nghiên cứu nâng cao khả năng chống mài mòn cho bộ khuôn ép gạch mộc thông tâm trong dây chuyền sản xuất vật liệu xây dựng eva350

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******


LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG MÀI MÒN CHO BỘ KHUÔN ÉP
GẠCH MỘC THÔNG TÂM TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG
EVA 350.


Học Viên: Trần Anh Đức
Lớp: CHK12 CTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
HDKH: PGS.TS: Vũ Quí Đạc





THÁI NGUYÊN – 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa, việc chế
tạo các chi tiết, sản phẩm cơ khí để thay thế và sửa chữa trong các thiết bị

máy móc, dây chuyền sản xuất, có chất lượng tốt tương đương sản phẩm mới
hay sản phẩm nhập ngoại nhưng giá thành được các nhà sản xuất trong nước
chấp nhận là một điều có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển của nền công
nghiệp nước ta trong công cuộc hội nhập với nền công nghiệp của thế giới.
Các chi tiết như : vanh ép gạch lát nền, chày cối dập chảy, khuôn ép gạch chịu
lửa hay bộ khuôn trong máy đùn ép gạch của các nhà máy sản xuất gạch
tuynel vv… là những ví dụ tiêu biểu cho trường hợp nói trên. Tuy chúng là
những chi tiết hoặc bộ phận nhỏ trong cả dây truyền sản xuất hoặc thiết bị
máy móc, nhưng chúng có những vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống.
Vì phải làm việc trong môi trường có cường độ mài mòn cao, lực va đập lớn,
ma sát lớn …. Nên các bộ phận này có tuổi thọ rất kém, luôn phải sửa chữa và
thay thế, dẫn đến năng suất sản xuất và hiệu quả kinh tế bị giảm đi đáng kể.
Chính vì vậy, mà việc nghiên cứu để tìm ra biện pháp nâng cao chất lượng
của các bộ khuôn là một sự cần thiết cho khoa học và cho thực tiễn. Đây là cơ
sở cho việc thiết kế và chế tạo các bộ khuôn, đặc biệt là bộ khuôn dành cho
máy đùn ép gạch trong dây truyền sản xuất của các nhà máy sản xuất gạch
tuynel. Nó đáp ứng được nhu cầu rất cấp thiết hiện nay của các nhà máy sản
xuất gạch tuynel trên cả nước nói chung và các nhà máy sản xuất gạch ở tỉnh
Thái Bình nói riêng.
Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu nâng cao khả năng chống mài mòn cho bộ
khuôn ép gạch mộc thông tâm trong dây chuyền sản xuất vật liệu xây dựng
EVA 350.” nhằm nâng cao năng suất, hạ giá thành sản phẩm là rất cần thiết
cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng hiện nay.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3
2. Ý nghĩa của đề tài
* Ý nghĩa khoa học :
Kết quả của việc nghiên cứu sẽ góp phần bổ sung cho cơ sở lý thuyết về
tương tác ma sát và mòn giữa nguyên liệu làm gạch và khuôn, từ đó đưa ra
các giải pháp công nghệ chế tạo khuôn, đặc biệt là bộ khuôn làm gạch thông

tâm trong máy đùn ép chân không của hệ thống sản xuất gạch tuynel.
* Ý nghĩa thực tiễn :
Thiết kế chế tạo được bộ khuôn gạch trong máy đùn ép chân không của hệ
thống sản xuất gạch tuynel có chất lượng cao sẽ đáp ứng được nhu cầu rất cấp
thiết về chất lượng và hiệu quả của các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng ở
nước ta nói chung và ở địa phương tỉnh Thái Bình nói riêng.
3. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Mục đích cơ bản của đề tài là nghiên cứu nâng cao khả năng chống mài mòn
cho bộ khuôn ép gạch mộc thông tâm của máy đùn ép chân không EVA 350
trong hệ thống sản xuất gạch tuynel của một số công ty sản xuất vật liệu xây
dựng trên địa bàn tỉnh Thái Bình.
- Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao chất lượng chế tạo như : chọn vật liệu,
chế độ gia công cơ, nhiệt luyện cho đến cách lựa chọn phối hợp nguyên vật
liệu trong quá trình sản xuất gạch tuynel.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài này sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với nghiên cứu
thực nghiệm.
5. Phạm vi nghiên cứu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4
Nghiên cứu về các giải pháp nhằm nâng cao độ chống mài mòn và thời
gian làm việc đối với bộ khuôn của máy đùn ép chân không trong hệ thống
dây chuyền sản xuất gạch tuynel EVA 350 do công ty cơ khí xây dựng số 4
sản xuất được sử dụng tại các nhà máy sản xuất gạch ngói, VLXD huyện Vũ
Thư, huyện Hưng Hà tỉnh Thái Bình.
6. Nội dung nghiên cứu
Chương 1 : Tổng quan về dây chuyền sản xuất gạch thông tâm và bộ khuôn
ép trong máy nhào trộn chân không.
Chương 2: Nghiên cứu mòn và các yếu tố ảnh hưởng tới mòn khuôn.
Chương 3 : Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm.

Chương 4 : Kết quả và bàn luận.










Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
5
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT GẠCH THÔNG TÂM VÀ
BỘ KHUÔN ÉP TRONG MÁY NHÀO ĐÙN CHÂN KHÔNG.
1. Giới thiệu chung.
Ngày nay cùng với sự phát triển của đất nước ngành cơ khí nói chung
và cơ khí gia công nói riêng cũng không ngừng phát triển cả về chiều sâu,
chiều rộng. Cơ khí được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực từ nông nghiệp,
sản xuất dân dụng, y tế, xây dựng, quốc phòng v v…
Đối với ngành công nghiệp xây dựng, cơ khí đóng một vai trò then chốt
trong việc cơ giới hóa quá trình sản xuất, từ các thiết bị vận chuyển, nâng hạ
đến sản xuất vật liệu xây dựng. Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây
dựng như: khai thác cát, đá, sản xuất xi măng, gạch, ngói, đá ốp lát…ngày
càng được áp dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật. Trong đó có sự
góp mặt của ngành cơ khí với mức độ, quy mô ngày càng tiên tiến và đa dạng
hơn.
Số lượng các công trình xây dựng bao gồm: xây dựng dân dụng và xây
dựng công nghiệp ngày càng tăng, làm cho nhu cầu về vật liệu xây dựng ngày

càng lớn nhất là với loại vật liệu xây dựng phổ thông như: gạch lát nền, gạch
xây, ngói. Chính vì vậy, sự ra đời của các dây chuyền sản xuất gạch, ngói của
các Công ty cơ khí trong và ngoài nước là nhu cầu tất yếu. Chúng đa dạng về
chủng loại, kiểu dáng, quy mô… như dây chuyền sản xuất gạch tuynel của
Công ty cổ phần cơ khí số 4 Bộ xây dựng, Công ty cổ phần máy và thiết bị
xây dựng Viglacera, hay dây chuyền của Công ty cổ phần cầu Đuống là
những dây chuyền do các công ty trong nước sản xuất. Còn các công ty nước
ngoài cũng tham gia vào lĩnh vực này như:
Công ty DEYI HEAVY của Trung
Quốc hay Chang Yil của Đài Loan, Công ty Tháng Mười Đỏ (CH
Ucraina)… với
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6
công suất và giá thành đa dạng theo nhu cầu của các cơ sở sản xuất vật liệu
xây dựng.
Trong quá trình sản xuất, vấn đề được đặt ra là có rất nhiều chi tiết cần
phải sửa chữa hoặc thay thế mà những nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng
phải mua đồng bộ từ phía nhà sản xuất hoặc nhập khẩu dẫn đến làm tăng chi
phí và giảm hiệu quả sản xuất, trong khi sự cạnh tranh về giá thành và chất
lượng của sản phẩm là rất gay gắt. Do đó để có thể sản xuất được các sản
phẩm chi tiết thay thế với chi phí hợp lý và hiệu quả cao là điều mà các nhà
sản xuất vật liệu xây dựng đang rất mong chờ. Đối với dây chuyền sản xuất
gạch thì các chi tiết cơ khí phải sửa chữa và thay thế nhiều nhất nằm trong
thiết bị máy đùn ép chân không của dây chuyền. Ở đó các chi tiết phải sửa
chữa và thay thế thường xuyên như: dao xé đất, trục vít tải sơ cấp và thứ cấp,
xilanh, đầu đùn và khuôn ép tạo hình sản phẩm .
Hiện nay, một số công ty chế tạo cơ khí đã sản xuất các chi tiết phục vụ
cho việc thay thế, sửa chữa cho các dây chuyền, thiết bị trong ngành sản xuất
vật liệu xây dựng như khuôn, trục xoắn ruột gà (vít tải), đầu đùn Hay một số
cá nhân đã có những đề tài nghiên cứu nhằm cải tiến công nghệ, thiết kế sản

xuất các chi tiết thay thế có chất lượng tương đương nhập ngoại như đề tài
nghiên cứu cơ chế mòn khuôn ép gạch ceramic, tính độ tin cậy và tuổi bền
của vanh ép gạch ceramic đã thu được những thành công nhất định.Tuy nhiên,
chưa có đề tài nào đề cập đến vấn đề nghiên cứu để nâng cao khả năng chống
mài mòn hay nâng cao tuổi thọ cho các chi tiết trong dây chuyền sản xuất
gạch tuynel. Chính vì vậy và dưới sự định hướng của giáo viên hướng dẫn
chính PGS.TS Vũ Quí Đạc tác giả đã quyết định bắt tay vào nghiên cứu về cơ
chế gây ra mòn đối với các chi tiết này và giải pháp để nâng cao giới hạn
chống mài mòn hay nói cách khác là nâng cao tuổi thọ của chúng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7
Để hiểu rõ cấu tạo cũng như quá trình làm việc của khuôn ép trước tiên
tác giả xin giới thiệu tổng quan về sơ đồ và nguyên lý hoạt động của dây
chuyền và cấu tạo khuôn ép tạo hình của máy nhào đùn chân không trong dây
chuyền sản xuất gạch tuynel.
2. Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất gạch tuynel EVA350













Hình I.1. Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất gạch tuynel EVA350

3. Các thông số và đặc tính kỹ thuật của một số thiết bị cơ bản trong dây
chuyền
Than/phụ gia
(trấu,mùn cưa,
xỉ than)
Thùng cấp liệu
Nguyên liệu
(đất sét, đất
pha cát)
Máy nghiền xa
luân
Máy cán thô
Máy nhào lọc
hai trục
Máy cán mịn
Ra gạch, phân
loại và xếp kho
Kiểm tra
SP, nghiệm thu
nhập kho
Vận chuyển,
xếp, phơi khô
Sấy, nung lò
tuynel
Máy cắt viên
Phân loại, vận
chuyển,xếp gòng
Máy nhào đùn
chân không
Nước

Máy nghiền
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8
3.1 Máy thùng cấp liệu
Đặc tính máy:
Thiết bị bao gồm các phần: chứa, dẫn động, vận chuyển.

Hình I.2. Máy thùng cấp liệu
Thông số:
Tên
Đơn vị
GD 80
Năng suất
m
3
/h
22 - 23
Rộng
Mm
800
Chiều rộng tiếp liệu
Mm
100
Điện năng tiêu thụ
kW
7.5

3.2. Máy nghiền trộn trục đôi

Hình I.3. Máy nghiền trộn trục đôi SJ3200

Máy nghiền trộn trục đôi SJ3200
Máy thùng cấp liệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9
Máy trộn hai trục có chức năng: Trộn, đùn, cắt và tách các tạp chất.
Thông số máy:
Tên
Đơn vị
SJ3200
Năng suất
m
3
/h
30 - 40
Chiều dài trộn
Mm
3200
Khoảng cách tâm trục
Mm
350
Công suất điện năng
kW
37

3.3 Máy nghiền trục lô SGP 800 x 600

Hình I.4. Máy nghiền trục lô SGP 800 x 600
Thông số máy:
Tên
Đơn vị

SGP 800 x 600
Năng suất
m
3
/h
23 – 35
Kích thước lô
Mm
800 x 600
Khe hở
Mm
2 - 3
Công suất điện năng
kW
18.5

3.4 Máy nhào đùn chân không
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10
Nguyên liệu đã qua xử lý được đưa vào buồng đùn dẻo rồi đưa sang buồng
chân không sau đó được đùn ra ngoài tạo hình dây gạch.

Hình I.5. Máy nhào đùn chân không
Thông số kỹ thuật của máy:
Tên
Đơn vị
EVA 350
Năng suất
SP gạch/h
1000 – 1300

Đường kính đầu đùn
Mm
350
Áp lực đùn cao nhất
Mpa
2.5 - 3.0
Áp suất chân không
Mpa
- 0.092
Kích thước máy
Mm
6625 x 1800 x 1608
Trọng lượng máy
Kg
15000
Công suất điện năng
kW
18.5

3.5 Bơm hút chân không
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11
Hình I.6. Bơm chân không

Thông số kỹ thuật:
Tên
Đơn vị
2SK-6
Công suất hút
m

3
/min
4
Kích thước lô
Mpa
-0.098
Tốc độ trục
r.p.m
1460
Công suất điện năng
kW
10

4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống dây chuyền
Ban đầu các nguyên liệu được chuyên chở và tập kết tại các kho chứa,
đối với đất thì được ủ từ trước (khoảng 1 – 3 tháng) để đất được phong hóa
hoàn toàn. Sau đó được gạt tới hộp tiếp liệu để vận chuyển đến máy cán thô
nhờ hệ thống băng tải. Tại đây đất được nghiền sơ bộ xuống các kích thước
tương đối đồng đều hơn, sau đó được đưa tới máy nghiền hai trục (máy cán
mịn).
Tại một nhánh khác của dây chuyền, than (hoặc có thêm xỉ than) được
máy nghiền, nghiền nhỏ với kích thước hạt đồng đều do được lọc qua một
lưới sàng lọc rồi được chuyển lên băng tải cùng một số nguyên liệu như: mùn
cưa, trấu (tùy từng cơ sở sản xuất) đến máy nghiền trục đôi (máy cán mịn) để
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12
hòa trộn đồng đều cùng đất. Sau đó hỗn hợp nguyên liệu này được chuyển tới
máy nhào đùn chân không. Tại đây, một lần nữa nguyên liệu được trộn đều
nhờ hai trục vít tải sơ cấp trong không gian của buồng trộn nhằm đạt được tối
đa sự đồng đều giữa đất, than, xỉ than, trấu rồi nguyên liệu bị đẩy vào buồng

chân không, ở đây một trục vít tải thứ cấp có nhiệm vụ đùn toàn bộ nguyên
liệu này đi qua khuôn tạo hình. Sau khi đạt được hình dáng, kích thước (về
tiết diện mặt cắt ngang) thì các dây gạch này đi qua máy cắt để cắt chia viên
và vận chuyển tới bãi, kho phơi - sấy nhờ hệ thống băng tải hoặc công nhân
xếp dỡ. Như vậy quy trình tạo hình mộc đã được hoàn tất và tiếp theo là quy
trình sấy nung. Gạch được vận chuyển xếp lên goòng đưa vào lò qua các công
đoạn sấy, nung. Sau khi gạch đã chín thì được đưa ra ngoài phân loại và xếp
kho, đây cũng là công đoạn cuối cùng của dây chuyền sản xuất gạch tuynel.
5. Cấu tạo máy nhào đùn chân không EVA 350

Hình I.7. Hình ảnh máy nhào đùn chân không EVA 350
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13


Hình I.8. Hình vẽ sơ đồ cấu tạo của máy nhào đùn chân không
Ghi chú:
STT
Tên gọi
1
Bộ ly hợp
2
Cánh gạt đất (cánh chém đất)
3
Bộ trục vít tải sơ cấp (2 trục)
4
Buồng chân không
5
Họng (khoang) đùn
6

Động cơ điện
7
Mặt gá khuôn
8
Trục vít tải thứ cấp
9
Ổ tỳ (ổ chặn)
10
Thân máy
6
1
9
8
2
4
3
7
5
6
10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
14


Trục vít tải thứ cấp Cánh chém và đầu đùn đất

Họng (khoang) đùn
Hình I.9. Hình ảnh những chi tiết, bộ phận của máy đùn ép chân không
6. Cấu tạo khuôn ép tạo hình gạch
Tùy vào từng cơ sở sản xuất mà người ta có những bộ khuôn tương ứng

dành cho những loại sản phẩm khác nhau .Ví dụ khuôn cho gạch đặc, khuôn
cho gạch 2 lỗ, 4 lỗ, 6 lỗ, 8 lỗ hay gạch thẻ lát nền, ngói
Trong đề tài luận văn này tác giả chỉ đề cập đến loại khuôn của gạch
thông tâm 2 lỗ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
15

Hình I.10. Hình ảnh khuôn ép và sản phẩm gạch
60
±1
±1
±0,5
18
220
120
100
10
184
±1
±0,5
±0,5
±0,5
±1
10
50
25
6 l? Ø16
60
60
60

60
340
290 25
10
±0,5
±0,5
±0,5±0,5
±1
±0,5
±0,5
270
±0,5
+1
±1
145
±0,5

Hình I.11. Bản vẽ kỹ thuật khuôn ngoài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
16
Hình I.12. Bản vẽ kỹ thuật của thành và lõi khuôn
1. Thành khuôn: Có tác dụng liên kết giữa khuôn ngoài và lõi khuôn, đồng
thời dùng để lắp với họng đùn.
2. Khuôn ngoài: Có tác dụng tạo hình dáng bên ngoài của chi tiết sản phẩm.
3. Lõi khuôn: Tạo hình dạng lỗ của gạch, kết hợp với khuôn ngoài tạo ra hình
dáng của sản phẩm (tiết diện ngang của viên gạch).

a. Thành và lõi khuôn b. Khuôn ngoài
Hình I.13. Hình ảnh lõi khuôn,thành khuôn và khuôn ngoài

7. Nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép
Khuôn ép có nhiệm vụ tạo hình cho sản phẩm trong quá trình sản xuất
tạo mộc của dây chuyền. Khi sản phẩm đi ra khỏi khuôn yêu cầu không bị
nứt, rạn. Bề mặt của sản phẩm phải đạt độ nhẵn bóng và quan trọng nhất là
sản phẩm phải đạt độ chính xác cần thiết về hình dáng và kích thước
* Chức năng làm việc và yêu cầu kỹ thuật của khuôn:
- Khuôn ngoài được bắt chặt vào thành khuôn bằng 8 đai ốc M10.
- Khuôn trong được hàn chặt vào thành khuôn và liên kết với nhau nhờ các
thanh giằng.
- Dung sai chế tạo lỗ tạo hình của khuôn ngoài theo chiều dài : ± 0,2mm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
17
- Dung sai chế tạo lỗ tạo hình của khuôn ngoài theo chiều rộng : ± 0,1mm.
Trong quá trình làm việc mặt trong của thành khuôn tiếp xúc trực tiếp
với nguyên liệu, lực ép lớn và điều kiện làm việc liên tục lên bị mòn rất mạnh.
Chính vì vậy khuôn phải có độ cứng cao mà không bị nứt (độ cứng đạt từ 40
HRC trở lên). Khuôn ép ngoài khi còn mới có kích thước lỗ tạo hình là 60 x
100 bị mòn cho đến khi kích thước lên đến 63 x 104 hoặc kích thước 62 x 100
bị mòn cho đến khi lên đến 65 x 105 thì chi tiết khuôn đó phải thay thế. Đôi
khi kích thước khuôn không mòn đều mà nó mòn lệch dẫn đến sai lệch về
hình dáng của sản phẩm thì cũng phải thay thế khuôn mới. Đường kính chuẩn
của lỗ khi khuôn chưa mòn là Ø30 và mòn xuống còn Ø26 thì phải thay thế.
* Kích thước gạch chuẩn của các cơ sở sản xuất này cụ thể như sau:
- Công ty CP VLXD Quang Lân và Công ty CP Long Hưng đều có
kích thước khuôn là 60 x 100 và với kích thước lỗ đều là Ø30.
- Công ty CP VLXD Vũ Thư có kích thước khuôn là 62 x 100 và với
kích thước lỗ là Ø30.
CHƢƠNG II
NGHIÊN CỨU VỀ MÒN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN
MÒN KHUÔN

1. Khái niệm về mòn:
Mòn là hiện tượng phá huỷ bề mặt hay sự tách vật liệu từ một hoặc cả
hai bề mặt trong chuyển động trượt, lăn hoặc va chạm tương đối với nhau.
Hay nói cách khác mòn xảy ra do sự tương tác của các nhấp nhô bề mặt.
Trong quá trình chuyển động tương đối, đầu tiên vật liệu trên bề mặt
tiếp xúc có thể bị biến dạng do ứng suất ở đỉnh các nhấp nhô vượt quá giới
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
18
hạn dẻo, nhưng chỉ một phần rất nhỏ hoặc không chút vật liệu nào tách ra.
Sau đó vật liệu bị tách ta từ một bề mặt dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tách ra
thành những hạt mài rời. Trong trường hợp vật liệu chỉ dính từ bề mặt này
sang bề mặt khác, thể tích hay khối lượng mòn ở vùng tiếp xúc chung bằng
không mặc dù một bề mặt vẫn bị mòn. Ta có thể định nghĩa mòn nói chung
dựa trên sự mất mát của vật liệu, nhưng sự phá huỷ của vật liệu do biến dạng
mà không kèm sự thay đổi về khối lượng hoặc thể tích của vật cũng là một
dạng mòn.
Giống như ma sát, mòn không phải là tính chất của một vật liệu mà là
sự phản ứng của một hệ thống. Các điều kiện vận hành sẽ ảnh hưởng trực tiếp
tới mòn ở bề mặt tiếp xúc chung. Rất sai lầm đôi khi cho rằng ma sát lớn trên
bề mặt tiếp xúc chung là nguyên nhân mòn với tốc độ cao. Ví dụ các cặp bề
mặt tiếp xúc sử dụng chất bôi trơn rắn và chất dẻo cho ma sát tương đối thấp
nhưng mòn lại tương đối cao, trái lại ceramics cho ma sát trung bình nhưng
mòn lại rất thấp. Thường hệ số ma sát trượt của đa số cặp vật liệu thay đổi
trong phạm vi từ 0,1 đến 1 nhưng tốc độ mòn có thể thay đổi trong phạm vi
rất lớn. Điều này được giải thích là do mòn liên quan đến nhiều hiện tượng đa
dạng kết hợp với nhau theo kiểu không thể dự đoán trước được và thay đổi
trong phạm vi rộng.
Mòn có thể có hại hoặc có lợi. Khi viết bằng bút chì, mài, đánh bóng và
cạo là các ví dụ về mòn có lợi. Mòn là điều không mong muốn trong các bộ
phận và chi tiết như ổ, phớt, bánh răng và cam. Chi tiết có thể phải thay thế

khi bị mòn một lượng rất nhỏ hoặc nếu như bề mặt bị quá ráp. Trong các hệ
được thiết kế tốt về ma sát, mòn và bôi trơn, quá trình mòn xảy ra rất chậm
nhưng ổn định và liên tục. Tuy nhiên sự sinh ra và tuần hoàn của các hạt mài
trên các bề mặt tiếp xúc chung có kích thước lớn hơn khe hở tiếp xúc có thể
tạo nên tác dụng nghiêm trọng hơn là lượng mòn thực tế.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
19
Trong phần này tác giả sẽ đề cập đến một vài cơ chế mòn và các dạng
mòn cũng như các yếu tố làm mòn vật liệu khuôn.
2. Các dạng mòn có thể xảy ra đối với chi tiết khuôn ép
2.1 Mòn do dính:
Mòn do dính xảy ra khi hai bề mặt rắn, phẳng trượt so với nhau. Dính
xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dưới tác dụng của tải trọng pháp
tuyến, khi sự trượt xảy ra vật liệu ở vùng này bị trượt ( biến dạng dẻo) dính
sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời. Một số mảnh mòn còn
được sinh ra do quá trình mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô.
Khi hai vật liệu khác loại kết hợp với nhau, các mảnh mòn của cả hai
loại vật liệu đều được tạo thành tuy nhiên các mảnh từ vật liệu mềm hơn
thường lớn hơn. Sự tồn tại các khuyết tật và vết nứt trong vật liệu cứng hơn
tạo nên các vùng cục bộ có sức bền thấp. Khi những vùng này trùng với các
vùng cục bộ có sức bền cao của vật liệu mềm hơn sẽ tạo nên các mảnh mòn
của vật liệu cứng hơn. Những mảnh mòn loại này cũng có thể tạo nên do mỏi
sau một số chu kỳ chịu tải và bỏ tải.
2.2 Mòn do cào xƣớc:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
20

Hình 2.1 : Sơ đồ (a) bề mặt cứng và nhám hoặc bề mặt gắn các hạt
cứng trượt trên bề mặt mềm hơn (b) các hạt cứng tự do kẹt giữa các bề mặt
trong đó ít nhất một bề mặt có độ cứng thấp hơn hạt cứng.

Mòn do cào xước xảy ra khi các nhấp nhô của một bề mặt cứng và ráp
hoặc các hạt cứng trượt trên một bề mặt mềm hơn và phá huỷ bề mặt tiếp xúc
chung bằng độ biến dạng dẻo hoặc nứt tách. Trong trường hợp vật đối tiếp là
vật liệu dẻo có độ dai và đập cao ( kim loại và hợp kim ), đỉnh các nhấp nhô
cứng hoặc các hạt cứng sẽ gây nên biến dạng dẻo của vật liệu mềm hơn trong
cả trường hợp tải nhẹ nhất. Trong trường hợp vật liệu giòn có độ dai đập thấp,
mòn xảy ra do nứt tách khi đó trên vùng mòn nứt tách là biểu hiện chủ yếu.
Có hai trường hợp mòn do cào xước. Trong trường hợp thứ nhất (cào
xước hai vật) bề mặt cứng là bề mặt cứng hơn trong hai bề mặt trượt (hình a).
Mòn sẽ không xảy ra nếu bề mặt cứng hơn tuyệt đối phẳng và nhẵn.Trong
trường hợp thứ hai (cào xước ba vật), bề mặt cứng là bề mặt thứ ba, các hạt
cứng nằm giữa hai bề mặt khác và đủ cứng để mài một trong hai bề mặt này
( hình b). Mòn cũng không thể xảy ra nếu các hạt mài quá bé hoặc mềm hơn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
21
các bề mặt trượt. Trong nhiều trường hợp mòn bắt đầu do dính tạo nên các hạt
mòn ở vùng tiếp xúc chung, các hạt mòn này sau đó bị ôxy hoá, biến cứng và
tích tụ lại là nguyên nhân tạo nên mòn hạt cứng ba vật. Trong một số trường
hợp hạt cứng sinh ra và đưa vào hệ thống trượt từ môi trường.
Các nghiên cứu thực nghiệm về mòn do hạt cứng cho thấy hiện tượng
cào xước trên bề mặt mềm hơn thể hiện bằng hàng loạt các rãnh song song
với hướng trượt. Trên mặt cắt ngang biến dạng dẻo của các lớp dưới bề mặt ít
hơn so với mòn do dính.Tuy nhiên độ cứng tế vi của bề mặt mòn tăng từ 10 -
80%.
2.2.1 Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo
Vật liệu tách khỏi bề mặt thông qua biến dạng dẻo trong qua 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.
Cày là hiện tượng tạo rãnh do hạt cứng trượt và gây ra biến dạng dẻo
của vật liệu mềm hơn. Trong quá trình cày, vật liệu bị biến dạng 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 khỏi cơ chế mỏi chu kỳ thấp. Quá trình cày cũng
gây nên biến dạng dẻo của các lớp dưới bề mặt và có thể góp phần vào sự
hình thành mầm các vết nứt tế vi. Quá trình chịu tải và bỏ tải tiếp theo ( 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
nhỏ và vật liệu bị biến dạng sẽ dịch chuyển sang hai bên của rãnh.
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 trà sát trên bề mặt sẽ tạo nên một
rãnh và một lượng vật liệu bị dồn ép ở phía trước của nó. Điều này thường
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
22
xảy ra khi tỷ số giữa sức bền cắt của bề mặt tiếp xúc chung đối với sức bền
cắt trong lòng vật liệu cao ( 0,5 – 1). Khi này 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.
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.
Challen và Oxley đã phân tích ba chế độ biến dạng phân biệt trên của
mòn do cào xước sử dụng vùng đường trượt gây ra bởi một phấp nhô bề mặt
lý tưởng ( chêm 2D). Theo phân tích này vật liệu giả thiết là tuyệt đối dẻo và
các đỉnh phấp nhô chỏ chịu biến dạng phẳng. Hình 2.5 (a) chỉ ra chế độ này
trong đó vật liệu bị dồn sang hai bên của rãnh tạo nên bởi hạt cứng.

Hình 2.2. Sơ đồ vùng đường trượt của ba chế độ biến dạng của vật liệu
rắn, tuyệt đối dẻo gây ra bởi sự trượt của hình nêm phẳng cứng từ phải qua
trái (a) cày (b) sự hình thành vật liệu dồn ép (c) cắt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
23

(a) (b) (c)
Hình 2.3. (c) chỉ ra chế độ cắt, vật liệu phía trước của hạt cứng bị cắt ra
do bị biến dạng trong vùng biến dạng thứ nhất tạo thành phoi. Hình 2.5 (b) chỉ
ra chế độ hình thành vật liệu bị dồn ép ở phía trước hạt cứng. Sự dính xảy ra
giữa mặt trước của hạt cứng và vật liệu bị đẩy dồn ra khỏi bề mặt. Một phần
vật liệu này bị dồn sang hai bên, phần còn lại dính ở phía trước hạt cứng và
cuối cùng bị tách ra giống như trường hợp cắt. Đối với kim loại dẻo, các cơ
chế cày, dồn ép và cắt được quan sát trên hình II.5
Hokkirigawa và Kato đã nghiên cứu lực liên quan đến từng chế độ này.
Các yếu tố quyết định là góc tiếp xúc Ө, mức độ chìm sâu của hạt cứng và sức
bền cắt của bề mặt tiếp xúc chung. Mức độ chìm sâu của hạt cứng là tỷ số
giữa chiều sâu rãnh và bán kính tiếp xúc, sức bền cắt bề mặt là tỷ số giữa sức
bền bề mặt và sức bền trong lòng vật thể. Trong trường hợp hạt cứng có đầu
nhọn sẽ tồn tại một góc tiếp xúc giới hạn chuyển từ cày và dồn ép sang cắt.
Góc tiếp xúc giới hạn này phục thuộc vào vật liệu bị mòn. Mức độ chìm sâu
giới hạn từ cày và dồn ép sang cắt sẽ tăng khi hệ số ma sát tăng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
24
2.2.2 Mòn do cào xƣớc bằng nứt tách

Hình 2.4. Sơ đồ cơ chế mòn gây ra bởi hạt cứng sắc khi trựơt trên mặt
phẳng của vật liệu dòn do nứt ngang ( lateral fracture).
Khảo sát một hạt cứng sắc trượt trên mặt phẳng của một vật rắn dòn.
Khi tải trọng pháp tuyến còn nhỏ, hạt cứng sắc chỉ gây ra biến dạng dẻo trên
mặt vật rắn và mòn xảy ra do biến dạng dẻo. Khi tải trọng pháp tuyến vượt
qua một giá trị nào đó mòn do nứt ngang làm tăng đột ngột tốc độ mòn.
Tải trọng giới hạn tỷ lệ với

3
trong đó H/K
c
gọi là chỉ số độ dòn, H
là độ cứng và K
c
là độ dai va đập.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
25

Hình 2.5. Sự hình thành và phát triển của vết nứt trong các chu kỳ
chịu và nhấc tải của kính đá vôi sử dụng mũi hình tháp nhọn.
Từ hình 2.10 có thể thấy rằng các vết nứt ngang phát triển từ ứng suất
dư gây ra khi vật liệu bị biến dạng. Chiều dài lớn nhất của vết nứt vì thế chỉ
được phát hiện khi hạt cứng rút ra khỏi bề mặt. Khi hạt cứng trượt trên bề
mặt, các vết nứt ngang sẽ phát triển lên phía trên tới bề mặt từ vùng dưới bề
mặt bị biến dạng. Các mảnh mòn được tách ra dưới dạng các mảnh đa điện từ
vùng giới hạn bởi các đường nứt ngang tới bề mặt trượt.
Chiều dài vết nứt của hạt cứng trượt trên bề mặt vật dòn trên hình 2.9
được xác định như sau: