Ảnh hưởng của nhiệt độ rót, chiều dày sơn và độ chân không đến khả năng điền đầy khuôn khi đúc hợp kim A356 theo công nghệ mẫu hóa khí

Bài viết này chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của ba yếu tố (nhiệt độ rót, chiều dày lớp sơn, độ chân không) đến khả năng điền đầy khuôn khi đúc bằng công. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của nhiệt độ rót, chiều dày sơn và độ chân không đến khả năng điền đầy khuôn khi đúc hợp kim A356 theo công nghệ mẫu hóa khíTAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K3- 2015Ảnh hưởng của nhiệt độ rót, chiều dàysơn và độ chân không đến khả năngđiền đầy khuôn khi đúc hợp kim A356theo công nghệ mẫu hóa khíNguyễn Ngọc HàLê Quốc PhongNguyễn Nhất TríLại Đình HoàiTrường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM(Bản nhận ngày 25 tháng 01 năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 22 tháng 6 năm 2015)TÓM TẮTĐúc trong khuôn mẫu hóa khí làphương pháp đúc được quan tâm rất nhiềuhiện nay do có nhiều ưu điểm nổi bật. Khôngcần mặt phân khuôn nên giảm thiểu đượcsai lệch mặt, không sử dụng chất kết dínhnên giảm được chi phí cho việc xử lý hỗnhợp làm khuôn và thân thiện với môi trường,quy trình sản xuất đơn giản, có thể đúc đượcnhững chi tiết phức tạp.Trong nghiên cứu này, đã khảo sát ảnhhưởng của nhiệt độ rót, chiều dày lớp sơnmẫu (thông qua thời gian nhúng sơn) và độchân không đến khả năng điền đầy khuôncủa vật đúc trong công nghệ đúc mẫu hóakhí. Hợp kim được sử dụng là hợp kim nhômA356. Bằng phương pháp quy hoạch thựcnghiệm đã xây dựng được phương trình hồiquy về ảnh hưởng của các thông số đúc nêutrên đến khả năng điền đầy khuôn. Kết quảcho thấy, nếu tăng nhiệt độ rót kim loại lỏng,tăng độ chân không, giảm thời gian nhúngmẫu thì sẽ thu được vật đúc có mức độ điềnđầy cao hơn.Từ khóa: đúc trong khuôn mẫu hóa khí;mẫu hóa khí; chất sơn mẫu1. GIỚI THIỆUCông nghệ đúc trong khuôn mẫu hóa khí cónhiều ưu điểm: cát làm khuôn không cần chấtdính, có thể tạo lỗ, hốc cho vật đúc mà không cầnruột, vật đúc đạt độ chính xác cao do không cómặt phân khuôn, ít ô nhiễm môi trường, ít tiêuhao vật liệu làm khuôn, thiết bị và công nghệ đơngiản … Phương pháp đúc này đang được ứngdụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trongngành công nghiệp ô tô.Trang 95SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.18, No.K3 - 2015Các bước cơ bản trong công nghệ đúc trongkhuôn mẫu hóa khí: 1) Chế tạo mẫu xốp bằngcách cắt hoặc ép tạo hình; 2) Ghép thành chùmmẫu; 3) Sơn mẫu; 4) Đặt mẫu vào khuôn, đổ cátvà rung lèn chặt; 5) Phủ màng mỏng bằng nhựadẻo lên bề mặt khuôn; 6) Rót kim loại lỏng vàokhuôn đồng thời hút chân không; dỡ khuôn vàlấy vật đúc ra (hình 1).Tuy nhiên đúc trong khuôn mẫu hóa khí cóhai nhược điểm: vật đúc dễ bị cháy dính cát vàkhả năng điền đầy khuôn không cao.Hình 2 trình bày cơ chế thay thế kim loạilỏng/mẫu xốp trong quá trình rót khuôn [1].Trong quá trình đúc nhôm, khi tiếp xúc với kimloại lỏng, xốp polystyrene phân hủy tạo thànhcác giọt lỏng nằm trên lớp sơn mẫu, sau đó, dướitác dụng nhiệt, một phần trong chúng sẽ hóa khívà thoát ra ngoài qua lớp sơn mẫu. Nếu mức độhút chân không không đủ, khả năng thẩm thấucủa mẫu xốp có thể vượt quá khả năng thẩm thấucủa lớp sơn mẫu, điều này có thể dẫn đến: 1)Hình thành áp lực lớn trong hốc khuôn, cản trởviệc điền đầy khuôn, thậm chí khi áp lực quá caocó thể dẫn đến hiện tượng phun trào; 2) Hìnhthành các nếp gấp trên bề mặt vật đúc; 3) Có thểtồn tại rỗ khí trong vật đúc. Ngược lại, nếu mứcđộ hút chân không quá lớn, kim loại lỏng sẽ thẩmthấu qua lớp sơn mẫu và gây nên hiện tượng cháydính cát cơ học.Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năngđiền đầy khuôn khi đúc bằng công nghệ mẫu hóakhí: cát làm khuôn và chế độ rung lèn chặt, vậtliệu làm mẫu xốp, khối lượng riêng của mẫu xốp,nhiệt độ rót, loại sơn và chiều dày lớp sơn mẫu,độ chân không … Công trình này chỉ nghiên cứuảnh hưởng của ba yếu tố (nhiệt độ rót, chiều dàylớp sơn, độ chân không) đến khả năng điền đầykhuôn khi đúc bằng công nghệ mẫu hóa khí chohợp kim nhôm A356.Hình 1. Sơ đồ nguyên lý đúc trong khuôn mẫu hóa khíTrang 96TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K3- 2015Hình 2. Tương tác giữa kim loại và khuôn2. THỰC NGHIỆM2.1. Nguyên vật liệuMẫu xốp: Được chế tạo bằng xốpPolystyrene (EPS) theo phương pháp ép có khốilượng riêng 30 kg/m3. Mẫu có dạng bậc với kíchthước 220x80 mm, chiều dày các bậc lần lượt là20, 15, 10, 5, 3, 2 mm và được ký hiệu lần lượtlà bậc 1, 2, 3, 4, 5 (hình 3) [2, 4].Cát làm khuôn: Cát thạch anh đã qua tuyểncó kí hiệu T1C0315A [5].Hỗn hợp chất sơn mẫu: Công trình sử dụngchất sơn mẫu có thành phần rắn (theo khốilượng): 80% bột zircon silicat (ZrSiO4 > 90%,trên 75% hạt có kích thước < 45µm, nguồn gốc:tuyển từ quặng titan Bình Thuận), 6% nhựathông, 14 % sét bentonite natri (khoángmônmôrilônit > 90%, trên 60% hạt có kích thước< 10µm, nguồn gốc: Bảo Lộc, Lâm Đồng); dungmôi: cồn 96%; tỉ lệ lỏng : rắn = 1 : 0,35.Hợp kim đúc: A356.2.2. Trang thiết bị thí nghiệmThiết bị rung: P = 2 HP; biên độ rung: 1 mm;phương rung: đứng; tần số rung: 0 - 50 Hz; kíchthước sàn rung: 900x600mm.Hệ thống cấp chân không: P = 5 HP, Q = 43m /phút, pmax = -760 mmHg, Vtích = 0,8 m3.Hòmkhuôn:kíchthướctrong;320x220x300mm; kích thước mắt lưới lọc cát:0,05mm; số vị trí cấp chân khôn ...