bộ giáo dục và đào tạo

trờng đại học nông nghiệp I
---------------------------------

Hoàng văn đôn

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạ crôm để
mạ trục vít và xi lanh máy ép dầu

luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông Lâm nghiệp

m số: 60.52.14

Ngời hớng dẫn khoa học:ts. Tống ngọc tuấn

Hà nội 2007
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------------

i


lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng,số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và cha hề đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận
văn này đã đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này
đều đã chỉ rõ nguôn gốc.

Tác giả luận văn

Mục lục

Lời cam đoan

i

Lời cám ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các bảng

vi

Danh mục các hình

vii

Mở đầu

i

Chơng 1: tổng quan về vấn đề nghiên cứu

3


14

2.3.1. Lựa chọn thông số vào, thông số ra

14

2.3.2. Phơng pháp xử lý kết quả thí nghiệm

14

Chơng 3: cơ sở lý thuyết

18

3.1. Điều kiện làm việc của trục vít, xi lanh máy ép dầu

18

3.1.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy ép dầu.

18

3.1.2. Điều kiện làm việc của trục vít, xi lanh máy ép dầu.

19

3.2. Một số đặc trng của mạ crôm.

19



27

3.2.1.7. Phơng pháp kiểm tra lớp mạ.

30

3.2.2. Một số đặc trng của mạ crôm.

36

3.2.2.1. Tính chất và công dụng của chất mạ crôm.

36

3.2.2.2. Những đặc điểm kỹ thuật của quá trình mạ crôm.

37

3.2.2.3. ảnh hởng của thành phần dung dịch đến chất lợng lớp mạ.

38

3.2.2.4. ảnh hởng của nhiệt độ và mật độ dòng điện.

41

3.2.2.5. Thành phần dung dịch mạ crôm.

43


4.2. Thiết bị thí nghiệm trên bình Hull

54

4.3. Quy trình mạ thí nghiệm trên bình Hull.

55

4.3.1. Chế tạo mẫu mạ thí nghiệm.

55

4.3.2. Pha chế dung dịch mạ thí nghiệm.

55

4.3.3. Mạ thí nghiệm.

56

4.4. Kết qủa thí nghiệm trên bình Hull

56

4.4.1. ảnh hởng của tỷ lệ (H2SO4/CrO3)

56

Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------------

4.5. Xây dựng quy trình mạ trục vít và xi lanh

68

4.5.1. Sơ đồ bố trí các cực trong bể mạ

68

4.5.2. Xây dựng Quy trình mạ trục vít và xilanh

68

4.5.3. Kết quả mạ trục vít và xi lanh

70

4.5.4. Kiểm tra chất lợng lớp mạ nhờ chạy thử

72

KT LUN V NGH

74

1 - Kt lun:

74

2 - ngh:


Bảng 3.3 Thành phần dung dịch mạ crôm tự điều chỉnh

44

Bảng 3.4 Thành phần dung dịch mạ crôm bảo vệ, trang trí.

44

Bảng 3.5 Những h hỏng thờng gặp khi mạ crôm nguyên nhân và biện pháp
khắc phục

48

Bảng 4.1 Các mức thay đổi của các yếu tố đầu vào

53

Bảng 4.2 Số liệu thí nghiệm ảnh hởng của tỷ lệ H2SO4/CrO3

57

Bảng 4.3 ảnh hởng của tỷ lệ H2SO4/CrO3 độ che phủ

59

Bảng 4.4 Số liệu tính toán để kiểm tra đồng nhất phơng sai

59

Bảng 4.5 Số liệu tính toán để đánh giá mức độ ảnh hởng của yếu tố vào


Trang

Hỡnh 1.1. Phõn loi cỏc phng phỏp phc hi chi tit mỏy
Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo máy ép dầu
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý mạ điện
Hình 3.3. Sử dụng anot phụ
Hình 3.4. Sử dụng anot chép hình chi tiết
Hình 3.5. Sử dụng catot phụ
Hình 3.6. Sử dụng bảng chắn phi kim
Hình 3.7. Cấu tạo bình Hull
Hình 3.8. Cấu tạo thớc hull

8
18
19
25
26
26
26
35
36

Hình 3.9 ảnh hởng của nhiệt độ và mật độ dòng điện đến tính chất
mạ(thành phần CrO3 250g/l, H2SO4 2,5 g/l)
Hình 3.10 Dùng vật cách điện để che chắn không gian tự do
Hình 4.1. Mô hình thí nghiệm trên bình Hull
Hình 4.2. Thiết bị thí nghiệm
Hình 4.3. Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ 400
Hình 4.4 Phơng pháp đo độ nhám ở các vị trí khác nhau


Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------------

vii


Mở đầu
Chất lợng bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính nh khả năng chịu
mài mòn, chịu nhiệt, độ cứng, chống gỉ, tính trơ hoá học v.v có ý nghĩa
quyết định đến tuổi thọ và độ tin cậy của chúng, vì qua nghiên cứu ngời ta
thấy rằng hầu hết các chi tiết máy bị h hỏng bắt đầu từ việc phá huỷ bề mặt
ngoài (bị cào xớc, bị mòn, biến dạng bề mặt và thay đổi kích thớc, bị ăn
mòn hoá học bề mặt v.v).
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, máy
và thiết bị cơ khí không ngừng đợc cải tiến để đáp ứng đợc các điều kiện
đòi hỏi có độ chính xác, năng xuất lao động cao, đi đôi với tuổi thọ và tính ổn
định cao trong quá trình làm việc. Từ những yêu cầu trên, chất lợng chi tiết
máy cần phải đợc cải thiện đặc biệt là lớp bề mặt ngoài của nó phải đựoc làm
bền bằng những công nghệ thích hợp nh: làm bền bằng công nghệ mạ điện ,
bằng nhiệt luyện, bằng cơ và điện ,
Mặt khác do nhu cầu làm việc của chi tiết máy, do nhu cầu sử dụng
máy và thiết bị ngày càng nhiều, cùng với việc sử dụng các loại vật liệu kim
loại hiếm vào chế tạo chi tiết máy đòi hỏi giá thành cao. Từ đó mà việc tạo
nên một lớp kim loại có độ bền cao trên bề mặt chi tiết làm bằng vật liệu
thông thờng là rất cần thiết.
Cộng nghệ crôm là sự phát triển mới của công nghệ mạ điện, là một nội
dung quan trọng của công nghệ bề mặt và là một trong những công nghệ bề
mặt tiên tiến. Nó cho phép vừa phục hồi kích thớc, vừa tạo đợc chất lợng
bề mặt về độ cứng, khả năng chịu mài mòn, chịu ăn mòn v.v Do đó nó đợc
sử dụng rộng r i trong nhiều ngành kinh tế nh: đầu máy toa xe, hàng không,

1.1. Đặc thù về máy chế biến
Đặc thù của các máy chế biến là làm việc trong môi trờng ăn mòn
mạnh, trong khi đó các sản phẩm ăn mòn thờng có hại cho con ngời cũng
nh gia súc, chính vì vậy vật liệu để chế tạo các chi tiết của máy chế biến cần
có tính chống ăn mòn cao.
Máy chế biến cũng nh các loại máy khác, trong quá trình làm việc sẽ
bị h hỏng. Để nâng cao hiệu quả sử dụng cần phải có đầy đủ chi tiết dự
phòng, điều này càng quan trọng đối với các máy làm việc có tính thời vụ nh
máy chế biến. Một trong các hớng để giải quyết có đầy đủ chi tiết dự phòng
là sử dụng chi tiết phục hồi. Vấn đề này càng có ý nghĩa đối với các chi tiết
nhập ngoại.
Một trong các máy chế biến là máy ép dầu. Hiện Khoa Cơ - Điện có
một số loại máy ép dầu nhập ngoại và sản xuất trong nớc. Trong số đó có
một máy ép dầu đợc chế tạo trong nớc bị hỏng. Qua khảo sát thấy rằng một
trong các nguyên nhân máy bị hỏng là do trục vít, xi lanh bị gỉ dẫn đến kẹt.
1.2. Các phơng pháp bảo vệ kim loại và phục hồi chi tiết máy
1.2.1. Các phơng pháp bảo vệ kim loại
Trong đời sống và trong sản xuất công nghiệp, ở đâu có máy móc ở đó
có quá trình ăn mòn kim loại.
Vào bất cứ một xí nghiệp, cơ sở sản xuất nào ta cũng gặp những khối
lợng lớn các chi tiết, các kết cấu kim loại trở thành phế phẩm vì hiện tợng
ăn mòn.
Tình trạng kim loại bị ăn mòn là mối đe doạ lớn đối với các ngành chế
tạo máy và sản xuất.
Do bị ăn mòn mà khối lợng lớn kim loại trở thành phế phẩm, nhiều
thiết bị không sử dụng đợc. Ngoài ra, cũng do kim loại bị ăn mòn mà thờng
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------------

3



4


- Bao phủ bảo vệ: bao phủ lên chi tiết hoặc các kết cấu kim loại cần
bảo vệ một lớp kim loại, hợp kim hoặc vật liệu phi kim chịu đợc tác dụng của
môi trờng ở nhiệt độ cao.
- Dùng môi trờng khí để bảo vệ: lựa chọn môi trờng thích hợp để hạn
chế hoặc ngăn cản quá trình ăn mòn đối với kim loại hoặc hợp kim làm việc ở
nhiệt độ cao.
- Giảm tốc độ oxy hoá: dùng nhiều biện pháp để hạn chế tác dụng giữa
kim loại hoặc hợp kim với môi trờng khí nh nung nóng trong môi trờng
lỏng, trong lò kín.
ăn mòn điện hoá: là quá trình ăn mòn mà trong đó có phát sinh dòng
điện. Vì vậy quá trình ăn mòn kim loại do điện hoá chỉ xảy ra khi kim loại
tiếp xúc với môi trờng điện ly.
Để bảo vệ kim loại không bị ăn mòn điện hoá cần lựa chọn đúng kim
loại để chế tạo các kết cấu, máy móc, thiết bị. Trong trờng hợp không thể lựa
chọn đợc kim loại có đủ độ bền trong điều kiện vận hành với các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật cao, thì cần có các phơng pháp nh sau:
- Hợp kim hoá.
- Xử lý môi trờng ăn mòn
- Bao phủ bảo vệ
- Bảo vệ điện hoá
- Kết cấu hợp lý.
Trong các phơng pháp bảo vệ ăn mòn bằng bao phủ bề mặt thì mạ điện
là một phơng pháp đợc ứng dụng khá rộng r i. Ngoài khả năng bảo vệ nó
còn đợc dùng để trang trí nhiều chi tiết.
Trong thực tế ngời ta còn sử dụng kết hợp các phơng pháp đó sao cho
thích hợp và kinh tế nhất.

học và hư hỏng hoá nhiệt.
Mòn là dạng hư hỏng hay gặp nhất. Dựa vào mức ñộ mòn, mòn lại có
thể chia thành ba nhóm: mòn ñều; mòn không ñều sinh ra ôvan, côn (ñây là

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật -------------------------------

6


loại thường gặp nhất ở các bề mặt làm việc và bề mặt chính của chi tiết.; các
vết xước và sây sát nhỏ.
Hư hỏng cơ học (cơ khí) gồm: các vết nứt, thủng, gãy, vỡ, uốn, xoắn,
các vết xước và sây sát lớn.
Hư hỏng hoá - nhiệt gồm: gỉ, rỗ do bị ăn mòn (hoá học và ñiện hoá),
cháy, tạo cặn dầu, cặn nước, cong vênh (do giãn nở vì nhiệt).
Trên cơ sở phân loại hư hỏng như trên, các phương pháp phục hồi (loại
bỏ hư hỏng) ñược chia thành ba nhóm: loại bỏ mòn (hồi phục cặp lắp ghép);
loại bỏ hư hỏng hoá - nhiệt và loại bỏ hư hỏng cơ học .
Ta thấy một hư hỏng có thể ñược loại bỏ bằng nhiều phương pháp khác
nhau. ðể hồi phục hoàn toàn một chi tiết (khi chi tiết có nhiều loại hư hỏng)
thường phải sử dụng tổ hợp nhiều phương pháp phục hồi khác nhau. Hiệu quả
phục hồi chi tiết phụ thuộc ñáng kể vào phương pháp gia công chúng và lựa
chọn phương pháp hay tổ hợp phương pháp phục hồi hợp lý.
Việc chọn phương pháp phục hồi hợp lý trong một số trường hợp còn
làm tăng chất lượng (tuổi thọ) của chi tiết phục hồi so với chi tiết mới.
ðể xây dựng quy trình công nghệ phục hồi chi tiết máy cần qua tầm
ñến những số liệu ban ñầu sau:
- Bản vẽ của chi tiết mới với các chỉ dẫn về kích thước, yêu cầu cấp
chính xác gia công và ñộ nhám bề mặt; vị trí tương ñồi giữa các trục và bề
mặt làm việc và các yêu cầu kỹ thuật khác;


Loại bỏ hư hỏng
hóa - nhiệt

Loại bỏ hư hỏng
cơ học (cơ khí)

Khôi phục
kích thước
ban ñầu

Ghép thêm
chi tiết phụ

GC

NhiÖt

Biến
dạng
dẻo

Sử dụng vật
liệu của
chính chi
tiết

ðắp thêm
vật liệu lên
chi tiết

- ðịnh mức về thời gian cắt, thời gian phụ, thời gian chuẩn bị - kết thúc
và thời gian bổ sung.
- Dung sai lắp ghép và lượng dư gia công.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật -------------------------------

8


ý nghĩa phục hồi chi tiết còn cho phép làm giảm nhu cầu trong sản xuất
phụ tùng thay thế và ngoại tệ để mua phụ tùng.
Dới đây trình bày sơ lợc về các phơng pháp phục hồi.
Gia công nguội: các công việc về nguội đợc sử dụng với t cách là các
công việc bổ sung hay hoàn thiện, ngời ta cũng sử dụng chúng khi chuẩn bị
chi tiết để hồi phục bằng các phơng pháp khác nhau. Các công việc về nguội
có: dũa khi tu sửa các phần bị g y của chi tiết, khoan, doa, khoét lỗ, cắt
ren,cạo, rà và mài nghiền.
Gia công cơ khí: trong sửa chữa đợc sử dụng nh là một phơng pháp
gia công độc lập hoặc phối hợp các phơng pháp hồi phục khác trong quá
trình chuẩn bị và gia công kết thúc bề mặt.
Trong thực tế sản xuất ngời ta sử dụng các phơng pháp hồi phục chi
tiết băng gia công cơ để hồi phục bề mặt bị hao mòn hay bị h hỏng hoặc lắp
thêm chi tiết phụ.
Để hồi phục chi tiết ngời ta sử dụng rộng r i các dạng gia công cơ nh
sau: tiện, khoan, doa, phay, mài, đánh bóng, mài nghiền.
Biến dạng dẻo: hồi phục chi tiết bằng phơng pháp biến dạng dẻo dựa
trên khả năng thay đổi hình dáng và kích thớc của kim loại nhng không bị
phá hỏng dới tác dụng của tải do biến dạng còn lại. Khi bến dạng dẻo, thể
tích của chi tiết không thay đổi còn kim loại thì dịch chuyển từ vùng này sang
vùng khác. Bằng phơng pháp biến dạng dẻo có thể hồi phục hàng loạt chi tiết

hàn với chiều ngợc (nối chi tiết với cực âm nguồn điện). Khi hàn bằng dòng
điện xoay chiều nhiệt toả ra giống nhau ở que hàn và ở chi tiết.
Phơng pháp đúc kim loại lỏng: một số phần của bộ phận di động của
máy kéo xích, máy làm đất, máy đào đất và một số máy khác làm việc trong
môi trờng bột mài, bị mài mòn mạnh và mất một số kim loại đáng kể.
Để hồi phục các chi tiết bị hao mòn lớn ngời ta dùng các phơng pháp
có năng suất cao nh: hàn đắp, lắp vành bánh, đệmTuy nhiên các phơng
pháp đó không phải lúc nào cũng có chất lợng và năng suất cao, các chi tiết
mòn một phía hồi phục rất khó khăn hay nói chung là không có thể. Vì vậy

Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------------

10


các chi tiết nh thế tốt hơn hết là hồi phục băng đúc gang hay thép trong
khuôn chế tao đặc biệt (khuôn kim loại).
Trong thời gian rót giữa chi tiết và gang nóng chảy diễn ra các quá trình
sau: gang làm nóng bề mặt chi tiết và làm mềm chúng cacbon trong gang nóng
chảy khuyếch tán vào bề mặt nóng của chi tiết hồi phục. Gang gần bề mặt mất
một phần cacbon do khuyếch tán. Grafit dạng tấm bị chia nhỏ và nó có cấu trúc
nhỏ hạt hơn. Giữa thép và gang có thể nhận thấy vùng chuyển tiếp. Gang xung
quanh chi tiết đợc hồi phục (cách độ 1mm) Biến thành kim loại gần với thép
cùng tích, chuyển tiếp một cách đều đặn có cấu trúc hạt nhỏ mịn và cơ tính cao
hơn. Sau đó cấu trúc kim loại chuyển từ từ thành cấu trúc gang bình thờng.
Mạ điện là một trong những phơng pháp đợc sử dung rộng r i để
phục hồi các chi tiết có hao mòn không lớn. Trong quá trình mạ, chi tiết
không bị đốt nóng nhiều, không làm thay đổi cấu trúc và tính chất của kim
loại chi tiết. Lợng d gia công rất nhỏ so với khi hàn. Độ cứng của lớp mạ
phụ thuộc vào chế độ mạ và kim loại mạ và có thể đạt tới 1200MPa.

chung, trục vít, xilanh của máy ép dầu nói riêng ngoài yêu cầu phải có cơ lý
tính tốt còn phải đảm bảo không bị gỉ. Mạ điện là một trong những phơng
pháp vừa có khả năng tăng cơ lý tính của bề mặt chi tiết vừa có khả năng bảo
vệ đợc kim loại khỏi ăn mòn. Chính vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng công
nghệ này để mạ các chi tiết máy luôn có ý nghĩa thực tiễn cao.

Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------------

12


Chơng 2
Phơng pháp nghiên cứu
2.1. Lựa chọn đối tợng nghiên cứu.
Đối tợng nghiên cứu ở đây là một chi tiết cụ thể: trục vít và ống xilanh của
máy ép dầu ( phụ lục 1). Một số mẫu thí nghiệm đợc đánh giá trên bình Hull.
Công nghệ mạ điện có rất nhiều phơng pháp khác nhau, chất lợng lớp
mạ phụ thuộc rất nhiều vào rất nhiều phơng pháp mạ và các yếu tố ảnh
hởng. Do đó, trong phạm vi của đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu công nghệ mạ
crôm và một số yếu tố công nghệ ảnh hởng tới chất lợng lớp mạ.
Địa điểm phối hợp nghiên cứu là công ty TNHH kỹ thuật Hà nội và
bộ môn bảo quản chế biến trờng ĐH Nông nghiệp I H Nội
2.2. Phơng pháp nghiên cứu lý thuyết
Xuất phát từ mục tiêu nội dung của đề tài là nghiên cứu ứng dụng công
mạ điện vào phục hồi chi tiết máy, chúng tôi đ đa ra phơng pháp nghiên
cứu nh sau :
Trớc tiên chúng tôi tìm hiểu điều kiện làm việc của đối tợng để
khẳng định phơng án lựa chọn là hợp lý. Sau đó nghiên cứu các cơ sở lý
thuyết của quá trình mạ crôm, xác định ảnh hởng của những thông số đến
quá trình mạ.

Để lựa chọn các thông số công nghệ, tiến hành một số thí nghiệm trên
bình hull. xử lý kết quả thí nghiệm bao gồm các bớc sau:
2.3.2.1. Loại bỏ sai số thô.
ở mỗi điểm thí nghiệm với m lần lặp lại (m=6) có thể có những thông
số ra khác quá nhiều so với gí trị trung bình, những giá trị này cần phải đợc
kiểm tra xem có đáng tin cậy hay không. Nếu không đáng tin cậy cần loại bỏ
và nên làm thí nghiệm bù để đảm bảo số lần lặp lại ở các thí nghiệm là nh
nhau. Những giá trị nghi ngờ là giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất. Có nhiều
tiêu chuẩn loại bỏ sai số thô, dới đây trình bày một trong các tiêu chuẩn đó:

Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------------

14


- Tính trung bình thực nghiệm ở điểm thí nghiệm thứ u:
yu =

1 mu
yui ,
m u i =1

(2.1)

trong đó: yu - giá trị trung bình thực nghiệm ở điểm thí nghiệm thứ u;
mu số lần lặp ở điểm thí nghiệm thứ
yui giá trị thông số ra ở điểm u, lần lặp lại i.
- Tính phơng sai thực nghiệm ở điểm thí nghiệm thứ u theo các công
thức sau:
Khi mu< 25

và giá trị nhỏ nhất) theo các công thức sau:
Đối với giá trị lớn nhất: Vmax=

yu max y u
Su

(2.4)

Đối với giá trị nhỏ nhất: Vmax=

Yu Yu min
Su

(2.5)

- Tra bảng(bảng phụ lục 3- [12]) xác định giá trị chuẩn lý thuyết Vm , ,
u

- So sánh giá trị chuẩn thực nghiệm với giá trị chuẩn lý thuyết:
Nếu Vmax(Vmin) > Vm , thì giá trị lớn nhất yu-max(giá trị nhỏ nhất yu-min)
u

phải loại bỏ. Ngợc lại chúng là đáng tin cậy. Khi phải loại bỏ, nếu cần (sau
khi xác định giá trị tơng đối) phải làm thí nghiệm bù.

Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------------

15



(mu 1) + 1 m S 2max .S max

Ftt= N u =1
2
2
(mu 1)S u (mS 2 1).S max

,

(2.11)

mã

u =1

Tỷ số (2.11) so sánh ớc lợng phơng sai cực đại S2max có số lần
lặp thí nghiệm là

mS2max

với ớc lợng phơng sai của toàn bộ các lần lặp lại ở(N-

1) thí nghiệm còn lại.
Bậc tự do của tử số trong (2.11) khi số lần lặp lại mu không nh nhau là:
(2.11a)

1 = ms 1
2
ã mã


2

Se =

Trong đó: Y0 =

1
N

- Xác định : Y0 =

1
N

(2.9)

N

Y

j

j =1

N

S

2
j

Trục hoành biểu diễn thông số vào, trục tung biểu diễn thông số ra.
Qua đồ thị có thể đánh giá ảnh hởng của thông số vào đến thông số
ra và lựa chọn thông số vào.

Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut -------------------------------

17