Nghiên cứu công nghệ tạo phôi bimetal ứng dụng trong chế tạo dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn luận án

Nghiên cứu công nghệ tạo phôi bimetal ứng dụng trong chế tạo dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn. Nghiên cứu công nghệ tạo phôi bimetal ứng dụng trong chế tạo dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn. Nghiên cứu công nghệ tạo phôi bimetal ứng dụng trong chế tạo dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn

1 A. GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án - Dao cắt công nghiệp dạng phẳng có chiều dài lớn, trong đó có dao xén giấy, dao cắt kim loại tấm mỏng, đều được làm bằng vật liệu bimetal hiện nay ở nước ta đang phải nhập khẩu hàng năm với số lượng lớn có giá trị rất đáng kể. Vật liệu bimetal thép các bon thường – thép hợp kim dụng cụ ở ngoài nước được sử dụng phổ biến để chế tạo dụng cụ cắt trong công nghiệp nhằm tiết kiệm vật liệu đắt tiền đồng thời phát huy được những đặc tính vượt trội của các lớp vật liệu (thân dao làm bằng thép các bon đảm bảo độ dẻo dai, lưỡi cắt làm bằng thép dụng cụ đảm bảo độ sắc bén cao); - Ở Việt Nam hiện nay chưa có nghiên cứu nào đi sâu về ứng dụng công nghệ gia công áp lực tiên tiến cho việc tạo phôi đảm bảo độ dài và độ bền bám dính 2 lớp thép các bon – thép dụng cụ đủ yêu cầu kỹ thuật để chế tạo dao cắt bimetal có chiều dài lớn (từ 1500 mm đến trên 2000 mm) dùng trong các máy công cụ. Đồng thời cũng chưa có doanh nghiệp cơ khí nào sản xuất được các loại dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn từ vật liệu bimetal. Việc nghiên cứu công nghệ tạo phôi bimetal và gia công xử lý nhiệt, gia công cơ khí đối với chi tiết dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn, nói trên và độ dày thân dao không lớn (từ 12 mm đến 20 mm) là vấn đề rất phức tạp cần được đầu tư nghiên cứu chuyên sâu. Vì thế đề tài luận án là rất cấp thiết, có tính mới về khoa học công nghệ và có khả năng ứng dụng thực tiễn cao ở nước ta hiện nay. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án - Làm chủ công nghệ hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal làm dụng cụ cắt phẳng trong công nghiệp có chiều dài lớn đến 2000 mm (dao cắt kim loại; dao xén giấy,…) mà không đòi hỏi đầu tư thêm các thiệt bị tạo áp lực lớn trong khâu sản xuất phôi vật liệu bimetal; - Đề xuất công nghệ chế tạo dao cắt trong công nghiệp có kích thước chiều dài lớn từ vật liệu bimetal sau hàn nổ phù hợp với thiết bị gia công cơ khí hiện có trong nước. 3. Đối tượng nghiên cứu ứng dụng Đối tượng nghiên cứu là một loại dao xén giấy bimetal trong công nghiệp điển hình mà hiện nay trong nước chưa có cơ sở nào chế tạo được và còn phải nhập khẩu, ví dụ như dao xén giấy công nghiệp có chiều dài nguyên khối đến 2000 mm. 4. Phương pháp, nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm để xác lập miền giá trị điều chỉnh thích hợp các thông số công nghệ hàn nổ để tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г; - Đánh giá chất lượng vật liệu bimetal sau hàn nổ thông qua tiêu chí độ bền bám dính hai lớp kim loại trên vật liệu bimetal ( b.d. ) và tổ chức tế vi tại vùng biên giới liên kết giữa chúng; - Nghiên cứu biến dạng của phôi vật liệu bimetal sau hàn nổ để xác định lượng dư gia công dao cắt công nghiệp tối thiểu; - Nghiên cứu công nghệ và đề xuất phương án sử dụng thiết bị gia công cần thiết hiện có ở Việt Nam để chế tạo dao xén giấy có chiều dài đến 2000 mm. 5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn ở thực nghiệm xác định miền các thông số công nghệ ban đầu hàn nổ (h; r; C ) thích hợp, biến dạng dẻo nắn chỉnh cần thiết và xử lý nhiệt để tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г làm dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn; - Ứng dụng vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г hàn nổ để chế tạo thử sản phẩm dao xén giấy có chiều dài lớn (đến 2000 mm) có nhu cầu thay thế ở Việt Nam trên cơ sở khai thác các trang thiết bị nhiệt luyện và gia công cơ khí hiện có trong nước. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án a) Ý nghĩa khoa học của đề tài luận án - Luận án Tiến sĩ kỹ thuật có góp công hệ thống hoá cơ sở lý thuyết và thực nghiệm ứng dụng công nghệ hàn nổ để tạo phôi vật liệu bimetal theo điều kiện trang thiết bị hiện 2 có tại Việt Nam, lập cơ sở khoa học vho việc ứng dụng công nghệ hàn nổ tạo phôi từ vật liệu bimetal thép CT3 - thép 65Г làm dao xén giấy có chiều dài đến 2000 mm; - Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định chế độ hàn nổ thích hợp để tạo vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г làm phôi chế tạo dao cắt nguyên khối trong công nghiệp có kích thước chiều dài đến 2000 mm đạt yêu cầu kỹ thuật, chất lượng tương đương tiêu chuẩn dụng cụ cắt công nghiệp của Nga; - Bằng các nghiên cứu chuyên sâu về tính chất tổng hợp của vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г trong điều kiện phòng thí nghiệm vật liệu học xác định đặc điểm cấu trúc biên giới 2 lớp thép cácbon - thép dụng cụ sau hàn nổ minh chứng cho khả năng làm việc của dụng cụ trên các máy công nghiệp. b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài luận án - Đề tài luận án góp phần áp dụng công nghệ hàn nổ của thế giới vào điều kiện sản xuất ở Việt Nam để chế tạo vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г, nhằm tiết kiệm vật liệu thép hợp kim đắt tiền mà nước ta chưa sản xuất được, chủ động chế tạo một số dụng cụ cắt công nghiệp có chiều dài lớn, thay thế hàng nhập ngoại, giảm thiểu chi tiêu ngoại tệ; - Nghiên cứu tính chất vật liệu bimetal sau hàn nổ, biến dạng dẻo và gia công tinh dao cắt công nghiệp để từ đó chế tạo và lắp ráp thử nghiệm một số dao cắt kim loại hoặc dao xén giấy có chiều dài lớn (đến 2000 mm); - Khai thác sử dụng được các thiết bị gia công cơ - nhiệt hiện có trong nước chế tạo dao xén giấy có chiều dài đến 2000 mm và xác định khả năng sử dụng dao cắt bimetal trong điều kiện sản xuất ở quy mô công nghiệp nhằm thay thế hàng nhập khẩu cùng loại. 7. Các điểm mới của luận án - Đã sử dụng trang thiết bị, thuốc nổ do Việt Nam sản xuất để thực hiện công đoạn hàn nổ tạo phôi bimetal thép CT.3 - thép 65Г có chiều dài lớn đến 2000 mm. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã tìm được vùng lựa chọn bộ thông số công nghệ hàn nổ phù hợp để tạo phôi bimetal thép CT.3 - thép 65Г có chiều dài tới 2000 mm; - Bằng kết quả thực nghiệm đã xây dựng được các mô hình toán học mô tả hàm mục tiêu độ bền bám dính 2 lớp bimetal phụ thuộc vào các thông số công nghệ hàn nổ, từ đó lựa chọn chế độ thích hợp của khâu hàn nổ tạo phôi bimetal từ thép các bon - thép dụng cụ đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật ứng dụng chế tạo dụng cụ cắt công nghiệp. Yêu cầu kỹ thuật của dao xén giấy bimetal trong công nghiệp như sau: 1) Lớp thép hợp kim lưỡi cắt có: chiều dày 2,5  3,5 mm; độ cứng 57 58 HRC; 2) Lớp nền thép thân dao CT.3 có: chiều dày 12,5  16,5 mm; độ cứng 220  230 HB; 3) Độ bền bám dính hai lớp thép CT.3 và lớp thép dụng cụ  b.d  150  250 MPa; - Lần đầu tiên ở Việt Nam đã ứng dụng công nghệ hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г và sử dụng để chế tạo thử thành công dao xén giấy có chiều dài đến 2000 mm phù hợp điều kiện thiết bị gia công cơ khí và nhiệt luyện hiện có trong nước, góp phần tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu sản phẩm cùng loại. 8. Bố cục của luận án Luận án ngoài phần mở đầu (06 trang), kết luận chung (01 trang), các công trình khoa học đã công bố (01 trang), danh mục tài liệu tham khảo (107 đề mục) và phụ lục luận án (52 trang) được trình bày trong 5 chương: Chương 1. Tổng quan công nghệ tạo phôi vật liệu bimetal và đặc điểm dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn (16 trang); Chương 2: Cơ sở lý thuyết về hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal (19 trang); Chương 3: Vật liệu, thiết bị thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu (20 trang); Chương 4: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chế độ hàn nổ tới chất lượng vật liệu bimetal thép CT3 - thép 65Г bằng thực nghiệm (36 trang); Chương 5: Ứng dụng kết quả của luận án chế tạo dao xén giấy công nghiệp có chiều dài lớn (15 trang). 3 B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN Chương 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TẠO PHÔI VẬT LIỆU BIMETAL VÀ ĐẶC ĐIỂM DAO CẮT CÔNG NGHIỆP CÓ CHIỀU DÀI LỚN 1.1. Tổng quan về công nghệ chế tạo vật liệu bimetal trong chế tạo máy - Các công nghệ chế tạo bimetal hiện đang được ứng dụng ở ngoài nước gồm có: 1) Công nghệ rèn cháy đã được sử dụng lâu đời để chế tạo dao, kiếm. Công nghệ này phụ thuộc nhiều vào trình độ của người thợ vì vậy không nên sử dụng để tạo phôi làm dao cắt công nghiệp; 2) Công nghệ hàn đắp trong khuôn cán ép định hình có năng xuất cao chất lượng tốt, song phải đầu tư máy cán ép định hình công suất lớn và thiết bị phụ trợ khá phức tạp, chi phí tốn kém vì vậy không thích hợp với điều kiện Việt Nam; 3) Công nghệ hàn tiếp xúc dưới áp lực tấm phẳng (hàn có biến dạng dẻo) để chế tạo bimetal song để thực hiện công nghệ cần đầu tư các thiết bị hàn công suất lớn chỉ thích hợp với sản xuất loạt lớn, vì thế công nghệ này cũng không thể chọn cho đề tài được; 4) Công nghệ cán dính ở trạng thái nguội tạo băng bimetal có chất lượng tốt và năng suất cao nhưng công nghệ rất phức tạp đòi hỏi phải đầu tư lớn, không thích hợp với điều kiện Việt Nam; 5) Công nghệ cán dính ở trạng thái nóng tạo tấm bimetal tương tự như công nghệ cán dính ở trạng thái nguội song công suất cán cần nhỏ hơn nhưng đầu tư vẫn rất cao không thích hợp với đề tài; 6) Công nghệ luyện kim bột cũng có thể chế tạo phôi bimetal làm dao cắt song cần phải đầu tư rất lớn, không thích hợp với điều kiện Việt Nam; 7) Công nghệ hàn đắp lưỡi dụng cụ có bổ sung bột kim loại, hàn plasma, hàn khuếch tán trong môi trường chân không đều không khả thi khi chọn thực hiện công nghệ tạo phôi bimetal làm dao cắt công nghiệp có độ dài lớn; 8) Công nghệ hàn nổ tạo phôi bimetal kết hợp ép chỉnh làm phẳng có thể thực hiện ở Việt Nam mà không đòi hỏi phải đầu tư thiết bị tạo áp lực lớn. Các nguyên công gia công cơ khí và nhiệt luyện đến thành phẩm dao cắt bimetal có thể thực hiện trên thiết bị hiện có trong nước. 1.2. Công nghệ hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal có chiều dài lớn làm dao cắt công nghiệp Ở đây giới thiệu về cơ sở lý thuyết hàn nổ và kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên thế giới và Việt Nam để lập cơ sở khoa học cho định hướng nghiên cứu thực nghiệm của đề tài luận án. 1.3. Giới thiệu một số thiết bị sử dụng dao cắt bimetal có chiều dài lớn Ở đây giới thiệu một số dao cắt dạng tấm phẳng có chiều dài lớn hiện đang được sử dụng tại Việt Nam (ví dụ hình 1.9). Dao cắt phẳng làm bằng vật liệu bimetal có chiều dài lớn được sử dụng trên các máy cắt tôn khổ lớn trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo cơ khí, trong công nghiệp chế biến gỗ và trong công nghiệp in ấn. 10 15 10 2015 10 10 15 10 2015 10 10 15 10 Ø14 Ø14 65 2015 10 1015 10 105 105 130 95 85 20 2÷3 1500 20°±2° Hình 1.9. Kết cấu dao xén giấy lựa chọn chế thử của đề tài luận án 1.4. Đặc điểm dao cắt bimetal trong công nghiệp và giới hạn nội dung nghiên cứu Trình bày đặc điểm nổi bật của dao cắt phẳng làm bằng vật liệu bimetal như sự khác nhau về hệ số giãn nở nhiệt, về cơ lý tính, về cấu tạo và đặc điểm nổi bật về độ dài. Từ đó 4 đề ra những biện pháp phòng ngừa hiện tượng bong tróc giữa hai lớp của vật liệu bimetal làm dao cắt có chiều dài lớn, đồng thời chọn cặp vật liệu thép CT.3 – thép 65Г để hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal làm dao cắt phẳng có chiều dài lớn. Kết luận chương 1 1) Đã nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước về công nghệ chế tạo vật liệu bimetal ứng dụng để chế tạo dụng cụ cắt công nghiệp và giới thiệu một số điểm đặc trưng của dao cắt bimetal sử dụng trên các thiết bị công nghiệp ở Việt Nam, làm rõ tính cấp thiết của đề tài luận án; 2) Đã giới hạn nội dung nghiên cứu của đề tài luận án là lựa chọn công nghệ hàn nổ để tạo phôi bimetal thép CT.3 – thép 65Г làm dao cắt phẳng có độ dài nguyên khối lớn; 3) Đã lựa chọn một loại sản phẩm điển hình là dao xén giấy có kích thước chiều dài 1500 mm, chiều rộng 130 mm, tổng chiều dày 2 lớp 13,0  0,5 mm để chế tạo thử nghiệm từ phôi bimetal thép CT.3 – thép 65Г sau hàn nổ và ứng dụng kết quả của đề tài trên thực tiễn sản xuất. Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN NỔ TẠO PHÔI VẬT LIỆU BIMETAL 2.1. Đặc điểm, bản chất của quá trình hàn nổ Sơ đồ nguyên lý hàn nổ 2 tấm kim loại cho trên hình 2.1, còn cấu trúc kim loại điển hình tại biên giới 2 lớp vật liệu bimetal sau hàn nổ cho trên hình 2.2. Bản chất hàn nổ là do có sự xuất hiện tia kim loại cục bộ tại điểm va đập giữa 2 tấm kim loại hàn, ở đó xẩy ra quá trình làm sạch màng ôxit bởi tia kim loại cục bộ đó, đồng thời vật liệu tại vùng tiếp xúc va đập bị nung nóng cục bộ tới nhiệt độ cao hàng nghìn độ C và dưới áp suất va đập lớn đến hàng chục GPa là điều kiện hình thành liên kết kim loại giữa chúng. Mối hàn thường có dạng sóng âm (hình 2.2 a) hoặc không có dạng sóng (hình 2.2 b) 42. 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ho     Vp D Vk (a) (b) (c) (d) ho Vk D  Vp  Hình 2.1.Sơ đồ nổ song song giữa 2 tấm kim loại (c) và tại một thời điểm nổ (d)  42  : 1 - Kíp nổ điện; 2 - Thuốc nổ; 3 - Tấm kim loại hàn; 4 - Tấm kim loại nền; 5 - Đế nổ Hình 2.2. Hình dạng liên kết kim loại giữa hai lớp hàn nổ theo 42 .2.2. Nguyên lý hình thành liên kết 2 lớp kim loại khi hàn nổ Mối hàn nổ kim loại thường có biên dạng sóng, thỉnh thoảng có các tạp chất kim loại nóng chảy và kết tinh phân bố trên đỉnh sóng, mà theo quan điểm của nhiều nhà nghiên 5 cứu gọi là “vùng trộn”, “vùng rối”,:vùng chảy”, được giải thích bởi cơ chế hình thành liên kết kim loại khi biến dạng với tốc độ khác nhau xuất phát từ bản chất công nghệ hàn nổ nêu trên (hình 2.3 – luận án). 2.3. Các thông số động học của hàn nổ Các thông số động học gồm có: tốc độ va đập (v P ); tốc độ di chuyển của điểm tiếp xúc va đập (v k ); góc va đập (); góc uốn động () được xác định bằng các công thức lý thuyết và thực nghiệm trích dẫn trong Chương 2 luận án. Trên hình 2.4 là sơ đồ hình học biểu diễn các thông số động học khi hàn nổ. 2.4. Các thông số vật lý của quá trình hàn nổ Nhóm các thông số vật lý bao gồm: áp suất tại điểm tiếp xúc khi va đập (p k ), thời gian va đập (t), nhiệt độ tại điểm va đập (T). Áp suất va đập (p k ) và năng lượng va đập (W p ) được xác định bằng các công thức bán thực nghiệm cho trong phần tổng quan cơ sở lý thuyết hàn nổ ở Chương 2. Hình 2.4 Sơ đồ hình học tấm kim loại tại một thời điểm quá trình hàn nổ 42 2.5. Các thông số công nghệ hàn n ổ chính Nhóm thông số công nghệ bao gồm: tốc độ nổ (D), các thông số không đơn vị (r), (h) và (C), ngoài ra còn một số thông số khác như độ nhám bề mặt hai tấm (R Z ); nhiệt độ hai tấm kim loại khi hàn nổ (T 1 , T 2 ); kích thước và đặc tính của các kim loại hàn (độ bền, độ cứng, độ dai…). 2.6. Lý thuyết chung về cơ chế độ bám dính giữa hai lớp kim loại khi hàn Lý thuyết chung về cơ chế độ bám dính giữa hai lớp kim loại khi hàn được trình bày qua các phần: 1) Lực Vandervan; 2) Lực liên kết do ảnh hưởng của lớp điện tích kép; 3) Liên kết kim loại; 4) Ảnh hưởng của trạng thái bề mặt kim loại nền 2.7. Yêu cầu kỹ thuật chung khi hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal. Từ việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn nổ và bản chất hình thành liên kết hai tấm kim loại cho thấy: - Độ bám dính hai tấm kim loại của bimetal phụ thuộc vào nhiều thông số như: tốc độ nổ (D), góc đặt giữa hai tấm kim loại (), khe hở ban đầu giữa hai tấm kim loại (h 0 ), tỷ lệ khối lượng giữa thuốc nổ và khối lượng tấm kim loại hàn (r), độ nhám (Rz) bề mặt của các mặt tiếp xúc của hai tấm kim loại, vận tốc tiếp xúc (v k ), tốc độ va đập (v p ), áp suất va đập (p k ) và năng lượng va đập (Wp) trong quá trình hàn nổ. - Độ dài của tấm phôi kim loại làm pakét nổ cũng có ảnh hưởng mạnh tới độ đồng đều mối hàn giữa 2 tấm kim loại hàn nổ. Việc hàn nổ hai tấm kim loại có chiều dài lớn là rất phức tạp trong việc gá đặt để đảm bảo độ chính xác tương quan giữa chúng như: góc đặt ban đầu (nổ nghiêng), khe hở ban đầu (nổ song song), độ đồng đều của lớp thuốc nổ được rải, độ ổn định vị trí tương quan của hai tấm kim loại trong quá trình nổ, Kết luận chương 2 1) Chất lượng của công nghệ hàn nổ phụ thuộc vào nhiều yêu tố như: sơ đồ nổ, góc đặt và khoảng cách ban đầu giữa hai tấm kim loại bimetal, tốc độ nổ (D), tỷ lệ giữa khối lượng thuốc nổ và khối lượng kim loại hàn (r), khối lượng thuốc nổ amoonit và chất phụ gia sử dụng (C) và nhiều yếu tố khác. Trong đó 3 thông số chính là r, h, C cần được nghiên cứu khảo sát bằng thực nghiệm; 2) Đã giải thích cơ chế bám dính hai tấm của bimetal được hình thành bởi cơ chế hóa học, vật lý, cơ học, vật liệu học. Trong mối hàn nổ giữa 2 lớp được hình thành chủ yếu do các quá trình tổng hợp của 3 giai đoạn để tạo ra liên kết kim loại (cơ học, hóa học, vật liệu liên kim loại và các pha khuếch tán trên biên giới 2 lớp); 6 3) Đã đưa ra đặc điểm yêu cầu kỹ thuật chung khi hàn nổ hai tấm kim loại để tạo phôi bimetal, đảm bảo chất lượng mối hàn có triển vọng tốt nhất. Chương 3. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Vật liệu thí nghiệm Chọn phôi nền và phôi hàn là thép CT.3 và thép 65Г. Thuốc nổ sử dụng là hồn hợp amônít AD1 + phụ gia, kíp nổ điện do Việt Nam sản xuất và các vật tư phụ trợ khác. Kích thước mẫu thí nghiệm cho trong bảng 3.3. Bảng 3.3. Kích thước hình học và khối lượng mẫu thí nghiệm hàn nổ Tấm kim loại l àm phôi hàn nổ Chiều dày x chi ều rộng x chiều dài, (mm) Khối lượng mẫu,(kg) Ghi chú Tấm kim loại hàn (65Г) 5 x 110 x 320 1,658 Thí nghiệm QHTN Tấm kim loại nền (CT.3) 25  30 x 100 x 300 7,065  8,2425 Tấm kim loại hàn (65Г) 5  6 x 200 x 1.850  2050 14,522  19,311 S ản xuất thử nghiệm Tấm kim loại nền (CT.3) 18  26 x 200 x 1800  2050 50,868  83,681 3.2. Thiết bị thí nghiệm: Mô hình thí nghiệm: sử dụng sơ đồ hàn nổ song song với nguyên lý cho trên hình 3.1. Sử dụng thiết bị đo tốc độ nổ kỹ thuật số để xác định tốc độ nổ của thuốc nổ hỗn hợp liệu thay cho tính toán bằng công thức bán thực nghiệm (hình 3.2 a). Dùng kíp nổ điện và máy phát xung điện (magnhetor) để kích nổ thuốc nổ (hình 3.2 b) h 0 2 3 4 5 1 8 76 120° ln b n l c B = b + 2c n A A Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г 38, 39: 1 - Kíp nổ điện; 2 - Thuốc nổ; 3 - Lớp lót bảo vệ bề mặt tấm trên; 4-Tấm kim loại hàn (thép 65Γ); 5 - Chốt định vị khe hở hàn; 6 - Tấm kim loại nền. 3.3. Điều kiện thí nghiệm: Điều kiện thực nghiệm hàn nổ theo quy hoạch thực nghiệm kiểu 3 mức với 3 thông số đầu vào chính được chọn để khảo sát là r, h và C (N = 3 3 = 27) với hàm mục tiêu là độ bám dính giữa hai lớp kim loại sau hàn nổ ( b.d. ) cho trong bảng 3.4. Bảng 3.4. Điều kiện thí nghiệm hàn nổ tạo phôi bimetal thép CT.3 - thép 65Г Thứ tự Thông số công nghệ hàn n ổ được khảo sát Ký hiệu Mức điều chỉnh Khoảng điều chỉnh 0 1 2 1 Thông số thứ 1: r =  O .H /  1  1 X 1 1,3 1,5 1,7 0,2 2 Thông số thứ 2: h = h O / H X 2 0,8 1,0 1,2 0,2 3 Thông số thứ 3: C = m AD1 / m PG X 3 0,8 0,9 1,0 0,1 3.4. Phương pháp đánh giá chất lượng vật liệu bimetal sau hàn nổ Để đánh giá chất lượng mẫu vật liệu bimetal thép CT.3 - thép 65Г nhận được ở mỗi chế độ thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm đính hướng và điều chỉnh công nghệ, sử dụng các thiết bị thí nghiệm cho trên các hình 3.3  3.5 và phương pháp tiến hành đã trình bày trong Chương 3 luận án. 7 3.4.1.Khái niệm chung về các phương pháp đánh giá chất lượng Đề xuất phương pháp thử phá hủy mẫu vật liệu bimetal để xác định độ bền bám dính 2 lớp (định lượng), phương pháp nghiên cứu cấu trúc tế vi trên biên giới hai lớp bimetal (định tính). 3.4.2. Mẫu thí nghiệm Trình bày phương pháp cắt lấy mẫu thí nghiệm và gia công mẫu thí nghiệm phá huỷ và nghiên cứu cấu trúc tế vi vùng biên giới giữa hai lớp vật liệu bimetal. a) b) c) Hình 3.2. Thiết bị kỹ thuật số đo trực tiếp tốc độ nổ của thuốc nổ và phần mềm xử lý số liệu dùng cho thí nghiệm (a); magnhetơ để kích nổ thuốc nổ (b); đế nổ bê tông cốt thép (c) Hình 3.3. Máy ép kỹ thuật số thử phá hủy mẫu xác định độ bền bám dính 2 lớp bimetal Hình 3.4. Kính hiển vi quang học nghiên cứu tổ chức tế vi biên giới 2 lớp Hình 3.5. Máy đo đ ộ cứng hai lớp vật liệu bimetal Hình 3.6. Lò nung công nghiệp Hình 3.7. Máy ép thủy lực 350 tấn 8 3.4.3.Phương pháp đánh giá độ bền bám dính bằng kéo dứt mẫu: Đề xuất phương pháp kéo dứt mẫu vật liệu bimetal dạng tròn và thử theo ứng suất pháp. 3.4.4.Phương pháp nghiên cứu cấu trúc tế vi trên biên giới hai lớp bimetal Đề xuất quy trình chuẩn bị mẫu soi chụp tổ chức tế vi tại vùng biên giới hai lớp thép của vật liệu bimetal. 3.4.5. Phương pháp xử lý số liệu thông kê học thực nghiệm Trình bày cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý ssố liệu thông kê học thực nghiệm các số liệu thu được theo quy hoạch thực nghiệm N = 3 3 = 27 lấy theo công trình 42. 3.5. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới tính chất vật liệu bimetal thép CT3 – Thép 65 Г sau hàn nổ Ở đây đã đề xuất mô hình thí nghiệm nghiên cứu mức độ biến dạng dẻo của mẫu vật liệu bimetal sau hàn nổ dọc và ngang theo hướng nổ nhằm xác định mức độ ảnh hưởng của va đập khi hàn nổ tới độ cong vênh tấm vật liệu bimetal sau hàn nổ, từ đó xác định lượng dư bù cho lượng biến dạng dẻo ở công đoạn hàn nổ sao cho đảm bảo lượng dư tối thiểu tính toán cho các nguyên công gia công cơ khí đến dao thành phẩm. 3.6. Phương pháp phân tích cấu trúc biên giới 2 lớp kim loại hàn nổ Nghiên cứu tổ chức pha trên kính hiển vi quang học và hiển vi điện tử để xác định đặc tính mối hàn ở mỗi chế độ quy hoạch thực nghiệm cụ thể, đối chiếu với kết quả xác định độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal. Đồng thời sử dụng phương pháp phân tích Rơnghen – quang phổ (kỹ thuật SEM- EDX) ở mức phóng đại lớn để xác định thành phần cấu trúc màng mỏng hoặc liên kim loại tại biên giới 2 lớp bimetal. Sử dụng các thiết bị hiện có tại Viện Khoa học vật liệu, Viện KHCN Việt Nam cho trên các hình 3.14  3.15 (Chương 3). Hình 3.14 Thiết bị sử dụng kỹ thuật EDX tại Viện khoa họcViệt Nam Hình 3.15 Thiết bị sử dụng kỹ thuật SEM tại Viện khoa họcViệt Nam Kết luận chương 3 1) Đã lựa chọn vật liệu, trang thiết bị hàn nổ và xử lý phôi bimetal sau hàn nổ cùng với dụng cụ đo lường, thiết bị kiểm định phù hợp với điều kiện Việt Nam phục vụ cho quá trình nghiên cứu thực nghiệm đảm bảo độ chính xác đo lường và tính toán các số liệu thí nghiệm cao; 2) Đã chọn phương pháp nghiên cứu là quy hoạch thực nghiệm kiểu 3 mức (N = 3 3 = 27) và sử dụng phần mềm tin học hiện đại để xử lý số liệu thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy của các kết quả tính toán cao. Đồng thời lựa chọn sơ đồ lấy mẫu và phá huỷ các mẫu thí nghiệm, phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng vật liệu bimetal thép các bon - thép dụng cụ sau hàn nổ và biến dạng dẻo hiện đại, thông qua xác định độ bền bám dính và nghiên cứu tổ chức tế vi các lớp vật liệu trên biên giới liên kết giữa hai lớp kim loại hàn nổ và lân cận biên giới bằng phương pháp kim tương học (hiển vi quang học); 3) Đã đề xuất phương pháp đánh giá độ cong vênh phôi vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г do va đập khi hàn nổ để tính toán tối ưu phôi nổ sao cho lượng dư gia công cơ khí giảm thiểu; 9 4) Đã chọn thiết bị hiển vi quang học, hiển vi điện tử (SEM) và phương pháp phân tích EDX để nghiên cứu cấu trúc màng mỏng, liên kim loại và thành phần vật liệu tại biên giới liên kết kim loại giữa 2 lớp thép CT.3 và thép 65Г, là những phương pháp nghiên cứu vật liệu hiện đại hiện nay trên thế giới. Chương 4. NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN NỔ TỚI CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU BIMETAL THÉP CT.3 – THÉP 65Г BẰNG THỰC NGHIỆM 4.1. Thí nghiệm hàn nổ định hướng công nghệ QHTN 1 - Từ các kết quả thực nghiệm trong các công trình có liên quan đến hàn nổ tạo phôi vật liệu bimetal thép – thép hợp kim có thể chọn 3 thông số nổ ban đầu chủ yếu là r, h và C. Trong loạt thí nghiệm định hướng công nghệ đối với cặp vật liệu thép CT.3 và thép 65Г đã chọn khoảng biến thiên để khảo sát của chúng ở mức thấp. Đã tiến hành các thí nghiệm quy hoạch định hướng công nghệ (QHTN 1) với các điều kiện như sau (bảng 4.1 PL – Phụ lục 4 luận án): 1. Tỷ lệ khối lượng thuốc nổ so với khối lượng tấm kim loại hàn, ký hiệu r = X 1 (i, j), chọn ở 3 mức: r = 1,2; 1,4 và 1,6 với bước điều chỉnh  1 = 0,2; 2. Tỷ lệ khe hở hàn giữa hai lớp kim loại (h O ) với chiều dày tấm kim loại hàn ( 1 ), ký hiệu h = X 2 (i, j), chọn ở 3 mức: h = 0,6; 0,8 và 1,0 với bước điều chỉnh  2 = 0,2; 3. Tỷ lệ phần trăm thuốc nổ amônit (AD 1) trên tổng khối lượng thuốc nổ hỗn hợp của nó với chất phụ gia, ký hiệu C = m am /(m am + m pg ) với bước điều chỉnh  3 = 0,15 chọn ở 3 mức C = 0,7; 0,85 và 1,0, tương ứng với tốc độ nổ danh nghĩa D = 3200; 3700 và 4200 m/s). - Kết quả thực nghiệm cho trong bảng 4.2 (xem luận án), ví dụ về hình thái mẫu thí nghiệm điển hình cho trên hình 4.1 4.2. h) No.08 (MS: 210) k) No.09 (MS: 220) Hình 4.1. Hình thái bề mặt mẫu thí nghiệm số 08 & 09 (lô số 1- QHTN 1)  22  : D= v k = 3.200m/s; v p = 835,7145 m/s; p k = 5,4826 GPa; W p = 137,0647 MJ/m 2 h) No. 17 (MS: 211) k) No. 18 (MS: 221) Hình 4.2. Hình thái bề mặt mẫu thí nghiệm số 17 & 18 (lô số 2- QHTN 1)  22  : D = v k = 3.700m/s; v p = 1.064,5036 m/s; p k = 8,8954 GPa; W p = 222,3842 MJ/m 2 Nhận xét về các mẫu QHTN 1: Mức ảnh hưởng của thông số C nhiều nhất đến chất lượng bám dính, sau đó là các thông số r và h. Tổng hợp cả 03 lô thí nghiệm cho thấy chất lượng bám dính 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г tăng tỷ lệ thuận với chiều tăng của 3 thông số nổ ban đầu (r, h và C), điều đó cho thấy có thể tiếp tục điều chỉnh tăng r, h &C. 4.2. Nghiên cứu điều chỉnh chế độ hàn nổ tạo phôi bimetal thép CT.3 - thép 65Г (QHTN2) - Đã tiến hành các thí nghiệm quy hoạch điều chỉnh công nghệ (QHTN 2), hình thái mẫu thí nghiệm điển hình cho trên hình 4.4 4.6 dưới đây; 10 - Các điều kiện thí nghiệm theo QHTN 2 như sau (bảng 4.2 PL – Phụ lục 4 luận án): 1) Thông số r = X 1 (i, j), chọn ở 3 mức: r = 1,3; 1,5 và 1,7; bước điều chỉnh  1 = 0,2; 2) Thông số h = X 2 (i, j), chọn ở 3 mức: h = 0,8; 1,0 và 1,2; bước điều chỉnh  2 = 0,2; 3). Thông số C = X 3 (i, j), chọn ở 3 mức C = 0,8; 0,9 và 1,0; bước điều chỉnh  3 = 0,1 tương ứng với tốc độ nổ danh nghĩa D = 3400; 3800 và 4200 m/s). (g) MS: 200 (h) MS: 210 (k) MS: 220 Hình 4.4. Mẫu bimetal thép CT.3 - thép 65Г sau hàn nổ với tốc độ nổ D = 3.400 m/s (Lô số 1) (g) MS: 201 (h) MS:211 (k) MS: 120 Hình 4.5. Mẫu bimetal thép CT.3 - thép 65Г sau hàn nổ với tốc độ nổ D = 3.800 m/s (Lô s ố 2) (g) MS: 202 (h) MS:212 (k) MS: 222 Hình 4.6. Mẫu bimetal thép CT.3 - thép 65Г sau hàn nổ với tốc độ nổ D = 4.200 m/s (Lô số 3) - Phân tích kết quả thực nghiệm cho trong bảng 4.1 (Chương4) và bảng 4.2 PL (Phụ lục 4) cho thấy: chất lượng tất cả các mẫu vật liệu bimetal trong cả 3 lô thí nghiệm hàn nổ theo QHTN 2 đều có chất lượng bám dính từ mức đạt yêu cầu trở lên, khá ổn định, tốt hơn so với các mẫu trong QHTN 1 đã xét. Cụ thể là: 1) Giá trị lớn nhất của độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г theo quy hoạch thực nghiệm hiệu chỉnh công nghệ (QHTN 2) có giá trị trung bình qua 3 lần thí nghiệm song song là  b.d.max = 290,4333 MPa (thí nghiệm số 27), còn giá trị nhỏ nhất của nó là  b.d.min = 72,65 MPa (thí nghiệm số 01). Tỷ số giữa giá trị lớn nhất so với giá trị nhỏ nhất là 3,997 lần, đã thu hẹp sai khác giữa các nút quy hoạch thăm dò công nghệ (QHTN 1: 10,9 lần); 2) Các điểm nút quy hoạch thực nghiệm từ thí nghiệm số 01 đến thí nghiệm số 08 đều cho phép nhận được độ bền bám dính ở mức 72,65 MPa   b.d.  138,5667 MPa. Độ bền bám dính 2 lớp vật liệu bimetal ở khoảng này chỉ đáp ứng điều kiện làm việc của dao xén giấy hoặc dao cắt vật liệu mềm trong công nghiệp. Tỷ số giữa giá trị lớn nhất so với giá trị nhỏ nhất là 2,2363 lần; 3) Các điểm nút quy hoạch thực nghiệm từ thí nghiệm số 09 đến thí nghiệm số 27 đều cho phép nhận được độ bền bám dính ở mức 145,4667 MPa   b.d.  290,4333 MPa; [...]... luận án đề xuất quy trình công nghệ chế tạo dao cắt công nghiệp từ vật liệu bimetal có chiều dài lớn gồm 5 công đoạn chính như cho trên hình 5.2 sau đây: Chuẩn bị phôi thép các bon và thép hợp kim Hàn nổ tại trường nổ Nhiệt luyện và biến dạng ép nắn phôi bimetal, gia công thô Nhiệt luyện phôi bimetal Gia công tinh, Thử nghiệm Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý công nghệ chế tạo dao cắt trong công nghiệp có chiều. .. nghiệp có chiều dài lớn từ phôi bimetal bằng phương pháp hàn nổ 5.2 Yêu cầu chung của phôi vật liệu bimetal thép CT3- thép 65Г làm dao xén giấyl có chiều dài lớn Yêu cầu kỹ thuật chung của dao xén giấy bimetal trong công nghiệp có chiều dài lớn (đến 2000 mm) như sau: 1) Vật liệu bimetal thép CT.3  thép 65Г chế tạo chế tạo dao xén giấy phải có chiều dài lớn Kích thước hình học của một phôi: dài x rộng x... liệu nhận được ở các chế độ hàn nổ thuộc miền các thông số nổ ban đầu r, h và C thích hợp, đảm bảo chất lượng bám dính giữa 2 lớp kim loại hàn nổ cao 20 Chương 5 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ CỦA LUẬN ÁN CHẾ TẠO DAO XÉN GIẤY CÔNG NGHIỆP CÓ CHIỀU DÀI LỚN 5.1 Đề xuất công nghệ chế tạo dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn từ vật liệu bimetal CT.3 – thép 65Г hàn nổ Từ những đặc điểm đã được phân tích trong phần tổng quan... học phôi vật liệu phá bimetal thép CT.3  thép 65Г tại xưởng chế tạo đồng thời với hủy mẫu chuyên dụng để xác định độ bền bám dính 2 lớp theo phương pháp luận trong Chương 3 (sử dụng thiết bị cho trên hình 3.3  3.5 cho ở Chương 3) 5.4 Chế tạo thử dao cắt bimetal có chiều dài lớn dùng trên máy công cụ 5.4.1 Thành lập quy trình công nghệ gia công thô, bán tinh dao cắt Chất lượng gia công trong công. .. nhiệt luyện dao xén giấy: 1) Dao xén giấy; 2) Đồ kẹp dao; 3) Đồ gá 5.4.3 Gia công tinh: Đây là công đoạn cuối cùng trong quy trình công nghệ chế tạo dao cắt công nghiệp bimetal thép CT.3 – thép 65Г hàn nổ Phôi dao bimetal sau gia công thô và nhiệt luyện cần phải được gia công tinh chỉnh đến kích thước yêu cầu theo bản vẽ chế tạo Trên hình 5.8 thể hiện một số dao cắt bimetal trong quá trình gia công tinh... lượng đạt tương dao nhập ngoại KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN 1) Đã nghiên cứu tổng quan về một số công nghệ cơ bản để chế tạo vật liệu bimetal nói chung và khảo sát về ứng dụng các loại dao dạng phẳng làm bằng vật liệu bimetal thép các bon - thép dụng cụ hợp kim Từ đó lựa chọn phương án công nghệ hàn nổ để tạo phôi vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г dùng cho chế tạo dao xén giấy có độ dài đến 2000 mm tại... phẳng của mặt dao: 0,14 mm/1000 mm 24 Bước 4: Đánh giá kết quả: chất lượng tương đương dao nhập từ nước ngoài ( có biên bản đánh giá đính kèm) Kết luận chương 5 Từ kết quả ứng dụng của luận án có thể rút ra kết luận như sau : 1) Đã xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo và xây dựng được chế độ nhiệt luyện cho dao xén giấy công nghiệp từ phôi bimetal thép CT.3  thép 65Г hàn nổ có chiều dài lớn, phù... mm phù hợp điều kiện thiết bị nhiệt luyện và gia công cơ khí hiện có ở Việt Nam đã được đưa vào sử dụng trong điều kiện sản xuất công nghiệp, kết quả chạy thử cho thấy chất lượng đạt tương dao nhập ngoại Điều đó khẳng định kết quả luận án có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, đã làm chủ công nghệ chế tạo dao cắt trong công nghiệp dạng phẳng có chiều dài lớn, giảm sự phụ thuộc vào bên ngoài và tiết kiệm... bộ chiều dài khảo sát, có chất lượng tổng hợp đạt ở mức rất tốt để sử dụng làm dao xén giấy có độ dài lớn Chế độ nổ với bộ thông số r, h và C trong trường hợp này là tối ưu Độ bền bám dính 2 lớp rất cao, có thể sử dụng làm dao cắt kim loại và dao xén giấy cỡ lớn trong công nghiệp; 5) Trên hình 4.19 là ảnh chụp cấu trúc tế vi vùng biên giới liên kết 2 lớp bimetal thép CT.3 – thép 65Г được hàn nổ ở chế. .. nghiên cứu chọn chế độ hàn nổ thích hợp đảm bảo chất lượng vật liệu bimetal tốt nhất, thì vấn đề nhiệt luyện vật liệu bimetal thép CT.3 – thép 65Г và lựa chọn thiết bị để gia công cơ khí các phôi dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn (đến 2000 mm) hiện nay ở nước ta là rất khó khăn Tuy nhiên, trên cơ sở năng lực thiết bị gia công của một vài doanh nghiệp sản xuất cơ khí hiện có trong nước, tác giả luận . NGHIỆP CÓ CHIỀU DÀI LỚN 1.1. Tổng quan về công nghệ chế tạo vật liệu bimetal trong chế tạo máy - Các công nghệ chế tạo bimetal hiện đang được ứng dụng ở ngoài nước gồm có: 1) Công nghệ rèn. tạo phôi vật liệu bimetal làm dao cắt phẳng có chiều dài lớn. Kết luận chương 1 1) Đã nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước về công nghệ chế tạo vật liệu bimetal ứng dụng để chế tạo dụng. máy công cụ. Đồng thời cũng chưa có doanh nghiệp cơ khí nào sản xuất được các loại dao cắt công nghiệp có chiều dài lớn từ vật liệu bimetal. Việc nghiên cứu công nghệ tạo phôi bimetal và gia công