Đồ án Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chế tạo khuôn ruôt theo công nghệ CO2

Lời nói đầu Ngành đúc ra đời và phát triển từ rất lâu đời. Ngành đúc là một ngành không thể thiếu, nó được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp với nhiều tính năng và công dụng khác nhau. Công nghệ sản xuất Đúc được đặc trưng bởi hai nhân tố cơ bản: Kỹ thuật vật liệu và kỹ thuật khuôn. Kỹ thuật làm khuôn gắn liền với vật liệu làm khuôn và công nghệ làm khuôn. Chúng quyết định chất lượng khuôn, ruột và cũng là một trong những nhân tố cơ bản quyết định chất lượng vật đúc. Trước đây các sản phẩm đúc được sản xuất chủ yếu theo công nghệ khuôn, ruột cát sét với những yêu điểm nổi bật như tính tạo hình tốt, dễ làm khuôn, vật liệu rẽ sẵn có. Nhưng cũng có một số khuyết điểm như hỗn hợp cát – sét có độ bền không cao, độ ẩm cao, độ thông khí kém nên dễ gây khuyết tật đúc. Ngày nay ngành đúc đang dần hoàn thiện, cải tiến, áp dụng các thành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất. Nhờ sự phát triển mạng mẽ của khoa học kỹ thuật đặc biệt là ngành công nghiệp hoá học, sinh học. Việc sử dụng các loại chất dính mới thay thế đất sét như nhóm chất dính hữu cơ gồm nhựa, dầu. Chất dính vô cơ như thuỷ tinh lỏng. Chất dính thuỷ tinh lỏng đã được sử dụng khá phổ biến trong các xưởng đúc, đáp ứng được các yêu cầu về công nghệ như độ bền của hỗn hợp cao, ít sinh khí, chất lượng sản phẩm đúc cao. Tuy nhiên cũng gặp một số vấn đề khó khăn như khó tái sinh cát, tính phá rỡ kém, tuổi xuân của hỗn hợp không cao. Với xu hướng phát triển hiện tại và tương lai của ngành đúc là khả năng thích ứng, năng xuất, chất lượng, tiết kiệm nguyên vật liệu và đảm bảo vệ sinh môi trường. Để thoã mãn những yêu cầu đó trong lĩnh vực chế tạo khuôn, ruột đúc thì việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chế tạo khuôn ruôt theo công nghệ CO2 là hêt sức cần thiết. Đồ án nghiên cứu sử dụng thuỷ tinh lỏng để làm khuôn, ruột theo công nghệ CO2 ở công ty Phúc Sơn nhằm tìm ra thành phần hỗn hợp hợp lý để làm khuôn, ruột cho từng loại sản phẩm cụ thể nhằm góp phần nâng cao chất lượng vật đúc, giảm lãng phí nguyên vật liệu chế tạo hỗn hợp làm khuôn, ruột, hạ giá thành sản phẩm. Đồng thời đề tài góp phần khẳng định các giá trị có ý nghĩa khoa học trong lý thuyết công nghệ CO2. Đồ án gồm 4 chương Chương I: Tổng quan về hỗn hợp đóng rắn nguội trên cơ sở thuỷ tinh lỏng. Chương II: Cơ sở lý thuyêt thiết kế đúc. Chương III: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu. Chương IV: Khảo sát công nghệ chế tạo chi tiết búa nghiền bi. Do thời gian có hạn nên đồ án có nhiều khuyết điểm, thiếu sót, rất mong các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Vật Liệu và Công nghệ Đúc, tập thể cán bộ công nhân viên công ty Phúc Sơn, các kỹ sư phòng thí nghiệm. Đặc biệt PGS.TS Đinh Quảng Năng đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Hà nội ngày…tháng…năm2008 Nhóm sinh viên thực hiện: Nguễn vănDương. Mai hồng Quân. Lê hoài Nam. CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỖN HỢP LÀM KHUÔN ĐÓNG RẮN NGUỘI . KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỖN HỢP ĐÓNG RẮN HÓA HỌC Hỗn hợp đóng rắn hóa học là tên gọi chung của các loại hỗn hợp khác cát-sét. Dựa vào đặc tính đóng rắn mà người ta phân chia chúng thành ba loại: Hỗn hợp đóng rắn nóng (Hot – Box và Warm – Box) Hỗn hợp tự cứng (No Bake hay Self Setting) Hỗn hợp đóng rắn nguội (Cold – Box) Hỗn hợp đóng rắn nóng dùng trong công nghệ khuôn vỏ mỏng. Nó gồm có cát sạch, nhựa và chất đóng rắn, hoặc cát và nhựa. Tùy loại nhựa mà khi nung hỗn hợp đến nhiệt độ từ 180 - 280OC sẽ có phản ứng đóng rắn nhựa liên kết các hạt cát lại với nhau thành một khối. Ưu điểm của hỗn hợp đóng rắn nóng là hỗn hợp có độ bền cao, khuôn ruột có độ chính xxác cao, tính phá dỡ tốt, vật đúc không bị rỗ cát, không bị rỗ khí, bề mặt nhẵn đẹp, độ chính xác cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình chế tạo khuôn ruột. Nhược điểm là làm ô nhiễm môi trường, gây độc hại cho công nhân, có mùi khó chịu. Mẫu và hộp ruột phải bằng kim loại. Tốn năng lượng nung nóng mẫu và hộp ruột. Giá thành nhựa cao. Chỉ đúc được vật đúc có thành mỏng và không lớn. Hỗn hợp tự cứng được chế tạo trên cơ sở chất dính thủy tinh lỏng hoặc xi măng hoặc nhựa, hoặc dầu. Ưu điểm của công nghệ làm khuôn ruột từ hỗn hợp loại này là có thể dùng mẫu và hộp ruột bằng gỗ, dễ cơ khí hóa và tự động hóa, chất lượng khuôn cao. Hiện nay trên thế giới phổ biến sử dụng hỗn hợp tự cứng trên cơ sở chất dính thủy tinh lỏng và nhựa. Hỗn hợp tự cứng cát-thủy tinh lỏng không gây độc hại, không có mùi, có thể đúc được các vật đúc lớn thành dày từ bất cứ hợp kim đúc nào. Tuy nhiên chất đóng rắn ester đắt và khó kiếm. Nếu sử dụng các chất đóng rắn khác như các chất chưa C2S, xi măng, Fe-Si thì hỗn hợp khó tái sinh cát. Hỗn hợp tự cứng trên cơ sở cát nhựa rất phổ biến vì có thể tái sinh cát đến 90%. Chất dính phổ biến là nhựa Furan ít độc hại. Chất đóng rắn là axit. Hỗn hợp làm ra phải làm khuôn ngay. Nhược điểm lớn nhất của loại hỗn hợp này là nếu dùng loại nhựa có chứa nhiều Ni tơ sẽ gây rỗ khí. Khuôn ruột làm ra để lâu dễ hút ẩm. Độ bền của hỗn hợp nhỏ hơn hỗn hợp đóng rắn nóng. Hỗn hợp đóng rắn nguội là hỗn hợp sau khi dằm chạt khuôn xong mới thổi chất đóng rắn vào. Hỗn hợp này có hai dạng là hỗn hợp trên cơ sở cát nhựa, khuôn làm xong được thổi khí SO2. Hỗn hợp cát-thủy tinh lỏng, khuôn dằm chặt xong được thổi khí CO2. Ưu điểm của công nghệ này là tuổi xuân của hỗn hợp cao, thời gian đóng rắn nhanh, dễ cơ khí hóa và tự động hóa, độ bền khuôn cao, độ chính xác khuôn cao, ít gây khuyết tật rỗ khí, rỗ cát. Khi làm khuôn trên cơ sở hỗn hợp cát-thuỉy tinh lỏng đóng rắn bằng CO2 gọi là công nghệ CO2 hay công nghệ hộp nguội – Col Box. Công nghệ này ra đời từ ânh vào năm 1950 và nhanh chống được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới. Ở nước ta công nghệ này mới phát triển từ những năm 90 của thế kỷ 20. 1.2. HỖN HỢP ĐÓNG RẮN NGUỘI TRÊN CƠ SỞ THỦY TINH LỎNG Hỗn hợp làm khuôn đóng rắn nguội được sử dụng rất phổ biến ở nhiều nước trên thế giới đặc biệt là chất dính thuỷ tinh lỏng và nhựa xem số liệu ở việc sử dụng chất dính thuỷ tinh lỏng và nhựa xem số liệu ở bảng 1.1. Nước Nhựa dùng cho đóng rắn nguội Thuỷ tinh lỏng dùng cho Thuỷ tinh lỏng dùng cho Công nghệ CO2 Công nghệ với este Các công nghệ khác Pháp CHLBĐức ý Thụy sĩ Anh Mỹ 7.000 6.000 1.900 3.500 1.200 10.000 10.000 9.000 5.200 600 100.000 1.200 27.600 20.000 800 800 1.300 1.200 1.200 9.000 6.000 200 6.000 4.100 28.800 1.200 3.400 3.400 Bảng 1.1 Nhu cầu về chất dính thuỷ tinh lỏng và nhựa dùng trong sản xuất đúc ở một số nước (tấn/năm). 1.2.1. Đặc điểm và lĩnh vực ứng dụng hỗn hợp đóng rắn nguội trên cơ sở thủy tinh lỏng. Như trên đã nói, hỗn hợp đóng rắn nguội trên cơ sở TTL đã được dùng để chế tạo khuôn ruột theo công nghệ CO2 ra đời từ năm 1950 ở nước Anh. Nhờ có nhiều ưu điểm vượt trội của nó mà công nghệ này được sử dụng rất rỗng rãi ở nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt nam. a. Ưu điểm của hỗn hợp đóng rắn nguội trên cơ sở TTL: Có thể dùng mẫu và hộp ruột bằng gỗ Không độc hại , không gây ô nhiễm môi trường. Loại hỗn hợp này có thể dùng chế tạo khuôn ruột cho nhiều loại hợp kim vật đúc khác nhau. Độ chính xác khuôn ruột cao. Độ bền, độ thông khí lớn. Chất lượng bề mặt vật đúc tốt. Năng suất chế tạo khuôn lớn . Dễ cơ khí hóa tự động hóa quá trình chế tạo khuôn ruột. b. Nhược điểm : Độ bền còn lại sau đúc lớn làm hỗn hợp khó phá giỡ. Khó tái sinh cát. Hình 1.1: Sự thay đổi độ bền còn lại của hỗn hợp theo nhiệt độ. Nhiều công trình nghiên cứu về độ bề còn lại của hỗn hợp phụ thuộc vào nhiệt độ (hình 1.1.) đã giải thích như sau: Từ đồ thị ta thấy độ bền còn lại của hỗn hợp chia làm 4 lần: Lần 1: Đạt cực đại lần thứ nhất tại 2000C do gel Silic mất nước. Lần 2: Đạt cực tiểu lần thứ nhất tại 5000C ÷ 6000C do quá trình chuyển biến thù hình của SiO2 làm nứt vỡ màng liên kết của chất dính (Thạch anh T.α.β 573α). Lần 3: Đạt cực trị lần thứ hai tại 8000C, độ bền sau nung đạt cực trị do Silicat Natri chảy ra và điền kín các vết nứt lập lại mối liên kết liên tục: Na2CO3 Na2O +CO2 Na2O +SiO2 Na2O.2SiO2 Na2CO3+ 2SiO2 Na2O.SiO2 + CO2 – 14,4Kcal Thực chất của quá trình biến đổi trên chính là quá trình tạo ra silicat natri từ SiO2 và NaCO3 được sinh ra trong quá trình đóng rắn thủy tinh lỏng. Nghĩa là số lượng thủy tinh lỏng đưa vào hỗn hợp và môđun của nó sẽ quyết định số lượng và mođun của silicat natri tạo ra sau này. Do vậy, %TTL và mô đun TTL là hai yếu tố quyết định độ bền còn lại sau nung nóng ở 8000C. Lần 4: Đạt cực tiểu lần thứ hai 80012000C,độ bền còn lại đạt cực tiểu do các tinh thể (SiO2) biến đổi thể tích lớn bị vỡ ra. Nó được xem như tạp chất lạ có tác dụng như các vết nứt bên trong tạo sự tập trung ứng xuất bên trong. Nếu độ bền còn lại càng cao thì tính phá dỡ càng kém. Do đó cần phải giảm độ bền còn lại. Hàm lượng nước thủy tinh càng cao thì độ bền còn lại khuôn ruột càng lớn, tính phá dỡ càng kém. Vì vậy người ta có xu hướng làm giảm lượng TTL nhưng vẫn phải đảm bảo độ bền cho hỗn hợp. Hiện nay ở các xưởng đúc ở nước ta đang dùng hỗn hợp cát + nước TTL đóng rắn bằng CO2 với hàm lượng TTL trong khoảng 7 - 10%. Để giảm độ bền còn lại, tăng tính phá dỡ cho hỗn hợp có thể dùng các chất phụ gia như bột than, nhựa phenol, dầu ma zut, mùn cưa. Trong quá trình thổi CO2 vào hỗn hợp cát - TTL sản phẩm tạo ra sau phản ứng là Na2CO3 và SiO2 Na2O.mSiO2nH2O + CO2 → Na2CO3 + m SiO2 +nH2O Nhưng nếu tiếp tục thổi CO2 thì sản phẩm tiếp theo là NaHCO3 do: H2O + CO2 → H2CO3 H2CO3 + Na2CO3 → 2NaHCO3. Lượng CO2 dư càng nhiều thì NaHCO3 sinh ra càng lớn. Na2CO3 kết tinh có 10 phần tử nước có tính kết dính mạnh đến nỗi cùng với gel của H2SiO3 quyết định độ bền cuối cùng của hỗn hợp. Còn NaHCO3 dễ bị phân hủy ngay ở nhiệt độ thường . NaHCO3 → H2O + Na2CO3 +CO2. Do có sự xuất hiện của NaHCO3 nên độ bền của khuôn ruột giảm và độ rã bề mặt của chúng tăng. Lượng CO2 lý thuyết không vượt quá (0,5%) trọng lượng của hỗn hợp. Nhưng thực tế ở nhiều xưởng đúc lượng CO2 dùng lênn tới 36%. Do đó gây lãng phí CO2 và làm ảnh hưởng tới chất lượng khuôn ruột. Để khắc phục nh ư ợc đi ểm tr ên, m ột trong nh ững bi ện ph áp hi ệu quả nhất và kinh tế đã được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới là công nghệ CO2 trong chân không. 1.2.2. Vật liệu dùng cho Hỗn hợp đóng rắn nguội trên cơ sở thuỷ tinh lỏng. Hỗn hợp ĐRN thuỷ tinh lỏng (Còn được gọi là hỗn hợp khô nhanh) gồm: Cát, TTL, Chất phụ gia (có thể không có), Chất đóng rắn - khí CO2. Tuỳ theo tỷ lệ giữa các thành phần trong hỗn hợp sẽ tạo ra các loại hỗn hợp có tính năng khác nhau. a) Thuỷ tinh lỏng: TTL là chất dính vô cơ không thuận nghịch, thuộc nhóm chất dính B-1. TTL là dung dịch nước của Silicat kiềm có công thức hoá học Me2O.mSiO2.nH2O. Tính chất của TTL và khả năng tham gia tương tác hoá lý của nó với các chất khác phụ thuộc vào tính chất của Silicat kiềm. Kim loại kiềm có thể là Na, K, Liti. Trong sản xuất đúc thường dùng silicat Natri vì nó rẻ, nhưng có độ bền thấp hơn, đặc biệt trong môi trường ẩm. Cấu trúc SilicatNatri Cấu trúc của Silicat Nattri rất phức tạp. Các lý thuyết cho rằng trong Silicat Natri dạng kính đều có những vùng cấu trúc cao phân tử nhỏ không có tính chu kỳ nhưng có trật tự riêng kiểu khung xương gần với cấu trúc tinh thể. Tuỳ thuộc vào mô đun mà Silicat Natri có cấu trúc mạng không gian hay cấu trúc mạch vòng. Cấu trúc của Silicat phụ thuộc vào tỷ số giữa ôxít kim loại hoặc kiềm với ôxít Silic, mà nó có thể có dạng mạch dài, mạch kép, mạch lưới vòng hay khối không gian vòng. Trong Silicat có hai kiểu liên kết là liên kết ion giữa Natri với ôxy và liên kết iôn cộng hoá trị giữa silic với ôxy. Nếu Silicat Natri giàu ôxít Natri, cấu trúc của nó gồm gốc kiềm hoặc gốc ôxít silic (Si-O-Si) xếp thành lớp được nối với nhau nhờ ôxit Natri. Trong trường hợp này tính chất của nó được quyết định bởi mối liên kết ion. Nếu Silicat Natri nghèo ôxy Natri cấu trúc của nó có dạng khung liên tục . Khi đó tính chất của nó được quyết định bởi mối liên kết ion cộng hoá trị. Hình 1.2. Đưa ra giản đồ trạng thái của hệ Na2O – SiO2, bảng 1.2. là các điểm thuộc giản đồ này. Từ giản đồ trạng thái và các điểm đặc trưng trong giản đồ cho thấy sự tồn tại của 3 loại Silicat là: 2Na2O. SiO2, Na2O.SiO2, Na2O. 2SiO2. Bảng 1.2 Các điểm đặc trưng trong giản đồ trạng thái Na2O-SiO2 Các điểm Pha rắn cân bằngvới pha lỏng Đặc tính của các điểm Thành phần % Nhiệt độ OC A Na2O Chất lỏng không phân huỷ 100 0 1391 B 2 Na2O. SiO2+ Na2O Chất lỏng có phân huỷ 59,3 40,7 1391 C Na2O .Si O2+ Na2O. SiO2 Cùng tinh 56,79 43,1 1293 D Na2O .SiO2 Chất lỏng không phân huỷ 50,9 49,1 1362 E Na2O .SiO2+ Na2O. 2SiO2 Cùng tinh 37,9 62,1 1119 F Na2O .2SiO2 Chất lỏng không phân huỷ 34,04 65,96 1147 G Quắc+ Na2O .2SiO2 Cùng tinh 26,1 73,9 1066 H Quăc+ Na2O.2SiO2 Cùng tinh giả 25,4 74,6 1055 M Quắc Tridimit Biến đổi thù hình 22 78 1143 L Dung dịch rắn của Quắc Cân bằng 3 pha 22 78 941 K Dung dịch rắn của Na2O .SiO2 trong Na2O. SiO2 Cân bằng 3 pha 22 78 1073 J Na2O.2 SiO2, Na2O.SiO2 Biến đổi thù hình 34,4 65,96 951 Hình 1.2. Giản đồ trạng thái Na2O - SiO2 Hình 1.3. Giản đồ 3 nguyên Na2O- SiO2- H2O -Vùng1: Hỗn hợp của Na2O và 2 Na2O.SiO2. -Vùng 2: 2Na2O.SiO2 tinh thể. -Vùng 3: Hỗn hợp của 2 Na2O.SiO2 và thuỷ tinh lỏng. -Vùng 4: Silicat Natri dạng kính. -Vùng 5: Silicat Natri ngậm nước. -Vùng 6: Silicat bị Hyđrat hoá. -Vùng 7: Rắn và lỏng . -Vùng 8: Chất lỏng nhớt. -Vùng 9: Thuỷ tinh lỏng thương mại. -Vùng 10: Dung dịch pha loãng. -Vùng11: Chất lỏng không ổn định. Cấu trúc của thủy tinh lỏng Silicat Natri hoà tan trong nước sẽ phân li thành các cation và anion phức của axit Sililic tạo ra dung dich nước Silicat natri . Hình 1.3. đưa ra giản đồ trạng thái ba nguyên Na2O – SiO2 – H2O. Từ giản đồ trạng thái này cho thấy không tồn tại TTL với mô đun quá cao hoặc quá thấp. Cấu trúc của TTL rất phức tạp. Trước kia nó được coi là hệ keo ưa dung môi gần đây có giả thiết cho rằng nó là dung dịch Polime vô cơ với các cation Na+ và OH+, anion OH ֿ, Silic. Kết quả nghiên cứu bằng quang phổ, độ chịu nén , tính dẫn điện cho thấy TTL là dung dịch thực. Tính chất của thủy tinh lỏng TTL có mầu vàng hoặc mầu trắng xanh. Các chỉ số cơ bản để đánh giá TTL là mô đun (M), tỷ trọng (), độ nhớt () mô đun là đại lượng vật lý đặc trưng cho thành phần hoá học của TTL. Do vậy biết được môđun và tỷ trọng là biết được thành phần cơ bản của TTL. Tính chất của hỗn hợp làm khuôn phụ thuộc nhiều vào thành phần hoá học của TTL tức là phụ thuộc vào môđun của nó. Tuỳ theo mô đun mà trong TTL có thể chứa những phần tử anion Sililic có kích thước khác nhau, do đó chúng có độ nhớt khác nhau. Môđun TTL càng cao các anion Sililic trùng hợp để tạo các phần tử kích thước càng lớn, dẫn tới dung dịch càng nhớt đến một nức nhất định chúng có thể trở thành dung dịch keo. Ví dụ: Tromg môi trường có độ PH > 13,6 và rất loãng monosilicat Na2O.SiO2.H2O có thể bền vững. Khi độ PH<13,6 các monosilicat sẽ trùng hợp tạo thành disilicat Na2O.2SiO2.H2O. Khi Ph < 10,9 các disilicat sẽ lại trùng hợp với nhau tạo nên những polysilicat có kích thước phân tử lớn hơn . - Mô đun: là tỷ số giữa số mol SiO2 với số mol Na2O trong dung dịch thực được xác định theo công thức (1.1). M=% SiO2/% Na2O*1,032 (1.1) Môđun TTL có ảnh hưởng lớn tới các tính chất cơ, hóa, lý của hỗn hợp. Chính vì thế trong sản xuất đòi hỏi môđun TTL phải chính xác. Muốn giảm mô đun TLL dùng NaOH. Khi cho NaOH vào TTL sẽ xảy ra phản ứng theo phương trình: Na2O.m.SiO2+n.NaOH=(1+n/2). Na2O.m. SiO2+n/2. H2O. Lượng Na2O liên kết với SiO2 được tăng lên làm giảm tỷ lệ SiO2/ Na2O do đó làm giảm mô đun TTL. Lượng NaOH khô bổ sung vào TTL được xác định theo công thức(1.2). X = (g/1kgTTL) (1.2) Ở đây: M là mođun cần chế tạo. % SiO2, % Na2O là hàm lượng của Na2O và SiO2 trong TTL ban đầu. Muốn tăng môđun dùng amonclorua. Khi cho amonclorua vào TTL sẽ xảy ra phản ứng sau: Na2O.m.SiO2 + 2NH4Cl → m.SiO2 + 2NaCl +2NH3 +H2O - Tỷ trọng TTL: Là một đại lượng vật lý có thứ nguyên là (kg/m3). không gây ảnh hưởng trực tiếp tới tính chất của TTL mà tác động thông qua độ nhớt. Mối quan hệ giữa môđun và tỷ trọng được xác định theo công thức (1.3): (%H2O/a)+(p/b)=1 (1.3) Trong đó: a=182-M b=(86,31-) c=4,447+2,183.M) p=1+c/(+) % H2O_Hàm lượng nước trong TTL a,b,c: Các hệ số phụ thuộc môđun TTL W0: Số mol nước trên số mol Silicat trong TTL. Xác định theo công thức (1.4). W0=% H2O(62+60*M):18*(100- H2O) (1.4) W1: Hệ số phụ thuộc môđun TTL: W1=1,349M+1,347 Muốn giảm tỷ trọng cần pha thêm nước. Lượng nước bổ xung phụ thuộc vào môđun và tỷ trọng của TTL. Tuy nhiên việc tính toán rất phức tạp, để đơn giản lượng nước đươc bổ xung được tính toán gần đúng theo công thức (1.5): W=(-)/(-1)(ml/100g TTL) (1.5) Trong đó: : Tỷ trọng cần giảm : Tỷ trọng TTL ban đầu. Muốn tăng tỷ trọng phải chưng nó trong các thiết bị đặc biệt để tránh tác dụng hóa học của khí CO2 trong không khí với silicatNatri. Thành phần hoá học của TTL dung trong sản xuất đúc ở MỸ,Liên Xô cũ theo bảng 1.3 và 1.4 . Bảng 1.3: Thành phần hoá học của TTL ở Mỹ M %SiO2 %Na2O %H2O B0 1.6 23.0 14.4 62.4 45.5 2.1 29.0 1 4.7 55.9 50.5 2.4 32.7 13.7 53.2 52.0 2.9 31.9 11.0 56.2 47.0 3.2 28.5 8.8 62.0 41.0 3.7 25.3 6.8 67.4 35.0 Bảng 1.4: Thành phần hoá học của TTL ở Liên Xô cũ Mác %SiO2 %Na2O % H2O (kg/) A 28.231.6 14.214.6 22.3 14801520 B 29.632.8 13.013.2 2.312.6 14701510 C 30.734.0 10.811.2 2.613.0 14701500 - Sử dụng TTL: Thủy tinh lỏng có ưu điểm rẻ, dễ sản xuất, không gâyđộc hại, không làm ô nhiễm môi trường. Trong sản xuất đúc, TTL đươc dùng để làm khuôn, ruột, làm khuôn vỏ gốm trong đúc mẫu chảy, chất dính cho vữa xây lò, đắp gầu rót. TTL có độ bền riêng cao và dễ phân bố đều lên bề mặt cát đúc. b) Cát thạch anh: Là sản phân hủy tự nhiên của đá bởi các tác động của thường xuyên của nắng, mưa, nhiệt độ,…cát tích tụ lại thành mỏ. Cát thạch anh được sử dụng nhiều trong các xưởng đúc. Đứng về mặt kỹ thuật và kinh tế, nó đều đáp ứng được các yêu cầu cơ bản: chịu nóng tốt, sẵn có nên khai thác dễ dàng vận chuyển nhanh chóng, giá thành thấp. Các hạt có kích thước và hình dáng nhất định nhưng đảm bảo độ bền cao. Cát thạch anh có nhược điểm là giãn nở nhiệt nhiều, sinh bụi silic. Thành phần của cát làm khuôn gồm có: Cát thạch anh: Thạch anh là hợp chất hoá học của ôxy và silíc, có công thức hoá học là SiO2. Hình 1.4. Ô cơ bản của cát thạch anh. Thạch anh là một dạng thù hình, tinh thể của SiO2 có dạng tứ diện, tâm là Si+4 bốn đỉnh là Oֿ2. Khối lượng riêng 2,52,8g/cm3, nhiệt độ nóng chảy là 17310C. Cát có mầu vàng nâu hay đen phụ thuộc vào ion kim loại hấp phụ trên bề mặt hạt cát. Nhiệt dung phụ thuộc vào nhiệt độ ở 5000C và 10000C. Độ dẫn điện phụ thuộc vào nhiệt độ và hướng truyền nhiệt. Cát thạch anh khi bị nung nóng có tính chuyển biến thù hình do thay đổi góc trong ô mạng và kèm theo là sự thay đổi thể tích theo sơ đồ sau: Sơ đồ chuyển biến thù hình của cát thạch ở 573 0C ở 870 0C ở 14700C ở 17130C quắc lỏng Tridimit Tridimi 583 0C 1170C q q tăng 0,02% T T tăng 0,2%. 1630C 8700C c c tăng3,7 % q T tăng 0,2 %. 14700C 17310C      T c tăng 16% q vô định hình tăng 15,4% 2.Fensfat: Có công thức hoá học MeO.Al2O3.6SiO2 (Tong đó Me=K,Na). Nhiệt độ nóng chảy 117015500C. Độ dãn nở nhiệt ở 10000C bằng 2,75%. Fensfat làm giảm tính chịu nhiệt . 3. Mica: Ở hai dạng : + Dạng Muskovis (K2O.Al2O3.6 SiO2.H2O). + Dạng Diotit (K2O.6(Mg,FeO).Al2O3..H2O). Mica có khối lượng riêng: 2,73,2(g/cm3), nhiệt độ nóng chảy 115014000C, độ giãn nở nhiệt ở 10000C bằng 1,55%. Mica làm xấu tính chịu nhiệt của cát . 4. Các ôxit sắt : Hematit: Fe2O3 có khối lượng riêng 55,3%g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 15600C. Inmenhit: FeO.TiO2 có khối lượng riêng 4,72(g/cm3). Mannhehit: (Quặng sắt từ) FeO.Fe2O3 có khối lượng riêng 4,9 5,2g/cm3), nhiệt độ nóng chảy 15100C. Hydroxit sắt: n.Fe2O3..x..H2O làm giảm nhiệt độ nóng chảy của cát, người ta đưa hydroxit sắt để chống cháy cát. 5. Cacbonat: Là các muối kim loại CaCO3. Nhiệt độ phân huỷ khoảng 5009000C làm xấu tính chịu nhiệt của cát . Khi phân huỷ sinh ra khí CO2. Thành phần độ hạt: Kích thước hạt được xác định theo bộ sàng tiêu chuẩn và được quy ước bằng chiều rộng của mắt sàng mà cát nằm lại trên sàng đó. Các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,022 mm được gọi là cát bột, các hạt nằm trong dải kích thước 0,022- 3 mm gọi là cát. Bảng1.5: Phân loại cát làm khuôn (OTC 35847-50) Tên cát Nhóm Số hiệu rây Kích thước hạt cát (mm) Cát thô 063 1-063-04 0,1 1 Cát rất to 04 063-04-0315 1,1350,63 Cát to 0315 04-0135-02 0,2 0,4 Cát vừa 02 0135-02-016 0,16 0315 Cát nhỏ 016 02-016-01 0,1 0,2 Cát rất nhỏ 01 016-01-0063 0,063 016 Cát mịn 0063 01-0063-0005 0,05 0,1 Cát bột 005 0063-005-Nhỏ mịn <0,05 Thành phần hóa học: Trong cát ngoài SiO2 ra còn có các thành phần hóa học khác như: Al2O3, MgO, CaO, NaCl, NaCO3,… phần lớn các chất trên đều làm xấu tính chất của cát như: làm giảm độ chịu nóng, tăng độ tạo khí,… Hình dạng và trạng thái bề mặt hạt cát: Hình dạng hạt cát rất khác nhau, chia ra làm bốn loại cát tròn, cát nửa tròn, cát góc cạnh và cát hình phiến. Do thành phần hóa học và tác dụng xâm thực của môi trường mà cát có trạng thái bề mặt khác nhau như cát có bề mặt nhẵn và không nhẵn. Phân loại cát: Cát thường được phân loại theo hàm lượng đất sét, hàm lượng SiO2 và theo thành phần độ hạt. tùy thuộc hàm lượng hàm lượng sét trong cát cũng như SiO2 mà chia ra các loại cát khác nhau (xem bảng 1.6). Bảng 1.6. Phân loại cát thạch anh Tên cát Ký hiệu cấp cát Hàm lượng sét % Hàm lượng SiO2 Tạp chất có hại sunfit(%) oxít kim loại kiềm và kiềm thổ(%) oxit sắt (%) Cát thạch anh Cát thạch anh được tuyển rửa T1C T2C T3C ≤ 0,2 ≤ 0,5 ≤ 1,0 ≥ 98,5 ≥ 98,0 ≥ 97,5 0 0 0 ≤ 0,40 ≤ 0,75 ≤ 1,00 0,20 0,40 0,60 Cát thạch anh 1C 2C 3C 4C ≤ 2 ≤ 2 ≤ 2 ≤ 2 ≥ 97 ≥ 96 ≥ 94 ≥ 90 0 0,025 0,025 - ≤ 1,20 ≤ 1,50 ≤ 2,00 - 0,75 1,00 1,50 - Cát thạch anh fenspat Cf ≤ 2 < 90 - - - Cát gầy Cát nửa mỡ Cát mỡ Cát rất mỡ G NM M RM - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Ảnh hưởng của cát tới tính chất của hỗn hợp làm khuôn đúc: Các loại cát khác nhau có tính chất nhiệt lý của chúng cũng khác nhau. Cát có độ dẫn nhiệt lớn hơn, nhiệt dung cao, tỷ trọng lớn làm cho kim loại lỏng nguội càng nhanh. Độ bền của hỗn hợp làm khuôn phụ thuộc vào kích thước hạt cát, vào trạng thái bề mặt, vào thành phần độ hạt và độ sạch của cát. Cát có độ hạt lớn, tập trung, mặt nhẵn cho hỗn hợp có độ thông khí cao, tính chảy cao. Nếu trong cát có chứa muối NaCO3 sẽ làm nhanh quá trình chuyển biến thù hình của αquắc → αtridimit. 6. Đất sét: Đất sét là sản phẩm của sự phân huỷ tự nhiên các nhan thạch, có độ hạt nhỏ hơn 0,002mm. Qúa trình xuất hiện đất sét giống như của cát. Sét là chất dính thông dụng và được sử dụng nhiều nhất trong sản xuất đúc. Thành phần khoáng đất sét gồm 4 loại chính: Sét montmorillonit. Sét bị phân huỷ ở nhiệt độ 735→850oc, nhiệt độ chảy của sét trong khoảng 1250→1300oc. Sét haloizit: Sét này có có tính dính khá, giữ nước tốt, nhưng phân tán nhanh trong nước sét này thuộc loại trung tính thiên axit pH =5,3→6,6. Sét illit có tính ổn định kém hầu như không hấp thụ ion kiềm, khả năng dính khá, không được sử dụng làm vật liệu chịu lửa, sét có tính trung tính pH =6,8. Sét kaolinit khả năng kết dính khác nhau, khả năng trao đổi cation kém, là vật liệu trung tính, là nguyên liệu cơ bản làm vật liệu chịu lửa, làm gốm sứ… Trong sản xuất đúc làm vật liệu vữa xây lò. Sét làm khuôn thông thường có 2 loại: Sét kaolinit hay còn gọi là sét kaolin, phổ biến được dùng làm khuôn khô hoặc làm khuôn tươi nhưng sản phẩm đúc không đòi hỏi chất lượng cao. Sét montmoillinit: hay còn gọi là sét bentonít, rất tốt cho dùng khuôn tươi và đặc biệt là khi làm trên dây truyền. Thông thường sét làm khuôn phải thoả mãn yêu cầu: + Có tính dính kết cao khi được trộn với cát trong điều kiện cần một lượng nước tối thiểu. + Chịu được tác dụng nhiệt để có thể sử dụng lại và lượng sét chết khi bị tác dụng nhiệt là ít nhất. + Cho hỗn hợp vào làm khuôn có tính tạo hình và mật độ đồng đều. Dễ vận chuyển lưu giữ bảo quản và dễ phân phối chính xác trên dây truyền đúc. + Bù hoà cho sự giãn nở nhiệt của cát silic nhằm chống được các khuyết tật đúc như: Bọng cát, rỗ cát, cháy cát… + Nhanh chóng hình thành màng đất sét - nước bao quanh hạt cát khi trộn hỗn hợp với lượng nước ít nhất. + Cho hỗn hợp làm khuôn có độ bền, độ dẻo, độ in hình cao thoả mãn các yêu cầu của khuôn khi lấy mẫu, vận chuyển ráp và rót. + Cho hỗn hợp làm khuôn có tính dễ phá cao. + Đảm bảo tính kinh tế và thuận lợi trong khai thác vận chuyển và sử dụng. Tuỳ thuộc vào nguồn gốc của cát mà trong cát có lượng đất sét từ 0,5%50%. Ngoài ra còn có các muối NaCl, MgCl2,…làm giảm tính chịu lửa của cát . c) Chất phụ: Chất phụ được dùng để làm tốt hơn một số tính chất đặc biệt cần có của hỗn hợp, hoặc chế một số tính chất không phù hợp của nó. Tạo ảnh hưởng tới tác dụng qua lại giữa kim loại đúc và vật liệu làm khuôn, làm giảm độ bền còn lại , tăng cường tính dễ phá của khuôn và ruột. Những chất phụ thường dùng là: Bột than: Sử dụng chủ yếu trong hỗn hợp làm khuôn đúc gang để chống cháy cát. Cỡ hạt 30%. Tuy nhiên cũng gây ra Nhược điểm: Hỗn hợp làm khuôn chứa bột than có độ thông khí thấp, chứa nhiếu bụi và chịu nóng kém dần . Dầu mazut: Để chống cháy cát trên mặt vật đúc gang và đồng. Nhưng ít được dùng vì sinh nhiều khí, dễ gây rỗ khí trong vật đúc . Bột lưu huỳnh: Đưa vào khi đúc magie trong khuôn cát, có tác dụng ngăn cản quá trình ôxyhoa Manhe trong quá trình rót, kết tinh và làm nguội vật đúc. Mùn cưa: Tăng cường khẳ năng biến dạng của hỗn hợp, hạn chế nứt hay ứng suất trong vật đúc và giảm độ bền còn lại của hỗn hợp, làm vật đúc dễ lấy ra khỏi khuôn, ruột khi phá khuôn. Nhưng làm giảm độ thông khí của khuôn tươi Các chất phụ gia vô cơ có tác dụng đẩy điểm biến mền của màng chất dính về phía nhiệt độ ca, làm không xuất hiện độ bền cực đại lần đầu hoặc giảm độ bền cực đại lần hai. Các chất phụ gia hữu cơ có tác dụng tạo ra lỗ trống không liên tục của màng chất dính, do nó bị cháy sau khi đúc rót, làm giảm độ bền của màng chất dính. d) Khí CO2: Khi CO2 được sử dụng để nghiên cứu là loại khí nguyên chất. Được đóng trong bình chịu áp lực cao. Được mua từ nhiều cơ sở sản xuất. 1.2.3 Cơ chế đóng rắn của hỗn hợp: a) Phương trình phản ứnghóa học Hỗn hợp làm khuôn ruột với chất dính TTL khi thổi khí CO2 sẽ đạt độ bền cao trong thời gian ngắn. Khi thổi CO2 vào sẽ xảy ra phản ứng hoá học với thủy tinh lỏng theo phản ứng (1.6). Na2O.mSiO2.nH2O+CO2m.SiO2. nH2O +NaCO3 +Q (1.6) Hoặc (1.7). Na2O.mSiO2.nH2O+2CO2m.SiO2.(n-1) H2O +2NaHCO3 +Q (1.7) Nguyên lý hoá cứng cuat hỗn hợp khi thổi khí CO2 vào là CO2 lấy Na+ của Slicatnatri và tạo ra axit Silicsic. Axit này có khả năng trùng hợp tạo ra gel. Gel này mất nước và chuyển sang thành thể rắn. Quá trình trùng hợp của axit silisic theo sơ đồ hình 1.5. OH OH OH OH O | | | | | OH-Si –OH+OH-Si - OHOH-Si-O-Si-OH +OH-Si-OH | | | | | OH OH OH OH OH Hình 1.5. Sơ đồ trùng hợp axit silisic b) Ba giai đoạn hình thành keo axit Silisic: Giai đoạn 1: Lúc bắt đầu mỗi hạt một nguyên tử Silic thông qua nguyên tử O2 liên kết với các nguyên tử Silic khác , và mỗi nguyên tử Silic vốn có một tập hợp gốc SiOH ion hoá để hình thành ra (Si8O16)-8. Khi này, sự trung hợp xẩy ra theo mạch thẳng. Giai đoạn 2: Ion (Si8O16)-8 tạo thành hạt nhân của hạt keo, dần phát triển thành hạt keo hình cầu nhờ các nguyên tử oxy ở hai bên. Khi này sự trùng hợp xảy ra theo phương ngang. Giai đoạn 3: Hạt keo hình cầu liên kết lại nhờ các móc xích SiO- hoặc các móc xích H+ ở trên bề mặt, cuối cùng trở thành kết cấu lưới tập thể có nhiều nhánh móc xích phát triển. Khi này sự phát triển của tập hợp các hạt keo silisic theo mạch không gian. Dung dịch Na2CO3 hoặc Na HCO3 sẽ phân bố ở trong các lỗ của kết cấu dạng lưới sẽ kết tinh và tách ra cùng với sự mất đi của nước. Thời gian hoá cứng tuỳ thuộc vào môđun TTL, tỷ trọng của nó, vào kích thước khuôn ruột. Nếu môđun cao tỷ trọng lớn thì thời gian hoá cứng ít hơn. Độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi độ bền liên kết của màng keo nước TTL, nếu các hạt keo dính nhỏ, % nước thấp, hạt keo hình thành từ từ, ứng suất co nhỏ thì độ bền keo axit Silicsic sẽ cao. Theo lý thuyết này, Na2CO3 được hình thành trước. Nếu hỗn hợp chỉ tạo ra NaCO3 thì hỗn hợp có độ bền cao nhất. Khi thổi dư CO2 sẽ tạo ra bicacbonatri NaHCO3 làm giảm độ bền của hỗn hợp. Mặt khác độ bền của hỗn hợp phụ thuộc nhiều vào độ bền của gel Silic. Độ bền keo này phụ thuộc nhiều vào lượng nước chứa trong lỗ gel. Nếu nước nhiều, khi mất nước gel bị co nhiều, gây ứng suất lớn, sẽ làm giảm độ bền liên kết của các hạt keo. Do đó hỗn hợp cần được thổi vào một lượng khí CO2 vừa đủ. Nếu có thể nên xử lý TTL trước khi thổi khí. Theo nguyên lý, này đã tạo ra công nghệ đóng rắn TTL bằng CO2 trong chân không. 1.2.4. Phương pháp thổi khí CO2 Khí CO2 được chứa trong bình chịu áp lực cao, qua ống dẫn và được thổi trực tiếp vào khuôn hoặc ruột. Các cách thổi khí CO2 để đóng rắn khuôn và ruột. Thổi qua ống xiên vào ruột: Khuôn và ruột sau khi làm xong tại bề mặt phân khuôn hay bề mặt giã ruột dùi các lỗ có đường kính 6 – 10 mm, lỗ nọ cách lỗ kia 80 – 90 mm, dùi sâu cách mẫu 10mm. Sau đó thổi khí CO2 vào khuôn ruột qua các lỗ này. Phương pháp này đơn giản trang bị rẻ tiền vì mẫu và hộp ruột không có cấu tạo phức tạp. Tuy nhiên thời gian thổi khí lâu hơn vì phải thực hiện thổi khí vào từng lỗ một. Thổi qua mặt ruột. Thổi qua chùm ống xiên. Thổi vào chụp: Khuôn và ruột sau khi làm xong chụm trong lồng kín để thổi khí CO2. Phương pháp này có ưu điểm là bộ mẫu đơn giản, khuôn ruột được đóng rắn đồng thời, tiết kiệm được CO2, nhưng phức tạp. Thổi vào mặt khuôn. Thổi qua thành mẫu. d c f e b a Hình 1.5: Các phương pháp thổi khí CO2. Các thông số của công nghệ thổi: + Áp suất thổi CO2: P = 1 2 at. + Thời gian thổi CO2: = 35 60(s). + Lưu lượng thổi CO2: Q = 0,5 m3/s, tính theo phần trăm lượng hỗn hợp 0,5%. Nhưng trong thực tế sản xuất do phương pháp thổi thủ công nên không khống chế được lượng khí CO2 thổi ra. Thời gian thổi, áp suất thổi, đường kính lỗ thổi, mật độ lỗ thổi là những yếu tố ảnh hưởng tới chất lưọng khuôn, ruột. Áp xuất thổi phải đủ lớn để khí CO2 thâm nhập được vào toàn bộ thể tích khuôn, ruột, làm cho toàn bộ khuôn ruột được hoá cứng tốt nhất. Thời gian thổi phải đủ lâu để thuỷ tinh lỏng hoá cứng hoàn toàn. Thời gian thổi khí phải vừa đủ. Nếu thời gian ngắn thì sẽ không đảm bảo độ bền khuôn, ruột, còn lâu quá sẽ làm lãng phí CO2 đồng thời làm giảm độ bền khuôn, ruột. Thường thì người công nhân dựa vào kinh nghiệm để lựa chọn thời gian thổi hợp lý. Nếu khuôn lớn thời gian thổi sẽ kéo dài hơn, nói chung thời gian thổi phụ thuộc vào PCO2 và độ lớn nhỏ cuả khuôn, ruột. Nếu quá nhỏ thì khí CO2 chỉ thâm nhập ở bề mặt, gây ra hiện tượng bề mặt khuôn, ruột thì cứng còn bên trong độ bền kém, do nước thuỷ tinh lỏng chưa đóng rắn, dẫn đến chất lượng khuôn, ruột không đảm bảo. Nếu quá lớn sẽ gây xói mòn khuôn, ruột và tăng độ rã bề mặt khuôn, ruột. 1.2.5. Tính chất của hỗn hợp làm khuôn Các tính chất của hỗn hợp như khả năng dẫn nhiệt, khả năng tạo hình, độ bền, dộ thông khí ... sẽ quyết định chất lượng vật đúc. Chính vì thế phải lựa chọn hỗn hợp có tính chất hợp lý, vừa để đáp ứng chỉ tiêu kĩ thuật, đồng thời thỏa mãn về cung ứng vật tư và giá thành hỗn hợp. Người ta phân tính chất hỗn hợp thành ba nhóm sau: a) Tính chất nhiệt lý: Khi rót kim loại lỏng vào khuôn xảy ra quá trình truyền nhiệt từ vật đúc vào khuôn và truyền nhiệt trong khuôn. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, vật liệu trong hỗn hợp làm khuôn phản ứng với nhau hay với kim loại, sẽ tạo ra khí hay hợp chất dẽ chảy trong khuôn đúc. Tốc độ nguội vật đúc ảnh hưởng rất lớn đến chất lưọng vật đúc. Nó được quyết định bởi sự trao đổi nhiệt giữa kim loại đúc và khuôn qua 4 giai đoạn: - KLL điền đày khuôn - KLL nguội - Vật đúc đông đặc - Vật đúc đã đông đặc tới nhiệt độ rỡ khuôn. + Nhiệt dung riêng(C): Là lượng nhiệt cần thiết để làm cho 1 đơn vị khối lượng vật chất nóng lên 10C, đặc trưng cho khả năng hấp phụ nhiệt của vật chất. Tuỳ thuộc vào bản chất của các thành phần vật liệu trong hỗn hợp, vào nhiệt độ và độ ẩm của hỗn hợp, nhiệt dung được xác định theo công thức (1.8). Chh = . (Cal/gam.độ) (1.8) Trong đó: Chh: Nhiệt dung của hỗn hợp . Ci : Nhiệt dung của cấu tử i trong hỗn hợp . gi: Hàm lượng cấu tử i có trong hỗn hợp . Nhiệt dung của hỗn hợp phụ thuộc vào độ ẩm theo công thức (1.9). C0 = Cw .+. (1.9) Tong đó: W: Độ ẩm của hỗn hợp . Cw=0 : Nhiệt dung của hỗn hợp khi độ ẩm =0. C0: Nhiệt dung của hỗn hợp ở độ ẩm w. + Độ dẫn nhiệt (): Là nhiệt lượng đi qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian khi có độ chênh lệch nhiệt độ trên một đơn vị chiều dài. Độ dẫn nhiệt đặc trưng cho khẳ năng truyền nhiệt của hỗn hợp. =tn +dl +bức xạ. (1.10) tn : Dẫn nhiệt truyền nhiệt: Khi tăng nhiệt độ, độ dẫn nhiệt bằng truyền nhiệt của cát lại giảm, còn lại các thành phần truyền nhiệt khác (truyền nhiệt bức xạ, truyền nhiệt đối lưu) trong hỗn hợp lại tăng. Cho nên, ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ truyền nhiệt của hỗn hợp làm khuôn là rất khác nhau, nó phụ thuộc vào bản chất từng cấu tử trong hỗn hợp làm khuôn. Mặt khác, độ xốp của hỗn hợp càng lớn, thì độ dẫn nhiệt tăng chậm, khi nhiệt độ tăng. Khi ở nhiệt độ thấp độ dẫn nhiệt bằng truyền nhiệt lại nhỏ. dl: Dẫn nhiệt đối lưu: Dẫn nhiệt đối lưu tự do gây ra bởi sự khác nhau về nhiệt độ, còn dẫn nhiệt đối lưu bắt buộc gây ra bởi sức ép từ bên trong. Do truyền nhiệt đối lưu chịu ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, độ xốp, mà độ xốp của hỗn hợp lại phụ thuộc vào thành phần độ hạt của cát cũng như vào các cấu tử khác, thành phần hỗn hợp và độ hạt của cát có ảnh hưởng tới truyền nhiệt đối lưu. Nếu cát có kích thước hạt to, đồng đều thì dẫn nhiệt bằng đối lưu tăng do có độ xốp lớn. Độ dẫn nhiệt đối lưu hiệu quả phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức (1.11. hq= .dl(1+A.T) (1.11) Trong đó: A : Là hằng số . T: Độ chênh về nhiệt độ . bức xạ: Độ dẫn nhiệt bức xạ -Bức xạ từ bề mặt vật đúc đến bề mặt hạt cát: Chỉ ảnh hưởng tức thời trong thời điểm rót . -Bức xạ giữa các bề mặt hạt cát với nhau: Có ảnh hưởng rất lớn tới độ dẫn nhiệt của hỗn hợp làm khuôn . Năng lượng bức xạ: Qbx= bx(T1-T2).F Qbx= C.F.e. T4 T4= bx= Vậy : bx = (1.12) Trong đó: C=4,9(Kcal/h.m2.0C) F: Diện tích bề mặt bức xạ. e: Độ đen bức xạ . =1: Hệ số góc bức xạ . T1: Nhiệt độ của vật bức xạ , T2: Nhiệt độ của môi trường xung quanh. + Ðộ dẫn nhiệt độ(a): Độ dẫn nhiệt độ là mức nâng nhiệt độ của một đơn vị trọng lượng vật chất trong một đơn vị thời gian, được tính theo công thức (1.13). a= (1.13) Trong đó: : Độ dẫn nhiệt của hỗn hợp . C: Nhiệt dung của hỗn hợp. : Khối lượng riêng của hỗn hợp. Độ dẫn nhiệt độ chủ yếu phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt, vì nhiệt dung của hỗn hợp thay đổi không đáng kể, khi tăng độ đầm chặt thì độ dẫn nhiệt độ giảm. + Độ chịu nóng: Là khẳ năng chịu đựng của vật liệu trước tác dụng của nhiệt độ cao mà không bị chảy mềm. Nó phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như: Thành phần khoáng chất, độ mịn của hạt, tốc độ nung, áp lực khi nung ... Độ hạt của hỗn hợp càng nhỏ, hỗn hợp bị nung càng nhanh, độ chịu nóng của hỗn hợp càng nhỏ. Đối với cát làm khuôn, thành phần khoáng chất trong hỗn hợp là yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến độ chịu nóng. Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào các quá trính hoá lý xảy ra ở bề mặt tiếp xúc giữa kim loại và vật liệu làm khuôn. + Khối lượng riêng của hỗn hợp: Là khối lượng của một đơn vị thể tích. Nó gây ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp tới chế độ nhiệt của khuôn đúc. Khối lượng riêng của hỗn hợp phụ thuộc vào khối lượng riêng và thành phần của các cấu tử trong hõn hợp và được xác định theo công thức (1.14). hh= (1.14) Trong đó: : Khối lượng riêng của cấu tử thứ i. gi: Hàm lượng của cấu tử thứ i trong hỗn hợp . hh: Phụ thuộc vào độ dầm chặt của hỗn hợp theo công thức (1.15). (1.15) Trong đó: ,: Khối lượng riêng của hỗn hợp ở độ đầm chặt S1, S2. c: Hằng số Khi Độ đầm chặt của hỗn hợp đạt tối đa thì bằng 2500(kg/cm3). Khi độ xốp (O) bằng 60% thì bằng 1500(kg/cm3). Độ đầm chặt tối đa là độ đầm chặt mà tại áp suất đó sẽ đạt độ dằm chặt đa, thì hạt cát bị phá huỷ . =1500(kg/cm3) với làm khuôn bằng tay. =1600(kg/cm3) với làm khuôn bằng máy. =18001850(kg/cm3) khuôn cao áp . + Khả năng tích nhiệt của khuôn (b): Là khả năng của khuôn nhận được nhiều hay ít nhiệt từ vật đúc. Khả năng tích nhiệt của khuôn quyết định đến quá trình kết tinh và đông đặc của vật đúc: b=(cal/cm2.s2.c). (1.16) b) Tính chất cơ học: + Độ bền (σb): Là khả năng chống lại tác dụng của ngoại lực. Trong hỗn hợp độ bền có được là do sự liên kết giữa chất dính với các phần tử khác trong hỗn hợp và trong sự liên kết trong nội bộ các phần tử đó. Hỗn hợp làm khuôn ruột phải có độ bền nhất định và được xác định theo công thức (1.17). Rz =n.S.Bz (1.17) Trong đó : n: Số tiết diện trong một diện tích mẫu thử ở phương vuông góc với lực phá hủy. S: Diện tích hình chiếu của một tiếp điểm lên mặt phẳng vuông góc với lực phá hủy. Nó phụ thuộc vào chiều dày lớp chất dính bao quanh hạt cát, đường kính hạt cát và độ dầm chặt. Bz: Độ bền riêng của chất dính . Lực liên kết giữa chất dính với hạt cát gọi là lực dính kết K. Lực liên kết trong nội tại chất dính gọi là lực liên kết. Trong thực tế khi kéo mẫu hử sẽ xẩy ra ba trường hợp sau: A = K nếu như độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi cả độ bền lực liên kết và dính kết. Đây là trường hợp của hỗn hợp cát – sét. A > k nếu như độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi độ bền kiên kết. Đây là trường hợp của hỗn hợp cát - nước thủy tinh, vì thủy tinh lỏng dính kết tốt lên hạt cát. A < k nếu như độ bền của hỗn hợp được đặc trưng bởi độ bền dính kết. Đây là trường hợp của hỗn hợp cát nhựa hoặc cts dầu, vì nhựa và dầu dính bám kém lên bề mặt hạt cát. Độ bền của hỗn hợp phụ thuộc vào mô đun, tỷ trọng và hàm lượng thủy tinh lỏng. + Độ bền kéo (σσ): σk = (1.18) Trong đó: σ: Độ bền riêng của chất dính. δ: Chiều dày chất dính . m: Số điểm tiếp xúc. d: Đường kính hạt cát . + Độ bền riêng: Là độ bền ở điều kiện tối ưu và tính cho 1% chất dính. δcát= δ1.tg2(45-φ/2) – 2.C.tg(45-φ/2) (1.19) δ1 = 2.C. tg((45-φ/2) = 2.C.cotg(45-φ/2) ( 1.20) Trong đó: φ: Góc ma sát trong. C: Lực liên kết cấu trúc. + Độ bền tươi: Là độ bền của hỗn hợp được đánh giá ngay sau khi trộn hỗn hợp xong, khi này chưa xảy ra phản ứng đóng cứng chất dính. Độ bền tươi của hỗn hợp cát-nước TTL phụ thuộc vào: Bản chất chất dính: Khi tăng tỷ trọng, môđun TTL thì độ bền của hỗn hợp tăng. Hàm lượng chất dính: Hàm lượng chất dính tăng thì độ bền hỗn hợp tăng nhưng nếu tăng quá giới hạn cho phép thì độ bền hỗn hợp lại giảm. Thành phần kích thước hạt. Độ dầm chặt. + Độ bền khô: Là độ bền của hỗn hợp sau khi sấy và làm nguội đến nhiệt độ thường, hoặc độ bền của hỗn hợp ở trạng thái đã xảy ra phản ứng đóng rắn chất dính. Độ bền khô giữ được cho khuôn hình dáng trước tác dụng của ngoại lực khi vận chuyển, lắp ráp và ráp khuôn và khi rót khuôn. Độ bền khô phụ thuộc vào lượng nước trong hỗn hợp. Lượng nước càng cao, độ bền khô của hỗn hợp càng giảm. Tốc độ nung và làm nguội càng nhỏ độ bền khô của hỗn hợp càng lớn. Ngoài ra độ hạt cát càng lớn thì độ bền khô càng tăng do khi sấy nước vận chuyển ra ngoài dễ dàng. + Độ bền nung: Là độ bền của hỗn hợp ở trạng thái nung trong khoảng từ nhiệt độ bắt đầu mất nước liên kết đến nhiệt độ làm việc của khuôn khi rót kim loại. Độ bền nung giúp khuôn không bị phá hủy khi làm việc dưới tác dụng của cơ và nhiệt, của dòng kim loại khi điền đầy khuôn, của áp suất cột kim loại,…. + Độ bền nguội: Là độ bền của hỗn hợp làm khuôn sau khi được nung nóng đến nhiệt độ cao giữ một thời gian rồi làm nguội đến nhiệt độ thường. Nó ảnh hưởng lớn đến năng xuất lao động và điều kiện lao động ở khâu phá khuôn, làm sạch vật đúc và tái sinh hỗn hợp cũ. Đối với hỗn hợp cát - nước TTL việc giảm độ bền nguội trở thành vấn đề thời sự và là đối tượng của nhiều công trình nghiên cứu vì độ bền nguội của hỗn hợp này rất lớn. Một số biện pháp làm giảm công phá dỡ khuôn: Giảm tới mức thấp nhất hay loại bỏ hoàn toàn lớp hỗn hợp cát đệm (làm khuôn vỏ mỏng hay ruột rỗng) giúp độ thông khí của khuôn tăng; Giảm lượng nước TTL trong hỗn hợp tới mức có thể để khuôn vẫn đủ độ bền cần thiết; Dùng một số biện pháp làm giảm độ bền còn lại khác như: Nung toàn bộ khuôn đến nhiệt độ 4006000C để những phần khuôn không bị kim loại đúc nung nóng đến 3500C cũng có độ bền nguội cực tiểu. Cho vào hỗn hợp một số hóa chất như: Các ôxít :SiO2, Al2O3, MgO, thường người ta dùng 34% đất sét. Có tác dụng nâng cao nhiệt độ tạo pha lỏng và nâng cao độ sệt của pha lỏng khó điền đầy các khe nứt tạo thành trong hỗn hợp làm giảm độ bền nguội. Độ bền nguội của hỗn hợp cát - nước TTL còn phụ thuộc vào mô đun, hàm lượng nước thủy tinh, độ hạt cát và tốc độ làm nguội. c). Tính chất công nghệ: Để quy trình chế tạo khuôn ruột được tiến hành dễ dàng hỗn hợp cần có một số tính chất công nghệ sau: + Khả năng tạo hình: Là khả năng tạo được những hình dạng nhất định dưới tác dụng của lực biến dạng. Tính chất này rất quan trọng khi hỗn hợp được sử dụng để chế tạo khuôn, ruột phức tạp và được đánh giá qua khả năng điền đầy hay chảy loãng của hỗn hợp . + Độ thông khí của hỗn hợp: Là khả năng cho khí đi qua hỗn hợp. Khi rót kim loại vào khuôn bản thân kim loại cũng mang một lượng khí nhất định vào khuôn nhờ khả năng hòa tan khí ở trạng thái lỏng, và khí từ môi trường cuốn vào do tác dụng cơ học của dòng kim loại. Mặt khác, trong lỗ khuôn và khuôn cũng chứa một lượng khí nhất đinh. Khi rót khuôn, lớp hõn hợp khuôn tiếp xúc với kim loại lỏng sẽ sinh khí làm áp suất khí trong khuôn tăng. Khí này sẽ thoát ra ngoài bằng cách chui vào hốc khuôn nơi mặt thoáng của kim loại lỏng, hay đi qua khuôn ra ngoài nhờ hệ thỗng lỗ mao rỗng hay hệ thống lỗ hơi được tạo ra trong khuôn. Nếu sức cản chuyển động của các chất khí và hơi nước vào khuôn lớn hơn sức cản chuyển động của các chất khí qua kim loại thì khí chui vào kim loại lỏng và vật đúc có thể xuất hiện rỗ khí. Do đó hỗn hợp làm khuôn phải có độ thông khí lớn và độ sinh khí nhỏ. Độ thông khí là một trong các chỉ số tiêu chuẩn phổ biến đánh giá chất lượng hỗn hợp. nó được xác đinh theo công thức (1.21). Q = C. (1.21) Trong đó: Q: Khối lượng chất lỏng nhớt đi qua lỗ mao dẫn. C: Hằng số : Thời gian để lượng chất lỏng Q đi qua hêt. p1: áp suất trước mẫu thử p2: áp suất sau mẫu thử r: bán kính lỗ mao dẫn : Độ nhớt của chất lỏng l: chiều dài lỗ mao dẫn. + Độ rỗng: Hỗn hợp làm khuôn là hệ thống lỗ rỗng, nên trong khuôn còn có độp xốp hay độ rỗng. Độ rỗng là tỷ số giữa thể tích các lỗ rỗng (V0) trong một đơn vị thể tích hỗn hợp (V) được xác định theo công thức (1.22). P= (1.22) + Tuổi xuân của hỗn hợp: Là khoảng thời gian mà hỗn hợp còn giữ được tính chất hóa lý như ban đầu mới tạo ra. Hỗn hợp mới được chế tạo ra, khi để tiếp xúc với không khí, thủy tinh lỏng sẽ tác dụng với oxy trong không khí, làm cho hỗn hợp chết. Vì vậy hỗn hợp ché tạo ra càng sử dụng sớm càng tốt. Trong thực tế, khi sản xuất thủ công, người ta thường dùng biện pháp che phủ kín hỗn hợp tránh để nó tiếp xúc với không khí. Tuổi xuân của hỗn hợp phụ thuộc chủ yếu vào vào môđun và tỷ trọng của thủy tinh lỏng. + Áp suất khí trong khuôn : Khí tạo ra trong khuôn sinh ra trường áp lực khí tác động lên các phần tử trong hỗn hợp làm khuôn. Nếu áp lực khí trong khuôn lớn đủ thão mãn điều kiện theo công thức (1.23) thì khí dễ dàng chui vào kim loại lỏng gây ra rỗ khí trng vật đúc. Pk >P1 + P2 + σ (1.23) + Độ tạo khí: Là lượng khí được tạo ra từ một đơn vị khối lượng hỗn hợp khi nung hỗn hợp ấy ở nhiệt độ cao. Khí được tạo ra do cháy các chất dính, các chất phụ hữa cơ, do thăng hoa của các chất bốc, do sự phân hủy các hợp chất hóa học tạo khí, do nước hóa hơi. Khi tốc độ tạo khí lớn sẽ gây áp lực khí trong khuôn tăng tức thời, do đó gây ra rỗ khí trong vật đúc. + Tính phá dỡ của khuôn: Độ bền của hỗn hợp cát-thủy tinh lỏng ở nhiệt độ cao rất lớn, gây khó khăn cho việc phá dỡ khuôn, ruột. Để khắc phục nhược điểm này có thể đưa vào hỗn hợp các chất phụ gia làm tốt tính phá dỡ của hỗn hợp hoặc làm giảm được tỷ lệ TTL trong hỗn hợp. + Tính chảy của hỗn hợp: Là khả năng điền đầy khuôn của hỗn hợp. Tính chảy phụ thuộc vào trạng thái ứng suất và xuất hiện khi có điều kiện chảy. Tính chảy cao rất thích hợp cho khả năng chuyên môn hóa, tự đông hóa và làm giảm công dằm chặt khuôn. + Tính lún: Là khả năng lún lại được trong quá trình vật đúc co. Tính lún có tác dụng không gây ra ứng suất cản co trong vật đúc. Bảng 1.7. Thành phần và cơ tính của hỗn hợp trong công nghệ CO2 Tỷ lệ phối liệu Tính năng Úng dụng Cát mới TTL NaOH nồng độ 15-30% Dầu mazút Ben tonit hoặc cao lanh Độ ẩm % Độ thong khí Độ bền nến tươi (Kpa) Độ bền nén sau hóa cứng (Mpa) Nhóm cỡ hạt Lượng dùng 15 100 8-9 0.7 - 4-5 4-5 >100 25-30 >15 Cát áo ruột đúc thép lớn 30 100 6.5-7.5 - - - 4.5-5.5 >100 5-15 - Cát áo khuôn đúc thép 100 7 0.75-1 0.5-1 3 4.5-5.5 >200 17-23 >1 100 4-4.5 Phụ gia vỡ vụn 3 Nước 0.6-0.4 - <3.5 >150 - >1 100 Nước TTL dẽ vỡ Nước 1-1.5 Phụ gia vỡ vụn1 - - - 5.5 >1.3 Tỷ lệ phối liệu Tính năng ứng dụng Cát mới TTL Nước TTL biến tính NaOH nồng độ 15-30% Dầu ma zút Ben to nit hoặc cao lanh Độ ẩm Độ thong khí Độ bền nén tươi (Kpa) Độ bền nén sau hóa cứng (Mpa) Nhóm cỡ hạt Lượng dùng 30 100 Nước TTL biến tính - - - 3.5-4.2 >245 7 >1.3 Cát áo Cát tái sinh 30 70 8 - - 1-2 3.8-4.4 >100 8-12 >3 21 cát cũ 50 50 4.5-5.5 - - 1-2 4-6 >80 25-40 - <1 tấn 21 cát cũ 50 50 5.5-6.5 Bột than 2-4 1-2 4-6 >80 25-40 - <1 tấn 60 40 5-6 - 2-4 4-6 >100 30-50 - Khuôn đúc gang1-1.5 tấn 1.2.6. Thành phần hỗn hợp khô nhanh Thành phần hỗn hợp làm khuôn khÔ nhanh gồm có cát, thủy tinh lỏng và chất phụ gia. NaOH đưa vào để làm tăng khả năng thấm ướt của thủy tinh lỏng lên bề mặt cát. Dầu ma zut đưa vào để chống dính bám hỗn hợp vào mẫu và làm tăng tính phá dỡ của khuôn. Đất sét đưa vào để làm tăng độ bền tươi. Bột than đưa vào để làm tăng tính phá dỡ. Một số kiểu thành phần và cơ tính của hỗn hợp khô nhanh được dùng ở Liên xô cũ cho trong bảng 1.7. Hiện nay ở nước ta do thủy tinh lỏng có chất lượng kem, nên lượng thủy tinh tron hỗn hợp thường chiếm 8 – 10%. 1.3. CÔNG NGHỆ CO2 Công nghệ CO2 là công nghệ chế tạo khuôn ruột từ hỗn hợp cát - TTL và đóng bằng CO2. Các bước thao tác chế tạo khuôn ruột theo công nghệ CO2 như sau: Chế tạo hỗn hợp . Đổ hỗn hợp vào khuôn , ruột và dầm chặt . Dùi lỗ thổi khí Thổi khí CO2. Lấy mẫu hoặc tháo hộp ruột . Sơn khuôn ruột nếu cần . Ráp khuôn ruột và rót kim loại lỏng . Phá khuôn làm sạch và gia công sửa chưã vật đúc 1.3.1. Công nghệ chế tạo hỗn hợp Hỗn hợp được trộn bằng máy trộn cánh hoặc máy trộn con lăn. Thứ tự và thời gian trộn hỗn hợp như sau: Đầu tiên cho cát đã được xử lý vào rồi cho máy chạy 1 – 2 phút, sau đó cho các chất phụ dạng bột vào trộn trong khoảng 2 phút, sau đó cho dung dịch xút vào (nếu có) trộn 2-3 phút, sau đó cho thủy tinh lỏng vào trộn 5 – 7 phút. Thời gian trộn nên ngắn nhất có thể. Nếu kéo dài thời gian trộn, thì độ bền sau hoá cứng sẽ giảm, do trong quá trình trộn cát có thể bị vỡ, mặt khác thủy tinh lỏng bị tác dụng với khí CO2 trong không khí làm đông cứng một phần. Hỗn hợp trộn ra, nếu làm khuôn thủ công thì phải cho vào thùng rồi phủ kín, hoặc cho vào bao tải, tránh để hỗn hợp tiếp xúc với không khí. 1.3.2. Chế tạo khuôn ruột Khuôn ruột được chế tạo theo các nguyên công sau: Kiểm tra mẫu và hộp ruột xem có đầy đủ nguyên ven không, sau đó lau sạch chúng và bôi chất cách mẫu lên mẫu và hộp ruột. Đặt mẫu lên tấm mạp rồi đặt hòm khuôn lên, hoặc lắp ghép hộp ruột lại. Cho một lớp cát vào rồi dùng tay ấn đều cát vào mẫu hoặc các chỗ ngóc ngách trong mẫu. Đặt xương cho khuôn hoặc cho ruột nếu cần thiết Đổ tiếp cát vào khuôn ruột và đầm cho đến đầy Gạt cát thừa trên mặt khuôn hoặc ruột Dùi lỗ thổi. Lỗ nọ cách lỗ kia từ 80 – 90 mm. Lỗ có thể dùi sâu gần đến mẫu. Cắm vòi vào lỗ thổi và mở van khí để thổi khí CO2 vào khuôn ruột. Áp suất khí thổi vào phải đảm bảo nằm trong khoảng 1,5 – 2 kG/cm2. Thời gian thổi khí mỗi lỗ trong khoảng 30 giây – 90 giây tùy thuộc vào độ dày của khuôn. Thổi lần lượt cho đến khi xong thì thôi. Lấy mẫu hoặc tháo hộp ruột. Sơn khuôn ruột. Sơn khuôn thường là sơn cháy dung môi cồn. Bột chịu lửa được chọn theo hợp kim đúc. Nếu đúc thép Mn thì bột chịu lửa là manhezit, nếu đúc thép hợp kim thì thường là bột Zircon, nếu đúc thép cac bon là nọt thạch anh. Sơn bằng chổi quét tay, hoặc bằng súng phun. Sau khi sơn xong đốt khuôn ruột cho đến khi cháy xong thì mang khuôn ruột đi ráp khuôn. 1.3.3. Ráp, rót, dỡ khuôn và làm sạch vật đúc a) Ráp khuôn: Khuôn ruột làm xong phải được kiểm tra lại cẩn thận, nếu bị sứt mẻ nhẹ thì vá lại rồi sấy lại, nếu bị hỏng nặng thì bỏ. Phải thổi sạch cát bám trên khuôn ruột sau đó đặt ruột vào khuôn. Phải kiểm tra kích thước của khuôn, của ruột và chiều dày thành khuôn cũng như chiều dày thành vật đúc. Sau đó đè khuôn và che lỗ rót lại. b) Rót khuôn: Bỏ miếng che lỗ rót ra. Gạt xỉ trong gầu rót. Rót đều tay lúc đầu rót nhanh sau rót chậm. Rót liên tục. c) Dỡ khuôn: Để vật đúc nguội đến nhiệt độ dỡ thì dỡ vật đúc ra khỏi khuôn. Nên dỡ ở nhiệt độ cao để tránh nứt cho vật đúc và hỗn hợp cũng dễ rơi ra khỏi vật đúc. d) Làm sạch vật đúc: Vật đúc đúc ra phải loại bỏ ba via, đậu rót, đậu ngót. Việc loại bỏ via và đậu sẽ được thực hiện với các công cụ khác nhau. nếu vật đúc bằng gang thì loại bỏ via và đậu bằng bú đập. Nếu là thép thì phải dùng máy mài via, dùng mỏ đốt cắt đậu. Để làm sạch bề mặt vật đúc thường dùng paraban hoặc máy phun bi. Loại bỏ ruột ra khỏi vật đúc có thể bằng đục tay, hoặc bằng máy phun bi. 1.3.4. Xử lý nhiệt và kiểm tra sản phẩm a) Xử lý nhiệt: Vật đúc sau khi làm sạch xong sẽ được ủ khử ứng suất hoặc tôi ram theo chế độ đặc biệt tùy thuộc vào hợp kim đúc. Ví dụ khi đúc gang xám thường có thể để hóa già tự nhiên hoặc ủ để khử ứng suất. Khi đúc gang dẻo phải ủ. Khi đúc thép phải ủ khử ứng suất, khi đúc thép mangan phải tôi ... b) Kiểm tra vật đúc: Vật đúc sau khi dỡ ra đã kiểm tra xem có thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật không. Nếu không đạt kỹ thuật phải loại ngay. Sau đó ở các khâu xử lý nhiệt tiếp theo thì sau nguyên công đó lại phải kiểm tra. c) Sửa chữa vật đúc: Đối với các vật đúc từ thép hoặc kim loại mầu, nếu khi đúc bị phát hiện rỗ ngót hoặc đôi chỗ rỗ khí có thể hàn đắp lại bằng các hợp kim cùng loại. 1.3.5 Các dạng khuyết tật khi đúc theo công nghệ CO2 + Tuổi sống của hỗn hợp quá ngắn: Do nhiệt độ cát cao, mođun, tỷ trọng TTL cao, thời gian trộn hỗn hợp dài, nhiệt độ môi trường cao, độ ẩm môi trường thấp, bảo quản hỗn hợp trộn ra kém. Khắc phục: Để cát nguội đến nhiệt độ thường, nên dùng TTL có môđun thấp khi trời nóng và khi hanh khô, giảm bớt thời gian trộn tới mức cho phép,…. + Khuôn ruột không đóng cứng do: Nước trong hỗn hợp nhiều, môđun và tỷ trọng TTL thấp, nhiệt độ môi trường thấp và nhiệt độ môi trường quá cao. Khắc phục: Dùng cát khô, dùng môđun, tỷ trọng TTL cao, sấy cát đến nhiệt độ 300C. + Hỗn hợp dính mẫu và hộp ruột: Do lượng TTL nhiều, tỷ trọng thấp, không sơn mẫu. Khắc phục: Dùng cát khô, dùng chất cách mẫu thích hợp, dùng TTL có tỷ trọng cao. + Độ rã bề mặt cao: Do tỷ trọng TTL thấp, môđun cao, thời gian thổi CO2 quá dài, lượng TTL ít. + Vật đúc bị rỗ khí: Do nước dư trong hỗn hợp cao, độ thông khí của khuôn, ruột kém. Khắc phục: Sử dụng cát sấy khô,tăng lỗ thoát khí, sử dụng cát cỡ hạt đồng đều,khi cần phải sấy khuôn, ruột. + Cháy dính cát trên vật đúc: Do lượng nước TTL nhiều, cát có %SiO2 thấp, chứa hạt bụi, kích thước hạt cát nhỏ. Khắc phục: Sơn khuôn, ruột. + Khó phá dỡ vật đúc: Do lượng TTL trong hỗn hợp cao, cát bị chảy dính. Khắc phục: Làm tốt tính phá dỡ hỗn hợp cho phù hợp, giảm hàm lượng TTL, thêm chất phu gia, dỡ vật đúc sớm, thay cát thạch anh bằng các loại cát khác có độ chịu lửa cao. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ ĐÚC 2.1. Các nguyên tắc khi thiết kế công nghệ đúc Thiết kế công nghệ đúc là một khâu rất quan trọng trong quá trình sản xuất vật đúc, nó quyết định công nghệ chế tạo khuôn và chất lượng vật đúc. Muốn sản xuất một chi tiết đúc cần nghiên cứu kỹ tính chất và điều kiện làm việc của nó. Thiết kế công nghệ đúc phải đảm bảo khả năng dễ chế tạo được khuôn, chú ý tới chất lượng vật đúc và hiệu quả kinh tế. 2.1.1 Nghiên cứu bản vẽ chi tiết đúc + Đọc bản vẽ kỹ thuật + Tìm hiểu điều kiện làm việc của chi tiết . + Nghiên cứu đặc điểm của vật liệu chế tạo và yêu cầu cơ, lý tính của chi tiết . + Tìm hiểu cách gia công chi tiết cũng như vị trí giá lắp của chi tiết trong khi gia công cơ khí . 2.1.2 Vị trí đặt vật đúc trong khuôn khi rót Vị trí vật đúc trong khuôn lúc rót thường được chọn theo phương pháp làm khuôn, cách bố trí hệ thống rót, lượng dư gia công cơ khí và lượng dư công nghệ, kích thước của hòm khuôn . + Những phần quan trọng của chi tiết, mà ở đó kim loại cần sít chặt hơn, những bề mặt gia công quan trọng hơn, nên đặt ở phần dưới, hoặc mặt bên của khuôn khi rót. + Khi cần cũng có thể đặt đứng hoặc nghiêng để tránh hiện tượng rỗ xỉ , khí… + Nếu vì một nguyên nhân nào đó mà những mặt sau này cần gia công cơ khí, bắt buộc phải đặt quay về phía trên, thì phải tạo mọi điều kiện để các khuyết tật đúc như rỗ co , rỗ xỉ , rỗ hơi… sau này chỉ xuất hiện ở những phần của vật đúc mà rồi có thể cắt bỏ đi được ( thí dụ : đậu hơi, đậu ngót , phần gia công cơ khí ). + Những vật đúc bằng hợp kim có độ co lớn khi đông, thì lúc rót phải đặt ở vị trí có thể đảm bảo được hướng đông đặc của kim loại ở trong khuôn về phía đậu ngót. Những phần dày nằm ở giữa hoặc bên dưới của hòm khuôn mà không thể đặt đậu ngót trực tiếp được, thì phải dùng đậu ngót bên cạnh kiểu đậu ngót khí quyển hoặc áp lực cao. + Vị trí của vật đúc khi rót phải chọn thế nào để ít tốn kém nhất về vật liệu, về lao động, về vật mẫu và hòm khuôn. + Để tránh rót thiếu, khớp và bọng cát, nên để những thành mỏng và rộng của vật đúc nằm ở phần dưới của khuôn, hoặc nằm nghiêng khi rót. 2.1.3 Vị trí của mẫu khi làm khuôn + Chọn mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu: việc chọn vị trí của mẫu khi làm khuôn cũng như mặt ráp khuôn và mặt phân mẫu có ảnh hưởng lớn đến quá trình kỹ thuật làm khuôn, độ chính xác, của vật đúc. + Chọn mặt chuẩn gia công. + Sai lệch về kích thước, khối lượng của vật đúc và lượng dư gia công. 2.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG RÓT 2.2.1. Chọn vị trí dẫn kim loại vào khuôn Hệ thống rót có tác dụng để dẫn dòng kim loại chảy êm, đồng đều và liên tục vào khuôn đúc. Hệ thống rót còn phải ngăn không cho xỉ và tạp chất khác lọt vào hốc khuôn cùng với kim loại, đồng thời cung cấp kim loại lỏng cho vật đúc trong thời gian đông đặc và điều chỉnh hiện tượng nhiệt khi vật đúc đông nguội. Hệ thống rót phải có khối lượng bé, chiếm ít chỗ trong khuôn, để có thể tận dụng thể tích trong hòm khuôn. Cách chọn dạng và kích thước hệ thống rót đòi hỏi phân tích tỉ mỉ khi thiết kế quá trình chế tạo vật đúc. Khi thiết kế hệ thống rót cho vật đúc bằng thép, do khả năng rơi xỉ vào vật đúc ít, vì xỉ đặc dễ giữ trong gầu rót, nên có thể sử dụng hệ thống rót đơn giản, nhưng cần chú ý đến nhiệt độ cao, độ chảy loãng thấp, khả năng chảy mòn thành khuôn, độ co dài và co thể tích của thép lớn, nên cần suy nghĩ thiết kế hệ thống rót cẩn thận hơn. Hệ thống rót cần đảm bảo điền đầy khuôn êm, không cuộn, xoáy, phun bắn làm hỏng khuôn…. Do vậy ngoài hình dáng vật đúc cần tính đến những yếu tố dưới đây: Để tăng hiệu quả tác dụng của đậu ngót, cần cố gắng dẫn kim loại vào phần vật đúc nằm ngay dưới đậu ngót hay cạnh đậu ngót. Có thể cung cấp kim loại nóng cho đậu ngót bằng cách rót qua rãnh dẫn phụ, hay đơn giản hơn có thể rót ngay vào đậu ngót, có thể dùng đậu ngót phát nhiệt để cho kim loại nóng lâu hơn. Không bố trí rãnh dẫn sát với vật làm nguội để tránh làm giảm hiệu quả của vật làm nguội. Để khuôn đỡ bị xói mòn, nên dẫn kim loại qua nhiều rãnh dẫn và không nên quá dày. Với những vật đúc không lớn và không quá cao, rót từ trên xuống là thích hợp nhất, có lợi cho sự phân bố nhiệt trong vật đúc. Rót đùn tuy ít xói mòn nhưng không phù hợp với hướng đông nên chỉ phù hợp với khuôn tươi. Đúc những vật lớn thường dẫn kim loại qua nhiều rãnh dẫn bố trí ở những mức khác nhau. Đối với những vật đúc bé và trung bình thường dùng kiểu rót bên sườn chú ý không để kim loại chảy trực tiếp vào khuôn. 2.2.2. Tính toán hệ thống rót. Để tính toán hệ thống rót, trước hết phải xác định thời gian rót có lợi nhất đối với vật đúc. Thời gian rót hợp lý được xác định theo công thức (2.1). t = s (2.1) Trong đó: g: chiều dày chính hay trung bình của vật đúc (mm) G: khối lượng vật đúc cùng hệ thống rót, ngót (kg) s :hệ số ( bảng 2.1) Bảng 2.1. Hệ số s phụ thuộc vào vị trí dẫn kim loại Nhiệt độ và độ chảy loãng của kim loại Cách dẫn kim loại Rót xi phông vào phần dày của khuôn Vào một nủa chiều cao của vật đúc Rót trên xuống Rót vào chỗ thành mỏng của vật đúc Bình thường cao 1,3 1,4 – 1,5 1,4 1,5 – 1,6 1,5 – 1,6 1,6 – 1,8 Chú thích: - Trường hợp có nguy cơ tạo thành ứng suất đúc hay rỗ ngót trong vật đúc, hệ số s tăng 0,1 – 0,2 Khuôn kim loại hay khuôn cát có nhiều vật làm nguội thì phải rót nhanh. Xác định thời gian rót kim loại vào khuôn cần tính đến tốc độ dâng của kim loại trong khuôn khi rót. Tốc độ rót được xác định theo công thức (2.2), trong đó C là chiều cao vật đúc, t là thời gian rót khuôn (tính theo (2.1). v = (cm/s) 2.2 Kiểm tra lại tốc độ rót. Nếu bằng hoặc lớn hơn giá trị tốc độ rót cho phép (cho trong bảng 2.2) là được Bảng 2.2. Trị số bé nhất cho phép đối với vật liệu thép là: (cm/s) Chiều dày thành vật đúc v < 4 - 4 – 10 2 10 – 40 1 > 40 0,6 Sau khi xác định thời gian rót không hợp lý, ta tính diện tích rãnh dẫn - Fmin theo công thức (2.3). Fmin = (2.3) Trong đó: G- khối lượng vật đúc kể cả hệ thống rót, ngót (kg) - hệ số trở lực trong của khuôn htb - cột áp suất thủy tĩnh trung bình của kim loại (cm) - tốc độ cung cấp kim loại từ thùng rót (kg/s) Bảng 2.3. Hệ số trở lực của khuôn µ đối với vật liệu thép là Vật đúc Loại khuôn Trở lực khuôn Lớn Trung bình Bé Thép Tươi Khô 0,35 0,41 0,42 0,48 0,50 0,60 Cột áp suất thủy tĩnh trung bình của kim loại htb (cm) trong thời gian rót khuôn được tính theo công thức (2.4). htb = H0 – (2.4) Trong đó: H0 – áp suất thủy tĩnh ban đầu lớn nhất (cm) P – chiều cao của vật đúc trên rãnh dẫn (cm) C – chiều cao của vật đúc khi rót (cm) 2.3. THIẾT KẾ ĐẬU NGÓT 2.3.1. Nguyên tắc thiết kế: Những nguyên tắc cần chú ý khi thiết kế đậu ngót: Đậu ngót được đặt trên phần dày nhất của vật đúc Đậu ngót không làm cản trở sự co tự do của vật đúc Đậu ngót phải dễ cắt và dễ làm sạch vết cắt Đậu ngót còn có thể làm đậu hơi để thoát khí và chất bẩn ra khỏi khuôn, vì vậy nên bố trí đậu ngót ở chỗ cao nhất của vật đúc. Tránh đặt đậu ngót quá sát thành vật đúc tạo nên khe cát mỏng, khi rót bị nung nóng nhiều, dễ sinh rỗ ngót ở thành vật đúc. 2.3.2. Các dạng đậu ngót: Theo kết cấu thì có hai loại đậu ngót trên và đậu ngót bên hông ở dạng kín và hở. Ngoài ra còn có :đậu ngít dễ đập, đậu ngót cách nhiệt và đậu ngót phát nhiệt. Đậu ngót thường: + Đậu ngót trên. Có hai dạng là đậu ngót hở và đậu ngót kín. - Đậu ngót hở: Ưu điểm: Dễ ráp khuôn, có thể kiểm tra trước lúc rót và quan sát được kim loại chảy trong khuôn khi đang rót. Nhược điểm: Chiều cao của đậu ngót phụ thuộc vào chiều cao của hòm khuôn, dễ bị bẩn vì bị rơi vào qua đậu ngót hở. - Đậu ngót trên kín: Thường phần trên của đậu ngót làm nửa hình cầu để giảm bề mặt tiếp xúc của kim loại lỏng với khuôn và hạn chế thể tích đậu ngót. Nó được sử dụng trong các trường hợp: * Hòm khuôn quá cao. * Khi làm trên máy bằng tấm mẫu, phần mẫu nhô ra của đậu ngót hở sẽ làm cản trở sự đầm chặt của hỗn hợp bằng máy. + Đậu ngót bên hông: Được sử dụng trong trường hợp cần bổ sung kim loại cho những nút nhiệt nằm ở phía dưới của khuôn, hay trong trường hợp không thể đặt đậu ngót ở phần trên của vật đúc (vật đúc bị biến dạng hay khó cắt đậu ngót). Trong một số trường hợp nếu sử dụng đậu ngót bên sẽ dễ thực hiện được nguyên tắc đông đặc có hướng giảm chi phí lao động, dễ cắt đậu ngót và làm sạch được vết cắt còn lại. Bên cạnh đó còn giải quyết được một số tính chất về vấn đề tổ chức đảm bảo cơ tính cho vật đúc. Tuy vậy, đậu ngót bên cũng có một số nhược điểm sau: Làm tăng khích thước hòm khuôn do đậu ngót bên chiếm chỗ. Tạo thành những chỗ cát yếu giữa đậu và thành vật đúc, cho nên dễ bị xói lở và dễ bị cháy cát ở khe này do nhiệt độ cao. Có tác dụng kém hơn so với đậu ngót trên vì cột áp suất thủy tĩnh thấp. Đậu ngót bên hông thường kín, phần trên làm thành nửa hình cầu, làm việc với tác dụng của áp suất khí quyển hay áp suất cao tự tạo. b) Đậu ngót dễ đập: Thường áp dụng đối với vật đúc không quan trọng lắm, cỡ bé trung bình. Đối với những vật đúc lớn, quan trọng thì đậu ngót này không sử dụng vì điều kiện bổ sung kim loại cho vật đúc kém hơn so với đậu ngót thông thường. c) Đậu ngít cách nhiệt: Là đậu ngót được chế tạo bằng vật liệu cách nhiệt. d) Đậu nhót phát nhiệt: Là đậu ngót được chế tạo bằng vật liệu phát nhiệt. Ưu điểm của đậu ngít cách nhiệt và đậu ngót phát nhiệt là tiết kiệm kim loại cho đậuu ngót vì hiệu quả bổ ngót cao. 2.3..3 Tính toán thiết kế đậu ngót: Phương pháp của giáo sư Tiệp Khắc Psibưn: H = D = 1,085. (2.5) eH = D = 1,085. (2.6) Trong đó: D: Đường kính đậu ngót (dm) H: Chiều cao của đậu ngót (dm) V: Thể tích phần vật đúc cần bổ sung (dm3) G: Khối lượng vật đúc cần bổ sung (kg) : Độ co của kim loại theo % trong khoảng nhiệt độ rót đến nhiệt độ đông đặc. Đối với thép có: 0,1 %C ß = 0,2 0,35 %C ß = 0,03 0,45 %C ß = 0,043 0,70 %C ß = 0,053 x- hệ số không kinh tế của đậu ngót. Phương pháp đơn giản tính theo Ken: Công thức: k = (2.7) Trong đó: l- chiều dài vật đúc. s- chiều rộng vật đúc. G- bề dày thành vật đúc. 2.4. VẬT LÀM NGUỘI Là một trong những phương tiện để tránh rỗ ngót, đặc biệt thường được sử dụng ở những nơi không thể đặt đậu ngót. Đôi khi vật làm nguội được dùng như một phương tiện chống nứt trong vật đúc. Tùy thuộc vào hình dáng kích thước vật đúc, mà ta có vật làm nguội bên ngoài hoặc bên trong. 2.5.1 Vật làm nguội ngoài. Các nút nhiệt điển hình: Những vật làm nguội ngoài thường nặng và khó giữ, do vậy chiều dày vật làm nguội ngoài nếu là tấm phẳng, thì dày không được quá 60 mm, nếu tròn thì đường kính của vật làm nguội phải nhỏ hơn 45 mm. Chiều dài vật làm nguội không quá 150 – 200 mm. Khoảng cách giữa các mặt làm nguội xem bảng (2.4) Bảng 2.4. Kích thước vật làm nguội ngoài Vật làm nguội ngoài Cỡ (mm) Chiều dài (mm) Khe hở (mm) Trụ tròn Đường kính < 25 “ < 25 – 45 100 – 150 150 – 200 12 – 20 20 – 30 Tấm Chiều dày < 40 “ < 10 – 25 “ >25 100 – 150 150 – 200 200 – 300 6 – 10 10 – 20 20 – 30 Để vật làm nguội không bị rơi dung những râu bằng thép có đường kính 4 – 8 mm và dài 60 – 80 mm. 2.5.2 Vật làm nguội trong Vật làm nguội trong thường bằng thép mềm có 0,1 – 0,2%C. Cần chọn sao cho khối lượng của nó từ 5 – 10% khối lượng nút nhiệt. Nếu vật đúc lớn thì lấy đến 10 – 20%. CHƯƠNG 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đồ án “Khảo sát công nghệ đúc búa nghiền tại Công ty Cổ phần và xây dựng PHÚC SƠN, có mục đích tìm hiểu công nghệ đúc búa nghiền bằng công nghệ CO2. 3.2. ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG KHẢO SÁT 3.2.1. Đối tượng khảo sát: Công nghệ làm khuôn để đúc búa nghiền tại công ty Cổ phần và Xây dựng Phúc sơn Cát biển Nha Trang Thủy tinh lỏng Thái hà Khí CO2 công nghiệp 3.2.2. Nội dung khảo sát Khảo sát tính chất của vật liệu: Với cát làm khuôn cần xác định độ ẩm, thành phần độ hạt, hàm lượng chất bùn. Thiết kế đúc búa nghiền Công nghệ đúc búa nghiền 3.3. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT 3.3.1. Khảo sát tính chất vật liệu a) Xác định độ ẩm: Để xác định độ ẩm của cát dùng phương pháp trọng lượng. Nội dung của phương pháp như sau: Cân 50 hay 100 gam cát nghiên cứu Sấy ở nhiệt độ 105 – 110OC cho đến khô Để nguội trong lò hoặc trong buyồng hút ẩm cho đến nhiệt độ phòng Cân cát sau sấy Bảng 1.16: Kết quả sau khi sấy: TT Khối lượng cát sau khi sấy Độ ẩm(%) mẫu 1 49.96 0,08 mẫu 2 49.93 0,14 mẫu 3 49,92 0,16 Độ ẩm của cát được xác định theo công thức (3.1). Ở đây: QO – khối lượng cát trước khí sấy, gam QS – Khối lượng cát sau sấy, gam Hình 1.8: Lò sấy. b). Phương pháp xác định hàm lượng chất bùn trong cát: Chất bùn bao gồm cả sét lẫn các hạt bụi mà có kích thước <0,02mm. Chất bùn cần phải tách ra khỏi cát trước khi phân tích thành phần độ hạt bằng phương pháp sàng do các hạt bụi có thể dính với nhau hoặc dính vói các hạt cát. Lượng chất bùn được xách định dựa trên nguyên lý sự rơi của vật rắn trong chất lỏng tuân theo định luật Stok.Theo định luật này cần chú ý: - Vật rơi có dạng hình cầu. - Phần tử sa lắng có kích thước lớn hơn rất nhiều so với môi trương sa lắng. - Bình sa lắng có ảnh hưởng tới tốc độ rơi của hạt vì có lực cản ma sát giữa thành bình với môi trường. - Tốc độ rơi không quá lớn. - Nồng độ chất rơi không cao, để không cản trở nhau khi rơi. - Nước có chứa can xi, manhe dễ liên hợp phần tử nhỏ, nên phải cho chất làm chúng dễ phân ly và phải khuấy mạnh. + Theo phương pháp lắng chuẩn: Cân 3 mẫu cát khối lượng 500,01 gam cát đã được khuấy khô ở 1050C – 1100 C cho vào bình dung tích 1 lít, đường kính bình 90-100 mm, đổ vào bình 475cm3 nước lọc và 25cm3 dung dịch NaOH nồng độ 1, đậy nắp bình. Lắp vào máy cho quay với vận tốc 60 vòng /phút trong 1 giờ. Cần chú ý khi lắp bình vào máy sao cho đủ chặt đảm bảo bình không bị vỡ và không bị văng ra khỏi máy khi quay. Tháo bình ra cho thêm nước vào để mực nước trong bình đủ cao 150 mm ( khi cho nước thêm nếu phát hiện cát bám ở trên nắp cần rửa cho chúng trôi vào bình). Để lắng tĩnh trong 10 phút, ( vì thoạt đầu lượng sét trong dd còn nhiều gây cản trở sự sa lắng của các hạt cát, nếu hút đúng thời gian sẽ hút cả cát ra ngoài ). Cho ống xi phông vào cách đáy bình 25 mm, cách mặt thoáng 125cm để hút nước đục ra, ( nếu dể ống xiphông cách đáy không đến 25mm thì cát lắng có thể bị hút mang ra ngoài ). Sau đó đổ nước lọc vào theo đúng mực cũ , dùng đủa thủy tinh quấy đều, rồi để lắng 10 phút, lại dùng ống xiphông hút nước đã làm ở trên. Sau đó lại đổ nước lọc vào bình đến mức cao 150mm như cũ rồi lắc đều, để lắng trong 5 phút, rồi lại dùng ống xiphông hút nước bùn ra. Qúa trình cứ lặp lại như thế (chú ý để bình lắng 5 phút) cho đến khi nước trong bình trong xuốt, rồi rửa hết cát trong bình đổ vào phểu đã đặt sẳn giấy lọc chờ chảy hết nước. Hình 1.7: Phễu lọc. Đặt cả giấy lọc và cát lên đĩa đưa vào lò sấy ở nhiệt độ 1050C – 1100C đến khi khối lương không đổi. Cân lượng cát còn lại với độ chính sác 0,01 g, ghi lại khối lượng. Ta được số liệu như bảng 1.15: Thứ tự Lượng cát Lượng bùn Tỷ lệ Mẫu 1 47,99 2,01 4,02% Mẫu2 48,21 1,79 3,85% Mẫu 3 48,30 1,70 3,4% Hàm lượng chất bùn trong cát được xách định như sau : S= 3.1 Ở đây : Q0 – khối lượng cát ban đầu (g). Q1 – khối lượng cát sau khi rửa (g). c) Xác định thành phần độ hạt Xác định thành phần độ hạt được xác định theo phương pháp sàng phân loại. Cách tiến hành như sau: Cát đã sấy ở trên cho vào bộ sàng tiêu chuẩn. Lắp bộ sàng đã xếp theo đúng thứ tự từ cỡ rây to đến cõ rây nhỏ lên máy. Bắt chặt bộ rây vào máy. Cho máy chạy trong 15 phút. Nhấc từng rây ra và đổ cát trên rây vào từng đĩa cân. Dùng chổi lông quét cát mắc trên rây. Cân cát và ghi kết quả vào bảng số liệu. Cân khối lượng cát của mỗi sàng ta được bảng 1.14: Số rây Khối lượng cát (g) Số rây Khối lượng cát (g) 2.5 0 02 20,77 1.6 0 016 17,25 1 0 01 10,54 063 0 0063 0,35 04 0,27 005 0 1315 0.70 Biểu diễn kết quả trên đồ thị: Hình 1.6: Máy phân loại cát. 3.3.2. Phương pháp khảo sát thiết kế đúc chi tiết búa nghiền Tính tóan thiết kế theo lý thuyết đưa ra trong chương 2 Khảo sát đối chiếu với thực tế bănmgf cách đo trên mẫu và chụp ảnh 3.3.3. Phương pháp khảo sát công nghệ đúc Quan sát ghi chép và chụp ảnh lại trình tự làm khuôn và đúc rót chi tiết búa nghiền tại Công ty Cổ phần và Xây dựng Phúc sơn. CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT BÚA NGHIỀN BI TẠI CÔNG TY PHÚC SƠN 4.1 Công nghệ nấu luyện. sss Vật liệu ban đầu gồm: Thép Γ13 là thép Fero man gan (Fe – Mn ) loại FeMn80; Fero Titan loại FeTi30; Fero crom loại FeCr70; W kim loại cỡ hạt <10; Fe – R (Ce 28) cỡ hạt <10; điện cự tăng %C. * Tính toán phối liệu cho mẻ liệu nấu Thành phần yêu cầu: %C: 0,9 – 1,1 %W: 0,3 – 0,4 %P: <0,05 %Mn: 13 – 15 %Ti: 0,1 – 0,2 %Ni: 0,8 – 1,0 %Si: < 0,6 %Cr: 1,4 – 1,6 %Ce: 0,1 – 0,205 Nguyên liệu chính tính cho một mẻ nấu: Như bảng 1.17: Nguyên liệu được nấu trong lò điện trung tần, khối lượng mỗi mẻ nấu 1tấn/mẻ. Dùng FeMn 80 %; Fero Titan loại FeTi 30 %; Fero crom loại FeCr 70 %; FeNi 65 %; các nguyên liệu nhỏ như: Al, C, than có tổng khối lượng = 15kg. Nguyên liệu Khối lượng(kg) Nguyên liệu Khối lượng(kg) Mn 130 – 150 Cr 14 – 16 FeMn80% 170 FeCr70% 24 Ti 1 – 2 Ni 8 – 10 FeTi30% 7 FeNi65% 12 W 4 FeTi 4 Bảng 1.17: Nguyên liệu mẻ nấu. Thành phần thép liệu còn lại là: 1000 – (170 + 7 + 4 + 24 + 12 + 4 + 15) = 764 (kg). 4.1.2 Quy trình nấu luyện. Quy trình nấu thép trong lò điện cảm ứng được chia làm nhiều thời kỳ: Chất liệu, nấu chảy, oxy hóa và tinh luyện. a. Chất liệu: + Thành phần hóa học: Thành phần hóa học của nguyên vật liệu đem nấu cũng như sự phối liệu phải chính xác vì thời gian nấu nhanh, không kịp phân tích hóa học tất cả các nguyên tố mà thường chỉ phân tích được các nguyên tố như: C, Mn, Si. Liệu cho vào lò phải đảm bảo các yêu cầu như: - Kích thước liệu phù hợp với dòng điện. - Lò càng bé, liệu càng bé, tần số càng lớn. - Lò càng lớn, liệu càng lớn, tần số càng bé. Cách xếp liệu: Cho nguyên liệu tập trung ở mức 2/3 chiều cao lò, kể từ dưới lên và lớp sát tường lò vì tại đây mật độ dòng điện là lớn nhất. Liệu phải xếp xít chặt nhau để dễ chảy. Vì thế thứ tự xếp liệu vào lò được bố trí như sau: Đầu tiên chất một ít liệu nhỏ,vụn và mỏng xuống đáy lò. Tiếp theo chất các lớn và trung bình xếp cạnh tường lò và ở vị trí song song với trục thẳng đứng. Liệu nhỏ còn lại xếp vào khe liệu lớn chủ yếu ở giữa lò và phía trên cùng. Các fero: Fe – W, Fe – Mo, Ni cùng cho vào một lúc khi chất liệu. Trong khi chất liệu cần chú ý theo dõi sự thay đổi cường độ dòng điện và điện thế ra liệu. b. Nấu chảy Đặc điểm của giai đoạn nấu chảy trong lò cảm ứng là các lớp liệu ở dưới và giữa lò dẽ chảy, liệu phía trên chảy rất chậm do vậy thường xuất hiện hiện tượng treo liệu. Để khắc phục hiện tượng này người ta phải thường xuyên dùng gậy sắt đẩy liệu chưa chảy phía trên xuống vùng kim loại lỏng . Trong giai đoạn nấu chảy có thể cho tiếp kim loại phối liệu vào lò. Trước khi cho thêm liệu vào, liệu cần dược nung nóng để tránh hiện tượng bắn tóe và treo liệu. Hình 1.9: Kim loại đổ từ lò vào gầu rót. Tạo xỉ: Khi cục liệu cuối cùng đã chìm vào trong kim loại lỏng thì tiến hành tạo xỉ che phủ để kim loại không bị hút khí và đỡ tốn nhiệt. Nếu nấu trong lò axit thì dùng vật liệu tạo xỉ là vụn thủy tinh, còn nấu trong lò bazơ dùng hỗn hợp 60 % vôi + 20 % cát mannhehit + 20 % huỳnh thạch, lượng xỉ dùng trên dưới 3 % trọng lượng kim loại lỏng. Phướng pháp nung nóng xỉ trong giai đoạn nấu chảy nhiệt độ xỉ ở trên thấp, nhiệt độ kim loại ở phía trên cũng rất thấp nên xỉ dễ bám vào tường lò làm hỏng tường lò. Xỉ làm mất nhiệt của kim loại lỏng và giảm khả năng luyên kim như khử S kém do vậy người ta có thể nung nóng xỉ bằng hai cách sau: - Dùng nắp đậy graphit để dòng cảm ứng nung nóng xỉ. - Dùng hai điện cực graphit nhúng vào xỉ để nung nóng xỉ. Sau khi nấu luyên xong lấy mẫu đem phân tích thành phần C , Mn với lò bazơ và C, Si với lò axit. c. Oxy hóa và tinh luyện. - Để khử oxy, khử các tạp chất và hợp kim hóa. - Điều chỉnh thành phần qua phân tích nếu %C thấp có thể cho thêm vụn điện cực mức độ hấp thụ C là 80 %. Có thể khử khí bằng hai phương pháp sau: + Phương pháp khử oxy khuyếch tán người ta dùng hỗn hợp bột than cốc, bột Fe – Si, bột Al và vật liệu tạo xỉ, thời gian khử là 30 phút. + Khử trực tiếp: Trực tiếp đưa Fe ro vào kim loại lỏng ( Fe – Mn , Fe – Si ). + Khử cuối cùng bằng Al: Cho Al vào nồi lò trước khi ra thép. + Khử khí và tạp chất: Do sự khuấy trộn kim loại trong lò cảm ứng rất tốt nên việc khử khí và tạp chất tiến hành thuận lợi. * Nấu luyện thép Г13: Thép Г13 nên nấu luyện trong lò điện bazơ và nhất là trong lò điện vì thép dễ đạt đến thành phần C = 0,07 – 0,09% trước khi cho Fe – Mn vào. Khi nấu luyện cần đặc biệt chú ý đến vấn đề khử oxy ở trong thép ngay cả khi nấu trong lò điện cảm ứng. Trong trường hợp nấu luyện trong lò Mactanh sau khi cho thép Mn – C vào trong thép đã luyện đến cácbon thấp rồi khử S thì phải khử oxy trong xỉ bằng hỗn hợp Fe – S, than gỗ và bột Al với vôi (CaCO3). Vì xỉ nhiều phôt pho đã được cào sạch trước nên chỉ có FeO và Mn ở trong xỉ hoàn nguyên, do đó nhận được xỉ có hàm lượng FeO và MnO thấp như ở lò điện. Nếu tỷ lệ Mn/C ở trong thép thích hợp và cao được khử bằng phương pháp khuyếch tán. Để hoàn nguyên được MnO thì thép Г13 nên nấu trong lò bazơ. Cần chú ý khử oxy bằng phương pháp xỉ trắng và tháo xỉ ra ngoài sau đó. Quá trình nấu lại thực chất chỉ là quá trình nấu chảy. Nếu dùng hồi liệu thật sạch (cạo xỉ hoặc làm sạch bằng phương pháp hóa học) thì khi nấu ta chỉ cần nấu chảy và khử oxy bằng một lượng 0,9 – 1 kgAl/tấn kim loại lỏng là rót được. Khi biến tính cần chú ý đến lượng C và Mn trong kim loại lỏng bị cháy hao. * Đúc thép Г13: Tính đúc của thép Г13. Do hàm lượng của Mn cao làm tăng tính dẫn nhiệt và làm tăng tốc độ kết tinh của austennit nên cấu tạo ban đầu thô to kết tinh ngang nên làm cho vật đúc dẻo dễ bị nứt nóng, nứt nguội. Biên pháp tốt nhất để nâng cao cơ tính là kết hợp các biện pháp kỹ thuật như: Rót ở nhiệt độ thấp (Xem bảng 1.18). Nhiệt độ rót theo quang hảo kế không cần điều chỉnh 0C Số cỡ hạt Kg/mm2 % 1450 1 39,3 4,32 1400 3 48,4 11,00 1380 4 51,4 18,00 1350 5 56,7 21,20 1330 6 60,8 23,40 Bảng 1.18: Ảnh hưởng của nhiệt độ rót đến khích thước hạt và cơ tính của thép Г13: Dùng khuôn tươi hay khuôn kim loại hay dùng gang nguội để rút ngắn thời gian đông đặc. Sự ảnh hưởng của khuôn đến kích thước hạt và cơ tính được đưa ra ở bảng (1.19): Bảng 1.19: Ảnh hưởng của khuôn đúc đến kích thước và cơ tính của thép Г13: Loại khuôn Kg/mm2 % Số cỡ hạt Mặt gẫy Khô sấy đến 2000C 42,0 42 1 To hạt, kết tinh hoàng liệt Khô dưới 250C 51,6 1,2 3 Kết tinh hoành liệt Tươi 56,7 13,0 3 – 4 Kết tinh hoành liệt Có gang nguội ở bên 65,3 28,6 6 Nhỏ đều đặn Làm biến tính bằng Al hay Ti để tinh thể hóa mịn vì không có biện pháp nhiệt luyện nào để hóa min hạt tinh thể ban đầu thô to của austennit và bớt sự kết tinh ngang. Do đặc tính dễ bị nứt nóng, nứt nguội nên khi đặt đậu ngót cho những vật đúc thép Г13 nên chú ý là không thể dùng máy cắt mà phải dùng hàn hơi nhưng chỉ ở những đậu ngót nhỏ. Ở trạng thái sống khi đúc ra độ độ dẫn nhiệt và độ dẻo thép Г13 rất kém, khi cắt bằng hàn hơi nhiệt độ 400 – 600 0C là nhiệt độ mà cacbit tiết ra làm giảm độ dẻo do đó nên cắt đậu ngót cách thành vật đúc khoảng 15 – 20 mm, sau đó mài sạch bàng đá mài sau khi đã tôi xong. Nhiệt độ rót của thép Г13 là: 1450 – 1500 0C. Thép nấu ra phải đạt thành phần hóa học: C = 1,14 – 1,19 % Cr < 1,99%. P≤0,042%. Mn = 13,28 – 14 % Ni ≤0,37%. Si ≤ 0,94%. Mo ≤0,14 %. 4.2. CHI TIẾT BÚA NGHIỀN Đặc điểm của chi tiết búa nghiền Búa nghiền là chi tiết có kích thước trung bình. Chiều dày trung bình 95mm, dài 42mm. ??? Hợp kim đúc là thép Γ13 thuộc loại thép hợp kim cao, có tổng khối lượng các nguyên tố hợp kim ≥15%, dễ sinh ra các khuyết tật cháy cát, nứt và ngót. Do vậy, cần phải thiết kế công nghệ đúc thích hợp để đảm bảo chất lượng yêu cầu. Đồng thời theo dõi chặt chẽ từ khâu làm khuôn, đến nấu luyện và đúc rót. Đặc biệt cần chú ý tới việc đặt đậu ngót phát nhiệt để tăng tỷ lệ thành phẩm (giảm trọng lượng đậu ngót) dẫn đến giảm giá thành sản phẩm. Búa nghiền được sản xuất ở công ty Phúc Sơn phục vụ cho một số nhà máy xi măng trong nước như xi măng Hoàng thạch, xi măng Nghi Sơn, xi măng Hà tiên,… Búa nghiền là chi tiết rất quan trọng, làm việc chịu tải trọng va đập lớn, áp lực cao, chịu mài mòn lớn. Hiện nay công ty chỉ sản xuất các loại búa nghiền theo đơn đặt hàng của các công ty. Tuỳ vào điều kiên làm việc mà lựa chọn sản xuất các loại búa có khối lượng khác nhau. 4.2.2. Điều kiện làm việc và công dụng Búa nghiền làm việc trong điều kiện mài mòn, va đập lớn, tải trọng cao. Nó được sử dụng để đập đá và nghiền đá nhỏ hơn. Búa nghiền phải có cơ tính đều ổn định trên toàn búa. Tổ chức của hợp kim đúc là austennit có tính dẻo cao, Austennit có kiểu mạng A1 rất nhạy cảm với hoá bền biến dạng. Khi làm việc dưới áp lực cao và bị va đập, austenit bị biến dạng dẻo và bị biến dạng cứng mạnh, làm tăng độ cứng và khả năng chống mòn của lớp bề mặt, còn bên trong lõi vẫn giữ nguyên tổ chức ban đầu, nên vẫn duy trì được độ dẻo dai, độ biến mềm ở nhiệt độ cao và bị biến dạng nóng. Búa nghiền được dùng để đập, nghiền đá vôi, làm nhỏ các cục đá lớn phục vục cho công đoạn tiếp theo ở nhà máy xi măng. Búa nghiền chỉ làm việc đạt hiệu quả cao nhất trong điều kiện môi trường làm việc không có ăn mòn và mài mòn. Đặc biệt, khi phun cát búa sẽ bị mài mòn rất nhanh và không bền trong điều kiện môi trường có tương tác hoá học như a xit, kiềm mạnh. Vì vậy phải lựa chọn môi trường làm việc phù hợp để đạt hiệu quả cao, tránh làm hỏng búa. 4.2.3. Yêu cầu kỹ thuật Vì hợp kim đúc là thép Г 13 nên tổ chức của hợp kim sau khi nhiệt luyện và hoá già phải đạt tổ chức là autenit hoàn toàn và không còn cacbit dư. Búa nghiền là chi tiết quan trọng. đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao. Để búa làm việc tốt thì hợp kim đúc cần đạt được các tính chất sau: Về cơ tính: + Độ cứng: 200 - 220 HB. + Độ bền: σb = 800 - 900 Mpa. + Giới hạn chảy: σ0,2 = 300 – 370 Mpa. + Độ dãn dài tương đối: δ = 15 - 25%. Phải tạo ra tổ chức hoàn toàn là autenit ngay ở nhiệt độ thường. Hàm lượng Mn không được cao quá. Nếu cao quá sẽ làm to hạt ở dạng xuyên tinh, nên ảnh hưởng rất lớn đến độ hạt, tăng tính nứt nóng và nứt nguội vì thế phải có biện pháp làm nhỏ hạt và đảm bảo đúng mác thép cần chế tạo. Sản phẩm sau đúc không bị các khuyết tật đúc như rỗ khí, rỗ cát, rỗ co, nứt, đúng về hình dạng và chính xac về kích thước. Sau khi nhiệt luyện chi tiết không bị cong vênh, nứt, đảm bảo đúng kích thước. Sản phẩm hoàn chỉnh phải đảm bảo độ bền, độ cứng, độ dai, trọng lượng như yêu cầu chế tạo. Khi làm việc dưới điều kiện chịu mài mòn va đập lớn, thép tự biến cứng, vì mạng A1 nhạy cảm với hoá bền biến dạng. Hàm lượng tạp chất khống chế trong giới hạn cho phép. Muốn vậy phải có biện pháp khử khí, tinh luyện khi nâu luyện. 4.3. THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÚC BÚA NGHIỀN 4.3.1 Bản vẽ chi tiết chế tạo sản phẩm búa nghiền (hình 4.1). Hình 4.1. Bản vẽ chi tiết búa nghiền a. Yêu cầu kỹ thuật: Độ cứng 220-250 HB. Các bán kính đúc không ghi lấy R= 3mm. Đúc tạo ký hiệu A về phía lệch để đánh dấu đầu đập. Các mắt gia công yêu cầu độ bóng, độ côn ghi trên bản vẽ: RZ40. Khối lượng một chi tiết sau đúc: 92÷95 kg b. Phương án công nghệ chế tạo búa nghiền + Phương án 1: Thiết kế hệ thống rót bên sườn. Làm khuôn bằng hòm giả, mẫu bổ đôi, sau đó dựng đứng khuôn lên, ráp ruột, kẹp khuôn rồi rót. * Bản vẽ công nghệ (Ở đâu?) Ưu điểm: Hệ thống rót không phức tạp, dễ chế tạo, tiết kiệm được chi phí sản xuất cho hệ thống rót, cắt đậu làm sạch rót bên sườn dòng chảy tương đối êm. Nhược điểm: Sử dụng phương án rót như trên rất hay xảy ra khuyết tật cháy cát, rỗ cát ở phần đuôi, chỗ giáp ruột. Do khuôn dựng đứng lên nên trước khi rót vẫn còn cát bẩn trong khuôn do chưa hút sạch hết khi ráp khuôn. Khi kim loại lỏng chảy vào khuôn do tác động cơ học của dòng kim loại lỏng chảy vào khuôn cuốn theo các hạt cát bẩn theo, khi cuốn vào chỗ ráp ruột bị chắn lại và đông đặc tại đây gây ra khuyết tật đúc. Nên phương án này ít được áp dụng vào sản xuất. – Hình1.11 Bản vẽ công nghệ chế tạo theo phương án 1. + Phương án 2 Rót bên sườn và rót đùn. Có ưu điểm như dòng chảy êm, không bị cuốn khí, không cần rãnh dẫn xỉ, diện tích rãnh dẫn nhỏ, đỡ tốn công cắt đậu. Phương án này khắc phục được các nhược điểm của phương án 1. Do vậy phương án công nghệ này được áp dụng vào sản xuất. Bản vẽ công nghệ như hình 1.12: Hình 1.12 Bản vẽ công nghệ chế tạo theo phương án 2. 4.3.2 Thiết kế hệ thống rót Vị trí đặt hệ thống rót như bản vẽ công nghệ hình 4.2 + Chiều cao ống rót là 520 mm. + Rãnh dẫn gồm hai rãnh dẫn diện tích rãnh > F min , kích thước đường kính rãnh dẫn như trong bản vẽ (Hình 1.13). Mẫu của tất cả hệ thống rót được làm bằng gỗ. Tất cả hệ thống ống rót, mẫu được gắn liền với nhau thành một khối. Dùng kiểu rót xi phông kết hợp với kiểu rót bên sườn. Hình 1.13 Hệ thống rót. Để tính toán hệ thống rót trước hết ta tính thời gian rót có lợi nhất cho vật đúc, sau đó xác định rãnh lược xỉ và ống rót. a) Tính thời gian rót khuôn: Thời gian rót được xác định theo công thức (2.1), xem trong chương 2. Với chiều dày thành vật đúc – g = 95 mm; Khối lượng vật đúc kể cả hệ thóng rót – G = 103 kg; Hệ số S tra trong bảng 2.1 với vật đúc nhỏ hơn 1 tấn, rót đùn bên sườn thì S = 1,3. Thay các số liệu vào công thức có: t = s. t = 1,3. ≈27.82 (s) b) Xác định tốc độ dâng: Tốc độ dâng được xác định theo công thức (2.2) xem chương 2. Đối với vật đúc có chiều cao C = 77cm đo từ điểm thấp nhất đến điểm cao nhất theo vị trí khi rót, tốc độ dâng được tính theo công thức là: v = = = 2,77 (cm/s) Nếu tốc độ dâng của kim loại bé sẽ làm thành vật đúc bị nhăn nheo do kim loại bị nguội, cũng như bị bẩn do tạp chất phi kim loại tạo thành trên bề mặt kim loại. Tốc độ dâng bé nhất cho phép tính bằng cm/s phụ thuộc vào chiều dày thành vật đúc cho trong bảng 2.2 xem chương 2, với chiều dày thành vật đúc > 40 thì [v] = 0,6 cm. Vì v tính toàn = 2,77 cm/s > [v] = 0,6 cm/s, nên thời gian rót theo thiết kế là phù hợp. c) Xác định chiều cao cột áp trung bình - htb Chiều cao cột áp trung bình được xác định theo công thức (2.4) xem chương 2, với: H0: Lá áp suất thuỷ tĩnh ban đầu lớn nhất = 87,5 cm; P: Chiều cao vật đúc trên rãnh dẫn (cm) = 41 cm; C: Chiều cao của vất đúc ở vị trí khi rót (cm) = 41 cm, vì rót đùn nên P = C. Thay vào (2.4) có: htb = H0 – P2/2C htb = (cm)cm d) Tính diện tích rãnh dẫn: Diện tích rãnh dẫn (Fmin) được tính theo công thức (2.3) xem chương 2, với hệ số trở lực của khuôn tra trong bảng 2.3. thì = 0,25. Thay các giá trị trọng lượng vật đúc tính cả hệ thóng rót - G = 103kg, thòi gian rót – t = 27,82 gy, chiều cao cột áp trung bình – htb = 30,5 cm, ta xác định lượng chảy của kim loại trong một đơn vị thời gian qua hệ thống rót theo công thức (2.3) có: Fmin = Fmin = = 7,59 (cm2) 4.4. THIẾT KẾ ĐẬU NGÓT Khi xác định đậu ngót cần chú ý xác định vị trí đặt đậu ngót, trước tiên phải đánh dấu nút nhiệt. Nút nhiệt là chỗ tập trung số lượng kim loại cách nhau bởi những thành mỏng. Nút nhiệt là nơi nguội sau cùng. Cách xác định vị trí đặt đậu ngót dựa trên những nguyên tắc sau: Đậu ngót được đặt trên phần dày nhất của vật đúc. Đậu ngót không làm cản trở sự co tự do của vật đúc. Đậu ngót phải dễ cắt ra và dễ làm sạch vết cắt. Đậu ngót còn có nhiệm vụ là đậu hơi để thoát khí và chất bẩn ra khỏi khuôn. Đậu ngót phát nhiệt có hình dạng như hình vẽ sau: Số lượng đậu ngót: 1chiếc. Hình dáng: Trụ tròn, hơi cong về phía đáy. Kiểu đậu ngót: Đậu ngót dễ đập. Cấu tạo của đậu ngót như hình vẽ: Chiều dày thành đậu ngót: 10 mm. Chiều cao: 240mm. Đường kính 170 mm. Phần vát dài 20 mm. Hình 1.14 Đậu ngót phát nhiệt. Nguyên lý làm việc của ống phát nhiệt: Khi rót kim loại dâng lên bắt đầu đến chân đậu ngót thì tiến hành rắc hỗn hợp phát nhiệt ở dạng bột vào đậu ngót. Hỗn hợp phát nhiệt và ống sẽ tác dụng với kim loại lỏng gây ra phản ứng toả nhiệt làm cho kim loại lỏng nằm trong đậu ngót được giữ ở thời gian lâu hơn làm cho nút nhiệt tập trung ở đậu ngót. Chất phát nhiệt gồm: 60% vẩy rèn, độ hạt < 5 mm. 30% phoi vụn. 2% fero silic loại FeSi75- FeSi90 vụn, độ hạt < 10 mm. Tác dụng của lớp phủ hỗn hợp phát nhiệt lên đậu ngót khi sắp rót xong làm cho kim loại lỏng tiếp xúc nhiều với chất phát nhiệt, dẫn đến làm cho phản ứng xảy ra mạnh hơn, tránh sự mất nhiệt và sự hoà tan khí của kim loại lỏng với môi trường. 4.5. MẪU VÀ HỘP RUỘT 4.5.1. Mẫu Mẫu được làm bằng nhôm, là loại mẫu bổ đôi có miếng rời. Mặt phân mẫu chia chi tiết ra thành hai phần hình 1.16. Hình 1.16 Mẫu. 4.5.2. Ruột Là một khối trụ hình tròn, phần vỏ bên ngoài ruột nơi tiếp xúc với kim loại lỏng người ta lót một lớp cát Manhezid hay crom manhe để đề phòng và tránh việc cháy cát xảy ra. Về cơ bản hình dáng của ruột giống với hình dáng phần rỗng bên trong của vât đúc. Khi thiết kế phải xác định hình dáng, và số lượng ruột tạo nên hốc rỗng trong vật đúc. Đối với chi tiết búa nghiền chỉ có một hộp ruột nên hình dáng hộp ruột đơn giản và không phức tạp khi thiết kế. Cách làm ruột người ta cho cát vào khối tru tròn rỗng ở trong và dã chặt sau đó đóng rắn bằng công nghệ CO2. Ruột làm xong phải đem sấy trong lò sấy ở nhiệt độ 2000 C trong thời gian là 1 giờ. Để làm tăng độ bền cho ruột. Hình 1.15 Ruột. 4.5.3. Hộp ruột Hộp ruột Là hộp bổ đôi của khối trụ tròn. 4.6. HỖN HỢP LÀM KHUÔN 4.6.1. Thành phần hỗn hợp Hỗn hợp làm khuôn gồm: cát + thuỷ tinh lỏng + khí CO2. + Cát trắng được sấy khô, độ ẩm < 1%. Nhiệt độ của cát khi đem trộn hỗn hợp phải nhỏ hơn 400C. + Thuỷ tinh lỏng: Tỷ trọng %Na2O %SiO2 M 1,43 9,94 27,25 2,84 Thành phần mẻ trộn ở nhà máy: Thành phần Khối lượng mẻ trộn (Kg) Cát trắng 93 - 94,5 Nước thuỷ tinh lỏng 5,5 - 7,0 Hình 1.18: Lò sấy cát. Khối lượng tổng mẻ trộn 420-450 kg. Máy trộn được dùng là máy trộn con lăn, dùng động cơ điện. Hình vẽ máy trôn con lăn. Hình 1.19: Máy trôn cát con lăn. 4.6.2. Quy trình trộn cát Cát sau khi được sấy khô đến độ ẩm cho phép, được đưa vào máy trộn nhờ máy nâng. Thuỷ tinh lỏng dùng xô đong từ bể chứa rồi cho vào máy trộn sau khi cát đã được trộn đều. Quy trình trộn cát chủ yếu dựa vào kinh nghiệm dựa của người công nhân. Hỗn hợp được trộn xong cho ra ngoài để làm khuôn, ruột phần còn thừa che phủ kín tránh tiếp xúc với không khí. Do vật liệu chế tạo búa là thép Γ13 nên chú ý vấn đề cháy cát cơ học. Dùng bột lót khuôn manhezid hay crom mannhezid làm cát áo để không cho dòng kim loại lỏng tiếp xúc trực tiếp với cát làm khuôn. Vì trong cát chứa SiO2 ở nhiệt độ thường SiO2 không tác dụng với MgO nhưng ở nhiệt độ rót thép t=1480 – 15000 C dòng kim loại lỏng chứa nhiều MnO, ở nhiệt độ này sẽ xảy ra phản ứng sau: MnO + SiO2 = MnO.SiO2 Đây là nguyên nhân chính gây ra cháy cát. Trộn hỗn hợp cát magie đen với thủy tinh lỏng theo tỷ lệ thủy tinh lỏng từ 8 – 10% để che phủ tất cả các phần còn lại mà kim loại lỏng tiếp xúc với khuôn. 4.6.3. Quy trình chế tạo khuôn Dùng hòm giả để dã khuôn, hòm giả được làm bằng gỗ. Hòm giả ghép và cố định nhờ đinh và mộng. Chiều cao và chiều rộng của hòm giả cao hơn mẫu khoảng 5-7 cm. Trước khi cho cát vào giã khuôn ta nắp miếng dời vào chân đậu ngót phát nhiệt, cho cát vào hòm giả và tiến hành giã khuôn. a) Quy trình làm khuôn: Đầu tiên cho hỗn hợp cát manhezid vào che phủ mẫu và dã chặt. Dã từ hai bên vào giữa mẫu. Khi giã khuôn cần chú ý tránh không giã vào mẫu làm trôi lớp cát áo chống cháy cát. Không cần rắc cát lên hệ thống rót, ống rót và rãnh dẫn. chú ý không để cát đen bám vào ống rót cũng như rãnh dẫn. Tiếp đến cho cát trắng + nước thủy tinh lỏng vào hòm đến ngập quá mẫu vài cm và tiến hành giã khuôn. Khi giã khuôn phải giã đều tay để đảm bảo độ bền, đặc biệt là chỗ đặt hệ thống ống rót và rãnh dẫn, vì chỗ tiếp xúc rất nhỏ. Do khuôn phải vận chuyển nhiều lần để thực hiện các công đoạn như sơn, sấy khuôn, ghép khuôn nên độ bền phải cao. Sau khi giã xong, ta tiến hành bới bề mặt cát vừa giã xong để cài xương. Xương là các thanh sắt nhỏ có chiều dài và hình dáng tương ứng với khuôn, xương được xếp đan chéo nhau, dùng tay ấn mạnh xương vào cát. Do khuôn làm xong phải vận chuyển nhiều lần, nên phải làm xương để tăng độ bền cho khuôn tránh vỡ khuôn. Cho cát vào đầy hòm khuôn và tiến hành đầm chặt, rồi gạt phẳng. Tiếp đó xiên lỗ thổi và tiến hành đóng rắn bằng CO2. Thời gian đóng rắn phải đủ để đảm bảo độ bền và việc tháo mẫu. Việc đóng rắn dựa vào kinh nghiệm của người công nhân. Tháo mộng lấy mẫu ra, bỏ hòm khuôn ra và dựng đứng khuôn lên, sau đó gõ đều hai đầu khuôn cả trên và dưới cho mẫu bong đều ra. công việc lấy mẫu cần phải hai người. Khi mẫu sắp ra thì một người gõ còn người kia kéo mẫu từ từ ra, sau đó vằn ngửa khuôn ra lấy miếng dời ra. Phần nủa khuôn còn lại, được làm qua các công đoạn tương tự như trên. Hình dáng của khuôn như hinh 4.6. Hình 20. Hòm khuôn dưới. Khuôn sau khi đã làm xong đủ số lượng yêu cầu, người ta tiến hành sơn khuôn. Chất sơn khuôn dùng dung dịch sơn tổng hợp cồn để bốc cháy, sấy khuôn. Chất sơn khuôn có tác dụng: Chống cháy cát. Đảm bảo độ bóng bề mặt của chi tiết. Tăng bền cho khuôn. Khối lương cần dùng 0,7 kg/tấn. Dùng khí nén thổi sạch cát bẩn trong khuôn, quét một lớp sơn mỏng lên bề mặt trong của khuôn, sau đó tiến hành đốt khuôn để cháy hết lượng xăng, cồn có trong khuôn. Hình 1.21 Hòm khuôn trên. b) Ráp khuôn: Đào một hố sâu có chiều cao hơn chiều cao của hòm khuôn khoảng 30cm. Hai nửa của khuôn được dựng đứng lên ghép chặt lại với nhau bởi hai thanh sắt bẻ cong. Khuôn được chôn xuống dưới hố đã đào. Sau đó tiến hành ghép ruột, ruột được lồng qua lỗ rỗng ở đầu quả búa. Sau khi ghép ruột xong xúc cát vào và giã xung quanh khuôn. Chú ý giã chặt để tránh khuôn bị bênh. Lắp hệ thống rót và đậu ngót phát nhiệt, chiều cao của đậu ngót phát nhiệt bằng chiếu cao của bát rót. Đắp chặt đậu ngót phát nhiệt. Đắp bát rót và sấy khô. Sau đó đè khuôn bằng những phôi thép hay vật đúc hỏng, để tránh khuôn bị xê dịch và nổi khi rót kim loại vào khuôn. Hình 1.22 Khuôn sau khi ghép ruột. 4.6.4. Phá khuôn, làm sạch, kiểm tra vật đúc a) Phá khuôn: Ở nhà máy Phúc Sơn người ta tiến hành rót khuôn vào buổi tối, nên sau khi rót kim loại xong, sáng hôm sau mới tiến hành rỡ khuôn. Phun nước vào làm nguội, dùng máy nâng có kẹp xích, xích kẹp vào mấu của khuôn, kéo khuôn thẳng đứng lên. Dùng dụng cụ phá tan lớp đất cát bám vào khuôn, rồi dùng máy nâng chuyển sang khu làm sạch. b) Làm sạch kiểm tra vật đúc: Vật đúc sau khi đã được làm sạch, người ta tiến hành cắt đậu ngót, hệ thống rót, ngót. Với chi tiết búa nghiền dùng máy hàn để cắt đậu, vì nó rất nhạy cảm với hóa bền va đập khi gia công cơ khí nó trở nên cứng và bền khó gia công. Kiểm tra xem vật đúc có bị cong vênh, kiểm tra bề mặt chi tiêt, kích thước chi tiết. Kiểm tra kỹ thuật: Các khuyết tật đúc như: rỗ khí, rỗ cát, nứt,…, tổ chức, thành phần, thử cơ tính. 4.7. ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU LÀM KHUÔN 4.7.1. Phương pháp xác định độ ẩm Cân 3 mẫu cát bằng cân điện tử, mỗi mẫu 50±0,1, sau đó cho vào lò sấy. Sấy ở nhiệt độ 105 – 110OC trong 2 giờ, sau đó để nguội cùng lò đến nhiệt độ thường, mang mẫu đi cân. Kết quả được ghi lại trong bảng 4.1. Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm độ ẩm TT Khối lượng cát mẫu 1 49.96 mẫu 2 49.93 mẫu 3 49,92 4.7.2. Xác định lượng chất bùn Cân 50 gam cát khô, cho vào bình rửa, thêm 25 ml dung dịch NaOH 1%, lắc đều trên máy trong 15 phút. Tháo bình khỏi máy, đổ thêm nước vào bình đeens chiều cao 150 ml. Để cát lắng trong 10 phút, rồi dùng ống xi phông hút nước bùn ra ngoai. Chú ý để đầu ống xi phông cacha mặt cát 25mm. Tiếp tục đổ nước vào để rửa lần thứ 2.Lần này chỉ cần xúc cát là được, sau đó để cát lắng 10 phút rồi lại hút. Lần thứ 3, 4 ... chỉ cần để cát lắng 5 phút. Cứ làm như vậy cho đến khi nước trong là được, sau đó đổ cát vào giấy lọc và mang đi sấy. Khi cát đã khô thì mang cân. Kết quả được ghi trong bảng 4.2. Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm xác định lượng chất bùn Tt Lượng cát Lượng bùn Tỷ lệ Mẫu 1 47,99 2,01 4,02% Mẫu2 48,21 1,79 3,85% Mẫu 3 48,30 1,70 3,4% 4.7.3. Xác định độ hạt của cát Độ hạt của cát được xác định theo phương pháp phân tích bằng rây trên máy phân loại cát. Cách tiến hành: Sau khi cát đã loại bỏ bùn, được sấy khô rồi đưa vào sàng phân tích thành phần độ hạt. Sử dụng bộ rây chuẩn gồm 11 rây có đường kính 200 mm. Bộ ray được kẹp chặt trên bàn di động của máy lắc theo thứ tự ray có đường kính mắt thưa nhất ở trên cùng, rây có đường kính nhỏ nhất đặt dưới cùng. Sử dụng 50 g cát khô cho vào sàng trên cùng , đậy nắp lại rồi đem rây trong 15 phút, nhờ cơ cấu lệch tâm bộ rây được lắp theo mặt phẳng ngang với tần số dao động là 60 dao động/phút. Các thông số của bộ rây chuẩn để phân tích hạt theo ГOCT Số rây Đường kính mắt rây Số rây Đường kính mắt rây 2.5 2.5 02 0.2 1.6 1.6 016 0.16 1 1 01 0.1 063 0.63 0063 0.063 04 0.4 005 0.005 1315 0.315 005 0.005 Sau đó tháo bộ sàng ra, tháo từng sàng theo thứ tự rồi đổ lên mẫu giấy khô sạch. Cân khối lượng cát của mỗi sàng ta được bảng 4.3: Bảng 4.3. Kết quả xác định thành phần dộ hạt Số rây Khối lượng cát (g) Số rây Khối lượng cát (g) 2.5 0 02 20,77 1.6 0 016 17,25 1 0 01 10,54 063 0 0063 0,35 04 0,27 005 0 1315 0.70 4.8 Sơ đồ bố trí mặt bằng phân xưởng. Hình 1.23 Sơ đồ bố trí mặt bằng phân xưởng. KẾT LUẬN Sơ đồ công nghệ đúc búa nghiền như sau: Chuẩn bị hỗn hợp làm khuôn, ruột Làm khuôn, ruột Sấy khuôn, ruột Làm nguội khuôn Ghép khuôn, ruột và rót kim loại Sơn khuôn Nấu luyện và rót kim loại Dỡ vật đúc Sản phẩm Làm sạch và kiểm tra vật đúc Sơ đồ quy trình sản xuất chi tiết búa nghiền bi Thành phần hỗn hợp làm khuôn Cát trắng 93 – 94 Kg. Thủy tinh lỏng 5,5 – 7,0 ( l ) Chất sơn khuôn. Tỷ lệ thành phẩm Từ quá trình khảo sát phương pháp làm khuôn, ruột theo công nghệ CO2 với chất đóng rắn Thủy tinh lỏng rút ra một số kết luận sau: + Với công nghệ này giảm được khâu sấy khuôn, rút ngắn chu kỳ sản xuất. Giảm hòm khuôn, xương ruột do có thể thay bằng các blốc có độ bền tương đương. + Giảm phế phẩm đúc do với đúc trong khuôn cát – sét. Không cần nhiều công nhân có tay nghề cao. Mặc dù vậy cũng còn một số lợi thế chưa được quan tâm: + Tận dụng đến 50% cát tái sinh đưa vào hỗn hợp cát + nước thủy tinh. Dùng hỗn hợp cát – nước thủy tinh lỏng có pha thêm bột gỗ hoặc bột than để làm ruột. + Nếu đưa thêm bột đá thạch anh vào hỗn hợp này với bề mặt sạch nhẵn tương đương V2, V3 có thể đúc được những vật đúc có vách dày, khối lượng lớn, sau khi thổi khí CO2 làm rắn khuôn, dùng nước sơn đặc biệt rồi đem sấy khuôn ở nhiệt độ 3500C. + Để đạt được những kết quả trên thì hỗn hợp cát – nước thủy tinh lỏng nên chọn môđun thấp trong khoảng 2,6 – 3,0, tỷ trọng 1,42 – 1,44, cát trắng (1K02, 2K03, 2K02), hàm lượng sét không cao vì nếu cao nó sẽ làm cho độ bền khô giảm nhanh. + Cần tuân thủ đúng các quy trình trộn hỗn hợp, làm khuôn ruột, nấu rót kim loại để đạt được chất lượng cao nhất. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đinh Quảng Năng. *Vật liệu làm khuôn cát NXB KHKT. 2003 *Thí nghiệm vật liệu và hỗn hợp làm khuôn tự cứng. Bộ môn vật liệu và Công nghệ Đúc trường ĐHBK Hà Nội. *Nghiên cứu công nghệ chế tạo hỗn hợp khuôn đúc tự cứng thủy tinh lỏng với chất đóng rắn xi măng. 2. Nghiên cứu sử dụng thủy tinh lỏng trong nước để làm ruột theo công nghệ CO2 – Đinh quang Thái – ĐATN 1998. 3. Tính toán thiết kế công nghệ đúc. BỘ GIÁO GIỤC VÀ ĐÀO TẠO Trường đại học BK Hà Nội CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc =======***======= NhiÖm vô ThiÕt kÕ tèt nghiÖp Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Dương Mai Hồng Quân Lê Hoài Nam Khóa Cao Đẳng CNVL 4 Khoa: Khoa Khoa Học và Công Nghệ Vật Liệu Ngành: Vật Liệu và Công Nghệ Đúc 1. Đầu đề tốt nghiệp: Khảo sát công nghệ đúc búa nghiền tại công ty TNHH Cơ Khí và Xây Dựng Phúc Sơn. 2. Các số liệu ban đầuC¸c sè liÖu ban ®Çu Công nghệ CO2. Búa nghiền. Cơ sở khảo sát: Công ty Cơ Khí và Xây Dựng Phúc Sơn. 3. Nội dung và các phần thuyết minh và tính toán: Phần lý thuyết: Tổng quan về công nghệ khuôn đóng rắn nguội – Col Box. Lý thuyết thiết kế đúc. Phần thực nghiệm: Khảo sát công nghệ đúc búa nghiền. 4.Các bản vẽ và đồ thị : Theo hướng dẫn. 5. C¸n bé híng dÉn: PGS. TS. §inh Qu¶ng N¨ng 6. Ngµy giao nhiÖm vô: 26 th¸ng 02 n¨m 2008 7. Ngµy hoµn thµnh nhiÖm vô: 21 th¸ng 04 n¨m 2008 Ngµy 26 th¸ng 2 n¨m 2008 Trëng Bé m«n §inh Qu¶ng N¨ng C¸n bé híng dÉn (Ký, ghi râ hä tªn) §inh Qu¶ng N¨ng Häc sinh ®· hoµn thµnh (vµ nép toµn bé b¶n thiÕt kÕ cho bé m«n) Ngµy th¸ng n¨m 2008 (Ký, ghi râ hä vµ tªn)