Tài liệu Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu nâng cao khả năng chống mài mòn cho bộ khuôn ép gạch mộc thông tâm trong dây chuyền sản xuất vật liệu xây dựng eva 350.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG MÀI MÕN CHO BỘ KHUÔN ÉP GẠCH MỘC THÔNG TÂM TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG EVA 350. Học Viên: Trần Anh Đức Lớp: CHK12 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: PGS.TS: Vũ Quí Đạc THÁI NGUYÊN – 2011 1. Tính cấp thiết của đề tài: Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa, việc chế tạo các chi tiết, sản phẩm cơ khí để thay thế và sửa chữa trong các thiết bị máy móc, dây chuyền sản xuất, có chất lượng tốt tương đương sản phẩm mới hay sản phẩm nhập ngoại nhưng giá thành được các nhà sản xuất trong nước chấp nhận là một điều có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển của nền công nghiệp nước ta trong công cuộc hội nhập với nền công nghiệp của thế giới. Các chi tiết như : vanh ép gạch lát nền, chày cối dập chảy, khuôn ép gạch chịu lửa hay bộ khuôn trong máy đùn ép gạch của các nhà máy sản xuất gạch tuynel …vv là những ví dụ tiêu biểu cho trường hợp nói trên. Tuy chúng là những chi tiết hoặc bộ phận nhỏ trong cả dây truyền sản xuất hoặc thiết bị máy móc, nhưng chúng có những vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống. Vì phải làm việc trong môi trường có cường độ mài mòn cao, lực va đập lớn, ma sát lớn …. Nên các bộ phận này có tuổi thọ rất kém, luôn phải sửa chữa và thay thế, dẫn đến năng suất sản xuất và hiệu quả kinh tế bị giảm đi đáng kể. Chính vì vậy, mà việc nghiên cứu để tìm ra biện pháp nâng cao chất lượng của các bộ khuôn là một sự cần thiết cho khoa học và cho thực tiễn. Đây là cơ sở cho việc thiết kế và chế tạo các bộ khuôn, đặc biệt là bộ khuôn dành cho máy đùn ép gạch trong dây truyền sản xuất của các nhà máy sản xuất gạch tuynel. Nó đáp ứng được nhu cầu rất cấp thiết hiện nay của các nhà máy sản xuất gạch tuynel trên cả nước nói chung và các nhà máy sản xuất gạch ở tỉnh Thái Bình nói riêng. Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu nâng cao khả năng chống mài mòn cho bộ khuôn ép gạch mộc thông tâm trong dây chuyền sản xuất vật liệu xây dựng EVA 350.” nhằm nâng cao năng suất, hạ giá thành sản phẩm là rất cần thiết cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng hiện nay. 2. Ý nghĩa của đề tài 2 a) Ý nghĩa khoa học : Kết quả của việc nghiên cứu sẽ góp phần bổ xung cho cơ sở lý thuyết về tương tác ma sát và mòn giữa đất ướt và vật liệu khuôn trong môi trường chân không, từ đó đưa ra các giải pháp công nghệ chế tạo khuôn đặc biệt là bộ khuôn làm gạch đỏ thông tâm trong máy đùn ép chân không của hệ thống SX gạch tuynel b) Ý nghĩa thực tiễn : Thiết kế chế tạo được bộ khuôn gạch trong máy đùn ép chân không của hệ thống SX gạch tuynel có chất lượng cao sẽ đáp ứng được nhu cầu rất cấp thiết về chất lượng và hiệu quả của các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng ở nước ta nói chung và ở địa phương tỉnh Thái Bình nói riêng. 3. Mục đích nghiên cứu của đề tài : - Mục đích cơ bản của đề tài là nghiên cứu nâng cao khả năng chống mài mòn cho bộ khuôn ép gạch mộc thông tâm của máy đùn ép chân không trong hệ thống SX gạch tuynel. - Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao chất lượng chế tạo như : chọn vật liệu, chế độ gia công cơ, nhiệt luyện cho đến cách lựa chọn phối hợp nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất gạch tuynel. Chương I TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH THÔNG TÂM VÀ BỘ KHUÔN ÉP TRONG MÁY ÉP CHÂN KHÔNG. I.1 Giới thiệu chung. Ngày nay cùng với sự phát triển của đất nước ngành cơ khí nói chung và cơ khí gia công nói riêng cũng không ngừng phát triển cả về chiều sâu, chiều rộng. Cơ khí được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực từ nông nghiệp, sản xuất dân dụng, y tế, xây dựng, quốc phòng v v… Đối với ngành công nghiệp xây dựng cơ khí đóng một vai trò then chốt trong việc cơ giới hóa quá trình sản 3 xuất, từ các thiết bị vận chuyển, nâng hạ đến sản xuất vật liệu xây dựng. Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng như khai thác cát, đá, sản xuất xi măng, gạch, ngói, đá ốp lát…Ngày càng được áp dụng những thành tựu của khoa học kĩ thuật trong đó có sự góp mặt của ngành cơ khí với mức độ, quy mô ngày càng tiên tiến và đa dạng hơn. Số lượng các công trình xây dựng bao gồm xây dựng dân dụng và xây dựng công nghiệp ngày càng tăng làm cho nhu cầu về vật liệu xây dựng ngày càng lớn nhất là với loại vật liệu xây dựng phổ thông như gạch lát nền,gạch xây,ngói. Chính vì vậy sự ra đời của các dây chuyền sản xuất gạch, ngói của các công ty cơ khí trong và ngoài nước là nhu cầu tất yếu.Chúng đa dạng về chủng loại, kiểu dáng, quy mô…Như dây chuyền sản xuất gạch tuynel của công ty cổ phần cơ khí số 4 bộ xây dựng, công ty cổ phần máy và thiết bị xây dựng Viglacera, hay dây chuyền của công ty cổ phần cầu Đuống là những dây chuyền do các công ty trong nước sản xuất .Còn các công ty nước ngoài cũng tham gia vào lĩnh vực này như : công ty DEYI HEAVY của Trung Quốc hay một số dây chuyền Chang Yil của Đài Loan, công ty Tháng Mười Đỏ (CH Ucraina)…vv với công suất và giá thành đa dạng theo nhu cầu của các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng. Trong quá trình sản xuất vấn đề được đặt ra là có rất nhiều chi tiết cần phải sửa chữa hoặc thay thế mà những nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng phải mua đồng bộ từ phía nhà sản xuất hoặc nhập khẩu dẫn đến làm tăng chi phí và giảm hiệu quả sản xuất,trong khi sự cạnh tranh về giá thành và chất lượng của sản phẩm là rất gay gắt Do đó để có thể sản xuất được các sản phẩm chi tiết thay thế với chi phí hợp lý và hiệu quả cao là điều mà các nhà sản xuất vật liệu xây dựng đang rất mong chờ.Đối với dây chuyền sản xuất gạch thì các chi tiết cơ khí phải sửa chữa và thay thế nhiều nhất nằm trong thiết bị máy đùn ép chân không của dây chuyền. Ở đó các chi tiết phải sửa chữa và thay thế thường xuyên 4 như :dao xé đất, trục vít tải sơ cấp và thứ cấp, xilanh, đầu đùn và khuôn ép tạo hình sản phẩm . Hiện nay một số công ty chế tạo cơ khí đã sản xuất các chi tiết phục vụ cho việc thay thế ,sửa chữa cho các dây chuyền, thiết bị trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng như khuôn, Trục xoắn ruột gà (vít tải), đầu đùn... Hay một số cá nhân đã có những đề tài nghiên cứu nhằm cải tiến công nghệ, thiết kế sản xuất các chi tiết thay thế có chất lượng tương đương nhập ngoại như đề tài nghiên cứu cơ chế mòn khuôn ép gạch ceramic, tính độ tin cậy và tuổi bền của vanh ép gạch ceramic đã thu được những thành công nhất định. Tuy nhiên chưa có đề tài nào đề cập đến vấn đề nghiên cứu để nâng cao khả năng chống mài mòn hay nâng cao tuổi thọ cho các chi tiết trong dây chuyền sản xuất gạch tuynel. Chính vì vậy và dưới sự định hướng của giáo viên hướng dẫn chính PGS.TS Vũ Quí Đạc tác giả đã quyết định bắt tay vào nghiên cứu về cơ chế gây ra mòn đối với các chi tiết này và giải pháp để nâng cao giới hạn chống mài mòn hay nói cách khác là nâng cao tuổi thọ của chúng. Để hiểu rõ cấu tạo cũng như quá trình làm việc của khuôn ép trước tiên tác giả xin giới thiệu tổng quan về sơ đồ và nguyên lý hoạt động của dây chuyền sản xuất gạch tuynel và cấu tạo của khuôn ép tạo hình của máy nhào đùn chân không trong dây chuyền. I.2.1 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất gạch tuynel EVA350 I.2.2 Các thông số và đặc tính kỹ thuật của một số thiết bị cơ bản trong dây chuyền I.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống dây chuyền I.2.4 Cấu tạo máy nhào đùn chân không EVA 350 I.2.5 Cấu tạo khuôn ép tạo hình gạch I.2.6. Nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép Chương II NGHIÊN CỨU VỀ MÒN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÒN KHUÔN 5 I. Khái niệm về mòn: Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt hay sự tách vật liệu từ một hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau. Hãy nói cách khác mòn xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt. Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không chút vật liệu nào tách ra. Sau đó vật liệu bị tách ta từ một bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra thành những hạt mài rời. Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này sang bề mặt khác, thể tích hay khối lượng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng không mặc dù một bề mặt vẫn bị mòn. Ta có thể định nghĩa mòn nói chung dựa trên sự mất mát của vật liệu, nhưng sự phá huỷ của vật liệu do biến dạng mà không kèm sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tích của vật cũng là một dạng mòn. Giống như ma sát, mòn không phải là tính chất của một vật liệu mà là sự phản ứng của một hệ thống. Các điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới mòn ở bề mặt tiếp xúc chung. Rất sai lầm đôi khi cho rằng ma sát lớn trên bề mặt tiếp xúc chung là nguyên nhân mòn với tốc độ cao. Ví dụ các cặp bề mặt tiếp xúc sử dụng chất bôi trơn rắn và chất dẻo cho ma sát tương đối thấp nhưng mòn lại tương đối cao, trái lại ceramics cho ma sát trung bình nhưng mòn lại rất thấp. Thường hệ số ma sát trượt của đa số cặp vật liệu thay đổi trong phạm vi từ 0,1 đến 1 nhưng tốc độ mòn có thể thay đổi trong phạm vi rất lớn. Điều này được giải thích là do mòn liên quan đến nhiều hiện tượng đa dạng kết hợp với nhau theo kiểu không thể dự đoán trước được và thay đổi trong phạm vi rộng. Mòn có thể có hại hoặc có ích. Khi viết bằng bút chì, mài, đánh bóng và cạo là các ví dụ về mòn có lợi. Mòn là điều không mong muốn trong các bộ phận và chi tiết như ổ, phớt, bánh răng và cam. Chi tiết có thể phải thay thế khi bị mòn một lượng rất nhỏ hoặc nếu như bề mặt bị quá ráp. 6 Trong các hệ được thiết kế tốt về ma sát, mòn và bôi trơn, quá trình mòn xảy ra rất chậm nhưng ổn định và liên tục. Tuy nhiên sự sinh ra và tuần hoàn của các hạt mài trên các bề mặt tiếp xúc chung có kích thước lớn hơn ke hở tiếp xúc có thể tạo nên tác dụng nghiêm trọng hơn là lượng mòn thực tế. Trong phần này tác giả sẽ đề cập đến các cơ chế mòn khác nhau và các dạng hạt mòn cũng như các dữ liệu tiêu biểu về mòn vật liệu. II. Các dạng mòn có thể xảy ra: II.1. Mòn do dính: Mòn do dính xảy ra khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau. Dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp tuyến, khi sự trượt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trượt ( biến dạng dẻo) dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời. Một số mảnh mòn còn được sinh ra do quá trình mòn ở đỉnh các nhấp nhô. Mòn do dính xảy ra khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau. Dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp tuyến, khi sự trượt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trượt ( biến dạng dẻo) dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời. Một số mảnh mòn còn được sinh ra do quá trình mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô. Khi hai vật liệu khác loại kết hợp với nhau, các mảnh mòn của cả hai loại vật liệu đều được tạo thành tuy nhiên các mảnh từ vật liệu mềm hơn thường lớn hơn. Sự tồn tại các khuyết tật và vết nứt trong vật liệu cứng hơn tạo nên các vùng cục bộ có sức bền thấp. Khi những vùng này trùng với các vùng cục bộ có sức bền cao của vật liệu mềm hơn sẽ tạo nên các mảnh mòn của vật liệu cứng hơn.Những mảnh mòn loại này cũng có thể tạo nên do mỏi sau một số chu kỳ chịu tại và bỏ tải II.2. Mòn do cào xước: 7 Mòn do cào xước xảy ra khi các nhấp nhô của một bề mặt cứng và ráp hoặc các hạt cứng trượt trên một bề mặt mềm hơn và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng độ biến dạng dẻo hoặc nứt tách. Trong trường hợp vật đối tiếp là vật liệu dẻo có độ dai và đập cao ( kim loại và hợp kim ), đỉnh các nhấp nhô cứng hoặc các hạt cứng sẽ gây nên biến dạng dẻo của vật liệu mềm hơn trong cả trường hợp tải nhẹ nhất. Trong trường hợp vật liệu giòn có độ dai đập thấp, mòn xảy ra do nứt tách khi đó trên vùng mòn nứt tách là biểu hiện chủ yếu. Có hai trường hợp mòn do cào xước. Trong trường hợp thứ nhất( cào xước hai vật) bề mặt cứng là bề mặt cứng hơn trong hai bề mặt trượtMòn sẽ không xảy ra nếu bề mặt cứng hơn tuyệt đối phẳng và nhẵn.Trong trường hợp thứ hai ( cào xước ba vật), bề mặt cứng là bề mặt thứ ba, các hạt cứng nằm giữa hai bề mặt khác và đủ cứng để mài một trong hai bề mặt này.Mòn cũng không thể xảy ra nếu các hạt mài quá bé hoặc mềm hơn các bề mặt trượt. Trong nhiều trường hợp mòn bắt đầu do dính tạo nên các hạt mòn ở vùng tiếp xúc chung, các hạt mòn này sau đó bị ôxy hoá, biến cứng và tích tụ lại là nguyên nhân tạo nên mòn hạt cứng ba vật. Trong một số trường hợp hạt cứng sinh ra và đưa vào hệ thống trượt từ môi trường. Các nghiên cứu thực nghiệm về mòn do hạt cứng cho thấy hiện tượng cào xước trên bề mặt mềm hơn thể hiện bằng hàng loạt các rãnh song song với hướng trượt. Trên mặt cắt ngang biến dạng dẻo của các lớp dưới bề mặt ít hơn so với mòn do dính.Tuy nhiên độ cứng tế vi của bề mặt mòn tăng từ 10 -80%. II.2.1.Mòn do cào xước bằng biến dạng dẻo Vật liệu tách khỏi bề mặt thông qua biến dạng dẻo trong qua trình mòn do cào xước có thể xảy ra theo vài chế độ biến dạng bao gồm cày ( plowing), dồn ép vật liệu ( wedge formation) và cắt. Cày là hiện tượng tạo rãnh do hạt cứng trượt và gây ra biến dạng dẻo của vật liệu mềm hơn. Trong qúa trình cày, 8 vật liệu bị biến dạng bị dồn sang hai bên của rãnh mà không bị tách ra. Tuy nhiên sau nhiều lần như thế phần vật liệu này có thể bị tách ra khỏi cơ chế mỏi chu kỳ thấp. Qúa trình cày cũng gây nên biến dạng dẻo của các lớp dưới bề mặt và có thể góp phần vào sự hình thành mầm các vết nứt tế vi. Quá trình chịu tải và bỏ tải tiếp theo ( mỏi chu kỳ thấp và ứng suấ cao) làm các vết nứt tế vi song song với bề mặt phát triển, lan truyền, liên kết với nhau tạo thành các mảnh mòn mỏng. Trong trường hợp vật liệu rất mềm như indium và chì, khối lượng mòn sinh ra rất nhỏ và vật liệu bị biến dạng sẽ dịch chuyển sang hai bên của rãnh. Sự hình thành lượng vật liệu dồn ép ở phía trước của hạt cứng là một dạng mòn do cào xước. Một hạt cứng khi trà sát trên bề mặt sẽ tạo nên một rãnh và một lượng vật liệu bị dồn ép ở phía trước của nó. Điều này thường xảy ra khi tỷ số giữa sức bền cắt của bề mặt tiếp xúc chung đối với sức bền cắt trong lòng vật liệu cao ( 0,5 – 1). Khi này chỉ một phần vật liệu bị biến dạng sang hai bên rãnh còn phần lớn sẽ dồn ép về phía trước của hạt cứng tạo nên hiện tượng này. Dạng cắt của mòn do cào xước xảy ra khi hạt cứng với góc tiếp xúc lớn di chuyển tạo nên rãnh và tách vật liệu ra khỏi rãnh dưới dạng mảnh mòn có dạng giống như phoi dây hoặc vụn. Quá trình này xảy ra chủ yếu là do cắt còn lượng vật liệu bị biến dạng sang hai bên rãnh là rất nhỏ. II.3. Mòn do va chạm. Mòn do va chạm gồm 2 loại chính: erosion gây ra bởi các tia, dòng các hạt rắn, các hạt chất lỏng và sự vỡ ra của bọt hình thành trong chất lỏng và mòn do va chạm theo chu kỳ của các vật rắn. II.3.1. Mòn do va chạm của hạt cứng ( erosion) Erosion là hiện tượng va chạm của các hạt cứng. Đây là một dạng của mòn cao xước do hạt cứng gây ra nhưng có đặc trưng riêng đó là ứng suất tiếp xúc sinh ra do năng lượng động lực học của các hạt khi va chạm vào bề mặt. Tốc độ của hạt, góc và chạm kết hợp với kích thước của các hạt tạo nên năng lượng va chạm của chúng tỉ lệ với 9 bình phương vận tốc. Các hạt mòn do va chạm tách ra khỏi bề mặt sau một số chu kỳ va chạm nhất định. Đối với vật liệu dẻo, người ta đã quan sát được hai cơ chế mòn cơ bản do va chạm của hạt cứng đó là cắt ( cutting erosion) và cày ( ploughing erosion). Tuy nhiên mức độ mòn gây bởi hai chế này cũng phục thuộc vào góc chạm. ở chế độ cắt mòn xảy ra mạnh nhất theo phương grazing và chế độ cày theo phương vuông góc. Độ cứng bề mặt và tính dẻo là hai tính chất quan trọng nhất của vật liệu chống lại mòn do va chạm cắt và biến dạng dẻo của hạt cứng. Mòn do va chạm của các hạt cứng là một vấn đề quan tâm trong máy móc như sự va chạm của các hạt cát vào cánh tua bin, cánh máy bay lên thẳng, cánh quạt máy bay, chắn gió máy bay, đầu phun cắt, tua bin than, tua bin thuỷ lực bơn ly tâm sử dụng bơm bùn than. Tuy nhiên va chạm cứng cũng có nhiều ứng dụng có lợi trong việc làm sạch các bề mặt của chi tiết máy. II.3.2. Mòn do va chạm của các vật liệu rắn ( percussion) Percussion là va chạm có chu kỳ của vật thể rắn thường gặp ở đầu búa in trong máy in, các ứng dụng điện cơ cao tốc va trong các nhấp nhô bề mặt nhô cao trong ổ bôi trơn khí. Trong phần lớn các ứng dụng va chạm liên quan đến trượt nghìa là bao gồm cả thành phần pháp và tiếp. Mòn do percussion xảy ra nhờ cơ chế hybrid là sự kết hợp của một loạt cơ chế: dính, hạt cứng, mỏi bề mặt, nứt tách và tribochemical. II.4. Mòn hoá học Mòn hoá học xảy ra khi các bề mặt đối tiếp hoạt động trong môi trường có hoạt tính hoá học. Trong không khí nguyên tố có hoạt tính hoá học nhất là oxy, do đó mòn hoá học trong không khí đôi khi gọi loà mòn do ôxy hoá. Khi các bề mặt đối tiếp không có chuyển động tương đối, sản phẩm ăn mòn hoá học là lớp màng bề mặt có chiều dày nhỏ hơn 1µ có xu hướng cản trở hoặc ngăn quá trình ăn mòn tiếp tục phát triển. Nhưng khi trượt xảy ra giữa hai bề mặt, lớp màng do ăn mòn hoá học bị cuốn đi vì thế các phản ứng 10 hoá học lại tiếp tục xảy ra. Mòn hoá học vì vậy cần điều kiện cả phản ứng hoá học và chuyển động trượt tương đối để làm vỡ lớp màng hoá học. Mòn hoá học là một hiện tượng cần quan tâm, đặc biệt trong các ngành công nghiệp như mỏ, tuyển khoáng, dây chuyền hoá học, xử lý bùn, nước thải. Mòn hoá học xảy ra do sự tương tác hoá học hoặc điện hoá của bề mặt chi tiết với môi trường. Mòn hoá học xảy ra trong môi trường ăn mòn, nhiệt độ và độ ẩm cao. Mòn điện hoá xảy ra khi phản ứng hoá học đi kèm theo với tác dụng của dòng điện xảy ra trong qúa trình điện phân. Sự tồn tại của chất bôi trơn có tác dụng cô lập các bề mặt tiếp xúc khỏi môi trường ăn mòn hoá học. Tuy nhiên các chất ăn mòn có thể hoà tan voà chất bôi trơn như nước vào dầu và chất bôi trơn cũng bị phân tích để trở nên có hoạt tính hoá học mạnh hơn. Khi ăn mòn hoá học là nguyên nhân chính của mòn, một tương tác phức tạp giữa các cơ chế mòn khác nhau luôn tồn tại. Đầu tiên mòn có thể là do dính hoặc do cào xước sau đó là sự kết hợp của mòn hoá học và mòn do cào xước, ứng suất tiếp xúc cao có thể làm tăng ăn mòn cục bộ dẫn đến sự tạo thành các lỗ châm kim trên bề mặt. ứng suất dư trong lòng kim loại có thể gây ra nứt do kết hợp với sự ăn mòn trong môi trường hoạt tính cao. Hiện tượng này kết hợp vợi sự trượt bề mặt có thể gây ra mòn mạnh giống như sự ăn mòn của một pha trong hợp kim ổ hai pha. Hiện tượng ăn mòn hoá học đôi khi cũng có lợi, lớp màng ôxy hoá và các sản phẩm của sự ăn mòn có thể ngăn cản dính giữa các nhấp nhô và giảm mòn kim loại trong chân không. II.5. Mòn Tribochemical II.6. Mòn fretting III . Mòn vật liệu III. 1. Mòn kim loại và hợp kim III .1.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mòn ôxy hoá III.1.2. Ảnh hưởng của điều kiện vận hành III.2. Ma sát và mòn chất dẻo 11 III.2.1 Ma sát của chất dẻo III. 2.2. Mòn chất dẻo III. 2.2.1 Với tiếp xúc phẳng III. 2.2.2 Với tiếp xúc trụ III. 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới mòn của ổ chất dẻo: IV.1. Ảnh hưởng của các lớp màng bề mặt IV.1.1. Mòn trong chân không IV.1.2. Lớp màng ôxy hóa IV.1.3. Bôi trơn nửa ướt ( boundary) IV.2. Tác dụng của nhiệt độ IV.3. Tác dụng của tải trọng IV.5. Ảnh hưởng của cấu trúc tế vi IV.6. Ảnh hưởng của biên giới hạt IV.7. Quan hệ giữa ma sát và mòn V. Thành phần nguyên liệu và ảnh hưởng của chúng tới quá trình mòn khuôn V.1. Đất sét Đây là thành phần nguyên liệu chủ yếu được dùng để sản xuất gạch, chúng chiếm tới 40% – 50% tỷ trọng của hỗn hợp nguyên liệu. Nếu phân loại theo chỉ số dẻo IP (Index Plastic) hay cách phân loại theo tiêu chuẩn đất của Việt Nam thì đất sét được dùng ở các nhà máy sản xuất VLXD trên địa bàn tỉnh Thái Bình chủ yếu thuộc loại đất á sét có chỉ số IP dao động từ 7 – 15. Trong hỗn hợp nguyên liệu đất sét đóng vai trò vật liệu liên kết các thành phần nguyên liệu trong khâu tạo hình và tạo độ rắn chắc của gạch sau khi được nung ngoài ra đất sét còn tạo màu sắc thẩm mỹ trong kỹ thuật xây dựng vv … Xét về khía cạnh tương tác với khuôn thì thành phần đất sét b nhưng khả chỉ có tương tác cơ học ở khía cạnh mài mòn năng mài mòn cũng như ăn mòn của đất sét là thấp hơn nhiều so với các thành phần khác trong hỗn hợp của nguyên liệu V.2. Đất cát – đất pha cát Đây cũng là thành phần chiếm tỷ trọng lớn trong hỗn hợp chỉ đứng sau thành phần đất sét nó chiếm khoảng 25% 12 40% tổng khối lượng trong hỗn hợp. Theo cách phân loại đất của Việt Nam thì loại đất này có tên gọi là đất á cát, có chỉ số dẻo IP <=7. Nó đóng vai trò là chất độn thay thế cho đất sét vì khả năng khai thác dễ nên có giá thành rẻ và đem lại hiệu quả kinh tế cho nhà sản xuất. Sau khi nung thành phần cát sẽ cho sản phẩm một màu nâu tím (tuỳ vào tỷ trọng và nhiệt độ nung) tạo cảm giác sản phẩm gạch được nung già hơn so với gạch có tỷ trọng thành phần đất cát thấp hoặc không có (điều đó cũng giúp cho nhà sản xuất dễ bán sản phẩm hơn) Đối với khuôn ép tạo hình hay các chi tiết trong máy nhào đùn chân không thì cát là một trong những vật liệu gây ra lượng mài mòn lớn nhất. Nó đóng vai trò như những hạt mài với kích thước nhỏ nhưng sắc, nhọn làm cho bề mặt các chi tiết máy tiếp xúc và chuyển động đối tiếp với chúng nhanh chóng bị mài mòn các bề mặt ,làm giảm kích thước, hình dáng và làm giảm năng suất, hiệu quả làm việc của máy đi nhiều lần khi đã bị mòn. V.3. Than. Than là thành phần không thể thiếu trong hỗn hợp nguyên liệu được sử dụng làm gạch nó chiếm tỷ lệ từ khoảng 4% - 8% tỷ trọng trong khối lượng của hỗn hợp (tùy thuộc vào chất lượng của than) . Nó đóng vai trò là nhiên liệu kết hợp với than rời được đốt bên ngoài để nung gạch hay đóng vai trò của vật liệu liên kết trong viên gạch. Ngoài ra sau khi nung nó biến thành xỉ than và làm cho viên gạch có trọng lượng nhẹ hơn. Xét về góc độ ảnh hưởng của than với khuôn thì than có tác động giống như những hạt mài ở kích thước to (thô) làm cho bề mặt khuôn bị cào xước mạnh (cày xới). Dưới áp lực của trục vít tải thứ cấp nó kết hợp với các thành phần trong hỗn hợp nguyên liệu làm cho bề mặt khuôn bị mài mòn nhanh chóng. V.4. Xỉ than Để tăng độ xốp, nhẹ của viên gạch giảm tỷ lệ của các thành phần khác và chủ yếu là tận thu những phế liệu của 13 quá trình nung người ta cho thêm vào hỗn hợp nguyên liệu một tỷ lệ nhất định là xỉ than. Nó giúp cho sự liên kết các thành phần nguyên liệu trong viên gạch được tốt hơn, làm cho trọng lượng gạch giảm đáng kể , ngoài ra nó còn làm cho hệ số dẫn nhiệt từ ngoài vỏ viên gạch vào trong lõi tăng lên nhờ vậy quá trình nung nhanh hơn giúp giảm chi phí sản xuất. Nhưng tác động của xỉ than đối với khuôn thì đây là thành phần của nguyên liệu gây ra hiện tượng cào xước và làm mòn khuôn với lượng mòn lớn nhất (điều này sẽ được thể hiện trong phần thực nghiệm xác định các yếu tố làm mòn khuôn). V.5. Mùn cưa, trấu Đây được coi là những chất phụ gia nhằm giúp cho viên gạch được xốp nhẹ hơn đồng thời nó cũng đóng vai trò là nhiên liệu làm chín gạch trong quá trình nung Xét về tác động của các thành phần này tới khuôn thì nó gần như không có một tác động đáng kể nào tới khuôn nên có thể bỏ qua tác động của thành phần này. V.6. Nước và khí. Trong hỗn hợp nguyên liệu làm gạch nước chiếm khoảng 2 – 5% trong quá trình tạo mộc và giảm xuống dưới 2% khi bắt đầu đem vào lò sấy và nung. Khí cũng có mặt trong thành phần hỗn hợp nguyên liệu, nó tồn tại trong các khoảng trống của các hạt đất,cát,xỉ than,than...Nó chiếm một tỷ trọng rất nhỏ so với các thành phần khác trong hỗn hợp do có khối lượng riêng nhỏ.Chúng bao gồm các thành phần khí có mặt trong không khí như: Ôxy, nitơ,mêtal vv... Chúng cũng góp mặt vào quá trình làm mòn bề mặt của khuôn nhưng theo một cách khác không giống như các thành phần trong hỗn hợp nguyên liệu. Đó là chúng gây lên các phản ứng hóa học tạo nên các lớp màng ô xít rất mỏng và sau đó lớp màng này nhanh chóng bị bóc tách ra khỏi bề mặt khuôn bởi quá trình trượt của nguyên liệu trên khuôn VI. Kết luận chương II 14 Qua các nghiên cứu lý thuyết và bằng các thực nghiệm về xác định mòn khuôn trong dây chuyền sản xuất gạch Tuynel, có thể thấy rằng quá trình mài mòn của khuôn bị tác động do nhiều yếu tố và gây ra những cơ chế mòn khác nhau. Tuy nhiên những yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất tới lượng mòn của khuôn là các hạt cát, hạt xỉ than và hạt than có trong hỗn hợp nguyên liệu làm gạch, chúng gây ra mòn theo cơ chế mòn do cào xước là chủ yếu. Ngoài ra khuôn còn bị mòn do ăn mòn hoá học bởi các thành phần nước và khí có trong hỗn hợp nguyên liệu. Chương III THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM III.1. Những hạn chế của chi tiết khuôn hiện đang được các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng sử dụng. Sau khi tìm hiểu qua phân tích thành phần hoá học và đo độ cứng bề mặt của những loại vật liệu mà hiện đang được sử dụng làm khuôn ép gạch ở các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng trên địa bàn làm thực nghiệm tác giả nhận thấy rằng những loại vật liệu đang được sử dụng đều là những loại thép thông thường, có độ cứng thấp không có tính năng chống mòn Do không có điều kiện trang bị những loại khuôn có khả năng chống mòn cao mà chỉ sử dụng những loại vật liệu thông dụng, dễ kiếm ,rẻ tiền để chế tạo khuôn dẫn đến khuôn có cơ tính không đồng đều, độ cứng thấp dẫn đến khuôn nhanh bị mòn và mòn không đồng đều không những chỉ gây ra sai số về mặt kích thước mà còn gây ra sai số cả về mặt hình dáng hình học (thường chỉ sau khoảng 5 – 7 ca sản xuất mỗi ca tương đương với sản lượng khoảng 70 -80 nghìn sản phẩm thành phẩm và 10 -15 nghìn phế phẩm là phải thay khuôn một lần) Do đó những yêu cầu đối với loại khuôn mới phải đáp ứng được là :  Có khả năng chống mài mòn tốt ( nâng cao tuổi thọ của khuôn) 15  Đạt được độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học của lòng khuôn  Khi tạo ra sản phẩm không bị rạn, nứt, độ nhẵn bóng bề mặt cao  Chi phí làm khuôn phải hợp lý III .2 Lựa chọn phương pháp thiết kế khuôn Những kiểu khuôn được các cơ sở sản xuất hiện đang sử dụng đều có dạng khuôn kết cấu đó là sử dụng các mảnh thép tấm sau khi được phay rãnh định vị rồi đặt trên bộ đồ gá chuyên dùng để hàn khuôn, hoặc kiểu khuôn sử dụng các thanh thép vuông có tiết diện 10 x 10 (mm) hàn thành tiết diện ngoài của khuôn rồi lắp vào phần ngoài cùng của khuôn. Sau khi xem xét tác giả dự định theo hai hướng thiết kế như sau: * Thiết kế theo kiểu khuôn truyền thống, đó là sử dụng phương pháp hàn kết cấu các tấm thép trên bộ đồ gá chuyên hàn khuôn. Nhưng vật liệu sử dụng là vật liệu thép có khả năng chống mài mòn cao. * Thiết kế theo kiểu mới, đó là sử dụng các phương pháp gia công cơ để phay hoặc xọc vv... tạo ra chi tiết khuôn có độ chính xác về hình dáng cũng như kích thước sau đó nhiệt luyện để đạt độ cứng cần thiết trước khi sử dụng. III.3. Lựa chọn vật liệu làm khuôn III.3.1 Thép chống mài mòn III.3.2 Thép dụng cụ Để nâng cao tuổi thọ của chi tiết khuôn khâu chọn vật liệu có cường độ bền cao phải đặt lên hàng đầu, tức là là tập hợp các đặc trưng cơ lý, hóa tính đảm bảo cho vật liệu có thể làm việc lâu bền và tin cậy trong các điều kiện làm việc Với mục tiêu đề tài nâng cao tuổi thọ của chi tiết sau khi gia công, ta có thể chọn vật liệu chế tạo khuôn có tỷ lệ các thành phần hợp kim chủ yếu như sau: 16 %C % Cr % Mo %V % Si % Mn 1,45 – 11 – 0,4 – 0,15 – ≤ ≤ 0,35 2,3 12,5 0,6 0,3 0,35 III.4. Lựa chọn phương pháp gia công III.4.1 Phương pháp gia công đối với thép chống mài mòn Các bước tiến hành gia công được thực hiện giống như khi gia công khuôn loại cũ, chỉ có vật liệu được thay đổi từ vật liệu thép cácbon thấp sang thép chống mài mòn. Sau khi cắt thành dạng tấm ta cho phay rãnh định vị rồi đưa những tấm thép đó lên bàn gá khuôn chuyên dùng và hàn chúng lại với nhau ta sẽ có được chi tiết khuôn ngoài III.4.2 Phương pháp gia công đối với thép dụng cụ Đặc điểm của thép dụng cụ nhóm D là có độ thấm tôi sâu, độ biến dạng nhỏ, khả năng chống mềm cao, khả năng chống thoát thoát các bon trung bình. Thường được sử dụng làm khuôn dập nguội, có thể chế tạo từ phôi cán nóng hoặt rèn sau đó gia công cơ và nhiệt luyện trước khi mài để đạt kích thước cuối cùng. Nếu sử dụng phôi rèn trong các quá trình mang và giữ nhiệt phải đặc biệt chú ý để quá trình chuyển biến pha được thực hiện hoàn toàn do thép hợp kim có độ dẫn nhiệt thấp hơn so với thép các bon thông thường III.4.3 Nhiệt luyện * Ủ: * Chu kỳ ủ: * Khử ứng suất dư * Tôi * Ram khử ứng suất III.5 Chế tạo khuôn Đứng trước sự lựa chọn về vật liệu, phương pháp gia công, khả năng chống mài mòn hay chi phí sản xuất khuôn tác giả đã quyết định chọn như sau: III.5 .1 Vật liệu : Vật liệu thép dụng cụ nhóm D được sử dụng làm vật liệu chế tạo khuôn. Cụ thể đó là vật liệu thép dụng cụ X12M với các thành phần hóa học chính như sau: 17 C% Cr% Mo% V% Si% Mn% 0,11 ÷ 0.26 10 ÷ 12,5 0,4 ÷ 0,6 0,1 ÷ 0,3 0.35 0,35 III.5 .2 Phương pháp gia công: Do vật liệu thép dụng cụ X12M làm vật liệu chế tạo khuôn cho nên phương pháp chế tạo cụ thể như sau: Do không có nguồn cung cấp phôi thép cán tấm nên phôi thép tròn Φ120 được lựa chọn sử dụng làm phôi rèn. Kích thước chiều dài phôi L được tính toán để đảm bảo sau khi rèn đủ lượng dư gia công cơ. L = 450. a) Nguyên công rèn: b) Nguyên công gia công cắt gọt: c) Nguyên công nhiệt luyện: Với số lượng khuôn là ba chiếc với các kích cỡ khác nhau do cấu tạo thành khuôn của từng cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng là khác nhau. Cụ thể như sau:  Khuôn 1 : Kích thước cơ bản : 382 x 172 x 25 (mm) Kích thước lỗ tạo hình gạch 62 x 100 (mm) Kích thước độ dầy vách ngăn 6 (mm)  Khuôn 2 : Kích thước cơ bản : 427 x 172 x 25 (mm) Kích thước lỗ tạo hình gạch 60 x 100 (mm) Kích thước độ dầy vách ngăn 6 (mm)  Khuôn 3 : Kích thước cơ bản : 462 x 72 x 25 (mm) Kích thước lỗ tạo hình gạch 62 x 102 (mm) Kích thước độ dầy vách ngăn 10 (mm) III.6 Thực Nghiệm III.6.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 18 Phương pháp thực nghiệm đóng một vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu. Chỉ có thực nghiệm mới cho ta kết quả chính xác để khẳng định chân lý khoa học. Thực nghiệm được coi như một hệ thống có tác động nhằm thu nhận những thông tin chính xác về đối tượng nghiên cứu . III.6.2 Thí nghiệm về vật liệu khuôn - Nghiên cứu về vật liệu được sử dụng làm khuôn cũ của các cơ sở SXVLXD. Qua phân tích thành phần hóa học của vật liệu làm khuôn và đo độ cứng của vật liệu làm khuôn. - Chụp ảnh xác định dạng mài mòn của khuôn III.6.3 Tiến hành lắp ráp & thực nghiệm * Khuôn số 1 được đưa vào lắp ráp tại công ty cổ phần vật liệu xây dựng Quang Lân (Địa chỉ Thị trấn Hưng Nhân - Hưng Hà – Thái Bình) * Khuôn số 2 được đưa vào lắp ráp tại công ty cổ phần vật liệu xây dựng Vũ Thư (Địa chỉ Xã Tự Tân – Vũ Thư – Thái Bình) * Khuôn số 3 được đưa vào lắp ráp tại công ty cổ phần Long Hưng (Địa chỉ Xã Tiến Đức - Hưng Hà – Thái Bình) III.6.4 Quy trình đo III.6.5 Kết quả đo Chương IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN IV.1 Phân tích kết quả của quá trình làm thực nghiệm Từ bảng số liệu đo được từ quá trình mòn khuôn ta lập được các đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lượng mòn khuôn và thời gian, quan hệ giữa lượng mòn của các khuôn với nhau như sau : Từ đồ thị biểu diễn lượng mòn của 3 chi tiết khuôn ta có nhận xét sau: * Cả 3 khuôn đều có lượng mòn trong khoảng thời gian đầu lớn hơn so với những khoảng thời gian còn lại, các khoảng thời gian sau đó thì lượng mòn của cả 3 khuôn đều mòn với tốc độ ổn định (gần như là tuyến tính). Điều này 19 cũng có thể giúp ta dự đoán khoảng thời gian khuôn còn có thể làm việc được (tuổi thọ của khuôn). Do thời gian trong quá trình làm thực nghiệm còn ngắn nên chưa đủ thời gian kiểm chứng để xác định chính xác khả năng chống mài mòn của khuôn mới thông qua thời gian sử dụng của khuôn. Nhưng qua các đồ thị mòn có thể thấy rằng lượng mòn của các khoảng thời gian sau gần như bằng nhau ( mòn ổn định lượng mòn gần như tuyến tính). Với lượng mòn lớn nhất trong dây chuyền số 2 (1.96 mm/40 ca sản xuất) để kích thước lòng khuôn tăng từ 62x100 lên 65x103 thì cũng phải mất khoảng thời gian từ 60 - 70 ca sản xuất tương đương với khoảng thời gian hơn hai tháng. So với khuôn cũ thì tuổi thọ của khuôn mới tăng lên rất nhiều lần (khuôn cũ trong các cơ sở sản xuất có tuổi thọ dao động từ 10 – 20 ca sản suất hoặc có thể thấp hơn tuy lượng mòn chưa hết song do khuôn mòn không đều làm ảnh hưởng tới hình dáng và kích thước sản phẩm gạch). Và đây là điều thành công lớn nhất của đề tài này. * Dễ dàng nhận thấy khuôn số 2 (của CTCP VLXD Vũ Thư) là khuôn có lượng mòn lớn nhất trong khi cả 3 khuôn đều có cùng một chế độ gia công và công suất cũng như sản lượng của 3 dây chuyền là tương đương nhau. Vậy tại sao khuôn số 2 lại mòn nhiều hơn? Để lý giải điều này ta phải xem xét lại toàn bộ các điều kiện sản xuất của 3 dây chuyền trong đó đặc biệt chú ý đến thành phần nguyên liệu làm gạch bởi vì nguyên liệu của dây chuyền khuôn số 2 có thêm thành phần xỉ than mà hai dây chuyền 1 và 3 không có. Như đã phân tích ở chương 2 đây là nguyên liệu gây ra lượng mòn lớn nhất trong số các thành phần hỗ hợp của nguyên liệu làm gạch. Vậy ta có thể kết luận : khuôn số 2 lắp tại dây chuyền sản xuất gạch tuynel của công ty CP VLXD Vũ Thư bị mòn nhanh hơn các khuôn khác cùng loại bởi vì dây chuyền này có sử dụng thành phần xỉ than vào trong hỗn hợp nguyên liệu làm gạch. IV.2 Những đề xuất đối với cơ sở sản xuất gạch tuynel 20