CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đòi hỏi chế tạo các chi tiết ngày càng chính xác, tinh xảo và có nhiều tính năng mà các phương pháp chế tạo truyền thống không đáp ứng được hoặc là gặp rất nhiều khó khăn để chế tạo. Sự phát triển công nghệ vật liệu bột là một trong những công nghệ mới góp phần đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Bột kim loại được sử dụng ngày càng nhiều trong các lĩnh vực sản xuất: sản xuất các chi tiết máy, các loại dao cắt, nguyên liệu cho các ngành hóa chất, luyện kim.
Tùy theo tính chất từng kim loại và mục đích sử dụng có thể lựa chọn một số phương pháp tạo bột kim loại khác nhau: Phương pháp hoàn nguyên; Phương pháp phun; Phương pháp cơ học; Phương pháp bốc hơi và ngưng tụ; Phương pháp điện phân. Kim loại bột trên cơ sở các chất vô cơ đã có từ lâu và là cơ sở để sản xuất các loại vật liệu vô cơ trong công nghiệp. Chúng ta chỉ xét về vật liệu kim loại và hợp kim bột. Khác với các vật liệu kim loại và hợp kim được chế tạo theo phương pháp truyền thống là nấu chảy và đúc khuôn, vật liệu kim loại bột được chế tạo trên cơ sở các bột kim loại theo quy trình như trình bày trong (Hình 1.1: Quy trình chế tạo vật liệu bột Phương pháp này còn được gọi là phương pháp luyện kim bột[1].
Điểm khác biệt của phương pháp luyện kim bột so với phương pháp nấu đúc truyền thống là không có quá trình nấu chảy kim loại hoặc hợp kim. Các loại kim loại và hợp kim dạng bột sau khi được chế tạo xong được đem phối hợp với tỉ lệ thích hợp và trộn đều. Hỗn hợp sau đó được đem tạo hình thành các chi tiết có hình dạng, kích thước 16 Luan van và khối lượng nhất định (thường là các hình dạng đơn giản). Các chi tiết tạo hình sau đó được đem nung tới nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của cấu tử chính trong môi trường khí bảo vệ để tăng độ bền và sự liên kết của các phần tử bột.
Quá trình nung này được gọi là sự thiêu kết. Sau quá trình thiêu kết, các chi tiết được đem đi gia công cơ khí hoặc các phương pháp gia công khác để tạo ra hình dạng và kích thước mong muốn. * Công nghệ vật liệu kim loại bột có một số ưu điểm sau: - Ít hao phí vật liệu do không mất một lượng kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi…như trong phương pháp nấu đúc truyền thống. - Có khả năng tạo ra những loại vật liệu có tính năng khác hẳn vật liệu cùng loại bằng phương pháp đúc.
Điều khác biệt này là do đặc điểm cấu trúc của vật liệu bột. - Có khả năng tạo ra các vật liệu mà các phương pháp nấu đúc truyền thống không thể tạo ra được. Ví dụ như các hợp kim đồng – graphit, đồng – graphit – teflon, hợp kim cứng … - Có thể điều chỉnh thành phần bột theo ý muốn với độ đồng đều rất cao sao cho phù hợp. - Có nhiều sản phẩm chế tạo theo phương pháp kim loại bột sẽ rẻ hơn nhiều so với phương pháp truyền thống, Cấu trúc tế vi: không xít chặt luôn có lỗ rỗng.
Độ xốp thay đổi từ 2 đến vài chục % tùy theo phương pháp công nghệ và yêu cầu chế tạo sản phẩm. - Công nghệ vật liệu bột chỉ có ưu thế khi chế tạo vật liệu chứa lỗ xốp và vật liệu kết hợp. Tuy nhiên, công nghệ vật liệu bột cũng có một số nhược điểm sau: Khả năng sản xuất hàng khối, loạt lớn không bằng phương pháp nấu đúc truyền thống, chỉ áp dụng cho các chi tiết nhỏ và vừa. Vật liệu kim loại bột có độ bền thấp hơn vật liệu truyền thống do trong tổ chức có nhiều lỗ xốp và màng oxit trên biên giới hạt.
Độ xốp và màng oxit trên biên giới hạt là nguyên nhân làm cho vật liệu bột có độ bền thấp hơn và tính dòn cao hơn so với vật liệu cùng loại chế tạo bằng phương pháp nấu đúc. Một đặc điểm của vật liệu bột cần lưu ý là trong chúng lúc nào cũng có lỗ xốp. Lỗ xốp có thể ảnh hưởng có lợi hay có hại tuỳ theo ứng dụng của chi tiết. Những ứng dụng của phương pháp kim loại bột: Người ta dùng phương pháp kim loại bột để chế tạo: 17 Luan van - Hợp kim cứng: để sản xuất vật liệu cắt gọt có tính chịu nóng cao tới 1000 độ C, tốc độ cắt đến hàng trăm m/ph.
Loại này sử dụng bột WC, TiC, TaC và một lượng nhỏ coban làm chất kết dính. Có thể dùng một, hai hoặc ba cacbit và tương ứng sẽ có hợp kim cứng một, hai hoặc ba cacbit. Ví dụ, loại một cacbit WCCo15; loại hai cacbit WCTiC14Co8, loại ba cacbit WCTiC4TaC3Co12. - Vật liệu làm đĩa cắt: dùng các vật liệu siêu cứng như kim cương nhân tạo hoặc nitrit bo BN.
Chất kết dính là bột B, Be hoặc Si. Ép nóng dưới áp lực và nhiệt độ cao hoặc rất cao tùy thuộc yêu cầu công nghệ. - Vật liệu mài: dùng bột SiC, chất kết dính là nhựa hữu cơ hay gốm thủy tinh. - Vật liệu kết cấu trên cơ sở nhôm và hợp kim nhôm (SAP; SAAP) hoặc trên cơ sở sắt và thép, hoặc trên cơ sở đồng và hợp kim đồng.
- Chế tạo thép gió theo phương pháp kim loại bột có thể tạo ra mác thép gió hợp kim hóa cao và dụng cụ có hình dạng phức tạp. Độ bền cao hơn so với phương pháp cổ điển 1,5 - 3 lần. - Bạc xốp tự bôi trơn: dùng bột đồng hoặc sắt và một lượng nhỏ grafit. Người ta chế tạo bạc có độ xốp 10-25% và cho thấm dầu nhớt trong chân không ở nhiệt động khoảng 70 độ C - Chế tạo vật liệu ghép từ những vật liệu có tính chất khác biệt, một số loại vật liệu mới.2 Phân loại máy trộn theo thùng chứa chuyển động và thùng chứa tĩnh: 1.1 Máy trộn có thùng chứa tĩnh: Máy trộn nhựa nằm ngang[2] có kiểu dáng và kích thước nhỏ gọn hơn máy trộn đứng (Hình 1.
Đây là loại máy trộn nhựa tốc độ thấp, thường được dùng để trộn bột màu với nhựa, làm khô và nhuộm các nguyên liệu nhựa PVC, PE, PP,… Máy trộn nhựa nằm ngang có thể trộn được các loại nhựa, hạt nhựa có màu khác nhau để tạo ra sản phẩm nhựa màu hoặc hỗn hợp nhựa theo nhu cầu sản xuất. Máy được sử dụng rất phổ biến nhờ khả năng trộn đều, cho thành phẩm chất lượng. Nhưng giá thành của máy trộn nhựa nằm ngang lại khá cao do motor cần loại rất lớn để có thể trộn được nguyên liệu. Việc cho nguyên liệu vào máy trộn nhựa nằm ngang cũng dễ dàng hơn so với máy trộn đứng.
18 Luan van Hình 1.2: Máy trộn nhựa nằm ngang *Ưu điểm: ● Hiệu ứng trộn tốt, hoàn toàn tự động. Trộn nguyên liệu rất đều, tỷ lệ trộn đạt 80 – 95%, cho thành phẩm nhựa có độ bền và chất lượng cao. ● Công suất trộn cao, có thể từ 50kg – 5 tấn/mẻ. ● Độ bền của máy trộn nhựa nằm ngang rất cao.
● Có thể sử dụng cho cả nguyên liệu khô và nguyên liệu ướt. Máy trộn nhựa nằm ngang chính là công cụ lý tưởng để giúp quá trình sản xuất nhựa tấm, tủ nhựa, ống nhựa đơn giản hơn. ● Có động cơ giảm tốc giúp hạn chế tiếng ồn, máy hoạt động ổn định, êm ái, không bị rung lắc mạnh. ● Tháo lắp, bảo dưỡng, vệ sinh máy trộn đơn giản.
● Giúp tăng năng suất từ 4-5 lần so với cách trộn thủ công trước đây. ● Không có góc chết khi trộn. ● Hạn chế tối đa việc nguyên liệu bị lắng đọng bên dưới đáy thùng. *Nhược điểm: ● Nạp liệu khó.
19 Luan van ● Nếu đổ nguyên liệu quá đầy sẽ tạo áp lực lên cánh xoắn. ● Không tạo được cưỡng bức trong quá trình trộn. Máy trộn có thùng động: *Máy trộn chữ V Hình 1.3: Máy trộn bột chữ V. Máy trộn chữ V như (Hình 1.3) với các đặc điểm, ứng dụng và chi tiết như sau: [3] a.
Đặc điểm của máy trộn bột chữ V: - Đây là thiết bị được sử dụng để trộn đều các loại nguyên liệu dạng bột cùng với van xả kín tránh tràn bụi với cấu trúc thùng trộn độc đáo, khả năng trộn hiệu quả, không tồn tại góc chết, nguyên liệu được trộn một cách đồng đều. - Máy được làm hoàn toàn từ thép không gỉ 304, chống hoen rỉ, không thôi nhiễm chất độc. Hai mặt trong và ngoài của máy được đánh bóng, bằng phẳng, dễ dàng vệ sinh. - Ngoài ra, thiết bị trộn bột kim loại hình chữ V này còn được trang bị thiết bị đo thời gian, giúp bạn có thể kiểm soát thời gian trộn nguyên liệu dễ dàng hơn.
- Động cơ trộn và bộ giảm tốc được kết nối bằng dây đai. Khi khởi động máy, động cơ bắt đầu hoạt động, bộ giảm tốc làm việc cùng một lúc. 20 Luan van - Bộ giảm tốc quay và khớp nối có chức năng làm cho thùng chứa quay liên tục, dẫn nguyên vật liệu di chuyển xung quanh thùng và trộn đều với nhau. Ứng dụng: Máy trộn bột được sử dụng để trộn các loại nguyên liệu dạng bột hoặc dạng hạt với nhau thuộc ngành dược phẩm, công nghiệp hóa chất, thực phẩm,….
Nguyên vật liệu trong thùng trộn có thể di chuyển đều, không bị phá vỡ hình dạng cơ bản; do đó, máy có thể sử dụng cho các vật liệu dạng hạt dễ vỡ, dễ mài mòn, bột mịn hoặc nguyên liệu khối có độ ẩm nhất định. Ưu điểm của máy trộn bột hóa chất, thực phẩm… - Cấu trúc nhỏ gọn, vận hành đơn giản và bảo trì thuận tiện. - Chất liệu máy hoàn toàn từ thép không rỉ, không thôi nhiễm chất độc tới nguyên liệu, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. - Máy sử dụng thùng trộn không đối xứng hình chữ V, không có góc chết, không tích nguyên liệu, tốc độ cao, thời gian trộn ngắn và hiệu quả trộn đồng đều cao.
- Chạy ổn định, tiếng ồn thấp. - Được trang bị một thiết bị đo thời gian với chức năng đặt thời gian trộn và ngừng một cách tự động. *Máy trộn lập phương Hình 1.4: Máy trộn lập phương.3: Máy trộn chữ V 21 Luan van Máy trộn lập phương như (Hình 1.4) với các đặc điểm, ứng dụng và chi tiết như sau: [4] a. Nguyên lý hoạt động của máy trộn bột công nghiệp lập phương.
Thông qua cửa nạp liệu ở phần trên bồn, nguyên liệu được xả vào bồn trộn của máy.