Tải bản đầy đủ

Lựa chọn giải pháp công nghệ chế tạo, công nghệ bề mặt để nâng cao chất lượng các loại đầu ép đá cắt ba via cỡ nhỏ, cỡ vừa và cỡ lớn cho Công ty cổ phần Đá mài Hải Dương




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



3
LỜI MỞ ĐẦU
Đầu ép đá ba via là một là một dạng phụ tùng cơ khí thay thế thường xuyên
trong quá trình sản xuất đá mài tại Công ty cổ phần đá mài Hải Dương. Đây là chi
tiết làm nhiệm vụ của chầy ép ghép lỏng với khuôn ép đã có sẵn trên máy, làm việc
trong điều kiện ma sát - mòn rất khốc liệt, lại yêu cầu độ chính xác tương quan rất
chặt chẽ. Hiện nay đã có một số doanh nghiệp trong nước thiết kế chế tạo loại sản
phẩm này, thử nghiệm tại công ty nhưng chưa thành công. Tỷ lệ phế phẩm do sai số
tương quan còn cao, khả năng chịu mài mòn còn kém nên tuổi bền không đáp ứng
yêu cầu.
Hiện nay Công ty cổ phần đá mài Hải Dương phải chi một khoản ngoại tệ khá
lớn cho việc nhập sản phẩm này làm phụ tùng thay thế trong quá trình sản xuất. Để
chủ động sản suất, tiết kiệm chi phí, Công ty đã đặt hàng một số doanh nghiệp cơ
khí trong nước chế tạo nhưng chất lượng còn thấp, chất lượng sản phẩm chưa ổn

định. Bởi vậy việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xác định các cơ chế mòn, nguyên
nhân và biện pháp khắc phục; đồng thời lựa chọn giải pháp công nghệ chế tạo,
công nghệ bề mặt để nâng cao chất lượng các loại đầu ép đá cắt ba via cỡ nhỏ, cỡ
vừa và cỡ lớn cho Công ty cổ phần Đá mài Hải Dương” đã góp phần chủ động chế
tạo phụ tùng thay thế, nâng cao chất lượng và giảm giá thành chi tiết đầu ép cho
Công ty cổ phần đá mài Hải Dương.
Trong quá trình làm luận văn, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.
TS Vũ Quý Đạc - Trưởng Khoa Cơ khí Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên Tôi đã hoàn thành bản luận văn này. Mặc dù bản thân có rất nhiều cố gắng
và đề tài thực hiện trong một thời gian ngắn, nên bản luận văn này không tránh khỏi
những khiếm khuyết. Tôi rất mong được tiếp thu những ý kiến đóng góp phê bình
của các thầy cô giáo, đồng nghiệp để bản luận văn này được hoàn thiện hơn và khắc
phục trong nghiên cứu tiếp theo.
Nhân dịp này Tôi xin bầy tỏ lòng cám ơn sâu sắc đến thầy giáo: PGS.TS Vũ
Quý Đạc, ThS Phạm Thành Long - Bộ môn Máy và Tự động hoá Trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình hướng dẫn

để bản luận văn này đạt



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



4
được mục tiêu và hoàn thành đúng thời gian quy định. Tôi xin chân thành cảm ơn
tập thể Công ty cổ phần đá mài Hải Dương đã tận tình phối hợp, trao đổi, tạo điều
kiện giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài này.
Tôi xin trân trọng cám ơn.

Đinh Xuân Ngọc


























Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



5
MỤC LỤC
Lời mở đầu ……………………………………………………………………... 3
Mục lục…………………………………………………………………………. 5
Chương 1.
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÁ MÀI BA VIA TẠI
CÔNG TY CỔ PHẦN ĐÁ MÀI HẢI DƯƠNG.......................................

8
1.1. Tổng quan về quá trình sản xuất đá mài ba via……………………

8
1.1.1. Tình hình sử dụng và sản xuất đá mài ba via……………… …….
1.1.2. Cấu trúc cơ học vật liệu đá mài……………………………………
1.1.3. Các bước sản xuất đá mài ba via…………………………………..


1.2. Đặc điểm lớp vật liệu tiếp xúc với bề mặt làm việc của đầu ép….. 12

1.3. Một số dạng mòn hỏng đầu ép…………………………………… 15
1.4. Một vài nét về sản xuất đầu ép đá ba via trong nước……............. 16
Chương 2.
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ MÒN VÀ NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN
MÒN BỀ MẶT LÀM VIỆC ĐẦU ÉP ĐÁ BA VIA…………………..

18
2.1. Mòn do dính………………………………………………............ 23
2.1.1. Hiện tượng………………………………………………………… 23
2.1.2. Cơ chế mòn………………………………………………………..

23
2.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn do dính………………………… 23
2.2. Mòn do cào xước…………………………………………………. 26
2.2.1. Mòn do cào xước bằng biến dạng dẻo……………………………. 26
2.2.2. Mòn do cào xước bằng nứt tách…………………………………... 30
2.3. Mòn hoá học……………………………………………………… 31
2.3.1. Hiện tượng………………………………………………………… 31
2.3.2. Cơ chế mòn……………………………………………………….. 31
2.2.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn hoá học………………………… 32
2.4. Mòn do mỏi……………………………………………………….. 32
2.4.1. Hiện tượng………………………………………………………… 32
2.4.2. Cơ chế mòn……………………………………………………….. 33
2.4.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn do mỏi…………………………. 34



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



6
2.5. Mòn fretting………………………………………………………. 35

2.5.1. Hiện tượng………………………………………………………… 35
2.5.2. Cơ chế mòn fretting………………………………………………. 35
2.5.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn fretting…………………………. 36
2.6. Mòn do va chạm………………………………………………….. 36
2.6.1. Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion)…………………………. 36
2.6.2. Mòn do va chạm của các vật rắn…………………………………. 36
2.7. Đánh giá ảnh hưởng của các dạng hao mòn ở chi tiết đầu ép…… 38
Chương 3. MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG MÀI MÒN ĐẦU ÉP………….

40
3.1.
Một số biện pháp kết cấu………………………………………….
40
3.1.1. Nguyên tắc……………………………………………………....... 40
3.1.2. Chọn vật liệu chế tạo đầu ép……………………………………… 40
3.1.3. Phân tích kết cấu và tính công nghệ của đầu ép………………….. 45
3.2. Nhiệt luỵện chi tiết đầu ép…………………………………………

46
3.2.1. Yêu cầu chiều dầy lớp thấm tôi bề mặt đầu ép…………………… 46
3.2.2. Thời gian nung chi tiết đầu ép……………………………………. 46
3.2.3. Tôi chi tiết đầu ép………………………………………………… 48
3.3. Một giải pháp hỗ trợ tính ổn định khả năng làm việc của đầu ép… 50
3.4. Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để kiểm tra bền và biến
dạng của chi tiết đầu ép……………………………………………
50
3.4.1. Giới thiệu phương pháp PTHH…………………………………… 50
3.4.2
Ứng dụng phần mềm Cosmos kiểm tra bền và biến dạng củe đầu ép…..
51
3.4.3
Một số kết luận và đề suất nghiên cứu chế tạo loại đầu ép cỡ lớn………
52
Chương 4.
LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐẦU ÉP

66
4.1. Xác định dạng sản xuất……………………………………………

66
4.1.1. Xác định sản lượng cơ khí hàng năm Ni…………………………. 66
4.1.2. Xác định dạng sản xuất…………………………………………… 66
4.2. Xác định phương pháp chế tạo phôi………………………………. 66
4.3 Chọn chuẩn………………………………………………………..

69



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



7
4.3.1. Chọn chuẩn thô ………………………………………………...... 69

4.3.2. Chọn chuẩn tinh………………………………………………....... 69
4.4. Trình tự nguyên công……………………………………………..

70
4.4.1. Phương án gia công trên máy công cụ truyền thống……………… 70
4.4.2. Phương án gia công trên máy CNC………………………………. 72
4.4.3. Chọn phương án gia công và xác định trình tự nguyên công…...... 73
4.5. Sơ đồ nguyên công……………………………………………...... 74
4.6.

Tính toán lượng dư……………………………………………….

76
4.7. Xác định chế độ cắt cho các nguyên công………………………… 81
4.8. Tính giá thành chi tiết đầu ép……………………………………... 87
Chương 5.
THỰC NGHIỆM ĐỀ TÀI………………………………………………
89
5.1. Chế tạo đầu ép……………………………………………………. 89
5.2. Đưa mẫu vào sản xuất thử………………………………………… 89
5.3. Đánh giá kết quả và kết luận hướng phát triển của đề tài………… 89
Phụ lục 1, Phụ lục 2, Phụ lục 3, Phụ lục 4,………………………. 91
Tài liệu tham khảo………………………………………………… 91




















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



8

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÁ MÀI BA VIA VÀ QUÁ TRÌNH
SẢN XUẤT ĐÁ MÀI TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN ĐÁ MÀI HẢI DƯƠNG

1.1. Tổng quan về quá trình sản xuất đá mài ba via.

1.1.1. Tình hình sử dụng và sản xuất đá mài ba via.
Trong ngành cơ khí kết cấu và chế tạo, đá mài ba via thường được sử dụng để
mài phá các chi tiết, hạn chế cháy và nóng gây thay đổi hình dạng, kích thước của
kết cấu - chi tiết gia công, ngoài ra còn được sử dụng để mài thô, bán tinh, các loại
vật liệu có độ bền cao như thép các bon, thép hợp kim (thép không gỉ), gang cầu,
đồng vàng...
Đá mài đá ba via ngày nay càng được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy,
ngành sản xuất kết cấu thép, đóng tầu, ... Hiện nay nước ta mới sản xuất đáp ứng
được 2,6 triệu sản phẩm/năm, đáp ứng được 47% nhu cầu thị trường tại Việt Nam,
số còn lại nhập khẩu từ Hàn Quốc, Trung Quốc ... Để đáp ứng nhu cầu trong nước,
năm 2002 Công ty CP đá mài Hải Dương đã nhập một dây truyền đồng bộ sản xuất
loại sản phẩm này.
Ngày nay, ngành sản xuất kết cấu thép, đóng tầu, ngành chế tạo máy đang phát
triển, nhu cầu sử dụng đá mài ba via là rất lớn không những về số lượng, chủng loại
mà còn là nhu cầu lớn đá mài có chất lượng cao. Việc đầu tư nhập khẩu những dây
truyền sản xuất đá mài ba via hiện đại là cần thiết không những đáp ứng nhu cầu thị
trường trong nước mà còn hạ được giá thành đá. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất
nảy sinh vần đề có một số phụ tùng phải thay thế thường xuyên
và hiện nay Công
ty phải chi một khoản ngoại tệ khá lớn cho việc nhập sản phẩm này.
Hiện nay
tại Công ty Cổ phần Đá mài Hải Dương, một đầu ép đá mài ba via cỡ φ100 nhập
khẩu từ Hàn Quốc ép được khoảng 11000 viên đá. Trong năm 2006 Công ty đã phải
nhập khẩu 320 đầu ép của Hàn Quốc trị giá 21000USD (khoảng 65,5 USD ~ 1 050
000,đ/ 1 đầu ép).
Các
phụ tùng phải thay thế thường xuyên trong quá trình sản xuất
đá mài ba via là chi tiết đầu ép và lõi.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



9

1.1.2. Cấu trúc cơ học của vật liệu đá mài.
Hình 1.4 giới thiệu thành phần, cấu trúc đá mài ba via, gồm:
- A60+BF; A24+BF : Hỗn hợp hạt mài và chẩt kết dính.
- Lưới thuỷ tinh.
a. Hạt mài A: được ký hiệu theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB2476~83-83, A là ký
hiệu loại hạt mài Corindon nâu (Brown fused Alumina). Đây là loại vật liệu kết tinh
dạng AL
2
O
3
, trong đó có 89 ÷ 95% AL
2
O
3
, còn lại là các tạp chất có dạng Fe
2
O
3,
SiO
2
, TiO
2
..., độ cứng tế vi là 2100kG/mm
2
đến 2350 kG/mm
2
.
Đá mài dùng hạt mài Corindon nâu thường được dùng để mài thô, bán tinh, mài
sắc các loại dụng cụ cắt và mài tinh các loại vật liệu có độ bền cao như thép các bon
hợp kim (thép không gỉ), gang cầu, đồng vàng... trừ các loại thép cao tốc đã tôi,
gang dẻo có tổ chức peclit, đồng thanh cứng.


Hình 1.1. Đá mài ba via 100x6x16
do Công ty Cổ phần đá mài Hải Dương sản xuất
+ Độ hạt của hạt mài: là kích thước của hạt mài, ký hiệu 24, là loại hạt mài có kích
thước hạt mài từ 0,63mm ÷ 0,8mm.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



10
+ Độ hạt của hạt nền: ký hiệu 60, hạt nền có kích thước hạt mài thường từ 0,25mm
÷ 0,315mm.
Độ hạt của đá mài được biểu thị bằng kích thước thực tế của hạt mài. Tính năng
cắt gọt của đá mài phụ thuộc vào kích thước hạt mài. Khi mài thô dùng loại hạt mài
có kích thước lớn và ngược lại khi mài tinh dùng loại hạt mài có kích thước nhỏ.
Với kích thước hạt mài 0,63mm ÷ 0,8mm thường được sử dụng để mài thô hoặc bán
tinh các chi tiết máy.
+ Độ cứng của đá mài: Độ cứng của đá mài là khả năng chống lại sự bứt hạt mài ra
khỏi bề mặt làm việc của đá dưới tác dụng của ngoại lực. Độ cứng của đá mài ảnh
hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng của sản phẩm mài. Nếu chọn độ cứng
không đúng, khả năng cắt gọt của đá bị hạn chế, nếu mềm quá thì mòn nhanh, hao
phí đá nhiều, ngược lại nếu cứng quá dễ sinh ra cháy nứt ở bề mặt mài. Độ cứng của
đá mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như phương pháp chế tạo (lực ép khi chế tạo đá
mài, chế độ nung), mật độ của đá mài, kích thước hạt mài và thành phần chất dính
kết quyết định.
+ Chất dính kết BF: là chất dính kết Bakelit – nhựa Fenol, bao gồm các thành phần
sau: - Nhựa Fênol lỏng PF2550: 5%
- Nhựa Fênol bột PF2893A: 18%
- Chất độn Na
3
AlF
6
: 6%
Chất dính kết trong đá mài được dùng để giữ chặt hạt mài và chất độn trong dụng
cụ. Chất độn tạo cho dụng cụ có cơ lý tính, tính công nghệ, yêu cầu sử dụng cần
thiết. Chất dính kết ảnh hưởng đến phần nổi bề mặt làm việc của dụng cụ, độ mòn
dụng cụ và độ nhám bề mặt gia công.
Đá mài chất dính kết Bakelit có sức bền của trắc diện làm việc lớn, khi mài ít
phát nhiệt, có độ bóng cao, lực mài lớn, tốc độ mài cao. Nhược điểm là không dùng
nước làm nguội có tính kiềm hay axit, nếu sử dụng nước làm nguội có tính kiềm
hay axit đá mòn nhanh và không để được lâu.
+ Mật độ của đá mài: là kết cấu bên trong của đá, tức là tỉ lệ giữa thể tích hạt mài

với chất dính kết, khoảng trống (độ xốp). Mật độ của đá mài càng lớn thì khoảng



S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn



11
cỏch gia cỏc ht mi cng tng. Vỡ vy mt ca ỏ mi cng ln thỡ cng ỏ
mi cng ln v ngc li mt ca ỏ mi cng bộ thỡ cng ca ỏ mi cng
nh.
+ Li thu tinh: gia ỏ mi cú lp nha dng si thu tinh Phenol Fomandehit
C
6
H
5
OH-(CH
2
- C
6
H
5
)
n
-CH
2
- C
6
H
5
OH, cú tỏc dng chng v ỏ trong quỏ trỡnh mi.
1.1.3. Cỏc bc sn xut ỏ mi ba via.
Quặng Broxit
Luyện hồ
quang điện
Làm lạnh
Corindon cục
Nghiền và cán
Sàng phân loại
Ngâm H
2
SO
4
rửa sạch
Sấy
Hạt mài A24
Hạt nền A60
Chất dính
kết BF
Hỗn hợp
A24 + BF
Hỗn hợp
A24 + BF
Khuôn ép
Lứơi
thuỷ tinh
Khuôn ép
Khuôn ép
Bạc lỗ 16
Nung
Sửa đá
Kiểm tra, dán mác, đóng gói sản phẩm

Hỡnh 1.2. S quy trỡnh sn xut ỏ mi ba via
Trờn hỡnh 1.2, mụ t quy trỡnh sn xut ỏ mi ba via t khõu ch to ht mi t
qng Boxit trong thiờn nhiờn. Quy trỡnh sn xut ỏ mi ba via c bt u t
vic khai thỏc qung Broxit ti m Kinh Mụn, qung Broxit c a vo lũ luyn
h quang nhit 1450C lm chy qung Boxit, sau ú lm lnh, cho ra phụi
Corindon cc. Corindon cc c nghin nh v phõn cp thnh c ht ca ht nn
v ht mi v c sng phõn loi c c ht ỳng kớch thc, sau ú ra sch
bng axit H
2
SO
4
v nc, ri sy khụ, c ht Corindon nõu A24 v A60.
Cht dớnh kt ca ỏ mi ba via (cú c cht n) l hn hp nha Fờnol lng
PF2550 (5%), nha Fờnol bt PF2893A (18%), v cht n Nu
3
AlF
6
(6%). Cht



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



12
dính kết, chất độn và hạt mài (hoặc hạt nền) được trộn với nhau theo một tỷ lệ nhất
định, là phần trăm khối lượng của chất dính kết và hạt mài (hoặc hạt nền) trong đá
mài, thu được các hỗn hợp hạt mài A24+BF và hỗn hợp hạt nền A60+BF. Sau đó
các hỗn hợp hạt mài và hỗn hợp hạt nền được đưa nên máy ép đá mài ba via, để tự
động thực hiện quá trình ép tạo biên dạng của viên đá.
Quá trình ép tạo biên dạng viên đá mài ba via được thực hiện tự động trên máy ép
đá mài ba via với trình tự như sau:
+ Hỗn hợp hạt nền A60+BF được tự động đưa vào khuôn ép với tỷ lệ 32% khối
lượng của viên đá, được gạt phẳng đều sau đó cho lưới thuỷ tinh (nhựa Phenol
Fomandehit C
6
H
5
OH-(CH
2
- C
6
H
5
)
n
-CH
2
- C
6
H
5
OH.) chống vỡ đá vào khuôn và thực
hiện quá trình ép lần đầu với áp lực ép 5 kG/cm
2
.
+ Hỗn hợp hạt mài A24+BF được đưa vào khuôn ép với tỷ lệ 33% khối lượng
của viên đá, được gạt phẳng đều sau đó cho lưới thuỷ tinh (nhựa Phenol Fomandehit
C
6
H
5
OH-(CH
2
- C
6
H
5
)
n
-CH
2
- C
6
H
5
OH.) chống vỡ đá vào khuôn và thực hiện quá
trình ép lần thứ hai với áp lực ép 7 kG/cm
2
.
+ Hỗn hợp hạt mài A24+BF được đưa vào khuôn ép với tỷ lệ 35% khối lượng
của viên đá, gạt phẳng đều sau đó cho bạc lỗ φ16 vào khuôn và thực hiện quá trình
ép lần cuối, bằng đầu ép đá mài ba via để tạo biên dạng đá, với áp lực ép 80
kG/cm
2
.
Đá mài sau khi ép được kiểm tra các kích thước hình học bề mặt, được ép chặt
trong khuôn nung và được nung thiêu kết trong lò điện, sau đó sửa đá, kiểm tra các
thông số như: kích thước hình học, độ xốp, độ cháy đá…, rồi được dán mác sản
phẩm, sau đó đóng gói và nhập kho kết thúc quy trình sản xuất đá.
1.2. Đặc điểm lớp vật liệu tiếp xúc với bề mặt làm việc của đầu ép.
Quan sát trên hình 1.3 ta có thể hình dung ra được vị trí làm việc, điều kiện làm
việc của chi tiết đầu ép, lõi và khuôn ép.
Đầu ép đá mài ba via được lắp với một piston thuỷ lực, đường kính 100 mm để
thực hiện quá trình ép từ trên xuống nhằm tạo ra biên dạng của đá mài và biên dạng



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



13
của lỗ lắp đá mài. Thực tế tại Công ty đá mài Hải Dương đầu ép đá mài ba via làm
việc trong một số các điều kiện đặc thù sau:
- Đầu ép làm việc trong phòng kín có lắp điều hoà duy trì nhiệt độ ở 27°C, môi
trường không khí tự nhiên, có ôxy là thành phần hoá học chủ yếu gây ăn mòn hoá
học. Không có dòng điện trên bề mặt đầu ép và không có các chất gây điện phân.
- Áp lực lớn nhất tác dụng lên bề mặt của đầu ép là 80 kG/cm
2
.
- Bề mặt làm việc của đầu ép tác dụng trực tiếp lên lớp giấy bóng ninol, hạt mài,
chất dính kết, chất độn, do hạt mài đã trộn với hỗn hợp chất dính kết và chất độn
xuyên thủng qua lớp giấy ninol, tiếp xúc với bề mặt chi tiết đầu ép.

Hình1.3. Ảnh chụp điều kiện làm việc của đầu ép



S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn



14
- Lp giy ninol: c sn xut t mt loi nha Pụlivinyl clorua PVC
(-CH
2
-CHCl-)
n
. õy l loi nha nhit do, cú tớnh n nh hoỏ hc tt, bn vi cỏc
axit loóng v kim nng 20%. Lp giy búng nilol ny nhit bỡnh thng
khụng phn ng hoỏ hc vi kim loi v cỏc ụxit kim loi. Do ú nú khụng gõy bin
dng, n mũn hoỏ hc hoc n mũn in phõn vi b mt chi tit u ộp.
- Cht dớnh kt Bakelit: thnh phn gm nha lng PF2550 5% v nha bt
PF2893A 18%. Hai loi nha ny u thuc loi nha Phenol Fomandehit c
trựng ngng t Phenol C
6
H
5
OH v Fomandehit CH
2
O, cú cu trỳc mng khụng gian
C
6
H
5
OH-(CH
2
- C
6
H
5
)
n
-CH
2
- C
6
H
5
OH. õy l loi nha nhit do, cú tớnh n nh
hoỏ hc tt, bn vi cỏc axit loóng v kim nng 20%. Nha Phenol Fomandehit
nhit bỡnh thng khụng phn ng hoỏ hc vi kim loi v ụxit kim loi. Do
ú nú khụng gõy bin dng, n mũn hoỏ hc hoc n mũn in phõn vi b mt chi
tit u ộp.
Lớp giấy bóng
Đầu ép
Hỗn hợp A60+BF
Hỗn hợp A24+BF
Lứơi thuỷ tinh
P




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



15
Hình 1.4. Sơ đồ ép - cấu trúc đá mài ba via
- Chất độn Na
3
AlF
6
(6%): Đây là một loại quặng criolit, tồn tại trong tự nhiên
không cần điều chế, nóng chảy ở nhiệt độ 800
0
C. Ở nhiệt độ bình thường nó trơ về
mặt hoá học, nó có độ cứng nhỏ. Trong đá mài, chất độn Na
3
AlF
6
được sử dụng để
hạ nhiệt độ nóng chảy trên bề mặt tế vi của hạt Corindun, làm cho trong quá trình
mài các ôxit nhôm bật ra và điền đầy vào các vết xước trên bề mặt mài.
- Hạt mài Corindun nâu (Brown fused Alumina). Đây là loại vật liệu kết tinh
dạng AL
2
O
3
, trong đó có 95% AL
2
O
3
-α, còn lại là các tạp chất có dạng Fe
2
O
3,
SiO
2
,
TiO
2
..., hạt mài có kích thước hạt nhỏ 0,63mm, và có độ cứng rất cao 2350kG/mm
2
.
AL
2
O
3
-α là những tinh thể bao gồm những ion O
2-
gói ghém sít sao kiểu lục
phương, trong đó hai phần ba lỗ trống bát diện được ion AL
3+
chiếm. Nó không có
màu và không tan trong nước. Nó tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật
Corindun, vì thường chứa tạp chất Fe
2
O
3,
SiO
2
, TiO
2
..., nên Corindun có màu đục
hoặc màu bẩn. Corindun nóng chảy ở 2072
0
C, sôi ở 3500
0
C. ở nhiệt độ thường
Corindun rất trơ về mặt hoá học, nó không tan trong nước, dung dịch axit và dung
dịch kiềm. Các hạt Corindun vỡ ra theo các mặt trượt của mạng tinh thể, chủ yếu
tạo thành các mảnh vỡ hình lục phương với các góc giữa các mặt lớn hơn hoặc bằng
60
0
.
1.3. Một số dạng mòn hỏng đầu ép.




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



16
Hình1.5. Ảnh chụp dạng hỏng bề mặt đầu ép đá mài ba via

Hình 1.6 -

Ảnh chụp (mặt cắt ngang rãnh đồng tâm) bề mặt làm việc
của

đầu ép mòn tỷ lệ 1:50

Từ điều kiện làm việc của đầu ép ta có thể thấy, nguyên nhân chủ yếu gây hỏng
đầu ép là do các cạnh sắc của hạt mài với áp lực lớn tác dụng trực tiếp lên bề mặt
đầu ép, gây biến dạng dẻo bề mặt. Sau nhiều lần ép, sẽ gây ra quá trình dồn ép vật
liệu tạo ra các mảnh mòn tách rời bề mặt đầu ép do cơ chế dính, cào xước hoặc nứt
tách. Ngoài ra đầu ép có thể bị mòn do ô xy trong môi trường tự nhiên tiếp xúc với
bề mặt của đầu ép gây ăn mòn hoá học.
Do vậy, để nghiên cứu chế tạo, nâng cao chất lượng và tuổi thọ của đầu ép, cần
phải ứng dụng lý thuyết về ma sát và mòn trong điều kiện làm việc của đầu ép,
nhằm xác định nguyên nhân các dạng hỏng của đầu ép để đưa ra một quy trình công
nghệ chế tạo hợp lý, kết hợp với các biện pháp công nghệ bề mặt là rất cần thiết.
Nhằm nâng cao độ tin cậy, tuổi thọ và giá thành chế tạo đầu ép cho Công ty cổ phần
đá mài Hải Dương.

1.4. Một vài nét về sản xuất đầu ép đá ba via trong nước.
Đầu ép đá ba via là một là một dạng phụ tùng cơ khí thay thế thường xuyên trong
quá trình sản xuất đá mài. Đây là chi tiết làm nhiệm vụ của chầy ép ghép lỏng với
khuôn ép đã có sẵn trên máy, làm việc trong điều kiện ma sát - mòn rất khốc liệt, lại



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



17
yêu cầu độ chính xác tương quan rất chặt chẽ. So với chi tiết lõi, đầu ép đá ba via
cần số lượng thay thế tương đương nhưng chi tiết đầu ép chế tạo phức tạp hơn nhiều
và giá trị của nó cũng lớn hơn nhiều so với chi tiết lõi. Hiện nay công ty phải chi
một khoản ngoại tệ khá lớn cho việc nhập sản phẩm này. Để chủ động sản suất, tiếp
kiệm chi phí, công ty đã đặt hàng một số doanh nghiệp cơ khí trong nước chế tạo
nhưng chất lượng còn thấp, chất lượng sản phẩm chưa ổn định. Hiện nay đã có một
số doanh nghiệp trong nước thiết kế chế tạo loại sản phẩm này, thử nghiệm tại Công
ty nhưng chưa thành công. Tỷ lệ phế phẩm do sai số tương quan còn cao, khả năng
chịu mài mòn còn kém nên tuổi bền không đáp ứng yêu cầu.
Một số doanh nghiệp cơ khí vừa và nhỏ tại Hưng Yên, Hải Dương, Thái Nguyên
đã nghiên cứu chế tạo nhưng chất lượng bề mặt, tuổi thọ vẫn chưa đáp ứng yêu cầu,
chưa có nghiên cứu một cách tổng thể về những vấn đề ma sát-mòn vật liệu, quy
trình công nghệ chế tạo còn có những hạn chế.
Ở những nước trong khu vực có công nghiệp phát triển như Hàn Quốc, Trung
Quốc, Nhật bản... việc sản xuất các loại đầu ép đá ba via cung cấp cho dây truyền
sản xuất đá mài được chế tạo tương đối hoàn chỉnh, nhưng giá thành rất cao, lại sản
xuất hàng khối nên các công ty của nước ta đặt hàng tương đối khó khăn, ảnh
hưởng đến tiến độ sản xuất và khả năng cạnh tranh của nhà máy.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu, chế tạo những sản phẩm phụ tùng thay thế cho
việc sản xuất đá mài ba via là rất cần thiết mang ý nghĩa thực tiễn, trong luận văn
này tập trung vào việc nghiên cứu những vấn đề ma sát – mòn vật liệu, đề xuất quy
trình chế tạo chi tiết đầu ép thích hợp.











Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



18


CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ MÒN VÀ NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN MÒN
BỀ MẶT LÀM VIỆC ĐẦU ÉP ĐÁ CẮT BA VIA
Đặt vấn đề.
Khi nghiên cứu quy trình sản xuất đá mài ta thấy trong quá trình làm việc đầu ép
luôn tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp hạt mài dưới một áp lực lớn. Như ta đã biết, hạt
mài và hạt nền Corindun nâu thành phần chính là Al
2
O
3
có độ cứng rất cao, có hình
dạng hình lục phương với góc giữa các mặt lớn hơn hoặc bằng 60
0
. Hạt mài có kích
thước từ 0,63 đến 0,8 mm, hạt nền có kích thước từ 0,25 đến 0,31mm. Cấu tạo bề
mặt làm việc của đầu ép có dạng hình vành khăn, trên bề mặt làm việc có các rãnh
đồng tâm (hình 2.1)
Như vậy, khi đầu ép tiếp xúc với hỗn hợp hạt mài để thực hiện quá trình ép đá,
khi đó hạt mài, hạt nền cùng với chất kết dính tự xắp xếp theo một trật tự chặt nhất,
đồng thời với quá trình ấy các hạt mài dịch chuyển (dịch chuyển tương đối) so với
mặt đầu đĩa ép, nó gây ra mòn đầu ép làm cho các rãnh đồng tâm không còn đảm
bảo hình dạng, viên đá được ép ra không đảm bảo kích thước yêu cầu và khi sai số
vượt quá giới hạn cho phép, đầu ép sẽ không sử dụng được. Với đầu ép, độ mòn cho
phép là 0,2 mm.
Thật vậy, ảnh chụp đầu ép bị mòn ta thấy trên bề mặt có rất nhiều vết xước, vết
mòn, xem ảnh (hình 2.2 và hình 2.3).
Để khắc phục hạn chế được mòn đối với đầu ép, cần đưa ra một quy trình chế tạo
phù hợp nhằm nâng cao tuổi bền cho đầu ép, ta cần nghiên cứu kỹ cơ chế mòn và
các nhân tố ảnh hưởng tới mòn đầu ép từ đó đưa ra giải pháp chế tạo phù hợp.
Lý thuyết về ma sát - mòn cho thấy, có nhiều dạng mòn như: Mòn do dính, mòn
do cào xước, mòn hoá học, …Ở đây ta vận dụng lý thuyết ma sát - mòn vào từng
dạng mòn cụ thể để phân tích cơ chế mòn và các yếu tố ảnh hưởng gây mòn với đầu
ép.





S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn



19

Học Viên
Đinh Xuân Ngọc
HDKH

Slg
TS.Vũ Q Đạc
Số tài liệu
Trừơng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Số l-ợng
Tờ số : 01
Đầu ép Đá mài ba
via
Chữ ký Ngày

?
X15
Tỷ lệ
1:1
Lớp Cao học K8-CNCTM
Trừơng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp
Khối l-ợng
1,2 kg
Số tờ : 01





yêu cầu kỹ thuật
1.Độ bóng các bề mặt còn lại:

6
2. Độ đảo các mặt A, B với đừơng tâm chi tiết
0,03
3. Độ không đồng tâm giữa các bề mặt 80
-0,02
-0,04
, 100
-0,12
-0,15

và 16,1
+0,08
+0,06


0,05
3. Độ côn và độ ô van của các bề mặt
80
-0,02
-0,04
, 100
-0,12
-0,15

và 16,1
+0,08
+0,06


0,05
4. Nhiệt luyện, thấm các bon bề mặt răng đạt độ cứng: HRC 60

62
chiều sâu lớp thấm không nhỏ hơn 0,3mm




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



20
Hình 2.1. Bản vẽ chi tiết đầu ép


Hình 2.2. Ảnh chụp dạng hỏng bề mặt đầu ép đá mài ba via


Hình 2.3.

Ảnh chụp bề mặt làm việc của

đầu ép mòn tỷ lệ 1:50





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



21

Hình 2.4a. Tổ chức tế vi của lớp vật liệu trên bề mặt trụ
của đầu ép ở mặt cắt ngang tỷ lệ 1:200


Hình 2.4b.Tổ chức tế vi của lớp vật liệu trên bề mặt trụ
của đầu ép ở mặt cắt ngang tỷ lệ 1:500






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



22

Hình 2.5a.Tổ chức tế vi của lớp vật liệu trên bề mặt làm việc
của đầu ép ở mặt cắt ngang tỷ lệ 1:200

Hình 2.5b.Tổ chức tế vi của lớp vật liệu trên bề mặt làm việc
của đầu ép ở mặt cắt ngang tỷ lệ 1:500





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



23
2.1. Mòn do dính.
2.1.1. Hiện tượng.
Xét hiện tượng mòn gây ra khi hạt mài tiếp xúc với đầu ép như hình vẽ
(hình 2.6).
Khi đầu ép chuyển động thực hiện ép hỗn hợp hạt mài, các hạt mài chuyển động
(chuyển động tương đối so với đầu ép) để xếp xít lại với nhau tạo nên cấu trúc viên
đá. Và như vậy, giữa bề mặt đầu ép với hạt mài có sự trượt tương đối với nhau. Đặc
biệt là sự trượt diễn ra mạnh trên hai mặt nghiêng 2 của rãnh của đầu ép.
1
2
3

Hình 2.6. Chuyển động hạt mài trên bề mặt làm việc của đầu ép
2.1.2. Cơ chế mòn.
Lý thuyết ma sát mòn đã chỉ 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 vậy 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.
Thật vậy, khi đầu ép tiếp xúc với hỗn hợp hạt mài, có sự tiếp xúc trực tiếp giữa
các mặt, cạnh của hạt mài với bề mặt đầu ép và giữa chúng có sự trượt tương đối
với nhau. Vì vậy, mòn dính sẽ xảy ra đối với chi tiết đầu ép. Quá trình mòn sẽ diễn
ra sau mỗi chu kỳ thực hiện ép đá.
2.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn do dính.
Theo định luật mòn dính của Archard:

0
3p
W
kQ =
(2.1)
Trong đó: Q: thể tích vật liệu mòn,
k: hệ số xác xuất một tiếp xúc tạo nên một hạt mài,



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



24
W: tải trọng pháp tuyến tổng,
p
0
: giới hạn chảy của vật liệu.
Với định luật Archard ta có kết luận:
- Thể tích vật liệu mòn của đầu ép tỷ lệ thuận với quãng đường trượt.
- Thể tích vật liệu mòn của đầu ép tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến.
- Thể tích vật liệu mòn của đầu ép tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng
của vật liệu đầu ép.
Theo thuyết mòn dính của Rowe: Rowe đã bổ xung lý thuyết mòn của Archard,
có kể đến tác dụng của lớp màng bề mặt (surface films).

Ak
p
W
kQ '
3
0
==

(2.2)
() ()
Thể tích của mòn dính liên quan đến diện tích tiếp xúc trực tiếp A
m
.
Q = k
m
.A
m

K
m
là một hằng số cho kim loại trượt và độc lập với các tính chất của chất bôi
trơn hay của lớp màng bề mặt. Đặt
A
A
m
=
β
là tỉ số giữa diện tích tiếp xúc trực tiếp
khi có lớp bôi trơn.

0
p
W
kAkQ
mm
ββ
==
(2.3)
Theo Rowe, giá trị thích hợp cho giới hạn chảy p (pháp) là giá trị tính đến sự kết
hợp giữa ứng suất pháp và tiếp chứ không phải chỉ riêng do tải trọng pháp tuyến
tĩnh gây ra p
0
.
p
2
+ as
2
= p
0
2
.
Do s = µp (µ là hệ số ma sát) nên
( )
2/1
2
0
1
µ
a
p
p
+
=

Từ công thức này ta thấy: Khi kể đến lớp màng bề mặt thì giới hạn chảy của
vật liệu chi tiết đầu ép cần chọn sẽ nhỏ hơn trong điều kiện không có lớp màng bề
mặt.
Tổng hợp từ kết quả nghiên cứu của Archard và Rowe ta có thể đưa ra nhân tố
ảnh hưởng đến mòn dính đầu ép như sau:



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



25
- Thể tích vật liệu đầu ép mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến.
- Thể tích vật liệu đầu ép mòn tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng của
vật liệu đầu ép.
- Nếu tạo được lớp màng bề mặt hợp lý thì sẽ giảm được hệ số ma sát, giảm
hiện tượng mòn do dính của bề mặt đầu ép.
Trong điều kiện sản xuất đá mài ba via được sản xuất trên máy ép với độ chính
xác cao, tải trọng pháp tuyến (lực ép) được coi là hằng số. Vậy để khắc phục và hạn
chế hiện tượng hỏng bề mặt đầu ép do mòn dính ta cần phải đảm bảo các yêu cầu
sau:
- Đảm bảo giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu đầu ép.
- Tạo độ bóng và lớp màng bề mặt hợp lý nhằm giảm ma sát trên bề mặt chi
tiết đầu ép giữa hạt mài với bề mặt đầu ép.
Xác định giới hạn chảy của vật liệu đầu ép theo cơ chế mòn dính đảm bảo điều
kiện bền mòn:
Để ép được 11000 viên đá mài bằng số lượng của đầu ép Hàn Quốc thì lượng
mòn Q được tính theo công thức:

11000.
3
0
p
W
kQ =

Vậy giới hạn chảy tối thiểu của vật liệu chi tiết đầu ép sẽ là:

11000.
3
0
Q
W
kp =

Trong đó:
+ Chọn k với giá trị lớn nhất: k = 0,05,
+ W là tải trọng pháp tuyến tổng:
( )
¦W= . R-r
ep
p
π
, kG
Với: R

là bán kính của đầu ép (R = 50mm).
r

là bán kính của lỗ lắp đầu ép ( r = 8mm).
p
ep
là áp lực ép đá lớn nhất: (p
ep
= 80kG/cm
2
= 0,8kG/mm
2
)
+ Q: là tổng thể tích mòn trên một khoảng trượt cho phép là độ mòn cho
phép của chi tiết đầu ép là 0,2mm



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



26

( )
222
mmrRQ −=
π

Vậy giới hạn chảy của chi tiết đầu ép sẽ là:
( )
( )
2 2
0
2 2
. .
0,8
. .11000 0,05. .11000 147
3
3. .
ep
R r p
p k
R r
π
π

= = =

,kG/mm
2

P
O
= 147 kG/mm
2

2.2. Mòn do cào xước.
Mòn do cào xước của chi tiết đầu ép xảy ra khi các cạnh sắc của hạt mài trượt
trên bề mặt chi tiết đầu ép và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng biến dạng dẻo
hoặc nứt tách. Trong trường hợp chi tiết đầu ép là vật liệu dẻo có độ dai va đập cao
(kim loại và hợp kim), các hạt mài sẽ gây nên biến dạng dẻo của vật liệu chi tiết đầu
ép trong cả trường hợp tải nhẹ nhất. Trong trường hợp vật liệu dòn có độ dai va đập
thấp, mòn xảy ra do nứt tách khi đó trên vùng mòn nứt tách là biểu hiện chủ yếu.
2.2.1. Mòn do cào xước bằng biến dạng dẻo.
2.2.1.1. Hiện tượng.
Xét hiện tượng mòn gây ra do hạt mài tiếp xúc với đầu ép như hình vẽ (hình 2.4)
Khi đầu ép chuyển động thực hiện ép hỗn hợp hạt mài, các hạt mài chuyển động để
xắp xếp xít lại với nhau. Trong quá trình ấy xảy ra các cạnh sắc của hạt mài trượt
trên bề mặt đầu ép gây ra phá huỷ bề mặt đầu ép bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tách.
Thật vậy, khi quan sát bề mặt đầu ép mòn có rất nhiều vùng mòn có vết xước.
2.2.1.2. Cơ chế mòn.
Vật liệu tách khỏi bề mặt thông qua biến dạng dẻo trong quá 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.
Challen và Oxley đã phân tích ba chế độ biến dạng phân biệt trên của mòn do cào
xước sử dụng vùng đường trượt gây ra bởi một nhấp nhô bề mặt lý tưởng. Theo
phân tích này, vật liệu giả thiết là tuyệt đối dẻo và các đỉnh nhấp nhô chỉ chịu biến
dạng phẳng.
Cày: là hiện tượng tạo rãnh do hạt cứng trượt và gây ra biến dạng dẻo đối với
vật liệu mềm hơn. Trong quá trình cày, vật liệu bị biến dạng và bị dồn sang hai bên



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn



27
của rãnh mà không bị tách ra. Tuy nhiên sau nhiều lần như thế phần vật liệu này có
thể bị tách ra bởi cơ chế mỏi chu kỳ thấp. Quá 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 liên tuc (mỏi chu kỳ thấp và ứng suất 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.
Dồn ép vật liệu: 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 chà sát trên bề mặt sẽ tạo nên một
rãnh và một lượng vật liệu bị dồn ép ở phía trước nó. Điều này thường xảy ra khi tỷ
số giữa sức bền cắt của bề mặt tiếp xúc với sức bền cắt của hạt cứng cao (0,5÷1).
Khi đó 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.
Cắt: 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.
2.2.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn do cào xước bằng biến dạng dẻo.
Theo lý thuyết ma sát - mòn:
Tổng thể tích vật liệu đầu ép bị dịch chuyển bởi tất cả các nhấp nhô là:

( )
2W.
tb
x tg
v
H
θ
π
=
(2.4)
Trong đó:
W: lực ép,
x: khoảng trượt của mỗi lần ép,
(tg
θ
)
tb
: giá trị trung bình của tất cả các nhấp nhô hình nón gọi là yếu
tố độ nhám,
H: độ cứng của bề mặt đầu ép,

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×