Nghiên cứu phát triển đầu ép côn máy ép thanh củi trấu chịu mòn, nhiệt

MỤ C LỤ C

XÁC NHẬ N CỦ A CÁN BỘ HƯ Ớ NG DẪ N ............................................................. i
LÝ LỊCH KHOA HỌ C .............................................................................................. ii
LỜ I CAM KẾ T ......................................................................................................... iii
LỜ I CẢ M Ơ N ........................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾ T TẮ T........................................................................x
MỤ C LỤ C HÌNH Ả NH ............................................................................................ xi
DANH SÁCH CÁC BẢ NG .................................................................................... xiv
Chư ơ ng 1: GIỚ I THIỆ U .............................................................................................1
1. Mụ c tiêu đ ề tài.........................................................................................................3
2. Nộ i dung nghiên cứ u ...............................................................................................3
3. Phạ m vi và giớ i hạ n nghiên cứ u..............................................................................4
4. Luậ n đ iể m mớ i củ a đ ề tài........................................................................................4
5. Phư ơ ng pháp nghiên cứ u.........................................................................................4
6. Bố cụ c củ a luậ n vă n tố t nghiệ p ...............................................................................5
Chư ơ ng 2: TỔ NG QUAN ...........................................................................................6
2.1. Trấ u ......................................................................................................................6
2.2 Máy ép thanh củ i trấ u cơ cấ u trụ c vít....................................................................7
2.2.1 Vai trị và chứ c nă ng ..........................................................................................7
2.2.2 Sơ đ ồ đ ộ ng .........................................................................................................8
2.2.3 Sơ đ ồ nguyên lý..................................................................................................8
2.2.4 Ư u đ iể m..............................................................................................................9
2.2.5 Như ợ c đ iể m........................................................................................................9
vii


2.3 Đ ầ u ép cơn...........................................................................................................10
2.3.1 Hình dạ ng đ ầ u ép .............................................................................................10
2.3.2 Vậ t liệ u và phư ơ ng pháp chế tạ o......................................................................11
2.3.3 Đ iề u kiệ n làm việ c và dạ ng hỏ ng.....................................................................12

2.4 Các nghiên cứ u liên quan đ ề tài ..........................................................................13
2.4.1. Các nghiên cứ u ngoài nư ớ c.............................................................................13
2.4.2 Các nghiên cứ u trong nư ớ c ..............................................................................18
2.4.3 Kế t luậ n ............................................................................................................20
Chư ơ ng 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾ T..............................................................................21
3.1. Phư ơ ng pháp phầ n tử hữ u hạ n (FEM) ...............................................................21
3.2 Phân tích phầ n tử hữ u hạ n (FEM) cho bài toán tiế p xúc 3D ..............................24
3.3 Lý thuyế t về hiệ n tư ợ ng mòn ..............................................................................30
3.4 Các loạ i vậ t liệ u chịu mòn – chịu nhiệ t...............................................................33
3.4.1 Các thuộ c tính củ a vậ t liệ u chịu mòn ...............................................................33
3.4.2 Các thuộ c tính củ a vậ t liệ u chịu nhiệ t ..............................................................34
Chư ơ ng 4: XÁC Đ ỊNH VẬ T LIỆ U Đ Ầ U ÉP CƠN .................................................37
CHỊU MỊN, NHIỆ T.................................................................................................37
4.1 Lự a chọ n vậ t liệ u đ ầ u ép cơn chịu mịn, nhiệ t ....................................................37
4.1.1 Các u cầ u củ a đ ầ u ép côn .............................................................................37
4.1.2 Cơ sở lự a chọ n và các vậ t liệ u thích hợ p .........................................................37
4.2 Xác đ ịnh vậ t liệ u chịu mòn, nhiệ t phù hợ p .........................................................38
4.2.1 Mơ hình bài tốn ..............................................................................................38
4.2.2 Chọ n vậ t liệ u chế tạ o đ ầ u ép ............................................................................39
4.2.3 Áp đ ặ t đ iề u kiệ n biên .......................................................................................41
4.2.4 Kế t quả phân tích mơ hình các vậ t liệ u ............................................................42

viii


4.2.5 Nhậ n xét kế t quả phân tích vậ t liệ u ..................................................................48
Chư ơ ng 5: CẢ I TIẾ N HÌNH DẠ NG Đ Ầ U ÉP CƠN ..............................................50
5.1 Các phư ơ ng án thiế t kế hình dáng đ ầ u ép ...........................................................51
5.2 Phân tích đ ánh giá các phư ơ ng án.......................................................................56
5.2.1 Phân tích đ ánh giá phư ơ ng án 1 – Côn bậ c......................................................56

5.2.2 Phân tích đ ánh giá phư ơ ng án 2 – Fillet ..........................................................59
5.2.3 Phân tích đ ánh giá phư ơ ng án 3 – Bo cung .....................................................61
5.2.4 Phân tích đ ánh giá phư ơ ng án 4 - Bo cung – cơn ............................................63
5.2.3 Phân tích đ ánh giá phư ơ ng án 5 - Bo cung – côn – tă ng chiề u dài..................65
5.2.4 Phân tích tổ ng hợ p kế t quả ...............................................................................67
5.3 Nhậ n xét kế t quả phân tích phư ơ ng án hình dạ ng đ ầ u ép ...................................68
Chư ơ ng 6: KẾ T LUẬ N VÀ KIẾ N NGHỊ ................................................................71
6.1 Kế t luậ n ...............................................................................................................71
6.2 Hư ớ ng nghiên cứ u phát triể n...............................................................................71
TÀI LIỆ U THAM KHẢ O.........................................................................................73
PHỤ LỤ C..................................................................................................................75

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾ T TẮ T

ASABE

American Society of Agricultural and Biological Engineers

CAD

Computer Aided Design

Đ H SPKT

Đ ạ i Họ c Sư Phạ m Kỹ Thuậ t

FEM

Finite Element Method

FIA

Fundaraising Institute Australia

PP PTHH

Phư ơ ng pháp Phầ n Tử Hữ u Hạ n

x


MỤ C LỤ C HÌNH Ả NH
Hình 1.1: Các ứ ng dụ ng củ a vỏ trấ u ...........................................................................1
Hình 1.2: Thanh củ i trấ u và than trấ u .........................................................................2
Hình 1.3: Lò sư ở i và lò hơ i đ ố t bằ ng củ i trấ u .............................................................2
Hình 2.1: Thành phầ n hạ t lúa......................................................................................6
Hình 2.2: Sơ đ ồ đ ộ ng máy ép kiể u trụ c vít .................................................................8
Hình 2.3: Sơ đ ồ nguyên lý máy ép kiể u trụ c vít .........................................................8
Hình 2.4: Máy ép thanh củ i trấ u bằ ng cơ cấ u trụ c vít.................................................9
Hình 2.5: Hình dạ ng khn ép củ a máy ép trấ u trụ c vít ...........................................10
Hình 2.6: Hình dạ ng đ ầ u ép cơn................................................................................11
Hình 2.7: Quy trình đ úc kim loạ i bằ ng khn cát.....................................................12
Hình 2.8: Trụ c vít và đ ầ u ép bị mịn .........................................................................12
Hình 2.9: Trụ c vít trư ớ c và sau khi bị mịn...............................................................13
Hình 2.10: Chế tạ o thân trụ c vít ................................................................................14
Hình 2.11: Chu kỳ nhiệ t luyệ n đ ố i vớ i thép công cụ ở nhiệ t đ ộ cao ........................15
Hình 2.12: Cấ u trúc lớ p phủ bề mặ t ..........................................................................16

Hình 2.13: Quy trình sả n xuấ t gạ ch ceramics ...........................................................16
Hình 2.14: Quan hệ giữ a hệ số ma sát vớ i số chu kỳ thí nghiệ m..............................17
Hình 2.15: Hình dạ ng củ a mặ t bích và các diệ n tích mịn nhiề u nhấ t ......................17
Hình 2.16: Phân bố mịn bề mặ t khn trên và khn dư ớ i .....................................18
Hình 2.17: Kế t quả khả o sát biế n dạ ng ố ng lót xilanh ..............................................19
Hình 2.18: Kế t quả khả o sát ứ ng suấ t biế n dạ ng ố ng lót xilanh ...............................19
Hình 3.1: Phân tích FEM liên hệ giữ a mơ hình vậ t lý & mơ hình tốn họ c .............22
Hình 3.2: Minh hoạ đ ư ợ c dùng cho phư ơ ng trình ....................................................26
Hình 3.3: Sự phụ thuộ c lư ợ ng mòn U theo thờ i gian t và quãng đ ư ờ ng ma sát L....30
Hình 3.4: Đ ồ thị nguyên tắ c tố c đ ộ mòn phụ thuộ c vào vậ n tố c trư ợ t......................31
Hình 3.5: Quan hệ giữ a cư ờ ng đ ộ mịn và áp suấ t....................................................32
Hình 3.6: Đ ộ cứ ng vậ t liệ u theo các cấ u trúc tế vi và khả nă ng chố ng mịn ............34
Hình 3.7: Đ ộ bề n nhiệ t giữ a các pha thép không gỉ..................................................35
xi


Hình 4.1: Kích thư ớ c đ ầ u ép cơn biên dạ ng thẳ ng....................................................38
Hình 4.2: Mơ hình vậ t lý ...........................................................................................39
Hình 4.3: Áp đ ặ t đ iề u kiệ n biên tồn mơ hình ..........................................................41
Hình 4.4: Áp đ ặ t đ iề u kiệ n biên ¼ mơ hình ..............................................................42
Hình 4.5: Chuyể n vị và ứ ng suấ t trên đ ầ u ép côn bằ ng thép C45 vớ i trấ u ...............43
Hình 4.6: Áp suấ t pháp tuyế n trên mặ t phẳ ng tiế p xúc giữ a thép C45 vớ i trấ u........43
Hình 4.7: Chuyể n vị và ứ ng suấ t trên mặ t tiế p xúc giữ a thép SUJ2 vớ i trấ u ...........44
Hình 4.8: Áp suấ t pháp tuyế n trên mặ t phẳ ng tiế p xúc giữ a thép SUJ2 vớ i trấ u......44
Hình 4.9: Chuyể n vị và ứ ng suấ t trên đ ầ u ép cơn thép SUS304 vớ i trấ u .................45
Hình 4.10: Áp suấ t trên mặ t phẳ ng tiế p xúc giữ a thép SUS304 vớ i trấ u..................45
Hình 4.11: Chuyể n vị và ứ ng suấ t trên đ ầ u ép côn thép S32205 vớ i trấ u ................46
Hình 4.12: Áp suấ t pháp tuyế n trên mặ t phẳ ng tiế p xúc giữ a thép S32205 vớ i trấ u 46
Hình 4.13: Chuyể n vị và ứ ng suấ t trên mặ t tiế p xúc giữ a thép SUS410 vớ i trấ u.....47
Hình 4.14: Áp suấ t trên mặ t phẳ ng tiế p xúc giữ a thép SUS410 vớ i trấ u..................47

Hình 4.15: Biể u đ ồ so sánh áp suấ t pháp tuyế n trên mặ t tiế p xúc củ a các vậ t liệ u ..48
Hình 5.1: Hình dạ ng đ ầ u ép cơn thự c tế ....................................................................50
Hình 5.2: Hình dạ ng đ ầ u ép theo phư ơ ng án 1 .........................................................51
Hình 5.3: Hình dạ ng đ ầ u ép theo phư ơ ng án 2 .........................................................52
Hình 5.4: Hình dạ ng đ ầ u ép theo phư ơ ng án 3 .........................................................53
Hình 5.5: Hình dạ ng đ ầ u ép theo phư ơ ng án 4 .........................................................54
Hình 5.6: Hình dạ ng đ ầ u ép theo phư ơ ng án 5 .........................................................55
Hình 5.7: Chuyể n vị và ứ ng suấ t trên đ ầ u ép côn phư ơ ng án 1 – thép S32205........57
Hình 5.8: Áp suấ t pháp tuyế n trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 1 – thép S32205 ..........57
Hình 5.9: Chuyể n vị và ứ ng suấ t trên đ ầ u ép côn phư ơ ng án 1 – thép SUJ2 ...........58
Hình 5.10: Áp suấ t pháp tuyế n trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 1 – thép SUJ2............58
Hình 5.11: Kế t quả chuyể n vị và ứ ng suấ t phư ơ ng án 2 – thép S32205...................59
Hình 5.12: Áp suấ t trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 2 – thép S32205 ...........................59
Hình 5.13: Kế t quả chuyể n vị và ứ ng suấ t phư ơ ng án 2 – thép SUJ2 ......................60
Hình 5.14: Áp suấ t trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 2 – thép SUJ2...............................60
Hình 5.15: Kế t quả chuyể n vị và ứ ng suấ t phư ơ ng án 3 – thép S32205...................61

xii


Hình 5.16: Áp suấ t trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 3 – thép S32205 ...........................61
Hình 5.17: Kế t quả chuyể n vị và ứ ng suấ t phư ơ ng án 3 – thép SUJ2 ......................62
Hình 5.18: Áp suấ t trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 3 – thép SUJ2...............................62
Hình 5.19: Kế t quả chuyể n vị và ứ ng suấ t phư ơ ng án 4 – thép S32205...................63
Hình 5.20: Áp suấ t trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 3 – thép S32205 ...........................63
Hình 5.21: Kế t quả chuyể n vị và ứ ng suấ t phư ơ ng án 4 – thép SUJ2 ......................64
Hình 5.22: Áp suấ t trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 4 – thép SUJ2...............................64
Hình 5.23: Kế t quả chuyể n vị và ứ ng suấ t phư ơ ng án 5 – thép S32205...................65
Hình 5.24: Áp suấ t trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 5 – thép S32205 ...........................65
Hình 5.25: Kế t quả chuyể n vị và ứ ng suấ t phư ơ ng án 5 – thép SUJ2 ......................66

Hình 5.26: Áp suấ t trên mặ t tiế p xúc phư ơ ng án 5 – thép SUJ2...............................66
Hình 5.27: Áp suấ t tiế p xúc theo chiề u dài đ ầ u ép các phư ơ ng án – thép S32205...67
Hình 5.28: Áp suấ t tiế p xúc theo chiề u dài đ ầ u ép các phư ơ ng án – thép SUJ2 ......68

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢ NG

Bả ng 2.1: Vậ t liệ u thích hợ p cho khn rèn nóng ....................................................15
Bả ng 4.1: Các vậ t liệ u mớ i đ ề nghị ...........................................................................40
Bả ng 4.2: Các thông số vậ t lý và cơ họ c củ a các vậ t liệ u .........................................40
Bả ng 4.3: Bả ng các thơng số hóa họ c củ a vậ t liệ u....................................................41
Bả ng 4.4: Hệ số ma sát giữ a trấ u và các vậ t liệ u khả o sát ........................................41
Bả ng 5.1: Thơng số kích thư ớ c củ a đ ầ u ép côn biên dạ ng thẳ ng..............................50
Bả ng 5.2: Hình dạ ng và kích thư ớ c củ a đ ầ u ép côn phư ơ ng án côn bậ c ..................52
Bả ng 5.3: Hình dạ ng và kích thư ớ c củ a đ ầ u ép côn phư ơ ng án Fillet ......................53
Bả ng 5.4: Hình dạ ng và kích thư ớ c củ a đ ầ u ép côn phư ơ ng án bo cung..................54
Bả ng 5.5: Hình dạ ng và kích thư ớ c phư ơ ng án Bo cung – côn ................................55
Bả ng 5.6: Hình dạ ng và kích thư ớ c phư ơ ng án Bo cung – côn – tă ng chiề u dài......56
Bả ng 5.7: Áp lự c trên mặ t tiế p xúc các phư ơ ng án – thép S32205...........................67
Bả ng 5.8: Áp lự c trên mặ t tiế p xúc các phư ơ ng án – thép SUJ2 ..............................68

xiv


Chư ơ ng 1: GIỚ I THIỆ U

Ở Việ t Nam, vỏ trấ u và các loạ i phế phẩ m nơng nghiệ p như bã mía, xơ dừ a,
rơ m rạ , ... là các loạ i chấ t đ ố t quen thuộ c vớ i ngư ờ i nông dân, đ ặ c biệ t là khu vự c

các tỉnh đ ồ ng bằ ng sông Cử u Long (Vĩnh Long, Sóc Tră ng, ...) nơ i có sả n lư ợ ng lúa
gạ o lớ n nhấ t cả nư ớ c. Vỏ trấ u đ ư ợ c sử dụ ng làm chấ t đ ố t hàng ngày như đ ể đ un
nấ u, hay trong sả n xuấ t như đ ể nung gạ ch hoặ c sấ y nơng sả n.

Hình 1.1: Các ứ ng dụ ng củ a vỏ trấ u
Tuy nhiên, do các vấ n đ ề về vậ n chuyể n, lư u trữ , xử lý và đ ố t trự c tiế p các
loạ i phế phẩ m nông nghiệ p thư ờ ng đ ạ t đ ư ợ c hiệ u quả nhiệ t thấ p và tác đ ộ ng xấ u
đ ế n môi trư ờ ng. Mỗ i nă m ở Việ t Nam có khoả ng 3.6 triệ u tấ n trấ u từ các nhà máy
xay xát đ ư ợ c thả i ra. Do khơng có biệ n pháp xử lý nên đ a phầ n trấ u bị đ ổ xuố ng
kênh rạ ch, gây ô nhiễ m và làm ả nh hư ở ng đ ế n đ ờ i số ng củ a ngư ờ i dân. Thêm vào
đ ó mộ t lư ợ ng lớ n tro cacbon chư a đ ố t cháy hế t cầ n phả i đ ư ợ c xử lý tiế p.
Đ ể sử dụ ng hiệ u quả nguồ n nă ng lư ợ ng nhiệ t từ trấ u, các nhà chế tạ o ở Việ t
Nam và trên thế giớ i đ ã chế tạ o máy ép sinh khố i bằ ng nhiề u cơ cấ u như ép đ ùn
bằ ng trụ c vít, ép con lă n, piston thủ y lự c đ ể ép ra các dạ ng viên nhiên liệ u nhỏ hoặ c
thanh củ i trấ u.

1


(a) Thanh củ i trấ u

(b) Than trấ u

Hình 1.2: Thanh củ i trấ u và than trấ u
Thanh củ i trấ u có thể đ ư ợ c sử dụ ng ở nhữ ng nơ i cầ n đ ố t cháy gỗ hoặ c than
đ á đ ể tạ o ra nhiệ t. Ví dụ : đ ố t cháy trong bế p lò, lò nung đ ể cung cấ p nă ng lư ợ ng
nhiệ t cho nồ i hơ i, công nghiệ p chế biế n thự c phẩ m (như sả n xuấ t rư ợ u, tiệ m bánh,
cantin, nhà hàng, sấ y nông sả n,...); trong các xư ở ng sả n xuấ t lò gạ ch, nồ i nung, hay
làm nhiên liệ u cho khí hóa, làm than trong lị; hoặ c trong đ ờ i số ng hàng ngày như
đ un nấ u và sư ở i ấ m.

(a) Lò sư ở i

(b) Lị hơ i

Hình 1.3: Lị sư ở i và lò hơ i đ ố t bằ ng củ i trấ u

2


Hiệ n nay, nhờ các ư u đ iể m như khả nă ng ép liên tụ c, ít hao tố n nguyên liệ u
..., công nghệ ép bằ ng trụ c vít đ ã đ ư ợ c phổ biế n rộ ng rãi và trở thành công nghệ ép
quan trọ ng, thư ờ ng dùng sả n xuấ t trong thư ơ ng mạ i.
Trong các bộ phậ n củ a máy ép củ i trấ u thì đ ầ u ép là mộ t trong nhữ ng thành
phầ n quan trọ ng nhấ t củ a máy ép trấ u, quyế t đ ịnh đ ế n chấ t lư ợ ng sả n phẩ m và hiệ u
quả kinh tế . Tuy nhiên liên quan đ ế n phầ n này còn mộ t số vấ n đ ề cầ n giả i quyế t.
Đ ầ u ép bị mài mòn lớ n, dẫ n đ ế n hư hỏ ng và phả i thay thế nhiề u lầ n. Theo khả o sát
thì cứ 18 ÷ 20 giờ nhà sả n xuấ t phả i thay đ ầ u ép mớ i mộ t lầ n. Đ iề u đ ó làm ả nh
hư ở ng đ ế n công suấ t làm việ c, mấ t thờ i gian cho quá trình bả o trì và cân chỉnh máy.
Vớ i thự c tế như trên, bên cạ nh các yế u tố ả nh hư ở ng đ ế n đ iề u kiệ n làm việ c củ a
khuôn ép như nhiệ t luyệ n, gia cơng thì việ c nghiên cứ u tìm ra các loạ i vậ t liệ u đ ể
thay thế và giả i pháp cả i tiế n hình dạ ng khn ép là mộ t trong nhữ ng yế u tố quan
trọ ng nhấ t đ ể giả m thiể u ma sát mài mòn và chi phí thay mớ i, nâng cao đ ộ tin cậ y,
chấ t lư ợ ng và tuổ i thọ củ a thiế t bị.
Đ ể phụ c vụ cho mụ c đ ích sả n xuấ t đ ồ ng thờ i khắ c phụ c các như ợ c đ iể m nêu
trên, đ ề tài “Nghiên cứ u phát triể n đ ầ u ép côn máy ép thanh củ i trấ u chịu mòn,
nhiệ t” đ ã đ ư ợ c triể n khai thự c hiệ n.
1. Mụ c tiêu đ ề tài
Đ ề tài đ ư ợ c thự c hiệ n vớ i mụ c đ ích chính là nâng cao tuổ i thọ và chấ t lư ợ ng làm
việ c cho đ ầ u ép côn máy ép thanh củ i trấ u. Đ ể đ ạ t đ ư ợ c đ iề u đ ó, đ ề tài tậ p trung giả i

quyế t hai mụ c tiêu sau:
- Xác đ ịnh vậ t liệ u chế tạ o đ ầ u ép cơn chịu mịn, nhiệ t.
- Phát triể n, cả i tiế n hình dạ ng đ ầ u ép cơn chịu mịn.
2. Nộ i dung nghiên cứ u
Nhiệ m vụ củ a đ ề tài “Nghiên cứ u phát triể n đ ầ u ép côn máy ép thanh củ i
trấ u chịu mòn, nhiệ t” tậ p trung vào các vấ n đ ề sau:
- Tổ ng quan về trấ u, máy ép thanh củ i trấ u cơ cấ u trụ c vít và đ ầ u ép côn.
- Tổ ng quan về ma sát và mài mòn.
- Tổ ng quan phư ơ ng pháp phầ n tử hữ u hạ n cho bài toán tiế p xúc 3D.
- Nghiên cứ u xác đ ịnh vậ t liệ u cho đ ầ u ép côn chịu mòn, nhiệ t.

3


- Nghiên cứ u khả o sát hình dạ ng đ ầ u ép cơn chịu mịn.
3. Phạ m vi và giớ i hạ n nghiên cứ u
Do tính đ a dạ ng củ a các thiế t bị ép sinh khố i, tác giả tậ p trung nghiên cứ u
phát triể n đ ầ u ép côn củ a máy ép thanh củ i trấ u cơ cấ u trụ c vít.
Các yế u tố ả nh hư ở ng đ ế n đ ộ mòn củ a mộ t chi tiế t như áp suấ t trên mặ t tiế p
xúc, hình dạ ng chi tiế t, tả i trọ ng, lự c ma sát, vậ n tố c trư ợ t, đ ộ nhám bề mặ t, tầ n số
tiế p xúc, .... Tuy nhiên vì hạ n chế về mặ t thờ i gian, đ ề tài chỉ tậ p trung nghiên cứ u
mòn đ ầ u ép côn bằ ng việ c khả o sát áp suấ t trên mặ t tiế p xúc đ ể xác đ ịnh đ ư ợ c vậ t
liệ u và hình dạ ng đ ầ u ép phù hợ p chịu mòn.
- Nghiên cứ u máy ép thanh củ i trấ u bằ ng cơ cấ u trụ c vít.
- Nghiên cứ u đ ầ u ép cơn.
- Nghiên cứ u về ma sát và mài mòn.
- Nghiên cứ u phư ơ ng pháp phầ n tử hữ u hạ n cho bài toán 2 trư ờ ng cơ - tiế p xúc.
- Nghiên cứ u xác đ ịnh vậ t liệ u thích hợ p cho đ ầ u ép chịu mòn, nhiệ t cao.
- Nghiên cứ u phát triể n hình dạ ng củ a đ ầ u ép giúp giả m mòn.
4. Luậ n đ iể m mớ i củ a đ ề tài

Đ ể nâng cao tuổ i thọ và nă ng suấ t làm việ c củ a đ ầ u ép côn, dự a vào cơ sở lý
thuyế t về ma sát và mài mòn, đ ề tài nghiên cứ u, khả o sát áp suấ t trên mặ t tiế p xúc
đ ể đ ánh giá đ ộ mài mòn chi tiế t. Từ đ ó giúp xác đ ịnh loạ i vậ t liệ u và phát triể n kế t
cấ u củ a đ ầ u ép côn chịu đ ư ợ c mòn, nhiệ t phù hợ p.
5. Phư ơ ng pháp nghiên cứ u
- Thu thậ p các tài liệ u liên quan đ ế n các vấ n đ ề nghiên cứ u.
- Nghiên cứ u các yế u tố ả nh hư ở ng đ ế n đ ộ mòn củ a chi tiế t.
- Nghiên cứ u các cơ sở lự a chọ n các loạ i vậ t liệ u có khả nă ng chịu ma sát và mài
mòn.
- Nghiên cứ u cả i tiế n kế t cấ u hình dạ ng củ a đ ầ u ép dự a vào việ c khả o sát yế u tố
ả nh hư ở ng mịn.
- Nghiên cứ u, khả o sát, tính tốn và mô phỏ ng ả nh hư ở ng củ a áp suấ t pháp tuyế n
trên mặ t tiế p xúc có ả nh hư ở ng đ ế n đ ộ mài mòn củ a đ ầ u ép côn máy ép thanh củ i

4


trấ u cơ cấ u trụ c vít. Từ đ ó xác đ ịnh đ ư ợ c các loạ i vậ t liệ u và kế t cấ u phù hợ p chịu
mòn, nhiệ t cho đ ầ u ép.
6. Bố cụ c củ a luậ n vă n tố t nghiệ p
Luậ n vă n đ ư ợ c nghiên cứ u, giả i quyế t các vấ n đ ề liên quan và trình bày trong
5 chư ơ ng như sau:
Chư ơ ng 1: Giớ i thiệ u
Nêu các vấ n đ ề khó khă n cịn chư a đ ư ợ c giả i quyế t liên quan đ ế n dạ ng hỏ ng
củ a đ ầ u ép côn máy ép thanh củ i trấ u.
Chư ơ ng 2: Tổ ng quan
Nêu tổ ng quan về trấ u, máy ép trấ u cơ cấ u trụ c vít và đ ầ u ép trấ u. Nghiên
cứ u hình dạ ng khn ép củ a các máy ép trụ c vít hiệ n nay, các loạ i vậ t liệ u và
phư ơ ng pháp chế tạ o khuôn, đ iề u kiệ n làm việ c và các dạ ng hỏ ng thư ờ ng gặ p củ a
đ ầ u ép.

Từ các công trình nghiên cứ u đ ã có ở trong nư ớ c và ngồi nư ớ c, tác giả tóm
tắ t các thành tự u đ ạ t đ ư ợ c và nhữ ng tồ n tạ i liên quan đ ế n đ ề tài nghiên cứ u này.
Trên cơ sở đ ó, trình bày ý nghĩa khoa họ c và thự c tiễ n củ a luậ n vă n.
Chư ơ ng 3: Cơ sở lý thuyế t
Nghiên cứ u lý thuyế t phư ơ ng pháp phầ n tử hữ u hạ n cho bài toán nhiệ t - cấ u
trúc, lý thuyế t về ma sát và mài mịn.Trình bày các lư u đ ồ giả i thuậ t cho các bài
toán nhiệ t, cấ u trúc theo phư ơ ng pháp phầ n tử hữ u hạ n.
Chư ơ ng 4: Nghiên cứ u xác đ ịnh vậ t liệ u và cả i tiế n hình dạ ng đ ầ u ép
chịu mịn, nhiệ t
Trong phầ n này, tác giả đ ư a ra các phư ơ ng án lự a chọ n về vậ t liệ u dự a trên
đ iề u kiệ n làm việ c thự c tế củ a đ ầ u ép, đ ồ ng thờ i phát triể n các phư ơ ng án cả i tiế n
hình dạ ng cho đ ầ u ép. Kiể m tra các kế t quả về mòn cho các vậ t liệ u và hình dạ ng
đ ư ợ c lự a chọ n so vớ i vậ t liệ u cũ . Đ ư a ra kế t quả nghiên cứ u và các giả i pháp cho
vấ n đ ề mịn đ ầ u ép cơn.
Chư ơ ng 5: Kế t luậ n và hư ớ ng phát triể n đ ề tài
Từ các kế t quả thu đ ư ợ c, tác giả đ ư a ra kế t luậ n và đ ề xuấ t hư ớ ng phát triể n
cho đ ề tài.

5


Chư ơ ng 2: TỔ NG QUAN
2.1. Trấ u
Trấ u là lớ p vỏ ngoài cùng củ a hạ t lúa và đ ư ợ c tách ra trong quá trình xay xát
(Hình 2.1). Vỏ trấ u sau khi xay xát ln ở dạ ng rấ t khơ, có hình dáng nhỏ và rờ i, tơ i
xố p, nhẹ , vậ n chuyể n dễ dàng. Thành phầ n là chấ t xơ cao phân tử rấ t khó cho vi
sinh vậ t sử dụ ng nên việ c bả o quả n, tồ n trữ rấ t đ ơ n giả n, chi phí đ ầ u tư ít.
Trong vỏ trấ u chứ a khoả ng 75% chấ t hữ u cơ dễ bay hơ i sẽ cháy trong q
trình đ ố t và khoả ng 25% cịn lạ i chuyể n thành tro. Chấ t hữ u cơ chứ a chủ yế u
cellulose, lignin và Hemi - cellulose (90%), ngồi ra có thêm thành phầ n khác như

hợ p chấ t nitơ và vô cơ . Lignin chiế m khoả ng 25-30% và cellulose chiế m khoả ng
35-40%. Lignin là chấ t keo tự nhiên có trong vỏ trấ u, khi trấ u đ ư ợ c nung nóng chấ t
này sẽ đ ư ợ c sinh ra, và đ ây chính là chấ t giúp vỏ trấ u dính chắ c vớ i nhau thành
thanh củ i khi ép.

Hình 2.1: Thành phầ n hạ t lúa
Các chấ t hữ u cơ củ a trấ u là các mạ ch polycarbohydrat rấ t dài nên hầ u hế t các
lồi sinh vậ t khơng thể sử dụ ng trự c tiế p đ ư ợ c, như ng các thành phầ n này lạ i rấ t dễ
cháy nên có thể dùng làm chấ t đ ố t. Sau khi đ ố t, tro trấ u có chứ a trên 80% là silic
oxyt, đ ây là thành phầ n đ ư ợ c sử dụ ng trong rấ t nhiề u lĩnh vự c. Khi trấ u ép trong
khuôn, nhờ vào các đ iệ n trở gia nhiệ t trên đ ầ u ép, lớ p trấ u phía ngồi tiế p xúc vớ i
thành đ ầ u ép côn sẽ bị cháy, giúp giả m ma sát mài mòn đ ầ u ép.

6


Trấ u có khả nă ng cháy và sinh nhiệ t tố t do thành phầ n có 75% là chấ t xơ . Cứ
1kg trấ u khi đ ố t sinh ra 3400 Kcal bằ ng 1/3 nă ng lư ợ ng đ ư ợ c tạ o ra từ dầ u như ng
giá lạ i thấ p hơ n đ ế n 25 lầ n (nă m 2006) [18].
Đ ố i vớ i sả n xuấ t tiể u thủ công nghiệ p và chă n nuôi, trấ u cũ ng đ ư ợ c sử dụ ng
rấ t thư ờ ng xuyên. Thông thư ờ ng trấ u là chấ t đ ố t dùng cho việ c nấ u thứ c ă n chă n
nuôi, nấ u rư ợ u và mộ t lư ợ ng lớ n trấ u đ ư ợ c dùng nung gạ ch trong nghề sả n xuấ t
gạ ch tạ i khu vự c đ ồ ng bằ ng sông Cử u Long.
Vớ i khả nă ng đ ố t cháy mạ nh và rẻ , có thể ứ ng dụ ng hơ i nóng sinh ra khi đ ố t
nóng khơng khí bằ ng trấ u đ ể làm quay tua bin phát đ iệ n. Theo tính tốn mỗ i kg trấ u
có thể tạ o đ ư ợ c 0,125kW giờ đ iệ n và 4 kW giờ nhiệ t.
Vỏ trấ u có thể đ ư ợ c nghiề n mịn và trộ n vớ i các thành phầ n khác như mụ n
dừ a, hạ t xố p, xi mă ng, phụ gia và lư ớ i sợ i thuỷ tinh đ ể làm vậ t liệ u xây dự ng. Trọ ng
lư ợ ng củ a vậ t liệ u nhẹ hơ n gạ ch xây thơng thư ờ ng khoả ng 50% và có tính cách âm,
cách nhiệ t và khơng thấ m nư ớ c cao. Sau khi sử dụ ng có thể nghiề n nát đ ể tái chế

lạ i.
2.2 Máy ép thanh củ i trấ u cơ cấ u trụ c vít
2.2.1 Vai trị và chứ c nă ng
Máy ép thanh củ i trấ u sử dụ ng nguyên liệ u vỏ trấ u đ ể ép thành củ i trấ u phụ c
vụ cho nhu cầ u sử dụ ng nhiên liệ u chấ t đ ố t củ a ngư ờ i dân và trong sả n xuấ t.
Máy ép thanh củ i trấ u đ óng vai trị quan trọ ng giả i quyế t vấ n nạ n ô nhiễ m về
trấ u, đ ồ ng thờ i, tậ n dụ ng và tiế t kiệ m đ ư ợ c chi phí do trấ u là nguồ n nguyên liệ u đ a
dạ ng, giá thành rẻ . Mặ t khác, củ i trấ u có thể thay thế các nguyên liệ u hữ u hạ n khác
như than đ á, dầ u mỏ ,.... Thay than bằ ng củ i trấ u, công nhân tạ i các doanh nghiệ p chỉ
mấ t thêm ít thờ i gian đ ư a củ i vào lò như ng bù lạ i đ ả m bả o về sứ c khỏ e. Hơ n nữ a,
nế u sử dụ ng than đ á đ ể đ ố t vớ i giá trung bình khoả ng 4.000 đ ồ ng 1 kg, nhiệ t lư ợ ng
1kg than sẽ tư ơ ng đ ư ơ ng vớ i khoả ng 1.5 kg củ i trấ u (khoả ng 1.500 đ ồ ng). Như vậ y,
nế u dùng củ i trấ u, các cơ sở sả n xuấ t có thể tiế t kiệ m hơ n 50% chi phí. Mỗ i doanh
nghiệ p trung bình dùng 20 tấ n than mỗ i ngày, nế u chuyể n sang dùng củ i trấ u sẽ tiế t
kiệ m đ ư ợ c ít nhấ t mộ t tỷ đ ồ ng/nă m[18].

7


Hiệ n nay có nhiề u loạ i máy ép củ i trấ u sử dụ ng các cơ cấ u ép khác nhau. Cơ
cấ u ép có thể bằ ng piston, ép bằ ng con lă n hoặ c ép bằ ng trụ c vít. Tuy nhiên phổ
biế n nhấ t vẫ n là máy ép trấ u bằ ng trụ c vít.
2.2.2 Sơ đ ồ đ ộ ng

1.Đ ộ ng cơ
2.Dây đ ai
3.Gố i đ ỡ
4.Phễ u cấ p liệ u
5.Trụ c vít
6.Xilanh

7.Giá đ ỡ

Hình 2.2: Sơ đ ồ đ ộ ng máy ép kiể u trụ c vít
Máy có các bộ phậ n chính (Hình 2.2): cử a nạ p liệ u (4), cánh vít (5), máng
hay xilanh (6), trụ c vít (10), cố i trụ (7). Mặ t trong củ a xilanh nhẵ n giúp giả m ma sát
và khả nă ng sinh nhiệ t.
2.2.3 Sơ đ ồ nguyên lý

1. Trụ c vít
2. Phễ u cấ p liệ u
3. Đ ầ u ép cơn

Hình 2.3: Sơ đ ồ nguyên lý máy ép kiể u trụ c vít
Trấ u nguyên liệ u đ ư ợ c đ ư a vào máy ép qua phễ u cấ p liệ u, bộ phậ n sấ y tự đ ộ ng
củ a máy sẽ làm giả m đ ộ ẩ m xuố ng còn dư ớ i 12%, trụ c vít sẽ đ ẩ y trấ u lên đ ầ u ép côn
và ép thành thanh củ i, dạ ng ố ng dài từ 10÷40 cm, đ ư ờ ng kính từ 40÷80 cm theo
khn ép tạ o hình (Hình 2.3). Cứ 1,05 kg trấ u, sẽ cho ra 1 kg củ i trấ u thành phẩ m.
Nă ng suấ t củ a mỗ i máy ép có thể đ ạ t đ ư ợ c 150÷350 kg/giờ [18]. Do trong trấ u đ ã
có chứ a sẵ n chấ t kế t dính (gọ i là lignin) nên khi ép, tác dụ ng củ a nhiệ t do ma sát
8


giữ a khố i trấ u vớ i khuôn và nhiệ t từ khuôn ép đ ã giúp tạ o nên mộ t chấ t kế t dính
chắ c chắ n. Do vậ y củ i trấ u này còn chắ c hơ n cả gỗ củ i dùng thông thư ờ ng khác.
Hình 2.4 trình bày mộ t sả n phẩ m máy ép thanh củ i trấ u trụ c vít đ ư ợ c sả n
xuấ t tạ i Việ t Nam. Loạ i máy này sử dụ ng cơ cấ u ép đ ùn. Khố i lư ợ ng trấ u ép củ a
nhữ ng loạ i máy này khoả ng từ 300 kg ÷ 600 kg trên giờ . Đ ư ờ ng kính củ i khoả ng từ
75 mm ÷ 90 mm.

Hình 2.4: Máy ép thanh củ i trấ u bằ ng cơ cấ u trụ c vít

2.2.4 Ư u đ iể m
- Vậ t liệ u vậ n chuyể n trong máng kín.
- Không tổ n thấ t do rơ i vãi vậ t liệ u, an toàn khi làm việ c và sử dụ ng.
- Làm việ c ổ n đ ịnh, dễ vậ n chuyể n và thao tác.
- Đ ộ đ ồ ng đ ề u cao.
- Kích thư ớ c viên đ ề u và nhiề u kích thư ớ c khác nhau.
- Hoạ t đ ộ ng liên tụ c, nă ng suấ t cao, có khả nă ng cơ khí hóa và tự đ ộ ng hóa cao.
2.2.5 Như ợ c đ iể m
- Chóng mịn ở các cánh vít và đ ầ u ép.
- Tổ n thấ t nă ng lư ợ ng lớ n.
- Sau mỗ i ca nguyên liệ u còn nhiề u trong máy.
- Lỗ tạ o sả n phẩ m càng nhỏ thì khâu làm vệ sinh máy càng khó.
- Máy tạ o áp lự c lớ n, dễ bị hư hỏ ng ở các cơ cấ u truyề n đ ộ ng.
9


- Khi mấ t đ iệ n đ ộ t ngộ t và dừ ng máy rấ t khó làm vệ sinh máy.
2.3 Đ ầ u ép cơn
2.3.1 Hình dạ ng đ ầ u ép
Hình 2.5 thể hiệ n khn ép củ a máy ép củ i trấ u cơ cấ u trụ c vít. Trong đ ó đ ầ u
ép côn nằ m ở đ oạ n thứ 3 trên hình.
Đ ầ u ép cơn

Đ oạ n 2

Đ oạ n 1

Hình 2.5: Hình dạ ng khn ép củ a máy ép trấ u trụ c vít
Đ oạ n thứ 1 lắ p ráp các ổ đ ũ a đ ỡ chặ n lắ p trụ c vít. Ở đ oạ n thứ 2 có cử a nạ p
liệ u. Lịng khn ép có dạ ng bát giác chố ng nguyên liệ u quay theo trụ c vít. Đ oạ n

thứ 3 đ ịnh hình sả n phẩ m.
Áp lự c ép trong khuôn ả nh hư ở ng bở i 4 yế u tố quan trọ ng đ ó là :
• Hình dạ ng củ a trụ c vít.
• Đ ặ c đ iể m củ a nguồ n nguyên liệ u.
• Nhiệ t đ ộ đ ầ u ép.
• Góc cơn đ ầ u ép
Đ ầ u ép trấ u trên thị trư ờ ng đ ư ợ c chế tạ o vớ i nhiề u hình dạ ng khác nhau. Có
thể là dạ ng ố ng trụ thẳ ng hoặ c trụ côn. Như ng đ ể tạ o áp lự c ép tố t thì đ ầ u ép dạ ng
côn tạ o áp lự c tố t hơ n do có sự thay đ ổ i về thể tích ép và bư ớ c củ a trụ c vít. Hình 2.6
thể hiệ n hình dạ ng củ a mộ t đ ầ u ép côn trong sả n xuấ t thự c tế .

10


1

3

2

1. Đ ầ u ép côn
2. Đ iệ n trở gia nhiệ t
3. Lỗ bulông ghép đ ầ u ép vớ i khn

Hình 2.6: Hình dạ ng đ ầ u ép cơn
Góc cơn đ ư ợ c tố i ư u đ ể đ ạ t áp lự c ép tố t nhấ t là α = 10 ÷ 30. Khi ép, nguồ n
nguyên liệ u nên đ ồ ng nhấ t về chủ ng loạ i, kích thư ớ c và đ ộ ẩ m. Đ ầ u ép nguộ i không
gia nhiệ t sẽ hoạ t đ ộ ng bấ t ổ n đ ịnh, chấ t lư ợ ng sả n phẩ m không cao cũ ng có khi đ ầ u
ép bị kẹ t khơng ép đ ư ợ c. Nế u gia nhiệ t bằ ng cách gắ n các thanh đ iệ n trở lên đ ầ u ép
như hình 2.6 và giữ nhiêt đ ộ đ ầ u ép khoả ng 2900C – 3200C khi đ ó mặ t ngồi sả n

phẩ m bị cháy sém thành than thì máy vậ n hành ổ n đ ịnh do lự c ma sát giữ a trấ u và
đ ầ u ép trấ u giả m.
2.3.2 Vậ t liệ u và phư ơ ng pháp chế tạ o
Dự a vào đ iề u kiệ n làm việ c, vậ t liệ u chế tạ o đ ầ u ép phả i có các tính chấ t như
chịu mòn tố t, chịu nhiệ t tố t từ 2900C ÷ 3200C, dễ chế tạ o và có tính kinh tế .
Vậ t liệ u chế tạ o đ ầ u ép đ ang dùng phổ biế n hiệ n nay thư ờ ng là thép cacbon
trung bình C45 hoặ c gang xám.
Phư ơ ng pháp chế tạ o:
Đ ầ u ép cơn có kích thư ớ c tư ơ ng đ ố i nhỏ , vậ t liệ u chế tạ o là thép cacbon
trung bình C45, hầ u hế t đ ư ợ c đ úc trong khuôn cát.
Đ ây là phư ơ ng pháp đ úc truyề n thố ng và đ ư ợ c sử dụ ng rộ ng rãi. Đ ể làm tă ng
đ ộ bề n nhiệ t, có thể sử dụ ng chấ t sơ n khuôn đ ể sơ n vào bề mặ t đ ể tă ng đ ộ bóng bề
mặ t và đ ộ bề n nhiệ t, chịu nhiệ t.
Quy trình đ úc đ ư ợ c trình bày trong hình 2.7

11


Tạ o khuôn

- Làm mẫ u
- Làm lõi
- Hệ thố ng Gating

Cát
Nung chả y
kim loạ i

Khn
Rót vào

khn

Đ úc

Nhiệ t

Làm sạ ch

Kiể m

luyệ n

và kế t thúc

tra

Hình 2.7: Quy trình đ úc kim loạ i bằ ng khuôn cát
2.3.3 Đ iề u kiệ n làm việ c và dạ ng hỏ ng
Trong mộ t máy ép vít đ ùn, khi trụ c vít quay đ ư a trấ u từ phễ u cấ p liệ u, qua
các đ oạ n khuôn ép và đ ư a vào đ ầ u ép sẽ tạ o nên áp suấ t dọ c theo trụ c vít. Trong
suố t q trình này, khố i trấ u bên trong sẽ trư ợ t đ áng kể lên thành trong củ a khuôn
ép và gây ra ma sát giữ a trấ u và khuôn. Ma sát giữ a trấ u và thành khuôn, kế t hợ p
nhiệ t do ma sát trong nộ i bộ nguyên liệ u và tố c đ ộ quay củ a vít cao làm tă ng nhiệ t
đ ộ trong hệ thố ng khép kín, làm nóng khố i trấ u. Khi tớ i đ ầ u ép cơn hình dạ ng củ a
thanh củ i trấ u sẽ đ ư ợ c hình thành. Ở giai đ oạ n này, áp lự c tác dụ ng lên khố i trấ u là
tố i đ a do bư ớ c vít giả m dầ n. Bên ngoài đ ầ u ép cơn có đ iệ n trở gia nhiệ t làm tă ng
nhiệ t đ ộ đ ầ u ép bên ngồi từ 2900C ÷ 3200C, làm cháy lớ p trấ u phía ngồi tiế p xúc
vớ i đ ầ u ép.

Hình 2.8: Trụ c vít và đ ầ u ép bị mòn

12


Do làm việ c dư ớ i áp suấ t và nhiệ t đ ộ cao trong thờ i gian dài, liên tụ c dẫ n tớ i
đ ầ u ép thư ờ ng bị mịn, hình dạ ng bên trong thay đ ổ i làm giả m áp lự c ép và phả i
thay mớ i. Tuổ i thọ củ a mộ t đ ầ u ép theo khả o sát thự c tế là từ 18 ÷ 20 giờ . Do đ ó,
việ c xác đ ịnh vậ t liệ u và hình dạ ng thích hợ p sẽ giúp giả m chi phí thay thế và tă ng
tuổ i thọ cho đ ầ u ép côn.
2.4 Các nghiên cứ u liên quan đ ề tài
2.4.1. Các nghiên cứ u ngoài nư ớ c
- Tác giả Mridaney S. Poudel, Krishna R Poudel, Krishna R. Shrestha và Ramesh
M. Singh đ ã nghiên cứ u về mài mòn trụ c vít và trình bày cơng nghệ hàn đ ể tă ng tuổ i
thọ cho trụ c vít [1].
Củ i sinh khố i đ ư ợ c giớ i thiệ u ở Nepal vào đ ầ u nhữ ng nă m 1980, tuy nhiên
công nghiệ p sả n xuấ t nguyên liệ u sinh khố i ở nư ớ c này gặ p nhiề u vấ n đ ề liên quan
đ ế n cơng nghệ và chi phí sả n xuấ t cho các thiế t bị sấ y khô nguyên liệ u tư ơ i và hệ
thố ng vậ n chuyể n. Thêm vào đ ó trụ c vít bị mịn rấ t nhanh do tính mài mịn tự nhiên
củ a vỏ trấ u tư ơ i có chứ a hơ n 19% là tro. Cứ 4 ÷ 5 giờ thì cầ n phả i đ ư ợ c sử a chữ a
bằ ng cách hàn cứ ng thân vít. Trụ c vít mớ i cũ ng phả i sử a lạ i trong vịng 4 ÷ 5 giờ
hoạ t đ ộ ng. Trong vịng mộ t tháng có thể phả i sử a lạ i trụ c vít 8 ÷ 9 lầ n và thay mớ i.

Hình 2.9: Trụ c vít trư ớ c và sau khi bị mịn
Cơng trình nghiên cứ u đ ã:
Nghiên cứ u chế tạ o trụ c vít chịu lự c và chố ng mịn bằ ng cách tiệ n thân trụ c
vít từ thanh thép trịn đ ặ c, sau đ ó hàn cánh vít bằ ng cơng nghệ hàn phun.

13

Hình 2.10: Chế tạ o thân trụ c vít
Xác đ ịnh các loạ i nguyên liệ u khác ít mài mòn hơ n đ ể thay thế vỏ trấ u. Chế
tạ o và khả o sát các thiế t bị nhiệ t sử dụ ng nhiên liệ u sinh khố i trong nư ớ c đ ể thay thế
chấ t đ ố t từ gỗ .
Tuy nhiên:
Đ ề tài không nghiên cứ u vậ t liệ u chế tạ o khuôn và không đ ề cậ p đ ế n việ c cả i
tiế n đ ầ u ép côn đ ể giả m ma sát, mài mòn và chịu nhiệ t.
- Tác giả Taylan Altan, trư ờ ng đ ạ i họ c bang Ohio Mỹ vào nă m 2011, tạ i hộ i nghị
công nghệ FIA đ ã trình bày vấ n đ ề lự a chọ n vậ t liệ u cho khuôn rèn và phư ơ ng pháp
nhiệ t luyệ n bề mặ t đ ể tă ng tuổ i thọ cho khuôn rèn [2].
Khuôn rèn nóng thư ờ ng phả i chịu áp suấ t tiế p xúc và nhiệ t đ ộ cao. Việ c lự a
chọ n vậ t liệ u chế tạ o khuôn, tă ng đ ộ cứ ng và phủ bề mặ t là đ iề u quan trọ ng đ ể tă ng
tuổ i thọ và đ ộ chính xác cho khuôn rèn. Bài báo này tổ ng hợ p lạ i các nghiên cứ u
công nghệ mớ i nhấ t về vậ t liệ u khuôn rèn và nhiệ t luyệ n bề mặ t đ ể dùng cho khn
rèn nóng bằ ng thép.
Cơng trình nghiên cứ u đ ã:
Nghiên cứ u sử dụ ng phư ơ ng pháp phầ n tử hữ u hạ n đ ể tố i ư u đ ộ mài mòn và
biế n dạ ng đ àn hồ i trên khuôn rèn. Việ c tố i ư u này có thể giúp ư ớ c lư ợ ng tuổ i thọ
củ a vậ t liệ u chế tạ o khuôn và phủ bề mặ t khuôn cũ ng như tố i ư u chi phí chế tạ o đ ể
đ ư a vào sả n xuấ t. Tác giả bài báo cho rằ ng, tiêu chí quan trọ ng nhấ t đ ể lự a chọ n vậ t
liệ u thép cho khuôn rèn nóng là phả i có khả nă ng chố ng mòn, chố ng biế n dạ ng đ àn
hồ i và mỏ i (cơ và nhiệ t). Theo đ ó, vậ t liệ u làm khuôn có đ ộ cứ ng càng cao càng tố t.
14


Việ c kế t hợ p các nguyên tố kim loạ i như Crôm, vanadium, molipden hoặ c thép hợ p
kim Tungsten cầ n có trong vậ t liệ u chế tạ o khn rèn nóng đ ể tă ng khả nă ng chịu
mài mòn và chịu nhiệ t cao (Bả ng 2.1).
Bả ng 2.1: Vậ t liệ u thích hợ p cho khn rèn nóng

Khn rèn cầ n phả i có đ ộ bề n cao khi có sự thay đ ổ i về áp suấ t và nhiệ t đ ộ .
Đ ể đ ạ t đ ư ợ c đ iề u đ ó, tác giả đ ư a ra chu kỳ nhiệ t luyệ n cho các vậ t liệ u chế tạ o
khn rèn nóng (hình 2.11).

Hình 2.11: Chu kỳ nhiệ t luyệ n đ ố i vớ i thép công cụ ở nhiệ t đ ộ cao
15


Mộ t giả i pháp đ ư ợ c tác giả trình bày kế t quả trong nghiên cứ u đ ó là phủ lớ p
bề mặ t. Tác giả cho rằ ng, đ ộ chố ng mài mòn củ a lớ p phủ phụ thuộ c chủ yế u vào cấ u
trúc củ a nó, thơng thư ờ ng đ ư ợ c phủ nhiề u lớ p, lớ p phủ bề mặ t trên cùng có ả nh
hư ở ng đ ế n khả nă ng chịu mòn (hình 2.12).

Hình 2.12: Cấ u trúc lớ p phủ bề mặ t
Qua thự c nghiệ m và so sánh, tác giả lự a chọ n phư ơ ng pháp phủ PVD và
plasmađ ể phủ bề mặ t khuôn giúp tă ng đ ộ chố ng mài mòn, lớ p phủ thép duplex có
nitrid này cho kế t quả tố t hơ n cấ u trúc phủ nhiề u lớ p.
Tuy nhiên:
Đ ề tài không nghiên cứ u vậ t liệ u và kế t cấ u cho đ ầ u ép côn máy ép trấ u.
- Các tác giả Tuvshin Dugarjav*, Takeshi Yamaguchi, Kei Shibata và Kazuo
Hokkirigawa vào nă m 2009 tạ i Nhậ t Bả n đ ã trình bày nghiên cứ u thơng số ma sát
và mịn củ a gạ ch ceramic làm từ vỏ trấ u dư ớ i đ iề u kiệ n ma sát khô [3]
Nghiên cứ u đ ư ợ c thự c hiệ n đ ể xác đ ịnh ứ ng xử mòn bằ ng các thự c nghiệ m
trư ợ t giữ a gạ ch ceramic (đ ư ợ c trộ n từ bộ t vỏ trấ u, nhự a phenol, hình 2.13).

Hình 2.13: Quy trình sả n xuấ t gạ ch ceramics
16


Cơng trình nghiên cứ u đ ã:

Thự c nghiệ m đ ã đ ư a ra các kế t quả hệ số ma sát giữ a gạ ch ceramic tổ ng hợ p
vớ i các vớ i các loạ i thép cacbon cao SUJ2, thép không gỉ austenitic SUS304 và oxit
nhôm Al2O3 trong đ iề u kiệ n ma sát khơ. (hình 2.14).

Hình 2.14: Quan hệ giữ a hệ số ma sát vớ i số chu kỳ thí nghiệ m
Kế t quả nghiên cứ u cho thấ y khi gạ ch RH ceramics trư ợ t trên thép cacbon
cao và thép khơng gỉ SUS304 có hệ số ma sát thấ p, nhỏ hơ n 0.1 trong đ iề u kiệ n ma
sát khô.
Tuy nhiên:
Nghiên cứ u này không đ ề cậ p việ c lự a chọ n vậ t liệ u thích hợ p đ ể chế tạ o đ ầ u
ép côn máy ép thanh củ i trấ u và phát triể n kế t cấ u đ ầ u ép chịu mịn, nhiệ t.
- Nhóm tác giả F. R. Biglari, M Zamani trong hộ i nghị kỹ thuậ t thế giớ i tạ i Anh đ ã
trình bày nghiên cứ u khả o sát mòn biên dạ ng khn rèn nóng [4].

Hình 2.15: Hình dạ ng củ a mặ t bích và các diệ n tích mịn nhiề u nhấ t
17