Nghiên cứu chế tạo máy cán rung động ngang tạo độ bền cao cho hợp kim Al – Mg – Si

Nội dung text: Nghiên cứu chế tạo máy cán rung động ngang tạo độ bền cao cho hợp kim Al – Mg – Si

1. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY CÁN RUNG ĐỘNG NGANG TẠO ĐỘ BỀN CAO CHO HỢP KIM AL-MG-SI STUDY AND MANUFACTURING MECHANICAL THROUGH-WIDTH VIBRATION ROLLING CREATING DURABLE FOR ALUMINUM ALLOY AL- MG –SI PGS.TS. LÊ CHÍ CƯƠNG, NGUYỄN VŨ HOÀNG CHƯƠNG Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM TÓM TẮT Trong bài báo này, máy cán kết hợp rung động ngang của trục cán được thiết kế, chế tạo theo nguyên lý biến dạng dẻo mãnh liệt nhằm kiểm nghiệm độ bền của hợp kim Al – Mg – Si dưới sự ảnh hưởng của vận tốc, biên độ dao động của trục cán, lượng ép khi cán. Máy cán được chế tạo gồm 2 trục cán được dẫn động quay ngược chiều nhau, một trục cán được tạo dao động ngang bằng cơ cấu cam lệch tâm. Máy cán có vận tốc cán, biên độ dao động của trục cán thay đổi được. kết quả thí nghiệm cho thấy so với khi cán không có dao động ngang của trục cán thì khi cán có dao động ngang của trục cán, mẫu cán bị biến dạng nhiều hơn, có độ hạt mịn hơn và có độ bền kéo cao hơn. Từ khóa: Biến dạng dẻo mãnh liệt, máy cán rung động ngang, máy cán. ABSTRACT In this paper, mechanical through-width vibration rolling are designed, manufactured according to the principle of strong plastic deformation in order to test the durability of the alloy Al - Mg - Si under the influence of speed, fluctuation range of the rollers, presses of the staff. machine is made up of two rotating rollers are driven in opposite directions, an oscillating rollers are created equally eccentric cam structure. Rolling machine rolling velocity, vibration amplitude of roll changes. Results showed that compared with the workers no horizontal oscillations of the rollers when rolling with horizontal oscillations of the rollers, rolling sample more deformed, with finer grain and higher tensile strength. Key words: server plastic deformation, mechanical through-width vibration rolling, rolling mills. 1. GIỚI THIỆU Khi gia công biến dạng dẻo, kim loại tạo ra có độ bền cao hơn, chịu lực tốt hơn, độ chính xác và độ bóng bề mặt cao hơn. Nhưng sau khi biến dạng kim loại có xu hướng biến cứng, làm giảm độ dẻo, độ dai. Vi vậy hiện nay trên thế giới cũng như nước ta đã và đang nghiên cứu công nghệ mới để tạo ra vật liệu có độ bền cao nhưng không làm giảm độ dai của vật liệu. Đó là công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt.
2. Các phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt có thể tạo ra được vật liệu siêu mịn nhưng chưa thể đưa vào sản xuất quy mô lớn do các nhược điểm như: năng suất thấp và kích cỡ phôi nhỏ. Vì vậy phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt bằng phương pháp cán kết hợp dao động ngang của trục cán có tiểm năng rất lớn cho việc sản suất các vật liệu có hạt siêu mịn với quy mô lớn. Khi thực hiện cán kết hợp dao động ngang của trục cán có các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu sau khi cán là: vận tốc trục cán, biên độ dao động của trục cán, tần số dao động của trục cán và lượng ép khi cán. Hiện nay không có nhiều nghiên cứu cho thấy sự ảnh hưởng của các yếu tố trên đến tính chất của vật liệu sau khi cán. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong bài báo này, máy cán kết hợp rung đông ngang của trục cán được thiết kế và chế tạo theo nguyên lý như hình 1 Hình 1 sơ đồ nguyên lý máy cán kết hợp rung động ngang của trục cán Máy cán gồm 2 trục cán đều được dẫn động quay ngược chiều nhau với cùng vận tốc, năng lượng cung cấp từ động cơ điện thông qua cơ cấu bánh răng truyền đến 2 trục cán. Trục cán dưới đồng thời vừa có chuyển động quay vừa có dao động dọc trục, năng lượng cung cấp từ động cơ điện thong qua cơ cấu cam lệch tâm, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến cho trục cán. Vận tốc quay của cả 2 trục cán có thể thay đổi được bằng cách thay đổi vận tốc động cơ nhờ vào biến tần làm thay đổi tần số dòng điện đầu vào động cơ. Biên độ dao động của trục cán thay đổi bằng cách thay đổi chi tiết cam có độ lệch tâm khác nhau. Cả 2 trục cán đều có đường kính làm việc là 100mm. Trong nghiên cứu này, trục cán đươc quay với vận tốc 5 vòng/phút, trục dưới dao động với tần số 5Hz, biên độ dao động của trục cán dưới thay đổi với các giá trị: 0, 1, 2, 3mm. Thực hiện cán thí nghiệm mẫu làm bằng vật liệu là hợp kim nhôm 6061 2
3. có kích thước ban đầu là 150x20x5 mm. Thực hiện cán mẫu xuống các chiều dày 4.5, 4, 3.5, 3mm. Đối với các mẫu sau khi cán ta thực hiện các việc sau: - Đem soi trên kính hiển vi để so sánh cấu trúc tế vi giữa 3 mẫu: trước khi cán, mẫu cán không có rung động ngang và cán có rung động ngang của trục cán. Sau khi cán, đem các mẫu đi kéo để đo độ bền kéo. - Đem các mẫu đi kéo để đo độ bền kéo a) b) c) Hình 2 Hình ảnh tế vi của các mẫu Bảng 1. Kích thước mẫu sau khi cán (dài x rộng, mm) Biên độ dao động (mm) 0 1 2 3 Bề dày còn lại sau cán (mm) 4,5 166x20,4 169x20,4 169x20,2 170x20,4 4 190x20,5 192x20,5 194x20,5 195x20,6 3,5 214x20,9 219x20,6 215x20,6 214x20,8 3 240x20,8 246x20,7 249x20,8 253x21 Bảng 2. Độ bền kéo của mẫu sau khi cán (KN) Biên độ dao động (mm) 0 1 2 3 Bề dày còn lại sau cán (mm) 4,5 18,053 18,051 18,513 19,658 4 17,758 20,425 21,048 21,425 3,5 23,041 22,481 22,687 22,447 3 18,79 24,004 24,56 23,354 3
4. 3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Trong nghiên cứu này ta tiến hành thí nghiệm cán mẫu với vận tốc của trục cán và tần số dao động của trục cán dưới không đổi. Trong đó thay đổi về lượng ép và biên độ dao động của trục cán dưới. Ta xét thấy một số ảnh hưởng đến mẫu sau khi cán 3.1 Ảnh hưởng tới cấu trúc tế vi Theo hình 2, Cấu trúc tế vi của mẫu sau khi cán (Hình 2 b, c) mịn hơn rất nhiều so với cấu trúc tế vi của mẫu trước khi cán (Hình 2a). Đối với mẫu cán có kết hợp dao động ngang của trục cán (Hình 2c), cấu trúc tế vi mịn hơn so với mẫu cán không có dao động (Hình 2b) 3.2 Ảnh hưởng tới kích thước mẫu sau khi cán Theo bảng 1, mẫu cán có kết hợp dao động ngang của trục cán bị biến dạng nhiều hơn so với mẫu cán không có dao động ngang của trục cán. Biên độ dao động của trục cán cán càng lớn thì mẫu cán bị biến dạng càng nhiều. Khi lượng ép càng nhiều thì sự khác nhau về kích thước của các mẫu cán càng rõ hơn. 3.3 Ảnh hưởng tới độ bền kéo của mẫu sau khi cán Theo bảng 2, độ bền của các mẫu khác nhau thay đổi theo bề dày và biên độ dao động. Với bề dày còn lại sau cán là 4.5mm, mẫu cán với biên độ dao động 3mm cho độ bền kéo cao nhất Với bề dày còn lại sau cán là 4mm, mẫu cán với biên độ dao động 3mm cho độ bền kéo cao nhất Với bề dày còn lại sau cán là 3.5mm, mẫu cán không có dao động của trục cán cho độ bền kéo cao nhất Với bề dày còn lại sau cán là 3mm, mẫu cán với biên độ dao động 2mm cho độ bền kéo cao nhất Mẫu có độ bền kéo cao nhất là mẫu có bề dày còn lại 3mm, được cán với biên độ dao động của trục cán 2mm 4.KẾT LUẬN Sau khi thực hiện thí nghiệm cán mẫu nhôm trên máy cán kết hợp rung động ngang của trục cán với vận tốc cán và tần số rung động của trục cán không đổi, với sự thay đổi lượng ép và biên độ dao động của trục cán, các kết luận sau được rút ra: - Cán có sự kết hợp rung đông ngang của trục cán cho vật liệu cán có cấu trúc tế vi nhỏ hơn, có kích thước hạt nhỏ hơn làm tăng độ bên, độ dẻo, độ dai của vật liệu sau cán. - Khi cán có sự kết hợp rung động ngang của trục cán làm cho vật liệu sau cán bị biến dạng mãnh liệt hơn, - Mẫu khi cán có sự kết hợp rung đông ngang có độ bền kéo thay đổi so với cán không có rung động 4
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Azushima A., et al., “Servere Plastic Deformation for Metals”, CIRP Annals – Manufacturing Technology 57(2008), pp. 716-735. [2] Chen Y.t., ET AL.; Tensile Strength and Deformation Microstructure of Al-Mg-Si Alloy Sheet by Through-width Vibration Rolling Process; Mateirals Science And Engineering A; vol 551 (2012), pp.296-300 [3] Hsieh T.H., Effect Or Through – With Vibration Shear Rolling Process On Microstructure And Mechanical Properties Of 5052 Al – Mg Alloy Sheet, Master Thesis, Department of Material Sciences Engineering, National Chung Hsing University, July 2009 [4] Huy - Tuan Pham, Quoc - Cuong Tran, Dung – An Wang, Numerical Analysis Of The Throgh – Width Vibration Rolling Process, The 3rd International Conference On Sustainable Energy, Ho Chi Minh University Of Technology, 2013 [5] Jacques Huot, Nataliya Ye. Skryabina and Daniel Fruchart, Application of Severe Plastic Deformation Techniques to Magnesium for Enhanced Hydrogen Sorption Properties, Canada, August 2012 [6] Yue-Ting Chen, Dung-An Wangb, Jun-Yen Uana, Tsung-Hsien Hsieha, Te-Chang Tsai, Tensile strength and deformation microstructure of Al–Mg–Si alloy sheet by through-width vibration rolling process, Materials Science and Engineering A, May 2012 5
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.