Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp hà nội
***

Nguyễn tuấn anh Nghiên cứu ứng dụng vật liệu phi kim loại
trong phục hồi và chế tạo chi tiết máy Luận VĂN THạC Sĩ kỹ thuật
Chuyờn ngnh : K thut mỏy v thit b c gii húa nụng lõm nghip
Mó s : 60.52.54

Ngi hng dn khoa hc: TS. TNG NGC TUN

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ii

LỜI CẢM ƠN
ðề tài này ñược thực hiện tại bộ môn Công nghệ cơ khí - Khoa cơ ñiện
- Trường ñại học Nông Nghiệp Hà Nội.
Trong quá trình thực hiện ñề tài, tôi ñược sự quan tâm tạo ñiều kiện của
tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn, ñặc biệt là thầy TS. Tống Ngọc Tuấn
người ñã hướng dẫn tôi tận tình, chu ñáo trong suốt quá trình thực hiện ñề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành ñối với những sự giúp ñỡ quí báu ñó.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu và tập thể các giáo viên
Trường Trung Cấp Nghề Cơ Khí I Hà Nội, các bạn bè ñồng nghiệp ñã tạo
ñiều kiện thuận lợi cho tôi ñược sử dụng máy móc của trường ñể hoàn thành
phần thực hành và tham gia ñóng góp ý kiến ñể tôi hoàn thành luận văn tốt
nghiệp này.
Hà nội; Ngày tháng năm 2012
Tác giả Nguyễn Tuấn Anh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iv

Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23
3.1. Vật liệu phi kim loại. 23
3.1.1. Vật liệu ceramic 23
3.1.2. Gốm và vật liệu chịu lửa 24
3.1.3. Xi măng và bê tông 25
3.1.4. Vật liệu polime. 25
3.2. Các loại nhựa nền nhệt rắn 32
3.2.1. Nhựa polyeste không no. 32
3.2.2. NhựaVinylester: 34
3.2.3. Nhựa epoxy. 36
3.3. Vật liệu Compozit 39
3.3.1. Ph©n lo¹i vËt liÖu Compozit: 40
3.3.2. CÊu t¹o cña vËt liÖu Compozit 41
3.4. Các biện pháp an toàn và bảo vệ môi trường……………………… 42
3.5. Sơ lược về thiết bị nghiên cứu máy phay jn sinh……………………42
3.5.1. ðặc ñiểm của sự mòn hỏng của bạc trục ñộng cơ máy phay. 43
3.5.2. Những hư hỏng 44
Kết luận chương 3 44
Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MẪU 45
4.1. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm trên mẫu 45
4.1.1. Mẫu phủ 45
4.1.2. Vật liệu phủ………………………………………………………….45
4.2. Kết quả thực nghiệm 46
4.2.1. Vật liệu phủ là nhựa pha sẵn 46
4.2.2. Vật liệu phủ là nhựa tự pha 47


vi

DANH MỤC HÌNH

STT Tên Hình
Trang

Hình 1.1: ðúc ly tâm
8
Hình 1.2: ðúc ép nguội
8
Hình 1.3: ðúc phun
9
Hình 1.4: ðúc kéo ñịnh hình
9
Hình 1.5: ðúc lăn tay
10
Hình 1.6: ðúc bắn ñồng thời
10
Hình 1.7: ðúc ép ñùn.
11
Hình 2.1: Mũi ñâm HV
20
Hình 2.2: Máy ño vicker
22
Hình 3.1: Cấu tạo mạng nhựa nhiệt rắn
32
Hình 4.1: Ảnh vật liệu phủ nhựa
45

Hình 4.16: Ảnh mẫu 2 phủ VL compozit Al
2
0
3

53
Hình 5.5. Máy kéo bánh xích cao su
59
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vii

Hình 5.6. Bánh tỳ (dùng vòng bi) sau một thời gian làm
59
Hình 5.7. Phôi ñúc
61
Hình 5.8. Phối sau khi ñúc
61
Hình 5.11: Lắp ổ lăn vào bánh tỳ
62
Hình 5.12:
Hình 5.12. bánh tỳ với ổ lăn vật liệu copmpozit (1)
lắp trên máy kéo
63
Hình 5.12. bánh tỳ với ổ lăn vật liệu copmpozit (1) lắp trên máy kéo
63

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 2

người cổ ñại ñã biết vận dụng vật liệu compozit vào cuộc sống. Vật liệu này
có nhiều tính ưu việt như:
Khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm theo
những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn, các sản phẩm cốt của
compozit có ñộ cứng, ñộ bền cơ học cao vật liệu nền luôn ñảm bảo cho các
thành phần liên kết hài hòa tạo lên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt, chịu ăn
mòn và có thể thay ñổi nhanh kiểu dáng khác nhau sản xuất ñược các sản
phẩm từ trong suốt ñến nhiều mầu sắc, chịu tác dụng với môi trường hóa
chất, cách ñiện tốt, sản phẩm nhẹ dễ gia công và lắp ráp giá thành hạ có sức
cạnh tranh mạnh với vật liệu truyền thống.
Cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật trong thế kỷ 20 ñã tạo ra bước
nhẩy vọt trong việc cung cấp các vật liệu mới phục vụ cho xã hội loài người.
Một trong các thành tựu ñó là việc phát kiến ra các loại chất dẻo. Nó ñược
nhanh chóng ñưa vào ứng dụng, nhằm thay thế các vật liệu truyền thống như
kim loại, thủy tinh, gỗ. Nhờ các ñặc tính ưu việt trên.
ðề tài Luận văn cao học : “ Nghiên cứu ứng dụng vật liệu phi kim
loại trong phục hồi và chế tạo chi tiết máy” mà tác giả lựa chọn nghiên cứu
nhằm mục tiêu thay thế chi tiết mòn hỏng và nâng cao chất lượng làm việc
của chi tiết máy.
Luận văn ñược trình bầy gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn ñề nghiên cứu.
Chương 2: ðối tượng và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết.
Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mẫu.
Chương 5: Chế tạo thử nghiệm ổ lăn bánh tỳ xích máy thu hoạch ngao

triển ñược cũng ñều cần ñến cơ khí. Công nghiệp hoá hiện ñại hoá ñất nước
có nghĩa rất lớn ñến sự phất triển của ñất nước, muốn dân giàu nước mạnh thì
phải công nghiệp hoá ñất nước. Trong ñó phải kể ñến ngành cơ khí, ngành cơ
khí có mặt trong tất cả các lĩnh vực phát triển kinh tế của ñất nước.
- Ngành nông nghiệp muốn có năng xuất cao, cải thiện ñiều kiện lao
ñộng cho người nông dân bắt buộc phải trang bị máy móc phục vụ nông
nghiệp như máy cày, máy bừa, máy bơm nước, máy phun thuốc trừ sâu, máy
gặt lúa vv
- Ngành lâm nghiệp cần ñến máy móc phục vụ trồng rừng, khai thác và
chế biến gỗ
- Ngành thuỷ sản muốn phát triển bắt buộc phải có các thiết bị ñánh bắt
cá xa bờ, các thiết bị nuôi trồng thuỷ sản như máy bơm nước, thiết bị chế biến
sau thu hoạch
- Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm luôn yêu cầu phải có các thiết bị
phục vụ chế biến như nhà máy sản xuất ñồ hộp, bánh kẹo bia, nước hoa quả
- Nghành giao thông vận tải luôn cần tới những phương tiện phục vụ
giao thông vận tải hiện ñại như ô tô, tầu thuỷ, máy bay
- ðất nước công nghiệp hoá hiện ñại hoá thì nền công nghiệp trong nước
phải phát triển, ñi ñôi với nó là công nghệ thông tin phát triển mạnh nếu không
có sự phát triển của cơ khí sẽ không có các thiết bị ñể sản xuất ra máy tính.
Nói tóm lại sẽ không có ngành kinh tế nào phát triển ñược nếu không
có ngành cơ khí. Chính vì vậy ðại hội ðảng lần thứ III (năm 1960) ðảng ta
ñã xác ñịnh cơ khí là ngành then chốt ñể thúc ñẩy ñất nước phát triển ñi lên
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 5

công nghiệp hoá và hiện ñại hoá ñất nước ñể theo kịp các nước phát triển
trong khu vực và trên thế giới.

máy có chất lượng cần phải có vật liệu chế tạo máy có chất lượng. Một hướng
khác của cơ khí là vấn ñề sử dụng máy có hiệu quả. ðể ñạt ñược mục ñích
này cần quan tâm ñúng mức ñến việc bảo trì và sửa chữa máy, một trong
những nội dung cụ thể ở ñây là vấn ñề phục hồi chi tiết. Quá trình hình thành
một sản phẩm cơ khí luôn trải qua các giai ñoạn như thiết kế, chế tạo thử,
hoàn chỉnh thiết kế, chuẩn bị sản xuất rồi tiến hành sản xuất.
Nó là cả một quá trình công nghệ rất tốn kém ñể có thể cho ra một sản
phẩm chất lượng ñạt yêu cầu kỹ thuật mà trong các chi tiết máy khi sẩy ra
hỏng hóc ñiều kiện thay thế khó khăn.
Nghiên cứu chế tạo bạc cho bánh tỳ của máy thu hoạch ngao là việc cần
thiết vì ñiều kiện máy làm việc trong môi trường ngập nước mặn. Mỗi bánh tỳ
có hai vòng bi khi làm việc trong môi trường ngập mặn, vòng bi rễ bị hỏng,
giá thành thay thế cao, trong khi ñó nếu chế tạo thành công bạc ñể thay thế thì
giá thành chi phí rất thấp chỉ bằng 1/4 gia trị vòng bi cho mỗi bánh tỳ.
Tóm lại ñể phát triển cơ khí cần phải quan tâm ñến nhiều vấn ñề, trong ñó có
vấn ñề chế tạo và phục hồi chi tiết máy.
Dưới ñây trình bày một số kết quả nghiên cứu về các lĩnh vực trên.
Trên cơ sở ñó, dựa vào ñiều kiện thực tế ñưa ra mục ñích và nội dung nghiên
cứu của ñề tài.
1.3. Một số nghiên cứu về công nghệ chế tạo máy.
1.3.1. Công nghệ chất dẻo.
Gia công chế tạo các sản phẩm chất dẻo thường tiến hành ở nhiệt ñộ
cao và có thể dưới áp xuất nhất ñịnh, tuy nhiên giữa nhựa nhiệt dẻo và nhựa
nhiệt rắn cũng có ñiểm khác nhau.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 7

- Nhựa nhiệt dẻo ñược gia công ở nhiệt ñộ cao hơn nhiệt ñộ thuỷ tinh


bởi vậy công ñoạn trộn nhựa với cốt rất thuận lợi và ñơn giản. ðối với
compozits nền nhựa ta có một số phương pháp tạo hình sản phẩm sau .
- ðúc ly tâm (hình 1.1.)

ðổ chất tăng cường vào hỗn hợp nhựa lên trên bề mặt khuôn ly tâm ñang
quay với tốc ñộ cao. Máng ñổ vật liệu có thể dịch chuyển qua lại ñể làm ñồng
ñều các hạt và các vật liệu. Lực ly tâm làm cho các hạt liên kết với nhau vừa
làm thoát ẩm cho vật liệu. Thổi không khí nóng vào bề mặt ñể thúc ñẩy quá
trình ñóng rắn của nhựa và ngăn nhựa chảy thẩm thấu.
- Ép nguội (hình1.2.)

Hình 1.1. ðúc ly tâm.
Hình 1.2. ðúc ép nguội
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………


Hình 1.3. ðúc phun.
Hình 1.4. ðúc kéo ñịnh hình.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 10
Sợi hoặc bán thành phẩm ñã tẩm nhựa ñược kéo qua hàng loạt khuôn
có hình dạng khác nhau ñể tạo hình. Khuôn cuối cùng có lỗ hình chính xác và
ñược nung nóng ñể ñóng rắn nhựa. Hình dạng của sản phẩm phụ thuộc vào
hình dạng lỗ của khuôn có thể cắt sản phẩm thành từng ñoạn hoặc kéo dài
hoặc cuộn lại theo tang trống.
- ðúc lăn tay(Hình 1.5.)
Phủ một lớp màng mỏng lên trên bề mặt khuôn. Rải lên ñó một lớp cốt sợi,
dùng chổi sơn hoặc chổi lăn phết lên ñó một lớp cốt nền, rồi lại rải một lớp
cốt sợi, cứ làm như vậy theo từng lớp một cho ñến khi ñạt chiều dày yêu cầu
thì dừng lại.
- ðúc bắn ñồng thời (Hình1.6)

phun vào khuôn nóng nhờ áp lực cao. Phương pháp này có năng suất cao và
dùng phổ biến trong nhựa nhiệt dẻo.
b. Com pozit nền kim loại.
Trong tổ hộp nền kim loại, thường dùng nhiều trong kỹ thuật là vật liệu
tổ hợp nền kim loại màu do những tính chất ưu việt mà các kim loại ñen
không có ñược, thí dụ như nhẹ, bền ở nhiệt ñộ cao, chịu mài mòn tốt
…Nhưng công nghệ chế tạo ñơn giản hơn.
Hình 1.7. ðúc ép ñùn.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 12
- Com pozit nền nhôm cốt hạt. Nhôm là kim loại nhẹ và có nhiệt ñộ
nóng chảy không cao 660
0
C. Nhôm và hợp kim của nó ñã và ñang trở thành
vật liệu nền có nhiều triển vọng ñể chế tạo các chi tiết compozit kết cấu nhẹ
nhưng có ñộ bền riêng cao, ñặc biệt trong ngành hằng không, vũ trụ. Có nhiều
công trình công bố về kết quả nghiên cứu các compozit nền nhôm cốt hạt như
SiO
2
, SiC Nhưng trong kỹ thuật ñang sử dụng rộng rãi compozit nền nhôm
cốt hạt Al
2
O
3
compozit loại này có tên là SAP.
- Compozit nền nhôm cốt hạt Al
2
O

b
MPa
σ
b/
(pg)
km
σ 0,2
MPa
σ
%
E
GPa
E/ (pg)
10
3
km
SAP- 1 6 ÷ 8 300 11 220 7 67 2,1
SAP- 2 9 ÷ 12 350 13 280 5 71 2,6
SAP- 3 13 ÷ 17

400 15 320 3 76 2,8
SAP- 4 18 ÷ 22

450 17 370 1,5 80 2,9

Vật liệu SAP có thể chịu ñược gia công biến dạng, gia công cắt gọt và hàn.
c. Com pozit nền gốm.
Vật liệu tổ hợp nền gốm ñã ñược nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhằm
khắc phục những nhược ñiểm của vật liệu gốm từ ñá nguyên khối, ñó là tính
giòn cố hữu và khả năng ứng dụng hạn chế của vật liệu ñá nguyên khối. Vật

tạo thành sản phẩm ñặc trắc và các loại bột ceramic cũng như vậy. Quy trình
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 14
chế tạo ceramic cũng gồm các bước: tạo bột gốm, ñiền ñầy khuôn, ép tạo
hình, nung thiêu kết gần giống với kim loại bột nguyên công tạo bột ngoài các
phương pháp truyền thống còn có thể dùng phương pháp nghiền, ñặc biệt là
nghiền ướt nếu cần bột có ñộ mịn cao . Những hạt này có thể chế tạo bằng
cách ép, ép ñùn, phun. Trong ñó phương pháp phun ñược sử dụng khá phổ
biến. Thực chất của phương pháp tạo hat cũng là tạo mầm và phát triển của
mầm có phạm vi kích thước lớn hơn so với quá trình kết tinh.
Có thể hình dung quá trình hình thành hạt như sau. Khi khuấy bột tung
lên các phần tử sẽ quay và trượt lên nhau, các hạt mịn sẽ bay lên. Một nhân
của hạt sẽ hình thành khi một giọt chất lỏng va chạm và bị hấp thụ lên trên bề
mặt của một nhóm các phần tử. Lực mao dẫn tạo thành ñộ bền cho mầm. Các
mầm sẽ nhiều lên khi chất lỏng ít dần ñi do một lớp màng mịn và bột bị rung
dữ dội. Sự lớn lên của hạt bởi một quá trình gọi là lớp xảy ra do tiếp xúc và
bám dính của các hạt riêng biệt lên mầm.
+ ðúc ñổ.
Dung dịch nước của các hạt sét mịn gọi là nước áo. ðúc ñổ là phương
pháp rót chất lỏng vào khuôn. Do xảy ra lực hút mao dẫn của nước từ nước áo
vào khuôn, các hạt trong nước áo kết tụ lại gần bề mặt khuôn và vật ñúc hình
thành. Các thông số trong quá trình ñúc ñổ bao gồm: áp lực ép, chân không,
lực ly tâm. Có hai kiểu ñúc ñổ ñó là ñúc thấm và ñúc ñặc.
Nguyên lý ñúc thấm là trước hết ñổ nước áo vào ñầy khuôn chờ một thồ
gian cho hạt kết tinh phần nước áo thừa tháo ñổ ra khỏi khuôn. Phương pháp này
phù hợp cho chi tiết rỗng ruột. Còn ñúc ñặc là cách ñúc ñổ toàn bộ chất lỏng (ñặc,
loãng) áo vào khuôn ñể tạo thành một chi tiết ñặc trắc và hoàn chỉnh.
Kết luận: Vật liệu chế tạo là quan trọng. Vật liệu composite ñược coi là

ngưng tụ , sẽ dẫn ñến việc hình thành một pha mới – ñó là Sol. Gel là hệ phân
tán vi dị thể, các hạt pha rắn tạo thành khung ba chiều , pha lỏng nằm ở
khoảng trống của khung ba chiều nói trên.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 16
Bằng phương pháp sol – gel không những tổng hợp ñược các ô xýt siêu
mịn mà còn có thể tổng hợp ñược các tinh thể cỡ na nô mét.
- Công nghệ ép khí tĩnh. ðây là công nghệ ñặc biệt nâng cao mật ñộ kim
loại, nhất là kim loại mầu thường dùng trong công nghệ hàng không, vũ trụ.
Nguyên lý của phương pháp là, dùng áp lực rất cao của khí nén ở nhiệt ñộ gần
nóng chảy ñể ép chặt khối vật liệu. Tổ chức cuối cùng thu ñược gần như sít cặt
hoàn toàn, không còn lỗ xốp tế vi khi ñông ñặc. Nội dung của phương pháp:
ðặt chi tiết vào buồng nén, tạo chân không trong buồng nén, nâng
nhiệt từ từ ñến gần nhiệt ñộ nóng chảy của kim loại ép bơm khí vào buồng
nén cho ñến khi áp xuất ñạt 2000 atm . Duy trì trạng thái này một thời gian
ñến trạng thái có mật ñộ lớn nhất. Xả khí nén sau khi ép bề mặt thỏi kim loại
tự ñiền ñầy các lỗ xốp trong quá trình ép vắt nói trên.
Kết luận: Sử dụng vật liệu phi kim, vật liệu compossite ñể phục hồi chi tiết có
tính khả thi cao.
1.5. Mục tiêu và nội dung của ñề tài.
Từ những phân tích trên với sự phát triển nhanh chóng của vật liệu mới
với những sản phẩm không thể thiếu trong các ngành công nghiệp mục tiêu
của ñề tài là: Nghiên cứu phục hồi và chế tạo mới chi tiết bạc từ ñó nâng cao
chất lượng của sản phẩm nói chung. ðưa ra các kết quả của thực nghiệm và
kết luận. ðể ñạt ñược mục tiêu trên, nội dung cụ thể của luận văn bao gồm:
- Nghiên cứu về vật liệu polime và compozit
- Nghiên cứu về thiết bị kiểm tra
- Nghiên cứu, chế tạo bạc chi tiết máy