Composite dạng này được tạo thành từ các lớp cơ sở. Các lớp cơ sở này thường gồm hai loại: Loại thứ nhất là các lớp đóng vai trò liên kết, thường là vật liệu đồng nhất và loại thứ hai là các lớp chịu lực thường là các băng composite cốt sợi.
Sắp xếp lần lượt các lớp này và đổi hướng các băng composite sao cho thoả mãn yêu cầu thiết kế rồi ép dính lại. Kết quả nhận được ở dạng bán thành phẩm tấm, thanh, ống… Đó chính là composite dạng lớp.
Loại này có tên gọi là panel sandwich. Khác loại trên, panel sandwich chỉ gồm ba lớp. Hai lớp mặt được chế tạo từ vật liệu có độ bền và cứng vững cao như hợp kim nhôm, hợp kim titan, thép tấm và các tấm composite cấu trúc dạng lớp…, chức năng chủ yếu của chúng là chịu toàn bộ tải trọng (kéo, nén, uốn) tác dụng theo chiều song song với mặt tấm
Bảng 3.1: Một số vật liệu composite và khả năng ứng dụng của chúng[13, Tr 32].
Bảng 3.1 Vật liệu Vật liệu thành phần Lĩnh vực ứng dụng
1. Composite nền hữu cơ Giấy cáctông Tấm hạt Tấm sợi Vải bạt Vật liệu chống thấm Lốp Tấm nhiều lớp Chất dẻo tăng cường Nhựa/hạt/sợi xelulo Nhựa/mạt cưa Nhựa/sợi gỗ Nhựa mềm/vải Elastome/bitum/vải dệt Cao su/vải/sắt, thép Nhựa/hạt/sợi thuỷ tinh, cacbon Nhựa/vibi Ngành in,bao bì… Ngành mộc Nhà cửa Thể thao, nhà cửa Mái che Ngành ô tô Các ngành công nghiệp khác nhau 2. Composite nền khoáng chất Bê tông Compositecacbon-cacbon Composite gốm Cacbon/sợi cacbon Gốm/sợi gốm
Máy bay, vũ trụ, thể thao,.. Chi tiết chịu nhiệt độ cao 3. Composite nền kim loại Nhôm/sợi bo
Nhôm/sợi cacbon
vũ trụ
4. Composite ba lớp Vỏ
Lõi
3.5. CôNG NGHệ CHế TạO VậT LIệU COMPOSITE
Đúc nguội, không cần ép là kỹ thuật đơn giản cho phép chế tạo các chi tiết bằng vật liệu composite sợi thuỷ tinh.
Nội dung của phương pháp này là “trát” lên mặt khuôn bằng tay, bằng máy hoặc phun những sợi cốt , sau đó tẩm chúng với vật liệu nền, lèn chặt đến độ dày cần thiết rồi làm đông rắn
+ ưu điểm:
- Có thể chế tạo các chi tiết, kết cấu với mọi hình dạng với cấu trục không quá phức tạp.
- Chính xác và có độ bóng cao ở bề mặt tiếp xúc với khuôn.
- Đặc biệt có hiệu quả cao với các chi tiết lớn và số lượng không nhiều.
- Khuôn có thể được làm từ vật liệu tuỳ ý.
+ Nhược điểm:
- Khi sản xuất với số lượng lớn các sản phẩm có chỉ tiêu kỹ thuật không đều nhau.
- Tốn thời gian.
- Điều kiện làm việc vất vả.
- Chất lượng phụ thuộc vào tay nghề công nhân. Hình 3.5: Đúc tiếp xúc
Sợi vụn và nhựa được bắn đồng thời thẳng góc xuống khuôn nhờ các súng chuyên dùng.
+ ưu điểm:
- Năng xuất cao.
- Giá thành hạ. + Nhược điểm:
- Không dùng cốt vải mà dùng sợi vụn => cơ tính của vật liệu tạo thành không cao.
- Phụ thuộc vào tay nghề của công nhân.
Có hai phương pháp: Đúc túi và đúc hút.
Trước tiên tạo lớp lót, sau đó đặt cốt vải và cấp nhựa. Đóng khuôn đúc. Bơm chân không làm việc, áp xuất giảm giúp cho nhựa trải đều và đẩy bọt khí ra ngoài.
Khuôn đúc được phủ những lớp lót. Sau khi chuẩn bị xong các lớp cốt, nhựa được hút vào khoảng trống giữa khuôn trên và khuôn dưới. Phương pháp này cho phép chế tạo những vật tròn xoay hoặc dạng côn.
Hình 3.6: Đúc bắn đồng thời
Hình 3.7: Đúc chân không dạng túi
Đặt vải vào giữa khuôn trên và khuôn dưới, phun nhựa nhờ áp lực, nhựa thấm vào cốt. Phương pháp này có ưu điểm là: vật liệu tạo thành có cơ tính cao, tạo được chi tiết có đáy và có hình dạng phức tạp.
đ
áp lực đúc nhỏ hơn 5 at, không cần sấy nóng khuôn mà nhờ vào năng lượng của vật liệu trong quá trình đúc. Cho nguyên liệu vào khuôn, đóng khuôn sau đó nén.
- ưu điểm là chi tiết có bề mặt đẹp.
Khuôn đúc được sấy nóng, ưu diểm là năng xuất cao, cơ tính của vật liệu cao.
Vật liệu cốt và hạt nhựa đã được tẩm thấm được đùn vào khuôn nhờ trục vít. Nhựa được hoá lỏng và được phun vào khuôn nóng nhờ áp lực cao. ưu điểm là năng xuất cao.
Hình 3.9: Đúc phun nhựa
Hình 3.10: Đúc không nhiệt độ
Hình 3.11: Đúc có nhiệt độ
Phương pháp này áp dụng để chế tạo tấm phẳng, tấm lượn sóng, tấm có gân…
Qui trình công nghệ gồm các giai đoạn: Tẩm thấm => tạo hình => polyme hoá => làm
nguội và cắt. Phương pháp này có thể tự động hoá, tuy nhiên vốn đầu tư lớn.
Vật liệu cốt đi qua bể chứa và được tẩm thấm ở đấy. Sau đó vật liệu cốt đi qua khuôn chuốt đã được sấy nóng trong lò, quá trình tạo hình xảy ra đồng thời với quá trình polyme hoá của nhựa.
ứng dụng để chế tạo các chi tiết có tiết diện không thay đổi và có độ bền cao.
Dùng để chế tạo các chi tiết tròn xoay như: ống, thùng… khuôn đúc quay khoảng 2000 vòng/phút. Sản phẩm có mặt ngoài bóng và đều. Hình 3.13: Đúc liên tục tấm phẳng Hình 3.14: Kéo định hình Hình 3.15: Đúc ly tâm
:
vật liệu cốt đã được tẩm nhựa có xúc tác được quấn với lực căng nhỏ lên một tang hình trụ hoặc tròn xoay. Phương pháp này phù hợp với các kết mặt trụ hoặc cầu, sản phẩm thu được có cơ tính cao.
Hình 3.16: Quấn tiếp tuyến
Hình 3.17: Nguyên lý quấn hêlicôit liên tục
CHƯƠNG 4
THIếT Kế quy trình công nghệ chế tạo ống nối dẫn dòng cho bơm đảo nước sục khí bằng vật
liệu composite
4.1. Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo khuôn
Để chế tạo được chi tiết theo kết cấu và vật liệu đã lựa chọn ta phải thiết kế khuôn và lõi.
Theo kết cấu của chi tiết có ba phần riêng biệt là phần cong, phần thẳng và phần lắp ống dẫn khí như hình vẽ, mặt khác căn cứ vào phương pháp chế tạo chi tiết là phương pháp đúc nên khi thiết kế khuôn cần đảm bảo sao cho sau khi đúc song khuôn được tháo ra một cách dễ dàng. Vì vậy khuôn phải làm thành ba phần riêng biệt là phần khuôn cong, phần khuôn thẳng và phần khuôn làm phần nối ống dẫn khí sau đó lắp ghép lại với nhau.
Phần khuôn thẳng có dạng hình trụ với các kích thước ở hai đầu là f125mm và
f114mm nên chọn phương pháp chế tạo là tiện.
Phần khuôn làm phần nối ống dẫn khí làm bằng phương pháp thủ công. Phần khuôn cong do có bán kính cong là R200mm nên có hai phương án chế tạo như sau: - Phương án 1: Chọn phôi là gỗ, gia công trên máy phay CNC.
- Phương án 2: Làm khuôn bằng vật liệu composite.
Trong phạm vi đề tài này tôi chọn phương án 2 vì việc làm phần khuôn cong này bằng vật liệu composite là rất đơn giản không đòi hỏi kỹ thuật hay trang thiết bị hiện đại mà lại tận dụng được các trang thiết bị hiện có của phân xưởng sản xuất. Nếu chọn phương án 1 thì đây là chi tiết không đòi hỏi độ chính xác cao nên việc gia công trên máy phay CNC sẽ làm tăng giá thành của sản phẩm điều này là không
cần thiết, hơn nữa với số lượng chi tiết cần sản xuất là rất ít (sản xuất để thử nghiệm) nên việc lựa chọn phương pháp chế tạo càng đơn giản càng tốt.
Khuôn có thể được làm từ vật liệu tùy ý, miễn sao đảm bảo được độ cứng vững và đảm bảo được khi thi công sẽ tạo dáng sản phẩm với kích cỡ mong muốn. Mặt khác chất liệu làm khuôn phải chịu được tác động hóa học của nhựa nền và không gây ảnh hưởng đến tốc độ đông rắn của chúng. Trên thực tế khuôn có thể được chế tạo từ gỗ, gỗ dán, thạch cạo, bê tông, kim loại. Kim loại chỉ dùng làm khuôn khi đã được tráng thiếc hoặc nhôm, bởi vì chúng rất nhạy cảm với một số chất xúc tác có trong nhựa nền và có ảnh hưởng tiêu cực đến tốc độ đông rắn của polime. Khi sử dụng các chất nền nhựa nhiệt rắn, khuôn được làm từ composite sợi thuỷ tinh, từ hỗn hợp cacbon-polime.
Cần lưu ý là khi khuôn bị ẩm thường sẽ làm chậm quá trình đông rắn. Vì vậy khi làm khuôn cần trát dầy và cách ly các lỗ rỗng trên mặt khuôn một lớp parafin, sáp, sơn lót, trát matít kể cả khi đã có lớp chống dính hoặc lớp bôi trơn trên mặt khuôn.
Vậy chọn vật liệu làm khuôn là:
+ Phần khuôn thẳng của ống dẫn dòng chọn vật liệu là gỗ + nhựa bởi các lý do sau:
- Do kích thước của ống dẫn dòng ở hai đầu là khác nhau: Đầu lắp động cơ điện có kích thước là f125mm và đầu giới hạn không gian làm việc của cánh bơm có kích thước là f114mm nên phần giữa của ống dẫn dòng phải làm côn. Vì vậy chọn vật liệu là gỗ để dễ dàng gia công đạt được các kích thước nói trên.
- Để dễ tháo khuôn nên dùng một đoạn ống nhựa tiêu chuẩn có kích thước là
f114mm để lắp ghép với phần khuôn gỗ tạo nên khuôn làm phần thẳng của ống dẫn dòng. + Phần khuôn cong của ống dẫn dòng là vật liệu composite vì:
- Nếu chọn vật liệu là gỗ thì việc gia công để đạt được bán kính cong R=200mm là rất khó khăn và phải gia công trên thiết bị máy móc chính xác như máy phay CNC nên không tận dụng được các thiết bị sẵn có của phân xưởng sản xuất, phải đi thuê dẫn đến giá thành của sản phẩm tăng cao. Hơn nữa với số lượng chi tiết cần sản xuất là rất ít ( 2 chiếc) nên việc làm khuôn cong của ống dòng bằng vật liệu composite theo phương pháp thủ công là rất dễ dàng, không tốn kém.
Khi chuẩn bị khuôn cần lưu ý những điểm sau:
- Cấu trúc hình học của khuôn phải phù hợp với cấu trúc hình học của chi tiết- kết cấu, có tính đến độ co của vật liệu và dung sai kích cỡ.
- Mặt của khuôn phải chế tạo sao cho sau khi xong thành phẩm, lấy kết cấu chi tiết ra khỏi khuôn dễ dàng.
- Có thể đảm bảo cho việc kiểm tra sự phân bố đều của các lớp vật liệu (cốt và nền) cũng như chất lượng tẩm nền của các cốt theo khuôn.
Chế tạo khuôn để chế tạo ống nối dẫn dòng bằng vật liệu composite thực chất là chế tạo lõi bên trong để từ đó dán từng lớp vật liệu composite ở bên ngoài để tạo thành sản phẩm.
Để làm được khuôn và lõi cho phần cong này ta phải tiến hành những nguyên công sau:
Tạo cữ
cong. Lắp cữ làm lõi cong. của lõi cong. Làm khuôn cong (khuôn Làm lõi cong)
Tạo cữ cong(có R=200mm).
- Phôi: Dạng tấm (gỗ dán).
- Máy: Máy mài tay.
- Dụng cụ: Thước cặp (0.05mm), compa.
- Các bước thực hiện: 1. Vạch dấu.
2. Dùng máy mài cắt theo dấu đã vạch.
Dùng một đoạn ống nhựa mềm có kích thước như hình vẽ. Định vị cữ gỗ vào trong ống nhựa sau đó gắn chặt nhờ keo 502. Dùng matit quét lên ngoài ống nhựa để tạo độ bóng và đúng kích thước theo yêu cầu, tiếp đó là phủ lên bề mặt ống lớp chống dính (parafin). Để tạo ra lớp nhựa bảo vệ ngoài cùng của kết cấu thường sử dụng nhựa polyeste, có chứa thêm những khoáng chất phụ gia và bột màu. Những hỗn hợp này được trát lên bề mặt khuôn trong qúa trình chế tạo, lớp này sẽ dính với kết cấu, tạo ra lớp bảo vệ ngoài, chúng được trát lên khuôn nhờ chổi lông hoặc rulo.
Làm khuôn của lõi cong (hai nửa khuôn)
Chất đông cứng pha trộn với nhựa polyeste theo tỷ lệ 1/1000 đến 2/1000 được quét lên một nửa ống đặt lớp Mat lên, dùng rulo tẩm nhựa lên lớp Mat đó. Tiếp đó đặt một lớp vải (vải 800-tính theo trọng lượng /m2: 0.8kg/m2), tẩm nhựa. Qúa trình làm như
vậy với 2 lớp vải và một lớp mat để đạt được độ dày như mong muốn. + Chú ý: Khi làm được một nửa đường kính của ống thì làm gờ rộng 16mm. Sau đó lật ngược và đặt một lớp giấy chống dính lên phần gờ đó và làm nốt nửa phần còn lại. Để khô, khoan 8 lỗ định vị và dỡ khuôn.
Định vị hai nửa khuôn lại và vạch dấu theo đúng kích thước phần cong của
ống dòng. Sau đó làm lõi trên hai nửa khuôn theo dấu đã vạch, quét chất chống dính và chất làm bóng lên bề mặt khuôn qúa trình làm tiếp theo như ở bước 4. Sau đó để khô và dỡ khuôn.
Tháo khuôn của lõi cong ra ta được lõi cong
- Phôi: Thanh (gỗ) + ống nhựa tiêu chuẩn (f 114 mm). - máy: Máy tiện T18A.
- Dụng cụ: Thước cặp 0.05mm. - Các bước tiến hành:
1. Tiện đạt các kích thước theo yêu cầu. 2. Đánh bóng.
3. Lắp ghép phần ống nhựa vào phần gỗ. Chú ý đảm bảo độ đồng tâm giữa hai phần lắp ghép.
- Các bước tiến hành:
1. Dùng keo gắn hai nửa khuôn cong lại (định vị ở phía mặt trong của khuôn).
2. Vạch dấu trên phần côn của khuôn gỗ.
3. Dùng keo gắn liền phần khuôn cong với phần khuôn gỗ theo dấu đã vạch.
- phôi: Tấm (gỗ). - Dụng cụ: Thước cặp.
- Các bước tiến hành: Vạch dấu, dùng đục đục theo dấu.
4.2. quy trình công nghệ chế tạo ống nối dẫn dòng bằng vật liệu composite
Vì đây là một kết cấu đơn giản, không yêu cầu độ chính xác cao nên ta chỉ chế tạo chi tiết bằng các thủ pháp công nghệ đơn giản. Các loại trang thiết bị phục vụ
cho quá trình sản xuất là các loại thiết bị hiện có của phân xưởng nên không cần phải đầu tư thêm trang thiết bị máy móc mới.
Theo công nghệ chế tạo vật liệu composite, ta có thể tạo ra sản phẩm trực tiếp từ phương pháp đúc tiếp xúc. Vì số lượng chi tiết cần chế tạo là rất ít (2 cái) nên ta chọn phương pháp lát tay. Phương pháp này khá đơn giản, có thể làm những sản phẩm kích thước lớn, không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, thuận lợi khi sản xuất với số lượng nhỏ, hoặc số lượng đơn lẻ.
Thực chất của phương pháp này là “trát” lên bề mặt khuôn những lớp nhựa nền, những lớp cốt bằng chổi lông hoặc rulo.
Khi dùng phương pháp lát tay, khuôn có thể sử dụng theo mặt trái hay mặt phải, tùy thuộc vào độ nhẵn ở mặt ngoài hay trong. Với phương pháp này ta nhận được sản phẩm với kích cỡ chính xác và có độ nhẵn bóng của chi tiết ở phần có tiếp xúc với khuôn trong quá trình chế tạo.
Cần lưu ý là khi khuôn bị ẩm thường sẽ làm chậm quá trình đông rắn. Vì vậy khi làm khuôn cần trát dầy và cách ly các lỗ rỗng trên mặt khuôn một lớp parafin, sáp, sơn lót, trát matít kể cả khi đã có lớp chống dính hoặc lớp bôi trơn trên mặt khuôn.
Quy trình công nghệ chế tạo được thực hiện theo thứ tự sau:
Hình 4.10: Sơ đồ quy trình chế tạo ống dẫn dòng bằng vật liệu composite Khuôn Phủ lớp bảo vệ bên ngoài Rỡ khuôn Phủ lớp chống dính + lớp bảo vệ Nhựa nền + cốt + nhựa nền Sản phẩm Gia công cơ
Khuôn được bôi chất chống dính, phủ một lớp nhựa áo có độ dày 0.25 đến 0.4mm. Lớp nhựa này chứa chất màu và chất độn khoáng nếu cần. Độ dày của lớp