CÔNG NGHỆ LÀM KHUÔN ĐÚC TỰ ĐÓNG RẮN FURAN - ANPHASET

Công nghệ tự động đông cứng (No-bake) là công nghệ sử dụng cát thạch anh, chất kết dính (thường là nhựa), một chất đông cứng (hardener) hoặc một chất xúc tác (catalyst) hoặc ở cả hai dạng lỏng để làm đông cứng hỗn hợp làm khuôn thông qua phản ứng hóa học giữa nhựa và chất đông cứng [1].Ưu điểm cơ bản của công nghệ này là khả năng sản xuất linh hoạt, tương thích với những hình dạng phức tạp của vật đúc, dễ thực hiện cũng vốn đầu tư thấpvà đáng kể nhất là mức độ thân thiện với môi trường được cải thiện tối đa

đúc có hình dáng và kích thước của vật đúc Sau khi kim loại đông đặc trongkhuôn, ta thu được vật đúc có hình dáng giống như lòng khuôn đúc Một trongnhững yếu tố quan trọng trong đúc chính là công nghệ đúc.

Trên thế giới, ở một số nước phát triển cũng như ở Việt Nam đã xuất hiện cáccông nghệ làm khuôn chính: công nghệ tự đông cứng (No-bake), công nghệ hộpnóng (Hotbox) và công nghệ hộp nguội (Coldbox) với những đặc điểm đặc trưng

và phạm vi ứng dụng riêng biệt Trong phạm vi đề tài, bài tiểu luận này chỉ xinnhắc đến Công nghệ tự đông cứng (No-bake Technology)

Công nghệ tự động đông cứng (No-bake) là công nghệ sử dụng cát thạch

anh, chất kết dính (thường là nhựa), một chất đông cứng (hardener) hoặc một chấtxúc tác (catalyst) hoặc ở cả hai dạng lỏng để làm đông cứng hỗn hợp làm khuôn

thông qua phản ứng hóa học giữa nhựa và chất đông cứng [1].Ưu điểm cơ bản của

công nghệ này là khả năng sản xuất linh hoạt, tương thích với những hình dạngphức tạp của vật đúc, dễ thực hiện cũng vốn đầu tư thấpvà đáng kể nhất là mức độthân thiện với môi trường được cải thiện tối đa Chi tiết về các ưu điểm có thể xemqua ởBảng 1

MỨC ĐỘ

THÂN THIỆN

NĂNG SUẤT

CHẤT LƯỢNG VẬT ĐÚC

CHI PHÍ

TÍNH LINH ĐỘNG

 Dễ thaotác

 Tiếtkiệm thời gian

 Dễ táisinh

 Bề mặt nhẵnbóng

 Độ bềnnhiệt cao

 Ít bị khuyếttật

 Độ chínhxác cao

 Chi phíhợp lý

 Hiệu suấttái sinh cao

 Chi phícho cát áo thấp

 Dễ sửdụng

 Độ thôngkhí cao

 Thích hợpnhiều loại cát

 Thích hợpđúc nhiều loạihợp kim

Bảng 1: Một số những ưu điểm của Công nghệ No – bake

(Nguồn: ASK Chemical, No-Bake Product Line Overview, slide 5,

http://www.askchemicals.com/fileadmin/user_upload/Download_page/Foundry_Products_Brochures/EN/No_Ba

ke_Overview_EN.pdf)

Bên cạnh những ưu điểm, một trong những lý do khiến cho No-bake cũng như các

công nghệ tương tự dần bị thay thế ở các nước phát triển chính là các vấn đề về môi

trường và sức khỏe con người Quá trình trộn hỗn hợp nhựa và chất xúc tác cũng như

các thao tác kháctrong khi làm khuôn nếu không thực hiện tốt sẽ dễ gây ra ô nhiễm môi

trường nghiêm trọng

Một trong những điều kiện thuận lợi mà No-bake mang lại chính là việc có tối ưu

hóa sản xuất bằng nhiều loại hình như đơn chiếc, sản xuất lõi, tạo khuôn đúc gang,

thép,…

Công nghệ No-Bake hiện được chia thành nhiều công nghệ nhỏ như công nghệ đúc

trong khuôn nhựa Furan, khuôn nhựa Phenol, công nghệ Pepset, Alphaset,… Mỗi công

nghệ đều có những ưu, nhược điểm riêng với những ứng dụng và phạm vi sử dụng

khác nhau Nhưng tựu chung, các công nghệ vẫn hướng đến việc cho ra lò những sản

phẩm đúc đạt chất lượng cao nhất về bề mặt, ít bị khuyết tật đúc và dễ tự động hóa

2 Giới thiệu về Furan và khuôn Furan:

Furan là một hợp chất thơm do một trong số các cặp đơn điện tử của nguyên tử ôxy

bị phi cục bộ hóa vào trong vòng, tạo ra hệ vòng thơm 4n+2 tương tự như benzen Hệvòng thơm này tạo ra hai vòng điện tử phía trên và phía dưới cấu trúc phẳng của vòng

mà không có các liên kết đôi riêng rẽ Cặp đơn điện tử khác của nguyên tử ôxy trảirộng ra trong mặt phẳng của hệ thống vòng phẳng Do tính thơm của mình nên các tínhchất của furan là hoàn toàn khác với các tính chất của các ête khác vòng thông thườngkhác, chẳng hạn như của tetrahydrofuran (THF) Nó hoạt động hóa học mạnh hơn đáng

kể so với benzen trong các phản ứng thế ái lực điện tử.[2]

2.2 Khuôn cát nhựa Furan:

Trong công nghệ đúc bằng khuôn Furan, nhựa Furan đóng vai trò quan trọng nhất.Nhựa furan (Furan resin) là một hợp chất polymer với các thành phần: Furfurylalcohol,Formaldehyde, Ure và nước Tỷ lệ giữa 2 thành phần Formaldehyde và Urê sẽ ảnh

hưởng đến thời gian đông cứng và độ bền của hỗn hợp Furan[3], trong đó thành phần

Furfurylalcohol (FA) sẽ tác động trực tiếp đến tính chất chịu nhiệt cũng như quyết địnhchi phí của hỗn hợp làm khuôn

Đối với khuôn Furan, vì là một thành viên thuộc công nghệ đông rắn Nobake nênphương thức đúc trong khuôn này có những ưu nhược điểm tương tự như sản phẩmđúc đạt được chất lượng bề mặt nhẵn bóng và lán mịn, ít bị khuyết tật bên trong vậtđúc Hơn nữa, trong quá trình làm khuôn, khuôn không cần trải qua quá trình sấy vìbản thân hỗn hợp làm khuôn có khả năng tự đông cứng Điều này sẽ giúp tiết kiệm thờigian, chi phí và nhân công sản xuất khuôn Khuôn furan còn có các ưu điểm như: Độ

bền kéo lớn do chứa hàm lượng nhựa trong hỗn hợp làm khuôn; dễ dàng tính toán được

độ co ngót khi rót kim loại lỏng vào khuôn; cảnh báo được thời gian làm việc của hỗnhợp cát nóng bằng cách đổi mà Bên cạnh những ưu điểm là các nhược điểm đi kèmkhi những yêu cầu để tạo ra được một hỗn hợp làm khuôn đồng đều và không bị lỗi đốivới chất lượng cát, chất dính, chất phụ gia,… là rất khắt khe, trong đó phần lớn chi phílàm khuôn tập trung vào thành phần nhựa Furan Ngoài ra cũng không thể nhắc đếnmức độ độc hại ảnh hưởng nặng nề đối với sức khỏe con người và môi trường trongquá trình làm khuôn gây ra vì hỗn hợp làm khuôn dùng axit làm chất kết dính; thờigian làm việc và phá khuôn phụ thuộc lớn vào nhiệt độ chịu nhiệt của cát làm khuôn;hỗn hợp cát làm khuôn có thể thay đổi tính chất sau khi tái sinh cát vì trên bề mặt cátvẫn còn lần chất kết dính

Hình 1: Bề mặt của sản phẩm sau khi đúc trong khuôn Furan

(Nguồn: Omega Foundry Machinery, Giới thiệu Công nghệ làm khuôn Furan và dây chuyền thiết bị của

hãng Omega Foundry Machinery)

2.3 Phạm vi sử dụng khuôn cát nhựa Furan:

Hỗn hợp khuôn Furan có thể dùng để đúc các chi tiết như đúc gang, thép hoặc đúccác kim loại màu có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau nhờ vào khả năng kếtdính của hỗn hợp tốt, độ bền khuôn cao, khả năng thích nghi với nhiều loại cát khácnhau

Khối lượng riêng

(20 o C)

Hàm lượng Nitơ

Hàm lượng Formaldehyde

Ứng dụng

YHF-01 6.5 – 7.5 ≤45 1.15 – 1.20 ≤7.0 ≤0.3 Đúc kim

loại màuHY

F-02 7.5 6.5 – ≤40 1.181.12 – ≤5.5 ≤0.3 gangĐúc

xámYHF-03 6.5 – 7.5 ≤35 1.17 – 1.20 ≤4.0 ≤0.3

Đúcgangxám

YHF-04 6.5 – 7.5 ≤25 1.12 – 1.19 ≤3.0 ≤0.3

Đúc cácchi tiết

cỡ lớn

và trungbìnhbằnggangxámhoặc đúcgang dẻo

YHF-05 6.5 – 7.5 ≤25 1.12 – 1.19 ≤1.5 ≤0.3

Đúc cácchi tiết

cỡ lớnbằnggangxámganghoặc đúcgang dẻoYHF-06 6.5 – 7.5 ≤20 1.12 – 1.19 ≤10 ≤0.3 Đúc thépYHF-07 6.5 – 7.5 ≤20 1.15 – 1.20 0 ≤0.3

Bảng 2: Thành phần và phạm vi ứng dụng của một số loại khuôn Furan

(Nguồn: Yucheng Yuhao Foundry Materials Co., Ltd , No bake Furan resin for sand casting, bảng số 1)

3 Công nghệ làm khuôn Furan:

3.1 Kỹ thuật làm khuôn:

3.1.1 Chuẩn bị mẫu:

Mẫu cần cho khuôn furan cũng giống như khi đúc trong những loại khuôn khác.Tùy vào yêu cầu về kích thước, số lượng sản phẩm đúc và tính chất khuôn, mẫu có thểđược làm bằng gỗ, nhựa tổng hợp hoặc bằng nhôm Trong số các mẫu nêu trên, mẫulàm bằng nhôm sẽ có giá thành cao nhất nhưng có thể tái sử dụng nhiều lần [6], đảm bảođược sự sai lệch về kích thước là nhỏ nhất và sản phẩm đúc có chất lượng bề mặt nhẵnbóng

Hình 2: Mẫu đúc bằng gỗ

(Nguồn: Protocasting, Precision Sand casting/ )

Casting,https://www.protcast.com/processes/precision-sand-Hình 3: Mẫu đúc bằng nhôm

(Nguồn: Protocasting, Precision Sand casting/ )

Casting,https://www.protcast.com/processes/precision-sand-Hình 4: Mẫu đúc bằng nhựa

(Nguồn: Protocasting, Precision Sand casting/ )

Casting,https://www.protcast.com/processes/precision-sand-3.1.2 Các yêu cầu đối với cát làm khuôn:

Loại cát được sử dụng để làm khuôn là cát thạch anh có độ sạch cao về SiO2 đảmbảo được độ chịu nhiệt khi rót kim loại Độ hạt của cát được đánh giá theo bộ rây tiêuchuẩn gồm 12 rây với kích thước tính bằng mm Trong quá trình đúc, người ta thườngtái sử dụng lại cát đã dùng

Tái sinh cát là quá trình tái sinh cát đã qua sử dụng trong xưởng đúc mà không làmgiảm các tính chất ban đầu của nó Tái sinh cát trong quá trình đúc về cơ bản được chiathành 3 loại: ướt, nhiệt và khô (cơ học) Cách chọn phương pháp tái sinh cát đượcquyết định bởi chất kết dính đang sử dụng

Hình 5:Sơ đồ tổng quát quá trình tái sinh cát nhiệt

(Nguồn: TinkerOmega, Thermal Reclamation,http://tinkeromega.com/category/thermal-reclamation-1)

Tái sinh nhiệt là quá trình trong đó cát được nung nóng đến nhiệt độ 8000C, trongmột buồng đốt được thiết kế đặc biệt là thiết bị chính của hệ thống tái sinh nhiệt Trongtái sinh nhiệt, các hạt cát thu được từ máy nghiền được làm nóng và đưa vào buồngđốt, ở đây nó được đốt cháy bởi oxi có sẵn trong buồng đốt và từ khí LPG/khí thiênnhiên ở một tỷ lệ và áp suất thích hợp, các chất kết dính hóa học trong cát hoàn toàn bịcháy và cát nóng thu được tại cửa ra của buồng đốt Ngoài khí LPG/khí thiên nhiên,nhiên liệu lỏng như LDO/HSD cũng có thể được sử dụng làm nguồn nhiệt bởi vì khí tựnhiên không có nhiều ở tại các xưởng đúc và khí LPG là rất đắt trong khi đóLDO/HSD là rất có sẵn và không đắt như LPG

Hình 6: Quá trình tái sinh cát

(Nguồn: Palmer Manufactoring and Supply Inc, Machinery Product)

Tái sinh cát nhiệt loại bỏ ô nhiễm không khí và mạch nước ngầm từ cát thải racũng như làm giảm yêu cầu đối với tài nguyên thiên nhiên như cát, điều này giúp bảotồn các nguồn tài nguyên thiên nhiên Có thể nói rằng sấy 1 tấn cát mới sử dụng 8 – 10lít dầu trong máy sấy cát được thiết kế tốt, máy sấy cát dạng quay thường tiêu thụ ítnhất 10 – 12 lít dầu để sấy 1 tấn cát mới trong khi đó tái sinh 1 tấn cát đã qua sử dụngchỉ cần 7 – 9kg LPG hoặc 8 – 10 lít dầu Do đó, người ta có thể đạt được nhiều hơn cátmới với chi phí chỉ sấy cùng một lượng cát Đây là một quá trình hiệu quả năng lượngcao [9]

Trong quá trình tái sinh cần lưu ý những đặc điểm sau:

 Loại bỏ chất kết dính không còn tác dụng: chất kết dính không còn tác dụng có

trong cát đã qua sử dụng làm tăng độ hạt (hạt nhỏ, mịn) trong cát Các hạt này có tỷ lệdiện tích bề mặt với thể tích cao phải cần nhiều nhựa hóa học để đạt được mức độ liênkết mong muốn Sự tăng các loại hạt này trong cát làm giảm tính chất của cát, do đó sẽđược loại bỏ khỏi cát Tuy nhiên, phần lớn các chất kết dính không còn tính chất dướidạng các lớp bám chặt vào bề mặt hạt cát Nếu những lớp này không bị loại bỏ, hạt cát

sẽ được phủ nhiều lớp không còn tính chất như vậy khi sử dụng nhiều lần Sự tích tụnày là giòn, làm thay đổi tính chất của cát và sẽ làm cho cát hoàn toàn không phù hợpvới khuôn đúc cũng như độ bền sẽ không đạt được Chất kết dính “chết” trong cát làmột yếu tố quyết định đến tỷ lệ phần trăm các chất hóa học cần thiết cho quá trình đúc

tiếp theo Lượng chất kết dính này thường được xác định bởi độ LOI (Loss On Ignition

– lượng mất khi nung) Nếu độ LOI thay đổi trong mỗi quá trình tái sinh thì tỷ lệ phần

trăm các chất hóa học được thêm vào cũng sẽ thay đổi Trong thực tế, không thể xácđịnh lượng chất hóa học cần thiết để thêm vào tương ứng cho mỗi quá trình Do đóphải giữ độ LOI ít nhiều là hằng số để làm cho cát ổn định, tức là độ LOI của cáttáisinh bằng với độ LOI của cát trước khi thêm chất kết dính, thường thêm cát mới vàocát tái sinh dao động từ 10 – 20%

 Điều chỉnh kích cỡ hạt cát: là một khía cạnh quan trọng trong việc xem xét tái

sinh cát Trong quá trình tái sinh, giữa hạt với hạt có ma sát với nhau cũng như việc masát giữa bề mặt hạt cát với các thiết bị trong quá trình tái sinh ở mỗi giai đoạn khácnhau làm hạt cát bị biến đổi Các hạt có góc cạnh sắc nét được làm tròn, điều này cảithiện thuộc tính mong muốn của cát đến mức độ lớn Tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và thểtích giảm dẫn đến sử dụng chất kết dính giảm Do ảnh hưởng tích cực này, cát mới thay

vì được đổ trực tiếp vào khuôn thì thường được thêm vào trong giai đoạn nghiền nhỏcủa quá trình tái sinh để các hạt đến một mức độ nào đó được điều chỉnh kích thước hạttrước khi trộn và đúc

Hình 7: Hình dạng hạt cát trước (bên trái) và sau khi tái sinh nhiệt

(Nguồn: Thermal Sand Reclamation Brochure, EnviroAir Inc.)

Điều này đòi hỏi các thiết bị tái sinh cát tương ứng Sau đây là quá trình tái sinh cát

nhiệt của Wesman Group, Ấn Độ:

3 Máy cấp liệu (Screw Feeder): cho cát vào bộ phận sấy sơ bộ

4 Bộ phận sấy cát sơ bộ: được lắp ở phần đầu của buồng đốt để làm nóng sơ bộcát bằng việc sử dụng nhiệt thải ra của khí thoát ra trong buồng đốt

5 Máy làm nóng không khí: lấy thêm nhiệt thải ra từ khí nóng buồng đốt

6 Buồng đốt (Fluidised bed combustor): cát đã được sấy nóng được đưa vàobuồng từ máy cấp liệu và và được nung nóng bởi khí nóng lên đến 8000C

7 Pa-lăng (Skip Hoist): vận chuyển cát tái sinh nóng vào bồn cát nóng Tùy cáccách khác nhau mà cát nóng sau khi tái sinh trực tiếp đi qua bộ phận làm mát bằng chấtlỏng

8 Làm lạnh (Fluidized bed Cooler): cát nóng được làm lạnh đến nhiệt độ sử dụngbằng cách sử dụng không khí hóa lỏng hay ống nước làm mát

9 Vận chuyển cát khí nén (Pneumatic sand transporter): vận chuyển cát đến bồnchứa để tái sử dụng

10 Hệ thống hút bụi (Dust extraction system): hút bụi ở các giai đoạn táisinh khác nhau để loại bỏ bụi cũng như để phân loại cát

Cát nhựa cần phải xử lý nhiệt để đốt cháy loại bỏ các lớp chất dính vẫn còn dínhchặt vào hạt cát

Hình 8:Sơ đồ quy trình tái sinh cát nhiệt Wesman

(Nguồn: Aniruddha Ghosh, Modern Sand Reclamation Technologies For Economy & Environment Friendliness & Energy Efficiency, GM The Wesman Engineering Co Ltd, Kolkata)

Tái sinh nhiệt tốt hơn quá trình tái sinh cát cơ học vì những lý do sau:

 Cát mới có độ dãn nở nhiệt cao hơn Trong quá trình rót, khuôn dãn nở nhiệt quámức, gây biến dạng, không ổn định và thiếu chính xác của vật đúc Khi cát được làmnóng trên 6000C, trải qua sự thay đổi pha làm cát có tính chất không thay đổi Sự thayđổi pha này làm cho cát có độ dãn nở nhiệt thấp hơn và do đó tất cả các khuyết tật nêutrên là ít hơn và thu được các vật đúc có hình dạng, kích thước chính xác

 Không giống như tái sinh cát cơ học, trừ những hạt cát biến thành bụi, cát đượctái sinh có tình trạng tốt hơn cát mới

 Trong phần lớn các trường hợp, cát tái sinh nhiệt bất kể chất kết dính trong quátrình trước, có thể sử dụng với bất kì loại cát nào (cát tươi, cát liên kết hóa học) vớichất kết dính khác sau đó

 Cát liên kết hóa học thậm chí có thể được sử dụng cho cát tươi và ngược lại

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tái sinh của cát [7] :

Hàm lượng nhựa: Hàm lượng nhựa càng cao, lượng nhựa cần được loại bỏ cànglớn và vì thế bề mặt cát rất khó được làm sạch Thực tế đơn giản khi sử dụng chất kết

dính với thành phần phần trăm thấp nhất đảm bảo lõi khuôn không bị nứt và xử lýkhuôn với chi phí vật liệu tối thiểu, hiệu quả thu hồi tối đa, và đúc tốt nhất có thể Hàmlượng nhựa càng thấp, cát tái sinh càng dễ.

Tỷ lệ giữa cát với kim loại: chất kết dính bị đốt cháy càng nhiều thì càng dễ tái sinhcát mang lại hiệu quả tối đa Cát là chất cách nhiệt rất tốt, do đó nó truyền nhiệt ở tốc

độ rất chậm và tạo nên các trường nhiệt độ rất rộng trong lõi và khuôn cát nhựa Vì thếnhiệt từ kim loại không thể thâm nhập vào bên trong cát để phân hủy các chất kết dínhnày nếu bề mặt khuôn – kim loại hơn một vài inch Tỷ lệ cát với kim loại khoảng từ 2.7– 1 được coi là tối ưu Lý tưởng khi sử dụng cát nhựa càng ít càng tốt để sản xuất đúc.Kết thúc quá trình đúc: nhiệt độ rót khuôn cao (nóng quá mức), các loại kim loại có

độ cứng thấp, các phần đúc dày, các hình dạng có tỷ lệ cát với kim loại thấp giúp choquá trình tái sinh bằng cách phân hủy chất kết dính mức độ lớn hơn

Loại cát: một số loại cát tái sinh tốt hơn những loại cát khác Lớp vỏ bên ngoài củahạt cát tròn dễ dàng tách ra hơn của các hạt góc cạnh Tuy nhiên việc ma sát và nghiềnnát vốn có trong quá trình tái sinh làm tròn các hạt cát sắc nét, các hạt cát tròn này códiện tích bề mặt nhỏ hơn yêu cầu ít chất kết dính hơn

Chất phụ gia: hầu hết các chất phụ gia như sắt oxit, cao lanh, đất sét, zircon, vàolivine đều có khả năng chịu lửa Mặc dù các chất phụ gia này có thể phá vỡ lớp vỏmặt bên ngoài của hạt cát, tạo ra bụi và hàm lượng chất kết dính phải sử dụng nhiềucần được loại bỏ Bụi này làm tăng thu hồi bụi của máy tái sinh

Loại chất kết dính: một số loại chất kết dính khá phù hợp cho một quá trình tái sinh

cụ thể, ví dụ điển hình như tái sinh ướt của silicat Tuy nhiên, sự khác nhau về thànhphần hóa học, khả năng chống phân hủy nhiệt và lớp phủ bên ngoài của cát (bị đốtcháy hoặc còn nguyên) có thể bị tách ra khỏi hạt cát một cách dễ dàng khác với cácchất kết dính và ảnh hưởng đến sự tái sinh

3.1.3 Các yêu cầu đối với nhựa Furan:

Chất lượng của nhựa Furan ảnh hưởng trực tiếp và ảnh hưởng nhiều đến chấtlượng của hỗn hợp làm khuôn.Nhựa furan là một hợp chất polymer từ furfurylalcohol,

ure, nước và formaldehyde Tỷ lệ nhựa cần thiết để pha chế trong hỗn hợp làm khuônvào khoảng 2 2.5% ∻ [8] Trên thực tế, mỗi công ty có một công thức pha chế khácnhau để đạt được độ kết dính với cát như mong muốn, ví dụ theo công thức của công tyHuettenes Albertus Germany, nhựa Furan sẽ bao gồm: 75% furfurylalcohol, 11%formaldehyde, 9% ure và còn lại là nước.

Giá thành của nhựa Furan dựa trên hàm lượng furfurylalcohol, hàm lượng nitơ vàphần trăm nước có trong nhựa Đối với Furfuryalcohol, vì đây là thành phần chiếmnhiều lượng nhiều nhất trong nhựa Furan nên chi phí dành cho chúng chiếm khoảng ¾tổng chi phí làm ra một khuôn Chính vì thế người ta tìm cách giảm chi phí này xuốngbằng cách thay thế bằng các chất hóa học khác có cùng tính chất tương tự như ethanolhoặc dung dịch xilitol hoặc kết hợp cả hai Điều đó khiến độ co bóp và độ sệt củanhựacũng như lượng khí thải ra ngoài môi trường lại giảm nhiều hơn, đồng thời độ ổnđịnh của hỗn hợp làm khuôn cao hơn Tất cả được thể hiện qua hai biểu đồ 1 và 2

Biểu đồ 1: Tương quan giữa độ bền khuôn của hai phương pháp

(Nguồn: Ren Yuyan and Li Yingmin, School of Materials Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang, China, Substitute materials of furfuryl alcohol in furan resin used for foundry and their technical properties, Fig.6)

Biểu đồ 2: Lượng khí thải trong quá trình trộn hỗn hợp nhựa

(Nguồn: Ren Yuyan and Li Yingmin, School of Materials Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang, China, Substitute materials of furfuryl alcohol in furan resin used for foundry and their technical properties, Fig.6)

3.1.3.1 Hàm lượng nước trong nhựa Furan:

Tỷ lệ nước có trong nhựa tốt nhất ở mức <3% Tỷ lệ Nitơ <2.5% đối với đúcgang, đúc thép <0.8%

Nước nhiều sẽ làm giảm độ bền của hỗn hợp làm khuôn, tăng lượng sử dụng nhựa

và sinh khí trong quá trình đúc Nitơ nhiều làm cho vật đúc xuất hiện các khuyết tật rỗkhí trên bề mặt Để hạn chế sự sinh khí nitơ, bắt buộc phải sử dụng chất sơn khuôn phùhợp để ngăn khí xâm nhập vào vật đúc Điều này sẽ làm tăng chi phí sản xuất, tăng giáthành vật đúc.Do đó, để đánh giá chất lượng nhựa Furan cần thiết phải kiểm soát lượngnước và lượng nitơ tồn tại trong nhựa

Lượng nước trong nhựa Furan có mối tương quan đến độ chảy loãng (độ nhớt) củanhựa Độ nhớt lý tưởng nằm trong khoảng 10 – 20 cps Nếu nước nhiều, độ nhớt giảm,

độ chảy loãng tăng Nhìn về cảm quan, tại xưởng đúc có thể đánh giá chất lượng nhựa

Furan thông qua độ sệt Nhựa càng chứa nhiều nước, độ sệt càng giảm, bằng mắtthường có thể thấy độ loãng gần giống nước Lượng nước nhiều sẽ làm tăng lượng sửdụng nhựa, độ bền khuôn kém và độ sinh khí lớn.

Lượng nước nhiều trong nhựa furan sẽ ảnh hưởng xấu đến độ bền của khuôn và giáthành sản xuất :

 Tăng tỷ lệ dùng nhựa, chất xúc tác

 Độ bền hỗn hợp làm khuôn kém

 Sinh khí Hydro

Các phương pháp đánh giá lượng nước trong nhựa Furan:

+ Phương pháp 1: Kiểm tra lượng nước trong nhựa furan qua độ nhớt của

nhựa Đây là phương pháp kiểm tra trong phòng thí nghiệm và thông số độ nhớt củanhựa Furan được cung cấp bởi nhà sản xuất Độ nhớt tốt nhất cho nhựa furan 10 -20cps

+ Phương pháp 2: Đánh giá lượng nước thông qua độ LOI.

Độ LOI còn được biết đến là lượng mất khi nung Đây là tiêu chuẩn đánh giá chấtlượng cát tái sinh ảnh hưởng đến lượng dùng nhựa và chất xúc tác Để kiểm tra độLOI, cân một lượng hỗn hợp làm khuôn cho vào lò nung, nung ở nhiệt độ 400oC trong1h Trong quá trình nung, các chất hữu cơ của nhựa trong cát sẽ được đốt cháy Lượnghao hụt khối lượng của hỗn hợp trước và sau khi nung chính là độ LOI Độ LOI nằmtrong khoảng 2.5% - 3.5%

Các nhân tố ảnh hưởng đến độ LOI :

 Độ hạt cát, tỷ lệ bụi Cát nhiều bụi sẽ làm gia tăng lượng dùng nhựa và chất xúctác đưa đến làm gia tăng độ LOI

 Chất lượng nhựa : Lượng nước trong nhựa cao cũng đưa đến việc dùng thêmnhiều nhựa để đảm bảo khả năng đóng rắn của hỗn hợp làm khuôn Do đó, độ LOIcũng gia tăng theo tỷ lệ dùng của nhựa và chất xúc tác

+ Phương pháp 3: Đây là phương pháp thủ công, đơn giản xác định nhanh

chất lượng của nhựa Lấy một lượng nhựa Furan xác định cho vào cốc đặt vào nồi nungtrực tiếp dưới ngọn lửa Sau khoảng vài phút, nếu nhựa Furan xảy ra hiện tượng sôimãnh liệt điều này chứng tỏ hàm lượng nước trong nhựa cao

Với loại nhựa furan có hàm lượng nước cao, lượng nhựa cần phải dùng nhiều hơn(1.3 đến 2%) Dẫn đến tỷ lệ dùng của axít (chất xúc tác đóng rắn) cũng phải tăng lượngdùng gấp đôi để đảm bảo thời gian khuôn đóng rắn

Về cảm quan khi đánh giá sơ bộ về độ nhớt, nhựa màu cánh gián có độ nhớt kémhơn nhiều so với nhựa màu vàng

Bảng 3:Bảng số liệu so sánh lượng mất khi nung của hai loại nhựa Furan

Hàm lượng nitrogen trong nhựa Furan có ảnh hưởng lớn đối với chất lượng vậtđúc, đặt biệt cho đúc thép Nhưa Furan có hàm lượng nitrogen cao, khi đúc sẽ sinh racác khí N2 gây ra khuyết tật rỗ khí Thông thường trong đúc gang, lượng Nitơ <2.5%,đúc thép Nitơ <0.5% Hình bên dưới : sản phẩm sau khi đúc ra gặp khuyết tật rỗ khí doNitơ Rỗ khí phân tán trên bề mặt vật đúc

Hình 9: Rỗ khí trên bề mặt vật đúc

Nhựa Furan chứa càng ít Nitơ giá thành càng cao Nhựa furan dùng cho đúc thépđắt hơn dùng cho đúc gang khoảng 20% - 30% Do đó, đối với sản phẩm đúc thép, cácxưởng thường dùng công nghệ Fenotec (còn gọi là Alphaset) thay cho công nghệ đúcFuran vì chi phí sản xuất rẻ hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn do lượng nitrogen trongnhựa Fenotec = 0

Việc định giá thành sản xuất tại các xưởng đúc dùng công nghệ đúc furan khôngdựa vào yếu tố giá thành của nhựa Tính hiệu quả kinh tế đem lại quyết định bởi chấtlượng của nhựa Furan vì chất lượng tốt đem lại các lợi ích về tỷ lệ dùng thấp nhất,giảm tỷ lệ phế phẩm, năng suất cao và kinh tế

3.1.4 Chất xúc tác cho hỗn hợp làm khuôn:

Chất xúc tác thường được thêm vào sau cùng của quá trình trộn hỗn hợp để thúcđẩy sự đông cứng của hỗn hợp làm khuôn Tỷ lệ của chất xúc tác thường chiếm khoảng30% lượng nhựa Furan[8] Sau khi thêm chất xúc tác, hỗn hợp làm khuôn sẽ được cho

nghỉ khoảng 30 phút trước khi bắt đầu tham gia vào quá trình làm khuôn

3.2 Thiết bị làm khuôn Furan:

3.2.1 Máy trộn cát liên tục:

Hình 10: Máy trộn cát liên tục

(Nguồn: Omega Foundry Machinery, Giới thiệu Công nghệ làm khuôn Furan và dây chuyền thiết bị của hãng Omega Foundry Machinery)

Bao gồm một cánh tay truyền tải, một cánh tay trộn cát, hệ thống bơm chất lỏng,

và hệ thống điều khiển bằng điện.Cánh tay truyền có thể quay trònhoặc truyền thẳng,

và chiều dài của nó phụ thuộc vào bán kính làm việc.Cánh tay trộn cát có thể mở ra dễdàng vào buồng trộn để lau chùi và điều chỉnh lưỡi trộn.Trục trộn cát có độ bền cao,códạng trục tròn hay trục hình bát diện cho phép lắp đặt lưỡi trộn ở các vị trí khác nhautheo nhiều góc khác nhau Điều này giúp cho cát được trộn đều hơn vàtạo thành mộtlớp vật liệu lót trong buồng, hạn chế được sự ma sát của lưỡi trộn với buồng trộn làmtăng tuổi thọ của buồng.Trục trộn được nối trực tiếp với động cơ thủy

đểlàmtăngkhảnăngchịumàimònvàkéodàituổithọ

3.2.2.1 Băng chuyền: Mục đích cơ bản là cung cấp thời gian chờ nửa khuôn

được sấy trước khi mẫu được lấy ra khỏi khuôn

Hình 12:Băng chuyền con lăn

(Nguồn: https://www.alibaba.com/product-detail/Furan-resin-sand-mixer-for-sand_60087325763.html )

Hình 13:Băng chuyền quay tròn

(Nguồn: Palmer Carousel Molding Systems)

Ưu điểm[8]:

 Năng suất cao trong không gian giới hạn

 Hệ thống cài đặt nhanh.

 Có thể loại bỏ được tốc độ của máy

 Đúc khuôn nhanh

 Sự đầm nén dễ dàng được tự động

 Sử dụng vật liệu chế tạo tối thiểu

Có thể tự động hóa cao hơn

Đặc điểm:

 Dòng cát vào các khe nẹp và các hốc khuôn bởi độ rung của bàn

 Cường độ rung động được điều khiển bằng biến tần AC cho phép người vậnhành lựa chọn các mức rung khác nhau theo kích thước khuôn hoặc hộp ruột

 Bàn đạp điều khiển để dễ vận hành

Vận hành:Độ rung của bàn giúp dòng cát chảy vào tất cả các khe nẹp khuôn và

hốc khuôn mà không cần nén bằng tay Mỗi bàn đầm nén khuôn bao gồm một hệ thốngcác con lăn để di chuyển hòm khuôn lên và xuống bàn Trong suốt quá trình rung, một

bộ thanh đỡ được nâng hòm khuôn lên trên các con lăn Độ rung và thời gian rung cóthể được điều khiển bởi người vận hành Bàn đạp chân thuận tiện dễ dàng hoạt động

Thông số kĩ thuật:Theo Wesman Foundry Equipment, No-bake Sand System – Compaction Table

Loại máy Tải trọng tối Kích thước bàn Động cơ