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

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

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


- 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/s
2
= 980cm/s
2

- H
t
: cột áp thuỷ tĩnh (cm): H
t
= H –
C
2
P

d. Tổng tiết diện rãnh dẫn

Frd
=
t.v.
G

=
4
x
8
.
72
x
85
.
7
6000
= 2,62 cm
2

e. Chọn hình dáng và số lượng rãnh dẫn.
Để thuận tiện cho chế tạo khuôn, chọn rãnh dẫn hình thang dẹt, số lượng 01 rãnh.
Các kích thước của rãnh dẫn (a xb xh)
Chọn h = 7 mm; b = 0,8a
Frd = 262 =
7
2
a8.0a


- Tiết diện ống rót F
or
= F
rd
x 1,2
F
or
= 301 x 1,2 = 361 mm
2

Chọn ống rót tiết diện hình tròn
F
or
= 361 =
4
d
2

 d = 21.5
Chọn d = 22mm
ống rót hơi côn nên đầu nhỏ ống rót 22, đầu lớn ống rót 28 để làm khuôn dễ dàng.
3. Dung tích cốc rót
Thể tích cốc rót xác định qua công thức : V
Cr
=
3
cm
1000
n
t

- Chuẩn bị dụng cụ làm khuôn: Các loại bay, thước, dùi xiên hơi, dùi lấy mẫu, chốt định vị.
- Chuẩn bị hỗn hợp làm lõi: Trộn hỗn hợp làm lõi có thành phần cát - đất sét. Đất sét 20%,
Cát thạch anh loại 2K có độ chịu nhiệt 1743
o
C chiếm 80%, chất dính kết là nước đường. Chất
phụ: mùn cưa, rơm vụn tăng tính thông khí.
- Chuẩn bị hỗn hợp làm khuôn: Trộn hỗn hợp làm khuôn cát - đất sét. Cát thạch anh 2K
chiếm 90

93 %, Đất sét chiếm 7

10%, chất dính kết là nước đường, Chất phụ: mùn cưa,
rơm vụn tăng tính thông khí
- Chuẩn bị chất sơn khuôn lõi: dùng phấn chì.
b. Các nguyên công trong quy trình đúc trong khuôn cát
Nguyên công 1: Chế tạo lõi
Bao gồm các bước: Đưa hỗn hợp làm lõi vào trong hộp lõi và đầm chặt; Tạo lỗ thoát hơi
cho lõi qua các đầu gác lõi, dùng dùi xiên hơi; Lấy lõi ra khỏi hộp lõi; Sửa lõi, sửa bề mặt lõi cho
nhẵn đẹp, sửa các góc cạnh bị nứt lở; Sơn lõi; Sấy lõi
Kết cấu lõi:

Hình4. Kết cấu lõi
Nguyên công 2: Làm khuôn
Bao gồm các bước: Hạ mẫu xuống nền xưởng; đầm chặt cát trên nền xưởng. Làm khuôn
trên và nửa khuôn dưới, lấy mẫu và sửa khuôn, sơn khuôn, sấy khuôn. Dùng máy phun phun
bột phấn chì lên bề mặt lòng khuôn, rồi tiến hành sấy khuôn.
Nguyên công 3: Lắp ráp khuôn
Bước 1: Lắp lõi vào khuôn dưới theo các vị trí của đầu gác lõi.
Bước 2: Lắp nửa khuôn trên vào nửa khuôn dưới theo chốt định vị khuôn. Dùng 2 cọc



CT 2Hình 6. Hình dạng vật đúc nhận được sau khi phá khuôn
2.14. Đúc răng gầu trong khuôn bằng kim loại
a. Đặc điểm
Khi sản lượng nhiều có thể chọn phương pháp chế tạo răng gầu bằng cách đúc trong
khuôn kim loại.
Ưu điểm của đúc trong khuôn kim loại khi chế tạo răng gầu là :
- Khuôn kim loại có thể dùng được nhiều lần.
- Vật đúc có độ chính xác cao (cấp 6, 7) và độ bóng bề mặt cao (4-7). Vì độ chính xác
và độ bóng bề mặt lòng khuôn cao.
- Tổ chức kim loại nhận được nhỏ mịn (Do tốc độ nguội nhanh), cơ tính tốt.
Nhược điểm:
- Giá thành chế tạo khuôn đắt nên chỉ thích hợp trong sản xuất hàng khối và loạt lớn.
b. Vật liệu làm khuôn
Vật liệu làm khuôn là: X23H13 CT 2

Vật liệu làm lõi là hỗn hợp làm lõi cát, đất sét, chất phụ và chất dính kết.
c. Kết cấu khuôn

Hình 7. Kết cấu khuôn kim loại để đúc răng gầu
d. Các bước thực hiện khi tiến hành đúc trong khuôn kim loại
- Làm sạch lòng khuôn
- Sấy khuôn,lõi đến nhiệt độ 300
O

C, thời gian giữ nhiệt khi ram khoảng 120 - 150 phút.
Tổ chức nhận được khi ram là austenit, mactenxit ram và cacbit dư. Khi ram độ cứng thay đổi
rất ít, giảm từ 1 - 3HRC và vẫn giữ được độ cứng và tính chống mài mòn cao, ứng suất dư bên
trong khử bỏ.
III. Phần Kết luận
Nghiên cứu chế tạo răng gầu máy đào trong điều kiện khai thác thực tế tại Việt nam bằng
phương pháp đúc nhằm đưa ra quy trình công nghệ đúc răng gầu hợp lý bằng khuôn cát,
khuôn kim loại , công nghệ tôi, ram chúng nhằm đảm bảo chất lượng, năng suất, hạ giá thành
sản phẩm, đáp ứng nhu cầu chế tạo phu tùng thay thế cho các máy thi công tại Việt Nam. áp
dụng kết quả nghiên cứu, chúng tôi đã đúc ra răng gầu và được sử dụng thử nghiệm tại một
số đơn vị thi công trong nước đạt những kết quả tốt.
Tài liệu tham khảo
[1]. Trương Nguyễn Trung và các cộng sự. Đề tài mã số 2004-35-67. Bộ Giáo dục và Đào tạo.
[2]. Vũ Thế lộc, Vũ Thanh Bình. Máy làm đất. Nhà xuất bản Giao thông vận tải 1997.
[3]. Nguyễn Đăng Điệm. Sửa chữa máy xây dựng - xếp dỡ và thiết kế xưởng. Nhà xuất bản Giao thông
vận tải 1996.
[4]. V.V. Danhileiski. Sổ tay chế tạo máy trẻ. Nhà xuất bản Vưisaia Skola, 1976
[5]. Phạm thị Minh Phương, Tạ Văn Thất. Công nghệ nhiệt luyện. Nhà xuất bản Giáo dục, 2000.
[6]. Vũ Minh Bằng, Nguyễn Đức Văn. Vật liệu học. Nhà xuất bản Giao thông vận tải, 2003.
[7]. Trần Đình Quý, Trương Nguyễn Trung. Kỹ thuật chế tạo máy tập 1, 2. Trường Đại học Giao thông Vận
tải, 2000 