nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ phục hồi trục máy xẻ đá bằng phương pháp hàn đắp

Việc xử lý nhiệt sau gia công là một trong những biện pháp công nghệ phổ biến được áp dụng để khắc phục ứng suất dư của kim loại lớp hàn đắp và kim loại cơ bản có thể khử ứng suất dư 70

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

LÊ VĂN TUÂN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI TRỤC MÁY XẺ ĐÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP

HÀN ĐẮP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

LÊ VĂN TUÂN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ PHỤC HỒI TRỤC MÁY XẺ ĐÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Tác giả luận văn

Lê Văn Tuân

LỜI CÁM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và cộng tác nhiệt tình của nhiều tập thể cũng như các cá nhân trong và ngoài Học viện Nông nghiệp Việt Nam Đến nay luận văn của tôi đã hoàn thành, tôi xin được bày tỏ lòng

biết ơn sâu sắc tới TS Tống Ngọc Tuấn đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi

trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy giáo, Cô giáo Khoa Cơ điện, Ban đào tạo sau đại học, đặc biệt là Bộ môn Công nghệ Cơ khí Học viện Nông nghiệp Việt Nam

đã đóng góp ý kiến, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ giáo viên Khoa Cơ khí trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Thanh Hóa, Phòng thí nghiệm Nhà máy Z111 Bộ Quốc Phòng đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị cho tôi triển khai thực hiện và hoàn thành luận văn

Nhân dịp này cho tôi được gửi lời cảm ơn tới các Thầy giáo, Cô giáo đã giảng dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức khoa học trong suốt thời gian học tập ở lớp Cao học Kỹ thuật cơ khí khóa 22, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Tôi xin chân thành cám ơn !

Tác giả luận văn

Lê Văn Tuân

1.1.5 Điều kiện làm việc của trục máy xẻ đá 8

1.1.7 Tình hình hư hỏng của trục máy xẻ đá 9 1.2 Thực trạng về phục hồi trục máy xẻ đá 10 1.2.1 Gia công trong phục hồi trục máy xẻ đá bằng hàn đắp 10 1.2.2 Tình hình chung về phục hồi chi tiết máy 11 1.3 Công nghệ làm bền và nâng cao cơ tính bề mặt cổ trục 18 1.3.1 Công nghệ làm bền bề mặt 18 1.3.2 Lựa chọn công nghệ làm bền 19 1.4 Thực trạng về phục hồi chi tiết máy ở nước ta hiện nay

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 24 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 24

2.2.1 Vật liệu chế tạo trục máy xẻ đá 29

3.1 Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ tính của các cổ trục máy xẻ đá

3.1.1 Vật liệu chế tạo trục máy xẻ đá

3.1.2 Yêu cầu về cơ tính của các cổ trục

30

30 313.2 Nhiệt luyện nâng cao cơ tính bề mặt các cổ trục sau khi hàn phục hồi 32 3.2.1 Các phương pháp nhiệt luyện 32 3.3.2 Nhiệt luyện bằng phương pháp tôi cao tần 34 3.3 Phương pháp đo độ cứng trên mẫu thử 39

4.1 Kết quả nghiên cứu mòn cổ trục máy xẻ đá 42 4.2 Xác định chế độ tiện tinh lớp hàn đắp bằng thực nghiệm 44 4.2.1 Mô hình hóa quá trình cắt khi tiện 44 4.2.2 Tối ưu hóa quá trình cắt khi tiện 44 4.3 Hàn phục hồi thử nghiệm trục xẻ đá 49 4.4 Đánh giá chất lượng chi tiết bằng chạy thử 65 4.5 Sơ bộ đánh giá hiệu quả kinh tế 65

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Một số loại thép thông dụng chế tạo trục trên thế giới 29 Bảng 2.2 Cơ tính của thép 40Cr 29 Bảng 3.1 Thành phần hóa học của thép hợp kim Crôm 40Cr [14] 30 Bảng 3.2 Cơ tính của thép hợp kim Crôm 40Cr qua nhiệt luyện [14] 30 Bảng 3.3 Nhiệt độ nung nóng khi tôi cao tần với một số mác thép [16] 37 Bảng 3.4 Màu xác định nhiệt độ nung 37 Bảng 3.5 Chiều sâu lớp tôi phụ thuộc nhiệt độ và tốc độ nung 38 Bảng 3.6 Tốc độ làm nguội trung bình trong các tiết điện nung nóng đến t0 tôi 38 Bảng 3.7 Tốc độ làm nguội trung bình để đạt độ cứng 50 HRC 38 Bảng 3.8 Tốc độ làm nguội thép trong các môi trường khác nhau [16] 39 Bảng 4.1 Lượng kim loại cần đắp tối thiểu 42 Bảng 4.2 Hàm phân phối TN lượng KL cần đắp tối thiểu 43 Bảng 4.3 Các giá trị của các thông số đầu vào 46 Bảng 4.4 Thành phần hóa học vật liệu hàn (%) 50 Bảng 4.5 Chế độ cắt khi tiện thô phần cổ trục 57 Bảng 4.6 Chế độ cắt khi tiện tinh phần cổ trục 58 Bảng 4.7 Điều kiện thực nghiệm nhiệt luyện với các trục phục hồi 59

Bảng 4.8 Kết quả đo độ nhám bề mặt của 5 mẫu thử trục máy xẻ đá 62

Bảng 4.9 Kết quả đo độ cứng của 5 mẫu thử trục máy xẻ đá 63 Bảng 4.10 Bảng so sánh công nghệ phục hồi trục máy xẻ đá 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Máy xẻ đá tự động CNC 3 Hình 1.2 Máy xẻ đá 1 trụ đứng tự động CNC 3 Hình 1.3 Máy xẻ đá tự động trục nghiêng 4 Hình 1.4 Máy xẻ đá hành trình điều chỉnh thủy lực 4 Hình 1.5 Máy xẻ đá tự động 1 trụ 4

Hình 2.4 Máy tiện TIPL – 410 (hàn Quốc) 26 Hình 2.5 Máy mài tròn ngoài MA1320 26 Hình 2.6 Lò tôi cao tần MODEL: HD - 45 27 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý thiết bị máy phát cao tần 27 Hình 3.1 Kiểm tra độ cứng trục máy xẻ đá 31 Hình 3.2 Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của ostenit 32 Hình 3.3 Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt ostenit của thép C 33 Hình 3.4 Sơ đồ tôi cao tần liên tục – liên tiếp 35

Hình 4.1 Hàm phân phối TN lượng KL cần đắp tối thiểu 43 Hình 4.2 Sơ đồ lựa chọn các thông số thí nghiệm 46 Hình 4.3 Biểu đồ ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến chất lượng bề mặt 46 Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng của s tới Ra khi gia công lớp hàn đắp 47 Hình 4.5 Biểu đồ ảnh hưởng của v tới Ra khi gia công lớp hàn đắp 48 Hình 4.6 Làm sạch trục máy xẻ đá 49

Hình 4.7 Trục máy xẻ đá sau khi đã loại cong vênh, nứt, gãy 49 Hình 4.8 Tiện tròn phần cổ trục bị mòn 49 Hình 4.9 Máy hàn điện R3R - 400 K1285-16 50

Hình 4.12 Quá trình hàn đắp trục máy xẻ đá 52 Hình 4.13 Trục máy xẻ đá sau khi hàn 55 Hình 4.14 Mối liên hệ giữa nhiệt độ và ứng suất dư 56

Hình 4.17 Tôi phần cổ trục máy xẻ đá 58 Hình 4.18 Mài tinh phần cổ trục 60 Hình 4.19 Trục máy xẻ đá sau khi hồi phục 60 Hình 4.20 Đo kiểm tra kích thước trục hồi phục 61 Hình 4.21 Kiểm tra độ đảo cổ trục 61

Hình 4.23 Biểu đồ độ nhám bề mặt sau hồi phục so với mẫu chuẩn 62 Hình 4.24 Đo độ cứng trục máy xẻ đá 63 Hình 4.25 Biểu đồ độ cứng sau hồi phục cổ trục so với trục mẫu 64 Hình 4.26 Trục máy xẻ đá sau khi chạy thử 65

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, khi nền kinh tế đất nước chuyển sang nền kinh tế thị trường, sản xuất công nghiệp nói chung cũng như ngành công nghệ chế tạo máy nói riêng ở nước ta phát triển mạnh Cùng với sự phát triển về công nghệ chế tạo, nhu cầu về vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) ngày một tăng cả về số lượng và chất lượng

Với đặc thù của ngành khai thác đá sau khi đá được khai thác từ núi xuống sẽ vận chuyển đến các máy xẻ đá để xẻ thành hình dạng và kích thước mong muốn làm nguyên vật liệu cho các bước gia công tiếp theo Trong qúa trình làm việc thường xảy ra các hư hỏng đột ngột làm ảnh hưởng đến năng suất và thời gian sử dụng máy (trục đầu mang đá)

Do đó mà việc phục hồi các chi tiết trong nước có ý nghĩa vô cùng to lớn, khi phục hồi chi tiết máy thi gia công cơ khí đóng vai trò quan trọng Việc gia công không chỉ đòi hỏi phục hồi lại kích thước hình học và các tính năng làm việc của chi tiết trục mà còn phải đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của chi tiết sau khi phục hồi Thực tế có nhiều trục sau khi phục hồi có chất lượng bề mặt tốt hơn chi tiết mới song

để đạt được điều đó cần lựa chọn các phương pháp và chế độ gia công phù hợp với dạng trục

Việc xử lý nhiệt sau gia công là một trong những biện pháp công nghệ phổ biến được áp dụng để khắc phục ứng suất dư của kim loại lớp hàn đắp và kim loại cơ bản (có thể khử ứng suất dư 70 ÷ 90%), có tác dụng ổn định tổ chức kim loại, tăng

độ cứng và độ bền chi tiết, nâng cao chất lượng mối hàn đắp Đây cũng chính là yếu

tố ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của lớp kim loại đắp trong quá trình làm việc lâu dài, nâng cao chất lượng của sản phẩm

Vấn đề phục hồi máy đá nói chung và trục máy xẻ đá nói riêng chưa được

quan tâm đúng mức Vì những lí do trên nên việc lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu xây

dựng quy trình Công nghệ phục hồi trục máy xẻ đá bằng phương pháp hàn đắp” sẽ giải quyết một số yếu tố kỹ thuật để phục hồi chi tiết nhằm nâng cao chất

lượng chi tiết sau khi phục hồi Đây là một đề tài thực tế, có tính ứng dụng cao Trong quá trình thực hiện đã có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian và điều kiện hạn chế, do vậy bản luận văn của tôi còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp

I Nội dung của đề tài

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Đối tượng, thiết bị và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Kết quả nghiên cứu

- Nghiên cứu quy trình công nghệ phục hồi trục máy xẻ đá bằng phương pháp hàn đắp tối ưu đáp ứng nhu cầu sử dụng của các nhà máy, công ty, các xưởng khai thác trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa nói riêng và ngành khai thác đá cả nước nói chung

2 Nội dung

- Nghiên cứu những hư hỏng của máy xẻ đá, trục máy xẻ đá

- Nghiên cứu vật liệu chế tạo trục máy xẻ đá

- Nghiên cứu công nghệ hồi phục trục nói chung và trục máy xẻ đá nói riêng

- Nghiên cứu về quá trình gia công cơ lớp phủ sau khi hàn đắp trục máy xẻ đá

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Máy xẻ đá và hư hỏng của máy xẻ đá

1.1.1 Một số loại máy xẻ đá

1.1.1.1 Máy xẻ đá tự động CNC (hình 1.1)

Đây là một trong những dòng máy mạnh nhất khi ứng dụng cho việc cắt đá khối Hệ thống truyền tải cho công suất mạnh mẽ hơn tới trục lưỡi cắt với mômen xoắn tối ưu Cảm ứng ở trục lưỡi cắt giúp người vận hành xác định được vòng quay chính xác của lưỡi cũng như kích thước lưỡi cắt Hệ thống theo dõi điện tử cho phép người vận hành điều chỉnh việc cắt với các phím bấm trong quá trình cắt Với hệ thống trục lưỡi cắt IntelliSeal giúp máy chạy tới 500h mới phải bảo trì và không phải bôi trơn trục hàng ngày

Hình 1.1 Máy xẻ đá tự động CNC

1.1.1.2 Máy xẻ đá 1 trụ đứng tự động CNC (hình 1.2)

Hình 1.2 Máy xẻ đá 1 trụ đứng tự động CNC

1.1.1.3 Máy xẻ đá tự động trục nghiêng (hình 1.3)

Hình 1.3 Máy xẻ đá tự động trục nghiêng

1.1.1.4 Máy xẻ đá hành trình điều chỉnh thủy lực (hình 1.4)

Hình 1.4 Máy xẻ đá hành trình điều chỉnh thủy lực

1.1.1.5 Máy xẻ đá 1 trụ (hình 1.5)

Hình 1.5 Máy xẻ đá 1 trụ

1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy xẻ đá

1.1.2.1 Cấu tạo (hình 1.6)

Hình 1.6 Máy xẻ đá 1 trụ

1 Đế máy 6 Động cơ điện 3 pha

2 Mặt dẫn hướng bàn máy 7 Tay quay điều chỉnh bàn máy ngang

3 Bàn máy mang đá xẻ 8 Lưỡi cưa xẻ đá

Bàn máy mang đá khối thực hiện hai chuyển động

+ Chuyển động tịnh tiến qua lại để cắt hết chiều dài của đá

+ Chuyển động ngang của đầu mang đá để thực hiện cắt hết chiều rộng của khối đá

Trục máy xẻ đá (hình 1.11) dùng để truyền chuyển động quay từ động cơ thông qua bộ truyền đai đến đầu lắp đá xẻ Với máy xẻ đá tự động 1 trụ máy có thể làm việc từ

12 đến 16h/1 ngày trong điều kiện khắc nghiệt ẩm ướt (nước, nhiệt, bụi bẩn)

1.1.3 Tình trạng hư hỏng và tuổi thọ của máy xẻ đá

Qua quá trình tìm hiểu và tổng hợp tại các nhà máy, xí nghiệp, doanh nghiệp khai thác đá cũng như các cơ sở chế tạo, sửa chữa bảo dưỡng máy xẻ đá trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa thì máy xẻ đá có khá nhiều hư hỏng Ở đây chỉ trình bày sơ lược một

số hư hỏng chính và trình bày kỹ hơn hỏng cổ trục máy xẻ đá

1.1.3.1 Hỏng hệ thống dẫn động chuyển động bàn máy (hình 1.7)

Trong quá trình làm việc do máy xẻ đá phải dùng nước để giảm nhiệt cắt nên nước và bụi bám làm hỏng hệ thống puli (chủ động, bị động) cũng như làm hỏng hệ thống đai truyền làm cho máy không thể hoạt động được Với dạng hư hỏng này thì việc sửa chữa thay thế rất nhanh vì Puli và dây đai là những chi tiết được tiêu chuẩn hóa và phổ biến

Do sảy ra hiện tượng ăn mòn kim loại Bên cạnh đó do quá trình làm việc bánh xe goong luôn di chuyển trên mặt dẫn hướng nên sảy ra sự mài mòn kim loại dẫn đến hỏng bánh xe và thanh dẫn hướng bánh xe goong

1.1.4 Trục máy xẻ đá

1.1.4.1 Cấu tạo trục máy xẻ đá (hình 1.11; 1.12)

Hình 1.11 Trục máy xẻ đá

1.1.5 Điều kiện làm việc của trục máy xẻ đá

Trong các thiết bị máy móc cơ khí nói chung và máy xẻ đá nói riêng, chi tiết trục chiếm một vai trò quan trọng dùng để truyền chuyển động quay như bánh răng, bánh đai, bánh xích … và truyền mô men xoắn dọc theo đường trục từ các chi tiết lắp trên nó đến các chi tiết khác Hoặc làm cả hai nhiệm vụ trên Do đó chi tiết trục có thể chịu lực tác dụng của lực ngang, lực dọc trục và mô men uốn, và mô men xoắn Khi làm việc trục thường bị hỏng như: hỏng các mặt ren, trục bị xoắn, bị cong vênh, nứt vỡ thậm chí bị gãy … tuy nhiên dạng hỏng thường gặp nhiều nhất là trục bị hao mòn quá các kích thước giới hạn tại các cổ trục

* Dạng hỏng và các phương thức phục hồi cổ trục

Các cổ trục thường gặp một số hỏng cơ bản sau:

- Mệt mỏi vật liệu do trục chịu lực tác dụng lớn, với chu kỳ nhất định và lâu

dài sinh ra Các cổ trục do mệt mỏi nên sinh ra các vết nứt, tróc rỗ bề mặt … ngoài ra tải trọng chấn động khi làm việc, dầu nhờn có cặn bẩn, bề mặt cổ trục không nhẵn phẳng cũng là nguyên nhân gây nên hiện tượng hỏng cổ trục, hiện tượng mỏi vật liệu

tại các cổ trục nếu không phát hiện và có biện pháp xử lý kịp thời sẽ dẫn đến hao mòn và hỏng nhanh tại các cổ trục [1]

- Hao mòn cổ trục do bề mặt của ổ trục và ổ trượt có sự chuyển động tương

đối làm cho các cổ trục bị thay đổi về hình dáng, kích thước và chất lượng bề mặt

- Sự hao mòn làm quan hệ các cặp lắp ghép và vị trí của chúng đều thay đổi,

do đó hao mòn là một trong những nguyên nhân rất cơ bản của hỏng Tốc độ hao mòn có ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian sử dụng của chi tiết Hao mòn là do ma sát gây nên, do đó trong quá trình nghiên cứu cần hiểu rõ bản chất của ma sát và ảnh hưởng của nó đến hiện tượng hao mòn từ đó xác định giới hạn của hao mòn, đồng thời đưa ra công nghệ phục hồi hợp lý [2]

Hình 1.13 Dạng hỏng của trục máy xẻ đá

1.1.6 Tuổi thọ của máy xẻ đá

Với một máy xẻ đá có công suất trung bình được chế tạo mới hoàn toàn được các nhà cung cấp cho phép dùng thử trong vòng 01 tháng và bảo hành trong điều kiện làm việc bình thường:

- Thời gian làm việc 8 ÷ 12h/1 ngày

- Không cắt đá có kích thước khối lớn hơn kích thước cho phép

- Thực hiện bảo dưỡng định kỳ mặt dẫn hướng bàn máy, các ổ bi, hệ thống truyền động 01 tháng/1 lần

Thì thời gian bảo hành máy là 36 tháng Nhưng thực tế do nhu cầu sử dụng của các cơ sở khai thác chế biến đá và các sản phẩm từ đá là rất lớn có thời điểm làm việc liên tục 03 ca/ngày mà việc bảo dưỡng các bộ phận không thường xuyên liên tục nên thực tế thời gian sử dụng máy từ 12 đến 18 tháng đã bắt đầu xuất hiện một số dạng hư hỏng như trên

1.1.7 Tình hình hư hỏng của trục máy xẻ đá

Qua quá trình tìm hiểu và dựa trên những kết quả cụ thể tại các xưởng sản xuất, chế biến đá trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa, thì sau một thời gian sử dụng (18 ÷ 24

tháng) các máy xẻ đá thường gặp một số hư hỏng cần phải bảo dưỡng, sửa chữa thậm chí thay thế các bộ phận của máy xẻ đá trong đó có hư hỏng trục máy Đối với trục máy xẻ đá các hư hỏng thông thường, hay gặp như: mòn, gãy, nứt trục nhưng dạng

hư hỏng phổ biến nhất là các phần cổ trục lắp ghép với bi bị mòn

1.2 Thực trạng về phục hồi trục máy xẻ đá

1.2.1 Gia công trong phục hồi trục máy xẻ đá bằng hàn đắp

Trục máy xẻ đá là một bộ phận trong máy xẻ đá, có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của động cơ điện 3 pha qua truyền động puly - đai thang thành chuyển động của lưỡi xẻ đá Trên trục máy xẻ đá có gia công phần cổ trục để lắp bi

đỡ và phần ren bắt chặt Trong quá trình làm việc của máy xẻ đá, trục nhận nhiệm vụ nhận chuyển động quay từ động cơ điện làm lưỡi cắt (lưỡi cưa xẻ) quay Các cổ trục liên tục tiếp xúc trực tiếp với bi chặn làm việc trong điều kiện cắt gián đoạn, va đập, ngoài ra nó còn bị ô xy hóa, ăn mòn bởi bụi bẩn Do đó, bề mặt làm việc của cổ trục thường bị mòn, nứt sinh ra các tải trọng động, va đập làm giảm công suất, hiệu suất, cũng như tăng tiêu hao nhiên liệu khi vận hành, giảm độ tin cậy làm việc của máy xẻ

đá Vì vậy những trục máy xẻ đá mòn phải được thay mới hoặc sửa chữa lại theo tiêu chuẩn Để thay thế mới trục máy xẻ đá này rất tốn kém về kinh tế, do đó người ta thường phục hồi nó bằng phương pháp hàn đắp, sau đó gia công cắt gọt để phục hồi lại kích thước ban đầu Vì trục máy xẻ đá sau khi phục hồi theo tiêu chuẩn bằng phương pháp hàn đắp có tuổi thọ tương đương với trục máy xẻ đá mới và giá thành phục hồi rẻ hơn nhiều so với chế tạo mới, cũng như chủ động cung cấp phụ tùng thay thế kịp thời cho thiết bị phục vụ sản xuất mà không phụ thuộc nhiều vào việc nhập ngoại cũng như chế tạo mới

1.2.2 Tình hình chung về phục hồi chi tiết máy

1.2.2.1 Vai trò, ý nghĩa của phục hồi chi tiết máy

* Ý nghĩa của việc phục hồi

Các cổ trục làm việc trong các máy nông nghiệp, máy công cụ, máy thi công

cơ giới và các phương tiện vận tải … qua quá trình làm việc bị hao mòn, mỏi vật liệu, các hỏng cơ học dẫn đến mất khả năng làm việc Có hai xu thế đó là thay mới

và sửa chữa phục hồi, phương án thay mới chỉ áp dụng với các loại trục tương đối phổ biến, dễ tìm, dễ mua và được tiêu chuẩn hóa Điều kiện nền kinh tế trong nước

và tốc độ phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật hiện đại, đặc biệt là sự phát triển

của công nghệ vật liệu cho phép sử dụng lại chi tiết thông qua công nghệ phục hồi với chi phí chấp nhận được [3]

Hồi phục chi tiết bằng các phương pháp khác nhau có độ tin cậy và độ bền lâu bằng, hoặc thậm chí vượt độ tin cậy và độ bền lâu của các chi tiết mới Chi phí phục hồi phụ thuộc vào đặc điểm công nghệ và mức độ hao mòn, nhưng nhìn chung chỉ chiếm khoảng 30% - 60% giá mua chi tiết mới Các chi tiết càng phức tạp thì hiệu quả của việc phục hồi càng cao

Khi phục hồi chi tiết nhất là các cổ trục bị hao mòn không cần gia công tất cả các bề mặt mà chỉ gia công một số bề mặt (tại những bề mặt hỏng) vì vậy sẽ giảm đáng kể chi phí vật liệu và chi phí gia công cơ khí, loại trừ hoàn toàn chi phí chế tạo phôi

Phục hồi cổ trục đặc biệt có ý nghĩa đối với các loại máy nhập ngoại nhưng lại chưa phổ biến và chưa có phụ tùng thay thế

1.2.2.2 Các phương pháp phục hồi chi tiết máy bị hao mòn

Có nhiều công nghệ phục hồi, hiệu quả và chất lượng phục hồi phụ thuộc đáng

kể và phương pháp công nghệ được áp dụng Chọn đúng công nghệ phục hồi cho phép không chỉ hoàn trả các tính chất ban đầu của chi tiết mà có thể cải thiện được một số tính chất khác của bản thân chi tiết Việc lựa chọn công nghệ phục hồi phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu, giá trị hao mòn và điều kiện làm việc của các cổ trục

* Hồi phục cổ trục hao mòn bằng phương pháp hàn

Hàn là một công nghệ được ứng dụng rộng rãi để khôi phục các chi tiết máy

bị hao mòn, hỏng Bằng phương pháp hàn có thể khôi phục lại hình dáng, kích thước của các chi tiết máy Thực tế ở nhiều nước trên thế giới, chi tiết hỏng được khôi phục bằng phương pháp hàn chiếm một tỷ lệ rất lớn (khoảng 60% ÷ 70%) Ở nước ta hiện nay, công nghệ hàn cũng được ứng dụng rộng rãi, sự phát triển mạnh của công nghệ vật liệu cho phép phục hồi các chi tiết quan trọng bị hao mòn, hỏng trong quá trình

sử dụng với chất lượng tốt và đem lại hiệu quả kinh tế cao

* Đặc điểm phục hồi chi tiết bằng hàn được ứng dụng rộng rãi trong sửa chữa

hồi phục bởi nó có thể khôi phục được nhiều loại hao mòn, hỏng (nứt, gãy, vỡ, hao mòn kích thước lớn) Thiết bị hàn đơn giản, có khả năng vận chuyển khá dễ dàng Trong hàn dắp lớp kim loại có độ bám dính tốt Có khả năng khống chế được độ bền

và độ cứng lớp hàn Lớp kim loại đắp lớn, tạo thuận lợi cho việc gia công cơ khí sau khi hàn

* Hàn hồi phục các cổ trục bị hao mòn có thể sử dụng các phương pháp hàn hơi, hàn điện hồ quang, hàn trong môi trường khí bảo vệ … Yêu cầu cơ bản nhất của lớp hàn đắp là đảm bảo được khả năng bám chắc vào lớp kim loại cơ bản, độ bền, khả năng chịu mài mòn và các yêu cầu cơ tính khác của các cổ trục Khi hàn cần đặc biệt chú ý một số vấn đề sau:

- Vật liệu que hàn phải tương đương với vật liệu chế tạo cổ trục Khi chọn que hàn cần nắm vững được đặc điểm thay đổi về mặt hóa học của nó so với vật liệu cổ trục

- Đảm bảo chất lượng chuẩn bị bề mặt chi tiết trước khi hàn, cần tẩy sạch hết dầu, gỉ sắt, các vết rạn nứt Với các chi tiết đã qua nhiệt luyện cần ủ trước khi hàn đắp

- Trường hợp lớp hàn đắp có bề dày lớn nên chia ra thành nhiều lớp để hàn đắp

Để tiết kiệm kim loại quý các lớp dưới cùng có thể sử dụng que hàn có tỷ lệ cacbon thấp

- Cần chú ý chế độ nung nóng chi tiết trước khi hàn Ngoài việc giảm bớt ứng suất trong, việc nung nóng trước còn cho khả năng nóng chảy tốt ở vị trí hàn, quá trình hàn sẽ nhanh hơn đạt năng suất cao hơn [4]

* Hồi phục cổ trục hao mòn bằng phương pháp phun kim loại

Phun kim loại là một trong những phương pháp hồi phục tiên tiến nhất được dung mấy chục năm trở lại đây ở nhiều nước trên thế giới Ở nước ta phun kim loại được thí điểm ứng dụng ở một số cơ sở sửa chữa và đã thu được một số kết quả bước đầu

* Có 3 phương pháp phun kim loại là phun kim loại dùng dòng điện, phun kim loại dùng hơi và phun kim loại dùng dòng điện cao tần Nguyên lý chung của phun kim loại là dùng kim loại nóng chảy, dưới tác dụng của luồng khí nén phun tơi thành hạt bụi nhỏ (kích thước khoảng 0,001mm ÷ 0,05mm) đắp lên bề mặt cổ trục cần hồi phục

* Đặc điểm phục hổi cổ trục bằng phun kim loại là cổ trục được phun phủ

một lớp kim loại có chiều dày lớn (có thể từ 0,2mm ÷ 10mm) Khi phun kim loại, các

cổ trục không bị nung nóng quá, tránh được những thay đổi về tổ chức kim loại, biến dạng, có thể phun kim loại lên các cổ trục có vật liệu và đường kính bất kỳ Do đó

công nghệ phun kim loại được ứng dụng phục hồi các cổ trục bị hao mòn lớn, khắc phục các khuyết tật do chế tạo, phun phủ chống han gỉ, trang trí hay các yêu cầu đặc biệt khác

* Nhược điểm: Phương pháp phun đòi hỏi kỹ thuật tiên tiến và thiết bị phức

tạp, đắt tiền Lượng kim loại phun phủ hao tổn lớn (theo các kết quả nghiên cứu, lượng hao phí chiếm khoảng 30% tổng số kim loại dùng phun, với các cổ trục có kích thước nhỏ hao phí có thể tăng đến 78%) Kim loại đắp thường có nhiều lỗ rỗ và chứa một lượng lớn các oxit Các phần tử bị va đập bởi vận tốc phun lớn nên tạo khả năng biến cứng bề mặt, giảm tính gia công cơ khí sau phục hồi Khả năng chống mài mòn của kim loại đắp khi làm việc trong điều kiện có bôi trơn rất tốt nhưng lại kém trong điều kiện ma sát khô Thành phần hóa học của lớp phun phủ khác đáng kể so với thành phần hóa học của kim loại nền do bị thoát một lượng C, Si, Mn đáng kể, làm giảm cơ tính của lớp kim loại đắp [1]

* Hồi phục các cổ trục hao mòn bằng phương pháp mạ

Đặc điểm phục hồi chi tiết bằng mạ được sử dụng rộng rãi để hồi phục các cổ trục có lượng hao mòn không lớn Trong quá trình mạ, cổ trục không bị đốt nóng nhiều, không làm thay đổi cấu trúc và tính chất của lớp kim loại cổ trục, lượng dư cho gia công rất nhỏ so với phương pháp hàn Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào chế độ và kim loại mạ Trong hồi phục chi tiết người ta sử dụng phổ biến là mạ crôm, mạ thép, ngoài ra còn sử dụng mạ đồng, mạ Niken và mạ kẽm

Chất lượng lớp mạ được đặc trưng bằng độ cứng, độ bền bám, độ chịu mài mòn, ứng suất bên trong và độ bền mỏi Độ chống mòn của lớp mạ phụ thuộc vào bản chất và cấu trúc của kim loại, đồng thời phụ thuộc độ hạt và phân bố đều đặn của cấu trúc cũng như định hướng của các hạt [1]

Phương pháp mạ thông thường (dùng để mạ) chỉ phù hợp với việc hồi phục các chi tiết có kích thước vừa và nhỏ Khi hồi phục các cổ trục có kích thước lớn như trục khuỷu, xy lanh ô tô, trục động cơ máy kéo, máy búa, máy đột dập … người ta sử dụng phương pháp mạ không dùng thùng mạ Có ba phương phương pháp mạ không dùng thùng mạ, đó là: phun thành tia điện dịch (mạ phun), sử dụng dòng chảy (mạ dòng chảy) và mạ quét (mạ tiếp xúc)

1.2.2.3 Lựa chọn công nghệ hàn đắp để hồi phục cổ trục hao mòn

Có nhiều phương pháp hàn khác nhau đẻ hồi phục chi tiết như: Hàn hơi, hàn

hồ quang điện, hàn tự động, bán tự động dưới lớp thuốc, hàn trong môi trường khí bảo vệ …

* Một số phương pháp hàn đắp

Hàn hồ quang điện là phương pháp phổ biến được sử dụng cho nhiều công

việc phục hồi Thiết bị phục vụ cho hàn đắp hồ quang đơn giản, dễ vận hành, mất ít thời gian cho công tác chuẩn bị, thao tác hàn rất linh động nên có thể phù hợp với tất

cả chủng loại chi tiết, đặc biệt là các chi tiết có bề mặt phức tạp (hình 1.14)

Hình 1.14 Nguyên lý hàn hồ quang tay

Từ trước đến nay, phương pháp hàn đắp hồ quang điện được áp dụng rộng rãi

để hàn đắp các bề mặt chịu mài mòn, yêu cầu độ cứng cao, chịu va đập Điều quan trọng là phải chọn đúng chủng loại que hàn bởi có rất nhiều loại que hàn đặc biệt đã được chế tạo để hàn phục hồi chi tiết như que hàn cho thép có cường độ cao, thép chống ăn mòn của môi trường, thép dùng cho các chi tiết làm việc ở nhiệt độ thấp, thép làm việc ở nhiệt độ cao

* Hàn đắp hồ quang trong môi trường khí bảo vệ có nhiều phương pháp hàn

đắp trong môi trường khí bảo vệ như hàn bằng điện cực nóng chảy và không nóng chảy, hàn một hồ quang và hàn nhiều hồ quang Trong đó phương pháp hàn đắp bán

tự động và tự động dùng điện cực nóng chảy được sử dụng rộng rãi nhất

* Hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ cho phép cơ khí hóa và tự động hóa

quá trình hàn trong bất kỳ vị trí không gian nào phù hợp với các bề mặt chi tiết hàn đắp Chúng ta cũng có thể cơ khí hóa cả việc hàn đắp trên những chi tiết nhỏ, điều đó làm tăng năng suất lao động lền từ 3 ÷ 5 lần so với các phương pháp hàn thông

thường

* Hàn đắp tự động và nửa tự động dưới lớp thuốc bảo vệ sử dụng phương

pháp này làm tăng năng suất hàn đắp, điều kiện lao động và chất lượng hàn đắp được cải thiện, tiêu hao điện năng và vật liệu hàn ít, phù hợp với các chi tiết hồi phục dạng trục So với hàn hồ quang tay, hàn đắp tự động và nửa tự động có thể hợp kim hóa kim loại mối hàn dễ dàng, do đó làm tăng cơ tính của mối hàn đắp, tăng khả năng chịu mài mòn, va đập của chi tiết sau khi hồi phục Có thể hợp kim hóa mối hàn bằng

ba cách: dùng dây hợp kim, dùng dây lõi thuốc hoặc dùng thuốc hàn gốm Việc lựa chọn phương án hợp kim hóa nào phụ thuộc vào yêu cầu hợp kim hóa của mối hàn, nguyên tố hợp kim, điều kiện vật liệu, điều kiện thao tác hàn

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý của máy hàn tự động

* Hàn đắp bằng Plasma là phương pháp hàn tiên tiến, có rất nhiều ưu điểm như

nhiệt độ cao, tập trung nhiệt nên có thể hàn nối các chi tiết với lớp hàn có chiều dày mỏng (khoảng 0,1mm) Mặt khác, hàn bằng Plasma có thể thực hiện tốt việc đắp các lớp đồng chì, đồng đỏ, đồng thau trên thép với lượng sắt không vượt quá 0,5%

* Hồi phục cổ trục bằng hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ

Trong kỹ thuật hiện đại, hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ chiếm vị trí quan trọng Nó không những có thể hàn đắp các loại thép thông thường mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, chịu lửa, bền nóng, các loại hợp kim đặc biệt, các hợp kim có tính hóa học mạnh và kim loại hiếm như titan, môlipden … Khí bảo vệ được cấp liên tục vào vùng cháy hồ quang, tạo xung quanh nó một lớp bảo vệ vững chắc

kim loại hàn đắp khỏi tác dụng của không khí, tránh được các khuyết tật Đồng thời cản trở việc thoát C và các nguyên tố hợp kim khác, do đó nâng cao cơ tính và chất lượng lớp kim loại đắp [5] [6] [7]

Tuy nhiên, hàn đắp trong môi trường khí bảo vệ cũng có một số nhược điểm nhất định như yêu cầu kỹ thuật cao, nhiệt độ trong khi hàn cao làm cho kim loại cơ bản (kim loại chi tiết) thay đổi kết cấu, phát sinh ứng suất, từ đó có thể gây ra biến dạng, nứt, vỡ chi tiết Mặt khác, chất lượng mối hàn phụ thuộc rất nhiều yếu tố, khó khống chế và kiểm tra đánh giá

Khi ứng dụng công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ, đối tượng chủ yếu

là các cổ trục hao mòn, hỏng đã qua quá trình làm việc Do vậy, trong hàn hồi phục cần tính toán đầy đủ đến các mặt sau:

* Quản lý chất lượng hàn bao gồm việc lựa chọn phương pháp hàn, thiết bị

hàn, các biện pháp chống biến dạng khi hàn Chọn số liệu, điều kiện kỹ thuật, chọn dây hàn, khí bảo vệ và các điều kiện khác … ngoài ra cần hiểu rõ đặc điểm yêu cầu làm việc, cơ tính kim loại các cổ trục

* Xử lý nhiệt sau khi hàn quá trình hàn thường phát sinh ứng suất và biến

dạng do các cổ trục bịnung nóng không đồng đều Là một biện pháp công nghệ phổ biến được áp dụng để khắc phục ứng suất dư của kim loại lớp đắp và kim loại cơ bản Đồng thời ổn định tổ chức kim loại, nâng cao cơ tính và độ bền bề mặt cổ trục

* Gia công cơ khí sau khi hàn các cổ trục sau khi đắp hồi phục được gia công

cơ khí để đảm bảo hình dáng, kích thước và độ nhẵn bóng cần thiết Khi quyết định phục hồi các cổ trục bằng phương pháp hàn ta cần chú ý vấn đề này, nếu không sau khi hàn việc gia công khó thực hiện được

Các phương pháp phục hồi kể trên đều có những ưu điểm và nhược điểm nhất định Để lựa chọn được phương án phục hồi trục máy xẻ đá tối ưu nhất, cần dựa trên các yêu cầu sau: Độ bền của trục máy xẻ đá, tính công nghệ, tính kinh tế của quá trình phục hồi (vì đây là sản xuất đơn chiếc)

Độ bền của trục máy xẻ đá là yếu tố quan trọng nhất để đưa ra phương pháp phục hồi Nếu ta dùng phương pháp phun phủ, thì do điều kiện làm việc của trục máy

xẻ đá chịu tải trọng mạnh Nhưng với phương pháp hàn đắp thì độ bám dính của lớp đắp là rất cao do có hiện tượng khuếch tán các phần tử kim loại phủ vào phần kim loại cơ bản và lớp hàn đắp Vì vậy khi sử dụng phương pháp hàn đắp này thì khả

năng làm việc của chi tiết không thua kém chi tiết mới Do đó trong phục hồi các cổ trục nói chung và trục máy xẻ đá nói riêng người ta thường sử dụng phương pháp hàn đắp để phục hồi chi tiết

Khi lựa chọn phương pháp hàn đắp Các phương pháp hàn đắp tự động dưới lớp thuốc bảo vệ, hàn đắp tự động bằng dây lõi bột, hàn đắp bằng Plasma thì thấy điều kiện lao động được cải thiện đáng kể Người thợ hàn có thể làm việc trong điều kiện tốt, chất lượng lớp đắp rất tốt, tiêu hao ít điện năng và vật liệu hàn, cơ tính của mối hàn được cải thiện rõ rệt, dễ cơ giới hóa và tự động hóa hơn so với phương pháp hàn hồ quang tay Tuy nhiên đề tài ở đây là phục hồi một trục máy xẻ đá 1 trụ bị hỏng do mòn, nếu áp dụng các phương pháp phục hồi trên thì sẽ dẫn đến rất tốn kém mất thời gian chuẩn bị vì khối lượng công việc cũng như lượng hàn đắp rất nhỏ (sản xuất đơn chiếc)

Vậy ta chọn phương án hàn hồ quang tay để hàn phục hồi trục máy xẻ đá

* Đặc điểm hàn hồ quang tay phục hồi:

+ Trong hàn hồ quang tay phần kim loại cơ bản tham gia mối hàn từ 15% đến 35% Khi tỉ lệ này bị phá vỡ (ví dụ tăng tốc độ chảy của que hàn) thì sự hình thành của mối hàn có thể bị ảnh hưởng

+ Hàn được mọi tư thế trong không gian khác nhau

+ Năng suất thấp do cường độ dòng điện bị hạn chế

+ Hình dạng kích thước và thành phần hóa học mối hàn không đồng đều do tốc độ hàn bị dao động, làm cho phần kim loại cơ bản tham gia vào mối hàn thay đổi

+ Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt tương đối lớn do tốc độ hàn nhỏ

+ Điều kiện của thợ hàn mang tính độc hại (bức xạ hơi, khí độc …)

+ Các khuyết tật như lẫn xỉ, rỗ khí xuất hiện nhiều làm ảnh hưởng đến quá trình gia công sau khi hàn

+ Năng suất hàn thấp, chất lượng mối hàn phụ thuộc vào tay nghề người thợ

+ Ứng dụng phổ biến do chi phí ban đầu thấp cũng như cách vận hành đơn giản, thích hợp cho sản xuất nhỏ và vừa

Giải pháp cơ bản để nâng cao chất lượng hàn đắp khi hàn hồ quang tay phục hồi + Giảm phần tham gia của kim loại cơ bản: giảm Ih, tăng tốc độ hàn, chọn que hàn có đường kính nhỏ, …

+ Chọn hệ số ngấu = b/h hợp lý để đảm bảo hướng kết tinh của kim loại mối hàn gây nứt nóng

1.3 Công nghệ làm bền và nâng cao cơ tính bề mặt cổ trục

1.3.1 Công nghệ làm bền bề mặt

Làm bền bằng nhiệt là hình thức gia công dùng nhiệt để thay đổi cấu trúc, tổ chức bên trong của kim loại, tăng cao độ lệch mạng do đó làm thay đổi tổ chức của kim loại và hợp kim, làm cho nó có độ cứng, độ bền cao, độ chống mài mòn tốt Để đạt được điều đó ta phải nung nóng kim loại, hợp kim lên đến nhiệt độ tôi giữ nhiệt trong một thời gian cần thiết để peclit chuyển biến sang ostenit, sau đó làm nguội nhanh hơn vận tốc nguội tới hạn để pha ostenit chuyển biến thành mactenxit có độ cứng, độ bền cao

Đối với thép trước cùng tích: to = Ac3 + (30 ÷ 50)0C (3.1)

Đối với thép sau cùng tích: to = Ac1 + (30 ÷ 50)0C (3.2)

1.3.1.1 Làm bền bề mặt bằng hóa nhiệt luyện

Là dưới tác dụng của nhiệt độ để thấm một hay một số chất như: (C, Ni, lưu huỳnh, xianua …) vào lớp bề mặt của chi tiết để thay đổi tổ chức thành phần hóa học

và cấu trúc lớp bề mặt, sau đó tiến hành tôi để thay đổi tổ chức và cơ tính theo yêu cầu làm việc như khả năng chịu nhiệt, tính chống ăn mòn, chống mài mòn, nâng cao

độ cứng, độ bền và giới hạn mỏi Thường sau khi tôi, chi tiết được ram để giảm ứng suất dư, tăng thêm độ cứng, độ bền và tính trơ mòn Trong quá trình thấm có 3 quá trình sảy ra cùng một lúc, đó là quá trình phân hóa, hấp thụ và khuyếch tán Quá trình phân hóa là quá trình chất hòa tan bị phân hóa ra dạng nguyên tử do đó có hoạt tính cao dễ hòa tan vào mạng tinh thể của dung môi (chất hòa tan là chất thấm, còn dung môi là vật liệu làm chi tiết) Quá trình hấp thụ là quá trình nguyên tử tự do của chất hòa tan xâm nhập vào mạng tinh thể của bề mặt chi tiết bằng cách tạo thành dung dịch đặc thay thế hoặc xen kẽ Quá trình khuyếch tán là quá trình chất hòa tan khuyếch tán sâu vào lớp bề mặt chi tiết để san bằng nồng độ của hệ thống

Làm bền bề mặt bằng cơ học là dạng gia công áp lực có tác dụng nâng cao độ cứng, độ bền Làm cho cấu trúc kim loại chặt chẽ và nhỏ mịn, tạo ra tổ chức dạng thớ (tổ chức kim loại biến dạng kéo dài theo hướng xác định), các vết nứt nhỏ, rỗ khí được ép chặt lại, độ bóng bề mặt được nâng cao Bản chất của quá trình là dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng đàn hồi, rồi biến dạng dẻo, khi không

có ngoại lực tác dụng mạng tinh thể bị biến dạng dư Quá trình làm tính chất kim loại thay đổi, độ cứng độ bền tăng lên, độ dẻo dai giảm xuống Việc “chảy tổ chức” (tạo

thớ trong kim loại) có tác dụng tăng bền khi giảm ứng suất cắt vuông góc theo chiều dọc thớ, ứng suất kéo ngang thớ

1.3.1.2 Làm bền bề mặt bằng nhiệt – cơ

Có lợi thế là kết hợp được những ưu điểm của phương pháp tôi bề mặt và biến dạng dẻo Bề mặt kim loại vừa được nung nóng đến nhiệt độ tôi vừa được biến dạng dẻo, mạng tinh thể bị xô lệch, cấu trúc hạt nhỏ và định hướng Vì vậy sau khi tôi tổ chức kim loại ở lớp bề mặt là mactenxit nhỏ mịn có tính định hướng, mật độ lệch mạng tăng hai lần so với tôi bề mặt thuần túy Độ bền và độ cứng bề mặt tăng cao, còn bên trong vẫn là kim loại ban đầu có độ dẻo dai cao [8]

1.3.1.3 Làm bền bề mặt bằng La de (tôi bằng tia Lade) là phương pháp dựa trên

cơ sở những thay đổi về vật lý trong lớp kim loại bề mặt bị chiếu xạ lade Về bản chất tia lade là một loại tia có bước sóng ngắn, đi thẳng, không chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, dùng hệ thống quang học có thể điều chỉnh hướng đi và hội

tụ Khi chùm tia la de đã được thấu kinh hội tụ lên bề mặt kim loại, ta thấy năng lượng của tia lade được hấp thụ, hệ số hấp thụ cao hay thấp phụ thuộc vào bản chất tia lade, tình trạng bề mặt và bản chất lớp đắp bề mặt Việc xác định trường nhiệt độ nung, tốc độ nung, tốc độ nguội … các thông số thích hợp của trang bị lade và chế độ làm việc hợp lý Với thép có hàm lượng ít cacbon không làm bền được bằng phương pháp truyền thống khác nhưng làm bền bằng tia lade độ cứng tăng gấp 3 lần, giảm độ biến dạng của chi tiết đến mức tối thiểu và có thể làm bền tại các vị trí mà các phương pháp khác không làm được [9]

1.3.2 Lựa chọn công nghệ làm bền

Để nâng cao cơ tính và độ bền tổng hợp, độ tin cậy và giảm chi phí giá thành sau hồi phục, các loại cổ trục sau khi đắp phục hồi được xử lý nhiệt nhằm khắc phục ứng suất dư của kim loại lớp đắp Nhiệt luyện chính là biện pháp ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của các cổ trục trong quá trình làm việc lâu dài

Nhiệt luyện sau khi hàn đảm bảo khử ứng suất dư tới 70% ÷ 90% đồng thời còn có tác dụng ổn định tổ chức lớp kim loại đắp, nâng cao khả năng chống lại sự mài mòn Tổ chức, cấu trúc kim loại sau khi nhiệt luyện phân bố một cách hợp lý theo lớp từ tâm ra ngoài bề mặt

Nhiệt luyện là một công nghệ dùng để thay đổi tổ chức, ứng suất bên trong kim loại, hợp kim để nâng cao độ bền, các chuyển hóa bên trong do nhiệt gây ra

không chỉ là yếu tố nhiệt độ mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố như tốc độ nung nóng, tốc độ làm nguội, các yếu tố môi trường …

Làm bền bề bề mặt bằng tôi cao tần là dạng dùng nhiệt làm bền lớp bề mặt các

cổ trục có hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay Nguyên lý của nó là mật độ dòng điện xoay chiều phân bố không đều theo tiết diện ngang của dây dẫn, càng vào tâm càng giảm Dòng điện có tần số cao sự phân bố càng không đều Để nhiệt luyện bề mặt trục và những chi tiết máy tương tự, người ta ứng dụng rộng rãi là tôi bằng dòng điện

có tần số cao

Khi nhiệt luyện bề mặt cổ trục bằng dòng cảm ứng tần số cao làm tăng thêm

độ cứng từ 6 ÷ 8 HRC (so với tôi chi tiết trên lò thường) Độ cứng bề mặt đạt như vậy không chỉ do chuyển biến pha đặc biệt khi nung bằng dòng cảm ứng, mà còn do làm nguội thép trong vùng chuyển biến mactenxit với tốc độ rất lớn, do đó ngăn ngừa quá trình ram mactenxit trong quá trình tôi và cố định lại hàm lượng C trong dung dịch đặc Mactenxit tạo thành hạt nhỏ, do đó làm tăng cơ tính lớp tôi bề mặt [10] [11]

1.4 Thực trạng về phục hồi chi tiết máy ở nước ta hiện nay

Đề tài “Phát triển ngành công nghiệp cơ khí Việt Nam trong tiến trình hội nhập kinh tế quốc tế”, “ Đánh giá tổng quát hiện trạng cơ khí Việt Nam và để xuất giải pháp phát triển ngành cơ khí giai đoạn 2000-2010” của Hội Khoa học Kỹ Thuật

cơ khí Việt Nam, “Đánh giá trình độ khoa hoc Công nghệ ngành cơ khí chế tạo Việt Nam” của TS Nguyễn Đình Trung, Viện nghiên cứu cơ khí - năm 2005 Các đề tài

đã đi sâu nghiên cứu về thực trạng ngành cơ khí của Việt Nam cũng như những dự báo, xu hướng của phát triển cơ khí trên thế giới nói chung và công nghệ chế tạo nói chung Các kết quả chủ yếu đã đạt được:

- Đã đánh giá về cơ bản thực trạng cơ khí Việt Nam

- Đã đưa ra được dự báo về phát triển cơ khí của thế giới nói chung

Trong quá trình sử dụng vì nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan đều có những hỏng hỏng nhất định, để đưa các thiết bị này trở lại hoạt động cần hồi phục để đảm bảo năng suất và tiến độ

Về công nghệ hàn ứng dụng để phục hồi chi tiết máy ở Việt nam hiện nay được sử dụng khá phổ biến và đang trở thành giải pháp cho công nghệ phục hồi chi tiết máy trong điều kiện thay chi tiết mới còn gặp khó khăn về kinh tế, công nghệ

1.4.1 Thực trạng về phục hồi trục máy xẻ đá

Hiện tại do điều kiện về trang thiết bị kỹ thuật, hệ thống công nghệ còn gặp nhiều khó khăn nên các trục máy xẻ đá sau quá trình làm việc bị hư hỏng đã và đang được hồi phục bằng phương pháp hàn kết hợp gia công cơ khí và công nghệ nhiệt luyện để phục vụ cho việc sửa chữa thay thế

1.4.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với trục máy xẻ đá sau khi phục hồi

1.4.3 Những khó khăn khi gia công phục hồi trục máy xẻ đá

- Sau khi hàn đắp thì việc làm giảm ứng suất và biến dạng là một việc vô cùng quan trọng trong việc phục hồi Mà trục máy xẻ đá yêu cầu rất cao về độ chính xác cũng như yêu cầu về độ bền

- Việc gia công cơ khí (tiện, mài) trên lớp kim loại đắp có chiều cao nhấp nhô khác nhau, tính chất tổ chức kim loại khác nhau, hiện tượng biến cứng bề mặt gặp rất nhiều khó khăn đòi hỏi phải lựa chọn được sơ đồ gá kẹp hợp lý, lựa chọn được chế

độ cắt tối ưu Đặc biệt sau nguyên công tiện là nguyên công mài phải đảm bảo độ chính xác cao chính vì vậy phải xác định được chuẩn gá đặt

1.4.4 Quy trình chung hồi phục máy xẻ đá bằng hàn đắp

Qua nghiên cứu sơ bộ về mòn của trục xẻ đá thấy rằng cổ trục có hao mòn lớn, điều kiện làm việc của cổ trục khá khắc nghiệt và khả năng ứng dụng của phương pháp phục hồi bằng hàn đắp chúng tôi lựa chọn hàn đắp là phương pháp phục hồi cổ trục máy xẻ đá

Qua tìm hiểu các tài liệu về hàn đắp phục hồi chúng tôi lựa chọn Quy trình

chung hồi phục máy xẻ đá bằng hàn đắp như sau:

Bước 1: Làm sạch sơ bộ trục máy xẻ đá

Bước 2: Kiểm tra khuyết tật của trục máy xẻ đá:

Bước 3: Tiến hành tiện bóc phần mòn, tròn đều để chuẩn bị cho nguyên công hàn đắp

Bước 4: Hàn đắp phục hồi lượng mòn

Bước 5: Kiểm tra sơ bộ mối hàn: Rỗ khí, lẫn xỉ, cháy cạnh mối hàn

Bước 6: Nhiệt luyện khử ứng xuất

Bước 7: Tiện

Bước 7.1 Tiện thô

Bước 7.2 Tiện tinh

Bước 8 Thực hiện tôi phẩn cổ trục đạt độ cứng trên máy tôi cao tần

Bước 9 Mài

Bước 10 Kiểm tra chất lượng chi tiết

Bước 10.1 Kiểm tra kích thước

Bước 10.2 Kiểm tra độ nhám

Bước 10.3 Kiểm tra độ cứng

Bước 11 Đưa chi tiết vào sử dụng và theo dõi kết quả

Trong các bước trên, trong phạm vi luận văn này chúng tôi chủ yếu tập trung nghiên cứu xác định chế độ cắt hợp lý khi tiện tinh lớp hàn đắp (bước 7.2) Nội dung

cụ thể cũng như các thông số công nghệ của các bước khác chúng tôi lựa chọn dựa vào các công nghệ hiện có hàn đắp một số chi tiết tương tự

1.5 Kết luận chương 1

1 Chi tiết trục máy xẻ đá làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, chịu tải trọng lớn, có hình dạng phức tạp, độ chính xác cao khi hao mòn các cổ trục đều chọn phương án sửa chữa phục hồi mà ít thay thế

2 Việc lựa chọn phương án phục hồi phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu – công nghệ và điều kiện làm việc của chi tiết trục, giá trị hao mòn, các đặc điểm công nghệ hồi phục quyết định đến tuổi thọ các cổ trục và giá thành hồi phục

3 Có rất nhiều cổ trục bị hao mòn trong quá trình làm việc đã được phục hồi bằng nhiều phương pháp (hàn, mạ, phun phủ) để lấy lại kích thước (kể cả lượng dư gia công), sau khi gia công cơ khí được nhiệt luyện làm bền bề mặt có khả năng làm việc tốt, thậm chí về cơ tính không thua cơ tính ban đầu

4 Hàn đắp phục hồi trục máy xẻ đá bằng phương pháp hàn thông thường, chất lượng lớp hàn đắp không cao, làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của trục máy xẻ đá sau khi phục hồi

5 Nhiệt luyện tăng cơ lý tính tổng hợp và nâng cao độ bền bề mặt các cổ trục nhằm đảm bảo chất lượng và độ tin cậy sau khi phụ hồi là cần thiết, điều đó hết sức

có ý nghĩa đối với các cổ trục làm việc trong điều kiện chịu tải trọng thay đổi, chế độ bôi trơn hở Thực tế, hồi phục bằng phương pháp hàn sau đó nhiệt luyện tăng cơ tính

và kiểm tra chất lượng sau hồi phục đã được nghiên cứu và thực hiện khá phổ biến trên thế giới và ngay cả trong nước Song trong một điều kiện rất cụ thể với những thiết bị mới có như ở Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Thanh Hóa thì việc nghiên cứu công nghệ mới, khai thác có hiệu quả các thiết bị mới là cần thiết và tập trung giải quyết Vì vậy, là một giảng viên của trường tôi chọn nghiên cứu luận văn cao

học của bản than là: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ phục hồi trục

máy xẻ đá bằng phương pháp hàn đắp

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để giải quyết nhiệm vụ đặt ra cho đề tài luận văn là nghiên cứu công nghệ hàn đắp và công nghệ gia công để phục hồi trục máy xẻ đá bị hao mòn, cần thiết phải khảo sát các yếu tố công nghệ cơ bản ảnh hưởng tới chất lượng hồi phục, từ đó đưa

ra giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ của trục máy xẻ đá sau khi phục hồi; phương pháp luận nghiên cứu được lựa chọn dựa trên cơ sở các nội dung sau:

2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đối với mẫu thử: vật liệu nền là thép 40Cr hoặc thép C45

- Sản phẩm ứng dụng: Phục hồi trục máy xẻ đá

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu lý thuyết công nghệ phục hồi trục, ứng dụng công nghệ này trên thế giới và ở Việt Nam

- Nghiên cứu công nghệ hàn đắp kim loại với hợp kim nền thép hợp kim và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm khi hàn đắp

- Nghiên cứu biện pháp xử lý nhiệt khi hàn đắp

- Nghiên cứu độ bền chịu nhiệt của vật liệu

- Nghiên cứu công nghệ tiện gia công lớp hàn đắp

- Nghiên cứu chế độ nhiệt luyện thích hợp để phần cổ trục sau hồi phục có chất lượng và cơ tính tương đương với cổ trục nguyên

- Nghiên cứu lý thuyết về sự mài mòn và các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ bền chịu mài mòn của trục: đặc điểm kết cấu, vật liệu chế tạo, điều kiện làm việc, tình trạng hư hỏng và tuổi thọ của chi tiết

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

2.1.2.1 Trang thiết bị, dụng cụ phục vụ nghiên cứu thực nghiệm

* Một số thiết bị đo

- Thiết bị đo kích thước

Để tiến hành đo kích thước chiều dài và đường kính các cổ trục chúng ta sử dụng thước cặp Mitutoyo, Nhật Bản độ chính xác 0,02mm hoặc panme đo ngoài loại (25 ÷ 50) độ chính xác 0,01mm

Hình 2.1 Dụng cụ đo kiểm tra độ mòn trục

- Kích thước gia công trên hai mũi tâm 1060 mm

- Chiều cao tâm máy 205 mm

- Giải tốc độ: 60 ÷ 1500 vòng/ phút 08 cấp tốc độ

Hình 2.4 Máy tiện TIPL – 410 (Hàn Quốc)

* Dụng cụ cắt: Dao tiện ngoài gắn mãnh hợp kim cứng T5K10 (85% Cacbit

vonphram, 10% coban, 5% Cacbit titan, giới hạn độ bền uốn 130kG/mm2 , độ cứng = 88,5HRC hãng Sandvic Coromant, Thụy Điển sản xuất

- Máy mài tròn

Hình 2.5 Máy mài tròn ngoài MA1320

Sử dụng máy tiện mài tròn ngoài của Trung Quốc (hình 2.5) với các thông số chính như sau:

- Đường kính mài ngoài: 8-200mm

- Chiều dài vật gia công tối đa:500/750mm

- Chiều cao chống tâm:125mm

- Tốc độ hành trình của bàn thủy lực: 0.1～4 m/min

- Hành trình bàn tối đa: 600/800mm

- Phạm vi xoay của đá mài: -5° ÷ +9°

- Công suất động cơ mài: 3,32/4,42KW

- Trọng lượng: 2100/2500kg

* Thiết bị nhiệt luyện

Thực hiện trên lò tôi cao tần MODEL: HD – 45 (hình 2.6)

Hình 2.6 Lò tôi cao tần MODEL: HD – 45

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý thiết bị máy phát cao tần Trong đó:

1 Công tắc 2 Động cơ điện (50Hz)

3 Máy phát điện tần số cao 4 Công tắc

5 Động cơ điện 6 Máy kích thích dòng điện

7 Biến trở 8 Bộ tụ điện

9 Cuộn sơ cấp máy biến thế dòng điện tần số cao

10 Cuộn thứ cấp máy biến thế dòng điện tần số cao

11 Vòng cảm ứng

12 Chi tiết cần nung

2.1.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

* Phương pháp nghiên cứu mòn

Sự hao mòn và hư hỏng là các quá trình phá hoại bề mặt tiếp xúc Vì vậy, cần xác định lượng phá hoại thực tế và nghiên cứu sự phân bố đại lượng này trên bề mặt

ma sát

Có ba nhóm phương pháp xác định hao mòn hư hỏng thực: không cần tháo:

đánh giá hao mòn theo sự thay đổi các thông số kỹ thuật của máy (phân tích hóa học, quang phổ, phân tích hoạt tính của dầu bôi trơn…); có tháo máy: đo vi mô, cân ghi biên dạng; cần phải tiến hành những công tác chuẩn bị đặc biệt cho bề mặt ma sát trước khi làm việc: phương pháp chuẩn nhân tạo, ghi biên dạng, chỉ thị phóng xạ, chỉ thị phóng xạ vi sai

Mỗi một phương pháp kể trên đều có mặt ưu và mặt nhược Điều này được trình bày tỷ mỷ trong nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả khác nhau

Trong luận văn này, nghiên cứu mòn giúp cho việc xác định lượng kim loại cần đắp khi phục hồi, làm cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp phục hồi Phương pháp nghiên cứu là đo một số chi tiết bị hỏng, sau đó xác định lượng kim loại cần đắp tối thiểu và cuối cùng vẽ hàm phân phối thực nghiệm lượng kim loại cần đắp tối thiểu

* Phương pháp lựa chọn chế độ gia công lớp hàn đắp

- Nghiên cứu lý thuyết về đặc điểm gia công hàn đắp kết hợp với quá trình thực

nghiệm tiện lớp hàn đắp

- Xây dựng chế độ gia công tối ưu cho vật liệu nền là thép 40Cr và vật liệu hàn

là que hàn chịu lực Tiến hành đánh giá chất lượng sản phẩm qua các chỉ tiêu về độ cứng bề mặt, tổ chức tế vi, độ bền kéo, độ giãn dài Từ đó tìm được chế độ gia công lớp phủ (lớp hàn đắp) phù hợp nhất

- Nghiên cứu, đánh giá độ bền chịu nhiệt của sản phẩm trên mẫu thử

- Nghiên cứu công nghệ nhiệt luyện làm bền bề mặt cổ trục với chế độ tôi cao tần

2.1.3 Phương pháp kiểm tra

- Kiểm tra độ cứng của trục máy xẻ đá

- Kiểm tra độ nhám bề mặt của trục máy xẻ đá

- Đánh giá khả năng chịu tải (làm việc) của trục máy xẻ đá sau khi phục hồi

2.1.4 Địa điểm nghiên cứu

- Khoa Cơ khí – Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Thanh Hóa

- Công ty Cơ khí Phương Thắng – Thanh Hóa

- Nhà máy Z111 – Bộ Quốc Phòng

- Khoa Cơ điện – Học viện Nông nghiệp Việt Nam

2.1.5 Thời gian nghiên cứu

Thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài: 12 tháng

2.2 Vật liệu

2.2.1 Vật liệu chế tạo trục máy xẻ đá

2.2.1.1 Thành phần hóa học của vật liệu nền

Trong các máy xẻ đá, trục là chi tiết làm việc trong các điều kiện nặng nhất: tải trọng cao, chịu mômen xoắn do lưỡi cắt và truyền động đai tạo ra Để chế tạo nó người ta dùng hai loại thép mactenxit và austenit với lượng cacbon khoảng 0,40 - 0,50% để bảo đảm có tính chống mài mòn nhất định

Với loại trục máy xẻ đá thì vật liệu chế tạo trục là thép 40Cr theo tiêu chuẩn Bảng 2.1 Một số loại thép thông dụng chế tạo trục trên thế giới

Mác thép C (%) Si (%) Mn (%) Cr (%) Ni (%) S (%)

40 Cr 0.37÷0.44 0.17÷0.37 0.50÷0.80 0.80÷1.10 ≤ 0.25 ≤ 0.004

C 45 0.42÷0.49 0.17÷0.37 0.50÷0.80 ≤ 0.25 ≤ 0.25 ≤ 0.004 30CrMnSi 0.28÷0.35 0.90÷1.20 0.80÷1.10 0.80÷1.10 ≤ 0.25 ≤ 0.035

2.2.1.2 Cơ tính của một số vật liệu chế tạo trục máy xẻ đá

- Cơ tính của thép 40Cr theo tiêu chuẩn GOST 5949-75:

Độ giãn dài (%)

Độ co kéo (%) Độ cứng (HB) Nhiệt độ tôi

980 785 10 35 200 -290 850-870 oC

Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Nghiên cứu vật liệu và yêu cầu cơ tính của các cổ trục máy xẻ đá

Để nâng cao chất lượng và hiệu quả hồi phục, đảm bảo yêu cầu làm việc của các cổ trục, lớp kim loại đắp phải có thành phần hóa học và cơ lý tính tương đương với các cổ trục nguyên Do đó trước khi hồi phục ta phải nghiên cứu cẩn thận vật liệu

và yêu cầu cơ tính của các cổ trục máy xẻ đá

3.1.1 Vật liệu chế tạo trục máy xẻ đá

Vật liệu chế tạo trục máy xẻ đá thường là các loại thép kết cấu C40, C45 hoặc thép hợp kim 40Cr Trong trường hợp đặc biệt quan trọng để truyền tải lớn có thể dùng thép crôm - mangan như 35 CrMnV, 40CrMnTiBo và thép crôm – niken 40CrNi, 45CrNi, 30CrNiA được tôi cải thiện và tôi bằng dòng điện tần số cao tại các

bề mặt cổ trục Đối với các trục làm việc với tốc độ cao, lắp với ổ trượt và yêu cầu có

độ cứng bề mặt của trục cao, có thể dùng các loại thép 20Cr, 18CrMn, 12CrNi2, 12CrNi3A, được thấm cacbon và tôi

+ Đối với trục máy xẻ đá, theo thông tin được cung cấp từ đơn vị yêu cầu phục hồi sửa chữa, đây là trục máy xẻ đá được chế tạo đặc biệt đảm bảo trục có thể làm việc trong điều kiện ẩm ướt với thời gian từ 12 đến 16 tiếng mỗi ngày thậm chí

là 18h (3 ca)

+ Dựa vào yêu cầu khi chế tạo trục và kinh nghiệm thực tế khi sửa chữa phục hồi trục máy xẻ đá thì loại vật liệu làm trục thường là thép kết cấu hợp kim 40X (GOST), thép 40Cr (TCVN), thành phần hóa học và cơ tính được thể hiện trong bảng 3.1 và bảng 3.2

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của thép các bon kết cấu 40Cr [11]

Bảng 3.2 Cơ tính của thép các bon kết cấu 40Cr qua nhiệt luyện [11]

Độ giản dài tương đối %

*Chống mài mòn là yêu cầu quan trọng cổ trục máy xẻ đá Như chúng ta đã

biết, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chống mài mòn đó là độ cứng Độ cứng của lớp đắp có ý nghĩa quan trọng và là yêu cầu cơ bản nhất về cơ tính của cổ trục máy xẻ đá Độ cứng chỉ biểu thị khả năng chống lại biến dạng dẻo của bề mặt chứ không phải toàn bộ trục (sản phẩm), nếu vật liệu có trúc không đồng nhất (giữa bề mặt trục và lõi), độ cứng biểu thị khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ cứng càng cao tính chống mài mòn càng tốt, độ cứng có quan hệ nhất định với giới hạn bền kéo và khả năng gia công

* Khảo sát độ cứng bề mặt làm việc của trục máy xẻ đá Ta sử dụng máy

đo độ cứng Rockwell, đo tại 5 điểm (phụ lục 3.1) độ cứng trung bình đạt 48 ÷ 52HRC (hình 3.1)

Hình 3.1 Kiểm tra độ cứng trục máy xẻ đá

*Độ dẻo dai: đối với các cổ trục, trong các chỉ tiêu về độ bền cần quan tâm

đến giới hạn chảy, vì trong các hệ lắp ghép chính xác không cho phép các cổ trục bị biến dạng dẻo, đặc biệt trục máy xẻ đá làm việc trong điều kiện tải trọng và đập lớn, thay đổi nên cổ trục cũng phải đảm bảo độ dẻo, độ dai nhất định

Nhiệt độ các cổ trục lắp ghép trong các ổ trượt thường làm việc trong môi trường

có nhiệt độ thay đổi vì vậy kim loại đắp hồi phục phải đáp ứng được yêu cầu này

* Khảo sát độ bóng bề mặt của trục máy xẻ đá Qua kinh nghiệm thực tế

khi sửa chữa trục máy xẻ đá và tiêu chuẩn chung, khi tiến hành phục hồi trục máy xẻ

đá, thì độ nhám bề mặt đạt từ cấp 8 trở lên

3.2 Nhiệt luyện nâng cao cơ tính bề mặt các cổ trục sau khi hàn phục hồi