5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
2.2.1 Thành phần hóa học và cơ tính
Thành phần hóa học của thép C45 được chỉ định như dưới đây: Tỷ lệ phần trăm tối đa của Carbon (C) là 0,50%
Tỷ lệ mangan tối đa (Mn) là 0,9 % và tối thiểu là 0,5% Tỷ lệ phần trăm tối đa của phốt pho (P) là 0,03% Tỷ lệ phần trăm tối đa của Silicon (Si) là 0,04% Tỷ lệ phần trăm tối đa của Lưu huỳnh (S) là 0,035% Phần trăm tối đa của Niken (Ni) là 0,4%
Tỷ lệ phần trăm tối đa của Chromium (Cr) là 0,4% Phần còn lại là sắt (Fe) và có ít tạp chất không đáng kể. 2.2.2 Cơ tính của thép C45
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 18
Hình 2.3 Cơ tính của thép C45 [26] 2.2.3 Tiêu chuẩn thiết kế khuôn
- Tiêu chuẩn để xếp tấm, khoảng cách mạch tấm.
+) Chọn khoảng cách lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến lãng phí nguyên liệu, tăng giá thành sản phẩm. Chọn khoảng cách nhỏ hơn tiêu chuẩn khi khuôn hoạt động sẽ sinh ra lực tác dụng ngang làm dao nhanh bị vỡ ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn
- Tiêu chuẩn chọn chiều dày tấm cối (mặt cắt) :
+) Chọn kích thước lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến lãng phí nguyên liệu, gia công lâu, tăng giá thành khuôn. Chọn kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ làm cho tính chịu lực của khuôn giảm ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn
- Tiêu chuẩn sắp xếp vị trí lỗ bulông :
+) Chọn kích thước lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến kích thước khuôn bị lớn tốn nguyên liệu , giá thành khuôn cao.Chọn kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ làm ứng suất tập trung nhiều tại các vị trí lỗ bulông làm cho khuôn dễ vỡ.
- Tiêu chuẩn sắp xếp vị trí lỗ dẫn hướng :
+) Chọn kích thước lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến kích thước khuôn bị lớn tốn nguyên liệu , giá thành khuôn cao. Chọn kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ làm ứng suất tập trung
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 19
nhiều tại các vị trí lỗ dẫn hướng làm cho khuôn dễ vỡ. Tuỳ vào từng kết cấu khuôn người thiết kế có thể quy định xem nên dùng dẫn hướng thường hay dẫn hướng đặc biệt - Tiêu chuẩn kích thước từ mép cắt ra mép khuôn :
+) Chọn kích thước lớn hơn tiêu chuẩn sẽ dẫn đến kích thước khuôn bị lớn tốn nguyên liệu , giá thành khuôn cao. Chọn kích thước nhỏ hơn tiêu chuẩn sẽ làm ứng suất tập trung nhiều tại các vị trí mặt cắt làm cho khuôn rễ vỡ
- Tiêu chuẩn khe hở cắt, khe hở giữa chốt và tấm chạy
+)Chọn khe hở lớn hơn tiêu chuẩn linh kiện khi dập ra sẽ bị bavia, bề mặt linh kiện bị kéo không phẳng. Chọn khe hở nhỏ hơn tiêu chuẩn linh kiện khi dập ra sẽ bị bavia tuổi thọ của khuôn giảm. Khe hở giữa chốt và tấm chạy quy định = 0.05mm/một bên
- Công thức tính lực cho khuôn và lự lò xo. Lực cắt: Là lực dùng phá vỡ nguyên liệu để tạo ra linh kiện, dựa vào lực này để chọn máy cho phù hợp
Công thức: Pc= C*t*d
Pc : Lực cắt. C : Chu vi biên dạng cắt. t : Chiều dày tấm d : Ứng suất cắt ( Tra theo tiêu chuẩn JIS nguyên liệu ) - Lực thao tấm chạy ( lực lò xo trong khuôn )
- Dựa vào lực này để chọn lò xo và bố trí lò xo cho khuôn Pt=3-->7%Pc ( Pt là lực để tháo tấm chạy ). Tiêu chuẩn lò xo: +) Lò xo có tác dụng giúp tấm chạy giữ chặt linh kiện khi làm việc và giúp tháo tấm chạy sau khi làm việc
Công thức tính lực của lò xo : Plx=l*A (Kgf)
+ Plx: Lực nén được của lò xo. l : chiều dài nén được của lò xo + A : áp lực của lò xo trên 1mm ( Phụ thuộc vào từng loại lò xo ) 2.2.4 Thông số lực dập của đồng và nhôm
Thông số lực dập được dựa theo tính chất cơ học của đồng C1100 và nhôm A1050
Bảng 2.2 Tính chất cơ học của nhôm A1050
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 20 Sức chịu nén 0.2%(MPa) 85 105 120 140 35 Độ chịu cắt (MPa) 60 70 80 85 50 Độ đàn hồi (%) 12 10 7 6 42 Độ bền kéo đứt (MPa) 100 105 – 145 130 150 65 -95 Ứng suất phá hủy – 85 – – 20 Độ cứng (HB) 30 34 – 44 20
Độ giãn khi đứt gãy (Min
%) – – – – 12
Bảng 2.3 Tính chất cơ học đồng C1100
Độ cứng
Thí nghiệm độ bền kéo Thí nghiệm uốn
Độ dày (mm) Độ bền kéo (N/mm2) Độ giãn dài (%) Độ dày (mm) Góc uốn 0 0.5 ~ ≤
30 95 min. 35 min. 2 max. 180o
1/4H
0.5 ~ ≤
30 215~275 25 min. 2 max. 180o
1/2H
0.5 ~ ≤
20 245~315 15 min. 2 max. 180o
H
0.5 ~ ≤
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 21
2.3. Độ dẫn điện [27]
2.3.1. Khái niệm
Độ dẫn điện là khả năng của một môi trường cho phép sự di chuyển của các hạt điện tích qua nó, khi có lực tác động vào các hạt. Sự di chuyển có thể tạo thành dòng điện, cơ chế của chuyển động này tùy thuộc vào vật chất. Sự dẫn điện có thể diễn tả bằng định luật Ohm, rằng dòng điện tỷ lệ với điện trường tương ứng, và tham số tỷ lệ chính là độ dẫn điện.Độ dẫn điện cũng là nghịch đảo của điện trở suất ρ:σ = 1/ρ, σ và ρ là những giá trị vô hướng [25].
2.3.2. Đơn vị đo độ dẫn điện
Trong hệ SI σ có đơn vị chuẩn là S/m (Siemens trên mét), các đơn vị biến đổi khác như S/cm, m/Ω•mm² và S•m/mm² cũng thường được dùng, với 1 S/cm = 100 S/m và 1 m/Ω•mm² = S•m/mm² = 106 S/m. Riêng ở Hoa Kỳ σ còn có đơn vị % IACS (International Annealed Copper Standard), phần trăm độ dẫn điện của đồng nóng chảy, 100 % IACS = 58 MS/m. Giá trị độ dẫn điện của dây trần trong các đường dây điện cao thế thường được đưa ra bằng % IACS.[25]
2.3.3. công thức tính hệ số dẫn điện
R= ρ [25] Trong đó: ƍ là điện trở suất(hệ sộ dẫn điện)
L chiều dài vật thí nghiệm S tiết diện vật thí nghiệm
Các đại lượng R, L, S đã cho, sau khi tính được ρ, thì độ dẫn điện σ chính là nghịch đảo của điện trở suất = 1/ ρ.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 22
Bảng 2.4: Độ dẫn điện của một số kim loại ở khoảng 27 °C [25]
Chất dẫn điện Phân loại σ in S/m
Bạc Kim loại 61,39 · 106
Đồng Kim loại ≥ 58,0 · 106
Vàng Kim loại 44,0 · 106
Nhôm Kim loại 36,59 · 106
Natri Kim loại 21 · 106
Wolfram Kim loại 18,38 · 106
Đồng thau (CuZn37) Kim loại ≈ 15,5 · 106
Sắt Kim loại 10,02 · 106
Crom Kim loại 8,74 · 106
Chì Kim loại 4,69 · 106
Than chì (parallel zu Schichten) Phi kim 3 · 106
Nước biển – ≈ 5
Nước máy – ≈ 50 · 10−3
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 23
Chương 3. CHẾ TẠO CỐT NỐI SONG SONG Cu/Al TỪ
TẤM BIMETAL Cu/Al VÀ QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM
3.1 Chuẩn bị
Vật liệu được nghiên cứu và chế tạo mối hàn là tấm hợp kim nhôm A 1050 và đồng C 1100 (thành phần hóa học và các đặc tính cơ học đã được thể hiện cụ thể trong bảng), kích thước mẫu thí nghiệm là 300×100×5 mm. Để đảm bảo mối hàn có chất lượng tốt thì phần cạnh của hai tấm vật liệu tại vị trí mối ghép cần có độ phẳng để tạo ra sự tiếp xúc tốt giữa hai tấm vật liệu.
Sau các bước chuẩn bị và gá đặt việc chế tạo mối hàn sẽ được lập trình tự động với sự hỗ trợ của máy phay đứng CNC. Các bước chế tạo mối hàn được thể hiện trong hình: (1) chốt hàn được điều chỉnh tại ví trí tâm của mối nối, (2) chốt hàn di chuyển xuống xuyên vào phôi hàn với độ sâu nhất định, (3) chốt hàn di chuyển tịnh tiến dọc theo mối nối để tạo thành mối hàn với tốc độ quay của dụng cụ và tốc độ tịnh tiến đã được lập trình, (4) Kết thúc quá trình chốt hàn di chuyển lên và kết quả là tạo ra mối hàn liên tục liên kết hai tấm vật liệu với nhau.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 24
3.2. Chế tạo khuôn dập và quy cách dập
3.2.1 Thiết kế khuôn - Chốt định vị khuôn - Chốt định vị khuôn
- Khuôn Âm
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 25
3.2.2 Chế tạo và gia công khuôn - Vật liệu làm khuôn thép C45 - Vật liệu làm khuôn thép C45
- Gia công khuôn này sẽ được chế tạo với sự hỗ trợ của máy phay đứng CNC hiệu MCV – 410 để chế tạo khuôn mẫu
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 26
Bảng 3.1: Các thông số cơ bản của máy phay đứng CNC MCV - 410
Kiểu máy (Model) MCV-410
Năm (Year) 1986
Hệ điều hành (System control) MELDAS M2
Hành trình (travel) X:740mm; Y:408mm;
Z:510mm Tốc độ trục chính (Spindle
speed) 3500 rpm
Số đầu dao (Number of tool) 20, BT50
Kích thước bàn 150×1000 mm
Trọng lượng (Weight) 4500 Kg
Hình 3.3 : Khuôn sau khi chế tạo
3.2.3 Quy cách dập chi tiết
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 27
Hình 3.4 Máy ép thủy lực 30 tấn
Hình 3.5 Quy cách dập và quá trình tạo ra cốt nối
Hình 3.6 Cốt nối sau khi chế tạo
3.3 Quá trình thí nghiệm kiểm tra chất lượng mối hàn trước khi dập
3.3.1 Các thiết bị sử dụng trong quá trình thí nghiệm 3.3.1.1 Máy đánh bóng bề mặt MA-PP-200M 3.3.1.1 Máy đánh bóng bề mặt MA-PP-200M
Máy được sử dụng đánh bóng bề mặt để kiểm tra chất lượng bề mặt của mối hàn và giúp tạo ra bề mặt mẫu tốt để quan sát cấu trúc tế vi trên kính hiển vi kim loại sau khi tẩm thực. Hình ảnh máy và các thông số kỹ thuật được thể hiện trong bảng
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 28
Hình 3.7: Máy đánh bóng bề mặt MA-PP-200M
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật máy đánh bóng bề mặt MA-PP-200M
Hãng sản xuất Moatech – Hàn Quốc
Năm sản xuất 2004
Đường kính đĩa 200, 250 mm
Tốc độ quay của trục 100÷1500 vòng/phút
Tốc độ quay của đĩa 30÷600 vòng/phút (có thể điều chỉnh)
Số đĩa 2
3.3.1.2 Camera quan sát khuyết tật của mối hàn
Để kiểm tra các khuyết tật xuất hiện trong mối hàn sau khi mối hàn được đánh bóng và tẩm thực, ngoài việc quan sát bằng mắt thường đối với cáckhuyết tật có kích thước lớn thì các khuyết tật nhỏ có thể quan sát trực tiếp qua camera có độ phóng đại 1000x và được kết nối với máy tính thông qua cổng USB, với độ phóng đại lớn các khuyết tật có thể được phát hiện và xác định vị trí dễ dàng. Hình ảnh cụ thể camera được thể hiện trong hình 3.9
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 29
Hình 3.8: Camera quan sát bề mặt mối hàn
3.3.1.3 Kính hiển vi kim loại Olympus-CK40M
Để qua sát cấu trúc tế vi của mối hàn sau khi tẩm thực bằng phương pháp ăn mòn điện hóa, kính hiển vi Olympus-CK40M có camera được sử dụng và được kết nối với máy tính qua USB. Hình ảnh kính hiển vi Olympus-CK40M được thể hiện trong hình và các thông số kỹ thuật được thể hiện trong bảng
Hình 3.9: Kính hiển vi Olympus-CK40M
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của kính hiển vi kim loại Olympus-CK40M
Hãng sản xuất Olympus – Nhật
Độ phóng đại 100÷2400 lần
Hành trình bàn di chuyển 160×250 mm
Độ phóng đại của thị kính 10x, 20x, 30x Độ phóng đại của vật kính 10x, 20x, 50x, 80x
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 30
3.3.1.4 Các hóa chất tẩm thực bề mặt
Để có thể quan sát các khuyết tật xuất hiện trong mối hàn và quan sát cấu trúc tế vi của mối hàn tại mặt cắt ngang sau khi được đánh bóng thì các hóa chất được sử dụng tẩm thực bao gồm: axit hydrochloric (HCl), axit nitric (HNO3), axit phosphoric (H3PO4), axit hydrofuoric (HF). Hình ảnh các hóa chất sử dụng trong quá trình thí nghiệm được thể hiện trong hình
Hình 3.10: Các loại hóa chất được dùng để tẩm thực
3.3.1.5 Máy đo độ cứng Wilson hardness
Máy được dụng để đo độ cứng nhiều vùng tại mặt cắt ngang của mối hàn. Hình ảnh máy đo độ cứng Wilson hardness và các thông số kỹ thuật được thể hiện trong bảng
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 31
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật máy đo độ cứng
Wilson hardness Wilson hardness Thôngsố kỹ thuật Thang đo độ cứng Hv Tải trọng đo 10 Độ phân giải (2000)gF Vật kính tiêu chuẩn EN-ISO 6507 Hình 3.11: Máy đo độ cứng Wilson hardness
3.3.1.6 Máy kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn INSTRON-3366
Để kiểm tra độ bền kéo, uốn của mối hàn, thiết bị được sử dụng là máy kéo, nén Instron-3366. Thiết bị cho phép xuất kết quả thông qua việc kết nối với máy tính. Hình ảnh máy kéo, nén Instron-3366 và các thông số kỹ thuật được thể hiện trong bảng
Hình 3.12: Máy kéo, nén Instron-3366
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 32
Hãng sản suất Instron – Mỹ
Thang đo lực 100:1
Độ chính xác 0,5%
Lực kéo tối đa 10 kN
Tốc độ kéo tối đa 500 mm/phút
Phần mềm điều khiển Bluehill Lite (version 2,22) 3.3.1.7 Máy kiểm tra thí nghiệm độ bền va đập Tinius Olsen IT-406E
Để thử độ bền va đập của mối hàn ở các vị trí khác nhau, thiết bị được sử dụng là máy va đập Tinius Olsen IT-406E. Thông số máy va đập Tinius Olsen IT-406E được thể hiện trong bảng và hình ảnh máy va đập Tinius Olsen IT-406E được thể hiện trong hình
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật máy
va đập Tinius Olsen IT-406E Hãng sản xuất Tinius Olsen – Mỹ
Công suất con lắc 406 J Chiều cao thả con lắc 1,5 m Tốc độ va đập 5,5 m/s Khối lượng con lắc 27 kg Kích thước máy (mm) 21085081804 Khối lượng máy 736 kg
Hình 3.13: Máy va đập
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 33
3.3.1.8 Máy kiểm tra thí nghiệm độ dẫn điện CRM 200B+
Để thư độ dẫn điện của mối hàn ở các vị trí khác nhau, thiết bị được sử dụng là máy CRM 200B+. Thông số máy đo độ dẫn điện CRM 200B+ được thể hiện trong bảng và hình ảnh máy đo độ dẫn điện CRM 200B+ được thể hiện trong hình
Hình 3.14: Máy đo độ dẫn điện CRM 200B
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật máy đo độ dẫn điện CRM 200B+
Tham số CRM 200B +
Kiểm tra hiện tại 200A cộng. Dòng kiểm tra cao điểm sẽ do điện trở tải quyết định, tuy nhiên đảm bảo tối thiểu 200A Phạm vi kháng cự 0 - 200µΩ, 2000µΩ, 20mΩ, Tự động sắp xếp Độ phân giải 0,01µΩ, 0,1µΩ & 1µΩ cho phạm vi trên tương ứng
Sự chính xác Giá trị ± 1% ± 1 chữ số
Điện áp đầu ra (tối đa) 17,5V DC
Chế độ hoạt động Stand Alone & PC Control
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 34
Môi trường 0 đến 50 ° C, lên đến 95% RH (không ngưng tụ)
Kích thước 340 x 295 x 155 mm
Cân nặng 5kg
3.3.2 Quá trình thí nghiệm
3.3.2.1 Chọn số lượng mẫu và chế tạo mẫu thí nghiệm
Để đạt được kết quả thí nghiệm chính xác thì việc bố trí, chọn số lượng mẫu và thiết kế, chế tạo mẫu là khâu rất quan trọng. Dựa vào các thông số kỹ thuật của các thiết bị thí nghiệm thì mẫu thí nghiệm được thiết kế theo tiêu chuẩn ASTM. Số lượng mẫu thí nghiệm được thể hiện trong bảng. Cần độ tin cậy chính xác cho nên lấy mẫu nước ngoài về tạo mẫu và thí nghiệm, để lấy các kết quả so sánh với nhau
Bảng 3.8: Số lượng mẫu thí nghiệm cốt nối
Mẫu thí nghiệm Số lượng Tiêu chuẩn
1 - Mẫu thử kéo 3 mẫu ASTM-E08
2 - Mẫu thử va đập 3 mẫu ASTM-E23
3 - Mẫu cấu trúc tế vi và
độ cứng 1 mẫu
4 - Mẫu thử uốn 3 mẫu ASTM-E290
5 – Mẫu thử vết nứt 3 mẫu ASTM-E1290
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 35
Hình 3.15: Chế tạo mẫu thí nghiệm cốt nối (cắt từ cốt nối)
Phương pháp được chọn để chế tạo mẫu thí nghiệm là cắt dây trên máy CNC để đảm bảo được độ chính xác cao nhất và kết quả thí nghiệm được chính xác nhất.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trang 36
Hình 3.16: Chế tạo mẫu thí nghiệm bằng máy cắt dây CNC
Hình 3.17: Mẫu cốt nối
3.3.2.2 Kiểm tra lỗi và quan sát cấu trúc tế vi của mối hàn