CT 2
Nghiên cứu chế tạo răng gầu máy đào
trong điều kiện khai thác tại việt nam
bằng phương pháp đúc
ThS. TRương nguyên trung
ThS. TRần thị vân nga
Bộ môn Công nghệ giao thông
Khoa Cơ khí
Trường ĐH Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Bài báo trình bày tóm tắt kết quả nghiên cứu xây dựng quy trình đúc trong khuôn cát ,
khuôn kim loại, nhiệt luyện để chế tạo răng gầu nhằm nâng cao độ bền, tuổi thọ răng gầu của máy đào
trong điều kiện khai thác tại Việt Nam.
Summary: The article briefly presents the result of a research
into casting process by sand moulds and metal moulds to manufacture
the tip of an excavator, the tempering process, to improve its
duration and longevity in Vietnamese context.
i. Đặt vấn đề
Hiện nay ở Việt Nam việc xây dựng cơ sở hạ tầng đang phát triển. Thiết bị, cơ bản phục
vụ nó là máy đào. Do điều kiện làm việc khắc nghiệt, do cấu trúc nền đất, đá, sỏi rất khác nhau,
các răng gầu máy đào thường bị mòn nhanh, gãy hỏng, phải thay thế luôn trong quá trình thi
công. Trong khi đó ở nước ta chưa có nhà máy nào đi sâu nghiên cứu chế tạo chúng mà chủ
yếu các đơn vị thi công dừng ở chỗ mua của nước ngoài thay thế hoặc hàn phục hồi sửa chữa
tại chỗ để kịp thời phục vụ sản xuất, tuy nhiên có số cơ sở đúc răng gầu nhưng những cơ sở
này sản xuất chủ yếu là do kinh nghiệm, chưa xây dựng được quy trình đúc, tính toán các
thông số hợp lý. Sau một thời gian ngắn đưa vào sử dụng răng gầu của máy đào lại bị mòn với
tốc độ lớn. Chính vì vậy cần phải nghiên cứu công nghệ đúc hợp lý nhằm nâng cao độ bền, tuổi
thọ răng gầu của máy đào trong điều kiện khai thác tại việt Nam. Để cụ thể, chúng tôi nghiên
cứu công nghệ đúc một loại răng gầu.
II. Phần nội dung
2.1. Đặc điểm của chi tiết và chọn dạng sản xuất
a. Điều kiện làm việc của chi tiết
Răng gầu làm việc trong điều kiện trà xát, va đập với đất đá trong quá trình máy xúc, đào
do đó răng cần có độ cứng cao, độ chịu mài mòn và va đập lớn. Trong điều kiện hiện nay để
máy làm việc bình thường thì các máy đào làm việc liên tục đào đất đá thì thời gian của răng
gầu làm việc được từ 60 – 80 ngày là phải thay để đảm bảo cho máy đào làm việc và đảm bảo
năng suất.
CT 2
Từ thực tế và qua nghiên cứu các vật liệu sử dụng để chế tạo răng gầu hiện nay, chọn loại
vật liệu chịu mài mòn cao và chịu va đập là vật liệu thép hợp kim dụng cụ 13
b. Chọn phương pháp chế tạo và dạng sản xuất
Chi tiết có độ chính xác không cao, không gia công bề mặt. Sai số về kích thước và trọng
lượng vài % mà không ảnh hưởng đến tính chất làm việc và độ bền nên chọn phương pháp
chế tạo là phương pháp đúc: đúc trong khuôn cát hoặc đúc trong khuôn kim loại. Trong sản
xuất loạt nhỏ, người ta thường tiến hành đúc trong khuôn cát. Khi cần năng suất cao, tiến hành
đúc trong khuôn kim loại.
2.2. Vật liệu làm khuôn lõi đúc trong khuôn cát
a. Yêu cầu của hỗn hợp làm khuôn lõi
Tính dẻo, độ bền, tính lún, tính thông khí, tính bền nhiệt, độ ẩm, tính bền lâu.
b.Vật liệu làm khuôn, làm lõi
Vật liệu làm khuôn và làm lõi gồm chủ yếu là: cát, đất sét, chất dính kết, chất phụ.
Cát: cát thạnh anh 2K Với 96% thành phần SiO2. Đất sét: làm khuôn đúc là cao lanh ()
loại rất bền (B) là loại có khả năng chịu nhiệt độ cao nhóm I. Chất dính kết: nước đường. Chất
phụ: Mùn cưa, rơm vụn, bột than. Chất sơn khuôn: Phấn chì.
2.3. Mặt phân khuôn
- Qua nghiên cứu kết cấu của chi tiết ta chọn mặt phân khuôn là mặt phẳng bổ dọc chi tiết
và đi qua tâm hai lỗ 22 và mũi của răng gầu
- Qua mặt phân khuôn đó ta chọn mặt phân mẫu là mặt phẳng bổ đôi mẫu.
- Mặt phân khuôn và phân mẫu trên là hợp lý nhất vì nó thuận tiện cho quá trình chế tạo
lòng khuôn, rút mẫu cũng như trong quá trình lắp ráp khuôn và rót kim loại lỏng vào khuôn.
- Hộp lõi: Dùng lõi bổ đôi có mặt phân lõi trùng với mặt phân khuôn.
2.4. Lượng dư gia công cơ khí
Do tính chất làm việc và kết cấu của chi tiết cũng như vật liệu chế tạo chi tiết có độ cứng
cao, chịu mài mòn, còn độ chính xác không yêu cầu cao nên sau khi đúc xong chi tiết không gia
công cơ khí ở bất kỳ vị trí nào nên chi tiết không có lượng dư gia công cơ khí.
2.5. Dung sai kích thước và góc đúc
- Răng gầu là chi tiết không đòi hỏi độ chính xác cao. Đúc bằng khuôn cát với dạng sản
xuất loạt nhỏ nên ta chọn dung sai cho mẫu là 0,3mm và dung sai cho khuôn đúc là
1mm.
- Để đạt năng suất trong quá trình làm khuôn và không ảnh hưởng đến yêu cầu kỹ thuật
của chi tiết, cũng như lắp ráp chọn các góc đúc từ R5
R8 nhằm chống dính bám cát khi lấy
mẫu và chống vỡ lở cát cũng như làm tăng độ bền cho thành khuôn, chống rạn nứt giữa các
phần của thành khuôn của vật đúc và hạn chế ứng suất cho vật đúc.
2.6. Độ co ngót của kim loại
- Trong quá trình tạo vật đúc là nấu chảy kim loại rồi rót vào khuôn chế tạo sẵn. Kim loại
kết tinh trong khuôn, rỡ khuôn ra ta được vật đúc, trong quá trình kim loại chuyển từ trạng thái
CT 2
lỏng sang trạng thái đặc và giảm nhiệt độ về nhiệt độ thường thì kim loại xảy ra hiện tượng co
giảm thể tích. Cho nên chế tạo mẫu phải có kích thước lớn hơn kích thước của vật đúc bằng độ
co ngót của kim loại.
- Vật liệu chế tạo răng gầu là thép hợp kim chịu va đập và chịu mài mòn
13, là thép hợp
kim Măng gan có độ co ngót 3,5%. Chi tiết thành tương đối dày
14mm. Độ co kích thước
bên ngoài của chi tiết kéo theo phần lỗ rỗng bên trong cũng bị thu hẹp tương đương. Nên ta
tính các kích thước:
- Chiều cao: 220 x 1,035 = 227
- Chiều dài: 100 x 1,035 = 103 99 x 1,035 = 102 84 x 1,035 = 86
58 x 1,035 = 60 73 x 1,035 = 75
- Lỗ 22 x 1,035 = 23
2.7. Độ dốc đúc
Là chiều nghiêng vát theo chiều rút mẫu hoặc tháo hộp lõi để thận lợi cho quá trình làm
khuôn, lõi . Độ dốc đúc phải có để dễ rút mẫu và lõi. Chọn độ dốc công nghệ 10 theo dọc các
bề mặt của chi tiết có hướng rút mẫu.
Sau đây là hình dạng của mẫu:
Hình 1. Hình dạng của mẫu
2.8. Lõi và gối lõi
Khi đúc răng gầu, cần lõi tạo bề mặt trong để lắp vào phần lợi của gầu, lõi tạo lỗ 22 để
bắt chốt 20 giữ răng gầu và lợi gầu. Khi răng mòn người ta tháo chốt thay răng khác.
Lõi chế tạo bằng hộp lõi bổ đôi có một gối lõi chính lớn và 2 gối lõi phụ nhỏ để tạo lỗ 22.
Như vậy lõi có 3 gối lõi để tránh siêu định vị thì gối lõi chính khi chế tạo trên hộp lõi ngắn hơn
trên mẫu để khi lắp lõi đi trước dọc theo thân và định vị bằng hai gối lõi đồng tâm 22.
Hộp lõi cũng có độ dốc để khi làm lõi được thuận tiện. Chọn độ dốc của lõi 20 và các góc
lượn của lõi, chọn R = 6mm làm cho bề mặt lõi trơn đều đồng thời giảm ứng suất khi kim loại co
ngót. Hai gối lõi phụ là hình trụ 23 để tiện cho việc chế tạo hộp lõi và lắp lõi dài 10mm, gối lõi
CT 2
chính độ dài 80 để cho trọng tâm của lõi nằm sát gối lõi chính. Gối lõi có dạng như ngàm công
son.
Sau đây là cấu tạo hộp lõi:
Hình 2. Cấu tạo hộp lõi
2.9. Chọn vị trí rót kim loại lỏng vào khuôn và thiết kế hòm khuôn
Dựa vào mặt phân khuôn và kết của răng gầu, chọn chỗ dẫn kim loại lỏng từ mặt phân
khuôn vào lòng khuôn (Rót từ giữa khuôn) ở vị trí mặt bên của răng gầu.
Rãnh dẫn đạt ở khuôn dưới, rãnh lọc xỉ đặt ở khuôn trên.
Đặt đậu hơi ở vị trí cao nhất trong lòng khuôn.
Phương pháp làm khuôn trên nền xưởng và hòm khuôn.
2.10. Thiết kế hệ thống rót
Hệ thống rót nhằm dẫn kim loại lỏng từ cốc rót vào lòng khuôn.
Yêu cầu của hệ thống rót:
Dòng kim loại chảy vào khuôn phải êm và liên tục, không tạo ra dòng chảy xoáy (Tránh
gây xỏi lở hệ thống rót, lòng khuôn và lõi) và không có hiện tượng phun bắn.
Phải giữ được xỉ và tạp chất trong hệ thống rót, không cho chảy vào khuôn.
Phải đảm bảo toàn bộ lòng khuôn được điền đầy hợp kim đúc, để vật đúc không bị thiếu hụt.
Để khắc phục những phế phẩm do hệ thống rót gây ra, đồng thời nhằm nâng cao chất
lượng và số lượng sản phẩm tiết kiệm nguyên vật liệu ta phải tính toán các kích thước của các
bộ phận trong hệ thống rót
( Cốc rót, ống rót, rãnh dẫn, rãnh lọc xỉ)
1. Tính toán hệ thống rót
4
1. Cèc rãt
2. èng rãt
3. R· nh läc xØ
4. R· nh dÉn
3
2
1
Hình 3. Cấu tạo hệ thống rót
CT 2
Tổng tiết diện rãnh dẫn
Phương pháp Ô dan di te:
)cm(
t..
G2
Frd
- G: Khối lượng kim loại lỏng của vật đúc và hệ thống rót (gam). Khối lượng hệ thống rót =
30% khối lượng vật đúc
-
: Khối lượng riêng của kim loại lỏng (gam/cm3); = 7.85 g/cm3
- t: thời gian rót ( giây)
- v: vận tốc rót (cm/giây)
- Frd : tổng tiết diện rãnh dẫn.
a.Tính khối lượng kim loại lỏng để rót khuôn (Khối lượng vật đúc và hệ thống rót) (G).
- Khối lượng vật đúc = 4,6 kg
- Khối lượng hệ thống rót = 30% khối lượng vật đúc = 1,4 kg G = 4,6 + 1,4 = 6 kg = 6000 gam
b. Tính vận tốc rót (v)
Theo công thức: v = ght2
- : Hệ số trở lực của khuôn phụ thuộc vào độ phức tạp của vật đúc = 0,30
0,85;
Chọn = 0,40
- g: gia tốc trọng trường 9,8 m/s2 = 980cm/s2
- Ht: cột áp thuỷ tĩnh (cm): Ht = H –
C
P2
+ H: Chiều cao tính từ vị trí dẫn kim loại lỏng vào khuôn cho tới mặt thoáng cốc rót
(cm) cao bằng hòm khuôn trên. H = 18 cm
+ P: Chiều cao tính từ vị trí dẫn kim loại lỏng đến mặt trên của vật đúc (cm); P = 1/2
chiều cao vật đúc = 4.3cm
+ C: chiều cao vật đúc: C = 86 mm = 8.6cm
Ht = 20 -
11
x
2
5,5 2= 16,9 cm
V = 0,4 9,16x98x2 =72.8 cm/s
c.Tính thời gian rót
áp dụng công thức: t = S G
- S: Hệ số chiều dày vật đúc; Chiều dày vật đúc 13 25 mm; S = 1,65