Đồ án HCMUTE: Ứng dụng công nghệ RTM để chế tạo sản phẩm mẫu thử chân vịt

Đồ án nghiên cứu hcmute ứng dụng công nghệ rtm chế tạo một số sản phẩm mẫu thử dạng chân vịt, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán kỹ thuật.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Tuấn
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Minh Thế Uyên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Ứng Dụng Công Nghệ RTM Trong Chế Tạo Sản Phẩm Chân Vịt
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỒ ÁN
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.2.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.3. Mục tiêu của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Cơ sở phương pháp luận
• 1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 1.6. Kết cấu đồ án tốt nghiệp
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Giới thiệu Composite
• 2.2. Lịch sử hình thành và phát triển
• 2.3. Phân loại Composite
• 2.3.1. Phân loại theo hình dạng
• 2.3.2. Phân loại theo bản chất, thành phần
• 2.4. Cấu tạo của vật liệu Composite
• 2.4.1. Vật liệu nền
• 2.4.2. Chất pha loãng
• 2.4.3. Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác
• 2.5. Ứng dụng Composite
• 2.6. Tầm quan trọng của Composite
• 2.7. Công nghệ RTM
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH SẢN PHẨM CẦN THIẾT KẾ KHUÔN
• 3.1. Lịch sử phát triển của tàu thủy có chân vịt
• 3.2. Công dụng của chân vịt
• 3.3. Phân loại chân vịt
• 3.3.1. Phân loại dựa vào số lượng cánh quạt
• 3.3.2. Phân loại bằng góc xoay lá cánh quạt
• 3.4. Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm chân vịt
• 3.5. Vật liệu của sản phẩm
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KHUÔN
• 4.1. Trình tự thiết kế khuôn
• 4.1.1. Thiết kế sản phẩm
• 4.1.2. Chọn kiểu khuôn
• 4.1.3. Thiết kế hệ thống kênh dẫn
• 4.1.4. Thiết kế hệ thống thoát khí
• 4.1.5. Thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm
• 4.1.6. Lực kẹp chặt khuôn
• 4.1.7. Xác định hệ số co rút phôi
• 4.2. Các yêu cầu kĩ thuật đối với chi tiết của bộ khuôn
• 4.2.1. Độ chính xác về hình dáng
• 4.2.2. Độ cứng của các chi tiết trong khuôn
• 4.2.3. Độ chính xác về kích thước
• 5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CREO PARAMETRIC THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN
• 5.1. Giới thiệu tổng quan
• 5.2. Ưu điểm của phần mềm Creo Parametric
• 5.3. Tách khuôn với Creo Parametric
• 5.3.1. Khả năng của module
• 5.3.2. Điều kiện để tách khuôn
• 5.3.3. Các bước thực hiện tách khuôn trong Creo
• 5.3.4. Tách khuôn chân vịt
• 6. CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CREO PARAMETRIC GIA CÔNG CHI TIẾT KHUÔN
• 6.1. Các bước thực hiện
• 6.2. Gia công khuôn chân vịt
• 6.2.1. Gia công phần khuôn trên của khuôn chân vịt
• 6.2.2. Gia công khuôn dưới của khuôn chân vịt
• 6.3. Lập trình gia công
• 6.3.1. Chuẩn bị thiết bị trước khi gia công
• 6.3.2. Gia công lòng khuôn dưới
• 7. CHƯƠNG 7: QUY TRÌNH CHẾ TẠO SẢN PHẨM MẪU (DẠNG CHÂN VỊT)
• 7.1. Chuẩn bị thiết bị chế tạo sản phẩm
• 7.1.1. Vật liệu nền (Polyester không no)
• 7.1.2. Chất đóng rắn
• 7.1.3. Vật liệu cốt (Sợi gia cường)
• 7.1.4. Hệ thống thiết bị RTM
• 7.2. Quy trình chế tạo sản phẩm bằng công nghệ RTM
• 7.2.1. Quy trình công nghệ
• 7.2.2. Quy trình chế tạo sản phẩm
• 8. CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 8.1. Kết luận
• 8.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Công nghệ RTM trong chế tạo

Đồ án tập trung vào ứng dụng công nghệ RTM (Resin Transfer Molding) để chế tạo sản phẩm mẫu thử dạng chân vịt composite. Công nghệ RTM là một công nghệ chế tạo tiên tiến trong ngành chế tạo composite, cho phép tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao, chất lượng tốt và hiệu suất sản xuất lớn. RTM sử dụng khuôn kín, nhựa được bơm vào khuôn chứa sợi gia cường đã được đặt sẵn. Quá trình này tạo ra sản phẩm đồng nhất, hạn chế tối đa hiện tượng rỗ khí, đảm bảo chất lượng bề mặt và tính năng cơ lý của sản phẩm. Ứng dụng RTM trong chế tạo chân vịt là một hướng đi mới, tận dụng ưu điểm của vật liệu composite chân vịt như nhẹ, bền, chịu ăn mòn tốt. Nghiên cứu này góp phần đánh giá khả năng áp dụng công nghệ RTM vào sản xuất hàng loạt chân vịt composite tại HCMUTE.

1.1. Công nghệ RTM chế tạo và ưu điểm

Công nghệ RTM là một quá trình đúc nhựa tiên tiến. Nhựa được bơm vào khuôn chứa sợi gia cường đã định hình. Áp suất được kiểm soát chặt chẽ. Điều này đảm bảo sự phân bố đều của nhựa và sợi. Kết quả là sản phẩm có độ bền cao và chất lượng đồng nhất. So với các phương pháp khác như hand lay-up hay pultrusion, RTM cho phép tạo ra các sản phẩm phức tạp với độ chính xác cao hơn. RTM cũng giảm thiểu đáng kể lượng chất thải và ô nhiễm môi trường so với các phương pháp truyền thống. Ưu điểm RTM gồm: khả năng sản xuất hàng loạt, chất lượng sản phẩm cao, giảm thiểu lỗi, tự động hóa cao, phù hợp với sản xuất chân vịt composite. RTM cũng có nhược điểm, đó là chi phí đầu tư ban đầu cao, đòi hỏi kỹ thuật vận hành chuyên môn cao.

1.2. So sánh RTM với các phương pháp khác

RTM được so sánh với các phương pháp chế tạo chân vịt khác như đúc, hàn, gia công cơ khí. RTM vượt trội hơn các phương pháp truyền thống về mặt trọng lượng, độ bền và khả năng chống ăn mòn. Các phương pháp truyền thống thường tạo ra sản phẩm nặng hơn, dễ bị ăn mòn và có độ bền thấp hơn. RTM cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp, với độ chính xác cao hơn. Tuy nhiên, chi phí ban đầu của RTM cao hơn, đòi hỏi kỹ thuật chuyên môn và trang thiết bị hiện đại. So sánh RTM với các phương pháp khác cần cân nhắc đến các yếu tố như chi phí sản xuất, chất lượng sản phẩm, thời gian sản xuất, khả năng tự động hóa. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng sản phẩm và điều kiện sản xuất.

II. Chế tạo chân vịt composite tại HCMUTE

Đồ án trình bày quá trình sản xuất chân vịt tại HCMUTE sử dụng công nghệ RTM. Các khâu chính bao gồm thiết kế khuôn, gia công khuôn, lựa chọn vật liệu, và thực hiện quy trình RTM. Vật liệu composite chân vịt sử dụng là nhựa polyester, sợi thủy tinh. Thiết kế khuôn được thực hiện bằng phần mềm Creo Parametric. Quá trình gia công khuôn được thực hiện trên máy CNC. Quy trình RTM được thực hiện theo các bước chuẩn, đảm bảo chất lượng sản phẩm. Kết quả cho thấy RTM có khả năng tạo ra chân vịt composite chất lượng cao, đáp ứng các yêu cầu về độ bền và trọng lượng nhẹ. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn cao, mở ra hướng phát triển mới trong ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam.

2.1. Thiết kế và gia công khuôn chân vịt

Thiết kế khuôn chân vịt là một phần quan trọng của quá trình chế tạo chân vịt composite. Thiết kế cần đảm bảo độ chính xác cao, tính khả thi trong gia công và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Phần mềm Creo Parametric được sử dụng để thiết kế khuôn 3D. Gia công khuôn được thực hiện trên máy CNC. Chất lượng gia công ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Khuôn chân vịt cần đảm bảo độ cứng, độ chính xác về kích thước và hình dạng. Việc thiết kế và gia công khuôn cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn lao động. Mục tiêu là tạo ra khuôn có độ bền cao, dễ dàng tháo lắp và vệ sinh. Đào tạo RTM HCMUTE cần tập trung vào các kỹ năng thiết kế và gia công khuôn.

2.2. Quy trình RTM sản xuất chân vịt và phân tích kết quả

Quy trình RTM bao gồm các bước: chuẩn bị vật liệu, đặt sợi gia cường vào khuôn, bơm nhựa, đóng rắn, tháo khuôn. Vật liệu sử dụng bao gồm nhựa polyester, chất đóng rắn MEKP và sợi thủy tinh. Chất lượng chân vịt RTM phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chất lượng vật liệu, điều kiện bơm nhựa, thời gian đóng rắn. Phân tích kết quả bao gồm kiểm tra hình dạng, kích thước, độ bền, và các tính chất cơ lý khác của sản phẩm. Hiệu suất chân vịt RTM được đánh giá thông qua các thử nghiệm thực tế. An toàn lao động trong sản xuất RTM cần được đảm bảo tuyệt đối. Môi trường sản xuất RTM phải được kiểm soát tốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm và sức khỏe người lao động. Nghiên cứu ứng dụng RTM tại HCMUTE hướng đến việc tối ưu hóa quy trình RTM để nâng cao hiệu suất và giảm chi phí.

III. Đánh giá và ứng dụng

Đồ án này có giá trị nghiên cứu cao. Nó ứng dụng thành công công nghệ RTM vào chế tạo chân vịt composite. Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực tiễn về khả năng sản xuất chân vịt bằng phương pháp này. Chất lượng chân vịt RTM đạt được đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Chi phí sản xuất chân vịt RTM cần được phân tích kỹ hơn để đánh giá tính kinh tế. Nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển công nghệ chế tạo tiên tiến tại HCMUTE. Nó mở ra nhiều hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai. Ứng dụng composite trong hàng hải ngày càng phổ biến. Ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam có thể tận dụng kết quả này để nâng cao năng lực cạnh tranh.

3.1. Phân tích chi phí sản xuất chân vịt RTM

Chi phí sản xuất chân vịt RTM bao gồm chi phí vật liệu, chi phí gia công khuôn, chi phí vận hành thiết bị, và chi phí nhân công. Vật liệu composite có giá thành cao hơn so với các vật liệu truyền thống. Tuy nhiên, trọng lượng nhẹ của chân vịt composite có thể giúp tiết kiệm nhiên liệu. Phân tích chi phí cần xem xét đến các yếu tố như quy mô sản xuất, hiệu suất thiết bị, và giá cả vật liệu. So sánh chi phí RTM với các phương pháp khác là cần thiết để đánh giá tính kinh tế. Tối ưu hóa quy trình RTM có thể giúp giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu về chi phí đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định khả năng ứng dụng rộng rãi của công nghệ RTM.

3.2. Xu hướng và tương lai của công nghệ RTM

Công nghệ RTM đang phát triển nhanh chóng. Các cải tiến về vật liệu, thiết bị, và quy trình sản xuất đang được nghiên cứu và ứng dụng. Tương lai của công nghệ RTM hứa hẹn sẽ mang lại nhiều sản phẩm chất lượng cao với chi phí thấp hơn. Xu hướng chế tạo chân vịt đang hướng đến việc sử dụng vật liệu nhẹ, bền, và chịu ăn mòn tốt. RTM đáp ứng được những yêu cầu này. Ứng dụng RTM trong các lĩnh vực khác như hàng không vũ trụ, năng lượng, y tế cũng đang được nghiên cứu. Phát triển công nghệ RTM tại HCMUTE cần được đầu tư để đáp ứng nhu cầu của thị trường. Nghiên cứu RTM sẽ đóng góp vào sự phát triển kinh tế và công nghệ của Việt Nam.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực chế tạo máy và công nghiệp đóng tàu, việc tìm kiếm các vật liệu thay thế kim loại truyền thống nhằm giảm khối lượng bản thân kết cấu, nâng cao khả năng kháng ăn mòn hóa học trong môi trường nước biển và hạ giá thành sản xuất đang là một định hướng công nghệ then chốt. Vật liệu composite nền polymer gia cường sợi thủy tinh sở hữu các đặc tính cơ lý ưu việt như độ bền riêng cao, chịu va đập, kháng hóa chất, không bị rỉ sét và dễ tạo hình kết cấu phức tạp. Tuy nhiên, phương pháp gia công composite đóng vai trò quyết định đến cơ tính và chất lượng bề mặt sản phẩm. Các phương pháp thủ công truyền thống như đắp tay (hand lay-up) hoặc phun hở (spray-up) bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng: phát tán styrene gây ô nhiễm môi trường làm việc, tỷ lệ bọt khí trong vật liệu cao làm suy giảm độ bền cơ học, chiều dày sản phẩm không đồng đều và đòi hỏi chi phí nhân công lớn để cắt gọt bavia sau khi tháo khuôn.

Trước thực tế đó, công nghệ đúc chuyển nhựa trong khuôn kín RTM (Resin Transfer Molding) được xem là giải pháp khắc phục các nhược điểm trên nhờ khả năng kiểm soát áp suất điền đầy, giảm thiểu bọt khí, tạo sản phẩm có hai mặt láng bóng với độ chính xác kích thước cao mà không phát sinh bavia thừa. Nhằm làm chủ quy trình công nghệ này trong điều kiện thực tiễn, nhóm tác giả thuộc Bộ môn Công nghệ Tự động, Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã thực hiện đề tài tốt nghiệp: "Ứng dụng công nghệ RTM chế tạo một số sản phẩm mẫu thử (dạng chân vịt)".

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể qua 5 nhiệm vụ chính:

1. Tìm hiểu nguyên lý công nghệ RTM.
2. Vẽ mô hình 3D mẫu thử dạng chân vịt.
3. Tách khuôn cho sản phẩm chân vịt trên phần mềm chuyên dụng.
4. Lập trình và gia công bộ khuôn đã tách trên máy công cụ CNC.
5. Ứng dụng quy trình công nghệ RTM để chế tạo sản phẩm mẫu thử hoàn chỉnh.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp công nghệ RTM và hệ vật liệu gồm nhựa polyester không no, chất đóng rắn MEKP (Methyl Ethyl Ketone Peroxide) cùng cốt gia cường sợi thủy tinh (dạng lưới, dạng tấm, sợi roving).
• Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế biên dạng, tính toán kết cấu và gia công khuôn mẫu thử chân vịt đường kính cánh $D = 280\text{ mm}$, số cánh là 3, đường kính lỗ trục $D_{\text{trục}} = 42\text{ mm}$; tiến hành thực nghiệm chế tạo sản phẩm bằng thiết bị RTM trong môi trường phòng thí nghiệm và lắp đặt thử nghiệm thực tế trên phương tiện ghe bè thủy nội địa tại Tiền Giang. Thời gian thực hiện đồ án từ tháng 3/2015 đến tháng 7/2015.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên cấu trúc vật liệu composite và nguyên lý thủy động học của cơ cấu đẩy chân vịt tàu thủy:

• Cấu tạo vật liệu composite: Hệ vật liệu bao gồm pha liên tục (pha nền - matrix) và pha gián đoạn (pha cốt - preform/reinforcement). Pha nền sử dụng nhựa nhiệt rắn polyester không no (UPE) thuộc nhóm orthophthalic và isophthalic, có khả năng tạo liên kết ngang khi tham gia phản ứng polymer hóa gốc tự do dưới tác dụng của chất xúc tác peroxide (MEKP - Methyl Ethyl Ketone Peroxide) kết hợp chất xúc tiến kim loại (naphthenic-cobalt) hoặc amin bậc ba. Pha cốt là sợi thủy tinh đóng vai trò chịu ứng suất tập trung, tăng mô đun đàn hồi, độ bền kéo và độ chịu va đập cho chi tiết.
• Nguyên lý công nghệ RTM: Quá trình điền đầy chất lỏng vào môi trường xốp rỗng (cốt sợi) bên trong khuôn kín dưới sự chênh lệch áp suất giữa bình tích áp chứa nhựa và áp suất trong lòng khuôn. Dòng chảy tuân theo quy luật thẩm thấu qua các lớp sợi định hình, đẩy toàn bộ không khí ra ngoài qua hệ thống van xả khí.
• Lý thuyết biên dạng chân vịt: Phân loại chân vịt theo số lượng cánh (3 cánh, 4 cánh, 5 cánh) và theo cơ cấu bước xoay (chân vịt định bước và chân vịt biến bước CPP). Chi tiết nghiên cứu thuộc loại chân vịt định bước 3 cánh, góc nghiêng cố định, có kết cấu đơn giản, độ tin cậy cơ học cao, phù hợp lắp đặt trên các ghe xuồng cỡ nhỏ.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai đồng bộ qua bốn phương pháp cụ thể:

• Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tổng hợp các công trình nghiên cứu về vật liệu composite nền nhựa nhiệt rắn, nguyên lý chuyển nhựa RTM, tiêu chuẩn biên dạng cánh chân vịt tàu thủy và thông số công nghệ gia công cơ khí chính xác.
• Phương pháp thực nghiệm: Đo kiểm dòng chảy điền đầy bằng dầu nhớt (vật liệu có hệ số chảy xấp xỉ nhựa polyester) nhằm xác định lưu lượng dòng chảy và thời gian điền đầy khuôn, làm cơ sở bố trí vị trí cổng rót và rãnh thoát khí; thực nghiệm tăng dần số lớp cốt sợi thủy tinh trong khuôn để khảo sát độ thấm ướt và chất lượng chi tiết; thực hiện quy trình bơm ép nhựa thực tế bằng hệ thống RTM khí nén.
• Phương pháp phân tích: Phân tích các thông số động lực học dòng chảy, tính toán lực kẹp chặt khuôn bulông, xác định hệ số co rút thể tích của phôi nhựa sau khi lưu hóa nhằm bù kích thước hình học khi thiết kế lòng khuôn.
• Phương pháp mô hình hóa và CAD/CAM: Xây dựng mô hình toán học đường cong Fspline và biên dạng cánh xoắn 3D trên phần mềm CAESES Friendship Framework; thiết lập mô hình lắp ráp, tạo mặt phân khuôn (Parting Surface) và lập trình quỹ đạo chạy dao phay CNC trên phần mềm Creo Parametric 3.0.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án bao gồm: số liệu thực nghiệm đo đạc dòng chảy trong phòng thí nghiệm; thông số hình học chân vịt chuẩn; bảng chế độ cắt kim loại trên máy phay CNC Hamai; thông số kỹ thuật của nhà sản xuất đối với nhựa polyester không no, chất đóng rắn MEKP và sợi thủy tinh.

Thiết kế và triển khai

Là một công trình kỹ thuật kết hợp thiết kế cơ khí chính xác và chế tạo sản phẩm thực nghiệm, đồ án triển khai toàn bộ quy trình thiết kế khuôn mẫu, gia công CNC và vận hành thiết bị RTM theo các bước kỹ thuật có hệ thống:

• Thiết kế biên dạng 3D chân vịt: Tác giả sử dụng phần mềm chuyên dụng CAESES Friendship Framework (phiên bản Free) để tạo dựng hình học cánh chân vịt dựa trên các đường cong tham số:
  • Thiết lập đường cong Camberline bằng lệnh Line - Fspline với giá trị tiếp tuyến Tangent ban đầu là 30, tọa độ điểm [1, 0, 0], tạo tham số Camberline_Tangent_Start.
  • Tạo đường cong độ dày Thickness với tiếp tuyến Tangent là 90, tạo tham số Thickness_Tangent_Start, tọa độ [1, 0.01, 0] và liên kết tham số diện tích Area = 0.01.
  • Dùng lệnh Offset Curve tạo biên dạng Profile (kích hoạt chế độ Parametric Offset và Both Sides), áp dụng luật phân bố chiều dày Thickness Distribution và điều kiện biên Densi begin.
  • Thiết lập đường cong biến đổi Image Curve mang tên Section, gán tham số tỷ lệ dây cung cánh Chord vào trục Factor X và Factor Y.
  • Đóng gói định nghĩa tính năng Feature definition mang tên Mynewprofile, phát sinh bề mặt làm việc của cánh chân vịt 3 cánh với đường kính vòng đỉnh $D = 280\text{ mm}$ và đường kính moay-ơ trục $D_{\text{trục}} = 42\text{ mm}$.
• Thiết kế và tách khuôn trên Creo Parametric 3.0:
  • Sử dụng module Mold Cavity trong môi trường Manufacturing. Đưa mô hình chân vịt vào lòng khuôn, định nghĩa phôi thủ công (Workpiece) bao bọc toàn bộ chi tiết, thiết lập hệ số co rút cho vật liệu composite.
  • Tạo mặt phân khuôn phức tạp (Parting Surface): kéo dài đường bao biên dạng cánh, dựng mặt trụ tròn xoay bằng lệnh Extrude, thực hiện lệnh Merge để hợp nhất mặt trụ với mặt cong cánh tạo thành mặt chia khuôn liên tục.
  • Dùng lệnh Two Volumes/All Wrkpcs chia phôi ban đầu thành hai nửa thể tích riêng biệt: lòng khuôn trên (Cavity) và lòng khuôn dưới (Core).
  • Áp dụng lệnh Pattern xoay tròn 120 độ quanh trục tâm để tạo đủ không gian phân khuôn cho cả 3 cánh, sau đó kiểm tra hành trình mở khuôn bằng lệnh Mold Opening.
• Lập trình và gia công bộ khuôn trên máy CNC Hamai:
  • Sử dụng module NC Assembly trong Creo Parametric. Khai báo máy phay CNC Hamai, thiết lập gốc tọa độ gia công và mặt phẳng an toàn (Clearance Plane).
  • Khoanh vùng gia công bằng cửa sổ cắt gọt Mill Window.
  • Chu trình gia công lỗ định vị và lỗ bulông liên kết: sử dụng dao khoan $\varnothing 4\text{ mm}$ để khoan các lỗ dẫn hướng và định vị chính xác giữa hai nửa tấm khuôn.
  • Chu trình phay thô (Roughing): sử dụng dao phay ngón EndMill đường kính $\varnothing 20\text{ mm}$ bóc tách khối lượng lớn kim loại phôi, loại bỏ lượng dư lòng khuôn với tốc độ cắt và bước tiến dao hợp lý.
  • Chu trình phay tinh mặt cong không gian (Surface Milling): sử dụng dao phay cầu BallMill đường kính $\varnothing 6\text{ mm}$ quét theo biên dạng bề mặt xoắn 3D phức tạp nhằm đạt độ nhẵn bóng bề mặt cao, hạn chế vết nhấp nhô của vết dao.
  • Chạy mô phỏng kiểm tra va chạm bằng lệnh Play Path và xuất file mã lệnh G-code nạp vào bộ điều khiển máy phay CNC Hamai để gia công hai nửa khuôn trên và dưới.
• Quy trình chế tạo composite bằng công nghệ RTM:
  • Chuẩn bị khuôn và cốt sợi: Vệ sinh sạch bề mặt lòng khuôn kim loại; quét đều một lớp sáp đánh bóng Cana bôi xe làm chất róc khuôn (ngăn nhựa dính vào bề mặt kim loại); cắt cốt sợi thủy tinh dạng tấm và dạng lưới theo dưỡng mẫu cánh chân vịt; xếp chồng các lớp sợi định hình vào lòng khuôn dưới.
  • Đóng khuôn: Úp nửa khuôn trên vào nửa khuôn dưới, căn chỉnh chốt định vị và siết chặt toàn bộ bulông liên kết quanh mép khuôn nhằm tạo độ kín khít tuyệt đối, chống rò rỉ nhựa khi có áp suất.
  • Pha trộn và nạp nhựa: Trộn nhựa polyester không no với chất đóng rắn MEKP theo tỷ lệ quy định; đổ hỗn hợp vào bình chứa áp suất của hệ thống RTM.
  • Bơm ép nhựa: Kết nối đường ống dẫn nhựa từ bình chứa vào cổng rót đáy khuôn; cấp khí nén vào bình chứa để tạo áp lực đẩy nhựa dâng dần vào lòng khuôn; hỗn hợp nhựa từ từ thấm ướt toàn bộ các lớp sợi thủy tinh; mở van thoát khí trên đỉnh khuôn để đẩy bọt khí ra ngoài.
  • Lưu hóa và tháo khuôn: Khi nhựa trào đều qua các ống thoát khí mà không còn bọt, tiến hành khóa toàn bộ các van; giữ nguyên áp suất trong thời gian cần thiết để phản ứng tỏa nhiệt đóng rắn polymer hóa diễn ra hoàn toàn; nới lỏng bulông kẹp, mở hai nửa khuôn và tách sản phẩm mẫu chân vịt ra ngoài.
• Thử nghiệm vận hành thực địa: Lắp ráp sản phẩm chân vịt composite hoàn thiện vào trục chân vịt của ghe, bè dân sinh tại tỉnh Tiền Giang; tiến hành nổ máy chạy thử trên sông để kiểm tra độ bền uốn của cánh dưới lực cản của nước, độ rung lắc khớp nối trục và hiệu quả tạo lực đẩy khi tàu chuyển động.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 thiết lập khung định hướng cho toàn bộ đồ án. Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc nghiên cứu vật liệu composite và sự cần thiết phải ứng dụng phương pháp gia công tiên tiến như RTM nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, thay thế phương pháp thủ công gây ô nhiễm. Chương này xác định rõ ý nghĩa khoa học (làm chủ quy trình tính toán, thiết kế và gia công khuôn mẫu composite) và ý nghĩa thực tiễn (tạo ra sản phẩm mẫu thử nghiệm không phát sinh độc hại, có khả năng ứng dụng cho ngành đóng tàu vận tải sông). Mục tiêu nghiên cứu được cụ thể hóa thành 5 nhiệm vụ từ nghiên cứu nguyên lý, thiết kế 3D, tách khuôn, gia công CNC đến đúc mẫu thử. Đối tượng nghiên cứu tập trung vào công nghệ RTM, nhựa polyester và cốt sợi thủy tinh; phạm vi giới hạn trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm thực tế tại Tiền Giang. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể bao gồm nghiên cứu tài liệu, thực nghiệm đo dòng chảy nhớt, phân tích số liệu và mô hình hóa kiểm nghiệm.

Chương 2: Tổng quan

Chương 2 cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về vật liệu composite và công nghệ RTM. Tác giả khái quát lịch sử phát triển vật liệu composite từ thời cổ đại (3.000 - 5.000 năm TCN với gạch trộn rơm rạ, thuyền lau sậy tẩm pitum) đến các mốc đột phá năm 1930 (sợi thủy tinh), năm 1950 (nhựa epoxy) và ứng dụng rộng rãi trên máy bay hiện đại như Boeing B787. Nội dung đi sâu phân loại composite theo hình dạng (dạng sợi, dạng hạt) và theo bản chất nền (hữu cơ, kim loại, khoáng). Về mặt hóa lý, chương phân tích chi tiết các thành phần:

• Nhựa nền nhiệt rắn: polyester không no (orthophthalic kinh tế, isophthalic kháng nước cao), vinylester kháng hóa chất, epoxy cơ tính cao.
• Cốt gia cường: sợi thủy tinh (roving, lưới, tấm), sợi carbon, sợi aramid.
• Phụ gia: monomer styrene làm chất pha loãng giảm độ nhớt; sáp Cana bôi xe làm chất tách khuôn; chất xúc tác nhóm peroxide (benzoil-peroxide, MEKP, HCH) và chất xúc tiến (muối kim loại naphthenic-cobalt, amin bậc ba DMA, DEA, DMPT). Về công nghệ RTM, chương mô tả sơ đồ hệ thống thiết bị gồm bình chứa, nguồn khí nén, bơm hút chân không và khuôn kín. Chu trình gia công RTM được phân tích qua 4 bước: (1) Chuẩn bị và đặt cốt sợi, kẹp chặt bulông; (2) Bơm ép hỗn hợp nhựa lỏng điền đầy; (3) Lưu hóa đóng rắn dưới tác dụng hóa học; (4) Mở khuôn tách sản phẩm. Ưu điểm nổi bật của RTM được khẳng định là: giá thành gia công hoàn thiện thấp, tiết kiệm nhân công, giảm ô nhiễm môi trường do làm việc trong khuôn kín, cơ tính cao do triệt tiêu bọt khí, sản phẩm láng bóng hai mặt không có bavia, và tốc độ điền khuôn nhanh.

Chương 3: Phân tích sản phẩm cần thiết kế khuôn

Chương 3 tập trung phân tích đối tượng chế tạo là chân vịt tàu thủy. Tác giả điểm lại lịch sử đẩy tàu từ guồng nước bánh xe sang chân vịt (các phát minh của F. Smith, John Ericsson năm 1836, tàu Great Britain năm 1844, tàu động cơ turbine Turbinia năm 1894 và tàu diesel Gripsholm năm 1925). Về mặt kỹ thuật, chương làm rõ chức năng tạo lực đẩy chuyển động của chân vịt và tiến hành phân loại:

• Theo số cánh: chân vịt 3 cánh (chi phí chế tạo rẻ, thường làm bằng hợp kim nhôm, hiệu suất cao, tăng tốc tốt), chân vịt 4 cánh (độ bền cao, êm, kiểm soát tốt khi biển động, tiết kiệm năng lượng), chân vịt 5 cánh (chi phí cao nhất, rung động nhỏ nhất).
• Theo góc xoay lá cánh: chân vịt định bước (bước xoay cố định, kết cấu mạnh mẽ, tin cậy, chi phí thấp) và chân vịt biến bước CPP (xoay được cánh qua hệ thống cơ - thủy lực, cơ động cao nhưng phức tạp, nguy cơ rò rỉ dầu). Từ đó, đề tài xác định lựa chọn sản phẩm mẫu là chân vịt định bước 3 cánh làm bằng vật liệu composite nền polyester kháng nước, chịu ăn mòn hóa học, tỷ trọng nhẹ và truyền động êm.

Chương 4: Thiết kế khuôn

Chương 4 trình bày trình tự thiết kế khuôn mẫu công nghiệp: thiết kế hình học sản phẩm, lựa chọn kiểu khuôn, thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa, hệ thống thoát khí, hệ thống đẩy sản phẩm, tính toán lực kẹp chặt và xác định hệ số co rút phôi. Điểm nhấn của chương là quy trình xây dựng biên dạng cánh chân vịt trên phần mềm CAESES Friendship Framework thông qua việc tham số hóa các đường cong Fspline: tạo đường trục Camberline, tạo phân bố chiều dày Thickness, gán tham số diện tích Area = 0.01, thực hiện lệnh Offset Curve tạo biên dạng Profile, hiệu chỉnh tỷ lệ dây cung Chord qua đường Image Curve và xuất mô hình đặc trưng Feature definition mang tên Mynewprofile. Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn đúc như độ chính xác kích thước, độ cứng vững bề mặt và độ khít của bề mặt ghép nối được quy định chặt chẽ nhằm chịu được áp suất nén khi bơm nhựa.

Chương 5: Ứng dụng phần mềm Creo Parametric thiết kế chế tạo khuôn

Chương 5 hiện thực hóa quy trình thiết kế khuôn trên môi trường CAD chuyên nghiệp của Creo Parametric 3.0. Thông qua module Mold Cavity, tác giả thực hiện các bước: nạp chi tiết chân vịt 3D, gán giá trị co rút cho vật liệu nhựa, tạo phôi kim loại hình hộp bao kín không gian chi tiết. Tiếp đó, tác giả tiến hành xây dựng mặt phân khuôn (Parting Surface) phức tạp: tạo đường bao mép cánh, kéo dài đường cơ định hướng mở khuôn, sử dụng lệnh Extrude tạo mặt trụ tròn đồng trục với moay-ơ chân vịt, dùng lệnh Merge hợp nhất mặt trụ và các mặt biên dạng cánh. Sau khi hoàn tất mặt phân khuôn, tác giả dùng lệnh Two Volumes/All Wrkpcs để tách phôi thành hai nửa thể tích lòng khuôn trên và lòng khuôn dưới. Quá trình nhân bản 3 cánh được thực hiện chính xác nhờ lệnh Pattern. Cuối cùng, module Mold Opening được kích hoạt để kiểm tra mô phỏng hành trình tách hai tấm khuôn, bảo đảm không xảy ra hiện tượng kẹt khuôn hay va chạm hình học khi tháo sản phẩm.

Chương 6: Ứng dụng phần mềm Creo Parametric gia công chi tiết khuôn

Chương 6 chuyển giao từ mô hình CAD sang môi trường CAM thông qua module NC Assembly của Creo Parametric 3.0. Tác giả thiết lập phôi thực tế, lựa chọn máy phay CNC Hamai, xác định gốc tọa độ gia công và mặt phẳng an toàn. Các bước lập trình gia công được phân định rõ ràng cho cả hai nửa khuôn:

• Gia công hệ thống lỗ: Tạo chu trình khoan định vị bằng dao khoan $\varnothing 4\text{ mm}$ với các tọa độ chính xác trên bề mặt khuôn.
• Gia công phá thô (Roughing): Xác định không gian gia công qua Mill Window, lựa chọn dao phay ngón EndMill đường kính $\varnothing 20\text{ mm}$, khai báo các thông số chế độ cắt (chiều sâu cắt, lượng chạy dao, tốc độ trục chính) và chạy mô phỏng bóc tách vật liệu thừa.
• Gia công tinh bề mặt cong (Surface Milling): Lựa chọn dao phay cầu BallMill đường kính $\varnothing 6\text{ mm}$, thiết lập đường chạy dao quét phủ toàn bộ các mặt cong phức tạp của hốc cánh chân vịt để đạt độ nhám bề mặt tiêu chuẩn.
• Mô phỏng và xuất mã: Tác giả kích hoạt lệnh Play Path để kiểm tra quỹ đạo chuyển động của dao, loại bỏ các nguy cơ va chạm đồ gá, sau đó xuất toàn bộ chương trình mã lệnh G-code tương thích với bộ điều khiển của máy CNC Hamai. Bảng trình tự gia công và bảng thông số chế độ cắt được lập thành danh mục chi tiết phục vụ thao tác đứng máy xưởng cơ khí.

Chương 7: Quy trình chế tạo sản phẩm mẫu (dạng chân vịt)

Chương 7 là phần thực nghiệm công nghệ chế tạo sản phẩm composite hoàn chỉnh bằng thiết bị RTM. Nội dung trình bày chi tiết công tác chuẩn bị:

• Vật liệu nền: Nhựa polyester không no kết hợp chất đóng rắn MEKP.
• Vật liệu cốt: Sợi gia cường thủy tinh dạng lưới và dạng tấm, được cắt tỉa và xếp định hình tương ứng với lòng khuôn cánh.
• Chuẩn bị bề mặt: Bôi sáp Cana chuyên dụng lên toàn bộ lòng khuôn kim loại để tạo màng chống dính.
• Thiết bị RTM: Lắp ráp cụm bình chứa nhựa chịu áp, đồng hồ đo áp suất nén, đồng hồ đo chân không, hệ thống ống dẫn nhựa và các van khóa chuyên dụng. Quy trình chế tạo được vận hành qua các bước: định hình sợi thủy tinh vào hốc khuôn dưới; ghép nửa khuôn trên và siết chặt các bulông liên kết; kết nối hệ thống cấp nhựa; nén khí vào bình chứa để tạo áp suất đẩy dòng nhựa điền đầy toàn bộ lòng khuôn và thấm ướt đều các lớp cốt sợi; xả khí qua các van thông hơi trên đỉnh khuôn; đóng kín các van khi nhựa bắt đầu trào ra; chờ hỗn hợp nhựa lưu hóa đóng rắn hoàn toàn ở điều kiện nhiệt độ phòng. Sau thời gian đông cứng, tác giả tiến hành mở bu-lông, tách hai nửa khuôn và lấy chi tiết chân vịt hoàn thiện. Sản phẩm thu được có hình dáng sắc nét, hai mặt bóng láng, không bọt khí và không cần qua công đoạn mài cắt bavia. Cuối chương, nhóm nghiên cứu ghi nhận kết quả lắp đặt chân vịt composite lên hệ thống truyền động của ghe, bè thủy và chạy thử nghiệm thành công trên sông tại Tiền Giang.

Chương 8: Kết luận và kiến nghị

Chương 8 tổng kết toàn bộ kết quả thực hiện của đề tài, đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu đặt ra ban đầu và chỉ ra các phương hướng mở rộng nghiên cứu trong tương lai nhằm hoàn thiện hơn nữa quy trình công nghệ RTM trong chế tạo sản phẩm composite có hình dạng phức tạp.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra ban đầu, đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể có số liệu trong văn bản:

• Thiết kế thành công mô hình 3D chân vịt 3 cánh biên dạng xoắn phức tạp bằng phần mềm CAESES Friendship Framework với các kích thước tiêu chuẩn: đường kính ngoài $D = 280\text{ mm}$, số cánh bằng 3, đường kính lỗ lắp trục $D_{\text{trục}} = 42\text{ mm}$.
• Tách khuôn hoàn chỉnh trên phần mềm Creo Parametric 3.0, xử lý thành công việc tạo mặt phân khuôn cong (Merge mặt trụ và mặt cánh) và chia phôi thành hai nửa khuôn trên và khuôn dưới độc lập.
• Lập trình CAM và gia công thành công bộ khuôn kim loại trên máy phay CNC Hamai bằng các dao cụ tiêu chuẩn: dao khoan $\varnothing 4\text{ mm}$ gia công lỗ định vị, dao phay ngón EndMill $\varnothing 20\text{ mm}$ phay thô lòng khuôn, và dao phay cầu BallMill $\varnothing 6\text{ mm}$ phay tinh bề mặt 3D biên dạng cánh.
• Chế tạo thành công sản phẩm mẫu thử chân vịt tàu thuyền bằng công nghệ RTM sử dụng vật liệu nền polyester không no, chất đóng rắn MEKP và cốt sợi thủy tinh; sản phẩm hoàn thiện có hai mặt nhẵn bóng, không phát sinh bavia thừa, giảm thiểu bọt khí so với phương pháp đắp tay thủ công.
• Đã tiến hành lắp đặt thử nghiệm thực tế sản phẩm chân vịt trên ghe, bè tại Tiền Giang và vận hành ổn định trên đường thủy nội địa.

Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật, vật liệu và thiết bị sử dụng trong đồ án:

Hạng mục	Chi tiết kỹ thuật / Thông số trong đồ án
Sản phẩm mẫu thử	Chân vịt tàu thủy định bước 3 cánh
Kích thước hình học	Đường kính cánh $D = 280\text{ mm}$; Đường kính lỗ trục $D_{\text{trục}} = 42\text{ mm}$
Phần mềm CAD biên dạng	CAESES Friendship Framework (bản Free)
Phần mềm CAD/CAM khuôn	Creo Parametric 3.0 (Module Mold Cavity và NC Assembly)
Máy công cụ gia công	Máy phay CNC Hamai
Dao cụ gia công CNC	Dao khoan $\varnothing 4\text{ mm}$, dao phay ngón EndMill $\varnothing 20\text{ mm}$, dao phay cầu BallMill $\varnothing 6\text{ mm}$
Vật liệu nền polymer	Nhựa polyester không no (UPE)
Chất đóng rắn	MEKP (Methyl Ethyl Ketone Peroxide)
Vật liệu cốt gia cường	Sợi thủy tinh (dạng tấm, dạng lưới, sợi roving)
Chất tách khuôn	Cana bôi xe
Phương pháp đúc tạo hình	Công nghệ RTM (Resin Transfer Molding) khuôn kín áp suất thấp
Địa điểm thử nghiệm thực tế	Lắp trên ghe, bè chạy thử trên sông tại tỉnh Tiền Giang

Bảng so sánh đặc tính các loại chân vịt theo số lượng cánh được tác giả tổng hợp làm cơ sở lựa chọn:

Loại chân vịt	Chi phí chế tạo	Vật liệu thông dụng	Khả năng tăng tốc / Vận hành	Mức độ rung động
Chân vịt 3 cánh	Thấp hơn các loại khác	Hợp kim nhôm	Hiệu suất cao, tăng tốc tốt; ít hiệu quả ở tốc độ chậm	Trung bình
Chân vịt 4 cánh	Cao hơn loại 3 cánh	Thép chống gỉ	Xử lý tốc độ chậm tốt; kiểm soát năng lượng khi biển động	Thấp
Chân vịt 5 cánh	Cao nhất trong các loại	Thép hợp kim cao cấp	Kiểm soát năng lượng tối ưu khi biển động	Nhỏ nhất trong mọi trường hợp

Về mặt đóng góp khoa học và thực tiễn, tác giả tự nêu các điểm chính:

• Làm chủ quy trình khép kín từ thiết kế toán học biên dạng cánh khí - thủy động lực học trên CAESES FFW, chuyển giao hình học sang Creo Parametric để tách khuôn và lập trình gia công CNC, đến ứng dụng công nghệ ép chuyển nhựa khuôn kín RTM.
• Tạo ra tiền đề nghiên cứu chế tạo các sản phẩm composite phức tạp bằng công nghệ khuôn kín, góp phần giảm thiểu độc hại cho người lao động và bảo vệ môi trường nhờ hạn chế phát tán dung môi hữu cơ.
• Cung cấp mẫu sản phẩm thực nghiệm có cơ tính tốt, kháng ăn mòn cao, phục vụ trực tiếp cho nhu cầu sử dụng trên các phương tiện vận tải đường thủy cỡ nhỏ tại miền Tây Nam Bộ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án được xác định từ phạm vi nghiên cứu và các điều kiện thực nghiệm:

• Quá trình pha chế chất xúc tác MEKP vào nhựa polyester vẫn tiến hành thủ công bằng tay; việc kiểm soát tỷ lệ xúc tác đòi hỏi độ chính xác cao nhằm tránh nguy cơ đóng rắn cục bộ quá sớm làm tắc đầu trộn hoặc đường ống dẫn nhựa.
• Thiết bị khuôn thực nghiệm chưa tích hợp hệ thống gia nhiệt cưỡng bức, quá trình lưu hóa hoàn toàn phụ thuộc vào phản ứng tự đóng rắn nguội ở nhiệt độ phòng khiến chu kỳ đúc một sản phẩm kéo dài, hạn chế năng suất nếu chuyển giao sang quy mô công nghiệp.
• Chi phí chế tạo bộ khuôn kim loại CNC ban đầu còn tương đối cao so với quy mô sản xuất nhỏ lẻ.

Hướng phát triển tiếp theo được nhóm tác giả kiến nghị:

• Ứng dụng các phần mềm mô phỏng dòng chảy chuyên sâu để tối ưu hóa vị trí cổng rót nhựa và miệng thoát khí, bảo đảm rút ngắn tối đa thời gian điền đầy và giảm thiểu triệt để ứng suất dư.
• Thiết kế hệ thống cấp nhiệt cho khuôn kim loại nhằm tăng tốc độ phản ứng lưu hóa, rút ngắn chu kỳ tạo hình và nâng cao tính tự động hóa của dây chuyền RTM.
• Tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của việc tăng dần số lớp cốt sợi gia cường lên các chỉ tiêu cơ tính cụ thể (độ bền kéo, độ bền uốn, độ chịu mỏi) của vật liệu composite thành phẩm thông qua các phép thử kéo nén tiêu chuẩn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng kỹ thuật cao đối với:

• Sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Chế tạo máy, Công nghệ Tự động, Kỹ thuật Tàu thủy và Công nghệ Vật liệu Composite.
• Những người nghiên cứu và thực hiện đề tài liên quan đến thiết kế và chế tạo sản phẩm từ vật liệu composite bằng phương pháp khuôn kín áp suất thấp.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu bao gồm:

• Quy trình tham số hóa biên dạng cánh xoắn 3D bằng các hàm Fspline trên phần mềm CAESES Friendship Framework tại Chương 4.
• Phương pháp xử lý mặt phân khuôn phức hợp (Parting Surface) bằng cách phối hợp lệnh Extrude và Merge để tách khuôn cho chi tiết có biên dạng xoắn không gian trong module Mold Cavity của Creo Parametric 3.0 tại Chương 5.
• Trình tự thiết lập chu trình công nghệ CAM gia công khuôn trên máy CNC Hamai (khoan định vị $\varnothing 4\text{ mm}$, phay thô dao ngón $\varnothing 20\text{ mm}$, phay tinh dao cầu $\varnothing 6\text{ mm}$) tại Chương 6.
• Toàn bộ quy trình chuẩn bị vật tư, định hình cốt sợi và thao tác ép nhựa bằng hệ thống RTM khí nén tại Chương 7.

Câu hỏi thường gặp

1. Mẫu thử chân vịt trong đồ án có các thông số kích thước cơ bản nào?

Sản phẩm mẫu thử được thiết kế với đường kính ngoài vòng cánh $D = 280\text{ mm}$, số lượng cánh là 3 cánh phân bố đều 120 độ, đường kính lỗ moay-ơ lắp trục truyền động $D_{\text{trục}} = 42\text{ mm}$.

2. Nhóm tác giả đã sử dụng những phần mềm nào để thiết kế biên dạng và tách khuôn chân vịt?

Nhóm tác giả sử dụng phần mềm CAESES Friendship Framework (phiên bản Free) để tạo các đường cong tham số Fspline và mô hình hóa bề mặt cánh 3D; sau đó sử dụng phần mềm Creo Parametric 3.0 (module Mold Cavity) để nhập mô hình, tạo phôi, thiết lập mặt phân khuôn và tách thành hai nửa khuôn trên và khuôn dưới.

3. Hệ vật liệu và hóa chất nào được sử dụng trong quy trình công nghệ RTM chế tạo chân vịt?

Quy trình sử dụng nhựa polyester không no làm vật liệu nền; Methyl Ethyl Ketone Peroxide (MEKP) làm chất xúc tác đóng rắn; cốt gia cường là sợi thủy tinh ở các dạng lưới, dạng tấm và sợi roving; chất tách khuôn bề mặt là sáp Cana bôi xe; và monomer styrene làm chất pha loãng giảm độ nhớt cho hỗn hợp nhựa.

4. Quy trình gia công khuôn trên máy phay CNC Hamai sử dụng những loại dao cụ nào?

Quá trình gia công CNC trong Creo Parametric 3.0 khai báo 3 loại dao chính: dao khoan $\varnothing 4\text{ mm}$ dùng cho chu trình khoan các lỗ định vị và lỗ bắt bulông; dao phay ngón EndMill $\varnothing 20\text{ mm}$ dùng cho chu trình phay phá thô (Roughing); và dao phay cầu BallMill $\varnothing 6\text{ mm}$ dùng cho chu trình phay tinh bề mặt cong không gian (Surface Milling).

5. Sản phẩm chân vịt composite sau khi chế tạo bằng công nghệ RTM đã được thử nghiệm thực tế ở đâu?

Sau khi đúc hoàn thiện và tháo khuôn, sản phẩm mẫu chân vịt composite đã được lắp ráp trực tiếp vào trục truyền động của ghe, bè thủy nội địa và chạy thử nghiệm vận hành trên sông tại tỉnh Tiền Giang.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng công nghệ RTM chế tạo một số sản phẩm mẫu thử (dạng chân vịt)" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết thành công bài toán tích hợp công nghệ từ thiết kế CAD, gia công khuôn kim loại CAM/CNC đến đúc tạo hình composite trong khuôn kín. Công trình đã làm chủ kỹ thuật tham số hóa cánh chân vịt trên CAESES FFW, tách khuôn phức tạp trên Creo Parametric 3.0, gia công chính xác lòng khuôn trên máy CNC Hamai và đúc thành công sản phẩm mẫu thử chân vịt 3 cánh $D = 280\text{ mm}$ đạt độ nhẵn bóng cao, không bavia và kết cấu đặc chắc. Kết quả chạy thử nghiệm thực tế trên ghe bè tại Tiền Giang chứng minh tính khả thi cao của việc ứng dụng công nghệ RTM trong việc chế tạo các chi tiết cơ khí composite chịu lực phục vụ ngành giao thông thủy nội địa.

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 SKL 0 0 3 8 9 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an 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 do an 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 do an 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 do an 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 do an 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 do an 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 do an 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 do an 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. 5 vii do an 2.1 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. 38 viii do an 4.6 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 .