CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
4.3. Kết quả nghiên cứu độ mài mòn 1 Thiết bịđo độ mài mòn
Thiết bị kiểm tra máy thử độ mài mòn UMT-3T (Leader I Mechanical and Tribology Test Equipment) của USA được mô tảở (hình 4.10), tiến hành kiểm tra tại phòng thí nghiệm tại Học Viện Kỹ thuật Quân sự. Là hệ thống nghiên cứu về ma sát – mài mòn – bôi trơn hiện đại, dẫn động điều khiển bằng máy tính với độ chính xác cao, độ phân giải cao, hiển thị và phân tích kết quả bằng phần mềm tích hợp. Thí nghiệm được thực hiện bao gồm: đo hệ ma sát của một cặp vật liệu, đo mài mòn của vật liệu. Nhằm đánh giá khả năng mòn kim loại của các mẫu, khảo sát trong điều kiện mài mòn nhanh thông qua các mẫu thử là phôi dao hàn đắp Plasma bột hợp kim cacbit vonfram.
Hình 4.10. Thiết bị nghiên cứu mài mòn
Thông số kỹ thuật của thiết bị nghiên cứu mài mòn UTM-3T: * Khối chính bao gồm:
- Hệ thống tải
- Khả năng tải: 2 ÷ 100N - Điều khiển động cơ Servo AC - Cảm biến tải trọng
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 68
- Ray trượt
- Hành trình điều khiển: 0.5 ÷ 5mm - Tần số: 0.1 ÷ 10Hz
* Phần điều khiển mài mòn:
- Hệ thống điều khiển được thiết kế với điều khiển linh hoạt và đáp ứng các nhu cầu của người sử dụng có thể thay đổi các yêu cầu thử nghiệm.
- Chức năng tải ma sát. - Chức năng tính toán hệ số ma sát. - Chức năng hiển thị sự mài mòn. - Chức năng tốc độ. - Chức năng thời gian. - Tốc độ lấy mẫu: 0.1 ÷ 50Hz. - Nguồn điện: 220V - 1 KW. 4.3.2. Kết quả nghiên cứu độ mài mòn
Khi kết quả được phầm mềm tải ra, học viên lựa chọn một kết quả cần khảo sát như sau: chiều sâu mòn, nhiệt độ tiếp xúc, hệ số ma sát, âm thanh tiếp xúc và công thức tính toán thực nghiệm các kết quả khảo sát.
Kết quả thí nghiệm được lưu lại dưới dạng file text.
Khi kết quảđược phầm mềm tải ra, lựa chọn các kết quả muốn khảo sát bằng cách Click chọn vào các mục tương ứng cần khảo sát.
Để lưu lại các kết quả dưới dạng đồ thị thì người dùng phải chụp màn hình và lưu lại dưới dạng file ảnh, dùng cho báo cáo kết quả thí nghiệm sau này.
Khi kết quả được phầm mềm tải ra, lựa chọn các kết quả muốn khảo sát bằng cách Click chọn vào các mục tương ứng dưới dạng đồ thị được thể hiện trong (hình 4.11 đến hình 4.22).
- Kết quả chiều sâu mòn của dao hàn đắp so với thời gian:
Được lưu lại dưới dạng đồ thị trên thiết bị nghiên cứu ma sát UTM – CETR của Mỹ tại phòng thí nghiệm Cơ học Máy – Khoa Cơ Khí- Học Viện Kỹ thuật Quân sự.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 69
Hình 4.11. Mối quan hệ giữa chiều sâu mòn của mẫu thử hàn đắp với thời gian
Hình 4.12. Kết quả mô phỏng chiều sâu mòn mẫu thử hàn đắp với thời gian
Thông qua các kết quả chiều sâu mòn của phôi dao hàn đắp so với thời gian ta nhận thấy chiều sâu mòn ban đầu là san phẳng các nhấp nhô bề mặt của mẫu thử hàn đắp sau khi gia công trong khoảng thời gian từ (0 ÷ 115) giây. Đến thời điểm 115 giây thì mòn bắt đầu xuất hiện. Sau khoảng thời gian 115 giây thì chiều sâu mòn tăng dần trong suốt thời gian còn lại của quá thử nghiệm chiều sâu mòn. Việc ghi số liệu và kết quả thực nghiệm hoàn toàn tựđộng bằng phần mềm. Phần mềm có các modul
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 70
nội suy ra kết quả dưới dạng phương trình ( có nhiều dạng phương trình) nên tôi chọn dạng tuyến tính và phương trình mòn do phần mềm tính toán ra như công thức sau:
Z =2,64.10-6T + 27,134 Trong đó: Trong đó:
2,64.10-6: là hệ số cường độ mòn (mm/giây) T: thời gian (giây)
27,134: là mốc ban đầu do máy lựa chọn ngẫu nhiên Z: là chiều sâu mòn (mm)
- Kết quả chiều sâu mòn của dao Trung Quốc với thời gian
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 71
Hình 4.14. Kết quả mô phỏng chiều sâu mòn dao Trung Quốc với thời gian
Dựa vào kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chiều sâu mòn đối với thời gian học viên nhận thấy chiều sâu mòn của dao xén giấy do Trung Quốc sản xuất độ mài mòn lúc đầu rất thấp và gần như không mòn trong khoảng thời gian từ (0 ÷ 41) giây, sau khoảng thời gian 41 giây thì chiều sâu mòn diễn ra liên tục và tăng dần theo thời gian của quá trình thử nghiệm chiều sâu mòn. Việc ghi số liệu và kết quả thực nghiệm hoàn toàn tự động bằng phần mềm. Phần mềm có các modul nội suy ra kết quả dưới dạng phương trình (có nhiều dạng phương trình) nên tôi chọn dạng tuyến tính và phương trình mòn do phần mềm tính toán ra như công thức sau:
Z = 5,24.10-5.T + 27,153 Trong đó: Trong đó:
5,24.10-5: là hệ số cường độ mòn (mm/giây) T: thời gian (giây)
27,153: là mốc ban đầu do máy lựa chọn ngẫu nhiên Z: là chiều sâu mòn (mm)
- Kết quả nhiệt độ tiếp xúc của dao hàn đắp với thời gian
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 72
Hình 4.16. Kết quả mô phỏng nhiệt độ của mẫu thử hàn đắp với thời gian
Trong khoảng thời gian 44 giây đầu tiên nhiệt độ không thay đổi nhiều, sau khoảng thời gian này có sự thay đổi nhiệt độ và kết quả nhiệt độ của dao hàn đắp so với thời gian được thực hiện hoàn toàn tựđộng bằng phần mềm và phương trình tính toán nhiệt độ theo công thức sau: TT = 4,29.10-4.T + 35,586
Trong đó:
4,29.10-4: là hệ số tăng nhiệt (0F/giây) T: thời gian (giây)
35,586: là nhiệt độ thí nghiệm ban đầu của máy (0F) TT: là nhiệt sinh ra (0F)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 73
- Kết quả nhiệt độ tiếp xúc của dao Trung Quốc với thời gian
Hình 4.17. Mối quan hệ giữa nhiệt độ của dao Trung Quốc với thời gian
Hình 4.18. Kết quả mô phỏng nhiệt độ dao Trung Quốc với thời gian
Trong khoảng thời gian 29 giây đầu tiên nhiệt độ không thay đổi nhiều, sau khoảng thời gian này có sự thay đổi nhiệt độ và kết quả nhiệt độ của dao Trung Quốc so với thời gian được thực hiện hoàn toàn tự động bằng phần mềm và phương trình tính toán nhiệt độ theo công thức sau: TT = 9,79.10-4.T + 34,488
Trong đó:
9,79.10-4: là hệ số tăng nhiệt (0F/giây) T: thời gian (giây)
34,488: là nhiệt độ thí nghiệm ban đầu của máy (0F) TT: là nhiệt sinh ra (0F)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 74
- Kết quả hệ số ma sát của dao hàn đắp và dao Trung Quốc với thời gian
Hình 4.19. Mối quan hệ giữa hệ số ma sát của phôi dao hàn đắp và dao xén Trung Quốc với thời gian
Hệ số ma sát của phôi dao hàn đắp thấp và ổn định hơn so với dao xén Trung Quốc trong cùng khoảng thời gian và điều kiện thí nghiệm.
- Kết quả âm thanh tiếp xúc của dao hàn đắp và dao Trung Quốc với thời gian
Hình 4.20. Mối quan hệ giữa âm thanh tiếp xúc của phôi dao hàn đắp và dao xén Trung Quốc với thời gian
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 75
Âm thanh tiếp xúc của dao hàn đắp không ổn định và tăng liên tục so với thời gian, trong khi đó âm thanh tiếp xúc của dao Trung Quốc ổn định và thấp hơn so với dao hàn đắp trong cùng điều kiện thí nghiệm.
- Kết quả các thông số khảo sát của dao hàn đắp với thời gian
Hình 4.21. Mối quan hệ của các thông số mẫu thử hàn đắp với thời gian
- Kết quả các thông số khảo sát của dao Trung Quốc với thời gian
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 76
Bảng 4.2. Kết quảđo các thông số của mẫu thử hàn đắp và dao Trung Quốc
Thông số Mẫu thử hàn đắp Dao Trung Quốc
Hệ số ma sát 0,295 0,299 Chiều sâu mòn (mm) Z = 2,64.10-6.T +27,134 Z = 5,24.10-5.T +27,153 Âm thanh tiếp xúc ( Volt) 2,025 1,493 Nhiệt độ (0F) TT = 4,29.10-4.T + 35,586 TT = 9,79.10-4.T + 34,488 4.4. Kết luận Chương 4 - Tổ chức tế vi của lớp đắp chủ yếu là cacbit kim loại với độ bền và độổn định cao có khả năng chịu mài mòn tốt và làm việc ổn định với tần số cao.
- Vùng ảnh chuyển tiếp giữa cấu trúc của kim loại đắp và vùng hưởng nhiệt tương đối nhỏ nên không gây ảnh hưởng đến chât lượng lớp đắp nên vùng này có độ cứng giảm. Cấu trúc tinh thể lớn đảm bảo khả năng làm việc lâu dài của chi tiết trong suốt giai đoạn khai thác lớp bề mặt chịu mài mòn.
- Độ cứng của lớp đắp đạt được cao chứng tỏ quá trình hàn diễn ra ổn định, các thông số công nghệ và kỹ thuật hàn cũng như thiết bị hàn rất tin cậy.
- Độ chịu mài mòn của mẫu hàn đắp tốt hơn so với dao xén giấy của Trung Quốc trong cùng điều kiện thí nghiệm.
- Hệ số ma sát của dao hàn đắp nhỏ hơn so với mẫu thử dao xén Trung Quốc trong cùng điều kiện thí nghiệm.
- Âm thanh tiếp xúc của mẫu thử hàn đắp lớn hơn dao xén giấy Trung Quốc trong cùng điều kiện thí nghiệm.
- Nhiệt độ sinh ra của mẫu thử hàn đắp lớn hơn so với dao Trung Quốc trong cùng điều kiện thí nghiệm.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 77
KẾT LUẬN
Nghiên cứu chế tạo dao xén giấy bằng công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp kim cacbit vonfram trên nền thép C45 là một nhiệm vụ có tính thực tiễn và cấp thiết trong sản xuất công nghiệp. Từ kết quả của luận văn có thể rút ra một số kết luận sau đây:
1. Hoàn thiện và thiết lập được Quy trình công nghệ chế tạo dao xén giấy bằng công nghệ hàn đắp Plasma với miền các thông số của quá trình hợp lý, đảm bảo chất lượng dao xén giấy trong điều kiện trang thiết bị sẵn có tại Việt Nam: dòng điện hàn: 100 ÷ 120A, điện áp hàn: 24 ÷ 26V, tốc độ hàn: 50 ÷ 60m m/ph, khoảng cách đầu hàn: 15 ÷ 20mm.
2. Xác định được nhiệt độ nung nóng trước khi hàn: 250 ÷ 2900C.
3. Các vùng tổ chức của chi tiết sau khi hàn đắp Palasma với bột hợp kim Cacbit Vonfram được nghiên cứu thông qua cấu trúc tế vi là: vùng kim loại đắp, vùng chuyển tiếp ảnh hưởng nhiệt và vùng chuyển tiếp sang vùng kim loại nền. Liên kết giữa các vùng là liên kết nóng chảy hoàn toàn nhờảnh hưởng của hồ quang Plasma, đảm bảo tốt cho điều kiện làm việc của dao xén giấy. Vùng ảnh hưởng nhiệt ở mép của chi tiết có chiều hướng gia tăng do hiệu ứng truyền nhiệt kém hơn so với bên trong phần dày hơn của chi tiết.
4. Kết quả kiểm tra cho thấy kim loại đắp có độ cứng trung bình đạt được lớn hơn so với công bố của nhà sản xuất vật liệu (1479,7 ÷ 1648,6HV), giá trị độ cứng trong lớp đắp là tương đối cao còn phía trong nền có độ cứng khá thấp, điều này được giải thích rằng tại vùng ảnh hưởng nhiệt có sự suy giảm độ bền và độ cứng do hiện tượng quá nhiệt gây ra. Qua đó cho thấy rằng chế độ công nghệ hàn đã thực hiện là tương đối tốt, quá trình hàn ổn định, thiết bị hàn rất tin cậy.
5. Độ chịu mài mòn của mẫu thử hàn đắp tốt hơn so với dao xén giấy của Trung Quốc trong cùng điều kiện thí nghiệm.
6. Hệ số ma sát của dao hàn đắp thấp hơn so với dao của Trung Quốc trong cùng điều kiện thí nghiệm.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 78