thuyết minh đồ án phương pháp chế tạo phôi

- 2 -
Lời nói đầu
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa ở nớc ta hiện nay ngành
công nghiệp nặng nói chung và ngành công nghệ kim loại nói riêng đóng
một vai trò quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa của đất nớc.
Ngành công nghệ kim loại có rất nhiều vấn đề đòi hỏi ngời kỹ s tơng lai
phải học tập nghiên cứu để nắm bắt đợc những yêu cầu cơ bản nhằm phục vụ
cho học tập cũng nh trong công tác phục vụ cho đất nớc sau này.
Trong các môn học và nhữngvấn đề cần thiết cho một ngời kỹ s tơng lai.
Môn học Kỹ thuật chế tạo máy là một trong những bộ môn công nghệ
kim loại, nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản, những yêu cầu cơ bản để
sing viên có thể học tập và nghiên cứu, mở rộng tầm hiểu biết. Môn học
trang bị những kiến thức cơ bản về công nghệ làm khuôn, kỹ thuật nấu và rót
các hợp kim khác nhau, cách phân tích thiết kế đòi hỏi ngời sinh viên phải
nắm bắt đợc những vấn đề cơ bản.
Cách phân tích tính toán thiết kế đòi hỏi phải rõ ràng chính xác, trong
cuốn thuyết minh này chác chắn không tránh khỏi sai sót trong quá trình tính
toán thiết kế. Vì vậy em mong đợc sự tham gia góp ý của các thầy cô giáo
trong bộ môn để em rút kinh nghiệm và hiểu sâu hơn trong quá trình làm bài
Em xin chân thành cảm ơn!


Sinh viên

Trần Văn Tâm
I Phân tích tính công nghệ đúc của chi tiết
- 2 -
- 3 -
Chọn phơng pháp đúc
1.1 Phân tích tính công nghệ đúc của chi tiết.
Chi tiết là một chi tiết phổ biến trong ngành chế tạo máy. Vật đúc này

không đòi hỏi phải sử dụng các phơng pháp đúc đặc bịêt. Theo bản vẽ ta có
thể đúc các lỗ bằng vật liệu làm khuôn mà không cần làm lõi . Lợng d và
phơng pháp chế tạo lõi đợc tra bảng trong sách thiết kế đúc.
1.2 Chọn phơng pháp đúc.
a) Tính khối lợng vật đúc:
Theo công thức đúc ta có:
M
VD
= V
Trong đó: : Khối lợng riêng của gang xám = 7 (kg/dm
3
)
V: Thể tích vật đúc (dm
3
)
Ta chia vật đúc ra 3 phần V = V
1
+ V
2
+V3
V1 l th tớch phn tr ngoi :
V1=((416^2 358^2)*188) / 4 =6625161,36mm^3
V2 l th tớch phn tr trong :
V2=((120^2 60^2)*126)/4=1068228 mm^3
V3 l phn th tớch gia :
V3=3.14((358^2 120^2 6*50^2))*2)/(4*cos(30))
=1790472.65mm^3
Tng v=943862.01mm^3=9.484dm^3

Khối lợng vật đúc là

m = V
m = 9.484*7 = 66.39(kg)
Xem hệ thống rót chiếm 20% khối lợng vật đúc
Tổng khối lợng kim loại cần rót khuôn là : G (kg)
G = 1,2.m
G =79.67 (kg).
b) Chọn phơng pháp đúc:
Với vật đúc có khối lợng là 65,8 (kg) là vật đúc có kết cấu đơn giản nên
ta chọn phơng pháp đúc đơn giản trong khuôn cát , khuôn tơi làm khuôn
bằng tay. Với điều kiện sản xuất đơn chiếc mẫu là gỗ nên cấp chính xác của
vật đúc đạt đợc là cấp III.

- 3 -
- 4 -
ii thiết kế vật đúc

2.1 Chọn mặt phân khuôn phân mẫu
2.2 Xác định lợng d gia công cơ khí và dung sai đúc :
Lợng d gia công cơ khí là lợng kim loại đơc cắt gọt đi trong quá
trình gia công cơ khí để chi tiết đạt độ chính xác và độ bền bề mặt sau
khi đúc (lợng d tra bảng B7, B8 HĐTKD ):
Trong chi tiết này các mặt cần gia công cơ khí là đế 416 dầy 29
(mm). Tra bảng ta có
- Lợng d mặt trên 5 (mm)
- Lợng d mặt dới 4 (mm)
- Lợng d mặt bên 5 (mm)
Lng d thnh trong 8mm
-Khi chế tạo bao giờ cũng có lợng sai lệch kích thớc sai lệch này phụ thuộc
vào dạng sản xuất, lợng d gia công cơ.Theo bảng B3 (HDTKD) ta đợc lợng
d sai lệch kích thứơc của chi tiết là : 2,5

Theo bng B4(HDTKD) sai lch cho phộp v thnh v gõn khụng gia cụng
ca vt ỳc: 1,5
2.2 Xác định độ nghiờng thành bên:
Trong các thành bên của vật đúc ta thấy chỉ có thành ngoài cùng
có kích
- 4 -
- 5 -
thớc chiều cao là 188 (mm) là cần làm độ xiên vì thành này phải gia
công
cơ khí sau khi đúc. Tra bảng B10 (HDTKD) ta xác định góc xiên thành
là 0
0
45
Với phía trong của chi tiết co chiu cao là 20 mm thì có độ
nghiêng
thanh ngoài là1
0
30
2.4 Xác định góc lợng:
Do chi tiết đều có góc lợn sãn lên không cần tính góc lợn cho chi tiết nữa
2.5 Xác định lợng co bù
Vì khối lợng vật đúc trung bình (65,8kg) nên ta không cần xác định lợng
bù co
2.6 Thiết kế lõi và đầu gác lõi:
Với d = 52
l = 135
Vì
==
60
126

d
l
2,1 >1 nên ta tra theo bảngb15 ta xác định đợc h=35,h1= 20
Tra bảng B16 ta xác định đợc
s
1
= 0,15 (mm)
s
2
= 0.25 (mm)
s
3
= 2 (mm)
= 10
0
= 15
0
Trong đó :
s
1
: khoảng cách theo phơng thẳng đứng đầu gác lõi trên đến ổ gác
lõi.
s
2
: khoảng cách theo phơng ngang đầu gác lõi trên (trái, phải) đến
ổ gác lõi.
s
3
: khoảng cách theo phơng ngang đầu gác lõi dới (trái, phải) đến ổ
gác lõi

1
: góc nghiêng gác lõi dới

1
: góc nghiêng gác lõi trên

iii - thiết kế hệ thống rót- đậu hơi , đậu ngót
3.1 Chọn hệ thống rót đậu hơi , đậu ngót
Vì chiều sâu hốc khuôn nhỏ nên ta chọn hệ thống rót bên hông.
Chi tiết đúc bằng gang xám khối lợng trung bình nên không cần bố trí
đậu ngót ta chọn hệ thống rót nh hình vẽ.
- 5 -
- 6 -
3.2 Chọn loại và kích thớc hòm khuôn
Chọn hòm khuôn gang đúc kích thớc hòm khuôn tra bảng B28
(HDTKD)
a) Khoảng cách giữa mặt trên vật đúc và mặt trên hòm khuôn: a = 90
(mm)
b) Khoảng cách giữa mặt dới vật đúc và mặt dới hòm khuôn: b = 90
(mm)
c) Khoảng cách mặt bên vật đúc và thành hòm : c = 50
(mm)
d) Khoảng cách ống rót và thành hòm: d = 60
(mm)
đ) khoảng cách giữa các vật đúc: đ = 70
(mm)
e) Khoảng cách giữa vật đúc và rãnh lọc xỉ: e = 50
(mm)
Vậy kích thớc hòm khuôn là:

Chiều cao nả khuôn trên là : H
T
= a + h = 90 + 26 = 116 (mm)
Chiều cao nả khuôn dới là : H
D
= b + h
vđ
= 90 + 188 = 278 (mm)
Chiều dài hòm khuôn là: L = c + e + d + L
vđ
=50 + 50 + 60 + 416 =576 (mm)
Chiều rộng hòm khuôn là : B = 2c + B
vđ
= 2.50 + 416 = 516 (mm)
Chiều cao hòm khuôn là : H =H
T
+ H
D
=116 + 278 (mm)
Chn hũm khuụn tiờu chun:L=B=630, Ht=160, Hd=320
3.3.Tính toán kích thớc hệ thống rót (Tính theo giải tích):
Theo bảng B.19 (HDTKD)
Tiết diện một rãnh dẫn 1 ữ 1,5 (cm
2
)
Chiều dài một rãnh dẫn 35ữ 40 (mm)
Xác định thời gian rót kim loại

3
SGKT =

Trong đó
S : Chiều dày thành vật đúc.
G : Khối lợng vật đúc + hệ thống ngót, hơi.
K : Hệ số
K = 1,4 ữ 1,6

3
96,78.296,1=T

T = 21,09 (s)
Tốc độ dâng của kim loại lỏng trong khuôn đợc tính theo công thức

T
C
V =
Trong đó
C: Chiều cao vật đúc ở t thế rót (cm).
- 6 -
- 7 -
C = 21,4 (cm)
V =
09,21
4,21
= 1,01 (cm/s)
Tiết diện chỗ hẹp nhất của hệ thống rót:
tb
ht
G
F
à

.31,0
min
=
Trong đó:
G : khối lợng vật đúc + hệ thống rót (kg)
h
tb
:Cột áp thuỷ tĩnh trung bình của kim loại
à : Hệ số trở lực chung của khuôn.
à = 0,5

c
p
Hh
tb
2
2
0
=
Trong đó:
H
0
:áp suất thuỷ tĩnh ban đầu lớn nhất (cm).
p : Chiều cao vật đúc trên rãnh dẫn (cm)
c : Chiều cao vật đúc ở vị trí rót.

84,115
2104.2
6,2
116

2
2
2
===
c
p
Hh
Ttb
(cm)saiiii
(( htb=16- (3.2)^2/2*22=15.77cm

21,3
84,115.35,0.09,21.31,0
96,78
min
==F
(cm
2
)
Saiii Fmin=6.12cm^2
Chọn số rãnh dẫn là n = 4, và F
rd
= 1,2 (cm
2
)
F
rd
= 4.1,2 = 4,8 (cm
2
)

Theo tỉ lệ
F
rd
: F
lx
: F
ôr
= 1: 1,2 : 1,4
F
lx
= 4,8.1,2 = 5,76 (cm
2
)
F
ôr
= 3,6.1,4 = 8,064 (cm
2
)
Chọn tiết diện rãnh dẫn là hình thang thấp, tra bảng B21(HDTKD)
Với
F
rd
= 1,2 (cm
2
)
a = 31 mm), b = 29 (mm), h = 4 (mm)


- 7 -
4

29
31
- 8 -
Chọn tiết diện rãnh lọc xỉ là hình thang cao, tra bảng B21 (HDTKD)
F
lx
=
44,1
4
76,5
==

n
F
lx
(cm
2
)
F
lx
=1,6 (cm
2
)
a = 14(mm), b = 10 (mm), h = 14(mm)

Tính đờng kính ống rót.
603,1
14,3
064,8
===

ỏ
or
F
d
(cm)
D0r=2.986cm chon 32
Tra bảng B21 (HDTKD)
H = 70 (mm), D = 70 (mm), D
1
= 50 (mm), d = 20 (mm) .

- 8 -
14
10
14
ỉ70
ỉ50
70
R5
R5
- 9 -
iv - bản vẽ minh họa khuôn đúc

v - thiết kế mẫu v hộp lõi
5.1. Chọn vật liệu làm mẫu , hộp lõi
Tra bảng B26 (HDTKD)
Theo số lợng vật đúc, đặc điểm kết cấu ta chon mẫu là mầu gỗ loại th-
ờng
Chn hộp để chế tạo lõi giữa là hộp bổ đôi 2 nửa theo chiều cao của lõi.

5.2. Xác định hình dạng , kích thớc mẫu - hộp lõi
Hình dạng , kích thớc mẫu - hộp lõi đợc ghi trên bản vẽ mẫu và hộp lõi.
5.3. Bn v mu:
vi - chọ vật liệu và hỗn hợp làm khuôn, lõi.
6.1. Chọn vật liệu và hỗn hợp làm khuôn và lõi.
Tra bảng B29 (HDTKCND)
Chõn hỗn hợp làm khuôn là loại cát ao, khuôn tơi để đúc các vật đúc
gang có khối lợng nhỏ hơn 200 (kg). Với thành phần chất liệu nh sau:
Cát cũ: 45 ữ 47%
Cát đất sét mới: 21 ữ 51 %
- 9 -
- 10 -
Bột than: 3 ữ 5%
Mùn ca: 3 ữ 5%
Có thể dùng 1 ữ 2% nớc bã giấy làm chất kết dính.
Tính chất hỗn hợp:
Cỡ hạt: 0,16 ữ 0,2 (mm)
Lợng đất sét: 8 ữ 10%
Độ bền nén tơi đạt: 4 ữ 5%
Độ bền nén khô đạt: 4 ữ 5%
Độ thông khí đạt: 40 ữ70
6.2. Chọn vật liệu và hỗn hợp làm lõi:
Tra bảng B30 (HDTKCND)
Ta chọn đối với trờng hợp lõi có kết cấu đơn giản và kích thớc đủ lớn,
hỗn hợp làm lõi là hỗn hợp loại IV.
Thành phần hỗn hợp gồm :
Cát thạch anh: 93 ữ 59%
Đất sét: 7 ữ 1%
Cát cũ: 0 ữ 40%
Mùn ca: 0 ữ 2%

Chất kết dính là nớc bã giấy: 2 ữ3%
Tính chất hỗn hợp:
Lợng đất sét: 5 ữ 7%
Độ thông khí tơi: 70
Độ ẩm: 4 ữ 5%
Độ bền nén tơi: 1,5 ữ 2,5 (N/cm
2
)
Độ bền kéo khô: 20 ữ 30 (N/ cm
2
)
tính lực đè khuôn
7.1 Tính lực đẩy lên khuôn trên :
Theo công thức
P
đ
= V
Trong đó:
: Khối lợng riêng
Với kim loại = 7 (kg/dm
3
)
Với cát = 1,5 (kg/dm
3
)
V : Thể tích của vật áp lực
V = 8,93 dm
3
.
- 10 -

- 11 -
P
đ
= (
KL
-
cát
) = (7 - 1,5).8,93 = 49,15 (kg)
P
đ
= 49,15 (kg)
7.2.Tính lực đẩy lên lõi
P
L
= .V
L
.
trong đó
V
L
: Thể tích lõi chiếm chỗ trong kim loại
: Khối lợng riêng cảu kim loại lỏng .
V
L
6
2.26.10===
4
)80.(450 14,3
4
22

hD

(mm
3
)
V
L
= 2,26 (dm
3
)
P
L
= 7.2,26 =15,82 (kg)
7.3. Khối lợng cát và hòm khuôn trên :
G
cát trên
= V
cat trên
.
cát
.
Trong đó
G
cát trên
: Thể tích cát ở hòm khuôn trên

cát
: Khối lợng riêng của cát
Với
cát

= 1,5 (kg/dm
3
)
G
cát trên
= 49,15.1,5 = 73,73 (kg)
G
hòm trên
= 15%.G
cát trên
=
100
15
.73,73 = 11,06 (kg)
7.4. Lực đè khuôn
G =(P G
ht
).n
n = 1,3 ữ 1,4
P = P
đẩy hòm trên
+ P
đẩy lõi
= P
đ
+ P
L
= 15,82 + 49,15 = 64,97 (kg)
G
ht

= G
hòm trên
+ G
cát trên
= 11,06 + 73,73 = 84,79 (kg)
Lực đè khuôn : G = (64,97 - 84,79).1,3 = - 25.77 (kg)
Vậy không cần lực đè khuôn
viii - tính phối liệu
8.1. Thành phần vật liệu vật đúc và vật liệu kim loại:
Với mác gang cần đúc là GX 21- 40, theo bảng B.33 ta có thành phần
hóa học của gang nh sau: 3,3ữ3,5%C, 1,4ữ1,7%Si, 0,6ữ0,9%Mn,
<0,3%P, <0,15%S. Lấy giá trị trung bình của các thành phần này để tính
toán 2,2%Si, 0,65%Mn với tỉ lệ cháy hao đã cholà Mn=20%; Si=15%.
Với tỉ lệ cháy hao này cần nấu loại gang từ phôi liệu có đủ các thành
phần.
- 11 -
- 12 -
8.2. Tính toán phối liệu;
a)Tính cho 100 (kg):
Mác gang cần đúc là GX 21 40 tra bảng B33(HDTKCND) có thành
phần hoá học là 3,3ữ3,5%C, 1,4ữ1,7%Si, 0,6ữ0,9%Mn, <0,3%P, <0,15%S
,Ta lấy trị số trung bình của các thành phần này để tính toan, 3,6 %C, 2,2
%Si, 0,7 %Mn với tỷ lệ cháy hao đã cho ta nấu ra loại gang có thành phần
nh sau
%Si = 2,2.1,19 = 2,618
%Mn = 0,7.1,24 = 0,868
Theo bảng B34, B35 (HDTKCND) ta có thành phần hoá học của kim
loại là:
GD 1: 2,7 3,2%Si; 0,91 1,3%Mn
GD 2 : 1,2 1,7%Si; 0,91 1,3%Mn

Lấy trị số trung bình để tính toán.
Gang cũ II 1,8 2,2 %Si; 0,4 0,6%Mn
Kí hiệu A,B,C lần lợt là 3 điểm tơng ứng với thành phần (Si,Mn) ccủa
GĐ 1
GD 4 Gang cũ II ta có A(3,1,11), B(1,5;1,1), C( 2;0,5).
Nối các điểm A, B, C ta đợc tam giác ABC trên hệ toạ độ thành phần
(Si,Mn)
Gọi M là điểm biểu diễn phối liệu cần tính M(2,618;0,868). Thuộc
vùng5 , ta có

Mn
1,1 B A
M
0,5 C
1,5 2 3 Si
Thành phần các giai đoạn là;
Với
X = GD 1.
Y = GD 4.
Z = Gang cũ
- 12 -
- 13 -
Ta có





=
=

=






=++
=++
=++
67,38
2,13
73,87
868,0.1005,01,11,1
618,2.10025,13
100
Z
Y
X
ZYX
ZYX
ZYX

b) Tính cho một mẻ liệu:
Với đờng kính lò là 700 (mm) tra bảng B32(HDTKCND) ta xác định đ-
ợc
Năng suất lò là 2900 (kg/h)
Lợng than cốc cho một mẻ liệu là; 50 kg.
Lợng đá vôi là: 14 kg.
Tỷ lệ giữa than cốc và kim loại là: 16 17 %

Vậy lợng kim loại cần tính cho một mẻ liệu là:
M
Kl
= 50.
312.5=
16
100
(kg)
Vậy









==
==
==
120.63(kg)
100
312.5
41.25(kg)
100
312.5
274.16(kg)
100
312.5

67,38
2,13
73,87.
Z
Y
X
thuyết minh chỉ dẫn khác
9.1. Thuyết minh quy trình làm khuôn.
Đặt nửa mẫu dới và hòm khuôn dới lên tấm đỡ
Phủ một lớp cát lên bề mặt , sau đó phủ cát đệm lên trên lớp cát ao và
đầm cgặt theo theo từng lớp dày 20 40 mm gạt phẳng , xiên lỗ thoát hơi
Lật ngửa nửa hòm khuôn dới lên lắp cac phần trên của mẫu vào phần dới
Đặt nửa hòm khuôn trên lên hòm khuôn dới và định vị hai hòm khuôn
lắp hệ thống rót, hơi rắc cát phân cách 2 nửa , xiên lỗ thoát hơi, rút mẫu , ống
rót, phễu rót ra
Lật hòm khuôn trên lấy mẫu của hệ thống rót ra khỏi khuôn , sửa lại
lòng khuôn và mặt phân khuôn
Lấy mẫu ra khỏi hòm khuôn dới sửa lại lòng khuôn và một phần khuôn

9.2.Thuyết mịnh quy trình làm lõi :
Cho hỗn hợp làm lõi vào hốc lõi dầm chặt gạt phẳng xiên lỗ thoát hơi để
cho lõi khô.
Thao hộp lõi đặt lõi vào khay đỡ đem đi sấy khô
9.3.Các chỉ dẫn khác
- 13 -
- 14 -
tài liệu tham khảo
1, Thiết kế đúc - Nguyễn Xuân Bông
Phạm Quang Lộc
NXB Khoa học kỹ thuật

2, Bài tập môn học kỹ thuật chế tạo máy -Phần 2
PGS.TS Lê Cao Thăng
Bùi Ngọc Trân
Trờng ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

- 14 -