Báo cáo Nghiên cứu chế tạo bộ mẫu đúc (5-7 mẫu) để phục vụ công tác học tập môn công nghệ kim loại (phần đúc) theo chương trình 150 tín chỉ và định hướng E/M-learning (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu chế tạo bộ mẫu đúc (5-7 mẫu) để phục vụ công tác học tập môn công nghệ kim loại (phần đúc) theo chương trình 150 tín chỉ và định hướng E/M-learning (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ MẪU ÐÚC (5- 7 MẪU) ÐỂ PHỤC VỤ CÔNG TÁC HỌC TẬP MÔN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI (PHẦN ÐÚC) THEO CHƯƠNG TRÌNH 150 TÍN CHỈ VÀ ÐỊNH HƯỚNG S E/M-LEARNINGK C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2015-34 S KC 0 0 5 6 5 9 Tp. Hồ Chí Minh, 2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ MẪU ĐÚC (5- 7 MẪU) ĐỂ PHỤC VỤ CÔNG TÁC HỌC TẬP MÔN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI (PHẦN ĐÚC) THEO CHƢƠNG TRÌNH 150 TÍN CHỈ VÀ ĐỊNH HƢỚNG E/M-LEARNING Mã số: T2015-34 Chủ nhiệm đề tài: GV. ThS. Võ Xuân Tiến TP. HCM, 11/2015
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ MẪU ĐÚC (5- 7 MẪU) ĐỂ PHỤC VỤ CÔNG TÁC HỌC TẬP MÔN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI (PHẦN ĐÚC) THEO CHƢƠNG TRÌNH 150 TÍN CHỈ VÀ ĐỊNH HƢỚNG E/M-LEARNING Mã số: T2015-34 Chủ nhiệm đề tài: GV. ThS. Võ Xuân Tiến TP. HCM, 11/2015
4. MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG BIỂU ii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa của đề tài 1 1.3 Mục tiêu ngiên cứu của đề tài 1 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 1 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1 1.5 Phƣơng pháp ngiên cứu 1 1.6 Mục tiêu đạt đƣợc 1 Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC 1 2.1 Giới thiệu về công nghệ Đúc 1 2.2 Đặc điểm của công nghệ Đúc 1 2.3 Các phƣơng pháp đúc thƣờng dùng hiện nay 2 2.4 Ứng dụng của công nghệ Đúc 2 2.5 Xu hƣớng của ngành Đúc 2 CHƢƠNG 3: NHỮNG NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐÚC 3 3.1 Nguyên tắc chung 3 3.2 Co ngót và ứng suất khi đúc 3 3.2.1 Rỗ ngót và xốp ngót 3 3.2.2 Ứng suất trong-nứt và cong 3 3.3 Phân tích tính công nghệ của kết cấu vật đúc 3 3.3.1 Kết cấu và phƣơng pháp chế tạo 3 3.3.2 Dạng kết cấu của vật đúc 3 3.3.3 Kết cấu vật đúc có chú ý đén độ bền 4 3.3.4 Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm khuôn và mẫu dễ dàng 4 3.3.5 Kết cấu vật đúc có chú ý đến sự điền đầy kim loại vào lòng khuôn 4 3.3.6 Kết cấu vật đúc chú ý đến rỗ ngót, úng suất và nứt 4 3.3.7 Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm sạch 5 3.3.8 Kết cấu vật đúc chú ý đến gia công cơ khí 5 3.3.9 Kiểm tra kết cấu vật đúc 5 3.4 Đặc điểm thiết kế các chi tiết đúc 5 3.4.1 Chi tiết bằng thép 6 3.4.2 Chi tiết bằng gang xám 6 3.4.3 Chi tiết bằng gang graphit cầu 6 3.4.4 Chi tiết bằng gang dẻo 7 3.4.5 Chi tiết bằng hợp kim Đồng 7 3.4.6 Chi tiết bằng hợp kim Nhôm 7 3.4.7 Chi tiết đúc trong khuôn kim loại 7 3.4.8 Chi tiết Đúc-Hàn 7 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC 7 4.1 Các nguyên tắc thiết kế công nghệ đúc 7 4.1.1 Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc 7 4.1.2 Vị trí vật đúc trong khuôn khi rót 8
5. 4.1.3 Vị trí của mẫu khi làm khuôn, chọn mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu 8 4.1.4 Chọn mặt chuẩn gia công 8 4.1.5 Sai lệch cho phép về kích thƣớc, khối lƣợng vật đúc và lƣợng dƣ 9 4.1.6 Thiết kế ruột 10 4.1.7 Hệ thống rót 11 4.1.8 Đậu ngót 12 4.1.9 Vật làm nguội 14 4.2 Thiết kế mẫu và khuôn đúc 14 4.2.1 Ký hiệu thiết kế đúc và trình bày bản vẽ công nghệ đúc 14 4.2.2 Thiết kế bộ mẫu 15 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ MẪU NHỰA 16 5.1 Bộ mẫu con chạy 16 5.1.1 Bản vẽ chi tiết 16 5.1.2 Bản vẽ thiết kế đúc 16 5.1.3 Bản vẽ lồng phôi 16 5.1.4 Bản vẽ mẫu đúc 17 5.1.5 Bản vẽ hộp lõi 17 5.2 Bộ mẫu gối đỡ 17 5.2.1 Bản vẽ chi tiết 17 5.2.2 Bản vẽ thiết kế đúc 18 5.2.3 Bản vẽ lồng phôi 18 5.2.4 Bản vẽ mẫu đúc 18 5.2.5 Bản vẽ hộp lõi 18 5.3 Bộ mẫu ổ đỡ 19 5.3.1 Bản vẽ chi tiết 19 5.3.2 Bản vẽ thiết kế đúc 19 5.3.3 Bản vẽ lồng phôi 19 5.3.4 Bản vẽ mẫu đúc 19 5.3.5 Bản vẽ hộp lõi 20 5.4 Bộ mẫu thân bơm 20 5.4.1 Bản vẽ chi tiết 20 5.4.2 Bản vẽ thiết kế đúc 20 5.4.3 Bản vẽ lồng phôi 20 5.4.4 Bản vẽ mẫu đúc 21 5.4.5 Bản vẽ hộp lõi 21 5.5 Bộ mẫu ống chứ T 21 5.5.1 Bản vẽ chi tiết 21 5.5.2 Bản vẽ thiết kế đúc 21 5.5.3 Bản vẽ lồng phôi 22 5.5.4 Bản vẽ mẫu đúc 22 5.5.5 Bản vẽ hộp lõi 22 5.6 Bộ mẫu tay quay 22 5.6.1 Bản vẽ chi tiết 22 5.6.2 Bản vẽ thiết kế đúc 23 5.6.3 Bản vẽ lồng phôi 23 5.6.4 Bản vẽ mẫu đúc 23 5.6.5 Bản vẽ hộp lõi 23 CHƢƠNG 6: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, KẾT LUẬN, ĐỀ NGHỊ VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN 24
6. 6.1 Kết quả 24 6.2 Kết luận 24 6.3 Đề nghị 25 6.4 Phƣơng hƣớng phát triển 25 Tài liệu tham khảo 25
7. DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 5.1: Trình bày sai lệch cho phép về kích thƣớc đối với vật đúc bằng gang xám và thép cacbon 9 Bảng 5.2:Lƣợng dƣ lớn nhất để gia công cơ khí vật đúc bằng gang xám, mm ( 0CT 1855 55[23]). 9 Bảng 5.3: Lƣợng co theo chiều dài của các vật đúc bằng các hợp kim khác nhau 10
8. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CNC Computerized Numerical Control TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam
9. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Tp. HCM, ngày 30 tháng 10 năm 2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo bộ mẫu đúc (5 – 7 mẫu) để phục vụ cho công tác học tập môn Thực tập Công nghệ Kim loại (phần Đúc) theo chƣơng trình 150 tín chỉ và định hƣớng E/M learning. - Mã số: T2015-34 - Chủ nhiệm: GV. ThS. Võ Xuân Tiến - Cơ quan chủ trì: Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 2. Mục tiêu: Chế tạo từ 5 đến 7 bộ mẫu bằng nhựa POM bao gồm mẫu và hộp lõi. 3. Tính mới và sáng tạo: Thông thƣờng mẫu dùng để làm khuôn cát thƣờng làm bằng gỗ hoặc kim loại (hợp kim nhôm). Tác giả thử nghiệm dùng POM để làm vật liệu gia công các mẫu dùng để đúc khuôn cát. 4. Kết quả nghiên cứu: Chế tạo đƣợc 6 bộ mẫu bằng nhựa POM và có thử nghiệm các bộ mẫu này để đúc ra các chi tiết 5. Sản phẩm: Chế tạo đƣợc 6 bộ mẫu bằng nhựa POM bao gồm mẫu và hộp lõi. 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Áp dụng cho môn thực hành Công nghệ Kim loại. Đã đƣa vào sử dụng để giảng dạy môn thực hành Công nghệ Kim loại học kỳ II năm học 2014-2015 với gần 200 sinh viên Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên)
10. MỞ ĐẦU a. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC Ngoài nƣớc: Thực nghiệm đóng vai trò rất quan trọng trong công tác giảng dạy kỹ thuật. Thực nghiệm giúp củng cố kiến thức đã học, giúp sinh viên hình thành kỹ năng kỹ thuật, có kỹ năng giải quyết vấn đề cũng nhƣ thích thú hơn khi học môn Công nghệ Kim loại. Tại các trƣờng Đại học kỹ thuật nƣớc ngoài, khi học lý thuyết về Đúc, sinh viên thƣờng đƣợc thực nghiệm về quá trình Đúc, nhƣ các trƣờng Tennessee Tech University, Đại học kỹ thuật Aachen Trong nƣớc: Để công tác giảng dạy chƣơng trình 150 tín chỉ theo hƣớng CDIO, cần để sinh viên có cơ hội đƣợc thực nghiệm những gì đã học lý thuyết. Do vậy, khi học môn Công nghệ Kim loại (phần Công nghệ Đúc), sinh viên cần được thực nghiệm về Đúc. b. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Chế tạo từ 5 đến 7 bộ mẫu bằng nhựa c. ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tƣợng nghiên cứu: Lý thuyết về tính toán, thiết kế Đúc và chế tạo mẫu Đúc Phạm vi nghiên cứu: Kỹ thuật làm khuôn cát, phƣơng pháp làm khuôn bằng tay d. CÁCH TIẾP CẬN, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận: Khảo sát lý thuyết về thiết kế Đúc, vai trò của thực nghiệm trong giảng dạy kỹ thuật Phƣơng pháp nghiên cứu: Thực nghiệm chế tạo mẫu Đúc, thực nghiệm và kết quả của thực nghiệm e. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1: Giới thiệu 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
11. MỞ ĐẦU a. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Ngoài nước: Thực nghiệm đóng vai trò rất quan trọng trong công tác giảng dạy kỹ thuật. Thực nghiệm giúp củng cố kiến thức đã học, giúp sinh viên hình thành kỹ năng kỹ thuật, có kỹ năng giải quyết vấn đề cũng như thích thú hơn khi học môn Công nghệ Kim loại. Tại các trường Đại học kỹ thuật nước ngoài, khi học lý thuyết về Đúc, sinh viên thường được thực nghiệm về quá trình Đúc, như các trường Tennessee Tech University, Đại học kỹ thuật Aachen Trong nước: Để công tác giảng dạy chương trình 150 tín chỉ theo hướng CDIO, cần để sinh viên có cơ hội được thực nghiệm những gì đã học lý thuyết. Do vậy, khi học môn Công nghệ Kim loại (phần Công nghệ Đúc), sinh viên cần được thực nghiệm về Đúc. b. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Chế tạo từ 5 đến 7 bộ mẫu bằng nhựa c. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Lý thuyết về tính toán, thiết kế Đúc và chế tạo mẫu Đúc Phạm vi nghiên cứu: Kỹ thuật làm khuôn cát, phương pháp làm khuôn bằng tay d. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận: Khảo sát lý thuyết về thiết kế Đúc, vai trò của thực nghiệm trong giảng dạy kỹ thuật Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm chế tạo mẫu Đúc, thực nghiệm và kết quả của thực nghiệm e. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1: Giới thiệu 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
12. MUC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG BIỂU ii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa của đề tài 1 1.3 Mục tiêu ngiên cứu của đề tài 1 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2 1.5 Phương pháp ngiên cứu 2 1.6 Mục tiêu đạt được .2 Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC 3 2.1 Giới thiệu về công nghệ Đúc 3 2.2 Đặc điểm của công nghệ Đúc 3 2.3 Các phương pháp đúc thường dùng hiện nay 4 2.4 Ứng dụng của công nghệ Đúc 4 2.5 Xu hướng của ngành Đúc 4 CHƢƠNG 3: NHỮNG NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐÚC 5 3.1 Nguyên tắc chung 5 3.2 Co ngót và ứng suất khi đúc 5 3.2.1 Rỗ ngót và xốp ngót 5 3.2.2 Ứng suất trong-nứt và cong 6 3.3 Phân tích tính công nghệ của kết cấu vật đúc 7 3.3.1 Kết cấu và phương pháp chế tạo 7 3.3.2 Dạng kết cấu của vật đúc 7 3.3.3 Kết cấu vật đúc có chú ý đén độ bền 8 3.3.4 Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm khuôn và mẫu dễ dàng 9 3.3.5 Kết cấu vật đúc có chú ý đến sự điền đầy kim loại vào lòng khuôn 9 3.3.6 Kết cấu vật đúc chú ý đến rỗ ngót, úng suất và nứt 9 3.3.7 Kết cấu vật đúc chú ý đến việc làm sạch 10 3.3.8 Kết cấu vật đúc chú ý đến gia công cơ khí 10 3.3.9 Kiểm tra kết cấu vật đúc 11 i
13. 3.4 Đặc điểm thiết kế các chi tiết đúc 11 3.4.1 Chi tiết bằng thép 11 3.4.2 Chi tiết bằng gang xám 12 3.4.3 Chi tiết bằng gang graphit cầu 14 3.4.4 Chi tiết bằng gang dẻo 14 3.4.5 Chi tiết bằng hợp kim Đồng 15 3.4.6 Chi tiết bằng hợp kim Nhôm 15 3.4.7 Chi tiết đúc trong khuôn kim loại 15 3.4.8 Chi tiết Đúc-Hàn 16 3.4.9 Chi tiết có cốt kim loại 16 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC 18 4.1 Các nguyên tắc thiết kế công nghệ đúc 18 4.1.1 Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc 18 4.1.2 Vị trí vật đúc trong khuôn khi rót 18 4.1.3 Vị trí của mẫu khi làm khuôn, chọn mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu 19 4.1.4 Chọn mặt chuẩn gia công 20 4.1.5 Sai lệch cho phép về kích thước, khối lượng vật đúc và lượng dư 21 4.1.6 Thiết kế ruột 24 4.1.7 Hệ thống rót 27 4.1.8 Đậu ngót 34 4.1.9 Vật làm nguội 37 4.2 Thiết kế mẫu và khuôn đúc 38 4.2.1 Ký hiệu thiết kế đúc và trình bày bản vẽ công nghệ đúc 38 4.2.2 Thiết kế bộ mẫu 45 4.2.3 Phiếu công nghệ đúc và phiếu hướng dẫn khác 55 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ MẪU NHỰA 58 5.1 Bộ mẫu con chạy 58 5.1.1 Bản vẽ chi tiết 58 5.1.2 Bản vẽ thiết kế đúc 59 5.1.3 Bản vẽ lồng phôi 60 5.1.4 Bản vẽ mẫu đúc 61 5.1.5 Bản vẽ hộp lõi 62 5.2 Bộ mẫu gối đỡ 64 5.2.1 Bản vẽ chi tiết 64 5.2.2 Bản vẽ thiết kế đúc 65 5.2.3 Bản vẽ lồng phôi 66 5.4.4 Bản vẽ mẫu đúc 67 i
14. 5.2.5 Bản vẽ hộp lõi 68 5.3 Bộ mẫu ổ đỡ 69 5.3.1 Bản vẽ chi tiết 69 5.3.2 Bản vẽ thiết kế đúc 70 5.3.3 Bản vẽ lồng phôi 71 5.3.4 Bản vẽ mẫu đúc 72 5.3.5 Bản vẽ hộp lõi 73 5.4 Bộ mẫu thân bơm 74 5.4.1 Bản vẽ chi tiết 73 5.4.2 Bản vẽ thiết kế đúc 75 5.4.3 Bản vẽ lồng phôi 75 5.4.4 Bản vẽ mẫu đúc 76 5.4.5 Bản vẽ hộp lõi 77 5.5 Bộ mẫu ống chứ T 79 5.5.1 Bản vẽ chi tiết 79 5.5.2 Bản vẽ thiết kế đúc 79 5.5.3 Bản vẽ lồng phôi 80 5.5.4 Bản vẽ mẫu đúc 81 5.5.5 Bản vẽ hộp lõi 82 5.6 Bộ mẫu tay quay 83 5.6.1 Bản vẽ chi tiết 83 5.6.2 Bản vẽ thiết kế đúc 84 5.6.3 Bản vẽ lồng phôi 85 5.6.4 Bản vẽ mẫu đúc 86 5.6.5 Bản vẽ hộp lõi 87 CHƢƠNG 6: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, KẾT LUẬN, ĐỀ NGHỊ VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN 89 6.1 Kết quả 89 6.2 Kết luận 92 6.3 Đề nghị 92 6.4 Phương hướng phát triển 92 Tài liệu tham khảo 93 i
15. Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: Th.s Võ Xuân Tiến 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. 1.2 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. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Hoàn thành 5 bộ mẫu đúc gồm có mẫu và hộp lõi bằng nhựa POM 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu nghiên cứu 1.4.1 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
16. 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: nhua-pom.htm) 1.4.2 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. 1.5 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. 1.6 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
17. Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: GV. Th.s Võ Xuân Tiến Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC 2.1. 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. 2.2. 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
18. Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: GV. Th.s Võ Xuân Tiến 2.3. Các phương pháp đúc thường dùng hiện nay + Đúc khuôn cát (sand casting). + Đúc trong khuôn kim loại (permanent mold casting ). + Đúc áp lực (die casting). + Đúc ly tâm (centrifugal casting). + Đúc liên tục (continuous casting). + Đúc theo mẫu cháy (lost foam). + Đúc theo mẫu chảy (investment casting / lost wax casting ). + Đúc ép (squeeze casting / squeeze forming). + Đúc chân không (vacuum casting). + 2.4. 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 2.5. 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
19. Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: GV. Th.s Võ Xuân Tiến Chương 3: NHỮNG NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐÚC 3.1. 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. 3.2. Co ngót và ứng xuất khi đúc 3.2.1 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
20. Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: GV. Th.s Võ Xuân Tiến 3.2.2 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. Khi đúc nên: - Tránh cản co cơ học bằng cách dùng khuôn ruột tươi, xốp, ruột rỗng; giảm độ bền nóng của ruột; tránh bavia, tránh để đậu hơi và hệ thống rót chạm vướng vào gân hòm. - Đảm bảo vật đúc nguội đồng thởi các phần bằng cách dùng hỗn hợp cát phát nhiệt, cách nhiệt ở thành mỏng, dùng vật làm nguội ở thành dày. - Tránh rót kim loại ở nhiệt độ cao quá, gây chênh lệch nhiệt độ lớn ở vật đúc tạo tổ chức hạt thô to, giảm độ bền kim loại. - Chú ý tới thành phần hợp kim đúc: tạp chất phi kim loại nhiều, khoảng đông đặc rộng, lượng S và P lớn dễ gây nứt. Để tránh nứt nguội: chủ yếu là phải tìm cách giảm ứng suất dư trong vật đúc tới mức thấp nhất bằng những biện pháp sau: Khi thiết kế cần đảm bảo: - Thành dày đều, không có nứt nhiệt. - Kết cấu không cứng, dễ biến dạng. - Phân nhỏ chi tiết, thí dụ bánh xe lớn đúc hai nữa rồi ghép lái sẽ ít ứng suất hơn khi đúc liền. - Dùng hợp kim có độ dẻo cao (C, Cr, Mn nhiều sẽ làm giảm độ dẻo của thép, tăng khả năng nứt nguội). Khi đúc muốn giảm ứng suất dư cần chú ý: 6
21. Nghiên cứu khoa học 2015 Thực hiện: GV. Th.s Võ Xuân Tiến - Đảm bảo cho vật đúc có nhiệt độ đồng đều khi qua vùng nhiệt độc tới hạn (600 – 700 0C đối với gang , thép) bằng cách bót cát khuôn sớm ở phần dày, dở vật đúc sớm rồi ủ, đối với vật đúc lớn làm nguội khuôn bằng khí nén hoặc thổi nước. - Ủ sau khi đúc là biện pháp tích cực có tác dụng tăng độ dẻo của kim loại, hạ thấp giới hạn chảy, tạo điều kiện cho kim loại biến dạng do đó giàm được ứng suất dư. Để tránh cong vênh: Biện pháp quan trọng để tránh cong vênh là đảm bảo các phần của vật đúc nguội đồng đều , vừa tránh được cong vênh khi đúc, vừa giảm được ứng suất dư, sẽ hạn chế độ cong vênh khi gia công và sử dụng sau này. Nếu biện pháp trên khó thực hiện thì có thể dùng những cách sau: - Khi thiết kế cần tăng lượng dư gia công để bù cho cong vênh. - Khi đúc: ngoài việc dùng vật làm nguội khuôn hoặc tăng cường làm nguội khuôn lớn bằng khí nén, nước, có thể tạo mẫu cong ngược, có độ cong bằng lượng cong của vật đúc. - Khi đúc xong để vật đúc ngoài trời một thời gian vài tháng cho tới một năm. Ứng suất trong của vật đúc sẽ giảm đi ít nhiều (3-12%), sau này dùng sẽ bớt cong vênh. 3.3. Phân tích tính công nghệ của kết cấu vật đúc. 3.3.1 Kết cấu và phương pháp chế tạo Khi thiết kế chi tiết cần cân nhắc so sánh các phương pháp chế tạo để chọn công nghệ hợp lý nhất trong các phương pháp: đúc, hàn, dập, rèn, thiết kế từ bột kim loại. Đối với những chi tiết lớn và phức tạp bằng thếp cần nghiên cứu đến khả năng chế tạo phối hợp: hàn ghép vài vật đúc đơn giản hoặc hàn ghép những phần vật đúc với những phần bằng thép tấm, thép hình. Việc chọn vật liệu và phương pháp chế tạo liên quan rất nhiều đến giá thành chi tiết. 3.3.2 Dạng kết cấu của vật đúc Người ta có thể chia ra thành 3 nhóm cơ bản với những đặc điểm kết cấu sau đây: - Vật đúc có thể tích lớn và diện tích mặt ngoài bé thuộc kết cấu dạng A. Đó là những vật đúc hình khối , thành rất dày. - Vật đúc có thể tích bé và diện tích mặt ngoài lớn thuộc kết cấu dạng Z, đó là những vật đúc lớn có thành mỏng. - Trung gian giữa 2 nhóm A và Z có đặc điểm kết cấu trái ngược nhau là những vật đúc có dạng M, có thành dày và mỏng bố trí xen kẽ nhau. 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4