Thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cánh bơm nước chuyên dụng trong nuôi trông thủy sản thâm canh bằng vật liệu composite

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 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 PHẢN BIỆN Kết luận: Nha trang, ngày…tháng…năm 200 9 Cán bộ phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ -3- LỜI CẢM ƠN! Đồ án tốt nghiệp là sự khởi đẩu cho sự nghiệp nghi ên cứu khoa học của thế hệ kỹ sư trẻ chúng em, và cũng là điểm nhấn kết thúc cuộc đời sinh vi ên 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 nghi ên 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 nhi ệm vụ quan trọng của m ình. Để đạt được kết quả này không thể không kể đến những g ì mà các thầy đã dành cho em. Em xin chân thành được bày tỏ lời biết ơn sâu sắc đến thầy KS. Lê Ngọc Sơn, thầy đã có những ý kiến chỉ bảo có ý nghĩa góp phần làm hoàn thiện đề tài và sự hướng dẫn tận tình của thầy trong việc chế tạo thành công sản phẩm khuôn đúc áp lực, v à cánh bơm nước 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 II.2.2 Nửa khuôn dưới. 56 II.2.3 Chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng 58 II.2.4 Lõi, tấm đỡ hai mảnh khuôn 59 II.3.1 Các kích thư ớc cơ bản của bộ khuôn đúc 60 II.3.2 Kiểm tra độ bền của khuôn trong quá tr ình làm việc 64 CHƯƠNG III. CH Ế TẠO KHUÔN ĐÚC CÁNH B ƠM 68 III.1 Thiết kế quy trình chế tạo khuôn đúc cánh b ơm 68 III.1.1 Xây dựng kết cấu hai nửa khuôn .69 -5- III.2 Chế tạo thử nghiệm khuôn đúc 71 III.2.1 Lập trình gia công khuôn v ới sự trợ giúp của máy tính 71 III.2.2 Chuẩn bị phôi, máy, dụng cụ cắt gọt, đồ gá 74 III.2.3 Lập quy trình gia công khuôn 75 III.2.4 Kiểm tra khuôn lần cuối 77 CHƯƠNG IV. XÂY D ỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐÚC CÁNH BƠM 78 IV. 1 Chuẩn bị khuôn và vật liệu 78 IV. 2 .Quy trình đúc cánh bơm 79 IV. 3 Quy trình tháo rỡ và làm sạch sản phẩm 85 CHƯƠNG V. ĐÚC TH Ử NGHIỆM, HOÀN CHỈNH VÀ HOẠCH TOÁN GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 86 V. 1 Đúc thử nghiệm 86 V. 2 Hoàn chỉnh công nghệ và khuôn đúc 86 V. 3 Hoạch toán giá thành sản phẩm 87 CHƯƠNG VI. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 89 VI.1 Kết luận 89 VI.2 Đề xuất ý kiến. 89 -6- 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 n ước, trong đó nuôi 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 quen với công tác nghiên cứu khoa học nên em không thể tránh khỏi những t hiếu sót trong quá trình th ực hiện đề tài. Vì vậy, em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy trong khoa v à sự đóng góp ý kiến của những ng ười quan tâm đến lĩnh vực này để đề tài có hiệu quả ứng dụng cao h ơn nữa. Nhân đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy KS. Lê Ngọc Sơn đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em thực hiện đề tài. Nha Trang, ngày 25 tháng 12 năm 2009 Sinh viên thực hiện Thái Đức Tài -8- CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC VẬT LIỆU COMPOSITE VÀ CÁNH BƠM NƯ ỚC I.1 Tổng quan về công nghệ đúc áp lực vật liệu Composite I.1.1 Định nghĩa vật liệu Composite Vật liệu Composite hay Composite l à vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu có bản chất khác nhau. Vật liệu tạo th ành 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 li ên 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 c ường (renfort). Cơ tính của vật liệu Composite phụ thuộc v ào:  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 th ành phần, v.v… Để có thể mô tả một vật liệu Composite, ta cần biết r õ:  Nguồn gốc và tính chất của các vật liệu th ành phần.  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. I.1.3.2 Phân loại theo bản chất vật liệu th ành phần Tùy thuộc vào bản chất của vật liệu nền, vật liệu Composite đ ược chia làm ba nhóm:  Composite nền hữu cơ ( nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt dạng : - 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 c ơ 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 đ ược nhiệt độ từ 600 0 C ( nền kim loại) hoặc tr ên 1000 0 C ( nền gốm). [...]... pháp công nghệ chế tạo vật liệu Composite, m à chỉ rút ra những nguyên lý của các kỹ thuật tạo vật liệu, đặc biệt l à chú trọng vào phần công nghệ chế tạo vật liệu Composite bằng phương pháp đúc áp lực ( đúc ép), từ đó có khái niệm trong nghi ên cứu ứng xử cơ học vật liệu và kết cấu Composite I.1.5.1 Đúc không áp lực Đúc nguội, không cần ép là kỹ thuật đơn giản cho phép chế tạo các chi tiết bằng vật. .. chi tiết bằng vật liệu Composite sợi thủy tinh Ph ương pháp này bao gồm: Đúc tiếp xúc Đúc bắn đồng thời Đúc chân không I.1.5.2 Đúc áp lực ( đúc ép) Đúc phun nhựa 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 thể chế tạo các chi tiết... -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 trình đúc các chi tiết đủ để giữ cho khuôn đúc hoạt động ở nhiệt độ từ 50 0C – 700C 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... tính khá cao Đúc phun Hình 5: Đúc phun Trong các phương pháp gia công v ật liệu nhiệt dẻo có cốt, ph ương pháp đúc phun là phổ biến nhất Vật liệu cốt và hạt nhựa, hoặc vật liệu “mat” đ ã tẩm thấm được đùn vào khuôn nhờ trục vít Archimede Nhựa đ ược hóa lỏng và được phun vào khuôn nóng nhờ áp lực cao Phương pháp này cho phép ch ế tạo với công suất lớn I.1.5.3 Đúc liên tục Phương phương pháp đúc liên t... 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... của vật liệu composite thủy tinh E so với vật liệu khác Đặc tính hoá học của vật liệu composite : Chịu hoá chất tốt là đặc tính ưu việt của vật liệu composite, khả năng chịu hoá chất lại phụ thuộc v ào nhiệt độ, loại hoá chất, loại nhựa, loại sợi gia cường Thực tế thì dưới 20% nồng độ hoá chất trong dung dịch thì hầu hết các vật liệu composite đều chịu tốt v ì vậy mà nó chịu được trong môi trường nước. .. cánh) độ nghi êng và độ cong cánh lớn, ngoài ra gần mép cánh thì độ nghiêng giảm Hình 9: Sự thay đổi độ nghiêng của cánh bơm từ gốc đến ngọn Các thông số chính của cánh bơm: Tốc độ quay của cánh bơm: n = 2900 v/p Đường kính mép cánh: D = 105,6mm Đường kính củ cánh bơm: d1 = 50mm Đường kính củ cánh trong: d2=20 mm Chiều dài củ cánh bơm: l = 62,2mm Trên cơ sở cánh bơm mẫu trong thực tế đã được tối ưu... 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 đóng khuôn đúc theo một chu kỳ đã xác định, sau đó nén phần khuôn tr ên 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... nào và khi đó nhựa đã đóng rắn hoàn toàn để tạo ra sản phẩm I.1.7 Cơ tính của vật liệu Composite Vật liệu composite được tạo ra từ nhiều loại nhựa polyeste v à nhiều loại sợi gia cường trong mỗi loại lại có đặc tính ưu tiên riêng, do đó cần lựa chọn đúng tiêu chuẩn kỹ thuật để áp dụng cho các sản phẩm có mục đích ph ù hợp Sử dụng vật liệu đúng tiêu chuẩn thì composite có những ưu điểm chủ yếu: Nhẹ nhưng... thời gian rỡ khuôn trong 2 cách là gần như nhau, do vậy khi kiểm tra thời gian rỡ khuôn nên chọn cách thứ 2 vì quan sát được sự thay đổi màu của nhựa nên chính xác hơn, và ta có th ể biết được thời gian đóng rắn hoàn toàn của nhựa -37- I.2 Tổng quan về cánh bơm nước I.2.1 Xây dựng bản vẽ kết cấu cánh b ơm I.2.1.1 Kết cấu cánh bơm Sự thay đổi độ nghiêng của cánh bơm: Trong sát bầu cánh ( củ cánh) độ nghi . 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. 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. 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