UỶ BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐÚC CHÍNH XÁC
KHÔNG GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG
TRONG KHUÔN CÁT KHÔNG DÙNG CHẤT DÍNH KẾT

TP. HỒ CHÍ MINH
09/2007
NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Thứ
tự

TP.HCM
Cộng tác
viên
9 La Mỹ Nhi Kỹ sư CN vật liệu Công ty TNHH Bách
khoa công nghệ
Cộng tác
viên

MỤC LỤC

Phần 1: Mở đầu
1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài 1
1.1.1 Một số so sánh giữa các phương pháp đúc 1
1.1.2 Tình hình nghiên cứu 6
1.2 Các bước cơ bản của công nghệ đúc trong khuôn màng mỏng chân không 7
1.3 Ưu nhược điểm chính của công nghệ đúc trong khuôn màng mỏng
chân không 12
1.3.1 Ưu điểm 12
1.3.2 Nhược 12
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khuôn màng mỏng chân không 13
1.5 Mục tiêu của đề tài 14
Phần 2: Nội dung nghiên cứu
2.1 Cát làm khuôn 16
2.1.1 Thành phần khoáng và hàm lượng sét trong cát 16
2.1.2 Thành phần độ hạt 17
2.1.3 Hình dạng hạt cát 18
2.1.4 Nhận xét 20
2.2 Nghiên cứu chế độ rung lèn chặt 21
2.2.1 Nội dung nghiên cứu 21
2.2.2 Thiết bị thí nghiệm 21

2.7 Thiết kế, chế tạo và lắp đặt trang thiết bị 89
2.7.1 Mở đầu 89
2.7.2 Hệ thống cấp chân không 89
2.7.3 Hòm khuôn 91
2.7.4 Tấm mẫu 93
2.7.5 Thiết bị rung 97
2.7.6 Thiết bị nung màng 98
2.7.7 Chế tạo khuôn đúc và vật đúc 99
2.8 Đánh giá chất lượng vật đúc 101
Phần 3: Kết luận 105
Tài liệu tham khảo 109
Phụ lục 1 111
Phụ lục 2
Phụ lục 3 PHAÀN 1

MÔÛ ÑAÀU
ít được sử dụng do những đặc điểm tiêu cực về môi trường của chúng.
-Thế hệ khuôn thứ ba: Hỗn hợp làm khuôn chỉ có cát, không dùng chất dính và dùng
các phương pháp vật lý (từ, chân không …) để giữ các hạt cát khô nằm cố đònh trong
khuôn khi rót; đúc xong phá dỡ khuôn dễ dàng, cát được sử dụng lại hầu như hoàn
toàn. Thế hệ khuôn thứ ba bắt đầu được nghiên cứu từ thập niên 70 của thế kỷ 20 và
được dự báo sẽ dần thay thế hai thế hệ khuôn trên. Tiêu biểu cho thế hệ khuôn này
là khuôn từ và khuôn màng mỏng – chân không.
Trang 2

Bảng 1.1 : So sánh một số đặc điểm của các thế hệ khuôn cát [14]:

Thế hệ khuôn 1 2 3
-Chất dính
-Phương pháp tạo liên kết
-Khả năng tạo hình
-Tính chòu co bóp
sét
cơ
xấu
xấu
hóa chất
hóa
trung bình→tốt
xấu→trung bình
không có
lý
tốt
tốt
-Trang thiết bò
-Diện tích sản xuất

trung bình→ ít
trung bình→ nhiều
trung bình→ nhiều
ít
nặng
nhiều
rất ít
trung bình→ rất ít
rất ít
rất ít
không
rất ít

Dưới đây là một số so sánh về một số chỉ tiêu giữa các phương pháp đúc [10]:
♦Tuổi thọ của trang bò mẫu – hòm khuôn : Khuôn kim loại
Đúc áp lực
Khuôn cát - sét
Màng mỏng
-
cha
â
n
không
Mẫu hóa khí

CÔNG NGHỆ
Tuổi thọ ngắn Tuổi thọ dài
♦Độ phức tạp trong thiết kế mẫu , hòm khuôn , công nghệ đúc :

Màng mỏng -
chân không
Khuôn kim loại
Khuôn cát - sét
Đúc áp lực
Mẫu hóa khí
CÔNG NGHỆ

CÔNG NGHỆ
Đơn giản Phức tạp

Trang 4 ♦Độ bóng bề mặt :

Khuôn cát sét
Khuôn kim lọai
Màng mỏng - Chân không
Mẫu hóa khí
Đúc áp lực

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Nhẵn Nhấp nhô
±.010
n
/
1
n
±.030
n
/
1
n
Độ chính xác thấp nhất
Độ chính xác cao nhất
Trang 5 ♦Mức độ khó dễ trong việc thay đổi kỹ thuật : Đúc áp
Khuôn kim
Mẫu hóa
Màng mỏng - chân
Khuôn cát
CÔNG NGHỆ
♦Khả năng đúc các vật đúc phức tạp :
Khó Dễù


tiết đúc bằng các hợp kim trên cơ sở nhôm, đồng, sắt … để phục vụ cho các ngành
xây dựng, dệt, chế tạo máy, đóng tàu, chế tạo xe máy … và nhanh chóng chiếm một
vò trí vững chắc trong ngành đúc do những ưu điểm vượt trội về tính môi trường của
công nghệ này.
Riêng tại Mỹ, năm 1981, Bill Wilmont, chủ tòch Công ty Hermon đã mua công
nghệ này của Nhật và mở ra công ty Harmony Castings Inc. Từ 11 nhân viên năm
Trang 7

1986 đến năm 2000 Công ty đã có khoảng 130 nhân viên với doanh số hơn 12 triệu
USD và phát triển mạnh mẻ về chiều rộng lẫn chiều sâu của công nghệ này.
Năm 1988, Minneapolis Electric Co (Mỹ) xây dựng xưởng đúc thép theo phương
pháp này với năng suất 40.000 tấn / năm, có thể đúc được vật đúc nặng tới 4.000 kg.
Cho đến nay đã có một số công ty hàng đầu chuyên về đúc trong khuôn màng
mỏng chân không. Sản phẩm đúc bằng phương pháp này thường chiếm một tỉ lệ khá
nhỏ trong tổng sản lượng của công ty nhưng lại là những sản phẩm đặc biệt, dùng
trong những ngành công nghiệp đặc biệt như các chi tiết trong khung kính hiển vi
hồng ngoại (Công ty Spectra– Tech,Inc.Shelton, Connecticut), khung cho động cơ xe
máy (hãng xe máy Harley – Davision), chế tạo mẫu cho phương pháp đúc áp lực
(hãng Metaalgieterij Kinheikho) …
Hiện nay, nhiều phụ tùng xe máy bằng hợp kim nhôm được chế tạo bằng công
nghệ khuôn màng mỏng – chân không mà một trong các Công ty đi tiên phong là
Harley Davidson.
Theo các thông tin Chúng tôi thu thập được trên mạng, hiện công nghệ này đã
và đang được sử dụng nhiều ở các nước: Nhật, Mỹ, CHLB Đức, Nga, Hàn Quốc…
Một Công ty Nhật tại Tỉnh Bình Dương đã sử dụng công nghệ này để đúc các chi
tiết bằng hợp kim nhôm.
1.2. CÁC BƯỚC CƠ BẢN CỦA CÔNG NGHỆ ĐÚC TRONG KHUÔN MÀNG
MỎNG-CHÂN KHÔNG
Phương pháp đúc màng mỏng chân không được tiến hành như sau:
1- Mẫu của khuôn màng mỏng chân không được chế tạo có các lỗ thông hơi trên

Hình 1.5: Đổ cát vào hòm khuôn và rung lèn chặt
6- Tạo hình phễu rót và làm phẳng bề mặt cát ở mặt trên khuôn. Sau đó phủ màng
lên bề mặt khuôn. Tấm màng này có thể không cần nung nóng vì nó chỉ ép sát
vào mặt phẳng cát mà không đòi hỏi độ mềm và biến dạng cao (hình 1.6). Hình 1.6: Tạo phễu rót, làm phẳng khuôn và đặt màng mỏng lên trên
7- Tiến hành hút chân không trong hòm khuôn. p chân không hút màng ép chặt
vào cát làm khuôn để các hạt cát liên kết với nhau tạo thành khuôn chân không
cứng và bền vững. p suất chân không trong hòm khuôn cân bằng với áp suất
chân không trong tấm mẫu. Tiến hành thải chân không ở tấm mẫu; tách lấy tấm
mẫu ra khỏi khuôn sẽ được nửa hòm khuôn với lòng khuôn có biên dạng vật đúc
(hình 1.7). Thực hiện tương tự đối với nửa hòm khuôn còn lại. Hình 1.7: Hút chân không khuôn và thải chân không tấm mẫu để lấy khuôn
8- Sơn lên màng một lớp sơn, sau đó ráp nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới (hình
1.8), rót kim loại lỏng vào khuôn (trong quá trình rót, vẫn hút chân không).

Trang 10 Hình1.8: Ráp khuôn trên và khuôn dưới; vẫn giữ chân không chờ rót
9- Sau khi vật đúc đông đặc và nguội đến nhiệt độ thích hợp, thải chân không trong
các hòm khuôn (hình 1.9). Cát được thải chân không rơi tự do ra khỏi hòm
khuôn thành vật liệu rời không có hiện tượng dính thành từng cục như các
phương pháp dùng chất dính kết khác. Cát sau khi nguội được sử dụng lại.

Hình 1.9: Thải chân không, lấy vật đúc ra khỏi hòm khuôn
Khuôn MMCK sử dụng cát khô làm vật liệu làm khuôn, không dùng chất kết

Hút chân không trong khối cát, và chỉ
nhả chân không khi đúc xong
Nhả chân không đang giữ màng thứ nhất để lấy mẫu ra
Nung màng
Nửa hòm khuôn trên Nửa hòm khuôn dưới
Cát đã sử
dụng
Làm nguội cá
t

Hút chân không trong tấm mẫu và giữ nguyên độ
chân không đó
Lắp ruột và hai nửa hòm khuôn với nhau, rót kim loại lỏng
Để nguội, vẫn giữ chân không trong khối cát
Sau khi vật đúc đủ nguội, nhả chân không
Chi tiết đúc
Nấu luyện
Sơn khuôn
Rây
Trang 12

1.3. ƯU, NHƯC ĐIỂM CHÍNH CỦA CÔNG NGHỆ ĐÚC TRONG
KHUÔN MÀNG MỎNG – CHÂN KHÔNG
1.3.1. Ưu điểm
- Nguyên công lấy mẫu ra khỏi hòm khuôn rất đơn giản (chỉ cần thải chân
không); mẫu hầu như không cần độ xiên thành và cũng không cần thao tác
đánh động mẫu, do đó độ chính xác của vật đúc cao, giảm đáng kể lượng dư
gia công.
- Độ chân không duy trì trong quá trình chế tạo khuôn và rót có tác dụng hút
khí, do đó hầu như loại bỏ hoàn toàn các khuyết tật liên quan đến rỗ khí trong

lèn chặt)
1.4.2. Loại màng, chiều dày màng và chế độ nung màng
Màng phải đủ mỏng, bền, có khả năng biến dạng tốt để đảm bảo khả năng tạo
hình của màng.
1.4.3. Chế độ rung lèn chặt ( biên độ , tần số và thời gian rung ) của cát làm
khuôn
Chế độ rung lèn chặt phải bảo đảm cát có mức độ lèn chặt cao, không bò phân
lớp về độ hạt, ít tiêu tốn năng lượng rung lèn chặt.
1.4.4. Độ chân không và công suất cấp chân không
Đối với khuôn màng mỏng – chân không, áp lực chân không là lực duy nhất để
liên kết các hạt cát, tạo cho khuôn có độ bền nhất đònh. Nếu độ chân không không
đủ lớn, khuôn không đủ bền, lòng khuôn dễ biến dạng trong quá trình thao tác công
Trang 14

nghệ. Ngược lại, nếu độ chân không quá lớn, khuôn quá bền tạo cản co cho vật đúc
trong quá trình đông đặc và làm nguội, vật đúc dễ bò cong vênh và nứt.
1.4.5. Chất sơn màng và chế độ sơn màng
Khi rót khuôn, ngay khi chưa tiếp xúc với kim loại lỏng, màng đã bò phân hủy.
Điều này có thể dẫn tới hiện tượng sụp khuôn do mất chân không. Có thể tránh hiện
tượng này bằng cách dùng chất sơn màng thích hợp. Chất sơn màng còn có tác dụng
chống cháy dính cát cơ học, tăng độ bóng bề mặt cho vật đúc.
1.4.6. Kết cấu của tấm mẫu, hòm khuôn:
Kết cấu của tấm mẫu, hòm khuôn phải đảm bảo khả năng cấp chân không và
hạn chế khả năng thất thoát chân không.
1.5. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu công nghệ đúc chính xác không gây ô nhiễm môi trường bằng phương
pháp màng mỏng-chân không trong khuôn cát không dùng chất dính kết. Đây là
công nghệ đúc mới, được dự báo là một trong những công nghệ đúc có triển vọng
nhất trong thế kỷ 21 nhờ những ưu điểm như đã trình bày ở trên.
Các mục tiêu cụ thể của đề tài:
Trang

16
2.1. CÁT LÀM KHUÔN
Sau khi khảo sát, chúng tôi chọn 3 loại cát để tiến hành đánh giá độ hạt và hình
dạng hạt cát:
- Loại 1: Cát đã tuyển, xuất xứ từ Cam Ranh, đánh giá cảm quan: cát có độ hạt mòn;
- Loại 2: Cát đã tuyển, cũng có xuất xứ từ Cam Ranh, đánh giá cảm quan: cát có độ
hạt to hơn;
- Loại 3: Cát chưa qua tuyển, xuất xứ từ Bình Châu.
2.1.1. Thành phần khoáng và hàm lượng sét trong cát
Kết quả phân tích về thành phần các loại cát trên được trình bày ở bảng 2.1.
Bảng 2.1: Thành phần khoáng các loại cát (%)

17
2.1.2. Thành phần độ hạt
Việc thử nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm “Hỗn hợp làm khuôn” của
Phân xưởng Đúc thuộc Công ty Cơ khí Thủ Đức. Sử dụng bộ rây tiêu chuẩn DIN với
10 cỡ rây có kích thước lỗ rây như sau (mm): 0,71; 0,5; 0,355; 0,25; 0,18; 0,125;
0,09; 0,063; 0,045 và 0.
a. Cát loại 1

Bảng 2.3: Kết quả phân tích thành phần độ hạt cát loại 1, %
Cỡ hạt(μm)
710 500 355 250 180 125 90 63 45 <45
Lần 1
0.84 2.24 4.10 21.86 28.38 19.82 10.34 6.98 2.02 0.52
Lần 2
0.72 1.62 3.72 21.32 28.30 20.12 11.20 8.34 2.86 0.80
Lần 3
0.76 2.10 3.90 21.64 28.40 19.80 10.84 7.44 2.48 0.70
Trung bình
0.77 1.99 3.91 21.61 28.36 19.91 10.79 7.59 2.45 0.67

b. Cát loại 2

Bảng 2.4: Kết quả phân tích thành phần độ hạt cát loại 2, %
Cỡ hạt (μm)
710 500 355 250 180 125 90
Lần 1
1,49 22,87 38,95 25,97 6,65 0,37 0,03
Lần 2
1,06 22,77 39,07 25,70 7,34 0,89 0,03
Lần 3