DỤNG TỪ VẬT LIỆU COMPOZITE.
III.1. Phương pháp đúc cánh bơm nước chuyên dụng từ vật liệu compozite.
Phương pháp công nghệ chọn chế tạo cánh bơm là phương pháp đúc nguội
ở nhiệt độ phòng có áp lực.
Trong công nghệ compozite thì khuôm là thiết bị không thể thiếu, khuôm
ở đây là yếu tố quan trọng nhất quyết định năng suất, chất lượng sản phẩm từ
kiểu dáng bề mặt ngoài bóng, chính xác, còn tạo màu sắc đa dạng cho sản phẩm. Cánh bơm được chế tạo đơn chiếc bằng phương pháp đúc có áp lực ởđiều kiện nhiệt độ phòng nên kết cấu khuôm đúc khá đơn giản, phương pháp đúc được thực hiện thủ công đầu tiên khuôm được làm sạch và đánh bóng sau đó phủ lớp gelcoat đến khi khô thì nhựa và xúc tác được trộn đều cùng với mat sợi thủy tinh cắt ngắn rồi điềm đầy vào lòng khuôm sau thời gian đóng rắn tháo khuôm chúng ta có sản phẩm là cánh bơm, cánh bơm này cần gia công cơđể có cánh bơm hoàn chỉnh.
III.2.Lực chọn kết cấu khuôn đúc và đồ gá khuôm.
Để chế tạo được cánh bơm theo kết cấu và vật liệu compozite ta phải thiết kế khuôm đúc và lõi (cốt khuôm).
III.2.1. Lựa chọn mặt phân khuôm.
Lựa chọn mặt phân khuôm để tách phôi làm ra các phần là tấm trên và tấm dưới hoặc có thêm phần giữa.
Hình 3.1: Mặt phân khuôm của khuôm chế tạo cánh bơm[13 tr49]. III.2.1 Kết cấu khuôm và đồ gá khuôm.
Để quá trình lắp ráp 2 nửa khuôm được dễ dàng và chính xác cần bố trí phần dẫn hướng có thể là 2 chốt dẫn hướng, muốn tháo khuôm để lấy sản phẩm ra ta dùng 2 bu lông như (hình 3.2), 2 bu lông còn có tác dụng xiết chặt các tấm khuôm lại khi chế tạo cánh bơm để đảm bảo lực ép cho sản phẩm nhẫm bóng cả
hai mặt và đạt được độ chính xác. Quá trình chế tạo khuôm được làm thủ công nên kết cấu khuôm khá đơn giản.
Hình 3.2: Mô tả kết cấu khuôm và sản phẩm[13 tr50]. III.1.2. Chọn vật liệu chế tạo khuôm.
Khuôm 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 khuôm phải chịu được tác động hóa học của nhựa nền và không gây ảnh hưởng đến tốc độđông rắn của chúng.
Trên thực tế khuôm có thể được chế tạo từ gỗ, kim loại, chính vật liệu compozite:
+ Kim loại chỉ dùng làm khuôm khi đã được tráng thiếc hoặc nhôm, nếu làm bằng nhôm thì chịu được han gỉ, giễ gia công cắt gọt, giá thành vật liệu, giá thành gia công cao.
+ Khuôm đúc cánh bơm bằng chính vật liệu compozite, nhựa dùng làm khuôm là nhựa polyester đặc biệt có cơ tính cao hơn hẳn để đảm bảo độ chính xác của kích thước sản phẩn và độ bền của khuôm, bắt đầu việc làm khuôm từ
việc làm cốt (khuôm đực), từ cốt khuôm tạo ra khuôm chủ cái hoàn chỉnh, từ
khuôn chủ cái lại tạo ra khuôn chủ đực nên yều cầu cốt khuôm phải có độ chính xác càng cao càng tốt (độ bóng gương) cốt khuôm có hình dáng kích thước như
sản phẩn.
+ Cánh bơm có kết cấu biên dạng phức tạp nên gỗ không được sử dụng làm khuôm vì độ chính xác gia công không cao.
Cần lưu ý là khi khuôn bị ẩm thường sẽ làm chậm quá trình đông rắn. Vì vậy khi sử dụng khuôm cần bảo quản tốt tránh bụi, sự xâm nhập của yếu tố ảnh hưởng tới sản phẩm, khi đúc chi tiết cần phải cách ly 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.
III.1.3. Gia công khuôm đúc cánh bơm.
Khuôm đúc cánh bơm được gia công với số lượng phù hợp quá trình sản xúc đúc nếu khuôm làm bằng nhôm thì được gia công trên máy thô trên máy tiện máy phay gia công phần biên dạng được thực hiện trên máy phay CNC, nếu cần gia công số lựợng cánh bơm ít thì chỉ cần 1 khuôm là đủ, nếu gia công số lượng cánh bơm lớn thì gia công hàng loạt khuôn bằng nhôm nên giá thành gia công và vật liệu rất cao. Với khuôm làm bằng vật liệu compozite thì được làm thủ công, số cánh bơm ít thì cũng chỉ cần 1 khuôm là đủ, nếu số lượng cánh bơm lớn thì cần gia công hàng loạt khuôm, khuôm bằng vật liệu compozite có giá thành vật liệu và gia công rẻ hơn.
III.3.Quy trình công nghệ chế tạo cánh bơm nước chuyên dụng từ vật liệu compozite.
Theo công nghệ chế tạo vật liệu compozite thì công nghệđúc nguội có áp lực ở nhiệt độ phòng cho sản phẩm bóng, đẹp cả 2 mặt, vì vậy công nghệ này cũng được chọn chế tạo cánh bơm, do cánh bơm có kích thước nhỏ, biên dạng
phần hướng dòng phức tạp, đảm bảo độ chính xác cao cả hai mặt, cũng như biên dạng, áp lực được tạo ra nhờ lực xiết bulông trên khuôm đúc (p=10-150 psi(KG/cm2)), hoặc lực ép của máy ( nếu khuôm gồm 2 tấm trên gắn trên máy tấm dưới được gá trên bàn máy), khuôm đúc được đánh bóng và phủ lớp chống dính (tác nhân tách khuôn wax), được phủ lớp gelcoat là nhựa đặc biệt làm lớp áo ngoài cùng cho sản phẩm bóng, đẹp, lớp này có cơ lý tính tốt nên chống bị xây xát, bảo vệ lớp bên trong, là lớp chống thấm nước, có độ co thích hợp nên làm dễ
tách khuôn, lớp bên trong là hỗn hợp của nhựa+ sợi cắt ngắn+ xúc tác pha theo
đúng tỉ lệ khuấy trộn đều.
Yêu cầu nhiệt độ phòng khi gia công vật liệu compozite không giới 180C, do nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng đông và đóng rắn của nhựa, ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm.
Thứ tự thực hiện quy trình công nghệ:
Trình tự các bước cụ thể:
III.3.1. Bước 1: Chuẩn bị thiết bị,vật liệu, khuôm
Đây là bước khởi đầu quan trọng quyết định cả qúa trình, thời gian chế
tạo cũng như chất lượng sản phẩm. − Yêu cầu đối với vật liệu: CắtMat sợi cắt ngắn CSM khuôm Phủ lớp chống dính Tách khuôm Gia công cơ Pha trộn nhựa+sợi+ xúc tác Sản phẩm Hình 3.3: Sơđồ quy trình chế tạo cánh bơm bằng vật liệu compozite. Phủ lớp bảo vệ gelcoat
+ Sợi chọn loại Mat sợi cắt ngắn (250, 300, 450, 600 g/m2) của Hàn Quốc
đây là loại mat cắt ngắn CSM gồm các sợi cắt ngắn tẩm plastic, không xoắn, phân bố ngẫu nhiên, ép lại và cuộn thành cuộn dài đểđảm bảo chịu lực theo mọi hướng trong không gian, giá thành rẻ, sợi được cắt ngắn theo chiều dài khoảng 5mm do sản xuất đơn chiếc nên sợi được cắt thủ công bằng kéo nếu áp dụng sản xuất với số lượng lớn thì ta sử dụng máy cắt (giảm bớt sức lao động, hạn chếđộc hại khi cắt sợi). + Nhựa nền là loại nhựa polyester chưa no (nhựa 9509 của Malaisia), là loại nhựa đa dụng được dùng phổ biến nhất, chịu thời tiết, hóa chất nhẹ (nồng độ <20%), chịu ma sát. Đặc tính của nhựa polyester chưa no[2], tỉ trọng 1,2g/cm3, độ co ngót (0,004-0,008)%, hệ số thấm nước (0,15-0,6)% nhỏ hơn nhiều so với nhựa PA6 (3%).
+ Nhựa dùng làm áo ngoài cho sản phẩm là loại nhựa đặc biệt (gelcoat ISO có màu trắng ) có pha màu, chất độn, loại gelcoat này bảo vệ nhựa và sợi bên trong, có đặc tính cơ lý cao hơn nhựa nền chịu mài mòn tốt, có tính phủ kín chống thấm nước, chịu hóa chất tốt hơn, độ co thích hợp cho việc tách khuôm.
+Xúc tác là xúc tác MEKP dạng dung dịch hoạt tính 9%.
+Chất chống dính là Parafin ( Wax 8) có thể dạng lỏng hoặc rắn. − Yêu cầu với thiết bị
+ Phải có đủ trang thiết bị phục vụ quá trình gia công: kéo dùng cắt Mát sợi cắt ngắn, ca, chậu để trộn nhựa, chổi quét (quét gelcoat, nhựa, chống dính)
+ Vật liệu phải được chuẩn bịđầy đủ: Sợi được cắt ngắn theo kích thước yêu cầu khoảng 5mm, Mat sợi phải hoàn toàn sạch không dính tạp chất bụi, bẩn…
− Yều cầu đối với khuôn:
+ Khuôm sử dụng lần đầu thì yêu cầu phải hoàn toàn sạch, không có tạp chất nào trên khuôn, khuôm phải được làm nhẵm bề mặt chính xác bằng giấy nhám, đây là công việc cần tỉ mỉ, thận trọng vì dễ gây hụt kích thước yêu cầu, sau khi trà nhám thì chỉ làm nhẵn bề mặt nhưng chưa bóng, ta phải đánh bóng bề mặt bằng compound (dạng lỏng hoặc kem), compound phải chọn đúng loại cho
khuôm bằng kim loại, compozite, công việc này được thực hiện bằng cách đùng giẻ mền lau sạch bề mặt khuôm, sau đó thấm compound xoa nhẹ lên bề mặt khuôm, sau đánh bóng thì lại lau sạch bằng giẻ mền, dùng axeton lau sạch lại bề
mặt khuôn để kiểm tra độ bóng và đẩy hết compound và wax dư thừa, sau đó lau sạch axeton để khỏi ảnh hưởng đến lớp gelcoat bảo vệ.
+ Yêu cầu đối với khuôm đã qua sử dụng: Khi sử dụng lại thì phải lau chùi sạch không còn bụi bặm, tạp chất, không còn wax, gelcoat, nhựa dư thừa do nguyên công trước để lại, nếu bề mặt khuôm bị xây xát nhẹ thì phải trà nhám rồi
đánh bóng bằng compound, nếu khuôm bị hư hỏng không thể phục hồi thì phải bỏ.
Tóm lại việc chuẩn bị khuôm đòi hỏi phải cẩn thận, tỉ mỉ yêu cầu khuôm phải luôn luôn sạch, bóng như gương đểđảm bảo cho chi tiết tạo ra chính xác cao, không bị khuyết tật. Sau khi khuôm sạch chúng ta tiến hành phủ lớp chống dính.
III.3.2. Bước 2: Lau (wax) sáp chống dính
Lau wax là công việc cũng cần sự cẩn thận và tỉ mỉ wax được lau nhiều lần trên khuôm mới, hoặc khuôm sửa chữa (6lần), với khuôm đã qua sử dụng thì khi tách khuôm thấy dính thì ta phải lau wax ngay đểđảm bảo sản phẩm của lần sản xuất sau không còn dính khuôm, thường thì khuôm đã qua sử dụng cứ
khoảng (5-6) sản phẩn phải lau wax lại. Vậy chất chống dính ởđây là gì?
Wax (Parafin) chống dính là loại este được tổng hợp từ axít hữu cơ và rượu bậc cao, cung cấp trên thị trường dưới dạng lỏng, sệt hoặc rắn tùy theo công nghệ mà ta sử dụng loại nào.
Tác dụng của wax chống dính là:
− Là tác nhân tách khuôm, nó không cho gelcoat bám lên bề mặt tự nhiên của khuôm, nhờđó dễ tách khuôm để lấy sản phẩm ra khỏi khuôm dễ dàng.
− Đảm bảo độ bóng láng cho sản phẩm, tăng độ bóng cho bề mặt khuôm. Quy trình đánh wax:
− Dùng giẻ mền, sạch bôi wax (dạng lỏng) và xoa đều lên bề mặt khuôm, tránh sử dụng quá nhiều wax.
− Đánh bóng kỹ bằng giẻ mền mới, bằng tay, trong một thời gian cho đến khi đạt độ bóng.
− Phải thực hiện nhiều lớp khuôm mới (6lần), khuôm qua sử dụng thì chỉ
cần 1 lần.
− Sau khi đánh bóng bằng wax dùng giẻ mền, sạch lau kỹđể loại trừ wax dư
thừa và bụi bặm.
Sau khi đã phủ lớp chống dính ta tiến hành quét (phun gelcoat).
III.3.3. Bước 3: Quét lớp gelcoat bề mặt
Tác dụng của việc quét (phun) gelcoat:
− Gelcoat là lớp áo ngoài của sản phẩm bảo vệ lớp nhựa và sợi bên trong. − Chống mòn tốt (cơ tính cao hơn), chống thấm nước (tính phủ kín cao), chịu hóa chất, tăng bền cho sản phẩm.
− Làm cho sản phẩm bóng đẹp, đảm bảo độ chính xác. − Có độ co ngót thích hợp, dễ dàng cho việc tách khuôm.
Gelcoat là một loại nhựa (keo) đặc biệt với những tác nhân thixotropic để
tăng độ nhớt, tính chống uốn, chảy, có pha màu, chất độn để đảm bảo tính lưu chuyển, phủ kín, thời gian đông, đóng rắn. Gelcoat có đặc tính cơ lý cao hơn nhựa, cung ứng trên thị trường dưới dạng lỏng, gelcoat cũng có nhiều loại, loại dùng cho quét tay thì chế tạo sao cho khi quét bằng chổi mền thì tránh được vết chổi, bọt khí, loại dùng cho phun thì đảm bảo phân tán phân tử tốt, phủ đều trên mặt khuôm, mỗi loại có độ nhớt khác nhau.
Yêu cầu đối với gelcoat:
− Đàn hồi tốt, dễổn định, độ nhớt đảm bảo phù hợp từng loại công nghệ. − Không cong lõm, không chảy, kể cả khi quét ở mặt đứng nhờđặc tính thixotropic.
− Khi sử dụng đúng kỹ thuật không sinh bọt khí.
− Thời gian đông, đóng rắn phải chuẩn xác, đảm bảo quy trình sản xuất liên tục đúng dựđịnh, thời gian đông, đóng rắn chính xác còn giản được khuyết tật.
Kỹ thuật quét (phun) gelcoat: loại gelcoat được chọn là loại ISO (chịu hóa chất, chống thấm tốt), được pha với xúc tác (xúc tác dùng cho gelcoat cũng là xúc tác MEKP như: Andonox LCR_S; Interox LA3; Butanox LA; M50; Peroximon K12; Luperox DHD.) theo đúng tỉ lệ (1-2,5)% thích hợp nhất là 1,8% được khuấy trộn đều và quét (phun) đều lên bề mặt khuôm khi đạt độ dày thích hợp (0,40- 0,65)mm, nếu lớp gelcoat mỏng quá thì sẽ gây hiện tượng không đóng rắn hoàn toàn, nếu dày quá thì lại kém dẻo (tăng giòn), độ dày lý tưởng (tiêu chuẩn) là (0,40-0,50)mm đểđạt được cũng rất khó đòi hỏi tay nghề công nhân phải cao, khi
đạt độ dày thích hợp thì có tính phủ kín hoàn toàn. Khi quét gelcoat thì lớp tiếp xúc với khuôm đóng rắn nhanh do không tiếp xúc với không khí, lớp ngoài tiếp xúc với không khí đóng rắn chậm, khi mặt ngoài khô không dính tay (ăn da tay) thì tiến hành lắp khuôm và điền đầy hỗn hợp nhựa + sợi+ xúc tác đã pha trộn đều. Bảng 3.1: Đặc tính chủ yếu của gelcoat [2,tr66]. Đặc tính Chỉ số yêu cầu Độ nhớt Tỉ trọng Chỉ số thixotropic
Độ võng uốn ở chiều dày chuẩn (0,4-0,5) mm Tính phủ kín bề mặt ở chiều dày chuẩn Khả năng áp dụng cho phun
Năng suất phủ bề mặt chiều dày chuẩn
9.000-22.000 1,1-1,36g/cm3 5-7
Đáp ứng yêu cầu
Luôn kín hoàn toàn bề mặt Rất tốt
1 lít/1,5m2
III.3. 4. Bước 4: Pha trộn nhựa, xúc tác, sợi cắt ngắn.
Pha trộn nhựa được thực hiện ngay sau lớp gelcoat bảo vệ quét trên khuôm đã khô, nhựa, xúc tác, Mat sợi cắt ngắn được cắt ngắn cân theo tỉ lệ thành phần % đã chọn và đúng đủ khối lượng cho 1 cánh bơm. Trước tiên trộn xúc tác với nhựa trong thời gian ( t1=1 phút) đến khi nhựa và xúc tác thật đều thì ta đổ
sợi cắt ngắn đã cân theo tỉ lệ % trọng lượng vào trộn trong thời gian (t2= 1 đến 3 phút) cho đến khi thật đều rồi tiến hành điền hỗn hợp vào khuôm (nếu khuôm đã
được ghép lại bằng bu lông rồi xiết lại bu lông cho chặt) rồi ghép khuôm xiết chặt bu lông với khuôm không có hệ thống bu lông thì phải ép bằng máy hoặc thiết bị ép, đểđảm bảo sản phẩm có độ chính xác kích thước khi tách khuôm.
Yêu cầu của kỹ thuật trộn nhựa:
− Tỉ lệ % các thành phần phải theo đúng yêu cầu đã chọn. − Khuấy trộn nhựa phải đúng kỹ thuật.
− Thời gian trộn (t1+ t2) phải nhỏ hơn thời gian đông rắn của nhựa.
Việc pha trộn nhựa là đòi hỏi phải cẩn thận chính xác đúng thành phần theo đúng tỉ lệ, cách khuấy trộn, yêu cầu thời gian trộn (t1+ t2) phải nhỏ hơn thời gian đông của nhựa, pha trộn nhựa đúng yêu cầu kỹ thuật thì đảm bảo chất lượng sản phẩm, thời gian sản xuất.
Công việc trộn nhựa có thể thực hiện thủ công (sản xuất với số lượng nhỏ,
đơn chiếc) nếu sản xuất với số lượng lớn thì thực hiện bằng máy.
Khi khuôm đã được điềm đầy và ép thì phải cốđịnh khuôm cho đến khi rỡ
khuôm tránh xê dịch, va chạm để hỗn hợp trong khuôm đông đặc và đóng rắn.
III.3.5. Bước 5: Tách khuôm.
Sau khi đúc điền đầy khuôm thì hỗn hợp sẽ đông và đóng rắn hoàn toàn thì ta tiến hành tách khuôm thời gian có thểđể tách khuôm ( 27 phút ), việc tách khuôm cũng phải hết sức cẩn thận và nhẹ nhàng để đảm bảo khuôm, sản phẩm không bị xây xát, hư.
Khuôm thì được bảo dưỡng để phục vụ quy trình sản xuất được liên tục.
III.3. 6. Bước 6: Gia công cơ.
Khi lấy sản phẩm ra thì phải cạo, cắt bavia, làm bóng bề mặt, có thể sơn phủ thêm lên bề mặt sản phẩm lớp bảo vệ ta sẽđược sản phẩm hoàn chỉnh.
Hình : Sản phẩm cánh bơm hoàn chỉnh.