nghiên cứu khả năng ứng dụng kim loại bột để chế tạo khuôn ép nhựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HỮU TUẤN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG KIM LOẠI
BỘT ĐỂ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 4 1 3 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
---------------o0o--------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HỮU TUẤN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG KIM LOẠI
BỘT ĐỂ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. HOÀNG TRỌNG BÁ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên

:NGUYỄN HỮU TUẤN

Ngày, tháng, năm sinh: 08/04/1985
Quê quán

Giới tính : Nam
Nơi sinh : Quảng Ngãi

:Quảng Ngãi

Dân tộc

: Kinh

Địa chỉ liên lạc : 179/64 Bạch Đằng, phƣờng 15, Bình Thạnh, TPHCM
Số điện thoại

: 0907462006

Email

:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính Quy

Thời gian đào tạo từ 08/2008 đến 02/2010

Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐH Công Nghiệp TP.HCM
Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “ Tính toán hệ thống dẫn hƣớng cho
xylanh ”
Nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: ĐH Công Nghiệp TP.HCM
Ngƣời hƣớng dẫn: Tôn Thất Nguyên Thi
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 02/2011 đến 02/2013

Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM
Ngành học: Công nghệ chế tạo máy
Tên luận văn: “NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG KIM LOẠI BỘT ĐỂ
CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA ”
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 26 /10/2013 tại trƣờng ĐH Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM.
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS HOÀNG TRỌNG BÁ
Ngày 26 tháng 10 năm 2013
Ngƣời khai ký tên

NGUYỄN HỮU TUẤN

i


LỜI CAM ĐOAN

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 10 năm 2013
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

NGUYỄN HỮU TUẤN

ii


LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN
Thời gian trôi nhanh, mới đó mà chƣơng trình học Thạc sĩ tại trƣờng đã sắp
hoàn thành. Trong khoảng thời gian học này, tôi đã đƣợc học hỏi rất nhiều kiến
thức, kinh nghiệm quý báu từ quý Thầy Cô, bạn bè. Điều đó đã giúp tôi có thể hoàn
thành tốt luận văn Thạc sĩ này.
Nay tôi viết lời cảm ơn này để bày tỏ lòng tri ân chân thành của tôi đến:


Thầy Cô Khoa Cơ Khí Máy – Bộ môn vật liệu học trƣờng Đại học Sƣ phạm

Kỹ thuật TP.HCM đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học

tập tại trƣờng.


Thầy Cô Phòng thí Nghiêm – Bộ môn Vật liệu học – Khoa Công nghệ vật

liệu Trƣờng ĐH Bách Khoa TP.HCM đã hỗ trợ tôi trong quá trình sàng phân cỡ hạt
kim loại.


Thầy PGS.TS. Hoàng Trọng Bá đã tận tình hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu và

cho tôi những lời khuyên quí báu, truyền đạt những phƣơng pháp nghiên cứu hiệu
quả và luôn động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.


Thầy Nguyễn Minh Đức, Khoa Công nghệ vật liệu, Trƣờng ĐH Bách Khoa

Hà Nội đã hƣớng dẫn thực hiện làm thí nghiệm mài mòn.


Thầy Nguyễn Văn Thức, phòng thí nghiệm vật liệu, trƣờng ĐHSPKT

TP.HCM, đã hỗ trợ tôi trong quá trình đo kiểm mẫu thí nghiệm.


Thầy Ths. Nguyễn Minh Phong, trƣờng cao đẳng nghề Việt Nam Singapor

đã bỏ thời gian và công sức để đóng góp ý kiến cho luận văn của tôi đƣợc hoàn
thiện hơn.


Ban lãnh đạo - cùng toàn thể các anh chị trực tiếp sản xuất tại công ty TNHH

Sản Xuất & Thƣơng Mại Tân Việt, Số 36, đƣờng Tân Kỳ, Quận Tân Phú, TP.HCM


Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình

học tập và thực hiện luận văn.


Và cuối cùng tôi xin gởi lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành công đến

quý Thầy cô, những ngƣời thân, bạn bè và đồng nghiệp của tôi.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 10 năm 2013

iii


TÓM TẮT

TÓM TẮT
Ngày nay các sản phẩm nhựa gần nhƣ phổ biến trong đời sống hằng ngày của
chúng ta. Cho nên quá trình sản xuất khuôn ép nhựa đóng vai trò quan trọng, xu
hƣớng nghiên cứu nâng cao chất lƣợng khuôn ép nhựa trở nên cấp bách. Xuất phát
từ nhu cầu đó việc nghiên cứu tìm ra các loại vật liệu làm khuôn mới cũng nhƣ
những yếu tố ảnh hƣởng làm thay đổi chất lƣợng của khuôn là vấn đề quan trọng.
Một trong những yếu tố quan trọng nhất đó là sự mài mòn của khuôn khi làm việc.
Sự mài mòn của khuôn là một quá trình cơ lý hóa phức tạp, ảnh hƣởng của

rất nhiều thông số. Do đó, từ nhu cầu trên chúng tôi nghiên cứu trên vật liệu kim
loại bột, rồi từ vật liệu này tìm ra chất lƣợng của khuôn mẫu dƣới sự ảnh hƣởng của
các chế độ nhiệt luyện và chế độ làm việc của nó là cần thiết.
Trên thế giới, cũng có rất nhiều công trình nghiên cứu có liên quan đến kim
loại bột, và đã tìm ra các chế độ tối ƣu nhƣ lực ép, thời gian và nhiệt độ thiêu kết để
nâng cao độ cứng và giảm độ mài mòn của khuôn sau khi nhiệt luyện. Trong nƣớc
nhiều công trình nghiên cứu đã đƣa ra các chế độ, các cách điều chỉnh thông số máy
sao cho khuôn ép nhựa làm việc trong điều kiện tốt nhất, thêm vào đó các công
trình nghiên cứu về mòn và các thử nghiệm mòn, bôi trơn cũng đƣợc công bố. Từ
các thuận lợi và khó khăn trên, trong luận văn này chúng tôi nghiên cứu chất lƣợng
khuôn mẫu đƣợc chế tạo bằng kim loại bột dƣới sự ảnh hƣởng của các chế độ nhiệt
luyện, lực ép và thời gian thiêu kết chế độ làm việc của khuônvà ảnh hƣởng qua lại
của chúng nếu có theo phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm.
Để thực hiện các công việc trên, chúng tôi đã nghiên cứu, giải quyết các vấn
đề có liên quan và trình bày trong 5 chƣơng của luận văn nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan
Từ những công trình nghiên cứu đã có ở trong nƣớc và ngoài nƣớc, chúng tôi
tóm tắt những thành tựu đã đạt đƣợc và những tồn tại liên quan đến đề tài luận văn.
Trên cơ sở đó, chúng tôi trình bày ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết

iv


TÓM TẮT
Giới thiệu về qui trình tạo bột kim loại. Qúa trình nhiệt luyện cho kim loại
bột và các phƣơng pháp thử nghiệm đo mài mòn.
Chƣơng 3: Tiến hành thực nghiệm để xác định khả năng ứng dụng kim
loại bột làm khuôn
Trình bày yêu cầu của khuôn ép nhựa truyền thống. Tính chất cơ lý tính của

vật liệu S50C, SKD61, và KLB. Phƣơng pháp đo độ cứng, lƣợng mài mòn.
Chƣơng 4: Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả
Kết quả nghiên cứu và rút ra các qui luật chung
Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển
Từ các kết quả thu đƣợc, chúng tôi đƣa ra kết luận và đề xuất hƣớng phát
triển của đề tài.

v


SUMMARY

SUMMARY
Nowadays plastic products almost familiarize in day-to-day life ours.
Therefore plastic mold process plays essential role, trend towards plastic mold
enhancement research become albow hundred. From demand, finding out new
material made mold also the finding out law qui affected of the element make
quality changes quality of plastic mold is important problem. One of the most
important factor is the wear of the mold.
The abrasion of the mold is a complex process complex, the influence of
many parameters. Therefore, since we need to go on powder metal, from this metal
we were finding quality study of the pattern under the influence of the thermal
treatment regime and its working modes.
In the wold, many research are concerned plastic mold, find advanced
materials hardness after heat treatment of the mold. Indosmetic, adjusting the
parameters so that the plastic mold is working in the best conditions. In addition,
studing of corrosion and trybology were published.
So, our research model in quality of plastic mold under the influence of heat
treatment, temperature sintering and time sintering regimes by method if
experimental research.

In order to accomplish these objectives, we have been studying, solving the
concerned problems which are presented within four chapters of this thesis:
Chapter 1: Introduction
From the researches which have been carried out in Vietnam and the world,
we are going to summarize the achieved successes and difficulties of this project.
Then we will give the scientific and applied meaning of my thesis.
Chapter 2: Fundamental theories
Introduction to mold manufacturing process in practice, the production
steps of injection molding in a general way. Thereby summarized annealing
process models and the test methods measure the wear

vi


SUMMARY
Chapter 3: Conduct experiments to determine the applicability of metal
powder molding
Presentation requirements of traditional plastic injection molds. Mechanical
properties of the material S50C, SKD61, and KLB. Hardness method, the amount of
abrasion.
Chapter 4: Experiments and Results
Research results and draw the general rule
Chapter 5: Conclusions and recommendations
From the obtained results, we give the conclusions and recommendations for
further development of this project.

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
TÓM TẮT .................................................................................................................. iv
SUMMARY ............................................................................................................... vi
MỤC LỤC ............................................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................xii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................... xiii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ...................................................................................... xv
ĐẶT VẤN ĐỀ .........................................................................................................xvii
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ...................................................................................... 1
1.1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .....................................................................1
1.2.CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC .........................................2
1.2.1. Các nghiên cứu trong nƣớc .......................................................................2
1.2.2.Các nghiên cứu nƣớc ngoài ........................................................................4
1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .............................................................................7
1.4. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................8
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ...............................8
1.6. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN ........................................................................9
1.7. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CÁCH TIẾP CẬN ....................................9
1.7.1. Phƣơng pháp nghiên cứu...........................................................................9
1.7.2. Cách tiếp cận nội dung nghiên cứu ...........................................................9
1.8. GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .........................................................9

1.9. CẤU TRÖC LUẬN VĂN ..............................................................................10
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VẬT LIỆU KIM LOẠI BỘT............... 11
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LUYỆN KIM BỘT .............................................11

viii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
2.1.1. Ƣu nhƣợc điểm của luyện kim bột ..........................................................11
2.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VỀ LUYỆN KIM BỘT ...................................12
2.2.1. Quá trình chế tạo bột kim loại .................................................................12
2.2.2. Quá trình ép tạo hình bột kim loại ..........................................................14
2.2.3. Quá trình thiêu kết ...................................................................................17
2.3. PHƢƠNG PHÁP ĐO ĐỘ XỐP CỦA VẬT LIỆU BỘT ...............................23
2.3.1. Trạng thái xốp của vật liệu bột................................................................23
2.3.2. Đo độ xốp ................................................................................................24
2.4.TỔNG QUAN VỀ MA SÁT VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐO ĐỘ MÀI MÕN ...25
2.4.1.Khoa học về Tribology: ...........................................................................25
2.4.2.Kỹ thuật tribology ....................................................................................25
2.4.3.Các định luật về ma sát: ...........................................................................26
2.4.4.Các phƣơng pháp tính hệ số ma sát .........................................................29
2.5.MÕN CỦA CẶP MA SÁT .............................................................................30
2.5.1.Sự thay đổi xảy ra trong lớp bề mặt kim loại ...........................................30
2.5.2.Các phá hủy bề mặt ma sát .......................................................................31
2.5.3.Sự vận chuyển vật liệu giữa các bề mặt ma sát .......................................31
2.5.4.Mỏi khi ma sát gây mòn kim loại ............................................................32
2.5.5.Cơ chế mòn của bề mặt kim loại ..............................................................32
2.6. PHƢƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM ...................................35
2.6.1.Xây dựng mô hình nghiên cứu và lựa chọn phƣơng án nghiên cứu. .......35
2.6.2.Phƣơng pháp xử lý số liệu ........................................................................37

CHƢƠNG 3 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG
ỨNG DỤNG KIM LOẠI BỘT LÀM KHUÔN .................................................... 41
3.1.YÊU CẦU CỦA VẬT LIỆU LÀM KHUÔN ÉP NHỰA ...............................41
3.2.CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ TÍNH CỦA VẬT LIỆU LÀM KHUÔN TRUYỀN
THỐNG VÀ VẬT LIỆU KIM LOẠI BỘT...........................................................42
3.2.1. Vật liệu S50C ..........................................................................................42
3.2.2. Vật liệu SKD61 .......................................................................................44

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
3.2.3. Vật liệu kim loại bột ................................................................................46
3.3. PHƢƠNG PHÁP TẠO MẪU THÍ NGHIỆM................................................48
3.3.1. Mẫu thí nghiệm vật liệu S50C ................................................................48
3.3.2. Mẫu thí nghiệm vật liệu SKD61 .............................................................50
3.3.3. Mẫu thí nghiệm vật liệu kim loại bột ......................................................52
3.4. QUY TRÌNH THỬ MÀI MÕN, ĐỘ CỨNG, ĐỘ XỐP CHO TỪNG LOẠI
VẬT LIỆU .............................................................................................................54
3.4.1. Thiết bị đo độ mài mòn ...........................................................................54
3.4.2. Quy trình thử mài mòn, độ cứng, độ xốp cho vật liệu S50C. .................57
3.4.3. Quy trình thử mài mòn, độ cứng, độ xốp cho vật liệu skd61. ................59
3.4.4. Quy trình thử mài mòn, độ cứng, độ xốp cho vật liệu kim loại bột ........59
CHƢƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ......................... 62
4.1. TIẾN TRÌNH NGHIÊN CỨU ........................................................................62
4.2. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC SAU KHI THỬ ĐỘ CỨNG ...................................63
4.2.1.Kết quả đo độ cứng cho vật liệu S50C. ....................................................63
4.2.2.Kết quả đo độ cứng cho vật liệu SKD61 .................................................63
4.2.3.Kết quả đo độ cứng cho vật liệu KLB .....................................................64
4.3.KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC SAU KHI THỬ ĐỘ MÀI MÕN .............................64

4.3.1.Kết quả đo độ mài mòn cho vật liệu S50C. .............................................64
4.3.2.Kết quả đo độ mài mòn cho vật liệu SKD61 ...........................................65
4.3.3.Kết quả đo độ mài mòn cho vật liệu KLB ...............................................65
4.4.KẾT QUẢ ĐO ĐỘ XỐP .................................................................................66
4.5.KẾT QUẢ ĐO CẤU TRÖC TẾ VI.................................................................66
4.6.PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU CHO VẬT LIỆU KLB .........................68
4.6.1.Chọn các yếu tố ảnh hƣởng: .....................................................................68
4.6.2.Các bƣớc thực hiện bài toán qui hoạch ....................................................69
4.7.ĐỒ THỊ , NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN TRONG LUẬN VĂN ....................88
4.7.1.Ảnh hƣởng của lực ép Z3 tới độ mòn sản phẩm là. .................................88
4.7.2.Ảnh hƣởng của thời gian thiêu kết và lực ép Z3 tới độ cứng sản phẩm. ........88

x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
4.7.3.Ảnh hƣởng của lực ép Z3 tới độ xốp sản phẩm . .....................................89
CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN....................................... 91
5.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................91
5.2. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 94
PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................... 96
PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................. 100
PHỤ LỤC 3 ............................................................................................................. 102

xi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BMMS

Bề mặt ma sát

CAD

Computer-Aided Design

CNC

Computer Numerical Control

ĐHBK TP.HCM

Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh

ĐHBKHN

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

ĐHSPKT TP.HCM Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
GR

Graphit

LKB

Luyện kim bột

Mms

Moment ma sát

NXBKHKT

Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật

SKD61

Tên thép hợp kim tiêu chuẩn Nhật

TM

Tribology machine (máy dùng nghiên cứu ma sát – mài mòn)

USA

United States of America

xii


DANH SÁCH CÁC HÌNH

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Khuôn ép đùn ống nhựa ........................................................................ xviii
Hình 1.2: Một số bộ khuôn ép phun...................................................................... xviii
Hình 1.3: Sản phẩm bánh răng và bánh xích làm từ bột thép. ................................... 2
Hình 1.4: Sơ đồ công nghệ chế tạo chi tiết máy bằng phƣơng pháp LKB của hãng
KREBSOGE [ 8 ]....................................................................................... 5
Hình 1.5; 1.6: Các chi tiết máy trong động cơ ô tô chế tạo bằng công nghệ LKB [ 8]6
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý ba giai đoạn ép tạo hình chi tiết máy LKB [ 8] ............. 14
Hình 2.2: Biểu đồ sự phụ thuộc của mật độ vật ép vào áp lực ép [8] ....................... 15
Hình 2.3: Sơ đồ khuôn ép một phía .......................................................................... 16
Hình 2.4: Sơ đồ khuôn ép 2 phía ............................................................................... 16
Hình 2.5: Sơ đồ các phƣơng pháp ép đẳng tĩnh ........................................................ 17
Hình 2.6: Bề mặt tiếp xúc của bột kim loại trƣớc (a) và sau ( b) thiêu kết ............... 18
Hình 2.7: Quan hệ giữa độ xốp và 𝑻𝑻𝑲 ................................................................... 21
Hình 2.8: Quan hệ độ ngót và thời gian thiêu kết ..................................................... 22
Hình 2.9: Quan hệ giữa σ và 𝝉𝒕𝒌 .............................................................................. 22
Hình 2.10: Quan hệ giữa thể tích và tỷ trọng khi ép ................................................ 22
Hình 2.11: Ảnh hƣởng của áp lực đến độ mòn ......................................................... 28
Hình 2.12: Ảnh hƣởng của tải trọng đến hao mòn .................................................... 33
Hình 2.13: Ảnh hƣởng của vận tốc đến hao mòn .................................................... 33
Hình 3.1: Tiến trình nghiên cứu cho vật liệu S50C .................................................. 48
Hình 3.2: Mẫu vật liệu S50C..................................................................................... 49
Hình 3.3: Tiến trình nghiên cứu cho vật liệu SKD61 ............................................... 50
Hình 3.5: Sơ đồ tiến trình nghiên cứu vật liệu KLB ................................................. 52
Hình 3.6: Mẫu vật liệu KLB ..................................................................................... 53
Hình 3.7: Hộp thiêu kết mẫu .................................................................................... 53
Hình 3.8: Chế độ thiêu kết ........................................................................................ 54

xiii

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 3.9: Đồ gá thử độ mài mòn trên máy tiện ........................................................ 56
Hình 3.10: Mô hình thử mài mòn trên máy tiện ....................................................... 56
Hình 3.13: Mẫu thí nghiệm ngâm trong nƣớc ........................................................... 60
Hình 4.1: Tiến trình nghiên cứu ................................................................................ 62
Hình 4.2: Ảnh chụp cấu trúc tế vi (độ phóng đại 100X) mẫu 100% Fe ................... 66
Hình 4.3: Ảnh chụp cấu trúc tế vi (độ phóng đại 100X) mẫu 10% Graphit ........... 67
Hình 4.4: Ảnh chụp cấu trúc tế vi (độ phóng đại 100X) mẫu 15% Graphit ........... 67
Hình 4.5: Đồ thị ảnh hƣởng của các thông số công nghệ: áp lực ép bột tới độ mài
mòn sản phẩm. ......................................................................................... 88
Hình 4.6: Đồ thị ảnh hƣởng của các thông số công nghệ:thời gian và áp lực ép bột
tới độ cứng ............................................................................................... 88
Hình 4.7: Đồ thị ảnh hƣởng của các thông số công nghệ: áp lực ép bột tới độ xốp . 89

xiv


DANH SÁCH CÁC BẢNG

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 3.1: Thành phần vật liệu S50C ........................................................................ 49
Bảng 3.2: Nhiệt độ ram mẫu thí nghiệm thép S50C ................................................. 50
Bảng 3.3: Thành phần các nguyên tố trong thép SKD61[7] ..................................... 51
Bảng 3.4: Nhiệt độ ram mẫu thí nghiệm SKD61 ...................................................... 52
Bảng 3.5: Thành phần tỷ lệ bột ép mẫu thí nghiệm thăm dò .................................... 53
Bảng 3.6: Điều kiện thử mòn vật liệu S50C ............................................................. 57

Bảng 3.7: Điều kiện sử dụng máy đo Brinell ............................................................ 58
Bảng 3.8: Điều kiện thử mòn vật liệu SKD61 .......................................................... 59
Bảng 3.9: Điều kiện thử mòn vật liệu KLB .............................................................. 59
Bảng 3.10: Điều kiện đo độ xốp................................................................................ 60
Bảng 3.11: Kết quả cân đƣợc sau khi ngâm mẫu ...................................................... 61
Bảng 4.1: Kết quả đo độ cứng vật liệu S50C ............................................................ 63
Bảng 4.2: Kết quả đo độ cứng vật liệu SKD61 ......................................................... 63
Bảng 4.3: Kết quả đo độ cứng vật liệu KLB ............................................................. 64
Bảng 4.4: Kết quả đo độ mài mòn vật liệu S50C ...................................................... 64
Bảng 4.5: Kết quả đo độ mài mòn vật liệu SKD61................................................... 65
Bảng 4.6: Kết quả đo độ mài mòn vật liệu KLB....................................................... 65
Bảng 4.7: Kết quả đo độ xốp vật liệu KLB ............................................................... 66
Bảng 4.8: Điều kiện thí nghiệm đƣợc chọn .............................................................. 70
Bảng 4.9: Ma trận thực nghiệm trực giao cấp I, k = 3 và kết quả............................. 70
Bảng 4.10: Hệ số cochran thí nghiệm độ cứng mẫu thí nghiệm ............................... 72
Bảng 4.11: Kết quả thí nghiệm độ cứng tại tâm ....................................................... 73
Bảng 4.12: Bảng kiểm định độ cứng theo tiêu chuẩn Fisher .................................... 75
Bảng 4.13: Thiết kế thí nghiệm leo dốc về độ cứng ................................................. 76
Bảng 4.14: Kết quả thí nghiệm theo hƣớng leo dốc ................................................. 77
Bảng 4.15: Hệ số cochran thí nghiệm độ mài mòn mẫu thí nghiệm ......................... 78

xv


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 4.16: Kết quả thí nghiệm độ mài mòn tại tâm ................................................. 79
Bảng 4.17: Bảng kiểm định lƣợng mài mòn theo tiêu chuẩn Fisher ........................ 80
Bảng 4.18: Thiết kế thí nghiệm leo dốc về độ mài mòn ........................................... 81
Bảng 4.19: Kết quả thí nghiệm theo hƣớng leo dốc ................................................. 82
Bảng 4.20: Hệ số cochran thí nghiệm độ xốp mẫu thí nghiệm ................................. 83

Bảng 4.21: Kết quả thí nghiệm độ cứng tại tâm ....................................................... 84
Bảng 4.22: Bảng kiểm định độ xốp theo tiêu chuẩn Fisher ...................................... 85
Bảng 4.23: Thiết kế thí nghiệm leo dốc về độ xốp ................................................... 86
Bảng 4.24: Kết quả thí nghiệm theo hƣớng leo dốc ................................................. 87

xvi


ĐẶT VẤN ĐỀ

ĐẶT VẤN ĐỀ
Nƣớc ta đang chuyển dần từ nền kinh tế tự cung tự cấp sang nền kinh tế thị
trƣờng và từng bƣớc hòa nhập với nền kinh tế trong khu vực và trên thế giới. Do đó
nhu cầu con ngƣời đòi hỏi ngày càng cao không những về số lƣợng mà còn về chất
lƣợng, mẫu mã sản phẩm. Đứng trƣớc tình hình đó ngành công nghiệp Việt Nam
nói chung và ngành sản xuất khuôn mẫu trong nƣớc có vai trò rất lớn trong công
cuộc đổi mới này. Nhằm đáp ứng đƣợc nhu cầu đó, con ngƣời phải biết áp dụng các
thành tựu khoa học kỹ thuật.Cuộc cách mạng máy tính ra đời là một động lực thúc
đẩy ngành sản xuất công nghiệp phát triển mạnh mẻ, đặc biệt là ngành sản xuất
khuôn mẫu ở Việt Nam. Con ngƣời biết ứng dụng các tiến bộ về công nghệ thông
tin để phục vụ sản xuất thay cho kiểu sản xuất truyền thống năng suất thấp.
Xét về tình hình sản xuất khuôn mẫu trên thế giới, các nƣớc có nền công nghiệp
tiên tiến nhƣ: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan… đã hình thành mô hình liên kết tổ hợp,
để sản xuất khuôn mẫu chất lƣợng cao, cho từng lĩnh vực công nghệ khác nhau, đa
dạng về mẫu mã, số lƣợng, và chất lƣợng nhƣng giá thành sản xuất cao.
Xét về tình hình sản xuất khuôn mẫu trong nƣớc thì còn rất nhiều vấn đề cần
phải giải quyết.Chất lƣợng khuôn mẫu chƣa cao mà chi phí sản xuất khuôn lớn. Với
mục đích tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm thì việc đầu tiên phải chú ý đến
là chất lƣợng khuôn mẫu.
Thực tế trong những năm gần đây chúng ta đã nghiên cứu chế tạo đƣợc khá

nhiều chủng loại vật liệu đó là các loại thép chịu mài mòn dƣới các chế độ làm việc
khắc nghiệt hơn, phục vụ đắc lực cho ngành khuôn mẫu thế gới nói chung và thị
trƣờng khuôn mẫu Việt Nam nói riêng. Bên cạnh những loại vật liệu truyền thống
thì vật liệu mới cũng đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng trong nghiên cứu chế tạo
khuôn, trong đó vật liệu “ kim loại bột” cũng đƣợc chú trọng, tuy nhiên đây là một
ứng dụng còn khá mới mẽ nên cần nhiều thời gian và sự đầu tƣ lớn.
Bên cạnh việc sử dụng các loại vật liệu khác nhau thì qui trình sản xuất
khuôn cũng ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng khuôn: thiết kế, gia công, nhiệt luyện

xvii


ĐẶT VẤN ĐỀ
khuôn….Trong đó nhiệt luyện là yếu tố quan trọng nhất ảnh hƣởng đến chất lƣợng,
tuổi thọ của khuôn.
Cho nên việc nghiên cứu đánh giá chất lƣợng khuôn ép nhựa qua các khâu
nhƣ lựa chọn vật liệu, phƣơng pháp gia công… dƣới ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ
chế độ nhiệt luyện, độ mài mòn của khuôn, chế độ làm việc…là một vấn đề cần
phải đƣợc nghiên cứu.
Với mục đích đó chúng tôi tiến hành “ nghiên cứu khả năng ứng dụng kim
loại bột để chế tạo khuôn ép nhựa” để tìm hiểu về công nghệ luyện kim bột cũng
nhƣ xem tính chất của loại vật liệu này có đáp ứng đƣợc điều kiện làm việc của
khuôn ép nhựa hay không thông qua việc khảo sát hai yếu tố quan trọng nhất đó là
độ cứng mẫu thí nghiệm và lƣợng mài mòn.
Do tính chất đa dạng của vấn đề và trong khả năng điều kiện cho phép chúng
tôi tập trung nghiên cứu tính chất của vật liệu kim loại bột cho khuôn ép đùn ( ép
liên tục ) cho sản phẩm nhựa.

Hình 1.1: Khuôn ép đùn ống nhựa

Hình 1.2: Một số bộ khuôn ép phun

xviii


ĐẶT VẤN ĐỀ
Từ các kết quả thực tế nhƣ trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu về chất
lƣợng khuôn mẫuvà công nghệ luyện kim bột với nội dung cụ thể nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về nghiên cứu đề tài.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết về luyện kim bột.
Chƣơng 3:Tiến hành thực nghiệm để xác định khả năng ứng dụng kim loại
bột làm khuôn.
Chƣơng 4:Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả.
Chƣơng 5:Kết luận và hƣớng phát triển.

xix


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƢƠNG1

TỔNG QUAN
1.1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Xƣa nay, ngƣời ta làm khuôn ép nhựa là bằng thép.Vật liệu đƣợc chọn làm
khuôn ép nhựa trong thực tế thƣờng là SKD61 có hàm lƣợng Crôm từ 4,5 – 5,5%,
C = 1.4 – 1.6% [7]. Bên cạnh SKD61 thì vật liệu S50C cũng đƣợc sử dụng, tùy
thuộc vào yêu cầu của sản phẩm nhựa. Để chống mài mòn tốt thì phải tôi cứng bề
mặt khuôn, nếu không thì bề mặt khuôn sẽ không đảm bảo đƣợc độ bóng. Để giảm
độ mòn thì bề mặt khuôn thép phải có độ cứng và các hạt Cacbit trên bề mặt khuôn

phải chuyển từ dạng tiếp xúc mặt qua tiếp xúc điểm để giảm masát, nếu không nhƣ
vậy ta phải tiến hành bôi trơn cho bề mặt khuôn.Tuy nhiên, vì là khuôn ép nhựa nên
không đƣợc bôi trơn trực tiếp mà khuôn phải có khả năng tự bội trơn , nếu không,
khả năng chống mài mòn của khuôn rất kém. Chi phí để làm bóng bề mặt khuôn là
rất lớn.Để vừa tiết kiệm đƣợc thời gian gia công khuôn, thời gian làm bóng, lại vừa
khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của khuôn ép nhựa bằng thép nói trên ta phải
tiến hành thay thế vật liệu làm khuôn truyền thống bằng một loại vật liệu mà có khả
năng tự bôi trơn tốt.Ở đề tài này, tôi chọn hợp kim bột để thay thế vì những ƣu
điểm của nó. Hợp kim bột là một vật liệu hỗn hợp gồm nhiều thành phần vật liệu
khác nhau, trong đó có Graphit là chất tự bôi trơn rất tốt cho khuôn. Khuôn bằng
hợp kim bột thì có thể làm việc ở nhiệt độ cao, không cần phải nhiệt luyện, sử dụng
đƣợc lâu dài, lại không cần phải gia công phức tạp nhƣ những phƣơng pháp gia
công khuôn truyền thống khác. Tuy nhiên, để hiểu rõ hơn khả năng làm việc của
khuôn bằng kim loại bột này có tốt hơn khuôn thép hay không, hay nói cách khác là
hệ số masát của khuôn hợp kim bột có thấp hơn khuôn thép hay không ta phải tiến
hành làm thí nghiệm để đƣa ra kết luận.
Hơn nữa, hiện nay nƣớc ta phải nhập khẩu một lƣợng lớn các chi tiết phụ
tùng máy móc để phục vụ lắp ráp mới, cũng nhƣ thay thế trong sửa chữa. Các chi
tiết máy làm việc ở điều kiện tải trọng khắc nghiệt, ví dụ nhƣ bánh răng, thanh

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
truyền, ly hợp động cơ ô tô xe máy hiện nay trên thế giới đƣợc chế tạo bằng công
nghệ luyện kim bột. Ở Việt Nam gần đây đã có một vài nghiên cứu ứng dụng công
nghệ luyện kim bột để chế tạo chi tiết máy bằng hợp kim đồng, thép,... sử dụng
trong chế tạo cơ khí, nhƣng chƣa có nghiên cứu nào đi sâu vào việc tạo ra vật liệu
bột thép có độ bền cao, chịu mài mòn, chịu tải trọng va đập, mà đối tƣợng đƣợc
chọn để áp dụng thử nghiệm là khuôn ép nhựa, vì thế mà đề tài luận án có ý nghĩa

khoa học và ứng dụng thực tiễn cao.
1.2.CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC
Khác với phƣơng pháp luyện kim thông thƣờng, luyện kim bột( LKB) là quá
trình chế tạo chi tiết từ bột kim loại, hoặc các hợp chất của kim loại. Nguyên lý cơ
bản là làm thế nào để tạo đƣợc liên kết bền giữa các hạt mà bản chất của chúng
hoàn toàn khác biệt.
1.2.1. Các nghiên cứu trong nƣớc
Ở Việt Nam từ những năm 60 đã bắt đầu hình thành các nghiên cứu về
luyện kim bột. Gần đây công nghệ LKB tại Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ hơn,
ứng dụng trong chế tạo hợp kim nặng làm đầu đạn xuyên, hợp kim cứng làm dụng
cụ cắt và các chi tiết máy trong động cơ, máy động lực. Các chi tiết máy chất
lƣợng cao, làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, bằng bột thép hợp kim chƣa
đƣợc đầu tƣ nghiên cứu áp dụng nhiều. Trênhình 1.3 là ảnh chụp các sản phẩm
nghiên cứu chế thử từ bột thép của nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Cơ khí.

Hình 1.3: Sản phẩm bánh răng và bánh xích làm từ bột thép.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2.1.1. Chế tạo bánh răng Mođun nhỏ bằng phƣơng pháp ép thủy tĩnh [4]
Tác giả
Năm
Tóm tắt

Đề tài cấp nhà nƣớc, Tổng cục công nghiệp quốc phòng.
2007
Nghiên cứu tính toán, thiết kế, chế tạo đƣợc bánh răng mođun nhỏ.

Chế tạo đƣợc chi tiết bánh răng với năng suất và hiệu quả sử dụng nguyên
liệu cao; tuy nhiên để nâng cao cơ tính , tăng tuổi thọ của sản phẩm cần có những
nghiên cứu triển khai tiếp với những biện pháp gia công bổ sung tăng cƣờng.
Cơ tính của sản phẩm sau thiêu kết đạt: 120-150 HB, Tỷ trọng : 7,69 g/ 𝑐𝑚3 .
Có thể thấy rằng các giá trị này còn thấp hơn so với các sản phẩm chế tạo từ
phôi thép đúc , cán và gia công cơ khí. Khả năng chống mài mòn và tuổi thọ thấp
(chỉ đạt 85 % ).
1.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của biến dạng đến cơ lý tính của vật liệu
sau thiêu kết từ bột thép có nghiền trộn W và TiC hạt mịn [15]
Báo cáo giới thiệu về kết quả nghiên cứu thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng
của mức độ biến dạng vật liệu sau thiêu kết từ bột thép có nghiền trộn vonphram
(W) và các bít titan (TiC) hạt mịn đến một số tính chất cơ lý của nó nhƣ độ xốp, mật
độ, độ cứng và tổ chức tế vi của nhóm nghiên cứu ứng dụng công nghệ luyện kim
bột tại Viện Nghiên cứu Cơ khí nhằm nâng cao tính năng sử dụng để chế tạo chi tiết
máy làm việc trong điều kiện khắc nghiệt (chịu mòn và chịu tải trọng cao).
Tác giả Vũ Trung Tuyến
2005
Năm
Thành phần vật liệu [2,0 % Cu; 0,8 % Grafit ; 0,8 % Zn và có nghiền trộn
thêm các hạt cứng 0,5 ÷ 1,5 % W;0,5 ÷ 1,5 %TiC (độ hạt = 10 ÷ 20
μm)]. Hỗn hợp vật liệu bột có hạt mịn W, TiC nhận đƣợc sau khi trộn đều
trên máy trộn ly tâm hành tinh.
Tóm

Phƣơng pháp thí nghiệm: Ép tạo hình mẫu thí nghiệm có kích thƣớc hình

tắt

học H x B x L = 12,5 x 32,5 x 60,0 mm .Thiêu kết trong lò điện trở ống
than có môi trƣờng khí bảo vệ hyđrô H2 : áp lực ép bột tạo hình p = 250

÷ 750 MPa vớibƣớc nhảy Δp = 50 MPa, nhiệt độ thiêu kết T = 1.075 ÷
1.325 độ C với bƣớc nhảy ΔT = 25 độ C, thời gian thiêu kết τ = 0,5 ÷
3,0 h với bƣớc nhảy Δτ = 0,25 h).

3


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2.1.3. Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa [1]
Tác giả

Vũ Hoài Ân

Năm

Hà Nội 1994

Tóm tắt

Tính toán, cũng nhƣ lựa chọn các thông số cho các chi tiết trong khuôn
ép phun

Chỉ nêu lên đƣợc công dụng của từng bộ phận và lựa chọn các thông số chứ
chƣa đề cặp đến quy trình chế tạo một khuôn ép nhựa là nhƣ thế nào?
Ngoài ra còn có các nghiên cứu sau đây:
1.2.1.4. Vũ Trung Tuyến, (2008),“Thực nghiệm ép tạo hình – thiêu kết bột
thép hợp kim hóa và biến dạng vật liệu sau thiêu kết”, Chuyên đề Tiến sĩ 3, Viện
Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 12/2008, 132 trang.
1.2.1.5. Hà Minh Hùng, (2000), “Nghiên cứu áp dụng công nghệ luyện kim
bột chế tạo tay biên xe máy HONDA -C100/110” (Phần 2: HD-GF6), Báo cáo

Chuyên đề KHCN05-06-05 thuộc đề tài NCKH cấp Nhà nƣớc KHCN 05-06, Viện
Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội, 246 trang.
1.2.2. Các nghiên cứu nƣớc ngoài
Sản phẩm LKB sử dụng nhiều trong ngành chế tạo ô tô - xe máy đang ngày
càng phát triển. Trên hình 1.4 là sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất chi tiết máy
bằngkim loại bột, còn hình 1.5 & 1.6 – giới thiệu các chi tiết máy LKB sản xuất ở
ngoài nƣớc. Các sản phẩm nhƣ: ổ trƣợt, xy lanh, bánh răng, thanh truyền, .... Ví dụ
tại Nhật Bản trung bình một xe ô tô du lịch sử dụng đến 8 kg các chi tiết LKB, tại
Mỹ trên 12 kg/1xe, tại Đức 6 kg/xe..., trong đó 75 % công suất là bột sắt, thép chất
lƣợng cao và 85 % tổng sản lƣợng dùng để chế tạo các chi tiết kết cấu, 60 % số chi
tiết đó đƣợc dùng trong công nghiệp chế tạo ô tô.

4