Chuyên đề Nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh công tác tua bin thủy lực

bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn viện khoa học thủy lợi báo cáo tổng kết chuyên đề nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh công tác tua bin thủy lực thuộc đề tài kc 07.04: “nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để khai thác và sử dụng các loại năng l−ợng tái tạo trong chế biến nông, lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi tr−ờng” Chủ nhiệm chuyên đề: ThS nguyễn vũ việt 5817-4 16/5/2006 hà nội – 5/2006 Mục lục Trang Phần I : Báo cáo Tổng Quan………………...…………………………………………… 1 Ch−ơng I. Sự cần thiết nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh công tác tua bin thủy lực……………………………………………………………………………………………. 1 Ch−ơng II. Đánh giá tình hình sản xuất trong n−ớc và ngoài n−ớc……………. 3 2.1. Trong n−ớc………………………………………………………………………………. 3 2.2. Công nghệ trong khu vực……………………………………………………………. 3 2.3. Các n−ớc công nghiệp phát triển……………………………………….…………. 4 Ch−ơng III. Các công nghệ chế tạo hiện đại đang đ−ợc ứng dụng tại Việt Nam…………………………………………………………………………………………………. 5 Ch−ơng IV. Nội dung và phạm vi nghiên cứu………………………………………… 7 4.1. Các mẩu BCT tua bin nghiên cứu…………………………………………………. 7 4.2. Ph−ơng pháp tiếp cận……………………………………………………………….… 7 Phần II : Báo cáo công nghệ chế tạo BCT tua bin thủy lực…………………. 8 Ch−ơng V. Số hoá vật thể cánh 3D cơ sở xây dựng mô hình hình học số……... 8 5.1. Ph−ơng pháp khai triển truyền thống…………………………………………….. 8 5.2. Khai triển với trợ giúp của thiết bị số hoá 3D…………………………………... 8 Ch−ơng VI. Chế tạo khuôn mẫu cánh bánh công tác Trên Cơ sở công nghệ CAD\CAM\CNC……………………………………………………………………………….. 12 6.1. Đánh giá công nghệ truyền thống……………………………………………….. 12 6.2. Chế tạo cánh và khuôn mẫu cánh trên cơ sở công nghệ CNC…………… 13 6.2.1. Vài nét về công nghệ CNC…………………………………………………….. 13 6.2.2. Tính t−ơng thích chuyển động tạo hình trên máy CNC…………………. 16 6.2.3. Chọn máy và các nguyên lý tạo hình gia công các cánh điển hình…… 22 6.2.4. Chọn vật liệu Gia công cánh và khuôn cánh………………………………. 25 6.2.5. Cụ thể hoá Các b−ớc triển khai nghiên cứu………………………………... 26 Ch−ơng VII. Công nghệ chế tạo BCT của tua bin tia nghiêng D = 250……….. 27 7.1. Công nghệ đúc cánh rời…………………………………………………………….. 27 7.1.1. Đặc điểm của sản phẩm……………………………………………………….. 27 7.1.1.1. Đặc điểm tua bin………………………………………………………….. 27 7.1.1.2. Sản phẩm nghiên cứu…………………………………………………….. 28 7.1.2. Lựa chọn vật liệu………………………………………………………………… 29 7.1.3. Lựa chọn công nghệ đúc……………………………………………………….. 30 7.1.3.1. Đặc điểm công nghệ đúc mẫu thiêu khuôn cát – nhựa……………. 30 7.1.3.2. Ưu điểm của công nghệ đúc mẫu tự thiêu - khuôn cát nhựa…….. 31 7.1.4. Phân tích công nghệ đúc cánh………………………………………………... 32 7.1.4.1. Khâu chế tạo mẫu………………………………………………………… 32 7.1.4.2. Tạo khuôn cát nhựa và đổ rót kim loại đúc…………………………. 34 7.1.5. Hoàn thiện bánh công tác……………………………………………………… 35 7.1.5.1. Sửa lá cánh…………………………………………………………………. 35 7.1.5.2. Gá - hàn…………………………………………………………………….. 36 7.5.1.3. Hoàn thiện và cân bằng cánh………………………………………….. 37 7.1.6. Đánh giá công nghệ đúc cánh rời……………………………………………. 38 7.2. Công nghệ đúc cánh tia nghiêng dạng liền bằng Ph−ơng Pháp mẫu cháy và khuôn cát nhựa……………………………………………………………………….. 39 7.2.1. Đặc điểm cánh tia nghiêng đúc liền…………………………………………. 39 7.2.2. Lựa chọn công nghệ đúc……………………………………………………….. 40 7.2.3. Công nghệ chế tạo bánh công tác tia nghiêng bằng ph−ơng pháp đúc liền mẫu cháy - khuôn cát nhựa ……………………………………………………………... 40 7.2.3.1. Đúc bánh công tác………………………………………………………… 41 7.2.3.2. Gia công cơ…………………………………………………………………. 48 7.2.3.3. Lắp đồng bộ Tua bin - Kiểm tra chất l−ợng - Hiệu suất thuỷ lực cánh…………………………………………………………………………………………………. 49 7.2.3.4. Đánh giá công nghệ chế tạo cánh đúc liền………………………… 49 Ch−ơng IIX. Công nghệ chế tạo cánh tua bin Cột n−ớc cao D1= 100 và D1= 150…………………………………………………………………………………………….. 51 8.1. Quy trình thiết kế………………………………………………………………………. 51 8.1.1. Quét mẫu…………………………………………………………………………… 51 8.1.1.1. Tham khảo cấu tạo cánh tua bin của hãng Gilkes………………… 51 8.1.1.2. Xây dựng bản vẽ cánh bánh công tác…………….…………………… 51 8.1.1.3. Lập trình gia công và gia công cối và đầu chày…………………… 52 8.1.2. Chọn ph−ơng án dập…………………………………………………………….. 52 8.1.2.1. Nguyên lý cấu tạo…………………………………………………………. 53 8.1.2.2. Nguyên lý biến dạng tạo hình………………………………………….. 53 8.1.3. Tổng hợp quy trình trình chế tạo…………………………………………….. 61 Ch−ơng IX. Công nghệ chế tạo BCT tua bin h−ớng trục D = 300………………. 63 9.1. Đặc điểm của sản phẩm………………………………………………………………. 63 9.1.1. Vài nét về bánh công tác tua bin h−ớng trục……………………………… 63 9.1.2. BCT tua bin h−ớng trục có D1 = 300mm…………………………………… 63 9.1.3. Phân tích kết cấu…………………………………………………………………. 64 9.1.4. Các mặt cắt lá cánh……………………………………………………………… 65 9.2. Lựa chọn vật liệu………………………………………………………………………. 65 9.2.1. Điều kiện làm việc……………………………………………………………… 65 9.2.2. Lựa chọn vật liệu………………………………………………………………… 67 9.3. Quy trình công nghệ…………………………………………………………………... 68 9.3.1. Tạo phôi bằng ph−ơng pháp đúc……………………………………………… 68 9.3.1.1. Chế tạo mẫu……………………………………………………………….. 69 9.3.1.2. Sơn mẫu…………………………………………………………………….. 73 9.1.3.3. Quá trình làm khuôn…………………………………………………….. 73 9.3.1.4. Quá trình nấu luyện……………………………………………………… 74 9.3.1.5. Dỡ khuôn và làm sạnh…………………………………………………... 75 9.3.2. Gia công cơ khí…………………………………………………………………... 76 9.3.2.1. Nguyên công 1…………………………………………………………….. 76 9.3.3.2. Nguyên công 2…………………………………………………………….. 77 9.3.3.3. Nguyên công 3…………………………………………………………….. 77 9.3.2.4. Nguyên công 4…………………………………………………………….. 78 9.3.3. Hoàn thiện BCT…………………………………………………………………. 78 9.3.3.1. Mài sửa……………………………………………………………………... 78 9.3.3.2. Cân bằng tĩnh…………………………………………………. 79 9.3.4. Kiểm tra chất l−ợng sản phẩm………………………………………………… 80 9.3.4.1. Chất l−ợng vật liệu……………………………………………………….. 80 9.3.4.2. Kiểm tra các kích th−ớc gia công cơ…………………………………. 80 9.4. Đánh giá công nghệ…………………………………………………………………… 80 Ch−ơng X : Công nghệ chế tạo BCT tuabin h−ớng trục cực nhỏ cột n−ớc thấp………………………………………………………………………………………….. 82 10.1. Tổng quan về công nghệ luyện kim bột và ứng dụng ở Việt nam……….. 82 10.1.1. Công nghệ luyện kim bột…………………………………………………….. 82 10.1.1.1. Tổng quan chung……………………………………………………….. 82 10.1.1.2. Ưu điểm của công nghệ luyện kim bột……………………………... 83 10.1.1.3. Qui trình công nghệ luyện kim bộ…………………………………… 84 10.1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng cộng nghệ luyện kim bột ở Việt Nam…………………………………………………………………………………………………. 85 10.2. Nghiên cứu chế tạo bánh công tác tua bin h−ớng trung bằng công nghệ luyện kim bột……………………………………………………………………………… 86 10.2.1. Phân tích sản phẩm……………………………………………………………. 86 10.2.2. Các b−ớc công nghệ…………………………………………………………… 86 Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 1 Phần I : Báo Cáo tổng quan Ch−ơng I. Sự cần thiết nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh công tác tua bin thủy lực Theo báo cáo đánh giá của Tổng Công ty điện lực Việt nam (EVN) nhu cầu điện năng cung cấp cho nền kinh tế đang ngày càng phát triển của n−ớc ta là rất lớn. Rất nhiều các công ty trong và ngoài ngành điện đang tham gia xây dựng các dự án Thủy điện với công suất từ vài MW đến hàng trăm MW. Toàn bộ thiết bị nhà trạm (bao gồm Tua bin thủy lực, máy phát, hệ thống điều khiển đo l−ờng - bảo vệ) đều nhập của n−ớc ngoài. Nh− vậy tiềm năng sản xuất cung cấp những thiết bị này trong n−ớc còn bỏ ngỏ mà nhu cầu lại rất lớn. Hiện nay với công nghệ kỹ thuật phát triển, khả năng sản xuất thiết bị thủy điện trong n−ớc là có thể và rẻ hơn của n−ớc ngoài rất nhiều. Tuy nhiên vấn đề khó khăn hiện nay của các nhà sản xuất thiết bị là công nghệ sản xuất tua bin thủy lực, đặc biệt là chế tạo bánh công tác tua bin. Trong cấu tạo của tua bin thủy lực, bánh công tác là bộ phận quan trọng nhất. Bánh công tác làm nhiệm vụ trao đổi năng l−ợng của dòng n−ớc thành năng l−ợng của tua bin, thành điện năng. Nh− vậy bánh công tác của tua bin quyết định chủ yếu đến hiệu suất làm việc của tổ máy và qua đó ảnh h−ởng đến hiệu quả của công trình. Việc chế tạo ra một bánh công tác cho hiệu suất cao rất quan trọng. Quy trình chế tạo bao gồm: - Lựa chọn mẫu cánh mô hình thích hợp với thông số kỹ thuật công trình thủy công (Q, H, Q1 ’, n1 ’...) trong đó mẫu cánh mô hình đã đ−ợc tiêu chuẩn hóa. - Lựa chọnvật liệu thích hợp. - Lựa chọn ph−ơng pháp chế tạo phôi thích hợp. - Gia công chế tạo hoàn thiện BCT. Trong quy trình trên thì việc lựa chọn ph−ơng pháp chế tạo phôi, gia công hoàn thiện BCT là rất quan trọng nó quyết định đến chất l−ợng trực tiếp của tổ máy cả về giá thành và hiệu suất làm việc. Việc lựa chọn công nghệ chế tạo BCT thích hợp làm nâng cao tính chính xác của BCT, tăng độ bền cho chi tiết. Mặt khác có thể giảm đ−ợc giá thành rất nhiều. Vì đôi khi giá trị của bánh công tác chiếm đến 1/2 giá trị của tuabin. Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 2 Nh− vậy công tác nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh công tác tuabin thủy lực rất quan trọng nó ảnh h−ởng đến: - Hiệu suất làm việc của tổ máy. - Giá thành sản phẩm. - Độ bền của BCT và tuổi thọ của tổ máy. Hiện nay không riêng ở Việt Nam mà rất nhiều n−ớc có ngành chế tạo thiết bị thủy lực đã quan tâm và đi tr−ớc ta trong việc áp dụng các công nghệ cao vào công tác chế tạo BCT. Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 3 Ch−ơng II. Đánh giá tình hình sản xuất trong n−ớc và ngoài n−ớc 2.1. Trong n−ớc. Ngành công nghiệp tuabin thủy lực trong n−ớc đã phát triển từ những năm 80 ở các công ty cơ khí nh− công ty cơ khí Hà Nội, công ty cơ khí Mai Động... Trong đó phát triển mạnh là Cơ Khí Hà Nội. Tuy vậy đến nay các công ty này không còn chế tạo tuabin thủy lực nữa hoặc chế tạo mang tính sửa chữa nhỏ. Trong đó công nghệ chế tạo BCT tua bin đơn giản nh−: - Đối với bánh công tác lớn D1>1m: Đúc rời từng lá cánh, sau đó hàn thành BCT hoàn chỉnh. - Đối với tuabin BCT D1<1m đ−ợc đúc liền: Nh− cánh tuabin h−ớng trục, tâm trục... Ph−ơng pháp đúc gồm: mẫu gỗ, khuôn cát hoặc đất sét ph−ơng pháp gia công chủ yếu bằng thủ công. Chất l−ợng đúc cho bề mặt kém, l−ợng d− lớn, gia công hoàn thiện công phu tốn kém. Độ chính xác cuả BCT khó xác định, th−ờng khó đạt đ−ợc những thông số nh− cánh mẫu. Vì thế thông tua bin thủy lực sản xuất trong n−ớc có hiệu suất không cao. Trong những năm gần đây các thiết bị thủy điện nhỏ đ−ợc Trung Tâm Thủy Điện HRC) sản xuất và lắp đặt đạt hiệu quả cao hơn, nh−ng công suất của tổ máy th−ờng nhỏ do hạn chế về mặt bằng sản xuất và trang thiết bị nên cũng chỉ ở số l−ợng có hạn. 2.2. Công nghệ trong khu vực. Trong khu vực hiện nay Trung Quốc là n−ớc có ngành công nghiệp thủy điện phát triển nhất, do tính chất đặc thù của địa hình - nguồn phát triển thủy điện của Trung Quốc dồi dào. Tr−ớc đây ngành sản xuất tua bin thủy điện của Trung Quốc dựa vào nền tảng lý thuyết, công nghệ của Liên Xô cũ, chất l−ợng ch−a đạt yêu cầu.Trung Quốc ngày nay đã sớm gam hóa đ−ợc rất nhiều loại tuabin ứng với các dải công suất và thông số làm việc khác nhau. Chất l−ợng chế tạo tuabin thủy lực nói chung và BCT nói riêng đã nâng lên rất nhiều. Qua nghiên BCT của thiết bị thủy điện Trung Quốc nhập vào Việt Nam và qua tham quan các nhà máy chế tạo tuabin thủy điện, công nghệ chế tạo BCT của TRung Quốc gồm: Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 4 - Đúc rời lá cánh - gia công trên máy CNC - Hàn hoàn thiện. - Đúc liền bánh công tác với công nghệ đúc chính xác: BCT tâm trục, BCT h−ớng trục, BCT tia nghiêng... - Gia công áp lực nóng từng lá cánh biên dạng có độ dày, biến thiên 3 chiều không lớn: cánh tua bin h−ớng trục, tâm trục... Công nghệ đúc của Trung Quốc tiến bộ hơn tr−ớc rất nhiều do áp dụng công nghệ tiên tiến của thế giới. Tuy vậy chất l−ợng vật đúc về độ chính xác, bề mặt... so với các n−ớc phát triển vẫn ch−a bằng. 2.3. Các n−ớc Công nghiệp phát triển. Các n−ớc có ngành công nghiệp thuỷ điện phát triển trên thế giới nh−: các n−ớc SNG, Nhật, Anh , Na uy, Đức... Các n−ớc SNG rất có kinh nghiệm trong sản xuất tua bin công suất lớn. Các hãng Tanaka của NHật, Gelkes của Anh, Osberger của Đức ...đi sâu vào sản xuất thủy điện nhỏ. ở các hãng này nhiều công nghệ mới đ−ợc áp dụng cho sản xuất BCT tua bin. Vì vậy chất l−ợng BCT rất tốt, độ tin cậy và hiệu suất tua bin th−ờng rất cao từ 90%-95%. Công nghệ chế tạo BCT của các n−ớc này là: đúc chính xác, đúc áp lực cao, gia công áp lực nóng, gia công trên máy CNC... Th−ờng thì công nghệ đúc đ−ợc sử dụng nhiều hơn trong chế tạo BCT. Ngày nay công nghệ đúc đã phát triển rất nhanh nhờ có nhiều loại vật liệu làm khuôn, ph−ơng pháp chế tạo khuôn đa dạng. Việc tạo mẫu, khuôn kim loại dễ dàng hơn nhờ thiết bị chế tạo CNC - trung tâm gia công 4D... do vậy sản phẩm đa dạng hơn, đạt độ chính xác gia công cao hơn. Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 5 Ch−ơng III. Các công nghệ chế tạo hiện đại đang đ−ợc ứng dụng tại Việt Nam Các công nghệ tiên tiến phù hợp chế tạo BCT tua bin đang đ−ợc ứng dụng tại Việt nam gồm: - Đúc chính xác. - Đúc áp lực cao. - Gia công áp lực khuôn lim loại. - Chế tạo chính xác trên Máy trung tâm gia công 3D, 4D, 5D. Đúc chính xác bao gồm các ph−ơng pháp: - Đúc khuôn vỏ mỏng. - Đúc mẫu tự thiêu. - Đúc mẫu chảy. Công nghệ đúc chính xác đang đ−ợc áp dụng tại Viện Công nghệ - Bộ công nghiệp, Nhà máy cơ khí Việt Nhật - Hải phòng, nhà máy cơ khí Hà nội... Đúc áp lực cao với vật liệu nhôm, đồng sản phẩm đúc độ chính xác cao và năng suất lớn. Ph−ơng pháp này phù hợp cho chế tạo BCT tua bin h−ớng trục thuỷ điện cực nhỏ. Công nghệ này đ−ợc áp dụng ở rất nhiều nhà máy nh−: Công ty TNHH Hà phát (Hải d−ơng), công ty T&T (H−ng yên)... Công nghệ gia công áp lực nóng với thiết bị áp lực rất lớn, khuôn kim loại có độ bền cao. Công nghệ này phù hợp với chế tạo các lá cánh tua bin tâm trục, tua bin h−ớng trục. Hiện nay có số ít nhà máy có công nghệ này, nh− nhà máy Diezel Sông công... Công nghệ gia công áp lực nguội, yêu cầu áp lực không cao, phù hợp chế tạo các lá cánh mỏng tiết diện đều cụ thể nh− các cánh BCT tua bin tia nghiêng công suất nhỏ, tua bin xung kích 2 lần... Công nghệ này đơn giản phụ thuộc chủ yếu vào công tác chế tạo khuôn kim loại. Công nghệ chế tạo trên máy trung tâm gia công. Thiết bị này rất hiện đại và cũng rất đắt tiền. Nó cho phép thực hiện gia công sản phẩm với nhiều nguyên công trên cùng một lần gá nhờ tính năng có nhiều dao, đồ gá chuyên dụng và gia công hoàn tự động. Do chế độ gia công đ−ợc lập trình sẵn sản phẩm đ−ợc hoàn thiện với độ chính xác cao, năng suất lớn. Hiện nay nhiều nhà máy đã trang bị thiết bị này, đi đầu là Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 6 Viện công nghệ - Bộ công nghiệp (IMI). Tuy vậy chủ yếu dùng để gia công các loại khuôn mẫu kim loại. Nh− vậy từ nhu cầu phát triển thuỷ điện trong n−ớc, tham khảo công nghiệp sản xuất thiết bị thuỷ điện khu vực và các n−ớc tiên tiến, căn cứ vào các công nghệ chế tạo hiện đang đ−ợc áp dụng tại Việt nam, chúng tôi tiến hành nghiên cứu lựa nhọn công nghệ chế tạo BCT tua bin thuỷ lực với mong muốn: Tăng hiệu suất làm việc của tua bin, tăng độ bền, hạ giá thành sản phẩm góp phần từng b−ớc phát triển ngành công nghiệp chế tạo thiết bị thuỷ điện. Phạm vi nghiên cứu của chúng tôi b−ớc đầu đi sâu vào công nghệ chế tạo BCT cho các loại tua bin nhỏ và cực nhỏ, hiện nhu cầu trong n−ớc rất lớn, mặt khác sẽ là tiền đề cho nghiên cứu sản xuất BCT tua bin công suất lớn. Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 7 Ch−ơng IV. Nội dung và phạm vi nghiên cứu Theo kết quả thống kê, tiềm năng thuỷ điện nhỏ và thuỷ điện cực nhỏ khá lớn. Hiện nay thị tr−ờng trong n−ớc do HPC chế tạo và cung cấp (80%), ngoài ra một loạt các tổ máy thuỷ điện nhỏ và cực nhỏ của Trung quốc giá rẻ chất l−ợng thấp cũng đ−ợc lắp đặt. Thuỷ điện nhỏ và cực nhỏ đ−ợc phân loại nh− sau: - Thuỷ điện nhỏ cột n−ớc thấp - tua bin h−ớng trục công suất tới 200 kW. - Thuỷ điện nhỏ cột n−ớc cao - tua bin tia nghiêng, tua bin kiểu Cink công suất tới 200 kW. - Thuỷ điện cực nhỏ cột n−ớc thấp - tua bin h−ớng trục công suất 200w - 1000w. - Thuỷ điện cực nhỏ cột n−ớc cao - tua bin tia nghiêng công suất 200w - 1000w. Căn cứ vào các loại tua bin trên, nội dung và phạm vi nghiên cứu của chúng tôi nh− sau: 4.1. Các mẫu BCT tua bin nghiên cứu. - Thuỷ điện nhỏ cột n−ớc cao - mẫu cánh tua bin tia nghiêng D1 = 250. - Thuỷ điện nhỏ cột n−ớc thấp - mẫu cánh tua bin h−ớng trục D1 = 400. - Thuỷ điện cực nhỏ cột n−ớc cao - mẫu cánh tua bin tia nghiêng D1= 100; D1= 150. - Thuỷ điện cực nhỏ cột n−ớc thấp - mẫu cánh tua bin h−ớng trục D1= 120. 4.2. Ph−ơng pháp công nghệ tiếp cận: - Công nghệ đúc chính xác: đối với mẫu BCT tua bin thuỷ điện nhỏ với 2 dạng sản phẩm đúc liền và đúc rời. - Công nghệ gia công áp lực nguội: đối với mẫu BCT thuỷ điện cực nhỏ tua bin tia nghiêng. - Công nghệ luyện kim bột và đúc áp lực cao: đối với mẫu BCT thuỷ điện cực nhỏ tua bin h−ớng trục. Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 8 Phần II. Báo cáo công nghệ chế tạo BCT tua bin thuỷ lực Ch−ơng V. Số hoá vật thể cánh 3D Cơ sở xây dựng mô hình hình học số 5.1. Ph−ơng pháp khai triển truyền thống. Có 2 ph−ơng pháp : + Khai triển theo các lát cắt phẳng + Khai triển theo các lát cắt trụ Nếu 1 bản cánh đ−ợc −ớc lệ chia thành l−ới theo 2 ph−ơng h−ớng tâm và h−ớng trụ (Hoặc theo 2 ph−ơng h−ớng trụ và vuông trục) thì tuỳ theo cần mô tả h−ớng xoắn có thể lựa chọn một trong 2 ph−ơng pháp khai triển trên. Khai triển phẳng đơn giản cho lắp ráp bộ x−ơng khuôn nh−ng th−ờng bỏ qua mô tả biên dạng tại các góc l−ợn sát bầu và sát vành. Khi khai triển trụ, có thể mô tả các diễn biến bề mặt tại các vùng chuyển tiếp vành và bầu nh−ng gặp khó khăn nhất định cho công tác định vị x−ơng khuôn để tạo mẫu. Đặc biệt với các dạng cánh xoắn lớn dạng tâm trục , th−ờng mắc sai số lớn khi chế tạo hộp d−ỡng do không đồng thời thoả mãn 2 nhu cầu mô tả trên. Các ph−ơng pháp khai triển trên t−ơng thích với nguyên tắc thiết kế cánh kinh điển và đã trở thành nền tảng cho công nghệ thủ công dựng khuôn đúc mẫu. 5.2. Khai triển với trợ giúp của thiết bị số hoá 3D. Th−ờng gặp trong quá trình thiết kế hoặc thiết kế lại theo nguyên tắc đồng dạng là phải dựng lại cánh. Nếu thực hiện thủ công không hề có trợ giúp của máy tính thì việc vẽ lại các biên dạng 3D cánh gặp rất nhiều khó khăn; ngay từ khâu định tâm, chia lớp ... Các nhà sản xuất khuôn truyền thống cũng đã từng áp dụng các công cụ chép khuôn 3D nh−ng ph−ơng pháp này chỉ là t−ơng đối chính xác với các vật thể ít xoắn ít võng. Với các yêu cầu cao về mẫu (dung sai bề mặt yêu cầu trong khoảng hẹp) cần áp dụng công nghệ CMM (Coordinate Measuring Machine) cho phép nhận dạng 3D ngay cả khi các chuẩn đo là không tồn tại (chuẩn ảo). Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 9 Thiết bị đo số hoá 3D có nhiều loại với các đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau : - Loại tiếp xúc: + Dạng đầu dò côn , tay dò có 4 đến 8 khuỷu + Loại đầu dò cảm biến + Loại cố định bàn máy + Loại đế máy không cố định + Loại điều khiển tay + Loại điều khiển tự động CNC - Quét và phân tích nội suy l−ới bề mặt theo ch−ơng trình - Loại không tiếp xúc: + Loại hoạt động theo nguyên lý Laser lập thể Vấn đề đặt ra là lựa chọn cấu hình máy quét mẫu nh− thế nào t−ơng thích giao tiếp các ch−ơng trình đồ hoạ CAD và CAM để xây dựng ch−ơng trình gia công. Sự lựa chọn cấu hình máy có thể căn cứ trên các tính năng: + Đới công tác của đầu quét rộng - có thể quét vật thể cánh 3D xếp lớp + Không gian công tác lớn - có thể quét cánh từ cỡ nhỏ đến lớn + Hiệu chỉnh (Tự động bù) đ−ợc các tác động của trọng l−ợng chi tiết cánh lên bàn máy + Hiệu chỉnh các tác động nhiệt của môi tr−ờng + Có thể cập nhật liên tục số liệu quét phỏng theo nguyên tắc phác tay (Sketch) + Có thể nội suy các đ−ờng cong trơn 3D (Bezier) dựa trên các điểm dò quét dời rạc + Có thể lọc dữ liệu quét với trọng số sai lệch khá lớn để định nghĩa ra bề mặt danh nghĩa + Có thể giao tiếp với các ứng dụng CAD\CAM + Có giá trị phù hợp với quy mô đầu t− . Để thoả mãn các tính năng nâng cao có thể trang bị thiết bị quét không tiếp xúc Laser lập thể - Có thể tham khảo chi tiết loại thiết bị này từ nhà cung cấp Auto Desk (Đại diện: Việt CAD) - là hãng có tên tuổi , có các sản phẩm phần mềm rất mạnh, hữu hiệu và thân thiện nh−: AutoCAD, Rhino, MDT .... Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 10 Đáp ứng các nhu cầu cỡ t−ơng đối cao có thể chọn trang bị máy CMM dạng bàn máy cố định, quét và nội suy theo ch−ơng trình của hãng Mitutoyo. Đáp ứng các nhu cầu trung bình, có thể sử dụng các tay quét của các hãng SCRIBER, OMMI TECH hay FARO ... Cần thấy rằng nguyên lý dò quét trên các thiết bị quét tiếp xúc hiện nay đồng nhất điểm chung là sử dụng các Encorder để mã hoá các chuyển vị thành các thông tin số - Nó cũng rất gần gũi với các nguyên lý đo đọc của máy công cụ CNC nên nghiên cứu khả năng của máy quét là h−ớng đúng đắn để tiếp cận công nghệ “gia công số’’ Trong khuôn khổ nghiên cứu khả thi của dự án về các vấn đề này các tác giả đã đ−a ra lựa chọn: Kết hợp khai thác sử dụng thiết bị quét tiếp xúc 3D SCRIBER với các ứng dụng nội suy l−ới bề mặt cánh tải trong các môi tr−ờng thiết kế truyền thống nh− Auto CAD , Rhinoceross... ; Các ứng dụng này đ−ợc hợp tác nghiên cứu và chuyển giao giữa HPC và Viện Công nghệ - Bộ Công nghiệp. Bao gồm : + CTDO (tải trong CAD) để xác định hình chiếu của một đa tuyến lên một mặt phẳng + SECN (tải trong CAD) để xác định giao tuyến với các mặt phẳng + SECCYL (tải trong CAD) để xác định giao tuyến với các lát cắt trụ . Tuy ch−a phải là mục tiêu cuối cùng thiết lập ch−ơng trình chuẩn bị gia công CAM nh−ng các phần mềm trên qua kiểm nghiệm đã cho các kết quả hỗ trợ tích cực cho công tác xây dựng mô hình cánh. Các nghiên cứu về quy trình dò quét mẫu hay lựa chọn thiết bị quét mẫu đ−ợc cụ thể trong các chuyên đề. Trong báo cáo này chỉ nhằm tập hợp lại các đánh giá về sử lý quét mẫu có liên quan đến quy tắc tạo hình vật thể cánh. Nh− nêu ra ở ch−ơng mở đầu, cần có một thông tin dặc biệt thay cho bản vẽ kỹ thuật thông th−ờng để mô tả đối t−ợng cánh , hay nói cách khác là cần một vật mẫu ảo (mô hình số) thay cho thực thể cánh (mẫu thực) thì mới t−ơng thích quá trình gia công trên máy CNC nên đôi khi đã có một thiết kế cánh trên bản vẽ 2D (thuật ngữ CAD gọi là không gian Paper ) vẫn luôn cần thiết cập nhật các số liệu 3 D của cánh vào máy tính và bộ sử lý của máy gia công (không gian mô hình - Modeling); và giải pháp linh hoạt hơn là chép mẫu bằng thiết bị quét mẫu. Khai thác công cụ máy quét mẫu CMM không chỉ cho kết quả là sao chép tin Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 11 cậy các mẫu cánh - quá trình quét mẫu phỏng theo quy tắc cơ bản về phối hợp chạy dao đã cho kết quả nét phác hoạ quá trình tạo hình, qua đó có thể thuận lợi xác định các b−ớc lập trình CAD chuẩn bị gia công. Với quy mô nghiên cứu lớn hơn nh− tối −u hoá biên dạng cánh thì ứng dụng này đem lại hiệu quả lớn hơn - Đó là tạo lập nhanh các sêri mô hình sau đó thực nghiệm, thống kê kết quả làm căn cứ thiết kế nguyên thể. Công năng trên từng đ−ợc sơ bộ giới thiệu ở phần tr−ớc, khi tiên l−ợng về biện pháp chế tạo mẫu theo công nghệ SLA - với công nghệ này sự −u việt đáng kể là nó có thể tuỳ biến thay đổi nhanh các phiên bản mẫu để đ−a vào thực nghiệm. Để có đ−ợc sự thay đổi này ng−ời thiết kế dễ dàng thực hiện trên ứng dụng CAD và cũng nhanh chóng truy xuất dữ liệu d−ới định dạng SLA sau đó thực thi thay đổi mẫu trên các thiết bị phun bột hoặc quang hoá chuyên dùng. Trở lại mối liên quan đến khả năng phân tích biên dạng theo các chuẩn mực lập trình chạy dao trên máy CNC, vấn đề cần đ−a ra nghiên cứu là quy trình quét mẫu cần thiết hợp lý với khả năng phối hợp tạo hình - Các nội dung phần sau sẽ đề cập đến vấn đề này. Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 – 04 Viện khoa học thuỷ lợi 12 ch−ơng VI. Chế tạo khuôn mẫu cánh bánh công tác Trên Cơ sở công ng