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


Đinh Xuân Ngọc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2.1. Mòn do dính……………………………………………… 23

2.1.1. Hiện tượng…………………………………………………………

23

2.1.2. Cơ chế mòn………………………………………………………

23

2.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn do dính………………………… 23

2.2. Mòn do cào xước…………………………………………………. 26

2.2.1. Mòn do cào xước bằng biến dạng dẻo……………………………. 26

2.2.2. Mòn do cào xước bằng nứt tách………………………………… 30

2.3. Mòn hoá học……………………………………………………… 31

2.3.1. Hiện tượng…………………………………………………………

31

2.3.2. Cơ chế mòn……………………………………………………… 31

2.2.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn hoá học………………………… 32

2.4. Mòn do mỏi……………………………………………………… 32


2.6.2. Mòn do va chạm của các vật rắn…………………………………. 36

2.7. Đánh giá ảnh hưởng của các dạng hao mòn ở chi tiết đầu ép…… 38

Chương 3.
M
ỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG M
ÀI

MÒN
Đ
ẦU ÉP
………….

40

3.1.
Một số biện pháp kết cấu………………………………………….
40

3.1.1. Nguyên tắc…………………………………………………… 40

3.1.2. Chọn vật liệu chế tạo đầu ép……………………………………… 40

3.1.3. Phân tích kết cấu và tính công nghệ của đầu ép………………… 45

3.2. Nhiệt luỵện chi tiết đầu ép…………………………………………

46



66

4.1.1. Xác định sản lượng cơ khí hàng năm Ni…………………………. 66

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

4.2. Xác định phương pháp chế tạo phôi……………………………….

66

4.3 Chọn chuẩn………………………………………………………

69

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7
4.3.1. Chọn chuẩn thô ……………………………………………… 69

4.3.2. Chọn chuẩn tinh……………………………………………… 69

4.4. Trình tự nguyên công……………………………………………

70


Phụ lục 1, Phụ lục 2, Phụ lục 3, Phụ lục 4,………………………. 91

Tài liệu tham khảo………………………………………………… 91
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8

khẩu từ Hàn Quốc ép được khoảng 11000 viên đá. Trong năm 2006 Công ty đã phải
nhập khẩu 320 đầu ép của Hàn Quốc trị giá 21000USD (khoảng 65,5 USD ~ 1 050
000,đ/ 1 đầu ép).
Các
phụ tùng phải thay thế thường xuyên trong quá trình sản xuất
đá mài ba via là chi tiết đầu ép và lõi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9

1.1.2. Cấu trúc cơ học của vật liệu đá mài.
Hình 1.4 giới thiệu thành phần, cấu trúc đá mài ba via, gồm:
- A60+BF; A24+BF : Hỗn hợp hạt mài và chẩt kết dính.
- Lưới thuỷ tinh.
a. Hạt mài A: được ký hiệu theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB2476~83-83, A là ký
hiệu loại hạt mài Corindon nâu (Brown fused Alumina). Đây là loại vật liệu kết tinh
dạng AL
2
O
3
, trong đó có 89 ÷ 95% AL
2
O
3
, còn lại là các tạp chất có dạng Fe

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

- C
6
H
5
OH, cú tỏc dng chng v ỏ trong quỏ trỡnh mi.
1.1.3. Cỏc bc sn xut ỏ mi ba via.
Quặng Broxit
Luyện hồ
quang điện
Làm lạnh
Corindon cục
Nghiền và cán
Sàng phân loại
Ngâm H
2
SO
4
rửa sạch
Sấy
Hạt mài A24
Hạt nền A60
Chất dính
kết BF
Hỗn hợp
A24 + BF
Hỗn hợp
A24 + BF
Khuôn ép
Lứơi
thuỷ tinh
12
dính kết, chất độn và hạt mài (hoặc hạt nền) được trộn với nhau theo một tỷ lệ nhất
định, là phần trăm khối lượng của chất dính kết và hạt mài (hoặc hạt nền) trong đá
mài, thu được các hỗn hợp hạt mài A24+BF và hỗn hợp hạt nền A60+BF. Sau đó
các hỗn hợp hạt mài và hỗn hợp hạt nền được đưa nên máy ép đá mài ba via, để tự
động thực hiện quá trình ép tạo biên dạng của viên đá.
Quá trình ép tạo biên dạng viên đá mài ba via được thực hiện tự động trên máy ép
đá mài ba via với trình tự như sau:
+ Hỗn hợp hạt nền A60+BF được tự động đưa vào khuôn ép với tỷ lệ 32% khối
lượng của viên đá, được gạt phẳng đều sau đó cho lưới thuỷ tinh (nhựa Phenol
Fomandehit C
6
H
5
OH-(CH
2
- C
6
H
5
)
n
-CH
2
- C
6
H
5

ép lần cuối, bằng đầu ép đá mài ba via để tạo biên dạng đá, với áp lực ép 80
kG/cm
2
.
Đá mài sau khi ép được kiểm tra các kích thước hình học bề mặt, được ép chặt
trong khuôn nung và được nung thiêu kết trong lò điện, sau đó sửa đá, kiểm tra các
thông số như: kích thước hình học, độ xốp, độ cháy đá…, rồi được dán mác sản
phẩm, sau đó đóng gói và nhập kho kết thúc quy trình sản xuất đá.
1.2. Đặc điểm lớp vật liệu tiếp xúc với bề mặt làm việc của đầu ép.
Quan sát trên hình 1.3 ta có thể hình dung ra được vị trí làm việc, điều kiện làm
việc của chi tiết đầu ép, lõi và khuôn ép.
Đầu ép đá mài ba via được lắp với một piston thuỷ lực, đường kính 100 mm để
thực hiện quá trình ép từ trên xuống nhằm tạo ra biên dạng của đá mài và biên dạng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
của lỗ lắp đá mài. Thực tế tại Công ty đá mài Hải Dương đầu ép đá mài ba via làm
việc trong một số các điều kiện đặc thù sau:
- Đầu ép làm việc trong phòng kín có lắp điều hoà duy trì nhiệt độ ở 27°C, môi
trường không khí tự nhiên, có ôxy là thành phần hoá học chủ yếu gây ăn mòn hoá
học. Không có dòng điện trên bề mặt đầu ép và không có các chất gây điện phân.
- Áp lực lớn nhất tác dụng lên bề mặt của đầu ép là 80 kG/cm
2
.
- Bề mặt làm việc của đầu ép tác dụng trực tiếp lên lớp giấy bóng ninol, hạt mài,

C
6
H
5
OH-(CH
2
- C
6
H
5
)
n
-CH
2
- C
6
H
5
OH. õy l loi nha nhit do, cú tớnh n nh
hoỏ hc tt, bn vi cỏc axit loóng v kim nng 20%. Nha Phenol Fomandehit
nhit bỡnh thng khụng phn ng hoỏ hc vi kim loi v ụxit kim loi. Do
ú nú khụng gõy bin dng, n mũn hoỏ hc hoc n mũn in phõn vi b mt chi
tit u ộp.
Lớp giấy bóng
Đầu ép
Hỗn hợp A60+BF
Hỗn hợp A24+BF
Lứơi thuỷ tinh
P


2
O
3
-α, còn lại là các tạp chất có dạng Fe
2
O
3,
SiO
2
,
TiO
2
, hạt mài có kích thước hạt nhỏ 0,63mm, và có độ cứng rất cao 2350kG/mm
2
.
AL
2
O
3
-α là những tinh thể bao gồm những ion O
2-
gói ghém sít sao kiểu lục
phương, trong đó hai phần ba lỗ trống bát diện được ion AL
3+
chiếm. Nó không có
màu và không tan trong nước. Nó tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật
Corindun, vì thường chứa tạp chất Fe
2
O
3,

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

đầu ép mòn tỷ lệ 1:50

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

1.4. Một vài nét về sản xuất đầu ép đá ba via trong nước.
Đầu ép đá ba via là một là một dạng phụ tùng cơ khí thay thế thường xuyên trong
quá trình sản xuất đá mài. Đây là chi tiết làm nhiệm vụ của chầy ép ghép lỏng với
khuôn ép đã có sẵn trên máy, làm việc trong điều kiện ma sát - mòn rất khốc liệt, lại
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ MÒN VÀ NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN MÒN
BỀ MẶT LÀM VIỆC ĐẦU ÉP ĐÁ CẮT BA VIA
Đặt vấn đề.
Khi nghiên cứu quy trình sản xuất đá mài ta thấy trong quá trình làm việc đầu ép
luôn tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp hạt mài dưới một áp lực lớn. Như ta đã biết, hạt
mài và hạt nền Corindun nâu thành phần chính là Al
2
O
3
có độ cứng rất cao, có hình
dạng hình lục phương với góc giữa các mặt lớn hơn hoặc bằng 60
0
. Hạt mài có kích
thước từ 0,63 đến 0,8 mm, hạt nền có kích thước từ 0,25 đến 0,31mm. Cấu tạo bề
mặt làm việc của đầu ép có dạng hình vành khăn, trên bề mặt làm việc có các rãnh
đồng tâm (hình 2.1)
Như vậy, khi đầu ép tiếp xúc với hỗn hợp hạt mài để thực hiện quá trình ép đá,
khi đó hạt mài, hạt nền cùng với chất kết dính tự xắp xếp theo một trật tự chặt nhất,
đồng thời với quá trình ấy các hạt mài dịch chuyển (dịch chuyển tương đối) so với
mặt đầu đĩa ép, nó gây ra mòn đầu ép làm cho các rãnh đồng tâm không còn đảm

Trừơng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Số l-ợng
Tờ số : 01
Đầu ép Đá mài ba
via
Chữ ký Ngày

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





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

6
2. Độ đảo các mặt A, B với đừơng tâm chi tiết
0,03
3. Độ không đồng tâm giữa các bề mặt 80
-0,02
-0,04
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20
Hình 2.1. Bản vẽ chi tiết đầu ép Hình 2.2. Ảnh chụp dạng hỏng bề mặt đầu ép đá mài ba via Hình 2.3.

Ảnh chụp bề mặt làm việc của

đầu ép mòn tỷ lệ 1:50 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
21

Hình 2.4a. Tổ chức tế vi của lớp vật liệu trên bề mặt trụ


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

Hình 2.6. Chuyển động hạt mài trên bề mặt làm việc của đầu ép
2.1.2. Cơ chế mòn.
Lý thuyết ma sát mòn đã chỉ ra: Khi hai bề mặt rắn phẳng trượt so với nhau. Dính
xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp tuyến,
khi sự trượt xảy ra vậy liệu ở vùng này bị trượt (biến dạng dẻo) dính sang bề mặt
đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời. Một số mảnh mòn còn được sinh ra do
quá trình mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô.
Thật vậy, khi đầu ép tiếp xúc với hỗn hợp hạt mài, có sự tiếp xúc trực tiếp giữa
các mặt, cạnh của hạt mài với bề mặt đầu ép và giữa chúng có sự trượt tương đối
với nhau. Vì vậy, mòn dính sẽ xảy ra đối với chi tiết đầu ép. Quá trình mòn sẽ diễn
ra sau mỗi chu kỳ thực hiện ép đá.
2.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn do dính.
Theo định luật mòn dính của Archard:

0
3p

0
==

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

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

0
p
W
kAkQ
mm

vật liệu chi tiết đầu ép cần chọn sẽ nhỏ hơn trong điều kiện không có lớp màng bề
mặt.
Tổng hợp từ kết quả nghiên cứu của Archard và Rowe ta có thể đưa ra nhân tố
ảnh hưởng đến mòn dính đầu ép như sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
25
- Thể tích vật liệu đầu ép mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến.
- Thể tích vật liệu đầu ép mòn tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng của
vật liệu đầu ép.
- Nếu tạo được lớp màng bề mặt hợp lý thì sẽ giảm được hệ số ma sát, giảm
hiện tượng mòn do dính của bề mặt đầu ép.
Trong điều kiện sản xuất đá mài ba via được sản xuất trên máy ép với độ chính
xác cao, tải trọng pháp tuyến (lực ép) được coi là hằng số. Vậy để khắc phục và hạn
chế hiện tượng hỏng bề mặt đầu ép do mòn dính ta cần phải đảm bảo các yêu cầu
sau:
- Đảm bảo giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu đầu ép.
- Tạo độ bóng và lớp màng bề mặt hợp lý nhằm giảm ma sát trên bề mặt chi
tiết đầu ép giữa hạt mài với bề mặt đầu ép.
Xác định giới hạn chảy của vật liệu đầu ép theo cơ chế mòn dính đảm bảo điều
kiện bền mòn:
Để ép được 11000 viên đá mài bằng số lượng của đầu ép Hàn Quốc thì lượng
mòn Q được tính theo công thức:

11000.

là bán kính của lỗ lắp đầu ép ( r = 8mm).
p
ep
là áp lực ép đá lớn nhất: (p
ep
= 80kG/cm
2
= 0,8kG/mm
2
)
+ Q: là tổng thể tích mòn trên một khoảng trượt cho phép là độ mòn cho
phép của chi tiết đầu ép là 0,2mm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
26

(
)
222
mmrRQ −=
π

Vậy giới hạn chảy của chi tiết đầu ép sẽ là:
(
)

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