Tài liệu BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÔI - ĐỀ TÀI: "THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC" pdf

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CĐCN VIỆT HUNG
KHOA CƠ KHÍ
*********o0o*********
THUYẾT MINH
BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO PHÔI

ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC
Giáo viên hướng dẫn: Thầy Phan Chí Dưỡng
Sinh viên thiết kế : Nguyễn Văn Tuấn
Lớp : 31CĐCK3
Khoa :Cơ khí
Hà nội tháng 05 năm 2009
ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC
Số liệu ban đầu
Chi tiết : Đối trọng
Vật liệu : GX 15-32
Số lượng : 800
Điều kiện Sản xuất : Hàng loạt vừa
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
I.Bản vẽ
-Bản vẽ chi tiết
-Bản vẽ đúc
-Bản vẽ lồng phôi
II.Thuyết minh
-Phân tích tính công nghệ đúc của
chi tiết , chọn phương án đúc .

-Thiết kế vật đúc
-Thiết kế mẫu hộp lõi
-Chọn hòm khuôn
-Chọn hỗn hợp làm khuôn ,lõi
-Những tính toán công nghệ
-Những chỉ dẫn khác
Lời nói đầu
Hiện nay các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi
kỹ sư cơ khí và cán bộ kỹ thuật phải có kiến thức sâu rộng , đồng thời phải
biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề thường gặp
trong sản xuất,sửa chữa và xử dụng.
Môn học công nghệ chế tạo phôi là một môn học nằm trong chưong trình
dào tạo ngành cơ khí của trường CĐCN Việt Hung .Mục tiêu của môn học là
tạo điều kiên cho người học nắm vững và vận dụng có hiệu quả các phương
pháp thiết kế ,xây dựng và quản lý các quá trình chế tạo, sản xuất sản phẩm
cơ khí về kỹ thuật sản xuất và tổ chức sản xuất nhằm đạt được các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật theo yêu cầu trong điều kiện và quy mô sản xuất cụ thể.Môn
học còn truyền đạt những chỉ tiêu ,yêu cầu về chỉ tiêu công nghệ trong quá
trình thiết kế các kết cấu cơ khí để góp phần nâng cao hiệu quả chế tạo của
chúng .
Bài tập lớn công nghệ chế tạo phôi là một bước khởi đầu quan trọng cho
sinh viên làm quen với quá trinh thiết kế một chi tiết máy . Được sự giúp đỡ
tận tình của các thầy giáo ,cô giáo , đặc biệt là thầy Phan Chí Dưỡng đã giúp
em hoàn thành tốt đồ án môn học này.
Em xin trân thành cảm ơn các thầy cô!.

Sinh viên

Nguyễn Văn Tuấn
Thiết kế công nghệ đúc

Hình vẽ của chi tiết
I.Phân tích công nghệ đúc của chi tiết ,chọn phương pháp đúc
1.1. Phân tích công nghệ đúc của chi tiết
Theo bản vẽ chi tiết ta thấy thành mỏng nhất là 17mm…Theo bảng B1
ta thấy chiều dày này đẩm bảo khuôn đúc tốt khi rót .
Để dễ cho việc làm khuôn và làm lõi ta sẽ điền đầy kim loại vào rãnh then ,
các lỗ có đường kính 12mm và rãnh suốt d=10mm.
1.2.Chọn phương pháp đúc
a)Tính khối lượng vật đúc:
Ta tính thể tích của chi tiết theo kích thước ghi trên bản vẽ chi tiết .
Khối lượng của chi tiết :
M=v.γ
Trong đó: γ là khối lượng riêng của kim loại với gang γ=7.2 kg/dm
3
.
V :thể tích chi tiết
Thể tích của chi tiết :
Ta chia chi tiết thành 9 phần :
V
1
=80.340.18= 489600 (mm
3
)
V
2
= 80.50.60 = 240000 (mm
3
)
V
3

= 3,14.31
2
.60 =181052,4(mm
3
)
V
4
=
45216
2
18.40.14,3
2
=
(mm
3
)
V
5
=
361728
4
72.80.14,3
2
=
(mm
3
)
V
6
=

35550
2
90.10).3445(
=
+
(mm
3
)
V
7=
4,149495
4
90.46.14,3
2
=
(mm
3
)
V
8
=82.10.18=14760 (mm
3
)
V
9
=
92,5425
4
24.12.14,3.2
2

=
(mm
3
)
=>V=V
1
+ V
2
+ V
3
+ V
4
+ V
5
+ V
6
– V
7
- V
8
- V
9
=489600 +240000+181052,4 + 45216 + 361728 + 35550 –
149495,4 - 14760 – 5425,92
=1183465,08(mm
3
)
Khối lượng chi tiết :
M=v.γ =1183465,08 .7,2 .10
-6

=8,52 (kg)
Xem hệ thống rót , đậu ngót ,lượng dư chiếm 20% khối lượng vật đúc:
=>Khối lượng vật đúc : G= m.1,2 =8,52.1,2 =10,224 (kg).
b)Chọn phương pháp đúc:
Với số lượng 800 chi tiết và khối lượng vật đúc nhỏ nên ta chọn dạng sản
xuất hàng loạt vừa , đúc bằng khuôn cát ,khuôn tươi mẫu gỗ làm bằng tay.
Độ chính xác đạt được là cấp III.
II.Thiết kế vật đúc
2.1 Chọn mặt phân khuôn phân mẫu
Chọn mặt phân khuôn theo kích thước mặt phẳng choán chỗ lớn nhất
của vật đúc .
Như vậy toàn bộ vật đúc sẽ nằm trong hòm khuôn dưới .Do đó quá trình
làm khuôn được dễ dàng thuận lợi, đảm bảo độ chính xác vật đúc cao hơn,sử
dụng mẫu liền khối để chế tạo nên độ bền cua mẫu cao hơn
2.2 Xác định lượng dư
Lượng dư gia công là lượng kim loại được cắt gọt đi trong quá trinh gia
công để chi tiết đạt độ chính xác và độ bóng bề mặt .
Trong chi tiết này dựa vào yêu cầu ở bản vẽ chi tiết ,tra B7 (HĐTKCND)
ta có lượng dư các mặt như sau:
Mặt trên 5 mm
Mặt dưới 4 mm
Mặt bên 4mm.
Lượng dư các mặt được biểu diễn trên bản vẽ đúc.
Sai lệch về kích thước vật đúc là 1,5mm.
2.3 Xác định độ xiên thành bên
Vật đúc có các thành 18mm, 42mm, 60mm và 72 mm là không cần gia
công sau khi đúc .
Độ xiên của các thành là như sau :
Thành 18mm là 3
0

.
Thành 42mm là 1,5
0
Thành 60mm và 72 mm là 1
0
.
Tất cả các thành đều là độ xiên “trừ”.
2.4 Xác định bán kính góc lượn
8.55,3
2
)1718(
.
5
1
3
1
2
)(
.
5
1
3
1
÷=
+







÷=
+






÷=
ba
r
(mm)
D
T
R=r +b =(3,5 +17) ÷(5,8 +17) =20,5 ÷22,8 (mm)
Ta chọn r=5 mm và R=10 mm
2.5 Lượng bù co.
Vật đúc co khối lượng nhỏ và có lõi lên lượng co không đáng kể ( khoảng
0,9%).
2.6 Thiết kế lõi và đầu gác
Dựa vào bản vẽ chi tiết ta thấy chi tiết chỉ có một lỗ là làm lõi.Kích
thước ,góc nghiêng , đầu gác lõi ,khe hở giữa đầu gác lõi và ổ gác được xác
đinh theo B15-B17 và kích thước các đầu gác như sau:
Đầu gác dưới : h=40 mm

α
=7
0
S

1
=0.5 mm
Đầu gác trên: h
1
=25 mm

β
=10
0
S
1
=0,15 mm
S
2
=0,25 mm
S
3
=1,5 mm
III.Thiết kế hệ thống rót , đậu hơi, đậu ngót
3.1 Chọn kiểu hệ thống rót , đậu hơi, đậu ngót
a)Chọn kiểu hệ thống rót
Xét các kiểu hệ thống rót ,ta thấy rót từ bên hông vào rất thích hợp , nên
chọn kiểu rót này .
b)Chọn loại và kích thước hòm khuôn
Chọn khuôn đúc bằng gang .Theo B28 ta có :
Khoảng cách giữa mặt trên vật đúc và mặt trên hòm khuôn : a=50mm
Khoảng cách giữa mặt dưới của vật đúc và thành hòm khuôn: b=50mm
Khoảng cách giữa mặt bên của vật đúc và thành hòm khuôn : c=40mm
Khoảng cách giữa ống rót và thành hòm : d=50mm
Khoảng cách giữa vật đúc và rãnh lọc xỉ : e=30mm

Vậy kích thước hòm khuôn:
Chiều cao nửa khuôn trên:
H
t
=a+h
1
=50 +25 =75mm.
Chiều cao nửa khuôn dưới :
H
d
=b +h +h
vđ
= 50+40 +90 =180mm
Chiều dài hòm khuôn :
L= 2C +L
vđ
=2.40 + 392 =472 mm
Chiều rộng hòm khuôn :
B =e +d +c +B
vđ
=30 +50 +40 +142 =272 mm
Chiều cao hòm khuôn :
H=H
t
+H
d
= 75 +180 =255mm
Với những thông số của hòm khuôn như trên ,dựa vào hình 54 (HDTKVD)
ta chọn được kích thước của hòm khuôn theo tiêu chuẩn :
600.20

)190130(500.500
φ
+
c) Đậu hơi , đậu ngót
Được đặt ở vị trí cao nhất của vật đúc , thông số được ghi tại bản vẽ lồng
phôi.
3.2 Tính toán hệ thống rót
Theo B19 ta có :
Tiết diện một rãnh dẫn : 0,65 ÷ 0,85 cm
2
Chiều dài rãnh dẫn : 25 ÷30 mm.
Thời gian rót :
T=k.
3
.GS

=1.4.
3
224,10.36
=10 (giây).
Vận tốc dâng kim loại :
V=
T
C
=
10
9
=0,9 (cm/giây).
Diện tích tiết diện hẹp nhất :
F

min
=
t
G
h
TB
31,0
µ
Trong đó : h
TB
=H
0
-
C
p
.2
2
Trong đó : H
0
là áp suốt thuỷ rĩnh lớn nhất
P là chiều cao vật đúc trên rãnh dẫn
C là chiều cao vật đúc ở vị trí rót .

130
.2
2
==−=⇒
H
p
H

h
TT
TB
C
(mm) =13(cm)

⇒
F
min
=
83,1
10.13.5,0.31,0
224,10
=
(cm
2
).
Chọn số rãnh là 3 ; F
rd
=0,75 cm
2

⇒
∑F
rd
=3.0,75 =2.25 (cm
2
).
Theo tỷ lệ :∑F
rd

: F
lx
: Fôr =1 : 1,06 : 1.1

⇒
F
lx
=2,25.1,06 = 2,385 (cm
2
)
Fôr = 2,25 . 1,1 = 2,475 (cm
2
)
Tra bảng 21 ta có :
Kích thước rãnh dẫn :
a=18 mm
b=15 mm
h=4 mm
Kích thước rãnh lọc xỉ :
a=16 mm
b=13 mm
h=16 mm
Đường kính ống rót :
8,1
14,3
475,2.4
.4
0
===
π

F
d
OR
R
(cm) =18 (mm).
Tra bảng 21 với kích thước d=18 mm ta có :
D=70 mm
D
1
=50 mm
H=70 mm
IV.Thiết kế mẫu và hộp lõi .
4.1 Chọn vật liệu chế tạo mẫu ,hộp lõi
Chọn vật liệu chế tạo mẫu và hộp lõi bằng gỗ ghép trái thớ để tránh công
vênh.
4.2 Hình dáng kích thước mẫu hộp lõi
a) Kích thước và hình dáng của mẫu
Tại bản vẽ mẫu
b) Hình dáng và kích thước hộp lõi
Tại bản vẽ hộp lõi
V.Chọn vật liệu và hỗn hợp làm khuôn ,lõi
5.1 Chọn vật liệu và hỗn hợp làm khuôn
Theo B29 ta chọn hỗn hợp làn khuôn là loại cát áo khuôn
tươi(để đúc các vật đúc gang có khối lượng nhỏ hơn 200 kg).
Với các thành phần khối lượng (%) :
Độ ẩm :4,5÷ 5,5%
Cát cũ 45 ÷ 75 %
Hỗn hợp cát mới : 21 ÷ 51 %
Bột than 3÷5 %
Lượng đất sét làm chất kết dính : 8÷ 10%

Hỗn hợp được chọn có tính chất :
Cỡ hạt : 0,16÷ 0,2
Độ thông khí : 40÷ 70
Độ bền nén tươi đạt 4÷5 N/cm
2
5.2 Chọn vật liệu và hỗn hợp làm lõi
Theo B30 ,Với trường hợp lõi có kếtcấu đơn giản , ta chọn hỗn
hợp làm lõi loại IV.
Các thành phần khối lượng (%)
Lượng đất sét : 5÷7
Cát thạch anh : 93÷59
Đất sét 7÷1
Mùn cưa : 0÷2
Nước bã giấy : 2÷3
Có các tính chất :
Độ thông khí: 70
Độ ẩm : 4÷5 %
Độ bền nén tươi : 1,5÷ 2,5 N/cm
2
Độ bền kéo khô: 20÷ 30 N/cm
2
VI. Tính lực đè khuôn
6.1 Tính lực đẩy lên khuôn
Theo công thức : P
d
=V.γ
Trong đó : V là thể tích khối kim loại lỏng ở khuôn trên
γ: là khối lượng riêng
Với gang :γ =7,2 kg/dm
3

Với cát : γ = 1,5 kg/dm
3
V=0 (do vật đúc nằm hoàn toàn ở khuôn dưới )
6.2.Tính lực đẩy lõi
ADCT : P
dl
=V
lõi
.γ
Trong đó : γ là khối lượng riêng của hợp kim lỏng .
V
lõi
là thể tích của lõi chìm trong kim loại chịu lực
đẩy Achimet.

⇒
V
lõi
= 0 (do lõi đứng).

⇒
P
dl
= 0.
6.3 Tính lực đè khuôn
ADCT: Q = (P
d
- m
kt
).n

Trong đó : m là khối lượng khuôn trên
n : là hệ số an toàn thường là 1,3÷1,4
m
kt
= m
hòm tên
+m
cát trên
m
cát trên
=V
cát.
γ
Trong đó V
cát
=130.500.500 =32500000 (mm
3
)

⇒
m
cát trên
=1,5 . 32500000 . 10
-6
= 48,75 (kg)
m
.hòm trên
=(600-500).130.500 7,2 .10
-6
=46,8 (kg)

⇒
m
kt
=48,75 +46,8 =95,55 (kg)

⇒
Q = (0 – 95,55) .1,3 = - 124215 (kg)
Vậy không cần lực kẹp khuôn.
VII.Tính phối liệu
7.1 Thành phần vật đúc và vật liệu kim loại
Mác gang cần đúc là gang GX 15-32.Căn cứ vào B33 ta có :
Các bon (C) : 3,5 ÷ 3,7%
Manggan (Mn) : 0,5÷0,8%
Silic (Si) : 2 ÷ 2,4%
Photpho (P): < 0,3%
Lưu huỳnh (S): < 0,15%
7.2 Tính toán phối liệu
a)Tính cho 100 kg
Ta lấy giá trị trung bình của các thành phần để tính toán
C : 3,6%
Si : 2,2%
Mn: 0,7%
Với tỷ lệ cháy hao đã cho
Si : 10 ÷ 20%
Mn : 15÷25%
Ta cần nấu gang từ vật liệu có thành phần như sau:
Si = 2,2.1,15 = 2,53 %
Mn = 0,7 . 1,2 = 0,84 %
Theo bảng 34 và 35 (HDTKCND) ta có :

Gang đúc 1 (GĐ1) : 2,7 ÷ 3,2% Si ; 0,91 ÷ 1,3% Mn
Gang đúc 2 (GĐ2) : 2,2 ÷ 2,7% Si ; 0,91 ÷ 1,3% Mn
Gang máy cũ 2 (GM II): 1,8 ÷ 2,2 % Si ; 0,4 ÷ 0,6% Mn
Lấy trị số trung bình để tính toán :
Gọi A là điểm ứng với thành phần Mn và Si trong gang đúc 1:
A = (1,1 ; 2,95)
Gọi B là điểm ứng với thành phần Mn và Si trong gang đúc 2:
B=(1,1 ; 2,45)
Gọi C là điểm ứng với thành phần Mn và Si trong gang máy cũ 2 :
C=(0,5 ; 2)
Nối các điểm A,B,C ta được tam giác ABC trên hệ trục toạ độ thành phần
(Mn ; Si).Nếu gọi M là điểm biểu diễn hàm lượng của phôi liệu cần tính .
Trên đồ thị thấy điểm M(0,84 ; 2,53) là điểm nằm trong tam giác ABC .Vậy
cả 3 nghiệm đều dương.
Gọi X là khối lượng của gang đúc 1
Y là khối lượng của gang đúc 2
Z là khối lượng của gang máy cũ 2
Lập phương trình bậc nhất với X,Y,Z ta có :





=++
=++
=++
100.53,2245,295,2
100.84,05,0.1,11,1
100
ZYX

ZYX
ZYX
Giải hệ phương trình ta có:
X=55
Y=1,7
Z=43,3
b)Tính cho một mẻ liệu:
Với đuờng kính lò 450 mm ,căn cứ vào B31 ta có:
Năng suốt lò :1000 kg/h.
Lượng than cốc trong một mẻ liệu: 16 kg
Lượng đá vôi: 5 kg
Tỷ lệ giữa than cốc và kim loại là 10%
Vậy khối lượng kim trong một liệu là:
M
kl
=
%10
16
=160 (kg)
Vậy khối lượng phôi liệu trong một mẻ là:
Khối lượng gang đúc 1 :
GĐ1: 160 . 55% =88 (kg)
Khối lượng gang đúc 2 :
GĐ2: 160 . 1,7%= 2,72 (kg)
Khối lượng gang máy cũ 2:
GM II: 160 . 43,3% =69,28 (kg)
VIII Thuyết minh chỉ dẫn khác
8.1.Thuyết minh quá trình làm khuôn
Quá trình làm khuôn được thực hiện như sau:
Đặt nửa mẫu dưới,mẫu phụ và hòm khuôn dưới lên tấm đỡ phẳng .Phủ lớp

cát áo bao kín bề mặt sau đó phủ cát đện lên trên lớp cát áo đầm chặt theo
từng lớp 20 ÷ 40 mm.Gạt phẳng xiên tạo lỗ khí thoát hơi.
lật hòm khuôn dưới lên ,lắp nửa mẫu trên vào mẫu dưới . Đặt hòm khuôn
trên lên hòm khuôn dưới và định vị hai hòm. Đặt mẫu phụ, lắp hệ thống
rót ,hệ thống hơi ,rắc cát vàng phân cách hai nửa khuôn .Phủ cát áo ,cát đệm
đầm chặt gạt phẳng ,xiên lỗ thoát hơi ,rút mẫu ổng rót ,phễu rót ra.Lật hòm
khuôn trên ,lấy mẫu ,mẫu phụ và các bộ phận của hệ thống rót ra khỏi khuôn
,sửa lại lòng khuôn ,mặt phân khuôn,tạo rãnh lọc xỉ.Lấy mẫu ra khỏi hòm
khuôn dưới ,sửa lòng khuôn ,mặt phân khuôn ,tạo rãnh dẫn.
8.2.Thuyết minh quá trình làm lõi
Quá trình làm lõi được thực hiện như sau:
Lắp hộp lõi đổ hỗn hợp làm lõi vào hốc đầm chặt gạt phẳng làm đường thoát
hơi cho lõi