Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số hình học khuôn và thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm khi ép chảy hợp kim nhôm TT

Trong công nghệ ép chảy, khuôn đóng một vai trò rất quan trọng, đặc biệt là thông số hình học cửa khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác về kích thước, vị trí tương quan, hình dáng h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – BỘ CÔNG THƯƠNG

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS TRẦN ĐỨC QUÝ

2 PGS.TS PHẠM VĂN NGHỆ

Phản biện 1: PGS.TS Tăng Huy

Phản biện 2: PGS.TS Lê Thu Quý

Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Hồng Sơn

Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường và họp tại

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội vào hồi… giờ, ngày … tháng … năm …

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Thanh hợp kim nhôm định hình ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: vật liệu xây dựng, công nghiệp ô tô, tầu điện, hàng không, điện tử,…Vì vật liệu hợp kim nhôm có nhiều ưu điểm như độ bền cao, khối lượng riêng nhỏ, không bị ôxi hóa

Một trong những công đoạn quan trọng nhất quyết định đến hình dáng và chất lượng của sản phẩm thanh hợp kim nhôm đó là công đoạn ép chảy phôi qua khuôn để tạo thành thanh định hình

Trong công nghệ ép chảy, khuôn đóng một vai trò rất quan trọng, đặc biệt là thông số hình học cửa khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác về kích thước, vị trí tương quan, hình dáng hình học cũng như chất lượng bề mặt sản phẩm Bên cạnh đó các thông số công nghệ của quá trình ép như vận tốc ép, nhiệt độ phôi cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, tuổi bền của khuôn, năng suất, giá thành sản phẩm

Do đó nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình học của khuôn và chế độ ép đến chất chất lượng sản phẩm là cần thiết góp phần tạo ra các bộ khuôn có chất lượng tốt hơn, xác định chế độ ép hợp lý hơn để nâng cao hơn nữa chất lượng sản phẩm ép chảy

Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài luận án „Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông

số hình học khuôn và thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm khi ép chảy hợp kim nhôm‟

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

- Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số hình học của khuôn đến độ chính xác

về hình dáng hình học thanh hợp kim nhôm, qua đó xác định được bộ thông số hình học của khuôn hợp lý đáp ứng yêu cầu về hình dáng hình học thanh hợp kim nhôm

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số hình học khuôn và thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt sản phẩm ép chảy và áp lực ép, qua đó xác định được thông

số hình học khuôn và thông số công nghệ ép chảy hợp lý để nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm thanh hợp kim nhôm và hiệu quả sử dụng thiết bị

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu

- Công nghệ ép chảy hợp kim nhôm (sản phẩm ép dạng thanh có mặt cắt 70x5

mm, vật liệu AA6061) trên máy ép chảy thuận

- Khuôn ép chảy làm bằng vật liệu SKD61

* Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số hình học khuôn đến độ chính xác

về hình dáng hình học thanh hợp kim nhôm bằng mô phỏng số trên phần mềm Qform

- Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc ép, nhiệt độ phôi, độ dài cửa khuôn đến độ nhám bề mặt sản phẩm và áp lực ép

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm:

- Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ chính xác hình dáng hình học và độ nhám bề mặt sản phẩm thanh hợp kim nhôm ép chảy

- Nghiên cứu mô phỏng số xác định ảnh hưởng một số thông số hình học của khuôn đến độ chính xác về hình dáng hình học thanh hợp kim nhôm ép chảy

- Nghiên cứu thực nghiệm xác định mối quan hệ: độ dài cửa khuôn, chế độ ép với độ nhám bề mặt sản phẩm thanh hợp kim nhôm và áp lực ép

- Quá trình nghiên cứu sử dụng máy đo nhám để đo kết quả độ nhám bề mặt sản phẩm, ứng dụng phần mềm mô phỏng số Qform Extrusion để phân tích quá trình ép chảy, phần mềm Excel, Minitab để xử lý dữ liệu…

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ứng dụng mô phỏng số làm sáng tỏ quy luật ảnh hưởng của một số thông số hình học khuôn đến dòng chảy kim loại của quá trình ép chảy, là cơ sở cho quá trình thiết kế khuôn đảm bảo cân bằng dòng chảy kim loại nhằm đạt được độ chính xác về hình dáng hình học sản phẩm và giảm số lần phải sửa khuôn trong sản xuất

- Tiến hành thực nghiệm xây dựng được hàm quan hệ phụ thuộc giữa của độ dài cửa khuôn và thông số công nghệ ép đến độ nhám bề mặt của sản phẩm và áp lực ép,

từ đó xác định được bộ thông số độ dài cửa khuôn, chế độ ép hợp lý để nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm và hiệu quả sử dụng thiết bị

- Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo cho quá trình thiết kế khuôn

và lựa chọn thông số công nghệ ép để nâng cao chất lượng sản phẩm ép chảy hợp kim nhôm tại các cơ sở sản xuất

6 Những đóng góp mới của luận án

- Đánh giá được ảnh hưởng của các thông số hình học khuôn bao gồm: vị trí, độ dài, độ rộng, góc nghiêng, bán kính góc lượn cửa khuôn; độ sâu, độ rộng vùng dẫn đến vận tốc dòng chảy kim loại ra khỏi cửa khuôn bằng kỹ thuật mô phỏng số, làm cơ sở cho quá trình cân bằng dòng chảy kim loại khi thiết kế khuôn nhằm đảm bảo độ chính xác hình dáng hình học của sản phẩm ép chảy

- Sử dụng phương pháp thực nghiệm, xây dựng được hàm quan hệ phụ thuộc giữa vận tốc chày ép, nhiệt độ phôi và tỉ lệ độ dài/độ rộng cửa khuôn đến độ nhám bề mặt thanh hợp kim nhôm và áp lực ép khi ép chảy hợp kim nhôm

- Giải bài toán tối ưu hoá đơn mục tiêu, xác định được bộ thông số vận tốc chày

ép, nhiệt độ phôi, tỷ lệ độ dài/độ rộng cửa khuôn tối ưu đảm bảo chỉ tiêu độ nhám bề mặt nhỏ nhất

- Giải bài toán tối ưu hoá đa mục tiêu, xác định bộ thông số: vận tốc ép, nhiệt

độ phôi, tỷ lệ độ dài/độ rộng cửa khuôn đảm bảo đồng thời 2 chỉ tiêu độ nhám bề mặt sản phẩm và áp lực ép là nhỏ nhất góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả

sử dụng thiết bị

7 Bố cục của luận án

Bố cục của luận án ngoài phần mở đầu, kết luận, gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ ép chảy hợp kim nhôm

Chương 2: Cơ sở lý thuyết ảnh hưởng của một số yếu tố đến chất lượng sản phẩm khi ép chảy hợp kim nhôm

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình học khuôn đến độ chính xác hình dáng hình học sản phẩm bằng mô phỏng số

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của độ dài cửa khuôn, chế độ ép đến độ nhám bề mặt sản phẩm và áp lực ép

NỘI DUNG CHÍNH LUẬN ÁN CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY HỢP KIM NHÔM 1.1 Quá trình công nghệ ép chảy thanh hợp kim nhôm

Một trong những công đoạn quan trọng để sản xuất thanh hợp kim nhôm là công đoạn ép chảy phôi qua khuôn để tạo thành thanh hợp kim nhôm định hình Ép chảy thanh hợp kim nhôm là một quá trình biến dạng dẻo phôi kim loại được ép chảy qua cửa khuôn có diện tích mặt cắt ngang nhỏ hơn so với tiết diện phôi (hình 1.2) [16,17,18, 33,58]

Từ năm 1960, ngành ép chảy hợp kim nhôm bắt đầu phát triển mạnh mẽ ở Châu

âu và Mỹ với việc cho ra đời những hệ thống máy ép có công suất lớn để ép chảy được những chi tiết có kích thước lớn hơn Nhiều sản phẩm được chế tạo bằng phương pháp

ép chảy làm từ thép và vật liệu hợp kim cứng như hợp kim Titan…cũng bắt đầu được sản xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực hàng hải, hàng không, tầu điện, ô tô, xây dựng…

1 Chày ép; 2 Buồng ép; 3 Phôi; 4 Khuôn; 5 Sản phẩm Hình 1.2 Nguyên lý quá trình ép chảy hợp kim nhôm [16,17,18, 33,58]

1.2 Vật liệu hợp kim nhôm

Ép chảy sản phẩm từ hợp kim nhôm chiếm tỷ trọng lớn nhất trong lĩnh vực ép chảy Hợp kim nhôm là hỗn hợp của nhôm với các nguyên tố: Cu, Mn, Si, Mg, Zn

1.3 Các yếu tố đặc trưng của công nghệ ép chảy hợp kim nhôm

1.3.1 Quá trình ép chảy phôi liên tục

Quá trình ép chảy phôi liên tục là một phương pháp đặc biệt mà các phôi có thể

dễ dàng được liên kết lại với nhau ở nhiệt độ và áp lực ép cao Sử dụng quá trình này,

độ dài của sản phẩm được tạo ra là tùy ý

1.3.2 Tỷ lệ ép chảy

Tỷ lệ ép chảy ER của của quá trình ép được định nghĩa bởi [16,33,58]:

ER= (1.1) Trong đó: n là số cửa khuôn, AC là diện tích tiết diện buồng ép, AE là diện tích tiết diện cửa khuôn

Phạm vi tỷ lệ ép chảy phổ biến trong thực tiễn công nghiệp đối với hợp kim

nhôm cứng là từ 10 ÷ 35 và đối với kim loại mềm từ 10 ÷100 [33,58]

1.3.3 Dòng kim loại trong quá trình ép chảy

Nhiều nghiên cứu về đặc điểm dòng chảy kim loại trong quá trình ép chảy hợp kim nhôm đưa ra các dạng dòng chảy điển hình như trong hình 1.7 [33,58]

Hình 1.7 Các mô hình dòng chảy kim loại trong ép chảy [58]

1.3.4 Biến dạng dẻo trong quá trình ép chảy

Trong lí thuyết biến dạng dẻo kim loại, sự thay đổi về độ dãn dài liên quan tới biến dạng logarit được xác định bởi [17,20,21,25,33,58] :

̅ ̅ ∫ (1.2)

là độ dài phôi ban đầu, l là độ dài sản phẩm cuối cùng

Khối lượng vật liệu không đổi: AE.l = AC.l0 (1.3)

Do đó biến dạng logarit:

̅ (1.4)

là diện tích tiết diện buồng ép, AE là diện tích tiết diện sản phẩm

Vì thế, biến dạng logarit được xác định trong trường hợp khi ép:

1.3.5 Áp lực ép

Trong quá trình ép chảy thuận, áp lực ép đạt tối đa khi sản phẩm bắt đầu ra khỏi

cửa khuôn Một đường cong áp lực ép đặc trưng được chỉ ra trên hình 1.11

[17,58,62,63]

Hình 1.11 Biểu đồ áp lực ép chảy thuận theo hành trình ép

Áp lực ép chảy tổng hợp được cho bởi [74]:

PT = PD+ PF+ PR (1.16)

Trong đó:

- PD là áp lực cần thiết để biến dạng dẻo vật liệu, được xác định bởi dạng hàm số:

- PF là áp lực yêu cầu để vượt qua ma sát bề mặt tại thành vùng buồng chứa, vùng

kim loại chết và cửa khuôn

- PR là áp lực để vượt qua sự biến dạng đàn hồi (Redundant work)

1.3.6 Lực ép

Lực ép chảy yêu cầu Fr, được cho bởi [58]: (1.17) Trong đó Ac là diện tích tiết diện bên trong buồng ép

Lực ép chảy là cần thiết trong việc xác định lực ép danh nghĩa của máy ép Quá

trình ép chảy diễn ra khi lực tác dụng bởi hệ thống thủy lực (Fp) cân bằng với lực ép

chảy yêu cầu (Fr) [58]: Fp = Fr

Lực quá trình ép được xây dựng bởi [58]:

(1.18)

Trong đó A1 là diện tích tiết diện xi lanh chính, A2 là diện tích tiết diện xi lanh

phụ, và p là áp suất dầu tác dụng vào các xi lanh máy ép như thể hiện trong hình 1.13

Áp lực ép bên trong buồng ép được đưa ra trong hình 1.13 là [58]:

= PT (1.19)

1.3.7 Vận tốc ép

Mối quan hệ giữa tốc độ chày ép và tốc độ ép chảy:

Vep AC = VE (n.AE) (1.21)

Trong đó Vep là vận tốc chày ép, Ac là diện tích tiết diện bên trong buồng ép, VE

là vận tốc ra của sản phẩm, AE là diện tích tiết diện sản phẩm ép chảy, n là số cửa khuôn trên khuôn

1.3.8 Nhiệt động lực học trong quá trình ép chảy

Trong quá trình ép chảy, nhiệt sinh ra bởi ma sát và công của sự biến dạng dẻo vật liệu Trong quá trình biến dạng dẻo gây phát sinh nhiệt Sự tăng nhiệt độ do biến dạng dẻo có thể đến vài trăm độ C Lực ma sát ở thành buồng ép, vùng kim loại đứng yên và bề mặt khuôn ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ dòng chảy kim loại cũng như sản phẩm ép chảy và khuôn

Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng trong quá trình ép chảy Ứng suất chảy được giảm bớt nếu nhiệt độ tăng lên và do đó biến dạng dễ dàng hơn Bên cạnh đó vận tốc ép chảy cũng làm thay đổi nhiệt độ của dòng chảy kim loại

1.4 Khuôn ép chảy

1.4.1 Cấu tạo khuôn

Có hai loại khuôn ép chảy hợp kim nhôm là khuôn ép thanh và khuôn ép ống hợp kim nhôm Mặt cắt ngang của khuôn ép thanh hợp kim nhôm được thể hiện trong hình

1.15

Hình 1.15 Cấu tạo khuôn ép thanh hợp kim nhôm

1 Vùng dẫn nhôm; 2 Cửa khuôn; 3 Vùng thoát B: Độ rộng vùng dẫn; H: độ sâu vùng dẫn; b:độ rộng cửa khuôn; L: độ dài cửa khuôn; e: vị trí cửa khuôn so với tâm khuôn; 𝛼: góc nghiêng cửa khuôn

a) Cửa khuôn song song b) Cửa khuôn (+) c) Cửa khuôn (-)

Hình 1.17 Các dạng cửa khuôn trong khuôn ép chảy hợp kim nhôm

1.4.3 Vật liệu chế tạo khuôn

Vì quá trình ép nhôm là một quá trình làm việc nóng trong khoảng nhiệt độ trung bình 580 °C, vật liệu khuôn được sử dụng thường là thép SKD61 [12]

1.5 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về ép chảy hợp kim nhôm

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trong khoảng 60 năm qua, các mô hình toán học và mô phỏng số quá trình nhôm ép chảy hợp kim nhôm đã được công bố cùng với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực máy tính Công việc ban đầu chủ yếu liên quan đến mô phỏng vấn đề ép chảy 2D hoặc hình học 3D đơn giản với hệ số ép thấp Với sự phát triển của máy tính, mô phỏng số quá trình ép chảy đã thực hiện được các mô phỏng phức tạp hơn

Song song với quá trình nghiên cứu bằng mô phỏng số, quá trình thực nghiệm thực tế cũng được tiến hành để kiểm chứng mô phỏng và một số các nghiên cứu khác

mà mô phỏng số chưa giải quyết được

Các nghiên cứu về dòng chảy kim loại, ma sát, nhiệt động lực học trong quá trình ép chảy thanh hợp kim nhôm; nghiên cứu về khuôn, thông số công nghệ ép và chất lượng sản phẩm ép chảy vẫn đang là xu hướng tiếp tục tập trung nghiên cứu hiện nay Tuy nhiên, chưa thấy công trình nghiên cứu nào đánh giá ảnh hưởng đồng thời của thông số hình học khuôn và chế độ ép đến độ nhám bề mặt sản phẩm và áp lực ép chảy hợp kim nhôm

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Công nghệ ép chảy thanh hợp kim nhôm ở trong nước bắt phát triển trong thời gian 20 năm gần đây với việc đưa các nhà máy sản xuất thanh hợp kim nhôm đi vào hoạt động như nhà máy nhôm Sông Hồng năm 1998, nhà máy nhôm Đông Anh 2005, nhà máy nhôm Huyndai Aluminum Vina năm 2006, nhà máy nhôm EUROHA năm

2010 …

Qua phân tích cho thấy tình hình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực công nghệ ép chảy hợp kim nhôm hiện nay vẫn chưa nhiều, chưa có công trình nghiên cứu nào về đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số hình học khuôn đến dòng chảy kim loại trong quá trình ép chảy làm cơ sở cho quá trình cân bằng dòng chảy nhằm đảm bảo độ chính xác hình dáng học của sản phẩm khi thiết kế khuôn Các nghiên cứu về ảnh hưởng của một

số thông số hình học khuôn và chế độ ép đến độ nhám bề mặt sản phẩm và áp lực ép chảy cũng chưa được nghiên cứu

Kết luận chương 1

Như vậy, qua phân tích tổng quan về quá trình ép chảy hợp kim nhôm, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã cho thấy hiện nay các nghiên cứu về sự ảnh hưởng đồng thời của thông số hình học khuôn và thông số chế độ ép đến độ chính xác hình dáng hình học, độ nhám bề mặt sản phẩm và áp lực ép vẫn chưa được làm rõ để nâng cao hơn nữa chất lượng sản phẩm thanh hợp kim nhôm ép chảy

Do vậy, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu về ảnh hưởng của một số thông số hình học của khuôn và chế độ ép đến độ chính xác hình dáng hình học, độ nhám bề mặt sản phẩm thanh hợp kim nhôm và áp lực ép

Để thực hiện được nghiên cứu trên cần định hướng thực hiện các bước như sau:

- Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học khuôn đến vận tốc ra của sản phẩm bằng mô phỏng số làm cơ sở

cho quá trình cân bằng dòng chảy khi thiết kế khuôn (sản phẩm có tiết diện 70x5 mm, vật liệu 6061) để đảm bảo độ chính xác hình dáng hình học của sản phẩm và giảm thiểu quá trình phải sửa khuôn trong sản xuất

- Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng ảnh hưởng đồng thời một số thông số

hình học của khuôn và chế độ ép đến độ nhám bề mặt sản phẩm và áp lực ép Trên cơ

sở đó giải bài toán tối ưu đồng thời 2 chỉ tiêu để xác định kích một số thông số hình học của khuôn và chế độ ép hợp lý, nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm và sử dụng hiệu quả thiết bị, dụng cụ ép

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN

CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM KHI ÉP CHẢY HỢP KIM NHÔM

2.1 Chất lượng sản phẩm khi ép chảy thanh hợp kim nhôm

2.1.1 Các yếu tố đặc trưng của chất lượng thanh hợp kim nhôm ép chảy

Chất lượng thanh hợp kim nhôm trong nguyên công ép chảy được đánh giá thông qua độ chính xác chế tạo các chi tiết máy nói chung bao gồm các yếu tố đặc trưng [8,33]: Độ chính xác kích thước; Độ chính xác vị trí tương quan; Độ chính xác hình dạng hình học đại quan; Chất lượng bề mặt; Các vệt xám ở mặt cắt ngang và theo chiều dọc sản phẩm; Các nốt phồng rộp; Sản phẩm bị rỗ bề mặt; Sản phẩm bị nứt hoặc

rách bề mặt; Các hạt bám dính trên bề mặt sản phẩm

2.1.2 Phương pháp đánh giá chất lượng thanh hợp kim nhôm ép chảy

Để đánh giá được các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt trên người ta tiến đánh giá các yếu tố sau [8,12,33,67]:

- Độ chính xác về kích thước

- Độ chính xác vị trí tương quan

- Độ chính xác hình dạng hình học

- Chất lượng bề mặt: Đo độ nhám bề mặt; Các hạt bám dính trên bề mặt sản;

Độ cứng bề mặt; Chiều sâu lớp biến cứng và ứng suất dư; Các vệt xám bề mặt; Rỗ bề mặt bề mặt; Nứt hoặc rách bề mặt;

2.1.3 Xác định các chỉ tiêu chính đánh giá chất lượng thanh hợp kim nhôm ép chảy

Qua phân tích cho thấy độ chính xác về hình dáng hình học và độ nhám bề mặt sản phẩm là 2 chỉ tiêu quan trọng của chất lượng sản phẩm thanh hợp kim nhôm ép chảy Do vậy cần thiết phải tập trung đi sâu vào nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến

2 chỉ tiêu quan trọng này

2.2 Ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ chính xác về hình dáng hình học sản phẩm

Ma sát đóng vai trò quan trọng trong quá trình cân bằng dòng chảy kim loại, là

cơ sở để phân tích mức độ ảnh hưởng của các thông số hình học của khuôn đến tốc độ

ra của sản phẩm, từ đó ảnh hưởng đến độ độ chính xác về hình dáng hình học sản phẩm

Quá trình cân bằng dòng chảy kim loại chịu ảnh hưởng chủ yếu vào ma sát của dòng chảy kim loại được thể hiện trên hình 2.9 [58]

Hình 2.9 Ma sát trong quá trình ép chảy thuận [58]

1 Ma sát phôi-buồng ép; 2 ma sát phôi-vùng kim loại chết; 3 ma sát phôi-khuôn

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác về hình dáng hình học sản phẩm gồm:

- Vị trí cửa khuôn so với tâm khuôn

- Hình học cửa khuôn: Độ dài thành cửa khuôn; Độ rộng cửa khuôn; Góc nghiêng thành cửa khuôn; Bán kính lượn cửa khuôn

- Hình học vùng dẫn nhôm: Độ rộng vùng dẫn nhôm; Độ sâu vùng dẫn nhôm

2.3 Ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt gây ra bởi nguyên nhân chủ yếu là hiện tượng bám dính hợp kim nhôm vào bề mặt cửa khuôn như trên hình 2.13 [50] Lớp bám dính này không bằng phẳng, do vậy nó sẽ in dập hình dạng của nó lên bề mặt sản phẩm thanh hợp hợp kim nhôm tạo ra nhám bề mặt sản phẩm

Hình 2.13 Bám dính hợp kim nhôm trên bề mặt cửa khuôn [50]

Bên cạnh hiện tượng bám dính lớp ôxít nhôm trên bề mặt cửa khuôn, còn xuất hiện quá trình hình thành các hạt bám dính cào xước lên bề mặt sản phẩm thanh hợp kim nhôm gây ra độ nhám bề mặt sản phẩm [67]

Quá trình hình thành hạt bám dính được chia làm 4 giai đoạn (hình 2.14) [67]

Hình 2.14 Cơ chế hình thành các hạt bám dính [67]

(a) giai đoạn khởi đầu; (b) tăng trưởng; (c) tách rời; (d) giai đoạn bám dính

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt sản phẩm ép chảy gồm:

- Ảnh hưởng của phôi ép: Vật liệu phôi, Độ dài phôi, Đường kính phôi (tỷ lệ ép), Số lượng phôi đưa vào ép

- Ảnh hưởng của khuôn: Độ dài cửa khuôn, Góc nghiêng cửa khuôn, Độ nhám

bề mặt cửa khuôn, Hướng độ nhám bề mặt cửa khuôn, Vật liệu phủ bề mặt cửa khuôn

- Ảnh hưởng của chế độ ép: Nhiệt độ phôi, Vận tốc ép

Qua những phân tích trên cho ta thấy được mức độ ảnh hưởng khác nhau của các yếu tố đến độ nhám bề mặt sản phẩm của quá trình ép:

Đối với phôi trong quá trình ép: vật liệu phôi thường được lựa chọn theo yêu cầu

kỹ thuật của sản phẩm do đó phải chấp nhận mức độ ảnh hưởng của vật liệu phôi đến

độ nhám bề mặt sản phẩm Độ dài phôi được xác định theo độ dài sản phẩm và giới hạn của độ dài buồng ép của máy ép, do vậy sự thay đổi độ dài phôi trong sản xuất thực tế là rất ít Đường kính phôi phụ thuộc vào các kích thước đường kính tiêu chuẩn của nhà máy sản xuất phôi và đường kính buồng ép, do vậy thực tế người ta ít thay đổi đường kính phôi trong quá trình ép Vì vậy tác giả không đi sâu nghiên cứu về ảnh hưởng của phôi đến độ nhám bề mặt sản phẩm

Đối với khuôn ép: góc nghiêng cửa khuôn trong quá trình chế tạo khuôn thực tế

thường là góc 0o

để dễ chế tạo trong quá trình cắt dây tia lửa điện cửa khuôn và đảm bảo vấn đề có thể sửa khuôn khi có sai số trong quá trình chế tạo nhằm cân bằng dòng chảy kim loại Quá trình chế tạo khuôn thực tế, bề mặt cửa khuôn chủ yếu phải đánh bóng với độ nhám bề mặt rất nhỏ, do đó độ nhám bề mặt cửa khuôn và hướng độ nhám

bề mặt cửa khuôn ít thay đổi Sử dụng các vật liệu phủ bề mặt cửa khuôn khác nhau sẽ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt sản phẩm khác nhau, nhưng giá thành chế tạo khuôn cũng khác nhau Nhà sản xuất phải cân nhắc lựa chọn vật liệu phủ đảm bảo giá thành với chất lượng bề mặt sản phẩm

Thông số độ dài cửa khuôn là dễ thay đổi khi thiết kế và chế tạo khuôn, do vậy

cần đi sâu nghiên cứu thực nghiệm sự ảnh hưởng độ dài cửa khuôn đến độ nhám bề

mặt sản phẩm để xác định được độ dài cửa khuôn hợp lý

Đối với chế độ ép: Cả 2 thông số nhiệt độ phôi ép, vận tốc ép đều có thể thay đổi

trong quá trình ép, do vậy cần phải đi sâu nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của 2

thống số này đến độ nhám bề mặt sản phẩm để từ đó lựa chọn được chế độ ép hợp lý của quá trình ép

Cả 3 thông số nhiệt độ phôi, vận tốc ép và độ dài cửa khuôn đều có sự hảnh hưởng đến lực ma sát dòng chảy với bề mặt cửa khuôn, từ đó ảnh hưởng đến áp lực ép

Áp lực ép lên bề mặt cửa khuôn là một yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành lớp bám dính và hạt bám dính bề mặt [67], do đó có sự ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt sản phẩm ép chảy Mặt khác áp lực ép cũng gây ra biến dạng cửa khuôn [50], làm ảnh hưởng đến tuổi bền của khuôn, lực ép của máy ép, độ chính xác tiết diện sản phẩm Do vậy cần thiết phải tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của 3 thống số này đến áp lực ép