Nâng cao chất lượng đầu dao cắt bánh răng côn xoắn bằng phương pháp hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐẦU DAO CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA NHIỆT LUYỆN, PHUN PHỦ BỀ MẶT Ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số: Học viên: HOÀNG VĂN HUYNH Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG TS. NGUYỄN TIẾN ĐÔNG THÁI NGUYÊN, NĂM 2013 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐẦU DAO CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA NHIỆT LUYỆN, PHUN PHỦ BỀ MẶT Học viên: Hoàng Văn Huynh Lớp: K13 - CNCTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Người HD khoa học: GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG TS. NGUYỄN TIẾN ĐÔNG Ngày giao đề tài: /11/2011 Ngày hoàn thành: NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG TS. NGUYỄN TIẾN ĐÔNG HỌC VIÊN HOÀNG VĂN HUYNH DUYỆT BGH KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo đã được trích dẫn. Các kết quả kết quả tính toán, mô phỏng được thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS. TSKH. Bành Tiến Long và T.S Nguyễn Tiến Đông . Tác giả Hoàng Văn Huynh Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 2 LỜI CẢM ƠN Bằng tất cả sự kính trọng em xin chân thành cảm ơn tới GS. TSKH. Bành Tiến Long và T.S Nguyễn Tiến Đông - người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn tới Viện nghiên cứu cơ khí Hà Nội, Viện khoa học vật liệu , Công ty cổ phần thiết bị công nghiệp Tùng Linh, Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Ban giám hiệu trường Cao đẳng Kinh tế - kỹ thuật_ Đại Học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và người thân đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn E xin chân thành cảm ơn! Tác giả Hoàng Văn Huynh Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 3 MỤC LỤC TRANG LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC 3-4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5-6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7 PHẦN MỞ ĐẦU 8 1. Tính cấp thiết của đề tài 8-9 2. Mục tiêu của đề tài 9 3. Đối tƣợng nghiên cứucủa đề tài 9 4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài 10 5. Ý nghĩa của đề tài 10 Chương 1:TỔNG QUAN VỀ PHUN PHỦ PVD, ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG CẮT KIM LOẠI 11 1.1. Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) – Phủ bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition) 11-16 1.2. Cấu tạo dụng cụ cắt có lớp phủ 16-18 1.3. Ứng dụng phủ PVD: 18-20 Chƣơng 2: MÒN, TUỔI BỀN VÀ NHU CẦU PHẢI PHUN PHỦ BỀ MẶT CỦA DỤNG CỤ CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN 21 2.1. Mòn dụng cụ cắt 21-26 2.2. Tuổi bền của dụng cụ cắt 26 2.3. Cải thiện dụng cụ cắt bánh răng côn xoắn bằng lớp phủ bề mặt 26-28 Chƣơng 3: THẤM NITƠ VÀ PHỦ PVD - TiN 29 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 4 3.1. Thấm Nitơ 29-56 3.2 Phủ PVD – TiN 57-71 Chƣơng 4: SO SÁNH TUỔI BỀN CỦA DAO CHƢA PHỦ VÀ DAO CÓ PHỦ TiN KHI CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN 72 4.1. Mục đích thực nghiệm 72 4.2. Chọn phôi 72-73 4.3. Chọn đầu dao 74-75 4.4. Chọn máy 76 4.5. Tiến hành thí nghiệm 76-81 4.6. Kết quả thí nghiệm 81-92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93-94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95-96 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hinh1.1 Bột phủ PVD Hình 1.2 Sơ đồ 4 phƣơng pháp phủ PVD Hình 3.1 Giản đồ pha Fe – N Hình 3.2 Tổ chức tế vi của lớp thấm Nitơ Hình 3.3 Sơ đồ thiết bị thấm Nitơ ở thể khí Hình 3.4 Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian đến chiều sâu lớp thấm Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý tạo thành Plasma Hình 3.6. Quá trình hình thành Nitơ Plasma Hình 3.7 Tổ chức lớp thấm và dự báo chiều sâu lớp thấm Hình 3.8 Hình ảnh lò thấm ở thể khí Hình 3.9 Hình ảnh lò thấm ở thể lỏng Hình 3.10 Hình ảnh lò thấm Nitơ Plasma Hình 3.11 Hình ảnh lò thấm Nitơ Plasma của Đức và Mỹ Hình 3.12 Hình ảnh lò thấm Nitơ Plasma tại viện nghiên cứu cơ khí Việt Nam Hình 3.13 Hình ảnh lò thấm Nitơ Plasma tại viện nghiên cứu cơ khí Hà Nội Hình 3.14 Hình ảnh quá trình thấm Nitơ Plasma điều khiển bằng máy tính Hình 3.15 Một số sản phẩm ứng dung công nghệ thấm Nitơ Plasma Hình 3.16 Thấm 8 lƣỡi dao phay bánh răng côn xoắn Hình 3.17 Hình ảnh lò phủ PVD – TiN Hình 3.18 Một số hình ảnh phủ PVD – TiN Hình 3.19 Hình ảnh phủ 8 lƣỡi dao PVD – TiN Hình 4.1 Bản vẽ chế tạo phôi thí nghiệm Hình 4.2 Bản vẽ kết cấu lƣỡi cắt trong và lƣỡi cắt ngoài Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 6 Hình 4.3 Bản vẽ kết cấu dụng cụ gia công bánh răng côn xoắn Hình 4.4 Các bản vẽ thí nghiệm cắt bánh răng Hình 4.5 Một số hình ảnh hoạt động và sản phẩm của Công ty thiết bị công nghiệp Tùng Linh Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 7 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 Dữ liệu thị trƣờng thế giới về phủ bay hơi cho dụng cụ Bảng 2 Các dạng phủ PVD Bảng 3 Khả năng gia công của vật liệu phủ Bảng 4 Độ cứng của các kim loại, hợp kim và vật liệu phủ Bảng 5 Phƣơng pháp bảo vệ cục bộ khi thấm Nitơ Bảng 6 Đo độ cứng thô đại Bảng 7 Đo độ cứng tế vi Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 8 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Kể từ khi đất nước chuyển sang kinh tế thị trường, sản xuất công nghiệp cũng như các công trình xây dựng khác của chúng ta đã ghi nhận có một tốc độ phát triển nhanh. Trên quan điểm vì sự phát triển bền vững kinh tế của đất nước, chúng ta cần phải sử dụng những nguyên vật liệu nhập khẩu và nguyên vật liệu trong nước sản xuất cho phù hợp và thích ứng với các yêu cầu riêng của mình. Bên cạnh đó cần tìm các giải pháp công nghệ xử lý bề mặt để nâng cao tính năng sử dụng của vật liệu. Có rất nhiều biện pháp công nghệ. Một trong những biện pháp hữu hiệu đó là sử dụng công nghệ phun phủ kim loại nhằm để các chi tiết chịu nhiệt cao và chống ăn mòn, mài mòn, phục hồi các chi tiết máy bị mòn. Trong ứng dụng các dụng cụ cắt, giảm hệ số ma sát sẽ làm giảm sự phát sinh nhiệt trong quá trình gia công, do đó làm chậm quá trình phá hủy lưỡi cắt. Còn trong các ứng dụng có ma sát trượt, lớp phủ có xu hướng làm giảm sự bám dính của vật liệu cho phép quá trình di chuyển tương đối ít bị hạn chế hơn. Khởi đầu từ năm 1985, nghiên cứu về lớp phủ cứng trong phòng thí nghiệm bắt đầu được các hãng sản xuất dụng cụ cắt chú ý. Vào đầu những năm 90 các kết quả được triển khai sang các hãng sản xuất thiết bị tạo lớp phủ trong chân không là môi trường lý tưởng để thực hiện các phản ứng và liên kết của lớp phủ mà không bị lẫn tạp chất. Các nước công nghiệp như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Thụy Điển, Nga,… cho rằng công nghệ tạo lớp phủ cứng là một trong những công nghệ ưu tiên và hiệu quả kinh tế cao cho nên đầu tư lớn vào công nghệ này. Châu á các nước như Úc, Đài loan, Trung Quốc triển khai công nghệ phủ cứng rất mạnh mẽ. Trong thời gian gần đây, lớp phủ cứng đã được quan tâm nghiên cứu ở một số cơ sở nghiên cứu trong nước như: Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện ứng dụng công nghệ [...]... hành nghiên cứu Nâng cao chất lượng đầu dao cắt bánh răng côn xoắn bằng phương pháp hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt là rất cần thiết 2 Mục đích của đề tài: Xây dựng công nghệ phun phủ bề mặt đầu dao (lưỡi dao) côn xoắn; xác định các thông số ảnh hưởng của đầu dao phay khi cắt bánh răng côn xoắn sau khi đầu dao cắt được hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt, đến năng suất gia công và chất lượng sản phẩm... với tốc độ cao xảy ra trên mặt trước từ vùng có nhiệt độ cao nhất Như vậy mòn mặt trước đề có nguồn gốc do nhiệt Boothroyd cho rằng mòn mặt sau xảy ra do tương tác giữa mặt sau của dụng cụ với bề mặt gia công và bề mặt mòn song song với phương của vận tốc cắt Trent Cơ chế mòn mặt sau của nên bề mặt mòn không bằng phẳng, khi cắ sau nhẵn và trơn , lượng mòn mặt sau tỷ lệ nghịch với lượng mòn mặt trước... học: Về mặt khoa học đề tài phù hợp với xu thế phát triển trong nước và ngoài nước khi dụng cụ cắt dùng phương pháp hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt - Ý nghĩa thực tiễn: Ngày nay các dụng cụ cắt sau khi được hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Vì vậy, đề tài này có ý nghĩa trong thực tiễn trong các nhà máy có các dụng cụ cắt như mũi khoan, dao doa, dao phay... chiều sâu cắt (t) được viết như sau: V.Tn Sa tb Kt Với dụng cụ thép gió các số mũ: n = 0,17; a = 0,77; b = 0,37 đây: hoá học và các đặc tính bề mặt của phôi - 2.3 Cải thiện dụng cụ cắt bánh răng côn xoắn bằng lớp phủ bề mặt Bằng cách tạo lớp phủ cứng lên bề mặt dụng cụ làm cho dụng cụ cắt ít mòn hơn, ma sát thấp hơn và kéo dài tuổi thọ Các ưu điểm này của dụng cụ có phủ là do nhiệt cắt và lực cắt thấp... trình phát triển của công nghệ phun phủ dụng cụ cắt kim loại Phương pháp phủ lý học PVD thực hiện ở nhiệt độ 4000C ÷ 5000C Chiều dày lớp phủ thường bị hạn chế dưới 5µm Phương pháp phủ hóa học CVD thực hiện ở nhiệt độ 8000C ÷ 10500C.Với chiều dày từ 5 µm ÷ 10µm So sánh phủ lý hoc PVD và phủ lý học CVD Giới thiệu một số vật liệu phủ và tính chất của các vật liệu phủ 20 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/... http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Chƣơng 2: MÒN, TUỔI BỀN VÀ NHU CẦU PHẢI PHUN PHỦ BỀ MẶT CỦA DỤNG CỤ CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN 2.1 Mòn dụng cụ cắt 2.1.1 Khái niệm chung về mòn bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau Eyre topography của bề mặt Nói chung mòn xảy ra do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá o tách ra, sau đó vật liệu bị tách ra từ bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành... phủ PVD - TiAlN đã được sử dụng rộng rãi nhất cho các công cụ cắt Bảng 2: Các dạng phủ PVD Gần đây, phủ PVD đã mở rộng thành phủ ngoài nhiều lớp, phủ ngoài hybrid được phân loại như phủ ngoài ma sát thấp Những công nghệ phủ này cùng cấp một giải pháp gia công không thể thay thế được trong những vật liệu đòi hỏi tốc độ cắt thấp và độ mài mòn cao Phủ PVD là thành phần quan trọng của gia công tốc độ cao. .. - Nâng cao chất lượng các loại bánh răng côn xoắn sử dụng trong ô tô, máy kéo, máy công cụ 10 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Chương 1:TỔNG QUAN VỀ PHỦ PVD, ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG CẮT KIM LOẠI 1.1 Phủ bay hơi hoá học CVD (Chemical Vapour Deposition) - Phủ bay hơi lý học PVD (Physical Vapour Deposition) Sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới cho khả năng cắt với vận tốc cắt. .. mặt trước xuất hiện sẽ làm tăng góc trước ổn định của lẹo dao có tác dụng bảo vệ mặt sau khỏi bị mòn Trái lại khi mòn mặt trước không xuất hiện, dạng của lẹo dao sẽ thay đổi theo xu hướng không có tác dụng bảo vệ mặt sau khỏi mòn, 2.1.4 Ảnh hưởng của mòn dụng cụ đến chất lượng bề mặt gia công 25 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ (như nhiệt ) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề. .. chống lại quá trình ô xy hóa nhiệt tại bề mặt dụng cụ cắt Giảm ma sát giữa bề mặt dụng cụ cắt và vật liệu gia công, phoi cắt được thoát dễ dàng hơn giúp giảm tải nhiệt lớn cho lưỡi cắt của dụng cụ Ứng dụng của dụng cụ cắt có phủ cứng trong công nghiệp: Tuổi thọ của mũi khoan tăng lên nhiều lần tùy thuộc và loại vật liệu được gia công: 4 lần đối với thép tăng cứng bề mặt, thép dụng cụ 5 lần đối với gang . cứu Nâng cao chất lượng đầu dao cắt bánh răng côn xoắn bằng phương pháp hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt là rất cần thiết. 2. Mục đích của đề tài: Xây dựng công nghệ phun phủ bề mặt đầu dao. (lưỡi dao) côn xoắn; xác định các thông số ảnh hưởng của đầu dao phay khi cắt bánh răng côn xoắn sau khi đầu dao cắt được hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt, đến năng suất gia công và chất lượng. ĐỀ TÀI NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐẦU DAO CẮT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA NHIỆT LUYỆN, PHUN PHỦ BỀ MẶT Học viên: Hoàng Văn Huynh Lớp: K13 - CNCTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế