Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ
SẠCH BỀ MẶT KHUÔN MẪU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN ĐÁ KHÔ CO2
RESEARCH ABOUT THE EFFECT OF SEVERAL TECHNOLOGICAL
PARAMETERS TO CLEAN SURFACE MOLD BY SPRAYING CO2 ICE
Phùng Xuân Sơn1a, Phạm Văn Đông2, Nguyễn Xuân Yên2
1,2
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
a

TÓM TẮT
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ (áp
suất, lưu lượng, khoảng cách phun và lưu lượng đá khô) khi làm sạch bề mặt khuôn nhựa,
khuôn cao su bằng phương pháp phun đá khô CO2. Kết quả thực nghiệm cho thấy áp suất, lưu
lượng đá khô, khoảng cách phun có ảnh hưởng lớn đến độ sạch và năng suất làm sạch các
chất bẩn. Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho các nhà kỹ thuật lựa chọn các thông số công nghệ
tối ưu để làm sạch bề mặt khuôn đảm bảo năng suất và chất lượng theo yêu cầu.
Từ khóa: đá khô, bề mặt khuôn mẫu, làm sạch.
ABSTRACT
The paper shows the result of the influence of several technological parameters
(pressure, flow, spraying distance and flow dry ice discharge) when cleaning the surface
plastic molding, rubber molding by spraying CO2 ice. It is found in experimental results that
the parameters of flow, flow dry ice, spitting distance have remarkable influcences to purity
and yield clean the dirt. This is a basic principle for technicians to choose the best technical
parameters to clean the surface molding to ensure quality and productivity as required.
Keywords: dry ice, mold surface, cleaning.
1. GIỚI THIỆU
Công nghệ làm sạch bằng đá khô CO2 là một cuộc cách mạng trong vệ sinh công
nghiệp, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như hàng không, xi măng, nhiều loại máy móc
thiết bị khác. Công nghệ làm sạch này thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm nguồn

+ Giá thành đầu tư máy móc thiết bị thấp hơn nhiều so với các phương pháp phun bi,
phun cát.
+ Không làm hỏng bề mặt vì nhiệt.
2.3. Hệ thống làm sạch bằng phương pháp phun đá CO2
Hệ thống trang thiết bị thực nghiệm gồm:
+ Máy nén khí trục vít: P = 7 Bar; Q = 5 - 8 m3/ph;
+ Máy phun đá KC.03.28/11-15: Qđá = 0 - 50 kg/giờ; có bộ rung khí nén;
+ Đá khô CO2: Kích thước viên 3mm;
+ Bộ mẫu kiểm tra độ sạch theo tiêu chuẩn ISO.
Hệ thống làm sạch bằng phương pháp phun đá CO2 thể hiện trên hình 2.

Hình 2. Hệ thống làm sạch bằng phương pháp phun đá CO2

654


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ SẠCH
3.1. Áp suất phun
Ta thấy rằng áp lực dòng khí nén là một yếu tố quan trọng để tăng tốc độ các hạt đá
CO2 từ máy phun bởi các lý do sau:
+ Áp lực dòng khí phù hợp sẽ đưa các phần tử đá vào bề mặt một cách thuận lợi nhất và
thổi sạch các hạt cứng, nhờ đó bề mặt chi tiết được làm sạch.
+ Đá CO2 được phun một góc nghiêng so với bề mặt được làm sạch. Góc nghiêng này
có tác dụng đẩy các hạt bụi bẩn ra khỏi bề mặt.
+ Khả năng làm sạch bằng đá CO2 phụ thuộc rất nhiều vào áp lực của dòng khí.
Nếu áp lực của dòng khí đủ lớn và phù hợp, khả năng làm sạch nhanh và độ sạch cao.
Nếu áp suất dòng khí nhỏ, khả năng làm sạch kém.
Vì vậy, để nâng cao hiệu quả của quá trình làm sạch bằng phương pháp phun đá khô
CO2, cần lựa chọn được áp suất dòng khí hợp lý ứng với từng bề mặt cần làm sạch và các điều

nhau, phụ thuộc áp P1, kích thước F1 và F2.
Người ta có thể chế tạo F2 theo các kiểu. Trong đó, F1 thường dùng dạng lỗ tròn có
đường kính d1 (đầu khí vào). Dạng F2 cũng là lỗ tròn có đường kính d2. Áp suất P2 phụ thuộc
đường kính d2, P1 và d1 (cố định).
Trên hình 4 ta có F2 được tạo bởi đầu phun d2 với tấm chắn phẳng đặt cách miệng phun d2
đoạn khe hở z. Khi P1, d1, d2 cố định, tiết diện chảy của dòng khí ra môi trường xung quanh
được giới hạn bởi một trụ do đường kính d2 và chiều cao z, diện tích đó bằng d 2 z , còn tiết
diện chảy tại d2 là:

 d 22
4

, khi đó ta cần quan tâm đến khe hở z ứng với hai trường hợp:

- Trường hợp 1: Nếu

 d 22
4

  d 2 z . Trường hợp này thì tiết diện cản trở chính không phải

là diện tích chảy  d 2 z mà là tiết diện chảy

 d 22
4

P (bar)

A


2
- Trường hợp 2: Nếu  d 2   d 2 z . Trường hợp này thì diện tích chảy  d 2 z mới là cản trở

4

chính cuối cùng của dòng khí.
Như vậy, khi khoảng cách z thay đổi thì P2 thay đổi rất lớn. Trong trường hợp này ta
phải khảo sát mối quan hệ:
P2  f ( z )

P1 , d1 , d 2

Từ đây ta thấy để tạo ra áp suất phun P2 theo mong muốn có thể thực hiện đồng thời
nhiều biện pháp từ thiết kế (d1; d2), sử dụng Z, chất lượng nguồn khí nén (P1) do đó chiều dài
vòi phun không nên quá lớn sẽ làm giảm hiệu quả (giảm áp suất) của quá trình phun đá CO2
(không nên quá 10m).
Do vậy lưu lượng dòng hỗn hợp khí nén và CO2 tăng dẫn đến khả năng làm sạch nhanh.
656


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.4. Khoảng cách phun
Để biểu diễn đặc tính của chuyển đổi khí nén người ta dùng các phương trình sau:
(1)
(bar)
Trong đó:

(2)

y - hàm chuyển đổi của các chuyển đổi khí nén;

Z nơi mà vòi có thể làm việc tốt nhất nhằm thỏa mãn chế độ làm sạch và áp suất của máy.
Với áp suất nguồn cố định thì phải điều chỉnh Z trong một khoảng sao cho thỏa mãn:
Zmin ≤ Zc ≤ Zmax
Nếu Z quá nhỏ, máy sẽ quá tải áp suất gây nguy hiểm tới công nhân và máy móc thiết
bị. Ngược lại, nếu Z quá lớn thì hiệu quả làm sạch sẽ giảm.
Với a là hệ số quan hệ giữa đường kính nhỏ nhất của vòi phun và độ khuếch đại của hệ
khí a = 500/d. Với d=7 mm, thay vào (2) với áp suất Pn=10 bar nên Z ≤ 213 (mm)
657


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Bảng 1. Quan hệ giữa áp suất nguồn và khoảng cách phun lớn nhất
STT
Pn (bar)
Zmax (mm)
1

5

142

2

10

213

3

12

xảy ra va chạm của các phần tử đá CO2 với bề mặt khuôn cực nhanh do vậy sự truyền lạnh
chưa kịp đến các phần tử trên bề mặt tác dụng nên không gây ra các tác nhân về nhiệt và
không ảnh hưởng tới bộ phận thân máy, thiết bị.
Nên chọn máy nén khí có hệ thống làm mát thì hiệu quả phun đá CO2 sẽ tốt hơn.

658


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.7. Loại đá
Có nhiều dạng đá CO2 khác nhau, nhưng đá khô dạng viên kích thước 3mm là được dùng
nhiều cho hiệu quả cao và phổ biến trong quá trình làm sạch bằng phun đá CO2. Kích thước
viên đá 3mm khi trộn với khí nén trên đường ống dài 10m phải tan ra thành các hạt rất bé để
không làm hỏng bề mặt (khi bề mặt vật liệu mềm). Hình ảnh đá CO2 dạng viên ɸ3mm hình 7.

Hình 7. Đá CO2 dạng viên
4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
4.1. Khi thay đổi áp suất máy nén khí
Sử dụng phương pháp phun đá khô CO2 làm sạch bề mặt khuôn nhựa, khuôn ép cao su
khi thay đổi giá trị áp suất khác nhau, kết quả nhận được thể hiện trong bảng 2.
Bảng 2. Kết quả làm sạch khuôn khi thay đổi áp suất
Máy nén khí
Đá CO2
Loại khuôn
TT

P
(bar)

Q


2

6

8

120

3

30

Sa2

Sa2

3

7

8

120

3

30

Sa2.5

Khi phun với áp suất P trên 5bar thì đạt độ sạch trên Sa1. Nếu phun với áp suất càng lớn
thì độ sạch cao nhưng máy nén khí phải làm việc liên tục. Do đó, tùy theo chất bẩn, độ bẩn
của bề mặt mà chọn khoảng áp suất phun thích hợp. Biểu đồ ảnh hưởng của áp suất tới độ
sạch thể hiện trên hình 8.
4.2. Khi thay đổi lưu lượng khí
Sử dụng phương pháp phun đá khô CO2 làm sạch bề mặt khuôn nhựa, khuôn ép cao su
khi thay đổi lưu lượng khí, kết quả nhận được thể hiện trong bảng 3.
Bảng 3. Kết quả làm sạch khuôn khi thay đổi lưu lượng khí
Máy nén khí
Đá CO2
Loại khuôn
TT

P
Q
Z
Kích thước (mm)
3
(bar) (m /phút) (mm)

Qđá
(kg/h)

Khuôn
ép nhựa

Khuôn ép cao su

1


3

8

7

120

3

30

Sa2.5

Sa2.5

4

8

8

120

3

30

Trên Sa2.5


1

8

8

300

3

30

Không đạt

Không đạt

2

8

8

250

3

30

Trên Sa1


Sa2.5

Sa2.5

Biểu đồ ảnh hưởng của khoảng cách phun tới độ sạch khuôn ép nhựa thể hiện trên hình 10.

Hình 10. Ảnh hưởng của khoảng cách
phun tới độ sạch khuôn

Hình 11. Biểu đồ ảnh hưởng của lưu
lượng đá tới độ sạch khuôn
660


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
4.4. Khi thay đổi lưu lượng đá
Sử dụng phương pháp phun đá khô CO2 làm sạch bề mặt khuôn nhựa, khuôn ép cao su
khi thay đổi lưu lượng đá, kết quả nhận được thể hiện trong bảng 5.
Bảng 5. Kết quả làm sạch khuôn khi thay đổi lưu lượng đá CO2
Máy nén khí
Đá CO2
Loại khuôn
TT

P
(bar)

Q
Z
(m /phút) (mm)

8

8

120

3

15

Trên Sa1

Trên Sa1

3

8

8

120

3

25

Sa2

Sa2


Kết quả nghiên cứu cho thấy làm sạch bề mặt khuôn mẫu bằng phương pháp phun đá
khô CO2 có nhiều ưu điểm nổi trội so với các phương pháp truyền thống hiện đang sử dụng.
Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất, đáp ứng được yêu cầu về năng suất,
chất lượng làm sạch máy móc, thiết bị tại Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Karen Bruer, Tom Devine (June 6-9, 2011); Dry Ice Blasting Process for Cleaning,
Preservation Preparation and Coating Inspection - MEGA RUST U.S. Navy Corrosion
Conference;
[2] Robert W. Foster; Carbon Dioxide (Dry-Ice) Blasting;
[3] Dabolt, Richard J (1989); Evaluation of Pelletized Carbon Dioxide as a Fluidized
Abrasive Agent for removal of Radioactive Contamination; Chem. Nuclear Systems, Inc
and Martin Marietta Energy Systems: Decatur Georgia.
[4] K.E. Archibald (December 1993);
econtamination scoping tests report.

CO2

[5] Icesonic dry ice making.
[6] Icesonic industrial cleaning equipment.
661

Pelletblasting

literature

search

and