(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến qui trình đúc mẫu chảy nhằm nâng cao chất lượng vật đúc inox

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN MINH DIỆN NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUI TRÌNH ĐÚC MẪU CHẢY NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VẬT ĐÚC INOX NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN MINH DIỆN NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUI TRÌNH ĐÚCMẪU CHẢY NHẰM NÂNG CAOCHẤT LƢỢNGVẬTĐÚC INOX NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN MINH DIỆN NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUI TRÌNH ĐÚCMẪU CHẢY NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNGVẬTĐÚC INOX NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: TS Huỳnh Nguyễn Hồng Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trần Minh Diện Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1985 Nơi sinh: Đồng Tháp Quê quán: Đồng Tháp Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 81/22 Chi Lăng, phƣờng Vĩnh Bảo, thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang Điện thoại: 0972761437 E-mail: tmdien@caodangnghekg.edu.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2003 đến 09/2005 Nơi học: Trƣờng dạy nghề Đồng Tháp, số Trần Phú, thị xã Sa Đéc, tỉnh Đồng Tháp Ngành học: Hàn tiện Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 09/ 2007 Nơi học: Trƣờng cao đẳng sƣ phạm kỹ thuật Vĩnh Long, số 73 Nguyễn Huệ, thành phố Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Đại học: Hệ đào tạo: Vừa học vừa làm Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 10/ 2012 Nơi học: Trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh (học sở liên kết Trƣờng cao đẳng sƣ phạm kỹ thuật Vĩnh Long) Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án, luận án mơn thi tốt nghiệp: Thiết kế qui trình công nghệ gia công đế xoay ii Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 8/2012 sở liên kết Trƣờng cao đẳng sƣ phạm kỹ thuật Vĩnh Long Ngƣời hƣớng dẫn: Th.S Trần Quốc Hùng III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 10/2012 đến Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trƣờng cao đẳng nghề Kiên Giang iii Giảng dạy khoa khí LỜI CẢM ƠN Trong thời gian 1,5 năm học tập nghiên cứu Trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, em hồn thành luận văn tốt nghiệp, bên cạnh nổ lực thân,em nhận đƣợc hƣớng dẫn giúp đỡ nhiệt tình Qua thuyết minh cho em xin gửi lời cảm ơn đến: - Thầy hƣớng dẫn TS Huỳnh Nguyễn Hồng nhiệt tình giúp đỡ, đóng góp ý kiến q trình nghiên cứu thực - Các thầy giảng dạy, khoa khí, phận sau đại học, thƣ viện Trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật thành Phố Hồ Chí Minh - Tập thể lớp cao học kỹ thuật khí 2015B ln gắn bó đồn kết chia - Ban Giám Đốc, Quản lý, anh em Cơng Nhân CTyCP khí Đồng Lực, tạo điều kiện tối đa trình thực tập nghiên cứu - Gia đình, quan đồng nghiệp ủng hộ tạo điều kiện động viên suốt trình học tập Một lần Học Viên xin chân thành cảm ơn Kính chúc sức khỏe đến tấc ngƣời Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 03 năm 2017 Ngƣời thực Trần Minh Diện v MỤC LỤC Trang tựa TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iv TÓM TẮT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv Chƣơng .1 TỔNG QUAN .1 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu nƣớc nƣớc 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng .8 CƠ SỞ LÝ THUYẾT, TỔNG QUÁT QUI TRÌNH ĐÚC MẪU CHẢY 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Đặc điểm trình đúc mẫu chảy 2.1.2 Vật liệu làm mẫu khuôn tạo mẫu 2.1.2.1 Vật liệu làm mẫu có nhiệt độ chảy thấp 2.1.2.2 Vật liệu làm mẫu khó chảy 10 2.1.2.3 Vật liệu làm mẫu hòa tan 11 2.1.2.4 Khuôn tạo mẫu 12 2.1.3 Vật liệu làm khuôn 13 2.1.3.1 Vật liệu chịu nhiệt 13 vii 2.1.3.2 Chất kết dính 14 2.1.3.3 Chế tạo huyền phù 16 2.2 Tổng quát qui trình đúc mẫu chảy 17 2.2.1 Chế tạo mẫu 18 2.2.2 Chế tạo chùm mẫu 18 2.2.3 Chế tạo khuôn 19 2.2.3.1 Chế tạo vỏ khuôn 19 2.2.3.2 Lấy mẫu khỏi khuôn 21 2.2.4 Nung nóng khn 22 2.2.5 Nấu kim loại 23 2.2.6 Rót kim loại 23 2.2.7 Làm nguội 24 2.2.8 Xử lý sau đúc 24 2.2.8.1 Phá vỏ khuôn 24 2.2.8.2 Tách vật đúc 25 2.2.8.3 Làm vật đúc 25 2.2.8.4 Kiểm tra 26 2.3 Các dạng sai hỏng đúc mẫu chảy 26 Chƣơng 31 PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUI TRÌNH ĐÚC MẪU CHẢY 31 3.1 Ảnh hƣởng trình chế tạo mẫu 31 3.1.1 Ảnh hƣởng chế tạo mẫu 31 3.1.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ độ ẩm môi trƣờng 34 3.2 Ảnh hƣởng trình chế tạo chùm mẫu 36 3.2.1 Cấu tạo chùm mẫu 36 3.2.2 Ảnh hƣởng thiết kế chùm mẫu 37 3.3 Ảnh hƣởng q trình chế tạo khn 42 3.3.1 Ảnh hƣởng chế tạo vỏ khuôn 42 viii 3.3.1.1 Ảnh hƣởng chất bôi trơn mặt khuôn ép mẫu sáp 42 3.3.1.2 Ảnh hƣởng thành phần vật liệu huyền phù 43 3.3.1.3 Ảnh hƣởng vật liệu cát 45 3.3.1.4 Ảnh hƣởng thời gian làm khô vỏ khuôn 46 3.3.1.5 Số lớp vỏ khuôn 47 3.3.1.6 Ảnh hƣởng thao tác tạo vỏ khuôn 49 3.3.2 Ảnh hƣởng trình lấy mẫu khỏi khuôn 52 3.4 Ảnh hƣởng q trình nung nóng khn 54 3.5 Ảnh hƣởng trình nấu kim loại 55 3.6 Ảnh hƣởng q trình rót kim loại 59 3.7 Ảnh hƣởng trình làm nguội 61 3.8 Ảnh hƣởng trình xử lý sau đúc 63 3.8.1 Ảnh hƣởng phá vỏ khuôn 63 3.8.2 Ảnh hƣởng tách vật đúc 63 3.8.3 Ảnh hƣởng làm vật đúc 64 3.8.4 Kiểm tra 65 Chƣơng 66 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHÙM KHUÔN VÀ MÔ PHỎNG CHO VẬT ĐÚC GỐI ĐỠ .66 4.1 Vật đúc gối đỡ 66 4.2 Vật liệu Inox 304 68 4.3 Vật liệu làm mẫu 68 4.4 Khuôn tạo mẫu thiết kế chùm mẫu 68 4.4.1 Khuôn tạo mẫu 68 4.4.2 Thiết kế chùm mẫu kiểm tra 73 4.4.2.1 Thiết kế chùm mẫu 73 4.4.2.2 Kiểm tra khả đậu ngót, chọn mức điền đầy hệ thống rót 76 4.4.2.3 Xác định thời gian điền đầy lịng khn 79 ix 4.5 Thực mô phần mềm Flow 3D version 11 80 4.5.1 Dữ liệu mô 81 4.5.2 Phân tích kết 83 Chƣơng 88 ĐÚC THỰC NGHIỆM VẬT ĐÚC GỐI ĐỠ 88 5.1 Chế tạo mẫu 88 5.2 Chế tạo chùm mẫu 89 5.3 Chế tạo khuôn 89 5.3.1 Chế tạo vỏ khuôn: 89 5.3.2 Lấy mẫu khỏi khuôn 94 5.4 Nung nóng khn 94 5.5 Nấu kim loại 95 5.6 Rót kim loại 95 5.7 Làm nguội 96 5.8 Xử lý sau đúc 97 5.8.1 Phá vỏ khuôn 97 5.8.2 Tách vật đúc 97 5.8.3 Làm vật đúc 98 5.8.4 Kiểm tra 98 Chƣơng 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .106 6.1 Kết luận 106 6.2 Hƣớng phát triển 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO .109 x 12±0,12 12,05 10 28±0,18 (bậc trong) 28,07 11 39±0,18 38,95 12 Ф 86±0,25 86,12 13 Ф 84,5±0,25 84,64 14 Ф 75±0,25 75,08 15 Ф 13,5±0,12 13,56 16 Kiểm tra vị trí tƣơng đối lỗ Ф 14 Đạt yêu cầu dƣỡng - Kiểm tra nhám bề mặt + Thiết bị: hãng Mitutoyo, model SJ – 210 + Thực đo độ nhám mặt phẳng đáy vật đúc bốn vị trí khác nhau, kết giá trị trung bình hai mẫu thử nhƣ sau: Mẫu 1: Ra = 9,099 (μm) Mẫu 2: Ra = 8,919 (μm) + So sánh kết với bảng độ nhám bề mặt chi tiết máy độ nhám bề mặt Ra hai mẫu thử đạt cấp Hình 5.21 Kiểm tra nhám bề mặt - Kiểm tra độ cứng (Quá trình kiểm tra độ cứng, chụp X quang kiểm tra thành phần hóa học thực Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lƣờng Chất Lƣợng 3) 101 + Thiết bị: OFFICINE GALILEO – ITALY Hình 5.22 Kiểm tra độ cứng Rockwell + Kết Bảng 5.4: Kiểm tra độ cứng mẫu Mức chất lƣợng theo mác thép Kết thử không gỉ UNS S30400 304 nghiệm Tên tiêu Nhận Xét (ASTM A240 – 10) Độ cứng Rockwell Max 92 78 Phù hợp Mức chất lƣợng theo mác thép Kết thử Nhận Xét không gỉ UNS S30400 304 nghiệm trung bình HRB Bảng 5.5: Kiểm tra độ cứng mẫu Tên tiêu (ASTM A240 – 10) Độ cứng Rockwell Max 92 81 Phù hợp trung bình HRB Kết đo độ cứng Rockwell B mẫu thử nghiện có số phù hợp với tiêu chuẩnASTM A240 – 10 - Chụp X quang + Thiết bị: Máy chụp ảnh phóng xạ bắng tia X: CME PDUc 250 – 200 kV – mA + Phim: AGFA GEVAERT D7, cỡ 10x20cm 102 + Dây chuẩn: ASTM 1A + Tăng quang: Chì 0,125mm trƣớc sau phim Phim chụp phóng xạ + Rửa phim thủ công + Độ đen: 1,8 – 2,5 + Độ nhạy: dây số + Kết quả: (do phim có kích thƣớc chiều rộng nhỏ mẫu, nên phim chụp đƣợc ghép từ hai mảnh lại với nhau) Hình 5.23 Hai mẫu phim chụp X quang mẫu thử nghiệm Quansát phim kết chụp X quang mẫu thử nghiệm chƣa thấy khuyết tật nhƣ: co ngót hay bọt khí bên vật đúc bên -Kiểm tra thành phần hóa học Thiết bị: SPECTROLAB M12 – GERMANY 103 Hình 5.24 Kiểm tra thành phần hóa học Bảng 5.6: Kiểm tra thành phần hóa học mẫu Mức chất lƣợng Thành phần hóa học theo mác thép Kết khơng gỉ UNS thử S30400 304 nghiệm Nhận Xét (ASTM A240 – 10) Hàm lƣợng cacbon (c) % (m/m) Max 0,07 0,05 Phù hợp Hàm lƣợng mangan (Mn) % (m/m) Max 2,00 0,71 Phù hợp Hàm lƣợng silic (Si) % (m/m) Max 0,75 0,36 Phù hợp Hàm lƣợng photpho (P) % (m/m) Max 0,045 0,026 Phù hợp % (m/m) Max 0,030 0,006 Phù hợp % (m/m) 17,50 – 19,50 Hàm lƣợng lƣu huỳnh (S) Hàm lƣợng crôm (Cr) 104 17,5 Phù hợp Hàm lƣợng niken (Ni) % (m/m) 8,00 – 10,50 Hàm lượng nitơ (N) % (m/m) Max 0.10 8,63 Phù hợp 0,06 Phù hợp Bảng 5.7: Kiểm tra thành phần hóa học mẫu Mức chất lƣợng Thành phần hóa học theo mác thép Kết không gỉ UNS thử S30400 304 nghiệm Nhận Xét (ASTM A240 – 10) Hàm lƣợng cacbon (c) % (m/m) Max 0,07 0,05 Phù hợp Hàm lƣợng mangan (Mn) % (m/m) Max 2,00 0,81 Phù hợp Hàm lƣợng silic (Si) % (m/m) Max 0,75 0,32 Phù hợp Hàm lƣợng photpho (P) % (m/m) Max 0,045 0,022 Phù hợp Hàm lƣợng lƣu huỳnh(S) % (m/m) Max 0,030 0,005 Phù hợp Hàm lƣợng crôm (Cr) % (m/m) 17,50 – 19,50 Hàm lƣợng niken (Ni) % (m/m) 8,00 – 10,50 Hàm lượng nitơ (N) % (m/m) Max 0.10 17,7 Phù hợp 8,42 Phù hợp 0,06 Phù hợp Kết tỉ lệ thành phần hóa học có tƣơng đối đồng hai mẫu, số phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A240 – 10 - Sau kiểm tra phần gia công đúc sản phẩm đƣợc thực thêm bƣớc khoan lỗ lắp núm dầu bơi trơn, tiện kích thƣớc Ф75 lớn lên để lắp ghép vòng bi 105 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Trong trình thực đề tài đƣợc hƣớng dẫn tận tình thầy TS Huỳnh Nguyên Hoàng, hỗ trợ sở vật chất thiết bị Cơng Ty Cổ Phần Cơ Khí Đồng Lực cho trình nghiên cứu đúc thực nghiệm, đóng góp ý kiến bạn bè, em hoàn thành luận văn tốt nghiệp thời gian kế hoạch đƣợc giao Đề tài hoàn thành nội dung sau - Nghiên cứu sở lý thuyết tổng quát qui trình đúc mẫu chảy + Đặc điểm trình đúc mẫu chảy + Vật liệu làm mẫu khuôn tạo mẫu 106 + Vật liệu làm khn + Tổng qt qui trình đúc mẫu chảy + Các dạng sai hỏng đúc mẫu chảy - Thực phân tích rõ cụ thể yếu tố ảnh hƣởng đến qui trình đúc + Ảnh hƣởng trình chế tạo mẫu + Ảnh hƣởng trình chế tạo chùm mẫu + Ảnh hƣởng q trình chế tạo khn + Ảnh hƣởng q trình nung nóng khn + Ảnh hƣởng q trình nấu kim loại + Ảnh hƣởng q trình rót kim loại + Ảnh hƣởng trình làm nguội + Ảnh hƣởng trình xử lý sau đúc - Ứng dụng giải pháp phân tích, mơ cho qui trình sản xuất vật đúc gối đỡ vật liệu Inox 304 với công việc + Thiết kế chùm khuôn, kiểm tra khả đậu ngót nhánh ngang kênh dẫn cho vật đúc, xác định thời gian điền đầy + Thực mơ q trình rót, phân tích mơ q trình rót trƣớc đúc thực nghiệm + Thực đúc thực nghiệm, xử lý sau đúc, kiểm tra đánh giá sản phẩm - Kết quả: Có phù hợp phân tích yếu tố ảnh hƣởng, thiết kế, mơ phỏng, phân tích mơ với kết đúc thực nghiệm nhƣ: Khuôn đúc tạo chất lƣợng khơng bị thủng q trình rót kim loại, sản phẩm tạo với hình dáng thiết kế, sai số khối lƣợng kích thƣớc giới hạn yêu cầu, chƣa phát khuyết tật bên trong, số độ nhám thấp, số độ cứng thành phần hóa học phù hợp với tiêu chuẩn Tuy nhiên sản phẩm cịn có khuyết tật nhỏ bề mặt vết rỗ bề mặt trụ ngồi vết lồi góc, khuyết tật không ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng vật đúc khắc phục đƣợc bƣớc xử lý sau đúc Kết nghiên cứu trình bày tài liệu học tập nghiên cứu cho sinh viên hay tài liệu tham khảo cho nghiên cứu có liên quan Tuy nhiên q trình 107 bày khơng thể có thiếu sót nội dung hình thức, mong đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô bạn đọc 6.2 Hƣớng phát triển Do thời gian có hạn nên em khơng thể thực hồn hảo số nội dung Nếu có điều kiện em nghiên cứu thêm: - Vật liệu cho thêm vào vật liệu khuôn vừa nâng cao chất lƣợng vỏ khn vừa giúp khn khí tốt q trình rót - Phát triển thiết bị kiểm tra chất lƣợng vỏ khuôn… Em hy vọng nghiên cứu tiếp có điều kiện thuận lợi 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] TS Nguyễn Ngọc Hà, phương pháp công nghệ đúc đặc biệt, Nhà xuất đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2008 [2] Nguyễn Xuân Bông – Phạm Quang Lộc, Thiết kế đúc, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1978 [3] PGSTS Nguyễn Hữu Dũng, phương pháp đúc đặc biệt, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [4] Nguyễn Tác Ánh, Giáo trình cơng nghệ kim loại, Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, 2006 [5] PGSTS Nguyễn Hữu Dũng, Kỹ thuật nấu luyện hợp kim đúc, Nhà xuất bách khoa Hà Nội, 2012 [6] TS Dƣơng Trọng Hải, PGSTS Nguyễn Hữu Dũng, PGSTS Nguyễn Hồng Hải, sỡ lý thuyết trình đúc, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 Quá trình nghiên cứu, thực nghiệm sở thiết bị CTyCP Cơ Khí Đồng Lực TIẾNG NƢỚC NGOÀI [7] C.W.Lee, C.K.Chua, C.M.Cheah, L.HTan, C.Feng, Rapid investment casting: direct and indirect approaches via fused deposition modeling, Int J Adv Manuf Technol, 2004 [8] Sarojrani Pattnaik, D Benny Karunakar∗, P.K Jha, Developments in investment casting process—A review, Journal of Materials Processing Technology 212, 2012 [9] Kenneth C Mills, Recommended values of thermophysical properties for selected commercial alloys, Woodhead Publishing Limited Cambridge England, 2002 109 S K L 0 ... cứu Đề tài nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến qui trình đúc mẫu chảy nhằm nâng cao chất lƣợng vật đúc inox 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu - Thực phân tích yếu ảnh hƣởng đến qui trình đúc mẫu chảy Đề xuất... đúc mẫu chảy nƣớc nhƣng chủ yếu để hỗ trợ chung cho ngành đúc mẫu chảy, nghiên cứu cụ thểv? ?các yếu tố ảnh hƣởng đến qui trình đúc mẫu chảy cho vật liệu inox chƣa đƣợc cơng bố Các nghiên cứu nƣớc... biết đến, việc nghiên cứu phân tích yếu tố ảnh hƣởng đến qui trình đúc mẫu chảy cụ thể cho vật liệu inox chƣa đƣợc nghiên cứu công bố Các kết nghiên cứu ngồi nƣớc cơng bố - Có nhiều nghiên cứu đúc