blackskyls6789
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỖN HỢP LÀM KHUÔN
ĐÓNG RẮN NGUỘI
1.1 . 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, hay 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 hay xi măng hay nhựa, hay 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 800 12000C,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 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 3 6%. 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 chức 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 từng trường hợp 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 hay kiềm với ôxít Silic, mà nó có thể có dạng mạch dài, mạch kép, mạch lưới vòng hay khối không gian vòng.
(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.
=1800 1850(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 hay 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, hay 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 400 6000C 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 3 4% 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 .
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỖN HỢP LÀM KHUÔN
ĐÓNG RẮN NGUỘI
1.1 . 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, hay 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 hay xi măng hay nhựa, hay 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 800 12000C,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 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 3 6%. 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 chức 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 từng trường hợp 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 hay kiềm với ôxít Silic, mà nó có thể có dạng mạch dài, mạch kép, mạch lưới vòng hay khối không gian vòng.
(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.
=1800 1850(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 hay 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, hay 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 400 6000C 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 3 4% 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 .
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links