Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ chế tạo nâng cao chất lượng cho bộ khuôn ép gạch block bê tông cỡ 200 100 50 nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư

4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn nghệ gạch block bê tông là công nghệ sạch, tận dụng nguồn phế liệu trong công nghiệp, để sản xuất vật liệ

1

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHO BỘ KHUÔN ÉP GẠCH BLOCK

BÊ TÔNG CỠ 200*100*50 NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐẦU TƯ

Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Học viên : Trần Phương Thảo Lớp : K13 CTM

Hướng dẫn KH: PGS.TS Vũ Quí Đạc

Thái Nguyên - 2012

2

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHO BỘ KHUÔN ÉP GẠCH BLOCK

BÊ TÔNG CỠ 200*100*50 NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐẦU TƯ

Học viên : Trần Phương Thảo Lớp : K13 CTM

3

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

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Gạch đất sét nung (ĐSN) là loại vật liệu xây dựng có từ rất lâu đời Nhiều tài liệu nghiên cứu cho rằng gạch ĐSN xuất hiện khoảng năm 7000 -

7500 trước công nguyên Hiện nay, ngay ở những nước tiên tiến như các nước châu Âu và Nhật Bản, người ta cũng vẫn sản xuất và sử dụng gạch ĐSN Ở nước ta, gạch đất ĐSN (còn gọi là gạch đỏ) cũng có từ rất sớm Người ta đã tìm thấy gạch đỏ trong trong những công trình cổ cách đây hàng ngàn năm Năm 2011, cả nước sản xuất khoảng trên 22 tỷ viên gạch đỏ Theo dự báo của Viện VLXD, nhu cầu gạch xây vào năm 2020 ở nước ta là khoảng 42 tỷ viên quy tiêu chuẩn Tuy là vật liệu xây truyền thống, có nhiều ưu điểm nhưng tỷ

lệ sản xuất và sử dụng gạch đỏ trên thế giới ngày càng giảm vì các lý do: nguồn nguyên liệu cho sản xuất ngày càng cạn kiệt, công nghệ sản xuất gây ra nhiều chất thải có hại, việc tiếp tục khai thác sét cho sản xuất gạch đỏ làm giảm diện tích trồng lương thực, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái, Ngày nay, người ta đã sáng tạo ra nhiều loại vật liệu thay thế gạch đỏ với những ưu điểm vượt trội cả về tính năng kỹ thuật, mỹ thuật và công nghệ sản xuất, đồng thời ít ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Đó là các loại vật liệu không nung khác nhau [4] Gạch không nung có thể là gạch bê tông, có thể là bê tông nhẹ sản xuất theo phương pháp sử dụng các chất tạo bọt và cũng có loại bê tông nhẹ nhưng là loại cao cấp sử dụng chất tạo khí và được chưng hấp ở nhiệt độ và áp suất cao Đối với các công trình cao tầng, sử dụng gạch bê tông trong các kết cấu vách ngăn và tường bao che sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật rất lớn Gạch block bê tông ngoài các ưu điểm của bê tông thông thường còn có tính cách âm, cách nhiệt tốt hơn và đặc biệt là tổng giá thành của công trình nhà cao tầng xây dựng bằng gạch block bê tông thường thấp hơn đáng kể so với các công trình sử dụng gạch sét nung Công

4

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

nghệ gạch block bê tông là công nghệ sạch, tận dụng nguồn phế liệu trong công nghiệp, để sản xuất vật liệu xây dựng, thân thiện môi trường là sự đóng góp lớn đối với định hướng phát triển đô thị bền vững trong lĩnh vực xây dựng công trình Một công nghệ gạch block bê tông sẽ hạn chế việc sử dụng gạch đất sét nung là loại sản phẩm sản xuất có nhiều nhược điểm như khai thác đất canh tác bừa bãi, cần nhiều chất đốt, kích thước viên gạch nhỏ, năng xuất xây dựng thấp, gây ô nhiễm môi trường Gạch bê tông là một phát minh xanh trong lĩnh vực xây dựng của Châu Âu nhằm thay thế công nghệ truyền thống lạc hậu để bảo vệ môi trường và tài nguyên thiên nhiên Mặt khác công nghệ này còn mang lại rất nhiều tính năng ưu việt, do đó đã được các nước phát triển sử dụng hơn 60 năm qua để thay thế hoàn toàn công nghệ cũ trên khắp thế giới Từ những năm 60 của Thế kỷ 20, nhiều phát minh về gạch block bê tông đã được các chuyên gia Mỹ, Nhật và Châu Âu nghiên cứu, áp dụng trong thực tế Tới nay, gạch block bê tông đã được phổ biến hầu như trên toàn Thế giới [1-3]

Bên cạnh những ưu điểm mà gạch block bê tông mang lại thì trong quá trình sản xuất gạch cũng gặp phải một số những hạn chế nhất định, trong đó đặc biệt phải kể đến những hạn chế của bộ khuôn ép Do 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, chất lượng 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

Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ chế tạo

nâng cao chất lượng cho bộ khuôn ép gạch block bê tông cỡ 200*100*50 nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư” là rất cần thiết nhằm nâng cao năng suất và

hạ giá thành sản phẩm cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng hiện nay

5

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

2 Ý nghĩa của đề tài

* Ý nghĩa khoa học :

Kết quả của việc nghiên cứu sẽ góp phần bổ sung cho cơ sở lý thuyết

về tương tác ma sát và mòn giữa nguyên liệu làm gạch và khuôn, từ đó đưa ra các giải pháp công nghệ chế tạo khuôn, đặc biệt là bộ khuôn làm gạch block

bê tông của hệ thống sản xuất gạch không nung

* Ý nghĩa thực tiễn :

Thiết kế chế tạo được bộ khuôn gạch block bê tông của hệ thống sản xuất gạch không nung 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 hiện nay

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 block bê tông trong hệ thống sản xuất gạch không nung của một số công ty và cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng trên địa bàn ngoại thành Hà Nội

- 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 block bê tông

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài này sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm

5 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu về các giải pháp nhằm nâng cao độ chống mài mòn và thời gian làm việc đối với bộ khuôn ép gạch block bê tông trong hệ thống dây chuyền sản xuất gạch không nung do công ty CP thương mại và sản xuất cơ khí Phú Thành sản xuất được sử dụng tại các nhà máy sản xuất gạch ngói, VLXD huyện Thạch Thất, TP Hà Nội và huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên

6

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

6 Nội dung nghiên cứu

Chương 1 : Tổng quan về dây chuyền sản xuất gạch không nung và bộ khuôn

ép gạch block bê tông

Chương 2: Nghiên cứu mòn và các yếu tố ảnh hưởng tới mòn khuôn

Chương 3 : Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm

Chương 4 : Kết quả và bàn luận

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG

VÀ BỘ KHUÔN ÉP GẠCH BLOCK BÊ TÔNG 1.1 Giới thiệu chung

7

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

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 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 kỹ 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 block bê tông của Công ty cổ phần cơ khí số 4 Bộ xây dựng, hay dây chuyền của Công ty cổ phần thương mại và sản xuất cơ khí Phú Thành 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 Chang Yil của Đài Loan, Công ty Tháng Mười Đỏ (CH Ucraina)… 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

8

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

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 ép gạch block của dây chuyền Ở đó các chi tiết phải sửa chữa và thay thế thường xuyên như: dao trộn, tấm lót, xilanh, đầu ép 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, dao trộn, đầu ép 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 block bê tông Chính vì vậy, dưới sự định hướng của giáo viên hướng dẫn chính PGS.TS Vũ Quý 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 và cấu tạo khuôn ép tạo hình trong dây chuyền sản xuất gạch block bê tông

1.2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất gạch block bê tông

9

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

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất gạch (1) Cấp nguyên liệu: Sử dụng các phễu chứa liệu (PL1200 đến

PL1600), băng tải liệu, cân định lượng, bộ phận cài đặt phối liệu Sau khi nguyên liệu được cấp đầy vào các phiễu (nhờ máy xúc), chỉ một phần nguyên liệu được đưa xuống ban cân theo công thức phối trộn đã cài đặt từ trước (cấp phối bê tông đã quy định) Qua khâu này, nguyên liệu được cấp theo công thức phối trộn đã cài đặt

(2) Máy trộn nguyên liệu: Cùng với các cốt liệu (mạt đá, cát, xỉ nhiệt

điện, phế thải công nghiệp,…), nước và xi măng được đưa vào máy trộn một cách hoàn toàn tự động theo quy định cấp phối Sau đó nguyên liệu được trộn ngấu đều theo thời gian cài đặt Hỗn hợp sau phối trộn được tự động đưa vào ngăn phân chia nguyên liệu ở khu vực máy tạo hình (hay máy ép tạo block (4)) nhờ hệ thống băng tải

(3) Đây là khu vực chứa khay (palet) làm đế trong quá trình ép và

chuyển gạch thành phẩm ra khỏi dây chuyền Khay (palet) này có thể làm bằng gỗ ép, tre ép,… nhưng tốt nhất là bằng nhự tổng hợp siêu bền, chịu lực nén, rung động lớn

10

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

(4) Máy tạo hình: Nhờ vào hệ thống thủy lực, máy hoạt động theo cơ

chế ép kết hợp với rung tạo ra lực rung ép rất lớn để hình thành lên các viên gạch block đồng đều, đạt chất lượng cao và ổn định Cùng với việc phối trộn nguyên liệu, bộ phận tạo hình nhờ ép rung này là hai yếu tố vô cùng quan trọng để tạo ra sản phẩm theo như ý muốn

(5) Tự động ép mặt: Đây là bộ phận giúp tạo màu bề mặt cho gạch tự

chèn Nó sẽ trở lên không cần thiết nếu ta không muốn sản xuất gạch tự chèn, gạch trang trí

(6) Tự động chuyển gạch: Đây là máy tự động chuyển và xếp từng khay gạch

vào vị trí định trước một cách tự động Nhờ đó mà ta có thể chuyển gạch vừa sản xuất ra để dưỡng hộ hoặc tự động chuyển vào máy sấy tùy theo mô hình sản xuất

1.3 Các thông số và đặc tính kỹ thuật của một số thiết bị cơ bản trong dây chuyền

1.3.1 Thùng cấp liệu

Đặc tính máy:

Thiết bị bao gồm các phần: chứa, dẫn động, vận chuyển

Hình 1.2 Thùng cấp liệu

11

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

1.3.2 Máy trộn bê tông

Hình 1.3 Máy trộn bê tông trục đôi JS2000

Máy trộn bê tông hai trục có chức năng: Trộn đều các nguyên liệu

năng: Ép nhiên liệu sau khi đã

trộn để tạo hình cho viên gạch

block

Hình 1.4 Máy ép gạch block

1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống dây chuyền

Nguyên vật liệu bao gồm mạt đá, cát được đổ vào phễu chứa và được hai băng tải dẫn ra và đổ chung vào một băng tải, sau đó được đổ lên Thiết bị sàng (tự chọn) Những hạt nguyên liệu thô to quá cỡ, không thích hợp với việc sản xuất gạch block sẽ bị giữ lại trên sàng và được đổ ra máng và đưa ra ngoài Nguyên vật liệu phù hợp sẽ qua sàng và được rơi xuống Phễu cân chất độn Khi

đủ trọng lượng cốt liệu cho 1 mẻ trộn (Trọng lượng này do người vận hành đặt trước), tín hiệu từ phễu cân sẽ phát ra và ra lệnh cho Thiết bị sàng dừng lại Thiết bị sàng dừng thì lập tức các băng tải dẫn vật liệu cũng dừng Khi đó phễu cân được mở ra bằng một xi lanh khí tự động, đổ cốt liệu xuống máy trộn Xi măng được vận chuyển từ silo xi măng, qua vít tải và đổ lên phễu cân Khi trọng lượng xi măng đủ cho một mẻ trộn, phễu cân xi măng phát tín hiệu để vít tải ngừng hoạt động và xi lanh khí mở tự động cửa phễu đổ xi măng xuống máy trộn Khi nguyên vật liệu đã đủ cho 1 mẻ trộn, máy trộn sẽ hoạt động trộn liệu, thời gian trộn 1 mẻ sẽ do người vận hành đặt trước

Nước được cấp vào máy trộn bằng một thiết bị cấp nước bên cạnh máy trộn Lượng nước cho 1 mẻ trộn được người vận hành đặt trước Lượng nước này có thể thay đổi thùy theo độ ẩm của nguyên vật liệu (phụ thuộc thời tiết) Sau khi quá trình trộn liệu kết thúc, cửa máy trộn sẽ được mở tự động bằng xi lanh khí, và vữa bê tông sẽ được xả xuống phễu Vữa từ phễu này được băng

13

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

tải đưa lên đổ vào phễu của máy chính Sau khi vữa được xả hết từ máy trộn, cửa máy trộn sẽ tự động đóng lại Một chu trình định lượng và trộn tự động lại tiếp tục Toàn bộ quá trình được điều khiển bởi tủ điều khiển trung tâm

Tại máy chính (số 1), khi phễu chứa của máy chính đã được cấp đầy nguyên vật liệu, một pallet sắt được đẩy vào bằng xi lanh thủy lực và được định vị trên bàn máy Khuôn dưới hạ xuống mặt pallet Hộp nạp liệu tiến vào

và nạp liệu cho khuôn có gây rung và khuấy Cánh khuấy quay được dẫn động qua bộ mô tơ - bộ truyền xích, nhằm đảm bảo cho việc nạp liệu được hoàn hảo Sau khi nạp liệu xong, hộp nạp liệu rút ra và khuôn trên sập xuống thực hiện quá trình rung ép tạo hình Sau đó khuôn dưới được nhấc lên bằng một xi lanh thủy lực để dỡ khuôn Khi khuôn dưới ra khỏi chiều cao viên gạch thì khuôn trên cũng tự động được nhấc lên theo Tiếp đó xi lanh thủy lực sẽ đẩy một pallet rỗng vào bàn máy và đẩy pallet có gạch thành phẩm ra ngoài băng tải xích của thiết bị xếp gạch tự động Một chu trình rung ép tạo hình mới lại bắt đầu trên máy chính

Pallet gạch mới tạo hình được Thiết bị xếp gạch tự động xếp lần lượt lên các tầng của giá thép Các giá thép này được định vị trên Thiết bị chở giá Khi giá thép đầy pallet, thiết bị này chạy tự động sang một bên đưa giá rỗng vào xếp gạch tiếp Một xe nâng sẽ đưa giá thép đẩy ra khu dưỡng hộ sản phẩm

Sau 24 giờ, gạch đã tương đối khô, xe nâng sẽ chở giá có pallet gạch khô lại và đặt lên thiết bị chở giá Các pallet gạch được Thiết bị dỡ gạch tự động hạ lần lượt xuống băng tải xích và đưa đến Thiết bị tách gạch Tại đây gạch được tách tự động ra khỏi các tấm pallet và đẩy sang băng tải chở sản phẩm Công nhân đứng hai bên băng tải này sẽ bốc gạch ra xếp khối và chở

đi Các tấm pallet sau khi qua Thiết bị dỡ gạch, được đưa sang Băng tải xích chuyển pallet, quay trở lại nạp tự động vào máy chính, tiếp tục chu trình sản xuất mới

14

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

Các giá thép sau khi được giải phóng hết pallet tại vị trí của thiết bị dỡ gạch, được chuyển tự động sang vị trí của Thiết bị xếp gạch để xếp pallet gạch mới

Trong quá trình sản xuất gạch block xây hoặc gạch lát 1 lớp, Thiết bị làm màu tự động sẽ không hoạt động và được nhấc cao lên để các pallet gạch chạy qua dưới gầm thiết bị này

Hệ thống sản xuất chính và hệ thống định lượng - trộn được kết nối với nhau bằng một thiết bị cảm ứng mức vữa trong phễu của máy chính Nếu mức vữa trên mức vữa cực đại thì sẽ có tín hiệu ra lệnh cho băng tải dừng lại, và nếu phễu chứa nguyên liệu trộn mà đầy thì toàn bộ hệ thống trộn sẽ tự động dừng

Nếu mức vữa trong phễu của máy chính mà thấp hơn mức cực tiểu, thì máy chính sẽ tự động dừng lại vì không đủ liệu hoạt động và hệ thống trộn sẽ

tự động khởi động để đáp ứng nhu cầu vữa bê tông cho máy chính

1.5 Cấu tạo khuôn ép tạo hình gạch

Tùy vào từng cơ sở sản xuất mà người ta có những bộ khuôn tương ứng dành cho những loại sản phẩm khác nhau Ví dụ khuôn cho gạch đặc, khuôn cho gạch 2 lỗ, 4 lỗ, 6 lỗ, 8 lỗ hay gạch thẻ lát nền, ngói

Trong đề tài luận văn này tác giả chỉ đề cập đến loại khuôn của gạch block 200x100x50

Hình 1.5 Hình ảnh khuôn ép và sản phẩm gạch

Hình 1.6 Bản vẽ kỹ thuật khuôn ngoài

1 Thành khuôn: Có tác dụng liên kết giữa khuôn ngoài

2 Khuôn ngoài: Có tác dụng tạo hình dáng bên ngoài của chi tiết sản phẩm

3 Chày ép: Ép tạo mặt phẳng cho viên gạch và ép chặt vữa tạo hình

16

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

Hình 1.7 Hình ảnh thành khuôn và chầy ép gạch block

1.6 Nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép

Khuôn ép có nhiệm vụ tạo hình cho sản phẩm trong quá trình sản xuất gạch block của dây chuyền Khi sản phẩm đi ra khỏi khuôn yêu cầu không bị nứt, rạn Bề mặt của sản phẩm phải đạt độ nhẵn và quan trọng nhất là sản phẩm phải đạt độ chính xác cần thiết về hình dáng và kích thước

* Chức năng làm việc và yêu cầu kỹ thuật của khuôn:

- Khuôn ngoài được bắt chặt vào thành khuôn bằng 8 đai ốc M10

- Dung sai chế tạo lỗ tạo hình của khuôn ngoài theo chiều dài : ± 0,2mm

17

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

- Dung sai chế tạo lỗ tạo hình của khuôn ngoài theo chiều rộng : ± 0,1mm Trong quá trình làm việc mặt trong của thành khuôn tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu, lực ép lớn và điều kiện làm việc liên tục lên bị mòn rất mạnh Chính vì vậy khuôn phải có độ cứng cao mà không bị nứt (độ cứng đạt từ 40 HRC trở lên) Đôi khi kích thước khuôn không mòn đều mà nó mòn lệch dẫn đến sai lệch về hình dáng của sản phẩm thì cũng phải thay thế khuôn mới Khi khuôn bị mòn quá giới hạn cho phép thì phải thay thế khuôn

* Kích thước gạch chuẩn của các cơ sở sản xuất này cụ thể như sau:

- Công ty Cổ phần XD & Thương Mại Cường Thành và Công ty vật liệu xây dựng Sài Sơn có kích thước khuôn gạch là 200x100x50

18

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

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU VỀ MÒN

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÒN KHUÔN

2.1 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 Hay 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

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 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

19

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

Mòn có thể có hại hoặc có lợi 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 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

Trong phần này tác giả sẽ đề cập đến một vài cơ chế mòn và các dạng mòn cũng như các yếu tố làm mòn vật liệu khuôn

2.2 Các dạng mòn có thể xảy ra đối với chi tiết khuôn ép

2.2.1 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 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 tải và bỏ tải

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 trượt (hình a) Mòn 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

21

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

(hình b) 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%

a 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 quá trình cày, 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 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 tiếp theo (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

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

22

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

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

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 phấp nhô bề mặt

lý tưởng (chêm 2D) Theo phân tích này vật liệu giả thiết là tuyệt đối dẻo và các đỉnh phấp nhô chỏ chịu biến dạng phẳng Hình 2.2(a) chỉ ra chế độ này trong đó vật liệu bị dồn sang hai bên của rãnh tạo nên bởi hạt cứng

Hình 2.2 Sơ đồ vùng đường trượt của ba chế độ biến dạng của vật liệu rắn, tuyệt đối dẻo gây ra bởi sự trượt của hình nêm phẳng cứng từ phải qua trái (a) cày (b) sự hình thành vật liệu dồn ép (c) cắt

23

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

(a) (b) (c)

Hình 2.3 Chỉ ra chế độ cắt, vật liệu phía trước của hạt cứng bị cắt ra

do bị biến dạng trong vùng biến dạng thứ nhất tạo thành phoi (b) chỉ ra chế

độ hình thành vật liệu bị dồn ép ở phía trước hạt cứng Sự dính xảy ra giữa mặt trước của hạt cứng và vật liệu bị đẩy dồn ra khỏi bề mặt Một phần vật liệu này bị dồn sang hai bên, phần còn lại dính ở phía trước hạt cứng và cuối cùng bị tách ra giống như trường hợp cắt Đối với kim loại dẻo, các cơ chế cày, dồn ép và cắt được quan sát trên hình 2.5; (c) chỉ ra chế độ cắt, vật liệu phía trước của hạt cứng bị cắt ra do bị biến dạng trong vùng biến dạng thứ nhất tạo thành phoi

Hokkirigawa và Kato đã nghiên cứu lực liên quan đến từng chế độ này Các yếu tố quyết định là góc tiếp xúc Ө, mức độ chìm sâu của hạt cứng và sức bền cắt của bề mặt tiếp xúc chung Mức độ chìm sâu của hạt cứng là tỷ số giữa chiều sâu rãnh và bán kính tiếp xúc, sức bền cắt bề mặt là tỷ số giữa sức bền bề mặt và sức bền trong lòng vật thể Trong trường hợp hạt cứng có đầu nhọn sẽ tồn tại một góc tiếp xúc giới hạn chuyển từ cày và dồn ép sang cắt

24

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

Góc tiếp xúc giới hạn này phục thuộc vào vật liệu bị mòn Mức độ chìm sâu giới hạn từ cày và dồn ép sang cắt sẽ tăng khi hệ số ma sát tăng

Tải trọng giới hạn tỷ lệ với

3 CH

Plastic groove Surface

Direction

of motion

c

Plastic zone Median crack

Lateral crack Potential wear zone

25

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

Hình 2.5 Sự hình thành và phát triển của vết nứt trong các chu kỳ

chịu và nhấc tải của kính đá vôi sử dụng mũi hình tháp nhọn

Từ hình 2.5 có thể thấy rằng các vết nứt ngang phát triển từ ứng suất dư gây ra khi vật liệu bị biến dạng Chiều dài lớn nhất của vết nứt vì thế chỉ được phát hiện khi hạt cứng rút ra khỏi bề mặt Khi hạt cứng trượt trên bề mặt, các vết nứt ngang sẽ phát triển lên phía trên tới bề mặt từ vùng dưới bề mặt bị biến dạng Các mảnh mòn được tách ra dưới dạng các mảnh đa điện từ vùng giới hạn bởi các đường nứt ngang tới bề mặt trượt

Chiều dài vết nứt của hạt cứng trượt trên bề mặt vật dòn trên hình 2.5 được xác định như sau:

26

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

8 / 1 2 / 1 C

5 / 3

HK

)H/E(

/ 2

2

H

WH

8 / 5 2 / 1 C

8 / 9 3

HK

W)H/E(N

v

Trong đó α3 là hệ số không phụ thuộc vào vật liệu Vì (E/H) không thay đổi nhiều với các vật liệu rắn dòn khác nhau, nên tốc độ mòn tỷ lệ nghịch với Kc1/2 Tốc độ mòn tỷ lệ thuận với W9/8 nghĩa là tốc độ mòn do nứt ngang tăng nhanh hơn tuyến tính theo tải trọng pháp tuyến như trong biến dạng dẻo Điều này ngụ ý rằng hệ số mòn trong phương trình mòn không độc lập với tải trọng

2.2.3 Mòn do va chạm

27

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

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

a Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion)

Erosion là hiện tượng va chạm của các hạt cứng Đây là một dạng của mòn cào 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 bình phương vận tốc Các hạt mòn do va chạm tách ra khỏi bề mặt sau một số chu kỳ va chạm nhất định

28

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

chạm, có thể thấy tốc độ mòn của vật liệu dẻo và dòn là rất khác nhau (biến dạng dẻo và nứt tách) Hình dạng của các hạt cứng ảnh hưởng đến kiểu biến dạng dẻo xảy ra quanh vị trí va chạm và có quan hệ với lượng vật liệu bị đẩy

ra Trong trường hợp vật dòn, mức độ và sự khốc liệt của vết nứt phụ thuộc vào độ sắc của các hạt, các hạt sắc gây mòn mạnh hơn so với hạt cùn

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 bơm 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

b 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

29

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

Hình 2.7 Sơ đồ va chạm của một đầu va chạm với tấm phẳng chuyển động ngang

Mô hình của mòn do va chạm vật rắn chỉ ra trên hình 2.7 bao gồm va chạm bán kính R hướng vuông góc với chuyển động của một khối có vận tốc

u Đầu va chạm có thể coi như một chất điểm và được đỡ bằng một lò xo có

độ cứng k Tại thời điểm ts đầu va chạm gặp khối chuyển động ngang Sau đó chúng cùng chuyển động cho tới khi va chạm kết thúc Sự biến đổi của lực va chạm Hec sau một chu kỳ của quá trình va chạm chỉ ra trên hình 2.7 có dạng quả chuông Để đơn giản ta giả thiết lập va chạm Hec F (t) biến thiên theo quy luật hình sin

F(t) = Fosin

Giá trị cực đại Fo phụ thuộc vào hình dạng hình học, vật liệu và các thông số va chạm pháp tuyến Đối với một tiếp xúc đàn hồi của đầu va chạm trên một tấm phẳng khối lượng vô hạn có mô đun đàn hồi vô hạn ta có:

5 / 2 2 / 1 2

5 / 3 2 elastic

)1(3

E4m





S gọi là yếu tố trượt Nếu S = O, sự va chạm vuông góc xảy ra Nếu S

lớn sự trượt xảy ta trong thời gian dài hơn trong quá trình va chạm Nếu S ≥ 2,

sự trượt xảy ra trong toàn bộ thời gian tiếp xúc

Mòn do va chạm tỷ lệ thuận với yếu tố trượt bởi vì mòn chủ yếu xảy ra trong phần va chạm của trượt tương đối Va chạm pháp tuyến trên bề mặt cứng hơn có thể tạo nên cơ chế mòn do mỏi dưới bề mặt Một va chạm xảy ra cùng sự trượt (va chạm kết hợp) tạo nên mỏi bề mặt và hoặc dính, mòn do cào xước Các cơ chế mòn riêng biệt phụ thuộc vào hình học, vật liệu và các thông số của quá trình Với các vật liệu có độ dai va đập cao, sự tham gia của

mỏi bề mặt có thể bỏ qua

2.2.4 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 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

31

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

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 quá 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 vào 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 với 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

2.2.5 Mòn Tribochemical

Ma sát làm thay đổi động lực học của các tương tác hoá học giữa các bề mặt trượt và với khí hoặc chất lỏng trong môi trường do tác dụng sinh nhiệt trên bề mặt tiếp xúc Ngành hoá học nghiên cứu tác dụng thay đổi các phản ứng hoá học bằng ma sát hoặc năng lượng cơ học gọi là tribochemistry, mòn

bị kiểm soát bởi các phản ứng này gọi là mòn hoá học

Nhiệt sinh ra do tương tác ma sát ở đỉnh các nhấp nhô làm tăng tốc độ của phản ứng hoá học là cơ chế đặc trưng nhất của mòn tribochemical Ngoài

32

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

nhiệt do ma sát các cơ chế khác bao gồm: Sự hình thành các bề mặt sạch do hiện tượng phá huỷ các lớp màng bề mặt, tăng tốc hiện tượng khuyếch tán và kích thích cơ hoá trực tiếp liên kết bề mặt Các phản ứng tribochemical là nguyên nhân mòn ôxy hoá kim loại, và sự hình thành các lớp màng chất dẻo

ma sát trên bề mặt trượt khi có sự tồn tại của chất hữu cơ, sự hoà tan của Nỉtit Silic trong nước khi trượt mà không bị nứt tách, ứng dụng của tribochemistry bao gồm sự hình thành lớp màng ma sát polyme, mòn và đánh bóng bề mặt không gây nứt tách (chemomechal polishing)

2.3 Mòn vật liệu

2.3.1 Khái niệm

Quá trình mòn nói chung được định lượng bằng tốc độ mòn là thể tích hay khối lượng vật liệu bị tách ra khỏi bề mặt trong một đơn vị thời gian hay một đơn vị chiều dài trượt Các dạng khác có thể không có thứ nguyên như tỷ

số chiều sâu vật liệu mòn trên một đơn vị chiều dài trượt hoặc tỷ số thể tích vật liệu tách ra trên một đơn vị chiều dài trượt hoặc tỷ số thể tích vật liệu tách

ra trên một đơn vị diện tích tiếp xúc và một đơn vị chiều dài trượt Mòn là một hàm số phức tạp theo thời gian

Sliding distance

Failure occurs Steady state

sliding no.2

Steady state sliding no.1

Run-in period

33

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

Hình 2.8 Ba trường hợp giả thuyết về thể tích mòn là hàm số của khoảng cách trượt chỉ ra các giai đoạn chạy rà, ổn định và khốc liệt

Từ đồ thị tốc độ mòn có thể thấy rằng tốc độ mòn giữ hằng số trong một giai đoạn nào đó, sau đó có thể thay đổi nếu có sự thay đổi về cơ chế mòn Mòn trong quá trình chạy và cấu trúc vật liệu ban đầu cũng như trạng thái bề mặt như độ nhẵn, sự tồn tại của lớp màng bề mặt Trong giai đoạn chuyển cơ chế mòn, độ nhám bề mặt bị biến đổi do biến dạng dẻo Tuy nhiên các điều kiện đầu có ảnh hưởng tới sự phá huỷ trong giai đoạn chuyển đổi và thời lượng của nó

Giống như ma sát, tốc độ mòn của một vật liệu phụ thuộc vào vật liệu đối tiếp hoặc cặp vật liệu, trạng thái bề mặt và điều kiện làm việc Ý nghĩa của các hệ số mòn hoặc dữ liệu mòn trong các công trình công bố thường nằm

ở các giá trị tương đối hơn là các giá trị tuyệt đối

Mòn là một hàm số phức tạp theo thời gian Tốc độ mòn ban đầu có thể thấp sau đó tăng hoặc ngược lại (hình 2.8) Sau một khoảng thời gian nhất định tốc độ mòn giữ hằng số trong một giai đoạn sau đó có thể thay đổi nếu

có sự thay đổi về cơ chế mòn trong quá trình thí nghiệm về mòn Quá trình chạy rà phụ thuộc vào cấu trúc, tính chất ban đầu của vật liệu và các trạng thái

bề mặt Trong giai đoạn chuyển tiếp nàu độ nhám bề mặt bị biến đổi do biến dạng dẻo ở đỉnh các nhấp nhô bề mặt Điều kiện ban đầu ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ mòn bề mặt trong quá trình chạy rà và khoảng thời gian

Cặp kim loại

Độ cứng Vicers (kg/mm 2 )

Hệ số mòn K (x10 -4 )

34

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

Thép các bon thấp trượt trên thép các bon thấp 158 150

Bảng 2.1 Hệ số mòn của vật liệu mềm cho các cặp kim loại – kim loại khác nhau với tải trọng 20N và vận tốc trựơt 1,8m/s Các giá trị tiêu chuẩn của độ cứng là của vật liệu mòn mềm hơn trong mỗi cặp vật liệu

2.3.2 Mòn kim loại và hợp kim

Các bề mặt kim loại và hợp kim sạch ở các tiếp xúc rắn biểu hiện tính dính cao do đó ma sát và mòn cao, đặc biệt tiếp xúc của các bề mặt sạch trong chân không cho tốc độ mòn rất cao Các lớp màng hoá học mỏng nhất hình thành trên bề mặt tiếp xúc đều có khả năng giảm dính dẫn đến giảm ma sát và mòn Trong trường hợp kim loại mềm như In, Pb và Sn tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô rất rộng và thậm chí khi tỷ trọng nhỏ do đó tốc độ mòn cao Các kim loại có cấu trúc lục giác xếp chặt như Co và Mg cũng như các kim loại không có cấu trúc này như Mo, Cr đều biểu hiện ma sát và mòn thấp Do đó

Co, Mo và Cr là các nguyên tố hợp kim thông dụng trong thép để giảm ma sát

và mòn đồng thời tăng khả năng chống ăn mòn Nói chung mòn của hợp kim thấp hơn các nguyên tố nguyên chất Hệ số mòn k cho một loạt các kim loại giống và khác nhau

Thép là dạng vật liệu thông dụng nhất sử dụng trong cả ứng dụng cấu trúc và tribological Trên cơ sở của thành phần hoá học (tỷ lệ % của nguyên

tố hợp kim và các bon) và đặc điểm quá trình gia công, một loạt các tính chất vật lý và cấu trúc tế vi khác nhau được hình thành Khả năng chống mòn của thép có cấu trúc khác nhau chỉ ra trên hình II.13

35

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

Các dữ liệu về mòn chỉ ra rằng trong số các loại thép thí nghiệm kiểu từ

201 – 301 và độ cứng đạt 440C thép loại Nitronic cho khả năng chống mòn tốt khi bản thân chúng trượt với nhau trong điều kiện không bôi trơn Tốc độ mòn của thép hợp kim niken cao nằm trong khoảng giữa thép trắng macténit và ốtstennit Các hợp kim trên nền Co cũng có tính chống mòn cao Sự phối hợp vật liệu khác nhau như thép với đồng Si và hợp kim Stellite Các dữ liệu về mòn cũng chỉ ra rằng có thể cải thiện khả năng chống mòn bằng việc thay đổi tính chất các lớp về bề mặt bằng các biện pháp xử lý bề mặt hoặc phủ bề mặt vv… các thông số vận hành như tải trọng pháp tuyến, tốc độ trượt tương đối, và môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến chế độ mòn cũng như tốc độ mòn

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới mòn

Thực chất có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ mòn của các bề mặt trượt Tuy ảnh hưởng của các yếu tố này được phân chia theo nhiều đề mục nhỏ nhưng thực chất chúng có mối quan hệ với nhau và rất khó tách các yếu

tố riêng biệt Ví dụ: nhiệt độ cao sinh ra ở bề mặt tiếp xúc do tải trọng và tốc

độ trượt lớn Nhiệt độ này ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành lớp màng bề mặt và có thể tạo sự thay đổi về cấu trúc tế vi và độ cứng về mặt

2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mòn ôxy hoá

Sự hình thành lớp màng ôxy hoá bề mặt có giảm tốc độ mòn tới hai lần so với làm việc trong môi trường khí trơ Ở nhiệt độ thấp, sản phẩm của quá trình ôxy hoá bề mặt chỉ hình thành ở đỉnh các nhấp nhô tiếp xúc Ở nhiệt độ cao hơn, ôxy hoá xảy ra trên toàn bề mặt và ảnh hưởng tới mòn Khi sử dụng thép làm đôi

ma sát, sản phẩm ôxy hoá của các hạt mòn phụ thuộc vào điều kiện trượt Ở tốc

độ thấp, các hạt mòn chủ yếu là α- Fe3O4 , ở tốc độ cao là FeO

Ôxy và các phân tử của các nguyên tố khác hấp thụ trên bề mặt của kim loại và tạo nên liên kết hoá học mạnh với các bề mặt này Sự khuyếch tán của

36

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

các nguyên tố có hoạt tính qua lớp này bị chậm dần theo thời gian Tốc độ ôxy hoá của sắt và nhiều kim loại tuân theo quy luật parabol

h = Ct 1/2 Trong đó : h là chiều dày của lớp màng ôxy hoá, t là giá trị tăng trung bình của thời gian, C là là hằng số của parabôn

Bời vì hiện tượng khuyếch tán phụ thuộc vào tác động của nhiệt, tốc độ dày lên của lớp màng ôxy hoá trong quá trình trượt là một hàm số của nhiệt

độ tương tự như ôxy hoá ở điều kiện tĩnh

2.4.2 Ảnh hưởng của điều kiện vận hành

Bản đồ mòn loại trừ ảnh hưởng của môi trường đến các cơ chế mòn Không có một cơ chế mòn đơn nào xảy ra trong một dải rộng các điều kiện vận hành, thực tế luôn tồn tại một vài cơ chế mòn mà vai trò của chúng đối với mòn thay đổi khi điều kiện vận hành thay đổi Sự chuyển tiếp của các cơ chế mòn chính gây nên sự thay đổi về tốc độ mòn, điều này thường xảy ra theo hàm số của thời gian Sự thống trị của các cơ chế mòn tuỳ theo sức bền

cơ học và mức độ dính ở chỗ tiếp xúc Tăng tải trọng pháp tuyến dẫn đến sự phá huỷ cơ học bề mặt do ứng suất tiếp xúc cao.Tăng tải trọng pháp tuyến và

37

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

vận tốc trượt dẫn đến tăng nhiệt độ trên các lớp bề mặt là nguyên nhân tạo thành các lớp màng hoá học bề mặt (chủ yếu là màng ôxy hoá) đồng thời giảm sức bền cơ học và đôi khi thay đổi cấu trúc tế vi bề mặt Trong điều kiện tích PV lớn, có thể xảy ra hiện tượng chảy cục bộ vùng gần bề mặt

Mòn nhẹ xảy ra do tiếp xúc trực tiếp kim loại – kim loại ở đỉnh các nhấp nhô giảm tới tối thiểu bởi sự hình thành lớp màng ôxy hoá do nhiệt ma sát Mòn nhẹ xảy ra dưới bốn bộ điều kiện phân biệt sau đây:

- Áp suất tiếp xúc và vận tốc trượt thấp, một lớp màng ôxy hoá có chiều dày khoảng vài nanô mét hình thành ngăn tiếp xúc kim loại trực tiếp và không

- Tốc độ trượt cao hơn, nhiệt độ bề mặt tiếp xúc tăng lên tạo nên các lớp màng dày Các lớp màng ôxy hoá có tác dụng giảm dòng nhiệt từ bề mặt vào nền là nguyên nhân làm cho hiện tượng ôxy hoá trở nên khốc liệt

- Mòn khốc liệt xảy ra trong điều kiện tiếp xúc trực tiếp kim loại – kim loại xảy ra Mòn khốc liệt xảy ra dưới ba bộ điều kiện phân biệt

- Áp suất tiếp xúc lớn và vận tốc trượt nhỏ, áp xuất lớn đủ phá vỡ màng mỏng ôxuýt dẫn đến tiếp xúc trực tiếp kim loại – kim loại ở đỉnh các nhấp nhô