Contribution to an Ergonomy Study of Thaco Sleeping Bus

Contribution to an Ergonomy Study of Thaco Sleeping Bus ISSN 1859 1531 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(104) 2016 31 ỨNG DUṆG CÔNG NGHÊ ̣TỔ HỢP COMPOSITE KHUNG KIM LOẠI TRONG CHẾ[.]

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(104).2016 31 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TỔ HỢP COMPOSITE KHUNG KIM LOẠI TRONG CHẾ TẠO XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM Ở VIỆT NAM APPLICATION OF COMPLEX SHEET-METAL (CSM) TECHNOLOGY FOR SLEEPER BUS MANUFACTURING IN VIETNAM Ninh Quang Oanh1, Châu Ngọc Tùng1, Phạm Xuân Mai2 Công ty Cổ phần Ơ tơ Trường Hải (Thaco); ninhquangoanh@thaco.com.vn Trường Đại học Bách khoa Tp HCM; pmai_2002@yahoo.com Tóm tắt - Việc lựa chọn phương pháp tổ hợp nguyên mảng hay tách rời mặt đầu mặt đuôi làm ảnh hưởng đến suất, giá thành, chất lượng sản xuất xe, loại xe khách giường nằm sử dụng nhiều Việt Nam.Bài báo giới thiệu việc ứng dụng công nghệ CSM để sản xuất nội địa hóa chi tiết composite mặt đầu mặt xe khách giường nằm, góp phần nâng cao hàm lượng công nghệ suất, hạ giá thành sản phẩm Do ưu điể m của cơng nghệ là tạo sản phẩm có hình dáng với độ thẩm mỹ cao dễ lắp ghép, chế tạo sửa chữa bảo trì, có sức bền lớn mà nó thường áp dụng để sản xuất chi tiết ngoại thất tơ Tồn thiết bị CSM Thaco tự thiết kế, lắp đặt Abstract - The selection of one piece or in module assembly technology for the front or the rear face of sleeper bus will cause impact on productivity, prices, quality… of automobiles, especially sleeper buses The paper introduces the CSM technology application to localize front and rear face-parts of sleeper buses, contributing to the amelioration of technology, productivity, and cheapening prices of automobile parts This application helps to produce complex, highly attractive form parts which are durable, easy for assembly, repair and maintenance Therefore, it is usually used for producing automobile exterior parts which require a complex form and an aesthetic shape The machinery, equipment and layout are designed and installed by Thaco Từ khóa - vật liệu composit; xe khách giường nằm; công nghệ CSM; khuôn mẫu; VARTM Key words - composit material; sleeper bus; CSM technology; mold; VARTM Giới thiệu công nghệ tổ hợp Composite – Khung kim loại (CSM) 1.1 Giới thiệu chung Công nghệ tổ hợp composite - khung kim loại hay cịn gọi tắt cơng nghệ CSM (Complex Sheet - Metal) công nghệ liên kết sản phẩm composite với khung xương kim loại cách bắn vít, tán rivê, đắp lăn composite… để tạo thành kết cấu chung cứng vững, chắn mòn vật liệu điều kiện khắc nghiệt môi trường, giảm trọng lượng, tăng độ chịu ăn mịn, giảm độ rung, tiếng ồn Cơng nghệ sử dụng kỹ thuật hút chân không chuyển nhựa vào khuôn (VARTM: Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) kết hợp với kết cấu khung xương để tạo liên kết nhằm tối ưu hóa nghệ, từ phức tạp đến đơn giản, rút ngắn thời gian chu trình sản xuất, hiệu kinh tế cao, giảm giá thành sản phẩm Hình 1, sản phẩm ứng dụng công nghệ tổ hợp composite khung xương kim loại vào xe khách giường nằm 1.2 Tổng quan công nghệ VARTM Công nghê ̣ hút chân không chuyển nhựa vào khuôn VARTM biến thể công nghệ chuyển nhựa vào khuôn RTM (Resin Transfer Molding), dùng kỹ thuật hỗ trợ chân không [1, 2] Composit chế tạo phương pháp tiếp xúc thơng thường, sau chuyển vào khn nhờ bơm chuyển nhựa có hỗ trợ sức hút chân khơng lịng khn Việc tạo túi hút chân khơng nhằm loại bỏ bọt khí, nhờ tạo sản phẩm có chất lượng cao Phương pháp thích hợp để chế tạo sản phẩm kích thước lớn (vỏ tàu, mui xe tô v.v…) giới thiệu [3] Vật liệu polymer loại sợi gia cường có ảnh hưởng định đến chất lượng sản phẩm, độ bền lẫn thẩm mỹ, đặc biệt thiết kế chế tạo chi tiết ô tô Ảnh hưởng yếu tố độ co ngót, loại vải dệt, cách xếp vải đến độ bền vật liệu RTM khảo sát cơng trình [5] Đặc biệt, tác giả [6] cho thấy với cách xếp vải hợp lý, độ bóng bề mặt sản phẩm bảo đảm (độ gồ ghề bề mặt 3,25 - 9,34m khắc phục đáng kể độ co ngót sản phẩm Hình Composite tổ hợp mặt đầu xe khách giường nằm Hình Composite tổ hợp mặt đuôi xe khách giường nằm Công nghệ tổ hợp sản phẩm composite lên khung xương tạo sản phẩm có độ cứng, độ bền học cao, vật liệu đảm bảo cho thành phần liên kết hài hồ tạo nên kết cấu có khả chịu nhiệt chịu ăn Ninh Quang Oanh, Châu Ngọc Tùng, Phạm Xuân Mai 32 Có thể thấy rằng, thiết kế sản phẩm bên cạnh chế độ công nghệ, việc lựa chọn vật liệu trình tự xếp chúng có vai trị lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm.Đối với cơng nghệ chuyển nhựa vào khn có hỗ trợ chân khôngVARTM Việt Nam, có nghiên cứu phịng thí nghiệm.Một số nghiên cứu tiến hành công nghệ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [7], Trường Đại học Cần Thơ với composit sợi dừa [8].Còn cơng nghệ tổ hợp khung kim loại CSM chưa có đơn vị thực Việt Nam Qua nghiên Phịng Thí nghiệm Vật liệu composite, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cho thấy sử dụng nhựa C114 không phù hơ ̣p với chế ta ̣o sản phẩ m theo phương pháp chuyể n nhựa vào khuôn có hỗ trơ ̣ chân không đô ̣ nhớt khá cao và thời gian gel hóa ngắ n so với nhựa 2803.Do vậy, đề tài sử dụng nhựa loại 2803 (Hình3) loại sợi thủy tinh sphere Mat cip 300/200/180/300 sợi Roving 360;sợi xếp thành lớp, tổng chiều dày 2mm bố trí đối xứng qua mặt phẳng [0/45/90/45/0] ↔ [0/45/90]s mảng composite mặt ngồi nên dễ bị xơ lệch, cần nhiều nhân công để lắp ráp điều chỉnh nhiều lần Trong công nghệ CSM, chia khung xương nguyên khối làm phần: khối khung xương mặt đầu, khối khung xương phần giữa, khối khung xương mặt đuôi dựa đồ gá hàn chia theo tương tự.Như phần mặt đầu mặt đuôi chia làm khối nhỏ hơn, dễ chế tạo lắp ráp (Hình 6) Hình Kết cấu khung xương mặt đầu Hình Độ nhớt của nhựa polyeste không no với hàm lượng MEKPO 1,0% 1.3 Tổng quan công nghệ khung xương Khung xương xe khách giường nằm thông thường hàn trước thành khung xương nguyên khối để tạo độ cứng vững cần thiết Hình Hình Kết cấu khung xương mặt Đối với phương án này, khung xương có kích thước nhỏ gọn phương án nguyên khối nên linh động bố trí khơng gian gia cơng, thép hộp bố trí cân đối, hợp lý để khơng đảm bảo độ bền mà cịn giảm trọng lượng khung xương, trình tổ hợp sản phẩm lên khung xương sau dễ cân chỉnh phương án nguyên khối Hình Khung xương nguyên khối Loại khung xương kiểu thích hợp với sản xuất sản lượng nhỏ trình gia cơng khung xương q trình tổ hợp sản phẩm lên khung xương cần không gian rộng, q trình định vị vị trí sản phẩm khó khăn phải cân chỉnh nhiều sản phẩm vào khung xương, Nghiên cứu chọn phương án kết cấu tạo hình CSM áp dụng với xe khách giường nằm [9] 2.1 Phương án Sản phẩm composite khơng tách rời khỏi khn định hình mặt đầu hay mặt đuôi Khi sản phẩm khô, không lấy sản phẩm khỏi khuôn mà đưa khung xương lên bề mặt khn cầu trục, định vị vị trí tương đối khung xương khn,cố định vị trí khung xương, tạo liên kết khung xương sản phẩm composite việc lănthêm lớp composite chỗ tiếp xúc hay thông qua la trung gian ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(104).2016 Đặc điểm phương pháp: Ưu điểm:  Sản phẩm composite chưa lấy khỏi khuôn, nên sau tổ hợp với khung kim loại không bị biến dạng  Không cần bắn rivê để liên kết xung quanh viền sản phẩm, bề mặt sản phẩm đẹp, thẩm mỹ  Có thể áp dụng thành dây chuyền sản xuất để nâng cao suất Nhược điểm:  Khối lượng khung xương lớn, đưa khung xương di chuyển lên mặt khuôn để liên kết với sản phẩm composite phải có cầu trục tốn  Cần diện tích nhà xưởng lớn để bố trí sản phẩm chờ khơ  Thời gian để hồn thiện sản phẩm dài cần thời gian chờ khô lớp liên kết composite  Khi sản lượng lớn cần phải gia công thêm nhiều khn, tăng kinh phí đầu tư khn 33 Nhược điểm:  Việc tách riêng khung xương tổ hợp cho sản phẩm composite không tạo đồng lắp ghép chúng lạo tạo thành khối tổng thể, dễ bị gấp khúc vị trí giao sản phẩm Việc lắp ghép khó khăn dẫn đến kết cấu chung bền vững  Trên xe khách giường nằm, tính riêng ngoại thất có nhiều sản phẩm composite, việc tổ hợp khung kim loại cho chi tiết composite yêu cầu phải đầu tư nhiều khuôn, tốn không gian để sản phẩm chờ khô  Trọng lượng xe bị tăng lên, cần thêm xương trung gian, pát la để liên kết sản phẩm sau tổ hợp lại với 2.3 Phương án Khung xương mặt đầu tổ hợp với kết cấu composite phía trước chi tiết mặt ga lăng, cản trước, má đèn trước bên tài, má đèn trước bên lơ, … chi tiết tách nhỏ từ chi tiết mặt đầu Khung xương mặt đuôi tổ hợp với kết cấucomposite phía sau xe cản sau, mỏ cản sau bên tài, mỏ cản sau bên lơ, … chi tiết tách nhỏ từ chi tiết mặt Dựa vào hình dáng, kích thước đồ gá hàn để xây dựng kết cấu phần khung xương Kết cấu phần khung xương phải thỏa mãn yêu cầu đề Hình Tổ hợp khung kim loại với sản phẩm composite mặt đuôi khuôn: Khuôn mặt đuôi; Sản phẩm composite mặt đuôi; Khung xương mặt đuôi 2.2 Phương án Trong phương án tách cụm khung xương lớn thành nhiều kết cấu khung xương nhỏ tổ hợp cho sản phẩm composite cụ thể.Sản phẩm composite tách nhỏ thành nhiều chi tiết sau sản phẩm khô không tháo khỏi khuôn Từng khối khung xương hàn uốn lượn dựa biên dạng sản phẩm composite gá đồ gá.Sản phẩm composite tổ hợp lên khung xương cách lăn thêm lớp composite chỗ tiếp xúc hay thông qua la trung gian Đặc điểm phương pháp: Ưu điểm:  Do khung xương tách nhỏ để tổ hợp theo sản phẩm nên việc tổ hợpkhung xương với sản phẩm composite dễ dàng, kín khít so với phương án  Dễ chế tạo khung xương, việc gá đặt, định vị chúng với sản phẩm composite khơng gặp nhiều khó khăn  Sản phẩm chưa tách khỏi khn nên bị biến dạng  Bề mặt sản phẩm đẹp không cần bắn ri vê nên khơng cần phải hồn thiện lại Hình Liên kết sản phẩm composite vào khung xương mặt đầu Hình Liên kết sản phẩm composite vào khung xương mặt đuôi Ninh Quang Oanh, Châu Ngọc Tùng, Phạm Xuân Mai 34 Định vị vị trí tương đối sản phẩm composite so với khung xương: Do khung xương hàn trước, nên trình định vị lấy khung xương làm chuẩn.Bấm rivê liên kết sản phẩm composite với liên kết với khung xương thông qua la trung gian Đắp thêm lớp composite vị trí quan trọng (Hình8, 9) Đặc điểm phương pháp: Ưu điểm:  Do khung xương gia công trước định vị sản phẩm composite lên nó, nên đảm bảo kích thước, hình dáng theo u cầu  Các sản phẩm composite tách nhỏ nên dễ dàng thao tác q trình di chuyển, định vị, khơng bị gấp khúc vị trí chuyển tiếp sản phẩm  Sản phẩm composite tách thành nhiều sản phẩm tùy theo kết cấu mặt đầu mặt đuôi, nên giảm độ biến dạng lấy khỏi khuôn, định vị vào khung xương bị cong vênh  Lấy sản phẩm composite khỏi khuôn tiến hành tổ hợp với khung kim loại nên khuôn luân chuyển để gia công cho sản phẩm khác, khơng cần q nhiều khn, nên tiết kiệm chi phí làm thêm khn  Bề mặt sản phẩm composite bị trầy sước trình ốp vào khung xương Nhược điểm:  Do khung xương gia công trước định vị sản phẩm composite vào, nên q trình gia cơng khung xương cần có jig mẫu (hoặc sản phẩm hồn chỉnh) để gia cơng khung xương xác kích thước, hình dáng Vì tốn thêm chi phí gia cơng đồ gá mẫu  Bấm rivê xung quanh sản phẩm composite để liên kết với khung xương tạo dấu bề mặt sản phẩm composite, phải tốn thêm thời gian xử lý, hoàn thiện Từ so sánh ưu nhược điểm mà phương án tổ hợp sản phẩm lên khung xương mang lại, xét thấy phương án đáp ứng yêu cầu đề cơng nghệ Do chọn phương án để áp dụng cho công nghệ tổ hợp sản phẩm composite CSM lên khung xương mặt đầu, mặt đuôi xe khách giường nằm (2) Trong đó: - E môđuyn đàn hồi vật liệu [lực/(chiều dài)2]; - ʋ hệ số Pốt – xơng vật liệu; - G môđuyn trượt vật liệu [lực/(chiều dài)2]; - σ ứng suất pháp [lực/(chiều dài)2]; - τ ứng suất tiếp [lực/(chiều dài)2] Chỉ số 1, 2, hướng vật liệu composite 3.2 Quy tắc phân lớp vật liệu composite Hình 10 Quy tắc phân lớp vật liệu composite Mặt phẳng xy xác định thông qua gốc tọa độ mặt phẳng tấm, trục z xác định theo quy tắc bàn tay phải Lớp composite xác định lớp gần trục z âm Lực momen mặt phẳng lớp mỏng composite đồng tính cơng thức: Tính tốn sức bền kết cấu composite CSM [9] 3.1 Cơ sở tính tốn Khi sử dụng vật liệu composite dựa vào việc đan xếp sợi lớp theo hướng khác tức thay đổi đặc tính vật liệu, để thay đổi chuyển vị theo hướng x y khác Tùy vào điều kiện làm việc chi tiết để tạo hướng lớp sợi theo ý định người thiết kế Composite vật liệu có hướng quan hệ ứng suất biến dạng sau: (1) Hình 11 Chi tiết mặt đầu chia lưới Hyperwork ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(104).2016 3.3 Kết tính tốn mơ Dùng phần mềm mơ Hyperworks để tính tốn cho kết Hình 11, 12, 13, 14, 15 (Ảnh hưởng môi trường ẩm ướt đến biến dạng nhỏ nên không xét đến) Các điều kiện biên theo ràng buộc vị trí bắt rive, vị trí định vị bậc tự do, tạo tải trọng áp suất toàn diện tích bề mặt có độ lớn 6.10-4 N/m2; tạo dạng tải trọng EIGRL dạng tải trọng để phân tích dao động Nhập kết tần số riêng đầu tiên… Kết qủa cụ thể cho thấy: Đối với mặt đầu:  Chuyển vị lớn chi tiết ốp góc cản trước sau tổ hợp khung xương kim loại 0,896mm  Ứng suất lớn σ = 12,994 N/mm2  tần số dao động riêng chi tiết: f1 = 0,003Hz; f2 = 0,0035Hz; f3 = 0,0046Hz; f4 = 0,0053Hz; f5 = 0,006Hz  Với k = 1,2 hệ số an tồn vật liệu ta có ứng suất lớn chi tiết mặt đầu σmax = k*σ = 1,2*12,994 = 15,6 N/mm2  σmax = 15,6 ≤ [σ ] = 90 ÷ 100 N/mm2 Vậy chi tiết mặt đầu đủ bền Đối với mặt đi: 35 Hình 13 Ứng suất mặt đầu xe khách giường nằm kết cấu CSM  Chuyển vị lớn chi tiết ốp góc cản trước sau tổ hợp khung xương kim loại 1,935mm  Ứng suất lớn 67,84 N/mm2  tần số dao động riêng chi tiết: f1 = 0.00128Hz; f2 = 0.00136Hz; f3 = 0.0016Hz; f4 = 0.0017Hz; f5 = 0.0019Hz  Với k = 1,2 hệ số an toàn vật liệu ta có ứng suất lớn chi tiết mặt đầu σmax = k*σ = 1,2*67,84 = 81,4 N/mm2  σmax = 81,4 ≤ [σ ] = 90 ÷ 100 N/mm2 Vậy chi tiết mặt đủ bền Hình 14 Chuyển vị mặt đuôi xe khách giường nằm kết cấu CSM Hình 15 Ứng suất mặt xe khách giường nằm kết cấu CSM Hình 12 Chuyển vị mặt đầu xe khách giường nằm kết cấu CSM Kết luận hướng phát triển Độ bền chi tiết composite sau tổ hợp khung xương kim loại phụ thuộc vào đặc tính học vật liệu, Ninh Quang Oanh, Châu Ngọc Tùng, Phạm Xuân Mai 36 cách liên kết vật liệu composite với khung xương kim loại.Đối với vật liệu composite dễ dàng thay đổi đặc tính học vật liệu theo ý người thiết kế cách thay đổi vật liệu nền, cốt cho chi tiết có độ dày phù hợp với cơng nghệ chế tạo đáp ứng việc giảm khối lượng Cách liên kết vật liệu composite với khung xương kim loại phải đảm bảo tính cứng vững chắn xe di chuyển với tốc độ cao, đồng thời phải đảm bảo tính thẩm mỹ chi tiết composite chủ yếu phần trang trí bên ngồi xe khách giường nằm Chi tiết mặt đầu mặt đuôi gia công công nghệ VARTM có chiều dày 2mm, vật liệu composite liên kết với khung xương mối ghép rive Chúng tính tốn mơ điều kiện xe chuyển động với vận tốc 100km/h chuyển vị lớn có giá trị 2mm, ứng suất lớn 82 N/mm2, nằm giá trị cho phép với [σ] = 90 ÷ 100 N/mm2 Như kết cấu CSM thiết kế cho mặt đầu mặt đuôi phù hợp Công nghệ CSM công nghệ tiên tiến Cơng ty Cổ phần Ơ tơ Trường Hải ứng dụng thành công để chế tạo chi tiết ngoại thất xe khách, từ nâng cao tỷ lệ nội địa hóa xe, giảm giá thành nâng cao hàm lượng khoa học công nghệ sản phẩm Lời cảm ơn Bài báo thực khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu công nghệ thiết bị chế tạo chi tiết composit ngoại thất xe khách giường nằm cao cấp mang thương hiệu Việt Nam công nghệ chuyển đổi” dự án KHCN cấp nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo xe khách giường nằm cao cấp mang thương hiệu Việt Nam” Thaco chủ trì Chúng tơi chân thành cảm ơn Bộ KHCN, Ủy ban Nhân dân tỉnh Quảng Nam tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] RTM suits ezech manufaturers, Reinforced Plastics, November 2007 [2] RTM-past, present and future, Reinforced Plastics, November 2009 [3] Murat Danisman, Goker Tuncol et al., Monitoring of resin flow in the resin transfer molding (RTM) process using point-voltage sensors, Composits Science and Technology, 67(2007) [4] D.A Steenkamer, D.J.Wilkins, V.M.karbhari, The influence of perform joints on the processing of RTM composits, Composits Manufacturing, (1995) [5] Po Jin kim, Dai Gil Lee, Surface quality and shrinkage of the composit bus housing panel manufactured by RTM, Composit Structures, 57 (2002) [6] G.-W Lee, N.-J.Lee, J.Jang et al., Effect of surface modification on the RTM of glass-fibre/unsaturated polyester composits, Composits Science & Technology, 62 (2002) [7] Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân, TCHH,T.45, N5A (2007) 118-125 [8] Báo cáo tổng kết đề tài NĐT VN – Bỉ 2007-2009 [9] Thaco Tài liệu công nghệ CSMlưu hành nội công ty sản xuất linh kiện nhựa Chu Lai – Trường Hải, 2014 (BBT nhận bài: 16/11/2015, phản biện xong: 10/05/2016) ... influence of perform joints on the processing of RTM composits, Composits Manufacturing, (1995) [5] Po Jin kim, Dai Gil Lee, Surface quality and shrinkage of the composit bus housing panel manufactured... November 2009 [3] Murat Danisman, Goker Tuncol et al., Monitoring of resin flow in the resin transfer molding (RTM) process using point-voltage sensors, Composits Science and Technology, 67(2007)... giường nằm cao cấp mang thương hiệu Việt Nam công nghệ chuyển đổi” dự án KHCN cấp nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo xe khách giường nằm cao cấp mang thương hiệu Việt Nam” Thaco chủ trì Chúng