1. Chuẩn bị bột: Yờu cầu chung của bột kim loại dựng ủể sản xuất cỏc chi tiết mỏy như sau:
+ Bột kim loại phải cú mật ủộ tương ủối cao: độ xớt chặt của bột trước khi ộp sẽ gúp phần quan trọng ủể giảm chiều cao khuụn ộp tạo hỡnh sản phẩm và tăng ủộ
chảy ủiền ủày sơ bộ khuụn khi nạp liệu và khi ộp.
+ Cú tớnh khả ộp: Nhờ tớnh khả ộp, sản phẩm cú ủộ bền vững cơ học cần thiết
ủể thỏo ủược ra khỏi khuụn và ủặt vào hộp ủem thiờu kết mà khụng bị biến dạng, sứt mẻ...
Sau khi cú ủược bột cú thành phần và ủộ hạt yờu cầu, ta phải trộn bột với chất kết dớnh và bụi trơn. Khi ộp bột thộp hợp kim, thường dựng stờorat kẽm hoặc cao su tự nhiờn pha xăng nhẹ làm chất kết dớnh và bụi trơn.
2. ẫp nguội tạo hỡnh mẫu thử cơ-lý tớnh và sản phẩm từ bột kim loại:
Lực ộp truyền trong bột kim loại khỏc với truyền trong chất lỏng theo ủịnh luật Pascan: ỏp lực truyền theo phương thành khuụn nhỏ hơn theo phương thẳng
ủứng và do ma sỏt nờn ỏp lực giảm dần theo chiều cao.
đối với phụi dập tay biờn ủộng cơ xe mỏy cú chiều cao so với ủường kớnh của nú tương ủối nhỏ (gần bằng 1 ữ 1,5) nờn cú thể dựng khuụn kim loại ộp một chiều. Trong trường hợp này, ủộ chờnh ỏp lực ộp và do ủú mật ủộ của sản phẩm cũng chờnh nhau khụng nhiều trong thể tớch chi tiết ộp. Cỏc chế ủộ ộp bột tạo hỡnh
ủược qui ủịnh trong bảng 2.1 Quy hoạch thực nghiệm (QHTN). đõy là phương phỏp
ủơn giản và cú hiệu quả nhất vỡ khuụn ủơn giản và dễ chế tạo hơn. ỏp lực riờng khi ộp bằng phương phỏp này tương ủối lớn do ủú cần cú cỏc mỏy ộp cú lực ộp lớn (ủến 350 tấn lực).
3. Thiờu kết vật ộp từ bột kim loại:
Quỏ trỡnh thiờu kết vật ộp từ bột kim loại cú ảnh hưởng quyết ủịnh ủến chất lượng của chi tiết mỏy. Chếủộ cụng nghệ hợp lý sẽ cho kết quả mong muốn: cỏc hạt kim loại bột sẽ ủược hàn với nhau bằng nhiệt nhờ hoàn nguyờn cỏc màng oxớt của cỏc hạt, tạo liờn kết cỏc hạt từ liờn kết cơ học chuyển sang thành liờn kết kim loại và giảm ủộ xốp, tăng cơ tớnh của sản phẩm.
Thụng thường phụi sau khi ộp ủịnh hỡnh ủược nung núng (thiờu kết) trong mụi trường khớ bảo vệở nhiệt dộ TTK≈ 0,75 Tn.ch (Tn.ch - nhiệt ủộ núng chảy của hợp kim cú thành phần hoỏ học tương ủương). Phụi sau thiờu kết ủược ủỏnh dấu ký hiệu theo mó số quy ủịnh của QHTN.
4. Thớ nghiệm dập núng biến dạng kim loại xốp sau thiờu kết:
Do nhiều nguyờn nhõn: mật ủộ chi tiết sau ộp tạo hỡnh và thiờu kết khụng ủều nờn co ngút nhiệt khụng ủều, hệ Fe - C sau thiờu kết cú sự nở, hỡnh dỏng hỡnh học khụng ủối xứng, trong chi tiết ộp nguội cú ứng suất dư, khuụn biến dạng ủàn hồi...
Cỏc nguyờn nhõn trờn dẫn ủến chi tiết kim loại bột sau thiờu kết cú thể bị
cong vờnh biến dạng, khỏc với sản phẩm cần chế tạo. Hơn nữa, mật ủộ chi tiết ủạt
ủược cũn chưa cao, ủộ xốp cũn lớn.
ẫp tinh chỉnh chi tiết mỏy luyện kim bột sau thiờu kết là nguyờn cụng cần thiết ủể cho chi tiết cú mật ủộ cao, ủộ bền cao, kớch thước hỡnh học chớnh xỏc cần thực hiện ở trạng thỏi núng là tốt nhất.Ngoài ra, nhiệt luyện chi tiết kim loại bột sau khi ộp tinh chỉnh là nguyờn cụng cuối cựng trong quỏ trỡnh tạo ra sản phẩm kim loại bột cú tổ hợp cỏc tớnh chất cơ lý tớnh ủỏp ứng yờu cầu sử dụng.
Cỏc bước thớ nghiệm này ủược tiến hành như sau:
+ Nung núng nhanh phụi xốp trong hộp bảo vệ cú phủ kớn bằng bột Al2O3 và bột than hoạt tớnh;
+ Dập núng từng phụi riờng biệt theo chếủộ biến dạng tương ủối chỉủịnh; + Phõn loại, ủỏnh số ký hiệu mẫu trong từng loạt phụi cú chế ủộ biến dạng khỏc nhau ủể khảo sỏt cơ - lý tớnh và cấu trỳc tế vi.
3.3.2. Phương phỏp kiểm tra, ủỏnh giỏ cơ - lý tớnh vật liệu sau thiờu kết:
1. Xỏc ủịnh cỏc chỉ tiờu cơ-lý tớnh vật liệu bột sau thiờu kết và biến dạng dẻo: theo cỏc phương phỏp thử quy ủịnh tại tiờu chuẩn quốc tế thụng dụng;
2. Nghiờn cứu khảo sỏt cấu trỳc tế vi vật liệu sau thiờu kết và biến dạng dẻo
ủược thực hiện trờn kớnh hiển vi ủiện tử ỏnh sỏng cú kết nối với phần mềm phõn tớch Material- Pro- Analyzater của Mỹ;
3. Xỏc ủịnh mật ủộ ( khối lượng riờng ) của vật liệu.
Trong cỏc thớ nghiệm trờn, ủó ỏp dụng hai cỏch ủo mật ủộ: cỏc thớ nghiệm ủối với VL1 thỡ dựng phương phỏp cõn thuỷ tĩnh (ỏp dụng ủịnh luật ỏcsimột), cũn ủối với VL2 thỡ dựng phương phỏp ủo thể tớch và cõn khối lượng.
a- Phương phỏp ủo thể tớch và cõn khối lượng:
* Phương phỏp thụng thường:
Cỏc mẫu cần ủo tỷ trọng ủược gia cụng thành cỏc khối lập phương, ủược mài phẳng và ủo cỏc cạnh a, b h bằng panme cú ủộ chớnh xỏc 10 - 2mm. Như vậy thể tớch
phõn ủộ ding cho cỏc chi tiết cú hỡnh dỏng phức tạp thỡ ủộ chớnh xỏc ủạt ủược thấp hơn nhiều (do nước cú sức căng mặt ngoài, do vật liệu cũn lỗ xốp ...).
Sau khi ủo thể tớch, cỏc mẫu này ủược cõn ủể xỏc ủịnh khối lượng m trờn cõn cú ủộ chớnh xỏc 10- 3 gam. Mật ủộủược tớnh toỏn theo cụng thức:
ρ = axbxh m V m = (3.1) * Phương phỏp cõn thuỷ tĩnh:
Cụng việc ủược tiến hành theo trỡnh tự như sau: mẫu ủược ngõm trong chất lỏng trong bỡnh hỳt chõn khụng, thời gian khoảng 2 giờủể chất lỏng ủiền ủầy cỏc lỗ
xốp. Chất lỏng thường dựng là xylen do khả năng tẩm ướt rất tốt.
+ m1 - khối lượng của mẫu chưa thấm tẩm (dựng phương phỏp cõn khối lượng). + m2 - khối lượng của mẫu ủó thấm tẩm (dựng phương phỏp cõn khối lượng). Ta cú: m2 = m1 + ρxl . Vlỗ (3.2)
Trong ủú: ρxl - tỷ trọng của xylen; Vlỗ là thể tớch cỏc lỗ xốp do xylen chiếm chỗ. + m3 - khối lượng của mẫu ủó thấm tẩm và cõn trong trạng thỏi nhỳng chỡm trong xylen ( cõn bằng phương phỏp cõn thuỷ tĩnh ).
m3 = m2 - ρxl x Vt (3.3) Trong ủú: Vt - thể tớch do mẫu ủó thấm tẩm chiếm chỗ trong xylen (thể tớch dung dịch xylen tăng thờm khi nhỳng mẫu ủó thấm tẩm vào), m3 ủo ủược nhỏ hơn m2 do lực ủẩy ỏcsimột. Mật ủộ của mẫu sẽ là: ρ = m V m m m t xl 1 1 2 3 = − ρ . (3.4) Như vậy chỉ cần cõn mà khụng cần ủo thể tớch, vẫn xỏc ủịnh ủược mật ủộ.
3.4. Cơ sở lý thuyết xõy dựng mụ hỡnh toỏn học mụ phỏng cụng nghệ
3.4.1. Chọn hàm mục tiờu mụ hỡnh hoỏ:
Cỏc nhà nghiờn cứu ứng dụng lý thuyết cơ bản ủó xỏc ủịnh ủược rằng, ủa số
cỏc giỏ trị ngẫu nhiờn thường gặp trong cụng nghệ gia cụng chế tạo một sản phẩm cụ thể nào ủú ủều tuõn theo ủịnh luật phõn bố tiờu chuẩn hoặc gần với tiờu chuẩn.
Khi nghiờn cứu quỏ trỡnh ộp thiờu kết kim loại bột trong quy mụ phũng thớ nghiệm thỡ ủiều quan trọng cần phải xỏc ủịnh ủược là hàm mục tiờu cú thể tuõn theo
ủịnh luật phõn bố lý thuyết nào? Chỳng tụi giải bài toỏn này bằng cỏch xỏc lập mụ hỡnh toỏn học ủể ủưa ra mối tương quan giữa chỉ tiờu ủỏnh giỏ bằng số chất lượng vật liệu sau thiờu kết thụng qua hàm mục tiờu ủộ xốp (γ - %) hoặc mật ủộ (ρ - g/cm3) như một hàm số của cỏc thụng sốủộc lập gồm:
Y = f (P, T, t , θd ... ) (3.5)
Theo mụ hỡnh toỏn học nhận ủược ở dạng (3.5) cú thể giới hạn ủược phạm vi
ủiều chỉnh cỏc thụng số cụng nghệ chủ yếu tựy theo cỏc giỏ trị tớnh toỏn ủộ xốp hoặc mật ủộ yờu cầu, với hệ số qui hồi trong ủiều kiện thử nghiệm. độ xốp vật liệu hợp kim bột phải ủược khống chế từ ủiều kiện tối ưu ủể quỏ trỡnh thiờu kết xẩy ra tốt nhất, ủồng thời ủảm bảo sau khõu dập tinh chỉnh sản phẩm cú mật ủộ nhỏ nhất
γMIN≤ γ≤γMAX ; ρ = ρMIN (3.6) trong ủú: γMAX - Giới hạn ủộ xốp tối ủa cho phộp;
γMIN - Giới hạn ủộ xốp tối thiểu cho phộp;
ρMIN - Giới hạn mật ủộ xốp tối thiểu cho phộp.
3.4.2. Phương phỏp xử lý số liệu thực nghiệm bằng thống kờ toỏn học;
Tớnh toỏn cỏc giỏ trị trung bỡnh của yếu tố lựa chọn X, độ lệch quõn phương (Dispersi) S2X, ủộ lệch tiờu chuẩn SX và sai số tớch luỹ ∆XΣ như sau:
1). Nếu Xi là giỏ trịủo ủộ xốp hoặc mật ủộ tương ứng, thỡ:
Xi = (aiổθi) (3.7)
Ởủõy: ai - sốủo của Xi; θi - sai số của dụng cụủo; i - chỉ số ký hiệu thụng sốủược ủo.
Sai số tương ủối trong trường hợp này là: δi/ai (3.8) 2). Khi ủú giỏ trị sai số tuyệt ủối là: ∆Xi = δi.ai (3.9.)
Ớ Vớ dụ: Gọi γ - là giỏ trịủộ xốp:
Với sai sốủo ủạc ủộ xốp tuyệt ủối: θγ = ổ (2 - 5) g/cm3 Khi ủú sai số tương ủối là: δ = θ/γ ;
Sai số tuyệt ủối là: ∆γP = δγ .γ Sai số tổng cộng là: ∆γΣ = δγ.γ + θγ 3). Xỏc ủịnh giỏ trị trung bỡnh yếu tố lựa chọn: --- n_ X = ∑ Xi / n ; n=1, 2, 3,... (3.10.) i=1 n 4). độ lệch quõn phương: S2X = ∑ (Xi -X)2/ (n-1) ; n=1,2,3,... (3.11) i=1
5). Sai số tiờu chuẩn: SX = √S2X (3.12) 6). Sai số tớnh luỹ của yếu tố: ∆XΣ = √(t∝(K).S2X)2/ n + ∆X2 (3.13)
ởủõy: n - số thớ nghiệm song song trong mỗi một thực nghiệm;
t∝(K) - Hệ số Student với mức ủộ cú nghĩa ∝ = 0,95 và số bậc tự do K = n - 1 (tra theo bảng [22]).
3.4.3. Phương phỏp tớnh mật ủộ và ủộ xốp:
Mật ủộ vật liệu bột sau ộp, thiờu kết và dập tinh ủược xỏc ủịnh theo hai cỏch là phương phỏp hỡnh học và phương phỏp Ácximột.
Ớ Phương phỏp hỡnh học: đo cỏc kớch thước hỡnh học mẫu ộp bằng thước cặp
ủồng hồ (hiện số) chớnh xỏc ủể xỏc ủịnh thể tớch V (cm3), cõn khối lượng mẫu m (gam) bằng cõn ủiện tử là tốt nhất. Khi ủú mật ủộ xỏc ủịnh ủược theo biểu thức:
ρ = m / V (3.14)
Ớ Phương phỏp Ácximột: Cần xỏc ủịnh: m1 − khối lượng vật mẫu cõn trong khụng khớ; m2 − khối lượng vật mẫu ngõm trong nước một thời gian ủể nước ủiền
ủầy cỏc lỗ xốp; m3− khối lượng vật mẫu cõn trong nước. Khi ủú mật ủộ xỏc ủịnh ủược theo biểu thức:
ρ = m1 / (m2− m3) (3.15)
Ớ độ xốp cú thể xỏc ủịnh bằng cỏch so sỏnh với mật ủộ vật liệu cú thành phần hoỏ học tương ủương ủược chế tạo theo cụng nghệ ủỳc cỏn ( vật liệu ủặc xớt hoàn toàn): γ = (ρ* −ρ)/ ρ* (3.16)
ởủõy: ρ* - mật ủộ vật liệu ủặc xớt cú thành phần hoỏ học tương ủương vật liệu bột kim loại.
3.4.4. Tớnh toỏn xõy dựng hàm mục tiờu ủộ xốp dựa trờn cơ sở phương phỏp
bỡnh phương nhỏ nhất:
Chế ủộ nghiờn cứu ủể tối ưu hoỏ cỏc tụng số cụng nghệ chớnh là: X1 = p (MPa) − Lực nộn ộp hỗn hợp kim loại bột; X2 = T (OC) − nhiệt ủộ thiờu kết (giữ ủẳng nhiệt); X3 = t (giờ) − thời gian thiờu kết (nõng nhiệt, giữủẳng nhiệt trước khi sang buồng làm nguội). độ hạt kim loại bột trung bỡnh chọn: θd =125 ữ 160 àm.
Hàm mục tiờu mụ hỡnh hoỏ là ủộ xốp vật liệu sau thiờu kết γ (%) cú dạng: Y(P, T, t) ≅ aO+ a1X1 +a2X2 +a3X3 + a4X1X2 + a5X1X3 +a6X2X3 + a7X1X2X3;
k k
aO = (1/ k).Σ yi ; aj = (1/ k).Σ yj; k = 1, 2, 3,... (3.17) i =1 i =1
ởủõy: k là số thớ nghiệm song song trong từng ủiểm quy hoạch thực nghiệm.
Ớ Chọn quy hoạch thực nghiệm (QHTN) theo phương ỏn N = 2k = 23 với k −
số thụng số cụng nghệ chủ yếu ủược lựa chọn ủể khảo sỏt . điều kiện thớ nghiệm theo QHTN trỡnh bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. điều kiện thớ nghiệm thăm dũ và hiệu chỉnh cụng nghệ Thụng số CN chủ yếu Ký hiệu Mức (-) Mức 0 Mức (+) Bước Thời gian nghiền trộn, t, phỳt X1 60 180 300 120 Áp lực ộp, p, MPa X2 300 390 480 90 Nhiệt ủộ thiờu kết, T, OC X3 1100 1210 1320 110 Thời gian thiờu kết, t, phỳt X4 25 55 85 30 Hàm lượng Volphram, W, % khối lượng X5 1,0 1,5 2,0
Hàm lượng cấc bớt titan, TiC,
% khối lượng X6 Lấy giỏ trị const = 0,5 % TiC
k k k
Y(p, T, t) ≅ bO + Σ bi Xi + Σ bijXiXj + Σ aiX2i + .... (3.14) i=1 i,j=1 i=1
đểủơn giản hoỏ tớnh toỏn cần chấp nhận cỏc giả thiết sau:
+ Cỏc biến X1, X2, ..., Xk là ủộc lập và ủược ủo với sai số khụng ủỏng kể so với ủộ lệch quõn phương S2X;
+ đưa ra cỏc giỏ trị mó số hoỏ của cỏc thụng số Xj xỏc ủịnh bởi cụng thức: Xj = ( Xi - XjO) / λ (3.15) Trong ủú: XjO− giỏ trị tự nhiờn của mức biến thiờn chớnh (ký hiệu là 0); λ − khoảng biến thiờn, j − số thứ tự của thụng số.
Cỏc thụng số cụng nghệ nhưủó nờu trong Bảng 3.1 ủược biến thiờn ở hai mức: + Mức trờn bằng tổng của mức chớnh và bước biến thiờn (ký hiệu là +);
+ Mức dưới bằng hiệu của mức chớnh và bước biến thiờn (ký hiệu là −).
Ớ Trong cỏc quy hoạch thực nghiệm ủầy ủủ phải thực hiện tất cả cỏc tổ hợp cú thể cú của cỏc mức biến thiờn thụng số cụng nghệ. Nếu mỗi mức ủú ứng với cận trờn và cận dưới, thỡ ta cú QHTN kiểu N = 2k. Nếu mỗi mức ủú ứng với cận trờn mức trung bỡnh và cận dưới, thỡ ta cú QHTN kiểu N = 3k;
Ớ Sau khi nhận ủược hàm mục tiờu (3.14) ủó thay cỏc hệ số thực nghiệm, cần phải kiểm tra tớnh thớch hợp của Mụ hỡnh mụ phỏng toỏn học ủú với kết quả thớ nghiệm nhận ủược bằng cỏch so sỏnh hệ số Fisher (FTT) tớnh toỏn với Hệ số Fisher tra theo bảng (FB). Nếu FTT≤ FB thỡ Mụ hỡnh hoàn toàn thớch hợp và cú ý nghĩa mụ phỏng quỏ trỡnh cụng nghệ. Trong trường hợp ngược lại FTT> FB - Mụ hỡnh khụng thớch hợp, cần phải tớnh toỏn mụ hỡnh bậc cao hơn;
Ớ Theo Mụ hỡnh toỏn học mụ phỏng thớch hợp ủó nhận ủược, cần tiến hành
ủỏnh giỏ ảnh hưởng của cỏc thụng số cụng nghệ lựa chọn ủến giỏ trị của hàm mục tiờu. Sau khi loại bỏ cỏc ảnh hưởng khụng ủỏng kể của một số thụng số cụng nghệ
hoặc ảnh hưởng kộp của chỳng (số hạng tương ủối nhỏ trong mụ hỡnh) sẽ nhận ủược phương trỡnh tớnh toỏn ủộ xốp (hàm mục tiờu trong trường hợp ủang xột). Nú cú thể
Ớ để tỡm giỏ trị tối ưu của cỏc thụng số cụng nghệ lựa chọn phải biến ủổi như
sau: Do bài toỏn ủặt ra là cần tỡm giỏ trị nhỏ nhất của ủộ xốp (γMin), nờn cỏc thụng số
biến thiờn trước cỏc hệ số thực nghiệm õm (mang dấu -) cần cho tăng lờn. Cú thể lặp lại cỏc phộp biến ủổi chỳng như lập luận này ủể tiến tới vựng tối ưu của cỏc thụng số
cụng nghệ chủ yếu ủó lựa chọn;
Ớ Bằng phần mềm tớnh toỏn chuyờn dụng dựa trờn cơ sở dữ liệu là cỏc mụ ủun tớnh thoỏn theo cỏc bước xõy dựng mụ hỡnh toỏn học kể trờn, cú thể nhận ủược cỏc phương trỡnh mụ phỏng chất lượng vật liệu sau ộp Ờ thiờu kết phụ thuộc vào cỏc thụng số cụng nghệ chủ yếu ủó chọn ủể khảo sỏt. Trong khuụn khổ cụng trỡnh Luận