Nghiên cứu ảnh hưởng của độ chân không đến đến độ bền khuôn màng mỏng chân không

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Y Z TRẦN XUÂN TƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CHÂN KHÔNG ĐẾN ĐỘ BỀN KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU KIM LOẠI Mã số ngành : 60.52.91 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2005 -1- ABSTRACT Theoretically, it is difficult to estimate the strength of the molded bulk sand in V-process casting technology due to lots of original elements which are come from this special technology Moreover, we also can not use traditional practical methods to estimate it because of the nonexistence of standard specimen Therefore, the object of this graduate project is to find the influence of vacuum pressure we apply to the strength of the molded bulk sand in V-process technology Authors have based on the pressure balance principle to estimate this strength at many different points inside the bulk sand for two sizes of flasks We have used an original apparatus which is connected to a compression pump system and pressure indicators to measure the pressure inside the bulk sand The result at the point time this balance is broken seems to be equivalent to the strength of the molded bulk sand Moreover, we have used the experimental designs method to organize experiments and solve received measurements; then we establish the regression equation and find extreme points of the target function Finally, the authors have found some reasonable vacuum pressure values to archive the necessary strength of the molded bulk sand in V-process casting technology Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân khơng -2- TÓM TẮT LUẬN VĂN Về lý thuyết, độ bền khn màng mỏng chân khơng khó xác định chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố Bằng phương pháp thực nghiệm truyền thống khó xác định độ bền hỗn hợp tạo mẫu chuẩn Nhiệm vụ luận văn xác định ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân không Luận văn sử dụng phương pháp cân áp lực để đánh giá độ bền khn vị trí khác Để đạt mục tiêu trên, sử dụng hệ thống thiết bị đặc biệt nối với mạng khơng khí nén để đo giá trị áp suất bên lòng khn, Giá trị áp suất khí nén đo ngưỡng phá vỡ cân bằng, xem tương đương với giá trị độ bền hỗn hợp lòng khuôn Việc thực nghiệm tiến hành sở quy hoạch thực nghiệm xử lý số liệu để xây dựng phương trình hồi quy xác định cực trị hàm mục tiêu Các kết thực nghiệm xử lý số liệu cỡ hịm khn cho giá trị hợp lý độ chân không để khuôn đạt độ bền cần thiết Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khn màng mỏng chân khơng -3- MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ÑEÀ 1.2 ĐẠI CƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐÚC CƠ BẢN .10 1.2.1 Phương pháp đúc khuôn kim loại .10 1) Đúc khuôn kim loại tónh 10 2) Đúc áp lực 12 3) Đúc ly tâm 14 1.2.2 Đúc khuôn cát 15 1.2.2.1 Thế hệ khuôn cát thứ nhất(khuôn cát – đất sét) 15 1.2.2.2 Thế hệ khuôn cát thứ hai 17 1) Đúc khuôn vỏ mỏng 17 2) Khuôn cát – nước thủy tinh 19 3) Đúc khuôn mẫu chảy 21 1.2.2.3 Thế hệ khuôn cát thứ ba 23 1) Đúc khuôn mẫu cháy 23 2) Đúc hút chân không .25 3) Đúc khuôn từ 27 4) Đúc khuôn màng mỏng chân không 28 1.2.3 Xu hướng phát triển công nghệ đúc giới 29 1.3 VÀI NÉT VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐÚC TẠI VIỆT NAM 30 1.4 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC .32 CHƯƠNG : CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG 38 Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khn màng mỏng chân khơng -4- 2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG 39 2.2 NGUYÊN LÝ ĐÚC KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG .41 2.3 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG 42 2.4 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG 43 2.5 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG 46 2.5.1 Màng mỏng 46 2.5.2 Cát làm khuôn 48 2.5.3 Chế độ rung .52 2.5.4 Chế độ chân không 54 2.5.5 Lớp sơn khuoân 54 2.5.6 Thiết kế đúc khuôn màng mỏng chân không 55 2.5.7 Tốc độ rót kim loại khuôn màng mỏng chân không .56 2.6 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 56 2.6.1 Mục tiêu đề tài 56 2.6.2 Noäi dung nghiên cứu 57 2.6.3 Phương pháp nghiên cứu 57 CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ CHÂN KHÔNG TRONG KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG 59 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 60 3.2 LÝ THUYẾT VỀ CHÂN KHÔNG 60 3.2.1 Khái niệm áp suất 60 3.2.2 Phân loại 61 3.2.3 Phương trình trạng thái khí lý tưởng 62 3.3 LIÊN KẾT TRONG KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG 64 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CHÂN KHÔNG ĐẾN ĐỘ BỀN KHUÔN .65 3.4.1 nh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn 65 Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khn màng mỏng chân khơng -5- 3.4.2 nh hưởng độ chân không đến hình thành bề mặt vật đúc 67 3.5 SỰ PHÂN BỐ CHÂN KHÔNG TRONG KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG 69 3.5.1 Sự phân bố chân không khuôn màng mỏng chân không 69 3.5.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến phân bố chân không khuôn 71 1/ Thành phần độ hạt 72 2/ Đặc trưng hình học khuôn 72 3/ Chế độ chảy dòng khí hòm khuôn 73 4/ Chiều dày màng mỏng khả bịt kín chu vi màng 74 3.6 KẾT LUẬN 77 CHƯƠNG : THỰC NGHIỆM 78 4.1 KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM 79 4.1.1 Định hướng thí nghiệm 79 4.1.2 Kế hoạch thí nghiệm 79 4.2 TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 82 4.2.1 Bình chân không 82 4.2.2 Thiết bị rung 84 4.2.3 Bình khí nén 85 4.2.4 Bình khí nén trung gian van điều áp khí nén 85 4.2.5 Hòm khuôn 86 4.2.6 Túi đàn hồi 87 4.3 XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CỦA KHUÔN MÀNG MỎNG CHÂN KHÔNG 87 4.4 XỬ LÝ KẾT QUẢ BẰNG QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 89 4.4.1 Mục đích phương pháp quy hoạch thực nghiệm 89 4.4.2 Thông số thực nghiệm 89 4.4.3 Kết thực nghiệm 90 Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân không -6- 4.4.4 Xử lý kết thực nghiệm 92 4.4.4.1 Đối với khuoân 92 4.4.4.2 Đối với khuôn 99 4.4.5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ độ bền khuôn 108 4.4.6 Sai soá 110 4.4.7 Nhận xét 111 CHƯƠNG : KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 112 5.1 KẾT LUẬN 113 5.2 NHỮNG TỒN TẠI TRONG THỰC NGHIỆM 113 5.3 KIẾN NGHỊ 114 5.4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 PHUÏ LUÏC Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân khơng -7- LỜI NÓI ĐẦU Đúc màng mỏng chân không phương pháp đúc tiên tiến giới, ông Y.Kubo K.Nakata Nhật Bản tìm năm 1971 công bố phát minh năm 1972 với tên gọi phng pháp V (V-process) Sau công nghệ đúc màng mỏng chân không nghiên cứu hoàn thiện phát triển nhiều nước giới nhanh chóng chiếm giữ vị trí quan trọng ngành đúc ưu điểm vượt trội tính công nghệ môi trường Ở Việt Nam công nghệ đúc màng mỏng chân không chưa áp dụng Vì việc nghiên cứu ứng dụng nội dung có ý nghóa khoa học, đáp ứng nhu cầu thực tiễn Đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân không” luận văn phân tích lý thuyết ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân không Tiến hành thực nghiệm xử lý kết thực nghiệm Kết đạt là: hoàn thành nội dung đăng ký nhiệm vụ giao Xác định chế độ chân không hợp lý để khuôn đạt độ bền đúc quy luật thay đổi độ chân không lòng khuôn (chỉ thực cho cỡ hòm khuôn) Đề tài thực Bộ môn Công nghệ vật liệu kim loại & hợp kim, Khoa Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh năm 2005 Tuy nhiên thời gian nghiên cứu ít, kết nghiên cứu luậân văn chắn tồn lý thuyết thực nghiệm Kính mong Thầy Cô giáo, bạn bè đồng nghiệp quan tâm đến công nghệ đúc màng mỏng chân không tham gia đóng góp ý kiến cho đề tài hoàn thiện tốt Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khn màng mỏng chân khơng -8- CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân khơng -9- Hầu hết trang thiết bị máy móc thường gặp ngành kinh tế quốc dân an ninh quốc phòng… có nhiều phận, chi tiết chế tạo từ phôi đúc, rèn, dập hàn… Trong đúc phương pháp tạo phôi dùng nhiều nhất, ngành chủ yếu công nghiệp chế tạo máy đại ưu điểm vốn có : đúc cho nhiều chi tiết với nhiều loại vật liệu khác : gang, thép, hợp kim màu…, vật đúc từ vài gram đến hàng trăm tấn, với độ bóng bề mặt Ra 0,63 – 1,25, độ xác hình dạng, kích thước với dung sai ± 0,001mm; mức độ khí hóa tự động hóa cao cho phép cung cấp vật đúc với chất lượng cao, giá thành hạ cho nhiều ngành công nghiệp khác Trong phương pháp đúc, đúc khuôn cát – sét loại hình đời sớm tồn tận ngày Trong vài thập kỷ gần có nhiều công nghệ đúc phát minh ứng dụng rộng rãi : đúc khuôn vỏ mỏng, đúc khuôn mẫu chảy mẫu cháy, đúc khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc ly tâm, đúc từ trường, đúc khuôn màng mỏng chân không … chế tạo vật đúc có chất lượng cao Tuy nhiên phương pháp đúc có đặc tính ưu việt phạm vi sử dụng riêng Dưới trình bày số phương pháp đúc sử dụng 1.2 ĐẠI CƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐÚC CƠ BẢN Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân không 102 10 11 12 13 14 15 16 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 0.85 1.15 2.20 0.70 0.85 1.30 2.20 Baûng 4.21 : Ma trận quy hoạch thực nghiệm với biến ảo khuôn với z = 6→ 12 cm TT 10 11 12 13 14 15 16 xo + + + + + + + + + + + + + + + + x1 + + + + + + + + x2 + + + + + + + + x3 + + + + + + + + x4 + + + + + + + + x1x2 + + + + + + + + x1x3 + + + + + + + + x1x4 + + + + + + + + x2x3 + + + + + + + + x2x4 + + + + + + + x3x4 + + + + + + + + y 0.90 1.83 0.20 0.35 1.15 2.18 0.15 0.33 0.90 2.20 0.25 0.34 1.30 2.20 0.20 0.40 + Phương trình hồi quy : y = bo+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4+b12x1x2+b13x1x3+b14x1x4+ b23x2x3+ b24x2x4+b34x3x4 đó: bj = N N ∑x i =1 ji yi Bảng 4.22: Giá trị bj [2] 0→ 6→ 12 b0 1.20 b1 0.05 b2 0.04 B3 0.41 b4 0.27 b12 -0.02 b13 0.05 0.93 0.04 0.06 -0.65 0.30 -0.01 -0.02 b14 0.00 b23 0.06 b24 0.00 b34 0.22 0.01 -0.07 -0.01 -0.22 + Vì không làm thí nghiệm song song nên để xác định phương sai tái ta làm thí nghiệm tâm phương án khoảng khảo sát, giá trị đo là: Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân khơng 103 ƒ Khoảng thứ z = 0→ 6cm y10 = 1,43g/cm2 ; y0 = ∑y u =1 u y 20 = 1,35KG/cm2 ; = 1.51 KG/cm2 Sth2 = Phương sai tái laø : sth Sbj = = N y 30 = 1,75KG/cm2 0,212 N ∑(y − − u =1 u − y) = 0,045 Sth = 0,212 = 0.053 16 ƒ Khoảng thứ hai z = 6→ 12cm y10 = 1,67KG/cm2 ; y 20 = 1,25KG/cm2 ; y0 = ∑y u =1 u = 1.44 KG/cm2 Sth2 = Phương sai tái : sth Sbj = N y 30 = 1,40KG/cm2 = 0,213 16 N ∑(y − − u =1 u − y) = 0,045 Sth = 0,213 = 0.053 Tính ý nghóa hệ số kiểm định theo tiêu chuẩn : tj = bj sb j Bảng 4.23: Giá trị tj [1] t0 t1 t2 t3 t4 t12 t13 t14 t23 t24 t34 0→ 22.71 0.91 0.67 7.79 5.11 0.43 0.95 0.09 1.10 0.08 4.13 6→ 12 17.48 0.82 1.10 12.26 5.61 0.14 0.45 0.23 1.25 0.19 4.16 tra bảng tp(f), với p = 0.05, f = t0.05 (2) = 4.30 Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khn màng mỏng chân khơng 104 Ta thấy hai khoảng khảo sát có t3 t4 lớn tp(f) lại nhỏ tp(f) hệ số b3 , b4 có ý nghóa hệ số lại ý nghóa loại khỏi phương trình phương trình hồi quy có daïng : y0-6 = 1,2 + 0,41x3 + 0,27x4 y6-12 = 0,93 - 0,65x3 + 0,3x4 + Kiểm định tương thích phương trình hồi qui Sự tương thích phương trình hồi qui kiểm định theo tiêu chuẩn Fisher Bảng 4.24 : Bảng tính S tt2 cho khuôn với z = 0→ cm TT x3 x4 y y 10 11 12 13 14 15 16 + + + + + + + + + + + + + + + + 0.80 0.85 0.90 1.83 0.70 0.82 1.15 2.18 0.75 0.85 1.15 2.20 0.70 0.85 1.30 2.20 0.52 1.06 1.34 1.88 0.52 1.06 1.34 1.88 0.52 1.06 1.34 1.88 0.52 1.06 1.34 1.88 (y i − yi ) 0.078 0.044 0.194 0.002 0.032 0.059 0.036 0.090 0.053 0.044 0.036 0.102 0.032 0.044 0.002 0.102 Baûng 4.25 : Bảng tính S tt2 cho khuôn với z = 6→ 12 cm TT x3 x4 Y y + + + + + + + + 0.90 1.83 0.20 0.35 1.15 2.18 0.15 0.33 1.28 1.88 -0.02 0.58 1.28 1.88 -0.02 0.58 (y i − yi ) 0.144 0.003 0.048 0.053 0.017 0.090 0.029 0.063 Nghiên cứu ảnh hưởng độ chân không đến độ bền khuôn màng mỏng chân không 105 10 11 12 13 14 15 16 + + + + + + + + 0.90 2.20 0.25 0.34 1.30 2.20 0.20 0.40 1.28 1.88 -0.02 0.58 1.28 1.88 -0.02 0.58 0.144 0.102 0.073 0.058 0.000 0.102 0.048 0.032 ƒ Khoảng thứ z = 0→ 6cm ∑ (y S = du Suy : i =1 ) N i − yi N −l = 0,95 = 0.073 16 − 0,073 = 1,63 0,045 F= Tra bảng : F1-p (f1,f2) với p =0.05, f1 = N-l = 16- = 13 , f2 = N(m-1)=16(3-1) =32 F0.95 (13,32)