Đang tải... (xem toàn văn)
Chất lượng bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính như khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt, tính trơ hoá học, chống rỉ...có ý nghĩa quyết định đến tuổi thọ , độ tin cậy của chúng. Xu thế nâng cao năng suất và tác động nhanh của thiết bị làm cho điều kiện làm việc của chúng càng thêm khắc nhiệt. Ngoài ra nhu cầu sử dụng thiết bị ngày càng nhiều , trong khi đó giá thành chế tạo cao vì vậy việc phục hồi các chi tiết sau một thời gian làm việc đ• hư hỏng mất giá trị sử dụng (như không đủ kích thước, không đủ độ bền, không đảm bảo liên kết lắp ghép...) có ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn. Tới thế kỷ 20 bề mặt vật liệu đ• được xử lý bằng những công nghệ phủ hoá lý khác nhau.Vật liệu phủ có thể là vật liệu nguyên chất, hợp kim nhiều thành phần polyme gốm silíc, vật liệu quang, từ, với các phương pháp phủ như : phủ điện hoá, hoá học, phun tĩnh điện, phun hồ quang, phun lasma, phun siêu âm, PCD,CDV cấy các ion và đặc biệt là kỹ thuật mạ xoa. Kỹ thuật mạ xoa là sự phát triển mới của kỹ thuật mạ điện, là một nội dung quan trọng của công nghệ bề mặt, ở một số nước trên thế giới, đ• được coi hạng mục kinh tế mới cấp quốc gia và là trọng điểm để nghiên cứu và phổ cập ứng dụng . Mạ xoa cũng giống như các phương pháp mạ điện khác, được chấp nhận và rất hữu ích trong việc tái chế lại các chi tiết máy đ• bị hư hỏng do sử dụng hoặc gia công sai. Hiện nay các chi tiết như vậy đ• được thu hồi và tái sử dụng nhờ công nghệ mạ xoa đặc biệt này, và có khả năng trở về trạng thái mới. Trong nhiều trường hợp các chi tiết này lại có tính chống mòn với tuổi thọ cao hơn chi tiết mới. Do vậy, công nghệ mạ xoa này được ứng dụng rất rộng r•i trong các ngành công nghiệp và quân sự. Mạ xoa là một công nghệ bề mặt tiến. Nó cho phép vừa phục hồi kích thước cừa tạo được chất lượng bề mặt cao về độ cứng, khả năng chịu mài mòn, độ bền. Do đó nó được sử dụng rộng r•i trong nhiều ngành kinh tế như đầu máy toa xe, hàng không, tầu thuyền, cơ giới công trình, thiết bị điện tử.
Mục lục CHƯƠNG I 4 KháI quát về công nghệ mạ xoa .4 I.Tổng quan về mạ xoa .4 II.Quá trình hình thành lớp mạ xoa .5 II.1.Khái niệm về mạ xoa. .5 II.2. Điều kiện tạo thành lớp mạ .6 III.Các thông số công nghệ cơ bản của kỹ thuật mạ xoa 7 IV. Đặc điểm dung dịch mạ xoa. .7 V. Gia công bề mặt kim loại trớc khi mạ 8 8 Chơng II 10 Tổng quan về các sơ đồ chỉnh lu thyristor 10 và nghịch lu .10 I.Các nguồn điện một chiều dùng cho mạ điện 11 I.1.Máy phát điện một chiều .11 I.2. Các sơ đồ chỉnh lu 14 I.2.1 Chỉnh lu nửa chu kì 14 I.2.2 Chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp trung tính 15 I.2.3 Chỉnh lu cầu 1 pha 16 I.2.3.1. Chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng 16 I.2.3.2.Chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng 19 II.Các sơ đồ nghịch lu 24 II.1.Bộ nghịch lu một pha có điểm giữa 25 II.2. Sơ đồ cầu một pha .26 Chơng III 28 Lựa chọn sơ đồ và tính toán các phần tử của sơ đồ 28 I. Lựa chọn các sơ đồ động lực .28 I.1 Lựa chọn khâu chỉnh lu 29 I.1.1.Lựa chọn khâu chỉnh lu có điều khiển 29 I.1.2.Lựa chọn khâu chỉnh lu không điều khiển .30 I.2.Lựa chọn sơ đồ nghịch lu. 30 II. Tính toán các thông số của sơ đồ mạch động lực 31 II.1. Tính chọn Diod cho khâu chỉnh lu không điều khiển 31 II.3.Tính chọn tranzitor và điốt cho khâu nghịch lu .43 II.3.Chọn tụ lọc sau khâu chỉnh lu có điều khiển: .49 II.4.Chọn tiristor và điốt cho mạch chỉnh lu có điều khiển .50 II.5Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực. 52 II.5.1.Tính cho mạch chỉnh lu có điều khiển (I) .52 Chơng IV 57 Thiết kế mạch điều khiển hệ hở và hệ kín .57 I. Thiết kế mạch điều khiển cho khâu nghịch lu 58 1 II. THIếT Kế MạCH ĐIềU KHIểN cho thyiristor 70 II.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .71 II.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ''arccos'' 72 II.3.Một số sơ đồ điển hình các khâu trong mạch điều khiển . 73 II.3.1 Khâu đồng pha 73 II.3.2. Khâu so sánh 75 II.3.3 Khâu khuếch đại tạo xung .78 II.3.4 Mạch tạo xung chùm .79 II.4 - Tính chọn các linh kiện của mạch điều khiển. .83 III. Vấn đề ổn định điện áp .95 Tài liệu tham khảo .106 Lời nói đầu Nhiệm vụ của một sinh viên trớc khi ra trờng là phải thực hiện và bảo vệ thành công đồ án tốt nghiệp của mình. Đây là bớc cuối cùng để một ngời sinh viên 2 trở thành một kỹ s, kết thúc một chặng đờng học tập và rèn luyện dới mái trờng đại học. Giờ đây, trải qua năm năm tu dỡng và trau đồi kiến thức dới mái Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, em đã nhận đợc nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp của mình. Dới sự hớng dẫn của thầy giáo Cao Văn Thành và các thầy cô trong bộ môn, đề tài của em đã đợc hoàn thành. Do thời gian có hạn và trình độ còn hạn chế nên đề tài của em chắc còn nhiều thiếu xót. Rất mong các thầy cô chỉ bảo trong buổi bảo vệ để em rút ra đợc những kinh nghiệm cho công việc sau này. Qua đây, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Bách Khoa đã dìu dắt em trong năm năm học vừa qua. Em xin trân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện - Điện tử đã trực tiếp dạy dỗ và trang bị cho em những kiến thức kỹ năng chuyên nghành bổ ích. Em vô cùng biết ơn thầy Cao Văn Thành là ngời đã trực tiếp và tận tình hớng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Sẽ trở thành một cán bộ kỹ thuật, em luôn tự nhủ phải không ngừng học tập trau dồi kiến thức và kỹ năng, áp dụng sáng tạo những hiểu biết của mình đã học vào những công việc thực tế, để xứng đáng với danh hiệu kỹ s tốt nghiệp từ Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội. 3 CHƯƠNG I KháI quát về công nghệ mạ xoa I.Tổng quan về mạ xoa Chất lợng bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính nh khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt, tính trơ hoá học, chống rỉ .có ý nghĩa quyết định đến tuổi thọ , độ tin cậy của chúng. Xu thế nâng cao năng suất và tác động nhanh của thiết bị làm cho điều kiện làm việc của chúng càng thêm khắc nhiệt. Ngoài ra nhu cầu sử dụng thiết bị ngày càng nhiều , trong khi đó giá thành chế tạo cao vì vậy việc phục hồi các chi tiết sau một thời gian làm việc đã h hỏng mất giá trị sử dụng (nh không đủ kích thớc, không đủ độ bền, không đảm bảo liên kết lắp ghép .) có ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn. Tới thế kỷ 20 bề mặt vật liệu đã đợc xử lý bằng những công nghệ phủ hoá lý khác nhau.Vật liệu phủ có thể là vật liệu nguyên chất, hợp kim nhiều thành phần polyme gốm silíc, vật liệu quang, từ, với các phơng pháp phủ nh : phủ điện hoá, hoá học, phun tĩnh điện, phun hồ quang, phun lasma, phun siêu âm, PCD,CDV cấy các ion và đặc biệt là kỹ thuật mạ xoa. Kỹ thuật mạ xoa là sự phát triển mới của kỹ thuật mạ điện, là một nội dung quan trọng của công nghệ bề mặt, ở một số nớc trên thế giới, đã đợc coi hạng mục kinh tế mới cấp quốc gia và là trọng điểm để nghiên cứu và phổ cập ứng dụng . Mạ xoa cũng giống nh các phơng pháp mạ điện khác, đợc chấp nhận và rất hữu ích trong việc tái chế lại các chi tiết máy đã bị h hỏng do sử dụng hoặc gia công sai. Hiện nay các chi tiết nh vậy đã đợc thu hồi và tái sử dụng nhờ công nghệ mạ xoa đặc biệt này, và có khả năng trở về trạng thái mới. Trong nhiều trờng hợp các chi tiết này lại có tính chống mòn với tuổi thọ cao hơn chi tiết mới. Do vậy, công nghệ mạ xoa này đợc ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp và quân sự. 4 Mạ xoa là một công nghệ bề mặt tiến. Nó cho phép vừa phục hồi kích thớc cừa tạo đợc chất lợng bề mặt cao về độ cứng, khả năng chịu mài mòn, độ bền. Do đó nó đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế nh đầu máy toa xe, hàng không, tầu thuyền, cơ giới công trình, thiết bị điện tử. II.Quá trình hình thành lớp mạ xoa . II.1.Khái niệm về mạ xoa. Mạ xoa là phơng pháp mạ điện khi sử dụng bút xoa. Cơ cấu thiết bị bao gồm: một bộ nguồn điều khiển vô cấp, cấp điện âm(-) cho tiết mạ và điện áp dơng (+) cho bút xoa. Khi thực hiện quá trình mạ xoa, phải có sự chuyển động tơng đối giữa bút xoa và chi tiết mạ trong khi dung dịch mạ đợc cung cấp liên tục bằng máy bơm dung dịch. Quá trình mạ chỉ diễn ra ở những nơi bút xoa chi tiết tiếp xúc với chi tiết gia công. Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống thiết bị mạ xoa đợc thể hiện ở hình 1. Trong dung dịch mạ xoa, chỉ phóng điện hoàn nguyên kết tinh tại nơi tiếp xúc giữa bút mạ xoa và chi tiết. Sự dịch chuyển của bút mạ hạn chế sự lớn lên và sát nhập của các hạt tinh thể, do đó trong lớp mạ tồn tại rất nhiều các hạt tinh thể nhỏ mịn và lệch vị trí, dẫn tới nâng cao củng cố độ cứng của lớp mạ. Dung dịch mạ xoa thông qua bút xoa đợc cung cấp kịp thời lên bề mặt làm việc, rút ngắn quá trình khuếch tán ion kim loại, khiến cho không nảy sinh hiện t- ợng thiếu ion. Do đó hàm lợng ion trong kim loại rất cao cho phép sử dụng dòng điện cao hơn để mạ rất nhiều, do đó hình thành lớp mạ cao. Nguyên lý của kỹthuật mạ xoa có thể biểu thị bằng công thức sau: M n+ +neM Trong đó M n+ : ion kim loại. n : Hoá trị của kim loại. e : Điện tử. m : nguyên tử kim loại. 5 Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị mạ xoa. 1 - Nguồn điện mạ 2 Chi tiết mạ. 3- Bút xoa. 4- Lớp bọc anode. 5 Bơm dung dịch. 6 Khay đựng dung dịch. II.2. Điều kiện tạo thành lớp mạ. Muốn hoà ta kim loại vào lớp mạ vào trong dung dịch hay làm kết tủa ion kim loại đó trên bề mặt lớp nền thì cần phải tiêu tốn một điện thế để tạo sự cân bằng giữa kim loại điện cực và ion của nó trong dung dịch và điện thế này gọi là điện thế cực. Mặt khác, nồng độ ion M + ở vùng catốt và bên trong dung dịch có sự sai lệch nên sinh ra một hiệu điện phân cực nồng độ. Việc xuất hiện các nguyên tố xung quanh điện cực mà chủ yếu là hiđrô ở catốt và ion ở anốt đã tạo ra một hiệu điện thế gọi là phân cực hoá học. Ngoài ra cũng cần một năng lợng để giải phóng các nguyên tố đã phóng điện ở trên điện cực đợc gọi là quá thế. Vì thế để tạo thành lớp mạ điện thì điện thế đặt lên anốt và catốt phải lớn hơn hoặc bằng điện thế điện cực, các thế phân cực và quá thế cộng lại nhng phải ngợc dấu với chúng. II.3. Đặc điểm của lớp mạ kim loại : - Lớp mạ mịn không có tạp chất, chịu mài mòn tốt. 6 5 6 1 2 3 4 - Độ dày của lớp mạ phục hồi thờng là 0,001-2 mm. Khi phục hồi rãnh, độ dày của lớp mạ có thể đạt đợc 3mm. - Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào vật liệu mạ song thờng ở trong khoảng nh sau : + Cu: 15ữ20 HRC + Ni: 48ữ52 HRC + Cr: 58ữ65 HRC III.Các thông số công nghệ cơ bản của kỹ thuật mạ xoa. Điện thế và dòng điện mạ ảnh hởng trực tiếp đến chất lợng lớp mạ. Nếu điện thế cao, dòng điện mạ xoa lớn, tốc độ dòng mạ xoa tăng nhanh, dễ hình thành lớp mạ thô xốp. Dòng điện lớn làm phát sinh nhiều nhiệt, tăng nhiệt độ dung dịch mạ xoa, tốc độ mạ xoa càng nhanh , bề mặt lớp mạ càng khô nhanh, làm tốn nhiều dung dịch mạ, dơng cực dễ bị cháy khiến cho lớp mạ bị đen và thô rám, thậm chí bong ra do quá nhiệt. Nếu điện thế quá thấp hơn yêu cầu , tốc độ hình thành lớp mạ quá chậm, đồng thời lớp mạ cũng thấp. Muốn cho lớp mạ đảm bảo hiệu sản xuất, cần xác định phạm vi sử dụng của hiện điện thế tuỳ theo dung dịch mạ. IV. Đặc điểm dung dịch mạ xoa. - Dung dịch mạ xoa phần lớn là dung dịch của các hợp chất hữu cơ của kim loại hoà tan trong nớc và có tính ổn định cao. - Dung dịch mạ xoa có hàm lợng ion trong dung dịch cao hơn dung dịch mạ điện thông thờng một vài lần cho nên năng suất rất cao. Tốc độ mạ gấp 3 đến 5 lần dung dịch bình thờng. - Nhìn chung phần lớn các dung dịch mạ xoa không cháy, không độc vì phần lớn dung dịch mạ là trung tính, do đó có thể đảm bảo thao tác thủ công an toàn. - Tính ổn địng của dung dịch mạ xoa cho phép có thể sử dụng tuần hoàn trong một thời gian dài, trong một phạm vi nhiệt độ , mật độ dòng tơng đối rộng 7 trong quá trình sử dụng mà không cần thiết phải điều chỉnh nồng độ của ion kim loại. - Hiện nay đã chế tạo thành công ở thể rắn thành phần của dung dịch mạ xoa khiến cho việc vận chuyển và bảo quản rất thuận tiện. V. Gia công bề mặt kim loại trớc khi mạ. Đây là công đoạn quan trọng nhất trớc khi tiến hành phơng pháp mạ bởi vì nó có tính chất quyết định đến chất lợng sản phẩm mạ. Nhiệm vụ của công đoạn này là làm sạch hết các lớp rỉ, các màng ôxit, màng dầu mỡ, tạp chất và làm sạch bề mặt chi tiết kim loại mạ, giúp cho các nguyên tử kim loại mạ dễ dàng gắn trên bề mặt chi tiết kim loại mạ tạo lớp mạ bền và mịn. Quá trình gia công bề mặt kim loại mạ gồm hai bớc : 1. Gia công cơ học Trớc tiên chi tiết đợc mài và đánh bóng, công đoạn này nhằm làm sạch hết rỉ, các màng oxit, tạp chất . để bề mặt chi tiết đợc đồng đều và nhẵn hơn. Sau đó tiến hành đánh bóng dùng cát mịn và chất đánh bóng để bề mặt chi tiết đợc nhẵn thêm và bóng sáng hơn. Gia công cơ học gồm có : - Đối với những vật bé, nhỏ ngời ta dùng phơng pháp quay để làm sạch bề mặt cho vật đó khỏi các tạp chất và màng ôxit đồng thời tạo độ bóng cho vật đó. - Đối với các vật có nhiều khe kẽ răng rãng . có thể sử dụng bàn chải quay bằng dây thép đồng thau hoặc bằng rễ cây và thờng chải ớt bằng dung dịch xà phòng. - Đối với các vật mạ có kích thớc to và khó di chuyển thì dùng tia cát hoặc tia nớc có áp suất cao phun lên bề mặt gia công làm bong hết chất bẩn dầu mỡ và màng ôxit. 2. Làm sạch bề mặt vật mạ. 8 Sau quá trình gia công cơ học trên bề mặt vật thể còn bám lại các chất dầu mỡ và chất đánh bóng.Do đó phải tẩy sạch vật thể rồi mới đem đi mạ , quá trình gồm các bớc sau. Tẩy bằng dung môi hữu cơ . Làm sạch các loại dầu , mỡ khoáng, thuốc đánh bóng, dầu mỡ bảo quản . sau khi tẩy trong dung môi hữu cở trên bề mặt vật thể vẫn còn một lớp dầu mỡ mỏng nhng vẫn đủ làm giảm độ gắn bám của lớp mạ đối với kim loại nền. Để loại bỏ hoàn toàn lớp mỏng dầu mỡ này ta phải tẩy tiếp bằng ph- ơng pháp hoá học và điện hoá. - Dầu mỡ bám trên bề mặt vật nền có hai loại : Là loại có nguồn gốc thực vật nh este phức tạp của glixerin và những axit béo bậc cao nh stear palmitic . và các loại có nguồn gốc khoáng vật là các hỗn hợp của hydrocácbon nh paraphin dầu máy mỡ kỹ thuật. Nhiệm vụ của dầu máy mỡ kỹ thuật là làm sạch cả hai loại này khỏi bề mặt vật nền. Loại nguồn gốc thực vật có thể tác dụng với xút tạo thành xà phòng nên tan trong nớc. Loại có nguồn gốc khoáng không có khả năng xà phòng hoá nên ta có thể tẩy chúng bằng chất tẩy rửa đặc biệt. Khi tẩy dầu mỡ hoá học thí cả hai quá trình trên đều xảy ra. Vì vậy dung dịch tẩy dầu mỡ hoá học có chất lợng cao phải thấm ớt tốt bề mặt cần tẩy và ngấm sâu vào chất bẩn cần tẩy hoà tan,xà phòng hoá đợc dầu mỡ động thực vật và dễ rửa sạch sau khi tẩy. Trong công nghiệp dung dịch tẩy có các thành phần nh xút, phốt phát thuỷ tinh lỏng, xà phòng, chất tẩy rửa tổng hợp. Ngoài ra còn dùng thêm chất hoạt đông bề mặt để làm tăng hiệu quả tẩy rửa, thờng lừ các chất tạo bọt hoặc các sản phẩm khác dùng trong tẩy rửa. 3. Tẩy dầu mỡ điện hoá. Đợc thực hiện với một thời gian ngắn trong khâu làm sạch lần cuối để lấy đi màng dầu mỡ còn sót lại sau lần tẩy trớc. Dung dịch tẩy điện hoá có thành phần giống nh dung dịch bằng các bọt hyđro trên catốt hoặc bọt ôxi trên anốt : Khi 9 nhúng kim loại dính dầu mỡ vào dung dịch kiềm, do tác dụng của sức căng bề mặt nên màng dầu mỡ bị nứt vỡ và co lại thành giọt. Dới tác dụng của phân cực, độ bám của màng dầu mỡ trên kim loại yếu đi, các giọt dầu co lại mạnh hơn đồng thời tính thấm nớc của kim loại tăng lên. Các bọt khí nhỏ tách khỏi bề mặt kim loại sẽ bám lên các giọt dầu cạnh đó. Dần dần bọt khí lớn lên ôm lấy giọt dầu và cùng tách khỏi bề mặt kim loại. Nhợc điểm của tẩy dầu mỡ điện hoá là khó tẩy sạch các khe, chỗ khuất, lỗ và cho các vật có hình thù phân tán thì khả năng phân bố của dung dịch thấp. TT Tên nguyên công Mục đích nội dung sử dụng Chú thích 1 Chuẩn bị bề mặt Khử dầu, mài sửa bề mặt che chắn, bề mặt không mạ 2 Làm sạch bằng điện hoá Khử dầu bằng điện hoá Nối ngợc cực 3 Hoạt hoá bề mặt Dùng điện phân tiếp xúc bề mặt khử cặn cácbon Nối ngợc cực 4 Hoạt hoá bề mặt Dùng điện phân tiếp xúc bề mặt khử cặn cácbon Nối ngợc cực 5 Mạ lớp lót Mạ tốt lớp lót, nâng cao độ bám dính bề mặt Nối thuận cực 6 Mạ lớp kích thớc Phục hồi nhanh kích thớc của chi tiết Nối thuận cực 7 Lớp mạ làm việc Đạt độ chính xác về kích th- ớc, đáp ứng yêu cầu về tính năng của bề mặt Nối thuận cực 8 Xử lý sau khi mạ Thổi khô, sấy khô, bôi dầu ram thấp, mài, đánh bóng Lựa chọn theo nhu cầu Chơng II Tổng quan về các sơ đồ chỉnh lu thyristor và nghịch lu Trong nền kinh tế quốc dân nhiều nghành sản suất nh mạ điện, luyện kim, hoá chất,giao thông vận tải đòi hỏi phải dùng nguồn một chiều,và ngày nay vẫn không thể thay thế đợc dòng điện một chiều,mặc dù việc dùng dòng điện xoay chiều là phổ biến. 10