Đồ án Gia công đúc

hế tạo hỗn hợp Hỗn hợp được trộn bằng máy trộn cánh hoặc máy trộn con lăn. Thứ tự và thời gian trộn hỗn hợp như sau: Đầu tiên cho cát đã được xử lý vào rồi cho máy chạy 1 – 2 phút, sau đó cho các chất phụ dạng bột vào trộn trong khoảng 2 phút, sau đó cho dung dịch xút vào (nếu có) trộn 2-3 phút, sau đó cho thủy tinh lỏng vào trộn 5 – 7 phút. Thời gian trộn nên ngắn nhất có thể. Nếu kéo dài thời gian trộn, thì độ bền sau hoá cứng sẽ giảm, do trong quá trình trộn cát có thể bị vỡ, mặt khác thủy tinh lỏng bị tác dụng với khí CO2 trong không khí làm đông cứng một phần. Hỗn hợp trộn ra, nếu làm khuôn thủ công thì phải cho vào thùng rồi phủ kín, hoặc cho vào bao tải, tránh để hỗn hợp tiếp xúc với không khí. 1.3.2. Chế tạo khuôn ruột Khuôn ruột được chế tạo theo các nguyên công sau: Kiểm tra mẫu và hộp ruột xem có đầy đủ nguyên ven không, sau đó lau sạch chúng và bôi chất cách mẫu lên mẫu và hộp ruột. Đặt mẫu lên tấm mạp rồi đặt hòm khuôn lên, hoặc lắp ghép hộp ruột lại. Cho một lớp cát vào rồi dùng tay ấn đều cát vào mẫu hoặc các chỗ ngóc ngách trong mẫu. Đặt xương cho khuôn hoặc cho ruột nếu cần thiết Đổ tiếp cát vào khuôn ruột và đầm cho đến đầy Gạt cát thừa trên mặt khuôn hoặc ruột Dùi lỗ thổi. Lỗ nọ cách lỗ kia từ 80 – 90 mm. Lỗ có thể dùi sâu gần đến mẫu. Cắm vòi vào lỗ thổi và mở van khí để thổi khí CO2 vào khuôn ruột. Áp suất khí thổi vào phải đảm bảo nằm trong khoảng 1,5 – 2 kG/cm2. Thời gian thổi khí mỗi lỗ trong khoảng 30 giây – 90 giây tùy thuộc vào độ dày của khuôn. Thổi lần lượt cho đến khi xong thì thôi. Lấy mẫu hoặc tháo hộp ruột. Sơn khuôn ruột. Sơn khuôn thường là sơn cháy dung môi cồn. Bột chịu lửa được chọn theo hợp kim đúc. Nếu đúc thép Mn thì bột chịu lửa là manhezit, nếu đúc thép hợp kim thì thường là bột Zircon, nếu đúc thép cac bon là nọt thạch anh. Sơn bằng chổi quét tay, hoặc bằng súng phun. Sau khi sơn xong đốt khuôn ruột cho đến khi cháy xong thì mang khuôn ruột đi ráp khuôn. 1.3.3. Ráp, rót, dỡ khuôn và làm sạch vật đúc a) Ráp khuôn: Khuôn ruột làm xong phải được kiểm tra lại cẩn thận, nếu bị sứt mẻ nhẹ thì vá lại rồi sấy lại, nếu bị hỏng nặng thì bỏ. Phải thổi sạch cát bám trên khuôn ruột sau đó đặt ruột vào khuôn. Phải kiểm tra kích thước của khuôn, của ruột và chiều dày thành khuôn cũng như chiều dày thành vật đúc. Sau đó đè khuôn và che lỗ rót lại. b) Rót khuôn: Bỏ miếng che lỗ rót ra. Gạt xỉ trong gầu rót. Rót đều tay lúc đầu rót nhanh sau rót chậm. Rót liên tục. c) Dỡ khuôn: Để vật đúc nguội đến nhiệt độ dỡ thì dỡ vật đúc ra khỏi khuôn. Nên dỡ ở nhiệt độ cao để tránh nứt cho vật đúc và hỗn hợp cũng dễ rơi ra khỏi vật đúc. d) Làm sạch vật đúc: Vật đúc đúc ra phải loại bỏ ba via, đậu rót, đậu ngót. Việc loại bỏ via và đậu sẽ được thực hiện với các công cụ khác nhau. nếu vật đúc bằng gang thì loại bỏ via và đậu bằng bú đập. Nếu là thép thì phải dùng máy mài via, dùng mỏ đốt cắt đậu. Để làm sạch bề mặt vật đúc thường dùng paraban hoặc máy phun bi. Loại bỏ ruột ra khỏi vật đúc có thể bằng đục tay, hoặc bằng máy phun bi. 1.3.4. Xử lý nhiệt và kiểm tra sản phẩm a) Xử lý nhiệt: Vật đúc sau khi làm sạch xong sẽ được ủ khử ứng suất hoặc tôi ram theo chế độ đặc biệt tùy thuộc vào hợp kim đúc. Ví dụ khi đúc gang xám thường có thể để hóa già tự nhiên hoặc ủ để khử ứng suất. Khi đúc gang dẻo phải ủ. Khi đúc thép phải ủ khử ứng suất, khi đúc thép mangan phải tôi ... b) Kiểm tra vật đúc: Vật đúc sau khi dỡ ra đã kiểm tra xem có thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật không. Nếu không đạt kỹ thuật phải loại ngay. Sau đó ở các khâu xử lý nhiệt tiếp theo thì sau nguyên công đó lại phải kiểm tra. c) Sửa chữa vật đúc: Đối với các vật đúc từ thép hoặc kim loại mầu, nếu khi đúc bị phát hiện rỗ ngót hoặc đôi chỗ rỗ khí có thể hàn đắp lại bằng các hợp kim cùng loại. 1.3.5 Các dạng khuyết tật khi đúc theo công nghệ CO2 + Tuổi sống của hỗn hợp quá ngắn: Do nhiệt độ cát cao, mođun, tỷ trọng TTL cao, thời gian trộn hỗn hợp dài, nhiệt độ môi trường cao, độ ẩm môi trường thấp, bảo quản hỗn hợp trộn ra kém. Khắc phục: Để cát nguội đến nhiệt độ thường, nên dùng TTL có môđun thấp khi trời nóng và khi hanh khô, giảm bớt thời gian trộn tới mức cho phép,…. + Khuôn ruột không đóng cứng do: Nước trong hỗn hợp nhiều, môđun và tỷ trọng TTL thấp, nhiệt độ môi trường thấp và nhiệt độ môi trường quá cao. Khắc phục: Dùng cát khô, dùng môđun, tỷ trọng TTL cao, sấy cát đến nhiệt độ 300C. + Hỗn hợp dính mẫu và hộp ruột: Do lượng TTL nhiều, tỷ trọng thấp, không sơn mẫu. Khắc phục: Dùng cát khô, dùng chất cách mẫu thích hợp, dùng TTL có tỷ trọng cao. + Độ rã bề mặt cao: Do tỷ trọng TTL thấp, môđun cao, thời gian thổi CO2 quá dài, lượng TTL ít. + Vật đúc bị rỗ khí: Do nước dư trong hỗn hợp cao, độ thông khí của khuôn, ruột kém. Khắc phục: Sử dụng cát sấy khô,tăng lỗ thoát khí, sử dụng cát cỡ hạt đồng đều,khi cần phải sấy khuôn, ruột. + Cháy dính cát trên vật đúc: Do lượng nước TTL nhiều, cát có %SiO2 thấp, chứa hạt bụi, kích thước hạt cát nhỏ. Khắc phục: Sơn khuôn, ruột. + Khó phá dỡ vật đúc: Do lượng TTL trong hỗn hợp cao, cát bị chảy dính. Khắc phục: Làm tốt tính phá dỡ hỗn hợp cho phù hợp, giảm hàm lượng TTL, thêm chất phu gia, dỡ vật đúc sớm, thay cát thạch anh bằng các loại cát khác có độ chịu lửa cao. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ ĐÚC 2.1. Các nguyên tắc khi thiết kế công nghệ đúc Thiết kế công nghệ đúc là một khâu rất quan trọng trong quá trình sản xuất vật đúc, nó quyết định công nghệ chế tạo khuôn và chất lượng vật đúc. Muốn sản xuất một chi tiết đúc cần nghiên cứu kỹ tính chất và điều kiện làm việc của nó. Thiết kế công nghệ đúc phải đảm bảo khả năng dễ chế tạo được khuôn, chú ý tới chất lượng vật đúc và hiệu quả kinh tế. 2.1.1 Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc + Đọc bản vẽ kỹ thuật + Tìm hiểu điều kiện làm việc của chi tiết . + Nghiên cứu đặc điểm của vật liệu chế tạo và yêu cầu cơ, lý tính của chi tiết . + Tìm hiểu cách gia công chi tiết cũng như vị trí giá lắp của chi tiết trong khi gia công cơ khí . 2.1.2 Vị trí đặt vật đúc trong khuôn khi rót Vị trí vật đúc trong khuôn lúc rót thường được chọn theo phương pháp làm khuôn, cách bố trí hệ thống rót, lượng dư gia công cơ khí và lượng dư công nghệ, kích thước của hòm khuôn . + Những phần quan trọng của chi tiết, mà ở đó kim loại cần sít chặt hơn, những bề mặt gia công quan trọng hơn, nên đặt ở phần dưới, hoặc mặt bên của khuôn khi rót. + Khi cần cũng có thể đặt đứng hoặc nghiêng để tránh hiện tượng rỗ xỉ , khí… + Nếu vì một nguyên nhân nào đó mà những mặt sau này cần gia công cơ khí, bắt buộc phải đặt quay về phía trên, thì phải tạo mọi điều kiện để các khuyết tật đúc như rỗ co , rỗ xỉ , rỗ hơi… sau này chỉ xuất hiện ở những phần của vật đúc mà rồi có thể cắt bỏ đi được ( thí dụ : đậu hơi, đậu ngót , phần gia công cơ khí ). + Những vật đúc bằng hợp kim có độ co lớn khi đông, thì lúc rót phải đặt ở vị trí có thể đảm bảo được hướng đông đặc của kim loại ở trong khuôn về phía đậu ngót. Những phần dày nằm ở giữa hoặc bên dưới của hòm khuôn mà không thể đặt đậu ngót trực tiếp được, thì phải dùng đậu ngót bên cạnh kiểu đậu ngót khí quyển hoặc áp lực cao. + Vị trí của vật đúc khi rót phải chọn thế nào để ít tốn kém nhất về vật liệu, về lao động, về vật mẫu và hòm khuôn. + Để tránh rót thiếu, khớp và bọng cát, nên để những thành mỏng và rộng của vật đúc nằm ở phần dưới của khuôn, hoặc nằm nghiêng khi rót. 2.1.3 Vị trí của mẫu khi làm khuôn + Chọn mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu: việc chọn vị trí của mẫu khi làm khuôn cũng như mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu có ảnh hưởng lớn đến quá trình kỹ thuật làm khuôn, độ chính xác, của vật đúc. + Chọn mặt chuẩn gia công. + Sai lệch về kích thước, khối lượng của vật đúc và lượng dư gia công. 2.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG RÓT 2.2.1. Chọn vị trí dẫn kim loại vào khuôn Hệ thống rót có tác dụng để dẫn dòng kim loại chảy êm, đồng đều và liên tục vào khuôn đúc. Hệ thống rót còn phải ngăn không cho xỉ và tạp chất khác lọt vào hốc khuôn cùng với kim loại, đồng thời cung cấp kim loại lỏng cho vật đúc trong thời gian đông đặc và điều chỉnh hiện tượng nhiệt khi vật đúc đông nguội. Hệ thống rót phải có khối lượng bé, chiếm ít chỗ trong khuôn, để có thể tận dụng thể tích trong hòm khuôn. Cách chọn dạng và kích thước hệ thống rót đòi hỏi phân tích tỉ mỉ khi thiết kế quá trình chế tạo vật đúc. Khi thiết kế hệ thống rót cho vật đúc bằng thép, do khả năng rơi xỉ vào vật đúc ít, vì xỉ đặc dễ giữ trong gầu rót, nên có thể sử dụng hệ thống rót đơn giản, nhưng cần chú ý đến nhiệt độ cao, độ chảy loãng thấp, khả năng chảy mòn thành khuôn, độ co dài và co thể tích của thép lớn, nên cần suy nghĩ thiết kế hệ thống rót cẩn thận hơn. Hệ thống rót cần đảm bảo điền đầy khuôn êm, không cuộn, xoáy, phun bắn làm hỏng khuôn…. Do vậy ngoài hình dáng vật đúc cần tính đến những yếu tố dưới đây: Để tăng hiệu quả tác dụng của đậu ngót, cần cố gắng dẫn kim loại vào phần vật đúc nằm ngay dưới đậu ngót hay cạnh đậu ngót. Có thể cung cấp kim loại nóng cho đậu ngót bằng cách rót qua rãnh dẫn phụ, hay đơn giản hơn có thể rót ngay vào đậu ngót, có thể dùng đậu ngót phát nhiệt để cho kim loại nóng lâu hơn. Không bố trí rãnh dẫn sát với vật làm nguội để tránh làm giảm hiệu quả của vật làm nguội. Để khuôn đỡ bị xói mòn, nên dẫn kim loại qua nhiều rãnh dẫn và không nên quá dày. Với những vật đúc không lớn và không quá cao, rót từ trên xuống là thích hợp nhất, có lợi cho sự phân bố nhiệt trong vật đúc. Rót đùn tuy ít xói mòn nhưng không phù hợp với hướng đông nên chỉ phù hợp với khuôn tươi. Đúc những vật lớn thường dẫn kim loại qua nhiều rãnh dẫn bố trí ở những mức khác nhau. Đối với những vật đúc bé và trung bình thường dùng kiểu rót bên sườn chú ý không để kim loại chảy trực tiếp vào khuôn. 2.2.2. Tính toán hệ thống rót. Để tính toán hệ thống rót, trước hết phải xác định thời gian rót có lợi nhất đối với vật đúc. Thời gian rót hợp lý được xác định theo công thức (2.1). t = s (2.1) Trong đó: g: chiều dày chính hay trung bình của vật đúc (mm) G: khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót, ngót (kg) s :hệ số ( bảng 2.1) Bảng 2.1. Hệ số s phụ thuộc vào vị trí dẫn kim loại Nhiệt độ và độ chảy loãng của kim loại Cách dẫn kim loại Rót xi phông vào phần dày của khuôn Vào một nủa chiều cao của vật đúc Rót trên xuống Rót vào chỗ thành mỏng của vật đúc Bình thường cao 1,3 1,4 – 1,5 1,4 1,5 – 1,6 1,5 – 1,6 1,6 – 1,8 Chú thích: - Trường hợp có nguy cơ tạo thành ứng suất đúc hay rỗ ngót trong vật đúc, hệ số s tăng 0,1 – 0,2 Khuôn kim loại hay khuôn cát có nhiều vật làm nguội thì phải rót nhanh. Xác định thời gian rót kim loại vào khuôn cần tính đến tốc độ dâng của kim loại trong khuôn khi rót. Tốc độ rót được xác định theo công thức (2.2), trong đó C là chiều cao vật đúc, t là thời gian rót khuôn (tính theo (2.1). v = (cm/s) 2.2 Kiểm tra lại tốc độ rót. Nếu bằng hoặc lớn hơn giá trị tốc độ rót cho phép (cho trong bảng 2.2) là được Bảng 2.2. Trị số bé nhất cho phép đối với vật liệu thép là: (cm/s) Chiều dày thành vật đúc v < 4 - 4 – 10 2 10 – 40 1 > 40 0,6 Sau khi xác định thời gian rót không hợp lý, ta tính diện tích rãnh dẫn - Fmin theo công thức (2.3). Fmin = (2.3) Trong đó: G- khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót (kg) - hệ số trở lực trong của khuôn htb - cột áp suất thủy tĩnh trung bình của kim loại (cm) - tốc độ cung cấp kim loại từ thùng rót (kg/s) Bảng 2.3. Hệ số trở lực của khuôn µ đối với vật liệu thép là Vật đúc Loại khuôn Trở lực khuôn Lớn Trung bình Bé Thép Tươi Khô 0,35 0,41 0,42 0,48 0,50 0,60 Cột áp suất thủy tĩnh trung bình của kim loại htb (cm) trong thời gian rót khuôn được tính theo công thức (2.4). htb = H0 – (2.4) Trong đó: H0 – áp suất thủy tĩnh ban đầu lớn nhất (cm) P – chiều cao của vật đúc trên rãnh dẫn (cm) C – chiều cao của vật đúc khi rót (cm) 2.3. THIẾT KẾ ĐẬU NGÓT 2.3.1. Nguyên tắc thiết kế: Những nguyên tắc cần chú ý khi thiết kế đậu ngót: Đậu ngót được đặt trên phần dày nhất của vật đúc Đậu ngót không làm cản trở sự co tự do của vật đúc Đậu ngót phải dễ cắt và dễ làm sạch vết cắt Đậu ngót còn có thể làm đậu hơi để thoát khí và chất bẩn ra khỏi khuôn, vì vậy nên bố trí đậu ngót ở chỗ cao nhất của vật đúc. Tránh đặt đậu ngót quá sát thành vật đúc tạo nên khe cát mỏng, khi rót bị nung nóng nhiều, dễ sinh rỗ ngót ở thành vật đúc. 2.3.2. Các dạng đậu ngót: Theo kết cấu thì có hai loại đậu ngót trên và đậu ngót bên hông ở dạng kín và hở. Ngoài ra còn có :đậu ngít dễ đập, đậu ngót cách nhiệt và đậu ngót phát nhiệt. Đậu ngót thường: + Đậu ngót trên. Có hai dạng là đậu ngót hở và đậu ngót kín. - Đậu ngót hở: Ưu điểm: Dễ ráp khuôn, có thể kiểm tra trước lúc rót và quan sát được kim loại chảy trong khuôn khi đang rót. Nhược điểm: Chiều cao của đậu ngót phụ thuộc vào chiều cao của hòm khuôn, dễ bị bẩn vì bị rơi vào qua đậu ngót hở. - Đậu ngót trên kín: Thường phần trên của đậu ngót làm nửa hình cầu để giảm bề mặt tiếp xúc của kim loại lỏng với khuôn và hạn chế thể tích đậu ngót. Nó được sử dụng trong các trường hợp: * Hòm khuôn quá cao. * Khi làm trên máy bằng tấm mẫu, phần mẫu nhô ra của đậu ngót hở sẽ làm cản trở sự đầm chặt của hỗn hợp bằng máy. + Đậu ngót bên hông: Được sử dụng trong trường hợp cần bổ sung kim loại cho những nút nhiệt nằm ở phía dưới của khuôn, hay trong trường hợp không thể đặt đậu ngót ở phần trên của vật đúc (vật đúc bị biến dạng hay khó cắt đậu ngót). Trong một số trường hợp nếu sử dụng đậu ngót bên sẽ dễ thực hiện được nguyên tắc đông đặc có hướng giảm chi phí lao động, dễ cắt đậu ngót và làm sạch được vết cắt còn lại. Bên cạnh đó còn giải quyết được một số tính chất về vấn đề tổ chức đảm bảo cơ tính cho vật đúc. Tuy vậy, đậu ngót bên cũng có một số nhược điểm sau: Làm tăng khích thước hòm khuôn do đậu ngót bên chiếm chỗ. Tạo thành những chỗ cát yếu giữa đậu và thành vật đúc, cho nên dễ bị xói lở và dễ bị cháy cát ở khe này do nhiệt độ cao. Có tác dụng kém hơn so với đậu ngót trên vì cột áp suất thủy tĩnh thấp. Đậu ngót bên hông thường kín, phần trên làm thành nửa hình cầu, làm việc với tác dụng của áp suất khí quyển hay áp suất cao tự tạo. b) Đậu ngót dễ đập: Thường áp dụng đối với vật đúc không quan trọng lắm, cỡ bé trung bình. Đối với những vật đúc lớn, quan trọng thì đậu ngót này không sử dụng vì điều kiện bổ sung kim loại cho vật đúc kém hơn so với đậu ngót thông thường. c) Đậu ngít cách nhiệt: Là đậu ngót được chế tạo bằng vật liệu cách nhiệt. d) Đậu nhót phát nhiệt: Là đậu ngót được chế tạo bằng vật liệu phát nhiệt. Ưu điểm của đậu ngít cách nhiệt và đậu ngót phát nhiệt là tiết kiệm kim loại cho đậuu ngót vì hiệu quả bổ ngót cao. 2.3..3 Tính toán thiết kế đậu ngót: Phương pháp của giáo sư Tiệp Khắc Psibưn: H = D = 1,085. (2.5) eH = D = 1,085. (2.6) Trong đó: D: Đường kính đậu ngót (dm) H: Chiều cao của đậu ngót (dm) V: Thể tích phần vật đúc cần bổ sung (dm3) G: Khối lượng vật đúc cần bổ sung (kg) : Độ co của kim loại theo % trong khoảng nhiệt độ rót đến nhiệt độ đông đặc. Đối với thép có: 0,1 %C ß = 0,2 0,35 %C ß = 0,03 0,45 %C ß = 0,043 0,70 %C ß = 0,053 x- hệ số không kinh tế của đậu ngót. Phương pháp đơn giản tính theo Ken: Công thức: k = (2.7) Trong đó: l- chiều dài vật đúc. s- chiều rộng vật đúc. G- bề dày thành vật đúc. 2.4. VẬT LÀM NGUỘI Là một trong những phương tiện để tránh rỗ ngót, đặc biệt thường được sử dụng ở những nơi không thể đặt đậu ngót. Đôi khi vật làm nguội được dùng như một phương tiện chống nứt trong vật đúc. Tùy thuộc vào hình dáng kích thước vật đúc, mà ta có vật làm nguội bên ngoài hoặc bên trong. 2.5.1 Vật làm nguội ngoài. Các nút nhiệt điển hình: Những vật làm nguội ngoài thường nặng và khó giữ, do vậy chiều dày vật làm nguội ngoài nếu là tấm phẳng, thì dày không được quá 60 mm, nếu tròn thì đường kính của vật làm nguội phải nhỏ hơn 45 mm. Chiều dài vật làm nguội không quá 150 – 200 mm. Khoảng cách giữa các mặt làm nguội xem bảng (2.4) Bảng 2.4. Kích thước vật làm nguội ngoài Vật làm nguội ngoài Cỡ (mm) Chiều dài (mm) Khe hở (mm) Trụ tròn Đường kính < 25 “ < 25 – 45 100 – 150 150 – 200 12 – 20 20 – 30 Tấm Chiều dày < 40 “ < 10 – 25 “ >25 100 – 150 150 – 200 200 – 300 6 – 10 10 – 20 20 – 30 Để vật làm nguội không bị rơi dung những râu bằng thép có đường kính 4 – 8 mm và dài 60 – 80 mm. 2.5.2 Vật làm nguội trong Vật làm nguội trong thường bằng thép mềm có 0,1 – 0,2%C. Cần chọn sao cho khối lượng của nó từ 5 – 10% khối lượng nút nhiệt. Nếu vật đúc lớn thì lấy đến 10 – 20%. CHƯƠNG 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đồ án “Khảo sát công nghệ đúc búa nghiền tại Công ty Cổ phần và xây dựng PHÚC SƠN, có mục đích tìm hiểu công nghệ đúc búa nghiền bằng công nghệ CO2. 3.2. ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG KHẢO SÁT 3.2.1. Đối tượng khảo sát: Công nghệ làm khuôn để đúc búa nghiền tại công ty Cổ phần và Xây dựng Phúc sơn Cát biển Nha Trang Thủy tinh lỏng Thái hà Khí CO2 công nghiệp 3.2.2. Nội dung khảo sát Khảo sát tính chất của vật liệu: Với cát làm khuôn cần xác định độ ẩm, thành phần độ hạt, hàm lượng chất bùn. Thiết kế đúc búa nghiền Công nghệ đúc búa nghiền 3.3. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT 3.3.1. Khảo sát tính chất vật liệu a) Xác định độ ẩm: Để xác định độ ẩm của cát dùng phương pháp trọng lượng. Nội dung của phương pháp như sau: Cân 50 hay 100 gam cát nghiên cứu Sấy ở nhiệt độ 105 – 110OC cho đến khô Để nguội trong lò hoặc trong buyồng hút ẩm cho đến nhiệt độ phòng Cân cát sau sấy Bảng 1.16: Kết quả sau khi sấy: TT Khối lượng cát sau khi sấy Độ ẩm(%) mẫu 1 49.96 0,08 mẫu 2 49.93 0,14 mẫu 3 49,92 0,16 Độ ẩm của cát được xác định theo công thức (3.1). Ở đây: QO – khối lượng cát trước khí sấy, gam QS – Khối lượng cát sau sấy, gam Hình 1.8: Lò sấy. b). Phương pháp xác định hàm lượng chất bùn trong cát: Chất bùn bao gồm cả sét lẫn các hạt bụi mà có kích thước <0,02mm. Chất bùn cần phải tách ra khỏi cát trước khi phân tích thành phần độ hạt bằng phương pháp sàng do các hạt bụi có thể dính với nhau hoặc dính vói các hạt cát. Lượng chất bùn được xách định dựa trên nguyên lý sự rơi của vật rắn trong chất lỏng tuân theo định luật Stok.Theo định luật này cần chú ý: - Vật rơi có dạng hình cầu. - Phần tử sa lắng có kích thước lớn hơn rất nhiều so với môi trương sa lắng. - Bình sa lắng có ảnh hưởng tới tốc độ rơi của hạt vì có lực cản ma sát giữa thành bình với môi trường. - Tốc độ rơi không quá lớn. - Nồng độ chất rơi không cao, để không cản trở nhau khi rơi. - Nước có chứa can xi, manhe dễ liên hợp phần tử nhỏ, nên phải cho chất làm chúng dễ phân ly và phải khuấy mạnh. + Theo phương pháp lắng chuẩn: Cân 3 mẫu cát khối lượng 500,01 gam cát đã được khuấy khô ở 1050C – 1100 C cho vào bình dung tích 1 lít, đường kính bình 90-100 mm, đổ vào bình 475cm3 nước lọc và 25cm3 dung dịch NaOH nồng độ 1, đậy nắp bình. Lắp vào máy cho quay với vận tốc 60 vòng /phút trong 1 giờ. Cần chú ý khi lắp bình vào máy sao cho đủ chặt đảm bảo bình không bị vỡ và không bị văng ra khỏi máy khi quay. Tháo bình ra cho thêm nước vào để mực nước trong bình đủ cao 150 mm ( khi cho nước thêm nếu phát hiện cát bám ở trên nắp cần rửa cho chúng trôi vào bình). Để lắng tĩnh trong 10 phút, ( vì thoạt đầu lượng sét trong dd còn nhiều gây cản trở sự sa lắng của các hạt cát, nếu hút đúng thời gian sẽ hút cả cát ra ngoài ). Cho ống xi phông vào cách đáy bình 25 mm, cách mặt thoáng 125cm để hút nước đục ra, ( nếu dể ống xiphông cách đáy không đến 25mm thì cát lắng có thể bị hút mang ra ngoài ). Sau đó đổ nước lọc vào theo đúng mực cũ , dùng đủa thủy tinh quấy đều, rồi để lắng 10 phút, lại dùng ống xiphông hút nước đã làm ở trên. Sau đó lại đổ nước lọc vào bình đến mức cao 150mm như cũ rồi lắc đều, để lắng trong 5 phút, rồi lại dùng ống xiphông hút nước bùn ra. Qúa trình cứ lặp lại như thế (chú ý để bình lắng 5 phút) cho đến khi nước trong bình trong xuốt, rồi rửa hết cát trong bình đổ vào phểu đã đặt sẳn giấy lọc chờ chảy hết nước. Hình 1.7: Phễu lọc. Đặt cả giấy lọc và cát lên đĩa đưa vào lò sấy ở nhiệt độ 1050C – 1100C đến khi khối lương không đổi. Cân lượng cát còn lại với độ chính sác 0,01 g, ghi lại khối lượng. Ta được số liệu như bảng 1.15: Thứ tự Lượng cát Lượng bùn Tỷ lệ Mẫu 1 47,99 2,01 4,02% Mẫu2 48,21 1,79 3,85% Mẫu 3 48,30 1,70 3,4% Hàm lượng chất bùn trong cát được xách định như sau : S= 3.1 Ở đây : Q0 – khối lượng cát ban đầu (g). Q1 – khối lượng cát sau khi rửa (g). c) Xác định thành phần độ hạt Xác định thành phần độ hạt được xác định theo phương pháp sàng phân loại. Cách tiến hành như sau: Cát đã sấy ở trên cho vào bộ sàng tiêu chuẩn. Lắp bộ sàng đã xếp theo đúng thứ tự từ cỡ rây to đến cõ rây nhỏ lên máy. Bắt chặt bộ rây vào máy. Cho máy chạy trong 15 phút. Nhấc từng rây ra và đổ cát trên rây vào từng đĩa cân. Dùng chổi lông quét cát mắc trên rây. Cân cát và ghi kết quả vào bảng số liệu. Cân khối lượng cát của mỗi sàng ta được bảng 1.14: Số rây Khối lượng cát (g) Số rây Khối lượng cát (g) 2.5 0 02 20,77 1.6 0 016 17,25 1 0 01 10,54 063 0 0063 0,35 04 0,27 005 0 1315 0.70 Biểu diễn kết quả trên đồ thị: Hình 1.6: Máy phân loại cát. 3.3.2. Phương pháp khảo sát thiết kế đúc chi tiết búa nghiền Tính tóan thiết kế theo lý thuyết đưa ra trong chương 2 Khảo sát đối chiếu với thực tế bănmgf cách đo trên mẫu và chụp ảnh 3.3.3. Phương pháp khảo sát công nghệ đúc Quan sát ghi chép và chụp ảnh lại trình tự làm khuôn và đúc rót chi tiết búa nghiền tại Công ty Cổ phần và Xây dựng Phúc sơn. CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT BÚA NGHIỀN BI TẠI CÔNG TY PHÚC SƠN 4.1 Công nghệ nấu luyện. sss Vật liệu ban đầu gồm: Thép Γ13 là thép Fero man gan (Fe – Mn ) loại FeMn80; Fero Titan loại FeTi30; Fero crom loại FeCr70; W kim loại cỡ hạt <10; Fe – R (Ce 28) cỡ hạt <10; điện cự tăng %C. * Tính toán phối liệu cho mẻ liệu nấu Thành phần yêu cầu: %C: 0,9 – 1,1 %W: 0,3 – 0,4 %P: <0,05 %Mn: 13 – 15 %Ti: 0,1 – 0,2 %Ni: 0,8 – 1,0 %Si: < 0,6 %Cr: 1,4 – 1,6 %Ce: 0,1 – 0,205 Nguyên liệu chính tính cho một mẻ nấu: Như bảng 1.17: Nguyên liệu được nấu trong lò điện trung tần, khối lượng mỗi mẻ nấu 1tấn/mẻ. Dùng FeMn 80 %; Fero Titan loại FeTi 30 %; Fero crom loại FeCr 70 %; FeNi 65 %; các nguyên liệu nhỏ như: Al, C, than có tổng khối lượng = 15kg. Nguyên liệu Khối lượng(kg) Nguyên liệu Khối lượng(kg) Mn 130 – 150 Cr 14 – 16 FeMn80% 170 FeCr70% 24 Ti 1 – 2 Ni 8 – 10 FeTi30% 7 FeNi65% 12 W 4 FeTi 4 Bảng 1.17: Nguyên liệu mẻ nấu. Thành phần thép liệu còn lại là: 1000 – (170 + 7 + 4 + 24 + 12 + 4 + 15) = 764 (kg). 4.1.2 Quy trình nấu luyện. Quy trình nấu thép trong lò điện cảm ứng được chia làm nhiều thời kỳ: Chất liệu, nấu chảy, oxy hóa và tinh luyện. a. Chất liệu: + Thành phần hóa học: Thành phần hóa học của nguyên vật liệu đem nấu cũng như sự phối liệu phải chính xác vì thời gian nấu nhanh, không kịp phân tích hóa học tất cả các nguyên tố mà thường chỉ phân tích được các nguyên tố như: C, Mn, Si. Liệu cho vào lò phải đảm bảo các yêu cầu như: - Kích thước liệu phù hợp với dòng điện. - Lò càng bé, liệu càng bé, tần số càng lớn. - Lò càng lớn, liệu càng lớn, tần số càng bé. Cách xếp liệu: Cho nguyên liệu tập trung ở mức 2/3 chiều cao lò, kể từ dưới lên và lớp sát tường lò vì tại đây mật độ dòng điện là lớn nhất. Liệu phải xếp xít chặt nhau để dễ chảy. Vì thế thứ tự xếp liệu vào lò được bố trí như sau: Đầu tiên chất một ít liệu nhỏ,vụn và mỏng xuống đáy lò. Tiếp theo chất các lớn và trung bình xếp cạnh tường lò và ở vị trí song song với trục thẳng đứng. Liệu nhỏ còn lại xếp vào khe liệu lớn chủ yếu ở giữa lò và phía trên cùng. Các fero: Fe – W, Fe – Mo, Ni cùng cho vào một lúc khi chất liệu. Trong khi chất liệu cần chú ý theo dõi sự thay đổi cường độ dòng điện và điện thế ra liệu. b. Nấu chảy Đặc điểm của giai đoạn nấu chảy trong lò cảm ứng là các lớp liệu ở dưới và giữa lò dẽ chảy, liệu phía trên chảy rất chậm do vậy thường xuất hiện hiện tượng treo liệu. Để khắc phục hiện tượng này người ta phải thường xuyên dùng gậy sắt đẩy liệu chưa chảy phía trên xuống vùng kim loại lỏng . Trong giai đoạn nấu chảy có thể cho tiếp kim loại phối liệu vào lò. Trước khi cho thêm liệu vào, liệu cần dược nung nóng để tránh hiện tượng bắn tóe và treo liệu. Hình 1.9: Kim loại đổ từ lò vào gầu rót. Tạo xỉ: Khi cục liệu cuối cùng đã chìm vào trong kim loại lỏng thì tiến hành tạo xỉ che phủ để kim loại không bị hút khí và đỡ tốn nhiệt. Nếu nấu trong lò axit thì dùng vật liệu tạo xỉ là vụn thủy tinh, còn nấu trong lò bazơ dùng hỗn hợp 60 % vôi + 20 % cát mannhehit + 20 % huỳnh thạch, lượng xỉ dùng trên dưới 3 % trọng lượng kim loại lỏng. Phướng pháp nung nóng xỉ trong giai đoạn nấu chảy nhiệt độ xỉ ở trên thấp, nhiệt độ kim loại ở phía trên cũng rất thấp nên xỉ dễ bám vào tường lò làm hỏng tường lò. Xỉ làm mất nhiệt của kim loại lỏng và giảm khả năng luyên kim như khử S kém do vậy người ta có thể nung nóng xỉ bằng hai cách sau: - Dùng nắp đậy graphit để dòng cảm ứng nung nóng xỉ. - Dùng hai điện cực graphit nhúng vào xỉ để nung nóng xỉ. Sau khi nấu luyên xong lấy mẫu đem phân tích thành phần C , Mn với lò bazơ và C, Si với lò axit. c. Oxy hóa và tinh luyện. - Để khử oxy, khử các tạp chất và hợp kim hóa. - Điều chỉnh thành phần qua phân tích nếu %C thấp có thể cho thêm vụn điện cực mức độ hấp thụ C là 80 %. Có thể khử khí bằng hai phương pháp sau: + Phương pháp khử oxy khuyếch tán người ta dùng hỗn hợp bột than cốc, bột Fe – Si, bột Al và vật liệu tạo xỉ, thời gian khử là 30 phút. + Khử trực tiếp: Trực tiếp đưa Fe ro vào kim loại lỏng ( Fe – Mn , Fe – Si ). + Khử cuối cùng bằng Al: Cho Al vào nồi lò trước khi ra thép. + Khử khí và tạp chất: Do sự khuấy trộn kim loại trong lò cảm ứng rất tốt nên việc khử khí và tạp chất tiến hành thuận lợi. * Nấu luyện thép Г13: Thép Г13 nên nấu luyện trong lò điện bazơ và nhất là trong lò điện vì thép dễ đạt đến thành phần C = 0,07 – 0,09% trước khi cho Fe – Mn vào. Khi nấu luyện cần đặc biệt chú ý đến vấn đề khử oxy ở trong thép ngay cả khi nấu trong lò điện cảm ứng. Trong trường hợp nấu luyện trong lò Mactanh sau khi cho thép Mn – C vào trong thép đã luyện đến cácbon thấp rồi khử S thì phải khử oxy trong xỉ bằng hỗn hợp Fe – S, than gỗ và bột Al với vôi (CaCO3). Vì xỉ nhiều phôt pho đã được cào sạch trước nên chỉ có FeO và Mn ở trong xỉ hoàn nguyên, do đó nhận được xỉ có hàm lượng FeO và MnO thấp như ở lò điện. Nếu tỷ lệ Mn/C ở trong thép thích hợp và cao được khử bằng phương pháp khuyếch tán. Để hoàn nguyên được MnO thì thép Г13 nên nấu trong lò bazơ. Cần chú ý khử oxy bằng phương pháp xỉ trắng và tháo xỉ ra ngoài sau đó. Quá trình nấu lại thực chất chỉ là quá trình nấu chảy. Nếu dùng hồi liệu thật sạch (cạo xỉ hoặc làm sạch bằng phương pháp hóa học) thì khi nấu ta chỉ cần nấu chảy và khử oxy bằng một lượng 0,9 – 1 kgAl/tấn kim loại lỏng là rót được. Khi biến tính cần chú ý đến lượng C và Mn trong kim loại lỏng bị cháy hao. * Đúc thép Г13: Tính đúc của thép Г13. Do hàm lượng của Mn cao làm tăng tính dẫn nhiệt và làm tăng tốc độ kết tinh của austennit nên cấu tạo ban đầu thô to kết tinh ngang nên làm cho vật đúc dẻo dễ bị nứt nóng, nứt nguội. Biên pháp tốt nhất để nâng cao cơ tính là kết hợp các biện pháp kỹ thuật như: Rót ở nhiệt độ thấp (Xem bảng 1.18). Nhiệt độ rót theo quang hảo kế không cần điều chỉnh 0C Số cỡ hạt Kg/mm2 % 1450 1 39,3 4,32 1400 3 48,4 11,00 1380 4 51,4 18,00 1350 5 56,7 21,20 1330 6 60,8 23,40 Bảng 1.18: Ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến khích thước hạt và cơ tính của thép Г13: Dùng khuôn tươi hay khuôn kim loại hay dùng gang nguội để rút ngắn thời gian đông đặc. Sự ảnh hưởng của khuôn đến kích thước hạt và cơ tính được đưa ra ở bảng (1.19): Bảng 1.19: Ảnh hưởng của khuôn đúc đến kích thước và cơ tính của thép Г13: Loại khuôn Kg/mm2 % Số cỡ hạt Mặt gẫy Khô sấy đến 2000C 42,0 42 1 To hạt, kết tinh hoàng liệt Khô dưới 250C 51,6 1,2 3 Kết tinh hoành liệt Tươi 56,7 13,0 3 – 4 Kết tinh hoành liệt Có gang nguội ở bên 65,3 28,6 6 Nhỏ đều đặn Làm biến tính bằng Al hay Ti để tinh thể hóa mịn vì không có biện pháp nhiệt luyện nào để hóa min hạt tinh thể ban đầu thô to của austennit và bớt sự kết tinh ngang. Do đặc tính dễ bị nứt nóng, nứt nguội nên khi đặt đậu ngót cho những vật đúc thép Г13 nên chú ý là không thể dùng máy cắt mà phải dùng hàn hơi nhưng chỉ ở những đậu ngót nhỏ. Ở trạng thái sống khi đúc ra độ độ dẫn nhiệt và độ dẻo thép Г13 rất kém, khi cắt bằng hàn hơi nhiệt độ 400 – 600 0C là nhiệt độ mà cacbit tiết ra làm giảm độ dẻo do đó nên cắt đậu ngót cách thành vật đúc khoảng 15 – 20 mm, sau đó mài sạch bàng đá mài sau khi đã tôi xong. Nhiệt độ rót của thép Г13 là: 1450 – 1500 0C. Thép nấu ra phải đạt thành phần hóa học: C = 1,14 – 1,19 % Cr < 1,99%. P≤0,042%. Mn = 13,28 – 14 % Ni ≤0,37%. Si ≤ 0,94%. Mo ≤0,14 %. 4.2. CHI TIẾT BÚA NGHIỀN Đặc điểm của chi tiết búa nghiền Búa nghiền là chi tiết có kích thước trung bình. Chiều dày trung bình 95mm, dài 42mm. ??? Hợp kim đúc là thép Γ13 thuộc loại thép hợp kim cao, có tổng khối lượng các nguyên tố hợp kim ≥15%, dễ sinh ra các khuyết tật cháy cát, nứt và ngót. Do vậy, cần phải thiết kế công nghệ đúc thích hợp để đảm bảo chất lượng yêu cầu. Đồng thời theo dõi chặt chẽ từ khâu làm khuôn, đến nấu luyện và đúc rót. Đặc biệt cần chú ý tới việc đặt đậu ngót phát nhiệt để tăng tỷ lệ thành phẩm (giảm trọng lượng đậu ngót) dẫn đến giảm giá thành sản phẩm. Búa nghiền được sản xuất ở công ty Phúc Sơn phục vụ cho một số nhà máy xi măng trong nước như xi măng Hoàng thạch, xi măng Nghi Sơn, xi măng Hà tiên,… Búa nghiền là chi tiết rất quan trọng, làm việc chịu tải trọng va đập lớn, áp lực cao, chịu mài mòn lớn. Hiện nay công ty chỉ sản xuất các loại búa nghiền theo đơn đặt hàng của các công ty. Tuỳ vào điều kiên làm việc mà lựa chọn sản xuất các loại búa có khối lượng khác nhau. 4.2.2. Điều kiện làm việc và công dụng Búa nghiền làm việc trong điều kiện mài mòn, va đập lớn, tải trọng cao. Nó được sử dụng để đập đá và nghiền đá nhỏ hơn. Búa nghiền phải có cơ tính đều ổn định trên toàn búa. Tổ chức của hợp kim đúc là austennit có tính dẻo cao, Austennit có kiểu mạng A1 rất nhạy cảm với hoá bền biến dạng. Khi làm việc dưới áp lực cao và bị va đập, austenit bị biến dạng dẻo và bị biến dạng cứng mạnh, làm tăng độ cứng và khả năng chống mòn của lớp bề mặt, còn bên trong lõi vẫn giữ nguyên tổ chức ban đầu, nên vẫn duy trì được độ dẻo dai, độ biến mềm ở nhiệt độ cao và bị biến dạng nóng. Búa nghiền được dùng để đập, nghiền đá vôi, làm nhỏ các cục đá lớn phục vục cho công đoạn tiếp theo ở nhà máy xi măng. Búa nghiền chỉ làm việc đạt hiệu quả cao nhất trong điều kiện môi trường làm việc không có ăn mòn và mài mòn. Đặc biệt, khi phun cát búa sẽ bị mài mòn rất nhanh và không bền trong điều kiện môi trường có tương tác hoá học như a xit, kiềm mạnh. Vì vậy phải lựa chọn môi trường làm việc phù hợp để đạt hiệu quả cao, tránh làm hỏng búa. 4.2.3. Yêu cầu kỹ thuật Vì hợp kim đúc là thép Г 13 nên tổ chức của hợp kim sau khi nhiệt luyện và hoá già phải đạt tổ chức là autenit hoàn toàn và không còn cacbit dư. Búa nghiền là chi tiết quan trọng. đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao. Để búa làm việc tốt thì hợp kim đúc cần đạt được các tính chất sau: Về cơ tính: + Độ cứng: 200 - 220 HB. + Độ bền: σb = 800 - 900 Mpa. + Giới hạn chảy: σ0,2 = 300 – 370 Mpa. + Độ dãn dài tương đối: δ = 15 - 25%. Phải tạo ra tổ chức hoàn toàn là autenit ngay ở nhiệt độ thường. Hàm lượng Mn không được cao quá. Nếu cao quá sẽ làm to hạt ở dạng xuyên tinh, nên ảnh hưởng rất lớn đến độ hạt, tăng tính nứt nóng và nứt nguội vì thế phải có biện pháp làm nhỏ hạt và đảm bảo đúng mác thép cần chế tạo. Sản phẩm sau đúc không bị các khuyết tật đúc như rỗ khí, rỗ cát, rỗ co, nứt, đúng về hình dạng và chính xac về kích thước. Sau khi nhiệt luyện chi tiết không bị cong vênh, nứt, đảm bảo đúng kích thước. Sản phẩm hoàn chỉnh phải đảm bảo độ bền, độ cứng, độ dai, trọng lượng như yêu cầu chế tạo. Khi làm việc dưới điều kiện chịu mài mòn va đập lớn, thép tự biến cứng, vì mạng A1 nhạy cảm với hoá bền biến dạng. Hàm lượng tạp chất khống chế trong giới hạn cho phép. Muốn vậy phải có biện pháp khử khí, tinh luyện khi nâu luyện. 4.3. THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC BÚA NGHIỀN 4.3.1 Bản vẽ chi tiết chế tạo sản phẩm búa nghiền (hình 4.1). Hình 4.1. Bản vẽ chi tiết búa nghiền a. Yêu cầu kỹ thuật: Độ cứng 220-250 HB. Các bán kính đúc không ghi lấy R= 3mm. Đúc tạo ký hiệu A về phía lệch để đánh dấu đầu đập. Các mắt gia công yêu cầu độ bóng, độ côn ghi trên bản vẽ: RZ40. Khối lượng một chi tiết sau đúc: 92÷95 kg b. Phương án công nghệ chế tạo búa nghiền + Phương án 1: Thiết kế hệ thống rót bên sườn. Làm khuôn bằng hòm giả, mẫu bổ đôi, sau đó dựng đứng khuôn lên, ráp ruột, kẹp khuôn rồi rót. * Bản vẽ công nghệ (Ở đâu?) Ưu điểm: Hệ thống rót không phức tạp, dễ chế tạo, tiết kiệm được chi phí sản xuất cho hệ thống rót, cắt đậu làm sạch rót bên sườn dòng chảy tương đối êm. Nhược điểm: Sử dụng phương án rót như trên rất hay xảy ra khuyết tật cháy cát, rỗ cát ở phần đuôi, chỗ giáp ruột. Do khuôn dựng đứng lên nên trước khi rót vẫn còn cát bẩn trong khuôn do chưa hút sạch hết khi ráp khuôn. Khi kim loại lỏng chảy vào khuôn do tác động cơ học của dòng kim loại lỏng chảy vào khuôn cuốn theo các hạt cát bẩn theo, khi cuốn vào chỗ ráp ruột bị chắn lại và đông đặc tại đây gây ra khuyết tật đúc. Nên phương án này ít được áp dụng vào sản xuất. – Hình1.11 Bản vẽ công nghệ chế tạo theo phương án 1. + Phương án 2 Rót bên sườn và rót đùn. Có ưu điểm như dòng chảy êm, không bị cuốn khí, không cần rãnh dẫn xỉ, diện tích rãnh dẫn nhỏ, đỡ tốn công cắt đậu. Phương án này khắc phục được các nhược điểm của phương án 1. Do vậy phương án công nghệ này được áp dụng vào sản xuất. Bản vẽ công nghệ như hình 1.12: Hình 1.12 Bản vẽ công nghệ chế tạo theo phương án 2. 4.3.2 Thiết kế hệ thống rót Vị trí đặt hệ thống rót như bản vẽ công nghệ hình 4.2 + Chiều cao ống rót là 520 mm. + Rãnh dẫn gồm hai rãnh dẫn diện tích rãnh > F min , kích thước đường kính rãnh dẫn như trong bản vẽ (Hình 1.13). Mẫu của tất cả hệ thống rót được làm bằng gỗ. Tất cả hệ thống ống rót, mẫu được gắn liền với nhau thành một khối. Dùng kiểu rót xi phông kết hợp với kiểu rót bên sườn. Hình 1.13 Hệ thống rót. Để tính toán hệ thống rót trước hết ta tính thời gian rót có lợi nhất cho vật đúc, sau đó xác định rãnh lược xỉ và ống rót. a) Tính thời gian rót khuôn: Thời gian rót được xác định theo công thức (2.1), xem trong chương 2. Với chiều dày thành vật đúc – g = 95 mm; Khối lượng vật đúc kể cả hệ thóng rót – G = 103 kg; Hệ số S tra trong bảng 2.1 với vật đúc nhỏ hơn 1 tấn, rót đùn bên sườn thì S = 1,3. Thay các số liệu vào công thức có: t = s. t = 1,3. ≈27.82 (s) b) Xác định tốc độ dâng: Tốc độ dâng được xác định theo công thức (2.2) xem chương 2. Đối với vật đúc có chiều cao C = 77cm đo từ điểm thấp nhất đến điểm cao nhất theo vị trí khi rót, tốc độ dâng được tính theo công thức là: v = = = 2,77 (cm/s) Nếu tốc độ dâng của kim loại bé sẽ làm thành vật đúc bị nhăn nheo do kim loại bị nguội, cũng như bị bẩn do tạp chất phi kim loại tạo thành trên bề mặt kim loại. Tốc độ dâng bé nhất cho phép tính bằng cm/s phụ thuộc vào chiều dày thành vật đúc cho trong bảng 2.2 xem chương 2, với chiều dày thành vật đúc > 40 thì [v] = 0,6 cm. Vì v tính toàn = 2,77 cm/s > [v] = 0,6 cm/s, nên thời gian rót theo thiết kế là phù hợp. c) Xác định chiều cao cột áp trung bình - htb Chiều cao cột áp trung bình được xác định theo công thức (2.4) xem chương 2, với: H0: Lá áp suất thuỷ tĩnh ban đầu lớn nhất = 87,5 cm; P: Chiều cao vật đúc trên rãnh dẫn (cm) = 41 cm; C: Chiều cao của vất đúc ở vị trí khi rót (cm) = 41 cm, vì rót đùn nên P = C. Thay vào (2.4) có: htb = H0 – P2/2C htb = (cm)cm d) Tính diện tích rãnh dẫn: Diện tích rãnh dẫn (Fmin) được tính theo công thức (2.3) xem chương 2, với hệ số trở lực của khuôn tra trong bảng 2.3. thì = 0,25. Thay các giá trị trọng lượng vật đúc tính cả hệ thóng rót - G = 103kg, thòi gian rót – t = 27,82 gy, chiều cao cột áp trung bình – htb = 30,5 cm, ta xác định lượng chảy của kim loại trong một đơn vị thời gian qua hệ thống rót theo công thức (2.3) có: Fmin = Fmin = = 7,59 (cm2) 4.4. THIẾT KẾ ĐẬU NGÓT Khi xác định đậu ngót cần chú ý xác định vị trí đặt đậu ngót, trước tiên phải đánh dấu nút nhiệt. Nút nhiệt là chỗ tập trung số lượng kim loại cách nhau bởi những thành mỏng. Nút nhiệt là nơi nguội sau cùng. Cách xác định vị trí đặt đậu ngót dựa trên những nguyên tắc sau: Đậu ngót được đặt trên phần dày nhất của vật đúc. Đậu ngót không làm cản trở sự co tự do của vật đúc. Đậu ngót phải dễ cắt ra và dễ làm sạch vết cắt. Đậu ngót còn có nhiệm vụ là đậu hơi để thoát khí và chất bẩn ra khỏi khuôn. Đậu ngót phát nhiệt có hình dạng như hình vẽ sau: Số lượng đậu ngót: 1chiếc. Hình dáng: Trụ tròn, hơi cong về phía đáy. Kiểu đậu ngót: Đậu ngót dễ đập. Cấu tạo của đậu ngót như hình vẽ: Chiều dày thành đậu ngót: 10 mm. Chiều cao: 240mm. Đường kính 170 mm. Phần vát dài 20 mm. Hình 1.14 Đậu ngót phát nhiệt. Nguyên lý làm việc của ống phát nhiệt: Khi rót kim loại dâng lên bắt đầu đến chân đậu ngót thì tiến hành rắc hỗn hợp phát nhiệt ở dạng bột vào đậu ngót. Hỗn hợp phát nhiệt và ống sẽ tác dụng với kim loại lỏng gây ra phản ứng toả nhiệt làm cho kim loại lỏng nằm trong đậu ngót được giữ ở thời gian lâu hơn làm cho nút nhiệt tập trung ở đậu ngót. Chất phát nhiệt gồm: 60% vẩy rèn, độ hạt < 5 mm. 30% phoi vụn. 2% fero silic loại FeSi75- FeSi90 vụn, độ hạt < 10 mm. Tác dụng của lớp phủ hỗn hợp phát nhiệt lên đậu ngót khi sắp rót xong làm cho kim loại lỏng tiếp xúc nhiều với chất phát nhiệt, dẫn đến làm cho phản ứng xảy ra mạnh hơn, tránh sự mất nhiệt và sự hoà tan khí của kim loại lỏng với môi trường. 4.5. MẪU VÀ HỘP RUỘT 4.5.1. Mẫu Mẫu được làm bằng nhôm, là loại mẫu bổ đôi có miếng rời. Mặt phân mẫu chia chi tiết ra thành hai phần hình 1.16. Hình 1.16 Mẫu. 4.5.2. Ruột Là một khối trụ hình tròn, phần vỏ bên ngoài ruột nơi tiếp xúc với kim loại lỏng người ta lót một lớp cát Manhezid hay crom manhe để đề phòng và tránh việc cháy cát xảy ra. Về cơ bản hình dáng của ruột giống với hình dáng phần rỗng bên trong của vât đúc. Khi thiết kế phải xác định hình dáng, và số lượng ruột tạo nên hốc rỗng trong vật đúc. Đối với chi tiết búa nghiền chỉ có một hộp ruột nên hình dáng hộp ruột đơn giản và không phức tạp khi thiết kế. Cách làm ruột người ta cho cát vào khối tru tròn rỗng ở trong và dã chặt sau đó đóng rắn bằng công nghệ CO2. Ruột làm xong phải đem sấy trong lò sấy ở nhiệt độ 2000 C trong thời gian là 1 giờ. Để làm tăng độ bền cho ruột. Hình 1.15 Ruột. 4.5.3. Hộp ruột Hộp ruột Là hộp bổ đôi của khối trụ tròn. 4.6. HỖN HỢP LÀM KHUÔN 4.6.1. Thành phần hỗn hợp Hỗn hợp làm khuôn gồm: cát + thuỷ tinh lỏng + khí CO2. + Cát trắng được sấy khô, độ ẩm < 1%. Nhiệt độ của cát khi đem trộn hỗn hợp phải nhỏ hơn 400C. + Thuỷ tinh lỏng: Tỷ trọng %Na2O %SiO2 M 1,43 9,94 27,25 2,84 Thành phần mẻ trộn ở nhà máy: Thành phần Khối lượng mẻ trộn (Kg) Cát trắng 93 - 94,5 Nước thuỷ tinh lỏng 5,5 - 7,0 Hình 1.18: Lò sấy cát. Khối lượng tổng mẻ trộn 420-450 kg. Máy trộn được dùng là máy trộn con lăn, dùng động cơ điện. Hình vẽ máy trôn con lăn. Hình 1.19: Máy trôn cát con lăn. 4.6.2. Quy trình trộn cát Cát sau khi được sấy khô đến độ ẩm cho phép, được đưa vào máy trộn nhờ máy nâng. Thuỷ tinh lỏng dùng xô đong từ bể chứa rồi cho vào máy trộn sau khi cát đã được trộn đều. Quy trình trộn cát chủ yếu dựa vào kinh nghiệm dựa của người công nhân. Hỗn hợp được trộn xong cho ra ngoài để làm khuôn, ruột phần còn thừa che phủ kín tránh tiếp xúc với không khí. Do vật liệu chế tạo búa là thép Γ13 nên chú ý vấn đề cháy cát cơ học. Dùng bột lót khuôn manhezid hay crom mannhezid làm cát áo để không cho dòng kim loại lỏng tiếp xúc trực tiếp với cát làm khuôn. Vì trong cát chứa SiO2 ở nhiệt độ thường SiO2 không tác dụng với MgO nhưng ở nhiệt độ rót thép t=1480 – 15000 C dòng kim loại lỏng chứa nhiều MnO, ở nhiệt độ này sẽ xảy ra phản ứng sau: MnO + SiO2 = MnO.SiO2 Đây là nguyên nhân chính gây ra cháy cát. Trộn hỗn hợp cát magie đen với thủy tinh lỏng theo tỷ lệ thủy tinh lỏng từ 8 – 10% để che phủ tất cả các phần còn lại mà kim loại lỏng tiếp xúc với khuôn. 4.6.3. Quy trình chế tạo khuôn Dùng hòm giả để dã khuôn, hòm giả được làm bằng gỗ. Hòm giả ghép và cố định nhờ đinh và mộng. Chiều cao và chiều rộng của hòm giả cao hơn mẫu khoảng 5-7 cm. Trước khi cho cát vào giã khuôn ta nắp miếng dời vào chân đậu ngót phát nhiệt, cho cát vào hòm giả và tiến hành giã khuôn. a) Quy trình làm khuôn: Đầu tiên cho hỗn hợp cát manhezid vào che phủ mẫu và dã chặt. Dã từ hai bên vào giữa mẫu. Khi giã khuôn cần chú ý tránh không giã vào mẫu làm trôi lớp cát áo chống cháy cát. Không cần rắc cát lên hệ thống rót, ống rót và rãnh dẫn. chú ý không để cát đen bám vào ống rót cũng như rãnh dẫn. Tiếp đến cho cát trắng + nước thủy tinh lỏng vào hòm đến ngập quá mẫu vài cm và tiến hành giã khuôn. Khi giã khuôn phải giã đều tay để đảm bảo độ bền, đặc biệt là chỗ đặt hệ thống ống rót và rãnh dẫn, vì chỗ tiếp xúc rất nhỏ. Do khuôn phải vận chuyển nhiều lần để thực hiện các công đoạn như sơn, sấy khuôn, ghép khuôn nên độ bền phải cao. Sau khi giã xong, ta tiến hành bới bề mặt cát vừa giã xong để cài xương. Xương là các thanh sắt nhỏ có chiều dài và hình dáng tương ứng với khuôn, xương được xếp đan chéo nhau, dùng tay ấn mạnh xương vào cát. Do khuôn làm xong phải vận chuyển nhiều lần, nên phải làm xương để tăng độ bền cho khuôn tránh vỡ khuôn. Cho cát vào đầy hòm khuôn và tiến hành đầm chặt, rồi gạt phẳng. Tiếp đó xiên lỗ thổi và tiến hành đóng rắn bằng CO2. Thời gian đóng rắn phải đủ để đảm bảo độ bền và việc tháo mẫu. Việc đóng rắn dựa vào kinh nghiệm của người công nhân. Tháo mộng lấy mẫu ra, bỏ hòm khuôn ra và dựng đứng khuôn lên, sau đó gõ đều hai đầu khuôn cả trên và dưới cho mẫu bong đều ra. công việc lấy mẫu cần phải hai người. Khi mẫu sắp ra thì một người gõ còn người kia kéo mẫu từ từ ra, sau đó vằn ngửa khuôn ra lấy miếng dời ra. Phần nủa khuôn còn lại, được làm qua các công đoạn tương tự như trên. Hình dáng của khuôn như hinh 4.6. Hình 20. Hòm khuôn dưới. Khuôn sau khi đã làm xong đủ số lượng yêu cầu, người ta tiến hành sơn khuôn. Chất sơn khuôn dùng dung dịch sơn tổng hợp cồn để bốc cháy, sấy khuôn. Chất sơn khuôn có tác dụng: Chống cháy cát. Đảm bảo độ bóng bề mặt của chi tiết. Tăng bền cho khuôn. Khối lương cần dùng 0,7 kg/tấn. Dùng khí nén thổi sạch cát bẩn trong khuôn, quét một lớp sơn mỏng lên bề mặt trong của khuôn, sau đó tiến hành đốt khuôn để cháy hết lượng xăng, cồn có trong khuôn. Hình 1.21 Hòm khuôn trên. b) Ráp khuôn: Đào một hố sâu có chiều cao hơn chiều cao của hòm khuôn khoảng 30cm. Hai nửa của khuôn được dựng đứng lên ghép chặt lại với nhau bởi hai thanh sắt bẻ cong. Khuôn được chôn xuống dưới hố đã đào. Sau đó tiến hành ghép ruột, ruột được lồng qua lỗ rỗng ở đầu quả búa. Sau khi ghép ruột xong xúc cát vào và giã xung quanh khuôn. Chú ý giã chặt để tránh khuôn bị bênh. Lắp hệ thống rót và đậu ngót phát nhiệt, chiều cao của đậu ngót phát nhiệt bằng chiếu cao của bát rót. Đắp chặt đậu ngót phát nhiệt. Đắp bát rót và sấy khô. Sau đó đè khuôn bằng những phôi thép hay vật đúc hỏng, để tránh khuôn bị xê dịch và nổi khi rót kim loại vào khuôn. Hình 1.22 Khuôn sau khi ghép ruột. 4.6.4. Phá khuôn, làm sạch, kiểm tra vật đúc a) Phá khuôn: Ở nhà máy Phúc Sơn người ta tiến hành rót khuôn vào buổi tối, nên sau khi rót kim loại xong, sáng hôm sau mới tiến hành rỡ khuôn. Phun nước vào làm nguội, dùng máy nâng có kẹp xích, xích kẹp vào mấu của khuôn, kéo khuôn thẳng đứng lên. Dùng dụng cụ phá tan lớp đất cát bám vào khuôn, rồi dùng máy nâng chuyển sang khu làm sạch. b) Làm sạch kiểm tra vật đúc: Vật đúc sau khi đã được làm sạch, người ta tiến hành cắt đậu ngót, hệ thống rót, ngót. Với chi tiết búa nghiền dùng máy hàn để cắt đậu, vì nó rất nhạy cảm với hóa bền va đập khi gia công cơ khí nó trở nên cứng và bền khó gia công. Kiểm tra xem vật đúc có bị cong vênh, kiểm tra bề mặt chi tiêt, kích thước chi tiết. Kiểm tra kỹ thuật: Các khuyết tật đúc như: rỗ khí, rỗ cát, nứt,…, tổ chức, thành phần, thử cơ tính. 4.7. ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU LÀM KHUÔN 4.7.1. Phương pháp xác định độ ẩm Cân 3 mẫu cát bằng cân điện tử, mỗi mẫu 50±0,1, sau đó cho vào lò sấy. Sấy ở nhiệt độ 105 – 110OC trong 2 giờ, sau đó để nguội cùng lò đến nhiệt độ thường, mang mẫu đi cân. Kết quả được ghi lại trong bảng 4.1. Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm độ ẩm TT Khối lượng cát mẫu 1 49.96 mẫu 2 49.93 mẫu 3 49,92 4.7.2. Xác định lượng chất bùn Cân 50 gam cát khô, cho vào bình rửa, thêm 25 ml dung dịch NaOH 1%, lắc đều trên máy trong 15 phút. Tháo bình khỏi máy, đổ thêm nước vào bình đeens chiều cao 150 ml. Để cát lắng trong 10 phút, rồi dùng ống xi phông hút nước bùn ra ngoai. Chú ý để đầu ống xi phông cacha mặt cát 25mm. Tiếp tục đổ nước vào để rửa lần thứ 2.Lần này chỉ cần xúc cát là được, sau đó để cát lắng 10 phút rồi lại hút. Lần thứ 3, 4 ... chỉ cần để cát lắng 5 phút. Cứ làm như vậy cho đến khi nước trong là được, sau đó đổ cát vào giấy lọc và mang đi sấy. Khi cát đã khô thì mang cân. Kết quả được ghi trong bảng 4.2. Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm xác định lượng chất bùn Tt Lượng cát Lượng bùn Tỷ lệ Mẫu 1 47,99 2,01 4,02% Mẫu2 48,21 1,79 3,85% Mẫu 3 48,30 1,70 3,4% 4.7.3. Xác định độ hạt của cát Độ hạt của cát được xác định theo phương pháp phân tích bằng rây trên máy phân loại cát. Cách tiến hành: Sau khi cát đã loại bỏ bùn, được sấy khô rồi đưa vào sàng phân tích thành phần độ hạt. Sử dụng bộ rây chuẩn gồm 11 rây có đường kính 200 mm. Bộ ray được kẹp chặt trên bàn di động của máy lắc theo thứ tự ray có đường kính mắt thưa nhất ở trên cùng, rây có đường kính nhỏ nhất đặt dưới cùng. Sử dụng 50 g cát khô cho vào sàng trên cùng , đậy nắp lại rồi đem rây trong 15 phút, nhờ cơ cấu lệch tâm bộ rây được lắp theo mặt phẳng ngang với tần số dao động là 60 dao động/phút. Các thông số của bộ rây chuẩn để phân tích hạt theo ГOCT Số rây Đường kính mắt rây Số rây Đường kính mắt rây 2.5 2.5 02 0.2 1.6 1.6 016 0.16 1 1 01 0.1 063 0.63 0063 0.063 04 0.4 005 0.005 1315 0.315 005 0.005 Sau đó tháo bộ sàng ra, tháo từng sàng theo thứ tự rồi đổ lên mẫu giấy khô sạch. Cân khối lượng cát của mỗi sàng ta được bảng 4.3: Bảng 4.3. Kết quả xác định thành phần dộ hạt Số rây Khối lượng cát (g) Số rây Khối lượng cát (g) 2.5 0 02 20,77 1.6 0 016 17,25 1 0 01 10,54 063 0 0063 0,35 04 0,27 005 0 1315 0.70 4.8 Sơ đồ bố trí mặt bằng phân xưởng. Hình 1.23 Sơ đồ bố trí mặt bằng phân xưởng. KẾT LUẬN Sơ đồ công nghệ đúc búa nghiền như sau: Chuẩn bị hỗn hợp làm khuôn, ruột Làm khuôn, ruột Sấy khuôn, ruột Làm nguội khuôn Ghép khuôn, ruột và rót kim loại Sơn khuôn Nấu luyện và rót kim loại Dỡ vật đúc Sản phẩm Làm sạch và kiểm tra vật đúc Sơ đồ quy trình sản xuất chi tiết búa nghiền bi Thành phần hỗn hợp làm khuôn Cát trắng 93 – 94 Kg. Thủy tinh lỏng 5,5 – 7,0 ( l ) Chất sơn khuôn. Tỷ lệ thành phẩm Từ quá trình khảo sát phương pháp làm khuôn, ruột theo công nghệ CO2 với chất đóng rắn Thủy tinh lỏng rút ra một số kết luận sau: + Với công nghệ này giảm được khâu sấy khuôn, rút ngắn chu kỳ sản xuất. Giảm hòm khuôn, xương ruột do có thể thay bằng các blốc có độ bền tương đương. + Giảm phế phẩm đúc do với đúc trong khuôn cát – sét. Không cần nhiều công nhân có tay nghề cao. Mặc dù vậy cũng còn một số lợi thế chưa được quan tâm: + Tận dụng đến 50% cát tái sinh đưa vào hỗn hợp cát + nước thủy tinh. Dùng hỗn hợp cát – nước thủy tinh lỏng có pha thêm bột gỗ hoặc bột than để làm ruột. + Nếu đưa thêm bột đá thạch anh vào hỗn hợp này với bề mặt sạch nhẵn tương đương V2, V3 có thể đúc được những vật đúc có vách dày, khối lượng lớn, sau khi thổi khí CO2 làm rắn khuôn, dùng nước sơn đặc biệt rồi đem sấy khuôn ở nhiệt độ 3500C. + Để đạt được những kết quả trên thì hỗn hợp cát – nước thủy tinh lỏng nên chọn môđun thấp trong khoảng 2,6 – 3,0, tỷ trọng 1,42 – 1,44, cát trắng (1K02, 2K03, 2K02), hàm lượng sét không cao vì nếu cao nó sẽ làm cho độ bền khô giảm nhanh. + Cần tuân thủ đúng các quy trình trộn hỗn hợp, làm khuôn ruột, nấu rót kim loại để đạt được chất lượng cao nhất. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đinh Quảng Năng. *Vật liệu làm khuôn cát NXB KHKT. 2003 *Thí nghiệm vật liệu và hỗn hợp làm khuôn tự cứng. Bộ môn vật liệu và Công nghệ Đúc trường ĐHBK Hà Nội. *Nghiên cứu công nghệ chế tạo hỗn hợp khuôn đúc tự cứng thủy tinh lỏng với chất đóng rắn xi măng. 2. Nghiên cứu sử dụng thủy tinh lỏng trong nước để làm ruột theo công nghệ CO2 – Đinh quang Thái – ĐATN 1998. 3. Tính toán thiết kế công nghệ đúc. BỘ GIÁO GIỤC VÀ ĐÀO TẠO Trường đại học BK Hà Nội CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc =======***======= NhiÖm vô ThiÕt kÕ tèt nghiÖp Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Dương Mai Hồng Quân Lê Hoài Nam Khóa Cao Đẳng CNVL 4 Khoa: Khoa Khoa Học và Công Nghệ Vật Liệu Ngành: Vật Liệu và Công Nghệ Đúc 1. Đầu đề tốt nghiệp: Khảo sát công nghệ đúc búa nghiền tại công ty TNHH Cơ Khí và Xây Dựng Phúc Sơn. 2. Các số liệu ban đầuC¸c sè liÖu ban ®Çu Công nghệ CO2. Búa nghiền. Cơ sở khảo sát: Công ty Cơ Khí và Xây Dựng Phúc Sơn. 3. Nội dung và các phần thuyết minh và tính toán: Phần lý thuyết: Tổng quan về công nghệ khuôn đóng rắn nguội – Col Box. Lý thuyết thiết kế đúc. Phần thực nghiệm: Khảo sát công nghệ đúc búa nghiền. 4.Các bản vẽ và đồ thị : Theo hướng dẫn. 5. C¸n bé híng dÉn: PGS. TS. §inh Qu¶ng N¨ng 6. Ngµy giao nhiÖm vô: 26 th¸ng 02 n¨m 2008 7. Ngµy hoµn thµnh nhiÖm vô: 21 th¸ng 04 n¨m 2008 Ngµy 26 th¸ng 2 n¨m 2008 Trëng Bé m«n §inh Qu¶ng N¨ng C¸n bé híng dÉn (Ký, ghi râ hä tªn) §inh Qu¶ng N¨ng Häc sinh ®· hoµn thµnh (vµ nép toµn bé b¶n thiÕt kÕ cho bé m«n) Ngµy th¸ng n¨m 2008 (Ký, ghi râ hä vµ tªn)