MỞ ĐẦU Đúc áp lực là một ngành sản xuất nhằm tạo ra các chi tiết có kích thước chính xác do những chuyển động của dòng lưu chất kim loại lỏng dưới tác dụng của ngoại lực tạo nên dòng áp
Trang 1MỞ ĐẦU
Đúc áp lực là một ngành sản xuất nhằm tạo ra các chi tiết có kích thước chính xác do những chuyển động của dòng lưu chất kim loại lỏng dưới tác dụng của ngoại lực tạo nên dòng áp suất vào trong khuôn kim loại
Khuôn mẫu cũng là vấn đề được quan tâm đối với ngành đúc áp lực Khuôn phải có cơ tính đảm bảo khả năng chịu được áp lực cao, đồng thời còn tạo ra độ chính xác cho sản phẩm đúc Chi phí sản xuất khuôn mẫu quyết định nhiều đến giá thành sản phẩm được chế tạo ra Trên thế giới, ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu hiện đại, công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi, để nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang sản xuất công nghệ cao; nhờ đó các giai đoạn thiết kế và chế tạo khôn mẫu từng bước được tự động hoá Các nước có nền công nghiệp tiên tiến như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan…
đã hình thành mô hình liên kết tổ hợp, để sản xuất khuôn mẫu chất lượng cao, cho từng lĩnh vực công nghệ khác nhau
Trong những năm gần đây công nghệ đúc áp lực cao tại Việt Nam đang dần cải thiện và khẳng định vai trò lớn trong các cơ sở sản xuất Các sản phẩm của đúc
áp lực ngày càng đa dạng như: nắp hông, tay biên… Nhưng nhìn chung công nghệ đúc áp lực ở các cơ sở sản xuất đều có hiệu quả làm việc không cao thể hiện là chi phí sản xuất khuôn mẫu của các doanh nghiệp Việt Nam luôn lớn, dẫn đến hiệu quả sản xuất bị hạn chế, lượng phế phẩm trong mỗi ca làm việc khá lớn
Nguyên nhân chính của thực trạng này là: Chất lượng khuôn đúc do hạn chế
về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp hiện mới chỉ đáp ứng được một phần sản xuất khuôn mẫu phục vụ cho chế tạo các sản phẩm cơ khí tiêu dùng và một phần cho các công ty liên doanh nước ngoài Do sản xuất nhỏ lẻ nên ngay cả việc nhập thép hợp kim làm khuôn mẫu cũng phải nhập khẩu với giá thành cao
Đầu những năm 80, khi nghiên cứu về lớp phủ cứng được các hãng sản xuất dụng cụ cắt nghiên cứu ứng dụng trong phòng thí nghiệm thì các hãng sản xuất khuôn mẫu cũng đã có ý tưởng phủ lên bề mặt khuôn một lớp màng cứng để có
Trang 2triển khai sang các hãng sản xuất các thiết bị tạo lớp phủ trong chân không là môi trường lý tưởng để thực hiện các phản ứng và liên kết của lớp phủ mà không bị lẫn tạp chất Trước tiên là hãng Nigara (Mỹ), Nachi (Nhật) và một số nhà máy phục vụ công nghệ quốc phòng của Liên Xô cũ Từ năm 1995 đến nay, công nghệ chế tạo lớp phủ đã triển khai rộng khắp trên toàn thế giới Hiện nay, các nhà công nghệ trên thế giới vẫn còn đang nghiên cứu nhằm hoàn chỉnh và tạo ra những công nghệ mới cho những sản phẩm chất lượng tốt hơn và giá thành rẻ hơn
Theo các nhà nghiên cứu trên thế giới thì độ bền của chi tiết có mạ lớp phủ cứng (TiN, TiCN…) có thể gấp 5÷10 lần các chi tiết không được mạ lớp phủ cứng
Độ cứng tế vi có thể đạt tới 1500-2500HV Chiều dày lớp phủ tùy vào công nghệ sử dụng từ 2÷3µm (phương pháp vật lý: PVD) hoặc tới 30÷40µm (phương pháp hóa học: CVD) Với mỗi loại khuôn có một điều kiện làm việc khác nhau dẫn đến có các yêu cầu bề mặt làm việc khác nhau, nên với mỗi loại khuôn lại có một loại vật liệu lớp phủ phù hợp khác nhau Đối với khuôn đúc áp lực thì yêu cầu về bề mặt khuôn là lớn nhất, yêu cầu về khả năng chịu nhiệt, độ cứng cao, độ bám dính, ma sát giữa bề mặt làm việc và nhôm nóng chảy là nhỏ nhất, độ bám dính giữa bề mặt kim loại nền và lớp phủ bề mặt khuôn là lớn nhất
Với yêu cầu đó thì lớp phủ TiN được cho là phù hợp điều kiện sản xuất và công nghệ hiện có tại Việt Nam nên trong luận văn này học viên đã chọn đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ cứng TiN trên khuôn kim loại” (chủ yếu là trên khuôn đúc áp lực hợp kim nhôm)
Một trong những vấn đề quan trọng nhất của khuôn đúc áp lực kim loại là tính cứng nóng cao (có độ dai va đập và chống biến dạng tốt ở nhiệt độ cao) Khi làm việc bề mặt khuôn chịu lực ép lớn và thay đổi, kim loại lỏng có nhiệt độ cao chà xát lên bề mặt Vấn đề tiếp theo là độ bám dính của bề mặt khuôn với kim loại nóng chảy Sau một thời gian sử dụng chất lượng bề mặt của khuôn giảm làm cho
độ bám dính của khuôn và kim loại nóng chảy tăng dần, dẫn đến chất lượng bề mặt chi tiết giảm rõ rệt, nặng hơn nữa là ảnh hưởng đến độ chính xác và hình dạng hình học của chi tiết Tính cứng nóng và độ bám dính là yếu tố quan trọng quyết định
Trang 3thời gian sử dụng khuôn Tìm kiếm vật liệu thích hợp và chế tạo lớp phủ trên khuôn đúc áp lực là một biện pháp để tăng thời gian sử dụng cho khuôn
Một lớp phủ tối ưu được "kiến trúc" cho khuôn sử dụng trong quá trình đúc vật liệu đòi hỏi đáp ứng các tiêu chuẩn sau đây:
- Có tính trơ hóa học, (không thấm ướt) với vật liệu đang được xử lý hoặc được hình thành
- Thỏa mãn một loạt các tính chất cơ, hóa, lý đặc trưng cho quá trình đúc
- Chứa ứng suất sinh ra bởi quá trình đúc vật liệu
- Bám dính và tương thích với vật liệu khuôn (nền chi tiết máy)
- Tăng cường chứ không làm suy giảm các tính chất của vật liệu làm khuôn Việt Nam đã chế tạo được khuôn kim loại tuy nhiên chất lượng khuôn còn khiêm tốn, độ bền chưa cao, và chưa chế tạo được lớp phủ bề mặt thích hợp để nâng cao độ bền khuôn, độ chính xác chi tiết Theo [1] trong các lớp phủ cứng phủ trên khuôn thép H13 ∼ thép SKD61 dùng đúc áp lực hợp kim nhôm thì lớp phủ TiN thỏa mãn các tính chất trên đặc biệt là chỉ số không thấm ướt Việc nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ TiN trên khuôn đúc áp lực với điều kiện sản xuất cụ thể của Việt Nam là cần thiết và cấp bách
Những luận điểm cơ bản của luận văn:
- Công nghệ đúc áp lực
- Lớp phủ và công nghệ tạo lớp phủ
- Tính chất lớp phủ trên thép và thử nghiệm thực tế
Luận văn nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm và kiểm tra đánh giá tại nhà máy sản xuất