Hợp kim đồng có nhiệt độ chảy thấp (1073oc), tính chảy loãng cao có thể đúc được những vật đúc phức tạp, rõ nét. Hỗn hợp làm khuôn, lõi nhỏ mịn, cần sơn bột grafit để chống cháy cát.
Vì có tính chảy loãng tốt nên có thể phân bố nhiều vật đúc vào một hòm khuôn có chung một hệ thống rót, đúc được các vật mỏng.
Vì có độ co lớn nên đậu ngót phải lớn và đặt ở những chỗ tập trung kim loại. Đồng dễ bị ôxi hóa, đồng thanh dễ bị thiên tích nên dòng kim loại rót vào khuôn phải thấp và nhanh, chảy êm và liên tục nên ống rót thường hình rắn và nhiều tầng.
4.3 Đúc khuôn vỏ mỏng tại xưởng đúc thôn Thượng Đồng, Xã Yên Tiến,
Huyện Ý Yên, Tỉnh Nam Định.
a, Khái niệm đúc khuôn vỏ mỏng.
Đúc trong khuôn vỏ mỏng là dạng đúc trong khuôn cát nhưng thành khuôn mỏng chừng 6 ^ 8mm. Đúc trong khuôn vỏ mỏng có những đặc điểm sau:
- Có thể đúc được gang, thép, kim loại màu (như khuôn cát), khối lượng vật đúc đến 100kg, độ chính xác đạt cấp 7.
- Khuôn vỏ mỏng là khuôn khô, nhẵn bóng, thông khí tốt, truyền nhiệt kém, không hút nước và bền nên cho phép nhận được vật đúc ít rỗ, xốp, nứt và những khuyết tật khác. Đồng thời giảm được hao phí kim loại cho hệ thống rót vì không cần hệ thống rót lớn như trong khuôn cát.
- Đơn giản hoá quá trình dở khuôn và làm sạch vật đúc. Quá trình chế tạo khuôn vỏ mỏng dễ cơ khí hoá và tự động hoá.
Hỗn hợp khuôn vỏ mỏng bao gổm bột cát thạch anh với 4^6% punvebakêlit (punvebakêlit là hỗn hợp của fênôn và urêtrôpin, nó dễ đông đặc, dễ nhào trộn với cát, cất giữ thuận lợi nhưng đắt và hiếm).
Hỗn hợp khuôn cát và punvêkakêlit có đặc tính là ở nhiệt độ 200 -2500C phần tử fênôn chảy ra và có khả năng dính kết các hạt cát với nhau, tự hoá cứng tạo nên hỗn hợp khuôn có độ bền khoảng 20 ^ 50 N/cm2. Sau khi đã hoá cứng, nó không có khả năng chảy ra nữa mặc dù nung nóng đến nhiệt độ cao hơn 2500C.
b. Quy trình thực hiện đúc khuôn vỏ mỏng.
1. Tạo khuôn âm bản ( hay tạo áo khuôn silicon).
- Quét một lớp silicon lên vật thể hay mẫu ban đầu cùng tỷ lệ 1:1 với sản phẩm. Sấy khô, tách silicon ra khỏi mẫu ta được khuôn âm bản ( hay còn gọi là áo khuôn silicon) có biên dạng bên trong giống với biên dạng của mẫu.
Hình 4.1: áo khuôn silicon và tượng sáp
- Nấu sáp nóng chảy ( tnc=90 oC) rồi đổ vào áo khuôn silicon có sẵn. Đổ từng lớp rồi sấy khô lớp đó và tiếp tục công việc đó cho đến khi đúng độ dày theo yêu cầu. Độ dày của sáp cũng chính là độ dày của đồng sau khi đúc. Công đoạn này rất quan trọng, nó quyết định đến hình dạng và độ dày mỏng của sản phẩm.
Hình 4.2: Quá trình tạo tượng sáp.
- Sau khi tạo tượng sáp xong được chuyển đến công đoạn sửa sáp. Cắt sửa những phần thừa cho hoàn chỉnh.
- Sửa xong đến công đoạn gắn đậu rót và đậu thoát khí
Hình 4.3 xử lý kỹ thuật tượng sáp
2. Tạo khuôn
Tượng sáp được sửa và thêm hoàn chỉnh xong được chuyển đến công đoạn tạo khuôn.
+ B1 : Nhúng đều tượng sáp vào dung dịch chất huyền phù ( hay còn gọi là chất keo) để kết dính với cát.
Hình 4.4 Nhúng tượng sáp vào chất keo.
Hình 4.5 phun cát
+ B3 : Đem nhúng tiếp vào chất keo đặc hơn để giữ khuôn và tạo độ dày cho khuôn chống lại lực nóng chảy của đồng. Độ dày của khuôn là 6 – 8 mm.
+ B4: sấy khuôn bằng quạt ở nhiệt độ 22-25oCvới độ ẩm là 60% ,thời gian sấy khoảng 8 tiếng.
Hình 4.7 sấy khuôn
3. Thu hồi sáp ( tách sáp ra khỏi khuôn)
Khuôn được hấp ở nhiệt độ 200oC , áp suất là 60 MPA để loại bỏ toàn bộ lõi sáp trong khuôn. Sáp được loại bỏ được lấy lại để tạo tượng sáp mới.
Hình 4.8: Tách sáp ra khỏi khuôn
4. Xử lý kỹ thuật.
Hình 4.9 Xử lý điểm yếu của vỏ khuôn
Sau khi hấp xong vỏ khuôn có thể bị rạn nứt hay những chỗ dễ xảy ra hiện tượng nứt vỡ. Vì vậy cần được chát lại khuôn bằng xi măng công nghiệp. 5. Sấy khuôn
Hình 4.10: Khuôn đươc cho vào lò sấy.
Khuôn được cho vào lò sấy ở nhiệt độ 1000oC để tăng độ bền cho khuôn, loại bỏ hoàn toàn sáp còn lại. Lò sấy được dùng bằng điện, nhiệt độ của lò tăng từ từ và chính xác, dễ điều chỉnh nên giảm bớt được lượng khuôn bị nứt vỡ do tăng nhiệt độ đột ngột và khó điều chỉnh lượng nhiệt như lò sấy truyền thống bằng nhiên liệu.
6. Nấu đồng và rót đồng
Hình 4.11 Nấu và rót đồng vào khuôn
vì 5Cu20 + 2P = 10Cu + P2 50 ; P2 50 tạo thành xỉ nổi lên. Khi nhiệt độ đồng nóng chảy ở nhiệt độ 900oC- 1000oC thì rót đồng vào khuôn. Rót không được nhanh quá hay châm quá sẽ dẫn đến biến dạng mất chi tiết sản phẩm. 7. Làm nguội
Làm nguội ở ngoài không khí. sau khi sản phẩm nguội, phá khuôn để lấy sản phẩm ra. Mỗi khuôn dù làm rất kỳ công nhưng chỉ dành cho một sản phẩm. Tỷ lệ thành công là 90% với kích thước <= 60 cm.
Hình 4.12 Làm nguội sản phẩm ngoài không khí.
8. Hoàn thiện sản phẩm và xử lý kỹ thuật.
Làm sạch sản phẩm và cắt bỏ những chi tiết thừa, ống rót.
Hình 4.13 Làm sạch và kiểm tra sản phẩm.
Hình 4.14: Xử lý kỹ thuật
Sửa chữa những sản phẩm bị lỗi nhỏ như nứt ít, rỗ, thiếu hụt một chút vật liệu….bằng phương pháp hàn đồng. Những lỗi nặng thì không thể sửa chữa được vì sẽ không đảm bảo được độ bền của sản phẩm.
Hình 4.15: Sản phẩm được mạ vàng sau khi xử lý kỹ thuật
4.4Ưu nhược điểm so với đúc truyền thống.
Ưu điểm so với đúc truyền thống:
- Độ chính xác tốt hơn, đúc được các chi tiết nhỏ với tỉ lệ thành công rất cao do có lớp khuôn âm bản.
- Tỷ lệ năng suất cao với những tượng nhỏ ( <60 cm), tỷ lệ thành công 90%. - Sản xuất nhanh với số lượng lớn do có áo khuôn silicon, không phải tạo
nhiều tượng mẫu để làm khuôn nên rút ngắn được thời gian nếu sản xuất với số lượng lớn.
- Công việc nhẹ nhàng hơn so với đúc truyền thống do các mẫu đúc nhỏ gọn và làm việc trong xưởng, còn đúc truyền thống phải làm việc ngoài trời. Nâng cao được đời sống công nhân.
- Không phải tạo lại hoa văn trên sản phẩm.
Nhược điểm:
- Năng suất thấp nếu sản xuất đơn chiếc do mất nhiều chi phí và thời gian trong quá trình sản xuất như quét 3D, tạo mẫu nhanh, tạo áo khuôn silicon, các vật liệu khi đúc, v.v.
tạo mẫu quét 3D file .STL tạo mẫu nhanh áo khuôn silicon đúc khuôn vỏ mỏng
Hình 4.16 : Một số sản phẩm của xưởng đúc thôn Thượng Đồng, xã Yên Tiến, huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định.
CHƯƠNG V: THỰC NGHIỆM TẠO MẪU NHANH SẢN XUẤT ĐÚC TƯỢNG ĐỒNG.
Đầu tiên, tạo một bức tượng bằng đất, thạch cao, gỗ, v.v… Bức tượng đó phải giống với bức tượng đồng cần sản xuất về hình dáng, đường nét nhưng có thể khác về kích thước.
Hình 5.1 : Tượng phật di đà được tạo bằng thạch cao và bằng đất.
Sau đó người ta dùng máy quét 3D quét lại bức tượng đó, các dữ liệu đó được chuyển về máy tính và được phần mềm chỉnh sửa dưới dạng mô hình CAD, chuyển đổi mô hình CAD đó sang định dạng file .STL.
Hình5.3 : Quét tượng phật bằng máy quét 3D.
File .STL đó được chuyển đến phần mềm tạo mẫu nhanh. Phần mềm được kết nối với máy tạo mẫu nhanh in ra mẫu bằng vật liệu như nhựa, bột, v.v…. Máy có thể tạo ra mẫu với nhiều kích thước khác nhau tùy thuộc vào kích thước sản phẩm yêu cầu. Mẫu được tạo ra phải tỷ lệ 1:1 với sản phẩm. Từ mẫu đó, người ta đắp vật liệu silicon được hóa dẻo lên mẫu đó. Sấy khô rồi tách ra ta được áo khuôn silicon.
Hình 5.4: sản phẩm sau khi tạo mẫu nhanh
Từ áo khuôn silicon đó, ta áp dụng công nghệ đúc khuôn vỏ mỏng để sản xuất tượng đồng.
5.2 Lựa chọn sản phẩm đúc
Mẫu được chọn để thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ quét 3D và tạo mẫu nhanh trong quá trình sản xuất đúc tương đồng” là bức tượng đồng của xưởng đúc thôn Thượng Đồng, xã Yên Tiến, huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định.
Hình 5.6 sản phẩm đúc
5.3 Sử dụng máy scan và tạo mẫu nhanh.
a. Chọn máy và quét sản phẩm
Máy Scan được dùng để Scan chi tiết là máy GOM ATOS COMPACS SCAN 5M tại Trung Tâm Dịch Vụ Công Nghệ 3DTech là thiết bị của hãng GOM (Đức).
Thiết bị quét 3D Atos compact scan 5M tại trung tâm dịch vụ công nghệ 3D tech là thiết bị của hãng Gom (Đức).Hệ thống máy bao gồm:máy Atos 5M, máy tính, bàn xoay, các ống kính ngắm, cáp tín hiệu, bộ điều khiển bàn xoay ….
Khả năng linh động
• Dễ dàng vận chuyển • Trọng lượng nhẹ
• Tiện lợi với hệ máy tính cấu hình mạnh
• Hệ thống đo, chân máy, bàn xoay gọn gàng trong một valy
ATOS 5M có thể đặt cố định, gắn trên giá di động hoặc lắp trên robot cho các ứng dụng kiểm tra tự động,khả năng quét không phụ thuộc môi trường ánh sáng xung quanh.
Hình 5.7.Máy quét Atos compact scan 5M
Thông số kỹ thuật
Thông số Máy ATOS Compact 5M
Độ phân giải
Diện tích có thể quét
Khoảng cách giữa các điểm quét Khoảng cách làm việc 2 x 5000000 40 đến 1200 mm2 0,017 – 0,481 mm 450 – 1200 mm Thể tích làm việc Trọng lượng 340mm x 130mm x 230mm 4 Kg Nhiệt độ làm việc
Yêu cầu về nguồn điện hoạt đông Công suất tiêu thụ điện máy
5oC−40oC
220-240V, 50-60 Hz 120 – 200 W
Phần mềm hỗ trợ ATOS Professional V7.5, Windows 7
Thiết kế nhỏ gọn, có khả năng scan nhanh ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: Nhanh chóng đo lường và kiểm tra đúc, mô hình thiết kế, các hình thức, các bộ phận phun đúc, nội thất, nguyên mẫu, xe, và nhiều hơn nữa. Quét dữ liệu để thiết kế lại mô hình trong thiết kế ngược. Scan 3D các sản phẩm trong đồ họa, máy
tính, ý học, giáo dục để tạo mô hình số cho các mẫu vật. Ứng dụng gia công nhanh các mẫu hội họa, kiến trúc theo mô hình mẫu.
- Bước 1: Chuẩn hệ thống quét (lắp ráp máy quét, bàn quét, hệ thống đường cáp truyền, calic máy, khởi động máy tính).
Khi sử dụng máy ATOS từ máy chiếu vào vật cần quét sẽ phản lại cảm biến thu. Máy nhận biết được vật thế bằng cách gắn các điểm lên vật, mỗi điểm cách nhau từ 2 đến 10 cm. Sau khi quét xong cho ta dữ liệu của chi tiết gồm tập hợp các điểm (đám mây điểm). Các đám mây điểm này phải được chuyển sang dạng lưới đa giác để xây dựng mặt. Để hiển thị chi tiết được quét thì máy ATOS 3D được kết nối với máy vi tính bằng dây cáp, đi cùng với máy là phần mềm GOM –V7.5 SR2của hãng cung cấp. Đây là phần mềm kèm theo máy có chức năng điều khiển máy quét, chuyển đổi dữ liệu quét sang các định dạng khác DXF, Ware font, STL, MGF, ASCII… Đọc dữ liệu ở các định dạng CAM, CAD, VDD, SCN, STL.
- Bước 2: Phủ nhẹ lên bề mặt chi tiết một lớp sơn màu trắng do mẫu tượng sáng bóng quét không rõ nét, dán lên trên các bề mặt tạo nên chi tiết các điểm tham chiếu (hình tròn) và đặt chi tiết lên bàn quét (bàn quét này có thể xoay tròn và di chuyển được ).
Hình 5.9: Tượng được phủ lớp bột chống bóng - Bước 3: Quét mẫu.
Mặt trên của chi tiết bao gồm hình dạng của nhiều khối ở các vị trí khác nhau, chính vì vậy để thu được toàn bộ dữ liệu của mặt trên chúng ta cần tiến hành quét nhiều lần ở nhiều góc độ khác nhau. Sau mỗi lần quét chúng ta chỉ cần xoay bàn đi 1 góc nào đó (tùy thuộc vào kỹ năng của người quét và bề mặt sẽ quét tiếp theo) để thu dữ liệu của các vùng tiếp theo. Với những vùng mà ánh sáng không thể tới được chúng ta có thể điều chỉnh tâm nguồn sáng và cũng có thể kê đệm chi tiết. Dữ liệu quét của mỗi vùng sẽ được máy tính tính toán và ghép lại với nhau sau mỗi lần quét, hình thành nên hình dạng mặt trên của chi tiết cần gia công .
Hình 5.10: Quá trình quét sản phẩm
- Sau khi quét xong dữ liệu lấy được là biên dạng 3D của chi tiết là những đám mây điểm, nhưng vẫn còn những phần thừa thì ta sử dụng phần mềm ATOS –V7.5 SR2 đi kèm theo máy của GOM để chỉnh sửa cắt phần thừa và ghép hai mặt tạo thành mẫu hoàn chỉnh rồi lưu lại với định dạng *STL, ta có được mô hình 3D của chi tiết với định dạng *STL.
b. Tạo mẫu nhanh.
Máy được dùng để tạo mẫu nhanh chi tiết là máy Eden 260v tại Trung Tâm Dịch Vụ Công Nghệ 3DTech, là thiết bị của hãng OBJET.
Eden260V là dòng máy cuối cùng trong thế hệ máy in mẫu cỡ trung có độ chính xác cao. Nó có khả năng in 17 loại vật liệu, bao gồm cả vật liệu đặc biệt dùng trong ngành y tế và nha khoa. Với trọng lượng và kích thước nhỏ gọn, đây là dòng máy lý tưởng tại môi trường làm việc tại văn phòng. Với việc lựa chon 17 vật liệu, Objet Eden260V in từng lớp bột 16 micron đối với chi tiết khó, bề mặt phức tạp và thành rất mỏng.
Thông số kỹ thuật cơ bản Eden 260v Thông số
Độ chính xác 0.1-0.2 mm
Độ dày lớp (Z-axis) 16 micron Khay kích thước (X x Y x Z) 260 x 260 x 200 mm
Yêu cầu điện 110 – 240 VAC 50/60 Hz
1,5 KW pha Kích thước máy (W x D x H) 870 × 735 × 1200 mm Chế độ in Chất lượng cao(HQ):16-micron Tốc độ cao(HS) :30-micron Hình 5.11: Máy Eden 260V
Máy in 3D Objet sử dụng công nghệ Polyjet bằng cách phun vật liệu dạng lỏng photopolymer theo từng lớp, từng lớp một trên khay kích thước cho đến khi mẫu thử hoàn thành với chất lượng cao thì kết thúc. Dùng phần mềm Objet Studio quản lý quá trình in và sử dụng máy Eden 260v thực hiện quá trình in, phun đa vật liệu. Có thể in nhiều vật liệu khác nhau trên cùng một mẫu, tạo ra mô hình 3D thực tế nhất. Dòng máy in 3D sử dụng công nghệ polyjet giúp việc in rất dễ dàng .
Quá trình tạo mẫu bằng công nghệ Polyjet thực hiện theo các bước sau : Cũng giống như các công nghệ tạo mẫu nhanh khác công nghệ tạo mẫu nhanh bằng công nghệ Polyjet cũng trải qua 4 bước cơ bản sau đây :
Bước 1: Bước 2 : Bước 3: Bước 4 :
• Bước 1 : Mô hình CAD 3D
Tạo mô hình 3D ở dạng mặt hay dạng khối
• Bước 2 : Tiền xử lý
Ở bước này thực hiện những công việc sau :
- Xuất file CAD 3D sang đuôi .STL. File định dạng .STL xấp xỉ bề mặt dưới dạng các tam giác
- Sử dụng phần mềm Objet studio tạo các bộ phận hỗ trợ cho sản phẩm để tạo file in