Phân tích quy trình chế tạo chân vịt trong nước hiện nay

an ram tùy thuộc vào đường kính chân vịt. Đồng thanh nhôm – niken – sắt, kí hiệu БpΑЖH 9.4.4 và đồng mangan – nhôm – kẽm kí hiệu “HeBa 60” và “He Ba 70” Đây là các loại vật liệu có nhiều đặc tính tốt nhất so với các loại vật liệu hợp kim màu chế tạo chân vịt cho các tàu chạy biển với tốc độ > 15 HL/h. Các loại vật liệu này được áp dụng rộng rãi nhất cho các tàu biển lớn thuộc loại B3, B4 và B1 hoạt động ở vùng biển băng. Các khuyết tật được hàn bằng que hàn đồng БpΑЖH 9.4.4. Thép cacbon kí hiệu 25Л Là loại thép dễ đúc và gia công cơ, nhưng tính chống gỉ kém. Thường chỉ dùng chế tạo chân vịt cho tàu thông thường và tàu sông. Trường hợp đặc biệt mới dùng cho tàu biển. Thép không gỉ kí hiệu 1X14HДЛ. Có sức bền cao, chống ăn mòn tốt, nhưng sức bền mỏi do ăn mòn lại không cao. Dùng chế tạo chân vịt loại cao cấp và thông thường. Trong khi chế tạo, nếu phải hàn các khuyết tật thì phải tiến hành sau khi đã ram đến khi gia công nhiệt xong. Trong sửa chữa thì được phép đốt nóng cục bộ đến 1060o100oC trong 4 giờ và làm nguội bằng không khí. Sau khi hàn các khuyết tật, không phải gia công nhiệt, trừ trường hợp hàn ở cánh. Thép mangan không gỉ kí hiệu 0X16H4Л9AДФ Loại vật liệu này dùng để chế tạo chân vịt, tùy thuộc vào công dụng, loại tàu, tốc độ và đường kính chân vịt. Bảng 3 - Thành phần hóa học và đặc tính của hợp kim đồng dùng chế tạo chân vịt Ký hiệu vật liệu Nga (theo GOST) Thành phần hóa học % Đặc tính cơ học Quy định mẫu thử để xác định đặc tính cơ học Man gan Mn Sắt Fe Nhôm Al Niken Ni Kẽm Zn Tổng hợp chất khác Đồng Cu Giới hạn bền KG/mm2 Giới hạn bền KG/mm2 Dãn nở dài tương đối % Góc uốn độ Đồng -Mangan-Sắt ЛΜUЖ 55- 3-1 3 – 4 0,5-1,5 _ _ Còn lại 1 53 58 48 _ 20 30 Đúc mẫu thử riêng hoặc đúc thêm một đoạn dài làm mẫu thử Đồng-Nhôm-Sắt ЛAΜUЖ 67.5.2.2 2 – 3 2- 3 5-6 _ Còn lại 1 67 70 62 _ 12 25 Đúc mẫu thử riêng Đồng-Nhôm-Sắt-Niken БpΑЖH 9.4.4 < 1 4 -5 8,6-9,6 4-5 _ 0,8 Còn lại 66 22 16 _ Đúc mẫu thử riêng Đồng đặc biệt HeBa70 HeBa60 14,615,5 14 15,5 2,5 3,5 2,5 3,5 7,1 7,5 6,67 1,52,5 1,5 2,5 1,5 2,5 1,5 2,5 0,5 0,5 Còn lại Còn lại 70 62 30 28 16 20 _ _ Đúc mẫu thử riêng 2.1.3.2 Vật liệu chế tạo chân vịt hiện nay. Trên thực tế hiện nay ở các cơ sở hầu như vật liệu chế tạo chân vịt là đồng phế liệu. Khi mua đồng phế liệu về là nấu chứ không qua kiểm nghiệm. Hình 2.3: Đồng phế liệu trước khi nấu 2.1.3.3 Phương pháp chế tạo Tùy từng loại vật liệu được sử dụng mà ta có phương pháp chế tạo khác nhau. Đối với đồng thau và gang xám, chủ yếu là dùng phương pháp đúc. Đối với thép cac-bon thường dùng phương pháp hàn. Tuy nhiên đại đa số chân vịt hiện nay đều được chế tạo theo phương pháp đúc do các tính năng ưu việt của chân vịt đúc và đồng thời do ngành đúc thủ công của chúng ta phát triển từ lâu, thêm vào đó là việc áp những thành tựu khoa học kĩ thuật do công nghệ đúc ngày càng hoàn thiện. 2.2 TẠO MẪU ĐÚC CHÂN VỊT. 2.2.1 Lập bản vẽ mẫu. Bản vẽ thiết kế chân vịt được các trung tâm thiết kế thực hiện hoặc các công ty đóng tàu thiết kế. Các cơ sở đúc hiện nay do điều kiện không cho phép nên chỉ thực hiện quá trình đúc chứ không thực hiện quá trình thiết kế. Trên bản vẽ thiết kế, chân vịt được biểu diễn ở ba mặt chiếu: hình chiếu cạnh, hình chiếu bằng, hình chiếu thẳng (xem hình 2.4) Bản vẽ mẫu chân vịt được dựa trên cơ sở là bản vẽ thiết kế cộng thêm một lượng dư gia công trên cạnh và trên bề mặt cánh. Hình chiếu thẳng và hình chiếu bên của chân vịt mẫu được xây dựng theo trình tự như lập bản vẽ thiết kế. Tuy nhiên trên thực tế khi làm mẫu chân vịt không cần thiết lập hình chiếu thẳng và hình chiếu bên của chân vịt mẫu. So sánh với bản vẽ gia công ta thấy bản vẽ gia công đơn giản hơn. Bản vẽ gia công gồm hai hình chiếu: hình chiếu bằng, hình chiếu cạnh. Trên bản vẽ gia công nhìn vào bảng thông số chính chúng ta có thể biết được các thông số chính của chân vịt như: đường kính chân vịt D, tỷ số bước H/D, bước H, tỷ số đĩa , số cánh Z, chiều quay, trọng lượng… Khi gia công chủ yếu người công nhân dựa vào bảng tọa độ mép cánh. Nhìn vào bảng tọa độ ta có thể biết được các đại lượng: r/R, r và chiều dài L, chiều dày e của cánh tương ứng với từng tọa độ bán kính r. Ngoài ra dựa vào bản vẽ gia công ta còn biết được các thông số của củ chân vịt như: chiều dài củ chân vịt, đường kính củ chân vịt, đường kính lỗ trục… g Hình 2.4: Hình chiếu cánh chân vịt 2.2.2 Tạo mẫu chân vịt - Làm mẫu chân vịt là một khâu quan trọng trong quá trình chế tạo chân vịt. Chân vịt mẫu được chế tạo trên bản vẽ do các người thợ mộc đảm nhiệm. Bản vẽ mẫu chính là bản vẽ thiết kế sau khi người ta thêm vào đó các yếu tố: Lượng dư gia công trên mặt và cạnh của cánh, lượng bù đắp ở gốc cánh để phù hợp với góc đúc. Thông thường người ta làm mẫu chân vịt theo cách sau: Tạo mẫu chân vịt bằng gỗ Công việc tạo mẫu chân vịt bằng gỗ do người thợ mộc đảm nhận, thông thường việc tạo mẫu bằng gỗ được dùng cho các chân vịt có đường kính nhỏ và chủ yếu làm theo kinh nghiệm. - Gỗ được dùng làm mẫu là các loại gỗ thớ mịn, ít co rút, thường dùng là loại: vàng tâm (xá xị) - Đầu tiên người thợ mộc làm củ chân vịt bằng gỗ trên máy tiện, trên củ có khoan lỗ để bắt thước đo bước xoắn. Sau đó tiến hành làm cánh chân vịt trên một dụng cụ gọi là bệ tam giác bước, dùng để xác định dạng mặt đạp. Chế tạo bệ tam giác bước: - Như chúng ta đã biết, nếu chân vịt có bước xoắn không đổi, thì khi cánh chân vịt quay trong nước như đã trượt trên một tam giác có chiều dài cạnh đáy khác nhau ở mỗi bán kính. Nhưng có chung một chiều cao là bước chân vịt. Sau khi quay trọn một vòng cánh chân vịt được nâng lên một khoảng là H. Dựa trên nguyên tắc này để chúng ta chế tạo tam giác bước trong quá trình tạo mẫu chân vịt. - Vật liệu chế tạo tam giác bước là tấm tôn có chiều dày từ 46 mm đủ độ cứng và độ bền để chịu đựng lực gò chân vịt trên bệ. Việc chế tạo tam giác bước bằng tôn uốn cỡ 4 đến 6 bán kính ( r ), ví dụ ở các bán kính (0,3R; 0,5R; 0,7R; 0,8R; 0,95R). - Các kích thước và hình dạng (hình 2.3) được tính toán như bảng 4 Bảng 4 STT Thông số Cách tính Đơn vị Thứ tự mặt cắt 1 Thứ tự mặt cắt Chọn I II III IV 2 Bán kính r Chọn 3 Độ nghiêng tâm tại r Theo bản vẽ 4 Khoảng cách từ tâm đến bề mặt tam giác bước M = m + p 5 Chiều rộng cánh b Theo bản vẽ 6 Khoảng cách từ tâm đến mép đạp bước b1 Theo bản vẽ 7 Khoảng cách từ tâm đến mép thoát bước b2 Theo bản vẽ 8 Góc bước Tra bảng 9 Tang góc bước Tg=H/2r 10 Cạnh huyền của tam giác bước L = 120 11 Khoảng cách D D = l - sin 12 Khoảng cách A A = l - cos 13 Khoảng cách d d = M – (b2+10)cos 14 Khoảng cách h h = A + j 15 Khoảng cách c C = D - 2r +10 16 Khoảng cách n n = d + 10 - Trong công thức trên M = (mr + p) là chiều cao tâm cánh chân vịt tại vị trí bán kính r - p là chiều dài tấm phẳng đặt trên mặt tam giác bước. - Lỗ thoát (c = n) dùng trong trường hợp chân vịt có tỉ số mặt đĩa >1. - Cạnh huyền tam giác bước bằng ( b+20 ) + 200 mm nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc gia công trên bề mặt tam giác bước. Hình 2.5: Cấu tạo tam giác bước + Từ các kích thước trên ta tiến hành chế tạo tam giác bước bằng tôn tại các vị trí I, II, III, IV ứng với các bán kính r1 sau đó ta uốn chúng theo bán kính r1 rồi ghép chúng thành bệ tam giác bước như sau: Ta dùng tấm phẳng có chiều dày p, chiều dày khoảng cách giữa hai vị trí I và IV, chiều rộng cạnh huyền bằng tam giác bước. Ta đặt các tam giác bước I, II, III, IV theo các vị trí của chúng trên tấm phẳng rồi hàn chúng trên tấm phẳng .Các tam giác bước đặt tiếp xúc với tấm phẳng theo cạnh huyền, sau đó dùng tấm thép có chiều dày và chiều rộng như tấm phẳng, còn chiều dài thì bằng khoảng cách giữa I và II. Hàn các tấm này giữa các tam giác bước nhằm liên kết chúng tạo thành một khối vững chắc gọi là bệ tam giác bước (xem hình 2.6 ) Hình 2.6: Bệ tam giác bước dùng tạo mẫu chân vịt. Sau khi tạo bệ tam giác bước người ta tiến hành tạo dáng cánh sơ bộ bằng đất sét có chú ý tới chiều dày, dựa trên mẫu này người ta chọn khối gỗ để làm mẫu cánh như sau: + Cắt một miếng cao su mỏng theo dạng mặt trái của cánh ( kích thước thật của cánh) áp chặt và cố định miếng cao su trên bệ tam giác bước, do đã tính toán nên miếng cao su giờ đây chính là mặt đạp của cánh chân vịt. + Khi làm mẫu bằng gỗ người ta làm theo kinh nghiệm kết hợp với kiểm tra trên bệ tam giác bước bằng cách bôi màu vào miếng cao su và áp mẫu vào gỗ. Nếu mẫu gỗ ăn màu đều thì được coi là làm xong phần mặt đạp nước. Phần mặt hút của chân vịt được tạo nên mẫu gỗ bằng cách đo chiều dày ở các bán kính và gọt từng phần rồi kết hợp kiểm tra mẫu. +Tạo mẫu theo phương pháp này nhanh do người thợ mộc làm theo kinh nghiệm, tuy nhiên không được chính xác vì chỉ đảm bảo được mặt đạp. Thông thường chỉ làm mẫu cho các chân vịt có đường kính nhỏ (D600 mm). * Khi chế tạo xong một cánh và củ chân vịt, người ta dùng cánh chân vịt và củ chân vịt bằng gỗ đó để làm mẫu chế tạo ra chân vịt mẫu bằng nhôm. Chân vịt mẫu bằng nhôm sẽ được sử dụng làm mẫu đúc nhiều lần. 2.3 KĨ THUẬT ĐÚC CHÂN VỊT 2.3.1 Chế tạo khuôn đúc Quá trình chế tạo khuôn đúc bao gồm: chế tạo khuôn và lắp ráp khuôn. Những công việc trên đều được thực hiện ở một khu vực đã quy định của phân xưởng đúc. Chế tạo khuôn và lắp ráp khuôn là những khâu trọng yếu nhất của sản xuất đúc. Khuôn đúc có thể chế tạo bằng nhiều cách: + Làm khuôn trên và dưới nền xưởng. + Làm khuôn trong hòm khuôn + Làm khuôn bằng dưỡng + Làm khuôn bằng mẫu và mẫu xương. Tùy theo sản lượng của xưởng và mức độ cơ khí hóa, việc làm khuôn tiến hành theo những hình thức sau: + Làm khuôn bằng tay + Làm khuôn bằng máy + Làm khuôn tự động Tuy nhiên ở nước ta hiện nay chủ yếu là làm khuôn bằng tay và được thực hiện trong hòm khuôn 2.3.1.1 Vật liệu làm khuôn đúc bằng cát. Đối với phương pháp đúc bằng khuôn cát, muốn tạo được vật liệu dùng làm khuôn tốt, cần phải biết những yếu tố vật lý, hóa học, nhiệt học mà vật liệu phải chịu đựng, đồng thời phải nắm vững tính chất các loại vật liệu dùng làm khuôn đúc và tính chất các loại hợp kim đúc. - Vật liệu làm khuôn được chia ra thành hai thành phần: những vật liệu ban đầu và vật liệu phụ + Những vật liệu ban đầu: Gồm có hai nhóm vật liệu chịu nóng (các loại cát) và các vật liệu kết dính ( đất sét, chất vô cơ và chất hữu cơ). + Vật liệu phụ: như bột than, mùn cưa, lưu huỳnh…Là các vật liệu tạo nên một số tính chất cần thiết cho hỗn hợp làm khuôn như: làm đẹp bề mặt khuôn tăng khả năng chịu nóng, chống cháy… * Các vật liệu được dùng để tạo hỗn hợp làm khuôn. * Cát làm khuôn + Cát làm khuôn chiếm từ (8090%) khối lượng trong thành phần hỗn hợp. Kích thước hạt cỡ từ (0,223) mm + Cát có đặc tính là: Chịu nóng, trơ với kim loại lỏng và dẫn nhiệt tốt, khí thoát dễ, dãn nở nhiệt ít, chỉ cần một ít chất dính đã có độ bền cao, không độc hại, sử dụng được lâu dài, đồng thời phải có độ lớn cần thiết và hình dạng nhất định. + Trong sản xuất đúc thường dùng những loại cát sau: cát thạch anh, manhêdit và Zieckon. Trong đó cát thạch anh thường được sử dụng rộng rãi nhất. * Chất kết dính. Dùng pha vào cát để liên kết vật liệu hạt thành một khối, tạo cho hỗn hợp có những tính những tính chất công nghệ cần thiết, làm cho khuôn chịu đựng được lực tác dụng ở nhiệt độ cao. Thực ra sự có mặt của chất kết dính trong vật liệu hạt dễ làm cho phôi đúc bị rỗ khí và nứt. Tuy chất kết dính pha vào cát với một lượng không đáng kể, nhưng nó ảnh hưởng lớn đến tính chất của hỗn hợp cát, do đó có ảnh hưởng tới chất lượng vật đúc. Vì vậy nguyên tắc sử dụng và chọn chất kết dính là dùng một lượng tối thiểu đủ đảm bảo được yêu cầu. Chất kết dính cần đảm bảo được yêu cầu sau: + Tạo cho hỗn hợp làm khuôn một độ bền cần thiết. + Tạo cho hỗn hợp kết tính dẻo để in hình tốt nhưng không dính bám vào mẫu. + Hút nước ít, sinh khí ít. + Rẻ tiền, dễ kiếm. + Không độc hại. Các chất kết dính được sử dụng phổ biến là: chất vô cơ (đất sét, thủy tinh lỏng , xi măng), chất dính hữu cơ (các loại dầu, nhựa, tinh bột, nước mật…) Thành phần hỗn hợp làm khuôn đúc chân vịt. Muốn chế tạo được khuôn tốt, bảo đảm chất lượng cho phôi đúc hỗn hợp làm khuôn phải có những tính chất công nghệ thỏa mãn những yêu cầu của quá trình sản xuất đúc. - Các tính chất công nghệ của hỗn hợp làm khuôn gồm có: tính dẻo, bền, trượt, chịu nóng thông khí, co bóp, tính bám, hút ẩm, bền lâu và phá dỡ. - Đối với chân vịt đúc bằng đồng thau do nhiệt độ rót của đồng không cao, thường nhỏ hơn (1100oC – 1150oC) nên độ chịu nóng của hỗn hợp làm khuôn không cần cao như hỗn hợp đúc gang và đúc thép. - Hỗn hợp làm khuôn đúc ở các cơ sở đúc hiện nay thường dùng là các loại cát nửa béo pha chế theo thành phần sau: + (85%95%) cát: sử dụng cát thạch anh và samốt cỡ (0,221) mm. + (10%15%) đất sét: sử dụng đất cao lanh hoặc bentônit. + (0,3%1,5%) dầu ma dút. - Chất phụ gia được sử dụng gồm: bột than cỡ hạt0,16 mm, mùn cưa, bột lưu huỳnh. Quá trình tạo hỗn hợp làm khuôn. Quá trình tạo hỗn hợp làm khuôn phải trải qua 3 giai đoạn: + Chuẩn bị và chế biến những vật liệu ban đầu (cát mới, cát củ, chất dính và chất phụ): gồm các việc sấy, nghiền, phân loại, xử lý hóa học. + Tính phối liệu và trộn đều. + Ủ và đánh tơi hỗn hợp. - Việc tạo hỗn hợp được thực hiện theo sơ đồ sau: Cát mới Sấy Chất dính Chất phụ Nước Hỗn hợp cũ Ủ Trộn Sàng Nghiền Phân li từ tính Nghiền Làm tơi Làm khuôn Sàng Tái sinh cát 2.3.1.2 Hòm khuôn và dụng cụ làm khuôn Hòm khuôn. Khuôn đúc gồm hai nửa khuôn ghép lại, nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới. Việc tạo nửa khuôn dưới được thực hiện ngay trên nền đúc sau khi tạo một mặt phẳng chuẩn. Việc tạo nửa khuôn trên được tiến hành trong hòm khuôn sao cho việc đảm bảo ghép chính xác với khuôn dưới trên mặt phẳng chuẩn. Dụng cụ làm khuôn. Được phân thành 5 loại theo đặc tính sử dụng, cấu tạo (xem hình 2.7) * Loại dụng cụ phục vụ cho công việc chuẩn bị làm khuôn: + Nivô: dùng để kiểm tra độ ngang phẳng của mặt khuôn, độ ngang phẳng của các thanh dãn khi làm khuôn dưới nền, hiệu chính mẫu. + Rây đứng: Dùng chuẩn bị cát đệm, loại bỏ cục to, gạch và kim loại bên trong hỗn hợp. + Rây tay: Dùng rắt đều cho chất phân cách giữa hai mặt ráp khuôn. Rây rải đều cát phủ kín mặt mẫu. + Xẻng: Dùng đào cát ở nền xưởng, làm tơi hoặc xúc trộn vào hòm khuôn * Loại dụng cụ đầm chặt hỗn hợp + Chày giã chuyên dùng: khi làm khuôn dùng chày giã chuyên dùng để đầm chặt cát. Chày có thể làm bằng gỗ cứng hoặc gang. Khi mẫu đúc tinh vi dễ hỏng thì phải dùng chày bằng cao su. + Chày giã thường: Dùng để giã cát trong hòm khuôn và giã cát khi làm dưới nền. + Chày giã đầu nhọn: Dùng để giã cát ở mép thành khuôn, gần mẫu ở những chỗ hẹp. + Chày giã đầu bằng: Dùng để giã lớp trên cùng. + Chày hơi: dùng cho làm khuôn bằng tay và làm khuôn cỡ lớn. * Dụng cụ phục vụ cho việc lấy mẫu và hộp ruột. + Búa gỗ: Dùng gõ vào mẫu gỗ và thành hộp ruột trước khi rút mẫu khỏi khuôn. + Dụng cụ lấy mẫu: Dùng đóng hoặc xoáy chặt vào mẫu để rút ra khỏi khuôn. + Dùi nhọn dùng để rút mảng rời. + Dùi có ren dùng để rút mẫu. + Chổi lông: Dùng tẩm nước để thấm ướt vào mép cát quanh mẫu trước khi rút mẫu lên, đôi khi dùng thấm ướt để sửa chữa chỗ sứt mẻ. * Dụng cụ phục vụ khâu sửa, là bề mặt khuôn: + Phun: Dùng làm ẩm mặt khuôn trước khi làm phẳng mặt hoặc để phủ lớp dung dịch lên mặt khuôn . + Bay: Dùng làm nhẵn, phẳng những mặt rộng, cắt rãnh dẫn, đào cốc rót, lỗ đậu ngót, xẻ rãnh. Bay có ba loại: đầu phẳng, đầu nhọn và đầu tròn. + Thìa đầu nhẵn: công cụ như bay : vá, sửa, là phẳng chỗ cong. + Các loại móc: Dùng lấy cát rơi xuống rãnh hẹp và sửa rãnh hẹp. + Thìa chữ s: dùng để sửa rãnh vòng cung sâu và hẹp. + Tang trống: dùng sửa, là phẳng tiết diện hình e lip. * Dụng cụ làm sạch cát bụi: + Quạt da: dùng thổi sạch cát bụi rơi trong khuôn cỡ nhỏ. + Đầu thổi: dùng không khí nén thổi sạch cát bụi ở khuôn lớn. Hình 2.7: Các dụng cụ làm khuôn Các bước tiến hành làm khuôn. Bước 1: Tạo nửa mặt khuôn dưới của chân vịt - Chuẩn bị một đống cát sau khi đã pha trộn các chất phụ gia (bột than, mùn cưa) và được làm tơi. - Dùng pa lăng kéo chân vịt mẫu và hạ thẳng xuống đống cát như hình 2.8 Hình 2.8 - Sau đó người công nhân dùng tay cân chỉnh và một số dụng cụ chuyên dùng như: búa gỗ ấn chân vịt nén chặt xuống cát và lấy cát phủ lên trên các mép cánh ở mặt trên của cánh chân vịt (mặt đạp) như hình 2.9 Hình 2.9: Cách tạo nửa khuôn mặt dưới. - Dùng pa lăng kéo chân vịt mẫu lên. Người công nhân dùng các loại bay, chổi lông chỉnh sửa. Sau khi chỉnh sửa ta sẽ được nửa khuôn mặt dưới của cánh chân vịt (hình 2.10) Hình 2.10: Mặt dưới khuôn chân vịt sau khi làm xong Bước 2: Tạo nửa mặt khuôn trên của chân vịt (nửa khuôn mặt đạp) - Sau khi chỉnh sửa xong mặt khuôn dưới hạ cánh chân vịt mẫu xuống như ban đầu. - Dùng các khung khuôn mặt trên hình úp xuống từng cánh chân vịt. Khung khuôn có cấu tạo là những khung nhôm có biên dạng giống cánh chân vịt như hình 2.11 Hình 2.11: Khung nửa khuôn trên của chân vịt - Sau đó lấy cát phủ lên và nén chặt - Khi nén chặt cát xong ta nhấc từng nửa khuôn trên lên.Người công nhân sẽ dùng các dụng cụ chuyên dùng như: chổi lông, bay tròn, bay dẹt và nước để chỉnh sửa như hình 2.12 Hình 2.12 - Sau khi chỉnh sửa xong rắc một lớp cát trắng lên trên mặt mục đích nhằm hút ẩm. - Tiếp đó lấy củi đốt ở phía sau mặt khuôn để sấy khô cát như hình 2.14 Hình 2.13: Mặt trong nửa khuôn trên của cánh chân vịt Hình 2.14: Sấy mặt trong nửa khuôn trên của cánh chân vịt Bước 3: Làm khuôn củ chân vịt: Khuôn củ chân vịt có cấu tạo gồm hai nửa hình trụ bằng sắt ghép lại. Trên hình 2.15 là nửa khuôn củ chân vịt sau khi chế tạo xong. Hình 2.15 Bước 4: Làm hệ thống rót: hệ thống rót gồm các ống kim loại (hình 2.16 ), Người công nhân dùng thanh gỗ đặc đã được tiện tròn có đường kính bằng một nửa đường kính ống kim loại luồn vào trong ống. Sau đó cho cát vào và nén chặt. Khi đã nén đầy cát sẽ rút thanh gỗ ta sẽ được một ống rót. Tùy thuộc vào số cánh chân vịt mà ta làm ống rót (mỗi cánh chân vịt có một ống rót). Hình 2.16: Hệ thống rót Bước 5: Sau khi sấy khô xong các nửa khuôn trên và khuôn củ chân vịt, đồng thời dùng pa lăng kéo chân vịt mẫu lên. Lần lượt úp các nửa khuôn trên sao cho khớp với nửa khuôn dưới và lắp khuôn củ chân vịt, hệ thống rót (hình 2.17). Hình: 2.17: Hệ thống rót - Bước tiếp theo lấy các thanh đè bằng sắt đè lên khuôn để khi rót đồng tránh khuôn bị biến dạng. (hình 2.18) Hình: 2.18 2.3.2 Nấu và rót vật liệu. 2.3.2.1 Nấu đồng. Đặc điểm của hợp kim đồng là dễ oxi hóa khi ở trạng thái lỏng. Oxit kim loại làm giảm cơ tính của hợp kim đồng. Vì vậy cần phải có biện pháp chống oxi hóa kim loại trong quá trình nấu bằng cách khống chế môi trường khí lò, tốt nhất là tạo khí lò trung tính có chứa rất ít oxi tự do. Đặc điểm thứ hai là phải tìm biện pháp chống hút khí vào kim loại lỏng, khí có trong hợp kim đồng nhiều, nếu trong quá trình kết tinh không thoát ra hết, sẽ làm giảm cơ tính. Khí có hại nhất là khí hydro. Vì vậy biện pháp tốt nhất khi nấu là phải dùng vật liệu khô và sạch, các loại nguyên liệu trước khi cho vào nấu đều phải nung cho hết ẩm, dầu mỡ và sơn. Mặt khác cần nấu nhanh và khống chế nhiệt độ của hợp kim. Khi nấu dùng chất trợ dung (còn gọi là chất bảo vệ) che phủ mặt kim loại lỏng, vừa chống được hiện tượng hút khí, vừa chống được hiện tượng oxi hóa. Chất trợ dung còn có tác dụng khử tạp chất có hại trong hợp kim. Chất bảo vệ thường dùng là than củi, thủy tinh vụn, borac, natri, cacbonat, clorua kẽm. Chất khử khí: Khi nấu hợp kim đồng phải khử khí bằng đồng photpho. Trên thực tế tại các cơ sở chế tạo đồng mua về là cho vào nồi nấu chứ không được nung và không cho thêm các chất trợ dung. 2.3.2.2 Rót đồng * Nhiệt độ rót kim loại vào khuôn. Nhiệt độ rót có ảnh hưởng tới chất lượng đúc. Nhiệt độ rót cao quá và thấp quá đều không tốt. Nhiệt độ cao quá dễ cháy cát ở bề mặt vật đúc, bề mặt khuôn dễ bị xói lở. Nếu nhiệt độ thấp quá kim loại không điền đầy toàn bộ khuôn, khí ở khuôn khi nhiệt độ kim loại thấp cũng khó thoát ra ngoài nên dễ gây rỗ khí. Biện pháp có lợi nhất là nấu ra kim loại có nhiệt độ cao, tháo ra nồi rót chờ cho nhiệt độ giảm xuống đến mức quy định thì rót, như vậy khí, tạp chất trong kim loại nổi lên được nhiều, đảm bảo chất lượng vật đúc. * Phương pháp rót, khi đã lấy đủ lượng kim loại cần thiết mới đưa đi rót. Thứ tự thao tác khi rót như sau: - Gạt xỉ: trước khi rót cần gạt hết xỉ, động tác, thao tác gạt xỉ phải khẩn trương để tránh nhiệt độ kim loại bị giảm nhiều. Khi gạt xỉ không gạt qua miệng dùng rót kim loại vào khuôn mà phải gạt ở phía đối diện. - Rót: khi rót nên để miệng rót gần cốc rót, không nên để cao quá gây bắn tóe. Không được rót ngắt dòng, phải rót đều tay, lúc đầu rót nhanh về cuối giảm tốc độ rót. Nếu rót gián đoạn, vì kim loại trong cốc tụt xuống thấp, sau đó lại đổ kim loại vào thì xỉ đã chảy vào khuôn. Khi đã rót đầy khuôn đợi một thời gian để mức kim loại ở cốc rót tụt xuống lại rót bổ sung thêm từ miệng khuôn củ chân vịt. (hình 2.20) Hình 2.19: Rót đồng vào khuôn Hình 2.20: Rót thêm đồng vào miệng khuôn củ chân vịt 2.3.3 Phá khuôn, làm sạch vật đúc + Phá khuôn: là lấy vật đúc và cát ra khỏi hòm khuôn. Đây là công việc nặng nhọc và độc hại cần phải được cơ khí hóa và tự động hóa. Thiết bị phá dỡ khuôn có nhiều loại, chọn kiểu nào phải căn cứ vào điều kiện cụ thể của xưởng. Trong sản xuất hàng loạt nhỏ thường dùng đòn rung. Muốn phá dỡ khuôn chỉ việc móc khuôn lên đòn cho khí nén vào piston, xilanh rung, làm sụt hỗn hợp làm khuôn và vật đúc ra ngoài hòm khuôn. + Vật đúc sau khi đã phá dỡ khuôn, phải kiểm tra sơ bộ bằng mắt thường, nếu tốt mới đưa đi làm sạch. Làm sạch vật đúc gồm: cắt bỏ hệ thống rót, ngót, tẩy sạch cát dính bám ở bề mặt. Hình 2.21: Chân vịt đúc sau khi dỡ khuôn 2.4 GIA CÔNG CHÂN VỊT SAU KHI ĐÚC. Để tạo chân vịt thành sản phẩm đảm bảo các chức năng làm việc, chân vịt sau khi được đúc ở lò đúc cần phải qua các công đoạn: gia công cơ đi kèm với kĩ thuật kiểm tra các thông số và chất lượng chế tạo, sau đó xử lý nhiệt để tăng bền vật liệu chế tạo. Gia công cơ khí Gia công củ chân vịt. Đối với sau khi đúc xong, củ chân vịt cần phải gia công các phần sau: + Gia công bề mặt trước và sau chân vịt + Gia công may ơ củ chân vịt. + Gia công rãnh then - Việc gia công may ơ củ chân vịt được gia công trên máy tiện IGAKI có Dmax = 2m như hình 2.22 - Việc gia công rãnh then được thực hiện trên máy bào sọc. Hình 2.22: Máy tiện IGAKI Cạo xỉ. Sau khi đúc xong trên chân vịt có dính đất và tro than của khuôn, ta dùng bàn chải bằng sắt chà mạnh khắp lượt chân vịt cho đều và sạch. Sau đó tiếp tục dùng dao cạo xỉ (chú ý cạo xỉ không được để bề mặt bị trày xước, phải cạo nhẹ tay). Hàn đắp. Trong quá trình đúc, do sai sót ở khâu nào đó nên khi phá khuôn phát hiện trên chân vịt bị thiếu hụt vài phần, do đó cần bù đắp lượng thiếu hụt đó bằng một lượng đồng thích hợp. Hoặc khi phát hiện trên cánh chân vịt bị nứt, rỗ đúc ta cũng phải dùng phương pháp hàn đắp để khắc phục. Trước khi hàn cần phải đưa chân vịt đi nung nóng nên một nhiệt độ cần thiết (600o-700oC) để tránh cánh chân vịt bị cong nên khi hàn. Mài cánh chân vịt. Để gia công bề mặt trước và sau củ chân vịt ta dùng phương pháp mài. Do khi đúc mặt đạp chân vịt quay xuống dưới, nên mặt trước chân vịt được chế tạo như bản mẫu còn mặt sau là miệng rót do đó gồ ghề và lượng dư lớn. Người ta dùng dũa bén để đảm bảo đường kính thiết kế sau đó tiến hành mài mặt sau. Mặt sau được mài bằng máy mài tay kết hợp với kiểm tra củ chân vịt bằng thước cặp, khi lượng dư còn khoảng 1 2mm thì dùng dũa để dũa. Chú ý khi mài chân vịt phải được cố định chắc chắn bằng các êtô cặp cánh. Sau khi mài xong hai mặt của củ chân vịt ta tiến hành gia công may ơ chân vịt. Moay-ơ chân vịt có dạng hình côn, độ côn được chọn từ (1/151/10) và được gia công trên máy tiện đứng. Đối với chân vịt có đường kính củ chân vịt nhỏ (Do<60mm) thì đưa gia công moay-ơ trực tiếp, còn đối với chân vịt có Do lớn thì ta phải khoan lỗ trước khi tiện. Hình 2.23 : Máy bào sọc Việc mài bề mặt chân vịt được thực hiện sau khi cạo sạch xỉ dính trên bề mặt chân vịt, nhằm gia công bề mặt cánh, đánh bóng bề mặt, nhất là khi chân vịt không cân bằng ta phải bỏ bớt một lượng vật liệu trên cánh bằng cách mài mặt hút chân vịt. - Việc mài chân vịt được tiến hành theo hai công đoạn sau: + Mài thô: việc mài được thực hiện bằng máy mài cầm tay và dũa. + Mài tinh: Dùng để đánh bóng bề mặt được thực hiện bằng tay. - Việc chọn vật liệu đá mài phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chân vịt như sau: Bảng 2 Vật liệu chân vịt Vật liệu nhám Độ hạt Độ cứng đá mài Chất dính Đồng thau Sđ 3646 MV2 – MV1 G Sđ 60 MV2 – MV1 G Thép đúc Cn 24 CV1 – TB1 G Cn 46 CV1 – TB1 G Thép hợp kim Sx 46 MV1 G Sx 6080 MV3 G Gang đúc Sđ 2436 MV2 – MV1 G Sđ 60 MV1 G Hình 2.24: Các loại đá mài kiểu đĩa - Việc mài thô được tiến hành trên máy mài tròn ngoài loại cầm tay, đá mài kiểu đĩa. Trước khi mài chân vịt phải được cố định bởi các êtô cặp ở cánh. Mài thô bề mặt chân vịt được tiến hành theo phương pháp mài ngoài không tâm, mài từng lượng nhỏ vật liệu kết hợp với việc kiểm tra độ dày để xác định lượng dư gia công. Hình 2.25: Máy mài cầm tay - Đầu tiên ta mài ở mặt đạp chân vịt trước và kiểm tra bằng một dụng cụ gọi là mặt dưỡng chân vịt. Dưỡng chân vịt được làm từ hỗn hợp đất sét dẻo, cát và mật, trên bề mặt dưỡng có độ cong bề mặt phù với mặt đạp của chân vịt thiết kế, khi kiểm tra bề mặt đạp chân vịt ta dùng bột màu bôi dưỡng và áp vào bề mặt đạp chân vịt, căn cứ vào lượng bột màu dính ở cánh chân vịt mà người ta nhận biết lượng dư vật liệu trên mặt đạp để mài cho phù hợp. - Sau khi mài xong mặt đạp ta tiến hành mài mặt hút của cánh chân vịt. Việc mài mặt hút của cánh chân vịt được thực hiện kết hợp với việc đo chiều dày của cánh bằng thước đo bước xoắn chuyên dùng, theo nguyên tắc sau: lấy một điểm i thuộc bán kính r1 trên cánh, dựa theo bản thiết kế ta tính được khoảng cánh của điểm i đến bề mặt sau của cánh chân vịt là h11, dùng thước đo bước xoắn xác định khoảng cách của điểm i (ở bề mặt chưa gia công) đến mặt sau của cánh chân vịt là h12 và ta tính được lượng cần gia công ở điểm i là Di = h12 - h11. Thông thường ta chọn từ 45 điểm trên mỗi bán kính và tính từ 5 bán kính trên mỗi cánh trở lên (r1 = 0,2R,…) Hình 2.26: Dùng thước đo bước xoắn để đo bước xoắn và chiều dày cánh - Bước tiếp theo người ta tiến hành cắt biên dạng cánh chân vịt. Người công nhân dựa vào bản vẽ thiết kế để cắt biên dạng cánh. Khi cắt xong một cánh lấy giấy áp vào cắt theo biên dạng đó. Các cánh còn lại được cắt như sau: áp tờ giấy biên dạng mẫu vào từng cánh, dùng bút lông vẽ lên cánh và tiến hành cắt như hình Hình 2.27: Cắt biên dạng cánh - Sau khi mài thô, người ta chừa lại một lượng dư khoảng 0,50,7 mm và tiến hành mài tinh nhằm tạo bề mặt độ bóng đồng thời gia công phần lượng dư gia công còn lại được chính xác. Quá trình mài tinh được tiến hành bằng tay hay trên máy đánh bóng hoặc trên máy thủy lực có kèm với việc sử dụng bột màu. Đánh bóng chân vịt. Đánh bóng chân vịt là một nguyên công gia công tinh để đạt được độ nhẵn bề mặt cao, sau khi qua đủ các công đoạn đã được trình bày trên. Việc tiến hành đánh bóng chân vịt nhằm giảm ma sát khi chân vịt hoạt động trong nước, tránh các hiện tượng tróc rỗ bề mặt của cánh trong môi nước đồng thời tăng vẻ thẩm mỹ của sản phẩm. Thực tế các cơ sở không đánh bóng mà chỉ sơn bóng chân vịt. 2.4.2 Gia công nhiệt. Sau quá trình gia công và sửa chữa chân vịt bị biến dạng. Hiện tượng này sau này là nguồn gốc của quá trình rạn nứt trong khi sử dụng. Cho nên để tránh hiện tượng này sau khi kiểm tra sửa chữa xong chân vịt chân vịt phải được xử lí nhiệt bằng cách ram từ 350oC 550oC. Thực tế chỉ có một số ít cơ sở đúc có đủ điều kiện cơ sở vật chất mới thực hiện công đoạn này. Còn đại đa số hiện nay chân vịt hiện nay không được ram. 2.4.3 Yêu cầu về gia công 2.4.3.1 Dung sai Dung sai cho phép: việc hạn chế những sai số của các yếu tố hình học chân vịt so với trị số thiết kế chân vịt sẽ làm giảm bớt ảnh hưởng của những yếu tố công nghệ ấy đến tính hiệu quả của chân vịt và tàu nói chung. Ví dụ: qui định những sai số về bước, về đường kính, chiều dày và chiều rộng cánh chân vịt sẽ dẫn đến việc hạn chế được ảnh hưởng đến những sai số về vòng quay chân vịt và hệ số có ích của chân vịt. Sai số về chiều dày cánh sẽ ảnh hưởng đến việc hạn chế những thay đổi về những thay đổi về ứng suất sinh ra khi chân vịt làm việc, những sai số về vị trí cánh theo đường tròn sẽ đảm bảo cho mức độ cân bằng tĩnh của chân vịt, sai số về vị trí cánh theo chiều dọc trục và sai số về góc nghiêng cánh sẽ đảm bảo được tính cân bằng động của chân vịt. 2.4.3.2 Độ bóng Yêu cầu về độ bóng bề mặt. Trị số 500 trong bảng 9 là chiều cao trung bình của độ gồ ghề bề mặt đối với chân vịt cấp cao thì mép chân vịt phải được gia công với độ bóng như ở cánh, nhưng không thấp hơn Ñ3, còn đối với chân vịt cấp thông thường: Ñ3. Riêng với chân vịt biến bước độ bóng bề mặt xác định theo yêu cầu kĩ thuật cho trước. Các gờ định lỗ may ơ chân vịt phải đảm bảo độ bóng không thô hơn Ñ6. Bảng 3 – Độ bóng gia công cánh và may ơ chân vịt Đường kính chân vịt mm Chân vịt cấp cao Chân vịt cấp thông thường Bằng đồng Bằng thép không gỉ Bằng thép không gỉ Bằng thép cacbon hoặc gang Độ bóng bề mặt của cánh ở các bán kính lớn hơn 0,3R 300 – 400 lớn hơn 1000 Ñ6 Ñ6 Ñ5 Ñ4 Ñ3 Ñ1 Ñ5 500 Độ bóng bề mặt của cánh ở các bán kính 0,3R và may ơ 300 – 400 lớn hơn 1000 Ñ5 Ñ4 Ñ4 Ñ3 Ñ1 500 500 500 2.5 HOÀN THIỆN SẢN PHẨM. Tất cả các loại chân vịt đều đòi hỏi được gia công lắp ráp và thử nghiệm theo những yêu cầu kĩ thuật chặt chẽ. Trước khi xuất xưởng chân vịt phải được đóng các ký hiệu sau đây ở một bên của may ơ: dấu hiệu của xưởng chế tạo bước xoắn, chiều quay, ký hiệu vật liệu, ngày xuất xưởng, số hiệu tiêu chuẩn và dấu OTK, dấu nghiệm thu của đăng kiểm… 2.5.1 Kiểm tra các thông số. Trong quá trình gia công cơ chân, cũng như sau khi đã cho ra chân vịt thành phẩm. Ta phải tiến hành kiểm tra các thông số và các khuyết tật của chân vịt một cách cẩn thận, chính xác, để đưa ra các biện pháp sửa chữa nhằm bảo đảm các tính năng làm việc của chân vịt. Quá trình kiểm tra chân vịt gồm: + Kiểm tra vết nứt, khuyết tật phôi đúc. + Kiểm tra tỉ số mặt đĩa. + Kiểm tra bước xoắn. + Kiểm tra góc nghiêng của cánh. + Kiểm tra chiều dày cánh. Tất cả những công việc kiểm tra trên đều do công nhân làm và kiểm tra bằng mắt thường. Trong nhiều trường hợp còn bỏ sót các quá trình kiểm tra. 2.5.2 Kiểm tra tính cân bằng của chân vịt. Công việc này thường được tiến hành sau khi kiểm tra các kích thước hình học và kiểm tra độ bóng cũng như chất lượng bề mặt chân vịt. Chân vịt được xem là cân bằng nếu như trọng tâm và trục quán tính chính của nó trùng với trục quay của chân vịt. Do sai số trong gia công, vật liệu chế tạo chân vịt không đồng nhất, khối lượng của các cánh và may ơ phân bố không đều nhau nên trọng tâm của chân vịt không nằm trùng với tâm quay. Hiện tượng này nếu không được khắc phục thì khi làm việc sẽ mất cân bằng, có thể gây chấn động thân tàu, rung động vỏ tàu, làm tăng thêm độ mòn của động cơ hoặc các gối đỡ trục, hiệu suất giảm… Do vậy sau khi gia công và sắp thành phẩm chân vịt phải được cân bằng nhằm đưa về trọng tâm của chân vịt về tâm quay của nó. Cân bằng tĩnh chân vịt * Cấu tạo bệ thử cân bằng tĩnh.(Hình 2.28) - Khung của bệ thử gồm những thanh sắt chữ V được hàn với nhau. - Chân bệ được thiết kế với những thanh sắt chữ V có tiết diện lớn hơn thanh khung. Diện tích chân bệ lớn có tác dụng giữ thăng bằng và cố định bệ thử. - Mặt trên của khung gắn hai trục quay. Khoảng cách của hai trục quay tới mặt đất không bằng nhau là để cân bằng tĩnh các chân vịt có đường kính khác nhau. Hình 2.28: Bệ thử cân bằng tĩnh * Các bước cân bằng tĩnh. - Dùng palăng kéo chân vịt lên cao ngang bằng với độ cao của trục quay. Sau đó lắp chân vịt vào trục quay. - Tiến hành quay chân vịt, nếu cánh nào nặng hơn thì nó trở về vị trí nằm dưới. - Người ta đánh dấu cánh chân vịt nặng hơn. Sau đó tháo ra và mài. Thông thường người ta mài mặt hút của cánh chân vịt. - Sau khi ước chừng mài được một lượng dư nhất định. Người ta lại đưa chân vịt lên trục quay bệ thử và quay nếu cánh nào nặng thì lại đánh dấu và tháo ra mài. Quá trình này cứ lặp lại cho đến khi nào chân vịt có thể đứng yên ở vị trí bất kì nào của cánh trên trục quay. b> Cân bằng động. + Thực tế tại các cơ sở đúc không có bước kiểm tra cân bằng động. CHƯƠNG III PHÂN TÍCH CÁC ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP Qua quá trình khảo sát thực tế em nhận thấy quy trình chế tạo chân vịt trong nước hiện nay có những ưu nhược điểm sau: 3.1 ƯU ĐIỂM - Ưu điểm lớn nhất của quy trình đúc hiện nay là đáp ứng nhu cầu chế tạo đơn lẻ, phù hợp với mỗi tàu cá. - Tận dụng được những nguyên vật liệu có sẵn ở trong nước và dễ kiếm như cát để làm khuôn, gỗ để làm mẫu chân vịt,… - Quy trình đúc phù hợp với một số nơi trên nước ta có nền kinh tế chưa phát triển cao. 3.2 NHƯỢC ĐIỂM CỦA QUY TRÌNH ĐÚC HIỆN NAY VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT. Quy trình đúc hiện nay có những nhược điểm sau: 3.2.1 Độ chính xác không cao. Chân vịt hiện nay đúc ra có độ chính xác không cao do những nguyên nhân sau: - Hiện nay hầu như ở các cơ sở chế tạo chân vịt mẫu bằng gỗ đều do người thợ mộc chế tạo theo kinh nghiệm. Sau đó dùng chân vịt mẫu gỗ để đúc ra chân vịt mẫu bằng nhôm. Mặt khác khi chế tạo xong mẫu không được kiểm tra nên chắc chắn độ chính xác sẽ không đảm bảo. - Đối với chân vịt đúc khó nhất là khâu thiết kế công nghệ đúc và làm mẫu. Nếu thiết kế công nghệ sai thì rất khó ra được sản phẩm, làm mẫu sai thì đương nhiên sai sản phẩm hoặc thợ làm khuôn rất khó. - Công nghệ đúc dựa theo kinh nghiệm từ mẫu chân vịt ở dân gian, mẫu chân vịt chưa thật tốt. Do đó chất lượng sản phẩm còn phụ thuộc vào tay nghề, kinh nghiệm mẫu đúc của từng cơ sở. Nên theo‎ ý kiến tôi, khi chân vịt mẫu bằng gỗ chế tạo xong phải được kiểm tra đầy đủ các thông số. - Do đúc bằng khuôn cát nên lượng dư gia công nhiều. Khi gia công phải mất công đoạn cắt biên dạng cánh. - Việc tạo khuôn đúc ở các cơ sở hiện nay chủ yếu làm bằng tay. Nên sản phẩm làm ra không nhiều, và chất lượng khuôn đúc phụ thuộc vào tay nghề người thợ. Theo em được biết các nước tiên tiến trên thế giới đều đúc bằng khuôn kim loại. Nên các cơ sở chế tạo có thể thay khuôn đúc bằng cát bằng khuôn kim loại khi sản xuất trên quy mô rộng lớn. Ưu điểm của khuôn kim loại: - Năng suất cao: Tăng 2 – 5 lần so với khuôn cát, vì khuôn được dùng lâu, với một khuôn có thể đúc được hàng trăm vật đúc bằng thép, gang hoặc hàng ngàn vật đúc bằng hợp kim màu. - Chất lượng tốt: vật đúc có tổ chức sít chặt, cơ tính cao (tăng 10 – 30 % so với khuôn cát), độ chính xác và độ nhẵn bề mặt tốt, lượng dư gia công nhỏ (Giảm 2÷3 lần so với đúc trong khuôn cát). Trong một số trường hợp không cần và không nên gia công cơ vì bề mặt vật đúc có khả năng chịu mài mòn và chống ăn mòn tốt. - Tiết kiệm kim loại và vật liệu làm khuôn, diện tích xưởng và thời gian gia công cơ. - Dễ cơ khí hóa, tự động hóa, vì các khâu làm khuôn, ráp khuôn, phá khuôn bị loại bỏ. - Giá thành sản phẩm giảm nếu sản lượng đúc phù hợp. - Không đòi hỏi tay nghề thợ cao. - Đặc điểm về tương tác giữa khuôn kim loại và vật đúc ổn định hơn so với khuôn cát, do đó giảm các yếu tố chủ quan và chủ quan gây phế phẩm vật đúc. - Giảm ô nhiễm môi trường. * Thiết kế lòng khuôn kim loại thường sử dụng phần mềm Pro/engineer. Các bước thiết kế lòng khuôn: - Phân khuôn: - Đặc điểm chân vịt có tỉ số mặt đĩa lớn (nhằm tránh hiện tượng bọt khí) dẫn đến hình chiếu cánh có phần giao nhau. Chính sự giao nhau này đã làm cho việc lựa chọn mặt phân khuôn trở nên phức tạp, ta không thể phân theo 2 mặt khuôn đứng hoặc ngang. Mà phải tạo các mặt phân khuôn như hình 2.29. Hình 2.29 Khuôn được phân thành bốn miếng giống nhau và được ghép vào nhau theo phương hướng kính như sau: Hình 2.30: Hình dạng mỗi tấm khuôn. Hình 2.31: Các tấm khuôn được ghép với nhau. Hình 2.32: Khuôn được ghép hoàn chỉnh. 3.2.2 Độ bóng không đạt quy định theo tiêu chuẩn. Độ bóng của chân vịt không đạt tiêu chuẩn bao gồm những nguyên nhân sau: - Hiện nay trong quá trình gia công chân vịt chỉ được mài thô, mài tinh rồi sau đó sơn dầu bóng. Như vậy độ chính xác và độ nhám sẽ không đảm bảo như yêu cầu thiết kế. Mặt khác các cơ sở chế tạo không có dụng cụ kiểm tra độ nhám. Để đảm bảo yêu cầu về độ độ bóng và độ nhám nên chúng tôi đề xuất giải pháp: - Sau khi gia công chân vịt (mài thô, mài tinh) nhất định phải thực hiện khâu đánh bóng chân vịt. Quá trình đánh bóng chân vịt gồm đánh bóng cơ khí, hóa cơ; đánh bóng thủy lực. * Đánh bóng cơ khí được thực hiện nhờ các hạt mài (cacbrurundun, bột mài oxit sắt) khi đánh bóng thô dùng các hạt mài cỡ 80120mm, khi đánh bóng tinh dùng hạt cỡ 150200mm, còn khi đánh bóng đạt độ nhẵn soi gương dùng cỡ hạt cỡ 300450mm. Hạt mài đánh bóng được hòa vào xăng. Dụng cụ đánh bóng chân vịt được dùng kiểu môtơ điện cầm tay. Ở trục ra môtơ có gắn bánh xe đánh bóng bằng cao su bọc vải hoặc da. Sau khi gắn chân vịt cố định trên bàn êtô, người ta phết hỗn hợp đánh bóng (hạt mài và dung môi) lên trên cánh và tiến hành đánh bóng. Khi đánh bóng, bề mặt chân vịt không những chịu tác dụng cơ học mà còn chịu phẳng bề mặt nhanh hơn. Tác dụng hóa học làm hình thành trên bề mặt đánh bóng các vẩy oxit này được hạt mài tẩy đi liên tục. Để thúc đẩy tác dụng hóa học, trong bột có thành phần axit Olein hay Stearin, oxit Terom, oxit sắt. * Đánh bóng thủy lực. Khi đánh bóng thủy lực dùng chất lỏng có chứa hạt mài, nước lã và các chất phụ chống ăn mòn và có tính bề mặt. Chất lỏng làm việc được phun từ vòi phun lên bề mặt cần gia công dưới áp lực cao. Do va đập giữa các hạt mài và bề mặt chân vịt mấp mô tế vi sẽ được mài nhẵn. Năng suất và chất lượng của quá trình đánh bóng tăng bằng cách thay đổi số lượng và độ hạt mài, áp lực của chất lỏng làm việc, góc nghiêng của vòi phun với bề mặt chân vịt. Thiết bị đánh bóng thủy lực có ba loại, khác nhau cơ bản ở phương pháp đẩy chất lỏng làm việc khỏi vòi phun: tự chảy, do khí nén hút vào và dưới áp lực đẩy của khí nén hay bơm. - Quá trình đánh bóng thủy lực bao gồm các nguyên công cơ bản sau: + Trộn chất lỏng làm việc. + Chuẩn bị chân vịt cần đánh bóng. Thành phần chất lỏng được sử dụng rộng rãi nhất là (% theo khối lượng): hạt mài chiếm 33%, NaOH chiếm 2,2%, NaNO3 chiếm 0,45%, nước là chiếm 64,4%. Sau khi trộn Natri Nitrit (0,51,5%) hay Dicrommat 0,2% ta sẽ tiến hành đánh bóng. Thêm một nguyên nhân nữa ảnh hưởng đến độ bóng của chân vịt là: - Qua thực tế ở các cơ sở chế tạo chân vịt hiện nay việc kiểm tra chất lượng sản phẩm chưa được quan tâm đúng mức. Hầu như không có Đăng kiểm kiểm tra, khi gia công xong người công nhân tự kiểm tra. - Việc kiểm tra độ bóng không có các máy và thiết bị đo mà chỉ kiểm tra bằng mắt thường. Nên để đảm bảo chân vịt sau khi chế tạo có độ bóng đạt yêu cầu thì các cơ sở cần mua các máy và thiết bị đo về tự kiểm tra độ bóng. Sau đó mời Đăng kiểm về giám định và kiểm tra lại. 3.2.3 Giá thành cao. Hiện nay giá thành chân vịt vẫn còn cao khoảng 190 ngàn/kg chủ yếu do những nguyên nhân sau: - Mỗi chân vịt đúc ra đều phải làm một chân vịt mẫu và một khuôn đúc nên mất nhiều thời gian và khá tốn kém. Mặt khác một khuôn chỉ đúc được duy nhất một chân vịt có đường kính xác định. Khi muốn đúc chân vịt có đường kính khác thì lại phải làm khuôn khác nên mất rất nhiều thời gian và công sức. Theo em được biết để khắc phục nguyên nhân trên ta sẽ dùng một số mẫu và khuôn đúc thông dụng. Sau đó đúc hàng loạt và đưa lên máy CNC để gia công về chân vịt có các thông số yêu cầu. Ví dụ: Thực tế đúc xong một chân vịt có D = 1,1m bán ra trên thị trường giá 14 triệu đồng. Mà làm mẫu gỗ và nhôm cộng với giá khuôn đúc hết 7 triệu đồng. Trong khi đó chân vịt mẫu chỉ dùng được một vài lần. Nếu trong quá trình sử dụng mẫu mà làm mẫu bị cong vênh thì mẫu đó coi như là bỏ. Nên: để đúc hàng loạt chân vịt có đường kính D = 1,1m hoặc D = 1,15m với các thông số H/D, cho trước. Ta sẽ đúc một loạt chân vịt đường kính D = 1,2m theo mẫu đã có sẵn. Sau đó đưa lên máy CNC gia công xuống đường kính D = 1,1m hoặc D = 1,15m và theo các thông số H/D, yêu cầu. Thời gian gia công một chân vịt mất hai ngày và chi phí hết 4 triệu đồng. - Như vậy, ta không phải mất công đoạn làm mẫu chân vịt và giảm chi phí mỗi chân vịt xuống được 3 triệu đồng. Một xưởng chế tạo chân vịt trung bình mỗi ngày đúc được khoảng 10 chân vịt. Vậy một tháng cơ sở chế tạo đó sẽ tiết kiệm được 900 triệu đồng. Khi đó giá thành chân vịt bán ra trên thị trường sẽ giảm. 3.2.4 Chân vịt sau khi chế tạo bị khuyết tật không thể sửa chữa được Hầu như chân vịt sau khi chế tạo xong thường bị khuyết tật (thiếu hụt, rỗ…) và không thể sửa chữa được khi chân vịt không phù hợp với tàu thiết kế. Theo chúng tôi do các nguyên nhân sau gây nên: - Hiện nay khâu kiểm tra vật liệu và pha chế vật liệu trước khi nấu không được các cơ quan đăng kiểm kiểm tra.Thực tế khi mua đồng phế liệu về là nấu chứ không pha chế thêm các kim loại khác hoặc cho thêm chất trợ dung vào có chăng khi nấu đồng nóng chảy chỉ cho thêm một ít bột nhôm vào theo kinh nghiệm. Đồng mua về là nấu ngay chứ không được sấy khô nên không hút khí có trong hợp kim đồng, nếu trong quá trình kết tinh không thoát ra hết, sẽ làm giảm cơ tính và gây nên rỗ khí. Hình 2.33 : Miếng phôi cánh chân vịt sau khi đúc xong bị rỗ Trong quá trình nghiên cứu qui trình chế tạo chân vịt, em nhận thấy khi chuẩn bị vật liệu dùng để chế tạo chân vịt cần thiết phải qua công đoạn phân tích vật liệu để xác định lại thành phần hóa học cũng như các tính chất cơ lí của vật liệu trước khi đưa vào chế tạo. Thực tế hiện nay do đa số các cơ sở đúc là của tư nhân nên khâu kiểm nghiệm vật liệu trước khi nấu không được thực hiện. Do đồng phế liệu mua về đã có sẵn các thành phần sắt, mangan, nhôm, kẽm nên mua về là nấu ngay chứ không được kiểm tra thành phần các kim loại có trong đồng. Khi nấu đồng đạt đến nhiệt độ nóng chảy khoảng 1100oC (3- 4h) người ta chỉ cho một ít bột nhôm vào theo kinh nghiệm. Vì thế chân vịt đúc ra sẽ không đảm bảo được các tính chất cơ lí và gây nên các khuyết tật. Để khắc phục nguyên nhân trên các cơ sở chế tạo cần phải thực hiện quá trình phân tích, kiểm nghiệm vật liệu một cách nghiêm túc. * Ý nghĩa và vai trò của việc phân tích vật liệu. - Như chúng ta đã biết ngoài việc tính toán thiết kế và lập một quy trình chế tạo hợp lí, tiên tiến có ảnh hưởng quan trọng đối với việc chế tạo chân vịt. Việc lựa chọn vật liệu cho chế tạo đúng mác tính toán là một việc làm cực kỳ quan trọng nó quyết định đến chất lượng và tính năng của chân vịt - Chính vì vậy việc phân tích mẫu là một việc làm quan trọng mà nhà chế tạo cần thiết phải thực hiện nghiêm túc và khoa học, nếu thực hiện tốt sẽ giải quyết được các vấn đề sau: + Xác định được chính xác các thành phần hóa học để có thể thêm hoặc bớt (% khối lượng) một thành phần nào đó đảm bảo phù hợp với mác chế tạo và các cơ tính của nó. + Tạo ra các loại vật liệu mới để sử dụng cho việc chế tạo, nhờ việc phân tích mẫu các loại chân vịt ngoại nhập. *Quá trình phân tích vật liệu. - Việc thực hiện quá trình phân tích vật liệu đòi hỏi phải theo các nguyên tắc trình tự được đề ra một cách khoa học, nếu thực hiện không chính xác trong một công đoạn nào đó cũng làm cho kết quả kém chính xác. Việc phân tích mẫu tiến hành gồm các bước sau: Lấy mẫu vật liệu Phân tích mẫu xác định các thành phần hóa học. Kiểm tra xác định các cơ tính vật liệu. Sau khi phân tích vật liệu xong ta sẽ lập một bảng để so sánh thành phần các chất trong mẫu vật liệu đó với Mác tiêu chuẩn. Sau khi so sánh xong ta sẽ biết được thành phần của các chất trong mẫu vật liệu chuẩn bị đúc còn thiếu hoặc thừa bao nhiêu % các chất. Ta sẽ bổ sung thêm hoặc lấy bớt các chất có trong mẫu để cho thành phần vật liệu của mẫu phù hợp với mác tiêu chuẩn. Ngoài ra còn do nguyên nhân sau gây nên khuyết tật: Chân vịt chủ yếu đúc bằng đồng thanh và đồng thau, mà đồng thì rất hay co ngót, rỗ khí và thiên tích. Tính co ngót và rỗ khí ảnh hưởng trực tiếp tới tính công nghệ đúc vì chân vịt là loại sản phẩm có thành vật đúc mỏng, kim loại khó điền đầy. Chân vịt sau khi chế tạo nếu bị khuyết tật nhẹ thì có thể sửa chữa được, còn bị thiếu hụt nhiều là các cơ sở đem nấu lại nên mất rất nhiều thời gian và công sức. Theo em được biết để khắc phục nhược điểm trên các nước có ngành chế tạo chân vịt phát triển sẽ đưa chân vịt khuyết tật nên máy CNC gia công về chân vịt có các thông số nhỏ hơn ban đầu. Thêm một nguyên nhân nữa dẫn tới chân vịt đúc ra bị khuyết tật và giảm cơ tính là: Do nồi nấu đồng là nồi nấu bằng dầu và khí, nên nhiệt độ nóng chảy của đồng không xác định được. Người ta chỉ xác định dựa theo kinh nghiệm (thời gian đồng nóng chảy 3,5- 4h). Nên để khắc phục nhược điểm trên các cơ sở chế tạo nên thay nồi nấu vật liệu thông thường bằng nồi nấu cảm ứng. Lò cảm ứng có ưu điểm sạch, nhiệt độ kim loại ra lò có thể cao tới 1560oC. Lò có khả năng nấu liên tục, lại giảm 15- 20% lượng điện tiêu thụ, tường lò có tuổi thọ cao. Thêm một ưu điểm nữa của lò cảm ứng là ta có thể biết được nhiệt độ của kim loại ở từng giai đoạn khi nấu. Hình 2.34: Sơ đồ lò điện cảm ứng không - Khi nấu là phải dùng vật liệu khô và sạch, các loại nguyên liệu trước khi cho vào nấu đều phải nung cho hết ẩm, làm sạch dầu mỡ và sơn. Mặt khác cần nấu nhanh và khống chế nhiệt độ của hợp kim. CHƯƠNG IV: THẢO LUẬN KẾT LUẬN Như ta đã biết, thiết bị đẩy tàu nói chung và chân vịt nói riêng có một tầm quan trọng rất lớn trong tổ hợp tàu. Khi tàu đang hoạt động mọi trục trặc kỹ thuật, có liên quan đến thiết bị đẩy tàu đều dễ dẫn đến thiệt hại về tài sản và sinh mạng con người. Do tầm quan trọng của chân vịt nên mong muốn của chúng ta là chế tạo ra những chân vịt đảm bảo độ tin cậy, làm việc với hiệu suất cao. Nhưng hiện nay chân vịt ở nước ta được chế tạo sẵn hàng loạt và việc quản lí chất lượng chưa được quan tâm đúng mức. Trước tình hình đó các cơ sở chế tạo nên thực hiện các yêu cầu sau: - Về thiết kế: cần đảm bảo kết cấu và sức bền, giảm tối đa hiện tượng xâm thực, nâng cao hiệu suất làm việc. - Trong quá trình chế tạo: Cần đảm bảo chân vịt có chất lượng tốt. Việc chọn vật liệu phải thỏa mãn những yêu cầu của Đăng kiểm và đặc biệt là vật liệu có tính dẻo cao để khi chân vịt làm việc nếu bị va chạm dẫn đến méo mó thì có thể sửa được. Tình hình chế tạo chân vịt hiện nay chủ yếu là loại nhỏ (D 2,4 m) và sản xuất trên quy mô chưa rộng lớn. Việc chế tạo chân vịt đơn chiếc rất tốn kém không đảm bảo tính kinh tế. Do đó khi đóng mới tàu người ta không tiến hành chế tạo chân vịt mà chỉ lựa chọn trên thị trường. Mặt khác việc quản l‎ý chất lượng chân vịt hiện nay chưa được quan tâm đúng mức, chất lượng chân vịt chưa cao, vật liệu không được kiểm tra kĩ càng trước khi nấu. Chân vịt sản xuất ra không được ghi các thông số như: tỷ số mặt đĩa, đường kính, bước xoắn,…Chính vì vậy việc lựa chọn chân vịt lắp cho tàu là rất khó khăn. Để cho người sử dụng dễ lựa chọn các cơ sở chế tạo nên thực hiện các yêu cầu sau: - Trước khi xuất xưởng chân vịt phải được ghi các kí hiệu sau đây ở một bên may ơ: dấu hiệu của xưởng chế tạo, tỷ số mặt đĩa, bước xoắn, đường kính, kí hiệu vật liệu, kí hiệu sản phẩm và dấu KCS. - Các cơ sở đúc nên thay khuôn cát bằng khuôn kim loại vì khuôn kim loại có rất nhiều ưu điểm. Mặt khác đúc bằng khuôn kim loại năng suất cao và giá thành phù hợp khi đúc với số lượng lớn. - Để nhằm mục đích nâng cao chất lượng chế tạo cũng như việc đảm bảo độ tin cậy trong quá trình tàu hoạt động, thiết nghĩ các cơ quan Đăng kiểm nên có trách nhiệm quản l‎ý về yêu cầu kĩ thuật đối với việc chế tạo chân vịt như: tiến hành kiểm tra giám sát kĩ thuật tại các cơ sở chế tạo. Có thể kiểm tra chất lượng chân vịt hàng loạt sau đó đóng dấu nghiệm thu hoặc có thể kiểm tra gián tiếp thông qua công nghệ chế tạo từ đó ủy quyền cho cơ sở chế tạo - Để chân vịt sản xuất ra có chất lượng cao cũng như giảm bớt khối lượng công việc kiểm tra, thì các cơ sở chế tạo cần phải áp dụng các công nghệ tiên tiến từ khâu thiết kế đến khâu chế tạo như: thiết kế chân vịt trên máy tính, áp dụng các phương pháp đúc đặc biệt (như đúc áp lực, đúc trong khuôn kim loại…) thực hiện việc gia công chân vịt trên máy CNC để tăng độ chính xác, độ bóng cũng như việc đảm bảo cân bằng tĩnh, cân bằng động đặc biệt là cân bằng thủy động. Sau khi hoàn tất đề tài này em hy vọng sẽ được đóng góp một phần nhỏ bé công sức của mình vào sự phát triển của ngành chế tạo chân vịt ở nước ta cũng như việc lựa chọn chân vịt lắp đặt cho tàu được dễ dàng hơn và giá thành chân vịt sẽ phù hợp hơn. Với trình độ và kinh nghiệm bản thân còn hạn chế do đó trong đề tài chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, các bạn đồng nghiệp để cho đề tài được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Gia Thái người đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đề tài này cũng như các cơ sở nơi em đến liên hệ, các bạn đồng nghiệp đã hết lòng giúp đỡ em trong thời gian qua TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Xuân Mai – Võ Duy Bông. Giáo trình hướng dẫn thiết kế chân vịt tàu thủy, NXB Nông Nghiệp – Hà Nội 1983. 2. Nguyễn Đăng Cường – Hà Tôn. Lắp ráp và sửa chữa thiết bị tàu thủy, NXB Hà Nội. 3. Nguyễn Thị Hiệp Đoàn – Trương Sĩ Cáp. Lý ‎thuyết tàu. Trường đại học hàng hải. 4. Ngô Vĩnh Tường – Lớp CK 29A Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu quy trình chế tạo chân vịt ở trong nước 1992. 5. Phạm Quang Lộc. Kĩ thuật đúc, NXB Thanh Niên. 6. Tô Mỹ Phương – Lớp 44CT Luận văn tốt nghiệp: Thiết kế khuôn kim loại đúc chân vịt có đường kính đến 1,4m. 7. Các tài liệu khác.