Lớp vật liệu bề mặt đóng vai trò quyết định đến khả năng làm việc của chi tiết máy, đặc biệt là các chi tiết có hình dạng phức tạp, làm việc trong môi trường mài mòn, va đập và nhiệt độ cao như khuôn dập, khuôn ép hay dụng cụ cắt. Hiện nay, dù có nhiều phương pháp như tôi bề mặt, hóa nhiệt luyện, phun phủ hay mạ, nhưng các công nghệ cao như cấy ion, laser vẫn còn hạn chế về chi phí và tính phổ biến. Thực tế khảo sát năm 2020 cho thấy ngành công nghiệp khuôn mẫu Việt Nam đạt giá trị trên 1 tỷ USD/năm với mức tăng trưởng 18%/năm. Tuy nhiên, doanh nghiệp trong nước mới chỉ đáp ứng được 8,5% nhu cầu khuôn ép, còn lại phần lớn khuôn dập có độ chính xác và độ bền cao vẫn phải nhập khẩu từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan với chi phí rất đắt đỏ. Khảo sát tại các đơn vị như Công ty CP Cơ khí Phổ Yên, Công ty Diezel Sông Công hay Phụ tùng máy số 1 cho thấy chi phí cho khuôn mẫu hàng tháng lên tới hàng tỷ đồng, trong đó nhu cầu nội địa hóa là rất lớn..

Nhằm tìm kiếm giải pháp tối ưu hơn, PGS.TS. Phạm Văn Đông và các cộng sự tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội - Bộ Công Thương đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tạo lớp cacbit titan trên bề mặt khuôn dập nóng bằng phương pháp gia công tia lửa điện để nâng cao khả năng làm việc của khuôn”. Nhiệm vụ tập trung vào việc ứng dụng phương pháp gia công tia lửa điện hòa trộn bột titan trong dung dịch điện môi (PMEDM) để cải thiện cơ tính cho bề mặt khuôn dập nóng bi phốt xe máy.

Mục tiêu của đề tài bao gồm:

* Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt khuôn dập bằng phương pháp EDM và nâng cao năng lực nghiên cứu, đào tạo trình độ cao.

* Mục tiêu cụ thể: Tạo lớp cacbit titan trên bề mặt khuôn dập nóng bi phốt xe máy bằng phương pháp EDM hòa trộn bột (PMEDM) nhằm tăng độ cứng, độ bền mòn; đồng thời công bố kết quả trên các tạp chí quốc tế.

Quá trình nghiên cứu và thử nghiệm đã đem lại những kết quả kỹ thuật cụ thể sau:

- Lựa chọn vật liệu và điện cực: Qua mô phỏng và thực nghiệm, nghiên cứu xác định thép SKD61 phù hợp cho việc làm khuôn dập nóng. Trong quá trình gia công, điện cực đồng (Cu) cho chất lượng bề mặt cao nhất, phù hợp với gia công tinh; trong khi điện cực Graphite (Gr) cho năng suất cao hơn, phù hợp với gia công thô.

- Hiệu quả của bột Titan: Việc trộn bột Titan vào dung dịch điện môi không chỉ tăng năng suất mà còn giúp giảm độ nhám, giảm các vết nứt tế vi và vết lõm trên bề mặt. Đặc biệt, sự hình thành lớp Titan Cacbit (TiC) giúp độ cứng bề mặt tăng xấp xỉ 2-3 lần so với vật liệu phôi ban đầu.

- Thông số công nghệ tối ưu: Nghiên cứu đã xác lập bộ thông số tối ưu cho thép SKD61 gồm: cực tính điện cực Cu(+), cường độ dòng điện I = 1A, thời gian phát xung Ton = 18µs, nồng độ bột C = 5g/l và thời gian nghỉ xung Tof = 18µs.

- Thử nghiệm thực tế: Nhóm đã chế tạo thành công cối dập bằng phương pháp PMEDM. Kết quả kiểm chứng thực tế tại dây chuyền sản xuất cho thấy tuổi thọ của khuôn tăng thêm 121,1%.

- Công bố khoa học: Đề tài đã công bố được 02 bài báo trên các tạp chí quốc tế uy tín thuộc danh mục Scopus (Q2 và Q3).

Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng kỹ thuật xung định hình hòa trộn bột để cải thiện chất lượng bề mặt khuôn dập nóng ngay trong quá trình gia công. Kết quả này không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn góp phần giảm chi phí sản xuất cho doanh nghiệp thông qua việc tăng tuổi thọ phụ tùng thay thế.

Để công nghệ này sớm được áp dụng rộng rãi trong quy mô công nghiệp, nhóm nghiên cứu đưa ra một số kiến nghị:

- Cần thực hiện thêm các đánh giá chi tiết về hiệu quả kinh tế của giải pháp khi triển khai thực tiễn tại nhà máy.

- Mở rộng phạm vi nghiên cứu trên nhiều loại khuôn mẫu có hình dạng phức tạp và kích thước khác nhau.

- Tiếp tục đánh giá sự đồng đều của các hạt cacbit được hình thành trên bề mặt khuôn để đảm bảo tính ổn định cao nhất cho sản phẩm.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 22024/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)