Đồ án: Ứng dụng công nghệ RTM chế tạo sản phẩm mẫu thử dạng chân vịt (ĐH SPKT)

Đồ án tốt nghiệp chi tiết về ứng dụng công nghệ RTM chế tạo chân vịt. Khám phá quy trình thiết kế, gia công khuôn và thử nghiệm sản phẩm composite.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Tuấn
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Minh Thế Uyên
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Ứng Dụng Công Nghệ RTM Chế Tạo Một Số Sản Phẩm Mẫu Thử (Dạng Chân Vịt)
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Công nghệ RTM và ứng dụng trong chế tạo chân vịt

Công nghệ RTM (Resin Transfer Molding) là phương pháp chế tạo vật liệu composite tiên tiến, cho phép sản xuất các sản phẩm có hình dáng phức tạp với độ chính xác cao. Phương pháp này sử dụng nhựa polyester và sợi thủy tinh để tạo nên các sản phẩm nhẹ, bền và chống ăn mòn tốt. Trong lĩnh vực chế tạo chân vịt, công nghệ RTM mang lại những lợi ích vượt trội so với các phương pháp truyền thống. Chân vịt được sản xuất bằng công nghệ RTM có thể được ứng dụng rộng rãi trong ngành hàng hải, công nghiệp biển và vận tải đường thủy nội địa. Đặc biệt, sản phẩm từ composite RTM giảm trọng lượng đáng kể so với vật liệu kim loại truyền thống, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của tàu thuyền.

1.1. Nguyên lý và đặc điểm của công nghệ RTM

Công nghệ RTM hoạt động bằng cách đưa nhựa polyester vào khuôn chứa sợi thủy tinh thông qua áp suất. Quá trình này tạo ra sản phẩm với cấu trúc liên tục và không có lỗ hổng. Đặc điểm chính của RTM bao gồm: độ bền cao, trọng lượng nhẹ, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, và khả năng tái chế tốt. Phương pháp này cho phép chế tạo chân vịt với độ chính xác cao và surface finish tốt, phù hợp cho các ứng dụng hàng hải.

1.2. Vật liệu sử dụng trong quy trình RTM

Các vật liệu chính được sử dụng bao gồm nhựa polyester làm chất nền, sợi thủy tinh làm chất tăng cường, và chất đóng rắn MEKP để kích hoạt quá trình trùng hợp polyester. Sự kết hợp này tạo ra vật liệu composite với tỷ lệ sợi-nhựa tối ưu, đảm bảo tính cơ học vượt trội và khả năng chịu tải cao cho chân vịt chế tạo bằng RTM.

II. Quy trình thiết kế và gia công khuôn chân vịt

Quy trình thiết kế chân vịt sử dụng các phần mềm CAD hiện đại như CREO 3.0 và Caeses Frendship Framework để tối ưu hóa hình dáng hydrodynamic. Các thông số kỹ thuật của mẫu thử bao gồm đường kính vòng tròn ngoài (D = 280mm), số cánh là 3, và đường kính trục (Dtrục = 42mm). Sau khi hoàn thành thiết kế, tiến hành gia công khuôn bằng máy CNC để tạo ra các mẫu khuôn chính xác. Quá trình gia công khuôn đòi hỏi kỹ năng cao và sự chính xác tuyệt đối để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn kỹ thuật. Khuôn chân vịt phải được trơn láng và xử lý bề mặt để dễ tách sản phẩm sau quá trình chế tạo bằng RTM.

2.1. Công cụ thiết kế và mô phỏng 3D

Phần mềm CREO 3.0 và Caeses Frendship Framework cho phép thiết kế chân vịt chi tiết với độ chính xác cao. Các phần mềm này giúp tối ưu hóa thiết kế theo các yêu cầu hydrodynamic và cơ học. Thông qua mô phỏng 3D, các nhà thiết kế có thể kiểm tra tính khả thi của thiết kế trước khi tiến hành gia công khuôn bằng máy CNC.

2.2. Quy trình gia công CNC và xử lý bề mặt khuôn

Máy CNC được sử dụng để gia công khuôn chân vịt với độ chính xác đến từng mm. Sau khi gia công, khuôn phải trải qua quá trình trơn láng và xử lý bề mặt để tạo độ nhẵn mượt. Điều này giúp sản phẩm chân vịt có surface finish đẹp và dễ tách khuôn sau quá trình chế tạo RTM.

III. Quy trình thực hiện công nghệ RTM chế tạo chân vịt

Quy trình RTM để chế tạo chân vịt bao gồm các bước sau: chuẩn bị khuôn chân vịt, đặt sợi thủy tinh vào khuôn theo thiết kế, đóng khuôn và kiểm tra kín khí, sau đó đưa nhựa polyester kích hoạt bằng chất đóng rắn MEKP vào khuôn dưới áp suất kiểm soát. Quá trình trùng hợp xảy ra trong khuôn, tạo ra sản phẩm chân vịt composite một cách liên tục. Sau khi nhựa polyester đã cứng hoàn toàn (thường mất 30-45 phút), sản phẩm chân vịt được tách ra khỏi khuôn. Trong quá trình này, kiểm soát nhiệt độ và thời gian trùng hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm chân vịt cuối cùng đạt chuẩn.

3.1. Chuẩn bị vật liệu và khuôn

Trước tiên, khuôn chân vịt phải được kiểm tra kỹ về độ chính xác và độ kín khí. Sợi thủy tinh được cắt thành những mảnh thích hợp và xếp đặt vào khuôn theo thiết kế. Nhựa polyester được trộn với chất đóng rắn MEKP theo tỷ lệ chính xác để đảm bảo quá trình trùng hợp diễn ra đúng thời gian.

3.2. Tiêm nhựa và quá trình trùng hợp

Nhựa polyester được tiêm vào khuôn chân vịt dưới áp suất kiểm soát. Quá trình trùng hợp được theo dõi chặt chẽ bằng cách kiểm tra nhiệt độ và thời gian. Khi sản phẩm chân vịt hoàn toàn cứng, nó được tách khuôn cẩn thận để tránh hỏng vỡ.

IV. Thử nghiệm và ứng dụng thực tế chân vịt composite

Sản phẩm chân vịt được sản xuất bằng công nghệ RTM đã được thử nghiệm thực tế trên các ghe, bè ở Tiền Giang để kiểm verifyăng hiệu suất hoạt động. Thử nghiệm thực tế cho thấy chân vịt composite có khả năng hoạt động ổn định, hiệu suất không thua kém so với chân vịt kim loại truyền thống. Ưu điểm của chân vịt RTM bao gồm: trọng lượng nhẹ (giảm 40-50% so với kim loại), không bị ăn mòn trong môi trường nước mặn, yêu cầu bảo trì thấp, và tuổi thọ dài. Những kết quả này chứng minh rằng công nghệ RTM là giải pháp tối ưu cho chế tạo chân vịt trong ngành hàng hải Việt Nam, đóng góp vào việc phát triển ngành công nghiệp biển bền vững.

4.1. Phương pháp và tiêu chuẩn thử nghiệm

Chân vịt composite được thử nghiệm trên các tàu thuyền thực tế bằng cách đo lường tốc độ quay, công suất tiêu thụ, và hiệu suất đẩy. Tiêu chuẩn thử nghiệm tuân theo các quy định quốc tế về kiểm chứng sản phẩm hàng hải. Các chỉ số như độ rung, tiếng ồn, và độ bền cơ học được ghi nhận và so sánh với chân vịt kim loại tiêu chuẩn.

4.2. Ứng dụng thực tế và tiềm năng phát triển

Chân vịt RTM có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong vận tải đường thủy nội địa, tàu cá, và tàu du lịch. Giá thành sản xuất thấp hơn kim loại giúp sản phẩm chân vịt trở nên cạnh tranh hơn. Việc chế tạo chân vịt bằng RTM mở ra cơ hội phát triển công nghiệp composite ở Việt Nam, nâng cao giá trị gia tăng cho ngành hàng hải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RTM CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM MẪU THỬ (DẠNG CHÂN VỊT) GVHD: ThS. TRẦN MINH THẾ UYÊN SVTH: NGUYỄN QUỐC TUẤN MSSV: 09112105 SVTH: MẠC HỮU TÚ MSSV: 11144110 SVTH: VÕ XUÂN TRƯỜNG MSSV: 11144109 SKL003891 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY  BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RTM CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM MẪU THỬ (DẠNG CHÂN VỊT)” Giảng viên hƣớng dẫn: ThS.

TRẦN MINH THẾ UYÊN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUỐC TUẤN 09112105 MẠC HỮU TÚ 11144110 VÕ XUÂN TRƢỜNG 11144109 Khoá: 2011 - 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2015 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Trần Minh Thế Uyên Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Tuấn MSSV: 09112105 Võ Xuân Trƣờng MSSV: 11144109 Mạc Hữu Tú MSSV:11144110 1.

Tên đề tài: “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RTM CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM MẪU THỬ (DẠNG CHÂN VỊT)” 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu - Vật liệu cho trƣớc (Nhựa polyester, chất đóng rắn MEKP, sợi thủy tinh) - Kích thƣớc mẫu thử (dạng chân vịt) với D=280mm, số cánh là 3, Dtrục=42 3. Nội dung chính của đồ án - Tổng quan công nghệ RTM - Nghiên cứu, tìm hiểu đặc điểm, công dụng, giá cả các loại nhựa trên thị trƣờng - Biết đƣợc lịch sử, ứng dụng của nhựa Composite trong cuộc sống - Đƣợc trực tiếp vận hành các loại máy CNC để tự gia công khuôn - Tìm hiểu, nghiên cứu các phần mềm: CREO 3.0, Caeses Frendship Framework - Tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo, đặc điểm, giá cả các loại chân vịt trên thị trƣờng - Thiết kế, tách khuôn, gia công khuôn mẫu thử (dạng chân vịt) - Tiến hành quy trình ứng dụng công nghệ RTM tạo ra sản phẩm mẫu thử (dạng chân vịt) - Tạo ra sản phẩm mẫu thử (dạng chân vịt) - Thử nghiệm mẫu thử (dạng chân vịt) với ghe, bè ở Tiền Giang 4. Các sản phẩm dự kiến Mẫu thử (dạng chân vịt) 5.

Ngày giao đồ án: tháng 3 năm 2015 6. Ngày nộp đồ án: ngày 22 tháng 07 năm 2015 i TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ …………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) ii LỜI CAM KẾT - Tên đề tài:ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RTM CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM MẪU THỬ (DẠNG CHÂN VỊT) - GVHD: ThS. Trần Minh Thế Uyên - Họ tên sinh viên: Nguyễn Quốc Tuấn MSSV: 09112105 Lớp: 091121A Võ Xuân Trƣờng 11144109 111442B Mạc Hữu Tú 11144110 111442B - Địa chỉ sinh viên: Nguyễn Quốc Tuấn: 0905715218 ([e-mail]) Võ Xuân Trƣờng 01646122863 ([e-mail]) Mạc Hữu Tú 01636761360 ([e-mail]) - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 22/7/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc.

Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 7năm 2015 Ký tên Nguyễn Quốc Tuấn Võ Xuân Trƣờng Mạc Hữu Tú iii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã gặp rất nhiều khó khăn vì kiến thức lý thuyết còn ít, kinh nghiệm thiết kế, chế tạo còn nhiều hạn chế, cũng nhƣ việc sử dụng phần mềm thiết kế chƣa thuần thục. Thế nhƣng, chúng em luôn có đƣợc sự hỗ trợ nhiệt tình từ quý thầy cô trong khoa Cơ khí Chế tạo máy, sự giúp đỡ chân thành của bạn bè và ngƣời thân. Chính điều đó đã tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án này.

Nay chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới: - Giảng viên ThS. Trần Minh Thế Uyên đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn, động viên cho chúng em trong suốt quá trình làm đồ án. Với những kinh nghiệm thiết thực của mình, thầy đã giúp chúng em nhận ra những hạn chế, sai sót để khắc phục sai sót và có những cách làm, bƣớc đi hợp lý. - Tất cả quý thầy cô trong khoa Cơ khí Chế tạo máy đã khuyến khích, tạo điều kiện, hỗ trợ kiến thức, kinh nghiệm cho chúng em thực hiện đồ án tốt nhất.

- Gia đình cùng toàn bộ anh chị em, bạn bè đã giúp đỡ từ vật chất đến tinh thần cho chúng em. Nhóm sinh viên thực hiện iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN Composite là vật liệu truyền thống có từ lâu đời, không những đƣợc sử dụng rộng rãi từ lâu ở các nƣớc trên thế giới, mà chúng còn đƣợc sử dụng nhiều ở Việt Nam trong hầu hết các ngành, lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Do những đặc tính vƣợt trội nhƣ nhẹ, độ chịu ăn mòn cao, cơ tính tốt… Hiện nay ngƣời ta đang tìm cách thay thế các vật liệu cũ bằng các vật liệu Composite nhằm tạo ra những cấu trúc bền và nhẹ vừa đảm bảo khả năng làm việc của kết cấu với giá thành rẻ, phú hợp với công nghệ phát triển vật liệu ngày nay. Bên cạnh đó Phƣơng pháp gia công có ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng sản phẩm, phƣơng pháp gia công bị chi phối bởi tính chất của vật liệu Polymer cũng nhƣ yêu cầu về hình dáng, tính chất của sản phẩm cuối cùng.

Việc lựa chọn phƣơng pháp gia công thích hợp nói chung là rất phực tạp, phải chú ý đến nhiều khía cạnh nhƣ tính chất của vật liệu ban đầu, yêu cầu về chất lƣợng sản phẩm, yêu cầu về lợi ích kinh tế … Vì thế nhóm chúng em quyết định chọn đề tài: “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RTM CHẾ TẠO MỘT SỐ SẢN PHẨM MẪU THỬ DẠNG CHÂN VỊT”. Vì nó có những ƣu điểm vƣợt trội hơn các sản phẩm khác, sản phẩm Composite hạn chế gây ô nhiễm môi trƣờng vì làm khuôn kín, cơ tính cao, không cần cắt bavia khi gia công xong, thời gian điền đầy một sản phẩm nhanh. Tiến hành thực nghiệm trên thiết bị, chạy với khuôn theo kích thƣớc tiêu chuẩn. Với vật liệu nền là Nhựa polyester, thành phần cốt là sợi thủy tinh và chất xúc tác.

Thí nghiệm tăng dần lớp vật liệu cốt để khảo sát sự ảnh hƣởng của vật liệu cốt lên chất lƣợng vật liệu Composite. v ABSTRACT Composite is a traditional material that has existed for a long time. It is not only used widely in lots of countries in over the world, but also applied in most of all sectors of the national economy of Viet Nam due to outstanding features such as lightweight, high qualification of corrosive resistance and high mechanical properties. At present, people are trying to replace traditional materials by Composite materials in order to create light, enduring structures but ensure their working abilities, as well as meet low price to fit with the technology of developing material.

Nowadays: Besides, processing methods can affect the quality of product. Processing methods is dominated by the properties of Polymer materials as well as requirements on the shape and features of the final product. The selection of appropriate processing methods is generally very complex because we have to pay attention to many aspects such as characteristics of original material, requirements for product quality, and requirements for economic benefits. Therefore, our group decided to choose the topic “RTM TECHNOLOGY APPLICATION OF SOME PRODUCTS MANUFACTURING TEST (PROPELLER).” Because it has remarkable advantages over other products, products Composite limited environmental pollutants as closed mold, High mechanical properties, no cutting burrs when processing is complete, a time filled products fast.

We carried on applied experiment with the equipment. The basic material is Polyester Plastic; the core component is Fiberglass and catalyst. The experiment increases the core material layer to examine the effect core material on the quality of Composite material. vi MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.

i LỜI CAM KẾT. iii LỜI CẢM ƠN. vii DANH MỤC HÌNH ẢNH. xi DANH MỤC BẢNG.

xvi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. xvii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn .3 Mục tiêu của đề tài .4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tƣợng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Cơ sở phƣơng pháp luận .2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể .6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp. 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN .1 Giới thiệu Composite .2 Lịch sử hình thành và phát triển .2 Phân loại Composite .1 Phân loại theo hình dạng .2 Phân loại theo bản chất, thành phần .3 Cấu tạo của vật liệu Composite .1 Vật liệu nền .3 Chất pha loãng: .4 Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác: .4 Ứng dụng Composite .3 Tầm quan trọng của Composite .5 Công nghệ RTM. 13 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH SẢN PHẨM CẦN THIẾT KẾ KHUÔN .1 Lịch sử phát triển của tàu thủy có chân vịt: .2 Công dụng của chân vịt .3 Phân loại chân vịt: .1 Phân loại dựa vào số lƣợng cánh quạt .2 Phân loại bằng góc xoay lá cánh quạt: .4 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm chân vịt: .5 Vật liệu của sản phẩm.

22 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ KHUÔN .1 Trình tự thiết kế khuôn .1 Thiết kế sản phẩm .2 Chọn kiểu khuôn .3 Thiết kế hệ thống kênh dẫn .4 Thiết kế hệ thống thoát khí .5 Thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm .6 Lực kẹp chặt khuôn .7 Xác định hệ số co rút phôi .2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với chi tiết của bộ khuôn .1 Độ chính xác về hình dáng .2 Độ cứng của các chi tiết trong khuôn .3 Độ chính xác về kích thƣớc. 39 CHƢƠNG 5: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM. 40 CREO PARAMETRIC THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN .1 Giới thiệu tổng quan .2 Ƣu điểm của phần mềm Creo Parametric .3 Tách khuôn với creo parameric .2 Khả năng của module .3 Điều kiện để tách khuôn .4 Các bƣớc thực hiện tách khuôn trong Creo .5 Tách khuôn chân vịt. 43 CHƢƠNG 6: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CREO PARAMETRIC GIA CÔNG CHI TIẾT KHUÔN .2 Các bƣớc thực hiện .3 Gia công khuôn chân vịt .1 Gia công phần khuôn trên của khuôn chân vịt .2 Gia công khuôn dƣới của khuôn chân vịt .4 Lập trình gia công .1 Chuẩn bị thiết bị trƣớc khi gia công .2 Gia công lòng khuôn dƣới.

77 CHƢƠNG 7: QUY TRÌNH CHẾ TẠO SẢN PHẨM MẪU (DẠNG CHÂN VỊT) .1 Chuẩn bị thiết bị chế tạo sản phẩm .1 Vật liệu nền (Polyester không no) .2 Chất đóng rắn .