iNHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên SV : Mai Nguyễn Trần Thành Lớp : 47CT
Ngành : Cơ Khí Chế Tạo Máy MSSV : 47132209
Tên đề tài : “ Thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cánh bơm đảo nước - sục
khí chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản thâm canh bằng vật liệu
Composite.”
Số trang :105 Số chương: 6 Số tài liệu tham khảo: 20
Hiện vật: Báo cáo Đồ Án Tốt Nghiệp, 1 đĩa CD, 1 Bộ khuôn đúc cánh bơm đảo
nước - sục khí và cánh bơm đảo nước - sục khí chuyên dụng bằng vật liệu
composite
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Kết luận:
Nha trang, ngày…tháng…năm 2009
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
PGS.TS PHẠM HÙNG THẮNG
ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ

iii

LỜI CẢM ƠN!
Đồ án tốt nghiệp là sự khởi đẩu cho sự nghiệp nghiên cứu khoa học của thế hệ
kỹ sư trẻ chúng em, và cũng là điểm nhấn kết thúc cuộc đời sinh viên ngồi trên ghế
nhà trường. Đó là một điều thiêng liêng mà em cảm nhận được sau hơn bốn năm
học tập và nghiên cứu tại trường đại học Nha Trang. Sau một thời gian nghiên cứu
nghiêm túc, với tất cả khả năng của bản thân, với những gì đã học hỏi được ở các
thầy cô, ở sách vở và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của các thầy hướng dẫn. Đến
nay em đã hoàn thành xong nhiệm vụ quan trọng của mình. Để đạt được kết quả này
không thể không kể đến những gì mà các thầy đã dành cho em. Em xin chân thành
được bày tỏ lời biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Phạm Hùng Thắng, thầy Th.s Trần
An Xuân đã có những ý kiến chỉ bảo có ý nghĩa góp phần làm hoàn thiện đề tài của
em. Em xin chân thành cảm ơn thầy Ks Lê Ngọc Sơn với sự hướng dẫn tận tình của
thầy trong việc chế tạo thành công sản phẩm khuôn đúc áp lực, và cánh bơm đảo
nước – sục khí chuyên dụng phục vụ nuôi trồng thủy sản thâm canh bằng vật liệu
Composite. Bên cạnh đó em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã dìu dắt em
đi trên con đường mà em đã chọn, xin gửi tới các bạn đồng nghiệp trong tương lai
lời cảm ơn chân thành, cảm ơn các bạn đã có những góp ý chân thành trong quá
trình thực hiện đề tài của tôi.
Xin chân thành cảm ơn!!!
Nha Trang, tháng 12 năm 2009
Sinh viên thực hiện

I.1.7 Cơ tính của vật liệu Composite: 19
I.1.8 Xác định thời gian đông, rỡ khuôn, đóng rắn 25
I.2 Kết cấu và yêu cầu kỹ thuật chế tạo cánh bơm đảo nước – sục khí 28
I.2.1 Xây dựng bản vẽ kết cấu cánh bơm đảo nước-sục khí: 28
I.2.1.1 Kết cấu cánh bơm đảo nước-sục khí: 28
I.2.1.2 Bản vẽ kỹ thuật cánh bơm đảo nước - sục khí 28
I.2.2 Yêu cầu kỹ thuật chế tạo cánh bơm đảo nước – sục khí chuyên dụng 35
I.2.2.1 Về vật liệu chế tạo cánh bơm 35
I.2.2.2 Về công nghệ chế tạo cánh bơm 35
v

I.2.2.3 Về kết cấu cánh bơm 35
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ KỸ THUẬT KHUÔN ĐÚC CÁNH BƠM ĐẢO
NƯỚC – SỤC KHÍ CHUYÊN DỤNG TỪ VẬT LIỆU COMPOSITE 37
II.1 Yêu cầu kỹ thuật bộ khuôn đúc 37
II.2 Kết cấu bộ khuôn đúc 38
II.2.1 Khuôn cánh ngoài: 38
II.2.1.1 Khuôn trên: 38
II.2.1.2 Khuôn dưới: 38
II.2.2 Khuôn cánh trong: 39
II.2.2.1 Khuôn trên: 39
II.2.2.2 Khuôn dưới: 40
II.2.3 Chốt định vị, pittong, xilanh ép: 40
II.2.4 Lõi, tấm đỡ, bulong: 41
II.3 Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản bộ khuôn đúc 43
II.3.1 Các kích thước cơ bản của bộ khuôn đúc 43
II.3.2 Kiểm tra độ bền của khuôn trong quá trình làm việc 46
II.3.2.1 Kiểm tra độ bền kéo của 4 bu lông ghép hai nửa khuôn 47
II.3.2.2 Kiểm tra độ bền dập của hai nửa khuôn trong quá trình ép 47
II.4 Bản vẽ kỹ thuật bộ khuôn đúc 48

Bảng 1.3: Đặc tính chịu hoá học của nhựa nền 24
Bảng 1.4: Lựa chọn hệ thống chất đóng rắn 25
Bảng 1.5: Thời gian đông đặc, khi rỡ khuôm (ở nhiệt độ phòng) 26
Bảng 1.6: Thời gian đông đặc và đóng rắn của nhựa (ở nhiệt độ phòng) 27
Bảng 3.1: Đặc tính chủ yếu của gelcoat [2,tr66]. 85

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Vật liệu Composite 3
Hình 1.2. Đúc phun nhựa 15
Hình 1.3. Đúc không nhiệt 15
Hình 1.4: Đặc tính cơ học Composite so với kim loại và vật liệu không gia cường 20
Hình 1.6. Ứng suất kéo, uốn của Composite 21
Hình 1.6. máy bơm sục khí 28
Hình 1.7 29
Hình 1.8 29
Hình 1.9 30
Hình 1.10 30
Hình 1.11 31
Hình 1.12 31
Hình 1.13 32
Hình 1.14 32
Hình 1.15 33
Hình 1.16 33
Hình 1.17 34
Hình 1.18 34
Hình 2.1. Nửa khuôn trên được thiết kế bằng phần mềm Pro wildfire 38
Hình 2.2. Nửa khuôn dưới được thiết kế bằng phần mềm Pro wildfire 39
Hình 2.3. Nửa khuôn trên được thiết kế bằng phần mềm Pro wildfire 39

1

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành nuôi trồng thuỷ sản ở nước ta được xác định là một ngành kinh tế mũi
nhọn, có giá trị xuất khẩu cao, mang lại ngoại tệ lớn cho đất nước, trong đó nuôi
tôm đóng góp một phần không nhỏ, nuôi tôm là nghề đem lại lợi nhuận cao nhưng
mang tính rủi ro lớn, nếu không được áp dụng khoa học kỹ thuật và thiết bị máy
móc chuyên nghiệp.
Trong ngành nuôi tôm thì bơm nước sục khí là thiết bị không thể thiếu, nó
mang lại nhiều lợi ích thiết thực như: Bổ sung lượng thiếu hụt ôxy trong nước; góp
phần làm tăng mật độ nuôi ít nhất từ 510 lần, tạo dòng chảy lưu động trong ao
thường xuyên để gom chất bẩn, thức ăn thừa, duy trì điều kiện thích hợp nhất đối
với tôm. Nhưng một vấn đề hết sức quan trọng đặt ra ở đây mà mọi người rất quan
tâm là công nghệ chế tạo cánh bơm. Cánh bơm hiện đang được sử dụng là cánh
bơm được chế tạo bằng kim loại ( hợp kim đồng, và thép không gỉ) bằng phương
pháp hàn, với việc chế tạo như vậy sẽ làm giá thành sản phẩm cao trong khi
còn nhiều vật liệu khác có giá thành rẻ và đáp ứng được những yêu cầu cần
thiết để chế tạo cánh bơm. Và composite là vật liệu đáp ứng được những yêu
cầu như vậy. Trên cơ sở đó em được Bộ môn Chế Tạo Máy Khoa Cơ Khí trường
Đại Học Nha Trang giao cho đề tài: “THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ĐÚC ÁP
LỰC CÁNH BƠM ĐẢO NƯỚC – SỤC KHÍ CHUYÊN DỤNG TRONG NUÔI
TRỒNG THỦY SẢN THÂM CANH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE.”
Sau một thời gian nghiên cứu, tiến hành chế tạo khuôn và đúc thử nghiệm
cánh bơm dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Phạm Hùng Thắng, thầy
Th.s Trần An Xuân và thầy Ks Lê Ngọc Sơn, em đã hoàn thành đề tài với đầy đủ
nội dung sau:
Chương I: Tổng quan về công nghệ đúc áp lực vật liệu Composite và kết cấu 3

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC VẬT LIỆU
COMPOSITE VÀ KẾT CẤU CÁNH BƠM ĐẢO NƯỚC – SỤC KHÍ
I.1 Tổng quan về công nghệ đúc áp lực Composite:
I.1.1 Định nghĩa vật liệu Composite:
Vật liệu Composite hay Composite là vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu có bản
chất khác nhau. Vật liệu tạo thành có bản chất trội hơn đặc tính của từng vật liệu
thành phần khi xét riêng rẽ.
I.1.2 Đặc tính chung:
Trong trường hợp tổng quát nhất, một vật liệu Composite gồm một hay nhiều
pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục. Khi vật liệu gồm nhiều pha gián
đoạn, ta gọi đó là Composite hỗn tạp. Pha gián đoạn thường có cơ tính trội hơn pha
liên tục
Pha liên tục được gọi là nền ( matrice)
Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (renfort)
Cơ tính của vật liệu Composite phụ thuộc vào:
 Cơ tính của các vật liệu thành phần.
 Luật phân bố hình học của vật liệu cốt.
 Tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần, v.v…
Để có thể mô tả một vật liệu Composite, ta cần biết rõ:
 Nguồn gốc và tính chất của các vật liệu thành phần.
 Dạng hình học của vật liệu cốt và luật phân bố của nó
 Đặc điểm giữa mặt tiếp xúc giữa vật liệu cốt và vật liệu kết dính

Hình 1.1. Vật liệu Composite

 Composite nền hữu cơ ( nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt dạng:
5

- sợi hữu cơ: polyamit, kevlar v.v.
- sợi khoáng: thủy tinh, cacbon v.v…
- sợi kim loại : bo, nhôm v.v…
 Composite nền kim loại ( hợp kim titan, hợp kim nhôm…) với vật liệu cốt dạng:
- sợi kim loại: bo
- sợi khoáng: cacbon, SiC
 Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng:
- sợi kim loại: Bo
- hạt kim loại: chất gốm kim
- hạt gốm: cacbua, nito v.v…
Vật liệu Composite nền hữu cơ chỉ chịu được nhiệt độ từ 200
0
C đến 300
0
C, trong
khi đó Composite nền kim loại hay nền gốm có thể chịu được nhiệt độ từ 600
0
C (
nền kim loại) hoặc trên 1000
0
C ( nền gốm).
I.1.3.3 Theo cấu trúc vật liệu cốt:
Loại cốt hạt và loại cốt sợi khác nhau ở kích thước hình học của cốt: Cốt sợi
có tỷ lệ chiều dài trên đường kính khá lớn, cốt hạt là các phần tử đẳng trục.
Compozite cấu trúc là khái niệm để chỉ các bán thành phẩm dạng tấm, lớp, dạng tổ ong.
Lốp
Tấm nhiều lớp

Chất dẻo tăng cường

Nhựa/hạt/sợi xelulo
Nhựa/mạt cưa
Nhựa/sợi gỗ
Nhựa mềm/vải
Elastome/bitum/vải dệt
Cao su/vải/sắt, thép
Nhựa/hạt/sợi thủy
tinh,cacbon
Nhựa/vibi Nghành in/bao bì
Ngành mộc
Nhà cửa
Thể thao, nhà cửa
Mái che
Ngành oto

Các ngành công nghiệp
khác nhau
2. Composite nền khoáng
chất
Bê tông
Composite cacbon –
cacbon

Composite được cấu tạo bởi hai thành phần chủ yếu là: cốt – nhựa nền, từ hai thành
phần này tạo ra rất nhiều dạng kết cấu của composite, kết cấu của composite lại phụ
thuộc vào trọng lượng giữa cốt – nhựa nền và sự phân bố hình học của vật liệu cốt
theo mục đích sử dụng
Ngoài ra còn có các chất khác ( xúc tác, xúc tiến, phụ gia khác), với tỷ lệ trọng
lượng rất nhỏ khoảng vài % nhưng không thể thiếu
a. Thành phần cốt
Cốt là thành phần chịu lực chủ yếu ( gia cường), là pha gián đoạn, cốt cũng
được chia thành hai loại chính: cốt hạt và cốt sợi
 Cốt hạt: Vật liệu compozite cốt hạt, hạt khác sợi là không có kích thước ưu
tiên, được dùng để tăng cơ tính vật liệu hoặc của vật liệu nền.
Theo đặc trưng hình học hạt được phân thành: hạt cầu và hạt không phải cầu
 Hạt cầu (vibi): Có thể đặc, có thể rỗng, đường kính trung bình khoảng 10-
150 micromét, vi bi được chế tạo từ thuỷ tinh, cácbon, phenol,…Trong thực tế
lượng vi bi rỗng chiếm 99% tổng số vi bi sử dụng, do dễ bị vỡ nên chỉ được dùng ở
chế độ gia công với áp lực thấp, vi bi đặc thì khối lượng riêng nặng hơn
(2500kg/m
3
), nhưng giá thành thấp hơn, chịu được áp lực cao hơn khi gia công cùng
với nhựa.
 Hạt không phải cầu : hay được dùng nhất là hạt mica
Ngoài ra còn có hạt không dùng gia cường mà dùng với mục đích giảm giá
thành, tăng độ cứng, ổn định kích thước, nhưng làm giảm giá thành, độ bền kéo, độ
bền nén.
 Cốt sợi: Vật liệu compozite cốt sợi, sợi cũng có rất nhiều loại: sợi thuỷ tinh,
sợi cácbon, sợi armid, sợi polyeste, sợi bor, sợi gốc thực vật, sợi gốc khoáng, sợi
kim loại, sợi tổng hợp,… Trong mỗi loại lại chia ra nhiều dạng khác nhau, tuỳ theo
mục đích sử dụng và cơ tính đạt được mà ta sử dụng loại nào cho phù hợp.
Cấu tạo và cơ tính một số loại sợi thông dụng hay được dùng:
8


sợi thuỷ tinh, uốn kén hơn, nhược điểm của loại này là: khó cắt, khó gia công cắt
gọt, kén chọn nhựa, có màu đục nên chủ yếu ứng dụng làm vỏ máy bay.
 Sợi polyete (tergal, orcon, terylen…) có đặc tính cơ học cao, sức bền kéo
R>1.000 MPa, môđun E= 14.000 MPa, nhẹ, chịu va đập tốt nhưng kém cứng vững
không phù hợp cho sản xuất đúc.
 Sợi Bor: có độ bền uốn, nén, bền cắt cao, độ cứng và mô đun đàn hồi cao,
dẫn điện, dẫn nhiệt, sợi bor là vật liệu bán dẫn dùng chủ yếu trong vi mạch, giá
thanh cũng rất cao.
 Sợi kim loại: sắt, đồng, nhôm…có mô đun và ứng suất phá huỷ thấp chủ yếu
dùng làm vật liệu cách âm, cách nhiệt.
Ngoài ra còn một số loại sợi khác được sử dụng vào những lĩnh vực đặc thù
riêng.
b. Thành phần nhựa nền
Nhựa nền cũng có khá nhiều loại, có nhiều cách phân loại, theo chất dẻo ta có
nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, theo khả năng phản ứng ta có loại no (bão hoà) và
loại chưa no (chưa bão hoà).
Nhựa nhiệt dẻo là nhựa có thể tái sinh nhiều lần mà chỉ thay đổi đặc tính vật
lý, sản phẩn được hình thành và tạo dáng bằng cách gia nhiệt.
Nhựa nhiệt rắn được hình thành và tạo dáng thông qua phản ứng hóa học,
nhiệt năng (từ bên ngoài hoặc ngay trong phản ứng hóa học ) và lực nén, chất dẻo
nhiệt rắn không tái sinh được vì thay đổi đặc tính hóa học.
Yêu cầu với nhựa làm nền phải là vật liệu biến dạng được và tương thích với
vật liệu cốt, ngoài ra còn phải có tỷ trọng nhỏ để vật liệu compozite có đặc trưng cơ
học cao, vì vậy trong công nghệ chế tạo compozite chủ yếu dùng loại nhựa nhiệt rắn
(hay loại nhựa chưa no) hầu như không dùng nhựa nhiệt dẻo.
Một số loại nhựa nhiệt rắn thông dụng dùng làm nhựa nền trong sản xuất vật
liệu composite:
 Nhựa polyeste chưa no được tạo thành từ trưng cất glycol và axít chưa no
hoặc andehit sản phẩn tạo ra ở nhiệt độ phòng tồn tại ở dạng thể rắn từ nhựa gốc rắn

C.
Nhựa polyeste chưa no được ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp chế tạo
composite.
 Nhựa phenol (bakelit).
Cơ tính chính của nhựa phenol:
Khối lượng riêng 1.200 kg/m
3
.
Mô đun đàn hồi uốn 3 Gpa.
11

Ứng suất phá huỷ kéo 40 Mpa.
Ứng suất phá huỷ uốn 90 Mpa.
Độ bền nén 250 Mpa.
Nhiệt độ uốn cong dưới tải trọng 120
0
C.
Biến dạng phá huỷ kéo 2,5%.
Ưu điểm của nhựa phenol:
Ổn định kích thước cao.
Chịu nhiệt tốt và khả năng chống từ biến cao.
Độ co ngót thấp.
Độ bền cơ học cao.
Giá thành hạ.
Nhược điểm của nhựa phenol:
Gia công phải có áp lực, do đó ảnh hưởng đến nhịp độ chế tạo.
Không dùng trong thiết bị thực phẩm do có màu đậm.
 Nhựa epoxy được sử dụng nhiều sau nhựa polyeste chưa no trong công
nghiệp composite.
Cơ tính của nhựa epoxy:

Nhựa nhiệt dẻo cũng được chia làm hai loại: nhựa nhiệt dẻo đại trà và nhựa
nhiệt dẻo kỹ thuật, các loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến là polyclorua vinyl (PVC),
polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyamit (PA)…
 Ưu điểm là giá thành hạ:
 Nhược điểm là cơ tính và khả năng chịu nhiệt kém
 Cơ tính của một số loại nhựa nhiệt dẻo.
Nhựa polypropylen (PP).
Khối lượng riêng 900 kg/m
3
.
Ứng suất phá huỷ 20-35 Mpa.
Mô đun đàn hồi thấp 1,1- 1,4 Gpa.
Nhiệt độ uốn cong dưới tải trọng 50- 60
0
C.
Nhựa polyamit (PA).
Khối lượng riêng 1140 kg/m
3
.
Ứng suất phá huỷ 60-80 Mpa.
Mô đun đàn hồi thấp 1,2- 2,5 Gpa.
Nhiệt độ uốn cong dưới tải trọng 65-100
0
C.
Vì cơ tính thấp nên trong công nghiệp composite, người ta rất ít sử dụng
nhựa nhiệt dẻo.
13

c. Thành phần chất phụ gia, chất xúc tác
 Chất phụ gia chỉ chiếm vài % có vai trò:

O
2
) sử dụng ở nhiệt độ nâng cao bằng cách gia nhiệt trên 115
0
C, cung cấp dưới
dạng lỏng (50- 80)% hoặc dạng kem 50% hoà tan trong tricresyl phosphat.
Chất xúc tiến (chất châm ngòi phản ứng): ở nhiệt độ phòng các chất xúc tác
chưa thể làm cho nhựa đông, đóng rắn nhanh và toàn phần nếu không có chất xúc
tiến pha thêm vào nhựa, chất xúc tiến cũng có nhiều loại nhưng sử dụng phổ biến là
muối muối hữu cơ coban 12%, ngoài ra còn có hợp chất của anilin (C
6
H
5
NH
2
) như:
dimethylanilin C
6
H
5
N(CH
3
)
2
(DMA), diethylanilin C
6
H
5
N(C
2

- Đúc nguội nhờ áp lực

Hình 1.3. Đúc không nhiệt
Áp lực đúc nhỏ hơn 5at, không cần sấy nóng khuôn đúc, tận dụng quá trình phát
nhiệt của nhựa trong phản ứng trùng hợp. Năng lượng nhiệt trong quá trình đúc các
chi tiết đủ để giữ cho khuôn đúc hoạt động ở nhiệt độ từ 50
0
C – 70
0
C.
Vật liệu cốt và nhựa được đặt vào khuôn đúc đã có lớp lót và phụ gia giúp cho việc
dỡ khuôn được dễ dàng. Đóng khuôn đúc trên và dưới sau đó nén. Thời gian
16

polyme hóa ( trùng hợp) phụ thuộc vào loại nhựa sử dụng, vào chất xúc tác vào
nhiệt độ đạt được trong quá trình đúc.
Giải pháp công nghệ này phù hợp với công suất vừa (4 đến 12 chi tiết một giờ). Chi
phí cho vật liệu và cho khuôn đúc thấp hơn chi phí cho phương pháp đúc có nhiệt
độ. Chi tiết nhận được theo phương pháp này có bề mặt đẹp.
- Đúc có nhiệt độ Kỹ thuật đúc có nhiệt độ cho phép chế tạo các chi tiết với công suất lớn, nhờ máy
nén thủy lực.
Vật liệu cốt ( mát, sợi ngắn hoặc dài, vải v.v…) được đặt vào khuôn đúc sấy nóng
đã có tác nhân dỡ khuôn. Sau đó cho nhựa đã có xúc tác chảy thoải mái lên cốt.
đóng khuôn đúc theo một chu kỳ đã xác định, sau đó nén phần khuôn trên. Thời
gian nén phụ thuộc vào quá trình polyme hóa của nhựa.
Giải pháp này cho phép sử dụng một tỷ lệ khối lượng vật liệu cốt khá cao, do đó vật
liệu tạo ra có cơ tính khá cao.