Nghiên cứu, thiết kế chế tạo khuôn ép ngói phụ kiện cho dây chuyền sản xuất ngói màu gia cường sợi

Nghiên cứu, thiết kế chế tạo khuôn ép ngói phụ kiện cho dây chuyền sản xuất ngói màu gia cường sợi / Nguyễn Thành Long, KS. (chủ nhiệm đề tài) , Hoàng Việt Quang, KS.; Đào Trung Hiếu, KS.; Phạm Việt Thắng, KS., và những người khác. - Hà Nội : Viện Công nghệ , 2010. - 43tr. Tổng quan sơ lược về sản xuất ngói màu gia cường sợi. Trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế khuôn ép ngói phụ kiện và khuôn ngói phụ kiện

VIỆN CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NGÓI PHỤ KIỆN CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NGÓI MÀU GIA CƯỜNG SỢI CNĐT: NGUYỄN THÀNH LONG 8319 HÀ NỘI - 2010 Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN 1 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4 1.1. Sơ lược về sản xuất ngói màu gia cường sợi 4 1.1.1 Giới thiệu sản phẩm ngói màu 4 1.1.2 Công nghệ sản xuất ngói màu gia cường sợi 6 1.2. Tính chất và đặc điểm của công đoạn ép ngói 9 1.3. Đặc điểm và vai trò của ngói phụ kiện (Under Cover) 11 1.4. Đặc điểm và vai trò khuôn ép ngói 12 Kết luậ n chương 1 15 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHUÔN NGÓI PHỤ KIỆN 16 2.1. Cơ sở thiết kế 16 2.2. Thiết kế khuôn ép ngói phụ kiện 16 2.3. Tính toán kiểm nghiệm độ bền 22 2.3.1 Tính toán các bộ phận của bộ khuôn ngói bằng chương trình phần tử hữu hạn 22 2.3.2 Một số kết quả tính toán các bộ phận của bộ khuôn ngói bằng chương trình PTHH 23 2.4. Hồ sơ thiết kế 29 K ết luận chương 2 29 CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NGÓI PHỤ KIỆN 30 3.1. Chuẩn bị phôi 32 3.2. Mô hình hoá 32 3.3. Chọn phương pháp và máy gia công 33 3.4 Mô phỏng quá trình gia công bằng phần mềm MasterCam 33 3.5. Gia công chế tạo 34 3.6. Nhiệt luyện 34 3.7. Kiểm tra và lắp ráp 35 36 Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN 2 Kết luận chương 3 CHƯƠNG 4. KHẢO NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 42 Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN 3 MỞ ĐẦU Công nghệ sản xuất ngói màu trên thế giới đã phát triển trong một thời gian dài và đã đạt được một số thành tựu nhất định. Trên cơ sở những kết quả đạt được trong thời gian gần đây một số doanh nghiệp trong nước đã tiếp cận và liên kết để xây dựng lắp đặt các dây chuyền sản xuất gạch ngói tiên tiến theo tiêu chuẩn của Nh ật, EU. Thông qua đó các dây chuyền sản xuất theo dạng chuyển giao công nghệ ra đời đem lại các sản phẩm chất lượng cao, đủ điều kiện xuất khẩu cạnh tranh với những thị trường khó tính khắt khe về yêu cầu chất lượng, mẫu mã của sản phẩm. Tuy nhiên một vấn đề đặt ra là một số thiết bị, phụ kiện trong dây chuyền sản xuất ở dạng đặc biệt được nắm giữ và cung cấp bởi các đối tác nước ngoài, điều này dẫn đến sự phụ thuộc vào mức độ cung cấp các thiết bị, phụ kiện trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp trong nước khi dây chuyền hoạt động. Công ty Sản xuất và Thương mại Tân Thuân Cường (TTC) hiện nay đã lắp đặt một dây chuyền sản xuất ngói màu cao cấp theo phươ ng pháp ép thông qua chuyển giao công nghệ với đối tác là Công ty Fuji Slate (Nhật Bản). Trong dây chuyền này, hầu hết các thiết bị được chế tạo trong nước – do Viện Công nghệ, Bộ Công Thương chế tạo. Tuy nhiên, một số thiết bị vẫn trực tiếp phải nhập khẩu từ Nhật Bản như: khuôn ép ngói, sơn phủ bề mặt, sợi tổng hợp PVA (Polyvinyl Alcohol)…Chính vì vậy để chủ động hơn trong sả n xuất công ty TTC đã có những kế hoạch tìm hiểu nghiên cứu và chế tạo một số thiết bị của dây chuyền bằng nguồn nội lực sẵn có trong nước. Trong báo cáo này chúng tôi xin trình bày nghiên cứu, thiết kế một thiết bị quan trọng trong công đoạn ép ngói là khuôn ép, cụ thể là khuôn ép ngói phụ kiện (Under Cover). Báo cáo xây dựng quy trình thiết kế, chế tạo khuôn ép ngói phụ kiên…của bộ khuôn ép ngói màu cao cấp, đây là cơ sở để sử dụng cho việc thiết kế chế tạo bộ khuôn ép ngói màu cao cấp của các doanh nghiệp trong nước. Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Sơ lược về sản xuất ngói màu gia cường sợi 1.1.1. Giới thiệu sản phẩm ngói màu Ngói màu là loại ngói xi măng cát được sản xuất theo công nghệ ép mới, đã loại bỏ những khoảng rỗng, hạn chế độ xốp nên bền và đẹp hơn. Ngói được phủ một lớp màu bằng cách trộn trực tiếp bột màu vào nguyên liệu hoặc phun sơ n lên bề mặt viên ngói. Ngói màu cao cấp là loại ngói với các thành phần vật liệu truyền thống còn có thêm các loại vật liệu mới như sợi gia cường tổng hợp PVA (Polyvinyl Alcohol), tro bay (Ash Fly) và phụ gia hóa dẻo. Với những thành phần này giúp viên ngói màu cao cấp có trọng lượng nhẹ hơn hẳn, đồng thời tính chịu bền uốn, va đập tăng lên đáng kể. Hình 1.1. Mô hình mái nhà lợp bằng ngói màu Công nghệ sản xuất ngói màu mới xuất hiện và phổ biến ở Việt Nam thời gian gần đây. Sản phẩm chủ yếu sản xuất theo công nghệ của Nhật Bản, Đức, Italy Một viên ngói có kích thước trung bình 400 x 330 x 15 mm, tương đương 10 viên/m2, mỗi viên nặng từ 3 đến 4,5 kg và trọng lượng mái từ 28 đến 45 kg/m2, tùy theo chủng loại, công nghệ và vật liệu sử dụng. Ngoài ra, ngói màu có cường độ u ốn cao hơn, có khả năng chống nóng, chống thấm và hạn chế rêu mốc rất tốt. Các gờ chắn nước theo chiều dọc và chiều ngang của Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN 5 viên ngói có thể để ngăn hiện tượng nước tràn qua khe ngói khi trời mưa to và gió lớn. Ngoài ra, do kích thước viên ngói lớn, chi phí cho hệ thống giàn đỡ trên mái có thể giảm đáng kể, đặc biệt với loại ngói màu cao cấp có trọng lượng thấp. Bề mặt ngói có hai loại, loại trơn, tạo bề mặt ngói bóng đẹp và loại có "vẩy sần", được thiết kế nhằm tạo sự khúc xạ ánh sáng và như vậy có thể giảm bớt sự hấp thụ nhiệt của ngói, tăng khả năng chống nóng và chống trơn trượt khi thi công. Màu sắc phổ biến nhất trên thị trường Việt Nam là đỏ và xanh tím. Tuy nhiên, các sản phẩm với các gam màu như đỏ nâu, nâu, xanh thẫm, xanh lá cây, xanh rêu, ghi, đen ngày càng phổ biến và chiếm được sự ưa chuộng của người tiêu dùng Việt Nam. Người sử dụng có thể sơn lại màu mới khi cần thay đổ i. Khi lắp đặt ngói màu trên mái có kết cấu bằng gỗ hoặc sắt, độ dốc nên lớn hơn 30%, chiều dài mái ngói cũng không nên quá 10 m tính từ đỉnh xuống. Nếu mái có kết cấu bằng bê tông thì độ dốc có thể nhỏ hơn 30%, nhưng phải có lớp chống thấm. Nếu mái có độ dốc lớn hơn 60% thì phải sử dụng đinh vít hoặc đinh tán để cố định ngói vào khung. Trường hợp các mái lõm phả i có máng xối dẫn nước bên dưới để thoát nước hợp lý. Khi lợp, lợp một hàng dưới trước rồi lợp từ dưới lên và từ trái qua phải. Viên ngói đầu tiên bên trái mái lợp cách riềm 30 mm, lấy vuông góc hai chiều của riềm hông và hàng ngói đầu tiên. Mỗi viên ngói được liên kết chắc chắn với thanh chắn bằng vít thép. Gắn ngói nóc bằng vữa dẻo khô, trải đều vào vị trí chân viên ngói, khi vữa đã đủ độ cứng, cắt b ỏ phần vữa thừa để làm nhẵn. Đối với ngói cạnh, khi lắp phải áp sát vào riềm trang trí bên hông. Để vệ sinh và hoàn thiện cho quá trình thi công, khi thấy vữa dính lên mặt ngói khô trắng, dùng xốp lau sạch. Cũng có thể dùng sơn acrylic chuyên dụng để sơn lớp vữa đồng màu với ngói. 1.1.2. Công nghệ sản xuất ngói màu gia cường sợi Nhìn chung, các dây chuyền công nghệ sản xuất ngói màu trên thế giới có thể chia làm hai loại sản phẩm dự a trên đặc tính của dây chuyền sản xuất: Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN 6 Dây chuyền sản xuất liên tục (Auto Slate): Dựa trên công nghệ ép đùn. Đặc điểm của loại dây chuyền này là năng suất rất cao (tới hàng ngàn sản phẩm/phút) do các thiết bị tạo hình được đặt nối tiếp trên chiều dài dây chuyền. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của dây chuyền này là chất lượng sản phẩm thấp (độ bền uốn của viên ngói chỉ đạt tới 500N/viên), thành phẩm b ị cong vênh do lượng nước còn lại trên sản phẩm sau khâu tạo hình cao. Giá thành đầu tư cho dây chuyền thiết bị khá cao. Sản phẩm của công nghệ này phù hợp với tiêu chuẩn JIS A 5423:2004 (Decorated cement shingles for dwelling roofs). Dây chuyền sản xuất ép rời rạc (Pressed Slate): Dựa trên công nghệ ép định hình từng viên ngói với máy ép thủy lực có lực ép lớn từ 100 đến 300 tấn. Công nghệ này có năng suất thấp hơn (chỉ đạt tới 250 - 400 sản phẩm/ giờ/ máy) và ph ải sử dụng nhiều nhân công. Ưu điểm chính của công nghệ này là chất lượng thành phẩm rất cao (độ bền uốn dễ dàng đạt trên 2.500 N/viên), cho phép sử dụng sợi gia cường. Thành phẩm hầu như không bị cong vênh do lượng nước còn lại trong sản phẩm sau khâu tạo hình thấp, sản phẩm có độ chính xác hình học cao. Sản phẩm của công nghệ này phù hợp với tiêu chuẩn JIS A 5402:2004 (Pressed Cement Roof Tiles). Xu hướng của thị trườ ng thế giới hiện nay thiên về hướng sử dụng sản phẩm ngói cao cấp được sản xuất theo công nghệ ép rời rạc vì sản phẩm đáp ứng được các tiêu chí về độ bền và độ chính xác hình học, tính thẩm mỹ… Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất ngói màu của Công ty CP Tân Thuận Cường NGUYÊN VẬT LIỆU ÉP NGÓI MỘC SƠN NGÓI SẢN PHẨM PHÂN XƯỞNG NGÓI MỘC PHÂN XƯỞNG SƠN Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN 7 Dây chuyền ép ngói bao gồm các thiết bị chính là sàng cát, silô cấp xi măng, máy định lượng và cấp sợi, hệ thống dẫn nước, máy trộn chính, các máy ép thủy lực…và các thiết bị và hệ thống phụ trợ khác. Hình 1.3 minh họa sơ đồ hệ thống ép ngói của Công ty CP Tân Thuận Cường - Hải Dương. Hệ thống này được thiết kế trên cơ sở dây chuyền ép ngói của Công ty Fuji Slate, Nhật Bản. Các thiết bị được tính toán và bố trí một cách hợp lý và khoa học, bảo đảm tính cân đối giữa sản phẩm ngói chính và các ngói phụ kiện cũng như tối ưu hóa trong việc sử dụng nhân công. SƠN Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ khu vực ép ngói của Công ty CP Tân Thuận Cường Hệ thống máy ép là hệ thống quan trọng nhất, bao gồm các thiết bị đắt giá nhất trong dây chuyền ép ngói màu cao cấp. Các máy ép trên sơ đồ hình 1.3 là các máy ép thủy lực. Hình 1.4 minh họa hệ thống máy ép ngói của công ty. Hình 1.5 là ảnh minh họa một máy ép tự động với bảng điều khiển, dùng ép ngói chính của Công ty. CÁT XIMĂNG TROBAY PHỤ GIA HÓA DẺO PVA NÝỚC MIXER MÁY ÉP 1 THÙNG TRỘN MÁY ÉP 2 MÁY ÉP 3 DÝỠNG HỘ GIAI ĐOẠN 1 4÷5h TÁCH NGÓI - KHUÔN DÝỠNG HỘ GIAI ĐOẠN 2 7÷8h VÍT TẢI MOTOR CABLE CAR BĂNG TẢI XE ĐẨY MANUAL MANUAL AUTO (V) AUTO (LOADCELL ) AUTO (LOADCELL ) CÁT XIMĂNG TROBAY PHỤ GIA HÓA DẺO PVA NƯỚC Đ ỊNH L Ư Ợ N G Đ ỊNH L Ư ỢNG MIXER THÙNG TR Ộ N MÁY ÉP 1 MÁY ÉP 2 THÙNG TRỘN MÁY ÉP 3 DÝỠNG HỘ GIAI ĐOẠN 1 4÷5h TÁCH NGÓI - KHUÔN DÝỠNG HỘ GIAI ĐOẠN 2 7÷8h VÍT TẢI MOTOR CABLE CAR BĂNG TẢI MANUAL MANUAL Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN 8 Hiện nay, Công ty Cổ phần Tân Thuận Cường - Hải Dương đã xây dựng hoàn chỉnh nhà máy sản xuất ngói màu gia cường sợi. Đây là nhà máy sản xuất ngói màu gia cường sợi đầu tiên sử dụng công nghệ của Nhật Bản tại Việt Nam. Hình 1.4. Hệ thống máy ép ngói màu cao cấp của TTC Hình 1.5. Máy ép tự động dùng ép ngói chính của TTC Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN 9 1.2. Đặc điểm của công đoạn ép ngói Quy trình ép ngói Quá trình ép ngói được thực hiện trên các máy ép thủy lực chuyên dụng. Vữa sau quá trình trộn được vận chuyển tới các máy ép nhờ thiết bị vận chuyển chuyên dụng motoskip. Vữa được đưa vào các thùng trộn ở các máy ép, và tại đây, để tránh bị đóng rắn vữa tiếp tục được khuấy trộn. Các máy ép chuyên dụng có công suất lên tới 300 tấn, có khả năng tạo ra các sản phẩm có tỷ trọng cao, giảm độ xốp và vì thế có các tính chất cơ lý tốt. Tùy thuộc vào đặc tính và số lượng yêu cầu, các sản phẩm có thể được ép trên các máy tự động, bán tự động hoặc máy ép tay. Dưới đây trình bày chi tiết các quy trình ép này. Phương pháp ép tự động: Phương pháp ép tự động được trình bày chi tiết bằng sơ đồ trên hình 1.6. Phương pháp này được sử dụng để ép các ngói chính và một số loại phụ kiện thông thường. Sau khi bật máy ép và chuyển sang chế độ "tự động", vữa từ bể trộn sẽ tự động được định lượng theo tiêu chuẩn theo nguyên lý đo thể tích. Vữa này được đưa về khuôn đỡ và tại đây vữa được ép với một áp lực xác định. [...]... chi phí cho một ti 232.10.RD/H-KHCN 12 lần đa khuôn qua Nhật sửa lại là 120 triệu Ngoài ra, thời gian để sửa xong khuôn khoảng 1 tháng Vì vậy, nghiên cứu chế tạo khuôn trong nớc là vấn đề cấp thiết Hỡnh 1.9 Nguyờn lý khuụn ộp ngúi Về cấu tạo và nguyên lý làm việc của khuôn ép ximăng - sợi có nhiều điểm khác biệt so với các loại khuôn ép khác Tơng tự nh các bộ khuôn ép thông thờng khác, bộ khuôn ép này... khuôn ép này cũng gồm 2 phần là khuôn trên và khuôn dới (chày và cối) riêng biệt Tuy nhiên có một điểm khác biệt là bộ khuôn này có thêm một hệ thống khuôn phụ trợ (cối phụ) đợc tích hợp trên áo khuôn làm nhiệm vụ tạo biên dạng xung quanh và tách sản phẩm sau khi ép khỏi khuôn Hệ thống phụ trợ này gây ra sự trợt của sản phẩm trên nó trong quá trình tách sản phẩm, vì vậy khuôn ép cũng nh bộ phận này phải... thành cao nh máy ép, khuôn ép Vấn đề khuôn đợc quan tâm đặc biệt vì với công nghệ sản xuất trên và với hệ thống khuôn nhập về thì cứ sau 6 tháng làm việc khuôn phải gửi về Nhật Bản để sửa lại Giá thành của khuôn về đến Việt Nam là 250 đến 300 triệu Tuy nhiên, vấn đề không nằm tất cả ở giá của khuôn mà nằm ở mục tiêu làm chủ đợc công nghệ chế tạo khuôn để tiến tới nội địa hoá toàn bộ khuôn ép Theo hợp đồng... CT3 c la chn dng tm dy, ct theo biờn dng cỏc chi tit cu thnh cỏc thnh phn trung gian ca khuụn Phụi gang cu l phụi ỳc vi kt cu kớn xung quanh v cú cỏc gõn chu lc bờn trong nh thit k Do lng d gia cụng trong gia cụng chi tit vt liu gang thng ln vỡ tớnh cht giũn ca gang nờn lng d ca phụi ỳc cho chy v ci phi ln phc v tt cho gia cụng c 3.2 Mụ hỡnh hoỏ Chuyn thit k cỏc b phn ca viờn ngúi tr thnh dng file... phay, Taro ren bng tay 3.4 Mụ hỡnh hoỏ gia cụng trờn phn mm CAM Mụ phng chng trỡnh gia cụng CNC trờn phn mm mụ phng gia cụng MasterCam Chn cỏc ch , dng c, cỏc thụng s gia cụng phự hp vi chi tit gia cụng ca khuụn ộp v vi iu kin lm vic ca mỏy CNC ó chn Mt on v chng trỡnh gia cụng ci: Xem ph lc 3.5 Gia cụng ch to v lp rỏp Gia cụng cỏc bc theo th t nh sau: Bc 1: Gia cụng b mt ci trờn mỏy CNC 3 trc, s dng... ngúi ti 232.10.RD/H-KHCN 33 3.3 Chn phng phỏp v mỏy gia cụng Gia cụng ch to khuụn c chia thnh b phn gia cụng c lp: Gia cụng chớnh xỏc cỏc b mt lm vic ca khuụn trờn mỏy gia cụng CNC 3 trc v mỏy mi phng Gia cụng cỏc b mt lp ghộp trung gian trờn mỏy phay, mỏy khoan - Phay b mt trờn mỏy phay CNC 3 trc: B mt lm vic ca khuụn nh chy, ci v ci ph, ỏo khuụn - Gia cụng l trờn mỏy phay CNC trờn cựng 1 ln gỏ vi nguyờn... - Phay b mt trờn mỏy phay CNC 3 trc - Gia cụng l trờn mỏy phay CNC, Taro ren bng tay - Mi búng b mt trờn mỏy mi Thit k v to mụ hỡnh bng phõn mm gia cụng MasterCam Xut file NC code lm d liu cho chng trỡnh gia cụng trờn mỏy CNC Thit k v to mụ hỡnh bng phõn mm gia cụng MasterCam Xut file NC code lm d liu cho chng trỡnh gia cụng trờn mỏy CNC ti 232.10.RD/H-KHCN 31 Gia cụng trờn mỏy CNC v mỏy cụng c thng... lp sau khi lp Dung sai gia chy v ci Khụng t Mi hoc sa ngui chy t yờu cu a vo ộp th nghim t yờu cu a vo sn xut ti 232.10.RD/H-KHCN 32 Sa khuụn Khụng t 3.1 Chun b phụi Phụi thộp ch to khuụn c chun b 2 dng theo yờu cu v tớnh cht ca vt liu lm khuụn, ú l phụi cỏn v phụi ỳc Phụi thộp hp kim mỏc thộp 1.2379(SKD11) c la chn dng tm vi lng d nh õy l thộp nhp ngoi theo tiờu chun c Nht Phụi thộp CT3 c la chn... phụi Phụi thộp hp kim SKD11 Phụi dng tm ỳc gang cu theo kớch thc thit k+lng d gia cụng Thộp C45 dng tm dy Mụ hỡnh hoỏ chy, ci bng cỏc chun ho 3 chiu Mụ hỡnh hoỏ chy, ci bng phn mm Inventor Mụ hỡnh cỏc b phn gỏ lp bng phn mm Inventor Chn phng phỏp v mỏy mỏy gia cụng: - Phay b mt trờn mỏy phay CNC 3 trc - Gia cụng l trờn mỏy phay CNC, Taro ren bng tay - Mi búng b mt trờn mỏy mi Chn phng phỏp v mỏy gia. .. dng lp ghộp H7/g6 Trng hp h ln hn 0,15mm cú dụi thỡ cn vo gia ỏo v ci ph hoc mi gim kớch thc ca ci ph t kớch thc c s gia cụng chy Bc 6: Gia cụng chy trờn mỏy CNC 3 trc, s dng chng trỡnh NC Code t file xut t MasterCam Mi mt di v cỏc mt bờn trờn mỏy mi phng Bc 7: Gia cụng cỏc b phn lp trung gian gia khuụn vi mỏy trờn mỏy CNC v mỏy cụng c Gia cụng h thng l bu lụng lp ghộp trờn mỏy phay CNC Taro cỏc . CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NGÓI PHỤ KIỆN CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NGÓI MÀU GIA CƯỜNG SỢI CNĐT: NGUYỄN THÀNH LONG . bày nghiên cứu, thiết kế một thiết bị quan trọng trong công đoạn ép ngói là khuôn ép, cụ thể là khuôn ép ngói phụ kiện (Under Cover). Báo cáo xây dựng quy trình thiết kế, chế tạo khuôn ép ngói. ngói phụ kiện (Under Cover) 11 1.4. Đặc điểm và vai trò khuôn ép ngói 12 Kết luậ n chương 1 15 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHUÔN NGÓI PHỤ KIỆN 16 2.1. Cơ sở thiết kế 16 2.2. Thiết kế khuôn ép