TỔNG QUAN
Trấu
Trấu, lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa, được tách ra trong quá trình xay xát, chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi và 25% còn lại chuyển thành tro Chất hữu cơ chủ yếu là cellulose, lignin và Hemi-cellulose, trong đó lignin chiếm 25-30% và cellulose chiếm 35-40% Mặc dù các mạch polycarbohydrat trong trấu rất dài, khiến hầu hết sinh vật không thể sử dụng trực tiếp, nhưng chúng lại dễ cháy, lý tưởng cho việc làm chất đốt Sau khi đốt, tro trấu chứa hơn 80% silic oxyt, một thành phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực Khi trấu được ép trong khuôn, lớp trấu bên ngoài tiếp xúc với đầu ép sẽ bị cháy nhờ vào điện trở gia nhiệt, giúp giảm ma sát và mài mòn.
Bảng 2 1 Bảng thành phần hóa học của trấu [2]
Hình 2 1 : Thành phần hạt lúa
2.1.1 Công dụng của trấu a Sử dụng làm chất đốt
Vỏ trấu đã trở thành một nguồn nhiên liệu quen thuộc cho nông dân, được sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt hàng ngày, đặc biệt là trong việc nấu ăn và chế biến thức ăn cho gia súc Những ưu điểm nổi bật của vỏ trấu khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các hoạt động này.
Trấu là một nguồn nhiên liệu hiệu quả với khả năng cháy và sinh nhiệt cao, nhờ vào thành phần chứa tới 75% chất xơ Theo khảo sát, 1kg trấu khi đốt có thể tạo ra 3400 Kcal, tương đương với 1/3 năng lượng từ dầu, nhưng giá thành lại thấp hơn khoảng 25 lần.
Trấu là một nguồn nguyên liệu phong phú và kinh tế, với sản lượng lúa cả nước đạt gần 37 triệu tấn vào năm 2007, theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Điều này dẫn đến việc ước tính có khoảng 7,4 triệu tấn vỏ trấu thu được sau quá trình xay xát.
Nguyên liệu trấu có nhiều ưu điểm nổi bật khi sử dụng làm chất đốt, bao gồm tính chất khô ráo, hình dáng nhỏ gọn và tơi xốp, giúp việc vận chuyển trở nên dễ dàng Thành phần chính của trấu là chất xơ cao phân tử, khó bị vi sinh vật phân hủy, do đó việc bảo quản và tồn trữ trấu rất đơn giản và chi phí đầu tư cũng thấp.
Trấu, với nhiều ưu điểm vượt trội, đã trở thành nguồn nhiên liệu phổ biến trong sinh hoạt và sản xuất Nhiều hộ gia đình tại nông thôn đã thiết kế lò nấu nướng sử dụng trấu, tạo ra ngọn lửa nóng và đều, giữ nhiệt lâu Ngoài ra, trong lĩnh vực tiểu thủ công nghiệp và chăn nuôi, trấu thường được dùng để nấu ăn cho cá và lợn, nấu rượu, và đặc biệt là trong sản xuất gạch ở đồng bằng sông Cửu Long Hơn nữa, trấu còn được khai thác để sản xuất điện năng, góp phần vào việc sử dụng năng lượng tái tạo hiệu quả.
Trấu, với khả năng đốt cháy mạnh mẽ và chi phí thấp, có thể được sử dụng để tạo ra hơi nóng từ việc đốt nóng không khí, giúp quay tuabin phát điện Mỗi kilogram trấu có thể sản xuất khoảng 0,125 kWh điện và 4 kWh nhiệt, tùy thuộc vào công nghệ sử dụng Ứng dụng này rất hữu ích trong việc chế tạo máy phát điện nhỏ cho các khu vực sâu vùng xa.
9 c Sử dụng làm vật liệu xây dựng
Vật liệu xây dựng từ vỏ trấu nghiền, mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thuỷ tinh có trọng lượng nhẹ hơn 50% so với gạch xây thông thường, đồng thời sở hữu tính năng cách âm, cách nhiệt và chống thấm nước cao, rất phù hợp cho các vùng ngập úng như miền Tây và miền Trung Sau khi sử dụng, vật liệu này có thể được tái chế bằng cách nghiền nát Tro trấu sau khi đốt cháy chứa hơn 80% oxit silic, được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, thời trang và luyện thủy tinh Hiện nay, việc tận dụng oxit silic từ vỏ trấu đang được nghiên cứu để thu được lượng silic tối đa trong thời gian ngắn, với thành công từ việc trích xuất bằng NaOH mang lại hiệu quả kinh tế cao Tại Hải Dương, một thiết bị lọc nước từ vỏ trấu đã được phát minh, có khả năng biến nước ao hồ thành nước uống sạch nhờ vào cốt lõi là cụm sứ xốp trắng, với đặc tính lọc vượt trội và độ bền cao từ 10 đến 20 năm Thiết bị này cũng có khả năng khử mùi và chất dioxin khi kết hợp với bình lọc than hoạt tính, mở ra hướng đi mới trong việc sử dụng vỏ trấu trong hóa học.
Vỏ trấu là nguyên liệu tiềm năng trong sản xuất vật liệu mesoporous, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chất xúc tác cho các phản ứng hóa học, hỗ trợ hệ thống phân phối thuốc, và vật liệu hấp thụ trong xử lý nước thải Ngoài ra, vỏ trấu còn có thể được sử dụng làm phân bón, góp phần cải thiện chất lượng đất trồng.
Vỏ trấu là một loại vật liệu hữu cơ có thể được sử dụng để sản xuất phân bón Mặc dù hàm lượng lignin cao có thể làm chậm quá trình phân hủy, nhưng việc sử dụng giun đất thông qua kỹ thuật vermicomposting có thể tăng tốc quá trình này Nhờ đó, vỏ trấu có thể được chuyển đổi thành phân bón trong khoảng bốn tháng Bên cạnh đó, tro trấu cũng là một nguồn tài nguyên hữu ích trong nông nghiệp.
Việc đốt cháy vỏ trấu tạo ra tro, gây ô nhiễm môi trường do bụi và thay đổi giá trị pH của nước, đặc biệt nghiêm trọng trong mùa khô Tại Việt Nam, hiện chưa có biện pháp hiệu quả để xử lý và tận dụng nguồn chất thải này, mặc dù tro trấu chứa nhiều thành phần hóa học có lợi cho các ngành công nghiệp như thép, xi măng và vật liệu xây dựng nhẹ Ngoài ra, ô nhiễm từ nước thải chứa chất hữu cơ khó phân hủy, đặc biệt là từ các nhà máy và khu dân cư, cũng đang là vấn đề đáng lo ngại Phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính được đánh giá cao trong việc xử lý chất thải hữu cơ, nhưng hiện nay than hoạt tính chủ yếu được sản xuất từ gáo dừa, dẫn đến chi phí cao và nguồn cung hạn chế Nghiên cứu cải tiến hoạt tính của tro trấu làm chất hấp phụ có thể giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và giảm chi phí sản xuất chất hấp phụ Thêm vào đó, tro trấu còn có thể được sử dụng làm chất độn trong sản xuất bê tông, vật liệu cách điện, cách nhiệt và làm thức ăn chăn nuôi.
Vỏ trấu nghiền có thể được sử dụng chiếm khoảng 15% trong chế độ ăn cho gia súc, giúp vỗ béo và kích thích sự thèm ăn khi trộn cùng với cám Nó là thức ăn thích hợp cho động vật nhai lại như cừu, ngựa và lừa Tại Úc, vỏ trấu nghiền đã được áp dụng thành công trong khẩu phần ăn năng lượng thấp cho ngựa, với tỷ lệ lên đến 25%.
Trấu được mua với giá từ 2000-8000 đồng/kg, tùy thuộc vào địa phương Chi phí điện và công lao động cho củi là 10000 đồng/kg Giá bán trấu trong nước và xuất khẩu dao động từ 10000-20000 đồng/kg, cho thấy việc sử dụng củi trấu là lựa chọn tiết kiệm hơn nhiều.
Củi trấu là nguồn nhiên liệu lý tưởng cho các lò hơi công nghiệp, phục vụ cho nhiều ngành như sấy, nhuộm vải, chế biến thủy sản và nông sản Việc sử dụng củi trấu không chỉ giúp công nhân tiết kiệm thời gian mà còn đảm bảo sức khỏe So với than đá có giá khoảng 25.000 đồng/kg, 1 kg củi trấu cung cấp nhiệt lượng tương đương với 1,5 kg than và tiết kiệm hơn 60% chi phí nhiên liệu so với dầu DO, cũng như 40% so với than đá.
Thanh củi trấu là sản phẩm thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm và mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội so với than Với tỷ lệ lưu huỳnh chỉ 0,05%, thấp hơn nhiều so với than cám (3,2%), thanh củi trấu giúp kéo dài tuổi thọ ghi lò và không cần xử lý xỉ than Tro trấu cũng có giá trị cao, có thể sử dụng làm nguyên liệu cho các sản phẩm cao cấp, góp phần làm sạch môi trường Hơn nữa, thể tích của sản phẩm này được thu gọn đáng kể (5-8 lần), tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo quản và vận chuyển.
Là loại nhiên liệu đốt hoàn toàn từ thực vật vì vậy được coi là nhiên liệu xanh
Máy ép thanh củi trấu trục vít
Củi trấu được sản xuất từ nguyên liệu trấu có độ ẩm dưới 15% Nếu độ ẩm vượt quá 15%, trong quá trình ép và gia nhiệt, hơi ẩm sẽ thoát ra nhiều, làm tăng áp suất trong buồng nén và dẫn đến việc trấu bị phụt ra từ phễu cấp liệu.
Hiện nay, máy ép củi trấu có nhiều loại với các cơ cấu ép khác nhau, bao gồm piston, con lăn và trục vít Trong số đó, máy ép trấu bằng trục vít vẫn là lựa chọn phổ biến nhất.
Hình 2 4 Máy ép củi trấu [21]
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một máy ép củi trấu điển hình được trình bày ở hình 2.5
Hình 2 5 Sơ đồ nguyên lý máy ép kiểu trục vít
Trấu được cấp từ phểu vào buồng nén thông qua trục vít, nơi nó bị nén lại nhờ các bước vít nhỏ dần Khi ra khỏi vít đùn, củi trấu được giữ lại thêm 100-150 mm trước khi ra khỏi nồng ép Ngoài nồng ép, củi được gia nhiệt bằng điện trở với nhiệt độ từ 180 đến 300 độ C, nhằm làm lớp trấu bên ngoài tiết ra nhựa, giúp trấu dễ dàng kết dính lại với nhau.
Thanh củi trấu được thiết kế với lỗ ở giữa để thoát hơi ẩm khi gia nhiệt Tuy nhiên, nếu trong quá trình nén, lỗ thoát hơi ẩm bị bít lại, thanh củi trấu ở đầu nòng có thể bị phóng ra với tốc độ lớn, gây nguy hiểm cho con người Do đó, các máy ép củi trấu thường quay đầu vào tường, nơi không có người qua lại, nhằm đảm bảo an toàn.
- Trục vít ép: Trục vít ép phải được bảo trì thường xuyên, do trấu có hàm lượng silic cao nên cánh vít rất mau mòn
Máy ép thanh củi trấu trục vít, được sản xuất và sử dụng phổ biến tại Việt Nam, sử dụng cơ cấu ép đùn bằng trục vít với năng suất từ 300 kg đến 600 kg mỗi giờ Đường kính của củi thành phẩm dao động từ 75 mm đến 90 mm, bao gồm hai dạng máy: máy ép củi trấu và đùn ép củi trấu.
Hình 2 6 : Máy ép củi trấu [23]
Trong máy ép vít đùn, trục vít quay kéo trấu từ phễu cấp liệu qua các đoạn khuôn ép, tạo áp suất dọc theo trục Quá trình này khiến khối trấu trượt lên cánh vít, sinh ra ma sát và nhiệt độ cao, dẫn đến mài mòn bề mặt cánh vít Đồng thời, nhiệt độ bên ngoài vỏ khuôn ép tăng từ 300 - 320 độ C, giúp tăng cường sự kết dính nhờ chất keo từ vật liệu.
Trục vít ép của máy ép củi trấu có năng suất từ 300 đến 600 kg/g, được sử dụng tại DNTN Châu Hưng, Sóc Trăng, sở hữu kết cấu và kích thước đặc trưng như hình 2.7.
Hình 2 7 Bản vẽ trục vít ép [22]
Một số yêu cầu kỹ thuật cơ bản của trục vít trên như sau:
- Vật liệu chế tạo là thép C45
- Dung sai chế tạo trục vít là ±0.1
2.3.3 Vật liệu và phương pháp chế tạo a) Vật liệu Điều kiện làm việc của trục vít là làm việc tải trọng đều, khi hỗn hợp trấu va đập vào cánh của trục vít tải tạo ra nhiệt độ khoảng 300 – 350 0 C và sinh ra ma sát lớn Kiểu lắp trục vít trong máy là dạng dầm công – xôn Với điều kiện làm việc trên vật liệu được chọn phải có đầy đủ tính chất sau:
- Đảm bảo độ cứng bề mặt sau nhiệt luyện đạt khoảng 58 HRC;
- Chịu mài mòn tốt, ma sát với nguyên liệu thấp nhất;
- Khả năng chống ram (cứng nóng) tốt để làm việc ở nhiệt độ khoảng 300 – 400
- Vật liệu thường được chọn để chế tạo trục vít trong thực tế là thép C45 b) QTCN chế tạo
- Nguyờn cụng 1: chọn phụi là vật liệu C45 (kớch thước đường kớnh ứ60 mm, chiểu dài L = 600 mm)
- Nguyên công 2: Vạt mặt khoan tâm trên máy tiện
- Nguyên công 3:Tiện lưng và tiện bậc
- Nguyên công 6: Phay vuông bốn cạnh 48mm
- Nguyên công 7: Hàn cánh trục vít
- Nguyên công 8: Hoàn thiện c) Phương pháp nhiệt luyện
Nhiệt luyện sơ bộ là quá trình quan trọng nhằm cải thiện tính cắt gọt của kim loại, giúp việc gia công trở nên dễ dàng hơn Sau khi thực hiện biến dạng nóng, kim loại sẽ được ủ thường hóa, thực chất là quá trình tôi và ram cao, trước khi tiến hành các bước gia công tiếp theo.
Nhiệt luyện kết thúc là giai đoạn quan trọng sau khi hoàn tất quá trình gia công, bao gồm việc nung ở nhiệt độ 820-840 °C và ram Để đạt được độ cứng bề mặt từ 45 đến 54 HRC, cần thực hiện quá trình tôi thể tích một cách chính xác.
Lý thuyết về hiện tượng mòn
Mòn là quá trình phá hủy bề mặt của vật thể rắn do ma sát, được đánh giá qua sự suy giảm kích thước, khối lượng hoặc thể tích Đây là phản ứng của hệ thống ma sát trước tác động từ bên ngoài Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ mòn bao gồm
- Tải, lực ma sát giữa các bề mặt
- Vận tốc, tốc độ của bề mặt chuyển động liên quan đến mặt khác
- Tần số và thời gian tiếp xúc giữa các bề mặt
Độ nhám bề mặt tiếp xúc và kích thước hạt của môi trường mài mòn đóng vai trò quan trọng trong quá trình mòn Tốc độ mòn được xác định là đạo hàm của lượng mòn theo thời gian hoặc quãng đường ma sát.
2.4.1 Các kiểu mòn của trục vít a) Mài mòn do ma sát
Tỷ lệ vận chuyển vượt quá tốc độ tan chảy trong phần nóng chảy của các trục vít là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra vấn đề Phần nóng chảy nằm giữa vùng đẩy phôi và bộ phận nén phôi Hầu hết các ốc vít đùn đều có hình dạng côn, và khi vật liệu di chuyển về phía trước trong cánh xoắn giảm dần, tỷ lệ tan chảy cần đủ lớn để theo kịp tốc độ dòng chảy của vít Nếu không, các cánh xoắn sẽ bị kín hoàn toàn bởi vật liệu rắn tại một số điểm Các cánh xoắn vít tạo thành một vòng xoáy giảm dần, với hình dáng giống như một vết lõm xung quanh trục vít.
Hình 2 8 : Trục vít bị mài mòn do ma sát [24]
17 b) Mài mòn do áp lực cao
Trục vít mòn xảy ra khi các phần tử nhỏ bị dính vào phoi trong quá trình chuyển động Áp lực và nhiệt độ cao làm cho bề mặt tiếp xúc bị mài mòn, tạo điều kiện cho hiện tượng chảy dính, dẫn đến việc hình thành liên kết kim loại giống như hàn ở pha rắn tại các vùng tiếp xúc Trong quá trình hoạt động, những liên kết này sẽ bị bứt ra và kéo theo vật liệu.
Mài mòn trục vít do nhiệt độ cao xảy ra khi nhiệt độ tăng, dẫn đến hiện tượng khuếch tán vật liệu giữa trục vít và phoi Khi hai kim loại tiếp xúc và được ép vào nhau, hiệu điện thế xuất hiện, khiến các phần tử kim loại khuếch tán vào nhau Kết quả là một phần vật liệu của trục vít bị mất đi, dẫn đến tình trạng mài mòn nghiêm trọng.
Hình 2 10 : Mài mòn do nhiệt độ cao d) Mài mòn thực tế tại DNTN Châu Hưng
Tại DNTN Châu Hưng, quy trình sản xuất sử dụng máy ép vít đùn phổ thông, trong đó trục vít quay lấy trấu từ phễu cấp liệu, đưa qua các đoạn khuôn ép đến đầu ép Quá trình này tạo ra áp suất dọc theo trục vít, khiến khối trấu va đập với cánh trục vít, gây ra ma sát giữa trấu và trục vít Ma sát này, kết hợp với nhiệt độ tăng cao do ma sát nội bộ nguyên liệu và tốc độ quay nhanh của trục vít, là nguyên nhân chính dẫn đến sự mau mòn của trục vít trong hệ thống khép kín.
Hình 2 11 : Trục vít bị mài mòn ở cánh vít
2.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.5.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Tác giả Mridaney S Poudel, Krishna R Poudel, Krishna R Shrestha và Ramesh
M Singh [1] đã nghiên cứu về mài mòn trục vít và trình bày công nghệ hàn để tăng tuổi thọ cho trục vít Nghiên cứu đã chỉ ra rằng trục vít bị mòn rất nhanh do tính mài mòn tự nhiên của vỏ trấu tươi có chứa hơn 19% là tro Cứ 4 - 5 giờ thì cần phải được sửa chữa bằng cách hàn đắp thân vít Trục vít mới cũng phải sửa lại trong vòng 4 - 5 giờ hoạt động Một trục vít có thể được sửa lại để sản xuất khoảng 8 - 9 lần và sau đó cần thay mới
Hình 2.12 : Trục vít trước và sau khi bị mòn [1]
Nghiên cứu này trình bày phương pháp chế tạo trục vít có khả năng chịu lực và chống mòn bằng cách phun phủ các kim loại như crôm, vanadium, molipden và thép hợp kim tungsten Những nguyên tố này thường được sử dụng trong sản xuất khuôn rèn nóng, nhằm tăng cường khả năng chịu mài mòn của trục vít.
Nghiên cứu này tập trung vào vật liệu chế tạo trục vít C45, với mục tiêu cải thiện khả năng chịu ma sát, mài mòn và chịu nhiệt Đặc biệt, phương pháp phun phủ kim loại chống mài mòn được đề xuất nhằm nâng cao hiệu suất và độ bền của trục vít trong quá trình sử dụng.
Hình 2.13:Hình trục vít được chế tạo mới [1]
Nghiên cứu của Toms Torims và cộng sự trình bày việc phát triển và thiết kế máy ốp laser để sửa chữa động cơ trục khuỷu mà không cần tháo rời Bài viết đề xuất ứng dụng công nghệ Laser cladding cho việc sửa chữa, đồng thời nêu rõ các tiêu chí lựa chọn vòi phun laser phù hợp với điều kiện chế tạo và thiết bị liên quan Nội dung cũng đề cập đến các dạng mòn của trục khuỷu động cơ diesel và vòi phun sử dụng trong công nghệ Laser cladding.
Hình 2.14 : Các dạng mòn và vòi phun sử dụng phục hồi các trục khuỷu động cơ diesel [7]
Tác giả Taylan Altan từ trường Đại học Bang Ohio đã trình bày tại hội nghị công nghệ FIA năm 2011 về việc lựa chọn vật liệu cho khuôn rèn và phương pháp nhiệt luyện bề mặt nhằm tăng tuổi thọ cho khuôn rèn Khuôn rèn nóng phải chịu áp suất và nhiệt độ cao, do đó, việc chọn vật liệu chế tạo khuôn, nâng cao độ cứng và phủ bề mặt là rất quan trọng để cải thiện tuổi thọ và độ chính xác của khuôn Bài báo này tổng hợp các nghiên cứu mới nhất về vật liệu khuôn rèn và nhiệt luyện bề mặt cho khuôn rèn nóng bằng thép.
Công trình nghiên cứu đã:
Nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn nhằm tối ưu độ mài mòn và biến dạng đàn hồi trên khuôn rèn, từ đó ước lượng tuổi thọ vật liệu chế tạo khuôn và tối ưu chi phí sản xuất Tác giả nhấn mạnh rằng tiêu chí quan trọng nhất trong việc lựa chọn vật liệu thép cho khuôn rèn nóng là khả năng chống mòn, chống biến dạng đàn hồi và mỏi (cơ và nhiệt) Để đảm bảo khuôn rèn có độ bền cao trước sự thay đổi về áp suất và nhiệt độ, tác giả đã đề xuất chu kỳ nhiệt luyện cho các vật liệu chế tạo khuôn rèn nóng.
Hình 2 15:Chu kỳ nhiệt luyện đối với thép công cụ ở nhiệt độ cao [5]
Giải pháp được tác giả đề xuất trong nghiên cứu là phủ lớp bề mặt, với nhận định rằng độ chống mài mòn của lớp phủ chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc của nó Thông thường, lớp phủ được thực hiện theo nhiều lớp, trong đó lớp bề mặt trên cùng có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu mòn.
Hình 2.16 : Cấu trúc lớp phủ bề mặt [5]
Tác giả đã thực hiện các thí nghiệm và so sánh để chọn phương pháp phủ PVD (physical vapor deposition) và plasma cho bề mặt khuôn, nhằm nâng cao khả năng chống mài mòn Kết quả cho thấy lớp phủ thép duplex có nitrid mang lại hiệu quả vượt trội hơn so với cấu trúc phủ nhiều lớp.
M Kimura và cộng sự [6] đã đề xuất phương pháp tăng khả năng chống mài mòn bằng cách hàn nối ống ống thép AISI 310s (thép không gỉ SS310) và ống thép cơ bản bằng phương pháp hàn ma sát xoay Nghiên cứu đã đạt được thành công khi hàn ma sát với ống thép AISI 310s có độ dày 1,5 mm dưới một áp lực ma sát là 120 Mpa Thử nghiệm với ống thép AISI 310s với dày ống 0,50 đã không thành công vùng lân cận của mối hàn đã xoắn nặng
2.5.2 Các nghiên cứu trong nước
Các vấn đề còn tồn tại và định hướng nghiên cứu
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại vật liệu được sử dụng để chế tạo trục vít, nhưng chưa có công bố nào về vật liệu chế tạo trục vít ép đùn củi trấu phù hợp với điều kiện làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao và ma sát, đặc biệt tại TPHCM và các tỉnh miền Tây Vì vậy, nghiên cứu sẽ tập trung làm rõ các vấn đề liên quan đến vật liệu này.
- Xác định vật liệu chế tạo trục vít côn chịu mòn, nhiệt;
- Xác định máy và kết cấu trục vít ép được sử dụng rộng rãi trong sản xuất
- Nghiên cứu đề xuất kết cấu trục vít máy ép thanh củi trấu trục vít
- Đề xuất QTCN và chế tạo thử nghiệm trục vít côn chịu mòn, chịu nhiệt
- Phân tích, đánh giá tính khả thi của phương án đề xuất
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HIỆN TƯỢNG
Lý thuyết về hiện tượng mòn[13]
Mòn là quá trình biến đổi hình dáng, khối lượng và kích thước bề mặt của vật thể, dẫn đến sự mất mát hoặc thay đổi vị trí tương đối trên bề mặt do các hiện tượng như biển dạng, mất liên kết, bong tách, chảy dẻo và ion hoá, tạo ra các vùng vật liệu mới.
Mòn là quá trình biến đổi bản chất vật liệu trên bề mặt tiếp xúc, xảy ra do các hiện tượng như khuếch tán, hấp phụ, hợp kim hóa, ăn mòn và xâm thực.
Có thể tính mòn theo kinh nghiệm dựa vào áp lực danh nghĩa khi biến dạng đàn hồi, tải trọng lớn và độ cứng lớn [13]
P dn - áp lực danh nghĩa trên bề mặt tiếp xúc
H - độ cứng vật liệu m - chỉ số mòn, phụ thuộc vào bản chất vật liệu
Công thức này thường được sử dụng khi biến dạng đàn hồi P dn nhỏ gần bằng
Theo một số tác giả khác, cường độ mòn được tính theo công thức sau
E-modun đàn hồi của vật liệu là một chỉ số quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu lực và độ bền của vật liệu Cường độ mòn, một yếu tố quan trọng khác, được xác định bằng mức độ mòn trên một đơn vị chiều dài quãng đường ma sát, có thể được đo theo thể tích, khối lượng hoặc độ cao của lớp mòn.
Khi cặp ma sát hoạt động, bề mặt ban đầu chuyển sang trạng thái làm việc, quyết định tính chất của bề mặt này Mòn được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn chạy ra, giai đoạn mòn ổn định và giai đoạn mòn khốc liệt Đồ thị lượng mòn U theo thời gian t và quãng đường ma sát L được thể hiện trong Hình 3.1 [20].
Hình 3 1: Sự phụ thuộc lượng mòn U theo thời gian t và quãng đường ma sát L
Quá trình mòn bề mặt ma sát (BMMS) xảy ra khi các bề mặt chuyển động tương đối với nhau, dẫn đến hiện tượng cắt, bẻ gẫy và hình thành các nhấp nhô mới Những nhấp nhô này không chỉ làm nhẵn bề mặt ma sát mà còn gây nén ép, biến dạng các bề mặt, làm tăng nhiệt độ và tăng cường phản ứng hóa học với môi trường bên ngoài.
- Cặp ma sát: là tập hợp hai chi tiết lắp ghép có chuyển động tương đối
- Kết cấu ma sút: là kết cấu máy gồm nhiều cặp ma sát
- Cường độ mòn: là tỉ số giữa lượng mòn của chi tiết với quãng đường ma sát thực hiện được, hay một khối lượng công việc thực hiện dược
- Tốc độ mòn: là tỉ số giữa lượng mòn với thời gian gây ra lượng mòn đó
- Lượng mòn giới hạn: là lượng mòn cho phép khi sử dụng cặp ma sát đó
3.1.2 Cơ chế mòn các bề mặt kim loại
Mòn là quá trình xảy ra khi các lớp bề mặt trượt tương đối, dẫn đến cắt và bẻ gẫy các chỗ nhấp nhô, tạo ra các miền nhấp nhô mới và làm nhẵn bề mặt ma sát Ngoài ra, mòn còn do nén ép các bề mặt nhấp nhô do biến dạng đàn hồi, dẻo, tăng nhiệt, va đập, cũng như tác động của môi trường không khí và ôxy hoá.
3.1.3 Sự phá hủy các bề mặt ma sát
Các dạng cơ bản của sự phá hủy các BMMS như cắt tế vi, tạo vết xước, bong tách, tróc, nứt sâu a Sự cắt vi mô
Các phần tử cứng trong hạt mài hoặc sản phẩm mài mòn có thể gây ra hiện tượng cắt vi mô khi xâm nhập vào bề mặt vật liệu ở một độ sâu nhất định Tuy nhiên, do chiều sâu thâm nhập thường không đủ để tạo ra cắt vi mô, hiện tượng này ít xảy ra Ngoài ra, quá trình này cũng dẫn đến sự hình thành các vết xước trên bề mặt.
Khi hai bề mặt ma sát tiếp xúc, các phần tử sẽ xâm nhập và khi trượt, chúng sẽ đẩy vật liệu sang hai bên, tạo ra vết xước gần như song song với đường trượt Hiện tượng này dẫn đến sự bong tách của bề mặt vật liệu.
Trong quá trình chảy dẻo, vật liệu có thể bị đẩy sang một bên bề mặt ma sát, dẫn đến việc tràn lên các màng oxyt và mất liên kết với kim loại gốc, gây ra hiện tượng tách rời khi không còn khả năng chảy Khi ứng suất theo chiều sâu vượt quá độ bền mỏi của vật liệu, sẽ xuất hiện các vết nứt, dẫn đến sự bong tách vật liệu dưới dạng vẩy Hư hỏng này thường gặp trong ma sát lăn, nơi các phần tử bị tróc ra có thể là thành phần cứng của hợp kim hoặc các hạt nhỏ từ gang xám Nguyên nhân chính của sự tróc là do ứng suất dư và ứng suất nhiệt, do đó, sự phát triển của vết nứt từ hai loại ứng suất này là dấu hiệu cần thiết để loại bỏ hoặc phục hồi chi tiết.
Sự bứt sâu xảy ra trong chuyển động tương đối của các vật thể khi liên kết phân tử giữa chúng trở nên bền vững hơn Khi đó, sự phá hủy có thể diễn ra ở độ sâu của một trong hai vật liệu Sự mài mòn bề mặt xảy ra ở quy mô vi mô, nơi các chất bôi trơn hoặc không khí mang theo các mảnh tinh thể Sản phẩm của quá trình mài mòn có thể nhỏ như hạt bụi hoặc lớn đến vài mm, và chúng có thể dính kết với nhau hoặc bám vào các bề mặt lắp ghép, góp phần vào quá trình làm mòn như một môi trường trung gian giữa các bề mặt ma sát.
Có hai yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình mòn đó là vận tốc trượt và áp suất pháp tuyến
Hình 3 2: Đồ thị nguyên tắc tốc độ mòn phụ thuộc vào vận tốc trượt [18]
Giai đoạn ổn định ứng với mòn ôxy hóa trong chế độ ma sát bình thường
Giai đoạn không bình thường xảy ra tróc loại Ii
Giai đoạn này thường xảy ra vào giai đầu khi chạy ra, vận tốc trượt tăng nhanh
- Giai đoạn không bình thường với tróc loại Iii và quá trình tải nhiệt của vùng tiếp xúc
Sự ảnh hưởng của áp suất pháp đến cường độ mòn (hình 3.3)[18]
Hình 3 3 : Quan hệ giữa cường độ mòn và áp suất [18]
Biểu đồ thể hiện hai giai đoạn của cường độ mòn phụ thuộc vào áp suất pháp, trong đó giai đoạn mòn ổn định (giai đoạn i) là mòn cơ hóa bình thường Khi áp suất vượt quá áp suất tới hạn, giai đoạn mòn không bình thường (giai đoạn Ii) xảy ra, dẫn đến hiện tượng tróc, cày xước và các vấn đề khác.
Để khắc phục mài mòn, cần chú ý đến các biện pháp thiết kế và công nghệ Biện pháp thiết kế bao gồm việc chọn loại ma sát phù hợp (trượt, lăn), xác định hình dạng, kích thước của chi tiết và nhiệt độ thích hợp Trong khi đó, biện pháp công nghệ tập trung vào việc tăng cường độ bền bề mặt thông qua nhiệt luyện, bảo vệ bề mặt bằng sơn hoặc phủ, và nâng cao chất lượng gia công như độ bóng, độ chính xác và làm cùn các cạnh sắc.
3.1.4 Sự vận chuyển vật liệu giữa các bề mặt ma sát
Trong quá trình ma sát, các bề mặt tiếp xúc có sự dịch chuyển vật liệu do mỏi và nhiệt, dẫn đến việc mất mát vật liệu và đôi khi tăng khối lượng tại vùng tiếp xúc do lún hoặc bám dính Quá trình này liên tục hình thành các lớp vật liệu mới Các dạng mòn thường gặp trên bề mặt ma sát bao gồm nhiều hình thức khác nhau.
- Mòn cơ hoá xảy ra khi
H K độ cứng của vật liệu ma sát kim loại
H M độ cứng của hạt mài
Hinh 3 4 Đường cong mài mòn a) Đường l: hiển thị lượng mòn; Đường 2: biểu thị tốc độ mòn; b) Không có thời kì ổn định; c) Không có thời kì chạy rà; d) ứng với các chi tiết chịu ứng suất tiếp xúc, thực tế không bị mòn trong giai đoạn I
Mòn cơ học xảy ra khi K T < 0,6
- Mòn tróc xảy ra khi vận tốc trượt nhỏ, áp lực cao
- Mòn tróc nhiệt xảy ra khi bề mặt bị biến dạng nhiệt
- Mòn mỏi do biến dạng biến đổi lặp đi, lập lại nhiều lẩn
Mòn fretting là hiện tượng mòn xảy ra do chuyển động tịnh tiến lặp đi lặp lại, dẫn đến sự dịch chuyển của vật liệu ở các bề mặt tiếp xúc Hiện tượng này thường xảy ra khi có tải trọng động, tạo ra lớp ôxy hóa trên bề mặt vật liệu.
3.1.5 Một số thông số mòn
Các loại vật liệu chịu mòn chịu nhiệt
Việc lựa chọn và xác định vật liệu là một bước quan trọng trong thiết kế và sản xuất, giúp nâng cao hiệu quả làm việc của thiết bị Quá trình này có thể được thực hiện bằng cách xem xét lại vật liệu đã sử dụng hoặc lựa chọn vật liệu mới thông qua phân tích thành phần hóa học hoặc dựa trên kinh nghiệm Mục tiêu chính trong việc chọn vật liệu cho các lĩnh vực chịu mòn là đáp ứng nhu cầu sử dụng và đảm bảo tính kinh tế.
3.2.1 Các thuộc tính của vật liệu chịu mòn
Vật liệu chịu mòn là loại vật liệu giúp giảm thiểu sự thay đổi kích thước và tổn thất do ma sát, đồng thời duy trì điều kiện bề mặt ổn định cho các chi tiết làm việc Tốc độ mòn của vật liệu phụ thuộc vào cặp vật liệu, trạng thái bề mặt và điều kiện làm việc Các hệ số mòn thường mang ý nghĩa tương đối hơn là tuyệt đối; ví dụ, cặp đôi thép có thể dẫn đến ma sát và mài mòn cao, trong khi cặp kim loại khác nhau có thể cho ma sát và mòn ở mức trung bình khi có bôi trơn Các bề mặt kim loại và hợp kim sạch cũng ảnh hưởng đến hiệu suất trong các tiếp xúc rắn.
Mòn trong chân không diễn ra với tốc độ cao do các lớp màng hóa học mỏng hình thành trên bề mặt tiếp xúc, giúp giảm dính và ma sát Kim loại mềm như ln, PB, SN có tốc độ mòn cao ngay cả dưới tải trọng nhỏ, trong khi các kim loại có cấu trúc lục giác như Co và Nf, cũng như các kim loại khác như Mo và Cr, thể hiện ma sát và mòn thấp hơn Do đó, Co, Mo và Cr thường được sử dụng làm nguyên tố hợp kim trong thép nhằm giảm ma sát, mòn và tăng khả năng chống ăn mòn Tóm lại, mòn của hợp kim thấp hơn so với các nguyên tố nguyên chất.
Thép là vật liệu phổ biến nhất trong ứng dụng cấu trúc và ma sát học, với các tính chất vật lý và cấu trúc tế vi khác nhau được hình thành dựa trên thành phần hóa học và quá trình gia công Khả năng chống mòn của các loại thép có cấu trúc khác nhau được minh họa trong hình 3.10.
Hinh 3 10: Độ cứng vật liệu theo các cấu trúc tế vi và khả năng chống mòn
Các dữ liệu về mòn chỉ ra rằng trong số các loại thép thí nghiệm kiểu từ
Thép Nitronic 201 đến 301 với độ cứng đạt 440 °C có khả năng chống mòn tốt khi trượt với nhau trong điều kiện không bôi trơn Tốc độ mòn của thép hợp kim niken cao nằm giữa thép trắng mactensit và austenit, trong khi các hợp kim dựa trên cobalt cũng thể hiện tính chống mòn cao Sự kết hợp giữa các vật liệu khác nhau như thép với đồng Si và hợp kim Stellite cho thấy rằng kim loại có cấu trúc lục giác xếp chặt có ma sát nhỏ và ít mòn hơn so với vật liệu có cấu trúc thể tâm, do số mặt phẳng trượt bị hạn chế Do đó, chi tiết máy chế tạo từ vật liệu cứng sẽ mòn chậm hơn so với vật liệu mềm, và nên tránh sử dụng các cặp vật liệu đối tiếp.
3.2.3 Các thuộc tính của vật liệu chịu nhiệt
Độ bền nhiệt là một trong những thông số quan trọng để xác định loại vật liệu phù hợp với thiết kế yêu cầu, ảnh hưởng đến độ biến dạng của vật liệu theo tuổi bền Sự ổn định nhiệt độ cũng là yếu tố cần chú ý, với nhiệt độ cao được định nghĩa là nhiệt độ bằng hoặc lớn hơn 2/3 nhiệt độ chảy của vật rắn Theo Leo Brewer, nhiệt độ cao là nơi mà các thông số vật liệu, động học và hóa học bị biến đổi, dẫn đến sự thay đổi kích thước và hình dạng vĩ mô Các kim loại chịu nhiệt cao như W, Ta, Mo, Nb, Zr có giá thành cao, trong khi các kim loại thông thường như thép và nhôm không thể chịu được nhiệt độ cao.
Thép cacbon thấp mất độ bền khi nhiệt độ đạt 260°C và không thể sử dụng ở 370°C do bị ôxi hóa nhanh Tuy nhiên, nếu bổ sung khoảng 1% nguyên tố như Crôm, độ chịu nhiệt có thể tăng lên 427°C nhờ vào sự hình thành các bít Đối với thép hợp kim cao như thép không gỉ, độ chịu nhiệt có thể đạt đến 454°C Đặc biệt, hợp kim Crôm – Niken với tỷ lệ 80% Cr và 20% Ni có khả năng chịu nhiệt lên đến 649°C.
Các thông số của vật liệu chịu nhiệt chủ yếu được xác định bởi thành phần hóa học, trọng lượng riêng, tỷ lệ phần trăm các chất hóa học và độ bền Bên cạnh đó, các thông số này cũng chịu ảnh hưởng từ các chi tiết sản phẩm, do nhà sản xuất quyết định.
Hinh 3 11 : Độ bền nhiệt giữa các pha thép không gỉ [12]
Vật liệu chịu nhiệt chủ yếu là các dạng thép hợp kim, nhờ khả năng tạo ra chất chống ôxi hóa khi tiếp xúc với nhiệt độ cao Hợp kim chịu nhiệt cao được phân loại thành hợp kim Niken, siêu hợp kim nền sắt và coban, hợp kim nền Crôm và thép không gỉ Những hợp kim này thường chứa crôm và nhôm, tạo ra lớp chống ôxi hóa và bảo vệ hiệu quả, như ôxít crôm và ôxít nhôm, giúp tăng cường khả năng chịu nhiệt.
3.2.4 Thép có tính chống mài mòn Đối với các chi tiết bị mài mòn rất mạnh trong điều kiện ma sát do mài sát dưới áp lực cao và va đập [như xích máy xúc, xe tăng, hàm nghiền đập, răng gàu xúc (đất, đá), thanh gạt, ghi (nơi giao nhau) đường sắt ] không thể dùng cách thấm cacbon hay tôi bề mặt vì chúng không đủ tính chống mài mòn, lớp thấm mỏng nên thời gian làm việc quá ngắn Lúc này phải dùng loại thép hợp kim đặc biệt có độ dai cao nhưng có khả năng tự tăng mạnh độ cứng bề mặt khi làm việc, nhờ đó tăng mạnh tính chống mài mòn, hơn nữa lớp chống mài mòn đó không bao giờ mất đi vì một khi bị mòn đi lớp tự biến cứng khác tiếp theo lại hình thành, điều này ưu việt hơn hẳn tôi bề mặt và hóa - nhiệt luyện
Như đã biết Mn là nguyên tố mở rộng khu vực γ nên với lượng lớn
Thép austenit có tổ chức ổn định ở nhiệt độ thường, mang lại độ dai cao và độ cứng thấp Tuy nhiên, khi chịu áp lực cao và va đập, austenit có thể bị biến dạng dẻo và tăng cứng, dẫn đến việc cải thiện đáng kể độ cứng và khả năng chống mài mòn của bề mặt Một số nghiên cứu cho rằng dưới áp suất cao, austenit chứa cacbon cao có thể chuyển biến thành mactenxit cacbon cao, làm tăng độ cứng Trong khi đó, lõi thép vẫn giữ nguyên tổ chức ban đầu, đảm bảo độ dai Để đạt được sự kết hợp giữa độ dai và tính chống mài mòn cao, thép cần trải qua quá trình nhiệt luyện đặc biệt sau khi đúc.
Do chứa mangan và carbon cao, thép đúc với tốc độ nguội chậm sẽ hình thành một lượng lớn Mn3C hoặc (Fe,Mn)3C ở biên hạt, gây giảm độ bền, độ dai và tạo độ giòn cao, khiến vật liệu chưa thể sử dụng ngay Để khắc phục khuyết tật này, cần nung vật đúc ở nhiệt độ 1050 độ C.
Quá trình nhiệt luyện thép được thực hiện ở nhiệt độ 1100 độ C, giữ nhiệt lâu để cacbit mangan hòa tan hoàn toàn vào austenit, sau đó làm nguội nhanh trong nước để ngăn chặn sự kết tủa cacbit Kết quả là tổ chức thép hoàn toàn là austenit với các cơ tính đạt được như sau: σb = 800 ÷ 900 MPa, σ0,2 = 300 ÷ 350 MPa, δ = 15 ÷ 25%, ψ = 20 ÷ 30%, HB 180 ÷ 220 Mặc dù quá trình này được gọi là austenit hóa, nhưng thực tế nó vẫn được thực hiện tương tự như quá trình tôi.
CHƯƠNG 4: Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG ÁN
Sau khi nghiên cứu và thực tế tại các cơ sở sản xuất thanh củi trấu ở Việt Nam, có ba phương án khả thi để khắc phục hiện tượng mài mòn của trục vít ép, nhằm phù hợp với điều kiện hiện tại.
- Phương án phủ cac-bit: phủ cac-bit chịu nhiệt, chịu mài mòn lên bề mặt trục vít
- Phương án hàn đắp: Hàn một lớp kim loại chịu mòn lên trên bề mặt trục vít
- Phương án trục vít ép hai vật liệu
Phương án phủ cac-bit
4.1.1 Nguyên lý của phương án phủ cac-bit
Nguyên lý của phương pháp công nghệ phun phủ là sử dụng nguồn nhiệt như hồ quang, khí cháy hoặc plasma để làm nóng chảy kim loại Kim loại lỏng sau đó được thổi mạnh bằng dòng khí nén, tạo thành các hạt sương mù nhỏ, bám lên bề mặt vật liệu đã được chuẩn bị kỹ lưỡng Phương pháp này cho phép tạo ra lớp kim loại phủ với độ dày tùy chỉnh, trong đó các hạt kim loại xếp chồng lên nhau Đặc biệt, đối với các chi tiết làm việc trong môi trường chịu mài mòn, có thể phủ lên bề mặt các lớp chống mài mòn như thép không gỉ, đồng thau, nhôm và hợp kim niken với độ dày theo yêu cầu Phun phủ không chỉ hiệu quả trong việc bảo vệ mà còn ưu việt trong sửa chữa và phục hồi các chi tiết, khắc phục các khuyết tật của vật đúc và các chi tiết bị mòn như trục khuỷu, xy lanh và chốt.
Phạm vi ứng dụng của phương pháp phun phủ có thể được phân loại như sau:
- Công nghệ gia công mới
- Phun các lớp phủ đặc biệt có giá thành vật liệu cao: chịu mài mòn, chống ăn mòn, chịu nhiệt…
Phun các lớp phủ như lớp phủ dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và lớp phủ từ tính lên các chi tiết giúp cải thiện tính năng của vật liệu cơ bản, đặc biệt khi chúng không sở hữu các đặc tính này.
- Sửa chữa khuyết tật của vật đúc
- Sửa chữa các khuyết tật xuất hiện khi gia công cơ
Mục đích chính của việc phun phủ là phục hồi các chi tiết máy bị mài mòn và bảo vệ các kết cấu thép khỏi hiện tượng ăn mòn, điều này đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Bên cạnh những ưu điểm thì phương pháp phun phủ vẫn còn một số nhược điểm cần khắc phục:
- Mối liên kết giữa lớp phủ và nền còn thấp
- Tổn thất vật liệu phun nhiều
- Ảnh hưởng đến sức bền của chi tiết (giảm giới hạn mỏi của chi tiết)
- Bề mặt phun luôn yêu cầu phải làm sạch và tạo độ nhấp nhô
- Đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân kỹ thuật cao, điều kiện làm việc nặng nhọc, độc hại
4.1.2 Cách tiến hành phun bề mặt
Các bề mặt tròn xoay thường được phun phủ kim loại trên máy tiện, với tốc độ vòng quay của bề mặt cơ sở khoảng 6 ÷ 20m/ph Lượng chạy dao, tức là lượng dịch chuyển dọc của đầu phun, phụ thuộc vào yêu cầu của lớp phủ.
Việc phun có thể thực hiện một lần để đảm bảo độ dày lớp phủ, nhưng cũng có thể phun nhiều lớp tùy thuộc vào mức độ nung nóng và khả năng làm nguội cần thiết cho lớp phủ đó.
Khi phun bề mặt, sự co rút của kim loại phun có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến độ bám của lớp phủ Do đó, việc chuẩn bị bề mặt và kiểm soát nội ứng suất do co rút là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả phun.
Việc di chuyển trên bề mặt sâu gặp nhiều khó khăn, đặc biệt khi phun với góc nghiêng, dẫn đến ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng lớp phủ.
Trước khi tiến hành phun, chi tiết thường được nung nóng đến nhiệt độ từ 110-150 độ C Trong suốt quá trình phun, cần phải làm nguội chi tiết để giữ cho nhiệt độ ổn định.
Hinh 4 1: Thiết bị phun hạt kim loại NIEDERMEIER [8]
4.1.3 Đánh giá phương án a Ưu điểm :
- Phương án phun phủ cacbit có thể phục hồi các bề mặt chi tiết như ban đầu và tăng được khoảng thời gian thời gian mài mòn b Nhược điểm :
- Tổn thất vật liệu lớn
- Đòi hỏi tay nghề thợ cao
- Ở Việt Nam ít nhà máy xí nghiệp có
Phương án hàn đắp
Hàn đắp vật liệu chịu mòn lên phần bị mài mòn của trục vít và gia công (mài) để đạt hình dạng và kích thước ban đầu
Sử dụng que hàn Cobalac 9E a Tính chất vật liệu
Que hàn Cobalarc 9E là loại que hàn hợp kim cao, nổi bật với mối hàn có crom cacbit linh hoạt và phức tạp Sản phẩm này có khả năng chịu mài mòn tốt và chịu va đập từ mức trung bình đến cao, phù hợp với nhiều chế độ hàn khác nhau.
Bảng 4 1: Chế độ hàn đắp
Tiêu chuẩn áp dụng AWS D1.1
Que hàn Cobalarc 9e (Tiêu chuẩn: AS/NZS
Cường độ dòng điện 60A-120A c Đánh giá phương án
+ Có khả năng cơ động cao
+ Thiết bị hàn và que hàn dễ tìm
+ Không đòi hỏi tay nghề thợ cao
+ Tiết kiệm kim loại, phục hồi được các chi tiết hỏng bề mặt,
Sau khi hàn, cần gia công lại để giảm ứng suất dư trong lớp hàn, tránh hiện tượng biến dạng và nứt (cả thô đại lẫn tế vi) Đồng thời, việc chuẩn bị bề mặt trước khi hàn là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng mối hàn.
+ Tính chất lớp bề mặt thay đổi, phụ thuộc vào phương pháp hàn và vật liệu hàn , có thể tồn tại ứng suất dư sau hàn…
Trục vít hai vật liệu
Trong luận văn này, ý tưởng đề xuất kết cấu hàn nối trục vít hai vật liệu được xem là khả quan nhất trong số nhiều đề xuất kết cấu khác nhau.
Trục vít được cấu tạo từ hai phần chính: phần mài mòn được chế tạo từ vật liệu thép chống mài mòn (chi tiết 2) và phần tải liệu làm bằng thép C45 (chi tiết 1) Hai phần này được kết nối với nhau thông qua mối hàn và được thực hiện quy trình khử ứng suất để đảm bảo độ bền và hiệu suất hoạt động.
– Thép dùng làm khuôn dập nóng,
- Thép SKD61 có độ bền nhiệt cao, độ dai va đập được cân bằng tốt , khả năng gia công cơ tốt , biến dạng rất ít sau khi nhiệt luyện
Thép SKD61 không chỉ sở hữu các đặc tính vượt trội mà còn dễ dàng tìm thấy trên thị trường hơn so với các loại thép tương tự như Hardox 400, 450, 500 (theo SSAB-Thụy Điển) và XAR 300, XAR 400, XAR 5000 (Thyssen – Đức).
- Đa số các mác thép này ngọai trừ thép SKD61 là thép tấm nên không thể chế tạo được
- Giá thành của thép SKD61 rẻ hơn
Do tính khách quan của đề tài, tác giả quyết định tập trung vào vật liệu SKD61, đồng thời bỏ qua các mác thép khác đã được nêu ra.
4.3.3 Quy trình công nghệ chế tạo
Các bước công nghệ chế tạo trục vít ép thanh củi trấu hai phần từ thép SKD61 và thép C45 được đề xuất dựa trên kết cấu tổng quát.
- Chế tạo cơ khí phần đầu của trục vít từ thép SKD61 với các kích thước như ở hình 4.2
Hinh 4 2 Bản vẽ thiết kế phần đầu trục vít ép chế tạo từ thép SKD61
- Cắt bỏ phần đầu của trục vít ép bị mòn tương ứng với chiều dài của phần đầu trục vít (SKD61) và khoan lỗ D10xL15 tại tâm;
- Gia công chế tạo chi tiết giống bản vẽ thiết kế
- Đem tôi chi tiết như hình 4.3
Tôi thể tích đạt 52 - 53 HRC
Hình 4.3: Sơ đồ tôi SKD61
- Sử dụng chốt trụ D10xL20 để định tâm và gá lắp phần thân C45 và phần đầu trục vít SKD61 trên cơ sở hai mặt lỗ (hình 4.4)
Hình 4 4: Định vị, lắp ghép hai phần trục vít
Hàn nối trục được thực hiện theo chế độ hàn như mô tả ở bảng 1 Quy trình hàn lớp chân diễn ra theo thứ tự như hình 9: (i) hàn góc phần tư I và III, sau đó để mối hàn nguội; (ii) tiếp theo hàn góc phần tư II và IV Các lớp điền đầy được hàn tương tự như lớp chân nhưng hướng hàn được bố trí ngược lại và cần chú ý để mối nối không bị trùng lặp ở mỗi lớp Lớp phủ có thể được hình thành từ nhiều đường hàn, và chiều cao lớp phủ phải lớn hơn bề mặt trục để thuận tiện cho việc mài xử lý bề mặt.
Hình 4 5 : Hàn ghép nối hai phần trục vít ép
- Mài sửa phần hàn nối
- Kiểm tra chất lượng trục vít ép
Bảng 4 2 Chế độ hàn nối (SKD61) [6]
Tiêu chuẩn áp dụng AWS D1.1
Que hàn (Kobelco LB- 7018-1 (A5.1 E7018-1) 2,6 mm 3,2 mm
4.3.4 Đánh giá phương án a Ưu điểm
- Dễ dàng định tâm và độ đồng tâm đạt được cao vì gia công lỗ D10 x L15 dễ dàng
- Không đòi hỏi tay nghề thợ cao
- Hàn nối hai phần của trục vít ép dễ dàng, không bị biến dạng b Nhược điểm
Về công nghệ chế tạo, ta thấy:
- Chế tạo cơ khí phức tạp, phải thực hiện trên máy CNC từ phôi thanh SKD61
Lựa chọn phương án
Dựa trên những ưu điểm và nhược điểm của các phương án đã được đề xuất, phương án phun phủ cacbit không phù hợp với điều kiện kinh tế của các nhà xưởng và cơ sở sản xuất Do đó, cần lựa chọn hai phương án hàn đắp và kết hợp trục vít với hai vật liệu khác nhau.