Thiết bị rung siêu âm ứng dụng trong ngành đúc kim loại

Thiết bị do nhóm tác giả ở Trường Đại học Bách khoa TPHCM chế tạo cho phép tạo ra sản phẩm đúc có chất lượng tương đương như đúc áp lực mà không cần đầu tư chi phí cho thiết bị đúc áp lực.

Thiết bị đúc siêu âm

Hiện nay, các doanh nghiệp sản xuất đúc hợp kim nhôm thường sử dụng phương pháp đúc áp lực cao. Phương pháp này tạo ra sản phẩm đúc có chất lượng bề mặt tốt, các chi tiết thành mỏng có độ sắc nét cao. Tuy nhiên, nhược điểm lớn của phương pháp này là chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu sản lượng phải đủ lớn, hợp kim đúc phải được tinh luyện kỹ lưỡng. Để tạo ra một sản phẩm đúc chất lượng cao mà không cần đầu tư thêm thiết bị khác để giảm chi phí, thì việc rung khuôn siêu âm khi đúc khuôn kim loại tĩnh là một giải pháp hữu hiệu.

Nhằm cải tiến dây chuyền sản xuất của các doanh nghiệp đúc kim loại, TS Nguyễn Thanh Hải và cộng sự ở Trường Đại học Bách khoa TPHCM đã triển khai đề tài “Nghiên cứu công nghệ và thiết bị rung siêu âm ứng dụng đúc hợp kim nhôm trong khuôn kim loại”, cho phép tạo ra sản phẩm đúc có chất lượng tương đương như đúc áp lực mà không cần đầu tư chi phí cho thiết bị đúc áp lực.

Theo đó, nhóm tác giả đã chế tạo được thiết bị đúc hợp kim nhôm có hỗ trợ rung khuôn siêu âm với tần số 20kHz, công suất 2kW tác động trực tiếp vào khuôn vật đúc trong quá trình đông đặc. Thiết bị nấu đúc kim loại gồm các bộ phận như nồi nấu kim loại, lò điện trở, bộ điều khiển và kiểm soát nhiệt độ, nguồn siêu âm 20kHz, hệ đầu rung siêu âm, khuôn đúc bằng kim loại, hệ thống rót kim loại. Theo nhóm tác giả, với tần số 20kHz, sản phẩm đúc đạt chất lượng, đồng thời không gây tiếng ồn khó chịu, ảnh hưởng đến người lao động trong quá trình sản xuất.

Sản phẩm đúc siêu âm

Thử nghiệm đúc trên hợp kim nhôm ADC12 trong khuôn kim loại có và không có rung siêu âm. Đây là loại hợp kim có hàm lượng Silic cao (8-12%), thường được dùng làm nguyên liệu trong các nhà máy sản xuất các bộ phận, phụ tùng bằng hợp kim nhôm (thiết bị điện tử, linh kiện ô tô, xe điện, xe máy, máy móc công – nông nghiệp…) theo phương pháp đúc áp lực.

Kết quả cho thấy, độ cứng, bền kéo tăng 20%, so với không có rung siêu âm, bề mặt sản phẩm mịn hơn. Ngoài ra, sử dụng rung siêu âm thì khả năng điền đầy khuôn đúc cao hơn, nên giúp thúc đẩy khí thoát ra khỏi kim loại, nên làm giảm những khuyết tật (rỗ khí, rỗ co) trong sản phẩm đúc. Bên cạnh đó, với một số thiết kế khuôn thay đổi, thiết bị có thể đúc được các mẫu thử dùng cho đo kiểm, cũng như các chi tiết có khí kích thước nhỏ, dùng trong một số máy móc thông dụng.

Đề tài nghiên cứu đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu và nhóm tác giả có thể chuyển giao công nghệ, bao gồm đào tạo kỹ sư, kỹ thuật viên vận hành, cải tiến quy trình công nghệ đúc có hỗ trợ siêu âm cho các doanh nghiệp.