Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ chế tạo nâng cao chất lượng cho bộ khuôn ép gạch block bê tông cỡ 20010050 nhằm nâng cao hiệu quả đầu

Tới nay, gạch block bê tông đã được phổ biến hầu nhưtrên toàn Thế giới [1-3].Bên cạnh những ưu điểm mà gạch block bê tông mang lại thìtrong quá trình sản xuất gạch cũng gặp phải một số n

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Gạch đất sét nung (ĐSN) là loại vật liệu xây dựng có từ rấtlâu đời Nhiều tài liệu nghiên cứu cho rằng gạch ĐSN xuất hiệnkhoảng năm 7000 -7500 trước công nguyên Hiện nay, ngay ở nhữngnước tiên tiến như các nước châu Âu và Nhật Bản, người ta cũng vẫnsản xuất và sử dụng gạch ĐSN Ở nước ta, gạch đất ĐSN (còn gọi làgạch đỏ) cũng có từ rất sớm Người ta đã tìm thấy gạch đỏ trongtrong những công trình cổ cách đây hàng ngàn năm Năm 2011, cảnước sản xuất khoảng trên 22 tỷ viên gạch đỏ Theo dự báo của ViệnVLXD, nhu cầu gạch xây vào năm 2020 ở nước ta là khoảng 42 tỷviên quy tiêu chuẩn Ngày nay, người ta đã sáng tạo ra nhiều loại vậtliệu thay thế gạch đỏ với những ưu điểm vượt trội cả về tính năng kỹthuật, mỹ thuật và công nghệ sản xuất, đồng thời ít ảnh hưởng đếnmôi 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 nhẹsản 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 đượcchưng 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 bê tông là mộtphát minh xanh trong lĩnh vực xây dựng của Châu Âu nhằm thay thếcông nghệ truyền thống lạc hậu để bảo vệ môi trường và tài nguyênthiên nhiên Mặt khác công nghệ này còn mang lại rất nhiều tínhnăng 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 nhữngnăm 60 của Thế kỷ 20, nhiều phát minh về gạch block bê tông đãđược các chuyên gia Mỹ, Nhật và Châu Âu nghiên cứu, áp dụngtrong thực tế Tới nay, gạch block bê tông đã được phổ biến hầu nhưtrên toàn Thế giới [1-3].

Bên cạnh những ưu điểm mà gạch block bê tông mang lại thìtrong quá trình sản xuất gạch cũng gặp phải một số những hạn chếnhất 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, chấtlượng và hiệu quả kinh tế bị giảm đi đáng kể Chính vì vậy, mà việcnghiên cứu để tìm ra biện pháp nâng cao chất lượng của các bộkhuôn 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 sảnxuất vật liệu xây dựng hiện nay

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 gạchkhông nung

* Ý nghĩa thực tiễn :

Thiết kế chế tạo được bộ khuôn gạch block bê tông của hệthống sản xuất gạch không nung có chất lượng cao sẽ đáp ứng đượcnhu cầu rất cấp thiết về chất lượng và hiệu quả của các cơ sở sản xuấtvật liệu xây dựng ở nước ta hiện nay

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

Ngày nay cùng với sự phát triển của đất nước ngành cơ khí nóichung và cơ khí gia công nói riêng cũng không ngừng phát triển cả vềchiều 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 …

Đối với ngành công nghiệp xây dựng, cơ khí đóng một vai tròthen chốt trong việc cơ giới hóa quá trình sản xuất, từ các thiết bị vậnchuyển, nâng hạ đến sản xuất vật liệu xây dựng Đặc biệt trong lĩnhvực sản xuất vật liệu xây dựng như: khai thác cát, đá, sản xuất ximăng, gạch, ngói, đá ốp lát…ngày càng được áp dụng những thành tựucủa khoa học kỹ thuật Trong đó có sự góp mặt của ngành cơ khí vớimức độ, quy mô ngày càng tiên tiến và đa dạng hơn

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

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất gạch

(1) Cấp nguyên liệu: (2) Máy trộn nguyên liệu: (3) Đây là khu vực chứa khay (palet) :(4) Máy tạo hình: (5) Tự động ép mặt: (6) Tự động

chuyển gạch:

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

1.3.2 Máy trộn bê tông

1.3.3 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 phễuchứa 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 liệuthô to quá cỡ, không thích hợp với việc sản xuất gạch block sẽ bịgiữ lại trên sàng và được đổ ra máng và đưa ra ngoài Nguyên vậtliệu 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 dongười vận hành đặt trước), tín hiệu từ phễu cân sẽ phát ra và ralệnh cho Thiết bị sàng dừng lại Thiết bị sàng dừng thì lập tức cácbăng tải dẫn vật liệu cũng dừng Khi đó phễu cân được mở ra bằngmột xi lanh khí tự động, đổ cốt liệu xuống máy trộn Xi măngđược 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 măngphát tín hiệu để vít tải ngừng hoạt động và xi lanh khí mở tự độngcửa phễu đổ xi măng xuống máy trộn Khi nguyên vật liệu đã đủcho 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 bêncạnh máy trộn Lượng nước cho 1 mẻ trộn được người vận hành đặttrước Lượng nước này có thể thay đổi thùy theo độ ẩm của nguyên vậtliệu (phụ thuộc thời tiết) Sau khi quá trình trộn liệu kết thúc, cửa máytrộn sẽ được mở tự động bằng xi lanh khí, và vữa bê tông sẽ được xảxuống phễu Vữa từ phễu này được băng tải đưa lên đổ vào phễu củamáy chính Sau khi vữa được xả hết từ máy trộn, cửa máy trộn sẽ tựđộng 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.

1.5 Cấu tạo khuôn ép tạo hình gạch

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 trìnhsản xuất gạch block của dây chuyền Khi sản phẩm đi ra khỏi khuônyêu cầu không bị nứt, rạn Bề mặt của sản phẩm phải đạt độ nhẵn vàquan trọng nhất là sản phẩm phải đạt độ chính xác cần thiết về hìnhdáng 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

- 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 xúctrực 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 khuônkhông mòn đều mà nó mòn lệch dẫn đến sai lệch về hình dáng củasản phẩm thì cũng phải thay thế khuôn mới Khi khuôn bị mòn quágiới hạn cho phép thì phải thay thế khuôn

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 từmột hoặc cả hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạmtương đối với nhau Hay nói cách khác mòn xảy ra do sự tương táccủa các nhấp nhô bề mặt

Giống như ma sát, mòn không phải là tính chất của một vậtliệu mà là sự phản ứng của một hệ thống Các điều kiện vận hành sẽảnh hưởng trực tiếp tới mòn ở bề mặt tiếp xúc chung Rất sai lầm đôikhi cho rằng ma sát lớn trên bề mặt tiếp xúc chung là nguyên nhânmòn với tốc độ cao Ví dụ các cặp bề mặt tiếp xúc sử dụng chất bôitrơn rắn và chất dẻo cho ma sát tương đối thấp nhưng mòn lại tươngđối cao Thường hệ số ma sát trượt của đa số cặp vật liệu thay đổitrong phạm vi từ 0,1 đến 1 nhưng tốc độ mòn có thể thay đổi trongphạm vi rất lớn Điều này được giải thích là do mòn liên quan đếnnhiều hiện tượng đa dạng kết hợp với nhau theo kiểu không thể dựđoán trước được và thay đổi trong phạm vi rộng

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

2.2.1 Mòn do dính

2.2.2 Mòn do cào xước

2.3.2 Mòn kim loại và hợp kim

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới mòn

2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mòn ôxy hoá

2.4.2 Ảnh hưởng của điều kiện vận hành

Chương III THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM

3.1 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 độcứng bề mặt của những loại vật liệu mà hiện đang được sử dụng làmkhuôn ép gạch ở các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng trên địa bànlàm thực nghiệm tác giả nhận thấy rằng những loại vật liệu đangđược sử dụng đều là những loại thép thông thường, có độ cứng thấpkhông có tính năng chống mòn

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)

- Đạt được độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học của lòngkhuôn

- Khi tạo ra sản phẩm không bị rạn, nứt, độ nhẵn bóng bề mặt cao

- Chi phí làm khuôn phải hợp lý

3.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế khuôn

3.3 Lựa chọn vật liệu làm khuôn

3.3.1 Thép chống mài mòn

3.3.2 Thép dụng cụ

3.4 Lựa chọn phương pháp gia công

3.4.1 Phương pháp gia công đối với thép chống mài mòn

Các bước tiến hành gia công được thực hiện giống như khigia công khuôn loại cũ, chỉ có vật liệu được thay đổi từ vật liệu thépcácbon thấp sang thép chống mài mòn Sau khi cắt thành dạng tấm tacho phay rãnh định vị rồi đưa những tấm thép đó lên bàn gá khuônchuyên dùng và hàn chúng lại với nhau ta sẽ có được chi tiết khuônngoài

3.4.2 Phương pháp gia công đối với thép dụng cụ

3.5 Chế tạo khuôn

3.5.1 Vật liệu khuôn

Vật liệu thép dụng cụ nhóm D được sử dụng làm vật liệu chếtạo khuôn Cụ thể đó là vật liệu thép dụng cụ X12M với tỷ lệ cácthành phần hóa học chính như sau:

3.6.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm đóng một vai trò rất quan trọngtrong 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 hệthống có tác động nhằm thu nhận những thông tin chính xác về đốitượng nghiên cứu

3.6.2 Thí nghiệm về vật liệu khuôn

- Nghiên cứu về vật liệu được sử dụng làm khuôn cũ của các

Qua phân tích thành phần hóa học của vật liệu làm khuôn và đo

độ cứng của vật liệu làm khuôn

3.6.3 Quy trình tiến hành đo thực nghiệm

3.7 Nội dung thực nghiệm

3.8 Kết quả đo

Bảng 3.5 Kết quả đo trên các thành khuôn số 1 và số 2

Kết quả đo của khuôn số 1 (thành trên)

Lượng mòn

36.47

36.33

36.1

2 36.2

36.15

36.16

36.05

36.01

35.96

35.86

35.82

35.76

35.76

35.77

35.67

Md2

Md3

Md4

Md5

Giá trị TB

Lượn

g mòn

1

14-08-12

36.45

36.28

36.29

36.45

36.3

2 25-08- 36.1 36.0 36.0 36.1 36.1 36.1 0.19

35.82

35.95

35.63

35.65

35.74

35.52

Lượng mòn

1

14-08-12

36.27

35.87

35.94

35.86

35.74

35.59

35.54

35.52

35.67

35.53

35.37

35.31

35.54

35.2

6 35.33 0.34

Kết quả đo của khuôn số 2 (thành dưới)

T đo 2 4 5 trị

TB g mòn

1 14-08-12

36.04

36.17

36.24

36.11

36.1

2 25-08-12

35.67

35.82

35.91

35.72

35.8

3 35.79 0.21

3 04-09-12 35.5

35.58

35.66

35.52

35.5

8 35.57 0.22

4 15-09-12

35.24

35.34

35.45

35.33

35.4

2 35.34 0.22

5 27-09-12

35.09

35.1

2 35.2

35.07

35.1

7 35.14 0.35

Chương IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 Phân tích kết quả của quá trình làm thực nghiệm

Từ bảng số liệu đo được từ quá trình mòn khuôn ta lập đượccác 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

Hình 4.1 Biểu đồ so sánh lượng mòn của khuôn

Từ đồ thị biểu diễn lượng mòn của 2 chi tiết khuôn ta có nhận xét sau:

* Cả 2 khuôn đều có lượng mòn trong khoảng thời gian đầu lớnhơn so với những khoảng thời gian còn lại, các khoảng thời gian sau

đó thì lượng mòn của cả 2 khuôn đều mòn với tốc độ ổn định (gầnnhư là tuyến tính) Điều này cũng có thể giúp ta dự đoán khoảng thờigian khuôn còn có thể làm việc được (tuổi thọ của khuôn) Do thờigian 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 củakhuôn 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 saugần 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 sảnxuất) để kích thước lòng khuôn tăng từ 62x100 lên 65x103 thì cũngphải mất khoảng thời gian từ 60 - 70 ca sản xuất tương đương vớikhoảng thời gian hơn hai tháng So với khuôn cũ thì tuổi thọ củakhuôn 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 tuylượng mòn chưa hết song do khuôn mòn không đều làm ảnh hưởngtới hình dáng và kích thước sản phẩm gạch) Và đây là điều thànhcông lớn nhất của đề tài này

* Dễ dàng nhận thấy khuôn số 2 (của CTCP VLXD Sài Sơn) làkhuôn có lượng mòn lớn nhất trong khi cả 2 khuôn đều có cùng mộtchế độ gia công và công suất cũng như sản lượng của 2 dây chuyền làtương đương nhau Vậy tại sao khuôn số 2 lại mòn nhiều hơn? Để lýgiải điều này ta phải xem xét lại toàn bộ các điều kiện sản xuất của 2dây chuyền trong đó đặc biệt chú ý đến thành phần nguyên liệu làmgạch bởi vì nguyên liệu của dây chuyền khuôn số 2 có thêm thànhphần xỉ than cốc mà hai dây chuyền 1 không có Như đã phân tích ởchương II đây là thành phần nguyên liệu gây ra lượng mòn lớn nhấttrong số các thành phần của nguyên liệu làm gạch Vậy ta có thể kếtluận : khuôn số 2 lắp tại dây chuyền sản xuất gạch block của công ty

CP VLXD Sài Sơn bị mòn nhanh hơn các khuôn khác cùng loại bởi

vì dây chuyền này có sử dụng thêm thành phần xỉ than cốc vào tronghỗn hợp nguyên liệu làm gạch.

4.2 Những đề xuất đối với cơ sở sản xuất gạch block bê tông

4.2.1 Đề xuất về việc điều chỉnh tỷ trọng thành phần các nguyên liệu trong quá trình làm gạch

- Nếu muốn tăng độ xốp rỗng của gạch thì nhà sản xuất cầnphải tăng tỷ trọng của đá dăm và phụ gia trong thành phần hỗn hợpcủa nguyên liệu

- Giảm tỷ trọng của thành phần cát và tăng tỷ trọng thànhphần xi măng đối với hỗn hợp nguyên liệu làm gạch cho hợp lý Tuyđiều này có thể làm ảnh hưởng đền chi phí sản xuất nhưng bù lại sốlượng gạch phế phẩm trong quá trình sản xuất cũng như quá trình bảodưỡng và vận chuyển giảm đi đáng kể Và việc này cũng làm giảmđáng kể lượng mòn của khuôn

- Đặc biệt không nên sử dụng xỉ than cốc trong thành phầncủa nguyên liệu làm gạch Có thể nó làm ảnh hưởng tới việc tái sửdụng nguyên liệu phế thải trong quá trình sản xuất của dây chuyềncông nghệ Bởi vì đây là thành phần gây ra lượng mòn lớn nhất đốivới khuôn và các chi tiết khác trong máy Thay vì việc cho vào làmnguyên liệu sản xuất gạch block có thể sử dụng chúng làm nguyênliệu trong quá trình sản xuất gạch siêu nhẹ bê tông bọt vv

4.2.2 Đề xuất về việc chọn và sử dụng vật liệu làm khuôn