Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm mô hình máy cán spd có dao động ngang

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH MÁY CÁN SPD CĨ DAO ĐỘNG NGANG Tác giả: Thái Văn Giáp Đồng tác giả: Huỳnh Chí Hỷ Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018 i MỤC LỤC TRANG BÌA PHỤ Trang MỤC LỤC .i DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU v DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ vi Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Các phương pháp gia công áp lực truyền thống 1.1.3 Một vài phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (Server Plastic Deformation – SPD) 1.1.4 Các kết nghiên cứu cách tạo hạt siêu mịn UFG phương pháp SPD điển hình ngồi nước 1.1.4.1 Nghiên cứu “Tensile strength and deformation microstructure of Al– Mg–Si alloy sheet by through-width vibration rolling process” nhóm tác giả Yue-Ting Chen, Dung-An Wang, Jun-Yen Uan, Tsung-Hsien Hsieh, TeChang Tsai National Chung Hsing University, 250 kuo-kuang Rd., Taichung 402, Taiwan, ROC [20] 1.1.4.2 Nghiên cứu “Microstructure evolution of accumulative roll bonding processed pure aluminum during cryorolling” nhóm tác giả Hailiang Yu, Hui Wang, Cheng Lu, A Kiet Tieu, Huijun Li, Ajit Godbole, Xiong Liu, Xing Zhao University of Wollongong Chunhua (Charlie) Kong University of New South Wales [18] 10 1.1.4.3 Các nghiên cứu nước 12 1.2 Lý chọn đề tài 12 1.3 Mục tiêu đề tài 12 1.4 Nhiệm vụ đề tài 12 1.5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu giới hạn đề tài 13 ii 1.5.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 13 1.5.2 Giới hạn đề tài 13 1.6 Phương pháp nghiên cứu kết dự kiến đạt 13 1.6.1 Nghiên cứu lý thuyết 13 1.6.2 Nghiên cứu thực nghiệm 13 1.6.3 Kết dự kiến 13 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 Các tượng yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc hạt kim loại gia công biến dạng dẻo 15 2.1.1 Các tượng ảnh hưởng đến cấu trúc hạt kim loại gia công biến dạng dẻo 15 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hạt kim loại gia công biến dạng dẻo 18 2.2 Nguyên lý kết cấu máy cán 19 2.2.1 Các phận máy cán 19 2.2.2 Phân loại máy cán 20 2.2.3 Máy cán 23 2.3 Độ bền tiêu chuẩn hợp kim nhôm giới 24 2.3.1 Nhôm 24 2.3.1 Hợp kim nhôm 26 2.4 Mẫu cán thử nghiệm 30 2.5 Trục then hoa 31 2.6 Máy kéo nén thủy lực vạn xử lý phần mềm máy tính Model CHT4106 34 Chương PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ 38 3.1 Phân tích đối tượng tượng thiết kế 38 3.1.1 Máy cán biến dạng mạnh (SPD) có dao động ngang 38 3.1.2 Vật liệu cán thử nghiệm 39 3.2 Khả công nghệ thực tiễn 39 3.3 Phương án thiết kế 40 3.3.1 Nguyên lý hoạt động 40 3.3.2 Phương án thiết kế chi tiết 42 3.3.2.1 Chọn kiểu thiết kế máy cán 42 3.3.2.2 Chọn hộp giảm tốc 43 3.3.2.3 Chọn cấu tạo dao động dọc trục 44 3.3.2.4 Chọn ổ đỡ trục 46 iii 3.3.2.5 Chọn phận trượt trục cán 48 3.3.2.6 Chọn phận truyền chuyển động đến trục cán 49 3.3.2.7 Chọn phận điều khiển tốc độ 51 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ, HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN-ĐIỀU KHIỂN 54 4.1 Tính tốn thiết kế hệ thống khí 54 4.1.1 Các đại lượng đặc trưng cho trình cán kim loại 54 4.1.2 Tính tốn thơng số đặc trưng 55 4.1.3 Lực cán, momen cán, công suất động 59 4.1.4 Nghiệm bền tính tốn chi tiết giá cán 65 4.2 Thiết kế hệ thống truyền động điện-điều khiển 70 4.2.1 Sơ đồ nguyên lý 70 4.2.2 Chức thiết bị 70 4.2.3 Nguyên lý hoạt động 76 4.3 Thiết kế chi tiết gia công chế tạo thiết bị 77 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 92 5.1 Kết chế tạo thử nghiệm máy 92 5.1.1 Mơ hình máy cán biến dạng mạnh (SPD) có dao động ngang 90 5.1.2 Thông số kỹ thuật 93 5.1.3 Quy trình vận hành dẫn an toàn 94 5.2 Cán thử nghiệm mẫu nhôm 97 5.2.1 Kiểm tra độ bền kéo mẫu sau cán 100 5.2.2 Kiểm tra kích thước tinh thể trung bình vật liệu mẫu sau cán 103 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 6.1 Kết luận 106 6.1.1 Kết đạt so với mục tiêu ban đầu đề 106 6.1.2 Kết chưa đạt lỗi phát sinh trình thử nghiệm 106 6.2 Kiến nghị hướng phát triển đề tài 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHỤ LỤC……………………………………………………………………… 107 iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ARB: Accumulative Roll Bonding ECAP: Equal Channel Angular Process ECAP-Conform: Equal Channel Angular Process-Conform ECAR: Equal Channel Angular Rolling HPT: High Pressure Torsion HRDSR: High-Ratio Differential Speed Rolling RCS: Repetitive Corrugation And Strengthening SPD: Severe Plastic Deformation TWVR: Through-Width Vibration Rolling UFG: Ultrafine-Grained DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tỷ trọng nhôm phụ thuộc vào độ nhiệt độ 24 Bảng 2.2: Ảnh hưởng độ nhơm đến nhiệt độ nóng chảy 24 Bảng 2.3: Phân loại nhôm theo tiêu chuẩn ГOCT Nga 25 Bảng 2.4: Ký hiệu nhôm hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn Mỹ 26 Bảng 2.5: Ký hiệu trạng thái gia công hợp kim nhôm Nga, Mỹ Canada 28 Bảng 2.6: Tiêu chuẩn ký hiệu hợp kim nhôm theo Aluminum Association 29 Bảng 2.7: Bảng quy đổi thành phần, ký hiệu số hợp kim nhôm theo TCVN Aluminum Association (AA) 30 Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật máy kéo nén thủy lực vạn xử lý phần mềm máy tính Model CHT4106 36 Bảng 3.1: So sánh chọn loại máy cán cho việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo 42 Bảng 3.2: So sánh chọn hộp giảm tốc cho máy 44 Bảng 3.3: So sánh chọn cấu tạo dao động ngang (dọc trục cán) 46 Bảng 3.4: So sánh chọn ổ đỡ trục 47 Bảng 3.5: So sánh chọn phận trượt trục cán 49 Bảng 3.6: So sánh chọn phận truyền chuyển động đến trục cán 51 Bảng 3.7: So sánh chọn phận điều khiển tốc độ 53 Bảng 4.1: Hệ số ma sát f cán số kim loại màu 58 Bảng 4.2: Hệ số ma sát vài ổ đỡ trục f' 63 Bảng 4.3: Kích thước biến tần LS SV150IG5A-4 75 v Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật máy cán biến dạng mạnh (SPD) có dao động ngang…91 Bảng 5.2: Quy trình vận hành thử nghiệm máy 94 Bảng 5.3: Kích thước trung bình mẫu sau cán (mm) 97 Bảng 5.4: Độ bền kéo mẫu 100 DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Sơ đồ phương pháp gia công áp lực truyền thống Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý phương pháp SPD nhóm thứ .3 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý phương pháp SPD nhóm hai Hình 1.4: Minh họa phương pháp tạo UFG hợp kim nhôm phương pháp Cryorolling Hình 1.5: Mơ hình minh họa phương pháp Through-width vibration- rolling (TWVR) Hình 1.6: Mối liên hệ đại lượng nghiên cứu Hình 1.7: Tổ chức tế vi biên độ dao động 1.5mm .9 Hình 1.8: Mơ hình thực nghiệm phương pháp cán lạnh (cryorolling) 10 Hình 1.9: Kết kích thước hạt vật mẫu sử dụng phương pháp SPD khác 11 Hình 1.10: Bề mặt cắt đứt mẫu sau kéo đứt 11 Hình 2.1: Sai lệch điểm mạng tinh thể 15 Hình 2.2: Sai lệch đường mạng tinh thể 16 Hình 2.3: Sai lệch mặt mạng tinh thể 17 Hình 2.4: Sơ đồ động máy cán thép trục 19 Hình 2.5: Máy cán ống tự động 20 Hình 2.6: Cách bố trí giá cán 21 Hình 2.7: Các loại giá cán 22 Hình 2.8: Sơ đồ máy cán hành tinh 22 Hình 2.9: Máy cán nguội 23 Hình 2.10: Giản đồ pha hợp kim nhôm 26 Hình 2.11: Kích thước mẫu cán 31 Hình 2.12: Mối ghép then hoa 32 Hình 2.13: Các dạng tiết diện then 32 Hình 2.14: Bạc then hoa 33 Hình 2.15: Định tâm theo đường kính ngồi D 33 Hình 2.16: Định tâm mặt trụ trong, đường kính d 34 vi Hình 2.17: Định tâm theo mặt bên then 34 Hình 2.18: Dịng máy thử nghiệm kéo nén vạn thủy lực CHT4000 35 Hình 2.19: Giao diện phần mềm PowerTest SANS 36 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý 40 Hình 3.2: Mơ hình chuyển động trục cán 41 Hình 3.3: Hộp giảm tốc sử dụng bánh 43 Hình 3.4: Hộp giảm tốc sử dụng trục vít bánh vít 43 Hình 3.5: Động rung 45 Hình 3.6: Cam lệch tâm 45 Hình 3.7: Trục khủy 45 Hình 3.8: Nam châm điện 46 Hình 3.9: Ổ lăn 47 Hình 3.10: Bạc lót trục 47 Hình 3.11: Gối đỡ 48 Hình 3.12: Ổ bi trượt 48 Hình 3.13: Trục then hoa ổ then hoa 49 Hình 3.14: Khớp Cardan 50 Hình 3.15: Nguyên lý hoạt động Cardan then hoa 50 Hình 3.16: Bộ truyền bánh từ hộp giảm tốc đến trục cán 50 Hình 3.17: Hộp số giảm tốc 52 Hình 3.18: Inverter EL Series 1.5 kW , 3-phase , 380V 52 Hình 3.19: Sơ đồ lắp đăt tổng thể Inverter 52 Hình 4.1: Sơ đồ vùng biến dạng cán kim loại 55 Hình 4.2: Đầu vào phơi bị dẹp để tăng ma sát 56 Hình 4.3: Sơ đồ điều kiện vật cán ăn vào trục cán 56 Hình 4.4: Phân bố lực trục cán tiếp xúc với vật cán 57 Hình 4.5: I Vùng trễ II Vùng vượt trước 58 Hình 4.6: Sơ đồ áp lực kim loại tác dụng lên trục cán 59 Hình 4.7: Đồ thị quan hệ s , % số kim loại kim loại màu 60 Hình 4.8: Đồ thị biểu thị mối liên quan , Ptb/s  kim loại màu 61 Hình 4.9: Các kích thước trục cán 65 Hình 4.10: Lực cán tác dụng lên trục cán biểu đồ mômen uốn cán 66 Hình 4.11: Gối đỡ trục bạc lót 68 Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực-điều khiển 70 Hình 4.13: Dây điện pha 71 Hình 4.14: CB LS BKN C32 71 vii Hình 4.15: Inverter SV150IG5A-4 (Biến tần LS pha 380V 1.5kW) 72 Hình 4.16: Contactor LS 3P 9A 220VAC MC-9b 72 Hình 4.17: Động điện pha 73 Hình 4.18: Đèn báo pha loại AD22-22DS, AC 220V 73 Hình 4.19: Nút nhấn 74 Hình 4.20: Dừng khẩn cấp Emergency 74 Hình 4.21: Biến trở (Potentiometer) 74 Hình 4.22: Kích thước Inverter SV150IG5A-4 (Biến tần LS pha 380V 1.5kW) 75 Hình 4.23: Sơ đồ đấu dây Inverter 76 Hình 4.24: Tủ điện hoàn chỉnh 77 Hình 4.25: Thiết kế cụm cán 78 Hình 4.26: Trục cán 78 Hình 4.27: Cụm gối đỡ 79 Hình 4.28: Gối đỡ 79 Hình 4.29: Cụm trục cán 80 Hình 4.30: Trục then hoa bạc then hoa 80 Hình 4.31: Giá cán 81 Hình 4.32: Thanh chữ I 81 Hình 4.33: Thanh điều chỉnh 81 Hình 4.34: Cơ cấu điều chỉnh lượng cán 82 Hình 4.35: Gối đỡ trượt ổ trượt bi 83 Hình 4.36: Thanh dẫn trượt trục cam 83 Hình 4.37: Ổ đỡ cam cam lệch tâm 84 Hình 4.38: Ổ bi để lắp cam vào ổ đỡ cam 84 Hình 4.39: Chốt cố định, chốt di động, bạc di động 85 Hình 4.40: Thanh cố định 85 Hình 4.41: Cụm dẫn trượt 86 Hình 4.42: Cụm đỡ cam 87 Hình 4.43: Thân máy 87 Hình 4.44: Thanh điều chỉnh hộp giảm tốc 88 Hình 4.45: Các chi tiết lắp với hộp giảm tốc 88 Hình 4.46: Tấm đỡ động 89 Hình 4.47: Tấm đỡ hộp giảm tốc tủ điện 89 Hình 4.48: Nắp bảo vệ 89 Hình 4.49: Chân chống dùng vịng đệm chén 90 Hình 4.50: Mơ hình sau hồn tất 90 viii Hình 5.1: Mơ hình thực tế ………… 90 Hình 5.2: Một vài mẫu sau cán 95 Hình 5.3: Biểu đồ biểu diễn mối liên hệ biên độ dao động A lượng cán với chiều dài vật sau cán 98 Hình 5.4: Biểu đồ biểu diễn mối liên hệ biên độ dao động A lượng cán với bề rộng vật sau cán 98 Hình 5.5: Mẫu cán có dao động ngang khơng có dao động ngang 99 Hình 5.6: Bề mặt mẫu cán 100 Hình 5.7: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=4.5mm) đứt 100 Hình 5.8: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=4mm) đứt 101 Hình 5.9: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=3.5mm) đứt 101 Hình 5.10: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=3mm) đứt 100 Hình 5.11: Biểu đồ biểu diễn lực kéo đứt mẫu thử 103 Hình 5.12: Biều đồ biểu diễn kích thước tinh thể trung bình mặt 1………………102 Hình 5.13: Biểu đồ biểu diễn kích thước tinh thể trung bình mặt 2………………102 ix Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, với yêu cầu ngày cao người lĩnh vực kỹ thuật vật liệu, với mong muốn tạo loại vật liệu có độ bền cao ứng dụng máy móc, thiết bị nhằm tăng tuổi thọ, độ bền chúng nên người nghiên cứu, phát triển nhiều phương pháp để tăng độ bền kim loại phương pháp gia công áp lực số Gia cơng biến dạng phương pháp để chế tạo chi tiết máy sản phẩm kim loại thay cho phương pháp đúc gia công cắt gọt Gia công biến dạng thực cách dùng áp lực tác dụng lên kim loại trạng thái nóng nguội làm cho kim loại vượt qua giới hạn đàn hồi, dẫn đến thay đổi hình dạng vật thể kim loại mà khơng phá huỷ tính liên tục độ bền chúng Phương pháp gia công áp lực sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp ô tô, hàng không nhiều chi tiết khí,… Các phương pháp gia cơng bao gồm đúc, rèn, hàn, tiện… Có thể thấy 70% sản phẩm kim loại sản xuất cơng nghệ gia cơng áp lực nói chung cơng nghệ cán nói riêng (Đỗ Hữu Nhơn, 2006) Vì cơng nghệ cán có tầm quan trọng đặt biệt việc tạo hình kim loại So với phương pháp đúc, gia công áp lực tạo sản phẩm có độ bền cao hơn, tính vật liệu cải thiện, độ xác, độ bóng bề mặt cao hơn, tiết kiệm vật liệu gia công không phoi suất lao động cao ứng dụng máy móc q trình làm việc, dẫn đến giá thành sản phẩm giảm Tuy nhiên, phương pháp gia cơng áp lực thơng thường điển hình phương pháp cán, sản phẩm sau cán đạt ưu điểm so với ban đầu thực chưa tạo sản phẩm đạt độ bền cao, độ bóng bề mặt cao mà không ảnh hưởng đến độ dẻo, dai vật liệu đặc biệt vật liệu cán kim loại màu vàng, bạc, đồng, nhơm,…Trong nhơm vật liệu thường sử dụng ngành công nghiệp tơ, máy bay,…địi hỏi phải có tính tốt, khối lượng nhẹ, độ bóng bề mặt cao Vì vậy, cần phải có phương pháp để tạo kim loại, hợp kim màu đạt độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai, cải thiện cấu trúc vật liệu Đèn sáng Mở động 1: - Nhấn Run - Run Inverter Chờ cho động hoạt động đạt tốc độ cài biến tần Run Đèn sáng Mở động 2: Nhấn Run Kiểm tra hoạt động máy Điều chỉnh lượng cán Tiến hành cán thử Tắt máy Đèn tắt Tắt động 2: Nhấn STOP Đèn tắt Tắt động 1: - Nhấn STOP - Reset/Stop Inverter Reset/Stop 95 On Off Tắt/Off CB tủ điện Đèn tắt Nhấn tắt Emergency Ấn vào Tắt nguồn điện 220V 380V Vệ sinh máy, dọn dẹp khu vực xung quanh sau thí nghiệm An tồn sử dụng máy: - Máy đặt có đủ độ cứng vững để chịu tải trọng thân thiết bị lực động thiết bị làm việc sinh - Tất truyền động máy phải che chắn, có cửa cài chắn kể tủ điện điều khiển - Các phận điều khiển máy phải bố trí vừa tầm tay, thuận tiện thao tác, khơng phải với tay, không cúi Các nút điều khiển phải nhạy làm việc tin cậy - Kiểm tra hoạt động máy trước tiến hành cán: đèn báo hiệu hoạt động, tốc độ cán, dao động, hệ thống điện… - Tuân theo quy trình vận hành máy - Trong q trình máy hoạt động tuyệt đối cẩn thận, khơng để tay vào trục cán, trang phục gọn gàng không để vướng vào trục cán hay phận truyền động máy - Tắt nguồn, vệ sinh máy khu vực xung quanh sau cán xong 96 5.2 Cán thử nghiệm mẫu nhơm Nhóm nghiên cứu tiến hành cán thử nghiệm mẫu nhơm kích thước 150x20x5 mm chuẩn bị sẵn với biên độ dao động A = 0mm, 1mm, 2mm, 3mm, bề dày mẫu sau cán B = 4.5mm, 4mm, 3.5mm, 3mm Thực kiểm tra độ bền, chiều dài, bề rộng, độ bóng bề mặt, cấu trúc hạt Sau tiến hành so sánh với mẫu ban đầu với phương pháp cán không dao động Cả hai trục cán quay với tần số điều chỉnh biến tần 40 Hz (cả hai trục quay với tốc độ  12 vòng/phút) Tần số dao động ngang 5Hz Các mẫu cán phân loại đánh ký hiệu (Biên độ dao động A, bề dày mẫu B) tương ứng để phân biệt Mỗi trường hợp cán mẫu B=5 B=4.5 B=4.5 B=4 Mẫu ban đầu B=3.5 B=3.5 B=4 B=3 B=3 A=3 A=0 Hình 5.2: Một vài mẫu sau cán Do điều kiện nghiên cứu thời gian, nên sau cán mẫu nhóm lựa chọn đại diện nhóm mẫu có hình dạng tương đối thẳng, kích thước gần trung bình kích thước mẫu để kiểm tra độ bền kéo Bảng 5.3: Kích thước trung bình mẫu sau cán (mm) Biên độ dao động (mm) Bề dày lại sau cán (mm) 4,5 166x20,2 168x20,2 169x20,3 170x20,4 190x20,5 192x20,5 194x20,5 195x20,6 3,5 214x20,6 215x20,6 217x20,6 219x20,8 240x20,7 246x20,8 249x20,8 253x21 97 H Ợ P KIM N H Ô M A=0 A=1 A=2 A=3 253 Chiều dài (mm) 219 195 249 170 217 194 169 192 168 246 215 190 214 240 166 4.5 3.5 Bề dày (mm) Hình 5.3: Biểu đồ biểu diễn mối liên hệ biên độ dao động A lượng cán với chiều dài vật sau cán H Ợ P KIM N H Ô M Bề rộng (mm) A=0 A=1 A=2 A=3 20.4 20.6 20.8 21 20.3 20.5 20.6 20.8 20.2 20.5 20.6 20.8 20.2 20.5 20.6 20.7 4.5 3.5 Bề dày (mm) Hình 5.4: Biểu đồ biểu diễn mối liên hệ biên độ dao động A lượng cán với bề rộng vật sau cán 98 Nhận xét: - So với phương pháp cán dao động (biên độ dao động A=0) phương pháp cán có dao động ngang tạo sản phẩm có bề rộng lớn chiều dài dài - Lượng dao động ngang lớn bề rộng mẫu sau cán lớn - Biên độ dao động lượng cán lớn mẫu dễ bị biến dạng, trình cán nhiều yếu tố như: cách đưa phôi vào để cán, giữ lấy phôi cán, chất hợp kim nhôm dẻo dễ bị biến dạng chịu lực tác dụng - Cùng lượng cán cán có dao động ngang dễ tạo biến dạng cong cho mẫu cán so với cán khơng có dao động ngang - Dao động ngang tạo vân ngang bề mặt sản phẩm cho độ bóng bề mặt cao cán khơng có dao động ngang Các vân dao động ngang tạo Mẫu cán khơng có dao động ngang Mẫu cán có dao động ngang Hình 5.5: Mẫu cán có dao động ngang khơng có dao động ngang 99 Mẫu cán khơng có dao động ngang Mẫu ban đầu Mẫu cán có dao động ngang Hình 5.6: Bề mặt mẫu cán 5.2.1 Kiểm tra độ bền kéo mẫu sau cán Tiến hành kiểm tra độ bền kéo mẫu máy kéo nén thủy lực vạn xử lý phần mềm máy tính Model CHT4106 B=4.5 mm A=1 mm B=4.5 mm A=0 mm 17.471 17.471 B=4.5 mm A=2 mm B=4.5 mm A=2 mm Hình 5.7: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=4.5mm) đứt 100 B=4 mm A=1 mm B=4 mm A=0 mm B=4 mm A=2 mm Hình 5.8: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=4.0mm) đứt B=3.5 mm A=0 mm B=3.5 mm A=1 mm B=3.5 mm A=2 mm B=3.5 mm A=3 mm Hình 5.9: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=3.5mm) đứt 101 B=3 mm A=0 mm B=3 mm A=3 mm B=3 mm A=2 mm Hình 5.10: Đồ thị biểu diễn lực kéo mẫu (bề dày mẫu B=3.0mm) đứt Do giới hạn đề tài, thời gian điều kiện nghiên cứu nên nhóm tiến hành thử nghiệm mẫu cán với số lượng tương đối để phục vụ cho cho việc kiểm tra, tính tốn Dưới bảng tổng hợp lực kéo đứt mẫu cán mà nhóm nghiên cứu thực được: Bảng 5.4: Độ bền kéo mẫu A=0 mm A=1 mm A=2 mm A=3 mm B=4.5 mm 17.758 kN 17.795 kN 18.051 kN 18.513 kN B=4.0 mm 18.79 kN 20.425 kN 21.048 kN 21,425 kN B=3.5 mm 22.053 kN 22.481 kN 22.447 kN 22.687 kN B=3.0 mm 23.041 kN 23.087 kN 23.354 kN 24.004 kN 102 ĐỘ B ỀN KÉO A=0 A=1 A=2 A=3 22.687 24.004 21.425 LỰC KÉO ĐỨT (KN) 18.513 22.447 23.354 22.481 23.087 22.053 23.041 B =3 B =3 21.048 18.051 17.795 20.425 17.758 18.79 B =4 B =4 BỀ DÀY (MM) Hình 5.11: Biểu đồ biểu diễn lực kéo đứt mẫu thử Nhận xét: Do điều kiện thời gian giới hạn đề tài nghiên cứu nên nhóm kiểm nghiệm vài mẫu tiêu biểu Dựa theo kết cán thử nghiệm mẫu hợp kim nhơm từ máy cán chế tạo, nhóm có số nhận xét: - Mẫu cán trường hợp cán có kết hợp dao động ngang có độ bền kéo cao so với phương cán khơng có dao động ngang với bề dày mẫu - Biên độ dao động ngang tăng giúp cho việc tạo biến dạng theo phương ngang tăng tạo mẫu có độ bền kéo tốt so với mẫu có biên độ dao động nhỏ khơng có dao động ngang với mẫu có bề dày 5.2.2 Kiểm tra kích thước tinh thể trung bình vật liệu mẫu sau cán Ngoài việc kiểm tra độ bền kéo, độ bóng bề mặt kích thước sơ mẫu sau thực nghiệm máy cán Các mẫu thử đánh dấu, phân loại theo nhóm tương tự Hình 5.2 mang đến Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh để kiểm tra kích thước tinh thể trung bình gồm có: mẫu ban đầu, mẫu cán khơng có dao động ngang, mẫu cán có dao động ngang với biên độ là: A=1mm, A=2mm, A=3mm theo bề dày B: 4.5mm, 4.0mm, 3.5mm, 3.0mm Ví dụ mẫu có ký hiệu: B3A0 Mặt 1(Bề dày mẫu B 3mm, biên độ dao động A 0mm, mặt mặt cán tiếp xúc với trục cán dưới, mặt mặt tiếp xúc với trục cán trên) Dưới kết thống kê từ Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh 103 6000 5708 BỀ MẶT A=0mm A=3.0mm 5000 3800 Crystallite size [Å] 4000 3371 3000 2000 1390 1304 1000 594 1273 592 1089 Mẫ u ba n đầu B=4.5mm B=4.0mm B=3.5mm B=3.0mm A=0mm 5708 1304 1390 1273 3371 A=3.0mm 5708 3800 594 1089 592 Hình 5.12: Biểu đồ biểu diễn kích thước tinh thể trung bình mặt 7000 6481 BỀ MẶT A=0mm 6000 A=3.0mm Crystallite size [Å] 5000 3933 4000 3305 3215 3000 2224 2141 2000 664 1000 535 1005 Mẫ u ba n đầu B=4.5mm B=4.0mm B=3.5mm B=3.0mm A=0mm 6481 2224 3305 2141 3215 A=3.0mm 6481 3933 664 1005 535 Hình 5.13: Biểu đồ biểu diễn kích thước tinh thể trung bình mặt 104 Nhận xét: Do điều kiện thời gian giới hạn đề tài nghiên cứu nên nhóm tiến hành kiểm tra kích thước tinh thể trung bình mẫu sau cán phương pháp cán không dao động ngang phương pháp cán dao động ngang (Biên độ dao động A=3.0mm) - Dựa vào số liệu phần phụ lục, nhóm tiến hành lập biểu đồ kích thước tinh thể trung bình mẫu mặt mẫu cán - So với phương pháp cán khơng dao động, phương pháp cán có kết hợp dao động ngang cho kích thước tinh thể trung bình nhỏ Cụ thể: + Tại mặt khảo sát mặt 1: với chiều dày sau cán 3mm, phương pháp cán với biên độ dao động A=3.0mm cho kích thước tinh thể trung bình nhỏ 3371-592= 2779 Ao so với phương pháp cán không dao động (A=0mm) + Tại mặt khảo sát mặt 2: với chiều dày sau cán 3mm, phương pháp cán với biên độ dao động A=3.0mm cho kích thước tinh thể trung bình nhỏ 3215-535= 2680 Ao so với phương pháp cán không dao động (A=0mm) 105 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận 6.1.1 Kết đạt so với mục tiêu ban đầu đề Dựa sở lý thuyết, hướng dẫn thầy PGS.TS Lê Chí Cương q trình nghiên cứu, nhóm thực đề tài đạt số kết so với mục tiêu ban đầu đề sau: • Đưa phương án thiết kế, chọn lựa phương án phù hợp với điều kiện gia công, chế tạo, điều kiện nghiên cứu, tính kinh tế giới hạn đề tài đặt • Tính tốn, thiết kế, chế tạo vận hành thử nghiệm mơ hình máy cán biến dạng mạnh (SPD) có dao động ngang thực cán hợp kim nhơm • Máy làm việc gây tiếng ồn, cách thức điều khiển vận hành máy tương đối đơn giản • Các thơng số máy, quy trình vận hành an tồn sử dụng máy • Cán mẫu đem kiểm nghiệm độ bền kéo, độ bóng bề mặt đưa hình dáng, kích thước số sản phẩm cán với biên độ độ dao động bề dày mẫu khác • Kiểm tra kích thước tinh thể mẫu sau cán thử nghiệm • Ghi nhận nhận xét số liệu kiểm nghiệm mẫu cán 6.1.2 Kết chưa đạt lỗi phát sinh trình thử nghiệm • Chưa đưa kết kiểm tra cấu trúc tế vi mẫu sản phẩm cán với biên độ dao động, bề dày khác so sánh với mẫu thử hợp kim nhơm ban đầu • Sản phẩm sau cán bị biến dạng cong vênh 6.2 Kiến nghị hướng phát triển đề tài • Tính tốn, chế tạo thêm phận để làm thẳng chi tiết, hạn chế việc biến dạng cong theo phương lực cán Ví dụ như: ➢ Đặt thêm cụm cán có nhiệm vụ nắn thẳng chi tiết sau cán qua cụm cán dao đông giúp cho sản phẩm cán khơng bị cong, vênh • Máy cán nhóm nghiên cứu chế tạo thay đổi tốc độ vòng quay trục cán cịn tần số dao động ngang khơng thay đổi Vì vậy, nhóm hy vọng đề tài mở rộng thêm để nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ cán, tần số dao động cách thay đổi tần số cán tần số dao động mức độ khác 106 • • • Khi có điều kiện cần phát triển, cải tiến máy để máy hoạt động ổn định hơn, hạn chế lỗi phát sinh sản phẩm cán, kiểm nghiệm tìm thêm phương pháp kiểm tra lại nhiều mẫu sau cán Mở rộng nghiên cứu với vật liệu cán hợp kim đồng nhiều hợp kim khác, nghiên cứu đến vật liệu cán thép Phát triển nghiên cứu ảnh hưởng biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD) có kết hợp với dao động ngang máy cán cán nóng 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Quốc Cường (2014), “Luận văn Nghiên cứu công nghệ SPD sử dụng phương pháp cán tích hợp dao động dọc trục trục trục cán FEM”, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh [2] Lê Cơng Dưỡng (2000), “Giáo trình Vật liệu học”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Nghiêm Hùng (2007), “Giáo trình Vật liệu học sở”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Trần Trọng Nghĩa, “Luận văn Nghiên cứu công nghệ nhiệt luyện hợp kim nhôm biến dạng 6061 hệ Al-Mg-Si” [5] Võ Trần Khúc Nhã (biên dịch) (2008), “Sổ tay lý thuyết cán kim loại”, Nhà xuất Hải Phòng, Hải Phòng [6] Đỗ Hữu Nhơn (2005), “Giáo trình Cơng nghệ cán kim loại hợp kim thông dụng”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [7] Đỗ Hữu Nhơn (2006), “Tính tốn thiết kế chế tạo máy cán thép thiết bị nhà máy cán thép”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Đỗ Thành Dũng, Đỗ Hữu Nhơn (2011), “Tính tốn thiết kế chế tạo máy cán kim loại máy cán thép”, Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội [9] Nguyễn Văn Thái (2006), “Giáo trình Cơng nghệ vật liệu”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [10] Nguyễn Trường Thanh (2006), “Giáo trình Cơ sở kỹ thuật cán”, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh [11] Đinh Bá Trụ (2000), “Giáo trình Cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo kim loại”, Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, Hà Nội Tiếng Anh [12] Azushima A., et al (2008) “Severe Plastic Deformation for Metals” CIRP Annals – Manufacturing Technology 57, pp 166-179 [13] Chen Y.t., ET AL (2012) “Tensile Strength and Deformation Microstructure of Al-Mg-Si Alloy Sheet by Through-width Vibration Rolling Process” Mateirals Science And Engineering A.,vol 551, pp.296-300 [14] Huy- Tuan Pham, Quoc-Cuong Tran, Dung-An Wang (2013) “Numerical Analysis Of The Throgh – Width Vibration Rolling Process” The rd International Conference on Sustainable Energy, HCMC University of Technology and Education, pp.102-107 108 [15] Huy-Tuan Pham, Quoc-Cuong Tran (2014) “Recent Development For Industrial-Scale Severe Plastic Deformation Processes”, Proceedings of The 2nd International Conference on Green Technology and Sustainable Development, pp.151-155 [16] G.J Raab, et al (2004) “Continuous Processing of Ultrafine Grained Al by ECAP-Conform”, Materials Science and Engineering A 382(1-2), pp 30-34 [17] Jacques Huot, Nataliya Ye Skryabina and Daniel Fruchart (August 2012) “Application of Severe Plastic Deformation Techniques to Magnesium for Enhanced Hydrogen Sorption Properties” Metals 2012, 2, pp.330-341 [18] J.Y.Huang,e tal.(2001) "Microstructures and dislocation configurations in nanostructured Cu processed by repetitive corrugation and straightening." Acta mater., vol 49, pp.1497–1505 [19] W.J Kim, et al (2009) "Synthesis of ultra high strength Al–Mg–Si alloy sheets by differential speed rolling" Materials Science and Engineering A, vol 520, pp.2328 [20] Yue-Ting Chen, Dung-An Wang, Jun-Yen Uan, Tsung-Hsien Hsieh, Te-Chang Tsai (May 2012) “Tensile strength and deformation microstructure of Al –Mg–Si alloy sheet by through-width vibration rolling process” Materials Science and Engineering A, pp 297-300 109