THIẾT KẾ ĐÚC CHI TIẾT CHẢNG BA XE MÁY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
--------*-------

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC
THIẾT KẾ KHUÔN VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH

THIẾT KẾ ĐÚC
CHI TIẾT CHẢNG BA XE MÁY

GVHD: Ths Lê Quốc Phong Nhóm sinh viên thực hiện

STT
1
2
3
4
5
6

Họ Và Tên
Nguyễn Thị Hồng Nga
Nguyễn Hùng Nhân
Trân Hoàng Nam
Nguyễn Long
Phạm Lê Minh Kha
Nguyễn Gia Lai

MSSV
V1202313

V1202523
V1202294
V1201958
V1201567
V1201815

TPHCM, ngày 17 tháng 05 năm 2016


Bài tâp lớn môn học Thiết kế khuôn với sự trợ giúp của máy tính

Mục lục
I.

Nghiêng cứu chi tiết đúc và chọn phương pháp đúc...........................................................................3
1.1.

Đọc bản vẽ chi tiết cần đúc...............................................................................................................3

1.2.

Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết đúc...............................................................................3

1.3.

Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ, lý, hóa tính của chi tiết............................................................3

1.3.1.

Thép đàn hồi.............................................................................................................................3

1.3.2.

Thép hóa tốt..............................................................................................................................4

1.3.3.

Đặc tính của thép C45...............................................................................................................5

1.4.

Nghiên cứu cách gia công và vị trí gá lắp khi gia công chi tiết.......................................................6

1.5.

Xác định loại hình sản xuất đúc........................................................................................................6

1.6.

Điều chỉnh kết cấu và chọn phương pháp đúc.................................................................................6

II. Thiết kế bản vẽ phôi................................................................................................................................8
2.1.

Chọn vị trí vật đúc trong khuôn........................................................................................................8

2.2.

Xác định lượng dư gia công...........................................................................................................10

III. Lập bảng vẽ công nghệ đúc..................................................................................................................11
3.1.

Thiết kế ruột....................................................................................................................................11

3.2.

Thiết kế hệ thống rót.......................................................................................................................12

3.2.1.

Tính toán hệ thống rót:...........................................................................................................12

3.2.2.

Thiết kế hệ thống đầu ngót:....................................................................................................13

IV. Thiết kế mẫu ( khuôn)..........................................................................................................................13
V.

Lập bản vẽ hộp ruột..............................................................................................................................14

VI. Chọn hòm khuôn...................................................................................................................................15
VII. Chọn vật liệu hỗn hợp làm khuôn và ruột.........................................................................................17
VIII.

Lập quy trình công nghệ nấu luyện hợp kim đúc, chọn lò nấu...............................................17

IX. Tính toán giá thành và phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật...........................................................20
9.1.

Chi phí hợp kim đúc.......................................................................................................................20

9.2.

Chi phí năng lương.........................................................................................................................20

9.3.

Chi phí vận hành lò.........................................................................................................................21

9.4.

Chi phí cát.......................................................................................................................................22

9.5.

Chi phí nấu chảy kim loại...............................................................................................................22

9.6.

Chi phí rót.......................................................................................................................................23

9.7.

Chi phí phá khuôn...........................................................................................................................23
2

GVHD Ths Lê Quốc Phong

X.

9.8.

Chi phí làm sạch vật đúc.................................................................................................................24

9.9.

Chi phí làm ruột..............................................................................................................................25

9.10.

Chi phí xủa lý dây chuyền..............................................................................................................25

Tài liệu tham khảo................................................................................................................................26


I.
Nghiêng cứu chi tiết đúc và chọn phương pháp đúc
1.1. Đọc bản vẽ chi tiết cần đúc

- Số lượng chi tiết: 10000
- Chi tiết yêu cầu gia công các chỗ lắp ghép các chỗ lắp bu long
1.2. Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết đúc
Chảng ba xe máy có nhiệm vụ gắn kết trục cổ trước và trục cổ lái tạo ra bộ khung củ bánh
xe trước. Chảng ba giúp giới hạn phạm vi xoay của trục lái, phân phối lực tác động từ
bánh trước ngoài ra nó còn có tác dụng chịu lực, giảm sốc giúp xe cân bằng và ổn định
trong khi hoạt động.
Chi tiết làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi, rung động liên tục, chịu lực uốn và bẻ

cong từ hai bên. Nên cần yêu cầu óc cơ tính tổng hợp cao. Cần độ chính xác cao ở các lỗ
lắp ghép
1.3. Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ, lý, hóa tính của chi tiết Có hai
phương án sau.
1.3.1. Thép đàn hồi
- Thép cacbon đàn hồi là loại thép có thành phần cacbon tương đối cao : 0,55-0,65%C .


- Các mác thép thông dụng : C55 , C60 , C65 ,C70 . Có thể thêm mangan ,silit để nâng cao
giới hạn đàn hồi và độ cứng.
- Đặc điểm làm việc của chi tiết là chịu tải trọng tỉnh và va đập cao nhưng không được
phép biến dạng dẻo.
- Giới hạn đàn hồi cao, khả năng chống biến dạng dẻo lớn. tỉ lệ vào khoảng 0,85 - 0,95.
- Độ cứng khá cao, độ dẻo và dai thấp để tránh biến dạng dẻo và không bị phá hủy dòn .
- Giới hạn bền mỏi cao phù hợp với điều kiện tải trọng thay đổi có chu kỳ.
- Chế độ nhiệt luyện tôi và ram trung bình tạo ra tổ chức trustit ram.
1.3.2. Thép hóa tốt
- Thành phần Cacbon trong giới hạn từ 0,3-0,5% đảm bảo kết hợp tốt nhất giữa các chỉ tiêu
về cơ tính: độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai (cơ tính tổng hợp) trong thực tế sử dụng phổ
biến nhất là 0,35-0,45%C.
- Thường sử dụng các mác sau : C35 ,C40 ,C45, C50 nhưng thông dụng nhất là C45.
- Chế độ nhiệt luyện là tôi và ram cao, lõi của chi tiết sẽ có cơ tính tổng hợp cao để chịu
được tải trọng tĩnh và va đập, tổ chức nhận được là xoocbit ram (độ cứng 25-30 HRC). Tổ
chức này có tác dụng tạo được độ bóng cao khi cắt gọt và giúp cho chuyển biến xảy ra
nhanh chóng, nhận được mactenxit nhỏ mịn. ngoài ra có thể tạo cho bề mặt có độ cứng
cao và tính chống mài mòn lớn bằng cách tôi bề mặt và ram thấp (độ cứng
đạt 52-58 HRC).
- Đặc điểm của nhóm thép này là đáp ứng được các yêu cầu đề ra nhưng ở mức thấp. Cụ
thể như sau :
- Độ bền thấp do độ thấm tôi nhỏ, độ bền 750-850 MN/m2.

- Không làm được các chi tiết lớn và hình dạnh phức tạp do tôi trong nước.
- Rẻ và có tính công nghệ tốt.
Kết luận
- Chảng ba là chi tiết rất quan trọng trong xe máy, cần đảm bảo không bị gãy đột ngột trong
một số trường hợp gặp chấn động mạnh , đối với thép cacbon đàn hồi có độ bền và giới
hạn đàn hồi rất cao tuy nhiên khi qua giới hạn đàn hồi sẽ bị phá hủy đột ngột. trong


khi đó thép cacbon hóa tốt có độ bền đảm bảo và sự phá hủy dẻo có dấu hiệu báo trước,
đảm bảo tính an toàn trong khi hoạt động.
- Thép hóa tốt c45 có tính chất rất ưu việt : độ bền, độ dẻo, độ dai đều cao. Thép được sử
dụng rất phổ biến trong các chi tiết kết cấu máy nhỏ và trung bình.
- Với các phân tích đã nêu ở trên chúng ta thấy rằng vật liệu thép cacbon hóa tốt c45 phù
hợp với chi tiết chảng ba xe máy.
1.3.3. Đặc tính của thép C45 Thành phần hóa
học
Mác thép Mác thép
C
Si
C45
0.42-0.5 0.17-0.37
Cơ tính

Độ
đứt
N/mm

Mn
0.60-0.90

Ni

Cr

P

S

 0.3

 0.25

 0.040

 0.050

bền Giới hạn Tỷ trọng
chảy
2

N/mm

2

Độ giãn Modul
dài
tại đàn hồi
điểm gãy
(1000kg / m3) 50mm
GPa

C45
565
310
7.85
Lý tính: - Nhiệt dung riêng [ J/GK]: 0.48

10%

200

Hệ
Poisson

0.29

- Độ dẫn nhiệt: 46W/mK
0
- Nhiệt nóng chảy: 1520 C
- Độ cứng Brinell (HB) 160-220(ủ) Nhiệt
luyện:
• Nhiệt dung riêng [J / GK]: 0,48
• Độ dẫn nhiệt : 46 W / mK
• Nhiệt nóng chảy : 1520ºC
• Độ cứng Brinell (HB) 160-220 (ủ)
- Sau khi tạo phôi, cần tiến hành ủ hoàn toàn (áp dụng cho thép trước cùng tích) với đặc
điểm nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn là austenit, với nhiệt độ ủ là:


0

T = 825÷ 835 C
Mục đích của ủ hoàn toàn là:
- Làm nhỏ hạt: nếu chỉ nung nóng quá đường AC3 khoảng 20÷30 0C thì hạt Austenit thu
được vẫn nhỏ, nên khi làm nguội tiếp theo tổ chức ferit + peclit nhận được cũng có hạt
nhỏ. Làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội với độ cứng đạt được
là HB = 160÷200.
- Khi ủ hoàn toàn thép ta tiến hành các biện pháp gia công cơ khí để đạt được hình dạng yêu
cầu.
Nhiệt luyện kết thúc:
- Bước đầu tiên là tạo cho lõi có cơ tính tổng hợp cao để chịu được tải trọng tĩnh và va đập
bằng
cách tôi + ram cao đạt tổ chức xoocbit ram với độ cứng HB = 240 ÷280 (HRC = 25÷30).
- Ngoài ra tổ chức này còn có tác dụng phụ nhưng khá quan trọng là: Giúp tạo ra độ bóng cao
khi gia công
tinh tiếp theo đúng như hình dạng và kích thước yêu cầu.
- Tạo cho bề mặt độ cứng cao và tính chống mài mòn lớn bằng tôi bề mặt và ram thấp.
1.4. Nghiên cứu cách gia công và vị trí gá lắp khi gia công chi tiết
1.5. Xác định loại hình sản xuất đúc
1.6. Điều chỉnh kết cấu và chọn phương pháp đúc
Phương pháp đúc
Đúc trong khuôn cát sét

Ưu điểm
- Chi phí đầu tư ban đầu thấp ,trang thiết bị công
nghệ đơn giản, có khả năng
tạo hình các vật đúc lớn và
các vật đúc phức tạp như chi
tiết chảng ba phù hợp với tất
cả các loại hình sản xuất,

thân thiện với môi trường,
hổn hợp làm khuôn tái sử dụng nhiều lần.

Đúc bằng công nghệ tự Vật đúc có độ chính xác cao

Nhược điểm
Độ chính xác, độ bóng bề
mặt không cao. Điều này có
thể chấp nhận được trong
sản xuất chảng ba vì chảng
ba không yêu cầu độ chính
xác bề mặt cao, chỉ yêu cầu
độ chính xác của các lỗ trục
sau khi gia công.
Lượng dư gia công lớn, tiêu
tốn nhiều kim loại, chi phí
gia công cắt gọt lớn.
Thường lõm co lớn.


đông cứng Furan

hơn đúc trong khuôn cát sét, Trường hợp này của công
khuôn có độ bền cao khuôn nghệ tự đông cứng Furan
cát sét.
giống như công nghệ khuôn
cát sét, ô nhiễm môi trường
do sử dụng chất kết dính là
nhựa Furan và chất tang
cứng là axit, chi phí đầu tư

ban đầu cao hơn khuôn cát
sét.

Đúc trong khuôn kim loại

Vật đúc có độ chính xác cao, cho năng suất cao (phù
hợp với sản xuất sản phẩm
số lượng lớn), dể cơ khí hóa
tự động hóa, có thể điều
chỉnh quá trình làm nguội
khuôn, quá trình truyền
nhiệt và đông đặc để vật đúc
đạt tổ chức và cơ tính cần
thiết, thân thiện với môi trường.

Chỉ đúc những vật đúc có
hình dạng đơn giản, giá
thành bộ khuôn kim loại
lớn, đặc biệt khi chi tiết của
chúng ta ở đây có hình dạng
phức tạp, nhiều lỗ trụ và
đường cong. Do vậy bộ
khuôn kim loại sẽ rất phức
tạp và chi phí cao.
Vật đúc dễ bị nức, cong
vênh, ứng suất do nguội
nhanh, bị cản co. Trong khi
vật đúc chúng ta đặc biệt
yêu cầu cao về độ bền, độ
uốn dẻo.

Nhận định
- Chi tiết đúc bằng thép trong khuôn cát-sét co rất lớn, nếu tính toán lượng bù ngót không
đúng có thể dẫn đến việc tạo một lõm co lớn nằm trong vật đúc, gây ra sai số khối lượng
lớn trong vật đúc, chi tiết không còn đảm bảo cơ tính và chất lượng.
- Nếu so sánh công nghệ tự đông cứng Furan với công nghệ khuôn cát sét thì công nghệ
khuôn cát sét phù hợp hơn vì sản phẩm không yêu cầu độ chính xác cao và công nghệ tự
đông cứng Furan lại không khắc phục được những nhược điểm chính của công nghệ cát
sét là tạo lõm co lớn. Đồng thời, công nghệ tự đông cứng Furan lại gây ô nhiễm môi
trường do sử dụng nhựa Furan và axit.
- Phương pháp đúc trong khuôn kim loại không phù hợp cho đúc chảng ba.

KẾT LUẬN:


- Với sản lượng đúc của chúng ta không quá lớn, hình dạng vật đúc lại tưng đối phức tạp và
đặc biệt là yêu cầu không có ứng suất, cong vênh trong vật đúc vì vậy việc sử dụng
phương pháp đúc trong khuôn kim loại sẽ không hợp lý như phân tích phía trên, các
phương pháp đúc khác như đúc áp lực hoặc mẩu chảy cũng không phù hợp vì vật đúc của
ta bằng thép, yêu cầu nhiệt luyện sau đúc, không yêu cầu cao về độ bóng bề mặt.
- Với các yếu tố về kỹ thuật và kinh tế như trên, phương pháp đúc được chọn là đúc trong
khuôn cát sét .
- Dùng khuôn tươi đúc 1 lần, có thể xấy bề mặt để tăng bền cho khuôn. vì vậy đặc điểm của
phương pháp ta chọn là nhanh chóng và kinh tế phù hợp với lượng chi tiết cần đúc và cả
hợp kim đúc theo yêu cầu .
- Khuôn được làm bằng máy , cho năng suất của xưởng đúc cao, chi tiết tạo ra được đồng
đều về chất lượng, chi phí đầu tư cũng không qúa cao, dễ thao tác, không cần nhiều kinh
nghiệm.
- Với sản lượng và yêu cầu của chi tiết ta chọn mẫu làm bằng nhôm, đảm bảo nhẹ dễ thao
tác, không bị biến dạng trong quá trình sản xuất .

II.
Thiết kế bản vẽ phôi
2.1. Chọn vị trí vật đúc trong khuôn Có 4 phương
án sau
- Phương án 1

+ Ưu điểm:
Bố trí được ụ cát nằm khuôn dưới, tránh sụp khuôn


+ Nhược điểm :
Chi tiết hầu hết nằm ở phần khuôn trên nên khó lắp ruột, độ chính xác cực kì thấp vì phần
làm việc của chi tiết nằm phần khuôn trên
Có mặt phân mẫu dễ bố trí hệ thống rót, hệ thống bù ngót .
-

Phương án 2

+ Ưu điểm: giải quyết được vấn đề độ chính xác của vật đúc, phần lớn phần làm việc
quan trọng nằm ở khuôn trên
+ Nhược điểm: hai chốt nằm khuôn dưới khó thao tác cho chính xác, phần ụ cát nằm phía
trên khó bền vững, gây sụp khuôn
-

Phương án 3

+ Ưu điểm :
Chi tiết hầu hết nằm ở phần khuôn dưới nên dể lắp ruột, ruột được đặt vững chắc
,ít sai lệch .

Có mặt phân mẫu dễ bố trí hệ thống rót, hệ thống bù ngót .
+ Nhược điểm :
Lỗ trục ở giữa nằm ở 2 mặt phân khuôn khác nhau nên có thể sai lêch khi lắp
khuôn.
-

Phương án 4

+ Nhược điểm :
Hầu hết ruột nằm ở phần khuôn trên nên khó lắp ruột, khó kiểm tra vị trí của ruột
trong khuôn.
Những phần quan trọng đều nằm phía khuôn trên nên dể khuyết tật rổ khí ,lõm
co, độ chính xác không cao .
Vậy từ đó nhận thầy ta nên lựa chọn phương án 1 là tối ưu nhất .
2.2. Xác định lượng dư gia công
Lượng dư gia công ở những chỗ có lắp ghép, đối với vật đúc có kích thước từ 200300, cấp chính xác II, và sản xuất hàng loạt, chọn lượng dư gia công là 6mm [1]
Lượng dư gia công bề mặt
Lượng trừ co theo chiều dài: Đối với théo C45 độ cản co là 1.4%, co tự đo là 1.8%
Lượng dư công nghệ Đối với các lỗ, rãnh, các chổ hõm hốc thì không đúc các lỗ lắp
bu lông

GVHD Ths Lê Quốc Phong

10


Thay đổi kết cấu để dể rút mẫu và lắp khuôn, tăng các góc bo tròn để tránh cháy dính
cát.

Không đúc các lỗ 6, 12 để tạo đông đặc có hướng và vùng đông đặc sau cùng
là đậu ngót, ngoài ra còn giúp quá trình lấy mẫu ra khi làm khuôn được dể dàng.

Lượng dư do độ xiên cản thành vật đúc, tra sách Thiết kế đúc – Nguyễn Xuân Bông bảng
0
22 ta được trị số độ xiên thoát khuôn không quá 1 .
Tính toán lượng bù co ta vẽ được bản vẽ phôi đúc như bảng vẽ đính kèm.
III.

Lập bảng vẽ công nghệ đúc.
3.1. Thiết kế ruột

Ruột cần thiết kế đơn giản, dễ làm, đảm bảo độ thông hơi, thông khí của ruột, chịu được
trọng lượng của bản thân ruột và lực tác dụng của kim loại lỏng lên ruột. Số lượng: 6 ruột
trên một bộ khuôn.Kiểu đặt ruột: đặt thẳng đứng .
Đường
kính đầu
gác

Chiều dài đầu gác
(mm)

Khe hở giữa đầu gác Bán kính
và ổ gác ở giữa một lượn ở
phía (mm)
chân đầu

Độ xiên của
đầu gác

12
GVHD Ths Lê Quốc Phong


(mm)
D

Phần đầu Phần đầu Phần
gác dưới gác trên dưới của
khuôn
h1
h3
a1

Dưới 30

25

15

Phần trên gác
của (mm)
khuôn
r
a2

1
Không
có khe
hở

4

dưới
α0 0
10

dưới
α0 0
15

Các thông số của ruột
3.2.

Thiết kế hệ thống rót

Chọn hệ thống rót: Đối với vật đúc bằng thép khả năng rơi xỉ thấp hơn gang, do đó sử
dụng hệ thống rót đơn giản. Ở đây, vật đúc có kích thước trung bình, không quá cao nên
rót từ bên hông. Ưu điểm: Dễ chế tạo, lọc xỉ tốt, dễ điền đầy khuôn. Vị trí rót: từ trên
xuống
3.2.1.Tính toán hệ thống rót:
Sử dụng phần mềm Creo Parametric ta tính đươc khối lượng của một phôi đúc là 2,6Kg.
Thời gian rót:

tS3
G: Khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót
S: Tra bảng 31 tài liệu Thiết kế đúc là 1,5 -1,6
g: Chiều dày thành trung bình = 26mm

Vậy t= 10s là thời gian rót cần thiết

Từ đó tính được vận tốc rót:

v   0,66cm / s
C
t

Vận tốc bé ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc V< Vmin =1cm/s
Chọn t=6s  V= 1,1cm/s
Diện tích rãnh dẫn:



Fd 

G

 3,3cm

2


2

Diện tích 1 rãnh: 1,7cm . Đường kính ống rót d=2,4cm. Suy ra thể tích phễu rót có màng
3
lọc V=380cm
3.2.2.Thiết kế hệ thống đầu ngót: Tính toán kích
thước đậu ngót.
Dùng công thức Ken:
K

(l  s)
g

l: là chiều dài vật đúc
S: là chiều rộng vật đúc
g: là bề dày vật đúc chứa nút nhiệt
Ta tính được K= 12,7mm. Dựa vào đồ thị quan hệ giữa  và hệ số khuôn K. Thể tích đậu
3
ngót: Vdn= 48cm
Ta lập được bản vẽ công nghệ đúc đính kèm.
IV.

Thiết kế mẫu ( khuôn)

Chọn kiểu tấm mẫu là tấm mẫu hai mặt thường dùng cho khuôn không hòm, một tấm mẫu
có hai mặt làm việc, mỗi mặt sẽ tạo một nữa khuôn. Tấm đỡ mẫu bằng nhôm đúc.
- Dựa vào kích thước hòm khuôn xác định kích thước tấm mẫu sao cho khi lắp vào hòm
vừa khít.
- Tấm đỡ mẫu và các bộ phận thường được chế tạo riêng rồi lắp ráp vào thành tấm mẫu bao
gồm có các miếng rời của chi tiết, đậu ngót, rảnh dẫn, đầu gác ruột.
- Yêu cầu quan trọng nhất là khi lắp ráp phải đảm bảo bố trí mẫu trên và dưới tấm đỡ chính
xác, ăn khớp, sao cho hai nửa khuôn làm ra đem ráp lại với nhau không lệch.
Sử dụng phần mềm Creo Parametric 3.0 để vẽ lần lượt các phần của tấm mẫu bao gồm:
phần mẫu dưới của chi tiết( chia theo mặt phân mẫu), phần mẫu trên chi tiết, đậu ngót,
rãnh dẫn, đầu gác ruột trên và tấm đỡ mẫu. Lắp các phần trên theo thứ tự và thu được
hình vẽ sau:


Bản vẽ lắp tấm mẫu đính kèm sau bài báo cáo.

V.

Lập bản vẽ hộp ruột

Sử dụng phần mềm Creo Parametric 3.0 ta vẽ được sơ bộ hộp ruột như sau

Hình 5.1. Hộp ruột hai bên


gG

Hình 5.2. Hộp ruột giữa
VI.

Chọn hòm khuôn

Ở phần thiết kế hộp ruột, ta đã chọn phương pháp làm ruột bằng tay. Với khối lượng của
chi tiết là 2,6kg. Ta bố trí 2 vật đúc trong một hòm khuôn. Với chiều dài của khuôn là L=
400mm và chiều rộng là B= 320mm. Lập tỷ số chiều dài và rộng, ta tra bảng 2.17 (sách
thiết kế đúc) ta chọn cỡ hòm khiên tay.


Tính lực đè khuôn:
P  k [H  (Fvd  Fh.t.r )   kl  ( kl   r ) Vr  q]
 1,5 [8  (24,1 5,2  8,8  9,7)  7,8  7,8  1,4) 

4

  2,05  (8  40  32 
3

3

2.05 ) 1,4]

3

3

 690540,19(daN )
Trong đó:
P: Lực đẩy nổi tác dụng lên hòm trên (daN)
k= 1,5 -3, hệ số an toàn có tính đến va đập thủy lực của dòng kim loại rót vào
khuôn; vật đúc càng lớn, rót càng cao thì trị số k lấy càng to.
H: Chiều cao của nữa khuôn trên (dm)
Fvđ: Diện tích hình chiếu bằng của vật đúc (lên mặt ráp khuôn) (dm2)
Fh.t.r: Diện tích hệ thống rót của mặt ráp khuôn (dm2)

4




 kl và  : Khối lượng riêng của kim loại lỏng và ruột (kg/dm3)
r

Vr: Thể tích ruột không kề đầu gác (dm3)
q: Trọng lượng nữa khuôn trên (daN).
VII.

Chọn vật liệu hỗn hợp làm khuôn và ruột

Chọn hỗn hợp làm khuôn như sau:
Tính chất hỗn hợp làm khuôn .
Loại ruột

Lượng sét

IV

5-7

Độ
thông Độ ẩm
khí tươi
70
4-5

2

Độ bền nén (N/cm )
Nén tươi
Kéo khô
1.5-2.5
20-30

Thành phần khối lượng vật liệu làm khuôn
Loại ruột

Cát thạch Đất sét

anh

Cát cũ

Mùn cưa

IV

93-59

20-60

0-2

8-2

Chất dính
Nhóm dầu Nước giấy
khô
2-3

- Khi dùng khuôn khô, do sấy, độ bền của khuôn cao, độ co bót thấp. cần tăng độ co bót
để chống nứt, do đó phải pha mùn cưa, bột amian vào hỗn hợp .
- Thép có nhiệt độ nóng chảy cao vì thế cát thạch anh phải có trên 95%SiO2 , đất sét cũng
phải chọn loại tốt (cấp 1) để hỗn hợp có đủ khả năng bề nóng và bền cơ.
- Độ hạt của cát nên dùng là 0.16 và 0.2 cho hỗn hợp cát đúc phôi thép cỡnhỏ và cỡ vừa.
VIII. Lập quy trình công nghệ nấu luyện hợp kim đúc, chọn lò nấu
Do yêu cầu và điều kiện kĩ thuật mới , sắt thép thông thường như trước không thỏa
mãn với các dụng cụ, máy móc thiết bị tối tân , vì ở đây đòi hỏi chúng phải làm việc trong
điều kiện nhiệt độ và áp suất cao , chống được ăn mòn hóa học và điện hóa , chống bào

mòn cơ học, chống nóng, chống rỉ…. do đó phải sản xuất ra các loại thép và hợp kim có
tính năng đặc biệt như độ bền cơ học cao , độ bền chống ăn mòn của môi trường axít ,
nước sông , nước biển, chống mài mòn do va đập … Đặc biệt cần phải sản xuất ra các loại
thép có tính đàn hồi cao , có tính nhiễm từ tốt , có tính chống nhiễm từ cao . Do các tính


chất đặc biệt trên nên thép đựơc sản xuất ra từ lò thổi không khí không thể đáp ứng được
nữa , mà phải nấu luyện trong các loại điện. Vậy phương pháp luyện thép trong lò điện là
một công nghệ mới hiện đại. Để luyện thép và hợp kim trong lò điện người ta tận dụng
điện năng biến thành nhiệt năng dưới dạng hồ quang , cảm ứng điện từ , điện trở và dạng
plasma. Thường sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều hoặc lò điện hồ quang một chiều để
sản xuất thép cácbon chất lượng , thép hợp kim thấp , trung bình và cao với sản lượng lớn.
Để luyện một số thép hợp kim chuyên dùng , hoặc các thép hợp kim cao ít cácbon người
ta sử dụng các loại lò điện cảm ứng cao tần , trung tần và tần số công nghiệp. Để nấu loại
thép và hợp kim , tinh luyện kim loại và thép đạt chất lượng cao hơn nữa người ta sử dụng
lò điện xỉ, lò điện cảm ứng chân không , lò hồ quang chân không , lò điện từ chân không
sâu , lò plasma …
Quy trình nấu luyện hợp kim C45
Trong giới hạn bài báo cáo, nhóm chọn phương pháp nấu lại thép C45, mác này là
phôi đã có đủ thành phần, nhưng để đảm bảo bù lượng cháy hao trong quá trình nấu lại thì
cần thêm quy trình nấu luyện dưới đây
Trong thực tế luyện thép người ta hay dùng phương pháp tính toán thành phần phối
liệu theo phương pháp chọn. Căn cứvào tình hình nguyên vật liệu sẳn có và kinh nghiệm
nấu luyện, chọn trước thành phần mẻ liệu, thường người ta chọn như sau:
Đối với thép cacbon, chọn:
+ Sắt thép vụn (rẻo cán, rẻo rèn dập, rẻo tôn dày, ..) : 46 ÷50 %;
+ Phoi thép (phoi tiện, rẻo tôn mỏng, rẻo vụn ...) :15 ÷30%;
+ Gang luyện thép (hoặc gang đúc) ít P và S : 35 ÷20 %;
Hoặc:
+ Sắt thép vụn : 70 ÷90 %;

+ Gang luyện P và S trung bình : 35 ÷20 %;
Sau khi chọn xong thành phần phối liệu kim loại, ta tính được thành phần các
nguyên tố(C, Si, Mn, P, S ...) trong phối liệu, đặc biệt là cacbon. Các nguyên tố này
thường cao hơn yêu cầu. Nếu lượng cacbon quácao có thểtăng tỉlệthép vụn, giảm tỉ lệ
gang và tính toán lại. Quá trình khửC, Si, Mn và P chủyếu bằng oxyt sắt do mẻ liệu đưa
vào, do thép bịoxy hóa, hoặc do oxyt sắt đưa vào trong giai đoạn oxy hóa.


0,31   htb  t
+ Tính toán lượng quặng cần thiết để đốt cháy C và các tạp chất: khi nấu có giai
đoạn oxy hóa cần xác định lượng quặng sắt đưa vào đểlàm chất oxy hóa. Trong quặng sắt
ngoài oxyt sắt Fe2O3là chủyếu, còn chứa một lượng nhỏFe3O4, FeO và các tạp chất. Khi
tính toán người ta quy đổi F3O4và FeO vềFe2O3, do đó thành phần quặng để tính toán
chỉ chứa Fe2O3 và tạp chất.
Khi đưa quặng sắt vào lò sẽxẩy ra phản ứng:
Fe2O3  FeO  3FeO

Khi đó sẽxẩy ra phản ứng đốt cháy các tạp chất và cacbon:
Si  2FeO  SiO2 
2Fe Mn  FeO 
MnO  Fe 2P  5FeO
 P2O5  5Fe C  FeO
 Fe  CO 

Dựa vào lượng oxy cần thiết cho từng phản ứng và lượng các nguyên tốcần khử ta tính
được lượng oxy cần thiết và tính ra lượng quặng cần dùng.
+ Tính toán lượng các nguyên liệu khác đưa vào lò: để đảm bảo tính chất của
xỉ, để khử được P, S và oxy ... ta cần tính toán lượng chất tạo xỉ, chất khử oxy đưa vào lò.
Muốn tính lượng chất khử oxy cần dùng, ta cần phải biết lượng oxyt sắt còn lại sau giai
đoạn oxy hóa, sự phân bốcủa nó trong xỉvà kim loại, phương pháp khửvà loại chất khử

đưa vào, lượng nguyên tốcần điều chỉnh... , do đó quá trình tính toán thường phức tạp và
dễsai sót. Trong thực tế, để đơn giản người ta thường tính toán gần đúng như sau:
Đối với chất tạo xỉ, tính theo trọng lượng phối liệu kim loại:
Chất tạo xỉ đá vôi: 2 ÷3% ;
Samôt: 0,2 ÷0,15%;
Huỳnh thạch: 0,13%;
Đối với chất khửvà điều chỉnh thành phần, tính theo trọng lượng kim loại lỏng:
Nhôm: 0,5 ÷1,5 kg/tấn;
Silicôcanxi hay silicômangan: 0,5 ÷1 kg/tấn;
Ferômangan: 13 ÷15 kg/tấn;


Fererôsilic: 7,5 ÷10 kg/tấn.
IX.

Tính toán giá thành và phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật
9.1. Chi phí hợp kim đúc

Kim loại nóng chảy là một yếu tố quan trọng trong quá trình đúc rót kim loại của một
xưởng đúc. Bên cạnh đó là nền tảng của quá trình đúc, các bộ phận nóng chảy cũng thể
hiện một tỷ lệ rất đáng kể các chi phí của vật đúc hoàn chỉnh. Các bộ phận nóng chảy
thường là phát sinh nhiều khoảng từ 30-50% chi phí xử lý liên quan đến cát đúc.
Bước đầu tiên để xác định tổng chi phí kim loại là tính toán chi phí cần thiết của vật liệu
sản xuất ra vật đúc. Người ta tìm ra tổng khối lượng vật đúc có thể đoán bằng cách sử
dụng đường kính với độ chính xác trong vong 15% giá trị thực tế. Các mối quan hệ được
thể hiện như sau:
0.701


L  W 

Wp  Vfc 11.9


D




Với




3

 = khối lượng riêng, kg/m

Vfc= thể tích khối kim loại bao gồm cả hệ thống rót,m

3

L= chiều dài vật đúc,mm
W= chiều dày vật đúc,mm
D= chiều sâu vật đúc,mm
0.701
241
W  V 11.9   L W 

4




2

7830
8.807.10
11.9
26


p


52
 D
fc



9.2.












0.701

  11.06kg







Chi phí năng lương

Giá năng lượng lò, tính đơn vị dollars/kg
C 
en

Ect Mme


ff

GVHD Ths Lê Quốc Phong

/ 100 
20


Trong đó

Ect= giá điện, $/(kWh)
Mme= năng lượng nhỏ nhất đẻ làm chảy kim loại, (kWg)/kg

GVHD Ths Lê Quốc Phong

20


Fff= hiệu suất sử dụng lò
Vậy

Ect M me

C 
en


Fff

/ 100 



0.067  0.393

80 /

0.033$

100 

Ngoài các chi phí năng lượng, chi phí lò thường được áp dụng để xem xét các nguồn vốn
đầu tư. Chi phí đó được tính bởi
F
Cfk  fc

3

Trong đó

Ffc= chi phí lò cố định, $/(m kim loại)
 = khối lượng riêng vật liệu, kg/m3
3

Thường thì với 1000kg lò có giá 284$/m được coi là giá hợp lí hiện hành ở Mỹ.
Ta có Cfk

9.3.

284  0.036$
   7830
F

fc

Chi phí vận hành lò

Cuối cùng, chi phí lao động cho người vận hành lò, tính trên mỗi kg kim loại được rót
(Clk), phải được thêm vào. Điều này có thể được ước tính cho một xưởng đúc trên một cơ

sở cho mỗi ca-đó là, chi phí của công nhân lò cho một ca chia cho trọng lượng của kim
loại đổ mỗi ca làm việc. Chi phí này bình quân ở Mỹ là 0.02$/kg
Chi phí hợp kim lúc rót do đó có thể tính là
Cms  Crm  Cen  C fk  Clk

Trong đó Crm= giá của nguyên liệu thô
Cms  Crm  Cen  C fk  Clk  0.732  0.033  0.036  0.02  0.821$

Thực tế chi phí hợp kim đúc khi đúc hoàn thành cao hơn rất nhiều so với giá trị này do
mất mát kim loại trong quá trình nấu chảy và chi phí phế liệu. Như vậy chi phí hợp kim
Cms Wp  Ccv  Wp  V fc 
đúc sau khi đúc hoàn thành được tính như sau: Cmf 





1 S

g

/ 100 

Trong đó
23
GVHD Ths Lê Quốc Phong


Cms= giá kim loại tại miệng rót, $/kg
Wp= khối lượng kim loại đã rót, kg

 = khối lượng riêng của kim loại, kg/m

3

Vfc= thể tích kim loại tính cả hệ thống rót, m

3

Ccv= giá kim loại phế liệu, $/kg
Sg= phần trăm phế liệu trong vật đúc, thường lấy là 2%
Ta

Cmf 

C W  C W  V

ms

p

cv

1 S
9.4.

g

p

0.82111.06  0.09 11.06  7830 8.807.10

fc

/ 100 



1 2 /
100 

4



có

 8.883$

Chi phí cát

Chi phí của cát khuôn mới có thể dao động từ $ 13 / tấn lên đến $ 35 / tấn tùy thuộc vào
độ mịn của hạt. Chi phí này không bao gồm chi phí vận chuyển, đó là nguồn chính của sự
biến đổi giữa giá nhà cung cấp. Sự ảnh hưởng chi phí cát khuôn trên giá vật đúc là rất ít,
thường không thới 3% trong tổng chi phí sản xuất, theo khảo sát, chi phí cát làm khuôn
xấp xỉ 0.018$/kg kim loại đã rót.. Do đó chi phí cát làm khuôn trên mỗi phần là
Cmsd  0.018Wp  0.199$ / phân

Cát làm ruột thì đắt hơn cát làm khuôn vì cần cát đủ độ mịn để đảm bảo ruột không bị vỡ
trong quá trình rót, theo khảo sát, giá trung bình của cát làm ruột là 0.084$/kg.
9.5.

Chi phí nấu chảy kim loại

Chi phí nấu chảy kim loại hay hợp kim gồm 3 phần: chi phí năng lương lượng, chi
phí trang thiết bị và chi phí nhân công.
Hầu hết các nhà máy đúc trong khuôn mẫu chảy đều sử dụng lò cảm ứng để nấu chảy
kim loại. Vì lò cảm ứng ít gây ra chất ô nhiễm, than thiện với môi trường và chi phí đầu
tư thấp.
Với việc dùng lò cảm ứng,chi phí năng lượng là chí phí điện năng được cung cấp mới
công ty điện lực. Chi phí điện cho người tổ chức cá nhân sử dụng 500kW trở lên là
0,035$/kWh trong giờ cao điểm. Chi phí năng lượng nấu chảy mỗi kg kim loại.


C .E
Ce 

p

m

ne

Trong đó

+ Cp : Chi phí điện ($/kWh).
+ Em : Năng lượng tối thiểu cần thiết để nấu chảy 1kg kim loại (kWh/kg).
+ ne : Năng suất lò cảm ứng.

Năng suất lò cảm ứng phụ thuộc vào kim loại được nấu chảy và tần số mà lò đang hoạt
động.
Nhóm vật liệu

Hiệu suất xấp xỉ
Sắt
0.80
Nhôm
0.60
Kim loại màu khác
0.70
Bảng năng suất lò cảm ứng nấu chảy các kim loại hợp kim khác nhau
0

Kim loại

Nhiệt độ rót ( C)

Nhôm đồng
Sắt

1200
1600

Vậy nên Ce 
9.6.

Cp.Em
ne



0.035 0.391
0.8

Năng lượng yêu cầu
(kWh/kg)
0.237
0.391

Năng lương yêu cầu
(Btu/lb)
367
605

 0.017$

Chi phí rót

Với việc ước tính giả định rằng việc rót kim loại được thực hiện bởi bốn nhân công với
năng suất 1500kg/h. Chi phí trung bình cho công nhân đúc là 27$/h. Chi phí cho mỗi
kilogam kim loại hợp kim được rót:
Ce  0.072$ / kg

9.7.

Chi phí phá khuôn

Khuôn được mở bằng xilanh khí nén. Vì vậy chi phí vỡ khuôn bao gồm chi phí thiết lập
điều chỉnh xilanh khí nén và chi phí nhân công vận hành. Chi phí vỡ khuôn được tính
như sau:
C C

C

bo

Cns.n pc

nh

Bs




C
nh

tnh.Rnh
3600



S R
ns
nh. nh