TỔNG HỢP ĐỀ THI CÔNG NGHỆ ĐÓNG SỬA PHI KIM LOẠI doc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG ……………………………. TỔNG HỢP ĐỀ THI CÔNG NGHỆ ĐÓNG SỬA PHI KIM LOẠI BIÊN SOẠN: PHÙNG MINH TOÀN Nha Trang tháng 1 năm 2013 Biên soạn: Phùng Minh Toàn_51DT-2_ NTU Lời tâm tình Dưới đây là sự tổng hợp đề thi của Trường Đại Học Nha Trang. Tài liệu chỉ mang tính chất tham khảo và sưu tầm qua các năm học. Muốn hiểu rõ kiến thức về Compozit thì phải có kinh nghiệm thực tế tại xưởng và phải tham khảo nhiều tài liệu từ giáo trình. Tài liệu cần phải nên tham khảo: - Bài giảng: CÔNG NGHỆ ĐÓNG SỬA TÀU PHI KIM LOẠI của Phạm Thanh Nhựt_ Trường Đại Học Nha Trang. - Nghiên cứu vật liệu COMPOSIT trên nền nhựa POLYESTE gia cường bằng sợi đay của Nguyễn Bá Trung- Trần Văn Phước_ Trường Đại Học Sư Phạm, Đại Học Đà Nẵng. - Qui phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh TCVN 6282-2003 - Từ trang web của Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy Nha Trang http://vientauthuy.com.vn/home/default.aspx - Hoặc có thể liên hệ qua thầy Huỳnh Văn Nhu Trường Đại Học Nha Trang. Người có nhiều kinh nghiệm về vật liệu compozit. Biên soạn: Phùng Minh Toàn_51DT-2_ NTU Câu 1: Tại sao nói chất lượng sản phẩm composite phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề công nhân? TL: Do vật liệu composite được hình thành ngay trong quá trình chế tạo sản phẩm. Người công nhân phải thực hiện từ khâu pha chế vật liệu, tạo khuôn mẫu, chế tạo và lắp ráp. Bên cạnh đó, đóng tàu bằng vật liệu compozit không chỉ đòi hỏi người công nhân có sự hiểu biết về kĩ thuật tốt mà còn hải am hiểu về vật liệu. Câu 2: Tại sao khi thi công tấm composite nhiều lớp người ta thường sử dụng Mat để trát lớp đầu tiên, lớp trung gian và lớp cuối cùng? TL: - Mat thấm nhựa tốt (1đ). - Mat tạo bề mặt phẳng (1đ). - Mat có tính liên kết tốt (1đ) Câu 3: Trong quy trình công nghệ đóng tàu vỏ composite, tại sao phải gắn các chi tiết gia cường vào vỏ tàu trước khi tách? TL: - Đảm bảo cho vỏ tàu đủ cứng vững và không bị biến dạng. Trong công nghệ đóng tàu compozit, các chi tiết, kết cấu gia cường được gắn sau khi tàu đã hoàn thành. Nếu tách vỏ ra khỏi khuôn mà chưa gắn các chi tiết, kết cấu gia cường như: sườn, đà, nẹp, vách, gân gia cường thì sẽ làm cho vỏ tàu bị biến dạng. Câu 4: Phân tích những điểm khác nhau cơ bản giữa công nghệ đóng tàu vỏ composite và tàu vỏ thép? TL: - Phải có khuôn (0.75đ) - Vỏ đúc liền khối (0.75đ) - Kết cấu gia cường chế tạo sau vỏ (0.75đ) - Sơn vỏ trước (0.75đ) * Tàu vỏ thép: - Vỏ tàu được chế tạo từ nhiều tấm thép nhỏ ghép lại với nhau bằng bulong, chốt, đinh tán hay bằng phương pháp hàn (welding). - Dùng dưỡng để chế tạo các chi tiết cong phức tạp như vỏ ở hong, mũi - Có thể chế tạo đồng thời các chi tiết, cụm kết cấu (Block) với nhau. - Các chi tiết gia cường được làm cùng lúc với vỏ tàu. - Công đoạn sơn sau khi đã chế tạo hoàn chỉnh các Block. - Chất lượng sản phẩm ít phụ thuộc vào tay nghề của công nhân. * Tàu vỏ Compozit: - Vỏ được chế tạo liền khối. - Phải có khuông để chế tạo. - Làm theo qui trình thứ tự nhất định. - Các chi tiết gia cường được chế tạo sau khi vỏ tàu đã hoàn thành. - Vỏ được sơn trước. - Chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của công nhân và đòi hỏi người công nhân phải có am hiểu về vật liệu. Câu 5: Phân tích những điểm giống và khác nhau giữa khuôn đực và dưỡng? TL: Giống : + Hình dáng (1đ) + Bề mặt (1đ) Khác : Công dụng (chế tạo sản phẩm/chế tạo khuôn cái) (1đ) Câu 6: Tại sao người ta có thể trát tiếp các lớp composite lên tấm composite đã đông cứng hoàn toàn mà vẫn đảm bảo độ liên kết giữa lớp cũ và mới? TL: Nhựa Polyester có tính kỵ khí (không đông cứng hoàn toàn trong môi trường không khí). Biờn son: Phựng Minh Ton_51DT-2_ NTU Cõu 7: Phõn tớch nhng im khỏc nhau c bn gia ct si thy tinh dng vi (Woven roving) v dng Mat (Mating) TL: WR Mat - Si liờn tc v cú hng (0.5) - Trng lng ln 0,6-1,2 kg/m 2 (0.5) - Hp th nha ớt (0.5) - Liờn kt lp kộm (0.5) - Khú to gúc un v mt phng (0.5) - C tớnh cao (0.5) - Si khụng liờn tc, hng ngu nhiờn (0.5) - Trng lng nh (0,2 0,9) kg/m 2 (0.5) - Hp th nha nhiu (0.5) - Liờn kt lp tt (0.5) - D to gúc un v mt phng (0.5) - C tớnh thp (0.5) Vi thụ Mat a) Mát (CSM): Đ-ợc sử dụng ở những kết cấu tàu cần độ kín n-ớc cao, những khu vực khó thi công, những nơi có góc cạnh bé. Th-ờng dùng làm lớp đầu tiên, các lớp trung gian và lớp cuối cùng của tấm vỏ tàu. Phổ biến nhất là hai loại sau: - Loại có trọng l-ợng 300g/m 2 , ký hiệu CSM300 - Loại có trọng l-ợng 450g/m 2 , ký hiệu CSM450. b)Vải thô (WR): Đ-ợc sử dụng ở phần tàu cần độ chịu lực cao, cần thi công nhanh ( do tạo nên chiều dày lớn), và phải đ-ợc sử dụng xen kẽ với CSM. Có nhiều loại WR, tuy nhiên phổ biến nhất là các loại sau: - Loại có trọng l-ợng 600g/m 2 , ký hiệu WR600. - Loại có trọng l-ợng 800g/m 2 , ký hiệu WR800. Cõu 8: Xõy dng quy trỡnh cụng ngh sa cha mt l thng nh v tu composite do va chm gõy ra? TL: - Xõy dng quy trỡnh chung (2) - Chi tit tng bc (2) Cõu 9: Xõy dng quy trỡnh cụng ngh sa cha mt vt xt n sõu vo bờn trong lp gelcoat v tu composite? TL: - Xõy dng quy trỡnh chung (2) - Chi tit tng bc (2) Cõu 10: So sỏnh vai trũ ca cht tỏch khuụn v cht lm búng b mt? TL: - Cht tỏch khuụn : d tỏch sn phm ra khi khuụn (1). - Cht lm búng : to lp mng ngn cỏch gia khuụn v sn phm, lm búng b mt (1). Cõu 11: Xõy dng quy trỡnh cụng ngh ch to mt phõn on boong kt cu n lp, bao gm tm boong, x ngang v x dc boong (cú v hỡnh minh ha)? Biên soạn: Phùng Minh Toàn_51DT-2_ NTU TL: - Xây dựng quy trình chung (2đ) - Chi tiết từng bước (2đ) Câu 12: Kết cấu 3 lớp của các gân gia cường có ưu, nhược điểm gì so với kết cấu rỗng? TL: - Ưu : độ bền cao hơn (1đ). - Nhược : Chế tạo phức tạp và trọng lượng lớn hơn (1đ). Câu 13: Tại sao người ta không thi công vỏ tàu composite theo phương pháp úp? TL: - Chủ yếu sử dụng khuôn cái (1đ). - Khó thi công hơn (1đ). Câu 14: Tại sao người ta không thi công trát lớp liên tục (về mặt thời gian) trên tấm composite có chiều dày lớn? TL: - Sinh nhiệt lớn nên ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (1đ). - Khó thi công do nhiệt và nồng độ styren lớn (1đ). Câu 15: Làm thế nào để trát thêm lớp composite lên tấm composite đã phủ lớp topcoat? TL: - Mài lớp topcoat (1đ). - Lau bề mặt bằng aceton (1đ). Câu 16: Tính chiều dày tấm FRP gồm 5 lớp Mat (M) loại 300g/m 2 và 4 lớp vải (WR ) loại 600g/m 2 . Biết : Trọng lượng riêng của sợi : d M = 2,5g/cm 3 , d WR = 2,55g/cm 3 Trọng lượng riêng của nhựa : d P = 1,15g/cm 3 Hàm lượng nhựa – sợi : W M = 30%, W WR = 50% TL:  M = 300(g/m 2 ) = 0,03(g/cm 2 ) – trọng lượng trên 1m 2 Mat.  WR = 600(g/m 2 ) = 0,06 (g/cm 2 ) – trọng lượng trên 1m 2 vải. Chiều dày 1 lớp Mat:                 PM M M MM dW W d t 1 . 1 1                15,1 1 . 3,0 3,01 5,2 1 03,0 =0,073(cm) = 0,73(mm). Chiều dày 1 lớp vải:                 PWR WR WR WRWR dW W d Wt 1 . 1 1               15,1 1 . 5,0 5,01 55,2 1 06,0 =0,076(cm) = 0,76(mm). Vậy chiều dày của tấm FRP: t p = 5.t M +4.t WR = 5.0,73 +4.0,76 = 6,69(mm). Câu 17: Tính chiều dày tấm FRP gồm 5 lớp Mat (M) loại 450g/m 2 và 4 lớp vải (WR ) loại 800g/m 2 . Biết : Trọng lượng riêng của sợi : d M = 2,5g/cm 3 , d WR = 2,55g/cm 3 Trọng lượng riêng của nhựa : d P = 1,15g/cm 3 Hàm lượng nhựa – sợi : W M = 35%, W WR = 55% TL:  M = 450(g/m 2 ) = 0,045(g/cm 2 ) – trọng lượng trên 1m 2 Mat. Biên soạn: Phùng Minh Toàn_51DT-2_ NTU  WR = 800(g/m 2 ) = 0,08 (g/cm 2 ) – trọng lượng trên 1m 2 vải. Chiều dày 1 lớp Mat:                 PM M M MM dW W d t 1 . 1 1                15,1 1 . 35,0 35,01 5,2 1 045,0 =0,091(cm) = 0,91(mm). Chiều dày 1 lớp vải:                 PWR WR WR WRWR dW W d Wt 1 . 1 1               15,1 1 . 55,0 55,01 55,2 1 08,0 =0,088(cm) = 0,88(mm). Vậy chiều dày của tấm FRP: t p = 5.t M +4.t WR = 5.0,91 +4.0,88 = 8,07(mm). Câu 18: Cho tấm FRP dày 5,9mm gồm các lớp Mat (M) loại 450g/m 2 và vải (WR ) loại 300g/m 2 . Với : Trọng lượng riêng của sợi : d M = 2,5g/cm 3 , d WR = 2,55g/cm 3 Trọng lượng riêng của nhựa : d P = 1,15g/cm 3 Hàm lượng nhựa – sợi : W M = 35%, W WR = 55% Hãy lựa chọn số lớp M và WR phù hợp cho tấm trên, biết rằng chúng được sắp xếp theo nguyên tắc xen kẽ? TL:  M = 450(g/m 2 ) = 0,045(g/cm 2 ) – trọng lượng trên 1m 2 Mat.  WR = 300(g/m 2 ) = 0,03 (g/cm 2 ) – trọng lượng trên 1m 2 vải. Chiều dày 1 lớp Mat:                 PM M M MM dW W d t 1 . 1 1                15,1 1 . 35,0 35,01 5,2 1 045,0 =0,091(cm) = 0,91(mm). Chiều dày 1 lớp vải:                 PWR WR WR WRWR dW W d Wt 1 . 1 1               15,1 1 . 55,0 55,01 55,2 1 03,0 =0,033(cm) = 0,33(mm). Tính số lớp M450 và Wr300 Vì theo nguyên tắc bố trí các lớp xen kẽ nên ta có pt sau: n M - n WR =1 (1) Chiều dày tấm 5,9(mm) ta có phương trình sau: n M .0,91 + n WR .0,33 = 5,9 (2) Giải hệ PT (1) và (2) ta được: n M =5 (Lớp), n WR = 4 (lớp) Biờn son: Phựng Minh Ton_51DT-2_ NTU 2.4 Đặc tr-ng vật lý của vật liệu GRP Khi chế tạo vỏ tàu, sợi gia c-ờng chủ yếu đ-ợc sử dụng ở 2 dạng: CSM: có trọng l-ợng từ 300 600 g/m 2 WR: có trọng l-ợng từ 400 800 g/m 2 Thực tế (từ kinh nghiệm thi công ở trung tâm NCCT tàu cá và thiết bị tr-ờng ĐHTS) và lý thuyết [5] cho thấy hàm l-ợng nhựa - sợi trong vật liệu khi gia công bằng tay th-ờng nằm trong khoảng: Với CSM: W f = (30 35) % (về trọng l-ợng) Với WR: W f = (45 55) % (về trọng l-ợng) Trong đó th-ờng gặp nhất là : 33% và 50% (t-ơng ứng với CSM và WR) Nếu bỏ qua ảnh h-ởng của bọt khí thì chiều dày mỗi lớp đ-ợc tính nh- sau : t d W W d p f f f f m 1 1 1 (cm) (2-1) Với: f : trọng l-ợng trên 1 m 2 của sợi (g/cm 2 ) W f : hàm l-ợng sợi trong GRP d f , d m : Trọng l-ợng riêng của sợi và nhựa (g/cm 3 ). Nh- vậy với chiều dày , số lớp cần thiết là: n t p Trong tr-ờng hợp GRP gồm nhiều lớp CSM và WR kết hợp với nhau, ta cũng dễ dàng xác định đ-ợc số lớp WR và số lớp Mat cần thiết để tạo nên chiều dày khi ta biết đ-ợc quy luật phân bố giữa WR và CSM. Tóm lại, để đạt đ-ợc chiều dày tấm GRP theo yêu cầu thiết kế phải biết các thông số: - Quy luật sắp xếp nhựa - sợi. - Các thông số: f , W f , d f , d m 2.4.1 Trọng l-ợng riêng của nhựa và sợi: Theo [4], trọng l-ợng riêng của nhựa và sợi có giá trị: Sợi thủy tinh dạng CSM: d M = 2,5 g/cm 3 Sợi thủy tinh dạng WR: d WR = 2,55 g/cm 3 Nhựa polyester không no: d P = 1,15 g/cm 3 2.4.2 Xác định chiều dày lớp GRP: Việc xác định chiều dày lớp GRP đ-ợc thực hiện theo công thức 2-1. Ví dụ: * Với tấm GRP có cốt là một lớp CSM loại 300g/m 2 . Ta có: w f = 300g/m 2 = 0,03g/cm 2 . W f = 0,33 d m = 1.15g/cm 3 . d f = 2,5g/cm 3 . Thay vào (2-1) đ-ợc : t = 0,065cm = 0,65mm * Với tấm GRP cốt là một lớp CSM loại 450g/m 2 . T-ơng tự nh- trên, thay w f bằng 0,045g/cm 2 , ta đ-ợc: t = 0,1cm = 1mm. * Với tấm GRP có cốt là một lớp WR loại 800g/m 2 : Với loại này ta có: w f = 800g/m 2 = 0,08g/cm 2 . W f = 0,5 Biờn son: Phựng Minh Ton_51DT-2_ NTU d m = 1,15 g/cm 3 d f = 2,55 g/cm 3 . Thay vào (4-49) ta đ-ợc: t = 0,1cm = 1mm * Với tấm GRP cốt là một lớp WR loại 600g/m 2 : Thay w f bằng 0,06g/cm 2 ta đ-ợc: t = 0,076cm = 0,76mm. 2.4.3 Xác định trọng l-ợng riêng của tấm GRP: (1). Với tấm GRP cốt CSM: Trọng l-ợng riêng của tấm GRP cốt CSM tính theo công thức: 1/ t = W m / m + W f / f . hay t = f . m / (W m . f + W f . m ) Với W f = 0,33; f = 2,5g/cm 3 ; W m = 0,67; m = 1,15g/cm 3 Thay vào công thức trên đ-ợc trọng l-ợng riêng của tấm GRP cốt CSM là: t1 = 1,4g/cm 3 . (2) Với tấm GRP cốt WR: T-ơng tự nh- trên, bằng cách thay : W f =0,5; f =2,55g/cm 3 ; W m = 0,5; m = 1,15g/cm 3 có trọng l-ợng riêng của tấm GRP cốt WR là: t2 = 1,6g/cm 3 . Các giá trị t1 và t2 để tính khối l-ợng nhựa nền, WR và CSM cần thiết trong thành phần tấm GRP có cấu tạo hỗn hợp ( cốt vừa là WR, vừa là CSM). . TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG ……………………………. TỔNG HỢP ĐỀ THI CÔNG NGHỆ ĐÓNG SỬA PHI KIM LOẠI BIÊN SOẠN: PHÙNG MINH TOÀN . giáo trình. Tài liệu cần phải nên tham khảo: - Bài giảng: CÔNG NGHỆ ĐÓNG SỬA TÀU PHI KIM LOẠI của Phạm Thanh Nhựt_ Trường Đại Học Nha Trang. - Nghiên