Xây dựng và triển khai quy trình sản xuất đúc một chi tiết cụ thể tại trung tâm đúc viên công nghệ đúc viện công nghệ tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

MỤC LỤC
Số

Nội dung

Trang

Lời nói đầu

3

Lời cảm ơn

6

mục

Phần một
TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TẠI TRUNG TÂM ĐÚC
VIỆN CÔNG NGHỆ
I.1

Sơ đồ làm việc của trung tõm

7

I.2

Sơ đồ mặt bằng trung tõm

8

Phần hai
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
II.1

Giới thiệu chi tiết răng gầu xúc

9

II.2

Khái quát về thép làm Răng gầu xúc

9

II.3

Cơ sở thiết kế công nghệ đúc

12

II.3.1

Cơ sở thiết kế chung

12

II.3.2

Cơ sở thiết kế khn

15

II.3.3

Cơ sở nấu luyện

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

Phần ba
THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CHO CHI TIẾT ĐÚC
RĂNGN GẦU XÚC
III.1

Phân tích vật đúc

39

III.2

Xác định phƣơng pháp đúc

41

III.3

Phƣơng án cơng nghệ

41

III.3.1 Xác định mặt phõn khn

41

III.3.2 Qui trình cơng nghệ

42

III.4

Q trình nấu luyện

53

III.4.1 Thiết bị nấu

53

III.4.2 Trình tự thao tác nạp liệu

54

III.4.3 Nồi rót và rút khuụn

56

III.4.4 Nấu mỏc thộp Mn 13Đ

57

Kiểm tra và làm sạch

60

III.5

III.5.1 Vật đúc và dỡ khuụn

60

III.5.2 Chế độ nhiệt luyện cho vật đúc

61

Tài liệutham khảo

2

63

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Cộng Hồ Xã Hội Chủ Nghió Việt Nam
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 tƣơng :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 phƣơng 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 thƣờng gặp
*Thực nghiệm :
-Theo quy trình sản xuất đã xõy dựng
Các bản vẽ và đồ thị : Theo yêu cầu thực tế
Cán bộ hƣớng dẫn : -Cho điểm và đánh giá :TS Đào Hồng Bách
-Hƣớng 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 cơng 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 tốn tin
học, tự động hóa cũng như các lĩnh vực vật lý, hóa học và cơ học để tạo ra
các vật phẩm, phơi có chất lượng cao về mặt hợp kim đúc, lẫn cơng 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 cơng 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, ngồi ra cịn 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 mịn tốt trong điều kiện khơng được bơi 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 khơng
cao. Cụ thể là: các hợp kim có cơ tính thấp (gang xám) hoặc hiệu quả kinh tế
khơng cao (gang dẻo,..) có sản lượng ngày càng giảm; để thay thế người ta
sử dụng gang cầu và hợp kim nhơm. Các nước phát triển rất mạnh gang cầu

4

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

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 lị 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 cơng
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 Cơng nghệ ( Ngõ 25 Vị Ngọc Phan- Láng Hạ- Hà
Nội), vừa sản xuất những chi tiết máy móc theo đơn đặt hàng của các cơng
ty
nhà máy lớn, vừa làm nghiên cứu khoa học và các công trình nghiên cứu
cơng nghệ đúc mới với những vật liệu mới. Hiện tại trung tâm đang đẩy
mạnh việc tự động hố 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 “ Cơng 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 hồn
thành cuốn đồ án này. Tuy cuốn đồ án đã hoàn thành nhưng vẫn cịn 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.
Ban giám đốc

Ban
kế hoạch

Phịng
thiết kế

Ban
nhiệt luyện

Ban
luyện kim

Tổ lị

Tổ khn

Tổ làm sạch

- 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.

8

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

- Các cơng nghệ đúc chính được thực hiện trong trung tâm là đúc bằng
khn cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn bằng CO2, khuôn cát đất sét (khuôn tươi)
và khuôn mẫu cháy.
- Mặt bằng trung tâm đúc khoảng 1000 m2 .

Hỡnh 1: S trung tõm ỳc.

Khu vực làm sạch

Cửa

Kho phế liệu

Kho mẫu

Khu vực lò
Khu vực rót

Khu vực cát

Khu vực
làm khuôn
cát
Khu vực cát

Kho phế liệu

Cửa

Cửa

9

Đúc khuôn
mẫu cháy

Kho hòm khuôn

Lờ ỡnh Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu

Cưa


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

PHẦN II.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
II.1 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
địì 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 mịn rất cao trong điều kiện va đập. Sau đỳc thép hatphin có
tổ chức  + (Fe,Mn)3C. Sau nhiệt luyện thép hatphin chỉ có pha  và khơng
bị nhiễm từ. Tổ chức  của thép thu được sau khi tôi ở 1000 – 1150 0C trong
nước hoặc trong khơng 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
10

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

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 ln ln tồn tại.
Thép hatphin có tính chất đặc biệt như sau:
Giới hạn chảy  s=250-400Mpa; giới hạn bền  b=800-1000Mpa; độ giãn

dài  =40-55% và độ co thắt  = 35-45%; độ dai va đập ak =2000-3000
kJ/m2; HB= 180-220. Tuy có tính chất đặc biệt như vậy nhưng thép rất bền
và có tính chịu mài mịn cao khi bị biến cứng phân tán, chịu mài mòn cùng
va đập dưới áp lực lớn vì trong quá trình va đập, pha  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 mịn cứng mà khơng chịu được mài
mịn 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 đơng của thép giảm đi và tính chảy
lỗng của thép Mangan tăng dần theo hàm lượng Mn, và thép hatphin có độ
chảy lỗng 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 13400C và khoảng kết tinh
là 1000C. Mặc dù thộp cú độ chảy loãng tốt nhưng vẫn cần rót nhanh để
tránh hiện tượng oxi hố 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
11

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

thép cacbon. Mặc dù thộp cú hệ số co dài khá lớn nhưng khơng 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 khơng lớn lắm. Nhiệt độ rót thích hợp là 1320 0C. Cũng
có thể khắc phục hiện tượng nứt trong thép hatphin bằng cách điều chỉnh
trường nhiệt độ trong khn 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 đơng. Đậu rót phải đặt ở những vị trí đảm bảo cho trường nhiệt độ
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 1250-13000C để tránh nứt nóng,
sau đó cho vào lị 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 khn 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 cơng nghệ -Răng gầu xúc

L

NhiƯt Độ, oC

1400

LFe,Mn3 C

L+

1200



1000

LFe,Mn3

800

Fe,Mn3 C

Fe,Mn3 C

600

400

200

Fe,Mn3
Fe,Mn3C

Fe,Mn3C

0
0

1

2

3

4

5

6

Hàm lu ợng C, %

Hỡnh 4. Giản đồ trạng thái Fe-C-Mn khi có 13% Mn.

II.3 CƠ SỞ THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ ĐÚC

II.3.1 Phƣơng pháp đúc khn cát - thuỷ tinh lỏng - đóng rắn theo cơng
nghệ CO2.
Công nghệ CO2 ra đời vào những năm đầu thập kỷ 50 của thế kỷ 20 ở
nước Anh. Ngay sau khi ra đời cơng nghệ CO2 đã nhanh chóng được sử
dụng ở nhiều nước.
Ở nước ta hiện nay, hỗn hợp cát - thuỷ tinh lỏng đóng rắn theo cơng
nghệ CO2 cũng được sử dụng rất rộng rãi để làm khuôn, ruột trong đúc thép.
Hỗn hợp làm khuôn theo công nghệ CO2 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
13

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

môđun 2,8 và tỷ trọng là 1480 kg/m3 thì độ bền của hỗn hợp cát thuỷ tinh
láng sau khi đóng rắn theo công nghệ CO2 là 8,5kg/cm2; độ bền sau khi qua
sấy là 64kg/cm2 ) và chịu được nhiệt độ cao (ở T=2000C độ bền của hỗn hợp
đạt cực trị, T=400-8000C độ bền giảm tới cực tiểu).
Khi thổi CO2 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
hợp thuỷ tinh lỏng nhỏ cịn 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 CO2 nên chọn cát sạch, hàm
lượng SiO2 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
14

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

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 pơlime. Có tác dụng tạo ra lỗ trống khơng 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 khn ruột trong chân khơng.
- Tính chất của hỗn hợp đóng rắn bằng thổi CO2 ngồi sự phụ thuộc
vào các thơng số kỹ thuật đã nêu trên cịn phụ thuộc vào chất lượng, thành
phần hố 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.
+ Tuổi sống và tính chảy lớn nên cơng dằm khn nhỏ.
+ Thời gian đóng rắn khi thổi CO2 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.

15

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 CO2 của Gang,Thép.
Để làm
Phân loại

khn đúc
gang (hàng
nhỏ)

Thành

Cát cị

Để làm khn

Để đúc

đúc thép (cần

gang và

độ nhẵn cao)

đúc thép

30 -50

21-30

16

Để làm

Để làm ruột

khuôn đúc

đúc gang, đúc

hợp kim

thép, hợp kim

mầu

mầu

30 -50

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu

Để làm
ruột đúc
gang.

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế cơng nghệ -Răng gầu xúc

phần
hố

cát mới

47- 65

81- 89

67-74

47- 65

học

94 - 97
cát thạch anh

100
cát thạch
anh

hỗn

sét caolinít

3 -5

1- 4

3 -5

3 -5

3-6

hợp

Thuỷ tinh láng

4-6

4-6

4- 6

4- 6

4,5 - 6

cát áo

Dung dịch xút

1 - 1,5

1 - 1,5

1,5

1,5

bét than đá hoặc

4-6

10 - 15

bột macsalit

bét than đá

(bét mazutit)

mazut

0,5

0,5

0,5

0,5

3 (boric)

Độ Èm (%)

3-4

3 - 4,5

3-4

3-4

3 - 4,5

2,8 – 3

Độ thơng khí

80

70

80

50

80

120

0,22 - 0,3

0,2 - 0,4

0,2 - 0,5

0,2 - 0,4

2

2

2

2

6

6

6

6

-

-

1,5
(mùn cưa)

6

5
bột
amiăng

Độ bền ở trạng
thái tơi
Tính
chất
hỗn
hợp

2

(0,12 - 0,03)
Mpa

0,01 - 0,15

(kg/ cm )
Độ bền kéo sau
khi thổi CO 2

(0,1 - 0,25)
Mpa

0,15 - 0,2

2

(kg/ cm )
Độ bền kéo sau
khi sấy
2

(0,8 - 1,2)
Mpa

(kg/cm )

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…
17

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu

0,5 - 0,8


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

- 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 cơng 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 q trình đúc.
Bản vẽ đúc khơng 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…
- Dự kiến trước sơ bộ q trình gia cơng vật đúc sau khi đúc, xác định bề
mặt phải gia công và mặt chuẩn cơng nghệ…
Q 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 khơng đặt lõi được…

18

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

- 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 khơng làm thay
đổi các đặc tính của vật đúc như tính mài mịn, tính chịu lực, chịu
nhiệt…Cần chú ý khơng 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 khn có thể phẳng hoặc cong bất kỳ. Những vật đúc khác nhau thì có
mặt phân khn khác nhau. Có thể đúc trong khn đúc có một hoặc có vài
mặt phân khn. Đó là yếu tố quan trọng, bởi vì nhờ mặt phân khn ta có
thể tạo lịng khn chính xác, đặt ruột dễ dàng hơn, tạo hình hệ thống dẫn
kim loại lỏng vào khn chính xác,....Do đó, phân khn là yếu tố cần thiết
khơng thể thiếu được.
* Các nguyên tắc chọn mặt phân khuôn:
a) Chọn mặt phân khn 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 thốt mẫu ...
Chọn mặt phân khn sao cho lịng khn là nơng nhất để vừa dễ

thốt mẫu, vừa dễ sửa lịng khn nhất là các vật đúc có thành mỏng tạo
lịng khn rất hạn hẹp.
Lịng khn nơng cịn có lợi khi điền đầy kim loại lỏng. Nó sẽ tạo ra
dịng chảy Ýt làm hỏng khn.
Những kết cấu có lịng khuôn phân bố ở cả khuôn trên và khuôn dưới,
nên chọn lịng khn nơng hơn. Như vậy sẽ dễ làm khuôn, dễ lắp khuôn.
b) Chọn mặt phân khuôn dựa vào độ chính xác của lịng khn.

19

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

- Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc vào độ chính xác của lịng
khn, vì vậy phải đảm bảo các u cầu sau:
- Lịng khn tốt nhất là chỉ phân bố trong một hịm khn. Điều này
tránh được sai sè khi ráp khn.
- 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 khn nên cho tồn bộ vật đúc ở hịm
khn giữa. Đặt như vậy dù các nửa khn có di chuyển khi ráp khn cũng

Ýt bị ảnh hưởng đến lịng khn cơ bản.
- Khơng chọn mặt phân khn qua chỗ có tiết diện thay đổi, vì nhvậy sẽ khó phát hiện sai lệch tâm giữa các bề mặt, đồng thời gây khó khăn
khi gia cơng cơ khí.
c) Chọn mặt phân khn dựa vào chất lượng của hợp kim đúc:
Sự kết tinh của kim loại lỏng trong khn 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 hịm 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 khn phải tính đến vị trí đặt hệ thống rót để đảm bảo
kim loại lỏng điền đầy nhanh, đơng đặc khơng tạo thành dịng chảy rối làm

20

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

hỏng khn. Trong thực tế có thể có 3 vị trí rót: Từ trên xuống; bên cạnh; và
từ dưới lên (Rót xiphơng)

T

G

G
D

T
D

.
(a). 2 Mặt phân khn.

(b). 1 Mặt phân khn.

Hình 5. Mặt phân khuôn
2.3.3 Xác định các đại lượng của bản vẽ đúc
a. Lượng dư gia cơng cơ khí:
Lượng dư gia cơng cơ khí là phần kim loại dơi ra trên vật đúc khi cắt
bỏ đi sẽ có độ chính xác về kích thước và độ bóng bề mặt.
Những bề mặt khơng ghi độ bóng bề mặt sẽ khơng 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 khn 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 (vng 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
21

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

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 khn 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 khn đúc khơng bị phá
huỷ. Tuỳ thuộc vào khn hay vật đúc, ta có góc lượn ngồi, góc lượn trong.
Giá trị bán kính góc lượn có thể xác định theo cơng thức:
Góc trong: r = (1/3 + 1/5)a+b/2

Góc ngồi: R = r + b
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

22

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

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 lịng khn.
2.3.4 Thiết kế đầu gác ruột
Đầu gác ruột là bộ phận định vị ruột trong khn đúc. Vì vậy đầu gác
ruột phải đảm bảo vị trí chính xác và cứng vững, phải dễ lắp ráp ruột vào
khn. 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 vng góc với
mặt phõn khuụn nằm ngang. Đầu gác ruột phía dưới tác dụng lên khn
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
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 khn 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 ngồi 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:
23

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

- 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 lịng khn 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.

1

2

3

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 thốt khí.
24

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo

Nguyễn Thanh Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công nghệ -Răng gầu xúc

Hộp ruột ngồi việc tạo ra ruột có độ chính xác về hình dáng, kích
thước, cịn cần phải tính đến thao tác đặt xương, điền đầy hỗn hợp, dầm chặt,
tạo rãnh hay lỗ thốt khí và cuối cùng là lấy ruột ra khỏi hộp ruột. Người ta
thường thiết kế 3 loại hộp ruột: Hộp ruột nguyên để tạo lõi đơn giản, dạng
cơn; 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.

1

2

Hình vẽ 7. Bản vẽ hộp ruột
(1. Hộp ruột ; 2. Ruột)
Bản vẽ hộp ruột cũng là bản vẽ chế tạo nên phải đáp ứng đầy đủ các
quy ước về kỹ thuật, về chế tạo. Sau khi đã xác định được hình dạng, kích
thước ruột và đầu gác ruột, trình tự thiết kế hộp ruột phải theo các bước sau:
+ Xác định mặt phân hộp ruột: Một phần nào đó bề mặt này cũng tuân
theo một số nguyên tắc chọn mặt phân khuôn. Mặt phân ruột phải là bề mặt
đi qua tiết diện lớn nhất của ruột, lịng hộp phải nơng để dễ lấy ruột ra khỏi
hộp, dễ đặt xương trong hộp…có thể xác định mặt phân hộp ruột là thẳng
đứng khi hộp có chiều dài khơng lớn qúa so với kích thước ngang. Những
ruột dài nên chọn mặt phân hộp ruột nằm ngang. Điều cần chú ý là sau khi

25

Lê Đình Duy
Vũ Thành Kiên
Nguyễn Đình Đạo
Nguyễn Thanh Hiếu