ĐẶT VẤN ĐỀ Từ các kết quả thực tế nhƣ trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu về chất lƣợng khuôn mẫuvà công nghệ luyện kim bột với nội dung cụ thể nhƣ sau: Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về nghiên cứu đề tài. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết về luyện kim bột. Chƣơng 3:Tiến hành thực nghiệm để xác định khả năng ứng dụng kim loại bột làm khuôn. Chƣơng 4:Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả.
Chƣơng 5:Kết luận và hƣớng phát triển. xix CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CHƢƠNG1 TỔNG QUAN 1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Xƣa nay, ngƣời ta làm khuôn ép nhựa là bằng thép.Vật liệu đƣợc chọn làm khuôn ép nhựa trong thực tế thƣờng là SKD61 có hàm lƣợng Crôm từ 4,5 – 5,5%, C = 1. Bên cạnh SKD61 thì vật liệu S50C cũng đƣợc sử dụng, tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm nhựa. Để chống mài mòn tốt thì phải tôi cứng bề mặt khuôn, nếu không thì bề mặt khuôn sẽ không đảm bảo đƣợc độ bóng.
Để giảm độ mòn thì bề mặt khuôn thép phải có độ cứng và các hạt Cacbit trên bề mặt khuôn phải chuyển từ dạng tiếp xúc mặt qua tiếp xúc điểm để giảm masát, nếu không nhƣ vậy ta phải tiến hành bôi trơn cho bề mặt khuôn.Tuy nhiên, vì là khuôn ép nhựa nên không đƣợc bôi trơn trực tiếp mà khuôn phải có khả năng tự bội trơn , nếu không, khả năng chống mài mòn của khuôn rất kém. Chi phí để làm bóng bề mặt khuôn là rất lớn.Để vừa tiết kiệm đƣợc thời gian gia công khuôn, thời gian làm bóng, lại vừa khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của khuôn ép nhựa bằng thép nói trên ta phải tiến hành thay thế vật liệu làm khuôn truyền thống bằng một loại vật liệu mà có khả năng tự bôi trơn tốt.Ở đề tài này, tôi chọn hợp kim bột để thay thế vì những ƣu điểm của nó. Hợp kim bột là một vật liệu hỗn hợp gồm nhiều thành phần vật liệu khác nhau, trong đó có Graphit là chất tự bôi trơn rất tốt cho khuôn. Khuôn bằng hợp kim bột thì có thể làm việc ở nhiệt độ cao, không cần phải nhiệt luyện, sử dụng đƣợc lâu dài, lại không cần phải gia công phức tạp nhƣ những phƣơng pháp gia công khuôn truyền thống khác.
Tuy nhiên, để hiểu rõ hơn khả năng làm việc của khuôn bằng kim loại bột này có tốt hơn khuôn thép hay không, hay nói cách khác là hệ số masát của khuôn hợp kim bột có thấp hơn khuôn thép hay không ta phải tiến hành làm thí nghiệm để đƣa ra kết luận. Hơn nữa, hiện nay nƣớc ta phải nhập khẩu một lƣợng lớn các chi tiết phụ tùng máy móc để phục vụ lắp ráp mới, cũng nhƣ thay thế trong sửa chữa. Các chi tiết máy làm việc ở điều kiện tải trọng khắc nghiệt, ví dụ nhƣ bánh răng, thanh 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN truyền, ly hợp động cơ ô tô xe máy hiện nay trên thế giới đƣợc chế tạo bằng công nghệ luyện kim bột. Ở Việt Nam gần đây đã có một vài nghiên cứu ứng dụng công nghệ luyện kim bột để chế tạo chi tiết máy bằng hợp kim đồng, thép,.
sử dụng trong chế tạo cơ khí, nhƣng chƣa có nghiên cứu nào đi sâu vào việc tạo ra vật liệu bột thép có độ bền cao, chịu mài mòn, chịu tải trọng va đập, mà đối tƣợng đƣợc chọn để áp dụng thử nghiệm là khuôn ép nhựa, vì thế mà đề tài luận án có ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tiễn cao.CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC Khác với phƣơng pháp luyện kim thông thƣờng, luyện kim bột( LKB) là quá trình chế tạo chi tiết từ bột kim loại, hoặc các hợp chất của kim loại. Nguyên lý cơ bản là làm thế nào để tạo đƣợc liên kết bền giữa các hạt mà bản chất của chúng hoàn toàn khác biệt. Các nghiên cứu trong nƣớc Ở Việt Nam từ những năm 60 đã bắt đầu hình thành các nghiên cứu về luyện kim bột. Gần đây công nghệ LKB tại Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ hơn, ứng dụng trong chế tạo hợp kim nặng làm đầu đạn xuyên, hợp kim cứng làm dụng cụ cắt và các chi tiết máy trong động cơ, máy động lực.
Các chi tiết máy chất lƣợng cao, làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, bằng bột thép hợp kim chƣa đƣợc đầu tƣ nghiên cứu áp dụng nhiều.3 là ảnh chụp các sản phẩm nghiên cứu chế thử từ bột thép của nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Cơ khí.3: Sản phẩm bánh răng và bánh xích làm từ bột thép. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Chế tạo bánh răng Mođun nhỏ bằng phƣơng pháp ép thủy tĩnh [4] Tác giả Đề tài cấp nhà nƣớc, Tổng cục công nghiệp quốc phòng. Năm 2007 Tóm tắt Nghiên cứu tính toán, thiết kế, chế tạo đƣợc bánh răng mođun nhỏ.
Chế tạo đƣợc chi tiết bánh răng với năng suất và hiệu quả sử dụng nguyên liệu cao; tuy nhiên để nâng cao cơ tính , tăng tuổi thọ của sản phẩm cần có những nghiên cứu triển khai tiếp với những biện pháp gia công bổ sung tăng cƣờng. Cơ tính của sản phẩm sau thiêu kết đạt: 120-150 HB, Tỷ trọng : 7,69 g/ 𝑐𝑚3. Có thể thấy rằng các giá trị này còn thấp hơn so với các sản phẩm chế tạo từ phôi thép đúc , cán và gia công cơ khí. Khả năng chống mài mòn và tuổi thọ thấp (chỉ đạt 85 % ).
Nghiên cứu ảnh hƣởng của biến dạng đến cơ lý tính của vật liệu sau thiêu kết từ bột thép có nghiền trộn W và TiC hạt mịn [15] Báo cáo giới thiệu về kết quả nghiên cứu thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của mức độ biến dạng vật liệu sau thiêu kết từ bột thép có nghiền trộn vonphram (W) và các bít titan (TiC) hạt mịn đến một số tính chất cơ lý của nó nhƣ độ xốp, mật độ, độ cứng và tổ chức tế vi của nhóm nghiên cứu ứng dụng công nghệ luyện kim bột tại Viện Nghiên cứu Cơ khí nhằm nâng cao tính năng sử dụng để chế tạo chi tiết máy làm việc trong điều kiện khắc nghiệt (chịu mòn và chịu tải trọng cao). Tác giả Vũ Trung Tuyến Năm 2005 Thành phần vật liệu [2,0 % Cu; 0,8 % Grafit ; 0,8 % Zn và có nghiền trộn thêm các hạt cứng 0,5 ÷ 1,5 % W;0,5 ÷ 1,5 %TiC (độ hạt = 10 ÷ 20 μm)]. Hỗn hợp vật liệu bột có hạt mịn W, TiC nhận đƣợc sau khi trộn đều trên máy trộn ly tâm hành tinh. Tóm Phƣơng pháp thí nghiệm: Ép tạo hình mẫu thí nghiệm có kích thƣớc hình tắt học H x B x L = 12,5 x 32,5 x 60,0 mm .Thiêu kết trong lò điện trở ống than có môi trƣờng khí bảo vệ hyđrô H2 : áp lực ép bột tạo hình p = 250 ÷ 750 MPa vớibƣớc nhảy Δp = 50 MPa, nhiệt độ thiêu kết T = 1.325 độ C với bƣớc nhảy ΔT = 25 độ C, thời gian thiêu kết τ = 0,5 ÷ 3,0 h với bƣớc nhảy Δτ = 0,25 h).
3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa [1] Tác giả Vũ Hoài Ân Năm Hà Nội 1994 Tính toán, cũng nhƣ lựa chọn các thông số cho các chi tiết trong khuôn Tóm tắt ép phun Chỉ nêu lên đƣợc công dụng của từng bộ phận và lựa chọn các thông số chứ chƣa đề cặp đến quy trình chế tạo một khuôn ép nhựa là nhƣ thế nào? Ngoài ra còn có các nghiên cứu sau đây: 1. Vũ Trung Tuyến, (2008),“Thực nghiệm ép tạo hình – thiêu kết bột thép hợp kim hóa và biến dạng vật liệu sau thiêu kết”, Chuyên đề Tiến sĩ 3, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 12/2008, 132 trang. Hà Minh Hùng, (2000), “Nghiên cứu áp dụng công nghệ luyện kim bột chế tạo tay biên xe máy HONDA -C100/110” (Phần 2: HD-GF6), Báo cáo Chuyên đề KHCN05-06-05 thuộc đề tài NCKH cấp Nhà nƣớc KHCN 05-06, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 246 trang.
Các nghiên cứu nƣớc ngoài Sản phẩm LKB sử dụng nhiều trong ngành chế tạo ô tô - xe máy đang ngày càng phát triển.4 là sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất chi tiết máy bằngkim loại bột, còn hình 1.6 – giới thiệu các chi tiết máy LKB sản xuất ở ngoài nƣớc. Các sản phẩm nhƣ: ổ trƣợt, xy lanh, bánh răng, thanh truyền,. Ví dụ tại Nhật Bản trung bình một xe ô tô du lịch sử dụng đến 8 kg các chi tiết LKB, tại Mỹ trên 12 kg/1xe, tại Đức 6 kg/xe., trong đó 75 % công suất là bột sắt, thép chất lƣợng cao và 85 % tổng sản lƣợng dùng để chế tạo các chi tiết kết cấu, 60 % số chi tiết đó đƣợc dùng trong công nghiệp chế tạo ô tô. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.4: Sơ đồ công nghệ chế tạo chi tiết máy bằng phƣơng pháp LKB của hãng KREBSOGE [ 8 ] 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.6:Các chi tiết máy trong động cơ ô tô chế tạo bằng công nghệ LKB [ 8] Các nghiên cứu có liên quan đến đề tài: 1.
Predicting the Response of Powder Metallurgy Steel Components to Heat Treatment [17] Tác giả Virendra S. Warke Năm July 2008 Tóm tắt Mục tiêu nghiên cứu: - Các tính chất cơ học - Quá trình chuyển đổi nhiệt - Chuyển đổi pha trong quá trình xử lý nhiệt kim loại bột. Iron-based alloy for platic molds. Tác giả Gerhard Hackl, Karl Leban, Manfred Gstettner Năm 1997 Tóm tắt Việc sử dụng một hợp kim Mactenxit có chứa crôm cho khuôn ép nhựa, kết quả làm tăng độ cứng của khuôn lên 45 Rockwell Đề tài nghiên cứu nâng cao chất lƣợng khuôn mẫu bằng cách cải tiến vật liệu làm khuôn.Chƣa đánh giá quá trình mài mòn của khuôn mẫu.
6 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3. Plastic molds and methods for producing the same Tác giả Gary Steven; Kenneth E. Metal Powder Processing ( quá trình tạo kim loại bột)[26] Tác giả Prof. Colton Năm 2009 Tóm tắt Tổng quan về quá trình tạo bột và quá trình xử lý nhiệt cho vật liệu kim loại bột 5.
Powder Metal Technologies and Applications[24] Tác giả Volume 7 of ASM Handbook Năm 1998 Tóm Nghiên cứu sản xuất vật liệu luyện kim bột cũng nhƣ các ứng dụng của tắt nó vào thực tế.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu, nâng cao cơ tính vật liệu hợp kim bột sau thiêu kết về: độ bền, tính chịu mài mòn từ vật liệu bột nguyên liệu đầu vào là bột sắt có nghiền trộn các phụ gia nhƣ Zn – Stearat, C – graphit với hàm lƣợng nhỏ, đảm bảo yêu cầu để chế tạo chi tiết máy làm việc trong điều kiện khắc nghiệt nhƣ chịu mài mòn, chịu tải trọng va đập có thay đổi chiều với tần suất cao. Nghiên cứu mài mòn của từng loại vật liệu, rồi so sánh độ cứng và lƣợng mài mòn với vật liệu truyền thống.