4.3.4.1. Mạ kim loại vào bề mặt của xilanh
Phương pháp mạ nhằm phục hồi lại kích thước hình học ban đầu của các chi tiết trong cụm xilanh – piston, để đảm bảo các tính năng kỹ thuật của nó trong quá trình làm việc. Ta sử dụng phương pháp mạ Crôm vào bề mặt trong và ngoài của xilanh. 1. Chuẩn bị bề mặt mạ:
Làm sạch chi tiết khỏi dầu, gỉ, vết bẩn.
Gia công cơ để đưa hình dạng, bề mặt chi tiết về hình dạng đúng. Kiểm tra các kích thước, xác định thời gian mạ cần thiết.
Cách điện bề mặt không cần mạ (nếu có) bằng vải cách điện hoặc sơn cách điện.
Xâm thực bề mặt mạ bằng các phương pháp: Phương pháp hoá học:
Dùng dung dịch có thành phần: Na3O4 (40 ÷ 50) g + NaOH (10 ÷ 12) g + Na2SiO3 (25 ÷ 35) g, cho 1 lít dung dịch. Thả chi tiết vào và đun nóng đến nhiệt độ (60 ÷ 70) oC trong vòng từ (3 ÷ 5) phút.
Phương pháp điện hoá học:
Dùng dung dịch có thành phần: NaOH (30 ÷ 35) g + Na2CO3 (50÷70) g + Na2SiO3 (2 ÷ 3) g, cho 1 lít dung dịch. Chi tiết đóng vai trò là anốt, dùng dòng điện một chiều có mật độ dòng DK = (6 ÷ 10) KA/m2, to = ( 60 ÷ 70) oC đun nóng trong thời gian (5 ÷ 6) phút, sau đó đảo cực và giữ trong (1 ÷ 2) phút.
Xâm thực ngay trong bể điện phân:
Dùng dòng điện một chiều có mật độ dòng DK = (0,8 ÷ 1,2) KA/m2, nhiệt độ dung dịch = (60 ÷ 70) oC trong thời gian (1 ÷ 2) phút. Đây là phương pháp duy nhất cho bề mặt dung dịch sạch hoàn toàn.
Lưu ý:
Bề mặt mạ cần được làm sạch, bề mặt không cần mạ được bọc kín cách điện. Công việc này có tính chất quyết định khả năng bám của kim loại mạ vào bề mặt chi tiết.
Đối với dung dịch mạ thì ta thường sử dụng hỗn hợp: H2SO4 + CrO3 + H2O (với tỉ lệ: H2SO4/ CrO3 = 1/100).
Sự thay đổi của nồng độ dung dịch mạ sẽ dẫn đến sự thay đổi về tính chất của lớp mạ. Ta có thể thấy được điều này qua bảng sau:
CrO3 (g/lít) H2SO4 (g/lít) Tính chất lớp mạ
300 ÷ 400 1,5 Trang trí
Lưu ý: Nồng độ thấp, tốc độ bám chậm, năng suất thấp nhưng khả năng bám chắc. Ngược lại, nồng độ cao, tốc độ bám tăng, năng suất cao song khả năng bám kém. Vì vậy, ta có thể căn cứ vào bảng này để chọn nồng độ dung dịch mạ cho thích hợp với từng bề mặt chi tiết.
2. Nguyên lý quá trình mạ
Hình 4.12. Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ Bảng 4.8. Các chi tiết sơ đồ nguyên lý quá trình mạ
STT Tên chi tiết STT Tên chi tiết
1 Chi tiết (catốt) 4 trong của bể mạ
2 Điện cực không tan (anốt) 5 Nươc (dầu) đun nóng 3 Dung dịch điện phân 6 Vỏ ngoài bằng thép
Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường gây ra bởi các bản cực 1 (anốt) và 2 (catốt), các ion dương trong dung dịch điện phân sẽ đến bám vào bề mặt catốt (cực âm) và các ion âm sẽ đến bám vào bề mặt anốt (cực dương). Trên catốt, các ion dương nhận thêm điện tử để trở thành các nguyên tử trung hoà về điện, giải phóng hydro ra khỏ dung dịch. Các nguyên tử kim loại này sẽ bị giữ lại trên bề mặt catốt tạo nên một lớp kim loại, phủ lên bề mặt chi tiết.
Theo lý thuyết, lượng kim loại bám trên chi tiết tỉ lệ với cường độ dòng điện và thời gian điện phân:
Trong đó:
m: khối lượng kim loại bám trên bề mặt chi tiết, g. i: cường độ dòng điện, A
t: thời gian điên phân, h
C: đương lượng điện hoá, g/A.h. Với Crôm: C=0,33235 (g/A.h).
Nhưng trong quá trình mạ, ta thường sử dụng điện cực không tan (anốt làm bằng hợp kim chì – Ăngtimoan để không bị tan vào dung dịch mạ, ảnh hưởng đến nồng độ của dung dịch), nên sẽ có hiện tượng hoà tan trở lại kim loại mạ vào dung dịch, làm cho giảm lượng kim loại bám trên bề mặt chi tiết. Do vậy, chiều dày lớp kim loại bám trên bê mặt chi tiết trên thực tế ít hơn và được tính theo công thức :
5. . . . . . 10 . k C D t h α ρ = , mm (4.6) Trong đó: h: chiều dày lớp đắp, mm. DK: Mật độ dòng điện, k I D S = , A/dm2. S: Diện tích catốt, m2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
s: Khối lượng riêng kim loại mạ, g/cm3.
α: Lượng hoà tan kim loại trở lại dung dịch, với Crôm: α = (10 ÷ 13) %. 3. Lựa chọn các thông số cần thiết
Mật độ dòng điện mạ DK = (15 ÷ 100) A/dm2. Để cho lớp mạ chịu mài mòn, cứng thì chọn DK = (50 ÷ 70) A/dm2.
Điện áp mạ: Um = (6 ÷ 9) V.
Nhiệt độ dung dịch điện phân trong khoảng: to = (35 ÷ 70) oC, hay dùng nhất là to = (57oC 1) oC. Thời gian mạ: 5 . .10 . .k h t C D ρ α = ,h (4.7) Trong đó: h: chiều dày lớp đắp, mm.
ρ: Khối lượng riêng của Crôm, ρ = 6,92 g/cm3.
h: Chiều dày lớp kim loại bám trên bề mặt chi tiết, mm. C: Đương lượng điện hoá, C = 0,3235 g/A.h.
α: Lượng hoà tan kim loại từ catốt vào dung dịch, α = (13 ÷ 15) %.
Vị trí đặt chi tiết trong bể mạ: Chi tiết phải được ngập hoàn toàn trong bể mạ, phía trên cách mặt thoáng (50 ÷ 100) mm, phía dưới cách mặt đáy (50 ÷ 100) mm. Chiều sâu nhúng anốt và catốt trong dung dịch phải đều nhau để nhận được lớp kim loại mạ đều.
Khoảng cách từ anốt đến catốt: Khoảng cách này là (100 ÷ 200) mm, nếu khoảng cách gần quá thì lớp mạ sẽ bị xốp, nên khoảng cách thích hợp nhất là 150 mm.
Tỷ số giữa diện tích bề mặt anốt SA và diện tích bề mặt catốt SK: 1 1,5 1,8 K A S S = ÷ (4.8)
Ngoài ra, ta lưu ý rằng khi có sự thay đổi về nhiệt độ dung dịch và mật độ dòng điện sẽ làm cho kim loại mạ có tính chất khác nhau, điều này được thể hiện qua bảng:
Dk, (A/dm2) t, (oC) Tính chất lớp mạ 50 ÷ 70 45 ÷ 50 Độ cứng cao, dòn, lớp mạ màu xám.
50 50 ÷ 55 Độ cứng cao, dòn, có tính chống mòn, lớp mạ màu sáng chói.
20 ÷ 30 60 ÷ 70 Dẻo, thích hợp điều kiện làm việc với tải trọng đổi dấu, lớp mạ màu sữa.
4. Gia công sau khi mạ
Sau khi mạ, chi tiết được rửa trong bể khử dầu và trung hoà axít với nồng độ: NaOH (20 ÷ 30) g/l + Na2SiO3 (10 ÷ 20) g/l + Na2CO3 (25 ÷ 30) g/l, ở nhiệt độ (60 ÷ 70) oC, trong khoảng thời gian (3 ÷ 4) phút.
Sau đó đưa đi gia công cơ khí, ta sử dụng nguyên công tiện tinh. Đối với bề mặt ngoài của xylanh có thể sử dụng nguyên công mài tinh, nhưng bề mặt lỗ A không được sử dụng phương pháp mài tinh vì nó có thể để lại các hạt mài sót lại trên chi tiết sau khi gia công xong.
4.3.4.2. Hàn đắp bề mặt ngoài của xilanh bằng phương pháp hàn đắp dao động
Hàn là một trong những phương pháp sửa chữa chi tiết phổ biến nhất, nó gồm ba dạng sau:
Hàn nối: áp dụng đối với các chi tiết gãy, vỡ hoặc sửa chữa thay thế các thanh trong hệ thống khung, giá, dầm, giàn, bệ máy.
Hàn đắp: bổ xung thêm một lượng kim loại cần thiết cho các chỗ mòn, sứt, nứt của chi tiết, hoặc đắp thêm kim loại khi cân bằng chi tiết chuyển động quay.
Hàn lấp: lấp kín các lỗ, các khe rãnh của chi tiết, để tăng thêm tiết diện chịu lực khi phải gia công các lỗ hoặc rãnh trên vị trí khác nhau của chi tiết.
Như vậy, đối với sự mòn của bề mặt ngoài xilanh thì ta có thể sử dụng phương pháp hàn đắp dao động để phục hồi khả năng làm việc của nó. Đây là phương pháp hàn đắp được thực hiện trên máy và có luồng chất lỏng bảo vệ, làm mát vùng hàn, nên sẽ tránh được tác dụng của Oxi và Nitơ. Phương pháp hàn có thể đắp thêm một lớp kim loại dày từ (0,8 ÷ 2,5) mm vào chỗ mòn của bề mặt ngoài của xilanh mà không làm xilanh bị cong vênh. Đặc biệt do chiều sâu lớp bề mặt bị lung nóng ít, chỉ
đạt (0,1 ÷ 2) mm, nhiệt độ xilanh trong quá trình hàn từ (40 ÷ 80) oC, nên tính chất lý hoá và thành phần hoá học của vật liệu xilanh tương đối ổn định. Ngoài ra, lượng kim loại hao phí của phương pháp hàn này thấp, chất lượng lớp kim loại hàn cao khi dùng nguồn điện ngược chiều và đấu ngược.
Lưu ý: Trước khi tiến hành hàn đắp kim loại vào bề mặt ngoài của xilanh thì ta phải làm sạch bề mặt này khỏi bụi bẩn, các tạp chất hoá học bám lên nó và loại bỏ hết lớp chiều sau gỉ đến tận cùng lớp kim loại cơ sở của xilanh.
1. Sơ đồ nguyên lý của quá trình hàn đắp dao động
Hình 4.13. Sơ đồ nguyên lý của quá trình hàn đắp dao động Bảng 4.9. Các chi tiết trong sơ đồ nguyên lý quá trình hàn đắp dao động
STT Tên chi tiết STT Tên chi tiết
1 Chi tiết 5 Bộ dẫn động dây hàn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2 Dây hàn 6 Vòi tưới làm mát
3 Bộ dao động 7 Bơm nước
4 Nam châm điên 8 Thùng nước
Chi tiết phục hồi sửa chữa (1) được lắp trên mâm cặp của máy tiện và được dẫn động quay. Bộ dao động (3) gắn trên bàn xe dao và chuyển động dọc theo trục của chi tiết, dây hàn (2) được nối với cực dương của dòng điện không đổi có điện áp từ (14 ÷ 24) V. Dưới tác dụng lực hút của nam châm điện (4), bộ dao động (3) và sợi dây hàn (2) sẽ dao động với biên độ từ (1 ÷ 3) mm, tần số (50 ÷ 100) lần dao động/giây. Khi sợi dây hàn (2) chạm vào chi tiết (1) rồi tách ra, nó phóng điện tạo hồ quang, dây hàn (2) bị nóng chảy và phủ một lớp kim loại lỏng trên bề mặt chi tiết.
nhiều lớp. Vì vậy, sau khi hàn đắp lớp thứ (2) hoặc thứ (3), ta lên gia công (tiện) đạt độ bóng cần thiết, sau đó lại tiếp tục hàn đắp. Để nâng cao năng suất hàn, ta có thể sử dụng hai que hàn, dao động của hai que hàn này lệch nhau một góc 180o.
Lưu ý: khi đắp đủ chiều dày kích thước ban đầu của xilanh thì ta cần phải đắp thêm một lượng dư gia công. Lượng dư gia công lấy từ (0,6 ÷ 1,2) mm.
2. Lựa chọn các thông số cần thiết Dây hàn và chế độ hàn
Nếu ta chọn vật liệu dây hàn có hàm lương cácbon nhiều thì lớp kim loại đắp sẽ có độ cứng cao, tuy nhiên nó cũng dễ nứt và độ bền mỏi giảm. Vì vậy, ta chọn dây hàn có ký hiệu Y7 hoặc Y8 có độ cứng (25 ÷ 65) HRC, hàm lượng cácbon < 0,4%.
Đường kính dây hàn
Đường kính dây hàn được lựa chọn tuỳ thuộc vào chiều dày lớp đắp và công suất máy hàn.
Giả sử, chiều dày lớp đắp là h, đường kính dây hàn là dd thì: Nếu h < 1 mm, thì chọn dd = (1 ÷ 1,6) mm.
Nếu h = (1 ÷ 2) mm, thì chọn dd = (1,5 ÷ 2,5) mm. Nếu h > 2 mm, thì chọn dd = (2 ÷ 2,5) mm.
Với quá trình hàn đắp này thì ta chọn chiều dày lớp đắp h = (1 ÷ 2) mm và đường kính dây hàn dd = 1,5 mm.
Lưu ý:
Trong quá trình hàn, sợi dây hàn luôn được đưa xống để chạm vào xilanh tạo hồ quang. Đây là một việc hết sức quan trọng, nếu tốc độ dây đi xuống lớn, đầu que hàn bị đốt cháy nhanh, tạo thành cục kim loại lớn, chưa kịp nóng chảy hoàn toàn đã bị rơi vào vùng hàn, làm chất lượng lớp đắp kém. Nếu tốc độ dây đi xuống nhỏ, lớp đắp không kịp điền đầy, có khả năng tạo thành lỗ rỗng trong lớp đắp, cũng giảm chất lượng lớp đắp. Vì vậy, khi dd = (1,5 ÷ 2,5) mm, nếu điện áp hàn U ≤ 15 V thì chọn vận tốc dẫn sợi dây Vd = (35 ÷ 40) m/h, nếu U > 15 V thì chọn Vd = (45 ÷ 100) m/h. Vận tốc đắp được tính: 2 1 0,785. . . . . . da d d V d V h S a η = (4.9) Trong đó: dd: đường kính dây hàn, mm. Vd: vận tốc sợi dẫn dây, m/h. h: chiều cao lớp kim loại đắp, mm. S: bước đắp, mm/vòng.
a: hệ số kể đến sự sai lệch que hàn trong kim loại đắp, η = (0,8 ÷ 0,9) Dung dịch làm mát
Thành phần dung dịch làm mát gồm: (50 ÷ 60) g/lít Ca(OH)2, (10 ÷ 15) g/lít dầu công nghiệp 30 hoặc dầu công nghiệp 45 tính cho một lít nước.
Lưu ý:
Dung dịch làm mát không nên tưới trực tiếp vào vị trí hàn đắp (vị trí ngọn lửa hồ quang), vì nó dễ làm ngọn lửa hồ quang kém ổn định và gây biến dạng, nứt lớp kim loại đắp. Khoảng cách từ vòi tưới đến ngọn lửa hồ quang chọn từ (15 ÷ 35) mm và cần tạo nhiều tia nhỏ xung quanh vùng hàn để tránh phá vỡ sự ổn định của quá trình.
3. Gia công sau khi hàn
Sau khi hàn đắp, ta có thể dùng phương pháp tiện hoặc mài để đạt kích thước tiêu chuẩn và độ bóng yêu cầu.
4.3.4.3. Phục hồi bề mặt ngoài của xilanh bằng phương pháp phun kim loại
1. Đặc điểm và nguyên lý của phương pháp phun kim loại Đặc điểm:
Phun kim loại là quá trình phân chia kim loại nóng chảy thành những hạt nhỏ bởi luồng khí nén và phủ lên lớp bề mặt đã chuẩn bị sạch của xilanh cần phun.
Các hạt kim loại do khí nén tách ra có kích thước rất nhỏ, có thể trong khoảng (3 ÷ 300) μm.
Lớp kim loại có chiều dày từ (0,3 ÷ 10) mm hoặc cao hơn nữa.
Sự liên kết giữa kim loại phun và kim loại chế tạo xilanh là do lực cơ học, các hạt kim loại bám vào bề mặt xilanh nhờ sức căng bề mặt của giọt kim loại lỏng và do sự có ngót của kim loại khi nguội.
Lớp kim loại phun có cấu trúc hạt không đồng nhất về kích thước, hình dáng và thành phần, nó phụ thuộc vào điều kiện tách nhỏ hạt và tính chất lý hoá của kim loại phun.
Bề mặt ngoài của xilanh sau khi được sửa chữa mòn bằng phương pháp phun kim loại sẽ có độ cứng và độ chống mòn cao, làm tăng khả năng làm việc của nó.
Sơ đồ nguyên lý phun kim loại bằng hồ quang điện (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hai sợi dây kim loại được gắn bó với hai cực của nguồn điện và được cơ cấu dẫn động đẩy qua đầu phun tới miệng phun tạo hồ quang điện, làm sợi dây kim loại bị đốt nóng chảy. Luồng khí có áp suất lớn (0,5 ÷ 0,6) MN/m2, thổi qua ống dẫn tới vùng kim loại nóng chảy, sẽ tách chúng ra thành các hạt nhỏ, có kích thước hạt từ (100 ÷ 300) μm và chuyển động với vận tốc (100 ÷ 200) m/s, tới đập vào bề mặt chi tiết để tạo thành lớp kim loại phủ. Khi phun đắp bề mặt ngoài của xilanh thì cả đầu phun và xilanh cùng chuyển động, đầu phun chuyển động tịnh tiến, xilanh chuyển động quay tròn (chi tiết được gá trên máy tiện ren vít).
2. Chuẩn bị bề mặt phun
Làm sạch dầu, gỉ bám trên bề mặt ngoài của chi tiết.
Gia công tạo nhám bề mặt ngoài của xilanh để tăng liên kết giữa kim loại phun và kim loại xilanh. Các phương pháp tạo nhám hay được sử dụng :
Cắt ren với bước ren S = (0,8 ÷ 1,2) mm.
Lăn vân với chiều sâu rãnh (0,4 ÷ 0,6) mm, góc ở đỉnh 30o.
Phun bi với bi có đường kính (0,8 ÷ 1,2) mm, áp lực khí nén khi phun là (0,4 ÷ 0,6) MN/m2, góc phun nghiêng 30o so với phương ngang.
Cách ly phần xilanh không cần phun. Lưu ý:
Ta phải làm sạch và tạo nhám tốt bề mặt ngoài của xilanh cần phun thì sẽ tăng được độ bền bám của lớp kim loại phủ lên rất nhiều.
3. Thiết bị dùng cho công nghệ phun
Đầu phun: là thiết bị nấu nóng chảy sợi dây kim loại và dùng luồng khí nén tách kim loại nóng chảy thành các hạt nhỏ. Tuỳ theo năng lượng đốt chảy kim loại mà ta có các phương pháp phun: điện, khí, cao tần, plasma. Nhưng người ta thường sử dụng phương pháp phun kim loại bằng điện vì đây là phương pháp rẻ, thiết bị đơn giản, điều khiển thuận tiện, năng suất cao, tạo được độ cứng kim loại phủ lớn và đặc biệt nó phù hợp với điều kiện kỹ thuật ở nước ta.
Máy hạ thế: dùng để hạ điện áp, nhằm nâng cao độ an toàn khi vận hành.
Máy tiển ren vít: dùng để phun phủ bề mặt tròn trong hoặc tròn ngoài, chi tiết quay với tốc độ n = 60 vòng/phút, còn đầu phun di chuyển tịnh tiến với tốc độ v = 7 mm/vòng. Ngoài ra, máy này còn được dùng để gia công tạo nhám bề mặt.
Máy phun bi hoặc phun cát: để làm sạch bề mặt chi tiết trước khi phun.
Máy nén khí: tạo ra khí nén thổi kim loại nóng chảy trong quá trình phun và cũng có thể dùng để phun cát, phun bi làm sạch bề mặt chi tiết. Lưu lượng khí nén tối thiểu là 1,7 m3/phút.
Sợi dây: Vật liệu của dây phụ thuộc vào lớp kim loại phủ, có thể là thép, đồng, đồng thau, nhôm. Ở đây ta chọn thép có đường kính d = 1,5 mm. Để sợi dây nhẵn