu điểm: + Tất cả chi tiết đều nằm trong hòm khuôn dưới, nên việc ráp khuôn không đòi hỏi độ chính xác cao nhiều. + Đặt ruột không phức tạp. + Thoát mẫu dễ dàng. + Hệ thống rót ở thành mỏng nên đảm bảo nhiệt độ khi rót . + Dòng kim loại lỏng không xối vào ruột. + Thành đối diện ở xa nên không bị dòng kim loại xối vào. - Khuyết điểm: + Phải định vị ruột thật chính xác. + Ruột có một đầu gác nên độ bền vững không thể bằng ruột có 2 đầu gác. + Nền cát phải phẳng để khi ráp khuôn không bị sai lệch nhiều. * Phương pháp rót của phương án là rót trực tiếp từ trên xuống. Từ đó ta xây dựng bản vẽ thiết kế cho vật đúc: Trên bản vẽ ta đã trừ lượng dư cho độ co ngót của hợp kim đúc, lượng dư gia công cơ khí, lượng dư do đánh động. Hình vẽ 12. Bản vẽ thiết kế công nghệ ( 1.Mặt phân khuôn; 2. Đậu ngót; 3. Bát rót; 4. ống rót; 5. Rãnh lọc xỉ; 6. rãnh dẫn.) III.3.2 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ III.3.2.1 Tớnh toán hệ thống rót cho vật đúc Khối lượng của vật đúc: G= 125 kg a) Ta lấy khối lượng hệ thống rót bằng 20% của vật đúc, Khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót là. G = G+ G= 125 + 125.20/100 =150 kg Ta có khối lượng hệ vật đúc kể cả hệ thống rót là 150 kg b) Tính thời gian rót lý thuyết . Từ công thức : T = S Trong đó : T : thời gian rót lý thuyết . S : hệ số đối với thép thành dày trung bình ta chọn S = 1,6 g : chiều dày trung bình của vật đúc .g = 90 mm . G : khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót G = 150 kg Vậy T= 1,6 . = 38 (s) c) Tốc độ dâng kim loại trong khuôn. từ công thức sau: V= C/T với chiều cao vật đúc C = 148 mm thời gian rót T = 38 s. V = 148/38 = 3,89 (mm/s) d) Tốc độ rót kim loại là: G/T = 150/38 = 3,98 (kg/s) e) Sau khi xác định thời gian rót khuôn lý thuyết T, ta tính diện tích tiết diện ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót Fmin. Ta tính theo công thức: Fmin= với : G - khối lượng của vật đúc kể cả hệ thống rót G =150 kg - hệ số trở lực của khuôn, ta chọn = 0,36. Htb- cột áp suất thuỷ tĩnh trung bình của kim loại (mm) Htb được tính theo công thức: Htb = H0 - P/2C với H0- là áp suất thuỷ tĩnh ban đầu lớn nhất. H0 = 250 mm P - là chiều cao từ rãnh dẫn tới vật đúc P = 20 mm C - chiều cao của vật đúc ở vị trí rót C = 148 mm Htb= 250 -20/2.148 = 248,6 mm Vậy diện tích tiết diện ở chỗ hẹp nhất của hệ thống rót là: Fmin= = 164,53 mm2 Trong hệ thống rót thì tiết diện nhỏ nhất là rãnh dẫn.Vậy Fmin= Fd f) Chọn rãnh dẫn cho vật đúc có dạng hình thang có kích thước như sau: Đáy lớn : 20 mm Đáy nhỏ : 15 mm Chiều cao : 10 mm. g) Chọn rãnh lược xỉ và ống rót . Vật đúc đơn giản thành dày trung bình nên ta chọn tỉ lệ sau: Fd : Fx : Fr =1 : 1,5 : 1,1 tiết diện rãnh xỉ : Fx = 164,53 . 1,5 = 246,795 mm2 tiết diện ống rót : Fr = 164,53 . 1,1 = 180,983 mm2 Đường kính ống rót là : D = 2 = 2 = 15.2 mm h) Ta chọn cốc rót dạng hình phễu có kích thước như sau : Đường kính phía trên cốc rót: Dt = 70 mm Đường kính phía dưới cốc rót: Dd = 22 mm Chiều cao cốc rót: H = 140 mm k) Ta chọn hình phễu co kích thước như sau: Đường kính trên: 170 mm Đường kính dưới: 120 mm Chiều cao: 250 mm Đậu ngót là nơi đông đặc sau cùng và có thể tích đủ lớn để bù được co ngót của vật đúc . l) Lực đè khuôn : để chống lại lực đẩy Acsimet của kim loại lỏng lên hòm khuôn trên người ta phải dùng một khối lượng lớn gấp 2-3 lần khối lượng vật đúc.Ở đây ta dùng khối lượng đè khuôn là 320 kg. m) Độ côn thoát mẫu là 10 30’’ ( tra bảng thiết kế đúc) III.3.2.2 Thiết kế mẫu - Do chi tiết là sản phẩm được sản xuất với số lượng vừa phải, làm theo đơn đặt hàng của các công ty. Nên mẫu được làm bằng gỗ là kinh tế nhất. - Để đảm bảo chất lượng sản phẩm cũng nh­ năng suất chế tạo khuôn, khi thiết kế bộ mẫu phải chú ý đến những điều kiện sau: + Cấu tạo mẫu và hộp ruột sao cho dễ giữ chặt cát trong khuôn và trong hộp ruột, đồng thời đảm bảo rút mẫu ra khỏi khuôn và lấy ruột ra khỏi hộp ruột dễ dàng. + Mẫu hộp ruột phải đủ bền, nhẹ, mẫu Ýt miếng rời. + Bề mặt mẫu và hộp ruột tiếp xúc với cát phải nhẵn, phẳng. + Kích thước ngoài của mẫu và kích thước trong của hộp ruột phải đảm bảo chính xác, vật đúc có kích thước phù hợp với kích thước tiêu chuẩn đã ghi trên bảng vẽ chi tiết. + Mẫu có tai để khi in hình trong khuôn thì tạo ra đầu gác ruột. Hình12. Hình vẽ mẫu Hình 13. Chụp mẫu (mẫu được làm bằng gỗ) III.3.2.3 Thiết kế ruột - Ruột còn gọi là thao hay lõi… nhưng đều có ý nghĩa chung là tạo hình bên trong vật đúc. - Ruột tạo hình lỗ rỗng bên trong vật đúc, đôi khi dùng tạo hình các phần lõm phía ngoài vật đúc hoặc từng mặt ngoài vật đúc có hình dạng phức tạp (làm khuôn bằng ruột ghép). - Ruột phải có tính chất cơ lý nhiệt, độ thông khí, độ bền nhiệt, tính co bóp, tính phá dễ, cao hơn hẳn so với khuôn đúc (Đòi hỏi cao về hỗn hợp làm ruột và kết cấu ruột hợp lý) . - Có nhiều phương pháp chế tạo ruột nh­ có thể làm bằng tay, bằng dưỡng, bằng máy… - Xương ruột có tác dụng tăng độ bền cho ruột, hệ đường rãnh dẫn sinh ra bên trong ruột khi ra ngoài tiếp xúc với kim loại lỏng thành lỗ khí cho vật đúc. * Vật liệu làm ruột: Là hỗn hợp cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn bằng khí CO2 Hình14. Hình vẽ các ruột. Hình 15. Hộp ruột 1 Hình 16. Hộp ruột 2 Hình 17. Hộp ruột 3 III.3.2.4 Chọn hòm khuôn Hòm khuôn có kích thước đủ lớn để chứa được vật đúc và hệ thông rót. - Ta chọn 2 hòm khuôn có hình chữ nhật có kích thước sau: Chiều dài hòm 1 là 1300 mm; hòm 2 là 1300 mm. Chiều rộng hòm 1 là 400 mm; hòm 2 là 400 mm Chiều cao hòm 1 là 250 mm; hòm 2 là 150 mm Và 1 hòm khuôn vuông để đặt đậu ngót có có kích thước sau: Chiều dài 400 mm Chiều rộng 400 mm Chiều cao 100 mm - Để thuận lợi cho việc nhấc, đặt hòm khuôn. Hòm khuôn có tai để nhấc hòm dễ dàng. Mỗi hòm khuôn có 2 tai ở 2 đầu III.3.2.5 Thao tác làm khuôn - Qui trình làm khuôn bằng tay + Ta đặt mẫu lên một tấm gỗ phẳng có tiết diện lớn hơn tiết diện của hòm khuôn. + Mặt của mẫu tiếp xúc với tấm gỗ chính là mặt phân khuôn. + Ta phủ một lớp cát đen Crommit chịu nhiệt lên bề mặt mẫu tiếp theo là lớp cát thạch anh đã trộn. + Ta giã nhẹ khuôn chú ý sao cho mẫu không bị lệch vị trí. + Đặt một miếng gang nguội bên cạnh chỗ đặt đậu ngót. + Ta tiếp tục phủ cát lên trên vượt qua độ cao hòm khuôn và giã mạnh chặt. + Sau khi giã xong ta dùng thước để gạt phẳng mặt khuôn. + Ta đóng 4 cọc ở 4 góc để định vị hòm trên và hòm dưới. + Ta tiến hành xiên hơi. Rồi thổi khí CO2 vào mỗi lỗ xiên hơi tới khi cát trong khuôn khô cứng. + Ta lật mặt khuôn dưới lên. Mặt này là mặt phân, ta dùng thước gạt phẳng mặt phân khuôn. + Sau đó ta đặt hòm trên lên mặt phân khuôn. + Đặt rãnh lọc xỉ, rãnh dẫn và đậu ngót (đậu ngót đóng vai trò là đậu hơi luôn) lên mẫu, ta cho lớp cát dày khoảng 7-8 cm, giã nhẹ giữ cho không sai vị trí. + Giã nhẹ xong, ta cho một lớp cát cao hơn mặt hòm khuôn trên, dùng chày giã mạnh chặt. + Sau đó ta dùng một ống típ sắt rỗng bên trong có đường kính bằng ống rót, đóng xuống làm ống rót. + Ta tiến hành xiên hơi (mỗi lỗ xiên hơi cách nhau khoảng 10 cm) và rút ống típ sắt ra. + Thổi khí CO2 vào mỗi lỗ xiên hơi cho tới khi cát khô cứng. + Ta bắt đầu lấy mẫu ra bằng cách nhấc hòm khuôn trên ra bằng cẩu. + Lấy mẫu xong rồi ta tiến hành sửa lại lòng khuôn. + Sơn khuôn bằng hỗn hợp cồn + garaphit đốt lên. + Ta đặt các ruột đã được sấy vào trong lòng khuôn. + Đặt các ruột đúng vị trí. Đầu gác ruột phải nằm tại vị trí mà mẫu được tạo ra trong khuôn. + Ta phải lấp khe hở giữa đầu gác ruột với hỗn hợp làm khuôn, nếu không kim loại lỏng sẽ tràn vào khe hở đó phủ kín lên đầu gác ruột. Vì thế ruột không thể thoát hơi ra được. + Bước cuối cùng ta tiến hành ghép khuôn, 2 khuôn được dính với nhau bằng lớp keo hỗn hợp (đất sét + cồn) ở giữa. Để tiến hành rót kim loại lỏng vào trong hòm khuôn ta đặt thêm bát rót. * Bát rót hình phễu có đường kính ở dưới bằng đường kính của ống rót, đường kính ở trên lớn gấp 2-3 lần. Vật liệu làm bát rót là cát thạch anh đẫ trộn nước thuỷ tinh và thao tác làm nh­ trên. - Thao tác làm ruột tương tù như làm khuôn. Hình 18.Hòm khuôn chờ ghép ruột Hình 19. Ruột 2 Hình20. Ruột 3. III.4 Qui trình nấu luyện III.4.1 Thiết bị nấu luyện. Trong trung tâm ta sử dụng lò nấu là lò điện cảm ứng trung tần 500 kg/mẻ với tường lò có tính chất bazơ, lò này sản xuất từ Trung Quốc. Gồm các phần chính : Tủ điều khiển ; Hệ thống làm mát ; Nồi nấu. - Tủ điều khiển gồm : Hệ thống các biến áp Hệ thống điều khiển chế độ điện Hệ thống điều khiển chế độ nhiệt lò - Hệ thống làm mát gồm : Môt bể nước có thể tích lớn, hệ thống bơm và dẫn nước tuần hoàn làm mát cho tủ điện và vòng cảm ứng nồi lò. - Nồi nấu gồm :Tính từ trong ra ngoài nồi lò gồm các lớp : + Tường lò trong làm bằng Crommanhêzit hoặc Manhêzit + Lớp vải cách nhiệt làm từ chất Amiang + Vòng cảm ứng làm bằng các ống kim loại đồng, bên trong có nước làm mát + Vỏ lò bằng hợp kim nhôm. Hình 10. Cấu tạo lò điện cảm ứng. III.4.2 Trình tù thao tác nạp liệu - Cho thép vụn vào lò cùng Ni xếp xuống đáy. - Khi chảy cho tiếp gang và thép cho đến hết . - Hồi liệu cho sau cùng. a. Xếp một Ýt khoảng 1/4 lòng lò. Đóng điện khai lò chạy với công suất nhỏ nhất 5-10 phót .Sau đó nâng dần công suất lên tối đa cho phép . b. Liệu chảy cho tiếp thép và gang vào. Khi nÊu cho khoảng 1% vôi bột để tạo xỉ.Tránh để treo liệu. c. Có thể cho mét Ýt hồi liệu trong quá trình đó nếu tỷ lệ hồi liệu cao. d. Khi gạt xỉ cho FeMn đã sấy khô vào. Cho dần Ýt mét, khi đợt trước chảy hết mới cho tiếp đợt sau. - Có thể tạo xỉ mới bằng cách cho 1%(vôi bột + huỳnh thạch) so với trọng lượng mẻ nấu. e. Sau khi liệu chảy hết cho hồi liệu vào. Nấu chảy hoàn toàn, nâng nhiệt, gạt xỉ, lấy mẫu phân tích thành phần hoá học. f. Căn cứ vào kết quả phân tích hoá học, điều chỉnh thành phần thép bằng gang, thép, FeMn. g. Khử oxy. Cho Al nguyên chất vào lò khuấy kỹ. Lượng Al khử đối với thép Mn 13Đ là 0,5 kg/tấn. h. Kiểm tra độ khử oxy bằng mẫu cốc rót như hình I. Nếu thấy lõm co sâu như hình II là thép được khử Oxy tốt . Hình 11. Mẫu cốc rót kiểm tra độ khử oxy - Nhịêt độ khử Oxy tốt nhất là 15200C . j. Sau khi khử Oxy bằng Al có thể còn d Al. Để khử Al, cho FeTi vào trước khi ra lò 10s. FeTi hoà tan phải ra thép ngay. k. Muốn biết thép Mn đạt yêu cầu hay chưa còn phải thử mẫu. Khi thép đông đặc đem ra tôi vào nước lạnh khi mẫu còn nhiệt độ 900oC. Đập cong mẫu nếu thấy mẫu cong như hình parabon là đạt yêu cầu. * Chó ý: - Khi lấy mẫu sớm sẽ gây nứt nóng mẫu thử sẽ không chính xác. - Mẫu không hút nam châm thì càng tốt. III.4.3 Nồi rót và rót khuôn. III.4.3.1 Nồi rót. Cấu tạo nồi rót gồm có: Lớp ngoài cùng làm bằng thép, lớp thứ 2 làm bằng hỗn hợp chịu được nhiệt cao là cát sét + nước thủy tinh, được đắp xung quanh trong thành nồi dày khoảng 7-8 cm. III.4.3.2 Rót khuôn. Nồi rót phải được sấy đỏ 800-9000C . Nhiệt độ ra thép 1520-15500C. Nhịêt độ rót : Chi tiết lớn 1450-14200C Ra thép ở nhiệt độ cao, để lặng nước thép 3-5s rồi rót . Thép Mn dễ tạo xỉ do ăn mòn cát đắp nồi nên thép Mn cần rót ở nhiệt độ thấp nên phải phủ rơm chặn xỉ. Thao tác phải nhanh chóng tránh bám dính nồi. * Tiến hành rót thép: - Thép trong lò được rót vào nồi rót . - Sử dụng nồi rót 100 kg . - Để tránh mất nhiệt người ta phủ rơm lên nồi rót. - Rơm có tác dụng gạt xỉ trong khi rót. - Rót đều tay, từ từ, vừa rót vừa gạt xỉ. - Rót vào hệ thống rót tới khi kim loại lỏng dâng tới đậu ngót thì ta chuyển sang rót bù vào đậu ngót. Sau khi rót thép xong vào khuôn ta để cho vật đúc nguội rồi tiến hành phá rỡ khuôn III.4.4 Nấu mác thép Mn 13Đ. III.4.4.1 Thành phần phối liệu. Yêu cầu kỹ thuật : Vật liệu phải khô sạch biết rõ thành phần hoá học. Cỡ cục phải nhỏ hơn miệng lò nếu lớn quá phải cắt nhỏ trước khi nấu. Thành phần hoá học của mác thép Mn 13Đ (Bảng 3) Thành phần hoá học C(%) Si(%) Mn(%) Cr(%) Ni(%) S,P(%) 0.9-1.3 0.5-1 11.5-14.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.05 Tỷ lệ cháy hao của các nguyên tố khi nấu (Bảng 4) C(%) Si(%) Mn(%) Cr(%) Ni(%) FeMn(%) 5-8 5-10 5-8 2 1 5 d. Các thành phần Gang Thép, Ferô sử dụng khi nấu (Bảng 5) C(%) Si(%) Mn(%) Gang máy 3-3.2 1.5-1.9 0.8-1.2 Thép vôn 0.2-0.4 0.17-0.37 0.4-0.7 FeMn 1.3-1.4 0.5 72 III.4.4.2 Tính toán phối liệu * Tính toán phối liệu cho một mẻ nấu 100 Kg Thép Mn 13Đ có các thành phần hoá học như bảng 3 . - Ta sử dụng nguyên liệu đầu vào nh sau : a. Gang máy : 23 Kg b. Thép vụn : 54 Kg c. FeMn : 20 Kg d. Ni : 0.5 Kg e. FeTi (Ti20%) : 0.4 Kg f. Al khử khí : 0.1 Kg * Khi nấu luyện nếu dùng hồi lò hoặc phế liệu thì không nên dùng 50% mẻ liệu. Bổ sung cho 100Kg hồi liệu bằng 1kg FeMn. Khi sử dụng nguyên liệu đầu vào khối lượng nh­ trên ta thu được mác thép Mn 13Đ có thành phần nguyên tố nh­ sau : - Thành phần khối lượng C,Si và Mn có trong gang máy và thép vụn : (kg) (kg) (kg) Do lượng cháy hao của C là 5%, Si là 5% và Mn là 5% khi cho vào lò nấu lượng thực đạt được có trong lò là : (kg) (kg) (kg) * Do lượng cháy hao của FeMn là 5% ta được lượng FeMn là : (kg) Thành phần khối lượng C, Si và Mn có trong FeMn là: (kg) (kg) (kg) Tổng thành phần khối lượng C, Si và Mn có trong mẻ nấu là: đạt yêu cầu đạt yêu cầu đạt yêu cầu * Hàm lượng Ni cho vào lò là 0.5kg trong mẻ lò (do lượng cháy hao của Ni ) đạt yêu cầu * Vẫn còn thiếu các thành phần nguyên tố Cr. Do đó ta phải bổ sung vào mẻ nấu đẻ có đủ thành phần theo yêu cầu mác thép FeMn13Đ. * Thành phần Cr cần cho vào phải có hàm lượng Gọi a lượng Cr cần cho vào ( lượng cháy hao Cr 2% ) ta có: Vậy lượng Cr cho vào lò là: 0,51 ( Kg) - Hàm lượng Cr cho vào là Ferô Cr (70%Cr) có hàm lượng cacbon thấp (~0,02%C), khi cho vào sẽ không ảnh hưởng lớn đến thành phần của mác thép. Vậy để đủ 0,51 (kg) Cr cho vào thì hàm lượng Ferô Cr (70%Cr) cần cho vào là: (kg) III.5 Vật đúc và dỡ khuụn - Vật đúc có chiều cao: 148 mm. Chiều rộng bao : 320 mm. Chiều dày ở chỗ lớn nhất : 110 mm. Khối lượng vật đúc : 125 kg. Thời gian để vật đúc nguội là khoảng 10 giê. - Rỡ khuôn : Sử dụng các dụng cụ chuyên dùng (như : búa tạ, sè ben ...) để tiến hành phá dỡ hòm khuôn lấy vật đúc ra. III.5.1 Kiểm tra và làm sạch - Khi vật đúc nguội, dùng cẩu đưa vật đúc sang khu vực làm sạch, khu vực này gần với kho xuất hàng. - Tiến hành làm sạch cát và ba via trên bề mặt vật đúc. Sử dụng các dụng cụ chuyên dùng để làm sạch nh­ : Máy cắt dùng để cắt đậu ngót, đậu hơi. Máy mài dùng để mài cắt các ba via . - Sau khi làm sạch sơ bộ ta đưa vật đúc vào máy làm sạch, làm sạch bằng máy phun bi. Vật đúc được làm sạch cùng các vật đúc khác, thời gian làm sạch trong máy khoảng 20 phót. Kiểm tra vật đúc: - Sau khi làm sạch vật đúc được đem đi kiểm tra nhằm loại bỏ những sản phẩm đúc không đạt yêu cầu. - Kiểm tra vật đúc để biết được khuyết tật của vật đúc do khâu nào mắc phải. . III.5.2 Chế độ nhiệt luyện Sau khi được làm sạch và kiểm tra, những sản phẩm nào đạt yêu cầu thì đem đi nhiệt luyện. Lò nhiệt luyện được cung cấp từ khí đốt than đá. - Nhiệt luyện thép hatphin. Trên giản đồ trạng thái Fe-C-Mn cho thấy rằng, tổ chức thép hatphin khi nguội chậm sẽ có cacbit. Như vậy ở trạng thái đúc, do nguội chậm, thép sẽ có tổ chức peclit và cacbit trên biên giới hạt austenit. Nhiệt luyện để thu được tổ chức austenit: nung đến nhiệt độ trên 10500C và giữ nhiệt trong khoảng thời gian đủ cho cacbit hoà tan hết vào austenit, làm nguội nhanh trong nước để cacbit không thể tiết ra nữa.Về hình thức công đoạn trên rất giống tôi, chỉ khác là không tạo nên mactenxit, nên trong thực tế vẫn gọi là tôi. ~1050 - 11500C Nước ≤ 400C KH2 τ (giờ) Nhiệt độ (0C) ~2000C ~ 10 giờ ~3 giờ 30’ Hình14. Biểu đồ nhiệt luyện vật đúc răng gầu xúc Hình 21. Khuôn chờ rót Hình 22. Chi tiết đúc vừa làm sạch sơ bộ Hình23.Chi tiết đúc đã nhiệt luyện TÀI LIỆU THAM KHẢO Vật liệu làm khuôn cát - Đinh Quảng Năng - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – Hà nội 2003. Hợp kim đúc - Nguyễn Hữu Dũng - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - Hà nội 2006. Thiết kế đúc - Nguyễn Xuân Bông, Phạm Quang Léc - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – Hà nội 1978. Sổ tay đúc thép - Phan Tử Hùng. Đồ án tốt nghiệp - lớp CNVL2 - Đỗ Thị Điệp, Vũ Thị Thu Hoài.