Tài liệu Thiết kế máy đan tấm vỉ lót sàn composite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ
 BÁO CÁO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu THIẾT KẾ MÁY ĐAN TẤM VỈ LÓT SÀN COMPOSITE
        : Lê Đức Duy Ngô Quang Hiếu  
        Nguyễn Thủy Quốc Phong 1041407 Nguyễn Hồng Phúc 1041409 Ngành: Cơ Điện Tử - Khóa 30 Cần Thơ – 11/2008 LỜI CẢM ƠN 
 Trong suốt quá trình thực hiện đề tài “Thiết kế máy đan tấm vỉ lót sàn composite”, chúng em gặp không ít những khó khăn về kiến thức, tài liệu, kinh nghiệm thực tế… Với sự quyết tâm, nổ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của cán bộ hướng dẫn, quý thầy cô ở Khoa Công Nghệ - Trường Đại Học Cần Thơ, đến nay chúng em đã hoàn thành đề tài đúng thời hạn. Trước hết chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Ngô Quang Hiếu, thầy Lê Đức Duy đã tận tình chỉ dẫn, chỉnh sửa, động viên và truyền đạt cho chúng em những kiến thức vô cùng quý báu để em thực hiện đề tài. Và chúng em cũng xin gửi những lời tri ân đến quý thầy cô ở Khoa Công Nghệ - Trường Đại Học Cần Thơ đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cho chúng em. Các thầy cô ở thư viện khoa Công Nghệ, thư viện trung tâm đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em trong việc tìm kiếm nguồn tài liệu tham khảo. Sau cùng em xin gửi đến gia đình, bạn bè lòng biết ơn chân thành, đã tạo mọi điều kiện cho em để hoàn thành hết khoá học. Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tậpthực và hiện nghiên Sinh viên đề tài cứu Nguyễn Hồng Phúc Nguyễn Thủy Quốc Phong SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong i Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU 
 Ngày nay, do sự phát triển của công nghiệp hóa, hiện đại hóa với tốc độ chóng mặt là nguyên nhân chính dẫn đến các nguồn tài nguyên thiên nhiên, các quặng kim loại ngày một cạn kiệt. Do nhu cầu cuộc sống không thể thiếu các vật liệu để xây dựng nhà ở, các khu công nghiệp, cầu cống, đóng tàu, … Bên cạnh đó do sự phát triển ngày một nhanh của các ngành công nghiệp xây dựng, đóng tàu, dầu khí, quân sự, … nên nhu cầu về các vật liệu mới để thay thế các vật liệu truyền thống ngày càng trở nên bức thiết. Nhờ sự phát tìm tòi, phát minh của các nhà khoa học kết hợp với các ngành khoa học hiện đại thì một vật liệu mới – vật liệu Composite đã được phát minh. Sự ra đời của vật liệu Composite là một bước ngoặc hết sức quan trọng và kịp lúc, nó đã đáp ứng kịp thời nhu cầu về nguyên vật liệu của cuộc sống cũng như của các ngành công nghiệp mà thiên nhiên không còn khả năng đáp ứng. Vật liệu composite đã được phát triển và sử dụng rộng rãi từ rất lâu ở các nước công nghiệp như: Mĩ, Trung Quốc, Nhật bản, … Do có nhiều đặc điểm vượt trội như: độ bền cao, chống ăn mòn tốt, không cháy, nhẹ, khả năng chịu tải, chịu va đập tốt, … nên vật liệu composite rất được ưa chuộn sử dụng. Trung Cũng như các vật liệu composite, tấm vỉ lót sàn composite là một sản phẩn tiêu biểu. Qua tìm hiểu hiện trang sản xuất tấm vỉ composite ở Việt Nam còn rất tâm Thơ liệupháp học nghiên cứu mới Học mẽ và liệu thô sơ,ĐH sản Cần xuất chủ yếu @ bằngTài phương thủtập công.và Năng suất, chất lượng còn thấp, chưa đáp ứng được nhu cầu cấp thiết trước sự phát triển của nước ta hiện nay. Để đáp ứng được nhu cầu đó, chúng em chọn đề tài “Thiết kế máy đan tấm vỉ lót sàn composite” nhằm nghiên cứu chế tạo máy sản xuất tấm vỉ composite hoàn toàn tự động với mục tiêu nâng cao chất lượng củng như năng suất sản xuất tấm vỉ composite. Do lần đầu tiên phải giải quyết một vấn đề lớn và do thời gian có hạn nên quá trình tính toán, thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để chúng em có thể hoàn thiện đề tài này. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong ii Mục lục MỤC LỤC Lời cảm ơn .............................................................................................................. i Lời nói đầu ............................................................................................................. ii Mục lục ................................................................................................................. iii Mục lục hình và bảng.............................................................................................. v CHƯƠNG 1 ......................................................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề................................................................................................................1 1.2 Mục đích đề tài ........................................................................................................1 1.3 Mục tiêu đề tài .........................................................................................................3 1.4 Giới hạn đề tài..........................................................................................................3 1.5 Phương pháp thực hiện đề tài ...................................................................................3 Trung CHƯƠNG 2 ......................................................................................................................5 2.1 Tổng quan về vật liệu composite ..............................................................................5 2.1.1 Vật liệu nền .......................................................................................................5 2.1.2 Vật liệu cốt........................................................................................................5 2.1.3 Vật liệu composite cốt sợi..................................................................................5 2.1.4 Vật liệu composite cốt hạt .................................................................................6 2.2 Cấu tạo tấm vỉ composite .........................................................................................7 2.2.1 Hình dạng tổng quát của tấm vỉ composite.........................................................7 2.2.2 Phương pháp gia công tấm vỉ.............................................................................8 2.3 Cấu tạo máy .............................................................................................................9 tâm 2.3.1 HọcKhuôn liệutấm ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu vỉ.....................................................................................................9 2.3.2 Bộ phận cấp sợi .................................................................................................9 2.3.3 Bộ phận đan sợi.................................................................................................9 2.3.3.1 Phương pháp đan sợi ..................................................................................9 2.3.3.2 Cơ cấu đan sợi.......................................................................................... 14 2.3.4 Thiết kế, lựa chọn phương pháp điều khiển...................................................... 14 CHƯƠNG 3 ....................................................................................................................17 3.1 Sơ đồ động của máy...............................................................................................17 3.2 Bộ phận cấp sợi......................................................................................................18 3.2.1 Kích thước thùng chứa .................................................................................... 18 3.2.2 Thiết kế ống lăn............................................................................................... 19 3.3 Thiết kế bàn XY.....................................................................................................20 3.3.1 Thiết kế khuôn................................................................................................. 20 3.3.2 Tính toán thiết kế cơ cấu nâng, xoay khuôn ..................................................... 23 3.3.2.1 Cơ cấu nâng, xoay khuôn.......................................................................... 23 3.3.2.2 Tính toán thiết kế các bộ phận cơ khí........................................................ 24 3.4 Cơ cấu đan .............................................................................................................32 3.4.1 Sơ đồ động của cơ cấu đan. ............................................................................. 32 3.4.2 Thiết kế các bộ phận........................................................................................ 32 3.5 Khung máy ............................................................................................................39 CHƯƠNG 4 ....................................................................................................................41 4.1 Thiết kế hệ thống khí nén .......................................................................................41 4.1.1 Sơ đồ và giản đồ làm việc của các xylanh ........................................................ 41 SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong iii Mục lục 4.1.2 Tính toán thiết kế hệ thống xylanh................................................................... 42 4.1.3 Tính tóan chọn đường kính các xylanh ............................................................ 43 4.1.4 Sự tiêu thụ không khí của máy nén khí ............................................................ 48 4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển ..................................................................................50 4.2.1 Mạch khí nén................................................................................................... 50 4.2.2 Lưu đồ điều khiển............................................................................................ 52 4.2.3 Biểu đồ trạng thái ............................................................................................ 56 4.2.4 Mạch điều khiển .............................................................................................. 57 CHƯƠNG 5 ....................................................................................................................60 5.1 Kết luận .................................................................................................................60 5.2 Kiến nghị ...............................................................................................................60 Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong iv Mục lục hình và bảng MỤC LỤC HÌNH VÀ BẢNG Trung tâm Hình 1.1 Các sản phẩm của tấm vỉ composite............................................... Trang 2 Hình 1.2 Sơ đồ các bước thiết kế máy đan tấm vỉ composite .................................. 3 Hình 2.1 Cấu tạo tấm vỉ composite gia cường bằng sợi thủy tinh............................ 8 Hình 2.2 Khuôn tấm vỉ được vẽ mô phỏng bằng phần mền Pro/ENGINEER .......... 9 Hinh 2.3 Máy được thiết kế theo phương án 1 .......................................................10 Hình 2.4 Máy được thiết kế theo phương án 2 .......................................................11 Hình 2.5 Máy được thiết kế theo phương án 3 .......................................................12 Hình 2.6 Máy được thiết kế theo phương án 4 .......................................................13 Hình 3.1 Sơ đồ động của máy................................................................................17 Hình 3.2 Cơ cấu cấp nhựa .....................................................................................18 Hình 3.3 Kích thược thùng chứa nhựa ...................................................................19 Hình 3.4 Ống lăn...................................................................................................19 Hình 3.5 Trục lăn ..................................................................................................20 Hình 3.6 Cơ cấu điều chỉnh lượng nhựa thấm vào sợi............................................20 Hình 3.7 Khuôn tấm vỉ ..........................................................................................20 Hình 3.8 Kích thước rãnh khuôn ...........................................................................21 Hình 3.A Hình chiếu đứng của khuôn....................................................................22 Hình 3.9b Hình chiếu bằng của khuôn...................................................................22 Hình 3.10 Cơ cấu nâng, xoay khuôn......................................................................23 Hình 3.11 Mặt cắt khớp nối trục và xylanh............................................................27 Hình 3.12 Kích thước mối ghép then hoa .............................................................27 Hình 3.13 Trục xoay .............................................................................................28 Hình liệu 3.14 Mặt bích ...............................................................................................29 Học ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Hình 3.15 Mâm xoay.............................................................................................30 Hình 3.16 Bạc trượt...............................................................................................31 Hình 3.17 Thanh gạt..............................................................................................31 Hình 3.18 Sơ đồ cơ cấu đan sợi .............................................................................32 Hình 3.19 Mặt cắt thép chử C................................................................................32 Hình 3.20 Cấu tạo con trượt ..................................................................................33 Hình 3.21a Con lăn ...............................................................................................33 Hình 3.21b Trục....................................................................................................34 Hình 3.21c Khung .................................................................................................34 Hình 3.2G Cấu tạo tay kẹp phụ..............................................................................35 Hình 3.22b Hàm kẹp dưới tay kẹp phụ ..................................................................35 Hình 3.22c Hàm kẹp trên tay kẹp phụ....................................................................35 Hình 3.23a Cấu tạo tay kẹp động...........................................................................36 Hình 3.23b Hàm kẹp dưới tay kẹp động ................................................................36 Hình 3.23c Hàm kẹp trên tay kẹp động..................................................................36 Hình 3.24 Cấu tạo tay kẹp tĩnh ..............................................................................37 Hình 3.2C Hàm kẹp dưới tay kẹp tĩnh ...................................................................37 Hình 3.25b Hàm kẹp trên tay kẹp tĩnh ...................................................................38 Hình 3.26 Trục tay kẹp tĩnh...................................................................................38 Hình 3.27 Dao cắt .................................................................................................38 Hình 3.28a Tay quay 1 cơ cấu cắt..........................................................................39 Hình 3.28b Tay quay 2 cơ cấu cắt .........................................................................39 Hình 3.28c Thanh truyền cơ cấu cắt ......................................................................39 SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong v Mục lục hình và bảng Hình 3.29 Mặt cắt thép góc đều cạnh chữ L...........................................................40 Hình 3.30 Khung máy ...........................................................................................40 Hình 4.1 Sơ đồ làm việc của hệ thống xylanh ........................................................41 Hình 4.2 Giản đồ làm việc của các xylanh.............................................................42 Hình 4.3 Mạch khí nén..........................................................................................52 Hình 4.4a Giản đồ tóm tắt trình tự hoạt động của hệ thống điều khiển ...................53 Hình 4.4b Giản đồ tóm tắt trình tự hoạt động của hệ thống điều khiển (tt) .............54 Hình 4.5a Lưu đồ điều khiển ................................................................................55 Hình 4.5b Lưu đồ điều khiển (tt) ...........................................................................56 Hình 4.6 Trạng thái 1 chu kỳ làm việc của các cơ cấu chấp hành...........................57 Hình 4.7 Mạch điều khiển .....................................................................................58 Hình 4.8 Lập trình PLC tham khảo........................................................................59 Bảng 2.1 Bảng đánh giá các phương án đan sợi.....................................................14 Bảng 2.2 Bảng đánh giá các phương án điều khiển................................................15 Bảng 3.2 Bảng tham khảo một số kích thước chuẩn của tấm vỉ composite.............21 Bảng 3.2 Bảng đánh giá, lựa chọn vật liệu làm khuôn ...........................................23 Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm đo lực kéo trên một tép sợi.......................................44 Bảng 4.2 Kết quả đo lực kẹp cần thiết của tay kẹp.................................................45 Bảng 4.3 Bảng liệt kê trạng thái cac cuộn solenoid và các cảm biến điều khiển xylanh ...................................................................................................................51 Bảng 4.4 Bảng liệt kê các cảm biến và cuộn solenoid điều khiển dao cắt và tay kẹp cố định sợi ............................................................................................................51 Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong vi Chương 1: Mở đầu CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Trung Vật liệu composite là vật liệu được chế tạo từ hai hay nhiều thành phần khác nhau, mỗi thành phần có một đặc tính cơ-lý-hóa riêng biệt khi tổng hợp lại chúng là một vật liệu hoàn toàn mới, khác so với vật liệu ban đầu và có những đặc tính cơ-lýhóa tốt hơn vật liệu ban đầu. Trước hơn hết thiên nhiên đã tạo ta composite. Chẳng hạn như thân cây được cấu tạo từ rất nhiều sợi cellulose dài được kết nối với nhau bằng ligmin vừa mềm, vừa có tính dễ nén. Kết quả của sự kết hợp hài hòa ấy là thân cây vừa bền lại vừa dẻo, một cấu trúc composite rất lý tưởng. Từ rất xa xưa composite đã được con người sáng tạo và ứng dụng: Người Hy Lap cổ lấy mật ong trộn với đất, cát, sỏi làm vật liệu xây dựng, và ở Việt Nam người xưa truyền lại cách làm nhà bằng cách lấy bùn trộn với rơm băm tô vách nhà, khi khô tạo lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè, ấm về mùa đông …. Theoliệu tiếngĐH Anh Cần thì composite có nghĩa tổnghọc hợp,tập hỗn hợp, phức hợp … tâm Học Thơ @ Tài là: liệu và nghiên cứu Theo một số tài liệu khoa học thì composite có nghĩa là vật liệu mới. Composite được gọi là vật liệu mới vì những lý do sau đây: Được nghiên cứu mạnh mẽ. Là vật liệu được tối ưu hóa không ngừng. Ứng dụng được trong nhiều lĩnh vực (gia dụng, thể thao, xây dựng, quân sự, công nghiệp làm khuôn, không gian … ) Ưu việt hơn so với vật liệu truyền thống (sắt, thép, gỗ … ). 1.2 Mục đích đề tài Mặc dù composite đã có từ rất lâu nhưng ngành khoa học về vật liệu composite chỉ mới hình thành vào những năm đầu của thập niên 40, gắn với công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ, dần về sau vật liệu composite đã được sử dụng rộng rải trong công nghệ đóng tàu, chế tạo máy bay, chế tạo ô tô và nhiều lĩnh vực khác. Ngày nay việc nghiên cứu chế tạo, sản xuất, ứng dụng composite không chỉ dừng lại ở các nước công nghiệp mà đã lan rộng sang tất cả các nước với tốc độ ngày càng nhanh, đặc biệt là các nước đang phát triển. Hiện nay việc nghiên cứu và ứng dụng vật liệu composite cũng tương đối phát triển ở Việt Nam, đặc biệt là mấy năm gần đây. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 1 Chương 1: Mở đầu
 
             
               Canô, ghe xuồng, tàu du lịch, các loại tàu cứu sinh. Các thiết bị, bồn chứa trong công nghiệp hóa chất chịu ăn mòn cao. Phục vụ quân sự: thiết bị, thùng chứa vũ khí chế tạo máy bay. Trong lĩnh vực xây dựng: mái che, tường ngăn, thiết bị trang trí nội thất. Các thiết bị xử lý môi trường, cấp thóat nước, cống nuôi tôm, đập ngăn mặn. Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Hình 1.1 Các sản phẩm của tấm vỉ composite Cũng như các sản phẩm trên thì tấm vỉ lót sàn composite là một sản phẩm tiêu biểu của vật liệu composite. Trước đây các tấm vỉ chủ yếu được làm bằng kim loại như: sắt, thép, thép mạ, nhôm, kẽm không gỉ, …. Chúng được sử dụng để làm mặt các bậc thang, lót sàn nhà xưởng, nắp cống, song chắn rác trong hệ thống xử lý nước thải, …. Tuy nhiên nhu cầu sử dụng các tấm vỉ kim loại ngày càng giảm do chúng có một số hạn chế: giá thành cao, nặng nề, không chịu được môi trường ăn mòn, chi phí bảo dưỡng cao, việc lắp đặt phức tạp và mất nhiều thời gian, …. Do có nhiều ưu điểm như: nhẹ, khả năng chống ăn mòn cao, không cháy, kháng tia tử ngoại, khả năng chịu tải và chịu va đập tốt, không trơn, cách nhiệt, cách điện, chi phí lắp đặt thấp, tuổi thọ lâu dài, giá thành hợp lý, dễ lắp đặt …. Nên ngoài các ứng dụng như tấm vỉ bằng kim loại, tấm vỉ composite còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: nhà máy hóa chất, nhà máy lọc dầu, các công trình ngoài khơi, khu công nghiệp, trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống, điện tử, mạ, …. Mặc dù sản phẩm tấm vỉ composite đã và đang được sản xuất, ứng dụng ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới nhưng qua tìm hiểu hiện trang sản xuất tấm vỉ composite ở Việt Nam còn rất mới mẽ và thô sơ, sản xuất chủ yếu bằng phương pháp thủ công. Năng suất, chất lượng còn thấp, chưa đáp ứng được nhu cầu cấp SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 2 Chương 1: Mở đầu thiết trước sự phát triển của nước ta hiện nay. Mặt khác, sợi thủy tinh rất có hại đối với sức khỏe của con người khi con người hít phải vào phổi. Chính từ các nguyên nhân đã trình bày là lý do đề tài “Thiết kế máy đan tấm vỉ lót sàn composite” được chọn. Mục tiêu của đề tài là chế tạo máy sản xuất tấm vỉ composite hoàn toàn tự động với mục tiêu nâng cao chất lượng cũng như năng suất sản xuất tấm vỉ composite, nhằm giúp giải thoát con người khỏi các lao động ảnh hưởng xấu đến sức khỏe nói riêng và đáp ứng nhu cầu cho sự phát triển nền công nghiệp nước ta nói chung. 1.3 Mục tiêu đề tài Đề tài “Thiết kế máy đan tấm vỉ lót sàn composite” được thực hiện nhằm đạt được những mục tiêu như sau: Thiết kế chi tiết thiết bị gia công tấm vỉ có kích thước: 500x500x30(mm) Lựa chọn và sử dụng các thiết bị điều khiển chính Lập trình điều khiển (mô phỏng hoặc điều khiển mô hình thực) 1.4 Giới hạn đề tài Trung Trong thời gian thực hiện hạn hẹp, đề tài chỉ tập trung giải quyết những vấn đề chính: tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Thực hiện bản vẽ thiết kế chi tiết cơ khí (bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp). Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và lưu đồ điều khiển. Không tính toán tính kinh tế của việc sử dụng thiết bị. 1.5 Phương pháp thực hiện đề tài Đề tài được thực hiện theo các bước sau đây: ∗ Bước 1: Khởi tạo ý tưởng Tham khảo các máy đan vỉ đã được chế tạo và sử dụng ở các công ty sản xuất tấm vỉ trong nước cũng như các công ty nước ngoài. Dựa trên mục đích đề tài thiết kế máy đan tấm vỉ lót sàn composite đơn giản, dễ sử dụng tiến hành việc nghiên cứu tổng quát máy đan tấm vỉ cũng như các nhiệm vụ, chức năng, đặc tính làm việc của máy. Từ đó xác định cấu tạo tổng quát của máy, xác định các bộ phận cần có của máy, chức năng của từng bộ phận. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 3 Chương 1: Mở đầu ∗ Bước 2: Thiết kế Áp dụng các kiến thức đã được học về cơ khí (cơ học máy, cơ sở thiết kế máy, thiết kế hệ thống …), cũng như các kiến thức về điện, điện tử (điều khiển hệ thống, điều khiển tự động, PLC…). Quá trình thiết kế được tiến hành như sơ đồ Hình 1.2. Phát triển ý tưởng Dựa vào đặc điểm kỹ thuật, mục đích thiết kế của máy khởi tạo ý tưởng, phân tích, so sánh các ý tưởng. Lựa chọn và hoàn thiện ý tưởng tối ưu nhất. Thiết kế tổng thê Thiết kế hình dạng tổng quát, các phần, bộ phận, nguyên lý làm việc của máy dựa trên các đặc điểm làm việc, phương pháp điều khiển, tiêu chí thiết kế của máy. Phân tích, lựa chọn các cơ cấu truyền động, phương pháp điều khiển. Phân nhóm các bộ phận Phân máy thành từng bộ phận, modul nhỏ. Xác định nhiêm vụ, chức năng, đặc điểm của từng phần, modul. Tính toán, tạo bản vẽ chi tiết các chi tiết, các cơ cấu Trung tâmThiết Học @ Tài liệu tập cứu kế liệu chi ĐH Cần Thơ truyền động, các học bộ phận củavà máynghiên … tiết Tính toán, thiết kế chi tiết modul điều khiển, lựa chọn các linh kiện, động cơ … Mô phỏng và kiểm tra Dùng phần mềm lắp ráp các chi tiết, bộ phận máy lại với nhau, chạy mô phỏng và sửa lỗi. Dùng phần mềm mô phỏng hoạt động của modul điều khiển, các linh kiện, động cơ, kiểm tra và sửa lỗi. Hình 1.2 Sơ đồ các bước thiết kế máy đan tấm vỉ composite ∗ Bước 3: Viết chương trình (lưu đồ) điều khiển cho máy, kiểm tra và chỉnh sửa chương trình. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 4 Chương 2: Lược khảo tài liệu CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về vật liệu composite Vật liệu composite là vật liệu được chế tạo nên từ hai hay nhiều thành phần khác nhau bao gồm vật liệu nền và vật liệu cốt. 2.1.1 Vật liệu nền Liên kết các phần tử chất cốt, chuyển chất cốt từ dạng rời rạc thành liên tục làm tăng tính chất sử dụng. Ta có các loại vật liệu nền sau: Nền hữu cơ: nhựa nhiệt dẻo (thermoplastic), nhựa nhiệt cứng (thermoset) … Nền kim loại: hợp kim titan, hợp kim nhôm, … Nền khoáng: gốm 2.1.2 Vật liệu cốt Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Có tính cơ-lý-hóa cao hơn nhựa nền nên được đưa vào làm tăng khả năng chịu lực cho vật liệu nền. Ta có các loại vật liệu cốt sau: Cốt sợi: Sợi hữu cơ (polyamit, kevlar…), sợi khoáng (thủy tinh, carbon, …), sợi kim loại (Bo, nhôm, thép …). Cốt hạt: Hạt gốm, ….. Mỗi thành phần có một đặc tính cơ – lý – hóa riêng biệt, khi tổng hợp chúng sẽ tạo nên một vật liệu hoàn toàn mới, khác so với vật liệu ban đầu. Vật liệu mới đó được gọi là vật liệu composite với những đặc tính cơ – lý – hóa mới và ưu việt hơn so với các vật liệu ban đầu. 2.1.3 Vật liệu composite cốt sợi Sợi được sử dụng có thể ở dạng liên tục hay gián đoạn, ta có thể điều khiển sự phân bố phương của sợi để có vật liệu dị hướng theo ý muốn và có thể tạo ra vật liệu có cơ lý khác nhau khi ta chú ý đến: Bản chất của các vật liệu thành phần (cốt, nền, liên diện). Tỉ lệ của các vật liệu thành phần. Phương của sợi. Độ dài của sợi. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 5 Chương 2: Lược khảo tài liệu 2.1.4 Vật liệu composite cốt hạt Chất gia cường hạt thường được sử dụng để cải thiện một số cơ tính của vật liệu nền như: tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn, …. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu composite: Cơ tính của vật liệu thành phần (cốt, nền). Tác dụng tương hổ giữa các vật liệu thành phần. Luật phân bố của vật liệu cốt. Tỉ lệ của các vật liệu thành phần. Theo các tài liệu tham khảo ta có: Giá trị cơ tính của vật liệu compsite sợi ngắn thấp hơn giá trị cơ tính của sợi dài liên tục. Độ tập trung của vật liệu gia cường được xác định qua tỉ lệ thể tích hay tỉ lệ khối lượng. Đây là thông số quan trọng quyết định tính chất cơ học của vật liệu composite. Nếu vật liệu composite có: Vc : thể tích vật liệu composite Vf : thể tích vật liệu sợi Vm : thể tích vật liệu nền Thì: liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Trung tâm Học Tỉ lệ thể tích sợi: Vf = Vf Vc Tỉ lệ thể tích nền: Vm = Với: Vm Vc Vm = 1 - Vf ; Vc = Vf + Vm Nếu vật liệu composite có: Mc : khối lượng vật liệu composite Mf : khối lượng sợi Mm : khối lượng vật liệu nền Thì: Tỉ lệ khối lượng của sợi: Mf = Mf Mc SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 6 Chương 2: Lược khảo tài liệu Tỉ lệ khối lượng của nền: Mm = Mm MC Với : Mm = 1 - Mf ; Mc = Mf + Mm Khi xét 1 tấm vật liệu composite có sợi liên tục đẳng hướng ta có modul theo chiều dọc tấm composite và đồng phương với phương của sợi được xác định như sau: E// = VfEf + (1- Vf)Em Thông thường modul của sợi Ef >> Em (modul của nền) nên ta có thể viết: E// = VfEf Trung Từ 2 biểu thức trên ta thấy cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào cơ tính và tỉ lệ của các vật liệu thành phần. Với một tỉ lệ cho trước, luật phân bố vật liệu gia cường trong lòng vật liệu composite cũng rất quan trọng: Khi vật liệu gia cường được phân bố đều theo thể tích thì ta được vật liệu đồng nhất. Khi vật liệu gia cường không phân bố đều thì vật liệu composite bị phá hủy ở tâm Học liệu học và nghiên cứu nơi ít vật liệu gia ĐH cườngCần trước Thơ và kết @ quả Tài là độ liệu bền của vật tập liệu composite bị giảm đi. Trong trường hợp composite cốt dạng sợi thì phương của sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu. Đây là một đặc trưng nổi bật nhất của vật liệu compostie. Có nghĩa là ta có thể kiểm soát được tính dị hướng của vật liệu bằng cách chọn những phương án công nghệ phù hợp với tính chất mong muốn nhờ đó có thể kiểm soát cơ tính của vật liệu. 2.2 Cấu tạo tấm vỉ composite 2.2.1 Hình dạng tổng quát của tấm vỉ composite Tấm vỉ composite được tạo nên từ vật liệu nền là nhựa nhiệt rắn và vật liệu cốt là sợi thủy tinh có dạng như Hình 2.1 SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 7 Chương 2: Lược khảo tài liệu Hình 2.1 Cấu tạo tấm vỉ composite gia cường bằng sợi thủy tinh. Như liệu ta thấyĐH trên Cần Hình 2.1, tấm @ vỉ composite cấutập tạo từvà cácnghiên lớp sợi thủy Trung tâm Học Thơ Tài liệuđược học cứu tinh được thấm nhựa và đan lên nhau. 2.2.2 Phương pháp gia công tấm vỉ Các bước gia công tấm vỉ theo phương pháp thủ công được áp dụng ở nước ta: ∗ Bước 1: Quét chất chống dính lên bề mặt khuôn để sản phẩm dễ thoát khuôn và để cho việc làm vệ sinh khuôn được dễ dàng. ∗ Bước 2: Nhựa nguyên liệu (đã được trộn đều với màu và chất đóng rắn) ở dạng dịch lỏng, sợi thuỷ tinh ở dạng sợi cuộn. Khi gia công ta cho sợi đi qua dung dịch nhựa lỏng để sợi thấm đầy nhựa (đảm bảo rằng sợi được thấm đầy nhựa) rồi bố trí từng lớp qua khuôn như hình. Trong quá trình gia công tiến hành ép mẫu để lọai bọt khí đồng thời giúp nhựa thấm tốt hơn, tăng tỉ lệ sợi. Cứ tiếp tục như thế cho đến khi đạt chiều dày mong muốn. ∗ Bước 3: Để yên khuôn một thời gian (khoảng 2-3 giờ) cho quá trình đóng rắn xảy ra và mẫu đông cứng. ∗ Bước 4: Khi mẫu đã đóng rắn, ta tách mẫu ra khỏi khuôn. Làm vệ sinh khuôn để tiếp tục tạo mẫu mới. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 8 Chương 2: Lược khảo tài liệu 2.3 Cấu tạo máy 2.3.1 Khuôn tấm vỉ Khuôn tấm vỉ được chế tạo bằng thép hợp kim có độ nhẵn bề mặt cao nhằm mục đích cho tấm vỉ dễ thoát khuôn khi đã đông cứng. Ngoài ra do đặc điểm của hổn hợp sẽ đông cứng nhanh ở nhiệt độ cao (ở nhiệt độ khoảng 80 độ hổn hợp đông cứng nhanh hơn 5, 6 lần so so với nhiệt độ thường), để tiết kiệm thời gian đông cứng của hổn hợp cũng như tăng năng suất của máy, khuôn tấm vỉ còn có thể được thiết kế thêm bộ phận gia nhiệt giúp tấm vỉ được đông cứng nhanh hơn. Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Hình 2.2 Khuôn tấm vỉ được vẽ bằng phần mềm Pro/ENGINEER 2.3.2 Bộ phận cấp sợi Sợi ở dạng cuộn lớn được bố trí ở những vị trí thích hợp tùy vào vị trí đặt của máy. Sợi được dẫn tới máy ở dạng từng tép nhỏ thông qua các con lăn. 2.3.3 Bộ phận đan sợi 2.3.3.1 Phương pháp đan sợi Trong các bộ phận của máy thì bộ phận đan sợi cũng như phương pháp đan sợi vào khuôn và cách tẩm nhựa vào sợi là khâu quan trọng nhất, nó quyết định đến chất lượng của tấm vỉ cũng như năng suất của máy. Chính vì thế khi thiết kế ta cần chú ý đối với bộ phận này cũng như chọn phương án thiết kế tối ưu nhất. Chúng ta có nhiều phương pháp để đan sợi vào khuôn tạo thành tấm vỉ, sau đây là một vài phương án. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 9 Chương 2: Lược khảo tài liệu a. Phương án 1: Đan sợi vào khuôn nhờ 2 cơ cấu tịnh tiến theo 2 trục X, Y, sợi được tẩm nhựa bằng bộ phận phun nhựa Hình 2.3 Máy được thiết kê theo phương án 1 ∗ tâm Học ĐHbộCần @đan Tài cứu Máy liệu gồm các phận: Thơ Bộ phận sợi liệu (có 2 học cơ cấutập đan và sợi, nghiên một tịnh tiến theo trục X, một tịnh tiến theo trục Y), 1 cơ cấu phun nhựa, bàn XY cố định khuôn tấm vỉ. Ngoài ra còn có cơ cấu cố định sợi cho sợi được thẳng trong khi chờ phun nhựa.

 Trung     ∗ Bộ phận đan sợi đan từng lớp sợi vào rãnh khuôn theo trình tự: 1 lớp sợi theo trục X, một lớp sợi theo trục Y rồi sau đó nhựa được phun vào các rãnh nhờ cơ cấu phun nhựa. Cứ thế tiếp tục cho đến khi đầy khuôn. 
     
       ∗ Sợi được giữ tương đối thẳng. 
    ∗ Thiết kế phức tạp, khó thiết kế bộ phận phun nhựa, bộ phận đan sơi (do có đến 2 cơ cấu đan sợi chéo nhau). Sợi và nhựa chưa thật sự đươc thấm tốt với nhau.          b. Phương án 2: Đan sợi vào khuôn nhờ 1 cơ cấu tịnh tiến và xoay bàn XY, sợi được tẩm nhựa bằng bộ phận phun nhựa SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 10 Chương 2: Lược khảo tài liệu Hình 2.4 Máy được thiết kế theo phương án 2 ∗ Máy gồm các bộ phận: Bộ phận đan sợi (chỉ 1 cơ cấu đan nhựa tịnh tiến theo trục X), 1 cơ cấu ĐH phun Cần nhựa, bàn XY@ cố định và cóvà thể nghiên xoay, cơ cấu tâm Học liệu Thơ Tàikhuôn liệu tấm họcvỉ tập cứu cắt sợi. Cũng như phương án trên, ở đây cũng có cơ cấu cố định sợi trong khi chờ phun nhựa.

 Trung     ∗ Bộ phận đan sợi đan 1 lớp theo trục X, cơ cấu cắt sợi cắt đứt sợi khỏi khuôn, sợi được cố định nhờ cơ cấu cố định sợi. Bàn XY xoay 1 góc 90 độ, cơ cấu đan sợi đan tiếp lớp thứ 2, sợi được cắt. Nhựa được phun lên nhờ cơ cấu phun nhựa, kết thúc 1 chu kỳ. Chu kỳ được lập lại cho đến khi đầy khuôn. 
     
       ∗ Sợi được giữ tương đối thẳng, cơ cấu đan nhựa thiết kế đơn giản hơn so với phương án 1. 
    ∗ Khó thiết kế bộ phận phun nhựa, nhựa vẫn chưa được thấm đều vào sợi.          c. Phương án 3: Sợi được tẩm nhựa trước khi đan, đan sợi vào khuôn bằng 2 cơ cấu tịnh tiến theo 2 truc X, Y. SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 11 Chương 2: Lược khảo tài liệu Hình 2.5 Máy được thiết kế theo phương án 3 ∗ Máy gồm các bộ phận: Bộ phận cung cấp sợi, 2 bồn chứa nhựa (2 cơ cấu đan nhựa theo 2 trục X, Y có bồn chứa nhựa riêng), bộ phận điều chỉnh lượng nhựa thấm vào sợi, bộ phận cố định sợi lên khuôn, bộ phận đan sợi (gồm 2 cơ cấu đan tâm Học liệu ĐH Tàitheo liệu sợi, một di chuyển theo Cần trục X,Thơ một di@ chuyển trụchọc Y). tập và nghiên cứu

 Trung     ∗ Sợi được thấm ướt nhựa sau khi cho qua bể chứa nhựa thì được đưa qua cơ cấu điều chỉnh lượng nhựa thấm vào sợi (ở đây ta có thể điều chỉnh lượng nhựa thấm vào sợi bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa 2 con lăn). Sau đó sợi được đưa đến bộ phận đan sợi, sợi được đan lên khuôn theo trình tự 1 lớp sợi được đan theo trục X (có cơ cấu giữ sợi) rồi 1 lớp sợi được đan theo trục Y (có cơ cấu giữ sợi) rồi 1 lớp theo trục X … Cứ đan tuần tự như thế cho đến khi đầy các rãnh khuôn. ∗ Độ thấm nhựa của các sợi tương đối đều nhau, không có bọt khí, chất lượng tấm vỉ tương đối tốt. 
     
  
         ∗ Khó thiết kế bộ phận đan nhựa (do chồng chéo giữa 2 cơ cấu đan), máy có kích thước cồng kềnh do có tới 2 bồn chứa nhựa, 2 cơ cấu đan nhựa.          d. Phương án 4: Sợi được thấm nhựa trước khi đan, đan sợi vào khuôn bằng 1 cơ cấu tịnh tiến và bàn xoay XY SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 12 Chương 2: Lược khảo tài liệu Hình 2.6 Máy được thiết kế theo phương án 4 ∗ Máy gồm các bộ phận: 1 bồn chứa nhựa, bộ phận điều chỉnh lượng nhựa thấm vào sợi, bộ phận đan sợi (1 cơ cấu đan sợi tịnh tiến theo trục X), bộ phận cắt sợi, bộ phậnliệu cố đinh giữa@ cácTài bó sợi, bànhọc XY cố địnhvà khuôn tấm vỉ và tâm Học ĐHkhoảng Cầncách Thơ liệu tập nghiên cứu có thể xoay.

 Trung     ∗ Tương tự như phương án 3, sau khi được thấm nhựa sợi được đưa đến bộ phận đan sợi và được đan lên khuôn. Sau khi đan qua 1 lớp thì sợi được cắt và bàn XY sẽ quay khuôn 1 góc 90 độ, cơ cấu đan sợi đan tiếp lớp thứ 2 và sợi được cắt … cứ thế tiếp tục cho đến khi từng lớp sợi được thấm nhựa lắp đầy các rãnh khuôn. 
     
       ∗ Kích thước máy nhỏ, gọn. Độ thấm nhựa của các sợi tương đối đều nhau, không có bọt khí, chất lượng tấm vỉ tốt, dễ dàng thiết kế bộ phận đan sợi. 
    ∗ Thiết kế bộ phận cố định khoảng cách giữa các sợi tương đối khó.          SVTH: Nguyễn Hồng Phúc-Nguyễn Thủy Quốc Phong 13