Báo cáo Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộrăng gầu máy xúc thủy lực bl365 trong khai thác mỏ

Bộ Công th−ơng Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp Viện Công nghệ Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN M∙ số: 244.07.RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gầu máy xúc thủy lực bl365 trong khai thác mỏ Cơ quan chủ quản: Bộ Công th−ơng Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ Chủ nhiệm đề tài: kS. Trần tự trác 6798 12/4/2008 Hà Nội, 3-2008 Bộ Công th−ơng Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp Viện Công nghệ Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN M∙ số: 240.07.RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gầu máy xúc thủy lực bl365 trong khai thác mỏ Hà Nội, 3 - 2008 Cơ quan chủ trì Viện Công nghệ Chủ nhiệm đề tài KS. Trần tự trác Những ng−ời tham gia đề tài: 1. Trần Tự Trác Viện Công nghệ 2. Đặng Thành Công Viện Công nghệ 3. Trần Trọng Nghĩa Viện Công nghệ 4. Võ Thanh Sơn Viện Công nghệ 5. Thái Văn An Viện Công nghệ 6. Hoàng Thị Mai Viện Công nghệ 7. Nguyễn Thanh Tùng Viện Công nghệ 8. Nguyễn Cao Minh Viện Công nghệ 9. Nguyễn Đức Chung Viện Công nghệ Báo cáo đề tài NCKH Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ ...........................................................................................................................................................................................................…….... ................................................................................................................................................................................................................….. ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………….......................... 1 mục lục trang Lời nói đầu 3 Phần 1. Tổng quan 4 1.1. Thực trạng sử dụng răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 4 1.2. Nhu cầu sử dụng răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 trong khai thác mỏ 5 1.3. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và cung cấp răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 5 1.4. Ph−ơng pháp nghiên cứu và mục tiêu của đề tài 6 Phần 2. lựa chọn vật liệu 7 2.1. Nghiên cứu vật liệu 7 2.1.1. Tính chống mài mòn của thép 7 2.1.2. Những đặc tính cơ bản của thép chịu mài mòn va đập 8 2.1.3. Một số loại thép chịu mài mòn va đập. 10 2.1.4. L−ạ chọn vật liệu chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 10 2.2. Các yếu tố ảnh h−ởng đến tính chất của thép hợp kim 11 2.2.1. ảnh h−ởng của thành phần hoá học 11 2.2.2. ảnh h−ởng của công nghệ đúc 13 2.2.3. ảnh h−ởng của quá trình xử lý nhiệt 13 Phần 3. công nghệ chế tạo 15 3.1. Sơ đồ tổng thể quy trình công nghệ chế tạo 15 3.2. Công nghệ đúc 17 3.2.1. Thiết kế công nghệ đúc 17 3.2.2. Công nghệ chế tạo khuôn đúc 19 3.3. Công nghệ nấu luyện thép Γ13 20 3.3.1. Tính toán phối liệu nấu luyện 20 3.3.2. Công nghệ nấu luyện và đúc rót 23 3.4. Công nghệ nhiệt luyện thép Γ13 25 3.4.1. Xác định chế độ gia nhiệt 25 3.4.2. Thiết bị và đồ gá 26 Báo cáo đề tài NCKH Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ ...........................................................................................................................................................................................................…….... ................................................................................................................................................................................................................….. ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………….......................... 2 3.4.3. Thao tác nhiệt luyện 27 Phân 4. Kết quả chế tạo 28 Phần 5. Kết luận 29 Phụ lục 1. Bản vẽ thiết kế răng gầu máy xúc thủy lực BL365 30 Phụ lục 2. Kết quả phân tích thành phần hoá học răng gầu xúc 32 Phụ lục 3. Kết quả kiểm tra cơ tính vật liệu chế tạo răng gầu xúc 33 Phụ lục 4. ảnh kim t−ơng vật liệu chế tạo răng gầu xúc 34 Tài liệu tham khảo 37 Báo cáo đề tài NCKH Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ ...........................................................................................................................................................................................................…….... ................................................................................................................................................................................................................….. ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………….......................... 3 Lời nói đầu Trong những năm 1975-2004 các loại máy xúc chạy điện (EKΓ 4,6, EKΓ 5A và 8И) nhập khẩu từ Liên Xô cũ đóng vai trò chủ đạo trong việc bốc xúc đất đá tại các công tr−ờng khai thác mỏ. Từ năm 2004 đến nay sản l−ợng khai thác tăng hàng năm, điều kiện khai thác ngày càng khó khăn (hệ số bốc đất đá/than tăng từ 3/1 đến 6/1) dẫn đến các loại máy xúc chạy điện không đáp ứng đ−ợc yêu cầu bốc xúc đất đá. Tr−ớc tình hình đó các đơn vị khai thác mỏ đã nhập khẩu máy xúc thuỷ lực để phục vụ sản xuất. Máy xúc thuỷ lực BL365 là một trong các loại máy xúc thuỷ lực có dung tích gàu xúc 3,65 m3 đ−ợc các đơn vị khai thác mỏ nhập khẩu từ Mỹ. Răng gàu là một chi tiết trong cụm gàu xúc th−ờng xuyên phải thay thế do bị mài mòn với đất đá trong quá trình làm việc. Một vài đơn vị cơ khí trong n−ớc b−ớc đầu chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 dùng cho khai thác mỏ nh−ng chất l−ợng ch−a đáp ứng đ−ợc yêu cầu sử dụng. Để phục vụ sản xuất, các đơn vị khai thác mỏ đã nhập khẩu răng gàu từ nhiều n−ớc với giá thành khá cao. Đề tài “Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 trong khai thác mỏ” nhằm thay thế nhập ngoại cho các đơn vị khai thác có ý nghĩa thực tiễn, phục vụ sản xuất kịp thời. Việc nghiên cứu lựa chọn vật liệu, công nghệ chế tạo đạt kết quả tốt sẽ mở rộng để sản xuất các loại răng gàu máy xúc thuỷ lực cung cấp cho khai thác mỏ và các ngành kinh tế khác góp phần tiết kiệm ngoại tệ, tạo việc làm và chủ động trong sản xuất. Trong báo cáo tổng kết này, nhóm tác giả trình bày các nội dung nghiên cứu đã thực hiện và các kết quả đạt đ−ợc trong quá trình nghiên cứu và chế tạo. Báo cáo đề tài NCKH Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ ...........................................................................................................................................................................................................…….... ................................................................................................................................................................................................................….. ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………….......................... 4 Phần 1 tổng quan 1.1. Thực trạng sử dụng răng gàu máy xúc thuỷ lực cat bl 365 1.1.1. Điều kiện làm việc Bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 gồm 5 chi tiết lắp ở gàu xúc. Trong quá trình làm việc răng gàu chịu tác dụng của lực đẩy thủy lực và bị va đập, chà sát với vật liệu cần bốc xúc rất mạnh. Vật liệu bốc xúc là đá, sỏi, bìa bắp, đất... đều rất cứng nên răng gàu bị mài mòn nhanh, thậm chí gãy, vỡ… Khi phần mũi mòn tới giới hạn quy định, phải tiến hành thay thế. 1.1.2. Thực trạng sử dụng Răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 do các đơn vị khai thác mỏ nhập ngoại có chất l−ợng sử dụng ổn định và đáp ứng yêu cầu sản xuất. Sản l−ợng xúc đất đá trung bình cho 01 bộ (5 cái) với độ cứng f = 10-12 là 65.000-70.000 m3. Răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 của các đơn vị cơ khí trong n−ớc chế tạo có chất l−ợng sử dụng rất thấp. Số liệu khảo sát tại Công ty than Cao Sơn, Cọc Sáu, Đèo Nai thấy rằng: - Răng gàu hay bị gãy trong quá trình làm việc. - Sản l−ợng xúc đất đá trung bình cho 01 bộ: 30.000-35.000 m3 đất đá. Độ bền, hay tuổi thọ (nói cách khác sản l−ợng xúc đất đá) của răng gàu máy xúc thuỷ lực phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Lựa chọn thành phần hợp kim phù hợp với điều kiện làm việc, nấu luyện hợp kim đạt thành phần hoá học chính xác. - Thiết kế công nghệ đúc và chế tạo khuôn chuẩn xác để vật đúc không có khuyết tật, tổ chức chắc đặc, hạt nhỏ mịn. - Nhiệt luyện phải đảm bảo tổ chức kim loại của răng gàu thuần austenít. - Điều kiện sử dụng mà yếu tố chủ yếu là đặc điểm thổ nh−ỡng, tải trọng va đập lớn hay nhỏ và áp suất tác dụng lên răng gàu cao hay thấp. Báo cáo đề tài NCKH Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ ...........................................................................................................................................................................................................…….... ................................................................................................................................................................................................................….. ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………….......................... 5 1.2. Nhu cầu sử dụng răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 và các loại khác trong khai thác mỏ Các đơn vị khai thác mỏ của vùng Quảng Ninh hiện nay đang sử dụng 80 máy xúc thuỷ lực nhập khẩu từ Mỹ, Hàn Quốc, Nhật Bản có dung tích gàu xúc từ 2-12 m3 để phục vụ sản xuất. Các loại máy xúc thuỷ lực bao gồm: PC400-6; PC 750; BL365; CAT 5090; CAT 320; CAT 1250. Số liệu khảo sát tại các đơn vị khai thác mỏ Quảng Ninh sử dụng răng gàu máy xúc thuỷ lực cho thấy mỗi năm một máy xúc sử dụng 30 bộ răng gàu. Một bộ răng gàu có 05 cái, trọng l−ợng trung bình của 01 răng gàu: 35-40 kg. Tổng trọng l−ợng răng gàu máy xúc thuỷ lực có nhu cầu 01 năm tại các đơn vị khai thác mỏ là: ( 80 máy x 30 bộ ) x (5 cái x 40 kg ) = 480.000 kg. Nh− vậy để cung cấp cho các đơn vị khai thác mỏ khu vực Quảng Ninh hàng năm cần có 480 tấn sản phẩm răng gàu máy xúc thuỷ lực với giá trị khoảng 17-18 tỷ đồng. 1.3. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và cung cấp răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365. Các đơn vị sản xuất cơ khí trong n−ớc đã chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365 và một số loại khác cung cấp cho khai thác mỏ từ năm 2005. Khảo sát tại các đơn vị cơ khí đã và đang chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực cung cấp cho khai thác mỏ thấy rằng: - Việc lựa chọn và khống chế thành phần hợp kim trên cơ sở thép Γ13 trong quá trình sản xuất để chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực ch−a đ−ợc khoa học và phù hợp với điều kiện làm việc. - Công nghệ đúc ch−a áp dụng công nghệ tiên tiến đáp ứng đ−ợc yêu cầu vật đúc kết tinh có tổ chức nhỏ mịn. - Công nghệ nhiệt luyện còn mang tính thủ công, ch−a giám sát đ−ợc các thông số của quá trình nhiệt luyện. Đối với các n−ớc công nghiệp tiên tiến công nghệ chế tạo răng gàu các loại đ−ợc nghiên cứu cơ bản và áp dụng rộng rãi trong sản xuất. Đây là những công nghệ hoàn chỉnh từ khâu lựa chọn hợp kim cho từng loại răng gàu làm việc trong các điều kiện khác nhau, nấu luyện hợp kim, đúc, nhiệt luyện. Các công đoạn này đ−ợc tiến hành trên những thiết bị công nghệ tiên tiến đảm bảo tính ổn định chất l−ợng sản phẩm. Các loại răng gàu máy xúc thuỷ lực nhập Báo cáo đề tài NCKH Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ ...........................................................................................................................................................................................................…….... ................................................................................................................................................................................................................….. ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………….......................... 6 khẩu có sản l−ợng xúc trung bình 65.000-70.000m3 đất đá cho 01 bộ. Tuy nhiên giá thành của răng gàu máy xúc thuỷ lực nhập khẩu rất cao (2.300 USD/ tấn) và không chủ động đ−ợc để phục vụ cho sản xuất. 1.4 Ph−ơng pháp nghiên cứu và mục tiêu của đề tài 1.4.1. Ph−ơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu điều kiện làm việc và thực trạng sử dụng răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365. - Nghiên cứu những đặc tính cơ bản của thép chịu mài mòn va đập. Các loại thép chịu mài mòn va đập. - Lựa chọn vật liệu chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365. - Nghiên cứu thành phần hoá học, các tính chất vật lý, cơ học và công nghệ thép Γ13. - Nghiên cứu các yếu tố ảnh h−ởng đến tính chất của hợp kim . - Nghiên cứu lựa chọn các biện pháp công nghệ qua các công đoạn: Thiết kế công nghệ đúc, công nghệ chế tạo khuôn đúc, công nghệ nấu luyện, công nghệ nhiệt luyện. - Kiểm tra, đánh giá các quá trình công nghệ chế tạo và các chỉ tiêu của vật liệu. - Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế. 1.4.2. Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu lựa chọn đ−ợc vật liệu thích hợp để chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365. - Đề ra quy trình công nghệ chế tạo phù hợp với trang thiết bị công nghệ hiện có tại Việt Nam để chế tạo răng gàu máy xúc thuỷ lực BL365. - Mở rộng để áp dụng chế tạo các loại răng gàu máy xúc thuỷ lực hiện đang sử dụng trong khai thác mỏ và các ngành kinh tế khác. Báo cáo đề tài NCKH Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ ...........................................................................................................................................................................................................…….... ................................................................................................................................................................................................................….. ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………….......................... 7 Phần 2 Lựa chọn vật liệu 2.1. Nghiên cứu vật liệu 2.1.1. tính chống mài mòn của thép Các chi tiết máy bị mài mòn trong quá trình làm việc là do sự ma sát lẫn nhau giữa chúng, do tác dụng của môi tr−ờng làm việc hoặc do sự mài sát của các hạt cứng lên bề mặt của chi tiết. Cơ chế mài mòn trong các tr−ờng hợp khác nhau cũng khác nhau. Trong tr−ờng hợp bị mài mòn do ma sát, bề mặt kim loại chỗ tiếp giáp nhau bị biến dạng dẻo và bị mòn tróc đi từng phần một. Do vậy để nâng cao tính chống mài mòn phải làm cho thép khó biến dạng dẻo bằng cách nâng cao độ cứng. Độ cứng kim loại càng cao tính chống mài mòn càng lớn và tính chống mài mòn quyết định bởi giá trị độ cứng. Tuy nhiên quy luật này chỉ đúng trong tr−ờng hợp hợp kim có tổ chức một pha. Trong tr−ờng hợp hợp kim có hai hay nhiều pha tính chống mài mòn vẫn có thể cao khi độ cứng không cao. Trong tr−ờng hợp độ cứng của hợp kim tuy thấp nh−ng tính chống mài mòn vẫn đủ cao do bị biến cứng mạnh khi biến dạng dẻo trong quá trình làm việc. Ngoài ra, sự bôi trơn các bề mặt ma sát trong quá trình làm việc cũng nâng cao tính chống mài mòn. Các loại thép và hợp kim có tính chống mài mòn cao, sử dụng trong công nghiệp gồm có 03 dạng sau: - Thép có độ cứng cao và không có điểm mềm sau khi tôi nh− thép ổ bi, các loại thép đ−ợc xử lý hoá- nhiệt luyện. - Thép có độ cứng sau nhiệt luyện không cao nh−ng có thể biến cứng bề mặt trong quá trình làm việc, tạo nên tính chống mài mòn tăng cao. Đó là thép chịu mài mòn va đập. - Thép có độ cứng thấp nh−ng có khả năng tự bôi trơn: Thép có tổ chức graphít. Răng gàu máy xúc là chi tiết điển hình làm việc trong điều kiện ma sát d−ới áp lực lớn và chịu va đập. Vật liệu chế tạo yêu cầu phải biến cứng trong quá trình làm việc để có độ cứng tăng cao, dẫn đến tính chống mài mòn tốt. Báo cáo đề tài NCKH Nghiên cứu công nghệ và chế tạo bộ răng gàu máy xúc thuỷ lực BL 365 trong khai thác mỏ ...........................................................................................................................................................................................................…….... ................................................................................................................................................................................................................….. ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………….......................... 8 2.1.2. những Đặc tính cơ bản của thép chịu mài mòn va đập. 2.1.2.1. Đặc tính cơ bản Thép chịu mài mòn va đập có tên gọi chung là thép Hadfield là loại thép có tính chống mài mòn đặc biệt khi làm việc d−ới tải trọng va đập có những đặc tính cơ bản sau: - Là loại thép đúc chứa các bon và mangan cao, có tổ chức austenít, do có nhiều Mn là nguyên tố mở rộng vùng γ trong giản đồ trạng thái sắt- các bon Fe-C (Hình1). - Có độ cứng ban đầu khoảng 200 HB và có độ dẻo cao. - Khi làm việc bị ma sát d−ới áp lực và chịu tải trọng va đập lớn, bề mặt của thép bị biến dạng dẻo và xảy ra các quá trình sau: + Biến cứng: Mạng tinh thể austenít bị xô lệch và làm nhỏ tổ chức blốc. + Tạo thành máctenxít: D−ới tác dụng của ứng xuất cao một phần austenít chuyển biến thành máctenxít và đ−ợc gọi là máctenxít biến dạng. Do l−ợng chứa các bon trong thép cao tới 1,3% nên độ cứng của máctenxít tạo thành rất cao. Kết quả là lớp chịu biến dạng dẻo và biến cứng có độ cứng cao tới 600 HB và chống mài m