Tiểu luận composit gvhd huỳnh Thị Việt Hà



tải về 136.46 Kb.
Chuyển đổi dữ liệu15.11.2017
Kích136.46 Kb.
#1816

TIỂU LUẬN COMPOSIT GVHD Huỳnh Thị Việt Hà


MỤC LỤC

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE 5

I.Khái niệm. 5

1.Khái niệm 5

2.Lịch sử hình thành và phát triển 5

3. Ưu điểm Vật liệu Composit 5

II. Phân loại Composite 6

1.Phân loại theo hình dạng 6

2.Phân loại theo bản chất, thành phần 6

III. Cấu tạo của vật liệu composite 6



  1. Polymer nền 6

  2. Chất độn( cốt) 7

IV .Ứng dụng 8

Chương II: LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT – MÀI MÒN 9



  1. Lý thuyết về ma sát – mài mòn 9

  2. .Các loại vật liệu có khả năng giảm ma sát. 11

Chương III NGHIÊN CỨU SƠ LƯỢC GUỐC PHANH XE LỬA CHẾ TẠO BẰNG GANG 12

  1. Tính chất chủ yếu của gang. 12

  2. Thành phần chủ yếu của gang đúc guốc phanh. 12

Chương IVCHẾ TẠO MÁ PHANH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ NHỰA PHENOL FORMANDEHYT. 15

I.Nhựa Phenol Formandehyt 15

II. Lựa chọn chất độn cho vật liệu ma sát 15

III.Các phương pháp xác định tính chất cơ lý của vật liệu. 15

IV. Công nghệ ép guốc phanh tàu hoả bằng Vật liệu omposite 20

4.1 Đặc điểm, cấu tạo má phanh Composite. 20

4.2Thành phần tổ hợp vật liệu Composite.Sử dụng ép guốc phanh. 22

4.3 Chuẩn bị vật liệu ép. 22

4.4 Khuôn mẫu ép. 23

4.5Công nghệ ép guốc phanh. 24

KẾT LUẬN CHUNG 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26



LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến cô đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đề tài này.Xin chúc cô dồi dào sức khỏe & thành công trong sự nghiệp !

Xin cảm ơn các tác giả của các cuốn sách ,tài liệu bài giảng mà em đã tham khảo và sử dụng trong bài tiểu luận này.

Trong khả năng có hạn và mặc dù đã rất cố gắng,nhưng chắc chắn không thể tránh thiếu sót,rất mong nhận được góp ý ,chỉ dẫn của cô để em hoàn thành tốt các bài tiểu luận tiếp theo.

Xin chân thành cảm ơn !

LỜI GIỚI THIỆU

Sự phát triển của nhân loại gắn liền với qúa trình tìm tòi và sáng tạo.phát minh những cái mới để thay thế những cái cũ ,cái lạc hậu…và vật liệu Composit là một trong những thành quả của quá trình tìm tòi và sáng taọ đó.Vật liệu Composit có những tính chất và đặc điểm mà các vật liệu khác không có được,đó là : có độ bền cơ học cao,khả năng chịu nhiệt ,chịu được môi trường hóa học tốt,khả năng kháng nước ,chịu nén,chịu va đập tốt…

Vật liệu Composit được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp,dân dụng ,hàng không vũ trụ…ở tập tài liệu này em xin trình bày một sản phẩm của Composit ,đó là Guốc phanh (má phanh) tàu hỏa trên cơ sở nhựa Phenol – Formandehyt

Cuốn tài liệu này gồm 4 chương

Chương I: Tổng quan về vật liệu Composit

Chương II:Lý thuyết về ma sát – mài mòn

Chương III Nghiên cứu sơ lược guốc phanh xe lửa chế tạo bằng gang

Chương IV Chế tạo má phanh bằng vật liệu composite trên cơ sở nhựa phenol formandehyt

Xin trân trọng giới thiệu !

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE

I.Khái niệm.

1.Khái niệm

Vật liệu Composite là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu. Vật liệu Composite được cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho Composite có được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành phần của Composite liên kết, làm việc hài hoà với nhau.

2.Lịch sử hình thành và phát triển:

Vật liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000 năm trước Công nguyênsự phát triển của vật liệu composite đó được khẳng định và mang tính đột biến vào những năm 1930 khi mà Stayer và Thomat đó nghiên cứu, ứng dụng thành cụng sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dựng gia cường cho Polyeste không no. Năm 1950 bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự xuất hiện nhựa Epoxy và các sợi gia cường như Polyeste, Nylon,… Từ năm 1970 đến nay vật liệu composite nền chất dẻo đó được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và dân dụng,y tế, thể thao, quân sự vv…

3. Ưu điểm:Vật liệu Composit tùy theo thành phần phối trộn ,tùy vào chất độn sử dụng mà có các tính chất ,ưu điểm khác nhau . Ưu điểm chung của Vật liệu Composit là Khối lượng riêng nhẹ, có độ bền cơ học cao,khả năng chịu nhiệt ,chịu được môi trường hóa học tốt,khả năng kháng nước ,chịu nén,chịu va đập tốt…

II. Phân loại Composite

Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành phần.

1.Phân loại theo hình dạng


  • Vật liệu composite độn dạng sợi

  • Vật liệu composite độn dạng hạt

2.Phân loại theo bản chất, thành phần

  • Composite nền hữu cơ

  • Composite nền kim loại

  • Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng

III. Cấu tạo của vật liệu composite

1) Polymer nền:

Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đúng vai trò truyền ứng suất sang độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu.

Trong thực tế, người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm polymer nền:

•Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC…độn được trộn với nhựa, gia cường trên máy ép phun ở trạng thái nóng chảy.

•Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia cụng dưới áp suất và nhiệt độ cao, riêng với epoxy và polyester không no có thể tiến hành ở điều kiện thường, gia cường bằng tay (hand lay- up method). Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo.

2) Chất độn( cốt):

Đúng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn nhựa. Người ta đánh giá độn dựa trên các đặc điểm sau:

• Tính gia cường cơ học.

• Tính kháng hóa chất,môi trường, nhiệt độ.

• phân tán vào nhựa tốt.

• Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.

• Thuận lợi cho quá trình gai công

• Giá thành hạ, nhẹ.

Tuỳ thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà người ta có thể chọn loại vật liệu độn cho thích hợp. Có hai dạng độn:

• Độn dạng sợi như: sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amide…

• Độn dạng hạt: thường được sử dụng là : silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim l oại, độn khóang, cao lanh, đất sétt, bột talc, hay graphite, carbon…

Cốt sợi cũng có thể là sợi tự nhiên (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa, xơ tre, …), có thể là sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải)

Ngoài thành phần nền và cốt còn có chất pha loãng,chất tách khuônchất làm kín ,xúc tác ,xúc tiến và các phụ gia khác

IV .Ứng dụng

Do có những tính chất ưu việt nên Composite được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành ,nhiều lĩnh vực


  1. Trong giao thông vận tải:

Chế tạo nhiều chi tiết ,linh kiên chochế tạo ô tô

Sản xuất máy bay ,tàu chiến …

2. Trong hàng hải:

Làm ghe, thuyền , tàu.ca nô…

3. Trong ngành hàng không:

Thay thế một phần vật liệu sắt,nhôm. trong máy bay dân dụng, quân sự

5.trong công nghiệp hóa chất:

Bồn chứa dung dịch acid (thay gelcoat bằng epoxy hoặc nhựa vinyleste)

Bồn chứa dung dịch kiềm ( thay gelcoat bằng epoxy)

6. Trong dân dụng:

Trong thể thao : vợt tennis,gậy đánh golt

Ngành y tế làm rang giả,tay chân giả,ghép sọ…

Sản phẩm trang trí nội thất: Khung hình Bàn ghế, tủ, khay, thùng, bồn…

Chương II: LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT – MÀI MÒN

I.Lý thuyết về ma sát – mài mòn

Trong quá trình cọ sát, sẽ xảy ra tương tác cục bộ của các lớp bề mặt vật liệu trên diện tích rất nhỏ. Sự tương tác này làm thay đổi cấu trúc và tính chất vật liệu trên bề mặt cọ sát. Đối với các chất dẻo thay đổi này rất mạnh và chúng xảy ra chuỗi tác dụng của nhiệt, tác động cơ học, các chất hoạt động bề mặt, điện tích xuất hiện Hệ số ma sát phụ thuộc rất lớn vào tải trọng vuông góc, tốc độ trượt, nhiệt độ và các yếu tố khác.

Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào tải trọng thay đổi theo nhiệt độ. Ở nhiệt độ thử nghiệm cố định hệ số ma sát giảm khi tăng tải trọng còn nếu tải trọng cố định, hệ số ma sát tăng khi nhiệt độ tăng.

Khi thay đổi nhiệt độ thì cả vận tộc trượt của chất dẻo cũng có thể có các đặc tính khác nhau như một vật thuỷ tinh, vật mềm hoặc vật dẻo.

Khi đánh giá độ chịu mài mòn của chất dẻo nên chọn một đặc trưng không thay đổi theo lực ma sát. Ví dụ : chọn tỷ số giữa độ mài mòn và lực ma sát. Sự đánh giá chịu mài mòn theo tỷ số trên có tính chất gần đúng do sự phụ thuộc của sự mài mòn không chỉ vào tính chất vật liệu mà cả vào điều kiện thử nghiệm.

Cường độ mài mòn có thể đánh giá định lượng theo một đại lượng thông số đo.

Trong đó : h : Bề dày lớp bị mài mòn đi.

V : Thể tích lớp bị mòn đi.

L : Quãng đường cọ sát.

A : Diện tích chuẩn của bề mặt.

Độ mài mòn có thể đánh giá bằng chỉ tiêu năng lượng :

Trong đó : W - năng lượng cọ sát.

Theo lý thuyết hiện đại thì lực ma sát không chỉ là hàm của lực pháp tuyến mà còn phụ thuộc vào tổ hợp các yếu tố : tốc độ trượt, vật liệu, điều kiện môi trường...

Sự phụ thuộc này có thể biểu diễn bằng công thức tổng quát sau :

T(n) =f(n,V,C)

Trong đó : T(n) : Lực ma sát ứng với tải pháp tuyến n.

V : Tốc độ trượt.

C : Các thông số như môi trường, vật liệu.

Các khái niệm về ma sát này do Suh và Sin đề xướng (1981). Theo các tác giả thì tính chất về cơ học có ảnh hưởng lớn hơn so với các tính chất hoá học đối với lực ma sát nếu trong quá trình chuyển động không có hiện tượng tăng nhiệt độ. Theo quan điểm này có thể phân chia lực ma sát ra làm 3 phần

- Biến dạng của các nhấp nhô trên bề mặt.

- Sự bám dính của các diện tích tiếp xúc.

- Sự tróc bề mặt.

Đối với vật liệu ma sát trên cơ sở nhựa Phenol - Formandehyt, tác giả S.K.Rhee và các cộng sự (1971) đã đi sâu nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố như áp lực, vận tốc và thời gian tới lượng mài mòn của vật liệu ma sát trên cơ sở nhựa Phenol - Formandehyt độn sợi amiăng và đưa ra công thức sau : (Áp dụng cho nhiệt độ bề mặt nhỏ hơn 2200C)

W = K.Pa.Vb.Tc

Trong đó : W : Lượng vật liệu bị mất đi.

P : Tải trọng.

V : Tốc độ.

T : Thời gian.

a, b, c : Hằng số phụ thuộc từng cặp ma sát.

Các ứng dụng của lý thuyết về ma sát - mòn đã giúp cho các nhà nghiên cứu, người sản xuất và chế tạo nhận thức và khắc phục được nhiều hạn chế còn tồn tại của vật liệu.

II. Các loại vật liệu có khả năng giảm ma sát.

Giảm ma sát - mòn có ý nghĩa quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân. Các nhà nghiên cứu đã đưa ra 3 loại vật liệu chính có khả năng làm giảm masat - mòn : gốm, hợp kim và Polymer.

So với kim loại và Polymer, gốm có ưu điểm là hệ số ma sát thấp, độ cứng bề mặt tương đối cao, ít bị mài mòn và không bị ôxy hoá trong quá trình làm việc. Tuy nhiên, gốm lại bị ảnh hưởng của nhiệt, dao động và đặc biệt dễ bị vỡ khi va đập.

Kim loại và hợp kim được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực vật liệu chống ma sát do những ưu điểm nổi bật như : có độ cứng bề mặt cao, có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao... Nhược điểm của chúng là khó gia công, có giá thành cao và không bền hoá chất.

Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu Polymer cho các kết cấu ma sát đã cho kết quả bất ngờ. So với kim loại, Polymer có hệ số ma sát nhỏ hơn, ít mòn hơn, ít bị ảnh hưởng của dao động và va đập, có giá thành rẻ, tính công nghệ cao hơn trong việc chế tạo chi tiết, có khả năng làm việc trong môi trường nước - hoá chất.

Tuy nhiên sự thay thế kim loại bằng Polymer không phải lúc nào cũng có lợi. Đối với kết cấu chống ma sát, hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng nhất là kết hợp giữa Polymer và các vật liệu khác.

Chương III NGHIÊN CỨU SƠ LƯỢC GUỐC PHANH XE LỬA CHẾ TẠO BẰNG GANG

I. Tính chất chủ yếu của gang.

- Nhiệt độ nóng chảy thấp(1100-13000C) Tính lưu động tốt, ít co ngót rất thuận lợi cho quá trình chế tạo bằng phương pháp đúc.

- Chịu nén tốt, khả năng dập tắt rung động nhanh.

- Độ cứng tương đối cao trong khoảng từ 150 ÷250 HB.Dễ dàng gia công trên các máy cắt gọt.

- Gang có độ bền kéo thấp thường chỉ bằng 1/3 ÷ 1/5 giới hạn bền nén, khả năng chịu uốn - xoắn hoặc va đập kém.

II.Thành phần chủ yếu của gang đúc guốc phanh.

- Cacbon : Với hàm lượng từ 2,8 - 3,5%. Cacbon là một nguyên tố có tác dụng graphit hoá gang.Hàm lượng cacbon càng cao khả năng graphit càng mạnh, nhiệt độ chảy càng thấp, tính đúc tốt, nhưng cơ tính kém.

- Silic : là nguyên tố thúc đẩy quá trình Graphit hoá rất quan trọng trong tổ chức gang. Hàm lượng Silic thay đổi từ 1,5÷ 3%.

- Mangan : Là nguyên tố cản trở sự Graphit hoá. Nó có tác dụng làm tăng độ bền, cứng của vật liệu. Hàm lượng Mn thường từ 0,5÷ 1%.

- Phôtpho : Là nguyên tố không có ảnh hưởng gì đến quá trình graphit hoá nhưng có tác dụng làm tăng độ chảy loãng của vật liệu.

*Đặc biệt làm tăng khả năng chống mài mòn : thường làm hàm lượng có từ 0,1 ÷ 0,2%. Khi cần tăng khả năng chống mài mòn có thể tăng P lên đến 0,5%. Cũng cần lưu ý nếu tăng quá nhiều thì vật liệu trở nên giòn và cứng.

* Lưu huỳnh : là nguyên tố cản trở rất mạnh việc graphit hoá, làm xấu tính đúc của vật liệu, làm giảm độ chảy loãng, cần hạn chế hàm lượng S từ 0,08 --0,12%.



Bảng 1. Bảng Tham khảo guốc hãm một số nước hiện dùng (nguồn Internet)

Các nước

Kích thước guốc hãm

Diện tích ma sát danh nghĩa

Thành phần gang đúc guốcc hãm

Độ cứng

Dài

Rộng

Dày

C

Mn

Si

P

S

T. Quốc

340

85

50

290

3-3,8

0,4-0,8

1,2

1,4

0,12-0,15

190-200

Liên Xô

430

80

60

344

3-3,4

1-1,5

1-1,5

0,2-0,6

0,21

197-229

Anh

350

80

50

280

2,95

0,265

1,59

1,22

0,17

259-530

Nhật

350

80

55

280

2,8-3

0,5-0,85

1,2-1,4

0,7

0,1

19020

Mỹ

350

85,7

38,1-60,8

300

2,92

0,33

0,85

0,17

0,15

280

Pháp

254

80

50

235

3,14

0,37

2,29

0,98

0,1

192

Bảng 2.Hệ số ma sát bình quân Kb (nguồn Internet)

Loại guốc hãm

Hệ số ma sát ứng với tốc độ đoàn tầu (km/h)

0

20

40

50

60

70

80

90

100

120

130

Guốc hãm chế tạo từ gang tiêu chuẩn

0,27

0,162

0,116

0,168

6,168

0,162

0,097

0,093

0,09

0,085

0,038

Guốc hãm chế tạo từ gang có hàm lượng P từ 1-1,4%

0,30

0,18

0,14

0,129

0,12

0,114

0,018

0,004

0,1

0,094

0,092

Guốc hãm phi kim loại

0,36

0,322

0,297

0,288

0,28

0,273

0,267

0,262

0,257

0,249

0,246

Hiện nay guốc phanh Việt Nam sản xuất với tốc độ tàu < 100 km/h có thành phần như sau

Bảng 3. Thành phần tỉ lệ vật liệu của gang (nguồn Internet)



C(%)

Si(%)

Mn(%)

P(%)

S(%)

G(%)

3,3  3,5

1,4  1,6

0,4  0,6

0,6  0,8

<0,06

<0,06

Tiêu chuẩn kỹ thuật

-Độ cứng sản phẩm cho phép :190 -220 HB

-Độ bền kém>200N/mm2

-Độ bền uốn>380 N/mm2

Chương IV CHẾ TẠO MÁ PHANH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN CƠ SỞ NHỰA PHENOL FORMANDEHYT.

I.Nhựa Phenol Formandehyt.

nhựa Phenol - Formandehyt là loại Polymer được phát hiện đầu tiên có nhiều ưu điểm và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành. Nhựa có nhiều đặc tính tốt như: độ cách điệm cao (điện áp đánh thủng 8 ÷ 12 KV/mm), không chịu tác động của vi khuẩn, bền với hoá chất và các môi trường hoạt hoá khác. Tổ hợp nhựa Phenol - Formandehyt với sợi Amiăng bền với axit, kiềm ở nồng độ nhỏ hơn 40%, bền với Axeton ở nhiệt độ 500C cũng như bền với axit axetic ở bất kỳ nồng độ nào. Đồng thời nhựa có độ bền nhiệt cao, nhiệt độ làm việc 150 ÷ 2000C. Dựa vào đặc tính này khi cho trộn chất độn như sợi thuỷ tinh, sợi amiăng thì khả năng làm việc còn được nâng cao hơn tới 2500C hoặc trong điều kiện phạm vi thay đổi nhiệt độ rộng và không làm ảnh hưởng đến kích thước.

Khả năng chịu mài mòn của tấm phẳng từ nhựa Phenol - Formandehyt có thể so sánh với nhôm, đồng. Tuy nhiên khả năng này bị suy giảm khi độ ẩm của môi trường tăng do nước có thể thẩm thấu qua bề mặt phân chia giữa nhựa và bột độn. Hệ số ma sát nhựa nằm trong khoảng 0,2÷ 0,3.

II. Lựa chọn chất độn cho vật liệu ma sát.

Việc sử dụng chất độn nhằm giải quyết các yếu tố sau:

– Cải thiên, tăng cường cơ tính của vật liệu ma sát, giảm sự biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực, tăng độ bền va đập. Điều này có thể thấy rõ khi nghiên cứu bảng sau:

– Tăng độ bền nhiệt, khả năng dẫn nhiệt của sản phẩm.

Ổn định các tính chất cơ lý khác nhau khi nhiệt độ của bề mặt và toàn bộ vật liệu tăng lên trong quá trình sử dụng.

–Thay đổi độ mài mòn ổn định các đặc tính về ma sát của vật liệu

Ngoài ra việc sử dụng chất độn còn là một yếu tố giảm được giá thành sản phẩm

Chất độn được sử dụng để sản xuất vật liệu ma sát Polymer Composite trên cơ sở nhựa Phenol - Formandehyt thường được phân loại theo bản chất hoá học của chúng và được chia làm 2 loại chính:

* Các chất độn hữu cơ: bột gỗ, sợi bông Grafit than đen…

* Các chất độn dạng khoáng: Amiăng, Mica, sợi thuỷ tinh, Oxyt kim loại.

.Sau đây ta khảo sát cụ thể một số loại chất độn thông dụng trong quá trình chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở nhựa Phenol - Formandehyt.

2.1Amiăng.

Là chất độn có nguồn gốc khoáng chất, cấu trúc tự nhiên ở dạng sợi.Amiang cũng có nhiều loại nhưng thường được dùng chủ yếu là Crysolit, đó là Hyđrat Magie Silicat (3MgO.2SiO2.2H2O).Amiăng dễ dàng được thấm ướt bởi các loại nhựa, kể cả những loại nhựa có độ nhớt cao.Trở về mặt hoá học, trong môi trường kiềm amiăng có thể chịu được 1000C với thời gian dài.

Ưu điểm lớn nhất mà nhờ đó nó được sử dụng nhiều trong tổ hợp vật liệu ma sát là khả năng không cháy và tuỳ thuộc vào các thành phần có thể bị phân huỷ ở những nhiệt độ khác nhau từ 1170 ÷ 14500C. Đáp ứng được yêu cầu về độ bền nhiệt độ cao trong quá trình làm việc của vật liệu ma sát.

2.2 Mica.

Mica được sử dụng 2 loại chủ yếu là Musconit – H2KAl3(SiO4) và Phologogit – HK(MgF)3Mg3(AlSiO4)3.

Mục đích sử dụng: giảm độ mài mòn của sản phẩm.

2.3 Bột gỗ.

Là loại bột độn rẻ nhất và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất vật liệu ép trên cơ sở Phenol - Formandehyt.

Bột gỗ được sản xuất từ những loại gỗ mềm như gỗ thông, vân sam, gỗ bạch dương… Bột gỗ có khả năng phối trộn tốt tạo cho sản phẩm không bị co ngót, nứt rạn.

Cũng cần lưu ý rằng bột gỗ là một tác nhân làm tăng độ hút ẩm và khả năng hấp thụ các hoá chất khác do các nhóm chức như –OH, =CO, –NH2… có trong gỗ. Do vậy cần được sấy khô (độ ẩm dưới 8%) và chiếm khoảng 50% trọng lượng so với toàn bộ hỗn hợp ép.

2.4 Silicat. Công thức hoá học: MgO.2SiO2.2H2O thường được dùng với cỡ hạt 0,015 mm. Silicat có tác dụng tăng độ ổn định kích thước bền nhiệt, bền hoá, tăng độ cứng và tính cách điện của sản phẩm.

2.5 Bột kim loại.

Thường sử dụng các loại bột Oxyt kẽm, Oxyt Magiê, bột đồng, nhôm… Các bột kim loại này cho vào có tác dụng làm tăng một số cơ tính của sản phẩm như: giảm độ mài mòn, tăng khả năng dẫn nhiệt… Trong một số trường hợp làm tăng hệ số ma sát của vật liệu.

2.6 Bột cao su.

Thường được sản xuất từ các loại cao su tổng hợp đã lưu hoá với các cỡ hạt từ vài trục đến vài trăm m. Bột cao su làm tăng độ bền va đập, độ bền uốn của vật liệu.

III. Các phương pháp xác định tính chất cơ lý của vật liệu.

31.Độ bền nén.

Độ bền nén được xác định theo tiêu chuẩn ASTMD 695 - 91 hoặc theo tiêu chuẩn JIS K7208 - 1975 trên máy WPM 2500 (Đức).

Môi trường đo: Không khí, nhiệt độ 25oC.

Độ ẩm 50 ± 2%.

Tốc độ nén 5mm/phút.

Kích thước mẫu 10 × 10 × 10 (mm).

Độ bền nén được tính theo công thức:

Với Pn: Tải trọng phá huỷ mẫu (Kg)

F : Diện tích tiết diện ngang mẫu (cm2)

3.2.Độ bền va đập.

Độ bền va đập được tính theo tiêu chuẩn ASTM O256 - 56 trên máy BKL 4501 của Nga.

Môi trường đo : Không khí- nhiệt độ 250C - độ ẩm 50 ± 2%.

Kích thước mẫu : 10 x 15 x 120 (mm)

Độ bền va đập (v) xác định theo công thức:

Trong đó: Av : công cần thiết để phá huỷ mẫu (KJ)

F : Diện tích ngang của mẫu (m2)

Khoảng cách giữa 2 gối đỡ bằng 10 - 16 cm

3.3. Độ cứng Brinel.

Độ cứng Brinel được xác định theo tiêu chuẩn ĐIN 57302. Độ dầy của mẫu không nhỏ hơn 6 mm

Môi trường đo: Không khí- nhiệt đọ 25oC - Độ ẩm 50 ± 2%

Độ cứng Brinel (H) được xác định theo công thức:

Trong đó: P: áp lực nén (kg)

h:độ sâu của vết nén (cm)

π = 3,14

Đ: đường kính bi nén (cm). Đối với vật liệu Polymer composite thường chọn bi có đường kính 0,5 cm.

3.4 Độ mài mòn.

Độ mài mòn được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D1044 - 94 hay theo tiêu chuẩn JIS K7204 - 1997. Trên máy Taber Abraser- 5130 (Mỹ).

Với bánh thử mài mòn Calibrase CS - 10. Tải trọng đặt lên 2 bánh xe thử mài mòn có thể thay đổi từ 250- 1000g. Thông thường với vật liệu Polymer composite chịu mài mòn thì tải trọng đặt lên 2 bánh xe là 1000g.

Tốc độ quay của máy 72 vòng/phút.

Môi trường đo không khí - nhiệt độ 25oC - độ ẩm 50 ±2%.

- Chuẩn bị mẫu thử:

Mẫu thử độ mài mòn hình chữ nhật kích thước 100 x 1000 mm. Khoan lỗ 15 ở giữa.

Mẫu được mài nhẵn, làm sạch và để ổn định ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ.

- Tiến hành thử : mẫu được cân trên cân phân tích có độ chính xác 10-4g. Sau khi chịu 1000 vòng quay lấy ra lau sạch rồi cân lại. Độ mài mòn (M) được tính theo lượng hao hụt khối lượng mẫu gam sau 1000 vòng quay

M = W1 - W2 (g/1000 vòng)

Trong đó: W1 : Trọng lượng mẫu trước khi thử mài mòn (gam)

W2 : Trọng lượng mẫu sau khi thử mài mòn (gam)

3.5 Hệ số ma sát.

Được xác định theo tiêu chuẩn ASTM Đ1894- 93 trên máy đo Usurrometre (Pháp).

Môi trường đo: không khí- nhiệt độ 25oC - Độ ẩm 50 ± 2%

Chế độ đo : áp lực 1,5N - vận tốc đo 0,5m/s

Mẫu có dạng hình khôí chữ nhật kích thước 14 x 10 x 7 mm Mẫu được lau sạch, để ở nhiệt độ phòng trong 24h. Mẫu được chạy rà trong vòng 30 phút trước khi đo hệ số ma sát sao cho bề mặt của mẫu được tiếp xúc hoàn toàn với bề mặt máy đo

Hệ số ma sát được tính theo công thức



Trong đó : A : chỉ số đọc trên lực kế (gam)

B : Trọng lượng mẫu (gam)

3.6 Độ hấp thụ nước.

Được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D570- 81.Mẫu hình khối hộp vuông 50 x 50 x 3mm

Mẫu được sấy khô đến khối lượng không đổi và được để trong bình hút ẩm trong vòng 24 giờ. Cân mẫu trên cân phân tích với độ chính xác

10-4g rồi ngâm mẫu trong nước cất tại nhiệt độ phòng. Sau một thời gian nhất định lấy ra sấy khô bằng giấy lọc và cân lại.

Độ hấp thụ nước được tính theo công thức sau:

Trong đó: Q : Độ hấp thụ nước %

W1 : Trọng lưọng mẫu trước khi ngâm (gam)

W2 : Trọng lượng mẫu sau khi ngâm (gam)

Chú ý: Khi ngâm mẫu không để các mẫu chạm nhau.

3.7 Độ hấp thụ dầu.

Độ hấp thụ dầu của vật liệu được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D543- 87. Kích thước mẫu, quy trình chuẩn bị và phương pháp thử như đối với cách xác định độ hấp thụ nước của vật liệu.

Độ hấp thụ dầu được tính theo công thức:

Trong đó : m : độ hấp thụ dầu 100%

W1 :trọng lượng mẫu trước khi ngâm dầu (g)

W2 :trọng lượng mẫu sau khi ngâm dầu (g)

Chú ý: các mẫu khi ngâm không được để chạm nhau

3.8 Xác định độ bền hoá chất.

Độ bền hoá chất của vật liệu được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D543. Mẫu có dạng hình tròn  50 dầy 3mm hoặc hình khối vuông kích thước 50 x 50 dầy 3mm.

Mẫu được lau sạch, sấy khô đến khối lượng không đổi và đặt trong bình hút ẩm trong vòng 24h. Cân mẫu trên cân phân tích độ chính xác 10-4 gam.Sau đó đem ngâm trong môi trường hoá chất như xăng dầu bôi trơn - dầu phanh. Sau một thời gian lấy ra và cân lại

Mức độ thay đổi trọng lượng của mẫu phản ảnh độ bền với môi trường hoá chất. Khối lượng của mẫu có thể tăng hoặc giảm

3.9 Phân tích nhiệt.

Phương pháp phân tích nhiệt được thực hiện trên máy Mettler TA-HE-20 (máy Mettler TA-HE-20) của Thuỵ Sỹ.

Khối lượng mẫu đo : 0,03÷ 0,05g

Khoảng nhiệt độ đo : 25 ÷ 1000 oC

Tốc độ tăng nhiệt : 10 oC/phút

Môi trường đo : không khí

IV. Công nghệ ép guốc phanh tàu hoả bằng Vật liệu omposite

4.1 Đặc điểm, cấu tạo má phanh Composite.

a. Đặc điểm.

Má phanh tàu hoả – guốc phanh (guốc hãm) là một trong những chi tiết chủ yếu của hệ thống hãm đầu máy, toa xe và xe than nước. Guốc hãm được kẹp chặt trên đế guốc hãm, đế guốc hãm phụ thuộc vào cấu tạo xà mang guốc hãm hoặc tam giác hãm. Guốc hãm cùng với đế guốc hãm có thể quay tự do quanh cổ trục xà mang guốc hãm hoặc cũng có thể không quay tự do quanh cổ trục xà mang guốc hãm. Hiện nay đầu máy, toa xe sử dụng chủ yếu guốc hãm bằng gang.

Ở nước ta, guốc hãm làm bằng vật liệu Polymer Composite mới đang được chế tạo thử nghiệm.Qua một số thí nghiệm sử dụng vật liệu Polymer Composite làm vật liệu ma sát cho ta những kết quả rất khả quan. So với vật liệu ma sát làm bằng gang, thì vật liệu ma sát làm bằng Polymer Composite có một số tính chất hơn hẳn như: hệ số ma sát cao, độ mài mòn thấp, có tính kinh tế… Tuy nhiên nó cũng có một số nhược điểm như: khả năng chịu nhiệt kém, cơ tính giảm rõ rệt trong môi trường hoạt hoá (xăng, dầu, mỡ bôi trơn…). Nhưng xét về tổng thể thì nó có ưu điểm hơn nhiều và việc ứng dụng vật liệu Polymer Composite làm má phanh tầu hoả sẽ làm cho nó có tuổi bền cao hơn đem lại nhiều lợi ích kinh tế.



b1/ Phần xương guốc.

Xương guốc phanh chế tạo bằng thép tấm CT5, dầy 4 mm và được gia công trên máy đột dập. Xương được dập cong, dập tạo gân hai bên và hai đầu, dập tạo vấu tỳ để tháo lắp guốc phanh với cơ cấu hàm. Ngoài tác dụng là phần chứa Composite còn làm tăng khả năng cứng vững không bị biến dạng xương guốc. Trên bề mặt xương có dập vuốt các lỗ.Khi đúc một phần nhựa sẽ đùn ra mặt sau, đùn đầy vào các lỗ được vuốt thành các mũ đinh nhựa giúp cho phần xương và nhựa đúc không bị tách bật ra khi chịu lực phanh, luôn là một khối thống nhất vững chắc.

Phần ụ gang ở giữa xương được đúc liền với tai cài then guốc hãm. Toàn bộ phần này được hàn chắc với xương guốc hãm. Phần ụ gang có tác dụng làm sạch bề mặt bánh xe trong quá trình làm việc, xung quanh được xẻ thêm các rẵnh nhằm tăng thêm diện tích bám chắc cho nhựa đúc. Thường chiều cao ụ gang đúc bằng chiều dày nhựa đúc.

b2/ Phần nhựa Composite.

Là phần mà sau khi nhựa Composite được ép bám chắc vào phần xương guốc phanh. Đây là phần làm việc chính của bộ guốc phanh, nó tạo nên ma sát phanh và chịu mài mòn trực tiếp trên bánh xe. Do vậy phần vật liệu Composite này cần được tính toán, chế thử và phải theo một liều lượng nhất dịnh. Nhờ lực ép của máy – gia nhiệt của lò mà phần nhựa Composite này đóng rắn và bám chắc vào xương guốc phanh.

4.2Thành phần tổ hợp vật liệu Composite.Sử dụng ép guốc phanh.

Chất kết dính là nhựa phenol Formandehyt và thành phần gồm: (tính theo % trọng lượng).

Thành phần Tỷ lệ %

(tính theo % trọng lượng).

Phenol Formandehyt 25 ÷ 30

Bột đồng + bột nhôm 10

Bột Grafit 3 ÷ 5

Sợi Amiăng + sợi thuỷ tinh 20 ÷ 25

Bột màu 1

Mùn cưa Còn lại

Ngoài ra, để cho khuôn không bị dính trong quá trình ép còn sử dụng thêm 0,4% (tính theo % trọng lượng) chất chống dính, bôi trơn, nhựa DOP.

Nhìn chung về mặt trọng lượng, guốc phanh được ép từ mẫu vật liệu trên nhẹ hơn nhiều so với chế tạo guốc phanh bằng gang, trọng lượng trung bình của guốc phanh Composite khoảng từ 3,5 ÷ 4 kg.

Guốc phanh làm từ mẫu vật liệu trên có hệ số ma sát cao và đảm bảo đủ khả năng thay thế guốc phanh làm bằng gang hiện nay.

Mẫu vật liệu này đều làm việc tốt ở nhiệt độ cao, ít bị ảnh hưởng của các môi trường hoạt hoá như dầu, mỡ, axít...

Tính đúc của mẫu vật liệu trên tốt, quy trình đúc đơn giản không đòi hỏi nhiều về mặt kỹ thuật.

4.3 Chuẩn bị vật liệu ép.

Sau khi có được tỷ lệ pha trộn của vật liệu ma sát trên cơ sở kết quả của các thí nghiệm cũng như các yêu cầu của má phanh ta chuẩn bị vật liệu ép theo các bước sau:

– Bước 1: Cho hỗn hợp nhựa, chất tăng cường và các phụ gia vào máy trộn đều. Tác dụng của máy trộn là làm đồng đều các thành phần của vật liệu ma sát. Có thể dùng các loại máy có trục rẵnh xoắn accimet.

– Bước 2: Sau khi đã trộn đều các thành phần của vật liệu, hỗn hợp được lấy ra đem lên máy cán, cán đi cán lại nhiều lần.

– Bước 3: Cho hỗn hợp đã được cán kĩ sấy ở nhiệt độ 800C nhằm tách nước (tốt nhất sấy bằng gió nóng) đảm bảo khô kiệt.

– Bước 4: Hỗn hợp sau khi sấy khô được đưa vào máy nghiền thành bột, hạt nhỏ mịn.

– Bước 5: Cho hỗn hợp bột đã nghiền mịn trộn đều với bột cao su.

– Bước 6: Sấy tiếp một lần nữa hỗn hợp. Sau giai đoạn này ta được hỗn hợp ép hoàn chỉnh.

4.4 Khuôn mẫu ép.

Khuôn ép guốc phanh Composite là khuôn kim loại được chế tạo trên các máy công cụ chuyên dùng. Khuôn ép gồm các bộ phận chính sau:

– Cối khuôn: Được chế tạo bằng thép C45, sau chế tạo tiến hành nhiệt luyện đạt độ cứng 38 ÷ 42 HRC. Phần lòng cối được đánh bóng 5 ÷ 6, cối có hình dạng, kích thước giống phần xương guốc phanh và có tác dụng định vị phần xương trong quá trình ép.Toàn bộ phần cối được lắp lỏng trong lòng áo đổ bột và khi vận hành cơ cấu đẩy sản phẩm, cối khuôn cùng với sản phẩm được đẩy lên. Cối khuôn có kích thước và dung sai như hình vẽ.

– Áo đổ bột: Phần chứa vật liệu để ép sản phẩm và đóng góp một phần trong quá trình tạo hình sản phẩm. Áo đổ bột được lắp ghép sít trượt với cối khuôn và được cố định trên bàn máy ép nhờ 18 bu lông M10 bắt vào 4 rãnh trên đế áo đổ bột. Áo đổ bột được ghép lại từ các tấm thép có vật liệu là thép C45. Tấm thép dọc của áo có bề dày 30cm và được gia công 3 rãnh để bắt 24 bulông M10 với tấm thép nganh (có bề dày 20cm). Sau chế tạo được nhiệt luyện đạt độ cứng 38 ÷ 42 HRC.Toàn bộ phần lòng áo được gia công đạt độ bóng5 ÷ 6.Hình dáng và cấu tạo áo đổ bột như hình vẽ.

– Chày ép: Chày được lắp ghép với đế chày thông qua 24 bulông M10. Đế trên đế chày được chế tạo 3 rãnh để bắt 21 bulông M10 để định vị trên đầu di trượt của máy ép.Đế chày được chế tạo bằng thép CT6 có độ dày 20 mm. Chày ép là phần ép nén vật liệu tạo hình cho sản phẩm.Vật liệu chế tạo chày là thép C45.Sau chế tạo được nhiệt luyện đạt độ cứng 38 ÷ 42 HRC.Bề mặt làm việc của chày được đánh bong 5 ÷ 6 và có biên dạng, kích thước như hình vẽ.

4.5Công nghệ ép guốc phanh.

Sau khi đã chuẩn bị đầy đủ xương guốc và vật liệu ép, quá trình ép guốc phanh được thực hiện trên máy ép thuỷ lực.Trước khi gá lắp khuôn lên máy cần phải kiểm tra kỹ tình trạng của thiết bị, các chế độ làm việc, hành trình lên xuống nhanh, chậm của bàn và đầu máy.Chế độ làm việc của lò ra nhiệt, kiểm tra các rơle khống chế nhiệt độ, hệ thống đồng hồ báo áp lực ép nén.Cho máy hoạt động thử để kiểm tra hệ thống bơm, các van điều tiết dầu, đảm bảo làm viếc tốt và ổn định. Bổ sung dầu ép, chuẩn bị các trang thiết bị phụ, các cơ cấu kẹp, định vị khuôn cối đầy đủ. Sau khi kiểm tra máy xong tiến hành gá kẹp chày và áo đổ bột lên máy. Đảm bảo chắc chắn, cứng vững trong suốt quá trình làm việc, kiểm tra độ đồng tâm của chày và áo đổ bột, tránh không bị để lệch gây sứt mẻ, phá hỏng khuôn cối và hệ thống dẫn hướng, định vị. Căn chỉnh cơ cấu lấy sản phẩm ra khỏi khuôn hoạt động nhẹ nhành và chính xác.

Quá trình ép guốc phanh được tiến hành theo trình tự sau:

– Bước 1: Chuẩn bị vật liệu ép, khuôn, máy ép.

_Bước 2: Xương guốc đã được làm sạch dầu, mỡ được đặt nằm ngay ngắn trong lòng cối khuôn tránh không để xương guốc bị kênh, bị nghiêng.

– Bước 3: Đổ vật liệu ép vào khuôn, việc xác định chính xác lượng vật liệu đổ vào khuôn là hết sức cần thiết. Nó giúp sản phẩm sau khi được ép không sinh thừa, dễ dàng tháo dỡ sản phẩm ra khỏi khuôn.Ngược lại nếu thừa vật liệu ép, sản phẩm được điền đầy nhựa, lồi lõm không đảm bảo chất lượng.Việc định lượng cụ thể vật liệu cần có nhiều kinh nghiệm của thợ vận hành kết hợp với ép thử nghiệm một vài chi tiết qua đó ta sẽ có được khối lượng vật liệu ép chính xác cho một chi tiết.

– Bước 4: Sau khi đã cho đầy đủ khối lượng vật liệu ép vào khuôn ta cho đầu máy có lắp chày ép từ từ đi xuống ép trực tiếp vào hỗn hợp ở trong lòng áo đổ bột. Lò ra nhiệt được mở cấp nhiệt cho toàn bộ khuôn cối. Khống chế nhiệt độ ở khoảng 1500C, tăng dần lực ép đạt 200 kg/cm2 (200 bar).

– Bước 5: Duy trì lực ép và nhiệt độ trong khoảng thời gian từ 35  40 phút. Đây là khoảng thời gian cần thiết để vật liệu đóng rắn hoàn toàn, phần nhựa ép và xương guốc liên kết chắc chắn sản phẩm đã định hình chính xác trong lòng khuôn.Lò cung cấp nhiệt được tắt.Cho đầu máy mang chày ép từ từ đi lên.Vận hành cơ cấu đẩy sản phẩm cùng với cối lên và lấy sản phẩm ra.

– Bước 6: Vệ sinh sạch sẽ toàn bộ khuôn cối, sau đó tiếp tục quy trình ép sản phẩm tiếp theo.

KẾT LUẬN CHUNG

Ngày nay Vật liệu composite đã được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực ,từ sản phẩm dân dụng cho đến Hàng không vũ trụ.Nói cách khác sản phẩm Composit đã làm thay đổi bộ mặt phát triển của nhân loại và trong tương lai không xa sẽ có nhiều sản phẩm Composit mới ra đời nhằm đáp ứng nhiều hơn nữa nhu cầu phát triển của xã hội



Trong khuôn khổ đề tài đã cho em đã giới thiệu một cách cơ bản về qui trình sản xuất guốc phanh bằng vật liệu Composit .Việc sản xuất thành công guốc phanh bằng vật liệu Composit là một bước tiến quan trọng trong việc thay thế dần các kim loại khi chế tạo các chi tiết máy trong ngành tàu hỏa mà vẫn đảm bảo tính năng cơ lý cần thiết.Hy vọng trong tương lai không xa,khi mà Khoa học Kỹ Thuật ngày càng phát triển sẽ còn nhiều hơn nữa vật liệu Composit được thay thế trong công nghiệp chế tạo máy nhằm giảm giá thành cũng như tăng tính năng cơ lý cho sản phẩm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

  1. Nguyễn Thanh Liêm ,Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polymer-Composit sử dụng trong lĩnh vực ma sát

  2. Nguyễn Châu Giang,nghiên cứu chế tạo vật liệu Polymer-Composit trên cơ sở nhựa Epoxy gia cường bằng sợi cacbon

  3. Nguyễn Anh Tuấn –Nguyễn Văn Thêm .Kỹ thuật ma sát và biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị,NXB KHKT 1990.

  4. Bài giảng Vật liệu Composit

  5. Nguồn Internet

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GUỐC PHANH TÀU HỎA BẰNG VẬT LIỆU COMPOSIT



tải về 136.46 Kb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2022
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương