tính toán thiết kế chế tạo máy sàng phân loại cỡ hạt mài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP







LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY





TÊN ĐẾ TÀI
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SÀNG
PHÂN LOẠI HẠT MÀI





Học viên: Nguyễn Văn Kiền
Lớp: Cao học K11

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Ngƣời HD khoa học: TS Vũ Ngọc Pi











THÁI NGUYÊN – 10/2010


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY



TÊN ĐẾ TÀI

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SÀNG
PHÂN LOẠI HẠT MÀI



Học viên: Nguyễn Văn Kiền
Lớp: Cao học K11
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Ngƣời HD khoa học: TS Vũ Ngọc Pi


KHOA ĐÀO TẠO SĐH NGƢỜI HƢỚNG DẪN HỌC VIÊN





TS Nguyễn Văn Hùng TS Vũ Ngọc Pi Nguyễn Văn Kiền



BAN GIÁM HIỆU


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1
LỜI CAM ĐOAN
Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sàng phân loại cỡ hạt mài để phục vụ cho

việc nghiên cứu trong nước là một giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế . Hiện ở trong
nước chưa có một cơ sở nào sản xuất máy mài phân loại hạt mài, dựa trên những yêu
cầu thực tiễn về chế tạo máy, luận văn đã chọn hướng nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy
sàng phân loại hạt mài nhằm thay thế máy nhập ngoại có giá thành tương đối cao.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong việc tìm hiểu nghiên cứu và thực nghiệm
nhưng luận văn không tránh khỏi những điều thiếu sót và nhiều điểm cần hoàn thiện bổ
sung. Tác giả rất mong và trân trọng mọi sự đóng góp, phê bình của các thầy và đồng
nghiệp đối với luận văn.
Em xin trân trọng cám ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và hoàn
thành luận văn.
Xin trân trọng cám ơn các thầy giáo trong Hội đồng bảo vệ Đề cương luận văn
đã góp ý, chỉnh sửa và phê duyệt đề cương luận văn của em được hoàn thành với nội
dung tốt nhất.
Đặc biệt, em xin cám ơn thầy TS Vũ Ngọc Pi đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ
cho em hoàn thành luận văn này.
Luận văn này là một phần công việc của đề tài nghiên cứu của Nghiên cứu sinh
Trần Quốc Hùng ( Trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật, đại học Thái Nguyên). Tôi xin
trân trọng cám ơn Nghiên cứu sinh Trần Quốc Hùng đã tận tình giúp đỡ và hợp tác
trong quá trình làm đề tài.
Xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã động viên về
tinh thần và vật chất cho bản thân trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Em xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa
từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác ( trừ một số tài liệu tham khảo như
đã nêu trong luận văn).
Tác giả luận văn


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
MỤC LỤC

Trang
LỜI CAM ĐOAN
1
MỤC LỤC
2
NỘI DUNG
4
CHƢƠNG I:Tổng quan về hạt mài, phƣơng pháp phân lọai hạt mài
và máy sàng phân loại hạt mài
8
1.1. Giới thiệu về hạt mài
8
1.1.1Vật liệu hạt mài
8
1.1.2 Độ hạt của vật liệu mài
11
1.1.3. Phân tích cỡ hạt
13
1.1.3.1. Dạng hạt
14
1.1.3.2. Kích thƣớc hạt
16
1.2. Phƣơng pháp phân loại hạt mài
18
1.2.1. Phƣơng pháp sàng
18

1.2.2. Phƣơng pháp đóng cặn
19
1.3.3. Phƣơng pháp dùng kính hiển vi
20
1.2.4. Phƣơng pháp dùng nhiễu xạ ánh sáng
20
1.2.5. Phân tích sàng
20
1.2.5.1. Nguyên lý cơ bản phân tích sàng
21
1.2.5.2. Đánh giá kết quả phân tích sàng
23
1.3. Máy sàng phân loại hạt mài
24
1.3.1. Các kiểu máy sàng
28
1.4. Kết luận chƣơng I
32
CHƢƠNG II: Thiết kế động học máy
33
2.1. Cơ sở thiết kế động học
33


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


3
2.2. Thiết kế sơ đồ động học
35

2.3. Kết luận
35
CHƢƠNG III:Thiết kế động lực học máy
36
3.1. Thiết kế bộ truyền đai
36
3.1.1. Các thông số bộ truyền đai
36
3.2. Kiểm nghiệm đai
37
3.2.1. Kiểm nghiệm bền theo ứng suất có ích cho phép
37
3.2.2. Kiểm nghiệm theo độ bền lâu
38
3.2.3. Xác định số đai cần thiết
38
3.3. Kiểm nghiệm bền trục chính
39
3.3.1. Chọn vật liệu trục
39
3.3.2. Kết cấu trục
39
3.3.3. Kiểm nghiệm bền trục
40
3.4. Kết luận
42
CHƢƠNG IV: Xác định tối ƣu các thông số cơ bản
43
4.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm
43

4.1.1. Thiết kế thí nghiệm
43
4.1.2. Thí nghiệm 1
45
4.1.2.1. Trình tự thí nghiệm
45
4.1.2.2. Kết quả và nhận xét
47
4.1.3. Thí nghiệm 2
58
4.1.3.1. Trình tự thí nghiệm
58
4.1.3.2. Kết quả và nhận xét
59
4.2. Kết luận
69
CHƢƠNG V: Kết luận và kiến nghị
70
5.1. Kết luận
70
5.2. Kiến nghị
71


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


4
PHỤ LỤC
72

TÀI LIỆU THAM KHẢO
73



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1
DANH MỤC CÁC BẢNG



TT
Bảng
Nội dung
Trang
1
1.1
Vật liệu mài theo nhóm độ lớn hạt
11
2
1.2
Các kích thước hạt của nhóm cơ bản vật liệu hạt mài
12
3
1.3
Phạm vi đo của mỗi phương pháp đo
18
4

5
4.1
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =18Hz, e= 12mm
47
6
4.2
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =19Hz, e= 12mm
47
7
4.3
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =20Hz, e= 12mm
48
8
4.4
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =21Hz, e= 12mm
48
9
4.5
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =22Hz, e= 12mm
48
10
4.6

Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =22,5Hz, e= 12mm
49
11
4.7
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =18Hz, e= 13mm
50
12
4.8
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =19Hz, e= 13mm
50
13
4.9
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =20Hz, e= 13mm
50
14
4.10
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =21Hz, e= 13mm
51
15
4.11
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =18Hz, e= 12mm
52
16
4.12

Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =19Hz, e= 12mm
52
17
4.13
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =20Hz, e= 12mm
52
18
4.14
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =18Hz, e= 9mm
53


19
4.15
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =19Hz, e= 9mm
54
20
4.16
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =20Hz, e= 9mm
54


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
21
4.17
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =21Hz, e= 9mm
55
22
4.18
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm 200g hạt Granit
55
23
4.19
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =18Hz, e= 10mm
59
24
4.20
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =19Hz, e= 10mm
60
25
4.21
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =17Hz, e= 10mm
60
26
4.22
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =17Hz, e= 11mm
61

27
4.23
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =18Hz, e= 11mm
61
28
4.24
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =19Hz, e= 11mm
62
29
4.25
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =20Hz, e= 11mm
62
30
4.26
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =17Hz, e= 12mm
63
31
4.27
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =18Hz, e= 12mm
63
32
4.28
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =19Hz, e= 12mm
63

33
4.29
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =20Hz, e= 12mm
64
34
4.30
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =17Hz, e= 9mm
65
35
4.31
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =18Hz, e= 9mm
65
36
4.32
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =19Hz, e= 9mm
66
37
4.33
Bảng biểu diễn thời gian phụ thuộc vào tốc độ sàng
khi f =20Hz, e= 9mm
67
38
4.34
Bảng tổng hợp kết quả thi nghiệm 200g hạt SiC
67

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ


TT
Bảng
Nội dung
Trang
1
1.1
Định nghĩa hệ số kéo dài và hệ số dẹt của hạt
16
2
1.2
Kiểu mắt lưới sàng thường sử dụng
21
3
1.3
Sàng có mắt lưới bằng thép
23
4
1.4
Cơ cấu sàng kiểu tay quay
25
5

1.5
Máy sàng kích thước lỗ lớn
27
6
1.6
Máy sàng rung kiểu điện từ
28
7
1.7
Máy sàng rung kiểu đệm điện từ
29
8
1.8
Máy sàng rung kiểu cột khí nén
30
9
1.9
Sơ đồ máy sàng rung cơ khí
31
10
2.1
Sơ đồ động học máy
34
11
3.1
Kết cấu trục chính
39
12
3.2
Sơ đồ lực trục chính

41
13
3.3
Biểu đồ mô men uốn
41
14
4.1
Ảnh chụp sàng sử dụng trong máy đã chế tạo
44
15
4.2
Đồ thị biểu diển thời gian sàng phụ thuộc vào f khi e=12
49
16
4.3
Đồ thị biểu diển thời gian sàng phụ thuộc vào f khi e=13
51
17
4.4
Đồ thị biểu diển thời gian sàng phụ thuộc vào f khi e=14
53
18
4.5
Đồ thị biểu diển thời gian sàng phụ thuộc vào f khi e=11
55
19
4.6
Đồ thị biểu diễn thời gian sàng phụ thuộc vào tốc độ và
độ lệch tâm e khi thí nghiệm 200g hạt Granit ( Ấn Độ)
56

20
4.7
Quan hệ giữa thời gian sàng và độ lệch tâm khi sàng hạt
Supreme Granit
57
21
4.8
Đồ thị biểu diển thời gian sàng phụ thuộc vào f khi e=10
60
22
4.9
Đồ thị biểu diển thời gian sàng phụ thuộc vào f khi e=11
62
23
4.10
Đồ thị biểu diển thời gian sàng phụ thuộc vào f khi e=12
64
24
4.11
Đồ thị biểu diển thời gian sàng phụ thuộc vào f khi e=9
67
25
4.12
Đồ thị biểu diễn thời gian sàng phụ thuộc vào tốc độ và
độ lệch tâm e khi thí nghiệm 200g hạt Sic
68
26
4.13
Quan hệ giữa thời gian sàng và độ lệch tâm khi sàng hạt
Cacbit Silic

69



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


5

NỘI DUNG

1/ Tính cấp thiết của đề tài:
Hạt mài là vật liệu được sử dùng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp khác
nhau. Trong ngành cơ khí, hạt mài được dùng để sản xuất đá mài, dùng để đánh bóng,
để làm sạch bằng phun hạt mài ( phun cát), dùng trong gia công bằng dòng hạt mài, gia
công bằng tia nước có hạt mài v.v…
Để sử dụng hạt mài vào các mục đích trên, cần phải phân loại hạt mài ra các
kích cỡ khác nhau. Việc phân loại hạt mài không chỉ cần thiết cho sản xuất hạt mài, đá
mài v.v…mà còn đặc biệt cho quá trình nghiên cứu về hạt mài và gia công mài.
Để phân loại hạt mài ra các kích cỡ khác nhau phục vụ cho nghiên cứu người ta
sử dụng các máy sàng phân loại hạt mài và các sàng với các cỡ mắt sàng khác nhau.
Trên thế giới hiện nay có nhiều hãng chế tạo các loại máy sàng này như máy của hãng
Endecott, Retsch, Impact Test Equipment , Humboldt, Tylerv.v
Mặc dù đã có nhiều hãng chế tạo máy phân loại cỡ hạt mài nhưng cho các công
trình nghiên cứu về thiết kế máy này còn chưa có. Đặc biệt, vấn đề thiết kế hợp lý và
thiết kế tối ưu các thông số của máy như tần số rung và biên độ rung v.v… còn chưa
thấy đề cập.
Cho đến nay ở nước ta chưa có cơ sở nào sản xuất các loại máy phân loại hạt
mài. Thêm vào đó, giá thành của các máy nhập ngoại quá cao nên trong điều kiện kinh
tế nước ta đang còn khó khăn thì vấn đề đầu tư mua sắm là rất tốn kém

Từ các vấn đề nêu trên, có thể nói rằng việc thiết kế chế tạo máy phân loại cỡ
hạt mài để phục vụ cho việc nghiên cứu trong nước là một giải pháp mang lại hiệu quả
kinh tế cao. Trên cơ sở nguyên lý các loại máy phân loại cỡ hạt mài do các hãng giới
thiệu, chúng ta có thể nghiên cứu để tính toán, thiết kế các thông số kỹ thuật và chế tạo
máy ở trong nước. Vì vậy tác giả chọn đề tài:
“Tính toán, thiết kế chế tạo máy sàng phân loại cỡ hạt mài”


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


6

2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu:
2.1/ Mục đích của đề tài:
Lựa chọn sơ đồ nguyên lý, cấu tạo máy sàng phân loại cỡ hạt mài, trên cơ sở đó
xây dựng mô hình thực nghiệm để xác định tối ưu về các thông số tần số rung và biên
độ rung của sàng để nhằm đạt năng suất phân loại cao nhất.
Chế tạo máy sàng phân loại cỡ hạt mài theo các thông số tối ưu đã xác định.
2.2/ Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là thiết kế và chế tạo máy sàng phân loại cỡ hạt
mài trong đó vấn đề then chốt là nghiên cứu để xác định tối ưu các thông số của máy
tần số rung và biên độ rung của sàng nhằm đạt năng suất phân loại là cao nhất.
2.3/ Phương pháp nghiên cứu:
Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
- Về lý thuyết: từ cơ sở nguyên lý của máy phân tích để lựa chọn sơ đồ nguyên
lý hoạt động và kết cấu máy.
- Về thực nghiệm:Xây dựng mô hình thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm để
xác định tần số rung và biên độ rung tối ưu của sàng.
3. Ý nghĩa của đề tài:

3.1/ Ý nghĩa khoa học:
- Ý nghĩa khoa học của đề tài thể hiện trong việc xác định tối ưu các thông số
của máy là tần số rung và biên độ rung của sàng nhằm đạt năng suất phân loại là cao
nhất.
3.2/ Ý nghĩa thực tiễn:
- Máy phân loại cỡ hạt mài được sản xuất trong nước có giá thành thấp hơn so
với sản phẩm nhập ngoại ( dự kiến giảm được 40 đến 50 % giá thành).
- Máy được dùng để phân loại các loại cỡ hạt mài để phục vụ cho nghiên cứu
hạt mài, gia công làm sạch bằng hạt mài hoặc trong sản xuất hạt mài.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


7
4.Nội dung luận văn:
Kết cấu chính của luận văn gồm 7 phần:
Chương 1.Tổng quan về máy sàng phân loại cỡ hạt mài
- Giới thiệu sơ lược về các phương pháp phân loại hạt mài
- Nghiên cứu tổng quan về các loại máy phân loại cỡ hạt mài : cấu tạo, nguyên
lý làm việc và các thông số chính của các loại máy đã sản xuất trên thế giới.
- Tìm hiểu về các nghiên cứu đã có về máy phân loại cỡ hạt mài.
Chương 2: Thiết kế động học máy.
- Lựa chọn loại máy trên cơ sở phân tích ưu điểm, nhược điểm mô hình của một
số máy phân loại hạt mài đã được sản xuất trên thế giới.
- Thiết kế động học máy.
- Xây dựng kết cấy máy.
Chương 3: Thiết kế động lực học máy.
- Tính toán thiết kế các bộ truyền trong máy.
- Kiểm nghiệm bền cho một số chi tiết truyền lực chính của máy

Chương 4: Xác định tối ưu các thông số cơ bản.
- Xây dụng mô hình thực nghiệm và sau đó tiến hành các thí nghiệm để xác định
tần số rung và biên độ rung của sang nhằm đạt năng suất phân loại cao nhất.
- Phân tích các kết quả đạt được và đưa ra nhận xét
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
Các kết luận và kiến nghị nghiên cứu tiếp


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


8


CHƢƠNG I
Tổng quan về hạt mài, phƣơng pháp phân loại hạt mài
và máy sàng phân loại cỡ hạt mài
1.1 Giới thiệu về hạt mài:
1.1.1. Vật liệu hạt mài:
Cùng với việc nghiên cứu các loại hạt vật liệu khác, Vật liệu hạt mài là vật liệu
được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Trong ngành cơ khí, hạt
mài được dùng để sản xuất đá mài, dùng để đánh bóng, để làm sạch bằng phun hạt mài
( phun cát), dùng trong gia công bằng hạt mài và gia công bằng tia nước có hạt mài.
Vật liệu mài có nhiều loại khác nhau, đó là những tinh thể hoặc khoáng sản ở
dạng thiên nhiên hoặc nhân tạo, hạt của chúng sau khi nghiền nhỏ có đủ độ cứng và độ
bền, thích hợp với việc gia công bằng cách làm xước, cạo hoặc mài mòn bề mặt các vật
thể khác.
Các khoáng sản thiên nhiên được sử dụng là kim cương, thạch anh,corunđum
(coranhđông), cacborunđum ( cacboranhđông), granit, đá lửa.
Các khoáng sản nhân tạo ( tổng hợp) là corunđum điện thường, corunđum điện

trắng, mônôcorunđum ( coranhđông đơn) M, cácbit silic xanh K3 và đen K4, các bít
bo, cácbit borosilicat, corunđum điện crôm 9X, corunđum điện titan.
a. Kim cƣơng:
Kim cương là khoáng sản thiên nhiên gồm than và một lượng hợp chất rất nhỏ.
Nhiều tinh thể kim cương được xếp vào loại đá quí nhất vì chúng hơn những đá quí
khác về vẻ đẹp và tia óng ánh. Kim cương giòn, nhưng độ cứng rất cao, có thể vạch
xước bất kỳ khoáng sản nào gặp trong tự nhiên.
Việc khai thác kim cương ở trong tự nhiên đặc biệt khó khăn, thậm chí trong
một tấn quặng ở những mỏ giàu nhất chỉ có 0,02 – 0,1g kim cương


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


9
Từ những năm 1960 người ta đã tổ chức sản xuất kim cương nhân tạo ( tổng
hợp) trên qui mô công nghiệp với một số hiệu: ACO – độ bền thông thường, có kích
thước hạt 40 -250 µm, ACP – độ bền nâng cao có kích thước hạt 50 -315 µm ,ACB –
độ bền cao có kích thước hạt 60 -400 µm ,ACM – bột mịn, có kích thước 1 -40 µm.
Gần đây đã chế tạo được kim cương tổng hợp với các nhản hiệu mới: ACK và ACKC
có độ bền không kém kim cương nhân tạo.
Các tinh thể kim cương thiên nhiên dùng để chế tạo dao cắt bằng kim cương,
mũi khoan, ổ, dao cắt kính, mũi khoan mỏ, các đầu của dụng cụ đo độ cứng và độ nhấp
nhô bề mặt, khuôn kéo dây đường kính nhỏ. Tuy nhiên kim cương được dùng rộng rãi
hơn cả để mài sắc và đánh bóng dụng cụ hợp kim cứng và để gia công các chi tiết bằng
hợp kim cứng, kính quang học, sứ và những vật liệu cứng khác. Tinh thể kim cương
cũng dùng để sửa đá mài ở những nguyên công có yêu cầu cao về chất lượng bề mặt và
độ chính xác của chi tiết.
Ký hiệu của kim cương tự nhiên là A, còn kim cương nhân tạo là AC
b. Corunđum:

Corunđum là khoáng sản gồm các tinh thể ôxyt nhôm Al
2
O
3
với các hợp chất
khác nhau. Trữ lượng corunđum trong tự nhiên không lớn nên việc sử dụng chúng bị
giới hạn chủ yếu trong các nguyên công mài bóng. Corunđum có ký hiệu là E.
Cacborunđum ( ký hiệu là H): Là những khoáng sản ở dạng hạt nhỏ màu đen
hoặc đen xám, gồm 30 – 60 % corunđum, dùng để chế tạo giấy mài ráp, các sản phẩm
mài dùng cho nguyên công ít quan trọng cũng như dùng mài bóng và mài nghiền một
số chi tiết.
Corunđum điện thu được khi nấu chảy liệu từ quặng thiên nhiên đó là corunđum
lẫn với một lượng rất nhỏ các khoáng sản khác; Corunđum điện được sản xuất với các
nhản hiệu: thường –ET, trắng –EB, mônôcorunđum –M, crômit –EX, titanit –ET.
Corunđum điện thường thu được từ quá trình nấu chảy bôxit trong các lò điện
corunđum nung quặng, chủ yếu gồm ôxyt nhôm, có dải màu sắc từ hồng đến nâu thẫm,


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


10
Tùy thuộc váo hàm lượng ôxyt nhôm, corunđum điện thường được phân thành các
nhãn hiệu: E1, E2, E3 , E5 tương ứng với 91, 92, 93, 94,5% oxyt nhôm.
Corunđum điện trắng thu được từ quá trình nung chảy oxyt nhôm trong lò hồ
quang điện nung quặng, hạt có màu hồng hoặc trắng. Hàm lượng oxyt nhôm trong
corunđum điện trắng cao hơn nhiều so với corunđum điện thường. Hiện nay người ta
chủ yếu chế tạo là corunđum điện trắng nhãn hiệu E9 với hàm lượng oxyt nhôm 99,9%
trở lên.
Corunđum điện crômit ( hồng ngọc): Thu được bằng cách nung chảy oxyt

nhôm pha quặng crôm trong lò điện hồ quang nung quặng, sản phẩm thu được chứa ít
nhất 97% Al
2
O
3
và 0,4 -1,2 Cr
2
O
3
. Hạt EX có màu hồng hoặc màu anh đào thẫm ( như
màu mận chin), có độ ổn định về tính chất cơ lý cao hơn so với EB và có chứa nhiều
đơn tinh thể hơn.
Corunđum điện titan ( xaphia kỹ thuật): thu được cũng bằng cách nung chảy,
nhưng chất pha thêm là titan đioxyt. Dạng hạt của ET cho phép nâng cao khả năng mài
của chúng.
Mônôcorunđum –M (corunđum đơn): Thu được do kết quả tác dụng tương hỗ
giữa silic oxyt ( SiO
2
) và cacbon trong lò điện trở, hàm lượng SiC khoảng 98 -99% và
một lượng rất nhỏ các khoáng sản khác. Trong công nghiệp người ta sản xuất hai dạng
cacbit silic xanh và đen, chúng khác nhau ở màu sắc và một vài cơ tính. Cacbit silic
xanh giòn hơn so với cácbit silic đen.
Cacbit bo: Thu được trong lò điện hồ quang do kết quả tác dụng tương hỗ giữa
Bo oxyt và cốc dầu mỏ ít tro. Cacbit bo là dung dịch đặc của Bo B
4
C với hàm lượng
đến 94% B
4
C, gần 1,5% cacbon tự do và tổng cộng đến 74% bo. Trong công nghiệp,
người ta sản xuất bột mài từ cacbit bo với độ hạt 12 – 4 và bột mài mịn M40, M28.

Cacbit boro silicat: Là vật liệu mài thu được do nung chảy trong lò hồ quang
hỗn hợp bo oxyt, cát và than, có khả năng mài cao hơn so với cacbit bo.
Năm 1957 người ta thu được từ bo nitrua những tinh thể gọi là borazon.
Borazon có độ cứng như kim cương và chịu được nhiệt độ cao ( 1300
o
C).


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


11
Những tính chất cơ bản của vật liệu hạt mài là độ cứng, khả năng mài, độ bền và
độ chịu mòn.
Độ cứng cao của vật liệu mài là đặc điểm khác biệt cơ bản của chúng. Người ta
dùng các phương pháp khác nhau để xác định độ cứng của vật liệu mài. Trong kỹ thuật
phổ biến nhất là dùng phương pháp làm xước bằng đầu nhọn của một vật thể lên bề
mặt một vật thể khác, và phương pháp ép nhẹ khối kim cương hình tháp lên bề mặt vật
liệu thử.
1.1.2. Độ hạt của vật liệu hạt mài:
Hạt là những tinh thể riêng rẽ hay liên tinh thể, hoặc những mảnh tinh thể
thường không đúng hình dạng và có kích thước không quá 5mm
Hạt có ba kích thước cơ bản: chiều dài, chiều rộng và chiều dày. Tuy nhiên để
cho đơn giản, người ta chỉ chọn chiều rộng là kích thước đặc trưng của hạt. Việc sàng
những hạt mài nhỏ thường được thực hiện bằng các lưới rây có lỗ vuông, kích thước lỗ
của lưới được đặc trưng bởi số mắt lưới , nghĩa là số lỗ trên một tấc Anh ( 25,4mm).
Từ năm 1960 Liên xô áp dụng tiêu chuẩn mới theo OCT 3647 – 59 phân loại hạt
theo độ lớn của nó, chuyển sang hệ mét thay cho hệ Anh để phân chia hạt mài theo độ
hạt.
Vật liệu hạt mài phân theo độ lớn của hạt thành các nhóm với các số liệu sau:

Bảng 1.1-Vật liệu mài theo nhóm độ lớn hạt [ 1]
Tên nhóm
Số liệu của hạt
Hạt mài

Bột mài
Bột min
200; 160; 125; 100; 80; 63; 50; 40; 32;
25; 20; 16
12; 10; 8; 6; 5; 4; 3
M40; M28; M20; M14; M10; M7; M5




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


12
Trong những hạt ứng với một số liệu nhất định có thể lẫn cả hạt của các số hiệu
lân cận nhỏ hơn và lớn hơn. Vì vậy mỗi số hiệu được đặc trưng bởi nhóm ( kích
thước): giới hạn, lớn, cơ bản, phức hợp và nhỏ.
Đặc trưng cơ bản của số hiệu độ hạt là số lượng và độ lớn của nhóm cơ bản của
nó. Các giới hạn về kích thước hạt của nhóm cơ bản trình bày ở bảng dưới.

Bảng 1.2 -Các kích thƣớc hạt của nhóm cơ bản của vật liệu hạtmài [ 1]
Ký hiệu độ hạt
Giới hạn kích thƣớc hạt
của nhóm cơ bản

( µm)
Theo OCT
( Đơn vị 0,01mm)
Theo hệ dium
( đơn vị mắt lưới)

200
160
125
100
80
63
50
40
32
25
20
16


12
10
HẠT MÀI
10
12
16
20
24
30
36

46
54
60
70
80

BỘT MÀI
100
120

2500 – 2000
2000 – 1600
1600 – 1250
1250 – 1000
1000 – 800
800 – 630
630 – 500
500 – 400
400 – 315
315 – 250
250 – 200
200 – 160


160 – 125
125 – 100


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
8
6
5
4
3

M40
M28
M20
M14
M10
M7
M5

150
180
230
280
320
BỘT MỊN
_
_
_
_
_
_
_
100 – 80

80 – 63
63 – 50
50 – 40
40 – 28

40 – 28
28 – 20
20 – 14
14 – 10
10 – 7
7 – 5
5 – 3

Mỗi số hiệu hạt mài không chứa dưới 45% nhóm cơ bản, không quá 20% nhóm
lớn hơn và không chứa dưới 90% nhóm phức hợp ( bao gồm các số hiệu cơ bản cùng
các số hiệu lớn và nhỏ lân cận).
Hạt mài không có hình dạng nhất định khi nghiền nhỏ. Chúng thường là những
hình chóp đa diện, lập phương, hình cầu hoặc dạng tấm phẳng .

1.1.3. Phân tích cỡ hạt:
Tính chất và thuộc tính của hạt vật liệu tùy thuộc vào hình dạng, kích thước và
tỷ lệ phân bố kích thước của chúng có trong mẫu vật liệu. Trả lời câu hỏi: “ Hạt là gì?”.
Có thể đó là một điều không dễ dàng, để hiểu cơ bản vấn đề này ta cần đến kết quả của
những kỹ thuật phân tích cỡ hạt khác nhau. Hình dạng hạt và quá trình phân loại hạt
vật liệu là một vấn đề rất phức tạp cho sự phân tích cỡ hạt.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Ví dụ để mô tả những hạt vật liệu, chúng ta cần biết kích thước trung bình của
hạt nằm trong một giới hạn nào đó ở trong khâu sản xuất cuối cùng. Một hạt có thể
được mô tả theo kích thước 3 chiều. Điều quan trọng là chúng ta cần có một phương
pháp luận tiêu chuẩn để xác định số lượng hạt theo từng cỡ và giải thích hình dạng của
chúng.

1.1.3.1 Dạng hạt:
Hạt vật liệu có hình dạng không cụ thể, vì thế chúng ta cũng chưa có cơ sở để
đánh giá kích thước hay sự phân bố số lượng của từng cỡ hạt có trong toàn thể khối
lượng hạt cần xem xét. Hiện cũng chưa có cơ sở lý luận để xem xét kích thước 3 chiều
của hạt, để xét kích thước của một hạt chúng ta cũng cần biểu thị bằng các kích thước
thẳng trong tọa độ 03 chiều, nó có thể biểu diễn dưới hình dạng bề mặt hay hình dạng
thể tích dự kiến của nó.
Dạng hạt có thể định nghĩa trong môi trường 02 chiều hoặc 03 chiều. Đặc trưng
của kỹ thuật 03 chiều là một cách tiếp cận tương đối mới, tuy nhiên nó cho số liệu chưa
đáng tin cậy và phức tạp hơn so với kỹ thuật 02 chiều, kỹ thuật 02 chiều có thể cho kết
quả nhanh và chính xác hơn.
Kỹ thuật 03 chiều yêu cầu những phép đo chính xác vị trí những tọa độ của hạt,
để sử dụng kỹ thuật 03 chiều chúng ta có thể dùng cách chụp cắt lớp hay tạo ảnh kỹ
thuật số mà trong đó cần yêu cầu những máy tính có tốc độ nhanh và độ phân giải cao
về những hình mà nó thu nhận được.
Kỹ thuật 02 chiều chỉ yêu cầu những ảnh phẳng, điều này có thể thu được hình
ảnh của nó bằng cách sử dụng kính hiển vi, phương pháp này nhanh và đáng tin cậy.
Mục tiêu của chúng ta là đưa ra một mô tả định tính những dạng hạt vật liệu mài
tương đối chính xác và kèm theo định nghĩa. Định nghĩa về hình dạng của hạt thường
được sử dụng như sau:
- Hạt hình kim: hạt mảnh khảnh, hạt có chiều rộng và chiều dày tương đối nhỏ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


15
- Dạng hình cột: hạt có chiều dài tương đối, chiều rộng và chiều dày lớn hơn hạt
dạng hình kim.
- Dạng tấm: hạt có dạng tấm phẳng, chiều dài và chiều rộng tương đối, còn
chiều dày nhỏ.
- Dạng hình khối: là hạt có chiều dài, chiều rộng và chiều dày tương tự nhau nó
bao gồm những hạt có hình lập phương hay hình cầu.
Tuy nhiên kiểu mô tả định tính đôi lúc là chưa đầy đủ, điều này yêu cầu có định
nghĩa về hệ số định lượng để đặc trưng cho hình dạng của hạt, để xét hình dạng của hạt
người ta còn xét đến tỷ lệ tương đối giữa chiều dài, chiều rộng, chiều dày và dạng hình
học của chúng.
Tỷ lệ tương đối giữa hai nhân tố của hạt thường được định nghĩa như sau: [12]
Hệ số kéo dài:
p
p
e
b
l
r 

Hệ số dẹt:
p
p
F
t
b
r 

Trong đó:
t
p
: chiều dày của hạt ( khoàng cách nhỏ nhất giữa hai mặt phẳng song song
tiếp tuyến tới những bề mặt đối diện của hạt)
b
p
: chiều rộng của hạt (khoàng cách nhỏ nhất giữa hai mặt phẳng song song và
thẳng góc với các mặt phẳng theo định nghĩa chiều dày)
l
p
: chiều dài của hạt ( khoảng cách giữa hai đường song song mà thẳng góc đối
với các mặt phẳng của định nghĩa chiều dày và chiều rộng.
Dạng hình học của hạt là hệ số dạng thể tích đại diện cho một mẫu hạt có hình
học lý tưởng ( hình lập phương, hình cầu, hình khối có bốn mặt). Một trong số hệ số ở
dạng này, độ tròn được định nghĩa bỡi công thức [ 14]:



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


16

circle
pp
p
d
lb

S

4





Hình 1.1 - Định nghĩa hệ số kéo dài và hệ số dẹt của hạt [ 13]

-d
circle
là đường kính của vòng tròn đường bao của hình chiếu của hạt lên một
mặt phẳng. Độ tròn được giới hạn từ 0 ( cho những hạt rất góc) cho đến 1 đối với
những hạt tròn lý tưởng ( hình cầu)

1.1.3.2 Kích thƣớc hạt:
Chưa có cơ sở lý luận để chúng ta nói tới dạng hạt hay kích thước hạt để từ đó
chúng ta đưa ra định nghĩa đường kính hạt. Đối với một hạt hình cầu thì điều này rất dễ
dàng khi ta xác định đường kính duy nhất của chúng. Đối với những hạt ở dạng khác
thì khái niệm về kích thước yêu cầu định nghĩa bỡi một hoặc nhiều tham số. Thông
thường để thuận lợi nhất người ta dùng đường kính dẫn xuất để đưa ra khái niệm kích
thước hạt. nó được hiểu như là đường kính của một hình cầu tương đương tới thuộc
tính kích thước nào đó của hạt. Đa số người ta sử dụng chiều dài và chiều rộng để biểu
diễn kích thước của hạt, tất cả cách mô tả đường kính dẫn xuất cho kích thước hạt là


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
người ta đồng nhất chiều dài và chiều rộng của hạt vào trong một vòng tròn hoặc hình
cầu tương đương, từ cách đồng nhất như vậy ta có các khái niệm về đường kính của
hạt:
Đường kính chu vi: được định nghĩa như là đường kính một vòng tròn có cùng
chu vi như chu vi hình bao của hạt.
Đường kính bề mặt: là đường kính của một hình cầu có cùng diện tích với diện
tích bề mặt hạt.
Đường kính thể tích: là đường kính của một hình cầu có cùng thể tích với hạt.
Có một cách mô tả thường được sử dụng rộng rãi là đường kính vùng dự kiến,
đó là đường kính của một vòng tròn dự kiến làm sao cho phép hạt nằm ở trong đó với
một vị trí ổn định nhất.
Tùy theo những ứng dụng khác nhau mà người ta đã sử dụng các kiểu mô tả
đường kính dẫn xuất khác nhau. Ví dụ, đường kính lỗ sàng là chiều rộng của lỗ vuông
tối thiểu mà hạt vật liệu có thể đi qua được.
Trong một mẫu vật liệu do có nhiều hạt tạo thành, nó không bao gồm những hạt
có cùng kích thước, mà nó gồm những hạt có hình dạng khác nhau và kích thước hạt
nằm trong một phạm vi nào đó. Bỡi vậy để xác định kích thước của hạt ta cần phải có
những thông tin về kích thước của toàn bộ hạt. Tuy nhiên, ở trong mẫu vật liệu còn có
những hạt có kích thước ngoại lệ không cùng kích thước với các hạt trong mẫu, đôi khi
yêu cầu kích thước trung bình của hạt và sự phân bố của chúng ở trong mẫu.
Nếu một mẫu phù hợp với những đặc trưng có sự phân bố chuẩn thì có thể dùng
kích thước trung bình để mô tả kích thước hạt của mẫu đó và có thể cho phép một sai
số nào đó.
Đường kính trung bình của hạt được tính theo công thức: [17]
i
ii
tb
n
dn

d



.

Trong đó: n
i
là số hạt có đường kính d
i

Sai lệch tiêu chuẩn trong phân bố hạt được tính: [ 10]


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


18


i
iitb
n
ndd




.)(
2



1.2. Phƣơng pháp phân loại hạt mài:
Có nhiều phương pháp phân loại kích thước hạt mài khác nhau.Việc chọn
phương pháp đo phụ thuộc chủ yếu kích thước của hạt mài có trong mẫu. Bảng 1.3
biễu diễn phạm vi đo của một số phương pháp.
Bảng 1.3- Phạm vi đo của mỗi phương pháp đo [15]
Phƣơng pháp đo
Phạm vi đo đƣợc (mm)
Đo bằng kính hiển vi điện tử
0,00001 – 0,001
Lắng cặn ly tâm
0,00001 – 0,01
Đo bằng tia Laze
0,00002 – 0,5
Lắng cặn nhờ trọng lực
0,001 – 0,25
Phương pháp chụp quang học
0,001 – 5
Sàng siêu âm
0,005 - 0,1
Sàng tia khí
0,02 – 0,2
Sàng ướt
0,02 – 5
Sàng khô
0,02 – 125

1.2.1 Phƣơng pháp sàng:
Đây là một kỹ thuật có từ lâu, nhưng nó vẫn được sử dụng vì có lợi thế là đơn

giản và rẻ. Khó khăn chính của phương pháp này là khó thực hiện đo các hạt hình kim,
khi các hạt vật liệu bị ướt và vón cục, hay đo các hạt vật liệu có kích thước bé hơn
38µm.
Sàng là dụng cụ quan trọng để phân loại kích thước hạt, để tiến tới những cái
máy sàng như ngày nay, ban đầu người ta cũng sử dụng những cái sàng bằng tay. Quá
trình sàng thực chất là chúng ta làm cho hạt vật liệu di chuyển trên bề mặt sàng theo


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


19
một phương nào đó, kết quả trong quá trình di chuyển các hạt có kích thước nhỏ hơn
mắt lưới sàng sẽ đi qua lỗ sàng. Trong những năm gần đây chúng ta nhận thấy sự tiến
bộ nhiều mặt của phương pháp sàng. Từ chỗ ban đầu người ta sử dụng những cái sàng
bình thường thì đến bây giờ có thể phân tích đúng đắn kích cỡ hạt bằng những máy
sàng có độ chính xác cao.
1.2.2 Phƣơng pháp lắng cặn:
Đây là phương pháp đo truyền thống thường dùng trong công nghiệp sơn và đồ
gốm. Nguyên lý của phép đo được dựa vào qui luật lắng cặn theo lớp. Sử dụng qui luật
này sẽ nảy sinh một trong các vấn đề: Một là mật độ của hạt có trong mẫu có ảnh
hưởng đến quá trình lắng, hai là phương pháp này không tốt khi các hạt vật liệu có
trong hỗn hợp có độ lắng đọng không ổn định hay có các hạt xảy ra quá trình lắng rất
nhanh và dày đặc.Một điều khác là nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ nhầy của hỗn hợp
lắng, khi thay đổi nhiệt độ thì độ nhầy cũng thay đỗi ( nhiệt độ thay đỗi 1
o
C thì độ nhầy
thay đỗi 2%)[ 10]. Hơn nữa quá trình lắng thường có thời gian rất dài và do đó quá
trình đo diễn ra rất chậm do đó để lặp lại một lần đo là rất chậm. Ngoài ra hình dạng
của hạt cũng ảnh hưởng đến quá trình lắng, qui luật này chỉ phù hợp với những hạt có

dạng hình cầu, trong khi trong mẫu vật liệu còn có các hạt có thể tích hay diện tích có
hình dạng khác. Điều này cho chúng ta thấy các hạt có diện tích mặt lớn sẽ lắng chậm
hơn bỡi vì sức cản của nó tăng so với các hạt hình cầu tương đương với nó. Từ đây
chúng ta thấy nhược điểm của phương pháp này là: Tốc độ đo chậm ( 25 phút đến 1 giờ
cho một lần đo), yêu cầu điều chỉnh nhiệt độ đo chính xác, không có khả năng để xử lý
những pha lẫn mật độ khác nhau.
1.2.3 Phƣơng pháp đo bằng kính hiển vi:
Đây là một kỹ thuật tốt khi nó cho phép quan sát trực tiếp các hạt vật liệu trong
mẫu. do vậy hình dạng của hạt có thể nhìn thấy. Là một phương pháp với chi phí
không cao, với một hệ thống kính hiển vi nào đó ta có thể sử dụng để phân tích ảnh
những hạt đang tồn tại trong mẫu. Tuy nhiên phương pháp này không thích hợp dùng


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


20
để phân loại hạt trong quá trình sản xuất. Bỡi vì phương pháp này chúng ta chỉ khảo sát
được một vài hạt và yêu cầu lấy mẫu tương đối chuẩn.
1.2.4 Phƣơng pháp dùng nhiễu xạ ánh sáng Laser:
Phương pháp này đã trở thành tiêu chuẩn được ưu tiên để đánh giá và kiểm tra
chất lượng trong nhiều ngành công nghiệp. Theo tiêu chuẩn ISO 13320 phạm vi đo
thích hợp của phương pháp từ 0,1 đến 3000 µm. Đây là một phương pháp đo có độ tin
cậy cao. Thiết bị dùng trong phương pháp này gồm:
- Ánh sáng laser như một nguồn sáng mạnh có bước sóng cố định, ánh sáng
laser có bước sóng
63,0

µm thường được sử dụng nhất bỡi vì nó cho ra những kết
quả và tín hiệu tốt nhất so với ánh sáng laser có bước sóng cao hơn.

- Một máy dò tìm thích hợp: thường là một tấm silic cảm quang với một máy dò
tìm.
- Một số thiết bị để tạo cho chùm laser đi xuyên qua mẫu vật liệu cần đo. Những
hạt cần đo có thể được đo bỡi các chùm laser tuần hoàn chiếu qua mẫu vật liệu.
Sự nhiễu xạ ánh sáng laser đem lại những ưu điểm : Không yêu cầu một dụng
cụ theo tiêu chuẩn; làm khô các hạt đo trực tiếp; toàn bộ mẫu đều được đo ( ánh sáng
nhiễu xạ đều đi xuyên qua tất cả các hạt); là phương pháp đo không phá hoại và không
xâm nhập các hạt của mẫu; kết quả đo nhanh.

1.2.5. Phân tích bằng sàng:
Thời gian sàng một mẫu vật liệu phụ thuộc vào việc lựa chọn phương pháp
sàng, có nghĩa phương pháp sàng đó tạo ra chuyển động nằm ngang hay chuyển động
thẳng đứng của hạt, điều đó tạo ra một chuyển động tương đối giữa các hạt vật liệu và
cái sàng. Những hạt đi qua lỗ sàng hoặc giữ lại trên sàng phụ thuộc vào kích thước của
tất cả các hạt trong mẫu. Xác suất để một hạt đi xuyên qua lỗ sàng được xác định tỷ lệ
kích thước hạt với kích cỡ mắt lưới sàng, hướng chuyển động của hạt, số lần những