Nghiên cứu đặc tính ma sát của khuôn đùn nhôm định hình

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu đặc tính ma sát của khuôn đùn ép nhôm định hình, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Vũ Ngọc Phúc
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Ngọc Huyền
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí – Chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu đặc tính ma sát trong khuôn đùn nhôm định hình
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỢP KIM NHÔM VÀ CÔNG NGHỆ ĐÙN ÉP NHÔM ĐỊNH HÌNH
• 1.1. Các phân khúc thị trường nhôm định hình
• 1.2. Nghiên cứu tình hình thị trường nhôm định hình thế giới và trong nước
• 1.3. Tổng quan về nhôm và hợp kim nhôm
• 1.3.1. Tổng quan về nhôm
• 1.3.2. Thành phần của hợp kim nhôm
• 1.3.3. Hợp kim nhôm rèn (Wrought aluminum alloy)
• 1.3.4. Hợp kim nhôm đúc (Cast aluminum alloy)
• 1.3.5. Hệ thống ký hiệu hợp kim nhôm
• 1.3.6. So sánh các loại hợp kim nhôm AL6005, AL6061, AL6063
• 1.4. Các nguyên tắc cơ bản của công nghệ đùn nhôm
• 1.4.1. Định nghĩa về đùn
• 1.4.2. Phân loại các quy trình đùn
• 1.4.3. Thiết bị đùn ép nhôm
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CỞ SỞ THIẾT KẾ KHUÔN ĐÙN ÉP NHÔM VÀ CỞ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT TRONG KHUÔN ĐÙN ÉP NHÔM ĐỊNH HÌNH
• 2.1. Cơ sở khuôn đùn áp lực
• 2.2. Nguyên tắc đùn áp lực
• 2.3. Cơ sở lý thuyết về công nghệ ép đùn nhôm định hình
• 2.4. Cơ sở lý thuyết về thiết kế khuôn
• 2.4.1. Nghiên cứu phân tích hình dáng tính năng sản phẩm
• 2.4.2. Vật liệu làm khuôn
• 2.4.3. Phân loại khuôn đùn ép
• 2.5. Cơ sở lý thuyết về ma sát và mòn trong công nghệ đùn nhôm
• 2.5.1. Giới thiệu chung
• 2.5.2. Tính toán hệ số ma sát
• 2.5.3. Biến dạng dẻo và dòng chảy kim loại
• 2.5.4. Biến dạng dẻo và giới hạn biến dạng dẻo
• 2.5.5. Ma sát trong quá trình đùn ép nhôm
• 2.5.6. Các dạng hỏng của khuôn đùn ép nhôm định hình
• 2.5.6.1. Bong tróc bề mặt khuôn
• 2.5.6.2. Biến dạng khuôn
• 2.5.6.3. Kích thước thay đổi do bị mài mòn
• 2.5.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát và mòn của khuôn trong quá trình làm việc
• 2.5.7.1. Vận tốc đùn ép nhôm
• 2.5.7.2. Áp lực tác dụng lên khuôn
• 2.5.7.3. Nhiệt độ làm việc của khuôn và nhôm nguyên liệu
• 2.8. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG SỐ VÀ THỰC NGHIỆM TRÊN THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH MA SÁT CỦA KHUÔN
• 3.1. Xây dựng mô hình ma sát
• 3.1.1. Mô hình ma sát dựa vào thực nghiệm
• 3.1.2. Mô hình ma sát dựa trên mô phỏng FEM
• 3.1.3. Mô hình ma sát thực nghiệm kết hợp mô phỏng FEM
• 3.1.4. Mô hình ma sát Summits
• 3.1.5. Lựa chọn mô hình ma sát
• 3.2. Mô phỏng số mô hình ma sát FEM
• 3.2.1. Thiết kế bộ thông số mô phỏng
• 3.2.2. Mô phỏng FEM quá trình đùn ép nhôm định hình Al-6063
• 3.2.3. Kết quả mô phỏng số
• 3.2.3.1. Thông số mô phỏng
• 3.2.3.2. Kết quả mô phỏng
• 3.3. Thử nghiệm và thảo luận
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ma sát trong khuôn đùn nhôm định hình

Nghiên cứu về ma sát trong đùn nhôm là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo. Đặc tính ma sát ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất sản xuất. Việc hiểu rõ về quy trình đùn nhôm và các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1. Đặc điểm của khuôn đùn nhôm và ma sát

Khuôn đùn nhôm có vai trò quan trọng trong việc định hình sản phẩm. Đặc tính vật liệu nhôm và cấu trúc khuôn ảnh hưởng đến ma sát trong đùn nhôm. Việc nghiên cứu các yếu tố này giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

1.2. Tầm quan trọng của ma sát trong quy trình đùn nhôm

Ma sát không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn đến tuổi thọ của khuôn. Việc tối ưu hóa tính toán ma sát giúp giảm thiểu hư hỏng và tăng cường hiệu suất sản xuất.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu ma sát khuôn đùn nhôm

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về ma sát trong đùn nhôm, vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Các yếu tố như nhiệt độ làm việc, áp lực tác dụng và vận tốc đùn ép đều ảnh hưởng đến ma sát. Việc xác định các thông số tối ưu là một bài toán phức tạp.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát trong khuôn

Nhiệt độ và áp lực là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến đặc tính ma sát. Việc nghiên cứu mối quan hệ giữa chúng giúp xác định các thông số tối ưu cho quy trình đùn nhôm.

2.2. Thách thức trong việc tối ưu hóa quy trình đùn nhôm

Việc tối ưu hóa quy trình đùn nhôm gặp nhiều khó khăn do sự biến đổi của các yếu tố môi trường và vật liệu. Cần có các phương pháp nghiên cứu hiện đại để giải quyết vấn đề này.

III. Phương pháp nghiên cứu ma sát trong khuôn đùn nhôm

Để nghiên cứu ma sát trong đùn nhôm, các phương pháp mô phỏng và thực nghiệm được áp dụng. Mô phỏng FEM giúp dự đoán các đặc tính ma sát trong điều kiện thực tế, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho quy trình sản xuất.

3.1. Mô phỏng FEM trong nghiên cứu ma sát

Mô phỏng FEM cho phép phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát và độ bền của khuôn. Phương pháp này giúp dự đoán chính xác các tình huống trong quy trình đùn nhôm.

3.2. Thực nghiệm và đánh giá kết quả

Thực nghiệm là bước quan trọng để xác nhận các kết quả từ mô phỏng. Việc so sánh giữa lý thuyết và thực tế giúp cải thiện độ chính xác trong nghiên cứu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu ma sát trong khuôn đùn nhôm

Nghiên cứu về ma sát trong đùn nhôm không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao. Các thông số tối ưu được xác định có thể áp dụng vào sản xuất thực tế, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí.

4.1. Tối ưu hóa quy trình sản xuất nhôm

Việc áp dụng các thông số tối ưu giúp cải thiện hiệu suất sản xuất, giảm thiểu lãng phí và nâng cao chất lượng sản phẩm nhôm định hình.

4.2. Tác động đến ngành công nghiệp nhôm tại Việt Nam

Nghiên cứu này góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh cho ngành công nghiệp nhôm tại Việt Nam, giúp các doanh nghiệp sản xuất nhôm định hình phát triển bền vững.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu ma sát trong khuôn đùn nhôm

Nghiên cứu về ma sát trong đùn nhôm là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Các kết quả đạt được không chỉ giúp cải thiện quy trình sản xuất mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong ngành công nghiệp nhôm.

5.1. Tương lai của nghiên cứu ma sát

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát trong khuôn đùn nhôm, từ đó phát triển các công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất.

5.2. Định hướng phát triển ngành công nghiệp nhôm

Ngành công nghiệp nhôm cần có sự đầu tư mạnh mẽ vào nghiên cứu và phát triển công nghệ, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp nhôm định hình tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với nhu cầu ngày càng tăng trong xây dựng và sản xuất công nghiệp. Theo báo cáo ngành, sản lượng nhôm định hình toàn cầu, đặc biệt tại Trung Quốc, đã đạt mức kỷ lục 3,16 triệu tấn trong tháng 3/2021, tăng 7,9% so với cùng kỳ năm trước. Tại Việt Nam, nhôm định hình được phân thành ba phân khúc chính: nhôm phổ thông, nhôm hệ phổ thông và nhôm hệ cao cấp, với các ứng dụng đa dạng từ cửa sổ, vách ngăn đến các công trình cao tầng hiện đại. Tuy nhiên, ngành nhôm trong nước đang đối mặt với nhiều thách thức như ảnh hưởng của dịch COVID-19 làm gián đoạn nguồn nguyên liệu nhập khẩu và giảm nhu cầu xây dựng.

Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu đặc tính ma sát của khuôn đùn ép nhôm định hình trở nên cấp thiết nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố vận tốc đùn ép và nhiệt độ khuôn đến đặc tính ma sát trong quá trình đùn ép nhôm hợp kim Al6063 trên máy đùn ép 800T. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô phỏng FEM bằng phần mềm ABAQUS và thực nghiệm tại công ty Nhôm Đô Thành, với mục tiêu xác định bộ thông số vận hành tối ưu nhằm cải thiện chất lượng hình học sản phẩm và tuổi thọ khuôn.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình đùn ép, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nhôm định hình tại Việt Nam, đồng thời hỗ trợ phát triển ngành công nghiệp khuôn mẫu trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về ma sát và công nghệ đùn ép nhôm định hình. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết ma sát và mòn trong khuôn đùn ép: Tập trung vào các khái niệm về hệ số ma sát, biến dạng dẻo, dòng chảy kim loại và các dạng hỏng khuôn như bong tróc bề mặt, biến dạng và mài mòn. Lý thuyết này giúp phân tích ảnh hưởng của vận tốc đùn ép và nhiệt độ khuôn đến đặc tính ma sát và tuổi thọ khuôn.

2. Mô hình đùn ép nhôm: Bao gồm quy trình đùn trực tiếp và gián tiếp, nguyên tắc vận hành máy đùn ép 800T, và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đùn như áp lực, nhiệt độ phôi và vận tốc đùn. Mô hình FEM được sử dụng để mô phỏng quá trình đùn ép, giúp dự đoán ứng suất, phân bố nhiệt độ và đặc tính ma sát trong khuôn.

Các khái niệm chính bao gồm: hợp kim nhôm Al6063, hệ số ma sát, biến dạng dẻo, mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM), nhiệt độ khuôn, vận tốc đùn ép, và tuổi thọ khuôn.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp kết hợp giữa mô phỏng số và thực nghiệm để nghiên cứu đặc tính ma sát của khuôn đùn ép nhôm định hình.

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quá trình đùn ép nhôm hợp kim Al6063 trên máy đùn ép 800T tại công ty Nhôm Đô Thành. Dữ liệu mô phỏng được tạo ra bằng phần mềm Solidworks để thiết kế khuôn và ABAQUS để mô phỏng quá trình đùn ép.

• Phương pháp phân tích: Mô hình ma sát được xây dựng dựa trên các thông số vận hành như vận tốc đùn ép (thay đổi từ 3 đến 5 mm/s) và nhiệt độ khuôn (khoảng 500°C). Phân tích FEM giúp đánh giá ứng suất, phân bố nhiệt độ và hệ số ma sát trong khuôn. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để xác nhận tính chính xác.

• Cỡ mẫu và timeline: Mẫu nghiên cứu bao gồm các bộ khuôn đùn ép nhôm định hình với các thông số vận hành khác nhau. Quá trình nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ đầu năm 2022 đến tháng 10/2022, bao gồm giai đoạn thiết kế, mô phỏng, thực nghiệm và phân tích kết quả.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, khách quan và khả năng áp dụng thực tiễn cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của vận tốc đùn ép đến đặc tính ma sát: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy khi vận tốc đùn ép giảm từ 5 mm/s xuống 3 mm/s, hệ số ma sát trong khuôn giảm đáng kể, từ khoảng 0,35 xuống còn 0,25, tương ứng giảm 28,6%. Điều này giúp giảm lực ép cần thiết và hạn chế mài mòn khuôn.

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến đặc tính ma sát: Nhiệt độ khuôn tăng từ 450°C lên 500°C làm giảm hệ số ma sát trung bình khoảng 15%, đồng thời cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm nhôm định hình, giảm hiện tượng biến dạng và bong tróc khuôn.

3. Bộ thông số vận hành tối ưu: Qua phân tích, bộ thông số vận hành phù hợp cho khuôn đùn ép nhôm định hình Al6063 được xác định là vận tốc đùn ép 3 mm/s và nhiệt độ khuôn 500°C. Ở điều kiện này, sản phẩm đạt độ chính xác hình học cao, hệ số ma sát thấp và tuổi thọ khuôn được kéo dài.

4. So sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm: Dữ liệu mô phỏng FEM tương đồng với kết quả thực nghiệm, sai số dưới 10%, chứng tỏ mô hình ma sát và phương pháp mô phỏng được xây dựng có độ tin cậy cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự thay đổi đặc tính ma sát là do sự biến đổi của nhiệt độ và vận tốc ảnh hưởng đến trạng thái bề mặt tiếp xúc giữa khuôn và billet nhôm. Nhiệt độ cao làm giảm độ cứng bề mặt khuôn, giảm ma sát trượt, đồng thời vận tốc thấp giúp giảm ma sát động và hạn chế mài mòn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành cơ khí chế tạo máy, đồng thời bổ sung thêm dữ liệu thực nghiệm cho ngành đùn ép nhôm tại Việt Nam.

Việc xác định bộ thông số vận hành tối ưu không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm chi phí bảo dưỡng khuôn, tăng năng suất sản xuất. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hệ số ma sát theo vận tốc và nhiệt độ, bảng so sánh tuổi thọ khuôn dưới các điều kiện vận hành khác nhau, giúp trực quan hóa hiệu quả nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa vận tốc đùn ép: Khuyến nghị các doanh nghiệp sử dụng vận tốc đùn ép khoảng 3 mm/s để giảm ma sát và mài mòn khuôn, nâng cao tuổi thọ khuôn trong vòng 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện là bộ phận kỹ thuật vận hành máy đùn ép.

2. Kiểm soát nhiệt độ khuôn ổn định ở 500°C: Đề xuất áp dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động để duy trì nhiệt độ khuôn ổn định, giảm biến động trong quá trình đùn ép. Thời gian triển khai trong 3 tháng, do phòng kỹ thuật bảo trì đảm nhiệm.

3. Áp dụng mô phỏng FEM trong thiết kế khuôn mới: Khuyến khích các nhà sản xuất khuôn sử dụng phần mềm mô phỏng FEM để dự đoán đặc tính ma sát và ứng suất, từ đó thiết kế khuôn tối ưu hơn. Thời gian áp dụng dài hạn, phù hợp với các dự án phát triển sản phẩm mới.

4. Đào tạo nhân lực về công nghệ đùn ép và ma sát: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho kỹ sư và công nhân vận hành về các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát và cách điều chỉnh thông số vận hành. Thời gian đào tạo 6 tháng, do các trường đại học và trung tâm đào tạo kỹ thuật phối hợp thực hiện.

Các giải pháp trên nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí bảo trì và tăng chất lượng sản phẩm nhôm định hình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp sản xuất nhôm định hình: Giúp cải tiến quy trình đùn ép, tối ưu hóa thông số vận hành, nâng cao chất lượng sản phẩm và tuổi thọ khuôn, từ đó tăng lợi nhuận và cạnh tranh trên thị trường.

2. Các nhà thiết kế và chế tạo khuôn mẫu: Cung cấp kiến thức về đặc tính ma sát và ảnh hưởng của các yếu tố vận hành, hỗ trợ thiết kế khuôn phù hợp với từng loại hợp kim nhôm và điều kiện sản xuất.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí – chế tạo máy: Là tài liệu tham khảo thực tiễn về ứng dụng mô phỏng FEM trong nghiên cứu ma sát và công nghệ đùn ép, giúp nâng cao kiến thức chuyên môn và kỹ năng nghiên cứu.

4. Các chuyên gia và kỹ sư công nghệ vật liệu: Hỗ trợ nghiên cứu phát triển vật liệu khuôn mới, cải tiến quy trình nhiệt luyện thép khuôn nhằm tăng độ bền và khả năng chống mài mòn trong điều kiện làm việc thực tế.

Luận văn cung cấp các dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng có giá trị, giúp các đối tượng trên áp dụng hiệu quả trong công việc và nghiên cứu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải nghiên cứu đặc tính ma sát trong khuôn đùn ép nhôm?
   Ma sát ảnh hưởng trực tiếp đến lực ép, tuổi thọ khuôn và chất lượng sản phẩm. Hiểu rõ đặc tính ma sát giúp tối ưu quy trình, giảm chi phí bảo trì và nâng cao hiệu quả sản xuất.

2. Vận tốc đùn ép ảnh hưởng như thế nào đến ma sát?
   Vận tốc đùn ép thấp giúp giảm ma sát trượt và mài mòn khuôn. Ví dụ, giảm vận tốc từ 5 mm/s xuống 3 mm/s làm giảm hệ số ma sát khoảng 28,6%, giảm lực ép cần thiết.

3. Nhiệt độ khuôn có vai trò gì trong quá trình đùn ép?
   Nhiệt độ khuôn cao làm giảm độ cứng bề mặt, giảm ma sát và cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm. Nhiệt độ khuôn tối ưu khoảng 500°C giúp cân bằng giữa độ bền khuôn và chất lượng sản phẩm.

4. Mô phỏng FEM có chính xác không?
   Mô phỏng FEM được xác nhận với sai số dưới 10% so với thực nghiệm, cho thấy độ tin cậy cao trong dự đoán ứng suất, nhiệt độ và đặc tính ma sát, hỗ trợ thiết kế và tối ưu quy trình.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất thực tế?
   Doanh nghiệp cần điều chỉnh vận tốc và nhiệt độ theo bộ thông số tối ưu, đồng thời áp dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động và đào tạo nhân lực để đảm bảo quy trình vận hành hiệu quả.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được ảnh hưởng rõ rệt của vận tốc đùn ép và nhiệt độ khuôn đến đặc tính ma sát trong khuôn đùn ép nhôm định hình Al6063.
• Bộ thông số vận hành tối ưu gồm vận tốc đùn ép 3 mm/s và nhiệt độ khuôn 500°C giúp giảm ma sát, nâng cao chất lượng sản phẩm và tuổi thọ khuôn.
• Mô hình mô phỏng FEM kết hợp thực nghiệm cho kết quả chính xác, hỗ trợ thiết kế và tối ưu quy trình đùn ép.
• Giải pháp đề xuất tập trung vào tối ưu vận tốc, kiểm soát nhiệt độ, ứng dụng mô phỏng và đào tạo nhân lực nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất.
• Tiếp theo, cần triển khai áp dụng thực tế các giải pháp và mở rộng nghiên cứu cho các loại hợp kim và khuôn khác nhằm phát triển ngành công nghiệp nhôm định hình tại Việt Nam.

Hành động ngay hôm nay để áp dụng các kết quả nghiên cứu vào quy trình sản xuất, nâng cao năng lực cạnh tranh và phát triển bền vững ngành nhôm định hình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1. CỞ SỞ THIẾT KẾ KHUÔN ĐÙN ÉP NHÔM VÀ CỞ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT TRONG KHUÔN ĐÙN ÉP NHÔM ĐỊNH HÌNH .1 Cơ sở khuôn đùn áp lực .2 Nguyên tắc đùn áp lực .2 Cơ sở lý thuyết về công nghệ ép đùn nhôm định hình.3 Công nghệ đùn ép nhôm .4 Cơ sở lý thuyết về thiết kế khuôn. Nghiên cứu phân tích hình dáng tính năng sản phẩm .2 Vật liệu làm khuôn .3 Phân loại khuôn đùn ép .5 Cơ sở lý thuyết về ma sát và mòn trong công nghệ đùn nhôm .1 Giới thiệu chung .2 Tính toán hệ số ma sát .3 Biến dạng dẻo và dòng chảy kim loại .4 Biến dạng dẻo và giới hạn biến dạng dẻo .5 Ma sát trong quá trình đùn ép nhôm .6 Các dạng hỏng của khuôn đùn ép nhôm định hình .1 Bong tróc bề mặt khuôn .3 Biến dạng khuôn .4 Kích thước thay đổi do bị mài mòn .7 Các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát và mòn của khuôn trong quá trình làm việc….1 Vận tốc đùn ép nhôm .2 Áp lực tác dụng lên khuôn .3 Nhiệt độ làm việc của khuôn và nhôm nguyên liệu .8 Kết luận chương 2. MÔ PHỎNG SỐ VÀ THỰC NGHIỆM TRÊN THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH MA SÁT CỦA KHUÔN .1 Xây dựng mô hình ma sát .1 Mô hình ma sát dựa vào thực nghiệm .2 Mô hình ma sát dựa trên mô phỏng FEM .3 Mô hình ma sát thực nghiệm kết hợp mô phỏng FEM .4 Mô hình ma sát Summits.5 Lựa chọn mô hình ma sát .2 Mô phỏng số mô hình ma sát FEM .1 Thiết kế bộ thông số mô phỏng .2 Mô phỏng FEM quá trình đùn ép nhôm định hình Al-6063 .3 Kết quả mô phỏng số .1 Thông số mô phỏng .2 Kết quả mô phỏng .4 Thử nghiệm và thảo luận .5 Kết luận chương 3.

74 KẾT LUẬN CHUNG. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 76 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Thị trường nhôm định hình tại Việt Nam .2: Các loại hộp nhôm mỏng .3: Nhôm làm vách ngăn phòng…………………………………………1 Hình 1.4: Nhôm làm cửa phòng bảo vệ .6 Mặt cắt mẫu cửa nhôm Việt Pháp 450 .7: Bảng màu cửa nhôm định hình .8: Cửa xoay khu nhà riêng…………….9: Lắp cửa khu văn phòng .10: Mặt cắt cửa sổ nhôm technal.11: Cửa nhôm technal trong biệt thự.12 Biểu đồ sản lượng của Trung Quốc so với Mỹ trong 10 năm.13: Khối kim loại nhôm .14: Các nguyên tố của nhôm rèn .15: Các nguyên tố của hợp kim nhôm đúc .16 Quá trình ép đùn trực tiếp .17 Quá trình ép đùn gián tiếp .18 Sự thay đổi của áp lực đùn trong quá trình đùn cho cả quá trình đùn trực tiếp và gián tiếp .19 Quá trình đùn phôi liên tục .20: Máy đùn ép trực tiếp .21: Máy đùn ép gián tiếp .22: Máy đùn ép nhôm 800A loại đùn trực tiếp .23 Thông số máy đùn ép 800A loại đùn trực tiếp .2: Thanh nhôm định hình .1: Ống nhựa PVC .4: Quá trình đùn ép nhôm định hình .6: Quá trình đùn ép .8: Cửa nhôm 2 lớp .9: Các sản phẩm nhôm trong đời sống .10: Mặt cắt sản phẩm nhôm định hình .11: Hình dạng bề mặt làm việc của khuôn tương ứng với hình 2.12: Giản đồ Fe-C-Cr.13: Giản đồ Fe-Cr-C ở 1000 °C .14: Ảnh hưởng nhiệt độ tôi và ram đến độ cứng thép SKD11 .15: Ảnh hưởng độ dai va đập và độ cứng .16: Giản đồ pha Fe-Cr-C với 5%Cr.17: Sự phụ thuộc của giới hạn chảy Rp0,2 vào nhiệt độ làm việc.18: Sự thay đổi độ cứng khi nhiệt độ làm việc thay đổi.19: Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ dai va đập thép SKD61 .20: Khuôn dẫn phôi (L.P)-bộ khuôn SOLID .21: Khuôn tạo hình sản phẩm (DIE)-bộ khuôn SOLID .22: Khuôn dẫn sản phẩm (BACKER)-bộ khuôn SOLID .23: Khuôn tạo hình trong (BG)- bộ khuôn HOLLOW .24: Khuôn tạo hình ngoài (DIE)- bộ khuôn HOLLOW .25: Khuôn dẫn sản phẩm (BK)- bộ khuôn HOLLOW .26: Liên kết ma sát tại đỉnh nhấp nhô .27:Vết tiếp xúc ma sát khi trượt một chỏm cầu .28 Đồ thị sự phụ thuộc của v và K .29 Sơ đồ của bốn loại dòng chảy khác nhau trong đùn .30 Mối quan hệ giữa tỷ lệ đùn và góc vùng kim loại bám dính .31 Mặt cắt dọc của phôi sau khi đùn. (a) Mặt cắt dọc điển hình của phôi 7075 sau khi đùn.

(b) Sơ đồ mặt cắt của khuôn thể hiện vùng kim loại chết .32 Mối quan hệ giữa vùng chết và độ dày của phôi đùn .33 Hình dạng phôi khi ép đùn trong thùng dẫn hướng phôi .34 Các thành phần ma sát trong quá trình đùn nhôm trực tiếp .35 Các thành phần ma sát trong quá trình đùn gián tiếp .36 Mô hình ma sát trong quá trình ép đùn trực tiếp.37 Giản đồ về hình thái bề mặt lòng khuôn .38 Lỗi bong tróc bề mặt .39 Lỗi vỡ khuôn .40 Lỗi biến dạng khuôn .41 Lỗi kích thước lỗ thay đổi do mài mòn và tháo lắp .42: mô hình đùn ép nhôm định hình .1: Đặc trưng hình dạng của vòng sau khi nén ở mặt trong và mặt ngoài 55 Hình 3.2: Nguyên tắc đùn ngược kép của Bush-hausen và cộng sự.3: Ma sát chuyển từ vùng ma sát trượt đến ma sát dính .4: Dự đoán ứng suất ma sát dưới dạng hàm của khoảng cách .5 Các thông số hình học của parabolid elip .6: Mô phỏng FEM của DAE.7: Hệ số ma sát thu được từ mô hình ma sát đơn giản của Abtahi .8: Bản vẽ 3D khuôn.9: Sơ đồ lắp khuôn đùn nhôm .10: Giao diện phần mềm ABAQUS .11: Mô hình phần tử hữu hạn của quá trình ép đùn .12: Sơ đồ dòng chảy của nhôm trong quá trình đùn .13: Ứng suất trong quá trình đùn ép với vận tốc đùn ép 5mm/s .14 Phân bố nhiệt độ trong quá trình đùn ép với vận tốc đùn ép 5mm/s .15 Ứng suất trong quá trình đùn ép với vận tốc đùn ép 4mm/s .16: Phân bố nhiệt độ trong quá trình đùn ép với vận tốc đùn ép 4mm/s .17: Ứng suất trong quá trình đùn với vận tốc đùn ép 3mm/s.18: Phân bố nhiệt độ trong quá trình đùn ép với vận tốc đùn ép 3mm/s .19: Máy đùn ép 800T loại đùn ép trực tiếp .20 Sản phẩm hộp nhôm trong quá trình đùn ép thực nghiệm .3: Bộ khuôn đùn ép nhôm định hình .23 Quá trình thực nghiệm tại máy đùn ép 800T ở công ty Nhôm Đô Thành. 73 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học AL6005,AL6061,AL6063 .2 Đặc tính cơ học AL6005,AL6061,AL6063.3 Các đặc tính của hợp kim nhôm 6005, 6061, 6063 .1 Thép dụng cụ bền nguội theo một số tiêu chuẩn thông dụng .2 Thành phần mác thép SKD11 .3 Độ bền phụ thuộc vào độ cứng mác thép SKD11 .4 Một số ứng dụng của thép SKD11 .5 Thành phần mác thép bền nóng SKD61.6 Thành phần hóa học của thép SKD61. TỔNG QUAN VỀ HỢP KIM NHÔM VÀ CÔNG NGHỆ ĐÙN ÉP NHÔM ĐỊNH HÌNH 1.1 Các phân khúc thị trường nhôm định hình Dựa vào cấu tạo và giá thành có thể phân khúc các dòng nhôm trên thị trường hiện có. Việc phân khúc này khi mua có thể biết được chất lượng sản phẩm và sử dụng vào các mục đích và không gian phù hợp để cân đối chi phí hợp lí.

Thị trường nhôm Việt Nam chia thành 3 loại (hình 1.1): - Nhôm phổ thông - Nhôm hệ phổ thông - Nhôm hệ cao cấp Hình 1.1: Thị trường nhôm định hình tại Việt Nam 1.1 Nhôm phổ thông • Đặc điểm Nhôm phổ thông hay có tên gọi khác là nhôm trắng sứ được sản xuất trong một quy trình không được đồng bộ và chất lượng không được cao. Từ thời “sơ khai” về nhôm, nhôm phổ thông được sử dụng rộng rãi trên thị trường với mức giá không quá cao từ 400.000 đồng/m2 và không có nhiều đối thủ cạnh tranh nên rất nhiều gia đình đã sử dụng nhôm cỏ như một sản phẩm nhôm thông thường.2: Các loại hộp nhôm mỏng 1 Tuy không được đánh giá cao trên thị trường về chất lượng, nguồn gốc xuất xứ nhưng nhôm phổ thông vẫn được sử dụng trong thời buổi hiện nay đối với những công trình nhỏ, cửa sổ hay vách ngăn trong nhà. Điểm khiếm khuyết của nhôm phổ thông chính là không chịu được lực tác động mạnh, thời gian sử dụng không được lâu, chống nước kém (bởi vì nhôm cỏ mỏng) hay gây ra tiếng ồn khi di chuyển. Ví dụ như bạn sử dụng nhôm cỏ để làm cửa kéo thì phần khung bao cửa làm bằng nhôm phổ thông có thể gây ra tiếng cót két khi bạn kéo cửa qua lại.

Các nhà máy sản xuất nhôm cỏ hiện nay: Đông Anh, Đô Thành, Đông Á, Tân Mỹ, Sông Hồng,Saphia, SingNam, New Asia, YngHua,… • Ứng dụng Ứng dụng trong xây dựng và nội thất. Với giá thành tương đối rẻ và chất lượng không được cao nên nhôm cỏ thường được sử dụng cho những công trình nhỏ hay những đồ nội thất trong nhà không cần đến chất lượng như làm cửa nhà vệ sinh (hình 1.3), vách ngăn phân chia những khu vực trong nhà cho đến làm tủ thuốc nhỏ, đóng tủ nhôm kính.3: Nhôm làm vách ngăn phòng Hình 1.4: Nhôm làm cửa phòng bảo vệ • Các loại nhôm phổ thông hiện nay Nhôm phổ thông được sản xuất với nhiều mẫu mã và sản phẩm khác nhau để đáp ứng tốt những yêu cầu của khách hàng trên thị trường. Hiện nay có các loại dạng hộp như 25×76; 25×50; 38×76; 25×38 và còn nhiều loại khác. Phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng của bạn mà nhôm phổ thông sẽ được sản xuất theo tiêu chuẩn, kích thước nhất định để phù hợp với công trình xây dựng.

Bên cạnh những sản phẩm dạng hộp trên, nhôm phổ thông còn có những hệ được kết hợp lại với nhau theo kiểu chữ U, chữ V, chữ H, chữ T, đế sập 25 và 38 (hình 1.2 Nhôm hệ phổ thông • Đặc điểm Nhôm hệ phổ thông là các loại nhôm định hình nhưng có độ dày khác nhau. Được chia làm 2 loại đồ dày: Loại I từ 1.7mm ; Loại II từ 1. Về mẫu mã đa dạng và phong phú, nhiều kiểu dáng để lắp ghép tạo khung cửa sổ, cửa trượt. Ví dụ các loại nhôm định hình có trong cửa nhôm Việt Pháp 450 như trong hình 1.6 Mặt cắt mẫu cửa nhôm Việt Pháp 450 Về chất lượng của thanh nhôm và lớp phủ sơn tĩnh điện hơn hẳn so với nhôm cỏ.Thanh nhôm không bị cong vênh, mối mọt, không bị gỉ sét, phù hợp với khí hậu nhiệt đới gió mùa như nước ta.

Đặc biệt có bản nhôm dày nên cánh cửa làm bằng nhôm phổ thông sẽ không bị ảnh hưởng bởi lực va đập mạnh, không làm bóp méo, biến dạng cánh cửa trong điều kiện mưa bão.