2.2.2 Tốc độ ộp, Thời gian ộp và ảnh hưởng của nú đến chất lượng sản phẩm phẩm
Quỏ trỡnh ộp sản phẩm được chia ra làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: (giai đoạn gia lực) khuụn trờn đi nhanh xuống tiếp xỳc với bề mặt vật liệu ộp, sau đú thỡ bắt đầu giai đoạn gia lực. Giai đoạn này lực bắt đầu tăng từ 0 cho đến 200T thỡ dựng, tốc độ gia lực là 5mm/s
- Giai đoạn 2: (giai đoạn giữ lực) sau khi đạt lực ộp yờu cầu giữ lực ộp trong khoảng 5-7s để nước trong viờn ngúi thoỏt ra và ổn định cấu trỳc bờn trong của ngúi
- Giai đoạn 3: (giai đoạn nhả lực) Xi lanh thủy lực chớnh nhả lực từ từ với tốc độ nhả lực bằng với tốc độ nhả lực 5mm/s sau khi bề mặt bờn dưới của ngúi tỏch hoàn toàn khỏi bề mặt khuụn dưới thỡ kết thỳc quỏ trỡnh nhả lực và xi lanh nõng nhanh khuụn trờn lờn vị trớ trờn cựng.
Một quỏ trớnh ộp thụng thường diễn ra trong vũng 14-16s, để hiều rừ hơn về quỏ trỡnh ộp ta tham khảo biểu đồ chu trỡnh ộp ngúi màu dưới đõy:
t (s)
W (T)
200
0 4 11 15
Hỡnh 2.5: Biểu đồ chu trỡnh ộp ngúi màu
2.3 Mũn khuụn, dạng mũn chủ yếu và biện phỏp khắc phục mũn khuụn ộp. Khuụn ộp núi chung và khuụn ộp ngúi màu núi riờng vấn đề mũn khuụn được quan tõm rất đặc biệt, mũn khuụn khụng những ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuụn mà cũn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, quỏ trỡnh mũn khuụn xảy ra đồng thời quỏ trỡnh ộp sản phẩm, khi khuụn bị mũn dẫn đến bề mặt sản phẩm và kớch thước
- 28 -
của sản phẩm sẽ cú sai số, khi mũn khuụn ớt thỡ sai số về kớch thước và chất lượng bề mặt sản phẩm nằm trong khoảng cho phộp, tuy nhiờn khi quỏ trỡnh mũn xảy ra khốc liệt (sau một thời gian dài làm việc) thỡ sai số của sản phẩm sẽ nằm ngoài vựng sai số cho phộp, nếu tiếp tục ộp sẽ cho ra phế phẩm. Chớnh vỡ vậy, nghiờn cứu cơ chế mũn và biện phỏp khắc phục mũn khuụn cần được đặc biệt quan tõm.
Khảo sỏt quỏ trỡnh làm việc của khuụn ộp ngúi tại nhà mỏy sản xuất, trong quỏ trỡnh ộp ngúi khi chày ộp đi xuống thực hiện quỏ trỡnh dồn ộp vật liệu hạt mà chủ yếu là hạt cỏt, trong quỏ trỡnh ộp xảy ra sự trượt của vật liệu hạt trờn bề mặt khuụn ộp, sự trượt này nú gõy ra quỏ trỡnh cao xước bề mặt khuụn và nú chớnh là nguyờn nhõn chủ yếu gõy ra mũn khuụn. Như vậy ta cú thể khẳng định cơ chế mũn khuụn ộp ngúi là: Mũn do cào xước.
Mũn do cào xước của chi tiết khuụn ộp xảy ra khi cỏc cạnh sắc của hạt mài trượt trờn bề mặt chi tiết đầu ộp và phỏ huỷ bề mặt tiếp xỳc chung bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tỏch. Trong trường hợp chi tiết đầu ộp là vật liệu dẻo cú độ dai va đập cao (kim loại và hợp kim), cỏc hạt mài sẽ gõy nờn biến dạng dẻo của vật liệu chi tiết đầu ộp trong cảtrường hợp tải nhẹ nhất. Trong trường hợp vật liệu dũn cú độ dai va đập thấp, mũn xảy ra do nứt tỏch khi đú trờn vựng mũn nứt tỏch là biểu hiện chủ yếu.
2.3.1 Mũn do cào xước bằng biến dạng dẻo. Hiện tượng. Hiện tượng.
Xột hiện tượng mũn gõy ra do hạt vật liệu tiếp xỳc với bề mặt khuụn
Khi Chày chuyển động thực hiện quỏ trỡnh ộp hỗn hợp vật liệu, cỏc hạt vật liệu chuyển động để xắp xếp xớt lại với nhau. Trong quỏ trỡnh ấy xảy ra cỏc cạnh sắc của hạt vật liệu trượt trờn bề mặt khuụn ộp gõy ra phỏ huỷ bềmặt khuụn bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tỏch. Thật vậy, khi quan sỏt bề mặt khuụn mũn cú rất nhiều vựng mũn cú vết xước.
Cơ chế mũn.
Vật liệu tỏch khỏi bề mặt thụng qua biến dạng dẻo trong quỏ trỡnh mũn do cào xước cú thể xảy ra theo vài chế độ biến dạng bao gồm cày (plowing), dồn ộp vật liệu (wedge formation) và cắt. Challen và Oxley đó phõn tớch ba chế độ biến dạng phõn biệt trờn của mũn do cào xước
- 29 -
sửdụng vựng đường trượt gõy ra bởi một nhấp nhụ bề mặt lý tưởng. Theo phõn tớch này, vật liệu giả thiết là tuyệt đối dẻo và cỏc đỉnh nhấp nhụ chỉ chịu biến dạng phẳng.
- Cày: là hiện tượng tạo rónh do hạt cứng trượt và gõy ra biến dạng dẻo đối với vật liệu mềm hơn. Trong quỏ trỡnh cày, vật liệu bị biến dạng và bị dồn sang hai bờn của rónh mà khụng bị tỏch ra. Tuy nhiờn sau nhiều lần như thế phần vật liệu này cú thể bị tỏch ra bởi cơ chế mỏi chu kỳ thấp. Quỏ trỡnh cày cũng gõy nờn biến dạng dẻo của cỏc lớp dưới bềmặt và cú thể gúp phần vào sự hỡnh thành mầm cỏc vết nứt tế vi. Quỏ trỡnh chịu tải và bỏ tải liờn tuc (mỏi chu kỳ thấp và ứng suất cao) làm cỏc vết nứt tế vi song song với bề mặt, phỏt triển, lan truyền, liờn kết với nhau tạo thành cỏc mảnh mũn mỏng. Trong trường hợp vật liệu rất mềm như indium và chỡ, khối lượng mũn sinh ra rất nhỏvà vật liệu bịbiến dạng sẽ dịch chuyển sang hai bờn của rónh.
- Dồn ộp vật liệu: Sự hỡnh thành lượng vật liệu dồn ộp ở phớa trước của hạt cứng là một dạng mũn do cào xước. Một hạt cứng khi chà sỏt trờn bề mặt sẽ tạo nờn một rónh và một lượng vật liệu bịdồn ộp ởphớa trước nú. Điều này thường xảy ra khi tỷ số giữa sức bền cắt của bề mặt tiếp xỳc với sức bền cắt của hạt cứng cao (0,5ữ1). Khi đú chỉ một phần vật liệu bị biến dạng sang hai bờn rónh, cũn phần lớn sẽ dồn ộp về phớa trước của hạt cứng tạo nờn hiện tượng này.
- Cắt: Dạng cắt của mũn do cào xước xảy ra khi hạt cứng với gúc tiếp xỳc lớn di chuyển tạo nờn rónh và tỏch vật liệu ra khỏi rónh dưới dạng mảnh mũn cú dạng giống như phoi dõy hoặc vụn. Quỏ trỡnh này xảy ra chủ yếu là do cắt cũn lượng vật liệu bị biến dạng sang hai bờn rónh là rất nhỏ.
Cỏc nhõn tố ảnh hưởng đến mũn do cào xước bằng biến dạng dẻo. Theo lý thuyết ma sỏt - mũn:
Tổng thể tớch vật liệu khuụn ộp bị dịch chuyển bởi tất cảcỏc nhấp nhụ là:
Trong đú: - W: lực ộp
- 30 - - x: khoảng trượt của mỗi lần ộp
- (tg)tb: giỏ trị trung bỡnh của tất cả cỏc nhấp nhụ hỡnh nún gọi là yếu tố độ nhỏm - H: độ cứng của bề mặt khuụn
Theo Hokkirigawa và Kato đó phỏt triển và đưa ra một cụng thức tớnh thể tớch mũn do cào xước bằng biến dạng dẻo tương tự như phương trỡnh của Archard cho mũn dớnh thoả món một dải rộng của mũn do cào xước là:
Trong đú: kabr là hệ số mũn bao hàm cả tớnh chất hỡnh học của cỏc nhấp nhụ, và xỏc xuất cắt của cỏc nhấp nhụ chứ khụng phải chỉ cú xỏc xuất cày. Vỡ vậy, độ nhỏm ảnh hưởng đến thể tớch rừ ràng. Giỏ trị của kabr thay đổi trong dải từ 0,00001 đến 0,05.
Từ cơ chế và phương trỡnh định lượng trờn ta cú thể rỳt ra được cỏc nhõn tố mũn khuụn ộp như sau:
- Thể tớch vật liệu khuụn ộp mũn tỷ lệ thuận với quóng đường trượt. - Thể tớch vật liệu khuụn ộp mũn tỷ lệ thuận với tải trọng phỏp tuyến.
- Thể tớch vật liệu đầu ộp mũn tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu khuụn ộp.
- Thể tớch vật liệu đầu ộp mũn tỷlệ nghịch với tớnh chất hỡnh học của cỏc nhấp nhụ. - Thể tớch vật liệu đầu ộp mũn phụ thuộc vào sự tạo cỏc hạt mài mới sắc làm tăng tốc độ mũn.
Với điều kiện ngúi màu được sản xuất trờn mỏy ộp chuyờn dựng, với độ chớnh xỏc cao, nờn cú thể coi tải trọng phỏp tuyến (lực ộp) là khụng đổi. Mặt khỏc hỡnh dạng của cỏc hạt vật liệu rất phức tạp, sự tạo mới cỏc hạt vật liệu mới sắc trong quỏ trỡnh ộp định hỡnh và quóng đường trượt của cỏc hạt vật liệu này trờn bề mặt khuụn ộp là khụng khắc phục được. Vậy để
- 31 -
khắc phục và hạn chế hiện tượng hỏng bề mặt khuụn do mũn do cào xước bằng biến dạng dẻo ta chỉ đi nghiờn cứu đảm bảo cỏc yờu cầu sau:
1 - Nhiệt luyện cải thiện độ cứng của bề mặt khuụn ộp.
2 - Tăng độ búng, làm giảm cỏc nhấp nhụ trờn bề mặt khuụn ộp. 2.3.2 Mũn do cào xước bằng nứt tỏch.
Hiện tượng.
Khi một hạt cứng sắc cạnh của vật liệu hạt trượt trờn bề mặt của lũng khuụn ộp một vật rắn dũn. Khi tải trọng phỏp tuyến cũn nhỏ, hạt cứng sắc này sẽ chỉ gõy ra biến dạng dẻo trờn mặt vật rắn và mũn xảy ra do biến dạng dẻo. Khi tải trọng phỏp tuyến vượt quỏ một giỏ trị nào đú, mũn do nứt ngang làm tăng đột ngột tốc độ mũn.
Cơ chế mũn.
Cỏc vết nứt ngang phỏt triển từ ứng suất dư gõy ra khi vật liệu bị biến dạng. Chiều dài lớn nhất của vết nứt vỡ thế chỉ được phỏt hiện khi hạt cứng rỳt ra khỏi bề mặt. Khi hạt cứng trượt trờn bề mặt, cỏc vết nứt ngang sẽ phỏt triển lờn phớa trờn tới bề mặt từ vựng dưới bề mặt bị biến dạng. Cỏc mảnh mũn được tỏch ra dưới dạng cỏc mảnh đa diện từ vựng giới hạn bởi cỏc đường nứt ngang tới bề mặt trượt.
Cỏc nhõn tố ảnh hưởng đến mũn do cào xước bằng nứt tỏch.
Từ cỏc phõn tớch trờn ta rỳt ra được cỏc quy luật của mũn do cào xước bằng nứt tỏch của lũng khuụn ộp như sau:
- Lũng khuụn bị biến dạng dẻo trước rồi mới bị mũn do cào xước bằng nứt tỏch. - Thể tớch vật liệu lũng khuụn mũn tỷ lệ thuận với tải trọng phỏp tuyến.
- Thể tớch vật liệu lũng khuụn mũn tỷ lệ nghịch với độ cứng và độ dai va đập của vật liệu lũng khuụn.
Với điều kiện ngúi được sản xuất trờn mỏy tự động, chuyờn dựng với độ chớnh xỏc cao, nờn cú thể coi tải trọng phỏp tuyến (lực ộp) là hằng số. Vậy để khắc phục và hạn chế hiện
- 32 -
tượng mũn hỏng bề mặt lũng khuụn do mũn do cào xước bằng nứt tỏch ta cần phải đảm bảo cỏc yờu cầu sau:
1 - Giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu lũng khuụn.
2 - Tăng độ búng, làm giảm cỏc nhấp nhụ trờn bề mặt lũng khuụn.
3 - Ưu tiờn tăng độ cứng bề mặt của lũng khuụn nhưng khụng nờn cao quỏ, mà phải đảm bảo độ dẻo, độ dai va đập dưới vựng biến dạng của bề mặt lũng khuụn ộp.
- 33 -
CHƯƠNG 3: NGHIấN CỨU, THIẾT KẾ BỘ KHUễN ẫP NGểI MÀU 3.1 Đặc điểm và vai trũ của khuụn ộp ngúi
Cụng đoạn ộp ngúi cú tớnh chất quyết định đến cơ tớnh và hỡnh thức của sản phẩm. Ở đõy, khỏc với cỏc loại ngúi thụng thường, vật liệu được sử dụng ngoài xi măng và cỏt cũn cú thờm sợi gia cường PVA.
Hiện này tại theo khảo sỏt tại cỏc nhà mỏy sản xuất ngúi màu với quy mụ lớn tại Việt Nam như: Cụng ty ngúi màu Tõn Thuận Cường .v.v. Hầu hết nhưng thiết bị chớnh cú tớnh chất quyết định đến chất lượng sản phẩm đều nhập khẩu từ nước ngoài với giỏ thành rất đắt như mỏy ộp và khuụn ộp. Vấn đề khuụn ộp được quan tõm đặc biệt. Cụ thể tại Cụng ty ngúi màu Tõn Thuận Cường với cụng nghệ sản xuất hiện tại và với hệ thống khuụn nhập về thỡ cứ 6 thỏng làm việc thỡ họ lại phải gửi khuụn về Nhật Bản để sửa lại khuụn, gia thành của khuụn ộp về đến Việt Nam lờn đến 10.000 – 12.000 USD/ bộ khuụn. Mặt khỏc, vấn đề khụng nằm tất cả ở giỏ thành khuụn mà nằm ở mục tiờu làm chủ cụng nghệ chế tạo khuụn để tiến tới nội đia húa toàn bộ khuụn ộp để chủ động hơn trong việc sản xuất của nhà mỏy. Theo như khảo sỏt tại Cụng ty ngúi màu Tõn Thuận Cường thỡ thời gian để hoàn thành 1 bộ khuụn của đối tỏc Nhật Bản bảo gồm cả vận chuyển và sửa chữa vào khoảng 1 thỏng. Chỡnh vỡ vậy, việc nghiờn cứu, tỡm hiểu cụng nghệ để cú thể chủ động chế tạo khuụn trong nước là một vấn đề cấp thiết.
Về cấu tạo cơ bản và nguyờn lý làm việc của khuụn ộp ngúi màu từ vật liệu tổ hợp nền xi măng – cỏt cú gia cường sợi cú nhiều nột tương đồng như cỏc bộ khuụn ộp thụng thường khỏc, bộ khuụn ộp này cũng cú 2 phần là khuụn trờn và khuụn dưới hay cũn được gọi là Chày và Cối. Biờn dạng mặt chày sẽ tạo ra hỡnh dạng phớa trờn của sản phẩm và biờn dạng mặt Cối sẽ tạo ra hỡnh dạng phớa dưới của sản phẩm.
Cú một số điểm khỏc biệt là bộ khuụn này là sẽ cú thờm một hệ thống khuụn phụ trợ (Cối phụ) được tớch hợp trờn nửa khuụn trờn (Chày), trong quỏ trỡnh làm việc Cối phụ sẽ được dẫn động bằng một hệ thống xi lanh phụ trợ riờng biệt (tham khảo hỡnh vẽ 3.1) nú sẽ hạ xuống trước, làm nhiệm vụ tạo biờn dạng xung quanh,
- 34 -
dẫn hướng cho chày trong quỏ trỡnh ộp định hỡnh và tỏch sản phẩm sau khi quỏ trỡnh ộp định hỡnh hoàn thành.
Trong sản xuất ngúi màu với mỗi loại ngúi ta sẽ cú một bộ khuụn riờng, ngoài sản phẩm ngúi chớnh cũn cú cỏc loại ngúi phụ trợ khỏc gọi là ngúi phụ kiện. Ngúi phụ kiện khụng chỉ làm nhiệm vụ hoàn chỉnh cho cụng đoạn lắp đặt của mỏi nhà mà cú cú tỏc dụng tạo nờn thẩm mĩ riờng cho từng khu vực lắp đặt nú.
Hỡnh 3.1: Sơ đồ nguyờn lý làm việc khuụn ộp ngúi.
Về cơ bản cụng nghệ chế tạo cỏc loại khuụn khụng cú nhiều sự khỏc nhau về cụng nghệ, chỉ khỏc nhau về quy chớnh thiết kế, tạo dỏng sản phẩm. Người làm luận văn đó lựa chọn đi sõu vào nghiờn cứu, tớnh toỏn, thiết kế bộ khuụn ộp ngúi chớnh, việc nghiờn cứu tớnh toỏn thiết kế bộ khuụn ộp ngúi chớnh sẽ là tiền đề để phỏt triển nghiờn cứu cụng nghệ chế tạo cỏc bộ khuụn cũn lại phục vụ cho việc nội địa húa việc sản xuất khuụn ộp ngúi.
3.2 Thiết kế mụ hỡnh húa 3D sản phõm ngúi chớnh
Ngúi mẫu chớnh là ngúi chiếm số lượng lớn nhất trong diện tich mỏi khoảng 80%, việc thiết kế mụ hỡnh của ngúi phải đảm bảo được cỏc yờu sau:
- Thiết kế sao cho đảm bảo khả năng làm việc, kết cấu của ngúi phải đảm bảo khả năng chịu lực nhất định, khả năng che chắn tốt, kớn kớt khi lắp rỏp, dễ thao tỏc trong quỏ trỡnh lắp rỏp sử dụng.
- 35 -
Hỡnh 3.2: Cỏc loại ngúi và vị trớ của nú khi lắp đặt
- Thiết kế hỡnh dạng và kết cấu của ngúi phải cú tớnh thẩm mỹ, bắt mắt, theo xu hướng của thời đại, phự hợp với thị hiếu của người tiờu dựng.
- Thiết kế hỡnh dạng kết cấu của ngúi sao cho quỏ trỡnh sản xuất ngúi là thuận tiện, dễ dàng nhất.
- 36 - 3.3 Thiết kế khuụn ộp ngúi chớnh 3.3.1 Cơ sở thiết kế
Bộ khuụn ộp ngúi chớnh sẽ được thiết kế trờn cơ sở sau đõy:
- Thiết kế khuụn trờn cơ sở mụ hỡnh 3D của ngúi mẫu chớnh đó trỡnh bày ở mục trờn.
- Thiết kế sao cho đảm bảo độ bền của khuụn trong quỏ trỡnh làm việc, để đảm bảo bộ khuụn ộp ngúi trong quỏ trỡnh làm việc phải chịu ỏp lực ộp p ≥ 90kG/cm2 tương dương với lực ộp khoảng 200T.
- Thiết kế khuụn dựa trờn cơ sở của mỏy ộp 200T cú sẵn tại nhà mỏy, đảm bảo cỏc kớch thước lắp ghộp với bàn mỏy ộp, xi lanh ộp chớnh, xi lanh ộp phụ, phự hợp với hành trỡnh làm việc của mỏy ộp đó được lựa chọn. Cụ thể mỏy ộp được lựa chọn cú kớch thước bàn mỏy là: 1200x2600 mm
3.3.2 Thiết kế khuụn ộp ngúi chớnh a. Thiết kế chày và cối: a. Thiết kế chày và cối:
- Từ mụ hỡnh 3D của ngúi chớnh ở phần trờn, ứng dụng phần mềm Catia v5r19