Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ ba, 25/01/2022 | 17:06

Thứ ba, 25/01/2022 | 17:06

Tin KHCN

Cập nhật lúc 07:25 ngày 06/12/2021

Chế tạo khuôn dập bằng vật liệu composite ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất ngói

Thông qua việc thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Bộ Công Thương “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo khuôn dập bằng vật liệu composite ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất ngói”, TS. Ngô Hữu Mạnh cùng các cộng sự của Trường Đại học Sao Đỏ đã chế tạo được khuôn dập bằng vật liệu composite nền nhựa cốt hạt ứng dụng vào quá trình sản xuất ngói. Khuôn dập composite do nhóm nghiên cứu chế tạo làm việc ổn định, cho ra các sản phẩm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
Tăng khả năng cạnh tranh nhờ khuôn dập bằng vật liệu composite
Hiện nay, khuôn dập ngói trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng chủ yếu được chế tạo từ thép đúc có trọng lượng khá lớn. Chi phí mua phôi làm khuôn khá cao vì thép làm khuôn dập ngói chủ yếu phải nhập khẩu. Trong khi đó, quá trình gia công phay và mài mất khá nhiều thời gian, quá trình sửa chữa và phục hồi khuôn dập bằng thép cũng tốn kém chi phí. Tất cả các yếu tố trên làm tăng đáng kể chi phí sản xuất, giảm khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.
Qua khảo sát, ở Việt Nam hiện nay, có rất ít nhà máy/doanh nghiệp sản xuất ngói nào sử dụng khuôn dập bằng vật liệu composite. Theo TS. Ngô Hữu Mạnh – Chủ nhiệm đề tài, một mặt, các doanh nghiệp đang quen sử dụng vật liệu truyền thống là khuôn dập được chế tạo bằng thép và chưa dám mạo hiểm sử dụng vật liệu khác thay thế. Mặt khác, các doanh nghiệp chưa tiếp cận được với công nghệ vật liệu mới, nên chưa thấy được những ưu điểm của vật liệu này.
Khuôn dập ngói trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng chủ yếu được chế tạo từ thép đúc. (Ảnh: https://trangtrinoithatxinh.vn/)
Trong những năm gần đây, vật liệu composite đã được nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến trên thế giới nhằm từng bước thay thế vật liệu truyền thống, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, giảm giá thành chế tạo, tăng cường khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp. “Việc sử dụng vật liệu mới với những ưu điểm vượt trội để thay thế vật liệu truyền thống đang là giải pháp và xu thế tất yếu của nền công nghiệp hiện đại mà doanh nghiệp cần hướng đến” – TS. Ngô Hữu Mạnh nhấn mạnh.
Xuất phát từ thực trạng đó, Trường Đại học Sao Đỏ đã mạnh dạn đề xuất và được Bộ Công Thương giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo khuôn dập bằng vật liệu composite ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất ngói”. Đề tài được thực hiện từ tháng 01/2019 đến tháng 12/2019.
“Mục tiêu của đề tài nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học, tiếp cận và làm chủ công nghệ công nghệ nhằm gắn kết chặt chẽ giữa nghiên cứu khoa học với thực tế sản xuất. Đồng thời, làm chủ công nghệ, thiết kế và chế tạo được khuôn dập bằng vật liệu composite ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất ngói và quá trình đào tạo của Trường Đại học Sao Đỏ” – TS. Ngô Hữu Mạnh – Chủ nhiệm đề tài chia sẻ.
Nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm
TS. Ngô Hữu Mạnh cho biết, sau khi phân tích, khảo sát, đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu về khuôn dập ngói và vật liệu composite ở trong nước và quốc tế, nhóm nghiên cứu đã xác định được công nghệ, vật liệu và thiết bị dập nguội. Đồng thời, phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của khuôn dập ngói làm cơ sở cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo khuôn dập ngói bằng composite đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu của doanh nghiệp.
Triển khai chế tạo khuôn dập ngói, đầu tiên, nhóm nghiên cứu lựa chọn vật liệu composite để chế tạo khuôn. Cụ thể, nhóm đã lựa chọn vật liệu composte nền nhựa cao phân tử có tỉ trọng lớn UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene). UHMWPE có cấu trúc dạng chuỗi (một chuỗi phân tử của UHMWPE có từ 2.000.000 – 6.000.000 phân tử) nên khả năng liên kết cao.
Kiểm tra độ nhám bề mặt (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
TS. Ngô Hữu Mạnh cho biết: “Vật liệu composite UHMWPE có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và chống va đập cao, độ dai lớn, khả năng chống ăn mòn hoá chất và môi trường ẩm cao (cao hơn cả thép SUS 304). Không những vậy, hệ số mài mòn của loại vật liệu này cũng thấp, tỉ trọng nhỏ, nhiệt độ nóng chảy khoảng 130°C nên phù hợp để làm khuôn dập”.
Trên cơ sở sản phẩm là viên ngói mái 22 được chế tạo từ đất (chiếm tỉ lệ 60 – 70%), nhóm nghiên cứu triển khai bước tiếp theo là thiết kế khuôn dập ngói phù hợp với yêu cầu thực tế sản xuất của doanh nghiệp. Giải pháp công nghệ được nhóm nghiên cứu lựa chọn là thay vật liệu chế tạo lõi khuôn SKD11 thành vật liệu composite có nền là nhựa UHMWPE, cốt hạt Crom và Oxit nhôm. “Giải pháp này thực sự đã đem lại hiệu quả, giúp giảm chi phí nhân công bôi dầu lên lõi khuôn, giảm chi phí vật liệu, giảm thời gian và chi phí gia công do vật liệu SKD11 có độ cứng cao cần dụng cụ cắt đắt tiền, nâng cao năng suất của thiết bị dập ngói” – TS. Mạnh nói.
Sau đó, nhóm xây dựng chương trình gia công khuôn dập ngói bằng composite, mô phỏng quá trình gia công khuôn dập bằng vật liệu composite trên phần mềm Top solid, từ đó hiệu chỉnh để hoàn thiện chương trình gia công khuôn bằng vật liệu composite trên máy phay CNC Xmill-900. Khuôn dập sau khi gia công được kiểm tra, đánh giá đảm bảo các tiêu chí trước khi thử nghiệm tại doanh nghiệp.
Kiểm tra kích thước và dung sai hình học trên máy CMM (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
“Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm khuôn dập ngói 22 chế tạo từ vật liệu composite nền nhựa, cốt hạt tại Công ty Cổ phần Hoàng Tiến (Chí Linh – Hải Dương) và Công ty Cổ phần gạch ngói Đất Việt (Đông Triều – Quảng Ninh). Kết quả đánh giá thử nghiệm khuôn dập ngói 22 chế tạo từ vật liệu composite nền nhựa, cốt hạt đáp ứng được yêu cầu sản xuất thực tế của doanh nghiệp” – TS. Mạnh cho biết.
Cụ thể, khuôn dập có hình dạng phù hợp với thiết bị và sản phẩm tạo ra, kết cấu khuôn bề mặt nhẵn, hình dạng đẹp, kích thước đảm bảo yêu cầu. Khuôn dập bằng vật liệu composite có giá thành tương đương khuôn thép SKD11 (2.200.000 đồng/khuôn) nhưng khối lượng thì nhẹ hơn nhiều khuôn dập SKD11. Đáng chú ý, các tiêu chí như khả năng chịu mài mòn, khả năng chống ăn mòn nhiệt, ăn mòn hoá chất, khả năng chống bám dính khuôn của khuôn dập bằng vật liệu composite do nhóm nghiên cứu chế tạo đều được đánh giá tốt hơn so với khuôn thép SKD11.
Khuôn dập ngói 22 làm bằng vật liệu composite nền nhựa, cốt hạt sau khi gia công trên máy phay CNC Xmill-900 (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Đặc biệt, viên ngói 22 sau khi dập bằng khuôn dập composite đảm bảo hình dạng theo yêu cầu, không bị cong vênh, không bị nứt. Kích thước viên ngói và hoa văn, hoạ tiết trên bề mặt đảm bảo theo yêu cầu. Bề mặt viên ngói nhẵn, hình dạng hoa văn đẹp. Viên ngói được ép chặt, không bị xốp.
Việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khuôn dập bằng vật liệu composite ứng dụng vào thực tế sản xuất thay thế cho vật liệu truyền thống là một trong những yêu cầu cấp thiết hiện nay. Với việc chế tạo thành công khuôn dập bằng vật liệu composite, các nhà khoa học Trường ĐH Sao Đỏ không chỉ giúp các doanh nghiệp chủ động trong sản xuất, giảm chi phí vận hành, đồng thời giúp nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm đáp ứng yêu cầu của thị trường.
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được các tiêu chí đánh giá khuôn dập và viên ngói 22 là sản phẩm sau khi dập trên cơ sở lý thuyết và thực tế, làm cơ sở để hợp tác phát triển sản phẩm và chuyển giao kỹ thuật, công nghệ cho doanh nghiệp áp dụng vào thực tế sản xuất. 
Hà Nguyễn