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
định. Bởi vậy việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xác định các cơ chế mòn, nguyên
nhân và biện pháp khắc phục; đồng thời lựa chọn giải pháp công nghệ chế tạo,
công nghệ bề mặt để nâng cao chất lượng các loại đầu ép đá cắt ba via cỡ nhỏ, cỡ
vừa và cỡ lớn cho Công ty cổ phần Đá mài Hải Dương” đã góp phần chủ động chế
tạo phụ tùng thay thế, nâng cao chất lượng và giảm giá thành chi tiết đầu ép cho
Công ty cổ phần đá mài Hải Dương.
Trong quá trình làm luận văn, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.
TS Vũ Quý Đạc - Trưởng Khoa Cơ khí Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên Tôi đã hoàn thành bản luận văn này. Mặc dù bản thân có rất nhiều cố gắng
và đề tài thực hiện trong một thời gian ngắn, nên bản luận văn này không tránh khỏi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
MỤC LỤC
Lời mở đầu ……………………………………………………………………... 3
Mục lục…………………………………………………………………………. 5
Chương 1.
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÁ MÀI BA VIA TẠI
CÔNG TY CỔ PHẦN ĐÁ MÀI HẢI DƯƠNG.......................................

8

2.4. Mòn do mỏi……………………………………………………….. 32
2.4.1. Hiện tượng………………………………………………………… 32
2.4.2. Cơ chế mòn……………………………………………………….. 33
2.4.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn do mỏi…………………………. 34
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
2.5. Mòn fretting………………………………………………………. 35

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

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

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

Tính toán lượng dư……………………………………………….

76
4.7. Xác định chế độ cắt cho các nguyên công………………………… 81
4.8. Tính giá thành chi tiết đầu ép……………………………………... 87
Chương 5.
THỰC NGHIỆM ĐỀ TÀI………………………………………………
89
5.1. Chế tạo đầu ép……………………………………………………. 89
5.2. Đưa mẫu vào sản xuất thử………………………………………… 89


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

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

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

3,
SiO
2
, TiO
2
..., độ cứng tế vi là 2100kG/mm
2
đến 2350 kG/mm
2
.
Đá mài dùng hạt mài Corindon nâu thường được dùng để mài thô, bán tinh, mài
sắc các loại dụng cụ cắt và mài tinh các loại vật liệu có độ bền cao như thép các bon
hợp kim (thép không gỉ), gang cầu, đồng vàng... trừ các loại thép cao tốc đã tôi,
gang dẻo có tổ chức peclit, đồng thanh cứng. Hình 1.1. Đá mài ba via 100x6x16
do Công ty Cổ phần đá mài Hải Dương sản xuất
+ Độ hạt của hạt mài: là kích thước của hạt mài, ký hiệu 24, là loại hạt mài có kích
thước hạt mài từ 0,63mm ÷ 0,8mm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
+ Độ hạt của hạt nền: ký hiệu 60, hạt nền có kích thước hạt mài thường từ 0,25mm
÷ 0,315mm.


với chất dính kết, khoảng trống (độ xốp). Mật độ của đá mài càng lớn thì khoảng
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
11
cỏch gia cỏc ht mi cng tng. Vỡ vy mt ca ỏ mi cng ln thỡ cng ỏ
mi cng ln v ngc li mt ca ỏ mi cng bộ thỡ cng ca ỏ mi cng
nh.
+ Li thu tinh: gia ỏ mi cú lp nha dng si thu tinh Phenol Fomandehit
C
6
H
5
OH-(CH
2
- C
6
H
5
)
n
-CH
2
- C
6

Bạc lỗ 16
Nung
Sửa đá
Kiểm tra, dán mác, đóng gói sản phẩm

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

2
.
+ Hỗn hợp hạt mài A24+BF được đưa vào khuôn ép với tỷ lệ 33% khối lượng
của viên đá, được gạt phẳng đều sau đó cho lưới thuỷ tinh (nhựa Phenol Fomandehit
C
6
H
5
OH-(CH
2
- C
6
H
5
)
n
-CH
2
- C
6
H
5
OH.) chống vỡ đá vào khuôn và thực hiện quá
trình ép lần thứ hai với áp lực ép 7 kG/cm
2
.
+ Hỗn hợp hạt mài A24+BF được đưa vào khuôn ép với tỷ lệ 35% khối lượng
của viên đá, gạt phẳng đều sau đó cho bạc lỗ φ16 vào khuôn và thực hiện quá trình
ép lần cuối, bằng đầu ép đá mài ba via để tạo biên dạng đá, với áp lực ép 80
kG/cm


Hình1.3. Ảnh chụp điều kiện làm việc của đầu ép
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
14
- Lp giy ninol: c sn xut t mt loi nha Pụlivinyl clorua PVC
(-CH
2
-CHCl-)
n
. õy l loi nha nhit do, cú tớnh n nh hoỏ hc tt, bn vi cỏc
axit loóng v kim nng 20%. Lp giy búng nilol ny nhit bỡnh thng
khụng phn ng hoỏ hc vi kim loi v cỏc ụxit kim loi. Do ú nú khụng gõy bin
dng, n mũn hoỏ hc hoc n mũn in phõn vi b mt chi tit u ộp.
- Cht dớnh kt Bakelit: thnh phn gm nha lng PF2550 5% v nha bt
PF2893A 18%. Hai loi nha ny u thuc loi nha Phenol Fomandehit c
trựng ngng t Phenol C
6
H
5
OH v Fomandehit CH
2
O, cú cu trỳc mng khụng gian
C
6


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
Hình 1.4. Sơ đồ ép - cấu trúc đá mài ba via
- Chất độn Na
3
AlF
6
(6%): Đây là một loại quặng criolit, tồn tại trong tự nhiên
không cần điều chế, nóng chảy ở nhiệt độ 800
0
C. Ở nhiệt độ bình thường nó trơ về
mặt hoá học, nó có độ cứng nhỏ. Trong đá mài, chất độn Na
3
AlF
6
được sử dụng để
hạ nhiệt độ nóng chảy trên bề mặt tế vi của hạt Corindun, làm cho trong quá trình
mài các ôxit nhôm bật ra và điền đầy vào các vết xước trên bề mặt mài.
- Hạt mài Corindun nâu (Brown fused Alumina). Đây là loại vật liệu kết tinh
dạng AL
2
O
3
, trong đó có 95% AL
2
O

, TiO
2
..., nên Corindun có màu đục
hoặc màu bẩn. Corindun nóng chảy ở 2072
0
C, sôi ở 3500
0
C. ở nhiệt độ thường
Corindun rất trơ về mặt hoá học, nó không tan trong nước, dung dịch axit và dung
dịch kiềm. Các hạt Corindun vỡ ra theo các mặt trượt của mạng tinh thể, chủ yếu
tạo thành các mảnh vỡ hình lục phương với các góc giữa các mặt lớn hơn hoặc bằng
60
0
.
1.3. Một số dạng mòn hỏng đầu ép.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
Hình1.5. Ảnh chụp dạng hỏng bề mặt đầu ép đá mài ba via

Hình 1.6 -

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

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


phép là 0,2 mm.
Thật vậy, ảnh chụp đầu ép bị mòn ta thấy trên bề mặt có rất nhiều vết xước, vết
mòn, xem ảnh (hình 2.2 và hình 2.3).
Để khắc phục hạn chế được mòn đối với đầu ép, cần đưa ra một quy trình chế tạo
phù hợp nhằm nâng cao tuổi bền cho đầu ép, ta cần nghiên cứu kỹ cơ chế mòn và
các nhân tố ảnh hưởng tới mòn đầu ép từ đó đưa ra giải pháp chế tạo phù hợp.
Lý thuyết về ma sát - mòn cho thấy, có nhiều dạng mòn như: Mòn do dính, mòn
do cào xước, mòn hoá học, …Ở đây ta vận dụng lý thuyết ma sát - mòn vào từng
dạng mòn cụ thể để phân tích cơ chế mòn và các yếu tố ảnh hưởng gây mòn với đầu
ép. S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
19

Học Viên
Đinh Xuân Ngọc
HDKH
Sđ
Slg
TS.Vũ Q Đạc
Số tài liệu
Trừơng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
Số l-ợng

-0,15

và 16,1
+0,08
+0,060,05
3. Độ côn và độ ô van của các bề mặt
80
-0,02
-0,04
, 100
-0,12
-0,15

và 16,1
+0,08
+0,060,05
4. Nhiệt luyện, thấm các bon bề mặt răng đạt độ cứng: HRC 60
ữ
62
chiều sâu lớp thấm không nhỏ hơn 0,3mm



Hình 2.4b.Tổ chức tế vi của lớp vật liệu trên bề mặt trụ
của đầu ép ở mặt cắt ngang tỷ lệ 1:500
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22

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

Hình 2.5b.Tổ chức tế vi của lớp vật liệu trên bề mặt làm việc
của đầu ép ở mặt cắt ngang tỷ lệ 1:500 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
23

(2.1)
Trong đó: Q: thể tích vật liệu mòn,
k: hệ số xác xuất một tiếp xúc tạo nên một hạt mài,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
24
W: tải trọng pháp tuyến tổng,
p
0
: giới hạn chảy của vật liệu.
Với định luật Archard ta có kết luận:
- Thể tích vật liệu mòn của đầu ép tỷ lệ thuận với quãng đường trượt.
- Thể tích vật liệu mòn của đầu ép tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến.
- Thể tích vật liệu mòn của đầu ép tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng
của vật liệu đầu ép.
Theo thuyết mòn dính của Rowe: Rowe đã bổ xung lý thuyết mòn của Archard,
có kể đến tác dụng của lớp màng bề mặt (surface films).

Ak
p
W
kQ '
3
0
==

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

Từ công thức này ta thấy: Khi kể đến lớp màng bề mặt thì giới hạn chảy của
vật liệu chi tiết đầu ép cần chọn sẽ nhỏ hơn trong điều kiện không có lớp màng bề
mặt.

p
W
kQ =

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

11000.
3
0
Q
W
kp =

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

là bán kính của đầu ép (R = 50mm).
r

là bán kính của lỗ lắp đầu ép ( r = 8mm).
p
ep

0,8
. .11000 0,05. .11000 147
3
3. .
ep
R r p
p k
R r
π
π
−
= = =
−
,kG/mm
2

P
O
= 147 kG/mm
2

2.2. Mòn do cào xước.
Mòn do cào xước của chi tiết đầu ép xảy ra khi các cạnh sắc của hạt mài trượt
trên bề mặt chi tiết đầu ép và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng biến dạng dẻo
hoặc nứt tách. Trong trường hợp chi tiết đầu ép là vật liệu dẻo có độ dai va đập cao
(kim loại và hợp kim), các hạt mài sẽ gây nên biến dạng dẻo của vật liệu chi tiết đầu
ép trong cả trường hợp tải nhẹ nhất. Trong trường hợp vật liệu dòn có độ dai va đập
thấp, mòn xảy ra do nứt tách khi đó trên vùng mòn nứt tách là biểu hiện chủ yếu.
2.2.1. Mòn do cào xước bằng biến dạng dẻo.
2.2.1.1. Hiện tượng.

rãnh.
Dồn ép vật liệu: Sự hình thành lượng vật liệu dồn ép ở phía trước của hạt cứng
là một dạng mòn do cào xước. Một hạt cứng khi chà sát trên bề mặt sẽ tạo nên một
rãnh và một lượng vật liệu bị dồn ép ở phía trước nó. Điều này thường xảy ra khi tỷ
số giữa sức bền cắt của bề mặt tiếp xúc với sức bền cắt của hạt cứng cao (0,5÷1).
Khi đó chỉ một phần vật liệu bị biến dạng sang hai bên rãnh, còn phần lớn sẽ dồn ép
về phía trước của hạt cứng tạo nên hiện tượng này.
Cắt: Dạng cắt của mòn do cào xước xảy ra khi hạt cứng với góc tiếp xúc lớn
di chuyển tạo nên rãnh và tách vật liệu ra khỏi rãnh dưới dạng mảnh mòn có dạng
giống như phoi dây hoặc vụn. Quá trình này xảy ra chủ yếu là do cắt còn lượng vật
liệu bị biến dạng sang hai bên rãnh là rất nhỏ.
2.2.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến mòn do cào xước bằng biến dạng dẻo.
Theo lý thuyết ma sát - mòn:
Tổng thể tích vật liệu đầu ép bị dịch chuyển bởi tất cả các nhấp nhô là:

( )
2W.
tb
x tg
v
H
θ
π
=
(2.4)
Trong đó:
W: lực ép,
x: khoảng trượt của mỗi lần ép,
(tg
θ