Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)Nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng cắt gọt của đá mài CBN liên kết kim loại bằng phương pháp mạ điện (LA tiến sĩ)
i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập- Tự do- Hạnh phúc *** LỜI CAM ĐOAN Tên là: Trần Thị Vân Nga Nơi công tác: Bộ mơn Cơng nghệ giao thơng – Khoa Cơ khí Trường đại học Giao thông vận tải Tên đề tài luận án: “Nghiên cứu chế tạo đánh giá khả cắt gọt đá mài CBN liên kết kim loại phương pháp mạ điện” Chuyên ngành: Kỹ thuật khí - Mã số 62.52.01.03 Tơi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu khoa học thân Các kết nghiên cứu luận án trung thực, chưa công bố cơng trình khác mà khơng có tơi tham gia Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Trần Thị Vân Nga ii LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Quý Thầy tham gia giảng dạy, đào tạo suốt trình học tập nghiên cứu NCS chân thành cảm ơn Thầy/Cô hội đồng đánh giá nghiên cứu sinh có góp ý chun mơn để luận án hoàn thiện Đặc biệt, NCS xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Trương Hoành Sơn PGS.TS Trần Vĩnh Hưng tận tình hướng dẫn, động viên để hồn thành luận án NCS xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng đóng góp ý kiến quý báu cho luận án NCS xin chân thành cám ơn Cán bộ, Thầy Trung tâm đào tạo, Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Cơ khí tạo điều kiện thuận lợi, động viên suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận án NCS xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Thầy/Cô trường Đại học Giao thông vận tải hỗ trợ, tạo điều kiện thời gian, vật chất để NCS hồn thành luận án Cuối cùng, NCS chân thành cảm ơn hỗ trợ vật chất động viên tinh thần người thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp suốt trình thực luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Trần Thị Vân Nga iii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU viii DANH MỤC CÁC HÌNH x DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MÀI CBN VÀ CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN 1.1 Quá trình mài, đá mài CBN đá mài CBN đơn lớp 1.1.1 Quá trình mài 1.1.2 Đá mài – thành phần cấu trúc 1.1.3 Đá mài CBN 1.1.3.1 Đặc điểm hạt mài CBN 1.1.3.2 Đá mài CBN 13 1.1.4 Các phương pháp chế tạo đá mài CBN 15 1.1.4.1 Đá mài CBN đa lớp (đá mài phổ thông) 15 1.1.4.2 Đá mài CBN đơn lớp 16 1.2 Chế tạo đá mài phương pháp mạ điện 20 1.2.1 Khái niệm phương pháp mạ điện 20 1.2.1.1 Sự hình thành lớp phủ kim loại mạ catốt 20 1.2.1.2 Thành phần chất điện ly 21 1.2.1.3 Lớp mạ composite cấu tạo 22 1.2.1.3 Kỹ thuật tạo lớp mạ composite 22 1.2.1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến trình mạ điện 24 1.2.2 Ứng dụng phương pháp mạ điện để hình thành cầu liên kết đá 30 1.2.2.1 Vật liệu chất dính kết 30 1.2.2.2 Dung dịch mạ 31 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 32 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 32 1.3.2.Tình hình nghiên cứu nước 35 iv 1.4 Giới hạn nghiên cứu đề tài 35 KẾT LUẬN CHƯƠNG 36 CHƯƠNG VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1 Vật liệu, hóa chất thiết bị 37 2.1.1 Mẫu vật liệu: 37 2.1.2 Hóa chất thiết bị 39 2.2 Phương pháp xác định đặc tính lớp mạ composite Ni-CBN 41 2.2.1 Xác định thành phần hóa học 41 2.2.2 Xác định mật độ phân bố hạt mài bề mặt 42 2.2.2.1 Quan sát kính hiển vi quang học 42 2.2.2.2 Quan sát kính hiển vi điện tử quét 42 2.2.2.3 Xác định hệ số phân bố quy ước KPBQU 42 2.2.3 Xác định chiều dày lớp mạ 44 2.2.3.1 Tính tốn chiều dày lớp mạ 44 2.2.3.2 Đo chiều dày lớp mạ 46 2.2.4 Đánh giá khả cắt gọt đá mài chế tạo 46 2.2.4.1 Nhám bề mặt chi tiết mài 48 2.2.4.2 Hệ số mài 48 2.3 Quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến phân bố hạt lớp mạ composite tiết mài Nhám bề mặt chi tiết mài sau 200 hành trình mài thể bảng 4.16 hình 4.39 mài với chiều sâu mài 0,005 mm 0,01 mm đá M1, M2, M3, M6 đá mài đối chứng Nhật Bản sản xuất Bảng 4.16 Kết thí nghiệm đo nhám bề mặt mài Mẫu M1 M2 M3 M6 Đá Nhật t=0.005 mm Ra (µm) Rz (µm) 2,52 15,6 2,84 17,6 2,7 17,0 2,75 17,4 t=0,01mm Ra (µm) Rz (µm) 2,59 17,2 3,27 18,4 3,03 17,5 2,72 15,0 2,35 12,8 116 Hình 4.39 Đồ thị nhám bề mặt chi tiết mài sau 200 hành trình mài Trong hai chế độ mài nhám bề mặt chi tiết mài thay đổi không đáng kể Giá trị nhám bề mặt Ra thay đổi từ 2,5 đến 2,84 m mài với chiều sâu mài 0,005 mm từ 2,72 đến 3,27 m mài với chiều sâu mài 0,01 mm Giá trị nhám bề mặt thu tương đối cao so với q trình mài Điều vận tốc mài thử nghiệm thấp (12,56 m/s) độ cứng vững đá mài máy mài không cao Tuy nhiên kết nhám bề mặt chi tiết mài mài đá chế tạo lớn không đáng kể so với nhám bề mặt chi tiết mài mài đá mài Nhật Bản chế tạo (Ra=2,35m) Điều hiểu chất lượng bề mặt đá mài Nhật Bản tốt so với đá chế tạo Quan sát bề mặt chi tiết mài SEM hình 4.40 nhận có rãnh bề mặt chi tiết mài hạt mài tạo cắt kim loại Bề mặt chi tiết mài 117 đá M1 M2 có rãnh hạt mài để lại bề mặt sâu phân bố độ cao hạt mài bề mặt đá không Do đá mài chế tạo phương pháp mạ điện không sửa đá mà làm sau chế tạo xong nên việc đảm bảo độ đồng chiều cao hạt mài bề mặt đá điều thực đá mài sửa đá Vì việc điều khiển trình mạ bám dính để hạt mài bám bề mặt lõi kim loại đóng vai trò quan trọng đến chất lượng đá chế tạo Rãnh hạt mài để lại a) M1 Hạt kim loại bám dính b) M2 c) M3 Hình 4.40 Ảnh SEM bề mặt chi tiết mài 118 Một tượng khác nhận thấy bề mặt chi tiết mài có hạt kim loại bám bề mặt Do q trình mài mài khơ nên hạt kim loại sau bị cắt không lấy khỏi bề mặt đá mài mà quay trở lại bám bề mặt chi tiết mài Tuy nhiên chưa rõ hạt kim loại bám dính bề mặt chi tiết mài phoi kim loại hay chất dính kết niken Điều làm rõ nghiên cứu 4.3.4 Đánh giá chung Từ kết thực nghiệm thảo luận nhận thấy: Cầu liên kết kim loại niken tạo thành phương pháp mạ điện đủ bền để giữ hạt mài CBN không bị bong tróc khỏi bề mặt đá mài tác dụng lực mài Đá mài CBN đơn lớp liên kết kim loại phương pháp mạ điện có khả cắt tốt, hệ số mài cao từ 649,66 1789,06, ứng dụng vào sản xuất thực tế Nhám bề mặt chi tiết mài đá mài chế tạo phương pháp mạ điện cao (Ra : 2,5 2,84 m mài với chiều sâu mài 0,005 mm 2,72 3,27 m mài với chiều sâu mài 0,01 mm) gần tương đương với nhám bề mặt chi tiết mài đá Nhật Bản chế tạo KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ kết nghiên cứu khẳng định: - Đã xác định quy trình chế tạo đá mài CBN phương pháp mạ điện - Đã chế tạo đá mài CBN phương pháp mạ điện sử dụng công nghệ mạ composite Ni-CBN dung dịch Watts Đã nghiên cứu xác định ảnh hưởng đến phân bố hạt mài chế tạo đá mài thông số là: mật độ dòng, thời gian mạ, nhiệt độ mạ tốc độ quay chi tiết Khi mật độ dòng, thời gian mạ tăng tốc độ quay chi tiết giảm mật độ phân bố hạt mài bề mặt đá mài chế tạo tăng, nhiệt độ mạ khơng ảnh hưởng nhiều đến phân bố hạt mài Mật độ dòng thích hợp nằm khoảng A/dm2, thời gian mạ composite 119 Ni-CBN thích hợp từ 10 phút, tốc độ quay chi tiết mạ 0,7 1,3 v/phút, nhiệt độ mạ thích hợp 50 60oC - Ứng dụng phương pháp QHTN xác định PTHQ mô tả ảnh hưởng đồng thời thông số công nghệ đến phân bố hạt mài theo công thức 4.3: KPBT = 70,42 - 3,13 n + 1,476 t - 0,049 i + 0,3586 i.i - 1,359 n.i từ PTHQ dự đốn thơng số mạ cần thiết ứng với mật độ phân bố hạt theo yêu cầu - Qua nghiên cứu đá mài cách quan sát bề mặt, mặt cắt ngang mài thử nghiệm khẳng định cầu liên kết kim loại niken tạo thành phương pháp mạ điện đủ bền để giữ hạt mài khơng bị bong tróc khỏi bề mặt đá mài tác dụng lực mài Đá mài chế tạo có khả cắt tốt, hệ số mài cao, ứng dụng vào sản xuất thực tế Nhám bề mặt chi tiết mài đá mài chế tạo tương đối cao gần tương đương với nhám bề mặt chi tiết mài đá Nhật Bản chế tạo 120 KẾT LUẬN CHUNG Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo đánh giá khả cắt gọt đá mài CBN liên kết kim loại phương pháp mạ điện, luận án đạt kết cụ thể sau: - Lần Việt Nam tiến hành nghiên cứu chế tạo thành công đá mài CBN liên kết kim loại phương pháp mạ điện công nghệ mạ Composite Ni-CBN sử dụng dung dịch Watts - Đã xây dựng công thức xác định hệ số phân bố hạt mài (KPBQU KPBT), thiết lập phương trình xác định chiều dày chơn lấp gần hạt mài mạ - Để mạ composite Ni-CBN với cỡ hạt có kích thước lớn từ 90 106 µm dung dịch Watts, hệ thống thiết bị mạ thiết kế với chi tiết mạ (catốt) nằm ngang điều khiển tốc độ quay ổn định theo yêu cầu kiểm soát yếu tố công nghệ mạ ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ Ni-CBN nhiệt độ dung dịch mạ, thời gian mạ, mật độ dòng catốt - Đã đưa quy trình chế tạo đá mài mạ chọn thông số công nghệ (mật độ dòng, thời gian mạ, tốc độ quay chi tiết, nhiệt độ dung dịch mạ) để nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ q trình mạ điện đến q trình chế tạo đá mài CBN Các thơng số cơng nghệ xác định: mật độ dòng A/dm2, thời gian mạ Ni-CBN: 10 phút, tốc độ quay chi tiết: 0,7 1,3 v/phút, nhiệt độ mạ: 50-60 oC đảm bảo phân bố đồng gắn kết tốt hạt mài CBN bề mặt đá Để tạo gắn kết CBN với thép trình mạ niken thực qua ba giai đoạn: mạ lớp lót, mạ gắn hạt mạ chơn lấp hạt - Phương trình tốn học phản ảnh phụ thuộc mật độ phân bố hạt mài vào đồng thời thông số công nghệ q trình mạ theo cơng thức 4.3 (trang 102) là: KPBT = 70,42 - 3,13 n + 1,476 t - 0,049 i + 0,3586 i.i - 1,359 n.i phù hợp với quy luật thực tế yếu tố cơng nghệ mạ Dựa vào phương trình dự đốn thơng số mạ cần thiết ứng với mật độ phân bố hạt yêu cầu - Khả cắt gọt đá mài chế tạo thử nghiệm qua 500 hành trình mài với vận tốc 12,56 m/s, chiều sâu mài t = 0,01 mm vật liệu có độ cứng 63HRC có hệ số mài từ 649,66 1789,06 khẳng định cầu liên kết kim loại niken tạo thành phương pháp mạ điện đủ bền để đảm bảo trình cắt đá mài mài vật liệu 121 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI rần hị ân Nga, rần nh Hưng, rương Hoành Sơn (2014), Nghiên cứu tổng quan đá mài CBN chế tạo đá mài phương pháp mạ điện Tạp chí Cơ khí Việt Nam ố 6/2014 rần hị ân Nga, rương Hoành Sơn, rần nh Hưng (2015), Nghiên cứu công nghệ chế tạo đá mài đơn lớp bước đầu nghiên cứu chế tạo đá mài CBN phương pháp mạ điện, Tạp chí Đại học Công nghiệp Hà nội- hoa học công nghệ- Trường ố 27, Tháng 4/2015 Bùi Thế H ng, rần hị ân Nga, rương Hoành Sơn (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ tới chất lượng lớp mạ chế tạo đá mài kim cương CBN phương pháp mạ điện, Kỷ yếu hội nghị Cơ khí tồn quốc 11/2015 Tran Thi Van Nga, Truong Hoanh Son (2015), Research on application composite electroplating to fabricate grinding tool, International Cooperation issue of Transportation - Especial Issue - No.06 MADI - SWJTU – UTC, ISSN 2410-9088, 10/2015 rần hị ân Nga, rương Hồnh Sơn (2016), Nghiên cứu thực nghiệm hình thành bề mặt đá mài CBN liên kết kim loại phương pháp mạ điện, Kỷ yếu hội nghị Cơ khí tồn quốc 10/2016 Nguyen Duc Hung, Tran Thi Van Nga, Mai Van Phuoc (2017), Thickness determination and control of functional Ni-composite electrodeposited coatings, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Viện hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Tập 55, Số 1B Trần Thị ân Nga, rương Hoành Sơn, rần nh Hưng (2017), Nghiên cứu ảnh hưởng mật độ dòng thời gian mạ đến phân bố hạt mài chế tạo đá mài phương pháp mạ điện, Tạp chí Cơ khí Việt Nam ố 2017 ... Nhật Bản chế tạo KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ kết nghiên cứu khẳng định: - Đã xác định quy trình chế tạo đá mài CBN phương pháp mạ điện - Đã chế tạo đá mài CBN phương pháp mạ điện sử dụng công nghệ mạ composite... chế tạo tương đối cao gần tương đương với nhám bề mặt chi tiết mài đá Nhật Bản chế tạo 120 KẾT LUẬN CHUNG Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo đánh giá khả cắt gọt đá mài CBN liên kết kim loại phương. .. loại phương pháp mạ điện, luận án đạt kết cụ thể sau: - Lần Việt Nam tiến hành nghiên cứu chế tạo thành công đá mài CBN liên kết kim loại phương pháp mạ điện công nghệ mạ Composite Ni -CBN sử dụng