Nghiên cứu công nghệ và thiết bị rung siêu âm ứng dụng đúc hợp kim nhôm trong khuôn kim loại

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ RUNG SIÊU ÂM ỨNG DỤNG ĐÚC HỢP KIM NHÔM TRONG KHUÔN KIM LOẠI Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Nguyễn Thanh Hải Thành phố Hồ Chí Minh - 2022 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ RUNG SIÊU ÂM ỨNG DỤNG ĐÚC HỢP KIM NHÔM TRONG KHUÔN KIM LOẠI (Đã chỉnh sửa theo kết luận Hội đồng nghiệm thu ngày 30/6/2022) Chủ nhiệm nhiệm vụ (ký tên) Nguyễn Thanh Hải Cơ quan chủ trì nhiệm vụ (ký tên đóng dấu) Thành phố Hồ Chí Minh - 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2022 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KH&CN I THÔNG TIN CHUNG Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu công nghệ thiết bị rung siêu âm ứng dụng đúc hợp kim nhôm khuôn kim loại Thuộc: Chương trình/lĩnh vực: Cơng nghệ cơng nghiệp và Tự động hoá/ Kỹ thuật công nghệ; Chủ nhiệm nhiệm vụ: Họ tên: NGUYỄN THANH HẢI Ngày, tháng, năm sinh: 7/9/1979 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: Tiến sĩ Chức vụ: Trưởng Bộ môn Chức danh khoa học: Điện thoại: Tổ chức: 08.8646171 Nhà riêng: 02837111258 Mobile: 0938 493366 Fax: 08.8646171 E-mail: haint@hcmut.edu.com Tên tổ chức công tác: Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM Địa tổ chức: 268 Lý Thường Kiệt, P 14, Q 10, TP HCM Địa nhà riêng: 2/21A, Ấp 3, Đơng Thạnh, Hóc Mơn, Tp.HCM Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Tên tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Điện thoại: 028.38636856 Fax: 08.8646171 E-mail: khcn@hcmut.edu.vn Website: http://www.khcn.hcmut.edu.vn/ Địa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, Tp HCM Họ tên thủ trưởng tổ chức: PGS TS Mai Thanh Phong Số tài khoản: 3714.0.1056923 Kho bạc: Kho bạc nhà nước Tp HCM Tên quan chủ quản đề tài: Sở KHCN Thành phố Hồ Chí Minh II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN 1 Thời gian thực nhiệm vụ: - Theo Hợp đồng ký kết: từ tháng 06 năm 2020 đến tháng 12 năm 2021 - Thực tế thực hiện: từ tháng 06 năm 2020 đến tháng 06 năm 2022 - Được gia hạn: - Lần từ tháng năm 2022 đến tháng năm 2022 Kinh phí sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 975 tr.đ, đó: + Kính phí hỗ trợ từ ngân sách khoa học: 975 tr.đ + Kinh phí từ nguồn khác: tr.đ b) Tình hình cấp sử dụng kinh phí từ nguồn ngân sách khoa học: Thực tế đạt Theo kế hoạch Số TT Ghi (Số đề nghị toán) Thời gian (Tháng, năm) Kinh phí (Tr.đ) Thời gian (Tháng, năm) Kinh phí (Tr.đ) 7/2020 487 3/2021 487 12/2021 488 12/2021 488 488 7/2022 98 7/2022 97,959 97,959 c) Kết sử dụng kinh phí theo khoản chi: Đối với đề tài: Đơn vị tính: Triệu đồng Số TT Nội dung khoản chi Theo kế hoạch Tổng Trả công lao động (khoa học, phổ 610,9745 thông) Nguyên, vật liệu, lượng Thiết bị, máy móc 298,850 Xây dựng, sửa chữa nhỏ Chi khác 65,1755 Tổng cộng 975 - Lý thay đổi (nếu có): NSKH Nguồn khác Thực tế đạt Nguồn Tổng NSKH khác 610,9745 610,9745 610,9745 298,850 298,809 298,809 65,1755 975 65,1755 974,959 65,1755 974,959 Các văn hành q trình thực đề tài/dự án: (Liệt kê định, văn quan quản lý từ công đoạn xét duyệt, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực có); văn tổ chức chủ trì nhiệm vụ (đơn, kiến nghị điều chỉnh có) Số TT Số, thời gian ban hành văn Tên văn Ghi 512/QĐ-SKHCN ngày 26/5/2020 Quyết định phê duyệt nhiệm vụ nghiên cứu KH&CN 31/2020/HĐ-QPTKHCM ngày 25/6/2020 Hợp đồng thực nhiệm vụ nghiên cứu KHCN 84/HĐ-ĐHBK-KHCN&DA ngày 1/7/2020 Hợp đồng giao nhiệm vụ 1064/QĐ-SKHCN ngày 30/12/2021 Quyết định việc điều Điều định số 512/QĐ-SKHCN ngày 26/5/2020 Phụ lục số 112/2021/PLHDQKHCN ngày 30/12/2021 Phụ lục Hợp đồng thực nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ Tổ chức phối hợp thực nhiệm vụ: Số TT Tên tổ chức đăng ký theo Thuyết minh Tên tổ chức tham gia thực Nội dung tham gia chủ yếu Sản phẩm chủ yếu đạt Công ty TNHH MTV Vạn Lợi Dragon Công ty TNHH MTV Vạn Lợi Dragon Chuyể giao công nghệ Thiết bị Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Cá nhân tham gia thực nhiệm vụ: Số TT Tên cá nhân đăng ký theo Thuyết minh Tên cá nhân tham gia thực Nội dung tham gia Sản phẩm chủ yếu đạt TS Nguyễn Thanh Hải TS Nguyễn Thanh Hải Nội dung 1, 2, 3, Tập thuyết minh NCV Bùi Duy Khanh NCV Bùi Duy Khanh Nội dung Tập thuyết minh Ghi chú* TS Phạm Quang TS Phạm Trung Quang Trung Nội dung 2, Tập thuyết minh TS Nguyễn Hải Đăng TS Nguyễn Hải Đăng Nội dung 3, Tập thuyết minh KS Đào Duy Quí KS Đào Duy Quí Nội dung 2, 3, Tập thuyết minh PGS TS Nguyễn Hữu Lộc PGS TS Nguyễn Hữu Lộc Nội dung 3, Tập thuyết minh TS Nguyễn Vinh Dự TS Nguyễn Vinh Dự Nội dung 2, Tập thuyết minh ThS Lê Quang Thành ThS Lê Quang Thành Nội dung 2, Tập thuyết minh KS Trương Đăng Khoa KS Trương Đăng Khoa Nội dung Tập thuyết minh 10 KS Nguyễn Thanh Nhựt KS Nguyễn Thanh Nhựt Nội dung Tập thuyết minh Nội dung Tập thuyết minh KS Nguyễn KS Nguyễn Thanh Đông Thanh Đông - Lý thay đổi ( có): 11 Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Tóm tắt nội dung, cơng việc chủ yếu: (Nêu mục 15 thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát nước nước ngoài) Số TT Thời gian (Bắt đầu, kết thúc - tháng … năm) Các nội dung, công việc chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) Theo kế hoạch Nghiên cứu tổng quan: 1.1 Khảo sát, phân tích và đánh giá các thiết bị, dây chuyền, máy móc có sử dụng rung động siêu âm 1.2 Khảo sát, phân tích và đánh giá thiết bị và công nghệ đúc hợp kim nhôm khn kim loại 1.3 Khảo sát, phân tích và đánh giá các yêu cầu kỹ thuật hệ thống đúc có hỗ trợ rung siêu âm và đề xuất cấu hình thiết bị lị nấu đúc, nguồn cấp và hệ rung siêu âm Nghiên cứu sở lý thuyết ảnh hưởng siêu âm đến kim loại lỏng q trình đơng đặc 2.1 Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc 2.2 Nghiên cứu ngun lí q trình đơng đặc kim loại tác động siêu âm 2.3 Nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến công suất, suất, hiệu trình xử lý kim loại lỏng tổ chức hạt sau đông đặc 2.4 Nghiên cứu ứng dụng điều khiển tự động cho trình nấu luyện, rót kim loại lỏng, kiểm sốt tốc độ nguội, giải pháp giải nhiệt khuôn đúc, biện pháp an toàn điện cho thiết bị nguồn cao tần Nghiên cứu nguyên lý hoạt động chế tác động rung cho thiết bị đúc hợp kim nhơm có hỗ trợ siêu âm: 3.1 Nghiên cứu nguyên lý phát siêu âm, kết cấu đầu rung siêu âm Thực tế đạt Người, quan thực 7/2020 – 7/2020 – 1/2021 1/2021 Nguyễn Thanh Hải Phạm Quang Trung Đào Duy Quí Nguyễn Vinh Dự Lê Quang Thành 7/2020 – 7/2020 – 1/2021 1/2021 Nguyễn Thanh Hải Phạm Quang Trung Đào Duy Quí Nguyễn Hữu Lộc Nguyễn Hải Đăng Nguyễn Vinh Dự Nguyễn Thanh Đông 7/2020 – 7/2020 – 1/2021 1/2021 Nguyễn Thanh Hải Lê Quang Thành Trương Đăng Khoa Nguyễn Minh Nhựt 3.2 Xác định kết cấu khuôn đúc và phương án bố trí gá đặt tích hợp hệ thống rung siêu âm vào khuôn đúc Tính tốn, thiết kế thiết bị đúc hợp kim nhơm có rung siêu âm 4.1 Thiết kế kết cấu, tính tốn cơng suất, mạch điều khiển cho lị nấu nhơm 4.2 Thiết kế hệ thống rót có kiểm sốt tốc độ rót, hệ thống giải nhiệt cho khn đúc 4.3 Nghiên cứu thiết kế hệ thống chuyển đổi tần số điện sang tần số Tính tốn, mơ tần số dao động riêng và biên độ dao động bề mặt 4.4 Thiết kế khuôn đúc, khung, vỏ, thành phần khí cho thiết bị 7/2020 – 7/2020 – 1/2021 1/2021 Chế tạo, lắp ráp thiết bị đúc hợp kim nhơm có rung siêu âm 5.1 Chế tạo lị, nồi nấu nhơm, hệ thống gia nhiệt mạch điều khiển 5.2 Chế tạo hệ thống rót, điều khiển tốc độ rót, hệ thống giải nhiệt cho khuôn đúc 5.3 Chế tạo hệ thống chuyển đổi tần số 3/2021điện sang tần số và các phần 9/2021 siêu âm 5.4 Chế tạo khuôn đúc kim loại, đồ gá liên kết khuôn đúc với hệ rung siêu âm, khung, vỏ, thành phần khí cho thiết bị 5.5 Lắp ráp, điều chỉnh thiết bị, đo kiểm thông số kỹ thuật thiết bị Thử nghiệm đúc hợp kim nhơm hồn thiện thiết bị 6.1 Kiểm nghiệm khả hoạt động thiết bị, kiểm nghiệm thông số công nghệ đúc, tiến hành đúc thử mẫu với thông số khác 6.2 Kiểm nghiệm chất lượng vật đúc và hồn thiện phần khí, điều khiển 6/202110/2021 Nguyễn Hải Đăng Bùi Duy Khanh Đào Duy Quí Nguyễn Hữu Lộc 3/20219/2021 Nguyễn Hải Đăng Bùi Duy Khanh Đào Duy Quí Trương Đăng Khoa Nguyễn Thanh Nhựt Phạm Quang Trung Nguyễn Thanh Đông 1/20224/2022 Nguyễn Thanh Hải Bùi Duy Khanh Lê Quang Thành Viết báo cáo tổng kết 7.1 Báo cáo tóm tắt báo cáo tổng kết đề 6/20217 tài 10/2021 7.2 Biên soạn hướng dẫn sử dụng bảo trì - Lý thay đổi (nếu có): 3/20225/2022 Nguyễn Thanh Hải Bùi Duy Khanh III SẢN PHẨM KH&CN CỦA NHIỆM VỤ Sản phẩm KH&CN tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I: Đơn vị đo Tên sản phẩm tiêu chất lượng chủ yếu Số lượng Thực tế đạt Theo kế hoạch Mẫu đúc nhôm khuôn kim loại có Cái khơng có rung siêu âm 10 10 10 Các kết tính (độ bền kéo) so sánh đối chiếu mẫu đúc Bộ thiết bị đúc siêu âm và mẫu đúc truyền thống 01 01 01 - Lý thay đổi (nếu có): b) Sản phẩm Dạng II: Số TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học cần đạt Theo kế hoạch Bản vẽ thiết kế thiết bị đúc kim loại siêu âm gồm: dụng cụ tạo dao Đúng động siêu âm và khn đúc, hệ chuẩn thống nấu rót kim loại, khung vỏ thuật thành phần khí Thực tế đạt tiêu kỹ Đúng tiêu chuẩn kỹ thuật Tập thuyết minh quy trình Đầy đủ Đầy đủ thông số công công nghệ các đặc tính thơng thơng số nghệ số quá trình đúc kim loại siêu âm công nghệ Bảng số liệu thực nghiệm Đầy đủ kết Đầy đủ kết số liệu, hình kết phân tích – kiểm tra số liệu, hình ảnh vật đúc ảnh - Lý thay đổi (nếu có): Ghi c) Sản phẩm Dạng III: Số TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học cần đạt Thực tế đạt Số lượng, nơi cơng bố (Tạp chí, nhà xuất bản) 01 Bài báo tạp chí nước: Design of metal casting mold for ADC 12 aluminium alloy with assistance of 20 kHz ultrasonic vibration, 01 Bài báo tạp chí nước, SCIENCE AND TECHNOLOGY OF METALS, Isue 97, page 1923, 8/2021 ISSN 1859-4344 Theo kế hoạch Bài báo “Thiết kế chế tạo 01 Bài báo thiết bị rung siêu âm tần số tạp chí 20 kHz cải tiến chất lượng nước vật đúc hợp kim nhôm khuôn kim loại” - Lý thay đổi (nếu có): d) Kết đào tạo: Số TT Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo Đại học, Kỹ thuật Cơ khí, Cơ Điện tử Số lượng Theo kế hoạch Thực tế đạt 01 Sinh viên ngành Kỹ thuật khí: - Phạm Hữu Trí – MSSV: 1713653 - Lê Thanh Tùng – MSSV: 1710377 Ghi (Thời gian kết thúc) - Lý thay đổi (nếu có): đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp: Số TT Tên sản phẩm đăng ký Kết Theo kế hoạch Thực tế đạt Số 1194w/QĐ-SHTT ngày 24/01/2022 Giải pháp hữu ích Được cấp Quyết định Số đơn: 1-20211 thiết bị đúc siêu chấp nhận đơn hợp lệ 08329 âm Cục Sở hữu trí tuệ Tên: Thiết bị đúc khn kim loại có rung siêu âm - Lý thay đổi (nếu có): Ghi (Thời gian kết thúc) 14-15mm (Thành khuôn đối diện) Bảng 6.13 Tổ chức tế vi hợp kim đúc ADC12 không rung siêu âm nhiệt độ 660oC Khoảng cách từ thành khuôn rung siêu âm Tổ chức tế vi mẫu đúc (Độ phóng đại 100X) 0-2 mm 2-4 mm 200 4-6 mm 6-8 mm (tâm vật đúc) 14-15mm (Thành khuôn đối diện) 201 Bảng 6.14 Tổ chức tế vi hợp kim đúc ADC12 có rung siêu âm nhiệt độ 660oC Khoảng cách từ thành khuôn rung siêu âm Tổ chức tế vi mẫu đúc (Độ phóng đại 100X) 0-2 mm 2-4 mm 4-6 mm 202 6-8 mm (tâm vật đúc) 14-15mm (Thành khuôn đối diện) ❖ Độ cứng Độ cứng mẫu đúc đo theo khoảng cách so với mặt rung siêu âm Độ cứng trung bình cho thấy có tác động siêu âm, độ cứng trung bình mẫu tăng nhẹ (khoảng 2,5 HV) (Hình 6.41 - Hình 6.42) Đối với vùng gần với thành khuôn độ cứng cao so với vùng tâm vật đúc, đồng thời độ cứng tăng dần từ lên theo thứ tự nguội Điều tốc độ nguội cao vùng gần thành khuôn và đáy khuôn, ảnh hưởng siêu âm vùng không rõ rệt tốc độ đông đặc nhanh dẫn đến thời gian chịu tác động siêu âm tương đối ngắn Riêng vùng tâm vật đúc, ta thấy rõ xu hướng tăng độ cứng áp dụng siêu âm Ở nhiệt độ 660oC, vật đúc đạt độ cứng cao so với chi tiết đúc 700oC Sự phân bố độ cứng có khác vùng vật đúc, song mẫu đúc tác động siêu âm, độ chênh lệch độ cứng không đáng kể vùng Từ đánh giá độ đồng phân bố thành phần và kích thước hạt vật đúc rung siêu âm cải thiện Phân bố độ cứng theo chiều rộng chiều cao thể Hình 6.43 Hình 6.44 203 Hình 6.42 Kết đo độ cứng mẫu đúc ADC12 nhiệt độ 660°C Độ cứng HV 98 96 94 92 90 88 86 84 Có siêu âm Khơng siêu âm Hình 6.43 Kết đo độ cứng mẫu đúc nhiệt độ 700°C Hình 6.44 Phân bố độ cứng mặt cắt ngang mẫu đúc 660oC 204 Hình 6.45 Phân bố độ cứng mặt cắt ngang mẫu đúc 700oC ❖ Độ bền kéo Ứng suất kéo trung bình mẫu đúc với rung động siêu âm cao so với mẫu đúc không siêu âm Điều tổ chức hạt nhỏ mịn, nhánh khuyết tật rỗ xốp Đường cong thử độ bền kéo mẫu đúc có siêu âm và khơng siêu âm điển hình thể Hình 6.46 Hình 6.46 Mẫu thử kéo vị trí đứt gãy Giới hạn bền kéo cao mẫu đúc có siêu âm đạt khoảng 212 Mpa (mẫu đúc nhiệt độ 660oC) với độ giãn tương đối 5,2%, mẫu đúc khơng siêu âm đạt giới hạn bền 189Mpa (mẫu đúc nhiệt độ 700oC) với độ giãn 3,2% Quan sát vết đứt gãy mẫu thử kéo (Hình 6.47), số mẫu có độ bền kéo thấp tồn rỗ khí bên Hầu hết mẫu này đúc điều kiện khơng có siêu âm Hình 6.47 Biểu đồ quan hệ lực biến dạng mẫu đúc nhiệt độ 660oC a) có siêu âm b) khơng siêu âm 205 Hình 6.48 Biểu đồ quan hệ lực biến dạng mẫu đúc nhiệt độ 700oC a) có siêu âm b) khơng siêu âm Hình 6.49 So sánh độ bền kéo mẫu đúc có siêu âm và khơng siêu âm với hai mức nhiệt độ 6600C 700oC Mẫu đúc 660oC giới hạn bền kéo tăng từ 176 MPa lên 212 MPa, cho thấy tăng lên đến 20,45% Cịn mẫu đúc nhiệt độ 7000C tăng từ 189 MPa lên 206 Mpa tăng gần 9% Kết luận chương Do siêu âm làm giảm kích thước phân mảnh nhánh dẫn đến giảm thiểu hình thành nhánh từ cải thiện độ chảy lỗng Ngồi siêu âm cịn phá vỡ các màng oxit và phân tán chúng làm tăng độ chảy lỗng Vì mẫu đúc có khả điền đầy tốt có siêu âm Tuy nhiên chất lượng bề mặt khơng tốt khơng có siêu âm Nhìn chung có siêu âm, mẫu đúc đạt kết tốt Kết thí nghiệm chương này cho thấy rõ xử lý siêu âm tạo điều kiện cho kim loại điền dầy vào lịng khn có tiết diện nhỏ, giúp thúc đẩy khí khỏi kim loại làm giảm khuyết tật vật đúc Việc làm mịn tổ chức hợp kim nhôm ADC 12 làm độ cứng tăng nhẹ cải thiện đáng kể độ bền kéo Ngoài tác động siêu âm kim loại lỏng phân tán nhiệt thành khuôn nhanh dẫn đến tăng nhiệt độ 206 khuôn và thay đổi điều kiện phát triển tinh thể, đặc biệt là siêu âm áp dụng đúc nhiệt độ cao, hiệu ứng rõ rệt So sánh kết thử tính nhiệt độ đúc cho thấy, đúc nhiệt độ 660oC, tính đạt tốt đúc 700oC độ cứng lẫn độ bền kéo Ở nhiệt độ cao, tính chảy lỗng tăng phần, oxi hóa bề mặt kim loại diễn mạnh hơn, đồng thời tổ chức thu sau nguội trở nên thô to Như nhiệt độ đúc nên chọn là cao nhiệt độ đường lỏng hợp kim khoảng 80oC đồng thời khuôn nung đến 200oC, điều kiện đúc thực tế việc sản xuất liên tục trì nhiệt độ khn Qui trình thực nghiệm đưa chương này đáp ứng mục tiêu đặt Với thông số thu phần nào đánh giá khả công nghệ siêu âm kỹ thuật đúc khuôn kim loại Tuy nhiên vài yếu tố cần cải thiện quy mơ thí nghiệm bao gồm : cơng suất nguồn siêu âm, kích thước vật đúc khuôn, yêu cầu nghiêm ngặt xử lý hợp kim đúc quá trình nấu chảy rót vào khn… Những vấn đề trọng thực và đưa giải pháp khắc phục cho nghiên cứu phát triển 207 NỘI DUNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu phương pháp tác động bên nhằm cải thiện chất lượng vật đúc, cụ thể nghiên cứu ảnh hưởng rung động học tần số cao (siêu âm) đến tổ chức, khuyết tật bên và tính vật đúc hợp kim nhôm Trong nghiên cứu này, dao động siêu âm với tần số 20 kHz công suất 2000W tác động trực tiếp vào vật đúc quá trình đơng đặc Quá trình đúc thực với hệ thống lị nấu, rót kim loại và rung siêu âm thiết kế chế tạo theo yêu cầu nghiên cứu Thông qua các phương pháp kiểm tra thực nghiệm ta thu mức độ điền đầy kim loại với tiết diện khuôn nhỏ hẹp, thay đổi tổ chức nhánh cây, kích thước hạt và tính vật đúc Đã hoàn thành các mục tiêu: ➢ Mục tiêu 1: Nghiên cứu ảnh hưởng rung động siêu âm đến quá trình đông đặc hợp kim nhôm ADC 12, tổ chức hạt và tính vật đúc ➢ Mục tiêu 2: Thiết kế, chế tạo thiết bị nấu đúc hợp kim nhơm khn kim loại có hỗ siêu âm Q trình rung khn siêu âm sử dụng nguồn cấp với tần số 20kHz công suất 2kW Thông số dựa tính tốn ngưỡng xâm thực hợp kim nhôm lỏng, đồng thời thông số lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu khả thiết bị và quy định tiếng ồn hoạt động Các nghiên cứu trước cho thấy, mức tần số 20kHz phù hợp, cao mức tần số này, thiết bị không đảm bảo công suất hay nói cách khác biên độ dao động nhỏ làm cho khả truyền sóng phạm vi ảnh hưởng siêu âm giảm xuống, từ các tác động đến chất lượng vật đúc không đáng kể Còn với mức tần số thấp 20kHz gây tiếng ồn khó chịu ảnh hưởng đến người lao động trình sản xuất 7.2 KIẾN NGHỊ Kết nghiên cứu ứng dụng thí nghiệm, nghiên cứu khoa học, đề tài luận văn tốt nghiệp sinh viên, học viên cao học nghiên cứu sinh Công nghệ thiết bị siêu âm hỗ trợ quá trình đúc kim loại mà tác giả nghiên cứu tạo điều kiện cho nghiên cứu chuyên sâu sau nước Nghiên cứu quá trình đơng đặc tác động siêu âm vật liệu hợp kim nhôm làm tảng để nhóm nghiên cứu tiếp trục triển khai nghiên cứu công nghệ thiết bị cho việc đúc các chi tiết kết cấu kim loại khác Nhóm hợp kim Al - Si 208 đặc trưng khả đúc tốt, chống ăn mịn tốt, gia cơng cắt gọt hàn, chiếm khoảng 85 - 90% tổng sản lượng nhôm đúc sản xuất Hợp kim nhôm ADC12 chọn để tiến hành nghiên cứu hợp kim dễ đúc, nghiên cứu sử dụng rộng rãi, là công nghệ đúc khuôn kim loại tĩnh và đúc áp lực cao Như với việc áp dụng siêu âm đúc khuôn kim loại tĩnh giúp cải thiện chất lượng vật đúc đạt các ưu điểm đúc áp lực cao, từ kết cải tiến quy trình đúc khn kim loại tĩnh mà chi phí đầu tư thấp Do với công nghệ phụ trợ này, phương pháp đúc truyền thống cho sản phẩm có chất lượng cạnh tranh với phương pháp đúc áp lực cao nhờ tiết kiệm chi phí phù hợp với sản lượng thấp trung bình Hồn thiện mặt quy trình công nghệ ứng dụng siêu âm để cải thiện chất lượng vật đúc là nhiệm vụ quan trọng Các thơng số quá trình đúc hợp kim nhơm khn kim loại thơng số hệ thống siêu âm đề xuất nhằm đạt hiệu cao Khi có khả ứng dụng nghiên cứu chuyên sâu các phương pháp công nghệ cải thiện chất lượng vật đúc nói chung và đúc khn kim loại nói riêng Rung siêu âm đúc kim loại công nghệ phụ trợ sạch, cải tiến chất lượng vật đúc mà khơng sử dụng hóa chất phụ gia cơng nghiệp nên mang lại ảnh hưởng tích cực với môi trường và lượng Nghiên cứu thành công áp dụng vào q trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm đúc khuôn kim loại, đặc biệt ngành ô tô Địa quy mô ứng dụng dự kiến Thiết bị đúc hợp kim nhơm có hỗ trợ rung khn siêu âm thiết kế chế tạo với thông số kỹ thuật có quy mơ phịng thí nghiệm Việc chuyển giao ứng dụng thiết bị vào sản xuất thực tế với điều kiện vật tư và sản phẩm cụ thể trình lâu dài phức tạp Tuy nhiên, thiết bị bước đầu vận hành tốt, đúc sản phẩm có chất lượng nâng cao so với đúc truyền thống nhằm chứng minh tính ưu việt công nghệ này Đồng thời với số thiết kế khn thay đổi, thiết bị đúc mẫu thử dùng cho đo kiểm các chi tiết khí kích thước nhỏ dùng số máy móc thơng dụng ❖ Quy mơ ứng dụng dự kiến Phương pháp chuyển giao công nghệ gồm đào tạo kỹ sư, kỹ thuật viên vận hành cải tiến quy trình cơng nghệ đúc có hỗ trợ siêu âm Hướng dẫn thay đổi thiết kế khuôn, cải tiến công suất máy cho phù hợp với sản suất thực tế Ứng dụng cải tiến dây chuyền sản xuất đúc truyền thống, giúp tăng chất lượng sản phẩm, giảm phế phẩm, đem lại hiệu kinh tế cao Công ty Vạn Lợi 209 sản xuất sản phẩm kềm nhôm để làm vỡ cua với sản lượng 1000 tháng phương pháp đúc khuôn kim loại tĩnh, nhiên các chi tiết đúc phải có chiều dày tối thiểu 4mm, muốn đúc các chi tiết thành mỏng cần phải tìm giải pháp khác Việc mua thiết bị đúc áp lực giải pháp tốn kém, cải tiến phương pháp đúc truyền thống với siêu âm có tính khả thi cao Kết nghiên cứu cơng bố tạp chí khoa học công nghệ nước quốc tế 210 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dale Ensminger and Leonard J Bond, Ultrasonics-Fundamentals, Technologies and application (third edition) International Standard Book Number-13: 978-1-42002027-4 (eBook - PDF) [2] Branson Ultrasonics Corporation, Ultrasonic Welding - Emerson Industrial Automation”, PW-2 © – 2013 [3] St Charles, Guide to Ultrasonic Plastics Assembly, Dukane Intelligent Assembly Solutions, 2015 [4] Vietsonic, Máy dán vật liệu siêu âm, http://www.vietsonic.vn, 2016 [5] Lucas, M and A C Smith (1997) Redesign of Ultrasonic Block Horns for Improved Vibration Performance, Journal of Vibration and Acoustics 119(3): 410-414 [6] Sun-Rak, K., L Jae-Hak, et al (2011) Design of highly uniform spool and bar horns for ultrasonic bonding, Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE Transactions on 58(10): 2194-2201 [7] S.K.Sahoo, L.N Patra, M.P.Rout, K.K.Kanaujia, Finite Element Analysis of Ultrasonic Stepped Horn B.C.Behera1 National Institute of Technology, Rourkela – 769 008, Orissa, India [8] Zhejiang Ounuo Machinery Co., Ltd., Non Woven Fabric Handle Bag Making Machine ONL-B700/800 , 2017 [9] http://allwellmachine.en.made-in-china.com/product/aSLQpPuoIAYM/ChinaNon-Woven-Fabric-Handle-Bag-Making-Machine-Price-ONL-B700-800.html [10] S J Graphics Co., Fully Automatic Non-Woven Handle Bag Making Machine, NW-600/800, Product Introductions, India, 2017 [11] Zhejiang Zhengxin Machinery Co Ltd, Non Woven Box Bag Making Machine, http://wzzxjx.com/products/zxl-c700-multi-functional-non-woven-box-bag-makingmachine-ID15.html, 2018 [12] Naoki Omura and et al (2010), "Effects of Mechanical Vibration on Gravity Die Casting of AC4C Aluminum Alloy", National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), pp 160-165 [13] Naoki Omura and et al (2009), "Effects of mechanical vibration on cooling rate and DAS of AC4C aluminum alloy gravity die castings", Materials transactions 50(11), pp 2604-2608 [14] P Sujith Kumar, E Abhilash and MA Joseph (2010), Solidification under Mechanical Vibration: Variation in Metallurgical Structure of Gravity Die Cast A356 Aluminium Alloy, International Conference on Frontiers in Mechanical Engineering (FIME), pp 140-146 211 [15] Santhosh Kumar Sape and et al (2017), "Effect of Mould Vibration on Mechanical and Metallurgical Properties of Aluminum 6063 Alloy Casting", International Journal 4, pp 97-103 [16] GI Eskin and Dmitry G Eskin (2002), Effects of ultrasonic (cavitation) melt processing on the structure refinement and property improvement of cast and worked aluminum alloys, Materials Science Forum, Transtec Publications; 1999, pp 77-82 [17] W Khalifa, Y Tsunekawa and M Okumiya (2008), "Effect of ultrasonic melt treatment on microstructure of A356 aluminium cast alloys", International Journal of Cast Metals Research 21(1-4), pp 129-134 [18] JB Ferguson and et al (2014), "Correlation vs causation: The effects of ultrasonic melt treatment on cast metal grain size", Metals 4(4), pp 477-489 [19] Hai-jun Huang and et al (2014), "Effect of ultrasonic melt treatment on structure refinement of solidified high purity aluminum", Transactions of Nonferrous Metals Society of China 24(7), pp 2414-2419 [20] G.I Eskin and D.G Eskin (2014), Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts, Second Edition, Taylor & Francis [21] GI Eskin (1994), "Influence of cavitation treatment of melts on the processes of nucleation and growth of crystals during solidification of ingots and castings from light alloys", Ultrasonics Sonochemistry 1(1), pp S59-S63 [22] Dmitry G Eskin (2017), "Ultrasonic processing of molten and solidifying aluminium alloys: overview and outlook", Materials Science and Technology 33(6), pp 636-645 [23] Georgy I Eskin (2002), "Effect of ultrasonic (cavitation) treatment of the melt on the microstructure evolution during solidification of aluminum alloy ingots", Zeitschrift fuer Metallkunde 93(6), pp 502-507 [24] Oles Vladimirovich Abramov (1994), Ultrasound in liquid and solid metals, vol 289, CRC press Boca Raton, FL [25] Timothy G Leighton (2007), "What is ultrasound?", Progress in biophysics and molecular biology 93(1-3), pp 3-83 [26] VO Abramov and et al (1997), "Hypereutectic Al-Si based alloys with a thixotropic microstructure produced by ultrasonic treatment", Materials & Design 18(4-6), pp 323-326 [27] J Campbell (1981), "Effects of vibration during solidification", International Metals Reviews 26(1), pp 71-108 [28] RP Jiang, XQ Li and Min Zhang (2015), "Investigation on the mechanism of grain refinement in aluminum alloy solidified under ultrasonic vibration", Metals and Materials International 21(1), pp 104-108 212 [29] Xiaoli Jian and et al (2005), "Effect of power ultrasound on solidification of aluminum A356 alloy", Materials letters 59(2-3), pp 190-193 [30] Rachel Chow and et al (2003), "The sonocrystallisation of ice in sucrose solutions: primary and secondary nucleation", Ultrasonics 41(8), pp 595-604 [31] Tetyana Vadymivna Atamanenko (2010), Cavitation-aided grain refinement in aluminium alloys [32] Liang Zhang and et al (2012), "Formation of microstructure in Al-Si alloys under ultrasonic melt treatment", Light Metals 2012, Springer, pp 999-1004 [33] L Zhang, DG Eskin and L Katgerman (2011), "Influence of ultrasonic melt treatment on the formation of primary intermetallics and related grain refinement in aluminum alloys", Journal of materials science 46(15), pp 5252-5259 [34] TV Atamanenko and et al (2010), "Criteria of grain refinement induced by ultrasonic melt treatment of aluminum alloys containing Zr and Ti", Metallurgical and materials transactions A 41(8), pp 2056-2066 [35] Hélder Puga and et al (2011), "Influence of ultrasonic melt treatment on microstructure and mechanical properties of AlSi9Cu3 alloy", Journal of materials processing technology 211(11), pp 1729-1735 [36] Songli Zhang and et al (2009), "High-energy ultrasonic field effects on the microstructure and mechanical behaviors of A356 alloy", Journal of Alloys and Compounds 470(1-2), pp 168-172 [37] Xiaogang Jian, TT Meek and Q Han (2006), "Refinement of eutectic silicon phase of aluminum A356 alloy using high-intensity ultrasonic vibration", Scripta Materialia 54(5), pp 893-896 [38] HK Feng and et al (2008), "Effect of ultrasonic treatment on microstructures of hypereutectic Al–Si alloy", Journal of materials processing technology 208(1-3), pp 330-335 [39] K Kocatepe and CF Burdett (2000), "Effect of low frequency vibration on macro and micro structures of LM6 alloys", Journal of materials science 35(13), pp 33273335 [40] Numan Abu-Dheir and et al (2005), "Silicon morphology modification in the eutectic Al–Si alloy using mechanical mold vibration", Materials Science and Engineering: A 393(1-2), pp 109-117 [41] SR Yu and et al (2009), "Study on the properties of Al–23% Si alloy treated by ultrasonic wave", Journal of Alloys and Compounds 484(1-2), pp 360-364 [42] Yanfeng Han and et al (2005), "Influence of high-intensity ultrasound on grain refining performance of Al–5Ti–1B master alloy on aluminium", Materials Science and Engineering: A 405(1-2), pp 306-312 213 [43] GI Eskin (1995), "Cavitation mechanism of ultrasonic melt degassing", Ultrasonics Sonochemistry 2(2), pp S137-S141 [44] Shusen Wu and et al (2012), "Degassing effect of ultrasonic vibration in molten melt and semi-solid slurry of Al-Si alloys", China Foundry 9(3), pp 201-206 [45] H Puga and et al (2009), New trends in aluminium degassing–a comparative study, Fourth International Conference on Advances and Trends in Engineering Materials and their Applications [46] Hélder Puga and et al (2014), "A new approach to ultrasonic degassing to improve the mechanical properties of aluminum alloys", Journal of materials engineering and performance 23(10), pp 3736-3744 [47] AR Naji Meidani and M Hasan (2004), "A study of hydrogen bubble growth during ultrasonic degassing of Al–Cu alloy melts", Journal of Materials Processing Technology 147(3), pp 311-320 [48] Hanbing Xu, Qingyou Han and Thomas T Meek (2008), "Effects of ultrasonic vibration on degassing of aluminum alloys", Materials Science and Engineering: A 473(1-2), pp 96-104 [49] Hanbing Xu, Thomas T Meek and Qingyou Han (2007), "Effects of ultrasonic field and vacuum on degassing of molten aluminum alloy", Materials Letters 61(4-5), pp 1246-1250 [50] H R Kotadia and et al (2017), "On the microstructural refinement in commercial purity Al and Al-10wt% Cu alloy under ultrasonication during solidification", Materials & Design 132, pp 266-274 [51] Lê Quốc Phong; Nguyễn Ngọc Hà; Lưu Phương Minh (2017), Ảnh hưởng tần số rung học đến tổ chức tế vi hợp kim đúc ACD12 cơng nghệ đúc mẫu cháy, Hội nghị KH-CN Tồn quốc Cơ Khí động lực 2017, TP Hồ Chí Minh 214