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


:

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

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.


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

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

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

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


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


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 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

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

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.


÷ 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