đồ án tốt nghiệp xây dựng và triển khai quy trình sản xuất đúc một chi tiết cụ thể tại trung tâm đúc- viên công nghệ

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc

MỤC LỤC

Số
mục
Nội dung Trang
I.1
I.2
II.1
II.2
II.3
II.3.1
II.3.2
II.3.3
Lời nói đầu
Lời cảm ơn
Phần một
TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TẠI TRUNG TÂM ĐÚC
VIỆN CÔNG NGHỆ
Sơ đồ làm việc của trung tõm
Sơ đồ mặt bằng trung tõm
Phần hai
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
Giới thiệu chi tiết răng gầu xúc
Khái quát về thép làm Răng gầu xúc
Cơ sở thiết kế công nghệ đúc
Cơ sở thiết kế chung
Cơ sở thiết kế khuôn
Cơ sở nấu luyện

3
6
7
8
9
9
12
12
15
34
1 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
III.1
III.2
III.3
III.3.1
III.3.2
III.4
III.4.1
III.4.2
III.4.3
III.4.4
III.5
III.5.1

III.5.2
Phần ba
THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CHO CHI TIẾT ĐÚC
RĂNGN GẦU XÚC
Phân tích vật đúc
Xác định phương pháp đúc
Phương án công nghệ
Xác định mặt phõn khuôn
Qui trình công nghệ
Quá trình nấu luyện
Thiết bị nấu
Trình tự thao tác nạp liệu
Nồi rót và rút khuụn
Nấu mỏc thộp Mn 13Đ
Kiểm tra và làm sạch
Vật đúc và dỡ khuụn
Chế độ nhiệt luyện cho vật đúc
Tài liệutham khảo
39
41
41
41
42
53
53
54
56
57
60
60

61
63
Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghió Việt Nam
2 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Độc Lập -Tự Do -Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Nhúm sinh viên : Lê Đình Duy
Nguyễn Đình Đạo
Vũ Thành KiêN
Nguyễn Thành Hiếu
Lớp : CNVL4
Khoa : Khoa Học Và Công Nghệ Vật Liệu
Nhiệm vụ :
Xõy dựng và triển khai quy trình sản xuất đúc một chi tiết cụ thể tại :
Trung Tõm Đúc-Viện Công Nghệ-Tổng Công Ty Máy Động Lực Và Máy Nông
Nghiệp-Bộ Công Nghiệp .
Các số liệu ban đàu :
-Đối tương :Răng Gầu Xúc - Mắt Thép Mn13Đ.
-Nguyên liệu và trang thiết bị : Theo điều kiện thực tế sản xuất tại
Trung Tõm Đúc-Viện Công Nghệ-Tổng Công Ty Máy Động Lực Và Máy Nông
Nghiệp-Bộ Công Nghiệp .
Nội dung các phần :
*Lý thuyết :

-Giới Thiệu các phương pháp Đúc
-Vật liệu và Công Nghệ khuôn cát
-Hợp kim Đúc và Công Nghệ nấu luyện
-Kiếm tra, đánh giá sản phẩm Đúc
-Các dạng khuyết tật thường gặp
*Thực nghiệm :
-Theo quy trình sản xuất đã xõy dựng
Các bản vẽ và đồ thị : Theo yêu cầu thực tế
Cán bộ hướng dẫn : -Cho điểm và đánh giá :TS Đào Hồng Bách
-Hướng dẫn thực nghiệm : Cô Trần Thị Thanh Mai
Ngày giao nhiện vụ :
Ngày hoàn thành nhiệm vụ :
3 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành đúc là một ngành sản xuất chế tạo phôi cho hầu hết các ngành công
nghiệp trong thời đại ngày nay: từ một ngành truyền thống, ngành đúc đang
trở thành một ngành công nghệ vật liệu chủ chốt, một ngành công nghiệp
hiện đại bao hàm tính khoa học và tính thực tiễn rất cao.
Ngành đúc đã tiếp thu được những thành tựu mới nhất của khoa học và
công nghệ vật liệu, áp dụng hiệu quả các ưu việt của các lĩnh vực toán tin
học, tự động hóa cũng như các lĩnh vực vật lý, hóa học và cơ học để tạo ra
các vật phẩm, phôi có chất lượng cao về mặt hợp kim đúc, lẫn công nghệ tạo
hình nhằm đảm bảo cơ - lý tính cũng như các tính năng làm việc cao, có độ

chính xác về hình dạng và kích thước, Ýt phải gia công cơ khí, có hiệu quả
kỹ thuật và kinh tế cao và đáp ứng các yêu cầu về cung cấp phôi cũng như
vật phẩm cho các ngành công nghiệp.
Hợp kim đúc là phần quan trọng cấu thành sản phẩm đúc. Chất lượng hợp
kim là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm. Đối với hợp kim đúc gang –
bao gồm gang xám grafit tấm, gang cầu, gang dẻo, ngoài ra còn có gang
trắng và gang biến trắng. Tính chất nổi trội của gang là có tính chất chịu va
đập, chịu nhiệt cao, chịu mài mòn tốt trong điều kiện không được bôi trơn
đầy đủ, có cơ tính thỏa mãn và đặc biệt có tính đúc và hiệu quả kinh tế cao.
Nhưng ngày nay trên thế giới ở các nước phát triển và đang phát triển
đang có xu thế phát triển các loại hợp kim chất lượng cao, hiệu quả kinh tế
lớn để thay thế các hợp kim đúc chất lượng thấp hoặc hiệu quả kinh tế không
cao. Cụ thể là: các hợp kim có cơ tính thấp (gang xám) hoặc hiệu quả kinh tế
không cao (gang dẻo, ) có sản lượng ngày càng giảm; để thay thế người ta
4 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
sử dụng gang cầu và hợp kim nhôm. Các nước phát triển rất mạnh gang cầu
như Hà Lan, Aó, Pháp, Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, và Đức (từ 28 đến 47% trọng
lượng hợp kim đúc trong năm 2003).
Ở Việt nam, ngành đúc còn non trẻ, chưa phát triển. Theo số liệu ước tính
chưa chính xác, sản lượng vật phẩm đúc hiện tại của ta mới chỉ đạt khoảng
400.000-500.000 tấn/năm. Nếu căn cứ vào nghị quyết của Đảng năm 2020,
nước ta phải trở thành một nước công nghiệp thì sản lượng đúc phải đạt tới
khoảng 3.000.000 tới 4.000.000 tấn vật đúc/năm, tức phải tăng gấp 10 lần

sản lượng đúc hiện tại.
Để phục vụ đắc lực nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt ngành chế tạo máy
sẽ phải đầu tư nhiều xí nghiệp và xưởng đúc mới trên cơ sở tiếp tục nhập các
dây chuyền thiết bị công nghệ đủ sức cạnh tranh và phải tính khuynh hướng
phát triển vật liệu, hợp kim và thiết bị đúc (để nấu gang, cần chú ý lò đúc gió
nóng, và nấu liên hợp lò đứng- lò điện cảm ứng) trong phương pháp tạo hình
cần phát triển phương pháp cát - nhựa furan, đồng thời mở rộng việc áp
dụng chất dính nhựa theo phương pháp hộp nguội và hộp nóng, đồng thời
phát triển các phương pháp đặc biệt cho sản xuất hàng loạt các chi tiết bằng
gang, thép theo xu hướng đang thay đổi trên thế giới đảm bảo hội nhập và đi
thẳng vào kỹ thuật cao nhất ở các lĩnh vực tiên tiến, mang lại hiệu quả kinh
tế.
Mặt khác, phải hết sức tập trung đào tạo nhân lực chất lượng cao, đủ sức
vận hành và sử dụng có hiệu quả nhất các đây chuyền thiết bị và công nghệ
ngoại nhập, biết sử dụng công nghệ tiên tiến trong điều kiện Việt nam và
phát huy sáng tạo để có thể cạnh tranh với các nước đã xuất thiết bị và công
nghệ.
5 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
Tại trung tâm Đúc-Viện Công nghệ ( Ngõ 25 Vò Ngọc Phan- Láng Hạ- Hà
Nội), vừa sản xuất những chi tiết máy móc theo đơn đặt hàng của các công
ty
nhà máy lớn, vừa làm nghiên cứu khoa học và các công trình nghiên cứu
công nghệ đúc mới với những vật liệu mới. Hiện tại trung tâm đang đẩy

mạnh việc tự động hoá sản xuất, lắp ráp những thiết bị máy móc hiện đại,
làm tăng năng suất trong quá trình sản xuất đúc.
Trên cơ sở đó chúng em chọn “ Công nghệ đúc chi tiết Răng gầu xúc”
để làm đề tài tốt nghiệp.
Đề tài gồm 3 phần .
Phần một : Tình hình sản xuất đúc tại trung tâm
Phần hai : Khảo sát công nghệ sản xuất đúc chi tiết Răng gầu xúc.
Phần ba : Cơ sở lý thuyết để lựa chọn công nghệ.

6 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
Lời Cảm ơn
Sau gần 3 năm học tập tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội,
chúng em đó tớch luỹ được một số lượng kiến thức nhất định để chuẩn bị
cho thời gian thực tập. Với sự giới thiệu của nhà trường mà chúng em được
học tập và thực hành tại Viện Công Nghệ ( Ngõ 25 Vũ Ngọc Phan – Láng hạ
– Hà nội ) để làm ra bản đồ án ngày hôm nay. Chúng em vô cùng cảm ơn
TS: Đào Hồng Bách, các thầy cô bộ môn cùng với ban lãnh đạo và cỏc cụ
chỳ, anh chị trong Viện công nghệ đã tận tình giúp đỡ để chúng em hoàn
thành cuốn đồ án này. Tuy cuốn đồ án đã hoàn thành nhưng vẫn còn nhiều
thiếu sót, vì vậy rất mong sự giúp đỡ của các thầy cô để cuốn đồ án của
chúng em được đầy đủ và chính xác hơn, và có được những kiến thức thực
tế nhất sau khi tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên làm thực tập:
1 Lê Đình Duy
2 Vũ Thành Kiên
3 Nguyễn Đình Đạo
4 Nguyễn Thanh Hiếu
7 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
PHẦN I
TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TẠI TRUNG TÂM ĐÚC - VIỆN CÔNG NGHỆ

- Sơ đồ làm việc của trung tâm.

- Bộ phận quản lý gồm: 01 giám đốc, 02 phó giám đốc cùng 30 kỹ sư
và công nhân, đều tham gia vào trong quá trình sản xuất.
- Tình hình tại trung tâm sản xuất ra rất nhiều loại sản phẩm chủ yếu,
làm các chi tiết máy móc theo đơn đặt hàng của các nhà máy đòi hỏi chất
lượng sản phẩm tốt và bền đẹp.
- Các công nghệ đúc chính được thực hiện trong trung tâm là đúc bằng
khuôn cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn bằng CO
2
, khuôn cát đất sét (khuôn tươi)
và khuôn mẫu cháy.
- Mặt bằng trung tâm đúc khoảng 1000 m
2

.
8 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Ban giám đốc
Ban
kế hoạch
Phòng
thiết kế
Ban
luyện kim
Ban
nhiệt luyện
Tổ lò Tổ khuôn Tổ làm sạch
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
Hình 1: Sơ đồ trung tâm đúc.
Cöa
Cöa
Cöa
Kho phÕ liÖu
Cöa
Khu vùc rãt
Khu vùc
lµm khu«n
c¸t
K

h
u

v
ù
c

l
µ
m

s
¹
c
h
Khu vùc c¸t
Kho phÕ liÖu
Kho mÉu
Khu vùc c¸t
Kho hßm khu«n
§óc khu«n
mÉu ch¸y
Khu vùc lß
PHẦN II.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

II.1 Răng gầu xúc.
9 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình

Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
Răng gầu xúc là chi tiết không thể thiếu của máy xúc, vỡ nú là chi tiết làm
việc chính của máy xúc.
Để tăng năng xuất cho việc khai thác các mỏ quặng, mỏ đá, mỏ than …thỡ
đòì hỏi sản xuất ra chi tiết với số lượng nhiều, chi tiết bền đẹp và có chất
lượng.
II.2 Thộp làm răng gầu xúc
Thép (đúc) chế tạo răng gầu xúc phải có tớnh chất chịu mài mòn, chịu va
đập.Loại thép thường được sử dụng là thép hatphin.Thép hatphin có khả
năng chống mài mòn rất cao trong điều kiện va đập. Sau đỳc thép hatphin có
tổ chức
α
+ (Fe,Mn)
3
C. Sau nhiệt luyện thép hatphin chỉ có pha
γ
và không
bị nhiễm từ. Tổ chức
γ
của thép thu được sau khi tôi ở 1000 – 1150
0
C trong
nước hoặc trong không khí với vật đúc thành mỏng. Thành phần thép như
sau (%): (1,0-1,4) C; (0,4-1) Si; (10-14) Mn; (0,08-0,12) P; (0,02-0,04) S.
Tiêu biểu của loại thép này là thép Mn13 có thành phần (%); 1,25 C; 0,8 Si;
13 Mn; 0,1 P; 0,02 S. Một điều quan trọng nhất là khi lựa chọn thành phần là

đảm bảo tỷ lệ Mn/C =7ữ10, tốt nhất là 10. Đặc điểm nổi bật của loại thép
này là, austenit cacbon cao ở trên bề mặt chi tiết khi chịu tải trọng va đập sẽ
chuyển biến thành mactenxit có độ cứng cao trong khi đó lõi vẫn giữ tổ chức
austenis dẻo, dai. Do cơ chế tự biến cứng khi va đập nói trên mà lớp bề mặt
cứng luôn luôn tồn tại.
Thép hatphin có tính chất đặc biệt như sau:
Giới hạn chảy
σ
s
=250-400Mpa; giới hạn bền
σ
b
=800-1000Mpa; độ giãn
dài
δ
=40-55% và độ co thắt
ψ
= 35-45%; độ dai va đập a
k
=2000-3000
kJ/m
2
; HB= 180-220. Tuy có tính chất đặc biệt như vậy nhưng thép rất bền
và có tính chịu mài mòn cao khi bị biến cứng phân tán, chịu mài mòn cùng
10 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
va đập dưới áp lực lớn vì trong quá trình va đập, pha
γ
sẽ tạo ra nhiều mặt
trượt làm cho thép bị biến cứng, khi đú thộp có thể có độ cứng 450-500HB.
Như vậy, thép này chỉ có thể chịu mài mòn cứng mà không chịu được mài
mòn mềm thí dụ như trong vòi phun cát, thổi cỏt, thộp sẽ bị mòn rất nhanh.
Có thể dựng thộp hatphin để đỳc cỏc chi tiết như răng gầu xỳc, xớch xe tăng,
ghi tàu, hàm đập mỏ…
- Tớnh đúc của thép hatphin.
Tăng hàm lượng Mn, khoảng đông của thép giảm đi và tính chảy
loãng của thép Mangan tăng dần theo hàm lượng Mn, và thép hatphin có độ
chảy loãng tốt nhất vỡ nú có đồng thời cả hàm lượng Mn lẫn hàm lượng C
đều cao. Nhiệt độ nóng chảy của thép hatphin là 1340
0
C và khoảng kết tinh
là 100
0
C. Mặc dù thộp cú độ chảy loãng tốt nhưng vẫn cần rót nhanh để
tránh hiện tượng oxi hoá Mn tạo MnO có tác dụng làm giảm sức căng bề
mặt, tạo các silicat phức tạp, tăng khả năng tạo chỏy cỏt trờn bề mặt vật đúc.
Thép hatphin có độ co dài khoảng 2,8-3,0%. Độ co lớn, lõm co phát
triển nhanh ngay sau khi đông đặc là nguyên nhân gây ra nứt nóng và nứt
nguội của thép hatphin. Thể tích lõm co thép hatphin lớn hơn nhiều so với
thép cacbon. Mặc dù thộp cú hệ số co dài khá lớn nhưng không phải lúc nào
thể tích lõm co cũng lớn. Thép hatphin sẽ có thể tớch lừm co nhỏ nếu tiến
hành rót ở nhiệt độ thấp và bổ sung kim loại lỏng nhiều lần qua đậu ngót,
ngay cả khi đậu ngót không lớn lắm. Nhiệt độ rót thích hợp là 1320
0

C. Cũng
có thể khắc phục hiện tượng nứt trong thép hatphin bằng cách điều chỉnh
trường nhiệt độ trong khuôn và trong vật đúc. Việc bố trí hệ thống rút, ngút
chớnh là có tác dụng điều chỉnh này. Đậu ngút nờn đặt ở vị trí thuận lợi cho
hướng đông. Đậu rót phải đặt ở những vị trí đảm bảo cho trường nhiệt độ
11 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
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 1250-1300
0
C 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.
12 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh

Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
α+(
Fe,Mn
)
3
C
α+ε+(
Fe,Mn
)
3
C
(
Fe,Mn
)
3
C

L
+(
Fe,Mn
)
3
C

L
+γ+(
Fe,Mn
)

3
γ+(
Fe,Mn
)
3
C
γ
α
L
L+
γ
α+γ+(
Fe,Mn
)
3
NhiÖt §é, oC
6543210
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Hµm luîng C, %
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 CO

2
.
13 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
Công nghệ CO
2
ra đời vào những năm đầu thập kỷ 50 của thế kỷ 20 ở
nước Anh. Ngay sau khi ra đời công nghệ CO
2
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 CO
2
cũng được sử dụng rất rộng rãi để làm khuôn, ruột trong đúc thép.
Hỗn hợp làm khuôn theo công nghệ CO
2
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/m
3
thì độ bền của hỗn hợp cát thuỷ tinh
láng sau khi đóng rắn theo công nghệ CO

2
là 8,5kg/cm
2
; độ bền sau khi qua
sấy là 64kg/cm
2
) và chịu được nhiệt độ cao (ở T=200
0
C độ bền của hỗn hợp
đạt cực trị, T=400-800
0
C độ bền giảm tới cực tiểu).
Khi thổi CO
2
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
2
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
14 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình

Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
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 CO
2
nên chọn cát sạch, hàm
lượng SiO
2
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 CO
2
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.
15 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
+ Tuổi sống và tính chảy lớn nên công dằm khuôn nhỏ.
+ Thời gian đóng rắn khi thổi CO
2
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.
16 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng

gầu xúc
Bảng 6: Thành phần hỗn hợp đóng rắn nguội bằng CO
2
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
2
)
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
2
(kg/ cm
2
)
2 2 2 2
(0,1 - 0,25)
Mpa
0,15 - 0,2
Độ bền kéo sau
khi sấy
(kg/cm
2
)
6 6 6 6
(0,8 - 1,2)
Mpa
0,5 - 0,8

17 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
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…
18 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
- 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
19 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
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:
20 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
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)
.
G
D
T
G
D

T
(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:
21 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
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
22 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
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
23 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
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.
24 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công nghệ -Răng
gầu xúc
3
21
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. Ng-
ười 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.
25 Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình
Đạo
Nguyễn Thanh
Hiếu