CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Đúc là một ngành sản xuất rất quan trọng trong công nghiệp chế tạo cơ khí, vì nó là khâu đầu tiên cung cấp phôi cho ngành cơ khí gia công cơ, cho nên chất lượng và giá thành của máy móc phụ thuộc rất nhiều vào khâu này. Trên thế giới, kỹ thuật đúc nói chung và nghề đúc khuôn cát nói riêng ngày càng tiến bộ và phát triển với nhiều hình thức công nghệ và máy móc thiết bị mới. Tuy nhiên ở nước ta công nghệ đúc khuôn cát còn tồn tại nhiều vấn đề cần phải giải quyết như tỉ lệ phế phẩm còn cao, chất lượng sản phẩm chưa ổn định, tiêu hao nhiều nguyên vật liệu… Tình hình này do nhiều nguyên nhân, trong đó có nguyên nhân do người trực tiếp sản xuất chưa nắm vững các kiến thức cơ bản về mối quan hệ mật thiết giữa lý thuyết và thực hành, cho nên dễ dẫn đến sai sót trong quá trình thực hiện làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm làm ra. Để đáp ứng nhu cầu nâng cao kiến thức cơ bản nghề đúc khuôn cát cho sinh viên trong quá trình đào tạo tại nhà trường, đặc biệt là đào tạo lý thuyết đi đôi với thực hành, yêu cầu đặt ra là phải chế tạo bộ mẫu dùng cho đúc khuôn cát cũng như thiết kế phân xưởng đúc để sinh viên có thể vận dụng kiến thức đã học vào trong quá trình thực hành.2 Ý nghĩa thực tiễn Bộ mẫu là một sản phẩm chuyên dụng, sau khi nghiên cứu và chế tạo thành công hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích khi tạo điều kiện cho sinh viên được trải nghiệm Công nghệ Đúc khuôn cát khi học học phần Công nghệ Kim loại, phần Công nghệ Đúc.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Hoàn thành 5 bộ mẫu đúc gồm có mẫu và hộp lõi bằng nhựa POM.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Trong giới hạn của đề tài, tác giả chỉ thực hiện chỉ tập trung nghiên cứu về bộ mẫu nhựa với loại nhưa được sử dụng là POM phổ biến trong và ngoài nước.
POM, loại copolymer là polymer tinh thể và có thể sử dụng ở nhiệt độ lên tới +100 0C. Là loại đồng trùng hợp có tính năng cơ khí khá tốt, ổn định với độ ẩm và dễ dàng gia công và ổn định nhiệt tốt hơn và sức đề kháng mạnh mẽ với kiềm hơn acetal homopolymer. Đặc tính của bộ mẫu bằng nhựa POM: - Độ bền cơ học và độ cứng cao. - Sức chịu mỏi và rão cao.
- Tính trơn trượt tốt và chịu mài món tốt. - Ổn định về kích thước rất tốt. 1 Luan van Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: Th.s Võ Xuân Tiến - Đặc tính cách điện và điện môi tốt. - Khả năng gia công rất tốt.
- Không đề kháng với axit có độ đậm đặc cao. (Nguồn: http://nhuakythuat.com/vn/chi-tiet-tin-56-119/dac-tinh-ky-thuat-va-nhung-thong-tin-can-biet-ve- nhua-pom.2 Phạm vi nghiên cứu Do hạn chế về thời gian và kinh phí nghiên cứu được duyệt, tác giả chỉ nghiên cứu trong giới hạn sau: - Thiết kế chế tạo bộ mẫu ổ đỡ. - Thiết kế chế tạo bộ mẫu con chạy. - Thiết kế chế tạo bộ mẫu thân bơm.
- Thiết kế chế tạo bộ mẫu ống chữ T. - Thiết kế chế tạo bộ mẫu tay quay.5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài Dựa trên những cơ sở lý thuyết cũng như thực tế về công tác Đúc khuôn cát, tác giả đã tiến hành lên phương án và thiết kế bộ mẫu áp dụng vào thực tế, mô phỏng sau đó chính sửa mô hình, tiến hành xuất bản vẽ, lập trình, gia công tại xưởng phay CNC trung tâm công nghệ cao để tiến đến quá trình lắp ráp. Do gia công không thật sự chính xác nên trong quá trình lắp ráp phải chỉnh sửa rất nhiều, cuối cùng đã hoàn thành bộ mẫu dành cho đúc khuôn cát. Sau quá trình kiểm tra bộ mẫu chế tạo phù hợp với tính toán ban đầu, và có chất lượng tốt.6 Mục tiêu đạt được - Tạo hình chính xác phôi đúc.
- Có độ bền cao để có thể sản xuất đủ lượng khuôn đúc cần thiết. - Nhẹ để tiện sử dụng. - Đảm bảo độ chính xác trong thời hạn sử dụng đã định trước - Tăng tính kinh tế Phần còn lại của đề tài có nội dung sau: Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Chương 3: những nguyên tắc thiết kế chi tiết đúc Chương 4: phân tích thiết kế công nghệ đúc Chương 5: Tính toán thiết kế bộ mẫu nhựa dành cho đúc khuôn cát, bằng tay Chương 6: Kết luận 2 Luan van Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: GV.s Võ Xuân Tiến Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC 2. Giới thiệu về công nghệ đúc Công nghệ đúc là công nghệ chế tạo sản phẩm bằng phương pháp rót vật liệu ở dạng chảy lỏng vào khuôn để tạo ra sản phẩm có hình dạng theo khuôn mẫu.
Đa phần công nghệ đúc thực hiện với các vật liệu kim loại. Đúc là công nghệ có từ cổ xưa, đúc thông thường được thực hiện với các khuôn cát. Trong đó, phương pháp đúc bằng khuôn cát vẫn giữ một vai trò quan trọng trong ngành đúc, đúc trong khuôn cát là một trong những phương pháp tạo hình lâu đời, nhưng cho tới nay vẫn còn chiếm một vị trí quan trọng trong kỹ nghệ đúc: 90% sản lượng vật đúc của thế giới được sản xuất bằng khuôn cát, phần còn lại do khuôn kim loại và các dạng đúc đặc biệt khác. Đặc điểm của công nghệ đúc Ưu điểm Phương pháp đúc có thể chế tạo sản phẩm từ các loại vật liệu khác nhau: kim loại đen (gang, thép,.
kim loại màu: nhôm, đồng, đúc vật liệu phi kim loại: đúc các tượng từ thạch cao, xi măng). Vật đúc có thể từ vài gam tới vài tấn như các thân máy búa, các bệ máy. Vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp như thân máy công cụ, vỏ động cơ,. mà các phương pháp khác khó gia công hoặc không thể chế tạo được.
Có thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc. Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất tương đối cao. Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa. Chế tạo các hàng mỹ thuật, mỹ nghệ.
Nhược điểm Độ chính xác về hình dáng kích thước và đồ bóng không cao. Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi. Tốn kim loại do chiều dày thành vật đúc lớn hơn so với rèn hoặc hàn. Dễ gây ra những khuyết tật như thiếu hụt, rỗ khí, ngậm xỷ, thiên tích, cháy cát.
Điều kiện làm việc nặng nhọc. Khi đúc trong khuôn cát thường có năng suất không cao. 3 Luan van Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: GV. Các phương pháp đúc thường dùng hiện nay + Đúc khuôn cát (sand casting).
+ Đúc trong khuôn kim loại (permanent mold casting ). + Đúc theo mẫu cháy (lost foam). + Đúc theo mẫu chảy (investment casting / lost wax casting ). Ứng dụng của công nghệ đúc Đúc kim loại được ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế để: - Sản xuất hàng tiêu dùng: xoong, chảo, thìa.
- Chế tạo các chi tiết máy: như thân máy búa hơi, thâm máy tiện, vỏ hộp giảm tốc, Xylanh, bánh răng. - Đúc cũng được sử dụng trong việc chế tạo các sản phẩm mang tính nghệ thuật, trang trí: chân ốp trụ điện, chuông nhà thờ, đúc tượng đài. Xu hướng của ngành đúc : Cải thiện năng lực thiết kế là điều quan trọng để nâng cao tính cạnh tranh cho ngành đúc nhằm sản xuất các chi tiết chất lượng cao. Hướng sự quan tâm của các nhà sản xuất và công chúng thông qua những ưu điểm về mặt kỹ thuật.
Phát triển cơ sở dữ liệu và công cụ để cải tiến Cách Thức Thiết Kế. Điều này bao gồm dữ liệu về tính chất và đặc tính hợp kim cũng như tính chính xác của mô phỏng dựa trên đặc tính hợp kim, cấp độ ứng suất và quá trình kết tinh. Đầu tư về phát triển công nghệ mới để giảm ô nhiễm môi trường. 4 Luan van Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: GV.s Võ Xuân Tiến Chương 3: NHỮNG NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐÚC 3.
Nguyên tắc chung. Khi thiết kế chi tiết đúc phải căn cứ vào số lượng định sản xuất, yêu cầu làm việc và phương pháp sản suất, đảm bảo chi tiết dễ làm khuôn, có chất lượng tốt, ít phải gia công cắt gọt và giá thành hạ. Co ngót và ứng xuất khi đúc 3.1 Rỗ ngót và xốp ngót Có hai dạng rỗ ngót: rỗ ngót tập trung và rỗ ngót phân tán. Một số nguyên tắc về hình dạng kết cấu chi tiết đúc: - Tránh góc nhọn ngoài, góc nhọn trong phải có bán kính R.
- Tránh góc hẹp tạo khe cắt mãnh. - Thành dày đều thì tốt, nếu thành không dày đều phải đảm bảo chỗ nối thành có chuyển biến từ từ. - Tránh thành quá dàyvà tập trung qua nhiều kim loại, nên dùng kết cấu có gân tăng cường. - Tránh những cấu tạo nút nhiệt riêng rẽ; đối với các hợp kim co ngót nhiều, cần thay đổi kết cấu để tạo điều kiện đông đặc có hướng.
- Tránh nối nhiều thành vào một chỗ tạo nút nhiệt lớn. - Tránh những thành rộng nằm ngang hoặc thành đứng, nên tạo độ nghiêng để dễ làm khuôn, dễ thoát khí. - Chỉ dùng ruột khi thật cần thiết, phải đảm bảo ruột dễ ráp, dễ thoaát hơi, dễ dỡ phá, không cần mã đỡ; các cửa sổ ở thành phải đủ rộng để có đầu gác lớn. - Hình dạng bên ngoài và bên trong của vật đúc càng đơn giản càng tốt để dễ làm khuôn, ít mặt phân mẫu và để mặt phân mẫu phẳng.
Chống rỗ ngót tập trung bằng cách chỉ cần đặt đậu ngót đủ lớn bên cạnh nút nhiệt của vật đúc sẽ kéo được rỗ ngót và đậu ngót. Muốn chống xốp trong lõi phải chú ý tới sự đông đặc có hướng. 5 Luan van Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: GV.2 Ứng suất trong – nứt và cong Có hai dạng ứng suất trong: - Ứng suất cản co cơ học: ruột, khuôn cứng quá, đậu ngót, đâu hơi gây vướng không để vật đúc co tự do; bavia ở ở vật đúc cũng có thể gấy cản trở làm vật đúc bị ứng suất kéo. - Ứng suất chuyển biến pha: xảy ra ở những vùng khác nhau trong vật đúc do chuyển biến pha không cùng mức độ hoặc không đồng thời.
Để tránh nứt nóng Khi thiết kế cần đảm bảo vật đúc nguội đồng đều, tránh nứt nhiệt; nếu không đảm bảo được phải dùng gân chống nứt ở các góc, ở thành dày. Gân mỏng nguội sớm tản được nhiệt giúp phần dày nguội nhanh hơn, mặt khác cũng tăng bền cho vùng yếu.