Xác định các thông số của công nghệ CO2 hoá rắn trong chân không (VRH) để làm khuôn đúc

3. Kết quả và thảo luận

   Phân tích thí nghiệm trên nhận thấy: Khi trộn thuỷ tinh lỏng với cát Vân hải có độ ẩm 0,47%, hàm lượng thuỷ tinh lỏng là 3,5% thì tỷ trọng đã giảm từ 1420 xuống đến 1286kg/m³. Sau khi hút chân không ở áp suất chân không 74,66 kPa và thời gian hút là 10 phút thì tỷ trọng của thuỷ tinh lỏng lại đựơc tăng lên do lượng ẩm trong mẫu mất đi là 0,0872% đối với mẫu không đầm chặt và 0,0769% đối với mẫu được đầm chặt. Như vậy tỷ trọng của thuỷ tinh lỏng sẽ được tăng lên đến 1311kg/m³ đối với mẫu không được đầm chặt và 1308kg/m³ đối với mẫu được đầm chặt, nhưng cũng chưa bằng được tỷ trọng của thuỷ tinh lỏng ban đầu. Từ kết quả phân tích này cho thấy do cát ẩm, quá trình hút chân không không đủ làm thuỷ tinh lỏng mất nước để đạt được tới độ vùng độ nhớt cao. Cho rằng vai trò của hút chân không chỉ đủ làm cho toàn mẫu có độ chân không cần thiết, khi đó, khí CO₂ dễ dàng xâm nhập toàn bộ thể tích mẫu.

   Để xác định chế độ thổi khí CO₂ hợp lý, đã tiến hành thí nghiệm ảnh hưởng của áp suất thổi khí CO₂ và thời gian thổi tới độ bền và độ rã của mẫu. Mẫu thí nghiệm có thành phần 3,5% thuỷ tinh lỏng, môđun là 2,66, tỷ trọng là 1430 kg/m³, áp suất thổi khí CO₂ thay đổi là 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 và 0,5 MPa, thời gian thổi biến đổi từ 15 đến 60 giây. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất khí CO₂ tới độ rã của mẫu được đưa ra trên biểu đồ hình 1. Từ biểu đồ thấy rằng nên dùng áp suất thổi khí CO₂ là 0,2 MPa.

   Trong sản xuất, theo các tài liệu [1, 2] hàm lượng thuỷ tinh lỏng thường bằng 3,5%. Song môđun thường tuỳ thuộc vào mùa. Khi thay đổi môđun thường phải thay đổi tỷ trọng cho phù hợp. Vì thế thời gian thổi khí cũng phải chọn thích hợp để sao cho vừa đủ lượng CO₂ kết hợp với thuỷ tinh lỏng theo phản ứng đóng rắn (2), để không xẩy ra dư CO₂ (3).

Hình 1. ảnh hưởng của áp suất và thời gian thổi khí CO₂ tới độ rã của hỗn hợp

Na₂O.mSiO₂..nH₂O + CO₂ → Na₂CO₃ + mSiO₂.nH₂O + Q (2)

   Khi lượng CO₂ dư thừa phản ứng đóng rắn xẩy ra theo phương trình sau:

Na₂O.mSiO₂..nH₂O + 2CO₂ → 2NaHCO₃ + mSiO₂.(n-1)H₂O + Q (3)

N	x1	x2	x3	ρ [kg/m3]	M	τ [s]	y [MPa]
1	–	–	–	1430	2	35	0,345
2	+	–	–	1520	2	35	0,550
3	–	+	–	1430	2,74	35	0,465
4	+	+	–	1520	2,74	35	0,715
5	–	–	+	1430	2	75	0,435
6	+	–	+	1520	2	75	0,485
7	–	+	+	1430	2,74	75	0,395
8	+	+	+	1520	2,74	75	0,615
9	0	0	0	1470	2,37	55	0,461
Ba thí nghiệm ở tâm: 4,61; 4,65; 4,70

Bảng 2. Ma trận thí nghiệm xét ảnh hưởng của các yếu tố tới độ bền

   Để nghiên cứu xác định được thời gian thổi khí CO₂ thích hợp với thành phần thuỷ tinh lỏng, đã dùng thí nghiệm qui hoạch thực nghiệm chủ động để nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần thuỷ tinh lỏng và thời gian thổi khí CO₂ tới độ bền của hỗn hợp. Hỗn hợp thí nghiệm có: tỷ trọng thuỷ tinh lỏng (() biến đổi trong khoảng (1430-1520) kg/m³ (được ký hiệu dưới dạng mã toán học là x1); môđun thuỷ tinh lỏng (M) biến đổi trong khoảng (2-2,74) (được ký hiệu dưới dạng mã toán học là x₂; thời gian thổi khí CO₂ biến đổi trong khoảng (35-75) giây (được ký hiệu dưới dạng mã toán học là x₃). áp suất khí CO₂ được chọn từ kết quả thí nghiệm trên là 0,2 MPa; hàm lượng thuỷ tinh lỏng bằng 3,5%. Ma trận thí nghiệm và kết quả nghiên cứu được đưa trên bảng 2. và được biểu diễn bằng mô hình toán thống kê theo phương trình (3).

ỹ = 4,849+0,97x₁+0,49x₂-0,19x₃+0,269x₁x₂– 0,244x₂x₃-0,231x₁x₃+0,156x₁x₂x₃ (3)

   Từ phương trình (3) thấy trong khoảng nghiên cứu: Nếu tăng môđun, tăng tỷ trọng thì độ bền tăng; Để độ bền cao, nếu dùng môđun cao thì tỷ trọng chọn thấp và ngược lại, môđun thấp lấy tỷ trọng cao; Môđun cao thì thời gian thổi ít và ngược lại môđun thấp thì thời gian thổi dài.

Kết luận

   Áp suất chân không tuỳ thuộc vào kích thước khuôn và nên chọn trong khoảng 87,99 kPa đến 61,32 kPa. Không nên lấy thấp hơn 47,99 kPa

   Thời gian giữ chân không tuỳ thuộc vào kích thước khuôn và tối đa không quá 15 phút.

   Áp suất khí CO₂ từ 0,15 đến 0,2 MPa

   Thời gian thổi khí tuỳ thuộc vào kích thước khuôn vào mô đun và tỷ trọng thuỷ tinh lỏng, thường khoảng 35 tới 75 giây

   Nên sử dụng thuỷ tinh lỏng có tỷ trọng cao từ 1470 đến 1500kg/m³ và môđun thủy tinh lỏng 2,4 đến 2,6.

   Vai trò của hút chân không là để cho khí CO₂ dễ thấm sâu vào toàn bộ thể tích khuôn đúc.

[symple_box color=”gray” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]

Tài liệu trích dẫn:

1. Đinh Quảng Năng, Vật liệu làm khuôn cát, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội 2003 
2. Đinh Quảng Năng, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp Bộ mã số B2003-28-94, “Nghiên cứu triển khai công nghệ CO2 hoá rắn trong chân không (VRH) để chế tạo khuôn ruột đúc các chi tiết máy nong nghiệp, Hà nội 2005
3. Tiêu chuẩn Trung quốc dùng cho ngành Đúc, NXB Đông Bắc 5-1994
4. Nguyễn Công Hảo, Nghiên cứu chế tạo khuôn đúc theo công nghệ CO2 trong chân không, Luận văn Thạc sĩ, Hà Nội 2000

[/symple_box][symple_clear_floats]