NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ H ƯỚNG DẪN
Họ và tên SV: Thái Đức Tài Lớp : 47CT
Nghành : Cơ Khí Chế Tạo Máy MSSV : 47132203
Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cánh b ơm nước chuyên dụng
trong nuôi trông thủy sản thâm canh bằng vật liệu Composite.”
Số trang : 90 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 b ơm hướng
trục và cánh bơm nước chuyên dụng bằng vật liệu composite
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ H ƯỚNG DẪN Kết luận: Nha trang, ngày…tháng…năm 200 9
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
KS. Lê Ngọc Sơn
ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ
-2-
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT L ƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ và tên SV: Thái Đức Tài Lớp : 47CT
Nghành : Cơ Khí Chế Tạo Máy MSSV : 47132203
Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cánh b ơm nước chuyên dụng
trong nuôi trông thủy sản thâm canh bằng vật liệu Composite. ”
Số trang : 90 Số chương : 6 Số tài liệu tham khảo: 20
chuyên dụng phục vụ nuôi trồng thủy sản bằng vật liệu Composite. B ên 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 t ương lai lời cảm ơn chân thành, cảm
ơn các bạn đã có những góp ý chân thành trong quá trình th ực hiện đề tài của tôi.
Xin chân thành cảm ơn!!!
Nha Trang, tháng 1 2 năm 2009
Sinh viên thực hiện
Thái Đức Tài
-4-
Mục Lục
LỜI NÓI ĐẦU 6
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGHỆ ĐÚC ÁP L ỰC VẬT LIỆU COMPOSITE
VÀ CÁNH BƠM NƯ ỚC 8
I.1 Tổng quan về công nghệ đúc áp lực vật liệu Composite 8
I.1.1 Định nghĩa vật liệu Co mposite 8
I.1.2 Đặc tính chung. 8
I.1.3 Phân loại vật liệu Composite: 9
I.1.4 Kết cấu của vật liệu composite 12
I.1.5 Công nghệ chế tạo vật liệu Composite 20
I.1.6 Cơ chế đông đặc, đông rắn tr ong Composite 24
I.1.7 Cơ tính của vật liệu Composite 24
I.1.8 Xác định thời gian đông, rỡ khuôn, đóng rắn 34
I.2 Tổng quan về cánh b ơm nước 37
I.2.1 Xây dựng bản vẽ kết cấu cánh b ơm 37
I.2.2 Yêu cầu kỹ thuật chế tạo cánh b ơm nước chuyên dụng 52
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ KỸ THUẬT KHUÔN ĐÚC CÁNH B ƠM NƯỚC
CHUYÊN DỤNG TỪ VẬT LIỆU COMPOSITE 55
II.1 Yêu cầu kỹ thuật bộ khuôn đúc. 55
II.2 Kết cấu bộ khuôn đúc 56
II.2.1 Nửa khuôn trên 56
tôm đóng góp một phần không nhỏ, nuôi tôm l à nghề đem lại lợi nhuận cao nh ưng
mang tính rủi ro lớn, nếu không được áp dụng khoa học kỹ thuật v à thiết bị máy
móc chuyên nghiệp.
Trong ngành nuôi tôm thì b ơm nước sục khí là thiết bị không thể thiếu, nó
mang lại nhiều lợi ích thiết thực nh ư: Bổ sung lượng thiếu hụt ôxy trong n ước; 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 tr ì điều kiện thích hợp nhất đối
với tôm. Nhưng một vấn đề hết sức quan trọng đặt ra ở đây m à 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, v à thép không gỉ), nên giá thành
cao, nặng nề và kém bền với thời gian trong môi tr ường nước biển. Vậy việc chế tạo
thành công cánh bơm nư ớc chuyên dụng bằng vật liệu phi kim loại m à ở đây là vật
liệu Composite sẽ góp phần khắc phục các hạn chế nói tr ên.
Trên cơ sở đó em được Bộ môn Chế Tạo Máy Khoa C ơ Khí trường Đại Học
Nha Trang giao cho đ ề tài: “Thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cánh
bơm nước chuyên dụng trong nuôi trông 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 KS. Lê Ngọc Sơn, em đã hoàn thành
đề tài với đầy đủ nội dung sau:
Chương I: Tổng quan về cánh bơm nước và công nghệ đúc áp lực vật liệu
composite.
Chương II: Thiết kế kỹ thuật khu ôn đúc cánh bơm nư ớc chuyên dụng từ vật liệu
composite.
Chương III: Chế tạo khuôn đúc cánh bơm .
-7-
Chương IV: Xây dựng quy trình công nghệ đúc cánh bơm.
Chương V: Đúc thử nghiệm, hoàn chỉnh và hoạch toán giá thành sản phẩm.
Chương VI: Kết luận và đề xuất.
Vì thời gian và trình độ bản thân còn hạn chế và đây cũng là lần đầu tiên làm
Dạng hình học của vật liệu cốt v à luật phân bố của nó
Đặc điểm giữa mặt tiếp xúc giữa vậ t liệu cốt và vật liệu kết dính
-9-
Hình 1. Vật liệu Composite
I.1.3 Phân loại vật liệu Composite:
I.1.3.1 Phân loại theo hình dạng.
Theo hình dạng của vật liệu thành phần, vật liệu Composite đ ược phân chia thành
hai họ lớn: vật liệu Composite cốt sợi v à vật liệu Composite cốt hạt (hay bột).
Vật liệu Composite cốt sợi
Khi vật liệu cốt là các sợi, ta gọi đó là Composite cốt sợi. Sợi được sử dụng có thể
dưới dạng liên tục có thể dưới dạng gián đoạn: sợi ngắn, vụn v.v…Ta có thể điều
khiển sự phân bố, phương của sợi để có vật liệu dị h ướng theo ý muốn. V à cũng có
thể tạo ra vật liệu có c ơ - lý tính khác nhau, khi chú ý t ới:
- bản chất của vật liệu th ành phần.
- tỷ lệ của các vật liệu tham gia.
- phương của sợi
Vật liệu Composite cốt sợi có vai tr ò rất quan trọng trong công nghiệp, vì vậy việc
nghiên cứu kỹ lưỡng về ứng sử cơ học của loại vật liệu n ày là rất cần thiết.
Vật liệu Composite cốt hạt
Khi vật liệu cốt có dạng hạt, ta gọi đó l à Composite cốt hạt. Hạt khác sợi ở chỗ, nó
không có kích thước ưu tiên.
Hạt thường được dùng để cải thiện một số c ơ tính của vật liệu hoặc của vật liệu nền,
chẳng hạn tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt, chịu m òn, giảm độ co ngót
-10-
v.v…Trong nhiều trường hợp, hạt được sử dụng với mục đích l àm giảm giá thành
sản phẩm mà vẫn không làm thay đổi cơ tính của vật liệu
Việc lựa chọn phương án kết hợp hạt – nền (nhựa) phụ thuộc v ào cơ lý tính mà ta
muốn có. Chẳng hạn, ng ười ta thêm chì vào trong h ợp kim đồng để loại bớt khó
khăn khi gia công. Ch ất gốm kim ( xécme) cũng l à một ví dụ về Composi te kim loại
– gốm hạt, hay được sử dụng chế tạo các chi tiết, kết cấu chịu nhiệt độ cao.
ong.
Cốt hạt
Cốt sợi
Compozite cấu trúc
Hạt
mịn
Liên
tục
Tổ
ong
Gián
đoạn
Tấm ba
lớp
Có
hướng
Lớp
Ngẫu
nhiên
Hạt
thô
Composite
-12-
Một số vật liệu Composite
Vật liệu thành phần
Lĩnh vực ứng dụng
1. Composite nền hữu cơ
Giấy, carton
Tấm hạt
Tấm sợi
Máy bay, vũ trụ, thể thao,
y học
Chi tiết máy chịu nhiệt độ
cao
3. Composite nền kim loại
Nhôm/sợi bo
Nhôm/sợi cácbon
Vũ trụ
4. Composite ba lớp
Vỏ
Lõi
Kim loại tấm nhiều lớp
Nhiều lĩnh vực
I.1.4 Kết cấu của vật liệu composite
Composite có nhiều loại, được tạo ra tùy vật liệu thành phần và mục đích sử dụng.
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 ch ất khác ( xúc tác, xúc tiến, phụ gia khác), với tỷ lệ trọng
lượng rất nhỏ khoảng v ài % nhưng không th ể thiếu
-13-
a. Thành phần cốt
Cốt là thành phần chịu lực chủ yếu ( gia c ường), 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 l à không có kích thư ớc 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, đ ường kính trung bình khoảng 10-
150 micromét, vi bi đư ợc chế tạo từ thuỷ tinh, cácbon, phenol,…Trong thực tế
và roving cứng tuỳ mục đích sử dụng v à công nghệ mà ta chọn loại nào.
* Chỉ tạo ra bằng cách xe xoắn nhiều sợi đ ơn (102, 204, 408) đ ều đặn và liên
tục (20-40) vòng/1m chiều dài, được cuộn thành các cuộn rồi đem đi dệt.
Trong sợi thuỷ tinh lại chia ra rất nhiều loại sợi t ùy theo thành phần hoá học:
thuỷ tinh , E, A, C, R, S, D, thuỷ tinh E là loại được sử dụng nhiều nhất trong công
nghệ compozit do có ưu điểm: sức bền cơ tính và tuổi thọ cao, nó là loại sợi thuỷ
tinh rẻ nhất.
Sợi cacbon: là sợi tạo thành nhờ sự grafit hoá sợi cacbon có c ường độ chịu
kéo và mô đun đàn h ồi rất cao ( E= 650.000MPa, R= 4.000MPa) cũng có rất nhiều
loại: LM, HR, HM, THM sợ i cácbon tương đối nhẹ có độ bền cao, rất cao đây l à
loại sợi ưu việt, nhưng giá thành rất cao do công nghệ chế tạo phức tạp n ên được
dùng chủ yếu cho ngành vũ trụ, hàng không.
Sợi armid: còn có tên là kevlar, lo ại được ứng dụng chủ yếu mang t ên là k29
và k49 là loại sợi nhẹ hơn sợi thuỷ tinh, có cơ tính cao, chịu kéo, chịu va đập nh ư
sợi thuỷ tinh, uốn kén h ơn, nhược điểm của loại này là: khó cắt, khó gia công cắt
gọt, kén chọn nhựa, có m àu đục nên chủ yếu ứng dụng làm vỏ máy bay.
Sợi polyete (tergal, orc on, terylen…) có đ ặc tính cơ học cao, sức bền kéo
R>1.000 MPa, môđun E= 14.000 MPa, nh ẹ, chịu va đập tốt nh ưng kém cứng vững
không phù hợp cho sản xuất đúc.
Sợi Bor: có độ bền uốn, nén, bền cắt cao, độ cứng v à mô đun đàn hồi cao,
dẫn điện, dẫn nhiệt, sợi b or là vật liệu bán dẫn dùng chủ yếu trong vi mạch, giá
thanh cũng rất cao.
-15-
Sợi kim loại: sắt, đồng, nhôm…có mô đun v à ứng suất phá huỷ thấp chủ yếu
dùng làm vật liệu cách âm, cách nhiệt.
Ngoài ra còn một số loại sợi khác đ ược 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 (b ão hoà) và
Nhựa polyeste chưa no có ưu điểm là:
Cứng, ổn định kích th ước.
Khả năng thấm vào sợi, hạt cao.
Dễ vận hành.
Giá thành hạ.
Chịu được môi trường hoá học.
+ Nhược điểm:
Dễ nứt do va dập.
Độ co ngót cao khoảng (0,5 -2) %.
Bị hư dưới tác dụng của tia cực tím.
Chịu nhiệt độ dưới 120
0
C.
Nhựa polyeste chưa no được ứng dụng rộng r ãi 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.
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.
Độ bám dính vào kim loại cao.
Nhược điểm của nhựa epoxy:
Thời gian polyme hoá dài tốn thời gian chế tạo.
Dễ bị nứt.
Giá thành cao.
Nhựa epoxy chủ yếu d ùng trong chế tạo máy bay, vũ trụ, t ên lửa…
-18-
Ngoài ra còn có một số loại nhựa khác nh ư: furan, amin, polyimit, polystyryl
pyrdin, vinyl este…nh ưng chúng được ứng dụng không nhiều.
Một số loại nhựa nhiệt dẻo:
Nhựa nhiệt dẻo cũng đ ược chia làm hai loại: nhựa nhiệt dẻo đại tr à và nhựa
nhiệt dẻo kỹ thuật, các loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến l à 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.
Chất xúc tác hay được sử dụng: MEKP, BPO.
Xúc tác MEKP (methyl ethyl peroxid) s ử dụng ở nhiệt độ ph òng, cung cấp
trên thị trường ở dạng dung dịch lỏng oxy hoạt tính 9% với dung môi không hoạt
tính như dimethylphthalic. MEKP t ạo thành bằng cách cho methyl ethyl keton phản
ứng với hydro peroxid kết quả phản ứng sau khi loại n ước là methyl ethyl peroxid.
Xúc tác BPO (benzo yl peroxid) tạo ra giữa phản ứng của Benzoyl v à Peroxid
(H
2
O
2
) sử dụng ở nhiệt độ nâng cao bằng cách gia nhiệt tr ên 115
0
C, cung cấp dưới
dạng lỏng (50- 80)% hoặc dạng kem 50% ho à tan trong tricresyl phosphat.
Chất xúc tiến (chất châm ng òi phản ứng): ở nhiệt độ phòng các chất xúc tác
chưa thể làm cho nhựa đông, đóng rắn nhanh v à toàn phần nếu không có chất xúc
tiến pha thêm vào nhựa, chất xúc tiến cũng có nhiều loại nh ưng sử dụng phổ biến là
muối muối hữu cơ coban 12%, ngoài ra c òn có hợp chất của anilin (C
6
H
5
NH
2
) như:
dimethylanilin C
6
H
5
N(CH
3
Hình 2. Đúc phun nhựa
Đặt vải giữa hai chi tiết khuôn đúc ( khuôn tr ên và dưới), phun nhựa nhờ áp lực,
nhựa thấm vào cốt. Tỷ lệ vật liệu cốt có thể cao, nhờ vậy vật li ệu tạo ra có cơ tính
cao.
Nhờ phương pháp này, ta có th ể chế tạo các chi tiết có đáy v à có hình dạng phức
tạp.
-21-
- Đúc nguội nhờ áp lực
Hình 3. Đúc không nhiệt
Áp lực đúc nhỏ hơn 5at, không cần sấy nóng khuôn đúc, tận dụng quá tr ình
phát nhiệt của nhựa trong phản ứng trùng hợp. Năng lượng nhiệt trong quá tr ình 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 trê n và dưới sau đó nén. Thời gian
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 n ày 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 nhi ệt
độ. Chi tiết nhận được theo phương pháp này có b ề mặt đẹp.
- Đúc có nhiệt độ
Hình 4:Đúc có nhiệt độ
-22-
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 d ài, vải v.v…) được đặt vào khuôn đúc sấy nóng
đã có tác nhân dỡ khuôn. Sau đó cho nhựa đ ã có xúc tác chảy thoải mái lên cốt.
vật liệu cốt đi qua khuôn chuốt đ ã sấy nóng trong lò, quá trình tạo hình xảy ra đồng
thời với quá trình polyme hóa của nhựa
Phương pháp kéo định hình cho năng suất cao, phù hợp với cả nhựa nhiệt cứng v à
nhiệt dẻo.
I.1.5.5. Đúc ly tâm.
Phương pháp đúc ly tâm thư ờng để chế tạo các chi tiết tr òn xoay: ống, thùng, v.v…
Người ta đưa vật liệu cốt ( “mat”, sợi ngắn) v à nhựa vào khuôn đúc bằng thép cứng
sau đó cho khuôn đúc quay ( kho ảng 2000v/phut)
Nếu nhựa cần polyme hóa ở nhiệt độ cao, sau khi quay, khuôn đ ược chuyển vào lò
nhiệt.
Các chi tiết được chế tạo bằng đúc ly tâm có mặt ngo ài bóng và đều.
I.1.5.6. Phương pháp quấn ống.
Vật liệu cốt ( sợi dài, băng vải v.v…) đã tẩm nhựa có xúc tác đ ược quấn với lực
căng nhỏ lên trên một tang hình trụ hoặc tròn xoay.
Phương pháp quấn ống rất phù hợp với các chi tiết, kết cấu mặt trụ hoặc cầu, vật
liệu thu được có cơ tính cao vì nó có thể chứa tới 80% khối lượng là chất tăng
cường ( cốt).
Tùy thuộc vào loại chuyển động tương đối của tang và của hệ thống cung cấp vật
liệu cốt, ta có nhiều loại quấn ống ( tức l à nhiều loại tạo lớp vật liệu) khác nhau:
-24-
- Quấn tiếp tuyến
- Quấn hêlicoit
- Quấn cực ( polaire)
I.1.6 Cơ chế đông đặc, đông rắn trong Composite
Loại nhựa gốc sử dụng trong công nghệ compozite ở nhiệt độ b ình thường nó
ở thể rắn, để dễ vận chuyển v à bảo quản người ta đã hòa tan nó trong dung môi
monome styren để duy trì ở dạng lỏng, chưa no. Giữa nhựa gốc với styren có phản
ứng xảy ra (gọi là phản ứng kết nối ngang) do nhóm ch ưa bão hòa trong nhựa phản
ứng qua lại với styren nếu không đ ược kiểm soát thì nó sẽ trở thành một khối rắn
trước khi đưa vào sử dụng.
Thiết kế tạo dáng thuận lợi, đa dạng có nhiều công nghệ để lựa chọn.
Đầu tư thiết bị và tổ chức sản xuất không phức tạp, không tốn kém,
không ảnh hưởng đến môi trường, chi phí vận chuyển và sản xuất
không cao.
Từ những ưu điểm trên ta thấy giá trị sử dụng của vật liệu c omposite rất lớn.
Ta đi sâu vào tìm hiểu vài đặc tính quan trọng:
Cơ tímh của vật liệu compozit: khả năng chịu kéo, uốn, nén, va đập phụ
thuộc vào loại vật liệu nhựa v à sợi thuỷ tinh, tỉ lệ nhựa/thuỷ tinh v à cách bố trí vải,
Mat sợi thuỷ tinh theo hướng chịu lực dự kiến với điều kiện đóng rắn ho àn hảo.
Khác với kim loại compozite không có điểm g ãy nên chịu va đập tốt khi va
dập không tạo vết l õm, không thay đổi hình dạng, chỉ bị trầy xước.
Copyright: Tài liệu đại học ©