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

Báo cáo đề tài KHCN
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.


1

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

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

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

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. NGUYỄN THANH TÙNG









8324

Hà Nội, 12-2010
Báo cáo đề tài KHCN
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.


2

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

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

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
Thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công
nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 234.10 RD/HĐ-KHCN
ngày 06/4/2010 giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghệ



CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. NGUYỄN THANH TÙNG
CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA
1 Trần Thị Thanh Mai Kỹ sư đúc
2 Vũ Văn Miêng Kỹ sư đúc
3 Thái Văn An Kỹ sư luyện kim
4 Trần Hồng Quang Kỹ sư luyện kim
5 Nguyễn Cao Minh Kỹ sư cơ khí
6 Nguyễn Việt Dũng Kỹ sư đúc



Hà Nội, 12-2010

Báo cáo đề tài KHCN
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.


3

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 ch
ất
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 l
ượng 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.

Báo cáo đề tài KHCN
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.


4
MỤC LỤC

NỘI DUNG TRANG
MỞ ĐẦU
3
CHƯƠNG1. TỔNG QUAN
6
1.1. Khái quát giới thiệu công nghệ mẫu tự thiêu 6
1.2. Tình hình ứng dụng công nghệ đúc bằng mẫu tự thiêu tại Việt Nam 8
1.3. Đánh giá quá trình ứng dụng công nghệ đúc bằng mẫu tự thiêu tại
Viện Công nghệ.
10
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CÔNG NGHỆ ĐÚC BẰNG MẪU TỰ
THIÊU
12
2.1. Cơ chế quá trình phân hủy mẫu khi
điền đầy khuôn bằng kim loại lỏng 12
2.1.1. Sự nóng chảy của mẫu 12
2.1.2. Sự hóa hơi và hóa khí của thể lỏng 13
2.1.3. Các quy luật chung của quá trình phân hủy mẫu khi rót kim loại
lỏng
13
2.2. Sự điền đầy khuôn và chế độ khí của khuôn 14
2.3. Cơ sở lí thuyết của việc tạo khuôn bằng vật liệu là các hạt chịu nhiệt

không có chất kết dính
15
2.3.1. Tính cơ học của khuôn làm từ
cát khô không liên kết 15
2.3.2. Biện pháp làm kín và lèn chặt khuôn bằng cát thạch anh khô 16
CHƯƠNG 3. QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM
17
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 tạ
o 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
CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
29
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
Báo cáo đề tài KHCN
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.


5
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 thiế
t 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
4.5.2.3. Ra thép 36
4.6. Quy trình rót khuôn 36
4.6.1. Chuẩn bị 36
4.6.2. Thao tác 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
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO 38
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
39
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PH
Ụ 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









Báo cáo đề tài KHCN
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.


6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Khái quát giới thiệu công nghệ mẫu tự thiêu:

Công nghệ mẫu tự thiêu hay còn gọi là phương pháp đúc mẫu hóa khí
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 nh
ỏ. 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 l
ỏng 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:
Nâng cao độ chính xác của các sản phẩm đúc do giảm được sai số trong
thao tác làm khuôn làm ruột, và lắp ráp khuôn ruột. Cho phép gi
ảm công đoạn
gia công cơ khí loại bỏ ba via của sản phẩm đúc.
Có thể tạo ra các sản phẩm đúc có hình dáng phức tạp, nhiều ngóc
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 sả
n 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 lỏ
ng và các sản phẩm phân hủy
của mẫu xốp. Các sản phẩm phân hủy này nếu không thoát ra ngoài khuôn
Báo cáo đề tài KHCN
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.


7
trước khi kim loại lỏng điền đầy sẽ nằm lại trong khuôn, tạo thành các khuyết
tật cho sản phẩm đúc như bồ hóng, bọt khí
Đây là công nghệ mới đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển,
nên trong nhiều trường hợp nếu không đáp ứng được đủ sự ổn định sẽ không
cho phép ta nhận được các sản phẩm đúc như mong muốn.
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
Các khuyết tật này hình thành bởi nguyên nhân các sản phẩm phân hủy
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:
+ Khối lượng riêng của mẫu xốp tối ưu.
+ Hệ thống rót hợp lí.
+ Mức độ thông khí của lớp sơn và vật liệu chèn mẫu tốt.
+ Hệ thống dẫn khí phân hủy và tốc độ hút khí phân hủy đảm bảo dẫn
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.
+ Kĩ năng chèn mẫu trong hỗn hợp làm khuôn.
+ Chất lượng chất sơn mẫu và kĩ năng sơn mẫu.
*. 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.

Báo cáo đề tài KHCN
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.


8
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 m
ẫu 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:
+ Về công nghệ mẫu tự thiêu của UKRAINA chuyể
n giao cho một số
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 lỏ
ng 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 h
ơi 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 đ
i của khí thoát ra ngoài theo
phương nằm ngang, vuông góc với hướng kim loại lỏng điền đầy.

Báo cáo đề tài KHCN
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.


9
+ Bơm chân không: sử dụng bơm chân không có lưu lượng hút khí là 7
m
3
/phút. Đây là loại bơm có tốc độ hút khí chậm, phù hợp với đúc các sản
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.
Phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ.
Nhưng trong trường hợp rót các vật đúc có thành dày, khối lượ
ng 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.
- Về công nghệ mẫu tự thiêu của Trung Quốc chuyển giao cho một số
cơ sở đúc ở Hả
i 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 đầ
y 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.
- Nhược điểm của phương pháp rót từ trên xuống là khi đúc các sản
phẩm có khố
i 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
kim loại lỏng, vì vậy khí thoát ra ngoài dễ dàng hơn.
Báo cáo đề tài KHCN
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.


10
Bơm hút chân không sử dụng có lưu lượng hút khí từ 40- 60 m
3
/phút.
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 lự
a 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:
Công nghệ đúc bằng mẫu tự thiêu đã liên tục được áp dụng và hoàn
thiện suốt từ năm 1998 cho đến nay tại xưởng đúc thuộc Trung tâm công ngh
ệ
và thiết bị đúc Viện Công nghệ.
Ba sản phẩm đúc trong nội dung chuyển giao công nghệ của
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
- Búa đập Klanhke có khối lượng phôi đúc < 20 kg, thành dày vật đúc
<60 mm. Vật liệu kim loại là thép Mn13.
- Trục khuỷu có khối lượng phôi ~30 kg đường kính trung bình 50 mm,
vật liệu kim loại là gang cầu.
Kết thúc quá trình chuyển giao công nghệ, đ
ánh giá kết quả các sản
phẩm thí nghiệm như sau:
+ Puli đạt chất lượng sản phẩm cũng như tỉ lệ sai hỏng đạt tỉ lệ cho
phép.
+ Búa đập Klanhke và trục khuỷu: chất lượng sản phẩm đạt, tỉ lệ sai
hỏng do ngót còn cao, phải thêm công đoạn hoàn thiện sau đúc.
Trên cơ sở tiếp nhận công nghệ, liên tục nghiên cứu và hoàn thiện,
chúng tôi đã thành công đúc ổn đị
nh 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

Báo cáo đề tài KHCN
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.


11
Để có thể mở rộng đúc được các sản phẩm có khối lượng lớn như các
loại phụ tùng máy nghiền xi măng, phụ tùng các lò nung trên hệ thống thiết
bị của Viện thì phải nghiên cứu cải tiến các trang thiết bị này cho phù hợp với
các giải pháp công nghệ để có thể sản xuất được các sản phẩm đạt yêu cầu
chất lượng cũng như giảm đượ
c giá thành sản phẩm. Đó cũng là mục tiêu
chính của đề tài. Kết quả nghiên cứu cũng giúp cho chúng ta có thêm những ý
kiến phân định các dạng sản phẩm đúc phù hợp, phát huy được tính ưu việt và
hiệu quả kinh tế của công nghệ mẫu tự thiêu.

Báo cáo đề tài KHCN
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.


12

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
Lúc đầu mẫu cháy một phần nhỏ, hóa hơi với sự hình thành pha lỏng
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 kh
ả 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.
Nhiệt độ kết tinh của polisterol ~80
0
C. Tại nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ này một
vài độ, polisterol bắt đầu co để giảm thể tích. Tại nhiệt độ 160 – 170
0
C
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
tốc độ hình thành thể lỏng. Tốc độ thể tích nóng chảy V
m
đặc trưng cho khả
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 = V
m
.F
m
.S
m
(1)
V
m
: tốc độ thể tích nóng chảy cm/s
F
m
: diện tích của bề mặt nóng chảy cm
2

S
m
: tỉ trọng của mẫu xốp g/cm
3

Báo cáo đề tài KHCN
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.


13
Tốc độ nóng chảy tuyến tính q và tốc độ nóng chảy V
m
có ảnh hưởng
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 t
ại 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 củ
a 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 giữ
a các
hạt. Chất izobentan này nhiệt độ sôi là 28
0
C.
Tác động lớn nhất đến tốc độ hóa hơi là sự gia tăng nhiệt lượng của
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.
Phân tích động học của quá trình phân hủy mẫu đã chỉ ra rằng: mối
quan hệ của các pha tồn tại (rắn – lỏng – khí) củ
a các sản phẩm phân hủy (khi
Báo cáo đề tài KHCN
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.


14
nhiệt độ rót nhất định) hoàn toàn phụ thuộc vào tốc độ dâng kim loại lỏng
trong khuôn.
Khi tốc độ dâng thấp, trong sản phẩm phân hủy tồn tại pha rắn và pha
khí.

Khi tốc độ dâng cao thì sản phẩm phân hủy chủ yếu là pha lỏng.
Có một dải các tốc độ dâng kim loại cho tỉ lệ giữa các pha rắn – lỏng –
khí ở mức trung bình. Tuy nhiên dải tốc độ này phụ thuộc vào tốc độ rót kim
lo
ại.
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.
Khi tốc độ dâng của kim loại thấp, dẫn đến giảm đi thành phần khí,
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
c
ũng 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:
Khi bắt
đầu rót kim loại, mẫu bị phân hủy cùng với sự hình thành khí.
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 v
ật 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 h
ở giữa mặt thoáng kim loại và mặt
mẫu nóng chảy, lúc này diện tích đẩy khí ra thành khuôn tăng lên, tiếp đó, tốc
Báo cáo đề tài KHCN
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.


15
độ nóng chảy của mẫu đạt tới giá trị lớn hơn so với tốc độ dâng của kim loại
trong khuôn, áp suất trong khuôn từ từ giảm đi.
Hỗn hợp khí của sản phẩm phân hủy, dưới tác dụng của áp suất sẽ tiến
dần tới các lỗ rỗng của hỗn hợp làm khuôn. Trong quá trình lọc khí qua lỗ
rỗng sẽ xảy ra hiện tượng tích hợp hơi trên bề m
ặt lớp cát tạo khuôn. Tuỳ theo
mức độ làm nguội luôn chuyển động của hỗn hợp khí, sự tích tụ không đồng
thời mà tương ứng theo nhiệt độ sôi của các chất trong sản phẩm phân hủy.
Sát với thành vật đúc là các chất có nhiệt độ sôi cao nhất, các chất nằm trong
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.
Trên cơ sở phân tích quá trình, nhà khoa học G.DISTOR đã đi đến kết
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 rạ
c
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.
Khi đúc bằng công nghệ mẫu tự thiêu, khuôn được làm chặt tới mức
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 lo
ại 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:
Báo cáo đề tài KHCN
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.


16
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, dồn nén kiểu rung lắc các hạt vật liệu
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.



















Báo cáo đề tài KHCN
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.


17

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 thi
ết 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
t
ốt 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,
Báo cáo đề tài KHCN
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.


18
tăng lưu lượng hút khí chân không, đảm bảo đúc chi tiết có khối lượng lớn
đến 50 kg.
Nhóm đề tài đã nghiên cứu phục hồi bơm hút chân không cũ, cụ thể là
gia công bạc thép lắp vào thân bơm. Trong quá trình sử dụng cánh bơm và
thân bơm bị mòn nhiều và mòn không đều, khe hở giữa cánh bơm và thân
bơm là lớn. Khi bơm hút chân không làm việc thì áp suất hút khí bị giảm, lưu
lượng hút khí và áp suất hút khí là thấp. Chúng tôi đã dùng giải pháp lắp thêm
bạc vào thân bơm, đồng thời rà lại độ tròn đều của cánh bơm cho đều các
cánh. Khi sửa chữa và bảo dưỡng bơm hút chân không xong, khoảng cách
giữa cánh bơm và thân bơm đã được phục hồi. Áp suất hút khí và lưu lượng
hút khí được cải thiện lên nhiều hơn trước khi cải tạo. Áp suất hút khí đạt 0,9
kgf/cm
2
, so với trước là 0,7 kgf/cm
2
.
*. Thiết kế chế tạo hệ thống lọc khí:
Nhóm đề tài đã nghiên cứu chế tạo thành công thùng lọc khí khô và

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

Báo cáo đề tài KHCN
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.


19


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.
Các thùng lọc khí đã phát huy rất hiệu quả khả năng lọc bụi. Khí cháy
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.
*. Thi
ết kế đấu nối thêm bơm hút chân không để tăng lưu lượng hút và
áp suất hút:

Bơm cũ sau khi phục hồi có lưu lượng hút khí chân không là 7 m
3
/ph,
áp suất hút là 0,9 kgf/cm
2
được nhóm đề tài nghiên cứu đấu nối với một bơm
chân không khác có lưu lượng hút khí tương đương là 7 m
3
/ph, áp suất hút là
0,9 kgf/cm
2
. Hai bơm hút chân không được đấu nối song song và cùng được
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
Báo cáo đề tài KHCN
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.


20
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
tăng lên đáng kể. Áp suất hút tổng của hai bơm hút là 14 m
3
/ph, áp suất hút
khí chân không là 0,9 kgf/cm
2
. Hai bơm có thể vận hành đồng thời hoặc vận
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:
TT Nội dung Trước khi cải tạo Sau khi cải tạo
1 Lưu lượng hút khí chân không 7 m
3
/phút 14 m
3
/phút
2 Áp hút khí chân không 0,7 kgf/cm
2
0,9 kgf/cm
2

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.
Báo cáo đề tài KHCN
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.

21

Hình 3.5. Ảnh thùng khuôn ống hút dây xoắn chưa cải tạo
Nhóm đề tài đã nghiên cứu và thay thế thành công hệ thống ống hút
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 đ
ó 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
Chúng tôi đã nghiên cứu và tính toán kích thước tiết diện hệ thống ống
hút trong thùng khuôn như sau:
Báo cáo đề tài KHCN
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.


22
Công thức tính toán:
V = Q . t (2)
Trong đó: V là thể tích khí cần thoát ra khi đổ rót khuôn, cm
3
.
Q là lưu lượng hút khí của máy bơm chân không, m

3
/ph.
t là thời gian rót khuôn, s.
L
V
S =
(3)
Trong đó: S là diện tích tiết diện của ống hút, cm
2
.
V là thể tích khí cần thoát ra khi đổ rót khuôn, cm
3
.
L là chiều dài của ống hút, cm.
Chúng tôi đã tính toán được tiết diện ống hút là Φ 70 mm hoặc thép
hộp có kích thước là 100 x 40 mm, tương ứng với bơm hút chân không có lưu
lượng hút khí là 14 m
3
/ph.
Qua nhiều thử nghiệm đánh giá, đây là các thông số kĩ thuật đạt yêu
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.
Qua thực tế đúc rót chi tiết có khối lượng đến 50 kg bằng thùng khuôn
chuyên dùng đã cải tạo. Thùng khuôn hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu
v
ề 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:
- Thiết kế phân chia mẫu thành nhiều chi tiết mẫu đơn lẻ, để có thể chế
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 ch
ỉnh.
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.
Báo cáo đề tài KHCN
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.


23

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
Hanel chế tạo, khối xốp polisterol có tỷ trọng là 20 kg/m
3
, độ bền nén 0,9-1,1
kg/cm
2
, độ hút ẩm 2-3% trong 7 ngày.
Keo dán mẫu dùng loại keo dán polyvinyl Acetate (PVAc) chất lượng
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 s
ử 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 đ
úc 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
Độ dầy, cạnh vách ngăn Tối ưu Cao nhất cho phép
của sản phẩm đúc, mm Gang Thép Gang Thép
10 2,5 5,0 3,5 7,0
20 2,0 4,0 3,0 6,0
40 1,5 3,0 2,5 5,0
Báo cáo đề tài KHCN
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.


24
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 trư
ng đã biết (tiết diện được tính toán từ bản vẽ thiết
kế và vị trí của sản phẩm đúc ở trong khuôn) của sản phẩm đúc là F
VĐ
và sử
dụng từ bảng 3.2 của các tốc độ chuyển động của kim loại ở trong khuôn V
KL

người ta xác định suất tiêu hao thể tích của kim loại (cm
3
/s) từ gầu rót như
sau:
Q = F
VĐ
. V
KL
(4)
Theo giá trị đã tìm được Q chúng ta xác định được kích thước bát rót
và độ cao của ống đậu rót đứng.
Tính toán kích thước đường kính lỗ của bát rót dϕ(cm):

gh
VF
d
gh
Q
d
KLVD

2 785,0
.
2 785,0
µ
ϕ
µ
ϕ
=
=
(5)
Trong đó: F
VD
là diện tích thiết diện đặc trưng (cm
2
) là diện tích vuông
góc đối với hướng rót.
V
KL
là tốc độ dâng (cm/s).
µ là hệ số tiêu hao nhiên liệu (0,8 – 0,9)
h là chiều cao bát rót (cm)
g là gia tốc trọng trường (980 cm/s
2
)
Để giảm số lượng các khuyết tật ở trong các sản phẩm đúc có cạnh
vách ngăn mỏng, liên quan đến thể lỏng của các sản phẩm phân hủy mẫu và
liên quan với khả năng không dồn và ép của các khuôn, cần phải rót kim loại
Báo cáo đề tài KHCN
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.

25
lỏng trong điều kiện nhiệt độ lớn nhất đối với loại kim loại nóng chảy đó;
phải giảm tỷ trọng của các mẫu; phải tính toán hệ thống đúc xuất phát từ việc
đảm bảo được tốc độ tối ưu của quá trình dâng cao kim loại trong khuôn.
Tính toán kích thước của ống rót (diện tích cắt ngang của ống, cm
2
)F
rot


).(
.
dVDKL
VD
rot
hh
G
nF
+
=
ρ
(6)

Trong đó: n là hệ số (0,3 – 0,5)
G
VD
là khối lượng vật đúc (g)
ρ
KL

là tỉ trọng riêng của kim loại đúc (g/cm
3
)
h
VD
là chiều cao vật đúc (cm)
h
d
là chiều cao dư của ống rót (cm)
Diện tích của tiết diện cắt ngang của ống đậu dẫn F
dan
được chúng ta
lấy tùy thuộc vào cấu trúc của sản phẩm đúc và độ dày của nó. Đối với các
sản phẩm đúc có kích thước lớn và hình dáng đơn giản thì chúng ta thường
lấy:
∑F
dan
= 0,5 F
rot
, (7)
Đối với các sản phẩm đúc có thành mỏng và hình dáng phức tạp thì:
∑F
dan
= F
rot
, (8)
Còn trong các trường hợp khác thì lấy:
∑F
dan
= 1,5. F

rot
(9)
Từ tốc độ đã biết của sự dâng cao kim loại lỏng trong khuôn V
KL
và từ
độ cao h
VD
của sản phẩm đúc chúng ta xác định thời gian (tính bằng s) để
rót kim loại lỏng vào khuôn:

Tiếp đó theo thời gian đã biết được của quá trình đúc và theo khối
lượng G
VD
của sản phẩm đúc chúng ta xác định tốc độ toàn phần đổ khuôn
kim loại (kg/s):
)10(
h
KL
VD
V
t =