thiết kế - chế tạo khuôn đúc cánh bơm hướng trục phục vụ nuôi trồng thủy sản bằng vật liệu composite

MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 3 TỔNG QUAN VỀ BƠM HƯỚNG TRỤC ĐẢO NƯỚC SỤC KHÍ PHỤC VỤ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 1.1 Tổng quan 3 1.2 Về tình hình nghiên cứu 3 1.2.1 Máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt 3 1.2.2 Máy đảo nước sục khí kiểu thổi khí 6 1.2.3 Máy đảo nước dùng bơm 8 1.2.4 Máy đảo nước kiểu ly tâm văng 8 1.2.5 Máy sục khí kiểu chân vịt 9 1.2.6 Máy đảo nước sục khí kiểu bơm hướng trục 10 1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc bơm hướng trục 10 1.3.1 Phạm vi sử dụng 10 1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 10 1.3.3 Phương trình làm việc 13 1.3.4 Hình dạng cánh 14 1.3.5 Tính toán các thông số cơ bản trong bơm hướng trục 16 1.3.5.1 Chiều dài và bước cánh bánh xe công tác 16 1.3.5.2 Quan hệ giữa lực nâng và cột nước bơm, tam giác vận tốc 16 CHƯƠNG 2 18 XÂY DỰNG CÁNH BƠM HƯỚNG TRỤC BẰNG CÔNG NGHỆ CAD (PRO/ENGINEER 2001) 2.1 Các kích thước của bánh công tác cánh bơm hướng trục 18 2.2 Dựng cánh bơm 19 2.2.1 Tạo các đường Datum Curve (xoắn ốc) từ hàm 19 2.2.2 Tạo sườn cánh bơm 22 2.2.3 Tạo các mặt bao sườn cánh bơm 24 2.2.4 Chuyển cánh bơm từ mặt sang khối rắn 25 2.2.5 Tạo trục cánh bơm 26 2.2.6 Tạo lỗ trục 26 2.2.7 Cắt rãnh then 26 2.2.8 Bo tròn các góc cạnh 27 CHƯƠNG 3 29 XÂY DỰNG KẾT CẤU KHUÔN 3.1 Tạo mặt phân khuôn 29 3.1.1 Tạo các mặt nối hai cánh 29 3.1.2 Tạo các mặt hỗ trợ và liên kết mặt 31 3.1.3 Che lỗ trục và tạo mặt kín thống nhất 33 3.2 Tách khuôn 33 3.2.1 Gọi chi tiết gia công 33 3.2.2 Tạo phôi bao trùm chi tiết 35 3.2.3 Tạo mặt phân khuôn chi tiết 36 3.2.4 Mở khuôn 39 3.3 Điều chỉnh khuôn 42 3.3.1 Chi tiết khuôn trên 43 3.3.2 Chi tiết khuôn dưới 43 3.3.3 Chi tiết được tách ra 45 3.4 Thiết kế hệ thống khuôn đúc 45 3.4.1 Đặc điểm công nghệ chế tạo cánh bơm composite 45 3.4.2 Hệ thống khuôn đúc 46 3.4.2.1 Sơ đồ nguyên lý 46 3.4.2.2 Bản vẽ lắp hệ thống khuôn đúc 47 CHƯƠNG 4 48 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG KHUÔN CÁNH BƠM HƯỚNG TRỤC BẰNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC 4.1 Gia công khuôn trên máy tiện T18A 48 4.1.1 QTCN gia công tấm khuôn trên 50 4.1.1.1 Thứ tự nguyên công 50 4.1.1.2 Trình tự các bước 51 1) Nguyên công 1 51 2) Nguyên công 2 54 4.1.2 QTCN gia công tấm được tách ra 54 4.1.2.1 Thứ tự nguyên công 54 4.1.2.2 Trình tự các bước 55 1) Nguyên công 1 55 2) Nguyên công 2 55 4.1.3 QTCN gia công tấm khuôn dưới 56 4.1.3.1 Thứ tự nguyên công 56 4.1.3.2 Trình tự các bước 57 1) Nguyên công 1 57 2) Nguyên công 2 58 4.2 Gia công khuôn trên máy phay VMC 2216 59 4.2.1 QTCN gia công tấm khuôn trên 60 4.2.1.1 Nguyên công phay thô lòng khuôn 60 4.2.1.2 Nguyên công phay tinh lòng khuôn 69 4.2.1.3 Xuất file CNC 75 4.2.2 QTCN gia công tấm khuôn dưới 81 4.2.2.1 Nguyên công phay thô lòng khuôn 81 4.2.2.2 Nguyên công phay tinh lòng khuôn 91 4.2.2.3 Xuất file CNC 96 4.3 Lắp ráp khuôn 101 4.3 Tính toán sơ bộ chi phí gia công khuôn cánh bơm 102 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 Trang -1- LỜI NÓI ĐẦU Cơ sở vật chất kỹ thuật hiện đại đã tạo ra bộ mặt mới cho thế giới ngày nay. Đó là kết quả của việc ứng dụng thành công những nghiên cứu khoa học và kỹ thuật vào tất cả các lĩnh vực của cuộc sống, trong đó việc tạo ra công nghệ tự động hóa sản xuất đóng vai trò rất to lớn. Nó có thể thay thế sức lao động của con người, đem lại năng suất, chất lượng cao hơn và ổn định hơn. Nhìn vào các quốc gia phát triển trên thế giới chúng ta thấy họ có nền công nghiệp rất tiên tiến, đều sở hữu những công nghệ, máy móc hiện đại. Việc tự động hóa các ngành kinh tế, kỹ thuật trong đó có cơ khí chế tạo đã được thực hiện từ nhiều thập kỷ qua phục vụ đắc lực trong cuộc sống thực tiễn. Công nghệ tự động hóa trong ngành cơ khí chế tạo thực chất đó là sự liên kết các thành phần của quy trình sản xuất vào trong một hệ thống tích hợp được điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing – CIM), ứng dụng điển hình như các máy công cụ điều khiển số (NC và CNC). Trong những năm gần đây việc mở rộng quan hệ hợp tác quốc tế đã tạo ra những điều kiện rất thuận lợi thúc đẩy nền kinh tế nước ta phát triển. Chúng ta đã tiếp cận được những thành tựu khoa học và kỹ thuật hiện đại của các nước phát triển trên thế giới. Điều đó sẽ góp phần thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước được diễn ra nhanh chóng sớm sánh ngang cùng các nước phát triển nên việc sở hữu những công nghệ hiện đại trong đó có công nghệ tự động hóa sản xuất cơ khí là bắt buộc chúng ta phải có. Đóng một vai trò to lớn như vậy nên không những sở hữu được mà chúng ta còn phải biết làm chủ và phổ biến chúng ra rộng rãi. Vì vậy việc đào tạo con người là việc cấp bách trước mắt. Đối tượng dễ tiếp cận được với những công nghệ mới này là sinh viên các trường Đại học Kỹ thuật, cán bộ trong các viện nghiên cứu, con người trong các nhà máy, đặc biệt là trong các khu công nghiệp liên doanh với người nước ngoài. Trang -2- Tự nhận thức được tầm quan trọng cộng với điều kiện cơ sở vật chất sẵn có tại trường nên trong kỳ tốt nghiệp này được sự đồng ý của Ban lãnh đạo khoa cơ khí trường Đại học Nha Trang em đã chọn đề tài “ Thiết kế - chế tạo khuôn đúc cánh bơm hướng trục phục vụ nuôi trồng thủy sản bằng vật liệu composite ”. Nội dung đề tài: 1. Tổng quan về bơm hướng trục đảo nước sục khí phục vụ nuôi trồng thủy sản 2. Đặc điểm cấu tạo và phương pháp xây dựng mô hình cánh bơm bằng công nghệ CAD. 3. Xây dựng kết cấu khuôn và lập QTCN gia công nhờ công nghệ CAD/CAM/CNC. 4. Chế tạo khuôn trên máy CNC. 5. Kết luận và đề xuất ý kiến. Trong thời gian thực hiện đề tài mặc dù bản thân đã nỗ lực tìm hiểu và nghiên cứu nhưng với trình độ và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô cùng các bạn. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể quý thầy cô đã dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy Đặng Xuân Phương đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Bảo Tịnh. Nha Trang, tháng11 năm 2007 Trang -3- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BƠM HƯỚNG TRỤC ĐẢO NƯỚC SỤC KHÍ PHỤC VỤ NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN 1.1. Tổng quan Thủy sản được xác định là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn đem lại nhiều ngoại tệ cho đất nước, trong đó nuôi tôm là một ngành rất quan trọng đem lại lợi nhuận cao. Nuôi tôm là hoạt động có tính rủi ro rất cao nếu cho tôm sinh trưởng và phát triển một cách tự nhiên không có sự can thiệp của khoa học kỹ thuật. Khi diện tích nuôi ngày càng tăng, mật độ thả nuôi cũng tăng lên, môi trường bị ô nhiễm nên tôm rất dể bị nhiễm bệnh, trong khi vốn đầu tư cho hoạt động nuôi tôm lại rất lớn, vì vậy vấn đề đặt ra là cần phải đảm bảo các yếu tố về môi trường cho tôm có thể sinh trưởng và phát triển bình thường bằng việc sử dụng các thiết bị nuôi tôm chuyên dùng. Một trong các thiết bị không thể thiếu là thiết bị đảo nước sục khí nhằm đảm bảo lượng ôxy hòa tan trong nước ở một mức cần thiết (5-7mg/lít là tốt), tạo dòng chảy lưu động trong ao giúp tôm sinh trưởng và phát triển tốt. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại thiết bị đảo nước sục khí khác nhau: đảo nước sục khí kiểu chân vịt, đảo nước kiểu guồng cánh quạt, đảo nước sục khí kiểu thổi khí, đảo nước kiểu ly tâm văng… được sản xuất ở trong nước hoặc được nhập từ nước ngoài. Các thiết bị này thường không thể thực hiện tốt cùng một lúc nhiều chức năng như tạo dòng chảy, gom chất thải rắn vào vùng giữa ao, sục khí để làm tăng ôxy cả tầng mặt và tầng đáy, giải phóng khí độc Bên cạnh đó giá thành chế tạo thiết bị còn hơi cao. 1.2. Về tình hình nghiên cứu Đối với ngoài nước: đã nghiên cứu và chế tạo các loại bơm nước nông - công nghiệp. Các bơm chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản cũng đã có nhưng chưa được nghiên cứu chế tạo bằng vật liệu phi kim loại. Đối với trong nước: các bơm nước chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản chủ yếu chế tạo từ thép không gỉ và hợp kim đồng nên nặng và giá thành cao, các Trang -4- nghiên cứu thử nghiệm về bơm nước chuyên dụng từ vật liệu polimer và composite chưa được triển khai. Đa số các bơm chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản trong nước được chế tạo bằng cách copy lại nguyên lý và mẫu mã của các bơm nhập khẩu ở nước ngoài để giảm giá thành. Tuy nhiên nó vẫn chưa được cải tiến gì thêm về kết cấu và cách sử dụng vật liệu. Dưới đây là một số thiết bị đảo nước sục khí đang sử dụng hiện nay tại các trại nuôi trồng thủy sản trong nước: 1.2.1. Máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt Là loại máy đảo nước được dùng tương đối rộng rãi ở các ao nuôi trên toàn quốc. Nó làm việc theo nguyên lý cánh guồng quay hất nước lên thành những hạt nhỏ, tiếp xúc và thẩm thấu không khí (có ôxy) làm giàu hàm lượng oxy hòa tan trong nước.Cánh guồng làm bằng vật liệu nhựa hoặc kim loại. Ưu điểm của thiết bị đảo nước kiểu guồng cánh là đơn giản và dễ chế tạo, do đó cơ khí công nghiệp địa phương hoặc các cơ sở cơ khí nhỏ cũng có thể sản xuất được một cách dễ dàng. Có hai loại máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt: - Máy đảo nước guồng cánh quạt kiểu trục ngắn: Máy đảo nước trục ngắn do Đài Loan và do Thái Lan sản xuất, nhưng có cấu ạo tương tự nhau. Tuy nhiên chúng khác nhau về kích thước bề mặt cánh, số lượng cánh và số lượng guồng. Máy đảo nước trục ngắn do Đài Loan sản xuất: mỗi máy chỉ có hai guồng Hình 1.1. Máy đảo nước sục khí kiểu trục ngắn chạy điện Trang -5- Hình 1.2. Máy đảo nước sục khí kiểu trục dài chạy bằng động cơ làm bằng thép không gỉ, bố trí hai bên và được động cơ điện dẫn động qua hộp giảm tốc trục vít- bánh vít. Cả hệ thống được đặt trên khung và được làm nổi trên măt nước bằng các phao nhựa. Khung cố định bằng bốn cọc cắm thẳng đứng xuống đáy ao và có thể điều chỉnh chiều sâu gập của cánh quạt. Máy đảo nước do Thái Lan sản xuất: có cấu tạo tương tự như máy của Đài Loan sản xuất nhưng có bốn guồng (mỗi bên hai guồng). Guồng được làm bằng nhựa PVC có 8 cánh. - Máy đảo nước guồng cánh quạt kiểu trục dài (loại cụm): Máy này do các cơ sở cơ khí tư nhân trong nước sản xuất: nó dựa trên cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hai loại máy trục ngắn trên nhưng có giá thành tương đối thấp. Máy gồm động cơ Diezel dẫn động, chuyển động quay được truyền qua hộp giảm tốc đến trục các-đăng và dẫn đến trục guồng, trên trục guồng có lắp các guồng. Tùy theo diện tích và hình dạng của ao nuôi tôm, khả năng tài chính của người nuôi tôm, công suất và số vòng quay của động cơ… mà có các phương án truyền động giảm tốc, số lượng guồng, số lượng cánh và kích thước bề mặt cánh khác nhau. Trên thực tế hiện nay có các kiểu truyền động giảm tốc như sau: đai – đai; đai - bánh răng; đai -hộp số; đĩa xích. Trang -6- Nhận xét về các loại máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt trên: Các loại máy đảo nước kiểu guồng cánh trên (cả loại trục ngắn và trục dài) có cấu tạo tương tự nhau, chỉ khác ở chỗ chạy bằng động cơ điện hay động cơ Diesel, số lượng guồng nhiều hay ít, chúng có một số ưu nhược điểm chung sau: -Ưu điểm: + Có khả năng khuếch tán ôxy vào nước tốt và giải phóng khí độc (H 2 S, NH 3 …) ra ngoài nhanh chóng. + Tạo dòng chạy nhẹ, đều và luân chuyển thường xuyên trong ao (nếu bố trí máy hợp lý). Ngoài ra đối với loại máy trục ngắn thì việc bố trí, lắp đặt máy trong ao tương đối thuận tiện, dễ dàng. Còn loại máy trục dài tạo được dòng chảy rộng. Thiết bị không phụ thuộc vào nguồn điện do sử dụng động Diesel. - Nhược điểm: + Chi phí cho toàn bộ hệ thống khá cao. + Lượng ôxy khuếch tán không đều và dòng chảy không rộng (đối với loại trục ngắn). Lượng ôxy chủ yếu hòa tan ở tầng mặt, ít hòa tan ở tầng đáy. + Chưa tập trung chất bẩn vào một nơi nhất định để dễ dàng xử lý. 1.2.2. Máy đảo nước sục khí kiểu thổi khí Có hai loại: - Loại thứ nhất hoạt động như một máy nén vô cấp, máy nén đặt trên bờ và hơi được dẫn theo hệ thống ống có khoan lỗ đặt dưới đáy ao sục khí cho ao nuôi. Máy sục khí kiểu khí nén được dẫn động từ động cơ Diezel hoạt động cung cấp không khí có áp xuất cao vào bình chứa có áp suất thường từ 5-8 kgf/cm 2 . Từ bình chứa, khí được dẫn theo ống xuống đáy ao và tỏa ra khắp ao như hình vẽ 1.3. Trang -7- - Loại thứ hai hoạt động như một cánh quạt thổi không khí vào nước qua ống thổi. Các loại đảo nước-sục khí kiểu này sử dụng không phổ biến trong các ao nuôi ở Việt Nam. Thiết bị này có ưu điểm cho năng suất hòa tan ôxy cao và thải khí độc lớn. Nhưng không tạo được dòng chảy hợp lý và không gom được chất bẩn trong ao nuôi để tạo vùng ao sạch cho tôm phát triển (hình 1.4). Hình 1.4. Máy thổi khí (do hãng VIKYNO sản xuất) Ao nuôi tôm Các họng xả khí Bình ch ứa khí Máy nén khí Hình 1.3. Mô hình máy đảo nước sục khí kiểu thổi khí [...]... Hình 2.25 Trang -2 8- Sau khi đã thực hiện bo tròn tất cả các góc cạnh cần thiết ta thu được cánh bơm hướng trục hoàn chỉnh như hình sau: Hình 2.26 Kết quả này sẽ được dùng để phục vụ cho việc xây dựng kết cấu khuôn trong chương 3 Trang -2 9- CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG KẾT CẤU KHUÔN Cánh bơm 3D đã được dựng trong chương trên nhưng chưa thể dùng nó để thực hiện phân khuôn và để xây dựng được kết cấu khuôn chúng ta... các bước chính sau đây:  Tạo mặt phân khuôn  Tạo các mặt nối hai cánh  Tạo các mặt hỗ trợ và liên kết mặt  Che lỗ trục và tạo mặt kín thống nhất  Tách khuôn  Thực hiện gọi chi tiết gia công  Tạo phôi bao trùm chi tiết  Tạo mặt phân khuôn chi tiết  Mở khuôn  Điều chỉnh khuôn  Chi tiết khuôn trên  Chi tiết khuôn dưới  Chi tiết được tách ra  Thiết kế hệ thống khuôn đúc Cụ thể các bước được... là kết cấu đơn giản, lượng oxy hòa tan ở tầng đáy cao Tuy nhiên dòng nước mà chân vịt tạo ra có xu hướng chảy theo hướng kính nên không tạo được dòng chảy tốt trong ao để gom chất bẩn, làm xói mòn đáy ao nơi đặt máy Trang -1 0- 1.2.6 Máy đảo nước sục khí kiểu bơm hướng trục Nguyên lý làm việc và cơ sở lý thuyết của bơm hướng trục: Bơm hướng trục nằm trong nhóm bơm cánh dẫn, tuy nhiên nó khác với bơm. .. chọn cánh bơm Sau đó chọn con trỏ ở vi trí V trên hộp thoại PROTRUSION: Use Quilt Hình dạng cánh bơm khối rắn được tạo thành Hình 2.17 Trang -2 6- Thực hiện lệnh Copy và Move được ba cánh bơm như hình dưới và vị trí phân bố các cánh bơm trên mặt phẳng Hình 2.18 2.2.5 Tạo trục cánh bơm Chọn Feature > Create > Protrution > Extrude > Solid > Done Với d = 57.23 và l = 80 Hình 2.20 2.2.6 Tạo lỗ trục Bằng. .. hình thành cột nước của bơm hướng trục Hình 1.7 Nguyên lý cấu tạo bơm cánh nâng 1- guồng động; 2- guồng khuếch tán; 3- trục; 4- vỏ bơm; 5- ổ đỡ Cột áp trong bơm hướng trục được hình thành nhờ vào nguyên lý lực cánh nâng Đó là do sự chênh lệch về trị số của các thành phần vận tốc tương đối và tuyệt đối ở các cữa ra và vào của bánh công tác Hình vẽ thể hiện tiết diện ngang của cánh, chiều chuyển động... được các nhà máy, công ty cơ khí chế tạo máy, gia công khuôn mẫu sử dụng nhiều, đặc biệt là khu vực thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam Do vậy phần mềm Pro/Engineer đã được chọn để xây dựng bánh công tác cánh bơm hướng trục 2.1 Các kích thước của bánh công tác cánh bơm hướng trục Hình 2.1 Bản vẽ bánh công tác của bơm Trang -1 9- 2.2 Dựng cánh bơm Để dựng được cánh bơm 3D có khích thước như trên... gắn liền với trục Bánh công tác hình khối trụ có gắn các cánh dẫn mặt cong phân bố đều xung quanh Số cánh dẫn thông dụng của bánh công tác là 3 đến 6 cánh Phần tĩnh là vỏ bơm có dạng hình trụ rỗng, phía trong có các cánh dẫn hướng còn gọi là guồng khuếch tán và bộ phận đỡ trục Phía trên bộ phận dẫn hướng thân bơm uốn cong để tiện bố trí các bộ phận dẫn động trục bơm Trục của bơm hướng trục thường được... chúng ta đi tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý làm việc của nó dưới đây 1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc bơm hướng trục 1.3.1 Phạm vi sử dụng Bơm hướng trục có phạm vi sử dụng rất rộng rãi khi cần lưu lượng lớn và cột áp thấp, cụ thể: - Lưu lượng: Q = 0.1 ÷ 25 m3/s - Cột áp: H = 4 ÷ 10 mH20 - Đặc biệt có khi H = 22 m 1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc Kết cấu của bơm hướng trục đơn giản và chắt chắn,... động trong bơm hướng trục không thẳng góc với trục bơm mà chuyển động trong các mặt trụ đồng tâm với trục bơm, nghĩa là vận tốc vòng ở lối ra và lối vào của bánh công tác (cánh bơm) là như nhau: u1 =u2 = u Xét một phần tử chất lỏng bị cánh dẫn đẩy khi quay tròn, vì cánh dẫn có mặt nghiêng nên phần tử chất lỏng chuyển động theo quỹ đạo xoắn khi đi qua mặt cánh Để hiểu rõ hơn về kiểu bơm hướng trục đảo... tốc kết hợp ở cữa vào và cữa ra của bánh tác bơm hướng trục theo hình 1.11 Trong đó u2 = u1 = u ; c1R = c2R c - vận tốc tuyệt đối u - vận tốc theo, có phương thẳng góc với bán kính w - vận tốc tương đối, có phương tiếp tuyến với biên dạng cánh dẫn  - góc giữa u và c  - góc giữa w và u , biểu thị góc bố trí cánh dẫn Hình 1.11 Tam giác vận tốc kết hợp  1 - gọi là góc vào,  2 - gọi là góc ra c u - hình . tài “ Thiết kế - chế tạo khuôn đúc cánh bơm hướng trục phục vụ nuôi trồng thủy sản bằng vật liệu composite ”. Nội dung đề tài: 1. Tổng quan về bơm hướng trục đảo nước sục khí phục vụ nuôi trồng. thành cột nước của bơm hướng trục. Hình 1.7. Nguyên lý cấu tạo bơm cánh nâng 1- guồng động; 2- guồng khuếch tán; 3- trục; 4- vỏ bơm; 5- ổ đỡ. Cột áp trong bơm hướng trục được hình thành. Trang -1 0- 1.2.6. Máy đảo nước sục khí kiểu bơm hướng trục Nguyên lý làm việc và cơ sở lý thuyết của bơm hướng trục: Bơm hướng trục nằm trong nhóm bơm cánh dẫn, tuy nhiên nó khác với bơm li