Nghiên cứu các thông số công nghệ và khuôn dập ép ngói màu từ vật liệu tổ

Ngoài nước: Hiện nay trên thế giới đặc biết là các nước phát triển, sản phẩm ngói được sản suất theo công nghệ Ép định hình từ vật liệu tổ hợp có gia cường sợi được ứng dụng và chiếm một

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN NGỌC PHÚ

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP

ÉP NGÓI MÀU TỪ VẬT LIỆU TỔ HỢP CÓ GIA CƯỜNG SỢI

PHỤC VỤ XUẤT KHẢU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HÀ NỘI – 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN NGỌC PHÚ

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ KHUÔN DẬP

ÉP NGÓI MÀU TỪ VẬT LIỆU TỔ HỢP CÓ GIA CƯỜNG SỢI

PHỤC VỤ XUẤT KHẢU

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí

Mã đề tài : CTM13B – 26

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN ĐẮC TRUNG

HÀ NỘI - 2015

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 06 tháng 09 năm 2015 Học viên

Nguyễn Ngọc Phú

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng những điều được nêu ra trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật:

"Nghiên cứu các thông số công nghệ và khuôn dập ép ngói màu từ vật liệu tổ hợp

có gia cường sợi phục vụ xuất khẩu" là hoàn toàn đúng Tất cả kết quả thu được từ

thiết kế đều là từ quá trình nghiên cứu Mọi tài liệu và sự trợ giúp thực hiện luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và chưa từng được bảo vệ tại bất kì hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ nào cũng như chưa từng được công bố trên bất kì phương tiện thông tin nào

Hà Nội, ngày 06 tháng 09 năm 2015 Học viên

Nguyễn Ngọc Phú

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM NGÓI MÀU 01

1.1 Giới thiệu sản phẩm ngói màu 01

1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ sản xuất ngói màu trong và ngoài nước 04

1.3 Sơ lược về vật liệu tổ hợp nền xi măng - cát có gia cường sợi 05

1.3.1 Xi măng và vai trò của nó trong cấp phối 07

1.3.2 Cát và vai trò của nó trong cấp phối 08

1.3.3 Sợi gia cường PVA và ảnh hưởng của nó đến chất lượng sản phẩm 09

1.3.4 Một số phụ gia khác và vai trò của nó trong cấp phối 11

1.4 Sơ lược về máy móc và thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất ngói màu hiện đại 16

1.4.1 Máy ép thủy lực 16

1.4.2 Máy trộn đầu liệu 17

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 19

2.1 Quy trình công nghệ sản xuất ngói màu từ vật liệu tổ hợp có gia cường sợi 19

2.1.1 Khu vực phối trộn 20

2.1.2 Khu vực ép định hình sản phẩm 21

2.1.3 Khu vực dưỡng hộ, sơn màu sản phẩm 23

2.2 Các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm 24

2.2.1 Lực ép và ảnh hưởng của nó đến chất lượng sản phẩm 25

2.2.2 Tốc độ ép, thời gian ép và ảnh hưởng của nó đến chất lượng sản phẩm 27

2.3 Mòn khuôn, dạng mòn chủ yếu và biện pháp khác phục mòn khuôn ép 27

2.3.1 Mòn do cào xước bằng biến dạng dẻo, cơ chế và biện pháp khắc phục 27

2.3.2 Mòn do cào xước bằng nứt tách, cơ chế và biện pháp khắc phục 29 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ KHUÔN ÉP NGÓI MÀU 33

3.1 Đặc điểm và vai trò của khuôn ép ngói 33

3.2 Thiết kế mô hình 3D sản phẩm ngói chính 34

3.3 Thiết kế khuôn ép ngói chính 36

3.3.1 Cơ sở thiết kế 36

3.3.2 Thiết kế khuôn ép ngói chính 36

3.4 Phân tích lựa chọn vật liệu chế tạo cho từng bộ phận của khuôn 39

3.4.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo Chày ép và Cối ép chính 39

3.4.2 Lựa chọn vật liệu chế tạo Cối phụ, tấm lót cối phụ và các đế khuôn 42

3.5 Ứng dụng phương pháp PTHH để kiểm tra bền và biến dạng của Cối ép chính 43

3.5.1 Giới thiệu phương pháp PTHH và phần mềm tính toán Cosmos Design Star 43

3.5.2 Ứng dụng phần mền Cosmos Design Star kiểm tra bền, biến dạng chuyển vị của Cối ép chính 44

3.5.3 Đánh giá kết quả kiểm tra 48

3.5.4 Một số kết luận 48

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NGÓI 50

4.1 Lập quy trình công nghệ gia công khuôn ép ngói 50

4.2 Chuẩn bị phôi 51

4.3 Mô hình hóa 3D từng chi tiết của khuôn & ứng dụng lập trình gia công trên phần mềm Cimatron E10.0 51

4.4 Thiết kế quy trình nhiệt luyện Chày ép và Cối khuôn ép chính - vật liệu SKD11 68

4.4.1 Tôi thép SKD11 68

4.4.2 Ram thép SKD11 70

4.4.3 Thấm Nitơ trên thép SKD11 72

4.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đế quá trình thấm Nitơ 75

4.4.5 Các phương pháp thấm Nitơ 76 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

KẾT LUẬN CHUNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng đặc tính cơ bản sản phẩm ngói chính của Công ty CP ngói màu

Fuji VN - Tân Thuận Cường - Hải Dương 02

Bảng 1.2: Bảng thống kê về cuộc kiểm tra chi tiết khả năng chống thấm cả ngói màu Fuji VN tại công ty CP Tân Thuận Cường - Hải Dương 03

Bảng 1.3: Các thông số cơ bản của Xi măng Poóc lăng PC - 30 08

Bảng 1.4: Một số loại sợi PVA của các hãng trên thế giới 10

Bảng 1.5: Một số tính chất điển hình của Silica Fume 15

Bảng 4.1: Giá trị độ phân hủy thích hợp cho từng nhiệt độ thấm 79

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình mái nhà lợp bằng ngói màu 01

Hình 1.2: Cấu trúc vi mô của vật liệu tổ hợp nền xi măng gia cường sợi có và không sử dụng phụ gia Silica fume 14

Hình 1.3: Phụ gia Sikament ®R4 - chất phụ gia siêu hóa dẻo 15

Hình 1.4: Máy ép thủy lực dùng trong sản xuất ngói màu 17

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất ngói màu theo công nghệ ép rời rạc 19

Hình 2.2: Minh họa mô hình hệ thông sản xuất ngói màu 20

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý ba giai đoạn ép định hình sản phẩm ngói màu 25

Hình 2.4: Biểu đồ sự phụ thuộc của mật độ vật ép với áp lực ép 27

Hình 2.5: Biểu đồ chu trình ép ngói màu 26

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc của khuôn ép ngói 34

Hình 3.2: Các loại ngói và vị trí của nó khi lắp đặt 35

Hình 3.3: Mô hình 3D của ngói mẫu chính 35

Hình 3.4: Tách khuôn - thiết kế Chày ép và Cối ép chính 36

Hình 3.5: Tách khuôn - thiết kế Áo cối phụ và tấm lót cối phụ 37

Hình 3.6: Tách khuôn - thiết kế đế gá khuôn và chi tiết phụ trợ 38

Hình 3.7: Nhập mô hình đồ họa chi tiết (*.iges) vào môi trường làm việc Cosmos design, mô tả các liên kế của chi tiết, các chuyển vị bị khống chế, đặt lực vào bề mặt làm việc chi tiết 45

Hình 3.8: Chạy chương trình khởi tạo phân tử tự động có chủ động khống chế số phần tử (kích thước mắt lưới) 46

Hình 3.9: Chạy chương trình tự động tính toán đưa ra kết quả chuyển vị các phần tử 46

Hình 3.10: Chạy chương trình tính toán đưa ra kết quả ứng suất tại các điểm nút 47 Hình 3.11: Kiểm tra điều kiện bền và trạng thái biến dạng nguy hiểm 48

Hình 3.12: Hình dạng biến dạng của chi tiết Cối ép ngói chính 48

Hình 4.1: Quy trình công nghệ gia công bộ khuôn ép ngói màu 51

Hình 4.2: Bản vẽ lắp 3D của bộ khuôn ép ngói 52

Hình 4.3: Bản vẽ kỹ thuật & quy trình công nghệ gia công chày ép 53

Hình 4.4: Mô phỏng gia công khoan - taro 04 lỗ M24x50 - chi tiết Chày ép 54

Hình 4.5: Mô phỏng gia công bề mặt 3D trước nhiệt luyện - chi tiết Chày ép 55

Hình 4.6: Mô phỏng gia công bề mặt 3D sau nhiệt luyện - chi tiết Chày ép 55

Hình 4.7: Bản vẽ kỹ thuật và quy trình công nghệ gia công Cối ép chính 57

Hình 4.8: Mô phỏng gia công khoan - taro 06 lỗ ren M20x50 - Cối ép chính 58

Hình 4.9: Mô phỏng gia công bề mặt 3D trước nhiệt luyện - Cối ép chính 58

Hình 4.10: Mô phỏng gia công bề mặt 3D sau nhiệt luyện - Cối ép chính 59

Hình 4.11: Bản vẽ kỹ thuật & quy trình công nghệ gia công Áo cối phụ 60

Hình 4.12a: Mô phỏng quá trình phay thô và tinh biên dạng hốc lắp ghép tấm lót cối phụ - Áo cối phụ 61

Hình 4.12b: Mô phỏng quá trình phay thô và tinh biên dạng 3D - Áo cối phụ 61

Hình 4.13: Mô phỏng quá trình gia công các lỗ thoát bulong M20 và lỗ chốt định vị Ø10 +0.015 - Áo cối phụ 62

Hình 4.14: Bản vẽ kỹ thuật và quy trình công nghệ gia công tấm lót cối phụ 1 63

Hình 4.15: Bản vẽ kỹ thuật và quy trình công nghệ gia công tấm lót cối phụ 2 64

Hình 4.16: Bản vẽ kỹ thuật và quy trình công nghệ gia công Đế gá chày 66

Hình 4.17: Bản vẽ kỹ thuật và quy trình công nghệ gia công Đế gá cối ép chính 67

Hình 4.18: Bản vẽ kỹ thuật và quy trình công nghệ gia công Đế gá cối ép phụ 68

Hình 4.19: Biểu đồ thời gian-nhiệt độ-chuyển biến (giản đồ CCT) 71

Hình 4.20: Ảnh hưởng của nhiệt độ ram tới độ cứng của thép SKD11 72

Hình 4.21: Sơ đồ tổng quát quy trình nhiệt luyện của thép SKD11 73

Hình 4.22: Giản đồ Fe - N 76

Hình 4.23: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số khuyếch tán và nhiệt độ 77

Hình 4.24: Sự phụ thuộc của chiều dày lớp thấm vào thời gian quá trình thấm 78

Hình 4.25: Giản đồ Layer thể hiện quan hệ giữa độ phân hủy và sự hình thành tổ chức lớp thấm tương ứng với từng khoảng nhiệt độ khác nhau 80

Hình 4.26: Biểu dồ thể hiện phương pháp điều khiển quá trình thấm Nito thông qua thể Nito 81

Hình 4.27: Thấm Nito một giai đoạn 81

Hình 4.28: Thấm Nito hai giai đoạn 82

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Công nghệ sản xuất ngói màu trên thế giới đã phát triển trong một thời gian dài

và đã đạt được những thành tựu nhất định Tại Việt Nam trong những năm gần đây một số doanh nghiệp trong nước đã tiếp cận, liên kết với các đối tác nước ngoài như: Nhật Bản và EU… để xây dựng, lắp đặt các dây chuyền sản xuất ngói màu dưới dạng chuyển giao công nghệ Vấn đề đặt ra là làm sao chúng ta làm chủ được công nghệ tiên tiến này, từ đó tạo tiền đề cho việc cải tiến nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm qua đó tạo được sức cạnh tranh nhằm đưa sản phẩm ngói màu xuất khẩu ra thị trường thế giới vốn khó tính, khắt khe về yêu cầu chất lượng và mẫu mã sản phẩm Một vẫn đề nữa là, một số thiết bị, phụ kiện, vật liệu… trong dây chuyền sản xuất ở dạng đặc biệt được nắm giữ và cung cấp bởi các đối tác nước ngoài cụ thể như: khuôn ép ngói… Điều này dẫn đến sự phụ thuộc, không chủ động được trong việc thay thế, bảo dưỡng khi dây chuyền đi vào hoạt động thực tế, thêm vào đó là chi phí cho việc nhập khẩu các thiết bị thay thế, sửa chữa rất cao là nguyên nhân dẫn đến giá thành sản phẩm tăng, giảm mức độ cạnh tranh của sản phẩm của các doanh nghiệp trong nước

Là một học viên cao học ngành Công nghệ chế tạo máy niên khoá 2013-2015

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Học viên hiểu rằng để có thể làm chủ được

công nghệ sản xuất ngói màu đòi hỏi phải cần phải có một quá trình nghiên cứu và tìm hiểu nghiêm túc Việc Nghiên cứu các thông số công nghệ và tính toán thiết kế

bộ khuôn ép ngói là một bước quan trọng tạo cơ sở cho việc chủ động trong sản xuất, cải tiến, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm

Trong Luận văn tốt nghiệp của mình Học viên mạnh dạn lựa chọn đề tài luận

văn với nội dung “Nghiên cứu các thông số công nghệ và khuôn dập ép ngói màu

từ vật liểu tổ hợp có gia cường sợi phục vụ xuất khẩu”

Nghiên cứu này nhằm ứng dụng vào thực tế sản xuất cho các nhà máy sản xuất ngói màu tại khu vực miền bắc

2 Đối tượng và mục đích nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu:

- Công ty CP ngói màu FUJI – Tân Thuận Cường – Hải Dương và một số nhà máy sản xuất ngói màu ở khu vực miền bắc

b Mục đích nghiên cứu:

- Tìm hiểu về công nghệ sản xuất ngói màu: Quy trình công nghệ sản xuât ngói, tìm hiều các máy móc thiết bị chính trong công nghệ, tìm hiểu về thành phần cấp phối

- Nghiên cứu các thông số công nghệ như là: Lực ép, vận tốc ép, chất lượng bề mặt làm việc khuôn đưa ra được ảnh hưởng của các thông số này đến chất lượng sản phẩm

- Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và lập quy trình gia công bộ khuôn ép ngói chính nhằm mục đích nội địa hóa trong việc chế tạo khuôn ép và tạo tiền đề cho việc nghiên cứu, tình toán và thiết kế các bộ khuôn ép ngói khác để chủ động trong việc sản xuất

3 Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc luận văn được chia thành 4 chương, với nội dung các chương như sau:

- Chương 1: Tổng quan về sản phẩm ngói màu

- Chương 2: Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất và các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

- Chương 3: Nghiên cứu thiết kế bộ khuôn ép ngói màu

- Chương 4: Nghiên cứu công nghệ chế tạo khuôn ép ngói

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM NGÓI MÀU

1.1 Giới thiệu sản phẩm ngói màu

Ngói màu là loại ngói xi măng cát có gia cường bằng sợi PVA được sản xuất theo công nghệ ép ướt, 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 sản xuất hoặc phun sơn lên bề mặt viên ngói

Ngói màu cao cấp là loại ngói được sản xuất từ nguyên liệu ngoài các thành phần vật liệu truyền thống như: xi măng, cát … 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 các đặc tính cơ - lý ưu việt của vật liệu composite và các phụ gia này sản phẩm sản xuất ra có trọng lượng chỉ bằng 60% so với các ngói thông thường nhưng có độ bền cơ học cao hơn, đặc biệt là khả năng chống va đập cao hơn các sản phẩm cùng loại tới 16 lần Với khả năng chống va đập và chịu ứng suất nhiệt tuyệt vời, sản phẩm ngói màu chấm dứt thời kỳ của ngói dễ vỡ và sự hình thành vết nứt vốn thấy do sự thay đổi nhiệt độ thường xuyên của khí hậu các miền nhiệt đới

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 424 x 335 x 15 mm, diện tích hữu dụng 363x303

mm tương đương 9 viên/m2, mỗi viên nặng từ 3 đến 3.5 kg và trọng lượng mái từ

27 đến 32 kg/m2, tùy theo chủng loại, công nghệ và vật liệu sử dụng Ngói màu ngoài những ưu việt kể trên, nó còn có khả năng chống nóng và hạn chế rêu mốc rất tốt Các gờ chắn nước theo chiều dọc và chiều ngang của viên ngói có thể để ngăn hiện tượng nước tràn qua khe ngói khi trời mưa to và gió lớn Ngoài ra, trọng lượng viên ngói nhỏ nên chi phí cho hệ thống giàn đỡ trên mái có thể giảm tải đáng kể 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 khả năng chống trơn trượt khi thi công lắp ráp

Bảng 1.1: Bảng đặc tính cơ bản sản phẩm ngói chính của công ty CP ngói màu

FUJI - Tân Thuận Cường - Hải Dương (Nguồn: http://www.fvrooftile.com/)

Màu sắc phổ biến nhất trên thị trường Việt Nam là đỏ và xanh tím Tuy nhiên,

để phục vụ thị hiếu người tiêu dung các nhà máy đã mở rộng các sản phẩm với các

gam màu mới như: đỏ nâu, nâu, xanh thẫm, xanh lá cây, xanh rêu, ghi, đen Các sản phẩm này ngày càng phổ biến và chiếm được sự ưa chuộng của người tiêu dùng Việt Nam Đặc biết người sử dụng có thể tự sơn lại màu mới khi cần thay đổi màu sắc viên ngọi một cách rất đơn giản

Một ưu điểm vượt trội nữa của ngói màu là khả năng chống thấm tuyệt vời Ngói màu được tạo ra bằng cách ép dưới áp suất nén lên tới 250 tấn (theo đúng tiêu chuẩn

kỹ thuật của Nhật Bản) Điều này tạo ra sản phẩm chất lượng đặc biệt cao mà không

có những khoảng trống (rỗ trong ruột sản phẩm) hoặc đường cong vênh Áp lực cao nhất trong quá trình đúc đã liên kết các vật liệu tới mức tối đa nên ngói màu có khả năng chống thấm nước tốt nhất hiện nay

Kiểm tra nước mưa xâm lược sử dụng 150mm nước mỗi giờ Mỗi 10 phút vận tốc gió được tăng lên 5 mét mỗi giây Số lượng (trong cc) nước mưa xâm lược được đo

trên một mét

Bảng 1.2: Bảng thống kê về cuộc kiểm tra chi tiết khả năng chống thấm của ngói

màu Fuji VN tại công ty CP Tân Thuận Cường – Hải Dương

(Nguồn: http://www.fvrooftile.com/)

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 để cố định ngói vào khung Trường hợp các mái lõm phải có máng xối dẫn nước bên dưới để thoát nước hợp lý

1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ sản xuất ngói màu trong và ngoài nước

a Ngoài nước:

Hiện nay trên thế giới đặc biết là các nước phát triển, sản phẩm ngói được sản suất theo công nghệ Ép định hình từ vật liệu tổ hợp có gia cường sợi được ứng dụng và chiếm một tỉ lệ rất cao, do những ưu việt mà nó mang lại so với công nghệ sản xuất truyền thông như: thân thiện với môi trường, chất lượng sản phẩm rất cao

và có tình phát triển bền vững do không bị lệ thuộc vào các tài nguyên thiên nhiên

Vì vậy nhu cầu sử dụng và chế tạo các thiết bị phục vụ ngành sản xuất này rất lớn, đặc biết là nhu cầu về máy ép, khuôn ép, máy trộn

Tại các nước có nền công nghiệp phát triển công nghệ sản xuất ngói màu do các công ty, các tập toàn lớn như: Fuji, Inari, Nakamura (Nhật Bản) Lama (Malaysia) CPAC (Thái Lan) Prime (Đức) cung cấp theo các mẫu đã thiết kế sẵn hoặc theo đơn đặt hàng Việc thiết kế từ mẫu mã sản phẩm đến chế tạo các dây chuyền thiết bị như: Máy ép, khuôn ép, máy trộn tại các công ty, tập đoàn này đã khá hoàn thiện Phần thiết kế được ứng những phần mềm đồ họa thiết kế như: Catia, Cimtron, Creo PTC, Auto CAD, Inventer Sau đó sử dụng những phần mềm tình toán kiểm nghiệm độ bền như: Cosmos, Ansys, Catia để kiểm nghiệm và mô phỏng số hóa quá trình sản xuất, từ đó nhận được những hình ảnh trực quan về sự phân bố ứng suất, biến dạng, quá trình điền đầy vật liệu từ đó có thể biết trước những nơi nào xuất hiện các vết nứt, biến dạng quá giới hạn cho phép… Dựa trên các kết quả mô phỏng đó cho phép tối ưu hóa quá trình công nghệ và thiết kế máy

ép một cách hợp lý nhằm rút ngắn thời gian nghiên cứu thiết kế, chế thử, giảm một cách tối đa các sai hỏng trong khi chế tạo, giảm thời gian và chi phí, tạo được một lợi thế rất lớn trong xu thế cạnh tranh ngày càng gay gắt hiện nay

Về lĩnh vực nghiên cứu cấp phối vật liệu tổ hợp cho dây chuyền sản xuất cũng được họ nghiên cứu rất bài bản và kĩ lưỡng Bản thân các công ty, tập đoàn họ đã trang bị rất nhiều máy móc, thiết bị phục vụ cho việc thí nghiệm và độ ngũ chuyên gia để nghiên cứu tìm ra được công nghệ tối ưu, vật liệu ưu việt nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm Các thí nghiệm được họ thực hiện như: Kiểm tra độ bền va dập, độ bền cơ học của ngói, khả năng chống thấm ngoài ra để các sản phẩm này có mặt trên thị trường đều phải trải qua các cuộc kiểm tra theo các tiêu chuẩn rất khắt khe

b Trong nước:

Công nghệ sản xuất ngói màu gia cường sợi du nhâp vào Việt Nam dưới hình thức hợp tác đầu tư, chuyển giao công nghệ với các đối tác nước ngoài như: Nhật Bản, Thái Lan, Malaysia, và các nước EU

Việc nghiên cứu công nghệ sản xuất chỉ dừng lại ở mức thực hiện các đề tài nghiên cứu, dẫn đến việc chế tạo các dây chuyền thiết bị phục vụ cho ngành sản xuất ngói màu cũng chưa được phát triển, đã có một số bộ phận doanh nghiệp nhỏ

lẻ tiếp cận, sản xuất Tuy nhiên, việc sản xuất vẫn còn ở mức độ nhỏ lẻ, manh mún chưa có chiều sâu, dẫn đến chất lượng sản phẩm chưa cao, chưa đáp ứng được yêu cầu của thị trường trong và ngoài nước

1.3 Sơ lược về vật liệu tổ hợp nền xi măng – cát có gia cường sợi

Vật liêu tổ hợp nói chung là một loại vật liệu được tạo thành bởi sự pha trộn tổng hợp hai hay nhiều vật liệu khác nhau nhằm đạt được những tính chất cơ học và vật lý đặc biệt mà các vật liệu ban đâu không có Với vật liệu tổ hợp xi măng – cát gia cường sợi thông thường có các thành phần chủ yêu như sau: Xi măng portland, cát mịn tự nhiên, bột (sợi) giấy, sợi gia cường tổng hợp, nước, phụ gia các loại Vấn đề quan trọng nhất quyết định đến chất lượng của vật liệu tổ hợp nền xi măng gia cường sợi là sự phân bố đồng đều và sự liên kết chặt giữa các thành phần vật liệu với nhau, đặc biệt giữa sợi gia cường và ma trận xi măng – cát Vật liệu composite có độ bền cơ học và tuổi thọ cao khi các vật liệu thành phần được phân

bố đồng đều và liên kết chặt chẽ với nhau theo tỉ lệ cấp phối thích hợp

Vật liệu tổ hợp nền xi măng – cát gia cường sợi có độ bền cơ học lơn hơn rất nhiều so với vật liệu thành phần hoặc các vật liệu dùng chất độn dạng hạt khác Sợi gia cường cần phải có các tính chất cơ lý nhất định để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của vật liệu tổ hợp tạo thành, chẳng hạn:

 Tỷ trọng thấp

 Độ bền kéo và độ dãn dài cao

 Độ bền nhiệt tốt

 Bền hóa chất cao, độ bền trong môi trường kiềm cao của ma trận xi măng

 Có khả năng chịu mài mòn

 Không có sự chuyển pha trong vùng nhiệt độ làm việc

 Tỷ lệ độ dài/ độ dày hợp lý

 Tính ngấm nước, tính bề mặt, tính điện phân

Các loại vật liệu gia cường dạng sợi thường được sử dụng là: sợi hữu cơ và sợi

vô cơ Sợi hữu cơ đang được sử dụng rộng rãi như: sợi bông, sợi đay, sợi len, sợi gỗ các loại sợi polyme tổng hợp như sợi polypropylene, sợi PVA, sợi Kevla Một

số sợi khoáng tự nhiên cũng được sử dụng rộng rãi để gia cường cho composite nền

xi măng - cát như sợi amiang, sợi banzan

Trong thập kỷ những năm 1980 một số nước đang phát triển như Ấn Độ và một

số nước châu Phi đã đưa vào sản xuất dạng vật liệu tổ hợp độn sợi hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên như: xơ đay, xơ dừa, sợi gai, dứa Người ta trộn những xơ sợi này với xi măng portland – cát và một số chất độn khác, sự dụng một số công cụ tương đối thủ công để tạo thành sản phẩm cuối cùng Ưu điểm của công nghệ này là dễ sản xuất, giá thành rẻ Tuy nhiên công nghệ sử dụng sợi có nguồn gốc tự nhiên có nhiều nhược điểm cố hữu như: độ bền thấp, tuổi thọ ngắn, độ bền hóa thấp, ngấm nước nên việc đưa vào sản xuất với quy mô công nghiệp là không khả thi Ngoài

ra việc sử dụng hoàn toàn sợi tự nhiên chỉ qua sơ chê đơn giản sẽ không thể kiểm soát được chất lượng sản phẩm, đây cũng là một lý do quan trọng khiến việc sản xuất chỉ dừng lại ở mức độ nhỏ lẻ Ở Việt Nam trong khoảng thời gian này cũng có một số mô hình sản xuất loại sản phẩm từ vật liệu tổ hợp trên nền xi măng nhưng do sản phẩm có tuổi thọ kém nên cũng không phát triển được

So với sợi có nguồn gốc tự nhiên thì sợi tổng hợp có nhiều đặc tính ưu việt hơn, mặt khác nữa các đặc tính của chúng được kiểm soát chặt chẽ bằng những tiêu chuẩn đánh giá, việc sản xuất các sợi này không phụ thuộc vào vị trí địa lý như trường hợp các sợi có nguồn gốc tự nhiên, hơn nữa vật liệu tổ hợp nền xi măng – cát gia cường sợi có nhiều đặc tính ưu việt như: Độ bền uốn, độ bền kéo và mô dun đàn hồi cao, chịu mài mòn tốt, chịu được môi trường hóa chất, tia cực tím, có cấu tạo đồng nhất và tuổi thọ cao Chính vì vậy mà trong vài thập niên gần dây sợi tổng hợp

đã được lựa chọn sử dụng làm sợi gia cường cho vật liệu composite nền xi măng Cùng với sự ra đời của vật liệu tổ hợp nền xi măng – cát gia cường sợi là nhu cầu phát triển những phương pháp, công nghệ mới phù hợp Các phương pháp, công nghệ có thể có những điểm khác nhau nhưng đều nhằm mục đích tạo điều kiện giúp cho tất cả các sợi phân bố đều và liên kết chặt chẽ với vật liệu nền để làm tăng độ bền của vật liệu tổ hợp nền xi măng – cát gia cường sợi

1.3.1 Xi măng và vai trò của nó trong cấp phối

Hầu hết các nhà máy sản xuất ngói màu hiện nay đều sử dụng xi măng sản xuất trong nước, cụ thể là xi măng Poóc lăng PC-30, với nguồn cung ứng khá dồi dào Xi măng PC-30 thỏa mãn các yêu cầu của Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), với các thành phần chính sau:

 Tricanxi silicat (3 CaO.SiO2) Chiếm khoảng 60%

 Dicanxi silicat (2 CaO.SiO2) Chiếm khoảng 12%

 Tricanxi aluminat (3 CaO.Al2O3) Chiếm khoảng 12%

 4 CaO.Al2O3.Fe2O3 Chiếm khoảng 11%

Hiện tại, theo tư liệu có được từ một số nhà máy sản xuất ngói màu, cụ thể là nhà máy sản xuất ngói màu FUJI – Tân Thuận Cường – Hải Dương, sản xuất ngói màu theo công nghệ của Nhật Bản thì trong cấp phối của họ Xi măng chiếm khoản

44 – 47% thành phần của vật liệu composite nên xi măng – cát gia cường sợi

Vai trò của xi măng trong vật liệu composite là chất kết dính, sử dụng tính chất thủy hóa của xi măng là chất kết dính tất cả các thành phần cầu thành khác như: cát, sợi gia cường, bột giấy Sau một thời gian bảo dưỡng trong điều kiện nhất định vật

liệu nhận được sẽ ở dạng khối rắn chắc, có các tính chất cơ học như: cường độ chịu nén, chịu kéo và các tính chất vật lý khác, tùy thuộc vào mong muốn của người

sử dụng Việc tính toán đưa lượng xi măng vào trong cấp phối là rất quan trọng, nếu lượng xi măng quá nhiều vừa tăng giá thành sản phẩm vừa ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, xi măng quá nhiều sẽ dẫn đến sản phẩm quá giòn, dễ vỡ, có những vết nứt trên bề mặt sản phẩm, ngoài ra lượng xi măng quá nhiều vật liệu dễ bị vón cục, không dẻo khó điền đầy khuôn trong quá trình ép định hình sản phẩm Ngược lại nếu quá ít xi măng thì sẽ dẫn đến không đủ liên kế các thành phầm vật liệu khác trong cấp phối

1

Cường lực nén, (N/mm2)

 Sau sản xuất 3 ngày

 Sau sản xuất 28 ngày

16

30

5 Độ mịn (diện tích bề mặt theo phương pháp Blame) 3000 (m2/kg)

Bảng 1.3: Các thông số cơ bản của Xi măng Poóc lăng PC – 30

1.3.2 Cát và vai trò của nó trong cấp phối

Việc đưa cát vào trong cấp phối chỉ đóng vai trò làm chất độn trong ma trận xi măng giúp cho việc giảm lượng xi măng trong thành phần phối liệu, cát là thành phần cùng với cốt liệu xi măng tạo ra bộ khung chịu lực cho sản phẩm Cát dùng trong sản xuất ngói thường được lấy sẵn trong tự nhiên có qua xử lý sàng lọc và vệ sinh có cỡ hạt từ 0.14 – 0.5mm, chất lượng của cát dùng trong sản xuất phụ thuộc vào thành phần hạt, độ lớn và hàm lượng tạp chất, đó cũng chính là những yêu cầu

kỹ thuật chủ yếu đối với cát

 Thành phần hạt: cát có thành phần hợp lý thì độ rỗng của nó sẽ nhỏ, lượng xi măng dùng trong cấp phối sẽ ít và cường độ chịu lức của sản phẩm sẽ cao

 Độ lớn của hạt: khi hạt càng lớn thì tỷ trọng của sản phẩm càng nhỏ sản phẩm có độ xốp lớn dẫn đến cường độ chịu lực của sản phẩm sẽ thấp

 Lượng tạp chất: cát càng sạch thì chất lượng sản phẩm càng tốt, chính vì thể công đoạn vệ sinh cát trước khi cấp phối là rất cần thiết

Việc đưa cát vào trong cấp phối còn có tác dụng giảm nứt trên sản phẩm do xi măng có độ co ngót cao

Thông thường trong khối vật liệu composite nền xi măng – cát gia cường sợi sử dụng trong sản xuất ngói màu cát chiểm từ 30 – 45% tổng khối lượng chất rắn tùy thuộc vào loại sản phẩm có yêu cầu chất lượng khác nhau mà lượng cát đưa vào trong cấp phối cũng có sự thay đổi cho phù hợp

1.3.3 Sợi gia cường PVA và ảnh hưởng của nó đến chất lượng sản phẩm

PVA hay là Polyvinyl alcohol là một polime dạng sợi đơn, thẳng, không se xoắn, có màu trắng kem hoặc vàng nhạt Sợi PVA có hút ấm cao tương đương sợi bông Chỉ số độ dày 2,0 Dtex, độ bền đạt 11,0CN/Dtex, modun cao đạt 280CN/Dtex

Công thức hóa học của sợi PVA:

(-CH2 - CHOH - )n Sợi PVA có nhiều tính chất ưu việt như: tỷ trọng nhỏ, độ đàn hồi và cường lực cao, bền vững trong môi trường kiềm, axit Trong số các loại sợi tổng hợp thì PVA

có độ hút nước cao hơn cả và xấp xỉ bằng sợi bông Mô đun kéo giãn của sợi PVA cao hơn sợi Polyamid 2-3 lần và hơn sợi Polyeste 1.5 lần Nhược điểm của sợi PVA

là khả năng chịu nhiệt không cao, ở nhiệt độ lớn hơn 120oC sợi dễ bị giãn

Do có những tính chất ưu việt hơn nhiều loại sợi tổng hợp khác mà PVA được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp Trong vật liệu composite nền

xi măng gia cường sợi thì PVA đóng vai trò là sợi ga cường làm tăng độ bền và độ dai va đập của sản phẩm do có những tính chất tốt như: độ bề kéo và modun đàn hồi cao, bền đổi với tác động của hóa chất và yếu tố môi trường Chính vì thế nên chỉ trong thời gian ngắn mấy thập kỷ trở lại đây tốc độ nghiên cứu ứng dụng của sợi PVA gia cường cho vật liệu kêt cấu đã phát triển nhanh chóng Trong năm 2001, hãng Kuraray Nhật bản đã cung cấp hơn 20.000 tấn sơi PVA có cường lực cao dung

cho nhiều mục đích phục vụ cho ngành công nghiệp vật liệu xây dựng Những sản phẩm được làm từ vật liệu xi măng có sợi gia cường có nhiều đặc tính ưu việt như: Cường lực kéo và modun cao, chịu mài mòn tốt, chịu được môi trường hóa chất, tia cực tím có cấu tạo đồng nhất và tuổi thọ cao

Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật của sợi PVA của một số nhà cung cấp nước ngoài:

STT Tên sợi

Nước SX

Độ dày (Dtex)

Độ bền (CN/dtex)

Môdun (CN/dtex)

Bảng 1.4: Một số loại sợi PVA của các hãng trên thế giới

Thời gian gần đây qua nhiều công trình nghiên cứu về vai trò gia cường của sợi dài, sợi ngắn, độ liên kết giữa sợi và vật liệu nền, cấu trúc trong lớp vật liệu, người

ta thấy rằng độ bền và mô đun của một cấu trúc composite tỷ lệ với phần thể tích của sợi gia cường trong điều kiện các nhân tố khác không đổi Nhưng những tính toán về mặt lý thuyết có thể khác so với nhưng kết quả thí nghiệm do một số yếu tố rất khó định lượng như:

 Sự định hướng của sợi gia cường trong một composite thức tế khác so với lý thuyết và khó kiểm soát được

 Tỷ lệ tối ưu giữa chiều dài/ độ dày của các sợi vẫn không thể xác định chính xác được

 Sự có mặt rất khó hiểu một các rất đáng kể của những sợi có độ dài nhỏ hơn

độ dài trung bình của sợi

 Mức độ liên kết giữa sợi và vật liệu nên không thể định lượng được một cách

dễ dàng

So vơi sợi có nguồn gốc tự nhiên thì sợi tổng hợp có nhiều đặc tính ưu việt, hơn

nữa đặc tính của nó được kiểm soạt chặc chẽ và việc sản xuất sợi này không phụ thuộc vào vị trí địa lý như trường hợp của các sợi có nguồn gốc tự nhiên

Hỗn hợp nền xi măng là loại vật liệu giòn, có cường độ chịu kéo và năng lực biến dạng thấp Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng nếu trộn vào hỗn hợp vật liệu nền xi măng – cát các sợi gia cường ngắn, gián đoán và phân bố một cách ngẫu nhiên theo kiểu ma trận thi có thể cải thiện đáng kế về cường độ so với hỗn hợp vật liệu nền xi măng – cát không có cốt sợi Tại Mĩ người ta đa nghiên cứu ứng

xử của bê tông cốt sợi ở trạng thại hỗn hợp và ảnh hưởng của sợi tổng hợp đến hỗn hợp bê tông với hàm lượng sợi sử dụng thay đổi từ 0,075 – 0,5 % theo thể tích bê tông Sợi gia cường là xương sống để các hát xi măng bám vào tạo thành màn lưới liên kết góp phần tăng cơ tính của vật liệu Khảo sát mẫu thử qua kính hiển vi điện

tử ta thấy các sợi gia cường phân bố trong ma trận xi măng không theo quy luật nào Các sợi bố trí chằng chịt và đan xen lẫn nhau tạo nên mạng lưới sợi liên kết nhau trong ma trận xi măng tạo ra vật liêu composite trên nền xi măng bề chắc theo mọi phương, chiều Một điều lưu ý là việc đưa các sợi gia cường được đưa vào trong cấp phối cần phải đảm bảo sự phân bố đồng đều thì mới phát huy được hết tác dụng của sợi gia cường

Tỉ lệ sợi gia cường PVA có ảnh đến độ bền uốn của sản phẩm vật liệu composite xi măng gia cường sợi

Bằng một số khảo sát thực nghiệm tại phòng thí nghiệm và kiểm định vật liệu – Viện Công nghệ thì:

 Lượng sợi đưa vào 1,5% khối lượng cấp phối thì độ bền uốn đạt 24N/mm2

 Lượng sợi đưa vào 1,8% khối lượng cấp phối thì độ bền uốn đạt 26N/mm2

 Lượng sợi đưa vào 2,0% khối lượng cấp phối thì độ bền uốn đạt 30.5N/mm21.3.4 Một số phụ gia và vai trò của nó trong cấp phối

Trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và sản phẩm ngói màu nói riêng phụ gia và chất phụ trợ không phải là thành phần chính như xi măng nhưng nó đóng vai trò quan trọng không thể thiếu Ở nhiều nước phát triển trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng khuynh hưởng sử dụng phụ gia và chất phụ trợ ngày càng tăng Lý do chính của việc sử dụng phụ gia và chất phụ trợ là khả

năng cải thiện các tính chất cơ lý của sản phẩm cũng như công nghệ sản xuất được thuận tiện hơn Ngoài ta tính kinh tế cũng là yếu tố quan trong của việc sử dụng phụ gia và chất phụ trợ

Việc sử dụng phụ gia và chất phụ trợ cần phải có sự tìm hiểu, nghiên cứu chuyên sâu và thực sự nghiêm túc Việc sử dụng đúng cách và đúng tỉ lệ phụ gia và các chất phụ trợ đem lại lợi ích kinh tế và làm tăng các tính chất cơ lý của sản phẩm xi măng – sợi, nhưng hiệu quả không con nếu sử dụng phụ gia, chất phụ trợ kém chất lượng hoặc sử dụng không đúng cách Trên thực tế, phụ gia và các chất phụ trợ chứa các thành phần hữu cơ hoặc vô cơ được dùng với tỷ lệ không quan 10% so với tổng khối lương cấp phối

Khi sử dụng sợi PVA trong công nghệ sản xuất ngói màu ta gặp rất nhiều khó khăn trong việc làm sao để các sợi này phân bố đều trên toàn bộ thể tích sản phẩm Sợi PVA không có dạng búi, không trương nở trong nước và có tỷ trong thấp nên rất khó phân bố trong hỗn hợp cấp phối dù việc khuấy trộn được thực hiện vô cùng cẩn thẩn Thêm vào đó với bề mặt trơn tru, các hạt xi măng rất khó bám vào sợi PVA, kết quả là chất lượng sản phẩm không đạt như mong muốn

Để khắc phục các khó khăn trên khi sản xuất ngói màu bằng công nghệ ép định hình vật liệu tổ hợp xi măng – cát gia cường sợi bên cạnh các giải pháp cơ học nhằm xử lý việc phân bố sợi PVA các phụ gia và chất phụ trợ thích hợp đã được yêu cầu đưa vào sử dụng nhằm tăng khả năng phân bố của sợi và khả năng bám dính của nó với ma trân xi măng cát Như vậy trong việc sản xuất ngói màu theo công nghệ ép định hình từ vật liệu composite xi măng – cát gia cương sợi các phụ gia và chất phụ trợ được đưa vào nhằm 2 mục đích chính:

1- Nâng cao khả năng phân bố đồng đều của sợi gia cường PVA trong ma trận nền xi măng – cát

2- Nâng cao khả năng bám dính của sợi PVA với ma trận nền xi măng – cát

Để đạt được mục đích trên, một số phụ gia và chất phụ trợ được đưa vào nhằm làm chậm quá trình phân ly giữa pha lỏng và pha rắn của hỗn hợp cấp phối nước –

xi măng – sợi gia cường Quá trình phân lý sẽ diễn ra chậm hơn khi hỗn hợp có độ dẻo cao, các phụ gia và chất phụ trợ đưa vào được gọi là chất hóa dẻo Ngoài ra việc

đưa các phụ gia hóa dẻo này còn có tác dụng tăng khả năng điền đầy khuôn kim loại trong quá trính ép định hình ngói, thêm nữa là tăng tính dẻo của vật liệu cũng làm giảm độ xốp và sự xuất hiện các lỗ rỗng trong lòng sản phẩm

a Phụ gia Silica fume

Để tăng cượng độ bán dính giữa sợi và ma trận xi măng, việc đưa vào sử dụng các phụ gia pozzolan cho xi măng có độ mịn cao như: silica fume hoặc xỉ lo cao (slag – sản phẩm phụ của công nghệ luyện thép), phụ gia hóa dẻo bê tông Sika v.v đem lại hiệu quả cao hơn cả

Theo nghiên cứu của Elkem - www.fibrecement.elkem.com một trong các công

ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực phụ gia xi măng độ bền uốn của vật liệu xi măng sơi gia cương có thể tăng tới 40% khi sử dụng silica fume làm chất phụ gia tuy theo hàm lượng cấp phối Cơ chế tăng bên khi sử dụng silicafume được giải thích bằng việc tăng mật độ của ma trận xi măng như hình minh họa Hình 1.4 Khi không có sử dụng silica fume, sau quá trình thủy hóa ngoài các tính thể xi măng và hydroxide calium, ma trận xi măng còn chứa vô số các lỗ rỗng, hình thành chủ yếu do sự bay hơi của nước Quá trình phá hủy của vật liệu phát sinh từ cac vết nứt, lỗ rỗng vốn tiềm ẩn trong vật liệu và vì thế các lỗ rỗng nói trên là lý do chính giải thích vì sao

độ bền cơ học của vật liệu nền xi măng thường thấp hơn các vật liệu khác Các lỗ rỗng cũng là nguyên nhân chính của sự kém báo dính giữa sợi gia cường và ma trận của vật liệu tổ hợp nền xi măng gia cường sợi

Sử dụng silica fume với tỉ lệ thích hợp, hàm lượng lỗ rộng trong vật liệu nền xi măng giảm rõ rệt Với độ mịn cực cao (kích thước hạt silica fume chỉ chừng 0,15 micron), các hạt silica fume len lỏi vào các lỗ rỗng của vật liệu nền xi măng vớ bản chất pozzolan, sau quá trình thủy hóa silica fume hình thành các tinh thể lấp đầy lỗ rỗng trong ma trận xi măng – cát cũng như các lỗ rỗng giữa bề mặt sợi và ma trận – Hình 1.4 Hiệu quả là ngoài việc giảm hàm lượng lỗ rỗng, kích thước của lỗ rỗng cũng giảm đáng kể Vật liệu xi măng gia cường sợi sử dụng silica fume vì thế có độ bền cơ lý cao hơn nhiều so với vật liệu không sử dụng phụ gia silica fume Như vậy việc sử dụng silica fume là một trong những giải pháp hữu hiệu để nâng cảo độ bền

của vật liệu tổ hợp nền xi măng nói chung và đặc biết sản phẩm ngói màu gia cường bằng sợi PVA nói riêng

Silica fume: là sản phẩm phụ của quá trình sản suất silicon và hợp kim ferrosilicon Silica fume còn được biêt đến dưới tên là: micrisilica hoặc condensed silica fume Thành phần chính của silica fume là dioxide silic (SiO2) một dạng amosphos “ Liên kết chưa hoàn chỉnh “

Hình 1.2: Cấu trúc vi mô của vật liệu tổ hợp nền xi măng gia cương sợi có và

không có sử dụng phụ gia silica fume (Nguồn: www.fibrecement.elkem.com)

Một trong các ưu điểm của silica fume là do kích thước các phần tử siêu nhỏ (khoảng 1/100 kích thước hạt xi măng) nên chúng có thể len lỏi vào giữa các hạt xi măng và sợi gia cường Sản phẩm sử dụng silica fume có độ chặt cao và độ bền tốt hơn, sử dụng silica fume trong cấp phối với mục đích chihs là cải tiến độ bám dính vón khá yếu giữa sợi gia cường PVA và mà trận xi măng cát, vì thế làm tăng độ bền

cơ học cũng như tuổi thọ của sản phẩm Việt Nam có một số cơ sở chuyên cung cấp silica fume, tuy nhiên các đặc tính của sản phẩm khác nhau Như đã trình bày ở trên

sự khác nhau trong cấu trúc của vật liêu xi măng – sợi gia cường không sử dụng silica fume và có sử dụng dẫn tới sự thay đổi về đặc trưng cơ lý của vật liệu Độ bám dính giữa ma trận xi măng và sợi gia cường được cải thiện đáng kể với sự có mặt của phụ gia silica fume kết quá của điều đó là làm tăng độ bền cơ lý tính của sản phẩm Bảng 1.5 liệt kê một số tính chất điển hình của silica fume

Bảng 1.5: Một số tính chất điển hình của silica fume

b Phụ gia Sikament®R4, chất phụ gia siêu hóa dẻo

 Phụ gia Sikament®R4 là phụ gia hóa dẻo hiện đang được sửa dụng rất nhiều trong công nghệ sản suất bê tông, Phụ gia Sikament®R4 là một chất siêu hóa dẻo và hiệu quả cao có tác dụng kéo dài thời gian ninh kết để sản xuất vật liệu nền xi măng

có độ chảy cao trong điều kiện khí hậu nóng và đồng thời là tác nhận giảm nước đáng kể để tăng cường độ cuối cùng cho vật liệu nền xi măng

Hình 1.3: Phụ gia Sikament®R4 - chất phụ gia siêu hóa dẻo

(Nguồn: http://sika.edu.vn/)

 Đặc tính: Sikament®R4 đem lại nhiều đặc tính ưu việt:

- Như là một chất siêu hóa dẻo: Hiệu quả cao mà không cần tỉ lệ nước/ xi măng hoặc rủ ro bị phân tấng vật liệu, duy trì độ sụt của vật

liệu nền xi măng lâu dài, không gây phản tác dụng lên cường độ cuối cùng

- Như một chất giảm nước: Cường độ ban đầu và cuối cùng tăng một cách đáng kể, cho phép giảm đáng kể lượng xi măng cho vào cấp phối, đặc biệt thích hợp với những vùng miền có khí hậu nóng, không làm gia tăng sự cuốn khí, giảm hiện tượng co ngót, cải thiện bề mặt sản phẩm khi hoàn thiện và tăng được khả năng chống thấm

1.4 Sơ lược về máy móc và một số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuât ngói màu hiện đại

1.4.1 Máy ép thủy lực

Với những tính năng và ưu điểm vượt trội hơn các thiết bị chuyên ngành khác như: đường đặc tính mềm, làm việc êm, không gây tiếng ồn, kích thước bàn máy nhỏ gọn nhưng có thể tạo ra lực ép rất lớn, tuối thọ thiết bị cao Máy ép thủy lực

là một loại thiết bị phổ biển để thực hiện các dạng công nghệ gia công áp lực cần lực êm và tạo được lực ép lớn, và dễ dàng điều khiển được lực ép, vận tộc ép Máy ép thủy lực dùng trong sản xuất ngói màu là loại máy ép chuyên dụng, ngoài việc tạo ra lực ép đủ lớn để định hình sản phẩm, trên máy ép còn tích hợp thêm thùng trộn liệu phụ - để tránh liệu bị đóng rắn trong quá trình chờ cấp liệu cho khuôn ép, cụm cơ cấu cấp liệu và cụm cơ cấu dỡ ngói Ngoài chuyển động lên xuống tạo lực ép, trên máy ép còn có thêm chuyển động theo phương ngang, chuyển động theo phương ngang này được tạo bởi xi lanh khí có cữ hành trình có thể điều chỉnh cho phù hợp với từng loại khuôn ép ngói

Với một máy ép thông thường, các thông số kỹ thuật chính bao gồm

- Lực ép danh nghĩa PH: thông thường trong sản xuất ngói màu lực ép yêu cầu từ 200-300 Tấn

- Kích thước bàn máy: trong sản xuất ngói thông thường kích thước bàn máy đươc lựa chọn là 1000x1800mm

- Hành trình đầu trượt chính: 250-400 mm

- Tốc độ xuống không tải:

- Tốc độ có tải:

- Tốc độ khứ hồi:

- Dạng kết cấu khung thân máy: Kín – hở, đúc – hàn, kết cấu 4 trụ, 2 trụ, kết cấu kiểu chữ C

Hình 1.6: Máy ép thủy lực dùng trong sản xuất ngói màu

Đối với các máy thế hệ mới hiện nay, việc ứng dụng những thành tựu của lĩnh vực tự động hoá trong ngành cơ khí và điều khiển những cơ cấu chấp hành nói chung và máy ép nói riêng không còn là mới mẻ Việc bố trí thêm phần điều khiển PLC sẽ giúp cho máy ép thao tác máy được chính xác, có thể đặt lực cho phù hợp với từng nguyên công công nghệ, từng loại ngói là điều cần thiết Khi xuất hiện lỗi thì trên màn hình hiển thị và đèn tín hiệu phải báo, đồng thời phải dừng ngay máy

để kịp xử lý trong trường hợp sự cố lớn Khi xảy ra sự cố nhỏ, máy có thể bỏ qua lỗi bằng cách bấm nút bỏ qua để tiếp tục vận hành quá trình làm việc Yêu cầu của bộ điều khiển là máy vận hành được ở 3 chế độ: Chế độ chỉnh máy, chế độ vận hành tay, chế độ vận hành tự động Các chế độ phải vận hành dễ dàng, thuận tiện cho người sử dụng

1.4.2 Máy trộn đầu liệu

Máy trộn cũng là một thiết bị rất quan trọng trong dây chuyền sản xuất ngói, vật liệu đưa vào trong máy trộn là xi măng, cát, sợi gia cường và một số phụ gia khác Nhiệm vụ của nó là trộn đều tổ hợp vật liệu trên, trong quá trình trộn tổ hợp vật liệu không bị vón cục, và một điều đặc biệt quan trọng là sợi gia cường phải được phân

bố đều, thời gian phối trộn không được quá lâu và việc phối trộn không phá hủy kết cấu của vật liệu cấp phối

Trong máy trộn thường có các quá trình cơ bản xảy ra như sau:

- Tạo các lớp trượt với nhau theo các mặt phẳng trộn cắt

- Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí này sang vị trí khác – trộn đối lưu

- Thay đổi vị trí của từng hạt riêng rẽ - trộn khuếch tán

Người ta có thể phân loại máy trộn theo nguyên tắc làm việc người ta chia làm

2 loại: Liên tục và gián đoạn

 Thuộc về máy trộn làm việc gián đoạn có những loại sau:

- Máy trộn thùng quay hình trụ nằm ngang, thẳng đứng, trục chéo, lục giác nằm ngang

- Máy trộn cánh nằm ngang 1 trục, 2 trục

- Máy trộn vít tải thẳng đứng

- Máy trộn lớp xôi có cánh đảo

 Thuộc về máy trộn làm việc liên tục có những loại sau:

- Máy trộn vít tải nằm ngang 1 trục, 2 trục

- Máy trộn ly tâm

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 2.1 Quy trình công nghệ sản xuất ngói màu từ vật liệu tổ hợp có sợi gia cường

Nhìn chung, các dây chuyền công nghệ sản xuất ngói màu trên thế giới có thể chia làm hai loại sản phẩm dựa trên đặc tính của dây chuyền sản xuất:

- 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 trăm 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/Cm2), thành phẩm bị 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 (Decoratedcement 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 phải 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 1800 N/Cm2), 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)

KHU

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất ngói màu theo công nghệ ép rời rạc

Xu hướng của thị trường 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 của khách hàng…

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 (máy trộn Mixer), các máy ép thủy lực chuyên dụng, khuôn ép, hệ thống sơn ngói…và các thiết bị và

T¸CH NGãI - KHU¤N

D¦ìNG Hé GIAI §O¹N 2 S¥N MµU

Hình 2.2: Minh họa mô hình hệ thống sản xuất ngói màu

Một dây chuyền sản xuất ngói từ vật liệu tổ hợp nền xi măng – Cát theo công nghệ ép rời rạc gồm các công đoạn chính được minh họa trên Hình 1.3 Trong dây chuyền sản xuất ngói này có 4 công đoạn chính:

- Phối trộn nguyên vật liệu

măng - cát khô được trộn đều sau đó mới được cấp nước để tránh hiện tượng vón cục, trong quá trình phối trộn các phụ gia (phụ gia giảm nước, phụ gia hóa dẻo ) được đưa vào theo từng thời điểm thích hợp theo tính toán cấp phối Hỗn hợp này được trộn đều cùng nhau trong khoảng 10 phút sau đó sợi gia cường (PVA) được đưa vào qua máy rắc sợi rồi trộn thêm trong thời gian 5 phút Khi hỗn hợp vật liêu đạt độ dẻo yêu cầu thì được đưa qua hệ thống vẩn chuyển vữa gọi là: Cable Car để đưa đến vị trí các máy ép thủy lực tạo hình sản phẩm Hỗn hợp vữa gồm các chất rắn như xi măng, cát, tro bay, sợi PVA sau khi được định lượng chính xác và phối trộn với nhau đạt đổ ẩm khoảng 20%

Tùy theo loại ngói với yêu cầu làm việc mà cấp phối cho các mẻ trộn có thể khác nhau Với ngói chính do yêu cầu làm việc phải chịu lực nhiều nên lương sợi gia cường cần nhiều hơn, với các ngói phụ kiện do không phải chịu lực nhiều nên

để tiết kiệm và giảm giá thành sản phẩm, có thể giảm lượng sợi của cấp phối Thêm vào đó, do có hình dạng hình học phức tạp nên việc tăng giảm lượng sợi trong cấp phối cho từng loại ngói cũng khác nhau giúp cho việc thao tác trong sản xuất dễ dàng hơn

2.1.2 Khu vực ép định hình sản phẩm

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 Vữa được đưa tới 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 200 đến

250 Tấn nhằm mục đích tạo ra lực ép 80-90kG/cm2, với lực ép như vậy sẽ tạo ra các sản phẩm có tỷ trọng cao, giảm độ xốp và vì thế có tính chất cơ lý rất tốt

Hiện nay, tại các nhà máy sản xuất ngói màu với quy mô lớn thì quá trình ép ngói được thực hiện hoàn toàn tự động từ khâu cấp liệu, ép ngói đến tách ngói đưa

đi dưỡng hộ Quá trình ép ngói được trình bày chi tiết bằng sơ đồ dưới đây

Chµy Ðp ngãi

Cèi Ðp ngãi côm dì ngãi

Cèi phô lªn

Vị trí số 1 Vị trí số 2 Tại vị trí số 1: Lúc này chày ep và cối phụ đang ở bên phía cụm dỡ ngói để chuẩn bị cho thao tác tách ngói, cụm cấp liệu chuẩn bị nạp liệu lên cối ép ngói Tại vị trí số 2: Bật hệ thống hút chân không để giữ ngói, Cối phụ đi lên trước, sau đó chày ép ngói đi lên sau, ngói được giữ lại ở trên tấm khuôn đỡ ngói, đồng thời lúc này cụm cấp liệu nạp liệu lên Cối ép ngói thông qua 1 xilanh k hí, lượng liệu nạp vào Cối ép ngói được định lượng theo nguyên lý đo thể tích

Cèi phô xuèng chµy xuèng

Chµy Ðp ngãi

Cèi Ðp ngãi CôM dì ngãi

Vị trí số 3 Vị trí số 4 Tại vị trí số 3 bàn máy ép thủy lực di chuyển sang phải để chuẩn bị cho lần ép ngói tiếp theo, hệ thống hút chân không tắt đi

Tại vị trí số 4 Cối phụ đi xuống trước, sau đó chày ép đi xuống thực hiện quá trình ép định hình viên ngói, mục đích của việc cối phụ đi xuống là để dẫn hướng cho chày và tạo viền bao xung quanh tránh liệu bị phè ra ngoài, bên phía khuôn dỡ ngói sau khi hệ thống hút chân không tắt đi, khuôn và ngói được dỡ ra mang đi dưỡng hộ, chú ý lúc này liên kết của ngói còn yếu nên thao tác phải rất cẩn thận

Cối phụ

lên

Cối phụ lên chày lên

cấp khuôn đỡ ngói

CụM dỡ ngói Chày ép ngói

cấp liệu

Cối phụ xuống

Cối phụ xuống chày xuống

Chày ép ngói

CụM dỡ ngói

Khuôn dưới di chuyển sang trái

Vị trớ số 5 Vị trớ số 6 Tại vị trớ số 5: Sau quỏ trỡnh ộp định hỡnh xong chày ộp và Cối phụ đi lờn đồng thời kốm theo sản phẩm ngúi, bờn phớa cụm dỡ ngúi khuụn đỡ ngúi mới được cấp vào

Tại vị trớ số 6: Bàn mỏy ộp thủy lực di chuyển sang trỏi chày ộp và cối phụ đi xuống để chuẩn bị cho quỏ trỡnh tỏch ngúi, bờn phớa cối ộp ngúi cụm cấp liệu chuẩn

bị cấp liệu lờn cối ộp Kết thỳc một chu trỡnh ộp ngúi tự động, thụng thường để ộp được một viờn ngúi mất tầm 10-12s

2.1.3 Khu vực dưỡng hộ, sơn mầu sản phẩm

Cụng việc bảo dưỡng sản phẩm ngúi màu chia làm 2 cụng đoạn

 Bảo dưỡng khụ: Việc bảo dưỡng này nhằm đảm bảo cho sản phẩm cú được dạng hỡnh học ổn định Việc bảo dưỡng phải được tiến hành sao cho lượng nước cú trong sản phẩm khụng bị bay hơi quỏ nhanh, ảnh hưởng tới sự thủy húa xi măng Sau khi tạo hỡnh, sản phẩm khỏ dẻo, dễ bị biến dạng và vỡ thế việc bảo dưỡng này cần được thực hiện ngay trờn khuụn dỡ, để trỏnh lượng nước bay hơi quỏ nhanh việc bảo dưỡng tốt nhất nờn thực hiện trong phũng kớn Như vậy, giải phỏp tốt nhất cho việc bảo dưỡng khụ là: Sử dụng xe nõng đưa cỏc giỏ đầy sản phẩm vào trong nhà và phủ kớn cỏc mỏi và lối ra vào bằng bạt kớn khụng thấm nước Cụng đoạn bảo dưỡng này cần được thực hiện ớt nhất trong 12h để đảm bảo sản phẩm đủ cứng và

cú thể thỏo khuụn đỡ được

 Bảo dưỡng hơi nước: Sau giai đoạn bảo dưỡng khô, sản phẩm đã đạt được độ cứng nhất định, sản phẩm được tách ra khỏi khuôn đỡ và xếp tập trung lên các giá

đỡ tập trung để đưa vào buồng hơi nước – hơi nước được cấp bởi một lò hơi, nhiệt

độ trong buồng hơi nước khoảng 65-75oC và thời gian dưỡng hộ khoảng 6-7h Việc dưỡng hộ này có nhiệm vụ cưỡng bức thúc đẩy quá trình thủy hóa xi măng Việc quản lý nhiệt độ trong hầm dưỡng hộ là tuyệt đối quan trọng, nếu nhiết độ quá lớn (>80oC) thì sẽ làm giảm cơ tính của sợi PVA dẫn đến ảnh hưởng đế hình dạng và chất lượng sản phẩm Các nhà máy sản xuất ngói màu hiện này chủ yếu sử dụng than cốc vào mùa hè để nhiệt độ buồng bảo dưỡng đạt được 70oC thì thời gian cần thiết kể từ khi bắt đầu vận hành nồi hời là 1,5h Với mùa đông thì thời gian này sẽ kéo dài đến 2h Sản phẩm sau khi được dưỡng hộ trong hầm giữ ở nhiệt đồ 70oC trong 6h, sau đó sẽ tắt nồi hơi và để nguội tự nhiên trong khoảng 3h để nhiệt độ hầm trở về nhiệt độ môi trường Việc theo dõi kiềm tra nhiệt độ hầm là rất quan trọng vì nếu nhiệt độ quá cao sẽ ảnh hưởng đến cơ tính của sợi PVA nếu quá thấp thì không thúc đẩy được quá trình thủy hóa xi măng và cũng ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất sản phẩm

2.2 Một số thông sô công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Chất lượng sản phẩm ngói được cấu thành nên từ rất nhiều yếu tố như: chất lượng đầu liệu, tỉ lệ phối trộn đầu liệu, chất lượng máy móc của dây chuyền, chất lượng quá trình ép định hình sản phẩm, chất lượng quá trình phổi trộn, chất lượng quá trình dưỡng hộ

Để sản xuất ra một sản phẩm có chất lượng tốt, nhà sản xuất phải tối ưu từng công đoạn từ khâu chuẩn bị đầu liệu đến khâu ép định hình sản phẩm, và cuối cùng

là khâu dưỡng hộ, và trong mỗi công đoạn đó được đặc trưng bởi rất nhiều nhưng thông số công nghệ:

Với công đoạn chuẩn bị liệu: được đặc trưng bởi các thông số như:

- Thành phần vật liệu trong cấp phối

- Tỉ lệ phối trộn

- Thời gian trộn

- Kiểu máy trộn

- Tốc độ của máy trộn

Với công đoạn ép định hình sản phẩm: được đặc trưng bởi các thông số như:

- Lực ép trên một đơn vi diện tích: (N/cm2)

- Tốc độ ép: (mm/s)

- Thời gian ép: (s)

- Chất lượng bề mặt, độ chính xác, độ cứng của khuôn ép

Với công đoạn dưỡng hộ sản phẩm: được đặc trưng bởi các thông số như:

- Chế độ dưỡng hộ: nhiệt độ dưỡng hộ, thời gian dưỡng hộ

Với 2 công đoạn chuẩn bị liệu và dưỡng hộ sản phẩm, các thông số công nghệ được đề cập đến trong ngành hóa vật liệu Trong phạm vi chuyên ngành kỹ thuật cơ khí tác giả luận văn chỉ xin được tập trung vào nghiên cứu các thông số công nghệ trong công đoạn ép định hình sản phẩm với 3 thông số chính sẽ được đề cập đến là: Lực ép, tốc độ ép, thời gian ép chất lượng bề mặt độ chính xác, độ cứng của khuôn

ép

2.2.1 Lực ép và ảnh hưởng của nó đến chất lượng sản phẩm ngói màu

Quá trình ép tạo hình sản phẩm tạo cho vật ép có độ bền cần thiết để giữ được hình dáng trong quá chính chờ xi măng thủy hóa đóng rắn, mặt khác vật ép phải đạt được mật độ cần thiết để sau khi xi măng đóng rắn sản phẩm có được cơ – lý tính mong muốn Theo quan điểm lý thuyết của các nhà nghiên cứu khác nhau trên thế giới thì nguyên lý cơ bản và mô hình 3 giai đoạn biến dạng khi ép định hình sản phẩm trong khuôn kín như trên hình 2.1 a,b,c

(a) (b) (c)

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý ba giai đoạn ép định hình sản phẩm ngói màu

a- Đổ liệu vào khuôn kín b- Trong quá trình ép định hình c- Cuối quá trình ép định hình

Sự phụ thuộc mật độ vào áp lực ép theo quy luật cho trên hình 2.2: giai đoạn đầu (a) mật độ tăng nhanh vì ở giai đoạn này vật liệu dịch chuyển tương đối tự do

và điền đầy các lỗ xốp gần đấy, đến cuối gian đoạn đầu các hạt vật liệu hầu như đã được nén chặt ỏ mức tối đa (đoạn nằm ngang b) Vì các hạt vật liệu cả trở chống lại lực ép rất lơn, nên mặc dù lực ép tăng nhưng thể tích khối vật liệu không bị giảm trong một thời gian nhất định Chỉ khi nào lực ép vượt quá lực cản đó của vật ép thì các hạt vật liệu tiếp tục bị biến dạng và bắt đầu giai đoạn 3 (đoạn c) của quá trình

ép

Trong thực tế, quá trình ép xảy ra đồng thời cả 3 giai đoạn Khi ép để áp lực phân bố đều về các phía thì yêu cầu vật liệu phải có tính dẻo cao, khi đó mật độ vật

ép sẽ đồng đều trên toàn thể tích vật ép

Hình 2.4: Biểu đồ sự phụ thuộc của mật độ vật ép vào áp lực ép

Sản phẩm ngói màu được sản xuất thao công nghệ ép định hình, có kích thước bao LxR = 424x335, sản phẩm sau khi ép định hình có trọng lượng riêng là 2,6-2,8 g/cm2 để đảm bảo theo tiêu chuẩn JIS 5430 Để đạt được trọng lượng riêng như vậy thì áp lực cẩn thiết: pép = 80-90 kG/cm2, chọn áp lực pép = 90 kG/cm2

Với áp lực yêu cầu như trên và kích thước của ngói là LxR = 424x335 mm thì lực ép đòi hỏi khi ép ngói phải đạt:

W = L.R.pép.α (kG) Trong đó: α: là hệ số kể đến bề mặt 3D lồi lõm của ngói chọn α = 1.5

- W = 42.4x33.5x90x1.5 = 191754 (kG) = 191.8 (T)

Khảo sát tại Nhà máy ngói màu Tân thuận Cường – Hải Dương, ngưới làm luận văn lựa chọn ép sản phẩm ngói chính trên máy ép 200T

2.2.2 Tốc độ ép, Thời gian ép và ảnh hưởng của nó đến chất lượng sản phẩm

Quá trình ép sản phẩm được chia ra làm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: (giai đoạn gia lực) khuôn trên đi nhanh xuống tiếp xúc với bề mặt vật liệu ép, sau đó thì bắt đầu giai đoạn gia lực Giai đoạn này lực bắt đầu tăng

từ 0 cho đến 200T thì dùng, tốc độ gia lực là 5mm/s

- Giai đoạn 2: (giai đoạn giữ lực) sau khi đạt lực ép yêu cầu giữ lực ép trong khoảng 5-7s để nước trong viên ngói thoát ra và ổn định cấu trúc bên trong của ngói

- Giai đoạn 3: (giai đoạn nhả lực) Xi lanh thủy lực chính nhả lực từ từ với tốc

độ nhả lực bằng với tốc độ nhả lực 5mm/s sau khi bề mặt bên dưới của ngói tách hoàn toàn khỏi bề mặt khuôn dưới thì kết thúc quá trình nhả lực và xi lanh nâng nhanh khuôn trên lên vị trí trên cùng

Một quá trính ép thông thường diễn ra trong vòng 14-16s, để hiều rõ hơn về quá trình ép ta tham khảo biểu đồ chu trình ép ngói màu dưới đây:

t (s)

W (T)

200

Hình 2.5: Biểu đồ chu trình ép ngói màu

2.3 Mòn khuôn, dạng mòn chủ yếu và biện pháp khắc phục mòn khuôn ép Khuôn ép nói chung và khuôn ép ngói màu nói riêng vấn đề mòn khuôn được quan tâm rất đặc biệt, mòn khuôn không những ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn

mà còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, quá trình mòn khuôn xảy ra đồng thời quá trình ép sản phẩm, khi khuôn bị mòn dẫn đến bề mặt sản phẩm và kích thước

của sản phẩm sẽ có sai số, khi mòn khuôn ít thì sai số về kích thước và chất lượng

bề mặt sản phẩm nằm trong khoảng cho phép, tuy nhiên khi quá trình mòn xảy ra khốc liệt (sau một thời gian dài làm việc) thì sai số của sản phẩm sẽ nằm ngoài vùng sai số cho phép, nếu tiếp tục ép sẽ cho ra phế phẩm Chính vì vậy, nghiên cứu cơ chế mòn và biện pháp khắc phục mòn khuôn cần được đặc biệt quan tâm

Khảo sát quá trình làm việc của khuôn ép ngói tại nhà máy sản xuất, trong quá trình ép ngói khi chày ép đi xuống thực hiện quá trình dồn ép vật liệu hạt mà chủ yếu là hạt cát, trong quá trình ép xảy ra sự trượt của vật liệu hạt trên bề mặt khuôn

ép, sự trượt này nó gây ra quá trình cao xước bề mặt khuôn và nó chính là nguyên nhân chủ yếu gây ra mòn khuôn Như vậy ta có thể khẳng định cơ chế mòn khuôn

ép ngói là: Mòn do cào xước

Mòn do cào xước của chi tiết khuôn 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 cảtrường 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

2.3.1 Mòn do cào xước bằng biến dạng dẻo

 Hiện tượng

Xét hiện tượng mòn gây ra do hạt vật liệu tiếp xúc với bề mặt khuôn

Khi Chày chuyển động thực hiện quá trình ép hỗn hợp vật liệu, các hạt vật liệu chuyển động

để xắp xếp xít lại với nhau Trong quá trình ấy xảy ra các cạnh sắc của hạt vật liệu trượt trên bề mặt khuôn ép gây ra phá huỷ bềmặt khuôn bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tách Thật vậy, khi quan sát bề mặt khuôn mòn có rất nhiều vùng mòn có vết xước

 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

sửdụng 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 của rãnh mà không

bị tách ra Tuy nhiên sau nhiều lần như thế phần vật liệu này có thể bị tách ra bởi cơ chế mỏi chu kỳ thấp Quá trình cày cũng gây nên biến dạng dẻo của các lớp dưới bềmặt và có thể góp phần vào sự hình thành mầm các vết nứt tế vi Quá trình chịu tải và bỏ tải liên tuc (mỏi chu kỳ thấp và ứng suất cao) làm các vết nứt tế vi song song với bề mặt, phát triển, lan truyền, liên kết với nhau tạo thành các mảnh mòn mỏng Trong trường hợp vật liệu rất mềm như indium và chì, khối lượng mòn sinh ra rất nhỏvà vật liệu bịbiến dạng sẽ dịch chuyển sang hai bên của 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 bịdồn ép ởphía 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

 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 khuôn ép bị dịch chuyển bởi tất cảcác nhấp nhô là:

Trong đó:

- W: lực ép