tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG bề mặt THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------

NGUYỄN MẠNH LINH

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VỚI ĐIỆN CỰC
ĐỒNG VÀ DUNG MÔI DẦU

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN – 2013
Công trình được hồn thành tại: Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp


Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN ĐÌNH MÃN

Phản biện 1: ………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………..
Phản biện 2: ………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………..

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:
…………………………………………………………………………………
Vào hồi:……….giờ……..ngày…….tháng……năm 20….

Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên
và Thư viện Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Gia cơng bằng tia lửa điện (viết tắt là EDM - Electrical Discharge
Machining) là một trong các phương pháp gia công tiên tiến được sử dụng khá rộng
rãi. Phương pháp này có thể gia cơng được những chi tiết có hình dáng hình học
phức tạp, được làm từ những vật liệu có độ cứng, độ mài mịn cao mà việc gia cơng
chúng bằng các phương pháp gia công truyền thống như tiện, phay, mài…là vơ
cùng khó khăn, đơi khi khơng thể gia cơng được. Phương pháp này thường được
dùng để gia công các chi tiết có độ dày lớn, có hình dáng 3D phức tạp như khuôn mẫu
dụng cụ, khuôn đột, khuôn đùn ép kim loại, các loại cối định hình, hay gia cơng các lỗ
nhỏ và sâu, các lỗ, rãnh có thành rất mỏng v.v... Phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi gia
cơng vật liệu cứng, khó gia cơng (thép khổng rỉ, thép đã tơi…) và cho độ chính xác cao.
Thép SKD61 là loại thép hợp kim dụng cụ hiện được sử dụng rất phổ biến.
Một số chi tiết của khuôn dập, khuôn ép, cối dập thuốc…sử dụng thép SKD61 đã
tôi cứng. Sau khi nhiệt luyện thép SKD61 có thể đạt độ cứng 60-64 HRC, do đó
việc gia cơng bằng các phương pháp gia cơng truyền thống địi hỏi chi phí lớn, năng
suất và chất lượng khơng cao. Vì vậy việc chế tạo khuôn mẫu bằng phương pháp
gia công bằng tia lửa điện đang được sử dụng rộng rãi.
Chất lượng bề mặt sau khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện
phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như các thông số công nghệ, vật liệu gia công, vật liệu
điện cực, dung môi…
Việc chế tạo khuôn mẫu bằng phương pháp gia công tia lửa điện đang được
các nhà máy cơ khí sử dụng rộng rãi, nhưng chưa có nhiều nghiên cứu, đánh giá về
chất lượng bề mặt khuôn sau khi gia cơng.
Xuất phát từ đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài:
“Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 khi gia công bằng phương pháp

gia công tia lửa điện với dung môi dầu và điện cực đồng”


2
2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài
Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 khi gia công bằng phương pháp gia
công tia lửa điện với dung môi dầu và điện cực đồng.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là chất lượng bề mặt gia công (độ nhám bề
mặt, cấu trúc và độ cứng lớp bề mặt, thành phần hóa học và tổ chức pha lớp bề mặt)
của thép SKD61 sau khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với môi
trường gia công là dầu và điện cực đồng.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài sẽ
làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của q trình gia cơng bằng tia
lửa điện.
- Các phương pháp nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công hiện nay vẫn
được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Đề tài sẽ đóng
góp một số kết quả của việc nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằng
phương pháp gia công tia lửa điện.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi gia cơng các khn dập, khuôn ép,
cối dập thuốc,…
4. Nội dung luận văn
Nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan về phương pháp gia công tia lửa điện.

- Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 sau
khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với điện cực đồng và dung
môi dầu. Trên cơ sở đó kiến nghị với nhà sản xuất cị mổ động cơ RV125 được
chế tạo từ thép SKD61 nhằm nâng cao chất lượng bề mặt khuôn.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN
1.1. Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện
Gia công tia lửa điện là phương pháp gia công bằng cách phóng điện ăn mịn
trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được tạo ra do sự phóng điện giữa hai điện cực.
1.1.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia cơng tia lửa điện
- Điện cực (đóng vai trị là dụng cụ cắt): Có độ cứng thấp hơn nhiều so với
vật liệu phôi. Vật liệu phôi thường là những vật liệu cứng và đã qua nhiệt luyện như
thép đã tôi, các hợp kim cứng. Vật liệu điện cực thường là đồng, grafit…
- Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phơi đều phải có tính dẫn điện tốt.
- Mơi trường gia công: Khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi làm
môi trường gia công. Đây là dung dịch không dẫn điện ở điều kiện làm việc bình thường.
1.1.2. Khả năng cơng nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện.
Phương pháp gia công tia lửa điện có thể tạo được các mặt định hình là
đường thẳng, đường cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profin phức tạp,… với độ
bóng tương đối cao (Ra = 1,6 ÷ 0,8 μm) và độ chính xác cao (IT5).
1.2. Các phương pháp gia công tia lửa điện
1.2.1. Phương pháp gia cơng xung định hình
1.2.2. Phương pháp gia cơng cắt dây bằng tia lửa điện
1.3. Cơ sở của phương pháp gia cơng tia lửa điện
R

§iƯn cùc
C

Phơi

Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý gia công tia lửa điện


4
Thực chất của phương pháp gia công tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi bề
mặt phôi nhờ tia lửa điện. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng tia lửa điện được mơ tả
như hình 1.1.
1.4. Các hiện tượng xấu khi gia công tia lửa điện
- Hồ quang
- Ngắn mạch, sụt áp
- Xung mạch hở, khơng có dịng điện
- Sự quá nhiệt của chất điện môi


5
CHƯƠNG 2
MÁY XUNG ĐỊNH HÌNH VÀ CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ TRONG Q
TRÌNH GIA CƠNG
2.1. Sơ bộ về máy xung định hình

E le c tr o d e

D ie le c tr ic

W o r k p ie c e

P u ls e
g e n e ra to r

Hình 2.1. Mơ hình máy xung định hình
- NC-controller generator: Bộ điều khiển số.
- Servo drive: Bộ điều khiển động cơ servo.
- Machine head: Trục chính của máy (thường dùng để gắn dụng cụ). Nó đóng
vai trị là trục Z.
- Dielectric tank: Thùng chứa dung dịch điện ly (ngập các điện cực).
- Workpiece: Phôi – chi tiết cần gia công.
- Electrode: Dụng cụ.
- Dielectric unit: Hệ thống thùng và bơm dung dịch điện ly lên thùng chứa.
- Machine table: Bàn máy có thể di chuyển theo 2 phương X, Y.
- Gap: khe hở phóng điện. Khe hở này cần phải được đảm bảo khơng đổi
trong suốt q trình phóng tia lửa điện.
- Dielectric: Dung dịch điện ly
- Pulse generator: Nguồn cung cấp điện áp công suất một chiều dạng xung


6
2.2. Ưu, nhược điểm của phương pháp gia công xung định hình
2.2.1. Ưu điểm
Một trong những điểm đặc biệt nhất của q trình gia cơng bằng tia lửa điện
là khơng có lực cắt trong q trình gia cơng. Khơng có lực cắt đồng nghĩa với việc
tính tốn đồ gá, bàn máy sẽ đơn giản hơn rất nhiều, công suất của động cơ điều
khiển các trục cũng sẽ không cần lớn như trước. Đó cũng là lý do vì sao các hãng
chế tạo máy xung đẩy mạnh nghiên cứu gia công máy phay, máy khoan tia lửa điện
bởi nếu thành công, họ sẽ có thể chế tạo được các chi tiết phức tạp khơng thua gì
các phương pháp gia cơng truyền thống mà cơng suất có thể thấp hơn nhiều.

Chất lượng chi tiết gia cơng tốt, độ chính xác kích thước và độ nhám bề mặt
khơng thua kém gì các phương pháp gia công truyền thống.
2.2.2. Nhược điểm
Không gia công được những chi tiết phức tạp. Rõ ràng nơi phôi bị ăn mịn,
hình dáng chi tiết sẽ có hình dáng giống như điện cực. Vì vậy, nếu cần phải gia
cơng những chi tiết phức tạp, việc thiết kế điện cực sẽ trở nên khó khăn hơn rất
nhiều lần.
Tốc độ gia cơng chậm. Sau mỗi xung, bề dày lượng kim loại bị ăn mịn chỉ
khoảng vài µm và chỉ giới hạn trong một diện tích nhỏ. Tốc độ gia cơng chậm đồng
nghĩa với năng suất chế tạo thấp

2.3. Chất lượng bề mặt khi gia cơng xung định hình
2.3.1. Về độ nhám bề mặt:


7

D

S

Rmax

R

Hình 2.2 Cấu trúc tế vi của chi tiết gia cơng bằng xung định hình
2.3.2. Về vết nứt tế vi và lớp ảnh hưởng nhiệt:
Hv

4

3

2

1

400 600 800 1000

Hình 2.3 Cấu trúc bề mặt phôi
2.4. Các thông số công nghệ của khi gia cơng xung định hình
2.4.1. Điện áp đánh lửa Uz
2.4.2. Thời gian trễ đánh lửa td
2.4.3. Điện áp phóng tia lửa điện Ue
2.4.4. Dịng phóng tia lửa điện Ie
2.4.5. Thời gian phóng tia lửa điện te
2.4.6. Độ kéo dài xung ti
2.4.7. Khoảng cách xung to.


8
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61
DÙNG LÀM KHN DẬP CỊ MỔ ĐỘNG CƠ RV125
3.1 . Mục đích của thí nghiệm
Thực nghiệm gia cơng khn dập cị mổ động cơ RV125 bằng phương pháp gia
cơng tia lửa điện với điện cực đồng, dung môi dầu và vật liệu khuôn dập là thép SKD61.
Đánh giá chất lượng bề mặt khuôn sau khi gia công, đây là cơ sở để phân
tích, đưa ra những góp ý, khuyến cáo đối với quy trình cơng nghệ và lựa chọn vật
liệu điện cực đối với nhà sản xuất.

3.2 . Mô tả hệ thống thí nghiệm
3.2.1. Sơ đồ thí nghiệm
Sơ đồ thực hiện thí nghiệm thể hiện trên hình 3.1. Dụng cụ gia công (điện
cực) và Phôi đều được ngâm trong dung dịch điện mơi. Q trình phân cực khi gia
cơng là phân cực thuận (điện cực phân cực âm(-) – phôi phân cực dương(+) ).

Hình 3.1. Sơ đồ thí nghiệm


9
3.2.2. Máy thí nghiệm
- Máy làm thí nghiệm: Máy xung CNC-EA600L của Hãng JSEDM-JIANN
MECHINERY & ELECTRIC INDUSTRIAL CO.LTD-TAIWAN là máy xung điện
công nghiệp hiện đang được sử dụng ở Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Diesel
Sông Công Thái Ngun.
3.2.3. Vật liệu thí nghiệm
Thép làm khn chịu nhiệt SKD61 nhiệt luyện đạt độ cứng (48÷52)HRC
Bảng 3.2. Thành phần hóa học theo % trọng lượng của thép SKD61
C

Mn

Si

W

0,38

0,4

1,00

-

Tỷ lệ các nguyên tố, %
Cr
Mo
V
5,15

1,4

0,8

P

S

≤0,03 ≤0,01

- Kích thước mẫu: 80x40x30( mm)
- Số lượng mẫu: 03

Hình 3.3. Hình ảnh mẫu thí nghiệm

Ni

Co

-

-


10
3.2.4. Điện cực dụng cụ
Vật liệu được sử dụng làm điện cực trong q trình gia cơng khn là Đồng
- Số lượng điện cực: 03.
- Hình dáng và kích thước điện cực dụng cụ: Phụ thuộc vào hình dáng và kích
thước cị mổ động cơ

Hình 3.5. Hình dáng điện cực
3.2.5. Dung dịch điện môi
Dung dịch điện môi là dầu cách điện UNITRANS OIL của hãng ELECTROL.
3.2.6. Các thông số công nghệ gia công
Các thông số công nghệ gia công sử dụng khơng đổi trong suốt q trình làm
thí nghiệm được cho như ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Các thông số công nghệ gia cơng
Cường độ dịng điện xung
Thời gian xung
Thời gian ngừng xung
Dung dịch điện môi
Phân cực
Thời gian gia công
Điện áp khe hở
3.2.7. Quy trình thí nghiệm
- Rèn phơi.

4,5A
150µs

2µs
Dầu biến thế (ELEC CTROL)
Thuận: Điện cực (-), Phôi (+)
1h35’52”
45V


11
- Ủ để khử ứng suất rèn, cho độ cứng đồng đều.
- Phay đạt kích thước mẫu.
- Phay vành biên để thoát kim loại thừa.
- Nhiệt luyện đạt độ cứng 48÷52 HRC.
- Mài chính xác góc nghiêng.
- Gá phơi lên máy, rà thẳng theo mặt nghiêng.
- Lắp điện cực.
- Đặt chế độ xung.
- Xung.
3.2.8. Thiết bị đo kiểm kết quả thí nghiệm
1. Máy đo nhấp nhơ bề mặt gia cơng
máy đo biên dạng kiểu đầu dò tiếp xúc SJ-400 (Hãng MITUTOYO –
JAPAN).
2. Máy kiểm tra độ cứng tế vi
máy đo độ cứng tế vi Indenta Met 1106 (Hãng BUEHLER - USA
3. Máy phân tích các pha (X-ray)
máy nhiễu xạ tia X Siemens D5000( CHLB Đức ).
4. Máy chụp hình thái bề mặt (SEM)
kính hiển vi điện tử quét Jeol 6490 JED2300 (Hãng JEOL - JAPAN).
5. Máy quan sát cấu trúc mặt cắt ngang lớp bề mặt
máy hiển vi quang học Axiovert 40MAT (Hãng CARL ZEISS GERMAN).
6. Máy phân tích thành phần hóa học bề mặt (EDX)

máy quang phổ phát xạ PDA-7000 (Thụy Sỹ ).
3.3. Kết quả thí nghiệm và thảo luận
3.3.1. Hình dáng bề mặt khn


12
Sau gia cơng kết quả nhận được hình dạng và kích thước bề mặt khn đạt
u cầu (hình 3.6).

Hình 3.6. Hình ảnh nửa khn dưới dập cị mổ động cơ RV125
3.3.2. Topography bề mặt gia công
a. Nhấp nhô và profin của bề mặt khuôn
- Để đánh giá được tổng quát nhất nhấp nhơ trên tồn bộ bề mặt khn, tác
giả chọn 3 vị trí tiêu biểu, đại diện cho các bậc trên bề mặt khn như hình 3.7.
Kết quả cho thấy:
+ Trị số nhấp nhơ tại các vị trí có chiều sâu khác nhau trên bề mặt khuôn xấp
xỉ bằng nhau Rz = (21,83÷ 32,37)μm tương đương độ nhẵn cấp 4.
+ Kết quả cho thấy bề mặt có độ nhẵn rất thấp, do đó trước khi sử dụng cần
thiết phải có các ngun cơng gia cơng tinh tiếp theo.


13

2
3
1

Hình 3.7. Vị trí kiểm tra trên mẫu
Bảng 3.7. Kết quả nhấp nhơ bề mặt
Mẫu

1
2
3

Vị trí 1
Vị trí 2
Vị trí 3
Vị trí 1
Vị trí 2
Vị trí 3
Vị trí 1
Vị trí 2
Vị trí 3

Kết quả Rz( µm )
Rz1
Rz2
Rz3
24,4
20,2
20,9
27,4
26,2
27,9
32,3
33,6
31,2
23,4
22,3
24,1

28,7
21,1
23,1
30,1
31,1
29,8
24,1
23,7
24,5
27,7
28,3
28,6
31,1
34,9
28,1

Trị số trung bình Rz(µm)
(Rz1 + Rz2 + Rz3)/3
21,83
27,17
32,37
23,27
24,30
30,33
24.,10
2820
31,37

b. Ảnh SEM bề mặt gia cơng
Để nghiên cứu hình dạng bề mặt gia cơng ta chụp ảnh SEM cho 3 mẫu, mỗi

mẫu chụp ở 2 vị trí khác nhau (hình 3.8) với độ phóng 100x, 1000x.

2

1

Hình 3.8. Vị trí chụp ảnh SEM
kết quả như sau:
Ảnh SEM mẫu 1:


14

Hình 3.9. Ảnh SEM bề mặt mẫu 1 vị trí 1
với độ phóng đại 100X

Hình 3.11. Ảnh SEM bề mặt mẫu 1 vị trí 2
với độ phóng đại 100X

Hình 3.10. Ảnh SEM bề mặt mẫu 1 vị trí 1
với độ phóng đại 1000X

Hình 3.12. Ảnh SEM bề mặt mẫu 1 vị trí 2
với độ phóng đại 1000X

Ảnh SEM mẫu 2:

Hình 3.13. Ảnh SEM bề mặt mẫu 2 vị trí 1
với độ phóng đại 100X

Hình 3.14. Ảnh SEM bề mặt mẫu 2
vị trí 1 với độ phóng đại 1000X


15

Hình 3.15. Ảnh SEM bề mặt mẫu 2 vị trí 2
với độ phóng đại 100X
Ảnh SEM mẫu 3:

Hình 3.16. Ảnh SEM bề mặt mẫu 2
vị trí 2 với độ phóng đại 1000X

Hình 3.17. Ảnh SEM bề mặt mẫu 3 vị trí 1
với độ phóng đại 100X

Hình 3.18. Ảnh SEM bề mặt mẫu 3 vị trí 1
với độ phóng đại 1000X

Hình 3.19. Ảnh SEM bề mặt mẫu 3 vị trí 2
với độ phóng đại 100X

Hình 3.20. Ảnh SEM bề mặt mẫu 3 vị trí 2
với độ phóng đại 1000X


16
kết quả cho thấy hình dạng bề mặt tại các vị trí khác nhau có đặc điểm tương
tự nhau. Kết quả chỉ ra rằng:
- Bề mặt sau gia công là tập hợp các vết lõm và nhiều hạt hình cầu bám dính

trên bề mặt. Đây là 2 yếu tố tạo ra độ nhẵn bề mặt gia cơng thấp.
- Đường kính, chiều sâu và sự phân tán của các vết lõm bất kỳ. Nguyên nhân
do tia lửa điện được tạo ra trong q trình xung là khơng liên tục và năng lượng của
các tia khơng đều.
- Trong q trình xung một phần vật liệu của điện cực, phơi bị nóng chảy và
bay hơi. Đồng thời bị dung dịch điện môi làm nguội nhanh và tạo ra sức căng mặt
ngồi nên hình thành các hạt hình cầu. Và các hạt này khơng được dung dịch mơi
cuốn đi mà lại bám dính trên bề mặt gia công.
- Miệng các vết lõm đều được vê với bán kính cong là do khi tia lửa điện làm
vật liệu nóng chảy, bay hơi cùng lúc đó bị dung dịch điện môi tác dụng đồng thời
vừa làm nguội nhanh và vừa gây ra sức căng bề mặt ngồi.
- Trên bề mặt gia cơng xuất hiện nhiều vết nứt tế vi với mật độ lớn. Đây là
dạng khuyết tật có ảnh hưởng khơng tốt đến độ bền mịn và độ bền mỏi của khuôn.
Nguyên nhân xuất hiện các vết tế vi nứt là do khi gia công các tia lửa điện tác động
làm lớp bề mặt phôi bị nung nóng đến nhiệt độ rất cao và được làm nguội với tốc độ
rất nhanh bởi dung dịch điện môi.
3.3.3. Tổ chức tế vi của lớp bề mặt gia công
a. Vị trí phân tích
Sau khi gia cơng, các mẫu được làm sạch và cắt theo phương pháp tuyến với bề
mặt mặt gia cơng. Vị trí phân tích tổ chức tế vi được kiểm tra ở hai vị trí như Hình 3.21
Vị trí phân tích
TCTV thấp

Vị trí phân tích
TCTV

Vị trí phân tích
TCTV cao

Hình 3.21. Vị trí phân tích tổ chức tế vi

17
b. Kết quả phân tích
Để phân tích tổ chức và đặc điểm của lớp bề mặt gia công ta sử dụng ảnh
SEM (200x và 500x) và xác định chiều sâu, độ cứng của các lớp biến đổi do quá
trình xung gây ra. Kết quả như sau:

a

b

Hình 3.22. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 1 cao, a) 200X; b b) 500X


18

a

b

Hình 3.23. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 1 thấp, a) 200X; b) 500X
x
a

b

Hình 3.24. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 2 cao, a) 200X; b) 500X
a

b

Hình 3.25. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 2 thấp, a) 200X; b) 500X


19
a

b

Hình 3.26. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 3 cao, a) 200X; b) 500X
a

b

Hình 3.27. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 3 thấp, a) 200X; b) 500X
Bảng 3.8. Chiều dày lớp biến trắng và lớp chuyển tiếp, µm
Lớp biến trắng
Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3
Cao
24,06
24,72
12,03
L1
Thấp
8,67
11,65
21,79
Cao
15,78

11,39
16,30
L2
Thấp
6,09
8,93
18,5
Cao
10,54
11,55
21,11
L3
Thấp
12,04
16,04
10,99
Mẫu

Lớp chuyển tiếp
Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3
13,33
8,67
11,12
12,29
11,14
9,23
7,11
10,87
11,12
10,87

9,05
9,57
8,46
6,21
8,68
10,11
12,68
13,84

Bảng 3.9. Sự thay đổi độ cứng (HV) lớp bề mặt theo chiều sâu
TT Khoảng cách
từ bề mặt

Mẫu L1

Mẫu L2

Mẫu L3

Hình 5. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu P2 thấp, a) 200x; b) 500x


20
mẫu, µm
Cao
756,6

1
2
3

4
5
6
7
8
9
10

100
150
200
250
350
450
550
750

Thấp
453,7

Cao
537,4

Thấp
470,7

Cao
396,6

Thấp

453,4

(11 µm) (15 µm) (11 µm) (15 µm) (11 µm) (14 µm)
613,4 (28 627,1 (40 359,5 (28 690,2 (40 411,8 (33 627,1 (65
µm)
µm)
µm)
µm)
µm)
µm)
627,1
588,2
387,4
682,6
322,5
739,8
683,7
627,1
496,2
646,0
426,2
757,3
633,3
707,9
502,0
588,7
453,7
738,5
633,8
646,0

506,5
676,7
407,5
749,8
627,1
662,0
507,8
662,0
408,0
626,0
714,7
570,8
520,6
676,7
424,5
716,0
627,1
698,1
492,9
684,33
441,3
724,2
619,9
553,7
479,6
640,68
343,3
692,0

Kết quả cho thấy:

Cấu trúc mặt cắt ngang của bề mặt thép SKD61 gia công bằng tia lửa điện
gồm 3 lớp: Lớp biến trắng, lớp trung gian và lớp nền.
- Lớp biến trắng:
+ Chiều dày của lớp này tại các vị trí khác nhau trên mẫu xấp xỉ tương
đương nhau.
+ Lớp này nằm ở ngoài cùng, màu sáng, có chiều dày khá lớn và phân biệt
rõ nét nhất với các lớp còn lại. Lớp biến trắng được hình thành từ vật liệu điện
cực và phơi bị nóng chảy, bay hơi nhưng không bị dung dịch điện môi cuốn đi
mà lại được làm nguội với tốc độ cao
+ Ở lớp biến trắng xuất hiện các vết nứt tế vi phân bố khá nhiều trên bề mặt và
có chiều sâu xấp xỉ bằng độ dày lớp biến trắng.
+ Độ cứng tế vi của lớp biến trắng HRC = (32,8÷46,1) thấp hơn độ cứng của
các lớp còn lại.
+ Đây là lớp có cấu trúc tế vi và đặc điểm cơ tính khơng có lợi cho q trình
làm việc của khn dập nóng.
- Lớp trung gian:


21
+ Nằm bên dưới lớp biến trắng, lớp trung gian khó quan sát một cách rõ
dàng, có chiều dày xấp xỉ bằng nhau tại các vị trí gia cơng khác nhau và nhỏ hơn
lớp biến trắng. Lớp này hình thành là do năng lượng nhiệt của các tia lửa điện làm
cho vật liệu phôi vùng tiếp giáp với lớp biến trắng bị nóng chảy và vùng bên dưới
thì bị chuyển biến pha. Như vậy, thực chất lớp trung gian tồn tại ở dạng hai lớp:
Lớp bị nung đến trạng thái nóng chảy gọi là lớp đúc lại, lớp bị nung đến trạng thái
chuyển biến pha gọi là lớp bị nhiệt luyện
+ Vết nứt tế vi xuất hiện rất ít, chiều sâu nhỏ trên lớp trung gian và chúng
không tồn tại theo phương song song với bề mặt gia công.
+ Độ cứng tế vi của lớp trung gian rất cao HRC = (57,6÷63,3), cao hơn nhiều
so với lớp biến trắng và lớp nền (48÷52HRC).

+ Đây là lớp có ảnh hưởng tốt đến khả năng làm việc của vật liệu làm khuôn.
- Các lớp được khảo sát cho thấy có độ cứng tế vi thay đổi với quy luật
giống nhau (Bảng 3.9).
3.3.4. Thành phần hóa học và tổ chức pha của lớp bề mặt gia công
Kết quả cho thấy:
- Thành phần các nguyên tố trên lớp bề mặt của thép SKD61 sau gia công bằng
tia lửa điện với điện cực bằng đồng trong dung dịch điện môi dầu đã bị thay đổi rất đáng
kể: Xuất hiện của nguyên tố Cu (0,32%) và %C tăng lên rất lớn (8.84% ÷ 15.18%).
- %C tăng lên trên lớp bề mặt là do dầu biến thế đã bị phân tích dưới tác
động của tia lửa điện tạo ra các bon và xâm nhập vào bề mặt phơi.
- Sự có mặt của ngun tố Cu trên bề mặt gia công là do vật liệu điện cực
(Cu) trong quá trình xung đã bị tác động nhiệt của tia lửa điện làm nóng chảy và
bay hơi xâm nhập vào lớp bề mặt gia cơng.
3.4. Quy trình cơng nghệ gia cơng khn dập cị mổ động cơ RV125 thực tế tại
Cơng ty Diesel Sơng Cơng Thái Ngun
Ngồi quy trình gia cơng như quy trình thí nghiệm trên, sau khi xung, khn
được kiểm tra hình dáng hình học, sau đó đánh bóng lớp bề mặt với lượng dư


22
khoảng 100 µm theo kinh nghiệm (thơng tin được cung cấp bởi phân xưởng CNC,
công ty cổ phần Diesel Sông Công Thái Nguyên).

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Thực nghiệm gia công khuôn dập cò mổ động cơ RV125 nhằm đánh giá chất
lượng bề mặt khuôn sau khi gia công, đây là cơ sở để phân tích, đưa ra những góp


23
ý, khuyến cáo đối với quy trình cơng nghệ và lựa chọn vật liệu điện cực đối với nhà

sản xuất.
Thực nghiệm được tiến hành tại Công ty Cổ phần Diesel Sơng Cơng, sử dụng
hệ thống thí nghiệm là máy móc và trang thiết bị của Cơng ty, với quy trình thí
nghiệm giống như quy trình sản xuất thực tế tại Cơng ty.
Mẫu thí nghiệm được đo và phân tích kết quả tại Trung tâm đánh giá hư hỏng
vật liệu, thuộc Viện Khoa học Vật liệu – Hà Nội, với các kết quả được đo và phân
tích như sau:
- Độ nhám bề mặt: Đạt được Rz = (21,83÷ 32,37)μm tương đương độ nhẵn cấp 4.
- Hình dạng bề mặt: Có nhiều vết lõm, các hạt hình cầu trên bề mặt, đồng thời
xuất hiện nhiều vết nứt tế vi.
- Tổ chức tế vi: Cấu trúc mặt cắt ngang gồm 3 lớp: Lớp biến trắng, lớp trung
gian và lớp nền.
- Thành phần hóa học của lớp bề mặt: Có sự thay đổi đáng kể so với phôi thép
SKD61 trước khi gia công, với %C tăng lên rất lớn (8.84% ÷ 15.18%) và xuất hiện
nguyên tố Cu (0,32%).