Nghiên cứu hỗn hợp khuôn trong công nghệ đúc mẫu chảy (quá trình đóng rắn)

- TÁC GIẢ Nguyễn Quang Huỳnh TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu hỗn hợp khuân trong công nghệ đúc mẫu cháy (Quá trình đóng rắn) LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đào Hồng Bách Hà Nội, năm 2011 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu LỜI CẢM ƠN Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.
- TS Đào Hồng Bách đã tận tình hướng dẫn, thường xuyên chỉ bảo và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu.
- Nhân dịp này tác giả xin chân thành cảm ơn tập thể các Thầy Cô trong Bộ môn Vật liệu & Công nghệ đúc, phòng thí nghiệm C8, phòng thí nghiệm kim loại bột – Bộ môn Kim loại màu và Composite đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiên cứu.
- Xin bày tỏ biết ơn tới Khoa khoa học và công nghệ Vật liệu, Trung tâm đào tạo và Bồi dưỡng sau đại học trường đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu.
- Xin bày tỏ lòng biết ơn tới bạn bè và người thân đã động viên, tạo mọi điều kiện để Luận văn này có thể được hoàn thành.
- Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn.
- Nghiên cứu hỗn hợp khuôn trong công nghệ đúc mẫu chảy (Quá trình đóng rắn.
- Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các luận văn trước đây.
- Hà nội, ngày 26 tháng 9 năm 2011 Tác giả Nguyễn Quang Huỳnh Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Kích thước mắt sàng theo tiêu chuẩn ASTM Bảng 4.1: Kết quả phân tích thành phần độ hạt của thạch cao Bảng 4.2: Hàm lượng phụ gia thực nghiệm cho vào thạch cao Lào Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Các bước trong công nghệ đúc mẫu chảy Hình 2.1: Hình ảnh cấu trúc thạch cao phân tích qua qua SEM Hình 2.2: Độ tăng nhiệt độ của dạng α và β hemihydrat theo thời gian Hình 2.3 : Vị trí của nguyên tử canxi, nhóm sunfat và phần tử nước trong thạch cao Hình 2.4: Vị trí của nguyên tử canxi, lưu huỳnh, oxy và phân tử nước trong thạch cao Hình 2.5: Liên kết các ion trong thạch cao thể hiện vị trí các liên kết OI, OI', OII và OII' Hình 2.6: a) Cấu trúc nguyên tử thạch cao trượt theo bước mạng (010) b) Hình thái cấu trúc tinh thể thạch cao với dạng và (111) thường được quan sát thấy Hình 2.7: Sự hình thành và phát triển của foam Hình 2.8: 5 bức ảnh ghi sự phát triển của khí trong hỗn hợp bằng máy ảnh chụp tốc độ cao.
- Hình 2.9: Công thức cấu tạo của axit citric Hình 2.10: cấu trúc tinh thể của axit Boric Hình 3.1: Bút đo nhiệt độ với độ chính xác 0,1 độ Hình 3.2: Thiêt bị dùng để đo chiều sâu vết đâm Hình 3.3: Thiết bị dùng để đo độ cứng Hình 3.4: Phễu và dụng cụ đong nước bằng thủy tinh Hình 3.5: Máy trộn hỗn hợp làm khuôn Hình 3.6: Thước cặp với độ chính xác 0,1 mm Hình 3.7: Cân điện tử với giá trị lớn nhất 300g và độ chính xác 0,01 g Hình 3.8: Cân điện tử với giá trị lớn nhất 6000g và độ chính xác 0,1 g Hình 3.9: Thí nghiệm đo thời gian đóng rắn Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Hình 3.10: Thí nghiệm đo độ cứng Hình 4.1: Kết quả phân tích thành phần hóa học và cấu trúc phân tử thạch cao Lào Hình 4.2: Kết quả phân tích thành phần hóa học và cấu trúc phân tử thạch cao Thái lan Hình 4.3: Biểu đồ quan hệ độ cứng – thời gian của thạch cao Lào Hình 4.4: Biểu đồ quan hệ lượng nước – độ cứng của thạch cao Thái Lan Hình 4.5: Đường đông đặc của thạch cao Lào thuần và có thêm chất phụ gia axit boric (0,2%) Hình 4.6: Kích thước foam với thành phần citric khác nhau Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn sự đồng đều của kích thước foam ở các thành phần axit citric khác nhau Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn kích thước trung bình của foan với hàm lượng axit citric khác nhau Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn độ bền sau đóng rắn của thạch cao Lào với thành phần axit citric khác nhau Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn độ bền sau nung của thạch cao Lào với thành phần axit citric khác nhau Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của axit boric tới độ cứng của thạch cao Thái Lan Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của axit boric tới thời gian đóng rắn của thạch cao Thái Lan Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 PHẦN I: TỔNG QUAN 4 1.1.
- Đúc mẫu chảy 1.1.1.
- Đúc mẫu chảy với vật liệu làm khuôn thạch cao 4 4 6 1.2.
- Tình hình nghiên cứu & ứng dụng công nghệ khuôn thạch cao 8 1.2.1.
- Vật liệu thạch cao làm khuôn đúc 11 2.1.1.
- Bản chất của vật liệu thạch cao làm khuôn đúc 11 2.1.2.
- Cơ chế đóng rắn của thạch cao 16 2.2.
- Cơ chế của quá trình tạo foam 18 2.2.1.
- Các giai đoạn của quá trình tạo foam 18 2.2.2.
- Cơ chế của quá trình hình thành foam 2.3.
- Ảnh hưởng của các chất phụ gia đến thạch cao 2.3.1.
- Cao lanh PHẦN III: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 27 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu 3.1.
- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 27 3.2.
- Nguyên liệu và phương pháp phân tích nguyên liệu đầu vào 27 3.2.1.
- Phương pháp phân tích và đánh giá nguyên liệu đầu vào theo tiêu chuẩn ATSM 28 3.3.
- Phương pháp nghiên cứu và đánh giá kết quả 3.3.1.
- Phương pháp đánh giá hàm lượng nước tự do 3.3.2.
- Phương pháp đo thời gian đóng rắn 3.3.3.
- Phương pháp xác định độ hạt 3.3.4.
- Phương pháp xác định thành phần hóa học và cấu trúc phân tử 3.3.5.
- Phương pháp xác định độ cứng thạch cao 3.4.
- Kết quả phân tích thành phần hóa học và cấu trúc phân tử của thạch cao 40 4.1.1.
- Thạch cao Lào 40 4.1.2.
- Thạch cao Thái lan 42 4.2.
- Kết quả phân tích thành phần độ hạt 44 4.3.
- Ảnh hưởng của lượng nước đến độ cứng của khuôn thạch cao 44 4.4.
- Thạch cao Lào 46 4.4.2.
- Thạch cao Thái 52 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 61 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu - 1 - MỞ ĐẦU Đúc mẫu chảy là một trong những công nghệ tạo hình cổ xưa nhất được biết đến.
- Lịch sử của đúc mẫu chảy có từ hàng nghìn năm trước.
- Phương pháp đúc này ban đầu được dùng để đúc tượng, đồ trang sức với mẫu được làm từ sáp ong tự nhiên, khuôn được làm thủ công từ đất sét.
- Các sản phẩm đúc mẫu chảy được tìm thấy khắp nơi trên thế giới: các bức tượng của nền văn minh Harappan của Ấn độ (2500 đến 2000 năm trước công nguyên).
- Từ 5000 năm trước khi mẫu được làm từ sáp ong cho đến công nghệ sáp hiện đại ngày nay cùng với vật liệu chịu lửa và hợp kim đặc biệt, đúc mẫu chảy cho phép sản xuất các chi tiết có độ chính xác và năng suất cao đối với nhiều loại hợp kim.
- Phương pháp này thường đắt hơn so với đúc khuôn kim loại hoặc khuôn cát nhưng chi phí thiết bị thấp hơn.
- Phương pháp đúc này có thể đúc ra những chi tiết có hình dạng phức tạp, loại khó có thể đúc đối với các phương pháp đúc thông dụng.
- Chi tiết đúc bằng phương pháp đúc mẫu chảy không cần phải gia công bề mặt nhiều.
- Văn bản mô tả quá trình đúc mẫu chảy sớm nhất được biết đến được viết bởi nhà sư Theophilus khoảng 1100 năm trước công nguyên.
- Cuốn sách này được sử dụng bởi nhà điêu khắc và thợ kim hoàn Benvenuto Cellini người đã sử dụng phương pháp này để đúc tượng Perseus with the Head of Medusa hiện đang được lưu giữ tại bảo tàng Loggia dei Lanzi ở Florence, Italia.
- Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu - 2 - Tượng Perseus with the Head of Medusa tại bảo tàng Loggia dei Lanzi ở Florence, Italia.
- Đúc mẫu chảy được dùng vào sản xuất công nghiệp vào cuối thế kỷ 19, khi các nha sỹ dùng phương pháp này để đúc răng hoặc trám răng.
- Ứng dụng của phương pháp đúc này được phát triển mạnh bởi tiến sỹ William H.
- Ông cũng nghiên cứu ra hợp chất sáp làm mẫu có tính chất tuyệt vời và máy đúc áp lực dùng khí nén.
- Trong những năm 1940, Chiến tranh Thế giới II tăng nhu cầu về chi tiết với độ chính xác hình dạng và hợp kim mà không thể đúc được bởi các phương pháp truyền thống, hoặc cần phải gia công quá nhiều.
- Các nhà sản xuất vũ khí đã phải chuyển sang dùng đúc mẫu chảy.
- Sau chiến tranh, sản phẩm của đúc mẫu chảy được sử dụng nhiều trong nền công nghiệp, thương mại.
- Đúc mẫu chảy hiện đang được sử dụng rất nhiều trên thế giới.
- Các dòng sản phẩm đúc bằng công nghệ mẫu chảy ngày càng nhiều vì có chất lượng cao và tỷ lệ sản phẩm hư hỏng thấp.
- Tuy nhiên ở nước ta, chỉ có một số doanh nghiệp hoặc tư nhân sử dụng công nghệ đúc mẫu chảy, chỉ để sản xuất các sản phẩm trang trí mỹ nghệ.
- Chính vì vậy mà chúng ta cần phải phát triển hơn nữa công nghệ đúc chính xác này.
- Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu - 3 - Trong các nghiên cứu trước đây, ta thấy đúc mẫu chảy sử dụng khuôn thạch cao cho sản phẩm có độ chính xác, độ nhẵn bề mặt cao.
- Khuôn thạch cao là loại khuôn tự đóng rắn vì vậy quá trình đóng rắn của khuôn thạch cao là một quá trình quan trọng ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng khuôn và chất lượng vật đúc.
- Đi sâu vào quá trình đóng rắn giúp chúng ta hiểu rõ bản chất quá trình đóng rắn cũng như các diễn biến trong quá trình, từ đó chúng ta có thể điều khiển quá trình đóng rắn và tác dụng vào quá trình này nhằm tìm ra hỗn hợp khuôn có thời gian đóng rắn và cơ tính tốt nhất.
- Chính vì lẽ đó, đề tài nghiên cứu này đề cập tới vấn đề “Nghiên cứu hỗn hợp khuôn trong công nghệ đúc mẫu chảy (Quá trình đóng rắn.
- mục đích là để nghiên cứu bản chất quá trình, xác định lượng nước, các chất phụ gia cũng như hàm lượng các chất phụ gia cần thiết cho hỗn hợp khuôn.
- Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu - 4 - PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1.
- Tổng quan Đúc mẫu chảy là phương pháp đúc chính xác, theo đúng tên gọi của nó, là làm cho mẫu bằng sáp chảy lỏng ra như một chất lỏng và thoát ra khỏi khuôn.
- Mẫu chảy phải thoát ra khỏi khuôn và để lại một hốc khuôn có hình dáng của vật cần đúc.
- Hiện nay phương pháp đúc này vẫn đang được sử dụng rộng rãi bởi công nghệ này cho phép đúc được những chi tiết có những chỉ tiêu mà những phương pháp đúc thông thường khác khó đáp ứng được.
- Đúc mẫu chảy có những đặc điểm quan trọng sau.
- Mẫu chảy sau khi làm xong nhiệm vụ tạo hình khuôn.
- Do những đặc điểm này phương pháp cho phép chế tạo vật đúc có hình dạng phức tạp, cỡ trọng lượng từ vài gam đến 5000 kg.
- Như vậy ta thấy được ưu điểm của phương pháp này, đó là.
- Tuy nhiên phương pháp đúc mẫu chảy vẫn còn tồn tại nhược điểm cần phải khắc phục đó là: Vật liệu làm mẫu (sáp) có nhiệt độ làm việc thấp cho nên rất dễ bị Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu - 5 - biến dạng ngay ở nhiệt độ xưởng đúc.
- Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như ở Việt Nam, cần nghiên cứu thêm một số hóa chất hoặc chất dẻo khác để nâng cao nhiệt độ biến mềm và nhiệt độ làm việc cho mẫu, ví dụ như nhựa PVC.
- Để khắc phục nhược điểm trên của phương pháp đúc mẫu chảy chất làm mẫu chảy cần phải đảm bảo những yêu cầu sau.
- Nhiệt độ nóng chảy không cao, trong khoảng 600C ÷ 1000C để thuận tiện trong quá trình chế tạo mẫu.
- Các công đoạn của phương pháp đúc mẫu chảy bao gồm: Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu - 6 - Hình 1.1: Các bước trong công nghệ đúc mẫu chảy.
- Đúc mẫu chảy với vật liệu làm khuôn thạch cao Với phương pháp đúc mẫu chảy thông thường, vật liệu làm khuôn là cát thạch anh, cát zirconi.
- Mẫu gốc Tạo khuôn cho mẫu sáp Tạo mẫu sáp Gắn mẫu và hệ thống rót thành chùm mẫuLàm khuônLoại bỏ mẫu ra khỏi khuôn Nung khuôn Rót kim loại lỏng vào khuônLàm nguội và tháo dỡ vật đúc Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu - 7 - Với vật liệu làm khuôn là thạch cao thì phương pháp chế tạo khuôn hơi khác.
- Quá trình làm khuôn được chia ra làm 2 phần chủ yếu : phần khuôn ngoài in hình vật đúc và bộ phận thao.
- Phần khuôn ngoài đòi hỏi phải khống chế tốt dung sai, còn thao được làm tách biệt trong một hộp làm thao.Thạch cao đúc được trộn với các loại vật liệu chịu lửa và nước tạo thành hỗn hợp dùng để đổ khuôn.
- Sau khi khuôn đã đóng rắn hoàn toàn, chúng được tiến hành thoát sáp.
- Quá trình thoát sáp có thể được tiến hành bằng nhiều phương pháp: dùng khí nóng, dùng ngọn lửa trực tiếp, ngâm khuôn và mẫu trong dung dịch tẩy sáp, luộc trong nước sôi.
- Mục đích của quá trình này là làm thoát hoàn toàn hoặc gần như hoàn toàn mẫu sáp trong khuôn.
- Tiếp theo là quá trình nung khuôn.
- Khuôn có thể được sấy khô trong lò hoặc trên băng tải đã được lập trình trước để quá trình thoát nước được điều khiển chính xác nhằm đảm bảo hết nước mà không bị sốc nhiệt.
- Sấy khô khuôn là yếu tố then chốt nhất của đúc trong khuôn thạch cao, vì việc thoát hết hơi ẩm là vô cùng quan trọng.
- Chu trình sấy khuôn ở 2600c trong khoảng từ 12 đến 16 giờ thông thường được sử dụng trong khuôn thạch cao nhằm đảm bảo khả năng rót nhôm hoặc kẽm.
- Quá trình rót có thể được thực hiện hoàn toàn trong môi trường chân không, có thể sử dụng máy hút chân không, ngoài ra cũng có thể rót trực tiếp lợi dụng áp lực do trọng lực gây ra.
- Lựa chọn phương pháp rót đặc biệt này phụ thuộc vào khả năng trang thiết bị và yêu cầu của chất lượng vật đúc.
- Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu - 8 - Tính chất cách nhiệt của khuôn thạch cao đã qua sấy giúp thời gian đông đặc của kim loại đủ dài cho phép điền đầy những phần mỏng, đồng thời với khả năng thông khí khuôn thạch cao vẫn có thể thoát một lượng khí nhất định qua khuôn.
- Ngoài ra có thể dùng những chất mài mòn hoặc axit để xử lý vật đúc.
- Ưu điểm của phương pháp đúc mẫu chảy khuôn thạch cao so với phương pháp đúc mẫu chảy khuôn gốm đó là vật liệu làm khuôn rẻ, các thao tác làm khuôn đơn giản hơn.
- Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đúc khuôn thạch cao: 1.2.1.
- Trên thế giới: Ngày này, công nghệ đúc khuôn thạch cao là một trong những kỹ thuật đúc quan trọng nhất tại Hoa Kỳ được đầu tư trọng điểm, các nhà khoa học luôn tìm cách tận dụng ưu thế mà chỉ có được bởi công nghệ đúc khuôn thạch cao.
- Hầu hết tất cả các xưởng đúc khuôn thạch cao trên thế giới được đặt tại Hoa Kỳ, và sản phẩm đúc thường được phân phối cho thị trường châu Âu.
- Về tình hình nghiên cứu, các công trình nghiên cứu về thạch cao sử dụng trong công nghệ đúc trên thế giới có rất ít hoặc chưa được công bố hiện nay.
- Chủ yếu các công trình nghiên cứu về thạch cao của các nhà khoa học được ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng.
- Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu này chính là tiền đề, cở sở để nghiên cứu về thạch cao ứng dụng trong công nghệ đúc.
- Đáng chú ý trong các công trình đó là các kết quả nghiên cứu về tính chất thạch cao (cơ học, vật lý, hoá học.
- hoặc là các kết quả nghiên cứu về chế tạo thạch cao, có liên quan đến khâu chuẩn bị vật liệu làm khuôn thạch cao trong công nghệ đúc.
- Theo đó, đưa ra cách phân biệt và chế tạo hai dạng thạch cao này bằng các công nghệ nung khác nhau

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt