Nghiên cứu chế tạo bộ răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250 thay thế nhập ngoại phục vụ trong ngành khai thác mỏ

CTY CP CƠ KHÍ HÒN GAI-VINACOMIN








BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ RĂNG GẦU MÁY XÚC
THUỶ LỰC PC 1250 THAY THẾ NHẬP NGOẠI PHỤC VỤ
TRONG NGÀNH KHAI THÁC MỎ



CNĐT : NGUYỄN TIẾN THẮNG











9050

HÀ NỘI – 2011





1



DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH


Học và tên
Học hàm, học vị,
chuyên môn
Cơ quan
Vũ Hữu Bình
Đại học,
Kỹ sư chế tạo máy
Công ty CP Cơ khí Hòn gai -
Vinacomin
Nguyễn Tiến Thắng
Đại học,
Kỹ sư Đúc
Công ty CP Cơ khí Hòn gai -
Vinacomin
Nguyễn Văn Tâm
Đại học,

Kỹ sư Luyện kim
Công ty CP Cơ khí Hòn gai -
Vinacomin
Phạm Mạnh Hùng
Đại học,
Thạc sĩ chế tạo máy
Công ty CP Cơ khí Hòn gai -
Vinacomin
Cao Bá Dũng
Đại học,
Kỹ sư Vật liệu
Công ty CP Cơ khí Hòn gai -
Vinacomin






CƠ QUAN PHỐI HỢP THỰC HIỆN:
Công ty CP Than cao sơn






2
MỤC LỤC

Lời nói đầu
4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
5
1.1 Phương pháp nghiên cứu và mục tiêu của đề tài
5

1.1.1 Phương pháp nghiên cứu
5

1.1.2 Mục tiêu của đề tài
5
1.2
Thực trạng sử dụng Răng gàu máy xúc thuỷ lực PC 1250
5

1.2.1 Điều kiện làm việc
5

1.2.2 Thực trạng sử dụng
6
1.3
Nhu cầu sử dụng của khai thác mỏ Răng gàu máy xúc thuỷ lực
PC 1250
6
1.4
Tình hình nghiên cứu, sản xuất và cung cấp Răng gàu máy xúc

thuỷ lực PC 1250

7

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN VẬT LIỆU
8
2.1 Nghiên cứu vật liệu
8

2.1.1 Nghiên cứu tính chống mài mòn của thép
8

2.1.2 Những đặc tính cơ bản của thép hợp kim chịu mài mòn va đập.
9

2.1.3 Nghiên cứu các loại thép hợp kim chịu mài mòn va đập.
11

2.1.4 Lưạ chọn vật liệu chế tạo Răng gàu máy xúc thuỷ lực PC 1250
13
2.2
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của Thép Hợp kim
13

2.2.1 Ảnh hưởng của thành phần hoá học
13

2.2.2 Ảnh hưởng của công nghệ đúc
15

2.2.3 Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt
15

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
17
3.1
Sơ đồ tổng thể quy trình công nghệ chế tạo
17

3.1.1 Yêu cầu chung 17

3.1.2 Nội dung cơ bản của việc thiết lập QTCN 17

3.1.3 Sơ đồ tổng thể QTCN chế tạo 17
3.2
Công nghệ Đúc
19

3.2.1 Thiết kế Công nghệ Đúc
19

3

3.2.2 Công nghệ chế tạo khuôn Đúc
24
3.3
Công nghệ nấu luyện thép hợp kim chịu mài mòn va đập
26

3.3.1 Tính toán phối liệu nấu luyện.

26

3.3.2 Công nghệ nấu luyện và đúc rót.
30
3.4
Công nghệ nhiệt luyện thép hợp kim chịu mài mòn va đập
31

3.4.1 Xác định chế độ gia nhiệt
31

3.4.2 Thiết bị và đồ gá
32

3.4.3 Công nghệ nhiệt luyện.
33

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ CHẾ TẠO
34

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
37

TÀI LIỆU THAM KHẢO
38

PHỤ LỤC


Phụ lục 1: Biên bản nghiệm thu cấp cơ sở, phản biện

Phụ lục 2: Quyết định giao, Hợp đồng, Thuyết minh đề tài


Phụ lục 3: Kết quả phân tích thành phần hoá học và biểu đồ gia
nhiệt


Phụ lục 4: Biên bản kiểm tra chất lượng, biên bản đánh giá kết
quả chạy thử nghiệm.


Phụ lục 5: Hoá đơn bán hàng các loại răng gầu máy xúc thuỷ lực
cho các đơn vị khai thác mỏ.












4

LỜI NÓI ĐẦU

Các loại máy xúc chạy điện ( EKG 4,6, EKG 5A và 8И) nhập khẩu từ Liên
xô cũ đóng vai trò chủ đạo trong việc bốc xúc đất đá và than tại các khai trường
khai thác mỏ từ năm 2000 trở về trước. Từ năm 2000 đến nay sản lượng khai
thác tăng từ 10 triệu tấn/năm lên 45 triệu tấn/năm, điều kiện khai thác ngày càng
khó khăn ( hệ số bốc đất đá/than tăng từ
3/1 đến 7/1) dẫn đến các loại máy xúc
chạy điện không đáp ứng được yêu cầu sản xuất.Trước tình hình đó các đơn vị
khai thác mỏ đã nhập khẩu máy xúc thuỷ lực để phục vụ sản xuất .
Máy xúc thuỷ lực PC 1250 có dung tích gàu xúc 8 m
3
được các đơn vị khai
thác mỏ nhập khẩu về phục vụ việc bốc xúc đất đá trong khai thác than. Hiện tại
máy xúc PC 1250 là máy xuc thuỷ lực được ưa chuộng sử dụng nhất tại các đơn
vị khai thác mỏ.
Răng gàu là một chi tiết trong cụm gàu xúc, trong quá trình làm việc răng
gầu bị va đập và chà sát với đất đả dẫn đến bị mài mòn. Khi răng gầu mòn đến
giới hạn cho phép ph
ải thay thế răng gầu mới. Một số đơn vị cơ khí trong nước
bước đầu chế tạo răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250 cung cấp cho các đơn vị
khai thác mỏ nhưng chất lượng chưa đáp ứng được yêu cầu sử dụng. Xuất phát
từ tình hình đó các đơn vị khai thác mỏ đã nhập khẩu răng gầu để phục vụ sản
xuấ
t.
Đề tài NCKH: “ Nghiên cứu chế tạo bộ răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250
thay thế nhập ngoại phục vụ trong ngành khai thác mỏ” có ý nghĩa thực tiễn
phục vụ cho sản xuất. Việc nghiên cứu lựa chọn vật liệu, công nghệ chế tạo đạt
kết quả tốt sẽ áp dụng vào sản xuất chế tạo răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250
và các loại răng gầ
u máy xúc thuỷ lực khác cung cấp cho khai thác mỏ và các

ngành kinh tế góp phần tiết kiệm ngoại tệ, tạo việc làm và chủ động cho sản
xuất.
Trong báo cáo tổng kết này trình bày các nội dung nghiên cứu đã thực hiện và
các kết quả đạt được trong chế tạo .
Những người thực hiện đề tài xin chân thành cám ơn sự hợp tác của Công ty
than Cao Sơn, Đèo Nai, Cọc 6 đã góp nhiều công sức tạo điều ki
ện nghiên cứu,
đánh giá sản phẩm và sử dụng vào sản xuất sản phẩm của đề tài.

5
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
1.1.1 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu điều kiện làm việc và thực trạng sử dụng răng gầu máy xúc thuỷ
lực PC 1250 .
- Nghiên cứu những đặc tính cơ bản của thép chịu mài mòn va đập. Các loại thép
chịu mài mòn va đập.
- Lựa chọn vật liệu chế tạo răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250 .
- Nghiên cứu thành phần hoá học, các tính chất vật lý, cơ học và công nghệ thép
chịu mài mòn va đập .
- Nghiên c
ứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của thép chịu mài mòn va đập.
- Nghiên cứu lựa chọn các biện pháp công nghệ một cách tổng thể qua các công
đoạn: Thiết kế công nghệ đúc, công nghệ chế tạo khuôn đúc, công nghệ nấu
luyện, công nghệ nhiệt luyện.
- Kiểm tra, đánh giá các quá trình công nghệ chế tạo và các chỉ tiêu của vật liệu.
- Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế để

có kết luận
1.1.2 Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu lựa chọn được vật liệu thích hợp để chế tạo răng gầu máy xúc thuỷ
lực PC 1250 .
- Nghiên cứu lập các quy trình công nghệ chế tạo phù hợp với trang thiết bị công
nghệ hiện có tại Công ty Cổ phần Cơ khí Hòn gai để chế tạo răng gầu máy xúc
thuỷ lực PC 1250 .
- Mở rộng để chế tạo các loạ
i răng gầu máy xúc thuỷ lực hiện đang sử dụng
trong khai thác mỏ và các ngành kinh tế khác.

1.2 THỰC TRẠNG SỬ DỤNG RĂNG GÀU MÁY XÚC THUỶ LỰC PC 1250 .
1.2.1 Điều kiện làm việc:
Răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250 là chi tiết lắp ở gàu xúc. Trong quá trình
làm việc dưới tác dụng của lực xúc răng gầu bị va đập và chà sát với đất đá,
khoáng sản. Do sự va đập và chà sát với đất đá dẫn đến bị mài mòn, khi phần

6
mũi mòn của răng gầu mòn tới giới hạn không có tác dụng xúc phải thay răng
gầu mới .
1.2.2 Thực trạng sử dụng:
Răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250 các đơn vị khai thác mỏ nhập ngoại có
chất lượng sử dụng ổn định và đáp ứng yêu cầu sản xuất . Sản lượng xúc đất đá
trung bình cho 01 bộ (5 cái) với độ cứng đất đá f = 10-12 là 55.000-60.000 m
3
.
Răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250 các đơn vị cơ khí trong nước chế tạo có
chất lượng sử dụng thấp. Số liệu khảo sát tại Công ty than Cao sơn, Cọc saú,
Đèo nai thấy rằng:
- Răng gầu bị gãy ở vị trí tai để lắp chốt trong quá trình làm việc.

- Sản lượng xúc đất đá trung bình cho 01 bộ: 30.000-35.000 m
3
đất đá.
Răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250 chế tạo trong nước có chất lượng sử
dụng không đáp ứng được yêu cầu sản xuất do đó các đơn vị khai thác đã nhập
khẩu.
Chất lượng sử dụng hay tuổi thọ của Răng gầu máy xúc thuỷ lực (sản lượng
xúc đất đá cho 01 bộ ) phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Vật liệu chế tạo răng gầu: Thành phần Hợp kim, tổ chức kim loại phù hợp
với điều kiện làm việc
- Chất lượng vật đúc không có khuyết tật, tổ chức chắc đặc, hạt nhỏ mịn.
- Điề
u kiện sử dụng mà yếu tố chủ yếu là đặc điểm thổ nhưỡng, tải trọng va
đập lớn hay nhỏ và áp xuất tác dụng lên răng gầu cao hay thấp.

1.3 NHU CẦU SỬ DỤNG CỦA KHAI THÁC MỎ RĂNG GẦU MÁY XÚC
THUỶ LỰC PC 1250 VÀ CÁC LOẠI KHÁC.
Các đơn vị khai thác mỏ của TKV hiện nay đang sử dụng 20 máy xúc thuỷ
lực PC 1250 và 75 máy xúc thuỷ lực khác nhập khẩu từ Mỹ, Hàn quốc, Nhật
bản có dung tích gầu xúc từ 2-12 m
3
để bốc xúc đất đá và than trong sản xuất.
Các loại máy xúc thuỷ lực bao gồm: PC400-6; PC 750; CAT 365 BL; CAT
5090; CAT 320; CAT 1250…
Số liệu khảo sát tại các đơn vị khai thác mỏ sử dụng răng gàu máy xúc thuỷ
lực cho thấy mỗi năm trung bình một máy xúc sử dụng 20 bộ răng gầu. Một bộ
răng gầu: 05 cái, trọng lượng trung bình của 01 răng gầu: 35 kg. Tổng trọng

7
lượng răng gầu máy xúc thuỷ lực có nhu cầu 01 năm tại các đơn vị khai thác mỏ

là:
(95 máy x 20 bộ ) x (5 cái x 35 kg ) = 332.500 kg.
Như vậy để cung cấp cho các đơn vị khai thác mỏ hàng năm cần có khoảng
300 tấn sản phẩm răng gầu máy xúc thuỷ lực với giá trị khoảng 13-15 tỷ VNĐ.

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SẢN XUẤT VÀ CUNG CẤP
RĂNG GÀU MÁY XÚC THUỶ LỰC PC 1250.
Các đơn vị sản xuất cơ khí trong nước đã chế tạo răng gầu máy xúc thuỷ lực
PC 1250 và một số loại khác cung cấp cho khai thác mỏ từ năm 2000. Khảo sát
tại các đơn vị cơ khí đã và đang chế tạo răng gầu máy xúc thuỷ lực cung cấp cho
khai thác mỏ thấy rằng:
- Việc lựa chọn và khống chế thành ph
ần Hợp kim trên cơ sở thép Γ13 trong quá
trình sản xuất để chế tạo răng gầu máy xúc thuỷ lực chưa được khoa học và phù
hợp với điều kiện làm việc.
- Công nghệ đúc chưa áp dụng công nghệ tiên tiến để đáp ứng yêu cầu vật đúc
kết tinh có tổ chức nhỏ mịn.
- Công nghệ nhiệt luyện còn mang tính thủ công, chưa giám sát được các thông
số c
ủa quá trình nhiệt luyện dẫn đến tổ chức vật liệu kim loại không phù hợp.
Đối với các nước công nghiệp tiên tiến công nghệ chế tạo răng gầu được
nghiên cứu cơ bản và áp dụng rộng rãi trong sản xuất. Đây là những công nghệ
hoàn chỉnh từ khâu lựa chọn Hợp kim cho từng loại răng gầu làm việc trong các
điều kiện khác nhau, Nấu luyện Hợp kim,
Đúc, Nhiệt luyện. Các công đoạn này
được tiến hành trên những thiết bị công nghệ tiên tiến đảm bảo tính ổn định chất
lượng sản phẩm. Các loại răng gầu máy xúc thuỷ lực nhập khẩu có sản lượng
xúc trung bình 65.000 m
3
đất đá cho 01 bộ.

Tuy nhiên giá thành của răng gầu máy xúc thuỷ lực nhập khẩu rất cao
(2.200 USD/ tấn ) và không chủ động phục vụ cho sản xuất.





8
CHƯƠNG 2

LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO

2.1 NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU
2.1.1 Nghiên cứu tính chống mài mòn của thép
Các chi tiết máy bị mài mòn trong quá trình làm việc là do sự ma sát lẫn nhau
giữa chúng, do tác dụng của môi trường làm việc hoặc do sự mài sát của các hạt
cứng lên bề mặt của chi tiết. Cơ chế mài mòn trong các trường hợp khác nhau
cũng khác nhau.
Trong trường hợp bị mài mòn do ma sát, bề mặt kim loại chỗ tiếp giáp nhau bị
biến dạng dẻo và bóc đi từng phần một. Do vậy để nâng cao tính chống mài mòn
phả
i làm cho thép khó biến dạng dẻo bằng cách nâng cao độ cứng. Độ cứng kim
loại càng cao tính chống mài mòn càng lớn và tính chống mài mòn quyết định
bởi giá trị độ cứng. Tuy nhiên quy luật này chỉ đúng trong trường hợp Hợp kim
có tổ chức một pha. Trong trường hợp Hợp kim có hai hay nhiều pha tính chống
mài mòn vẫn có thể cao khi độ cứng không cao. Trong trường hợp độ cứng của
Hợp kim tuy thấp nhưng tính chống mài mòn vẫn đủ cao do bị
biến cứng mạnh
khi biến dạng dẻo trong quá trình làm việc. Sự bôi trơn các bề mặt ma sát trong
quá trình làm việc cũng nâng cao tính chống mài mòn.

Các loại thép và Hợp kim có tính chống mài mòn cao sử dụng trong công
nghiệp có 03 dạng sau:
- Thép có độ cứng cao và không có điểm mềm sau khi tôi như thép ổ bi. Ngoài ra
còn có thể dùng các loại thép khác để nâng cao độ cứng bề mặt bằng cách tôi bề
mặt, hoá- nhiệt luyện.
- Thép có độ cứng không cao nhưng tự biến cứng b
ề mặt trong quá trình làm
việc nên tính chống mài mòn rất cao. Đó là thép chịu mài mòn va đập.
- Thép có độ cứng thấp nhưng có khả năng tự bôi trơn:Thép có tổ chức Graphít.
Răng gầu máy xúc là chi tiết điển hình làm việc trong điều kiện ma sát dưới áp
lực lớn và chịu va đập. Vật liệu chế tạo yêu cầu phải tự biến cứng trong quá trình
làm việc để có tính chống mài mòn cao.



9
2.1.2 Những Đặc tính cơ bản của thép chịu mài mòn va đập.
2.1.2.1 Đặc tính cơ bản: Thép chịu mài mòn va đập có tên gọi chung là thép
Hafind là loại thép có tính chống mài mòn đặc biệt cao khi làm việc dưới tải
trọng va đập (dưới tải trọng của ứng xuất pháp ) có những đặc tính cơ bản sau:
- Là loại thép đúc có tổ chức Austenít chứa Các bon và Mangan cao, do có
nhiều Mn trong Hợp kim là nguyên tố mở rộng vùng γ trong giản đồ trạng thái
Fe-C theo hình 2.1.
- Có độ cứng thấp khoảng 200 HB và có độ dẻo cao.
- Khi làm việc bị ma sát dưới áp lực và chịu tải trọng va đập lớn bề mặt của
thép bị biến dạng dẻo và xảy ra các quá trình sau:
+ Biến cứng: Mạng tinh thể Austenít bị xô lệch và làm nhỏ tổ chức Blốc.
+ Tạo thành Máctenxít: Dưới tác dụng của ứng xuất cao một phần
Austenít chuyển biến thành Máctenxít và được gọi là Máctenxít biến dạng. Do
lượng chứa Các bon trong thép cao tới 13% nên độ cứng của Máctenxít tạo thành

rất cao. Kết quả là lớp chịu biến dạng dẻo và biến cứng có độ cứng cao tới 600
HB có tính chống mài mòn rất tốt. Trong quá trình làm việc lớp hoá bền này
không thể bị mất, lớp cũ bị mòn đi thì lớp mới bị biến dạng dẻo và biến cứng.
Đặc tính này thép Hafind tốt hơn hẳn các thép khác được tôi bề mặt hoặ
c Hoá-
Nhiệt luyện. Do đó thép Hafind làm việc được lâu dài trong điêù kiện bị mài
mòn dưới taỉ trọng va đập.
Tính chống mài mòn của thép Hafind đạt được giá trị cao nhất khi nó có tổ
chức một pha hoàn toàn là Austenít. Sau khi đúc ngoài tổ chức Austenít ra vẫn
còn có Cácbít Mangan tiết ra (do lượng Các bon và Mangan của thép cao). Muốn
Austenít hoá phải nung nóng thép đến 1050-1150
0
C để Cácbít hoà tan hết vào
Austenít rồi làm nguội nhanh trong nước và tổ chức Austenít được cố định lại
hoàn toàn ở nhiệt độ thường.






10
Q
Fe
ThÐp
δ
L
+δ
Β
F + P

(F +Xe) = P
(F)
α+γ
α
G
γ
NhiÖt ®é (oC)
δ+γ
gang
% C
Xª men tit (Xe),

Fe
3
C
P + Xe
II
P + Xe
II
+ (P +Xe)
γ +
Xe
II
γ + Xe
II
+ (γ +Xe)
Β
L
D
(γ + Xe)

+ Xe
I
(P + Xe) +Xe
I
F
K
C
(P +Xe)
(
γ
+Xe)
H×nh 1: Gi¶n ®å tr¹ng th¸i Fe-C








11
2.1.2.2 Yêu cầu thành phần hoá học, cơ tính của thép chịu mài mòn va đập.

Thành phần hoá học và cơ tính của thép chịu mài mòn va đập được nêu trong
bảng 2.1 và bảng 2.2

Bảng 2.1
Thành phần hoá học cơ bản của thép chịu mài mòn va đập (%).
C Si Mn P S

0,9-1,4 0,8-1,0 11,5-14,5 <0,10 <0,05


Bảng 2.2:
Yêu cầu về cơ tính của thépchịu mài mòn va đập
Rm
(Mpa)
R0,2
(Mpa)
A
(%)
Z
(%)
KCU
(J/cm2)
HB
654-830 360-380 34-53 34-43 260-350 186-229

2.1.3 Nghiên cứu các loại thép chịu mài mòn va đập.
2.1.3.1 Tiêu chuẩn Nga: Thép đúc Mangan cao chịu mài mòn va đập theo
tiêu chuẩn Nga được nêu theo bảng 2.3.

Bảng 2.3:
Thành phần hoá học của thép đúc Mangan cao chịu mài mòn
va đập theo
Γ
OCT 977-88(%)

M¸c thÐp C Si Mn P
<

S
<
Cr Ni V Nguyªn tè
kh¸c
110Γ13Л
110Γ13X2BPЛ
110Γ13ΦTЛ
130Γ14XMΦAЛ
120Γ10ΦЛ




0,9-1,5
0,9-1,5
0,9-1,3
1,2-1,4
0,9-1,4
0,3-1,0
0,3-1,0
0,4-0,9
<0,6
0,2-0,9
11,5-15,0
11,5-14,5
11,5-14,5
12,5-15,0
8,5-12
0,12
0,12

0,12
0,07
0,12
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
<1,0
1,0-2,0
-
1,0-1,5
<1,0
<1,0
<0,5
-
,1,0
<1,0
-
-
0,1-0,3
0,08-0,12
0,03-0,12
-
Nb0,08-0,12
Ti: 0,1-0,05
Nb0,25-0,5
T i<0,15
Nb <0,01
N <0.03

Cu <0,07

12
2.1.3.2 Tiêu chuẩn Nhật: Thép đúc Mangan cao chịu mài mòn va đập theo
tiêu chuẩn của Nhật theo bảng 2.4.
Bảng 2.4:
Thành phần hoá học của thép đúc Mangan cao chịu mài mòn
va đập của Nhật theo JIS G5131(1991)(%).
M¸c thÐp C Si
max
Mn Pmax S max Cr Nguyªn tè
kh¸c

SCMnH1 0,9-1,3 - 11-14 0,10 0,05 - -
SCMnH11 0,9-1,2 0,8 11-14 0,07 0,04 - -
SCMnH3 0,9-1,2 0,3-
0,8
11-14 0,05 0,035 - -
SCMnH11 0,9-1,3 0,8 11-14 0,07 0,04 1,5-2,5 -
SCMnH 21 1,0-1,35 0,8 11-14 0,07 0,04 2,0-3,0 V:0 ,4-0,7

2.1.3.3 Tiêu chuẩn Mỹ: Thép đúc Mangan cao chịu mài mòn va đập theo tiêu
chuẩn của Nhật theo bảng 2.5.
Bảng2.5:
Thành phần hoá học của thép đúc Man gan cao chịu mài mòn va
đập theo ASTM A 128/A128M-93 (%)

M¸c
thÐp
C Si(

%)
Mn(%) P(%) Ni(%) Cr(%) Mo(%)
Grade A 1,05-1,35 1,0 11,0 <0,07 -
“ B-1 0,9-1,05 1,0 11,5-14,0 <0,07 -
“ B-2 1,05-1,2 1,0 11,5-14,0 <0,07 -
“ B-3 1,12-1,28 1,0 11,5-14,0 <0,07 -
“ B-4 1,2-1,35 1,0 11,5-14,0 <0,07 -
“ C 1,05-1,35 1,0 11,5-14,0 <0,07 1,5-2,5
“ D 0,7-1,3 1,0 11,5-14,0 <0,07 3,0-4,0 -
“ E-1 0,7-1,3 1,0 11,5-14,0 <0,07 - 0,9-1,2
“ E-2 1,05-1,45 1,0 11,5-14,0 <0,07 - 1,8-2,1
“ F 1,05-1,35 1,0 6-8 <0,07 - 0,9-1,2


13
2.1.4 Lựa chọn vật liệu chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực PC 1250
.
Như đã nghiên cứu Thép đúc Mangan cao chịu mài mòn va đập có tổ chức
Austenít theo các tiêu chuẩn của Nga, Mỹ, Nhật có các đặc điểm sau:
- Có thành phần Hợp kim cơ bản : C: 0,9-1,4%; Mn: 6-15%; Si: 0,3-1%; Pmax:
0,12%; Smax: 0,05%.
- Một số mác đặc biệt theo tiêu chuẩn Mỹ, Nhật có các nguyên tố Hợp kim: Ni,
Cr, Mo, V.
Răng gàu máy xúc thuỷ lực PC 1250 làm việc trong điều kiện chịu mài mòn
va đập với độ cứng đất đá f=10-12 lựa chọn thành phầ
n vật liệu chế tạo theo
mác 110Γ13Л ( theo tiêu chuẩn Nga) được thể hiện theo bảng 2.6.

Bảng 2.6:
Thành phần hoá học của thép đúc Man gan cao chịu mài mòn

va đập để chế tạo răng gầu PC 1250(%).

C Si Mn P S Cr Ni
0,9-1,5 0,3-1,0 11,5-15,0 <0,12 <0,05 <1,0 <1,0

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA THÉP HỢP KIM
2.2.1 Ảnh hưởng của thành phần hoá học .
Ảnh hưởng của thành phần hoá học đến tính chất của thép và gang được biểu
thị ở giản đồ trạng thái Sắt – Các bon ứng dụng theo hình 2.2. Đường chấm đứt
là đường giản đồ ứng dụng cho Hợp kim nhiều nguyên tố. Khi đưa các nguyên tố
Hợp kim vào Hợp kim Fe- C sẽ làm thay đổi nhiệt độ chuyển pha thù hình của
Fe, nhiệt độ các phản ứ
ng cùng tinh, cùng tích. Một số nguyên tố tác dụng với
Các bon tạo ra Các bít. Chúng tương tác với nhau hoặc với Fe tạo ra các pha
trung gian, các pha liên kết kim loại. Các nguyên tố tạo ra Các bít tăng dần như
sau được xếp theo thứ tự tăng dần như sau: Fe, Mn, Cr, Mo, W, Nb, Ti. Niken
không có khả năng kết hợp với Các bon trong Sắt tạo thành Các bít mà chỉ ở
dưới dạng dung dịch rắn với Fe.


14
Hình 2:
Giản đồ Sắt - Cacbon ứng dụng trong điều kiện thực tế
đối với vật đúc bằng thép cacbon và thép hợp kim thấp
N
Nhiệt độ ( C)
0
0
0
0

Đuờng giản đồ thực tế ứng dụng cho vật đúc

Đuờng giản đồ bình thuờng

H- 1494 C, C-0,07%; J-1494 C, C- 0,18%
B- 1494 C, C- 0,51%; N-1394 C, C- 0,07%
Hàm luợng C, %
0
O
J
B
H
H'

Cỏc nguyờn t Hp kim a vo thộp lm nõng cao bn. trng thỏi c
tớnh ca chỳng khụng khỏc my so vi thộp Cỏc bon. S ci thin tớnh cht l do
cỏc nguyờn t Hp kim nh hng n tớnh cht ca Ferit, phõn tỏn ca pha
Cỏc bớt, tớnh bn vng ca Mỏctenxit khi ram, thm tụi v kớch thc ht. Cỏc
nguyờn t Hp kim khi ho tan vo Ferits hoỏ bn nú. Si, Mn, Ni l cỏc nguyờn
tcú mng tinh th khỏc vi mng tinh th ca Fenờn chỳng cú tỏc dng lm
tng c
ng ca Ferit khi thng hoỏ hoc lm ngui chm.
Cỏc bon trong thộp kt cu lm tng lng Xờmentit. Do vy tng Cỏc bon thỡ
bn, cng tng cn do v dai gim. trong thộp Hp kim khi hm
lng Cỏc bon tng, nh hng ca pha Cỏc bớt c tng cng nờn lm tng
mnh cng v gii hn bn sau tụi. phõn tỏn ca pha Cỏc bớt c quyt
nh bi ch nhit luyn v thnh phn c
a thộp.

15

Phốt pho và Lưu huỳnh là các tạp chất có hại đến cơ tính của thép, nó làm
giảm độ bền, độ dai, tăng khả năng nứt nóng cho vật đúc.
2.2.2 Ảnh hưởng của công nghệ đúc
.
Chất lượng vật đúc tuỳ thuộc vào phương pháp công nghệ để đúc ra vật đúc
đó. Trong sản xuất đúc ngoài phương pháp đúc bằng khuôn cát còn sử dụng các
phương pháp đúc khác như: Đúc bằng khuôn kim loại, đúc ly tâm, đúc bằng
khuôn mẫu chảy… Công nghệ đúc hợp lý làm cho vật đúc kết tinh đồng đều, tổ
chức hạt nhỏ mịn và không có các khuyết tật đúc.
Điều đó thuận lợi cho công
nghệ nhiệt luyện tiếp theo, quá trình nung nóng và làm nguội sẽ ít gây ứng xuất
dẫn đến nứt sản phẩm. Thiết kế đúc còn tạo điều kiện thuận tiện cho việc cắt đậu
ngót và làm sạch khi chọn kích thước đậu ngót tối ưư và hỗn hợp chế tạo khuôn
đảm bảo.
Các biện pháp công nghệ có tác động quyết định đến chấ
t lượng của chi tiết.
Vị trí vật đúc khi rót quyết định cách thức đông đặc, đẫn đến khả năng bù ngót
tốt hay xấu. Chi tiết khi rót ở trạng thái đứng sẽ tạo điêù kiện cho vật đúc đông
đặc có hướng từ dưới lên. Đậu ngót sẽ là nơi đông đặc cuối cùng và làm nhiệm
vụ bổ ngót cho vật đúc. Trong trường hợp không cho phép rót đứng thì mới rót ở
v
ị trí nằm, quá trình đông đặc sẽ đồng thời trên toàn chi tiết. Do vậy với từng chi
tiết cụ thể ta chọn công nghệ cho phù hợp.
Hệ thống rót phân tầng là hợp lý nhất khi vật đúc rót ở trạng thái đứng vì
dòng chảy êm, tạo đông đặc có hướng. Tuy nhiên hệ thống rót kiểu này khó lọc
xỉ, do vậy phải sử dụng nồi rót có vách ngăn xỉ hoặc cào sạch xỉ trước khi rót
khuôn.
Tuỳ theo vật liệu chế tạo, hình dáng kích thước của chi tiết và các yêu cầu
khác để lựa chọn phương pháp công nghệ đúc cho phù hợp đảm bảo chất lượng
vật đúc và có hiệu quả kinh tế trong sản xuất .

2.2.3 Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt
Nhiệt luyện là một phần công nghệ quan trọng quyết định đến tính chất cơ
học của các loại Hợp kim. Kh
ả năng làm việc của các chi tiết máy ngoài các yếu
tố vật liệu, chất lượng vật đúc còn phụ thuộc vào chế độ nhiệt luyện. Tuỳ theo
vật liệu chế tạo, hình dáng kích thước của chi tiết và phương pháp đúc mà lựa
chọn chế độ nhiệt luyện phù hợp để đạt được cơ tính vật liệu theo yêu cầu.

16
Các chế độ nhiệt luyện bao gồm: Ủ, Thường hoá, Tôi, Ram…Các quá trình
sử lý nhiệt đều phải qua các bước: Gia nhiệt nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội.
Phải nghiên cứu để thực hiện các nguyên công cho phù hợp với mỗi loại Hợp
kim, thành dày và độ phức tạp của từng chi tiết . Nếu thực hiện không đúng quá
trình nhiệt luyện sẽ gây nứt vỡ hoặc dẫn đến cơ tính của vật li
ệu không đảm bảo.
Chế độ nâng nhiệt của các quá trình nhiệt luyện đều có nhiệm vụ đưa tổ chức
ban đầu về Austenít và tạo ra cấu trúc có tổ chức nhỏ hạt. Với Thép Hafind quá
trình nâng nhiệt còn có nhiệm vụ hoà tan Cácbít Mangan vào Austenít. Chế độ
nâng nhiệt của thép Hafind cần chậm vì độ truyền nhiệt của vật liệu kém, dễ gây
ra nứt do ứng xuất khi nung.
Thời gian giữ nhiệt của các nguyên công nhiệ
t luyện cần hợp lý, đẩm bảo
thấu nhiệt cho toàn bộ chi tiết và hòan thành quá trình biến đổi pha, nhưng cũng
không được quá dài vì sẽ làm thô hạt và thoát Các bon bề mặt của thép.
Chế độ làm nguội sau khi nung của quá trình nhiệt luyện cũng rất phức tạp
và phụ thuộc vào chế độ nhiệt luyện đã chọn. Nó bao gồm các chế độ làm nguội
chậm theo lò, nguội ngoài không khí, nguôị trong môi trường dầu, nguội trong
môi tr
ường nước. Mỗi chế độ làm nguội cho ta cơ tính khác nhau. Vì vậy với
mỗi loại chi tiết phải chọn chế độ làm nguội phù hợp mới đạt được khả năng làm

việc mong muốn.













17
CHƯƠNG 3
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

3.1 SƠ ĐỒ TỔNG THỂ QTCN CHẾ TẠO
3.1.1 Yêu cầu chung
Chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực PC 1250 liên quan đến nhiều lĩnh vực
công nghệ như: Thiết kế công nghệ Đúc, Chế tạo khuôn, Nấu luyện, Nhiệt luyện.
Để có một công nghệ tối ưu thì QTCN phải thỏa mãn các yêu cầu:
- Đảm bảo độ chính xác kích thước hình học của các chi tiết .
- Đảm bảo các yêu cầu thành phần hoá học và cơ tính của vật liệu chế tạo.
- Công nghệ chế tạo phải phù hợp với thiết bị công nghệ hiện có taị Công ty CP
Cơ khí Hòn gai - Vinacomin.
- Đảm bảo năng suất lao động, chất lượng sử dụng và giá bán phù hợp được
khách hàng chấp nhận.
3.1.2 Nội dung cơ bản của việc thiết lập QTCN

- Căn cứ vào điều kiện làm việc của chi tiết để phân tích các yêu cầu kỹ thuật,
lựa chọn phương án công ngh
ệ đúc hợp lý để đảm bảo chất lượng.
- Xây dựng sơ đồ tổng thể QTCN chế tạo .
- Thiết kế công nghệ Đúc.
- Lập các QTCN: Chế tạo khuôn đúc, Nấu luyện hợp kim, Đúc rót, Nhiệt luyện.
3.1.3 Sơ đồ tổng thể QTCN chế tạo
.
Sơ đồ tổng thể QTCN chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực PC 1250 được thể
hiện theo hình 3.1











18

Hỡnh 3.1:
S tng th QTCN ch to rng gu mỏy xỳc thu lc PC 1250.
Chuẩn bị nguyên vật liệu
để nấu hợp kim
Kiểm tra

Xuất xởng
Lắp ráp khuôn đúc
Lấy vật đúc ra khỏi khuôn
và làm sạch
Cân liệu theo tính toán
phối liệu
Chế tạo khuôn, ruột
Chế tạo bộ mẫu và hòm
khuôn
Thiết kế công nghệ Đúc
Nấu luyện hợp kim
Nhiệt luyện
Mài sửa, hoàn chỉnh sản
phẩm
Sơn, sấy khuôn và ruộtRót khuôn

19
3.2 CÔNG NGHỆ ĐÚC
3.2.1 Thiết kế công nghệ đúc
3.2.1.1 Phân tích kết cấu của chi tiết.
Bản vẽ chi tiết Răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250 được thể hiện theo hình
3.2
- Trọng lượng Răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250: 48 kg

- Chi tiết được sử dụng ở dạng thô không qua gia công cơ khí, các kích thước
của răng gầu để lắp với lợi gầu yêu cầu chính xác do đó thiết kế công nghệ đúc
phải l
ựa chọn phương án công nghệ tối ưu.
- Chi tiết có kết cấu phức tạp, có chiều dày thành vật đúc không đồng đều, rất dễ
xảy ra khuyết tật co ngót trong vật đúc. Yêu cầu thiết kế công nghệ phải đảm bảo
vật đúc đông đặc có hướng.
3.2.1.2 Thiết kế Công nghệ đúc.
Bản vẽ Thiết kế công nghệ đúc Răng gầu máy xúc thuỷ
lực PC 1250 được
thể hiện theo hình 3.3
+ Tính toán hệ thống rót.
- Thời gian rót: Thời gian rót được xác định theo công thức sau:
t = S
3
gG
Trong đó:
g: Chiều dày trung bình của vật đúc (mm).
G: Khối lượng vật đúc tính cả hệ thống rót ngót (kg).
S: Hệ số phụ thuộc vào cách dẫn kim loại và độ chảy loãng của Hợp kim.
Theo thiết kế công nghệ đúc có g = 50 mm; G = 48 + 24 = 72 kg.
Theo bảng 34 – trang 135 – Sách thiết kế công nghệ đúc chọn S = 1,4.
Thay số vào công thức ta có t = 21 giây.
- Tốc độ dâng của kim loại lỏng trong khuôn: Tốc độ dâng của kim loại lỏng
trong khuôn xác định theo công th
ức:

H
V =
t

Trong đó:
C: Chiều cao từ điểm thấp nhất đến điểm cao nhất theo vị trí rót (cm).

20
Hình 3.2 Bản vẽ chi tiết Răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250
±
±
±
±
±
±
± 1

21
±
H1
H2
±
R
R
± 1
RANG G?U PC1250

THI?T K?
CÔNG NGH? ĐÚC
RANG G?U PC1250

Hình 3.3 Bản vẽ Thiết kế công nghệ đúc Răng gầu máy xúc thuỷ lực PC 1250

t: Thời gian rót (giây).

Theo thiết kế công nghệ có C = 19,5 cm; t = 21 giây.
Thay số vào công thức ta có V = 0,93 cm/giây.
Với tốc độ dâng kim loại là 0,93 cm/giây lớn hơn trị số tốc độ dâng kim loại
cho phép bé nhất(0,8 cm/giây) theo bảng 35-trang 136 – Sách thiết kế công nghệ
đúc.
- Tính tiết diện rãnh dẫn: Tiết diện rãnh dẫn được tính theo công thức :

G
F
d
=
0,31 . µ
h
tb
. t
Trong đó:
G: Khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót ngót (kg)
t: Thời gian rót (giây)
µ : Hệ số trở lực chung của khuôn
h
tb
: Cột áp suất thủy tĩnh trung bình của kim loại

P
2

h
tb
= Ho -

2C
Ho: áp suất thủy tĩnh ban đầu lớn nhất (cm)
P: Chiều cao vật đúc trên rãnh dẫn (cm)
C: Chiều cao vật đúc ở vị trí khi rót (cm)
Theo sơ đồ vị trí vật đúc trong khuôn theo hình 3.4 :
Ho = 33,5 cm;
P = 13,5 cm;
C =19,5 cm.
Chọn hệ số trở lực chung của khuôn khi rót thép trong khuôn khô µ =0,38
(Bảng 36 –trang 137- sách Thiết kế công nghệ đúc)






23
P= 135 mm
H0 = 335 mm
C=195 mm

24
Thay số vào công thức ta có: Fd = 5,429 cm
2
.
Tổng tiết diện rãnh dẫn: 543 mm
2
.
Số lượng rãnh dẫn theo thiết kế: 02
Tiết diện 01 rãnh dẫn: 272 mm
2
.
Kích thước 01 rãnh dẫn: 8 x34 mm.
Tiết diện ống rót: Fr/ Fd >2. Chọn Fr = 2,3 Fd = 2,3.543 =1.249 mm
2

Kích thước ống rót có tiết diện chữ nhật là: 35 x 35 mm.
+ Tính toán hệ thống ngót, vật làm nguội.
- Đậu ngót đặt ở vị trí nút nhiệt có thành vật đúc dày nhất. Số lượng 01 cái có
kích thước theo thiết kế công nghệ.
- Vật làm nguội đặt ở vị trí đối diện với đậu ngót có kích thước theo thiết kế
công nghệ.
3.2.2 Công nghệ chế tạo khuôn đúc.
3.2.2.1 Chế tạo mẫu, hộp ruộ
t.
- Mẫu và hộp ruột được chế tạo bằng gỗ. Lượng bù co tính 2%.
- Mẫu chế tạo theo phương pháp tấm mẫu
- Hộp ruột chế tạo gồm 2 nửa đôí xứng qua mặt phân khuôn.
3.2.2.2 Chế tạo khuôn đúc.
* Hỗn hợp làm khuôn.
Khuôn đúc và ruột được chế tạo bằng hỗn hợp làm khuôn Cát- Thuỷ tinh lỏng,
đông cứng nhanh bằng CO2. Thành phần hỗn hợp làm khuôn như
sau (Theo
trọng lượng):
+ Cát trắng Vân hải: 94-95%.
(SiO2 > 98%; Cỡ hạt 016- 02; độ ẩm <0,05- 0,1%; không lẫn tạp chất)
+ Thuỷ tinh lỏng: 5- 6%.
( Mođun: SiO2/ Na2O = 2,5 – 2,3; G = 1,48 -1,52 g/cm
3
).
Hỗn hợp được tiến hành trộn bằng máy trộn hỗn hợp làm khuôn.
* Chế tạo khuôn.
+ Chế tạo nửa khuôn trên và dưới.
- Dùng giẻ khô lau sạch mẫu đã được gắn trên bàn máp.
- Đặt hòm khuôn tháo rời vào vị trí tấm mẫu gắn trên bàn máp.
- Đặt vật làm nguội vào vị trí ở nửa hòm khuôn dưới.