Nghiên cứu đúc sản phẩm có khối lượng 50 kg bằng công nghệ mẫu tự thiêu trên hệ thống thiết bị của Viện Công nghệ

Đúc theo mẫu khí hóa ngày càng được áp dụng nhiều trong các cơ sở chế tạo phôi kim loại ở Việt Nam tạo hiệu quả cao trong nghiên cứu và hình thành các giải pháp công nghệ mới, mở rộng đư

-

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP

-

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC VÀ MÁY NÔNG NGHIỆP

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS NGUYỄN THANH TÙNG CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA

6 Nguyễn Việt Dũng Kỹ sư đúc

Hà Nội, 12-2010

-

MỞ ĐẦU

Sự phát triển của ngành hóa học đã tạo ra các chất polyme tạo bọt và kết quả cho phép ứng dụng để chế tạo các mẫu đúc, các mẫu này không phải lấy ra trước khi lắp ráp khuôn đúc mà được khí hóa (bốc hơi) khi đổ đầy các nguyên liệu kim loại nóng chảy Công nghệ này cho phép tăng năng suất đúc, rút ngắn được quy trình công nghệ sản xuất cũng như nâng cao được chất lượng sản phẩm đúc: nâng cao độ chính xác, giảm độ dư dôi trên sản phẩm đúc, do vậy giảm được quá trình gia công cơ khí

Đúc theo mẫu khí hóa ngày càng được áp dụng nhiều trong các cơ sở chế tạo phôi kim loại ở Việt Nam tạo hiệu quả cao trong nghiên cứu và hình thành các giải pháp công nghệ mới, mở rộng được phạm vi ứng dụng đối với các loại sản phẩm đúc và chất lượng đúc khác nhau

Việc đầu tư nghiên cứu chuyên sâu công nghệ đúc “ Mẫu tự thiêu” là một việc làm rất cần thiết trong kế hoạch xây dựng và phát triển ngành “ Kỹ thuật đúc “ tại Việt Nam hiện nay

2.1.3 Các quy luật chung của quá trình phân hủy mẫu khi rót kim loại lỏng

3.1 Nghiên cứu cải tiến trang thiết bị công nghệ mẫu tự thiêu 17 3.1.1 Cải tạo hệ thống hút khí chân không 17 3.1.2 Cải tạo thùng khuôn chuyên dùng 20 3.2 Nghiên cứu chế tạo mẫu đúc 22 3.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu 22 3.2.2 Vật liệu tạo mẫu 23 3.3 Nghiên cứu hệ thống rót 23

3.4 Nghiên cứu công nghệ tạo khuôn 26 3.4.1 Công nghệ chèn khuôn 26 3.4.2 Công nghệ tạo độ chân không 27 3.4.3 Tính toán lượng khí thoát ra 27 3.5 Công nghệ nấu luyện kim loại 28 3.5.1 Lựa chọn thiết bị 28 3.5.2 Lựa chọn tỉ lệ cháy hao của các nguyên tố khi nấu luyện trong lò

cảm ứng bazo

28

3.5.3 Lựa chọn thành phần hóa học 28 3.5.4 Lựa chọn nguyên liệu đầu vào 28

4.1 Quy trình tạo mẫu đúc 29 4.1.1 Giới thiệu phương pháp tạo mẫu 29

4.1.2 Các công đoạn thực hiện 29

-

4.2 Thiết kế chế tạo hệ thống dẫn kim loại 30 4.2.1 Cấu trúc hệ thống dẫn kim loại lỏng 30 4.2.2 Kích thước hệ thống dẫn kim loại 31 4.2.3 Phương pháp chế tạo hệ thống dẫn 32 4.3 Quy trình sơn mẫu đúc 32 4.3.1 Nguyên vật liệu 32 4.3.2 Thiết bị và dụng cụ 32 4.3.3 Chế biến chất sơn 32 4.3.4 Công nghệ sơn 33 4.4 Quy trình tạo khuôn đúc 34 4.4.1 Vật liệu làm khuôn 34

4.4.2 Trang thiết bị 34 4.4.3 Kỹ thuật tạo khuôn 34

4.5 Quy trình nấu luyện 35 4.5.1 Thiết bị 35 4.5.2 Trình tự nấu luyện 35

4.5.2.1 Giai đoạn nấu chảy 35 4.5.2.2 Giai đoạn hoàn nguyên 36

4.6 Quy trình rót khuôn 36 4.6.1 Chuẩn bị 36

4.6.3 An toàn lao động 37 4.7 Quy trình tháo dỡ vật đúc, làm sạch và hoàn thiện sản phẩm 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC: Biên bản nghiệm thu sản phẩm đề tài Kết quả thử nghiệm thành phần hóa học Nhận xét sản phẩm chế thử

Hợp đồng, Thuyết minh ĐT Biên bản nghiệm thu cơ sở đề tài Bài phản biện của Hội đồng cấp cơ sở

-

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Khái quát giới thiệu công nghệ mẫu tự thiêu:

đã được cấp bằng phát minh vào những năm 1958 để chế tạo các sản phẩm đúc mang tính nghệ thuật Sự phát triển của ngành hóa học đã tạo ra các dạng polime tạo bọt và kết quả cho phép chúng ta có các mẫu đúc bằng bọt nhựa xốp có khối lượng riêng nhỏ Mẫu đúc gắn với hệ thống rót được chèn chặt trong hỗn hợp định dạng bất kì (có thể là cát không có chất liên kết, có thể là

bi kim loại ) Trước khi rót kim loại lỏng vào khuôn, mẫu đúc không cần lấy

ra Kim loại lỏng thông qua hệ thống rót đổ trực tiếp vào mẫu Dưới tác dụng nhiệt năng của kim loại lỏng, mẫu bị hoá hơi, tạo nên khoảng trống trong khuôn, kim loại lỏng điền đầy vào khoảng trống đó, tạo thành sản phẩm đúc

có hình dáng đúng với hình dáng của mẫu đúc

Điều đặc biệt nhất của công nghệ này là mẫu đúc không cần lấy ra khỏi khuôn trước khi rót kim loại, vì thế nó tạo ra những ưu việt cơ bản sau:

thao tác làm khuôn làm ruột, và lắp ráp khuôn ruột Cho phép giảm công đoạn gia công cơ khí loại bỏ ba via của sản phẩm đúc

ngách mà không cần sử dụng ruột

Đơn giản hóa quá trình chế tạo khuôn cũng như quá trình tháo dỡ sản phẩm đúc sau khi đúc xong

Giảm chi phí gia công cơ khí sau đúc

Mở rộng khả năng tự động hóa và cơ giới hóa các quá trình chế tạo và gia công sản phẩm đúc

Điều kiện làm việc của công nhân được cải thiện

Mặc dù công nghệ mẫu tự thiêu có nhiều ưu điểm nhưng chưa được sử dụng rộng rãi và đại trà vì kĩ thuật công nghệ phức tạp, phụ thuộc nhiều vào hình dáng và khối lượng của sản phẩm đúc Trong quá trình rót kim loại, có phản ứng hóa lí phức tạp xảy ra giữa kim loại lỏng và các sản phẩm phân hủy của mẫu xốp Các sản phẩm phân hủy này nếu không thoát ra ngoài khuôn

Trong công nghệ mẫu tự thiêu có 3 vấn đề cần tập trung nghiên cứu và hoàn thiện:

* Vấn đề thứ nhất:

Xử lí khắc phục các khuyết tật như: cháy tạo thành xỉ than, tạo bồ hóng, rỗ khí

của mẫu xốp không chuyển hoá sang thể hơi, và hóa khí một cách kịp thời để thẩm thấu thoát ra ngoài khuôn

Tốc độ chuyển hóa phụ thuộc vào các yếu tố sau:

hết khí phân hủy ra ngoài trước khi kim loại lỏng chiếm chỗ

* Vấn đề thứ hai:

Nâng cao độ chính xác kích thước hình học của sản phẩm đúc

Độ chính xác này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Công nghệ tạo mẫu xốp

* Vấn đề thứ ba:

Điều khiển các quá trình tác động lí hóa của các pha sản phẩm phân hủy mẫu với kim loại lỏng, mục đích là nhận được các sản phẩm đúc có thành phần hoá học đúng yêu cầu, đồng thời làm giảm các thành phần độc tố có hại sinh ra trong quá trình phân hủy mẫu xốp

-

1.2 Tình hình ứng dụng công nghệ đúc bằng mẫu tự thiêu tại Việt Nam:

Tại Việt Nam, công nghệ đúc bằng mẫu tự thiêu đã được nhập vàp từ năm 1998 qua con đường chuyển giao công nghệ của UKAINA cho một số cơ

sở đúc như Viện Công nghệ thuộc Tổng Công ty Máy Động lực và Máy Nông nghiệp – Bộ Công thương; Nhà máy Z127 Bộ Quốc phòng, Công ty dệt 2 thành phố Hồ Chí Minh Các sản phẩm đúc được chuyển giao công nghệ là các sản phẩm có khối lượng nhỏ, thành mỏng như các phụ tùng ngành dệt, phụ tùng máy động lực như puly, trục khuỷu Vì vậy quy trình công nghệ cũng như các trang thiết bị cũng chỉ phù hợp với các loại sản phẩm này

Từ năm 2005 trở lại đây, một số cơ sở đúc ở phía bắc đã nhập công nghệ đúc mẫu tự thiêu của Trung Quốc Sự khác biệt của công nghệ đúc mẫu

tự thiêu của Trung Quốc là với cùng một loại trang thiết bị công nghệ công nghệ, có thể đúc được các sản phẩm đúc có khối lượng một vài kg đến các sản phẩm đúc có khối lượng tới vài trăm kg

Qua nghiên cứu, phân tích và tìm hiểu chúng tôi có một số nhận xét sau:

cơ sở ở Việt Nam Vì chủng loại các sản phẩm đúc chuyển giao là vật đúc có khối lượng nhỏ, thành mỏng, hình dáng phức tạp nên UKRAINA sử dụng công nghệ rót đùn dưới lên Công nghệ rót này có ưu điểm là dễ điều chỉnh tốc độ dâng của kim loại thông qua hiệu chỉnh kích thước của hệ thống rót Tốc độ dâng của kim loại lỏng là một thông số ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành, phân bố các pha của sản phẩm phân hủy từ mẫu xốp bị cháy khi tiếp xúc với kim loại lỏng Người ta luôn mong muốn sản phẩm phân hủy chủ yếu

là pha khí và thứ yếu là pha lỏng, pha rắn để ít gây ra các dạng khuyết tật cho sản phẩm đúc

Mặt khác rót đùn dưới lên luôn tạo hướng thoát khí thuận, tức là khí bốc hơi từ dưới lên trên, vì vậy khí dễ dàng thoát ra khỏi khuôn đi ra ngoài

Tuy nhiên rót đùn dưới lại khó tạo ra hiệu quả bù ngót cho các sản phẩm đúc thép có thành dày và khối lượng lớn tới hàng trăm kg

Để phù hợp với quan điểm công nghệ, các trang thiết bị của UKRAINA cũng được thiết kế theo hướng phù hợp với rót đùn dưới

+ Hòm khuôn chuyên dùng: Các đường dẫn thoát khí được bố trí nằm toàn bộ trên thành hòm khuôn, tạo đường đi của khí thoát ra ngoài theo phương nằm ngang, vuông góc với hướng kim loại lỏng điền đầy

-

phẩm có thành mỏng, khối lượng kim loại nhỏ

Ưu điểm của loại bơm này là không làm biến dạng mẫu đúc với các mẫu có thành vách mỏng, đảm bảo độ chính xác hình học cho sản phẩm đúc

Nhưng trong trường hợp rót các vật đúc có thành dày, khối lượng lớn hoặc tăng sản lượng vật đúc trong một hệ thống rót, thì khối lượng khí sinh ra rất lớn Tốc độ sinh khí lớn hơn lưu lượng hút khí của bơm hút chân không nên khí sinh ra không thoát ra ngoài kịp, gây cản trở cho quá trình điền đầy khuôn, tạo ra các khuyết tật cho vật đúc

cơ sở đúc ở Hải Dương và Hải Phòng: Qua tham quan khảo sát chúng tôi thấy công nghệ và trang thiết bị này phù hợp đúc các sản phẩm đúc có khối lượng lớn tới vài trăm kg Với các sản phẩm đúc nhỏ họ thường tổ hợp các mẫu lại thành một chùm mẫu lớn trong cùng một hệ thống rót, có khối lượng kim loại lỏng cho một ống rót tới vài trăm kg

Sử dụng phương pháp điền đầy kim loại từ trên xuống Đây là phương pháp rót có hiệu quả bù ngót rất cao, rất phù hợp với sản phẩm đúc cần bù ngót lớn, ví dụ như vật đúc có thành dày, khối lượng lớn, các vật đúc bằng thép, đồng

Phương pháp rót từ trên xuống cũng tăng được hiệu suất kim loại có ích

phẩm có khối lượng một vài kg, phải lựa chọn phương án tổ hợp mẫu tối ưu, phải tính toán được kích thước cũng như kết cấu hệ thống rót một cách hợp lí

để kim loại lỏng điền đầy vào hệ thống theo thứ tự từ trên xuống Do số lượng mẫu trong một hệ thống rất lớn nên kĩ thuật lắp ghép chùm mẫu, sơn mẫu, sấy mẫu, chèn mẫu đều rất phức tạp

Để phù hợp với phương pháp điền đầy kim loại, trang thiết bị của Trung Quốc cũng có khác so với UKRAINA là: trong hòm khuôn chuyên dùng đường dẫn thoát khí được bố trí trên mặt đáy và toàn bộ xung quanh thành hòm khuôn để tạo hướng đi cho khí cháy thoát ra theo hướng ra xung quanh và đi từ trên xuống dưới Lúc này hướng thoát khí thuận với hướng cấp

-

Với bơm hút chân không có lưu lượng hút khí lớn thì khí phân hủy thoát ra ngoài nhanh hơn Tuy nhiên cần lưu ý đến kim loại lỏng cũng dễ bị thẩm thấu

ra ngoài qua lớp sơn mẫu, gây cháy cát cơ học cho sản phẩm đúc Mặt khác với những sản phẩm đúc có thành mỏng, khi tốc độ hút khí lớn cũng dễ gây ra biến dạng mẫu Để khắc phục nhược điểm này, phải lựa chọn chất sơn mẫu cũng như công nghệ sơn mẫu tối ưu, nâng cao kĩ thuật chèn mẫu, chống biến dạng mẫu

1.3 Đánh giá quá trình ứng dụng công nghệ đúc bằng mẫu tự thiêu tại Viện Công nghệ:

thiện suốt từ năm 1998 cho đến nay tại xưởng đúc thuộc Trung tâm công nghệ

và thiết bị đúc Viện Công nghệ

UKRAINA cho Viện Công nghệ gồm có:

- Puli máy kéo Bông Sen có khối lượng phôi đúc ~10 kg, thành dày trung bình vật đúc < 20 mm, vật liệu kim loại là gang xám 21- 40

<60 mm Vật liệu kim loại là thép Mn13

vật liệu kim loại là gang cầu

Kết thúc quá trình chuyển giao công nghệ, đánh giá kết quả các sản phẩm thí nghiệm như sau:

phép

hỏng do ngót còn cao, phải thêm công đoạn hoàn thiện sau đúc

chúng tôi đã thành công đúc ổn định và các chi tiết máy có hình dáng phức tạp, thành mỏng, khối lượng nhỏ bằng gang xám, gang cầu, gang crôm đúc chính xác các phụ tùng máy phun bi bằng vật liệu X26 không cần gia công cơ, đúc các loại mũi khoan cọc nhồi bằng thép 35XM, đúc dây xích bằng thép X18H9

-

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ ĐÚC BẰNG MẪU TỰ THIÊU

2.1 Cơ chế quá trình phân hủy mẫu khi điền đầy khuôn bằng kim loại lỏng:

Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, vật liệu mẫu đúc bị biến đổi trải qua các giai đoạn:

Sấy nóng → nóng chảy → hóa hơi

của sản phẩm mẫu phân huỷ Thành phần của các sản phẩm phân hủy được xác định bởi tốc độ biến thiên của các pha khi sấy nóng, nóng chảy, hóa hơi

và phụ thuộc vào tính chất của các vật liệu làm mẫu và các điều kiện của môi trường bên ngoài Các yếu tố bên ngoài có mối quan hệ trực tiếp với các yếu

tố công nghệ như nhiệt độ kim loại lỏng, thời gian rót và khả năng thoát khí của vật liệu làm khuôn

2.1.1 Sự nóng chảy của mẫu:

Sự nóng chảy của mẫu xốp polisterol dưới tác dụng của nhiệt lượng phát ra từ kim loại lỏng là một giai đoạn phức tạp Giai đoạn chuyển hóa này được đặc trưng bởi sự thay đổi nó từ trạng thái tinh thể sang trạng thái lỏng

polisterol chuyển sang trạng thái lỏng Sự nóng chảy mẫu trong khuôn đặc trưng bởi tốc độ nóng chảy tuyến tính, thể tích và khối lượng nóng chảy hoặc

năng của mẫu hình thành ra khoang khuôn khi dồn nén khuôn bằng kim loại lỏng, nó được đo bằng cm/s Tốc độ nóng chảy tuyến tính q được đo bằng g/s

Q = Vm.Fm.Sm (1)

-

tác động đến chế độ khí của quá trình vì giá trị của nó ảnh hưởng đến kích thước khe hở giữa bề mặt trước của sự phân hủy mẫu và mặt thoáng của kim loại lỏng

Tốc độ nóng chảy tuyến tính còn tác động đến sự xuất hiện các khuyết tật trên sản phẩm đúc

Tốc độ nóng chảy của mẫu lớn nhất tại thời điểm đâù tiên của quá trình rót kim loại lỏng, sau đó tiến tới giá trị xác định gần giống tốc độ dâng của kim loại lỏng

Tốc độ nóng chảy của mẫu còn chịu ảnh hưởng của tốc độ hóa hơi thể lỏng của sản phẩm phân hủy Như vậy quá trình nóng chảy và quá trình hóa hơi có tác động qua lại với nhau

2.1.2 Sự hóa hơi và hóa khí của thể lỏng:

Khi rót kim loại ở trong một chế độ bất kì nào đó của sự nóng chảy mẫu Thể lỏng của sản phẩm phân hủy được phân bố trên mặt thoáng của kim loại lỏng và trên các cạnh khuôn, được bốc hơi trong quá trình rót khuôn Quá trình này của sự hoá hơi ở thể lỏng là quá trình chủ động, nó xảy ra đầu tiên

Đó là quá trình hóa hơi của các chất izobentan nằm ở trong lỗ trống giữa các

kim loại lỏng tạo ra

Để loại bỏ sự tích tụ của các chất dư thừa của thể khí và hình thành ra các khuyết tật của sản phẩm đúc, cần phải nâng cao tốc độ bốc hơi của polisterol Các sản phẩm cuối cùng của sự hóa hơi polisterol ở nhiệt độ cao là cácbon, hydro và mêtan

2.1.3 Các quy luật chung của quá trình phân hủy mẫu khi rót kim loại lỏng:

Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, mẫu đúc bị nóng chảy và phân huỷ tạo ra ba pha: rắn – lỏng – khí nằm trong vùng khe hở giữa bề mặt trước của mẫu bị phân hủy và mặt thoáng của kim loại lỏng

quan hệ của các pha tồn tại (rắn – lỏng – khí) của các sản phẩm phân hủy (khi

khí ở mức trung bình Tuy nhiên dải tốc độ này phụ thuộc vào tốc độ rót kim loại

Việc gia tăng nhiệt độ rót sẽ làm tăng nhiệt độ nóng chảy mẫu, đồng thời tốc độ hóa hơi cũng tăng, tốc độ các phản ứng phân hủy tăng

tăng lên một phần nhỏ thành phần rắn tương ứng với sự giảm đi thành phần lỏng

Với sự gia tăng khối lượng riêng của mẫu xốp tại một nhiệt độ rót cố định, tỉ lệ giữa pha rắn – lỏng – khí là một số không đổi nhưng số lượng tuyệt đối của từng pha tăng lên theo tỉ lệ với sự tăng khối lượng riêng của mẫu

Tương ứng với các yếu tố trên thì thành phần của sản phẩm phân hủy cũng thay đổi dẫn đến chất lượng của vật đúc cũng thay đổi Có thể dẫn đến các khuyết tật như rỗ khí, màng muội than, lỗ hổng trên bề mặt do sự phân bố không đều các pha của sản phẩm phân hủy từ trạng thái ban đầu đến sự bốc hơi hoàn toàn sản phẩm phân hủy

2.2 Sự điền đầy khuôn và chế độ khí của khuôn:

Do tác động tăng dần liên tục của áp suất trong ống rót, tốc độ dâng kim loại tăng và mẫu bị nóng chảy Tại thời điểm này áp suất khí trong khuôn là lớn nhất Nếu độ thoát khí của hỗn hợp tạo khuôn thấp thì áp suất của khí sẽ đẩy kim loại trào ngược ra theo hệ thống rót, có thể gây ra các khuyết tật đúc như

là vật đúc không điền đầy, bị biến dạng và vỡ khuôn Do vậy độ thoát khí của khuôn phải tốt, kim loại lỏng phải được đưa liên tục vào khuôn Do tác động nhiễu loạn của áp suât khí trong khuôn dẫn đến sau khi tốc độ cung cấp kim loại đạt giá trị cao nhất thì tốc độ cấp kim loại bắt đầu giảm đi Sự giảm tốc

độ cấp kim loại dẫn đến hình thành khe hở giữa mặt thoáng kim loại và mặt mẫu nóng chảy, lúc này diện tích đẩy khí ra thành khuôn tăng lên, tiếp đó, tốc

lỗ rỗng của vật liệu làm khuôn có nhiệt độ sôi thấp nhất Khi nung nóng thành khuôn bởi nhiệt lượng của vật đúc và mật độ phân bố hỗn hợp khí trên thành khuôn và các lỗ rỗng trong hỗn hợp làm khuôn

2.3 Cơ sở lí thuyết của việc tạo khuôn bằng vật liệu là các hạt chịu nhiệt không có chất kết dính:

2.3.1 Tính cơ học của khuôn làm từ cát khô không liên kết:

Phương pháp sản xuất đúc bằng công nghệ mẫu tự thiêu dùng hạt vật liệu chịu nhiệt để tạo khuôn được phát minh từ năm 1968 tại Anh

luận: cát ở trạng thái tĩnh trên biên cận của kim loại và khuôn được giữ lại bởi: áp suất được hình thành do quá trình mẫu hóa khí, lớp phủ chống cháy cát và bởi chính lớp kim loại điền đầy và kết tinh Với quan điểm lí thuyết về các hạt đã chỉ ra rằng: các hạt khô chính là các vật thể rời rạc, các hạt rời rạc này không có liên kết giữa các hạt với nhau nhưng chúng có lực ma sát, lực này là nguyên nhân cản trở các hạt dịch chuyển trong khuôn đúc Cát thạch anh là vật thể dạng hạt lí tưởng

giới hạn để không xảy ra sự biến dạng dư dưới tác dụng của áp suất thủy lực của kim loại lỏng Trong hệ thống kim loại lỏng – mẫu – khuôn thì vật liệu làm khuôn tác dụng lực lên mẫu polisterol, còn kim loại lỏng lại tác động lên vật liệu làm khuôn

Sự cân bằng vị trí của hạt rời rạc phụ thuộc vào lực ma sát, lực ma sát lại phụ thuộc vào góc ma sát Góc ma sát lại phụ thuộc vào tỉ trọng của cát chèn, hình dáng hạt và thành phần khoáng của nó

2.3.2 Biện pháp làm kín và lèn chặt khuôn bằng cát thạch anh khô:

-

rời, không phụ thuộc vào tần số và biên độ của quá trình rung lắc, mà phụ thuộc vào khối lượng và gia tốc Điều đó có nghĩa là lực quán tính càng lớn thì mức độ lèn chặt càng lớn Biên độ tối ưu của quá trình rung lắc ứng với tần số 50Hz, thời gian rung lắc tối ưu là 20s, khi đó độ lèn chặt là cao nhất So sánh các hạt vật liệu được sử dụng trong công nghệ mẫu tự thiêu thì cát thạch anh được sử dụng là phù hợp nhất Các tính chất như: cấu trúc, cơ tính, thành phần hóa học, hình dáng và kích thước hạt cũng như độ ẩm của hạt đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của vật liệu khuôn (tức là làm chặt và thoát khí tốt) Nếu như trong cát thạch anh có lẫn thành phần đất sét thì độ thông khí của hỗn hợp

bị giảm đi đáng kể, đồng thời khả năng tự lèn chặt khi rung lắc cũng bị giảm

đi

-

CHƯƠNG 3 QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM

3.1 Nghiên cứu cải tiến trang thiết bị công nghệ mẫu tự thiêu:

Hệ thống hút khí chân không của Viện Công nghệ được nhập đã 12 năm Tuy được bảo dưỡng thường xuyên nhưng đã không còn đáp ứng được nhu cầu sản xuất và đúc chi tiết theo yêu cầu của đề tài Do mua thiết bị đã khá lâu, công suất và lưu lượng hút khí chân không nhỏ, lưu lượng hút khí chân không không đạt yêu cầu để đúc sản phẩm đến khối lượng đến 50 kg Hệ thống hòm khuôn với hệ thống hút khí bằng dây xoắn ruột gà lắp ngang thùng khuôn đã cũ, bị két bụi cháy và hóa cứng do nhiệt nên dần bị bí khí, không còn đảm bảo được lưu lượng hút khí cháy ra ngoài thùng khi rót đổ khuôn Do vậy việc cải tạo lại hệ thống hút khí cùng việc nghiên cứu chế tạo thùng khuôn chuyên dụng là rất cần thiết để đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật của công nghệ, để đúc chi tiết có khối lượng lớn

Kết cấu hệ thống đường ống dây ruột gà hút khí trong thùng khuôn cũ chưa được ưu việt, mới hút được khí cháy thoát ra xung quanh thùng khuôn, chưa hút được dưới đáy Trong khi với giải pháp công nghệ đúc mẫu tự thiêu hiện nay thì hút khí dưới đáy là rất cần thiết Kim loại nóng chảy được rót qua

hệ thống rãnh dẫn và đậu từ bên trên xuống dưới, hút khí dưới đáy sẽ tạo ra sự thoát khí hợp lí với sự điền đầy của khuôn và của lượng khí cháy thoát ra khuôn Hút khí dưới đáy thùng khuôn còn đảm bảo sự thống nhất về mặt áp suất hút chân không trong thùng khuôn, khí cháy được hút xuống đáy thuận với dòng kim loại lỏng chảy xuống, khả năng thoát khí và điền đầy khuôn sẽ tốt hơn

3.1.1 Cải tạo hệ thống hút khí chân không:

* Cải tạo bơm hút chân không:

Do làm việc nhiều năm, bụi và khí cháy chạy qua cánh bơm hút nên cánh bơm bị mòn Lưu lượng hút khí và áp suất hút khí không còn đảm bảo được công suất thiết kế ban đầu Nhóm đề tài đã nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống lọc bụi và khí cháy trước khi vào đến bơm hút Đồng thời sửa chữa và bảo dưỡng lại bơm hút chân không để đảm bảo đúng công suất và lưu lượng hút khí theo đúng thiết kế Chúng tôi đã lắp thêm bơm hút để hỗ trợ,

* Thiết kế chế tạo hệ thống lọc khí:

thùng lọc khí nước Khí cháy bị hút ra ngoài thùng khuôn trước tiên được dẫn đi qua thùng lọc khí khô để khử bụi lần thứ nhất, sau đó khí cháy lại được dẫn đi qua thùng lọc khí nước để loại bỏ gần như hoàn toàn bụi thoát ra ngoài theo khí cháy Sau đó khí sạch bụi mới chạy qua bơm hút chân không

và ra ngoài môi trường Đảm bảo lưu lượng và công suất hút khí của bơm hút chân không theo đúng thiết kế, đồng thời bảo vệ cánh bơm ít bị mòn khi đang làm việc, kéo dài thời gian bảo dưỡng bơm hút định kỳ, và khí sạch bụi

sẽ làm giảm ô nhiễm môi trường lao động

Hình 3.1 Ảnh thùng lọc khí khô

-

Hình 3.2 Ảnh thùng lọc khí nước

Sơ đồ lắp ráp và các bản vẽ thiết kế hệ thống lọc khí được trình bày ở phần phụ lục 1

được hút ra ngoài thùng khuôn luôn ổn định và liên tục, giúp ổn định áp suất hút khí trong thùng khuôn Đồng thời khí cháy thoát ra ngoài môi trường giảm hẳn khói và mùi khét so với trước khi lắp đặt hệ thống lọc khí này

* Thiết kế đấu nối thêm bơm hút chân không để tăng lưu lượng hút và

áp suất hút:

nối vào hệ thống hút chân không của công nghệ đúc mẫu tự thiêu

Hình 3.3 Ảnh đấu nối thêm bơm hút chân không

-

Sau khi lắp đặt và sử dụng, tuy rằng còn tồn tại một số hạn chế như áp suất hút đôi khi chưa ổn định, nhưng lưu lượng hút khí và áp suất hút khí đã

hành từng bơm riêng biệt Khi đúc chi tiết có khối lượng lớn và các chi tiết nhỏ được kết nối lại bằng hệ thống rót thành một khối lớn thì vận hành đồng thời cả hai bơm để tăng lưu lượng hút khí và ổn định áp suất hút trong thùng khuôn Còn khi đúc chi tiết có khối lượng và số lượng đơn lẻ bé thì có thể vận hành một bơm hút là đủ

Hình 3.4 Ảnh hệ thống hút chân không đã cải tạo Bảng 3.1 So sánh các chỉ tiêu kĩ thuật của hệ thống hút chân không trước và sau khi cải tạo:

3.1.2 Cải tạo thùng khuôn chuyên dùng:

Thùng khuôn chuyên dùng của công nghệ mẫu tự thiêu tại Viện công nghệ khi chưa cải tạo dùng hệ thống hút khí bằng ống ruột gà chạy ngang xung quanh thùng khuôn Hệ thống ống dùng đã hơn 10 năm nên bị két bụi

và hóa cứng do nhiệt mất đi độ đàn hồi của ống, khả năng hút khí kém đi, không còn đảm bảo được hút toàn bộ khí cháy ra ngoài khi rót khuôn bằng công nghệ đúc mẫu tự thiêu Ống hút ruột gà hiện nay không phổ biến và khó mua trên thị trường

-

Hình 3.5 Ảnh thùng khuôn ống hút dây xoắn chưa cải tạo

ruột gà bằng thép hộp và lưới inox Hệ thống hút được làm bằng thép hộp

100 x 40 x 2 mm, bề mặt thép hộp quay vào trong lòng thùng khuôn được khoan tạo thành nhiều lỗ tròn thủng Φ10 ÷ Φ12 Các lỗ tròn được khoan cách đều và so le với nhau theo đúng bản vẽ thiết kế chế tạo (phần phụ lục 1) Sau đó được che phủ bằng lưới inox có mắt lưới là 120 ÷160 mắt/inch, tương ứng với kích thước cát thạch anh lựa chọn dùng trong công nghệ mẫu

tự thiêu là 0,35 ÷ 0,5 mm, tiết diện lưới inox đảm bảo toàn bộ khí cháy được

dễ dàng hút ra ngoài thùng khuôn khi rót kim loại Hệ thống hút khí mới cải tạo rất dễ thay thế và sửa chữa

Hình 3.6 Ảnh thùng khuôn đã cải tạo hệ thống hút

hút trong thùng khuôn như sau:

-

V = Q t (2)

t là thời gian rót khuôn, s

L

V

S= (3)

L là chiều dài của ống hút, cm

hộp có kích thước là 100 x 40 mm, tương ứng với bơm hút chân không có lưu

cầu đã được kiểm nghiệm nhiều lần thông qua thực tiễn đúc theo công nghệ mẫu tự thiêu, và đạt yêu cầu về công nghệ để đúc các chi tiết có khối lượng đến 50kg

chuyên dùng đã cải tạo Thùng khuôn hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu

về độ thoát khí cháy ra khỏi thùng khuôn Khả năng tăng áp và giữ áp hút trong quá trình rót là ổn định Dòng kim loại rót êm và không có khí cháy bắn ngược ra ngoài do thoát khí không kịp trong quá trình rót

3.2 Nghiên cứu chế tạo mẫu đúc:

3.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu:

tạo được chúng theo cách đơn giản và chính xác nhất, sau đó ghép các chi tiết mẫu đơn lẻ lại với nhau thành mẫu chi tiết hoàn chỉnh

Các chi tiết mẫu được gia công cắt gọt trên các thiết bị chuyên dùng như bàn cắt bằng dây điện trở, các dưỡng cắt định hình: Mặt bàn phẳng, rộng 1,5m x 2m được làm bằng gỗ phít chống cong vênh do ảnh hưởng của môi trường xung quanh, Điện áp sử dụng là 12v, cường độ dòng điện là 6A – 8A, tần số 50Hz

-

Hình 3.7 Ảnh mẫu xốp chi tiết lưỡi gà lò quay đang được chế tạo

Để đảm bảo độ chính xác, khi lắp ráp các chi tiết mẫu đơn lẻ thành chi tiết mẫu hoàn chỉnh, chúng ta phải thiết kế chế tạo các bộ đồ gá ghép mẫu

3.2.2 Vật liệu tạo mẫu:

Lựa chọn dùng xốp khối polisterol 1500 x 1200 x 400 mm do Công ty

cao thông qua phương pháp ép nóng hay nguội

Vật liệu sơn mẫu: dùng sơn chống cháy cát chuyên dùng cho công nghệ đúc mẫu tự thiêu, nước sơn có thể nhập ngoại từ UKRAINA hoặc Trung Quốc hoặc do Viện Công nghệ tự nghiên cứu và chế tạo là nước sơn ziêc côn

3.3 Nghiên cứu hệ thống rót:

Tính toán hệ thống đúc trong công nghệ đúc mẫu tự thiêu được nhóm

đề tài sử dụng tốc độ dâng tối ưu của kim loại trong khuôn (tham khảo bảng 3.2) với sự kết hợp cả tiết diện đặc trưng của sản phẩm đúc ở trong thùng khuôn, vuông góc với hướng chuyển động của kim loại ở trong khuôn Nếu như ở trong khuôn có bố trí nhiều mẫu sản phẩm đúc thì khi tính toán đến tiết diện đặc trưng của sản phẩm đúc chúng ta sử dụng tổng của các tiết diện đặc trưng của sản phẩm đúc

Bảng 3.2 Các tốc độ dâng cao của kim loại ở trong khuôn, cm/s

-

Sự tính toán hệ thống đúc được tiến hành theo tiết diện đặc trưng đã biết từ bản vẽ thiết kế và vị trí của sản phẩm đúc ở trong khuôn và theo tốc độ tối ưu tuyến tính của sự dâng cao kim loại lỏng để đảm bảo sao cho toàn bộ các tiết diện của sản phẩm đúc được điền đầy với tốc độ gần sát với tốc độ tối

ưu Trong trường hợp này cho phép tồn tại độ lệch khỏi tốc độ tối ưu ở trong quá trình rót khuôn đúc là 30 - 40% Các giá trị giới hạn tốc độ tương ứng với giá trị lớn nhất cho phép (tham khảo bảng 3.2)

Hệ số suất tiêu hao nhiên liệu µ của hệ thống rót được sử dụng bằng 0,8

- 0,9 Theo tiết diện đặc trưng đã biết (tiết diện được tính toán từ bản vẽ thiết

sau:

Q = FVĐ VKL (4)

và độ cao của ống đậu rót đứng

Tính toán kích thước đường kính lỗ của bát rót dϕ(cm):

gh

V F d

gh

Q d

KL VD

2 785,0

2 785,0

µ ϕ

µ ϕ

=

=

(5)

góc đối với hướng rót