Đồ án tốt nghiệp

Đồ án: nghiên cứu sử dụng thuỷ tinh lỏng để làm khuôn, ruột theo
công nghệ CO2 ở công ty Phúc Sơn
CNVL_4 - - ĐHBK–Hà Nội
1
Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
Lời nói đầu 5
CHƯƠNG 1. CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN SẢN PHẨM NHỰA 7
I. Chất dẻo 7
1.1. Định nghĩa 7
1.2. Phân loại chất dẻo 7
1.3. Những tính chất của chất dẻo 8
1.4. Các chất phụ gia sử dụng trong chất dẻo 9
II. Các phương pháp gia công chất dẻo 10
2.1. Công nghệ cán 10
2.2. Công nghệ phủ chất dẻo 10
2.3. Công nghệ đùn 11
2.4. Gia công vật thể rỗng 11
2.5. Công nghệ ép 11
2.6. Công nghệ tạo xốp chất dẻo. 12
2.7. Công nghệ hàn chất dẻo 12
2.8. Công nghệ dán chất dẻo 12
2. 9. Công nghệ đúc phun 12
III. Công nghệ đúc phun gia công sản phẩm nhựa 13
3.1. Vật liệu sử dụng để đúc 13
3.2. Máy đúc phun 15
3.2.1. Phân loại máy đúc phun 16
CNVL_4 - - ĐHBK–Hà Nội

3
Đồ án tốt nghiệp
2.2. Giao diện vùng làm việc của Mastercam X 54
2.3. Thiết lập thông số gia công trên máy 57
2.4. Xuất mã NC 62
III. Phần mềm SolidWorks 2005 62
3.1. Giới thiệu chung 62
3.2. Giao diện và một số chức năng cơ bản 63
3.2.1. Mở một bản vẽ SolidWorks 64
3.2.2.Vẽ phác 64
3.3.3. Chức năng tiện ích trong thiết kế 3D 66
3.3.4. Bản vẽ lắp 68
IV. Phần mềm Moldflow Plastics Insights 70
4.1. Giới thiệu chung 70
4.2. Giao diện chương trình 71
4.3. Các chức năng chính 71
4.4. Các loại kết quả 72
CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM NHỰA 76
I. Máy gọt bút chì 76
1.1. Thiết kế sản phẩm máy gọt bút chì có ứng dụng SolidWorks 2005 76
1.2. Công dụng và nguyên lý hoạt động của máy gọt bút chì 79
1.2.1. Công dụng 79
1.2.2. Nguyên lý hoạt động 79
1.3. Tính công nghệ của vỏ máy gọt bút chì 80
II. Thiết kế khuôn đúc 81
2.1. Cơ sở dữ liệu cho thiết kế khuôn 81
2.2. Các bước thiết kế khuôn đúc 82
2.2.1 Vẽ to hình sản phẩm, xác định đường phân khuôn 82
2.2.2. Xác định vị trí đặt miệng phun và chốt đẩy 83
CNVL_4 - - ĐHBK–Hà Nội

Với xu hướng phát triển hiện tại và tương lai của ngành đúc là khả năng thích
ứng, năng xuất, chất lượng, tiết kiệm nguyên vật liệu và đảm bảo vệ sinh môi
trường. Để thoã mãn những yêu cầu đó trong lĩnh vực chế tạo khuôn, ruột đúc thì
việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chế tạo khuôn ruôt theo công nghệ CO
2
là
hêt sức cần thiết.
Đồ án nghiên cứu sử dụng thuỷ tinh lỏng để làm khuôn, ruột theo công nghệ CO
2
ở công ty Phúc Sơn nhằm tìm ra thành phần hỗn hợp hợp lý để làm khuôn, ruột cho
từng loại sản phẩm cụ thể nhằm góp phần nâng cao chất lượng vật đúc, giảm lãng
phí nguyên vật liệu chế tạo hỗn hợp làm khuôn, ruột, hạ giá thành sản phẩm. Đồng
thời đề tài góp phần khẳng định các giá trị có ý nghĩa khoa học trong lý thuyết
công nghệ CO
2
.
Đồ án gồm 4 chương
Chương I: Tổng quan về hỗn hợp đóng rắn nguội trên cơ sở thuỷ tinh lỏng.
Chương II: Cơ sở lý thuyêt thiết kế đúc.
Chương III: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu.
Chương IV: Khảo sát công nghệ chế tạo chi tiết búa nghiền bi.
Do thời gian có hạn nên đồ án có nhiều khuyết điểm, thiếu sót, rất mong các thầy
giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Vật Liệu và
Công nghệ Đúc, tập thể cán bộ công nhân viên công ty Phúc Sơn, các kỹ sư phòng
thí nghiệm. Đặc biệt PGS.TS Đinh Quảng Năng đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ
chúng em hoàn thành đồ án này.
Hà nội ngày…tháng…năm2008
Nhóm sinh viên thực hiện:
CNVL_4 - - ĐHBK–Hà Nội

măng hoặc nhựa, hoặc 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 C
2
S, 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 SO
2
. Hỗn hợp cát-thủy tinh lỏng, khuôn dằm chặt
xong được thổi khí CO
2
. 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 CO
2
gọi là công nghệ CO
2
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

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

hợp chia làm 4 lần:
Lần 1: Đạt cực đại lần thứ nhất tại 200
0
C do gel Silic mất nước.
Lần 2: Đạt cực tiểu lần thứ nhất tại 500
0
C ÷ 600
0
C do quá trình chuyển
biến thù hình của SiO
2
làm nứt vỡ màng liên kết của chất dính (Thạch anh T.α.β
↔

573
α).
Lần 3: Đạt cực trị lần thứ hai tại 800
0
C, 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:
Na
2
CO
3

→
Na
2
O +CO
2

3
được sinh ra trong quá trình đóng rắn thủy tinh lỏng. Nghĩa là
CNVL_4 - - ĐHBK–Hà Nội
11
Đồ án tốt nghiệp
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 800
0
C.
Lần 4: Đạt cực tiểu lần thứ hai 800
÷
1200
0
C,độ bền còn lại đạt cực tiểu do
các tinh thể (SiO
2
) 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 phải
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 CO
2
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 CO

H
2
O +

CO
2
→ H
2
CO
3

H
2
CO
3
+ Na
2
CO
3
→ 2NaHCO
3
.
Lượng CO
2
dư càng nhiều thì NaHCO
3
sinh ra càng lớn. Na
2
CO
3

của hỗn hợp. Nhưng thực tế ở nhiều xưởng đúc lượng CO
2
dùng lênn tới 3
÷
6%.
Do đó gây lãng phí CO
2
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 CO
2
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 CO
2
. Tuỳ theo tỷ lệ
giữa các thành phần trong hỗn hợp sẽ tạo ra các loại hỗn hợp có tính 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
Me
2
O.mSiO
2
.nH
2
O. Tính chất của TTL và khả năng tham gia tương tác hoá lý

2
, Na
2
O.SiO
2
, Na
2
O. 2SiO
2
.
Bảng 1.2 Các điểm đặc trưng trong giản đồ trạng thái Na
2
O-SiO2
Các
điểm
Pha rắn cân bằngvới pha
lỏng
Đặc tính của các điểm Thành phần
%
Nhiệt
độ

O
C
A Na
2
O Chất lỏng không phân huỷ 100 0 1391
B 2 Na
2
O. SiO

2
Chất lỏng không phân huỷ 34,04 65,96 1147
G Quắc+ Na
2
O .2SiO
2
Cùng tinh 26,1 73,9 1066
H Quăc+ Na
2
O.2SiO
2
Cùng tinh giả 25,4 74,6 1055
M Quắc Tridimit Biến đổi thù hình 22 78 1143
L Dung dịch rắn của Quắc Cân bằng 3 pha 22 78 941
K Dung dịch rắn của
Na
2
O .SiO
2
trong Na
2
O.
SiO
2
Cân bằng 3 pha 22 78 1073
J Na
2
O.2 SiO
2
, Na

2
.
-Vùng 2: 2Na
2
O.SiO
2
tinh thể.
-Vùng 3: Hỗn hợp của 2 Na
2
O.SiO
2
và thuỷ tinh lỏng.
-Vùng 4: Silicat Natri dạng kính.
-Vùng 5: Silicat Natri ngậm nước.
-Vùng 6: Silicat bị Hyđrat hoá.
-Vùng 7: Rắn và lỏng .
-Vùng 8: Chất lỏng nhớt.
-Vùng 9: Thuỷ tinh lỏng thương mại.
-Vùng 10: Dung dịch pha loãng.
-Vùng11: Chất lỏng không ổn định.
• Cấu trúc của thủy tinh lỏng
Silicat Natri hoà tan trong nước sẽ phân li thành các cation và anion phức
của axit Sililic tạo ra dung dich nước Silicat natri . Hình 1.3. đưa ra giản đồ trạng
thái ba nguyên Na
2
O – SiO
2
– H
2
O. Từ giản đồ trạng thái này cho thấy không tồn

2
.H
2
O có thể bền vững. Khi độ PH<13,6 các monosilicat sẽ trùng hợp
tạo thành disilicat Na
2
O.2SiO
2
.H
2
O. Khi Ph < 10,9 các disilicat sẽ lại trùng hợp
với nhau tạo nên những polysilicat có kích thước phân tử lớn hơn .
- Mô đun: là tỷ số giữa số mol SiO
2
với số mol Na
2
O trong dung dịch
thực được xác định theo công thức (1.1).
M=% SiO
2
/% Na
2
O*1,032 (1.1)
Môđun TTL có ảnh hưởng lớn tới các tính chất cơ, hóa, lý của hỗn hợp.
Chính vì thế trong sản xuất đòi hỏi môđun TTL phải chính xác.
Muốn giảm mô đun TLL dùng NaOH. Khi cho NaOH vào TTL sẽ xảy ra
phản ứng theo phương trình:
Na
2
O.m.SiO

2
, % Na
2
O là hàm lượng của Na
2
O và SiO
2
trong TTL ban
đầu.
Muốn tăng môđun dùng amonclorua. Khi cho amonclorua vào TTL sẽ xảy
ra phản ứng sau:
CNVL_4 - - ĐHBK–Hà Nội
17
Đồ án tốt nghiệp
Na
2
O.m.SiO
2
+ 2NH
4
Cl → m.SiO
2
+ 2NaCl +2NH
3
+H
2
O
- Tỷ trọng TTL: Là một đại lượng vật lý có thứ nguyên là (kg/m
3
). không

2
O(62+60*M):18*(100- H
2
O) (1.4)
W
1
: Hệ số phụ thuộc môđun TTL: W
1
=1,349M+1,347
Muốn giảm tỷ trọng cần pha thêm nước. Lượng nước bổ xung phụ thuộc
vào môđun và tỷ trọng của TTL. Tuy nhiên việc tính toán rất phức tạp, để đơn
giản lượng nước đươc bổ xung được tính toán gần đúng theo công thức (1.5):
W=(
0
ρ
-
1
ρ
)/(
ρ
-1)(ml/100g TTL) (1.5)
Trong đó:
ρ
: Tỷ trọng cần giảm

1
ρ
: Tỷ trọng TTL ban đầu.
Muốn tăng tỷ trọng phải chưng nó trong các thiết bị đặc biệt để tránh tác
dụng hóa học của khí CO

2
O % H
2
O
ρ
(kg/
3
m
)
A
28.2
÷
31.6
14.2
÷
14.6 2
÷
2.3 1480
÷
1520
B
29.6
÷
32.8
13.0
÷
13.2 2.31
÷
2.6 1470
÷

bốn đỉnh là Oֿ
2
. Khối lượng riêng 2,5
÷
2,8g/cm
3
, nhiệt độ nóng chảy là
1731
0
C. Cát có mầu vàng nâu hay đen phụ thuộc vào ion kim loại hấp phụ trên
bề mặt hạt cát. Nhiệt dung phụ thuộc vào nhiệt độ ở 500
0
C và 1000
0
C. Độ dẫn
điện phụ thuộc vào nhiệt độ và hướng truyền nhiệt. Cát thạch anh khi bị nung
nóng có tính chuyển biến thù hình do thay đổi góc trong ô mạng và kèm theo là
sự thay đổi thể tích theo sơ đồ sau:
Sơ đồ chuyển biến thù hình của cát thạch
CNVL_4 - - ĐHBK–Hà Nội
20
Đồ án tốt nghiệp
ở 573
0
C ở 870
0
C ở 1470
0
C ở 1713
0


γ
Tridimi
583
0
C 117
0
C

β
q
→

α
q
tăng 0,02%
γ
T
→β
T
tăng 0,2%.
163
0
C 870
0
C


tăng 16%
α
q

→

vô định hình tăng 15,4%
2.Fensfat:
Có công thức hoá học MeO.Al
2
O
3
.6SiO
2
(Tong đó Me=K,Na). Nhiệt độ
nóng chảy 1170
÷
1550
0
C. Độ dãn nở nhiệt ở 1000
0
C bằng 2,75%. Fensfat làm
giảm tính chịu nhiệt .
3. Mica:
Ở hai dạng : + Dạng Muskovis (K
2
O.Al
2
O
3

2
O
3
có khối lượng riêng 5
÷
5,3%g/cm
3
, nhiệt độ nóng chảy
1560
0
C.
• Inmenhit: FeO.TiO
2
có khối lượng riêng 4,72(g/cm
3
).
CNVL_4 - - ĐHBK–Hà Nội
21
Đồ án tốt nghiệp
• Mannhehit: (Quặng sắt từ) FeO.Fe
2
O
3
có khối lượng riêng 4,9
÷
5,2g/cm
3
), nhiệt độ nóng chảy 1510
0
C.

÷
1
Cát rất to 04 063-04-0315 1,135
÷
0,63
Cát to 0315 04-0135-02 0,2
÷
0,4
Cát vừa 02 0135-02-016 0,16
÷
0315
Cát nhỏ 016 02-016-01 0,1
÷
0,2
Cát rất nhỏ 01 016-01-0063 0,063
÷
016
Cát mịn 0063 01-0063-0005 0,05
÷
0,1
Cát bột 005 0063-005-Nhỏ mịn <0,05
Thành phần hóa học:
Trong cát ngoài SiO
2
ra còn có các thành phần hóa học khác như: Al
2
O
3
, MgO,
CaO, NaCl, NaCO

Tạp chất có hại
sunfit(
%)
oxít kim
loại kiềm và
kiềm
thổ(%)
oxit sắt
(%)
Cát thạch
anh Cát
thạch anh
được
tuyển rửa
T1C
T2C
T3C
≤ 0,2
≤ 0,5
≤ 1,0
≥ 98,5
≥ 98,0
≥ 97,5
0
0
0
≤ 0,40
≤ 0,75
≤ 1,00
0,20

fenspat
C
f
≤ 2 < 90 - - -
Cát gầy
Cát nửa
mỡ
Cát mỡ
Cát rất mỡ
G
NM
M
RM
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-

o
c.
• Sét haloizit: Sét này có có tính dính khá, giữ nước tốt, nhưng phân tán
nhanh trong nước sét này thuộc loại trung tính thiên axit pH =5,3→6,6.
• Sét illit có tính ổn định kém hầu như không hấp thụ ion kiềm, khả năng
dính khá, không được sử dụng làm vật liệu chịu lửa, sét có tính trung
tính pH =6,8.
• Sét kaolinit khả năng kết dính khác nhau, khả năng trao đổi cation kém,
là vật liệu trung tính, là nguyên liệu cơ bản làm vật liệu chịu lửa, làm
gốm sứ… Trong sản xuất đúc làm vật liệu vữa xây lò.
Sét làm khuôn thông thường có 2 loại: Sét kaolinit hay còn gọi là sét
kaolin, phổ biến được dùng làm khuôn khô hoặc làm khuôn tươi nhưng sản phẩm
đúc không đòi hỏi chất lượng cao. Sét montmoillinit: hay còn gọi là sét bentonít,
rất tốt cho dùng khuôn tươi và đặc biệt là khi làm trên dây truyền.
Thông thường sét làm khuôn phải thoả mãn yêu cầu:
+ Có tính dính kết cao khi được trộn với cát trong điều kiện cần một
lượng nước tối thiểu.
CNVL_4 - - ĐHBK–Hà Nội
24
Đồ án tốt nghiệp
+ Chịu được tác dụng nhiệt để có thể sử dụng lại và lượng sét chết khi
bị tác dụng nhiệt là ít nhất.
+ Cho hỗn hợp vào làm khuôn có tính tạo hình và mật độ đồng đều. Dễ
vận chuyển lưu giữ bảo quản và dễ phân phối chính xác trên dây truyền đúc.
+ Bù hoà cho sự giãn nở nhiệt của cát silic nhằm chống được các khuyết
tật đúc như: Bọng cát, rỗ cát, cháy cát…
+ Nhanh chóng hình thành màng đất sét - nước bao quanh hạt cát khi
trộn hỗn hợp với lượng nước ít nhất.
+ Cho hỗn hợp làm khuôn có độ bền, độ dẻo, độ in hình cao thoả mãn
các yêu cầu của khuôn khi lấy mẫu, vận chuyển ráp và rót.