Báo cáo khoa học Nghiên cứu công nghệ đúc chính xác không gây ô nhiễm môi trường bằng phương pháp màng mỏng chân không trong khuôn cát không dùng chất dính kế

UỶ BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐÚC CHÍNH XÁC
KHÔNG GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG
TRONG KHUÔN CÁT KHÔNG DÙNG CHẤT DÍNH KẾT

TP. HỒ CHÍ MINH
09/2007


NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Thứ

Họ và tên

2

Nguyễn Ngọc Hà
Đặng Vũ Ngoạn

chuyên môn

GVC-TS
PGS-TS

Đơn vị công tác

Nhiệm vụ

Đúc-luyện

Khoa CNVL- ĐHBK

Chủ nhiệm

kim

1

Ngành

danh KH

tự

Học vị/chức

TP.HCM

Vật liệu học

Khoa CNVL- ĐHBK

Thành viên

TP.HCM

3

Lê Quốc Phong

Thạc sĩ

CN vật liệu

Khoa CNVL- ĐHBK

Thành viên

TP.HCM
4

Đàm Văn Hoàng

Kỹ sư

Đúc

Khoa CNVL- ĐHBK

Thành viên

TP.HCM
5

Trương Quốc

Thạc sĩ

CN vật liệu

XNLH Z751

Thành viên

Thạc sĩ

CN vật liệu

Trung tâm TC-ĐL

Thành viên

Thắng
6

Nguyễn Anh Long

KV 3
7

9

La Mỹ Nhi

Kỹ sư
Kỹ sư

CN vật liệu
CN vật liệu
CN vật liệu

Cộng tác
viên

Khoa CNVL- ĐHBK

Cộng tác

TP.HCM

Lê Phương Thu

Thạc sĩ

Trường THCN Lương
thực thực phẩm

8

Trịnh Tiến Thọ

viên

Công ty TNHH Bách

Cộng tác

khoa công nghệ

viên


MỤC LỤC
Phần 1: Mở đầu
1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài

1

1.1.1 Một số so sánh giữa các phương pháp đúc

1

1.1.2 Tình hình nghiên cứu

6

1.2 Các bước cơ bản của công nghệ đúc trong khn màng mỏng chân khơng

7

1.3 Ưu nhược điểm chính của công nghệ đúc trong khuôn màng mỏng
chân không

12

1.3.1 Ưu điểm

12

1.3.2 Nhược

12

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khuôn màng mỏng chân không

13

1.5 Mục tiêu của đề tài

14

Phần 2: Nội dung nghiên cứu
2.1 Cát làm khn

16

2.1.1 Thành phần khống và hàm lượng sét trong cát

16

2.1.2 Thành phần độ hạt

17

2.1.3 Hình dạng hạt cát

18

2.1.4 Nhận xét

20

2.2 Nghiên cứu chế độ rung lèn chặt

21

2.2.1 Nội dung nghiên cứu

21

2.2.2 Thiết bị thí nghiệm

21

2.2.3 Khảo sát mật độ cát ở các chế độ rung lèn chặt khác nhau

22

2.2.4 Khảo sát sự phân bố lại độ hạt theo chiều cao hịm khn sau khi rung

24

2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ chân không đến độ bền của khuôn
màng mỏng chân không

30

2.3.1 Liên kết trong khuôn màng mỏng chân không

30

2.3.2 Ảnh hưởng của độ chân không đến độ bền của khuôn

30

2.3.3 Sự phân bố chân không trong khuôn màng mỏng chân không

31

2.3.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến việc phân bố chân không trong khuôn

33


2.3.5 Phương pháp nghiên cứu và thiết bị nghiên cứu

35

2.3.6 Thực nghiệm

40

2.3.7 Xử lý kết quả thực nghiệm

45

2.3.8 Bàn luận kết quả

48

2.4 Nghiên cứu chất sơn màng cho khuôn màng mỏng chân không

50

2.4.1 Mở đầu

50

2.4.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

55

2.4.3 Thực nghiệm

64

2.4.4 Xử lý kết quả thực nghiệm

68

2.4.5 Bàn luận kết quả

69

2.4.6 Đúc thử hợp kim nhôm

70

2.5 Nghiên cứu khả năng biến dạng của màng

71

2.5.1 Mở đầu

71

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu

73

2.5.3 Kết quả thực nghiệm

77

2.5.4 Xử lý kết quả thực nghiệm

78

2.5.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm

81

2.5.6 Thử nghiệm làm khn

82

2.6 Nghiên cứu tốc độ rót khn

86

2.6.1 Mở đầu

86

2.6.2 Thực nghiệm

86

2.6.3 Bàn luận kết quả thực nghiệm

87

2.7 Thiết kế, chế tạo và lắp đặt trang thiết bị

89

2.7.1 Mở đầu

89

2.7.2 Hệ thống cấp chân khơng

89

2.7.3 Hịm khn

91

2.7.4 Tấm mẫu

93

2.7.5 Thiết bị rung

97

2.7.6 Thiết bị nung màng

98

2.7.7 Chế tạo khuôn đúc và vật đúc

99

2.8 Đánh giá chất lượng vật đúc

101


Phần 3: Kết luận

105

Tài liệu tham khảo

109

Phụ lục 1

111

Phụ lục 2
Phụ lục 3


PHẦN 1

MỞ ĐẦU


Trang 1

1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ
TÀI
1.1.1. Một số so sánh giữa các phương pháp đúc
Đúc là quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn đã được tạo hình trước để tạo ra sản
phẩm đúc. Cho đến hiện nay, đúc vẫn là một trong những phương pháp tạo phôi
quan trọng nhất. Căn cứ vào vật liệu làm khuôn đúc ta có các phương pháp đúc
trong khuôn cát và các phương pháp đúc trong khuôn kim loại. Do những đặc điểm
riêng có của mình, đúc trong khuôn cát vẫn giữ vai trò quan trọng trong sản xuất
đúc.
Căn cứ vào phương pháp tạo mối liên kết giữa các hạt cát trong khuôn, có thể
chia khuôn cát trong sản xuất đúc ra ba thế hệ khuôn:
-Thế hệ khuôn thứ nhất: Dùng lực cơ học dầm chặt hỗn hợp dẻo dính để tạo nên
khuôn, khuôn đạt độ bền không cao (khuôn cát – sét). Thế hệ khuôn thứ nhất tồn tại
từ hàng ngàn năm nay và hiện vẫn còn sử dụng nhờ một số ưu điểm của nó.

-Thế hệ khuôn thứ hai: Dùng các phản ứng hóa học tạo lực liên kết giữa các hạt cát
và chất dính, khuôn đạt độ bền rất cao (khuôn cát – nhựa, khuôn cát – dầu …). Thế
hệ khuôn thứ hai bắt đầu xuất hiện từ thập niên 40 và cực thịnh ở các thập niên 60,
70, 80 của thế kỷ 20ø nhưng hiện nay một số công nghệ thuộc thế hệ khuôn này dần
ít được sử dụng do những đặc điểm tiêu cực về môi trường của chúng.
-Thế hệ khuôn thứ ba: Hỗn hợp làm khuôn chỉ có cát, không dùng chất dính và dùng
các phương pháp vật lý (từ, chân không …) để giữ các hạt cát khô nằm cố định trong
khuôn khi rót; đúc xong phá dỡ khuôn dễ dàng, cát được sử dụng lại hầu như hoàn
toàn. Thế hệ khuôn thứ ba bắt đầu được nghiên cứu từ thập niên 70 của thế kỷ 20 và
được dự báo sẽ dần thay thế hai thế hệ khuôn trên. Tiêu biểu cho thế hệ khuôn này
là khuôn từ và khuôn màng mỏng – chân không.


Trang 2

Bảng 1.1 : So sánh một số đặc điểm của các thế hệ khuôn cát [14]:
Thế hệ khuôn
-Chất dính
-Phương pháp tạo liên kết
-Khả năng tạo hình
-Tính chịu co bóp
-Trang thiết bị
-Diện tích sản xuất
-Phá dỡ khuôn
-Vốn đầu tư
-Giá thành
-Tiếng ồn
-Bụi
-Khí độc
-Rung

-Ô nhiễm nước
-Chất thải rắn

1
sét
cơ
xấu
xấu
phức tạp
lớn
khó
lớn
cao
nhiều
nhiều
trung bình
mạnh
trung bình
nhiều

2
hóa chất
hóa
trung bình→tốt
xấu→trung bình
phức tạp
trung bình
khó→dễ
trung bình→ lớn
cao

trung bình→ ít
trung bình→ nhiều
trung bình→ nhiều
ít
nặng
nhiều

3
không có
lý
tốt
tốt
đơn giản hơn
nhỏ
rất dễ
nhỏ
thấp
rất ít
trung bình→ rất ít
rất ít
rất ít
không
rất ít

Dưới đây là một số so sánh về một số chỉ tiêu giữa các phương pháp đúc [10]:
♦Tuổi thọ của trang bị mẫu – hòm khuôn :

Mẫu hóa khí

CÔNG NGHỆ

Màng mỏng
- chân không
Khuôn cát - sét
Đúc áp lực
Khuôn kim loại

Tuổi thọ ngắn

Tuổi thọ dài


Trang 3

♦Chi phí cho thiết bị :
CHI PHÍ
( USD)
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0

Khuôn cát sét Màng mỏng Chân không

Khuôn kim
loại

Mẫu hoá khí

Đúc áp lực

CÔNG NGHỆ

♦Độ phức tạp trong thiết kế mẫu , hòm khuôn , công nghệ đúc :
Mẫu hóa khí

CÔNG NGHỆ

Đúc áp lực
Khuôn cát - sét

Khuôn kim loại
Màng mỏng chân không
Đơn giản

Phức tạp


Trang 4

♦Độ bóng bề mặt :

Đúc áp lực

Mẫu hóa khí

Màng mỏng - Chân không

Khuôn kim lọai

Khuôn cát sét
0

50

100

150

200

250

300

350

Nhẵn

400

450

500

550

600

Nhấp nhô

♦Dung sai kích thước :

±.002n/1n

CÔNG NGHỆ

Đúc áp lực
Mẫu hóa khí

±.007n/1n

Màng mỏng chân không

±.010n/1n

±.015n/1n

Khuôn kim loại
Khuôn cát sét

±.030n/1n

Độ chính xác thấp nhất

Độ chính xác cao nhất

Trang 5

♦Mức độ khó dễ trong việc thay đổi kỹ thuật :

Khuô n cá t

CÔNG NGHỆ

Mà n g mỏ n g - châ n
Mẫ u hó a
Khuô n kim
Đú c á p

Khó

Dễù

♦Khả năng đúc các vật đúc phức tạp :

CÔNG NGHỆ

Đúc áp lực
Mẫu hóa khí
Màn g mỏn g –
chân khôn g
Khuôn kim
Khuôn cát
Thấp

Khả năng thấp

Khả năng cao


Trang 6

1.1.2 Tình hình nghiên cứu
a. Tình hình nghiên cứu trong nước
Không có.
b. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Năm 1971 Y.Kubo và K.Nakata tìm ra công nghệ này và thông báo phát minh
năm 1972 với tên gọi là Phương pháp V (V-process).
Tháng 06/1973 Nhật đã đưa vào sản xuất dây chuyền làm khuôn tự động theo
phương pháp V có kích thước hòm khuôn 600 x 600 x 150 mm với năng suất 90
khuôn/ giờ và sau đó là dây chuyền có năng suất 40 khuôn/giờ cho hòm khuôn có
kích thước 1370 x 990 x 940 mm.
Từ năm 1973 ÷ 1978 Nhật đã cấp 98 licence liên quan đến phương pháp đúc này.
Năm 1983 sản lượng đúc theo phương pháp này ở Nhật đã vượt quá 100.000 tấn,
bao gồm: 89.000 tấn gang, 8.000 tấn thép, 8.000 tấn hợp kim màu.
Năm 1986 sản lượng đúc theo phương pháp này ở Liên xô khoảng 2.000 tấn và
đến năm 1990 đã đạt 28.000 tấn.
Năm 1986 Xí nghiệp Pont – a – Mousson (Pháp) đã xây dựng Xưởng đúc có năng
suất 100 khuôn (≈25 tấn) / ca, có thể đúc được vật đúc nặng tới 500 kg.
Từ thập niên 80 của thế kỷ 20 cho đến nay công nghệ này đã được nghiên cứu,
hoàn thiện và đã phát triển mạnh mẽ ở Nhật, Mỹ, Nga, Tây u để chế tạo các chi
tiết đúc bằng các hợp kim trên cơ sở nhôm, đồng, sắt … để phục vụ cho các ngành
xây dựng, dệt, chế tạo máy, đóng tàu, chế tạo xe máy … và nhanh chóng chiếm một
vị trí vững chắc trong ngành đúc do những ưu điểm vượt trội về tính môi trường của

công nghệ này.
Riêng tại Mỹ, năm 1981, Bill Wilmont, chủ tịch Công ty Hermon đã mua công
nghệ này của Nhật và mở ra công ty Harmony Castings Inc. Từ 11 nhân viên năm


Trang 7

1986 đến năm 2000 Công ty đã có khoảng 130 nhân viên với doanh số hơn 12 triệu
USD và phát triển mạnh mẻ về chiều rộng lẫn chiều sâu của công nghệ này.
Năm 1988, Minneapolis Electric Co (Mỹ) xây dựng xưởng đúc thép theo phương
pháp này với năng suất 40.000 tấn / năm, có thể đúc được vật đúc nặng tới 4.000 kg.
Cho đến nay đã có một số công ty hàng đầu chuyên về đúc trong khuôn màng
mỏng chân không. Sản phẩm đúc bằng phương pháp này thường chiếm một tỉ lệ khá
nhỏ trong tổng sản lượng của công ty nhưng lại là những sản phẩm đặc biệt, dùng
trong những ngành công nghiệp đặc biệt như các chi tiết trong khung kính hiển vi
hồng ngoại (Công ty Spectra– Tech,Inc.Shelton, Connecticut), khung cho động cơ xe
máy (hãng xe máy Harley – Davision), chế tạo mẫu cho phương pháp đúc áp lực
(hãng Metaalgieterij Kinheikho) …
Hiện nay, nhiều phụ tùng xe máy bằng hợp kim nhôm được chế tạo bằng công
nghệ khuôn màng mỏng – chân không mà một trong các Công ty đi tiên phong là
Harley Davidson.
Theo các thông tin Chúng tôi thu thập được trên mạng, hiện công nghệ này đã
và đang được sử dụng nhiều ở các nước: Nhật, Mỹ, CHLB Đức, Nga, Hàn Quốc…
Một Công ty Nhật tại Tỉnh Bình Dương đã sử dụng công nghệ này để đúc các chi
tiết bằng hợp kim nhôm.
1.2. CÁC BƯỚC CƠ BẢN CỦA CÔNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHUÔN MÀNG
MỎNG-CHÂN KHÔNG
Phương pháp đúc màng mỏng chân không được tiến hành như sau:
1- Mẫu của khuôn màng mỏng chân không được chế tạo có các lỗ thông hơi trên
bề mặt mẫu. Mẫu được gắn lên tấm mẫu rỗng có lỗ hút chân không (hình 1.1).

Trang 8

Hình 1.1: Tấm mẫu của khuôn màng mỏng chân không
2- Màng mỏng làm bằng chất dẻo có độ dày từ 0.05mm – 0.20 mm, được nung
nóng trong thời gian thích hợp để có tính dẻo cao, độ biến dạng tốt (hình 1.2).

Hình 1.2: Màng mỏng được nung nóng tạo độ dẻo, dễ biến dạng
3- Màng sau khi đã nung sẽ được phủ lên tấm mẫu đã được hút chân không với độ
chân không 250 – 600mmHg [10]. p suất chân không thông qua các lỗ trên
mẫu hút cho màng mỏng ép sát vào bề mặt mẫu (hình 1.3).

Hình 1.3: Màng mỏng được hút ép chặt vào bề mặt mẫu nhờ áp suất chân không
4- Hòm khuôn được đặt lên trên mẫu đã phủ màng mỏng. Thành hòm khuôn có kết
cấu đặc biệt để có thể hút chân không bên trong hòm (hình 1.4).

Hình 1.4: Hòm khuôn được đặt trên tấm mẫu đã được phủ màng mỏng
5- Cát khô và nguội được cho vào hòm khuôn. Cát phải sạch, không được lẫn chất
kết dính hay hóa chất nào khác và có độ hạt thích hợp. Sau đó, tiến hành rung
lèn chặt cát với biên độ, tần số và thời gian thích hợp để mật độ, độ sít chặt của
cát trong khuôn là phù hợp nhất mà không phân bố lại độ hạt (hình 1.5).


Trang 9

Hình 1.5: Đổ cát vào hòm khuôn và rung lèn chặt
6- Tạo hình phễu rót và làm phẳng bề mặt cát ở mặt trên khuôn. Sau đó phủ màng
lên bề mặt khuôn. Tấm màng này có thể không cần nung nóng vì nó chỉ ép sát
vào mặt phẳng cát mà không đòi hỏi độ mềm và biến dạng cao (hình 1.6).

Hình 1.6: Tạo phễu rót, làm phẳng khuôn và đặt màng mỏng lên trên
7- Tiến hành hút chân không trong hòm khuôn. p chân không hút màng ép chặt
vào cát làm khuôn để các hạt cát liên kết với nhau tạo thành khuôn chân không
cứng và bền vững. p suất chân không trong hòm khuôn cân bằng với áp suất
chân không trong tấm mẫu. Tiến hành thải chân không ở tấm mẫu; tách lấy tấm
mẫu ra khỏi khuôn sẽ được nửa hòm khuôn với lòng khuôn có biên dạng vật đúc
(hình 1.7). Thực hiện tương tự đối với nửa hòm khuôn còn lại.

Hình 1.7: Hút chân không khuôn và thải chân không tấm mẫu để lấy khuôn
8- Sơn lên màng một lớp sơn, sau đó ráp nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới (hình
1.8), rót kim loại lỏng vào khuôn (trong quá trình rót, vẫn hút chân không).


Trang 10

Hình1.8: Ráp khuôn trên và khuôn dưới; vẫn giữ chân không chờ rót
9- Sau khi vật đúc đông đặc và nguội đến nhiệt độ thích hợp, thải chân không trong
các hòm khuôn (hình 1.9). Cát được thải chân không rơi tự do ra khỏi hòm
khuôn thành vật liệu rời không có hiện tượng dính thành từng cục như các
phương pháp dùng chất dính kết khác. Cát sau khi nguội được sử dụng lại.

Hình 1.9: Thải chân không, lấy vật đúc ra khỏi hòm khuôn
Khuôn MMCK sử dụng cát khô làm vật liệu làm khuôn, không dùng chất kết
dính. Cát này có độ hạt mịn hơn nhiều so với loại cát thường được dùng để đúc trong
khuôn cát thông thường [11]. Để liên kết các hạt cát lại với nhau, người ta dùng lực
rung, lực hút chân không và màng mỏng.
Hình 1.10 mô tả sơ đồ công nghệ chế tạo vật đúc trong khuôn màng mỏng –
chân không.

Trang 11

Chuẩn bị cát sạch

Chuẩn bị mẫu, hệ thống rót, ruột,
tấm mẫu

Chuẩn bị màng và các thiết
bị chân không

Gắn mẫu, hệ thống rót vào tấm mẫu
p màng thứ nhất lên mẫu

Nung màng

Hút chân không trong tấm mẫu và giữ nguyên độ
chân không đó

Đặt hòm khuôn vào, lấp cát đầy hòm khuôn

Rây

Rung nhẹ để khối cát đạt độ chặt cần thiết

Đặt màng thứ hai lên mặt trên của khối cát
Làm nguội cát

Hút chân không trong khối cát, và chỉ
nhả chân không khi đúc xong

Nhả chân không đang giữ màng thứ nhất để lấy mẫu ra

Nửa hòm khuôn trên

Nửa hòm khuôn dưới
Sơn khuôn

Lắp ruột và hai nửa hòm khuôn với nhau, rót kim loại lỏng

Nấu luyện

Để nguội, vẫn giữ chân không trong khối cát

Cát đã sử
dụng

Sau khi vật đúc đủ nguội, nhả chân không

Chi tiết đúc

Hình 1.10: Sơ đồ quy trình công nghệ khuôn màng mỏng chân không


Trang 12

1.3. ƯU, NHƯC ĐIỂM CHÍNH CỦA CÔNG NGHỆ ĐÚC TRONG
KHUÔN MÀNG MỎNG – CHÂN KHÔNG
1.3.1. Ưu điểm
-

Nguyên công lấy mẫu ra khỏi hòm khuôn rất đơn giản (chỉ cần thải chân
không); mẫu hầu như không cần độ xiên thành và cũng không cần thao tác
đánh động mẫu, do đó độ chính xác của vật đúc cao, giảm đáng kể lượng dư
gia công.

-

Độ chân không duy trì trong quá trình chế tạo khuôn và rót có tác dụng hút
khí, do đó hầu như loại bỏ hoàn toàn các khuyết tật liên quan đến rỗ khí trong
vật đúc.

-

Do chỉ sử dụng cát sạch, không dùng chất dính nên sau khi đúc xong, cát hầu
như không cần phải xử lý. Điều này làm giảm đáng kể lượng tiêu hao vật liệu
làm khuôn, chi phí xử lý hỗn hợp làm khuôn và đặc biệt giảm ô nhiễm môi
trường trong sản xuất đúc.

-

Việc sử dụng cát mịn, khô, sạch làm bề mặt khuôn nhẵn, trở lực của khuôn
đối với dòng chảy nhỏ nên có thể đúc các vật đúc thành mỏng, độ bóng bề
mặt cao.

-

Do mẫu luôn được phủ một màng chất dẻo ngăn cách mẫu với cát khuôn nên
làm giảm hao mòn mẫu. Điều này làm tăng tuổi thọ của bộ mẫu, góp phần
làm tăng độ chính xác của vật đúc.

-

Không yêu cầu cao về tay nghề công nhân.

-

Dễ cơ khí hóa và tự động hóa.

1.3.2.Nhược điểm:
-

Khó đúc các chi tiết có tỉ số giữa chiều cao và chiều dày thành lớn.

-

Không phù hợp với sản xuất đơn chiếc.


Trang 13

-

Với các hòm khuôn có kích thước lớn, việc cấp chân không là không đơn
giản.

1.4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯNG KHUÔN MÀNG
MỎNG – CHÂN KHÔNG
Qua trình bày ở phần trên, có thể liệt kê được những yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình chế tạo vật đúc bằng phương pháp màng mỏng - chân không . Các yếu tố đó

là:
1.4.1. Các tính chất của cát làm khuôn
Theo nhiều tài liệu tham khảo, cát dùng cho khuôn màng mỏng – chân không
phải có độ sạch cao (đảm bảo khả năng chịu nhiệt), hàm lượng sét càng thấp càng
tốt (để không đi qua lưới lọc cát), hạt mịn (tạo điều kiện cho vật đúc có độ bóng bề
mặt cao), có mức độ phân tán độ hạt đủ cao (bảo đảm mật độ cát cao sau khi rung
lèn chặt)
1.4.2. Loại màng, chiều dày màng và chế độ nung màng
Màng phải đủ mỏng, bền, có khả năng biến dạng tốt để đảm bảo khả năng tạo
hình của màng.
1.4.3. Chế độ rung lèn chặt ( biên độ , tần số và thời gian rung ) của cát làm
khuôn
Chế độ rung lèn chặt phải bảo đảm cát có mức độ lèn chặt cao, không bị phân
lớp về độ hạt, ít tiêu tốn năng lượng rung lèn chặt.
1.4.4. Độ chân không và công suất cấp chân không
Đối với khuôn màng mỏng – chân không, áp lực chân không là lực duy nhất để
liên kết các hạt cát, tạo cho khuôn có độ bền nhất định. Nếu độ chân không không
đủ lớn, khuôn không đủ bền, lòng khuôn dễ biến dạng trong quá trình thao tác công


Trang 14

nghệ. Ngược lại, nếu độ chân không quá lớn, khuôn quá bền tạo cản co cho vật đúc
trong quá trình đông đặc và làm nguội, vật đúc dễ bị cong vênh và nứt.
1.4.5. Chất sơn màng và chế độ sơn màng
Khi rót khuôn, ngay khi chưa tiếp xúc với kim loại lỏng, màng đã bị phân hủy.
Điều này có thể dẫn tới hiện tượng sụp khuôn do mất chân không. Có thể tránh hiện
tượng này bằng cách dùng chất sơn màng thích hợp. Chất sơn màng còn có tác dụng
chống cháy dính cát cơ học, tăng độ bóng bề mặt cho vật đúc.
1.4.6. Kết cấu của tấm mẫu, hòm khuôn:

Kết cấu của tấm mẫu, hòm khuôn phải đảm bảo khả năng cấp chân không và
hạn chế khả năng thất thoát chân không.

1.5. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu công nghệ đúc chính xác không gây ô nhiễm môi trường bằng phương
pháp màng mỏng-chân không trong khuôn cát không dùng chất dính kết. Đây là
công nghệ đúc mới, được dự báo là một trong những công nghệ đúc có triển vọng
nhất trong thế kỷ 21 nhờ những ưu điểm như đã trình bày ở trên.
Các mục tiêu cụ thể của đề tài:
-

Thiết lập các thông số công nghệ cho khuôn màng mỏng – chân không (loại
cát làm khuôn, chế độ nung màng, chế độ rung lèn chặt, độ chân không …)
trong điều kiện sử dụng nguyên vật liệu có sẳn trong nước (cát làm khuôn,
màng chất dẻo …).

-

Thiết kế hệ thống thiết bị cho công nghệ khuôn màng mỏng – chân không ở
quy mô thí nghiệm và sản xuất thử.

-

Nghiên cứu sử dụng loại màng chất dẻo thích hợp cho khuôn màng mỏng –
chân không.


Trang 15

-

Chế tạo thử một chi tiết bằng hợp kim nhôm trong khuôn màng mỏng – chân
không.

-

Đánh giá khả năng ứng dụng và triển khai trong điều kiện Việt Nam.

-

Xác lập các thông số cơ bản về thiết kế đúc cho công nghệ khuôn màng
mỏng – chân không.


PHẦN 2

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU


Trang 16

2.1. CÁT LÀM KHUÔN
Sau khi khảo sát, chúng tôi chọn 3 loại cát để tiến hành đánh giá độ hạt và hình
dạng hạt cát:
- Loại 1: Cát đã tuyển, xuất xứ từ Cam Ranh, đánh giá cảm quan: cát có độ hạt mịn;
- Loại 2: Cát đã tuyển, cũng có xuất xứ từ Cam Ranh, đánh giá cảm quan: cát có độ
hạt to hơn;
- Loại 3: Cát chưa qua tuyển, xuất xứ từ Bình Châu.
2.1.1. Thành phần khoáng và hàm lượng sét trong cát
Kết quả phân tích về thành phần các loại cát trên được trình bày ở bảng 2.1.

Bảng 2.1: Thành phần khoáng các loại cát (%)
Thành

SiO2

Tổng oxit sắt

(CaO +

Na2O)

phần

(K2O +

MgO)

Tổng sunfua

khoáng
Cát loại 1

99,1

0,16

0,24

0,27

0,12

Cát loại 2

98,7

0,48

0,44

0,58

0,26

Cát loại 3

96,2

1,28

0,92

1,16

0,47

Với thành phần như trên, cát loại 1 và loại 2 thuộc loại cát 1C, còn cát loại 3
thuộc loại 2C : tất cả đều rất tốt với mục đích làm khuôn đúc.
Kết quả phân tích về hàm lượng sét trong cát được trình bày ở bảng 2.2.
Bảng 2.2: Hàm lượng sét trong cát, %

Mẫu cát

Loại 1

Loại 2

Loại 3

Hàm lượng sét

0,23

0,34

0,77

Với hàm lượng sét trong cát như trên, cả ba đều rất tốt với mục đích làm khuôn đúc.


Trang 17

2.1.2. Thành phần độ hạt
Việc thử nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm “Hỗn hợp làm khuôn” của
Phân xưởng Đúc thuộc Công ty Cơ khí Thủ Đức. Sử dụng bộ rây tiêu chuẩn DIN với
10 cỡ rây có kích thước lỗ rây như sau (mm): 0,71; 0,5; 0,355; 0,25; 0,18; 0,125;
0,09; 0,063; 0,045 và 0.
a. Cát loại 1

Bảng 2.3: Kết quả phân tích thành phần độ hạt cát loại 1, %
Cỡ hạt(μm)

710

500

355

250

180

125

90

63

45

<45

Lần 1

0.84

2.24

4.10

21.86

28.38

19.82

10.34

6.98

2.02

0.52

Lần 2

0.72

1.62

3.72

21.32

28.30

20.12

11.20

8.34

2.86

0.80

Lần 3

0.76

2.10

3.90

21.64

28.40

19.80

10.84

7.44

2.48

0.70

Trung bình

0.77 1.99 3.91 21.61 28.36 19.91 10.79 7.59 2.45 0.67

b. Cát loại 2

Bảng 2.4: Kết quả phân tích thành phần độ hạt cát loại 2, %
Cỡ hạt (μm)

710

Lần 1

500

355

250

180

125

90

1,49 22,87 38,95 25,97

6,65

0,37

0,03

Lần 2

1,06 22,77 39,07 25,70

7,34

0,89

0,03

Lần 3

1,19 23,70 39,23 25,65

8,28

0,10

1,04

Trung bình

1,25 23,11 39,09 25,77

7,42

0,45

0,37

Trang 18

c. Cát loại 3
Bảng 2.5: Kết quả phân tích thành phần độ hạt cát loại 3, %
Cỡ hạt (μm) 710

500

355

250

180

125

Lần 1

1.02

2.64

4.50

23.00

35.00

Lần 2

0.82

2.24

4.20

22.88

Lần 3

0.48

2.44

4.04

22.40

Trung bình

0.77 2.44 4.25 22.76 34.89 16.08

90

63

45

<45

15.00 10.40

6.70

2.04

0.64

35.04

16.24

8.24

7.90

2.20

0.20

34.64

17.00 10.24

7.08

2.68

0.52

9.63 7.23 2.31 0.45

2.1.3. Hình dạng hạt cát
Hình dạng hạt cát được chụp qua kính lúp.
a. Cát loại 1
Hình 2.1: Hình dạng các hạt cát loại 1.

Cát hạt tròn , độ hạt tập trung cao