Quá trình hình thành vật đúc trong khuôn mẫu cháy phức tạp hơn nhiều so với công nghệ đúc trong khuôn cát thông thường, ảnh hưởng tới hình dáng và chất lượng vật đúc. Bài báo này giới thiệu một phương pháp xác định khe hở khí xuất hiện do sự phân hủy mẫu xốp trong quá trình điền đầy khuôn.
A study of the mould filling and gas gap in the lost foam casting.
Nguyễn Hữu Dũng
Tóm tắt
Bài báo này giới thiệu một phương pháp xác định khe hở khí xuất hiện do sự phân hủy mẫu xốp trong quá trình điền đầy khuôn. Chúng ta đã biết rằng, khi rót kim loại vào trong khuôn, mẫu bằng polystyren sẽ bắt đầu phân hủy ngay lập tức và khe hở khí giữa kim loại lỏng và mẫu xốp sẽ hình thành. Việc phân hủy mẫu sẽ làm tăng áp suất bên trong khe hở khí và và làm thay đổi dòng chảy của kim loại lỏng trong khuôn. Các hiện tượng đó có ảnh hưởng rất mạnh đến chất lượng vật đúc sau này.
Abstract
In this investigation the melt/foam interface (gas gap) resulting from foam degradation during mould filling in the ost foam was presented. It was observed that when the metal was poured, the polystyrene pattern began to decompose immediately and a gas gap was observed between the molten metal and the solid foam. This caused an increase in the pressure within the gap (metal/foam interface) and, by altering the molten metal flows during mould filling; it has a decisive influence on the final casting quality.
1. Giới thiệu
Đối với đúc trong khuôn cát thông thường, gang điền đầy hốc khuôn từ rãnh dẫn, tiếp theo là điền đầy phần đáy của khuôn. Kim loại đập vào thành đối diện của khuôn, hình thành sóng và lan truyền sang phía thành bên kia hốc khuôn, sau đó quay trở lại. Sóng lan truyền quay đi quay lại vài lần thì bề mặt dòng kim loại trở nên phẳng lặng. Việc điền đầy tiếp tục từ đáy lên đỉnh với một mặt phẳng sóng nằm ngang. Trong suốt quá trình điền đầy, kim loại đi vào hốc khuôn thông qua rãnh dẫn và tiếp tục tạo ra một kiểu đối lưu vòng tròn. Trong công nghệ đúc mẫu cháy (lost foam), vật liệu làm mẫu là polystyren dạng tổ ong, có tỉ trọng 0,02 ÷ 0.025 g/cm3. Điều kiện làm việc ổn định của polystyren là < 70°C. Nhiệt độ lớn hơn 80°C mẫu sẽ bị biến dạng. ở 160-170°C mẫu polystyren bắt đầu hóa hơi.
Hình 1. Dòng chảy trong đúc khuôn cát a) và trong đúc khuôn mẫu cháy b)
ở đây, Q: lượng kim loại qua hệ thống rót vào khuôn, Pk: áp suất khí trong khuôn đúc
Trong công nghệ đúc mẫu cháy, kim loại lỏng điền đầy khuôn theo hướng kính tính từ rãnh dẫn. Dòng kim loại chỉ vươn tới thành khuôn đối diện với rãnh dẫn khi khuôn được điền đầy một nửa. Tuy vậy, kim loại lỏng điền đầy khuôn rất nhanh khi mẫu bị phân hủy, nhanh đến mức, trong giai đoạn ban đầu điền đầy khuôn không nhìn thấy khe hở giữa dòng kim loại và mặt phân hủy mẫu. Vì áp lực khí trong các khe hở tăng, nhiệt độ của dòng kim loại lỏng không ngừng giảm do phản ứng hút nhiệt khi phân hủy mẫu cháy, gây nên hiện tượng truyền động lượng đối với dòng chảy của kim loại lỏng.
Do đó, quá trình hình thành vật đúc trong khuôn mẫu cháy phức tạp hơn nhiều so với công nghệ đúc trong khuôn cát thông thường, ảnh hưởng tới hình dáng và chất lượng vật đúc. Nếu hệ thống rót quá lớn thì lượng kim loại vào trong khuôn nhiều, lúc này Q>Pk cho nên vật đúc sau khi hình thành sẽ có rỗ khí. Mặt khác, khi lượng kim loại chảy vào khuôn quá lớn nhưng độ bền của mẫu lúc này không đủ lớn, dế dàng gây ra đổ mẫu và dẫn đến hiện tượng rỗ cát.
2. Thí nghiệm
Vật liệu làm mẫu là polystyren dạng tổ ong, có tỉ trọng 0,02 ÷ 0.025 g/cm3. Vật đúc có dạng hình hộp, kích thước 10x60x200 mm. Mỗi chùm mẫu có 4 vật đúc. Môi vật đúc được thiết kế có thiết diện rãnh dẫn (Fd) khác nhau để nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ điền đầy đến mức độ điền đầy của vật đúc. Thiết diện rãnh dẫn đối với các vật đúc lần lượt là: Fd1 = 0.25cm2; Fd2 = 0.5cm2; Fd3 = 1cm2; Fd4 = 2 cm2
Hình 2. Mẫu được gắn vào hệ tống rót
Vật liệu đúc là nhôm silumin trước cùng tinh AlSi8. Nhiệt độ rót 730°C. Các vật đúc đều được sơn bằng phương pháp nhúng trong cùng một loại sơn để đảm bảo chiều dày lớp sơn là đều nhau cho tất cả các vật đúc.
