LUẬN VĂN Nghiên cứu lựa chọn vật liệu hàn đắp tự động dưới lớp thuốc trợ dung hồi phục Piston giảm xóc xe HD320-3 hao mòn
MỤC LỤC Trang
LỜI CẢM ƠN.. 3
PHẦN MỞ ĐẦU.. 4
Tính cấp thiết của đề tài4
Mục đích nghiên cứu. 5
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI. 6
1.1. Khái quát chung về công nghệ hàn. 6
1.2. Giới thiệu chung về vật liệu hàn. 7
1.2.1.Khái niệm vật liệu. 7
1.2.2.Vật liệu hàn. 8
1.3. Giới thiệu chung về công nghệ hồi phục chi tiết máy. 8
1.3.1. Đặc điểm.. 8
1.3.2. Ý nghĩa của hồi phục chi tiết máy. 9
1.3.3. Các phương pháp phục hồi chi tiết máy. 10
1.4. Giới thiệu xe HD320-3. 11
1.4.1.Giới thiệu về xe HD320-3 và nguyên lý hoạt động của piston động cơ. 11
1.4.1.1. Giới thiệu xe HD 320 - 3. 11
1.4.1.2. Nguyên lý làm việc của cum giảm xóc trước xe HD320-3. 13
1.4.2.Các thông số kỹ thuật15
1.4.3. Biện pháp khắc phục. 16
1.5. Lựa chọn công nghệ hàn đắp để hồi phục piston. 20
1.5.1. Khái niệm về hàn đắp kim loại20
1.5.2. Các phương pháp hàn đắp. 21
1.5.3. Hồi phục piston bằng phương pháp hàn đắp tự động dưới lớp thuốc. 22
1.6. Kết luận chương 1. 24
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.. 26
2.1. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu. 26
2.2. Phạm vi nghiên cứu. 26
2.3. Phương pháp nghiên cứu. 26
2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết26
2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm.. 27
2.3.3. Phương pháp xác định và xử lý số liệu thực nghiệm.. 27
2.3.4. Các chỉ tiêu cần kiểm tra đánh giá. 28
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT.. 29
3.1. Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ tính của piston. 29
3.1.1. Vật liệu chế tạo piston. 29
3.1.2. Yêu cầu về cơ tính vật liệu chế tạo piston. 29
3.1.3. Đánh giá tính hàn của thép CT45 chế tạo piston. 34
3.2. Nghiên cứu và lựa chọn vật liệu hàn đắp tự động dưới lớp thuốc. 38
3.2.1. Nghiên cứu vật liệu hàn dưới lớp thuốc. 38
3.2.1.1. Nghiên cứu thuốc hàn. 38
3.2.1.2. Lựa chọn thuốc hàn đắp. 56
3.2.1.3. Nghiên cứu dây hàn. 58
3.2.1.4. Lựa chọn dây hàn. 62
3.3. Chế độ và kỷ thuật hàn. 62
3.3.1. Cường độ dòng điện hàn. 62
3.3.2. Điện áp hồ quang. 63
3.3.3. Số lớp hàn. 63
3.3.4. Tốc độ hàn. 63
3.3.5. Tốc độ cấp dây. 64
3.4. Nghiên cứu các yếu tố vật liệu ảnh hưởng tới chất lượng lớp đắp. 65
3.4.1. Ảnh hưởng của thuốc hàn. 66
3.4.2. Ảnh hưởng của dây hàn. 66
3.4.3. Ảnh hưởng của các yếu tố khác tới chất lượng mối hàn. 68
3.5. Kết luận chương 3. 68
CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM... 69
4.1. Mục đích. 69
4.2. Trang thiết bị70
4.2.1. Nguồn điện hàn (Bộ biến đổi hàn)71
4.2.2. Bộ đồ gá (Mâm cặp ba chấu)72
4.2.3 .Bộ phận cấp dây. 73
4.2.4. Bộ giữ và cấp thuốc cho hồ quang. 73
4.2.5. Bộ phận điều khiển dao động ngang, dọc của đầu hàn. 73
4.3. Phương pháp tiến hành. 73
4.3.1. Chuẩn bị vật hàn và dụng cụ hàn. 73
4.3.2. Điều kiện thí nghiệm.. 73
4.3.3. Tiến hành thí nghiệm.. 74
4.3.4. Kết quả và các thông số của chi tiết sau khi hàn. 74
4.3.4.1. Khuyết tật của lớp đắp của mối hàn khi thay đổi chế độ hàn. 74
4.3.4.2. Kiểm tra thành phần hóa học của kim loại đắp và kim loại nền. 75
4.3.4.3. Tổ chức kim tương các mẫu khi thực hiện các chế độ hàn đắp và vật liệu khác nhau. 76
4.3.4.4. Đo độ cứng của mối hàn đắp và vùng ảnh hưởng hàn. 80
4.3.4.5. Độ bền kéo lớp kim loại hàn phụ thuộc vào chế độ hàn. 81
4.4. Kết luận chương 4. 82
AN TOÀN LAO ĐỘNG KHI HÀN.. 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 86
PHỤ LỤC.. 86
LỜI CÁM ƠN
Sau hơn 4 tháng thực tập và nghiên cứu cùng với sự giúp đỡ của các thầy và các anh chị cán bộ công nhân viên chức, đến nay tôi đã hoàn thành nội dung của đề tài tốt nghiệp. Tuy nhiên do thời gian có hạn cộng thêm sự hạn chế về hiểu biết chuyên môn nên trong quá trình làm đề tài tôi có gặp một số khó khăn.
Song dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS ĐÀO QUANG KẾ. Đến nay tôi đã hoàn thành đề tài với nội dung: “ Nghiên cứu lựa chọn vật liệu hàn đắp tự động dưới lớp thuốc trợ dung hồi phục Piston giảm xóc xe HD320-3 hao mòn”.
Tôi xin gửi lời cám ơn tới TS Hoàng Văn Châu giám đốc phòng nghiên cứu trọng điểm và xử lí bề mặt, các cán bộ công nhân viên Viện Nghiên cứu cơ khí, các thầy cô giáo bộ môn Công nghệ cơ khí, khoa Cơ Điện, trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo PGS.TS ĐÀO QUANG KẾ cùng tất cả những người bạn đã cùng giúp tôi thực hiện đề tài trong thời gian vừa qua.
PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, khi nền kinh tế đất nước chuyển sang nền kinh tế thị trường, sản xuất công nghiệp nói chung cũng như nghành chế tạo máy nói riêng ở nước ta đã phát triển mạnh. Cùng với sự phát triển về công nghệ chế tạo máy, nhu cầu về vật liệu ( chủ yếu là vật liệu kim loại) ngày một tăng về cả số lượng lẫn chất lượng.
Các sản phẩm kim loại cùng với các sản phẩm làm từ các vật liệu khác còn phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu. Để đáp ứng với sự phát triển kinh tế của đất nước, chúng ta phải nhập nguyên vật liệu trong đó kim loại phục vụ cho nghành chế tạo máy. Tuy nhiên trong tương lai đất nước ta cần phải từng bước sản xuất vật liệu kim loại, đây chính là mục tiêu của nghành luyện kim.
Để đáp ứng sử dụng hữu hiệu nguyên vật liệu, trong kỹ thuật có nhiều biện pháp công nghệ, trong đó biện pháp hữu hiệu nhất là ứng dụng công nghệ hồi phục các chi tiết máy bị hao mòn. Hồi phục chi tiết máy là biện pháp tích cực để sử dụng các chi tiết máy đã bị hư hỏng và mất chính xác về kích thước cũng như lắp ráp. Nguyên liệu dùng cho hồi phục chi tiết máy chỉ cần một khối lượng rất nhỏ so với toàn bộ chi tiết mới, ngoài ra chi phí cho phục hồi cũng thấp hơn chi phí sản xuất chi tiết mới.
Phục hồi các loại chi tiết dạng trục nói chung và piston nói riêng bằng phương pháp hàn đắp tự động đáp ứng được các yêu câu trên. Việc hồi phục piston không chỉ đòi hỏi khôi phục lại kích thước hình học và khả năng làm việc cả chi tiết mà còn phải đảm bảo chất lượng tuổi thọ của chi tiết sau khi phục hồi. Trong thực tế có nhiều piston sau khi phục hồi sửa chữa xong chất lượng bề mặt tốt chi tiết mới. Song để đạt được điều đó thì trong quá trình hàn hồi phục cần nghiên cứu kỹ lưỡng, các hệ thống yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng phục hồi như chọn vật liệu hàn, chế độ hàn, các điều kiện bảo vệ kim loại …
Trên cở sở thiết bị và trang thiết bị công nghệ có sẵn tại phòng thí nghiệm trọng điểm với nguyên vật liệu sử dụng trong nước, nghiên cứu lựa chọn vật liệu hàn đắp tự động dưới lớp thuốc trợ dung phù hợp để tăng chất lượng chi tiết sau khi hồi phục.
Đề tài: “ Nghiên cứu lựa chọn vật liệu hàn đắp tự động dưới lớp thuốc trợ dung hồi phục Piston giảm xóc xe HD320-3 hao mòn” sẽ giải quyết một số yếu tố kỹ thuật cũng như cách lựa chọn vật liệu hàn để phục hồi chi tiết bị hao mòn nhằm nâng cao chất lượng chi tiết trong quá trình phục hồi.
Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, lựa chọn vật liệu hàn đắp phù hợp để hồi phục piston xe HD320-3 bị hao mòn
Nghiên cứu các thông số chế độ hàn đắp tự động dưới lớp thuốc
Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng tới chất lượng lớp kim loại đăp
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu về vật liệu hàn, đưa ra các phương pháp lựa chọn vật liệu hàn mục đích nâng cao chất lượng mối hàn đắp tăng tuổi thọ của chi tiết sau khi hàn hồi phục
Ý nghĩa thực tiễn: Là một trong những đề tài mang tính ứng dụng vào sản xuất cao. Phục vụ đắc lực cho công tác phục hồi sửa chữa các chi tiết máy bị hao mòn mà không có điều kiện thay thế.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Khái quát chung về công nghệ hàn
Năm 1802, viện sĩ V.V Petrốp phát hiện ra hồ quang điện. Sau đó đến năm 1810, nhà vật lý người Anh là Đêvi đã tiếp tục nghiên cứu về hồ quang và chứng minh khả năng dùng hồ quang điện làm nóng chảy kim loại. Đến năm 1882. N.N Bennađôxơ đã sử dụng hồ quang điện làm nóng chảy kim loại và sử dụng hàn hồ quang bằng cực than. Tiếp sau đó, N.G Slavianốp lại sử dụng hồ quang để hàn bằng que hàn thép và biết bảo vệ vùng hàn chống lại các khí có hại: nitơ, ôxy.
Năm 1907, Kenbbécgơ (Thụy Điển) đã tìm ra phương pháp ổn định hồ quang và bảo vệ vũng hàn bằng cách bọc que hàn bằng lớp thuốc bọc.
Trong một phần tư đầu thế kỷ XX, Liên Xô đã chế tạo nồi hơi bằng phương pháp hàn, sau đó đến chế tạo tàu thủy và các kết cấu khác. Nhưng trong thời kỳ này, hàn hồ quang tay là chủ yếu. Hàn hồ quang tay phát triển, người ta đã chế tạo que hàn bằng nhiều loại thép và hợp kim có tính chất khác nhau để hàn các kết cấu kim loại và hợp kim khác nhau. Năm 1928, Alecxanđerơ (Mỹ) tìm ra phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ.
Năm 1929, người ta đã tìm ra phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc trong điều kiện thí nghiệm với thuốc hàn sử dụng là hỗn hợp của than gỗ, tinh bột, mùn cưa và bồ hóng. Hàn tự động ra đời đã tăng được công suất hồ quang, bảo vệ được vùng hàn tốt, do vậy nâng cao được chất lượng mối hàn và tăng năng suất của quá trình hàn, đồng thời cải thiện được điều kiện làm việc cho người thợ hàn. Nhờ vậy mà hàn tự động phát triển một cách nhanh chóng cả về công nghệ và thiết bị.
Sau chiến tranh Thế giới thứ hai, cùng với hàn tự động dưới lớp thuốc, phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG: Metal Inert Gas; MAG: Metal Active Gas) cũng phát triển và nó được sử dụng để hàn một số kim loại có tính hàn kém.
Năm 1949 đã ra đời phương pháp hàn nóng chảy đặc biệt – hàn điện xỉ. Hàn điện xỉ ra đời có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong công nghệ chế tạo nồi hơi, thiết bị cán, trục tuốc bin thủy lực cỡ lớn và các sản phẩm cỡ lớn khác. Sau đó hàng loạt các phương pháp hàn khác ra đời: hàn bằng tia laser, hàn bằng siêu âm.
Trải qua một thời gian dài kiểm chứng bằng việc sử dụng các thiết bị máy móc trong thực tế thì công nghệ hàn dần như đã khẳng định được vị trí quan trọng của mình trong ngành công nghiệp sữa chữa phục hồi.
Chúng ta không phủ nhận hoàn toàn sự cần thiết của các phương pháp hàn sửa chữa. Nhưng chúng ta có thể khẳng định công nghệ hàn đã và đang được sử dụng rộng rãi trong tất cả các nhà máy và sửa chữa trên toàn thế giới cũng như ở đất nước chúng ta hiện nay.
1.2. Giới thiệu chung về vật liệu hàn
1.2.1. Khái niệm vật liệu
Vật liệu ở đây dùng để chỉ những vật mà con người sử dụng để chế tạo dụng cụ máy móc, thiết bị, xây dựng công trình và ngay cả khi chế tạo các bộ phận có thể thay thế con người hoặc thể hiện các ý đồ nghệ thuật. Như vậy tất cả các chất lỏng, khí cho dù rất quan trọng song cũng không phải là đối tượng nghiên cứu của môn học. Đối tượng nghiên cứu của khoa học vật liệu là nghiên cứu bản chất, cấu trúc vật liệu, mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của chúng, từ đó đề ra công nghệ chế tạo và việc sử dụng cho thích hợp. Khái niệm về cấu trúc vật liệu bao gồm cấu tạo, liên kết nguyên tử, cấu trúc tinh thể, tổ chức vi mô và vĩ mô. Tính chất của vật liệu bao gồm tính chất cơ học, lý học, hoá học, tính công nghệ và tính sử dụng.
1.2.2. Vật liệu hàn
Vật liệu hàn được hiểu như là điên cực ( que hàn, dây hàn) và thuốc hàn(hoặc vỏ que hàn). Vật liệu hàn có công dụng gây và duy trì hồ quang, bổ sung kim loại cho mối hàn, bảo vệ vùng hàn khỏi tác động của môi trường xung quanh, hợp kim hóa mối hàn, tinh luyện kim loại, bảo đảm hình dạng cần thiết của mối hàn.
Vật liệu hàn là nguyên liệu và cũng là kết quả sản phẩm lao động của người thợ hàn. Vật liệu sẽ quyết định đến thông số của quy trình hàn cũng như đánh giá được quy trình hàn có đạt yêu cầu của Đăng kiểm hay không.
1.3. Giới thiệu chung về công nghệ hồi phục chi tiết máy
1.3.1. Đặc điểm
Trong quá trình sản xuất ra thành phẩm - thứ phẩm - phế phẩm đều có những yêu cầu sửa chữa phục hồi chi tiết ở mức độ khác nhau
Trong quá trình sử dụng: chi tiết máy - cơ cấu - cụm - nhóm chi tiết máy…muốn duy trì và kéo dài quá trình sử dụng thì cần bảo dưỡng, sửa chữa, phục hồi ở các mức độ khác nhau. Bảo dưỡng, tiểu tu, trung tu, đại tu đều đóng vai trò rất quan trọng.
Nhiệm vụ của sửa chữa phục hồi là sửa chữa hình dáng, kích thước, phục hồi lại các bề mặt bị hỏng,…đảm bảo mối lắp ghép tốt, vận hành bình thường.
Do những yêu cầu về kỹ thuật, thẩm mỹ, nâng cao khả năng chống mòn hoặc phải thay thế kim loại hiếm bằng kim loại dễ tìm hay thỏa mãn những yêu cầu vật lý - cơ học,…thì cần phải sủa chữa.
Sửa chữa - phục hồi là công nghệ và khoa học rất rộng và phổ biến: có thể ở nhiều lĩnh vực riêng biệt và có tính đặc thù riêng như: Động cơ - máy nổ, máy công cụ, tàu thuyền, hàng không, cơ - điện, máy lạnh, sinh nhiệt, công nghệ đặc biệt…Tuy nhiên trong lĩnh vực sản xuất cơ khí vẫn có những điển hình chung: dạng chi tiết công tác, các bề mặt tiếp xúc chịu mài mòn, bôi trơn, đặc điểm của các dạng hư hỏng.
Muốn sửa chữa - phục hồi tốt, trước tiên phải nắm được quá trình sản xuất và quá trình công nghệ chế tạo, biết phân tích những hiện tượng mài mòn hư hỏng và các yêu cầu của chi tiết, từ đó lập nên các phương án và chọn phương án sửa chữa phục hồi hợp lý.
Sửa chữa phục hồi không phải là công nghệ chỉ phá đi làm lại mà là công việc đòi hỏi phải có đầu óc chuyển đổi, sáng tạo, tìm chọn được những phương án tốt hơn và tối ưu càng tốt.
Phải đạt được hiệu quả kinh tế kỹ thuật. Tích lũy kinh nghiệm, sáng tạo cho những công nghệ khoa học chế tạo tiếp theo, biết thủ thuật và biết cạnh tranh.
Dùng phương pháp sửa chữa phục hồi hiện đại có thể làm cho một số chi tiết làm việc tốt hơn chi tiết mới.
Giá thành phục hồi thường bằng 15 ÷ 46% giá thành chi tiết mới
1.3.2. Ý nghĩa của hồi phục chi tiết máy
Đa số các chi tiết máy của oto, máy kéo đưa vào đại tu do hao mòn, mỏi vật liệu, các hư hỏng cơ học và ăn mòn làm mất khả năng làm việc. Tuy nhiên chỉ một số ít chi tiết, chi tiết đơn giản dễ tìm trong chế tạo khi mất hoàn toan khả năng làm việc yêu cầu phải được thay thế. Đa số chi tiết có lượng dự trữ còn lại có thể sử dụng lại thông qua công nghệ phục hồi với chi phí chấp nhận được.
Hồi phục chi tiết máy có tầm quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân các chi tiết được phục hồi bằng các phương pháp khác nhau có độ tin cậy và có độ bền lâu bằng hoặc thậm chí vượt độ tin cậy và độ bền lâu của chi tiết mới. Giá thành phục hồi chi phí thấp một cách đáng kể so với giá thành chế tạo, chi phí phục hồi chi tiết thậm chí ở các xí nghiệp nhỏ phụ thuộc vào công nghệ và mức độ hao mòn chỉ chiếm vào khoảng 35-60% giá mua chi tiết mới. Chi tiết càng phức tạp, càng đắt thì khi tạo hiệu quả phục hồi càng cao.
Hiệu quả kinh tế của hồi phục chi tiết cao so với chế tạo là do: khi hồi phục chi tiết làm giảm đáng kể chi phí cho vật liệu và loại trừ hoàn toàn các chi phí có liên quan tới tạo phôi.
Theo số liệu của nhiều nhà nghiên cứu, chi phí vật liệu và taọ phôi khi chế tạo chi tiết chiếm 70-75% giá thành nhưng khi phục hồi chi phí chỉ dao động khoảng từ 1-12% phụ thuộc vào phương pháp phục hồi.
1.3.3. Các phương pháp phục hồi chi tiết máy
Trong thực tế có nhiều loại thiết bị máy móc khác nhau với nhiều chi tiết bị hư hỏng, bị mài mòn do quá trình vận hành. Hình dạng kích thước bị thay đổi làm cho máy không còn hoạt động bình thường, chất lượng và năng suất của máy suy giảm. Việc sửa chữa thay thế lúc nào cũng thuận lợi, phụ thuộc nhiều yếu tố điều kiện kinh tế kỹ thuật. Vì vậy mà công tác phục hồi chi tiết máy có ỹ nghĩa hết sức quan trọng, đặc biệt là yêu cầu về kích thước lắp ghép giữa các chi tiết lắp ghép, phục hồi khả năng làm việc của nó.
Hiệu quả và chất lượng phục hồi chi tiết phụ thuộc một cách đáng kể vào phương pháp công nghệ được sử dụng để gia công. Hiện có nhiều phương pháp phục hồi chi tiết máy khác nhau cho phép không chỉ hoàn trả tính chất ban đầu của chi tiết mà còn cải thiện trong một số trường hợp.
Người ta chia phương pháp phục hồi ra ba nhóm chính tùy thuộc vào các hư hỏng; hồi phục chi tiết bị mòn, mỏi kim loại, các hư hỏng do cơ học và ăn mòn.
Người ta khắc phục các hư hỏng bằng các phương pháp khác nhau như hàn và hàn đắp, hàn vẩy, biến dạng dẻo, phun kim loại, sử dụng chất dẻo, gia công nguội. Các hư hỏng chi tiết do ăn mòn ở dạng rỗ, ôxy hóa, tróc lớp kim loại bề mặt được phục hồi bằng các phương pháp nguội cơ khí.
Hồi phục lại kích thước ban đầu được tiến hành bằng cách đắp lên bề mặt chi tiết bị mòn một lớp kim loại và sau đó gia công cơ để đạt được kích thước như yêu cầu. Đắp lớp kim loại lên bề mặt chi tiết được thực hiện bằng các phương pháp như: hàn đắp, mạ, phun kim loại…
1.4. Giới thiệu xe tải hạng nặng HD320-3
1.4.1.Giới thiệu về xe HD320-3 và nguyên lý hoạt động của piston động cơ
1.4.1.1. Giới thiệu xe HD 320 - 3
Hình 1.1: Đặc điểm kỹ thuật của xe HD320-3
Xe HD320-3 là một trong loại xe dùng để vận chuyển đất, đá, than… ớ các mỏ. Xe được vận hành liên tục 3 ca với điều kiện làm việc xấu.
Mặt đường gồ ghê làm cho xe chịu tải trọng thay đổi liên tục các bộ phận giảm chấn và giảm xóc xe cũng phải làm việc hết công suất. Đây là nguyên nhân dẫn tới hư hỏng của bộ phận giảm xóc trong đó có piston
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật xe HD320-3
Thông số |
Kích thước |
A. Chiều dài tổng thể |
7650 mm |
B. Chiều rộng tổng thể |
3670 mm |
C. Chiều cao tổng thể |
3850 mm |
D. Chiều dài cơ sở |
3750 mm |
E. giải phóng mặt bằng |
458 mm |
F. Chiều cao lớn nhất |
7520 mm |
G. Khoảng cách thấp nhất của thùng xe sau khi hạ |
440 mm |
H. Góc nâng thùng |
61 độ |
1.4.1.2. Nguyên lý làm việc của cum giảm xóc trước xe HD320-3
Hình 1.2: Sơ đồ cầu trước xe HD 320-3
Hình 1.3: Nguyên lý làm việc của cụm giảm xóc trước
Nguyên lý: Dung lượng dầu nhất định chuyển từ bình đựng 4 thông qua hai van tiết lưu 1 đi vào khoang chứa 3 đã được đưa vào cụm giảm xóc một lượng trước khi làm việc.
Khi ôtô đang di chuyển trên đường, gặp phải đường gồ ghề ( vật cản ) lốp xe được nâng lên, piston giảm xóc bị nén vào xi lanh (theo hình 1.3 a). Khí nito trong bình đựng dầu 2 bị nén lại khi áp lực dầu từ bình đựng dầu 4 xuống thông qua hai van tiết lưu 1 và đi vào khoang chứa dầu 3 của xi lanh giảm xóc.
Khi ôtô đã vượt qua khỏi mặt đường gồ ghề, lốp xe hạ xuống bình thường, piston giảm xóc bị đẩy lên. Khí Nito trong bình đựng dầu 2 trở lại vị trí bình thường, làm giảm lượng dầu khoang 3 trở lại lượng dầu định mức của xilanh (theo hình 1.3 b).
Trong quá trình làm việc cụm giảm xóc HD320-3 qua kiểm tra thực tế piston thường xuất hiện các hao mòn từ 1.0 – 8.0mm. Nguyên nhân chủ yếu dẫn tới việc hao mòn là do xe làm việc liên tục trong khi đó chế độ bảo dưỡng chưa đúng yêu cầu, độ đồng tâm của piston và xi lanh thay đổi do tải trọng phân bố phân bố lên khung xe không đều.
1.4.2. Các thông số kỹ thuật
Đầu piston: Có diện tích chịu nhiệt là nhỏ nhất, kết cấu đơn giản dễ chế tạo được dùng trong động cơ. Là kết cấu nối khung của động cơ và bộ phận thủy lực.
Thân piston: Là bộ phận chịu lực và làm nhiệm vụ giảm chấn nhờ dầu được bơm từ bơm thủy lực.
Các yêu cầu kỹ thuật của piston:
Thân hình trụ Ø160 mạ crom dày 0.5 mm, lớp mạ đảm bảo độ bền, bám chắc với kim loại nền
Trên thần trụ Ø160 không được có các vết xước dọc ngang trục đảm bảo không cho dầu lọt ra ngoài qua các vết xước này làm giảm khả năng làm việc của cụm giảm xóc.
1.4.3. Biện pháp khắc phục
Mục đích
Piston là chi tiết làm việc trong điều kiện chụi tải thay đổi liên tục. Quá trình làm việc làm cho chi tiết bị mòn, bị xước dẫn đến chi tiết mất khả năng làm việc hoặc năng suất làm việc giảm. Khi đó có hai phương pháp là sửa chữa hồi phục hoặc thay thế bằng chi tiết mới. Ở đây phương án thay thế chi áp dụng cho những chi tiết phổ biến, dễ tìm, dễ mua và được quy chuẩn hóa. Điều kinh nền kinh tế đất nước và tốc độ phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật đặc biệt là công nghệ hàn thuận lợi cho việc sử dụng lại chi tiết thông qua việc áp dụng công nghệ hàn hồi phục.
Các phương pháp phục hồi piston
Có nhiều công nghệ phục hồi, hiệu quả và chất lượng hồi phục phụ thuộc và phương pháp và công nghệ mà ta sử dụng. Chọn đúng công nghệ phục hồi không chỉ những cho phép hoàn trả được kích thước vốn có của chi tiết mà còn thể hiện được một số tính chất cơ bản của chi tiết. Dựa vào đặc điểm kết cấu về hình dáng hình học, vật liệu chế tạo và chế độ làm việc của piston ta có thể có các biện pháp phục hồi sau:
- Hồi phục piston bị mòn bằng phương pháp phun kim loại
Phun kim loại là một trong những phương pháp hồi phục tiên tiến nhật được dùng mấy chục năm trở lại đây ở nhiều nước trên thế giới. Ở nước ta phun kim loại đã được thử nghiệm và đã có những kết quả ban đầu.
Pison được phủ một lớp kim loại có chiều dày có thể từ( 0.2 – 10 mm). Khi phun kim loại, các piston bị nung quá nóng, tránh được những thay đổi của tổ chức, biến dạng, có thể phun lên các chi tiết có đường kính bất kỳ. Song phương pháp phun kim loại đòi hỏi kỹ thuật tiên tiến và kỹ thuật phức tạp, đắt tiền. Lượng kim loại hao tổn lớn. Kim loại đắp có nhiều lỗ rỗ và chứa một lượng lớn các oxit. Các phân tử bị va đập bởi vận tốc phun lớn tạo nên khả năng biến cứng bề mặt, giảm tính gia công cơ khí sau khi phục hồi. Khả năng chống mài mòn của kim loại đắp trong môi trường bôi trơn rất tốt song trong môi trường khô thì rất kém. Thành phần hóa học của lớp phun phủ khác đáng kể so với thành phần hóa học của kim loại nền do bị thoát một lượng C, Si, mn đáng kể, làm giảm cơ tính của lớp kim loại đắp. Chi tiết không bị đốt quá nóng, tránh được sự thay đổi về tổ chức và biến dạng. Lớp kim loại phun nếu dùng thép có khả năng chống mài mòn cao. Có thể phun các kim loại lên các chi tiết bằng các vật liệu khác nhau. Công nghệ phun đơn giản mà năng suất lại cao.
Song thiết bị phun chế tạo phức tạp, độ bám của kim loại phun lên chi tiết yếu. Do điều kiện làm việc của chi tiết chịu ứng suất nén và bề mặt chịu tải trọng theo chu kỳ nên độ bám của vật liệu vào lớp vật liệu cũ yếu dễ dàng bị tách ra gây hỏng chi tiết nên ta không sử dụng phương pháp này để phục hồi piston.
- Hồi phục piston bị mòn bằng phương pháp mạ
Phương pháp mạ được sử dụng rông rãi để hồi phục các chi tiết có khối lượng hao mòn không lớn lắm. Trong quá trình mạ, cổ trục không bị đốt nóng nhiều, không làm thay đổi cấu trúc và tính chất của kim loại piston, lượng dư gia công là rất nhỏ so với phương pháp hàn. Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào chế độ và kim loại mạ. Mạ là phương pháp phủ một lớp kim loại mỏng lên bề mặt chi tiết bị hao mòn nhờ điện phân dung dịch hoặc nhờ phản ứng hóa học. Trong thực tế, khi chế tạo hoặc sửa chữa các chi tiết, kim loại mạ có thể là crom, Niken hoặc thép.
Mạ crom mang lại nhiều ưu điểm cho chi tiết được mạ như: độ cứng chi tiết cao (800-100HB). Lớp mạ chống ăn mòn và không phản ứng với nhiều axit hữu cơ, kiềm và lưu huỳnh. Chịu được nhiệt độ cao và dẫn nhiệt tốt.
Tuy nhiên mạ crom có nhiều nhược điểm như: lớp mạ crom trơn giữ dầu bôi trơn không tốt, hay bị nứt do tổ chức lớp mạ ở dạng kết tinh, mạ tinh thể lại dễ bị xiêu vẹo vì sự xâm nhập của khí hydro. Lớp mạ có độ cứng nên khó khăn cho việc gia công cơ khí. Hiệu suất dòng điện thấp và độ dày lớp mạ mỏng.
Đối với mạ Niken: Tốc độ mạ tùy thuộc vào chiều dày lớp mạ, thường là: 0.03-0.12mm/h. Mạ Niken có nhiều ưu điểm hơn mạ crom và mạ thép. Với chiều dày mạ lớn hơn. Hệ số giãn nở dài của Niken bằng thép nên không có ảnh hưởng tới độ liên kết hay độ bám vào lớp mạ với chi tiết bằng thép. Hệ số ma sát nhỏ hơn lớp mạ crom. Độ chống mài mòn cao hơn khoảng hai lần so với thép 45 khi làm việc trong điều kiện ma sát khô. Khả năng chống gỉ bề mặt lớp mạ cao hơn mạ crom. Tuy nhiên trong quá trình mạ Niken, đặc biệt là mạ điện đôi khi có rạn nứt trên bề mặt lớp mạ.
Đối với mạ thép: Tốc độ mạ thép tùy vào chiều dày lớp mạ, thường là 0.2-0.3mm/h. Phương pháp mạ thép có nhiều ưu điểm như hiệu suất dòng điện cao, tốc độ mạ nhanh gấp 10 lần so với mạ crom. Lớp mạ có chiều dày (1-3mm), vật liệu rẻ dễ tìm. Nhưng có nhược điểm chủ yếu của thép là độ cứng thấp(150-480HB). Do đó để tăng thêm độ cứng bề mặt chi tiết, thường phải tôi hay mạ thêm lớp crom hoặc thấm cacbon.
- Hồi phục piston mòn bằng phương pháp hàn
Hàn là công nghệ được sử dụng rộng rãi để khôi phục chi tiết máy bị hao mòn, hư hỏng. Bằng phương pháp hàn có thể khôi phục lại kích thước của các chi tiết máy. Bởi nó có thể khôi phục được nhiều loại hao mòn, hư hỏng ( Nứt, gãy, vỡ, hao mòn kích thước lớn). Thiết bị hàn đơn giản có khả năng vận chuyển dễ dàng. Trong hàn đắp kim loại có độ dính bám tốt. Có khả năng khống chế được độ cứng và độ bền của lớp hàn. Lớp kim loại hàn đắp lớn tạo điều kiện cho gia công cơ khí sau khi hàn.
Hàn hồi phục piston có thể sử dụng các phương pháp hàn hơi, hàn điện hồ quang, hàn dưới lớp thuốc trợ dụng, hàn trong môi trường khí bảo vệ…Yêu cầu cỏ bản nhất của lớp hàn đắp là đảm bảo khả năng bám chắc vào kim loại cơ bản, độ bền, khả năng chịu mài mòn và các yêu cầu cơ tính khác của piston. Khi hàn cần chú ý tới các vấn đề sau:
Vật liệu hàn phải tương được với vật liệu chế tạo piston. Khi chọn vật liệu hàn cần nắm vững được đực điểm thay đổi về mặt hóa học của nó so với vật liệu chế tạo chi tiết.
Đảm bảo chất lượng chuận bị bề mặt chi tiết trước khi hàn, cần tẩy sạch hết dầu, gỉ sắt, các vết rạn nứt.
Khi sử dụng phương pháp hàn để hồi phục piston thông thường người ta kêt hợp với gia công cơ khí để hồi phục. Đó là phương pháp gia công bỏ đi một lớp chai cứng của bề mặt pison để khử hết độ mòn, độ ôvan, xô lệch, độ côn của piston sau đó hàn đắp lên bề mặt piston, tiếp theo là gia công để đạt được kích thước của piston theo yêu cầu.
Ưu điểm:
Phương pháp này sử dùng hàn đắp chuyên dùng cho chi tiết cỡ lớn
Khi hàn đắp lên piston, lớp kim loại hàn liên kết với kim loại cơ bản của piston
Sử dụng phương pháp hàn đắp có thêt hợp kim hóa mối hàn làm tăng chất lượng bề mặt của piston như: nâng cao độ cứng, độ chịu mài mòn…
Lớp kim loại đắp lên chi tiết có chiều dày lớn
1.5. Lựa chọn công nghệ hàn đắp để hồi phục piston
1.5.1. Khái niệm về hàn đắp kim loại
Hàn đắp là quá trình đem phủ lên bề mặt chi tiết một lớp kim loại bằng các phương pháp hàn,…Hàn đắp có thể sử dụng chế tạo chi tiết mới. Dùng hàn đắp để chế tạo lớp bimetanl với các tính chất đặc biệt hoặc tạo ra các lớp kim loại có khả năng về chịu mài mòn tăng ma sát,…Sử dụng hàn đắp để hồi phục chi tiết máy là một phương pháp rẻ tiền mà khả năng làm việc không thua kém chi tiết mới là bao nhiêu. Vật liệu có thể là thép cacbon, thép chịu mài mòn, thép có đặc tính đặc biệt như chịu nhiệt, độ cứng cao, bền nhiệt, chịu axit,…
1.5.2. Các phương pháp hàn đắp
Hàn hồ quang tay là phương pháp được rộng rãi cho công nghệ phục hồi.
Thiết bị phục vụ hàn đắp đơn giản, dễ vận hành, mất ít thời gian công tác chuẩn bị, thao tác rất linh hoạt phù hợp với rất nhiều chi tiết, đặc biệt là đối với những chi tiết có bề mặt phức tạp
Phương pháp hàn đắp hồ quang điện áp được áp dụng phổ biến để hàn đắp các bề mặt chịu mài mòn, yêu cầu độ cứng cao, chịu va đập. Điều quan trọng là chọn đúng chủng loại que hàn đặc biệt là được chế tạo để hàn đắp phục hồi chi tiết như que hàn cho thép có cường độ cao, thép chống ăn mòn của môi trường, thép dùng cho chi tiết làm việc ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao.
Song chất lượng hàn đắp không cao, mối hàn không cao cũng như việc hợp kim hóa mối hàn đơn giản như các phương pháp khác.
Hàn đắp tự động và bán tự động dưới lớp thuốc bảo vệ sử dụng phương pháp làm tăng năng suất hàn đắp, điều kiện lao động và chất lượng hàn đắp được cải thiện, tiêu hao điện năng và vật liệu hàn ít, phù hợp với chi tiết dạng trục như piston. Hàn tự động và bán tự động có thể hợp kim hóa kim loại mối hàn dễ dàng, do đó làm tăng cơ tính của mối hàn đắp, tăng khả năng chịu mài mòn, va đập của chi tiết sau khi phục hồi. Có thể hợp kim hóa mối hàn gang bằng các cách: dùng dây hợp kim, dùng dây lõi thuốc hoặc dùng thuốc hàn gốm. Việc lựa chọn phương án hợp kim hóa phụ thuộc vào yêu cầu hợp kim hóa của mối hàn, nguyên tố hợp kim, điều kiện vật liệu, điều kiện thao tác hàn.
Hàn đắp hồ quang trong môi trường khí bảo vệ có nhiều phương pháp hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ như hàn điện cực nóng chảy và không nóng chảy, hàn một hồ quang và hàn nhiều hồ quang. Trong phương pháp hàn đắp bán tự động và tự động dùng điện cực nóng chảy được sử dụng rộng rãi nhất.
Hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ cho phép cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn trong bất kỳ vị trí không gian nào phù hợp với các bề mặt của chi tiết hàn đắp.
Tuy nhiên, hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ cũng có một số yêu cầu nhất định, nhiệt độ trong khi hàn cao làm cho vật liệu cơ bản thay đổi kết cấu, phát sinh ứng suất, từ đó gây ra nhiều biến dạng như nứt, vỡ chi tiết.
Hàn điện xỉ thường được áp dụng các chi tiết có chiều dày lớn với năng suất cao và chất lượng mối hàn tốt. Dùng hàn điện xỉ để nối các loại thép cacbon, thép hợp kim, nhôm và các loại khác có chiều dày lớn.Trong công nghệ hồi phục hàn điện xỉ được áp dụng hàn mặt phẳng, mặt trụ và mặt côn với chiều dày của lớp đắp lớn.
Mức tiêu hao thuốc hàn do bay hơi và tạo xỉ không quá 5% khối lượng kim loại đắp. Tiêu thụ điện năng giảm do giảm được năng lượng làm nóng chảy thuốc hàn. Bể hàn với chiều sâu lớn và tồn tại lâu tạo điều cho khí và tập chất thoát ra, giảm được việc hình thành khuyết tật như rỗ khí hoặc nứt.
Hàn đắp bằng Plasma là phương pháp hàn tiên tiến, có rất nhiều ưu điểm như nhiệt độ cao, tập trung nhiệt nên có thể hàn nối các chi tiết với lớp hàn có chiều dày mỏng ( khoảng 0.1 mm). Đề tài ở đây là phục hồi piston chi tiết của oto bị hỏng do mòn, nếu áp dụng phương pháp trên sẽ rất tốn kém và khâu chuẩn bị rất phức tạp. do sản xuất đơn chiếc.
1.5.3. Hồi phục piston bằng phương pháp hàn đắp tự động dưới lớp thuốc
Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn đắp dưới lớp thuốc trợ dung chiếm vị trí quan trọng. Công nghệ này được ứng dụng để hàn các chi tiết phức tạp, khi tạo môi trên bề mặt lớp đắp.
Hàn đắp tự động là quá trình hàn mà việc cấp dây và di chuyển mỏ hàn theo mối hàn hoàn toàn được thực hiện bằng máy
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý (a), các thiết bị và dụng cụ hàn tự động dưới lớp thuốc trợ dung (b)
Cũng như hàn hồ quang tay trong hàn đắp tự động hồ quang cháy giữa điện cực kim loại
(dây hàn) và kim loại cơ bản ( chi tiết hàn đắp). Quá trình hàn bắt đầu khi phát sinh hồ quang. Vũng hàn được tạo thành sau khi hồ quang phát sinh. Tại đây dây hàn, thuốc hàn và kim loại cơ bản nóng chảy. Đồng thời giữa áp suất của kim loại thuốc hàn tạo thành một màng kín bao bọc lấy hồ quang và vũng hàn. Thành của màng này được tạo bởi thuốc hàn nóng chảy.
Khi hàn đắp mặt phẳng thông thường chi tiết hàn đứng yên, còn đầu hàn đắp chuyển động thằng trên chitiết. Sau mỗi đường hàn đầu hàn được đưa về vị trí ban đầu. Để hàn tiếp đườngthứ hai phải dịch đầu hàn theo phương chuyển động ngang một khoảng cách nhấtđịnh, gọi là bước tiến của đường hàn. (h1.5-8a)
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lí hàn đắp tự động mặt phẳng (a), mặt trụ (b)
Khi hàn đắp tự động trên chi tiết hình trụ trònlà phủ kín bề mặt của chi tiết bằng một đường hàn hình xoắn xếp cạnh nhau.
Đường xoắn nói trên được tạo thành từ hai chuyển động (h1.5-8b) kết hợp chuyển động quay tròn của bề mặt chi tiết quanh trục của nó và chuyển động tịnh tiến của đầu hàn dọc theo vật hàn. Những chuyển động trên là chuyển động đều và liên tục. Đương nhiên để quá trình hàn tiến hành được một cách tự động thì dây hàn phải chuyển động liên tục và đều đặn để bảo vệ hồ quang.
1.6. Kết luận chương 1
Các chi tiết làm trong điều kiện chịu tải lớn như piston, yêu cầu về độ chính xác cao. Khi bị hao mòn đều chọn phương án thay thế. Việc lựa chọn phục hồi phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu công nghệ và điều kiện làm việc của chi tiết, giá trị hao mòn, các đặc điểm của việc lựa chọn hồi phục có ảnh hưởng đến tuổi thọ các piston và giá thành hồi phục.
Việc nghiên cứu lựa chọn vật liệu để phục hồi piston bị hao mòn trong đó phương pháp hàn đắp mới như trong môi trường thuốc trợ dung để nâng cao chất lượng lớp đắp là vấn đề cần thiết. Về cơ bản phương pháp hàn đắp có khả năng phục hồi tốt, tuy nhiên phương pháp hàn là phương pháp khó kiểm tra chất lượng bởi vì mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố và khó kiểm tra chính vì thế cần tập trung giải quyết vấn đề này. Hơn nữa, sử dụng phương pháp hàn đắp phục hồi chi tiết máy là phương pháp rẻ tiền mà khả năng làm việc của chi tiết sau khi phục hồi không thua kém chi tiết mới là mấy.
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Với mục đích giải quyết nhiệm vụ đặt ra cho đề tài là nghiên cứu công nghệ hàn hồi phục chi tiết piston bằng phương pháp hàn đắp phù hợp để hồi phục chi tiết sau khi hao mòn do vận hành sử dụng. Từ đó đưa ra giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất lượng va tuổi thọ của piston sau khi hồi phục.
2.1. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu
Nhằm nâng cao chất lượng và hạ giá thành khi nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới trong sửa chữa phục hồi piston, chi tiết được chọn ở đây không phải là một chi tiết dạng trục cụ thể mà nó mô hình hóa cho các chi tiết dạng trục khác.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
Ngày nay công nghệ hàn có rất nhiều phương pháp hàn khác nhau, chất lượng lớp kim loại đắp phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp đắp và các yếu tố ảnh hưởng. Vì vậy, trong phạm vi của đề tài chỉ nghiên cứu chất lượng của lớp hàn đắp và một số yếu tố công nghệ cơ bản ảnh hưởng tới chất lượng lớp đắp bằng phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ với điện cực nóng chảy.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết
Nghiên cứu vật liệu chế tạo piston, yêu cầu cơ tính và thành phần hóa học của các piston, khả năng chịu tải, mài mòn, va đập…
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp kim loại đắp khi áp dụng công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ để hồi phục lại hình dáng và kích thước của piston. Thông qua kết quả nghiên cứu tìm ra các yếu tố công nghệ cơ bản ảnh hưởng trực tiếp ảnh hưởng tới chất lượng lớp đắp, từ đó tìm ra giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất lượng lớp đắp khi hàn phục hồi.
Nghiên cứu tổ hợp lí thuyết liên quan mật thiết tới đề tài của các tác giả trong và ngoài nước. Cụ thể là về công nghệ hàn nóng chảy, tính hàn của thép và kim loại màu, phun phủ kim loại và công nghệ phục hồi bề mặt bằng phương pháp hàn, vật liệu hàn…
Trên cơ sở đã lựa chọn được vật liệu hàn và phương pháp đắp sử dụng cho hàn đắp piston. Tiến hành tiến hành thí nghiệm thực tế tại xưởng theo các thông số đã chọn. Tiếp theo sẽ nghiên cứu các chỉ tiêu cơ tính và làm việc chủ yếu của kim loại đắp trên cơ sở đo đạc các thông số từ phòng thí nghiệm. Phân tích các kết quả thu được từ đó lựa chọn được các thông số hàn đắp hợp lí để hồi phục piston.
2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Từ thực nghiệm khảo sát từng yếu tố đầu vào ảnh hưởng tới thông số ra theo nguyên tắc là: thay đổi một số yếu tố cần khảo sát đồng thời cố định các yếu tố đầu vào còn lại, để xác định tới các yếu tố kết quả nhận được, tìm hiểu mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đó làm cơ sở nghiên cứu thực nghiệm cho các yếu tố còn lại.
Các thông số cần tìm hiểu khi hàn: Điện áp, cường độ dòng điện, lượng khí bảo vệ,…các chi tiêu xem xét đánh giá: khuyết tật hàn, thành phầng hóa học và tổ chức kim loại, độ cứng và độ bền kéo…
2.3.3. Phương pháp xác định và xử lý số liệu thực nghiệm
Sau khi tiến hành công tác hàn đắp chất lượng của lớp đắp phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo các tính chất cơ tính, độ tin cậy. Phương pháp hàn đắp hồi phục chi tiết piston là kết quả của thiết kế hàn, thao tác hàn, lựa chọn vật liệu hàn và kỹ thuật hàn…Các yêu cầu kỹ thuật này chỉ đạt được khi các yêu cầu về những điều kiện hàn thỏa mãn đày đủ trong quá trính hàn. Tuy nhiên, trong quá trình thi hành công tác hàn hồi phục mặc dù có đảm bảo đầy đủ các yêu cầu về điều kiện hàn, nhưng trong quá trình hàn luôn có sự biến đổi về luyện kim, biến dạng ứng suất dư…vì vậy việc thử nghiệm cũng như việc kiểm tra là công tác hết sức cần thiết để đảm bảo chất lượng mối hàn sau khi phục hồi chi tiết.
Khi kiểm tra mẫu thử được kiểm tra theo quy trình chuyên biệt và kết quả kiểm tra thường được trình bày theo văn bản và mẫu chuẩn. Quá trình kiểm tra được thực hiện tùy thuộc vào đặc tính kỹ thuật, yêu cầu khảo sát, kiểu kết cấu và các yếu tố môi trường về nhiệt độ, ăn mòn hóa học và mài mòn.
Khi tiến hành thực nghiệm, các kết quả đo thường là các đại lượng ngẫu nhiên, không thể không sai lệch do ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu. Do đó để bảo đảm độ tin cậy của các thí nghiệm cần tiến hành đo nhiều lần sau đó lấy giá trị trung bình.
Áp dụng công thức xử lý số liệu của xác xuất thống kê toán học. Sau khi đã tiến hành n lần thí nghiệm và được giá trị là Xi ( i= 1…n).
Giá trị trung bình các lần đo:
Sai số bình phương trung bình:
Sai số trung bình:
2.3.4. Các chỉ tiêu cần kiểm tra đánh giá
Kiểm tra khuyết tật trong lớp đắp
Kiểm tra thành phần hóa học của lớp đắp
Kiểm tra cấu trúc kim cương và chụp ảnh kim cương
Kiểm tra độ cứng của lớp hàn đắp
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
3.1. Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ tính của piston
Để nâng cao chất lượng và hiệu quả của công tác phục hồi, đảm bảo yêu cầu làm việc của piston, lớp kim loại đắp phả có thành phần hóa học và cơ lý tương đương với kim thành phần hóa học của kim loại chế tạo piston. Vì thế trước khi đi vào công tác phục hồi piston chúng ta cần nghiên cứu kỹ vật liệu chế tạo và yêu cầu cơ tính của loại vật liệu đó.
3.1.1. Vật liệu chế tạo piston
Vật liệu chế tạo piston thường là thép C45 và được mà crom. Trong trường hợp đặc biệt quan trọng để truyền tải trọng lượng lớn có thể sử dụng thép crom – mangan như 35 crMNV, 40CrMnTiBo và thép crom niken 40CrNi, 45CrNi, 30CrNi3A được tôi cải thiện và được tôi bằng dòng điện tần số cao.
Bảng3.1. Thành phần hóa học của một số mác thép thường được dùng chế tạo piston (theo TCVN 1766-75)
|
Mác thép |
C(%) |
Mn(%) |
Si(%) |
P(%) |
S(%) |
Cr(%) |
Ni(%) |
|
C35 |
0.32-0.4 |
0.5-0.8 |
0.17-0.37 |
0.04 |
≤0.04 |
0.25 |
0.25 |
|
C45 |
0.42-0.5 |
0.5-0.8 |
0.17-0.37 |
≤0.04 |
0.17-0.37 |
≤0.25 |
≤0.25 |
|
20X |
0.17 |
0.50 |
≤0.17 |
≤0.035 |
≤0.04 |
0.7-1.1 |
≤0.3 |
|
40X |
0.17 |
0.50 |
≤0.17 |
≤0.035 |
0.17-0.37 |
0.7-1.1 |
≤0.3 |
3.1.2. Yêu cầu về cơ tính vật liệu chế tạo piston
Piston là một chi tết máy trong động cơ có tác dụng đến công suất và hiệu suất của động cơ. Vì vậy phải làm việc trong những điều kiện khó khăn như: áp suất lớn nhiệt độ cao, tốc độ di chuyển cao, chịu tải trọng lớn và thay đổi liên tục…Do đó vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Chống mài mòn là một trong những yêu cầu quan trọng của vật liệu để chế tạo piston. Yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới độ mài mòn đó là độ cứng. Độ cứng của lớp kim loại đắp có ý nghĩa quan trọng và là yêu cầu cơ bản nhất về cơ tính vật liệu. Độ cứng chỉ thể hiện khả năng chống biến dạng dẻo của bề mặt chứ không phải toàn sản phẩm, nếu vật liệu có cấu trúc không đồng nhất ( giữa bề mặt và lõi), độ cứng thể hiện khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ cứng càng cao chống mài mòn càng tốt.
Độ dẻo dai đối với piston, trong các chỉ tiêu về độ bền cần quan tâm đến giới hạn chảy vì trong hệ lắp ghép không cho piston bị biến dạng dẻo.
Truyền nhiệt, chịu nhiệt tốt và hệ số giản nở nhiệt giảm.
Dễ gia công
Bảng 3.2 Cơ tính của thép Các bon chất lượng C45.
|
Mác thép |
Trạng thái nhiệt luyện |
Cơ tính ³ |
Độ cứng (HBS) |
|||||
|
sb/MPa |
st/Mpa |
d5 ,% |
Y, % |
ak/J*cm-2 |
Cán nóng |
Ủ hoặc rấm nhiệt độ cao |
||
|
C45 |
Thường hoá |
598 |
353 |
16 |
40 |
49 |
229 |
197 |
Văn bản Tiếng Anh gốc:
12 ft in
Đóng góp bản dịch hay hơn
Thép C45 hóa tốt thuộc nhóm thép cacbon trung bình ( 0,30÷0,50%C )như vậy sẽ đảm bảo sự kết hợp tốt nhất của các chỉ tiêu cơ tính tổng hợp : độbền, độ dẻo, độ dai. Hơn nữa, bằng các phương pháp nhiệt luyện như tôi +ram cao, độ cứng và tính chống mài mòn tương đối cao và sau khi tôi bề mặt,thỏa mãn được các yêu cầu trên. Nếu dùng lượng cacbon khác đi sẽ không đạtđược cơ tính tổng hợp tốt như vậy (tuy rằngdùng lượng cacbon cao hơn sẽđạt được độ cứng bề mặt và tính chống mài mòn cao hơn nhưng lại giảm độdẻo, độ dai ).
Thép cacbon là nhóm thép thông dụng, dễ kiếm, giá thành tương đối rẻ sovới các loại thép khác (như thép hợp kim), khi sử dụng vẫn đảm bảo được cácchỉ tiêu yêu cầu.
Hình 3.1: Giản đồ trạng thái hợp kim sắt- cacbon Fe-C
Từ giản đồ pha Fe-C ta thấy khi hàm lượng cacbon tăng lên tỷ lệ Xêmentit là pha giòn trong tổ chức cũng tăng lên tương ứng ( cứ thêm 0,10%C sẽ tăng thêm 1,50% xêmentit ) do đó làmthay đổi tổ chức tế vi ở trạng thái cân bằng ( ủ). Tức là hàm lượng cacbon càng cao thép càng cứng, càng kém dẻo dai vàcàng giòn. Thép C45 thuộc nhóm thép có hàm lượng cacbon trung bình (0,30÷0,50%C) có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai đều khá cao ( tuy chưa phải cao nhất) , có hiệu quả tôi + ram tốt
Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất :Trong thép cacbon thông thường ngoài cacbon ra còn có chứa một số nguyêntố với hàm lượng giới hạn là các nguyên tố tạp chất (vì không phải cố ý đưavào). Trong số các tạp chất có một số có lợi và một số có hại.
Tạp chất có lợi: mangan và silic
Mangan và silic đi vào thành phần của thép là từ quặng sắt và do quá trìnhcông nghệ ( khi luyện thép phải dung fero mangan và fero silic để khử ôxytrongôxit sắt, phần không tác dụng hết với ôxy sẽ đi vào thành phần củathép).
Mangan ,silic có ảnh hưởng tốt đến cơ tính, khi hòa tan vào ferit nó làmtăng cao độ bền và độ cứng của pha này ( hình 3.1), do vậy làm tăng cơ tínhcủa thép, song lượng trong thép C45 hàm lượng mangan chỉ là khoảng 0,70%và silic khoảng 0,20÷0,40% nên ảnh hưởng này không lớn. Ngoài ra mangancòn có tác dụng làm giảm tác hại của lưu huỳnh.
Silic không tạo cacbit và có xu hướng làm thoát cacbon trong thép. Silic cótác dụng làm tăng độ thấm tôi ở mức độ trung bình với hệ số tăng độ thấm tôilà 1,7. Silic có tác dụng làm tăng tính ổn định ram, chống ôxy hoá cho thép ởnhiệt độ cao và tăng độ bền chống dão cho thép crôm. Si còn có tác dụng tăngtính đàn hồi cho thép (cho nên Si thường có mặt trong các mác thép đàn hồi ).Tuy vậy, Mn cũng đặc điểm công nghệ cần chú ý là làm lớn hạt trongquá trình nhiệt luyện làm vật liệu bị giòn, vi vậy khi nung phải chú ý đến tốcđộ và nhiệt độ cho phù hợp.
Tạp chất có hại: photpho và lưu huỳnh
Photpho (P) là nguyên tố có khả năng hòa tan vào ferit (tới 1,20% ở hợp kim thuần Fe-C, còn trong thép giới hạn này giảm đi mạnh) và làm xô lệch rất mạnh mạng tinh thểpha này làm tăng mạnh tính giòn; khi lượng photpho vượt quá giới hạn hòa tan nó sẽ tạo nên Fe3P cứng và giòn. Do đó photpho là nguyên tố gây giòn nguội hay bở nguội ( ở nhiệt độ thường ). Chỉ cần có 0,10% P hòa tan, ferit đã trở nên giòn. Song photpho là nguyên tố thiên tích ( phân bố không đều ) rất mạnh nên để tránh giòn lượng photpho trong thép phải ít hơn 0,050% (để nơi tập trung cao nhất lượng photpho cũng không vượt quá 0,10% là giới hạn gây ra giòn )..............................
...........................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
(1) Nghiên cứu tổng quan cho thấy, các loại piston nói riêng và các dạng trục nói chung có đường kính lớn, và có hình dạng phức tạp, độ chính xác chế tạo cao. Qua quá trình vận hành làm việc hay bị mòn và thường lựa chọn phương pháp phục hồi sửa chữa hơn là dùng phương pháp thay thế.
Trong giai đoạn hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nghành hàn và cả về thiết bị, công nghệ, với điều kiện cơ sở vật chất hiện có tại cơ sở thì việc lựa chọn công nghệ hồi phục bằng phương pháp hàn đắp dưới lớp thuốc trợ dung để phục hồi các piston cũng như các dạng trục bị mòn là biện pháp thích hợp.
(2) Việc nghiên cứu vật liệu hàn là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong công việc hồi phục chi tiết. Nó quyết định đến chất lượng và năng suất của công tác phục hồi sửa chữa chi tiết.
(3) Các yếu tố công nghệ cơ bản như cường độ dòng điện, điện áp hàn và lượng thuốc trợ dung ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lớp đắp. Qua kết quả thực nghiệm, lựa chọn vật liệu hàn và chế độ hàn thích hợp sẽ tạo được lớp đắp ít khuyết tật, có tổ chức kim loại giống tổ chức kim loại cơ bản và độ hạt nhỏ mịn đảm bảo chất lượng.
(4) Việc nghiên cứu và làm công tác chuẩn bị chi tiết hàn và cách vận hành máy hàn giúp cho mỗi một sinh viên hiểu biết thêm được các cách điều chỉnh các thông số công nghệ cũng như các cơ cấu để vận hành máy. Từ việc nghiên cứu vận hành máy hàn từ đó có thể trực tiếp vận hành và tiến hành công tác phục hồi chi tiết.
Từ kết quả của việc tiến hành thí nghiệm thu được phù hợp với kết quả của việc nghiên cứu lý thuyết. Việc lựa chọn các thông số công nghệ như: Lựa chọn: Vật liệu hàn, chế độ hàn.
Thuốc hàn lựa chọn loại thuốc hàn AN - 348 –AM dùng để hàn tự động và hàn đắp cho thép cacbon.
Dây hàn mã số : GM-70S tiêu chuẩn Mỹ : AWS A5.18 ER 70S-6 tiêu chuẩn Đăng kiểm: TCVN 6259–6: 2003 SW53 tương đương: JIS YGW12
Đường kính 1.2mm
Cường độ dòng điện khoảng 110-200A
Hiệu điện thế hàn khoảng 23-25V
Khối lượng cuộn 15kg
Chế độ hàn
Cường độ dòng điện hàn: Ih = 200 A
Điện áp hàn thấp: Uh = 28V
Cho lượng trợ dung vừa đủ.
Cùng với công tác chuẩn bị vật hàn cũng như chuẩn bị thiết bị hàn…có ý nghĩa quyết định đến chất lượng mối hàn.
(5) Hàn tự độngdưới lớp thuốc là một quá trình sản xuất có thể tồn tại một hoặc nhiều yếu tố nguy hiểm, có hại. Nếu không được phòng ngừa, ngăn chặn, có thể tác động vào con người gây chấn thương, gây bệnh nghề nghiệp cho người vận hành. Cho nên việc chăm lo cải thiện điều kiện lao động, đảm bảo nơi làm việc an toàn, vệ sinh là một trong những nhiệm vụ trọng yếu để phát triển sản xuất, tăng năng suất lao động.
Kiến nghị
(1) Do điều kiện về thời gian cũng như về tà chính có hạn nên đề tài chưa áp dụng tính toán tối đa với các yếu tố, thực nghiệm trên nhiều kim loại và với nhiều loại vật liệu hàn( thuốc hàn, dây hàn) khác nhau, vì vậy cần tiếp tục đi sâu nghiên cứu đề tài trên bằng các bài toán tối ưu hơn nữa để tìm ra kết quả khả quan hơn và xây dựng một quy trình công nghệ cụ thể cho từng loại vật liệu với các công nghệ thiết bị hiện đại hơn.
(2) Với kết quả nghiên cứu vật liệu C45, cần khuyến khích và mở rộng nghiên cứu với các loại kim loại khác vì chi tiết trong máy móc không chỉ mỗi một loại vật liệu là C45 mà rất nhiều loại. Vì vậy nghiên cứu vật liệu chế tạo cũng như vật liệu hàn đắp tương ứng với nó để tìm ra các chế độ công nghệ phù hợp cho việc hồi phục piston nói riêng và các chi tiết dạng trụ tròn nói chung. Từ chỗ tìm ra vật liệu và công nghệ hồi phục phù hợp làm giảm giá thành sửa chữa và nâng cao tuổi thọ của chi tiết.
