Nghiên cứu thiết kế công nghệ chế tạo khuôn ép ngói

VIỆN CÔNG NGHỆ








BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NGÓI
PHỤ KIỆN CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NGÓI MÀU
GIA CƯỜNG SỢI

CNĐT: NGUYỄN THÀNH LONG











8319

HÀ NỘI - 2010

Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
1
MỤC LỤC

Trang
MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4
1.1. Sơ lược về sản xuất ngói màu gia cường sợi
4
1.1.1 Giới thiệu sản phẩm ngói màu 4
1.1.2 Công nghệ sản xuất ngói màu gia cường sợi 6
1.2. Tính chất và đặc điểm của công đoạn ép ngói 9
1.3. Đặc điểm và vai trò của ngói phụ kiện (Under Cover) 11
1.4. Đặc điểm và vai trò khuôn ép ngói 12
Kết luậ
n chương 1 15
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHUÔN NGÓI PHỤ KIỆN 16
2.1. Cơ sở thiết kế 16
2.2. Thiết kế khuôn ép ngói phụ kiện 16
2.3. Tính toán kiểm nghiệm độ bền 22
2.3.1 Tính toán các bộ phận của bộ khuôn ngói bằng chương trình
phần tử hữu hạn
22
2.3.2 Một số kết quả tính toán các bộ phận của bộ khuôn ngói bằng
chương trình PTHH

23
2.4. Hồ sơ thiết kế 29
K
ết luận chương 2 29
CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NGÓI PHỤ KIỆN 30
3.1. Chuẩn bị phôi 32
3.2. Mô hình hoá 32
3.3. Chọn phương pháp và máy gia công 33
3.4 Mô phỏng quá trình gia công bằng phần mềm MasterCam 33
3.5. Gia công chế tạo 34
3.6. Nhiệt luyện 34
3.7. Kiểm tra và lắp ráp 35
36
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
2
Kết luận chương 3
CHƯƠNG 4. KHẢO NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 37
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO 41
PHỤ LỤC 42

Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
3
MỞ ĐẦU
Công nghệ sản xuất ngói màu trên thế giới đã phát triển trong một thời gian
dài và đã đạt được một số thành tựu nhất định. Trên cơ sở những kết quả đạt
được trong thời gian gần đây một số doanh nghiệp trong nước đã tiếp cận và
liên kết để xây dựng lắp đặt các dây chuyền sản xuất gạch ngói tiên tiến theo
tiêu chuẩn của Nh
ật, EU. Thông qua đó các dây chuyền sản xuất theo dạng
chuyển giao công nghệ ra đời đem lại các sản phẩm chất lượng cao, đủ điều
kiện xuất khẩu cạnh tranh với những thị trường khó tính khắt khe về yêu cầu
chất lượng, mẫu mã của sản phẩm.
Tuy nhiên một vấn đề đặt ra là một số thiết bị, phụ kiện trong dây chuyền
sản xuất
ở dạng đặc biệt được nắm giữ và cung cấp bởi các đối tác nước
ngoài, điều này dẫn đến sự phụ thuộc vào mức độ cung cấp các thiết bị, phụ
kiện trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp trong nước khi dây chuyền
hoạt động.
Công ty Sản xuất và Thương mại Tân Thuân Cường (TTC) hiện nay đã lắp
đặt một dây chuyền sản xuất ngói màu cao cấp theo phươ
ng pháp ép thông
qua chuyển giao công nghệ với đối tác là Công ty Fuji Slate (Nhật Bản).
Trong dây chuyền này, hầu hết các thiết bị được chế tạo trong nước – do Viện
Công nghệ, Bộ Công Thương chế tạo. Tuy nhiên, một số thiết bị vẫn trực tiếp
phải nhập khẩu từ Nhật Bản như: khuôn ép ngói, sơn phủ bề mặt, sợi tổng
hợp PVA (Polyvinyl Alcohol)…Chính vì vậy để chủ động hơn trong sả
n xuất
công ty TTC đã có những kế hoạch tìm hiểu nghiên cứu và chế tạo một số

thiết bị của dây chuyền bằng nguồn nội lực sẵn có trong nước.
Trong báo cáo này chúng tôi xin trình bày nghiên cứu, thiết kế một thiết bị
quan trọng trong công đoạn ép ngói là khuôn ép, cụ thể là khuôn ép ngói phụ
kiện (Under Cover). Báo cáo xây dựng quy trình thiết kế, chế tạo khuôn ép
ngói phụ kiên…của bộ khuôn ép ngói màu cao cấp, đây là cơ sở để
sử dụng
cho việc thiết kế chế tạo bộ khuôn ép ngói màu cao cấp của các doanh nghiệp
trong nước.

Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Sơ lược về sản xuất ngói màu gia cường sợi
1.1.1. Giới thiệu sản phẩm ngói màu
Ngói màu là loại ngói xi măng cát được sản xuất theo công nghệ ép mới, đã
loại bỏ những khoảng rỗng, hạn chế độ xốp nên bền và đẹp hơn. Ngói được
phủ một lớp màu bằng cách trộn trực tiếp bột màu vào nguyên liệu hoặc phun
sơ
n lên bề mặt viên ngói.
Ngói màu cao cấp là loại ngói với các thành phần vật liệu truyền thống còn
có thêm các loại vật liệu mới như sợi gia cường tổng hợp PVA (Polyvinyl
Alcohol), tro bay (Ash Fly) và phụ gia hóa dẻo. Với những thành phần này
giúp viên ngói màu cao cấp có trọng lượng nhẹ hơn hẳn, đồng thời tính chịu
bền uốn, va đập tăng lên đáng kể.

Hình 1.1. Mô hình mái nhà lợp bằng ngói màu
Công nghệ sản xuất ngói màu mới xuất hiện và phổ biến ở Việt Nam thời
gian gần đây. Sản phẩm chủ yếu sản xuất theo công nghệ của Nhật Bản, Đức,
Italy Một viên ngói có kích thước trung bình 400 x 330 x 15 mm, tương
đương 10 viên/m2, mỗi viên nặng từ 3 đến 4,5 kg và trọng lượng mái từ 28

đến 45 kg/m2, tùy theo chủng loại, công nghệ và vật liệu sử dụng. Ngoài ra,
ngói màu có cường độ u
ốn cao hơn, có khả năng chống nóng, chống thấm và
hạn chế rêu mốc rất tốt. Các gờ chắn nước theo chiều dọc và chiều ngang của
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
5
viên ngói có thể để ngăn hiện tượng nước tràn qua khe ngói khi trời mưa to và
gió lớn. Ngoài ra, do kích thước viên ngói lớn, chi phí cho hệ thống giàn đỡ
trên mái có thể giảm đáng kể, đặc biệt với loại ngói màu cao cấp có trọng
lượng thấp.
Bề mặt ngói có hai loại, loại trơn, tạo bề mặt ngói bóng đẹp và loại có
"vẩy sần", được thiết kế nhằm tạo sự khúc xạ ánh sáng và như vậy có thể

giảm bớt sự hấp thụ nhiệt của ngói, tăng khả năng chống nóng và chống trơn
trượt khi thi công. Màu sắc phổ biến nhất trên thị trường Việt Nam là đỏ và
xanh tím. Tuy nhiên, các sản phẩm với các gam màu như đỏ nâu, nâu, xanh
thẫm, xanh lá cây, xanh rêu, ghi, đen ngày càng phổ biến và chiếm được sự
ưa chuộng của người tiêu dùng Việt Nam. Người sử dụng có thể sơn lại màu
mới khi cần thay đổ
i.
Khi lắp đặt ngói màu trên mái có kết cấu bằng gỗ hoặc sắt, độ dốc nên lớn
hơn 30%, chiều dài mái ngói cũng không nên quá 10 m tính từ đỉnh xuống.
Nếu mái có kết cấu bằng bê tông thì độ dốc có thể nhỏ hơn 30%, nhưng phải
có lớp chống thấm. Nếu mái có độ dốc lớn hơn 60% thì phải sử dụng đinh vít
hoặc đinh tán để cố định ngói vào khung. Trường hợp các mái lõm phả
i có
máng xối dẫn nước bên dưới để thoát nước hợp lý.
Khi lợp, lợp một hàng dưới trước rồi lợp từ dưới lên và từ trái qua phải.
Viên ngói đầu tiên bên trái mái lợp cách riềm 30 mm, lấy vuông góc hai chiều
của riềm hông và hàng ngói đầu tiên. Mỗi viên ngói được liên kết chắc chắn

với thanh chắn bằng vít thép. Gắn ngói nóc bằng vữa dẻo khô, trải đều vào vị
trí chân viên ngói, khi vữa đã đủ độ cứng, cắt b
ỏ phần vữa thừa để làm nhẵn.
Đối với ngói cạnh, khi lắp phải áp sát vào riềm trang trí bên hông. Để vệ sinh
và hoàn thiện cho quá trình thi công, khi thấy vữa dính lên mặt ngói khô
trắng, dùng xốp lau sạch. Cũng có thể dùng sơn acrylic chuyên dụng để sơn
lớp vữa đồng màu với ngói.
1.1.2. Công nghệ sản xuất ngói màu gia cường sợi
Nhìn chung, các dây chuyền công nghệ sản xuất ngói màu trên thế giới có
thể chia làm hai loại sản phẩm dự
a trên đặc tính của dây chuyền sản xuất:
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
6
Dây chuyền sản xuất liên tục (Auto Slate): Dựa trên công nghệ ép đùn. Đặc
điểm của loại dây chuyền này là năng suất rất cao (tới hàng ngàn sản
phẩm/phút) do các thiết bị tạo hình được đặt nối tiếp trên chiều dài dây
chuyền. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của dây chuyền này là chất lượng
sản phẩm thấp (độ bền uốn của viên ngói chỉ đạt tới 500N/viên), thành phẩm
b
ị cong vênh do lượng nước còn lại trên sản phẩm sau khâu tạo hình cao. Giá
thành đầu tư cho dây chuyền thiết bị khá cao. Sản phẩm của công nghệ này
phù hợp với tiêu chuẩn JIS A 5423:2004 (Decorated cement shingles for
dwelling roofs).
Dây chuyền sản xuất ép rời rạc (Pressed Slate): Dựa trên công nghệ ép định
hình từng viên ngói với máy ép thủy lực có lực ép lớn từ 100 đến 300 tấn.
Công nghệ này có năng suất thấp hơn (chỉ đạt tới 250 - 400 sản phẩm/ giờ/
máy) và ph
ải sử dụng nhiều nhân công. Ưu điểm chính của công nghệ này là
chất lượng thành phẩm rất cao (độ bền uốn dễ dàng đạt trên 2.500 N/viên),
cho phép sử dụng sợi gia cường. Thành phẩm hầu như không bị cong vênh do

lượng nước còn lại trong sản phẩm sau khâu tạo hình thấp, sản phẩm có độ
chính xác hình học cao. Sản phẩm của công nghệ này phù hợp với tiêu chuẩn
JIS A 5402:2004 (Pressed Cement Roof Tiles).
Xu hướng của thị trườ
ng thế giới hiện nay thiên về hướng sử dụng sản
phẩm ngói cao cấp được sản xuất theo công nghệ ép rời rạc vì sản phẩm đáp
ứng được các tiêu chí về độ bền và độ chính xác hình học, tính thẩm mỹ…

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất ngói màu của Công ty CP Tân Thuận
Cường
NGUYÊN
VẬT LIỆU
ÉP NGÓI
MỘC
SƠN
NGÓI
SẢN
PHẨM
PHÂN XƯỞNG
NGÓI MỘC
PHÂN XƯỞNG
SƠN
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
7
Dây chuyền ép ngói bao gồm các thiết bị chính là sàng cát, silô cấp xi
măng, máy định lượng và cấp sợi, hệ thống dẫn nước, máy trộn chính, các
máy ép thủy lực…và các thiết bị và hệ thống phụ trợ khác. Hình 1.3 minh họa
sơ đồ hệ thống ép ngói của Công ty CP Tân Thuận Cường - Hải Dương. Hệ
thống này được thiết kế trên cơ sở dây chuyền ép ngói của Công ty Fuji Slate,
Nhật Bản. Các thiết bị được tính toán và bố

trí một cách hợp lý và khoa học,
bảo đảm tính cân đối giữa sản phẩm ngói chính và các ngói phụ kiện cũng
như tối ưu hóa trong việc sử dụng nhân công.


SƠN
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ khu vực ép ngói của Công ty CP Tân Thuận
Cường
Hệ thống máy ép là hệ thống quan trọng nhất, bao gồm các thiết bị đắt giá
nhất trong dây chuyền ép ngói màu cao cấp. Các máy ép trên sơ đồ hình 1.3 là
các máy ép thủy lực. Hình 1.4 minh họa hệ thống máy ép ngói của công ty.
Hình 1.5 là ảnh minh họa một máy ép tự động với bảng điều khiển, dùng ép
ngói chính của Công ty.
CÁT
XIMĂNG
TROBAY
PHỤ GIA HÓA
DẺO
PVA
NÝỚC
MIXER
MÁY
ÉP 1
THÙNG
TRỘN
MÁY
ÉP 2
MÁY
ÉP 3
DÝỠNG

HỘ
GIAI
ĐOẠN 1
4÷5h
TÁCH
NGÓI -
KHUÔN
DÝỠNG
HỘ
GIAI
ĐOẠN 2
7÷8h

VÍT TẢI
MOTOR
CABLE
CAR
BĂNG TẢI
XE ĐẨY
MANUAL
MANUAL
AUTO (V)
AUTO
(LOADCELL
)
AUTO
(LOADCELL
)
CÁT
XIMĂNG

TROBAY
PHỤ GIA HÓA
DẺO
PVA
NƯỚC
Đ
ỊNH
L
Ư
Ợ
N
G

Đ
ỊNH
L
Ư
ỢNG
MIXER
THÙNG
TR
Ộ
N
MÁY
ÉP 1
MÁY
ÉP 2
THÙNG
TRỘN
MÁY

ÉP 3
DÝỠNG
HỘ
GIAI
ĐOẠN 1
4÷5h
TÁCH
NGÓI -
KHUÔN
DÝỠNG
HỘ
GIAI
ĐOẠN 2
7÷8h

VÍT TẢI
MOTOR
CABLE
CAR
BĂNG TẢI
MANUAL
MANUAL
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
8
Hiện nay, Công ty Cổ phần Tân Thuận Cường - Hải Dương đã xây dựng
hoàn chỉnh nhà máy sản xuất ngói màu gia cường sợi. Đây là nhà máy sản
xuất ngói màu gia cường sợi đầu tiên sử dụng công nghệ của Nhật Bản tại
Việt Nam.

Hình 1.4. Hệ thống máy ép ngói màu cao cấp của TTC


Hình 1.5. Máy ép tự động dùng ép ngói chính của TTC


Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
9
1.2. Đặc điểm của công đoạn ép ngói
Quy trình ép ngói
Quá trình ép ngói được thực hiện trên các máy ép thủy lực chuyên dụng.
Vữa sau quá trình trộn được vận chuyển tới các máy ép nhờ thiết bị vận
chuyển chuyên dụng motoskip. Vữa được đưa vào các thùng trộn ở các máy
ép, và tại đây, để tránh bị đóng rắn vữa tiếp tục được khuấy trộn. Các máy ép
chuyên dụng có công suất lên tới 300 tấn, có khả năng tạo ra các sản phẩm có
tỷ trọng cao, giảm độ
xốp và vì thế có các tính chất cơ lý tốt. Tùy thuộc vào
đặc tính và số lượng yêu cầu, các sản phẩm có thể được ép trên các máy tự
động, bán tự động hoặc máy ép tay. Dưới đây trình bày chi tiết các quy trình
ép này.
Phương pháp ép tự động: Phương pháp ép tự động được trình bày chi tiết
bằng sơ đồ trên hình 1.6. Phương pháp này được sử dụng để ép các ngói chính
và một số loại phụ kiện thông thường. Sau khi bật máy ép và chuyển sang chế
độ "tự động", vữa từ bể trộn sẽ tự động được định lượng theo tiêu chuẩn theo
nguyên lý đo thể tích. Vữa này được đưa về khuôn đỡ và tại đây vữa được ép
với một áp lực xác định.

Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
10

Sau khi ép, bàn di chuyển về vị trí.







Khuôn trên di chuyển xuống và dừng lại tại
điểm thấp nhất (4X).
Sau đó áp suất khí sẽ được bật (sử dụng
đồng hồ).






Khi sản phẩm tách ra, khuôn di chuyển
xuống thấp hơn (6x) để giảm lực hút.






Khung sẽ di chuyển đến vị trí cao hơn (7x).
Nếu SP không tách ra thì ấn nút d
ừng

khuôn lên (sử dụng đồng hồ).



Sản phẩm rơi vào vị trí khuôn đỡ và khuôn
lại di chuyển lên trên.


Hình 1.6. Sơ đồ quá trình tách khuôn



Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
11




*Khuôn/ Khung trên/ Lấy SP ra phải
ở vị trí cao nhất




*Bàn di chuyển về phía trước
*Vữa được cho vào khuôn dưới

*Bàn di chuyển quay lại vị trí





* Khuôn trên và khung trên đi xuống
* Lấy SP ra khỏi bàn di chuyển






* Khuôn trên và khung trên di
chuyển lên trên cùng SP
(được giữ bởi hệ thống áp suất)




* Bàn di chuyển về phía trước



Vị trí khởi động tự động
Đo lượng vữa

Bàn di chuyển

Ép định hình

Đưa SP ra

SP được tách khuôn dưới

Bàn di chuyển
SP được tách khuôn trên
Đo lượng vữa

V
ữa
Khuôn dưới
Khung trên
Khuôn trên
Ta
y

(Để lấy SP)
Cân

Sản phẩm
Sản phẩm



Hình 1.7. Sơ đồ quá trình ép sản phẩm tự động

1.3. Đặc điểm và vai trò của ngói phụ kiện (Under Cover)
Vị trí của ngói phụ kiện khi lắp đặt vào hệ thống mái nhà: Ngói Under
Cover nằm ở vị trí tiếp xúc giữa ngói nóc và ngói chính. Tức là cứ một viên
ngói nóc thì lắp 2 viên ngói Under Cover. Ngói phụ kiện chiếm khoảng
ti 232.10.RD/H-KHCN
12
5ữ10% s lng ngúi lp cho mt mỏi nh, tuy nhiờn õy l thnh phn
khụng th thiu khi lp t cho cụng trỡnh.
Ngúi Under Cover khụng nhng l mt chi tit cu thnh nờn mỏi lp m nú
cũn úng vai trũ quan trng trong vic to m quan cho cụng trỡnh. Ngúi
Under Cover cú vai trũ lm kớn khớt khe h gia ngúi chớnh v ngúi núc, s cú
mt ca nú to nờn s thun tin cho quỏ trỡnh lp t cho khu vc núc nh.

Hỡnh 1.8. V trớ ca ngúi ph kin khi lp t
1.4. c im v vai trũ ca khuụn ộp ngúi
Cụng on ộp ngúi cú tớnh cht quyt nh n c tớnh v hỡnh thc ca sn
phm. õy, khỏc vi cỏc loi ngúi thụng thng, vt liu c s dng
ngoi ximng v cỏt, cũn cú thờm si gia cng PVA.
Trong công đoạn này hầu hết những thiết bị chính có tính quyết định đến
chất lợng sản phẩm đều phải nhập từ nớc ngoài (Nhật bản) với giá thành cao
nh máy ép, khuôn ép. Vấn đề khuôn đợc quan tâm đặc biệt vì với công nghệ
sản xuất trên và với hệ thống khuôn nhập về thì cứ sau 6 tháng làm việc khuôn
phải gửi về Nhật Bản để sửa lại. Giá thành của khuôn về đến Việt Nam là 250
đến 300 triệu. Tuy nhiên, vấn đề không nằm tất cả ở giá của khuôn mà nằm ở
mục tiêu làm chủ đ
ợc công nghệ chế tạo khuôn để tiến tới nội địa hoá toàn
bộ khuôn ép. Theo hợp đồng của nhà máy với đối tác Nhật, chi phí cho một
ti 232.10.RD/H-KHCN
13
lần đa khuôn qua Nhật sửa lại là 120 triệu. Ngoài ra, thời gian để sửa xong

khuôn khoảng 1 tháng. Vì vậy, nghiên cứu chế tạo khuôn trong nớc là vấn đề
cấp thiết.


Hỡnh 1.9. Nguyờn lý khuụn ộp ngúi
Về cấu tạo và nguyên lý làm việc của khuôn ép ximăng - sợi có nhiều điểm
khác biệt so với các loại khuôn ép khác. Tơng tự nh các bộ khuôn ép thông
thờng khác, bộ khuôn ép này cũng gồm 2 phần là khuôn trên và khuôn dới
(chày và cối) riêng biệt. Tuy nhiên có một điểm khác biệt là bộ khuôn này có
thêm một hệ thống khuôn phụ trợ (cối phụ) đợc tích hợp trên áo khuôn làm
nhiệm vụ tạo biên dạng xung quanh và tách sản phẩm sau khi ép khỏi khuôn.
Hệ thống phụ trợ này gây ra sự trợt của sản phẩm trên nó trong quá trình tách
sản phẩm, vì vậy khuôn ép cũng nh bộ phận này phải có độ chính xác cao
mới đảm bảo đợc sự chính xác của sản phẩm.
Cỏc khuụn ngúi u cú c im chung l u cú th lp t v lm vic
trờn cỏc mỏy ộp khỏc nhau trong nh mỏy. Núi cỏch khỏc, cỏc loi khuụn u
cú cỏc b phn gỏ lp lờn mỏy tng ng v kớch thc, chỳng ch khỏc nhau
b phn chớnh l chy v ci.
Kho sỏt mt s loi khuụn ộp ngúi:
Trong sn xut ngúi, ngoi nh
ng sn phm chớnh (gi l ngúi chớnh) cũn
cú nhiu loi ngúi ph khỏc (gi l ngúi ph kin). Ngúi ph kin khụng ch
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
14
làm hoàn chỉnh cho công đoạn lắp đặt của mái nhà mà nó còn có tác dụng tạo
nên thẩm mỹ riêng cho khu vực lắp đặt nó. Chính vì lý do trên, trong một nhà
máy sản xuất ngói co nhiều loại khuôn ngói khác nhau.
Hiện nay, tại nhà máy ngói màu của Công ty CP Tân Thuận Cường - Hải
Dương có nhiều loại khuôn ngói. Ở đây, nhóm đề tài đã khảo sát các khuôn
đã và đang làm việc tại nhà máy như: Khuôn ngói chính, các khuôn ngói phụ

kiện (ngói nóc, ngói rìa, ngói góc).


Hình 1.10a. Khuôn ép ngói chính Hình 1.10b. Khuôn ép ngói nóc
Tuy nhiên, do điều kiện kinh tế của nhà máy mới bước vào hoạt động nên
số lượng khuôn nhập về chưa đầy đủ. Một số khuôn ép ngói phụ kiện còn
thiếu trong đó có khuôn ép ngói phụ kiện Under Cover. Vì vậy, việc nghiên
cứu chế tạo bộ khuôn ngói phụ kiên này không những mang lại những lợi ích
kinh tế trước mắt cho nhà máy mà nó còn mang ý nghĩa cho tương lai trong
việc từng bước làm chủ công nghệ chế
tạo các thiết bị trong dây chuyền này.






Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
15
Kết luận chương 1:
Chương 1 đã giải quyết được các vấn đề cơ bản sau:
- Phân tích và đánh giá được tình hình sản xuất ngói màu tại Việt Nam, nắm
bắt cơ bản về công nghệ và thiết bị trong sản xuất ngói màu trên cơ sở là
công nghệ đến từ Nhật Bản.
- Nêu lên vai trò và tính chất của công đoạn ép ngói có tính quyết định đến
chất lượng của sản phẩ
m.
- Phân tích nguyên lý làm việc của khuôn ép ngói nói chung và ngói phụ kiện
nói riêng. Đã làm rõ tầm quan trọng của khuôn ép ngói trong công đoạn ép.
Tính cấp thiết chế tạo khuôn trong nước nhằm chủ động về công nghệ chế tạo

và nâng cao hiệu quả sử dụng khuôn trong nước.














Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
16
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KHUÔN NGÓI PHỤ KIỆN
2.1. Cơ sở thiết kế
Ngói phụ kiện được thiết kế trên cơ sở kích thước, hình dạng của các loại
ngói lợp khác có liên quan và vị trí của chúng trong tổng thể của một công
trình sử dụng chúng.
Xuất phát từ kích thước hình học của các viên ngói lắp ghép là ngói chính
và vai trò của ngói phụ kiện là làm kín và tăng tính thẫm mỹ hơn cho toàn bộ
công trình ngói lợp nên kích thước hình họ
c của ngói phụ kiện (Under Cover)
nhìn chung phụ thuộc vào kích thước hình học của ngói chính.

Hình 2.1. Ngói chính
2.2. Thiết kế khuôn ép ngói phụ kiện

Bước đầu tiên trong công đoạn thiết kế khuôn là xác định chính xác mô
hình chi tiết cần tạo hình. Ở đây mô hình viên ngói phụ kiện được thiết kế dựa
trên cở sở viên ngói chính với yêu cầu khi lắp chúng với nhau tạo nên sự kín
khít đảm bảo không để bụi bẩn và nước mưa có thể bay vào. Ngói phụ kiện
được nghiên cứu và thiết kế dựa trên nguyên lý trên. Kích thước và mô hình
của viên ngói phụ kiện tương quan với kích thước của viên ngói chính tại
phần lắp ghép.
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
17
Bản vẽ thiết kế của viên ngói phụ kiện sau khi thiết kế được tạo mẫu bằng
phương pháp tạo mẫu nhanh và thử nghiệm trên lắp trên ngói chính để kiểm
tra độ sai số trong lắp ghép. Sau khi thử nghiệm và chuẩn hoá thiết kế ngói
phụ kiện, bản vẽ thiết kế chính thức được chọn làm cơ sở thiết kế bộ khuôn ép
ngói.


Hình 2.2. Bản vẽ thiết kế 2D và mô hình 3D
Thứ tự thiết kế khuôn ép ngói được thể hiện qua các bước dưới đây:
Bước 1: Xác định các kích thước của chày, cối với mục tiêu nguyên lý làm
việc của máy ép có sẵn (dựa trên nguyên lý làm việc của máy ép các sản
phẩm ngói khác của nhà máy). Kích thước của chày, cối chính là kích thước
của mặt trên và mặt dưới viên ngói. Riêng kích thước của cối phụ (khuôn ép
phụ trợ) là kích thước biên d
ạng xung quanh của viên ngói.
Bước 2: Phân tích và chọn vật liệu cho khuôn ép
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
18
Như phân tích ở trên khuôn làm việc ở điều kiện môi trường khắc nghiệt và
chịu áp lực lớn 100 tấn đến 200 tấn. Vật liệu ép ngói gồm thành phần chủ yếu
là ximăng, cát, sợi PVA, đây là những vật liệu có tính chất gây mòn kim loại.

Chính vì vậy việc chọn vật liệu chế tạo khuôn có tính quyết định đến tuổi thọ
khuôn.


Hình 2.3a. Bảng cơ tính của một số mác gang [2]


Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
19

Hình 2.3b. Bảng cơ tính của thép hợp kim 1.2379
Do khuôn làm việc trên nguyên lý làm việc của máy ép thuỷ lực nên cấu
tạo và nguyên tắc làm việc của khuôn trên cơ sở máy ép có sẵn. Ngoài bộ
phận chày và cối, khuôn ép có thêm phần cối phụ. Phần cối phụ làm việc theo
nguyên lý tạo biên dạng xung quanh cho khuôn, do có sự trượt giữa cối phụ
và chày, giữa cối phụ và vật liệu nên các bề mặt làm việc của chày và cối phụ
phải
đáp ứng các yêu cầu cao về độ cứng, độ bền và độ bóng đề mặt. Muốn
giảm mài mòn, tróc bề mặt tiệp xúc tức là phải giảm cường độ mài mòn, việc
này có thể thực hiện được bằng cách tăng độ cứng và giảm độ dẻo trên bề mặt
làm việc của khuôn. Sau khi phân tích các điều kiện ảnh hưởng đến tuổi thọ
khuôn, nhóm đề tài chọn 2 loại vậ
t liệu khác nhau cho chày và cối phụ. Mặt
khác sau khi phân tích một số vật liệu làm khuôn nguội, nhóm đề tài đưa ra
lựa chọn 2 loại vật liệu - tạo thành cặp ma sát là thép hợp kim mác thép
1.2379 (Tiêu chuẩn Đức)– tương đương mác thép SKD11(Tiêu chuẩn Nhật
Bản) và gang cầu.
- Vật liệu chế tạo chày và cối: Gang cầu mác BЧ50-7, cơ tính như bảng
trong hình 2.4.
Gang cầu là gang có độ bền cao mà graphít ở dạng cầu. Gang sau khi biến

tính có thành phần nh
ư sau: 3÷3,6%C; 1,1÷2,9%Si; 0,3÷0,7%Mn; dưới
0,02%S và dưới 0,1%P. Theo tổ chức nền kim loại, gang cầu có thể là nền
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
20
ferit hay nền peclit. Gang ferit gồm chủ yếu là ferit và graphit cầu. Trong nó
cho phép có tới 20% peclit.
Gang cầu có ưu điểm: tập trung ứng suất ít hơn so với graphit tấm, vì vậy cơ
tính của nền kim loại bị giảm ít hơn. Gang cầu có độ bền cao và có độ dẻo
nhất định. Gang cầu thường được dùng để chế tạo các chi tiết làm việc trong
tải trọng tuần hoàn lớn và trong điều kiện chịu mài mòn.
- V
ật liệu chế tạo cối phụ: Thép hợp kim ác thép 1.2379 (Tiêu chuẩn Đức)–
tương đương mác thép SKD11
(Tiêu chuẩn Nhật Bản JIS G4404:1983) và
mác thép X12M của Nga.
Thành phần: 1.4-1.6%C, 0.6%Mn, 11-13%Cr, 0.8-1.2%Mo. Thường làm
khuôn dập, ép nguội do có tính chống mài mòn cao. Tại Việt Nam thường
dùng để làm các khuôn lớn dập tôn silic, làm bánh cán ren
- Vật liệu áo khuôn: Thép Các bon CT3
- Vật liệu chế tạo các bộ phận trung gian: Thép Các bon CT3.
Bước 3: Thiết kế kết cấu cho chày và cối

Hình 2.4. Chày khuôn
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
21
Hình 2.5. Cối khuôn
Do chày và cối là 2 bộ phận chính trong khuôn ép nên chịu áp lực lớn. Kết
cấu lựa chọn của chày và cối là gang đúc với kết cấu rỗng được tăng cứng bởi
các gân chịu lực. Kết cấu này không những đảm bảo chịu lực mà còn giảm

bớt khối lượng của khuôn.
Bước 4: Thiết kế áo khuôn
Áo khuôn là bộ phận bên ngoài khuôn. Cối phụ được lắp trên áo khuôn
thông qua hệ
thống bu lông. Thiết kế áo khuôn có kích thước bao là kính
thước của cối phụ, chiều cao của áo khuôn thấp hơn so với cối phụ để tạo khe
hở cho việc thoát bavia trong quá trình ép.
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
22

Hình 2.6. Áo khuôn

Bước 5: Thiết kế các bộ phận gá lắp trung gian giữa cối với bàn máy dưới,
chày với hệ thống gia lực (xilanh ép)
- Bộ phận lắp với bàn máy dưới: Thiết kế trên cơ sở vị trí gá lắp đã xác định,
phần trên liên kết với cối thông qua hệ thống bulông đảm bảo liên kết chặt và
cứng vững của hệ thống.
- Bộ phận lắp vớ
i xilanh ép chính: Thiết kế trên cơ sở vị trí lắp ghép sẵn có
của máy ép, định vị bằng 4 bulông M16 có khoảng cách là 200x350mm. Bộ
phận này được lắp với chày thông qua hệ thống bulông đảm bảo liên kết chặt
và cứng vững của hệ thống.
- Bộ phận lắp chày áo khuôn: Thiết kế trên cơ sở vị trí đã xác định trên máy
ép (vị trí của 2 xi lanh ép phụ). Hệ thống được định vị bởi 4 bu lông 4 góc vớ
i
khoảng cách xác định là 510x440mm. Do đây là khoảng cách lớn hơn so với
kích thước áo khuôn nên thiết kế một bộ phận trung gian, bộ phận này liên kết
với cả các xi lanh ép phụ và áo khuôn.
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
23

Hình 2.5. Bộ phận lắp với xilanh ép chính

2.3. Tính toán kiểm nghiệm độ bền
2.3.1 Tính toán các bộ phận của bộ khuôn ngói bằng chương trình phần
tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số để giải các bài toán được
mô tả bởi các phương trình vi phân riêng cùng với các điều kiện biên cụ thể.
Cơ sở của phương pháp này là làm rời rạc hóa các miền liên tục phức tạp
của bài toán. Các miền liên tục được chia thành nhiều miền con (phần tử).
Các miền này được liên kết với nhau tại các điểm nút. Trên miền con này,
dạng biến phân tươ
ng đương với bài toán được giải xấp xỉ dựa trên các hàm
xấp xỉ trên từng phần tử, thoả mãn điều kiện trên biên cùng với sự cân bằng
và liên tục giữa các phần tử.
Về mặt toán học, phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) được sử dụng
để giải gần đúng bài toán phương trình vi phân từng phần (PTVPTP) và
phương trình tích phân, ví dụ như phương trình truyền nhiệt. Lời gi
ải gần
đúng được đưa ra dựa trên việc loại bỏ phương trình vi phân một cách hoàn
toàn (những vấn đề về trạng thái ổn định), hoặc chuyển PTVPTP sang một
Đề tài 232.10.RD/HĐ-KHCN
24
phương trình vi phân thường tương đương mà sau đó được giải bằng cách sử
dụng phương pháp sai phân hữu hạn…
PPPTHH không tìm dạng xấp xỉ của hàm trên toàn miền xác định V của nó
mà chỉ trong những miền con Ve (phần tử) thuộc miền xác định của hàm.
Trong PPPTHH miền V được chia thành một số hữu hạn các miền con, gọi là
phần tử. Các miền này liên kết với nhau tại các điểm định trước trên biên củ
a

phần tử được gọi là nút. Các hàm xấp xỉ này được biểu diễn qua các giá trị
của hàm (hoặc giá trị của đạo hàm) tại các điểm nút trên phần tử. Các giá trị
này được gọi là các bậc tự do của phần tử và được xem là ẩn số cần tìm của
bài toán.
Phương pháp Phần tử hữu hạn thường được dùng trong các bài toán Cơ học
(cơ học kết cấu, cơ họ
c môi trường liên tục) để xác định trường ứng suất và
biến dạng của vật thể.
Trong báo cáo này chúng tôi sử dụng chương trình COSMOSXpress để tính
toán ứng suất và biến dạng cho các bộ phận của bộ khuôn ngói.
2.3.2. Một số kết quả tính toán các bộ phận của bộ khuôn ngói bằng
chương trình PTHH
Sau khi xây dựng mô hình, chia lưới phần tử cho các bộ phận khuôn, tiến
hành tính toán với các thông số đối với các bộ ph
ận như sau:
2.3.2.1. Áo khuôn
Vị trí và vai trò: Áo khuôn nằm bền ngoài cối phụ, là bộ phận lắp trực tiếp
với cối phụ. Do đó áp lực do chày và vật liệu tác dụng lên cối phụ được
truyền toàn bộ lên áo khuôn. Vì vậy kết cấu của áo khuôn có vai trò quyết
định đến độ cứng vững của khuôn ép.
Tải trọng: Tải trọng đặt lên chày là 100 tấn, áp lực ép được phần thành 2
thành phần là: áp lự
c thẳng đứng lên cối và áp lực qua 4 bên lên cối phụ. Lấy
giá trị áp lực bằng 50 tấn qua 4 bên cối phụ.
Khi đó, áp lực lên 4 mặt :
)/(50)/(5
1000
50000
22
cmNcmkg

S
F
f ====
Với S = 1000(cm
2
): diện tích của cối phụ