Nghiên cứu khả năng ứng dụng thép SKD61 để nâng cao tuổi bền trục vít ép trong máy ép thanh củi trấu

Nội dung text: Nghiên cứu khả năng ứng dụng thép SKD61 để nâng cao tuổi bền trục vít ép trong máy ép thanh củi trấu

1. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG THÉP SKD61 ĐỂ NÂNG CAO TUỔI BỀN TRỤC VÍT ÉP TRONG MÁY ÉP THANH CỦI TRẤU RESEARCH ON APPLICABILITY OF STEEL SKD61 TO IMPROVE THE PRESS-SCREW SHAFT LIFE IN RICEHUSK BRIQUETTE MACHINE Dương Vĩnh Nghi, Nguyễn Nhựt Phi Long Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngày toà soạn nhận bài , ngày phản biện đánh giá , ngày chấp nhận đăng TÓM TẮT Trục vít ép máy ép củi trấu có tuổi thọ thấp do ma sát giữa đầu trục vít ép và vỏ trấu trong quá trình ép đùn thanh củi trấu. Việc nghiên cứu tìm kiếm vật liệu chịu nhiệt, chịu mòn có giá thành hợp lý để chế tạo trục vít ép giúp tăng tuổi bền là một vấn đề đang được quan tâm. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu khả năng ứng dụng thép SKD61 để chế tạo trục vít ép. Một kết cấu trục vít ép hai phần với phần đầu được chế tạo từ thép SKD61, phần thân từ thép C45 đã được đề xuất cùng với quy trình công nghệ chế tạo cơ khí và quy trình hàn nối. Kết quả thử nghiệm trên 3 mẫu trục vít ép chế tạo thử cho thấy, trục vít ép hai phần với phần đầu trục được chế tạo từ thép SKD61 có tuổi bền lớn hơn bốn lần và hiệu quả kinh tế cao hơn trục vít nguyên khối chế tạo bằng thép C45. Từ khóa: máy ép thanh củi trấu; tuổi bền trục vít ép; SKD61; hiệu quả kinh tế; C45 ABSTRACT The press-screw shaft of ricehusk briquette machine had the low life due to the friction between the screw shaft's front part and the ricehusk in processing of briquette extruding. Researching on the type of wear and heat-resistant material with reasonable price to use for the machining and life increasing a press- screw shaft is an issue. This article presents the researched result about applicability of steel SKD61 for the machining a press-screw shaft. A construction of the material double screw shaft with front part made from SKD61 steel and rest part from C45 steel, together with a manufacturing process plan and a welding procedure for joining have suggested. Experimented results with three press-screw shafts showed that the new press-screw shafts with front part from SKD61 steel have four times as life as conventional press-screw shaft from C45 steel and more economic efficiency. Keywords: ricehusk briquette machine; press-screw shaft life; SKD61; economic efficiency, C45 1. ĐẶT VẤN ĐỀ liệu chịu nhiệt, chịu mòn giúp tăng tuổi bền Trong máy ép thanh củi trấu, tuổi bền trục vít ép có ý nghĩa lớn trong việc giảm chi của trục vít ép và đầu ép côn là các yếu tố phí sản xuất củi trấu, làm tăng giá trị gia tăng quan trọng quyết định đến chất lượng, năng của trấu và gián tiếp giúp bảo vệ môi trường. suất sản phẩm và hiệu quả kinh tế. Theo thực tế sản xuất thì từ 3 - 4 giờ nhà sản xuất phải thay mới trục vít ép và đối với đầu ép côn trong khoảng thời gian 240 giờ [1]. Như vậy có thể thấy tuổi bền của trục vít ép ảnh hưởng lớn đến năng suất và giá thành sản phẩm. Do làm việc dưới áp suất, nhiệt độ cao trong thời gian dài và liên tục trong môi trường ma sát lớn nên phần đầu trục vít ép thường bị mòn nhanh (hình 1). Do mòn nhanh nên hình dạng bên ngoài của trục vít ép bị thay đổi làm giảm áp lực ép ảnh hưởng Hình 1. Trục vít ép mới và bị mòn [2] xấu đến chất lượng và năng suất thành phẩm nên phải thay mới. Do đó, việc xác định vật Trong thực tế sản xuất, đối với trục vít
2. ép được chế tạo bằng thép hợp kim hoặc chế tạo toàn bộ trục vít ép bằng thép SKD61 bằng thép C45 được tôi cứng khi bị mòn sẽ không kinh tế. Ngoài ra, kết quả khảo sát được các cơ sở sản xuất hàn đắp bằng que cho thấy, các trục vít ép củi trấu bị mòn hàn chống mài mòn và mài sửa lại để đạt nhiều nhất ở hai bước ren của phần đầu trục hình dạng và kích thước như ban đầu. Đối vít và phần thân còn lại rất ít mòn (hình 1, 2). với trục vít đúc bằng gang sẽ không thể phục Kết cấu và kích thước một trục vít ép của hồi hàn đắp được, phải thay mới. một máy ép củi trấu điển hình năng suất 600 - 700 kg/h đang được sử dụng tại DNTN Châu Hưng (Sóc Trăng) [1] được trình bày ở hình 3. Trục vít được các cơ sở cơ khí trong tỉnh chế tạo từ thép C45. Hình 2. Trục vít gang mới và bị mòn [1] Que hàn thường sử dụng là que hàn Hình 4. Kết cấu, kích thước trục vít ép [1] Philhard 711 hoặc Philhard 713 cho độ cứng Từ kết cấu trục vít ép (hình 4) và thực tế 60 HRC được tạo ra bởi cacbit Cr 35% hay trạng thái mòn của trục vít (hình 1, 2), một ý cacbit (Mo, V, W, Nb) có khả năng chống tưởng về một kết cấu mới cho trục vít ép mài mòn trong môi trường nhiệt độ cao hơn được đề xuất như sau: 500oC [3]. Tuy nhiên, tuổi bền của các trục vít hàn đắp này đạt khoảng 7 - 8 giờ và cũng - Trục vít ép gồm hai phần (phần đầu và chỉ thực hiện hàn đắp trên trục vít ép được phần thân) với hai vật liệu khác nhau. vài lần. - Phần thân chính trục vít ép vẫn được chế tạo bằng thép C45. - Phần đầu trục vít ép (đoạn 2 bước ren) được chế tạo bằng thép chịu nhiệt, chịu mòn SKD61. Hình 3. Trục vít ép được hàn đắp [3] Để góp phần giải quyết các tồn tại trên, bài báo giới thiệu kết quả ứng dụng vật liệu PHẦN ĐẦU PHẦN THÂN chịu nhiệt, chịu mòn SKD61 để chế tạo phần Hình 5: Trục vít ép từ hai vật liệu đầu của trục vít ép giúp tăng tuổi bền trục vít ép lên nhiều lần với chi phí chấp nhận được. 2.2 Quy trình công nghệ chế tạo Từ kết cấu tổng quát đã đề xuất (hình 5), 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU các bước công nghệ chế tạo trục vít ép thanh củi trấu hai phần từ thép SKD61 và thép C45 2.1 Trục vít ép hai phần như sau: Thời gian gần đây, thép SKD61 (tên gọi - Chế tạo cơ khí phần đầu của trục vít từ thông dụng theo tiêu chuẩn JIS, Nhật) hay thép SKD61 với các kích thước như ở hình 6; còn gọi 40Cr5MoV (ISO), thép H13 (AISI, Mỹ) được coi là loại thép chuyên dụng để chế tạo khuôn dập nóng, khuôn đúc [4]. Thép SKD61 có độ bền nhiệt cao, chịu mài mòn, độ dai va đập được cân bằng tốt, khả năng gia công cơ tốt, biến dạng rất ít sau khi nhiệt luyện, độ cứng sau nhiệt luyện có thể đạt đến 56 HRC. Từ các đặc tính này ta có thể thấy đây là loại thép phù hợp để chế tạo trục vít Hình 6. Bản vẽ thiết kế phần đầu ép. Tuy nhiên, do có giá thành cao nên nếu trục vít ép chế tạo từ thép SKD61
3. - Tôi thể tích đạt 52 - 53 HRC (hình 7); - Kiểm tra chất lượng trục vít ép. Bảng 1. Chế độ hàn nối (SKD61) [6] Lớp Chân Đắp Phủ Tiêu chuẩn áp dụng AWS D1.1 Phương pháp hàn SMAW Vị trí hàn 1G Que hàn (Kobelco 2,6 mm 3,2 mm LB-7018-1 (A5.1 E7018-1) Cực tính DC+ Cường độ dòng điện 70 - 90 A 90 - 110 A 3. THỬ NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ Ba mẫu trục vít ép thanh củi trấu hai phần từ thép C45 và thép SKD61 (xuất xứ Trung Quốc) cho máy ép củi trấu năng suất Hình 7. Quy trình tôi thép SKD61 [5] 300 - 600 kg/h (DNTN Châu Hưng, Sóc - Cắt bỏ phần đầu của trục vít ép bị mòn Trăng) đã được chế tạo. tương ứng với chiều dài của phần đầu trục vít Phần đầu trục vít ép được chế tạo bằng (SKD61) và khoan lỗ D10xL15 tại tâm; thép SKD61 dựa vào quy trình công nghệ đề - Sử dụng chốt trụ D10xL20 để định tâm xuất ở mục 2.2 và hàn nối với phần thân và gá lắp phần thân C45 và phần đầu trục vít được trình bày ờ hình 7. Kết quả kiểm tra độ SKD61 trên cơ sở hai mặt lỗ (hình 8); cứng cho thấy phần đầu trục vít ép được chế tạo từ thép SKD61 đạt được độ cứng 50 - 52 HRC. Hình 8. Định vị, lắp ghép hai phần trục vít - Hàn nối trục theo chế độ hàn ở bảng 1. Lớp chân được hàn theo thứ tự như ở hình 9: (i) hàn góc phần tư I và III và chờ mối hàn nguội; (ii) hàn góc phần tư II và IV. Các lớp Hình 10. Trục vít ép với phần đầu điền đầy được hàn tương tự lớp chân nhưng bằng thép SKD61 bố trí hướng hàn ngược lại với lớp chân và Về công nghệ chế tạo, ta thấy: chú ý phân bố mối nối không bị trùng ở mỗi - Chế tạo cơ khí phức tạp, phải thực lớp. Lớp phủ có thể được hình thành từ nhiều hiện trên máy CNC từ phôi thanh SKD61. đường hàn. Chiều cao lớp phủ cần cao hơn bề mặt trục để có thể mài xử lý bề mặt. - Dễ dàng định tâm và độ đồng tâm đạt được cao vì gia công lỗ D10xL15 dễ dàng. - Hàn nối hai phần của trục vít ép dễ dàng, không bị biến dạng. Khi thử nghiệm trong thực tế trên máy ép củi trấu năng suất 600 - 700 kg/h (DNTN Châu Hưng, Sóc Trăng), 3 mẫu trục vít ép với phần đầu bằng thép SKD61 có tuổi bền lên đến 26 giờ. Bảng tổng hợp chi phí chế tạo và tuổi bền trung bình của trục vít ép C45 và trục vít Hình 9. Hàn ghép nối hai phần trục vít ép ép hai phần có phần đầu được chế tạo từ thép - Mài sửa phần hàn nối. SKD61 được trình bày trong bảng 2.
4. Bảng 2. Chi phí chế tạo và tuổi bền từ thép SKD61 có tuổi bền cao hơn nhiều lần và hiệu quả kinh tế hơn trục vít ép được chế Giải pháp Chi phí chế tạo Tuổi bền tạo nguyên khối từ thép C45. (VNĐ) (giờ) C45 2.500.000 04 4. KẾT LUẬN SKD61 5.140.000 26 - Một kết cấu mới cho trục vít ép thanh Ước tính chi phí sản xuất củi trấu là củi trấu gồm hai phần (phần đầu và phần 1.150 đ/kg (bảng 3) và thời giá của thanh củi thân) được chế tạo từ hai vật liệu khác nhau trấu trên thị trường khoảng 1.650 đ/kg. đã được nghiên cứu và đề xuất. Bảng 3. Chi phí sản xuất củi trấu [1] - Quy trình công nghệ chế tạo cơ khí và hàn nối hai phần của trục vít ép có tính khả Trấu Điện Vận chuyển Nhân công thi cao và đạt yêu cầu chất lượng. (đ/kg) (đ/kg) (đ/kg) (đ/kg/người) - Trục vít ép hai phần với phần đầu 700 200 150 100 được chế tạo từ thép SKD61 có tuổi bền gấp (Thời điểm: tháng 6/2016) 4 lần trục vít được chế tạo nguyên khối từ Do vậy, với năng suất của máy đạt 5.000 thép C45 (lên đến 26 giờ). kg/ca (8 giờ) tiền lãi sẽ đạt: - Xét trong 3 ca làm việc (24 giờ), chỉ (1.650 – 1.150) x 5.000 = 2.500.000 đ/ca sử dụng 1 trục vít ép có phần đầu được chế tạo từ thép SKD61 thì cần tương ứng đến 6 Biết rằng, mỗi một lần dừng máy để thay trục vít ép C45, tiết kiệm được: trục vít ép ta tổn thất: (6x2.500.000 + 6x312.500 + 6x100.000) – - Để nguội máy và thay trục vít ép mới 5140.000 = 12.335.000 đ hết 1 giờ. - Cần mở rộng nghiên cứu cho các loại - Mất 312.500 đ tiền lãi (1 giờ không sản xuất). vật liệu chịu nhiệt, chịu mòn khác. - Tiền công thợ thay trục vít ép và điều LỜI CẢM ƠN chỉnh máy: 100.000 đ. Tác giả xin chân thành cảm ơn DNTN Châu Như vậy, căn cứ theo bảng 2, bảng 3 thì Hưng đã hỗ trợ thực hiện nghiên cứu này. trục vít ép hai phần có phần đầu được chế tạo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] DNTN Châu Hưng, Báo cáo hoạt động sản xuất thanh củi trấu, 2015 [2] Mridaney S. Poudel, Krishna R. Shrestha, Ramesh M. Singh, Screw Extruder Biomass Briquetting, Rentech Symposium Compendium, Volume 1, March 2012 [3] Philhard, Que hàn chống mòn trục vít củi than, củi trấu, củi mùn cưa Philhard 711, Công ty TNHH Thương mại và Công nghiệp Phương Đông, Website: philhard-711/, Ngày truy xuất: 03/2016. [4] Thoni V. Philip, Thomas J. McCaffrey, ASM Handbook Volume 1, Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys - Ultrahigh-Strength Steels, ASM International, 1990, Pp. 430 - 448. [5] Bruce A. Becherer, Thomas J. Witheford, ASM Handbook Volume 4, Heat Treating - Heat Treating of Ultrahigh-Strength Steels, ASM International, 1990, Pp. 207 - 218 (12). [6] Kobelco, Kobelco Welding Handbook, Kobe Steel, Ltd., 2016. Pp. 34, 104. Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): Họ tên: Dương Vĩnh Nghi Đơn vị: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM Điện thoại: 0914 6965354 Email: duongvinhnghisp@gmail.com
5. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.