LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên Nguyễn Hải An, là học viên lớp của Cao học Kỹ thuật tàu thủy khóa
2006 - 2009, xin cam đoan nội dung luận văn do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn của TS Trần Gia Thái, Khoa Kỹ thuật tàu thủy Trường Đại học Nha trang.
Tất cả các tài liệu, số liệu dùng tính toán, dẫn chứng trong luận văn này là trung thực,
hợp lệ và chính xác, không vi phạm pháp luật.
LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn đầu tiên xin gửi đến thầy TS Trần Gia Thái với tất cả lòng biết
ơn sâu sắc vì sự hướng dẫn tận tình, truyền đạt kiến thức và đã động viên tôi hoàn
thành luận văn tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường, đặc biệt là các thầy cô
trong khoa Kỹ thuật tàu thủy và Bộ môn Chế tạo máy trường Đại học Nha Trang đã
tận tình giúp đỡ tôi suốt thời gian học Cao học và trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè, các bạn cùng khóa Cao
học Kỹ thuật tàu thủy 2006, đặc biệt là các đồng nghiệp của Chi cục Đăng Kiểm Số 5
đã hỗ trợ, truyền thụ những kinh nghiệm quí báu, giúp đỡ tôi về vật chất lẫn tinh thần
để tôi có được kết quả như ngày hôm nay.
Xin chân thành cảm ơn.
Học viên Cao học
Nguyễn Hải An
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cám ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1

CAD/CAM 37
3.2.3.Mô phỏng quá trình gia công chân vịt bằng phần mềm
CAD/CAM 45
3.3.XÂY DỰNG HÀM MỤC TIÊU CÁC THÔNG SỐ CỦA
CHẾ ĐỘ CẮT 52
3.3.1.Các chỉ tiêu tối ưu và hàm mục tiêu 52
3.3.2.Xây dựng hàm mục tiêu 54
3.3.3.Xây dựng các hàm giới hạn 60
3.3.4. Tối ưu hóa các bước công nghệ và chế độ cắt. 64
3.3.5.Giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu : 65
3.4.SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG ÁN GIA CÔNG CHÂN VỊT
TỐI ƯU VỚI CÁC PHƯƠNG ÁN GIA CÔNG KHÁC. 68
3.4.1. Các thông số gia công 68
3.4.2. Mô phỏng 3D cánh chân vịt gia công 69
3.4.3. Thực hiện quá trình gia công 69
3.4.4. Kết quả khảo sát 71
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74
Tài liệu tham khảo 75
Phụ lục 76
Danh mục các ký hiệu
D - đường kính chân vịt (m)
R - bán kính chân vịt (m)
R - bán kính bất kỳ của mặt cắt chân vịt (m)
H - bước xoắn chân vịt
S - diện tích hình trụ chân vịt S= πD2/4 (m2)
Sp - diện tích hình chiếu cánh chân vịt (m2)
Sp’ - diện tích khai triển các cánh chân vịt (m2)
So - diện tích duỗi thẳng cánh chân vịt (m2)
b, bm - chiều rộng và chiều rộng lớn nhất của cánh (m)
dp - đường kính may ơ chân vịt tại giữa (m)

Hình 3.7: Sơ đồ gá đặt gia công mặt hút của cánh chân vịt 34
Hình 3.8 : Sơ đồ gá đặt gia công tại các vị trí bị che khuất giữa 2 cánh. 34
Hình 3.9: Sơ đồ thuật toán chương trình vẽ tự động chân vịt từ các
thông số thiết kế 36
Hình 3.10 : Giao diện của chương trình 37
Hình 3.11 : Mô hình 3D chân vịt dựng trong phần mềm AutoCad. 38
Hình 3.12: Chọn đường bao cánh chân vịt. 38
Hình 3.13: Tạo đầu mút cánh chân vịt 39
Hình 3.14: Mô hình cánh chân vịt hoàn chỉnh trong môi trường CAD. 39
Hình 3.15: Mô hình chân vịt 3D trong phần mềm Pro/E 40
Hình 3.16 : Menu Export Step 40
Hình 3.17 : Chi tiết chân vịt 41
Hình 3.18 : Thiết lập đơn vị cho chương trình 41
Hình 3.19: Chọn các đường bao prophin cánh trên mặt cánh chân vịt 42
Hình 3.20: Chọn đường bao cánh chân vịt 42
Hình 3.21 : Xử lý sự nứt vỡ cánh 43
Hình 3.22: Xử lý phần mút cánh chân vịt 43
Hình 3.23: Một cánh chân vịt đã được phủ mặt 43
Hình 3.24 : Liên kết các mặt trên cánh lại với nhau 44
Hình 3.25: Bo cánh chân vịt 44
Hình 3.26 : Xây dựng mô hình và hoàn thiện chân vịt 45
Hình 3.27: Chân vịt chi tiết và chân vịt phôi 47
Hình 3.28: Chân vịt phôi và chân vịt chi tiết chân vịt gia công trong cùng một
hệ tọa độ 47
Hình 3.29 : Chọn máy gia công 48
Hình 3.30: Lựa chọn dụng cụ cắt 49
Hình 3.31 : Tính các thông số của chế độ cắt khi khoan – phay 50
Hình 3.32 : Nhập các thông số chế độ cắt 50
Hình 3.33: Chân vịt sản phẩm sau khi gia công 51
Hình 3.34: Thời gian gia công chân vịt 51

trò và ý nghĩa thực tế quan trọng, nhất là khi nước ta đã và đang bắt đầu đóng các loại
tàu có đòi hỏi chân vịt có độ chính xác cao như tàu cao tốc, tàu cánh ngầm v v Kết
quả nghiên cứu của đề tài còn là cơ sở để giải quyết bài toán xác định chế độ cắt hợp
lý khi gia công trên máy phay CNC đối với các chi tiết hình dạng phức tạp khác, một
nhu cầu của thực tiễn sản xuất hiện nay nhưng chưa được giải quyết triệt để.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI VẤN ĐỀ ĐẶT RA
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới:
Ở các nước có nền công nghiệp đóng tàu phát triển, hầu hết chân vịt được
sản xuất hàng loạt theo seri mẫu đã thử nghiệm, do đó thường áp dụng công nghệ chế
tạo tự động chân vịt, với quy trình có thể tóm tắt như sau :
2
- Thiết kế chân vịt 3D trên các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng hoặc
các phần mềm thông dụng.
- Chế tạo khuôn đúc phôi chân vịt và gia công tinh trên các máy chuyên
dụng hoặc các máy CNC.
- Gia công nguội, đánh bóng hoàn thiện sản phẩm.
Tuy nhiên, công nghệ chế tạo tự động chân vịt này đã được thực hiện từ lâu
nhưng thường được bán giá cao, kèm theo máy chuyên dụng do các Công ty sản xuất
và thường định hướng lựa chọn dạng cánh chân vịt đã được chế tạo sẵn của Công ty.
Trong trường hợp này, chế độ gia công hợp lý thường đã được cài đặt sẵn trong máy
nên thường không thể áp dụng được khi gia công những chân vịt có hình dạng khác,
nhất là khi gia công trên máy phay CNC 3 trục như ở nước ta hiện nay.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước:
Ở nước ta hiện nay, do hầu hết chân vịt, kể cả những chân vịt cỡ lớn hoặc
đòi hỏi độ chính xác cao, thường được chế tạo một cách đơn lẻ bằng phương pháp thủ
công. Đến năm 2008, Công ty 189 của Bộ Quốc Phòng (Hải Phòng) là đơn vị đầu tiên
của nước ta mua một máy gia công chân vịt nhưng do máy chỉ chế tạo hàng loạt theo
những mẫu nhất định với giá thành quá cao nên hầu như chưa được áp dụng rộng rãi.
Riêng trong thời gian gần đây cũng đã có một số công trình nghiên cứu về vấn đề này,
trong đó có đề tài của TS Trần Gia Thái, nghiên cứu quy trình chế tạo chân vịt trên

Tuy nhiên như đã nói, công nghệ này có giá thành cao và thuộc bản quyền các công ty
nên cũng chưa được áp dụng rộng rãi.
4
Một cách tổng quát có thể tóm tắt quy trình chế tạo chân vịt thủ công ở nước
ta hiện nay theo sơ đồ mô tả trên hình 1.1, trong đó nội dung cụ thể của các công đoạn
được trình bày trong tài liệu [1].
Lập nhà xưởng
Chuẩn bị cơ sở cho việc
Lò nồi nấu vật liệu
chế tạo
Dụng cụ đúc
Vật liệu đúc
Lập bản vẽ thiết kế đúc
Tạo mẫu chân vịt đúc
Chế tạo mẫu đúc
Làm khuôn đúc
Đúc chân vịt
Nấu và rót vật liệu
Phá khuôn và làm sạch vật đúc
Gia công chân vịt sau khi
đúc
Gia công nhiệt: ram vật liệu
Kiểm tra các thông số θ, H/D
Hoàn thiện sản phẩm
Kiểm tra tính cân bằng của chân vịt
Đóng mác chế tạo và ngày sản xuất
Hình 1.1 : Sơ đồ quy trình chế tạo chân vịt trong nước hiện nay
Gia
công
cơ

đề đặt ra, bắt đầu từ việc thu thập, phân tích và xử lý các số liệu thực nghiệm thống kê
cần thiết, cơ sở đưa ra các giải pháp cụ thể và chế tạo thực nghiệm để kiểm chứng
phương án đó.
6
Từ các trình bày trên có thể tóm tắt các nội dung cần phải thực hiện trong đề
tài như sau :
1. Tính toán, thiết kế và vẽ mô hình 3D chân vịt tàu thủy trong môi trường CAD
thông dụng.
2. Mô phỏng quá trình gia công chân vịt bằng phần mềm CAM
3. Xây dựng hàm mục tiêu các thông số của chế độ cắt khi phay chân vịt.
4. Tối ưu hóa các bước công nghệ và chế độ cắt.
1.4.3. Giới hạn phạm vi nghiên cứu:
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chúng tôi chỉ thực hiện đối với các chân
vịt theo mô hình seri B - Wagenninger, loại chân vịt hiện đang được áp dụng rất rộng
rãi trên các tàu đánh cá và trênmột số các loại tàu thông dụng khác hiện nay ở Việt
Nam. Sau đó, nếu có điều kiện sẽ mở rộng kết quả nghiên cứu cho các chân vịt đặc
biệt khác bằng giải pháp chép hình như chân vịt các tàu cao tốc, chân vịt tàu cánh
ngầm v v… Đồng thời xuất phát từ điều kiện cụ thể của thực tế sản xuất hiện nay và
điều kiện hiện tại đề tài được tiến hành nghiên cứu thực hiện trong các điều kiện cụ thể
của Trường Đại học Nha Trang như sau :
- Máy gia công là máy phay CNC hiệu DMU 60 T.
- Vật liệu gia công là hợp kim đồng.
- Dụng cụ gia công là dao phay ngón, với lưỡi cắt mặt đầu kích thước ∅ 30 mm và
dùng các mảnh cắt xoay với vật liệu APMT 103508 PDER phủ ACZ 350.
- Làm mát quá trình gia công bằng dung dịch trơn nguội Emunxi 4% phun trực tiếp
vào khu vực gia công.
7
Chương 2
-
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

đổi. Hình 2.3 minh họa mặt xoắn ốc khi chân vịt hoạt động đối với chân vịt bước cố
định, tương ứng với đường xoắn ốc có bước cố định.
Hình 2.3 : Mặt xoắn ốc khi chân vịt hoạt động đối với chân vịt có bước cố định.
c) Đặc điểm mặt cánh chân vịt:
Mặt cánh chân vịt tàu hình thành từ giao tuyến giữa hai mặt xoắn ốc giao
nhau, với mặt cánh quay về hướng chuyển động của tàu gọi là mặt hút và mặt kia là
9
mặt đẩy. Mép cánh hướng về chiều quay chân vịt gọi là cạnh dẫn và mép kia gọi là
cạnh theo.
- Tiết diện (mặt cắt) cánh chân vịt: Giao tuyến giữa hình trụ bán kính r đồng trục
với trục chân vịt và cánh chân vịt là tiết diện (mặt cắt) của cánh chân vịt, thường gọi là
profin cánh chân vịt (hình 2.4) Profin cánh chân vịt hiện nay thường có dạng lưu tuyến
với chiều dày lớn nhất là emax và các chiều dày khác của profin sẽ được lấy theo tỷ lệ %
emax tùy thuộc bán kính r. Tỷ lệ này được rút từ quá trình thử nghiệm các mô hình
chân vịt trong bể thử, ví dụ mô hình chân vịt Wageningen hoặc Gawn là hai loại được
dùng khá phổ biến hiện nay.
Hình 2.4 : Nguyên lý tạo cánh chân vịt
- Mặt khai triển và mặt duỗi thẳng: Do cánh chân vịt là mặt xoắn ốc nên để có thể
hiểu phương pháp vẽ chân vịt trình bày ở phần sau, trước tiên cần khảo sát phương
pháp khai triển một mặt xoắn ốc. Như đã trình bày, cánh chân vịt là một phần mặt
xoắn ốc, cong hai chiều nên chỉ có thể khai triển gần đúng cánh chân vịt, tức khai triển
mặt xoắn ốc bằng phương pháp elip. Trên hình 2.5, đoạn xoắn ốc ACB là vết cắt giữa
hình trụ bán kính r với mặt xoắn ốc làm cánh chân vịt và dùng mặt phẳng KCM cắt
10
tiếp tuyến với đường ACB tại điểm C. Mặt phẳng này cắt hình trụ bán kính r và sẽ cho
ta một elíp có trục dài là đoạn KCM. Xoay đoạn KCM về mặt phẳng thẳng góc với
trục hình trụ sẽ nhận được đoạn K’CM’, sau đó chiếu lên hình chiếu phía trên sẽ nhận
được elíp với chiều dài thật K1’C1M1’.
Tương tự khi chiếu hai điểm A’, B’
trên mặt cắt KCM bằng cách làm

- Tỷ lệ mặt đĩa θ: Tỷ lệ θ là tỷ số diện tích duỗi thẳng So và diện tích hình tròn
ngoại tiếp chân vịt. Tỷ lệ mặt đĩa càng nhỏ thì hiệu suất chân vịt càng cao, nhưng
thường không dưới 0,35 và nên chọn giá trị đủ nhỏ sao cho đảm bảo điều kiện sức bền
cánh và không sủi bọt.
θ =
S
o
S
= z
S
o
πD
2
= (0,3 – 1,2) (2.2)
4
12
e) Kích thước và đặc điểm hình học của chân vịt:
Các kích thước và đặc điểm hình học chính của chân vịt trình bày trên
hình 2.7.
Hình 2.7 : Các kích thước hình học chân vịt.
Các ký hiệu cần thiết
D
R
r
H
S
Sp
- đường kính chân vịt (m)
- bán kính chân vịt (m)
- bán kính bất kỳ của mặt cắt chân vịt (m)

Loại vật liệu này có sức bền cao hơn vật liệu trên và không bị gỉ nhưng cũng bị
xâm thực ở vùng cánh nên nếu không có biện pháp bảo vệ sẽ có hiện tượng khử kẽm.
Vật liệu này thường dùng cho chân vịt cấp cao như tàu lướt, tàu cao tốc, tuần tra …
Que hàn đắp khi sửa chữa phải dùng mác vật liệu và phải ram ở nhiệt độ 500 – 5500C.
Thời gian ram còn tùy thuộc vào đường kính chân vịt.
- Đồng – nhôm – sắt và loại đồng – mangan – nhôm – kẽm:
Đây là các loại vật liệu có nhiều đặc tính tốt nhất so với các vật liệu hợp kim màu
thường được dùng để chế tạo chân vịt cho các tàu biển chạy với tốc độ lớn hơn 15 hl/h,
phổ biến nhất là để chế tạo chân vịt cho các loại tàu biển lớn chạy ở các vùng có băng.
Khi sử dụng ký hiệu các loại đồng của người Nga cần lưu ý là những chỉ số kèm theo
ký hiệu là tỷ lệ phần trăm các thành phần kim loại được pha chế trong hợp kim đồng.
Trong hầu hết các trường hợp, để bảo vệ chân vịt tránh hiện tượng xâm thực mặt cánh
do tính chất dòng điện phân xuất hiện tại vùng chân vịt hoạt động, người ta thường gắn
tại vùng đuôi tàu, gần trục chân vịt những cục kẽm có đặc điểm hoạt tính hơn đồng, do
đó khi có dòng điện phân, kẽm sẽ bị phân cực đầu tiên nhờ đó bảo vệ chân vịt.
- Thép cacbon:
Đây là loại thép dễ đúc và dễ gia công cơ nhưng lại có tính chống rỉ kém nên
thường dùng để chế tạo chân vịt cho các loại tàu thông thường và các tàu chạy sông,
trường hợp đặc biệt mới dành cho tàu biển.
14
- Thép không gỉ:
Có sức bền cao, chống ăn mòn tốt nhưng sức bền mỏi do ăn mòn lại không cao do
đó thường được dùng để chế tạo loại chân vịt cao cấp và thông thường trên các tàu.
Trong chế tạo, nếu hàn khuyết tật thì tiến hành sau khi ram đến gia công nhiệt xong.
Trong sữa chữa được phép đốt nóng cục bộ đên nhiệt độ 10600C ± 1000C trong 4 giờ
và làm nguội bằng không khí và sau khi hàn khuyết tật không phải gia công nhiệt trừ
khi hàn ở cánh.
- Thép mangan không gỉ:
Loại vật liệu này dùng để chế tạo chân vịt cấp cao cho các tàu đặc biệt và vật liệu
khi chọn tùy thuộc vào công dụng loại tàu, tốc độ và đường kính chân vịt.

Hệ số đường
kính moayơ
dp/D
16
Bảng 2.2 : Tọa độ cánh chân vịt seri B Wageningen loại 2, 3 cánh.
Bảng 2.3 : Tọa độ cánh chân vịt seri B- Wageningen loại 4 và 5 cánh.
r/R
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Chiều
rộng cánh
tính theo
% chiều
rộng lớn
nhất tại
r/R
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8