Báo cáo Nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để khai thác và sử dụng các loại năng lượng tái tạo trong chế biến nông, lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi trường

bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n

viÖn khoa häc thñy lîi

b¸o c¸o tæng kÕt chuyªn ®Ò

nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸nh c«ng t¸c

tua bin thñy lùc

thuéc ®Ò tµi kc 07.04:

“nghiªn cøu, lùa chän c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®Ó khai th¸c vµ

sö dông c¸c lo¹i n¨ng l−îng t¸i t¹o trong chÕ biÕn n«ng,

l©m, thñy s¶n, sinh ho¹t n«ng th«n vµ b¶o vÖ m«i tr−êng”

Chñ nhiÖm chuyªn ®Ò: ThS nguyÔn vò viÖt

5817-4

16/5/2006

hµ néi – 5/2006

Môc lôc

Trang

1

PhÇn I : B¸o c¸o Tæng Quan………………...……………………………………………

Ch−¬ng I. Sù cÇn thiÕt nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸nh c«ng t¸c tua bin

thñy lùc…………………………………………………………………………………………….

1

Ch−¬ng II. §¸nh gi¸ t×nh h×nh s¶n xuÊt trong n−íc vµ ngoµi n−íc…………….

2.1. Trong n−íc……………………………………………………………………………….

2.2. C«ng nghÖ trong khu vùc…………………………………………………………….

2.3. C¸c n−íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn……………………………………….………….

3

4

Ch−¬ng III. C¸c c«ng nghÖ chÕ t¹o hiÖn ®¹i ®ang ®−îc øng dông t¹i ViÖt

Nam………………………………………………………………………………………………….

5

7

Ch−¬ng IV. Néi dung vµ ph¹m vi nghiªn cøu…………………………………………

4.1. C¸c mÈu BCT tua bin nghiªn cøu………………………………………………….

4.2. Ph−¬ng ph¸p tiÕp cËn……………………………………………………………….…

PhÇn II : B¸o c¸o c«ng nghÖ chÕ t¹o BCT tua bin thñy lùc………………….

8

Ch−¬ng V. Sè ho¸ vËt thÓ c¸nh 3D c¬ së x©y dùng m« h×nh h×nh häc sè……...

5.1. Ph−¬ng ph¸p khai triÓn truyÒn thèng……………………………………………..

5.2. Khai triÓn víi trî gióp cña thiÕt bÞ sè ho¸ 3D…………………………………...

Ch−¬ng VI. ChÕ t¹o khu«n mÉu c¸nh b¸nh c«ng t¸c Trªn C¬ së c«ng nghÖ

CAD\CAM\CNC………………………………………………………………………………..

6.1. §¸nh gi¸ c«ng nghÖ truyÒn thèng………………………………………………..

6.2. ChÕ t¹o c¸nh vµ khu«n mÉu c¸nh trªn c¬ së c«ng nghÖ CNC……………

6.2.1. Vµi nÐt vÒ c«ng nghÖ CNC……………………………………………………..

6.2.2. TÝnh t−¬ng thÝch chuyÓn ®éng t¹o h×nh trªn m¸y CNC………………….

6.2.3. Chän m¸y vµ c¸c nguyªn lý t¹o h×nh gia c«ng c¸c c¸nh ®iÓn h×nh……

6.2.4. Chän vËt liÖu Gia c«ng c¸nh vµ khu«n c¸nh……………………………….

6.2.5. Cô thÓ ho¸ C¸c b−íc triÓn khai nghiªn cøu………………………………...

8

12

13

16

22

25

26

Ch−¬ng VII. C«ng nghÖ chÕ t¹o BCT cña tua bin tia nghiªng D = 250……….. 27

27

7.1. C«ng nghÖ ®óc c¸nh rêi……………………………………………………………..

7.1.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm………………………………………………………..

7.1.1.1. §Æc ®iÓm tua bin………………………………………………………….. 27

7.1.1.2. S¶n phÈm nghiªn cøu……………………………………………………..

7.1.2. Lùa chän vËt liÖu…………………………………………………………………

7.1.3. Lùa chän c«ng nghÖ ®óc………………………………………………………..

28

29

30

7.1.3.1. §Æc ®iÓm c«ng nghÖ ®óc mÉu thiªu khu«n c¸t – nhùa……………. 30

7.1.3.2. ¦u ®iÓm cña c«ng nghÖ ®óc mÉu tù thiªu - khu«n c¸t nhùa…….. 31

32

7.1.4. Ph©n tÝch c«ng nghÖ ®óc c¸nh………………………………………………...

7.1.4.1. Kh©u chÕ t¹o mÉu………………………………………………………… 32

7.1.4.2. T¹o khu«n c¸t nhùa vµ ®æ rãt kim lo¹i ®óc………………………….

7.1.5. Hoµn thiÖn b¸nh c«ng t¸c………………………………………………………

34

35

7.1.5.1. Söa l¸ c¸nh…………………………………………………………………. 35

7.1.5.2. G¸ - hµn…………………………………………………………………….. 36

7.5.1.3. Hoµn thiÖn vµ c©n b»ng c¸nh………………………………………….. 37

38

7.1.6. §¸nh gi¸ c«ng nghÖ ®óc c¸nh rêi…………………………………………….

7.2. C«ng nghÖ ®óc c¸nh tia nghiªng d¹ng liÒn b»ng Ph−¬ng Ph¸p mÉu

ch¸y vµ khu«n c¸t nhùa………………………………………………………………………..

39

40

7.2.1. §Æc ®iÓm c¸nh tia nghiªng ®óc liÒn………………………………………….

7.2.2. Lùa chän c«ng nghÖ ®óc………………………………………………………..

7.2.3. C«ng nghÖ chÕ t¹o b¸nh c«ng t¸c tia nghiªng b»ng ph−¬ng ph¸p ®óc

liÒn mÉu ch¸y - khu«n c¸t nhùa ……………………………………………………………...

40

7.2.3.1. §óc b¸nh c«ng t¸c………………………………………………………… 41

7.2.3.2. Gia c«ng c¬………………………………………………………………….

48

7.2.3.3. L¾p ®ång bé Tua bin - KiÓm tra chÊt l−îng - HiÖu suÊt thuû lùc

c¸nh………………………………………………………………………………………………….

49

7.2.3.4. §¸nh gi¸ c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh ®óc liÒn…………………………

Ch−¬ng IIX. C«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh tua bin Cét n−íc cao D₁= 100 vµ

D₁= 150……………………………………………………………………………………………..

51

8.1. Quy tr×nh thiÕt kÕ……………………………………………………………………….

8.1.1. QuÐt mÉu……………………………………………………………………………

8.1.1.1. Tham kh¶o cÊu t¹o c¸nh tua bin cña h·ng Gilkes………………… 51

8.1.1.2. X©y dùng b¶n vÏ c¸nh b¸nh c«ng t¸c…………….…………………… 51

8.1.1.3. LËp tr×nh gia c«ng vµ gia c«ng cèi vµ ®Çu chµy…………………… 52

52

8.1.2. Chän ph−¬ng ¸n dËp……………………………………………………………..

8.1.2.1. Nguyªn lý cÊu t¹o…………………………………………………………. 53

8.1.2.2. Nguyªn lý biÕn d¹ng t¹o h×nh………………………………………….. 53

61

8.1.3. Tæng hîp quy tr×nh tr×nh chÕ t¹o……………………………………………..

Ch−¬ng IX. C«ng nghÖ chÕ t¹o BCT tua bin h−íng trôc D = 300………………. 63

63

64

65

67

68

69

73

9.1. §Æc ®iÓm cña s¶n phÈm……………………………………………………………….

9.1.1. Vµi nÐt vÒ b¸nh c«ng t¸c tua bin h−íng trôc………………………………

9.1.2. BCT tua bin h−íng trôc cã D₁= 300mm……………………………………

9.1.3. Ph©n tÝch kÕt cÊu………………………………………………………………….

9.1.4. C¸c mÆt c¾t l¸ c¸nh………………………………………………………………

9.2. Lùa chän vËt liÖu……………………………………………………………………….

9.2.1. §iÒu kiÖn lµm viÖc………………………………………………………………

9.2.2. Lùa chän vËt liÖu…………………………………………………………………

9.3. Quy tr×nh c«ng nghÖ…………………………………………………………………...

9.3.1. T¹o ph«i b»ng ph−¬ng ph¸p ®óc………………………………………………

9.3.1.1. ChÕ t¹o mÉu………………………………………………………………..

9.3.1.2. S¬n mÉu……………………………………………………………………..

9.1.3.3. Qu¸ tr×nh lµm khu«n…………………………………………………….. 73

9.3.1.4. Qu¸ tr×nh nÊu luyÖn……………………………………………………… 74

9.3.1.5. Dì khu«n vµ lµm s¹nh…………………………………………………... 75

76

9.3.2. Gia c«ng c¬ khÝ…………………………………………………………………...

9.3.2.1. Nguyªn c«ng 1…………………………………………………………….. 76

9.3.3.2. Nguyªn c«ng 2…………………………………………………………….. 77

9.3.3.3. Nguyªn c«ng 3…………………………………………………………….. 77

9.3.2.4. Nguyªn c«ng 4…………………………………………………………….. 78

78

9.3.3. Hoµn thiÖn BCT………………………………………………………………….

9.3.3.1. Mµi söa……………………………………………………………………... 78

9.3.3.2. C©n b»ng tÜnh………………………………………………….

9.3.4. KiÓm tra chÊt l−îng s¶n phÈm…………………………………………………

79

80

9.3.4.1. ChÊt l−îng vËt liÖu……………………………………………………….. 80

9.3.4.2. KiÓm tra c¸c kÝch th−íc gia c«ng c¬…………………………………. 80

80

9.4. §¸nh gi¸ c«ng nghÖ……………………………………………………………………

Ch−¬ng X : C«ng nghÖ chÕ t¹o BCT tuabin h−íng trôc cùc nhá cét

n−íc thÊp…………………………………………………………………………………………..

82

10.1. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ luyÖn kim bét vµ øng dông ë ViÖt nam………..

10.1.1. C«ng nghÖ luyÖn kim bét……………………………………………………..

10.1.1.1. Tæng quan chung……………………………………………………….. 82

10.1.1.2. ¦u ®iÓm cña c«ng nghÖ luyÖn kim bét……………………………... 83

10.1.1.3. Qui tr×nh c«ng nghÖ luyÖn kim bé…………………………………… 84

10.1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu øng dông céng nghÖ luyÖn kim bét ë ViÖt

Nam………………………………………………………………………………………………….

85

10.2. Nghiªn cøu chÕ t¹o b¸nh c«ng t¸c tua bin h−íng trung b»ng c«ng

nghÖ luyÖn kim bét………………………………………………………………………………

86

10.2.1. Ph©n tÝch s¶n phÈm…………………………………………………………….

10.2.2. C¸c b−íc c«ng nghÖ……………………………………………………………

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

PhÇn I : B¸o C¸o tæng quan

Ch−¬ng I. Sù cÇn thiÕt nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o

b¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

Theo b¸o c¸o ®¸nh gi¸ cña Tæng C«ng ty ®iÖn lùc ViÖt nam (EVN) nhu cÇu ®iÖn

n¨ng cung cÊp cho nÒn kinh tÕ ®ang ngµy cµng ph¸t triÓn cña n−íc ta lµ rÊt lín. RÊt

nhiÒu c¸c c«ng ty trong vµ ngoµi ngµnh ®iÖn ®ang tham gia x©y dùng c¸c dù ¸n

Thñy ®iÖn víi c«ng suÊt tõ vµi MW ®Õn hµng tr¨m MW. Toµn bé thiÕt bÞ nhµ tr¹m

(bao gåm Tua bin thñy lùc, m¸y ph¸t, hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®o l−êng - b¶o vÖ) ®Òu

nhËp cña n−íc ngoµi.

Nh− vËy tiÒm n¨ng s¶n xuÊt cung cÊp nh÷ng thiÕt bÞ nµy trong n−íc cßn bá ngá

mµ nhu cÇu l¹i rÊt lín. HiÖn nay víi c«ng nghÖ kü thuËt ph¸t triÓn, kh¶ n¨ng s¶n

xuÊt thiÕt bÞ thñy ®iÖn trong n−íc lµ cã thÓ vµ rÎ h¬n cña n−íc ngoµi rÊt nhiÒu. Tuy

nhiªn vÊn ®Ò khã kh¨n hiÖn nay cña c¸c nhµ s¶n xuÊt thiÕt bÞ lµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt

tua bin thñy lùc, ®Æc biÖt lµ chÕ t¹o b¸nh c«ng t¸c tua bin.

Trong cÊu t¹o cña tua bin thñy lùc, b¸nh c«ng t¸c lµ bé phËn quan träng nhÊt.

B¸nh c«ng t¸c lµm nhiÖm vô trao ®æi n¨ng l−îng cña dßng n−íc thµnh n¨ng l−îng

cña tua bin, thµnh ®iÖn n¨ng. Nh− vËy b¸nh c«ng t¸c cña tua bin quyÕt ®Þnh chñ yÕu

®Õn hiÖu suÊt lµm viÖc cña tæ m¸y vµ qua ®ã ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu qu¶ cña c«ng tr×nh.

ViÖc chÕ t¹o ra mét b¸nh c«ng t¸c cho hiÖu suÊt cao rÊt quan träng. Quy tr×nh chÕ

t¹o bao gåm:

- Lùa chän mÉu c¸nh m« h×nh thÝch hîp víi th«ng sè kü thuËt c«ng tr×nh thñy

’

c«ng (Q, H, Q₁, n₁...) trong ®ã mÉu c¸nh m« h×nh ®· ®−îc tiªu chuÈn hãa.

- Lùa chänvËt liÖu thÝch hîp.

- Lùa chän ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o ph«i thÝch hîp.

- Gia c«ng chÕ t¹o hoµn thiÖn BCT.

Trong quy tr×nh trªn th× viÖc lùa chän ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o ph«i, gia c«ng hoµn

thiÖn BCT lµ rÊt quan träng nã quyÕt ®Þnh ®Õn chÊt l−îng trùc tiÕp cña tæ m¸y c¶ vÒ

gi¸ thµnh vµ hiÖu suÊt lµm viÖc.

ViÖc lùa chän c«ng nghÖ chÕ t¹o BCT thÝch hîp lµm n©ng cao tÝnh chÝnh x¸c

cña BCT, t¨ng ®é bÒn cho chi tiÕt. MÆt kh¸c cã thÓ gi¶m ®−îc gi¸ thµnh rÊt nhiÒu.

V× ®«i khi gi¸ trÞ cña b¸nh c«ng t¸c chiÕm ®Õn 1/2 gi¸ trÞ cña tuabin.

1

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

Nh− vËy c«ng t¸c nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸nh c«ng t¸c tuabin thñy lùc

rÊt quan träng nã ¶nh h−ëng ®Õn:

- HiÖu suÊt lµm viÖc cña tæ m¸y.

- Gi¸ thµnh s¶n phÈm.

- §é bÒn cña BCT vµ tuæi thä cña tæ m¸y.

HiÖn nay kh«ng riªng ë ViÖt Nam mµ rÊt nhiÒu n−íc cã ngµnh chÕ t¹o thiÕt bÞ

thñy lùc ®· quan t©m vµ ®i tr−íc ta trong viÖc ¸p dông c¸c c«ng nghÖ cao vµo c«ng

t¸c chÕ t¹o BCT.

2

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

Ch−¬ng II. §¸nh gi¸ t×nh h×nh s¶n xuÊt trong

n−íc vµ ngoµi n−íc

2.1. Trong n−íc.

Ngµnh c«ng nghiÖp tuabin thñy lùc trong n−íc ®· ph¸t triÓn tõ nh÷ng n¨m 80 ë

c¸c c«ng ty c¬ khÝ nh− c«ng ty c¬ khÝ Hµ Néi, c«ng ty c¬ khÝ Mai §éng... Trong ®ã

ph¸t triÓn m¹nh lµ C¬ KhÝ Hµ Néi. Tuy vËy ®Õn nay c¸c c«ng ty nµy kh«ng cßn chÕ

t¹o tuabin thñy lùc n÷a hoÆc chÕ t¹o mang tÝnh söa ch÷a nhá. Trong ®ã c«ng nghÖ

chÕ t¹o BCT tua bin ®¬n gi¶n nh−:

- §èi víi b¸nh c«ng t¸c lín D1>1m: §óc rêi tõng l¸ c¸nh, sau ®ã hµn thµnh

BCT hoµn chØnh.

- §èi víi tuabin BCT D1<1m ®−îc ®óc liÒn: Nh− c¸nh tuabin h−íng trôc, t©m

trôc...

Ph−¬ng ph¸p ®óc gåm: mÉu gç, khu«n c¸t hoÆc ®Êt sÐt ph−¬ng ph¸p gia c«ng

chñ yÕu b»ng thñ c«ng. ChÊt l−îng ®óc cho bÒ mÆt kÐm, l−îng d− lín, gia c«ng

hoµn thiÖn c«ng phu tèn kÐm. §é chÝnh x¸c cu¶ BCT khã x¸c ®Þnh, th−êng khã ®¹t

®−îc nh÷ng th«ng sè nh− c¸nh mÉu. V× thÕ th«ng tua bin thñy lùc s¶n xuÊt trong

n−íc cã hiÖu suÊt kh«ng cao.

Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y c¸c thiÕt bÞ thñy ®iÖn nhá ®−îc Trung T©m Thñy

§iÖn HRC) s¶n xuÊt vµ l¾p ®Æt ®¹t hiÖu qu¶ cao h¬n, nh−ng c«ng suÊt cña tæ m¸y

th−êng nhá do h¹n chÕ vÒ mÆt b»ng s¶n xuÊt vµ trang thiÕt bÞ nªn còng chØ ë sè

l−îng cã h¹n.

2.2. C«ng nghÖ trong khu vùc.

Trong khu vùc hiÖn nay Trung Quèc lµ n−íc cã ngµnh c«ng nghiÖp thñy ®iÖn

ph¸t triÓn nhÊt, do tÝnh chÊt ®Æc thï cña ®Þa h×nh - nguån ph¸t triÓn thñy ®iÖn cña

Trung Quèc dåi dµo. Tr−íc ®©y ngµnh s¶n xuÊt tua bin thñy ®iÖn cña Trung Quèc

dùa vµo nÒn t¶ng lý thuyÕt, c«ng nghÖ cña Liªn X« cò, chÊt l−îng ch−a ®¹t yªu

cÇu.Trung Quèc ngµy nay ®· sím gam hãa ®−îc rÊt nhiÒu lo¹i tuabin øng víi c¸c

d¶i c«ng suÊt vµ th«ng sè lµm viÖc kh¸c nhau. ChÊt l−îng chÕ t¹o tuabin thñy lùc

nãi chung vµ BCT nãi riªng ®· n©ng lªn rÊt nhiÒu. Qua nghiªn BCT cña thiÕt bÞ thñy

®iÖn Trung Quèc nhËp vµo ViÖt Nam vµ qua tham quan c¸c nhµ m¸y chÕ t¹o tuabin

thñy ®iÖn, c«ng nghÖ chÕ t¹o BCT cña TRung Quèc gåm:

3

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

- §óc rêi l¸ c¸nh - gia c«ng trªn m¸y CNC - Hµn hoµn thiÖn.

- §óc liÒn b¸nh c«ng t¸c víi c«ng nghÖ ®óc chÝnh x¸c: BCT t©m trôc, BCT h−íng

trôc, BCT tia nghiªng...

- Gia c«ng ¸p lùc nãng tõng l¸ c¸nh biªn d¹ng cã ®é dµy, biÕn thiªn 3 chiÒu

kh«ng lín: c¸nh tua bin h−íng trôc, t©m trôc...

C«ng nghÖ ®óc cña Trung Quèc tiÕn bé h¬n tr−íc rÊt nhiÒu do ¸p dông c«ng

nghÖ tiªn tiÕn cña thÕ giíi. Tuy vËy chÊt l−îng vËt ®óc vÒ ®é chÝnh x¸c, bÒ mÆt...

so víi c¸c n−íc ph¸t triÓn vÉn ch−a b»ng.

2.3. C¸c n−íc C«ng nghiÖp ph¸t triÓn.

C¸c n−íc cã ngµnh c«ng nghiÖp thuû ®iÖn ph¸t triÓn trªn thÕ giíi nh−: c¸c n−íc

SNG, NhËt, Anh , Na uy, §øc... C¸c n−íc SNG rÊt cã kinh nghiÖm trong s¶n xuÊt

tua bin c«ng suÊt lín. C¸c h·ng Tanaka cña NHËt, Gelkes cña Anh, Osberger cña

§øc ...®i s©u vµo s¶n xuÊt thñy ®iÖn nhá. ë c¸c h·ng nµy nhiÒu c«ng nghÖ míi ®−îc

¸p dông cho s¶n xuÊt BCT tua bin. V× vËy chÊt l−îng BCT rÊt tèt, ®é tin cËy vµ hiÖu

suÊt tua bin th−êng rÊt cao tõ 90%-95%. C«ng nghÖ chÕ t¹o BCT cña c¸c n−íc nµy

lµ: ®óc chÝnh x¸c, ®óc ¸p lùc cao, gia c«ng ¸p lùc nãng, gia c«ng trªn m¸y CNC...

Th−êng th× c«ng nghÖ ®óc ®−îc sö dông nhiÒu h¬n trong chÕ t¹o BCT. Ngµy nay

c«ng nghÖ ®óc ®· ph¸t triÓn rÊt nhanh nhê cã nhiÒu lo¹i vËt liÖu lµm khu«n, ph−¬ng

ph¸p chÕ t¹o khu«n ®a d¹ng. ViÖc t¹o mÉu, khu«n kim lo¹i dÔ dµng h¬n nhê thiÕt bÞ

chÕ t¹o CNC - trung t©m gia c«ng 4D... do vËy s¶n phÈm ®a d¹ng h¬n, ®¹t ®é chÝnh

x¸c gia c«ng cao h¬n.

4

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

Ch−¬ng III. C¸c c«ng nghÖ chÕ t¹o hiÖn ®¹i

®ang ®−îc øng dông t¹i ViÖt Nam

C¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn phï hîp chÕ t¹o BCT tua bin ®ang ®−îc øng dông t¹i

ViÖt nam gåm:

- §óc chÝnh x¸c.

- §óc ¸p lùc cao.

- Gia c«ng ¸p lùc khu«n lim lo¹i.

- ChÕ t¹o chÝnh x¸c trªn M¸y trung t©m gia c«ng 3D, 4D, 5D.

§óc chÝnh x¸c bao gåm c¸c ph−¬ng ph¸p:

- §óc khu«n vá máng.

- §óc mÉu tù thiªu.

- §óc mÉu ch¶y.

C«ng nghÖ ®óc chÝnh x¸c ®ang ®−îc ¸p dông t¹i ViÖn C«ng nghÖ - Bé c«ng

nghiÖp, Nhµ m¸y c¬ khÝ ViÖt NhËt - H¶i phßng, nhµ m¸y c¬ khÝ Hµ néi...

§óc ¸p lùc cao víi vËt liÖu nh«m, ®ång s¶n phÈm ®óc ®é chÝnh x¸c cao vµ n¨ng

suÊt lín. Ph−¬ng ph¸p nµy phï hîp cho chÕ t¹o BCT tua bin h−íng trôc thuû ®iÖn

cùc nhá. C«ng nghÖ nµy ®−îc ¸p dông ë rÊt nhiÒu nhµ m¸y nh−: C«ng ty TNHH Hµ

ph¸t (H¶i d−¬ng), c«ng ty T&T (H−ng yªn)...

C«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc nãng víi thiÕt bÞ ¸p lùc rÊt lín, khu«n kim lo¹i cã ®é

bÒn cao. C«ng nghÖ nµy phï hîp víi chÕ t¹o c¸c l¸ c¸nh tua bin t©m trôc, tua bin

h−íng trôc. HiÖn nay cã sè Ýt nhµ m¸y cã c«ng nghÖ nµy, nh− nhµ m¸y Diezel S«ng

c«ng...

C«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc nguéi, yªu cÇu ¸p lùc kh«ng cao, phï hîp chÕ t¹o c¸c

l¸ c¸nh máng tiÕt diÖn ®Òu cô thÓ nh− c¸c c¸nh BCT tua bin tia nghiªng c«ng suÊt

nhá, tua bin xung kÝch 2 lÇn... C«ng nghÖ nµy ®¬n gi¶n phô thuéc chñ yÕu vµo c«ng

t¸c chÕ t¹o khu«n kim lo¹i.

C«ng nghÖ chÕ t¹o trªn m¸y trung t©m gia c«ng. ThiÕt bÞ nµy rÊt hiÖn ®¹i vµ còng

rÊt ®¾t tiÒn. Nã cho phÐp thùc hiÖn gia c«ng s¶n phÈm víi nhiÒu nguyªn c«ng trªn

cïng mét lÇn g¸ nhê tÝnh n¨ng cã nhiÒu dao, ®å g¸ chuyªn dông vµ gia c«ng hoµn tù

®éng. Do chÕ ®é gia c«ng ®−îc lËp tr×nh s½n s¶n phÈm ®−îc hoµn thiÖn víi ®é chÝnh

x¸c cao, n¨ng suÊt lín. HiÖn nay nhiÒu nhµ m¸y ®· trang bÞ thiÕt bÞ nµy, ®i ®Çu lµ

5

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

ViÖn c«ng nghÖ - Bé c«ng nghiÖp (IMI). Tuy vËy chñ yÕu dïng ®Ó gia c«ng c¸c lo¹i

khu«n mÉu kim lo¹i.

Nh− vËy tõ nhu cÇu ph¸t triÓn thuû ®iÖn trong n−íc, tham kh¶o c«ng nghiÖp s¶n

xuÊt thiÕt bÞ thuû ®iÖn khu vùc vµ c¸c n−íc tiªn tiÕn, c¨n cø vµo c¸c c«ng nghÖ chÕ

t¹o hiÖn ®ang ®−îc ¸p dông t¹i ViÖt nam, chóng t«i tiÕn hµnh nghiªn cøu lùa nhän

c«ng nghÖ chÕ t¹o BCT tua bin thuû lùc víi mong muèn: T¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc

cña tua bin, t¨ng ®é bÒn, h¹ gi¸ thµnh s¶n phÈm gãp phÇn tõng b−íc ph¸t triÓn

ngµnh c«ng nghiÖp chÕ t¹o thiÕt bÞ thuû ®iÖn.

Ph¹m vi nghiªn cøu cña chóng t«i b−íc ®Çu ®i s©u vµo c«ng nghÖ chÕ t¹o BCT

cho c¸c lo¹i tua bin nhá vµ cùc nhá, hiÖn nhu cÇu trong n−íc rÊt lín, mÆt kh¸c sÏ lµ

tiÒn ®Ò cho nghiªn cøu s¶n xuÊt BCT tua bin c«ng suÊt lín.

6

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

Ch−¬ng IV. Néi dung vµ ph¹m vi nghiªn cøu

Theo kÕt qu¶ thèng kª, tiÒm n¨ng thuû ®iÖn nhá vµ thuû ®iÖn cùc nhá kh¸ lín.

HiÖn nay thÞ tr−êng trong n−íc do HPC chÕ t¹o vµ cung cÊp (80%), ngoµi ra mét

lo¹t c¸c tæ m¸y thuû ®iÖn nhá vµ cùc nhá cña Trung quèc gi¸ rÎ chÊt l−îng thÊp

còng ®−îc l¾p ®Æt. Thuû ®iÖn nhá vµ cùc nhá ®−îc ph©n lo¹i nh− sau:

- Thuû ®iÖn nhá cét n−íc thÊp - tua bin h−íng trôc c«ng suÊt tíi 200 kW.

- Thuû ®iÖn nhá cét n−íc cao - tua bin tia nghiªng, tua bin kiÓu Cink c«ng suÊt

tíi 200 kW.

- Thuû ®iÖn cùc nhá cét n−íc thÊp - tua bin h−íng trôc c«ng suÊt 200w - 1000w.

- Thuû ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao - tua bin tia nghiªng c«ng suÊt 200w - 1000w.

C¨n cø vµo c¸c lo¹i tua bin trªn, néi dung vµ ph¹m vi nghiªn cøu cña chóng t«i

nh− sau:

4.1. C¸c mÉu BCT tua bin nghiªn cøu.

- Thuû ®iÖn nhá cét n−íc cao - mÉu c¸nh tua bin tia nghiªng D₁= 250.

- Thuû ®iÖn nhá cét n−íc thÊp - mÉu c¸nh tua bin h−íng trôc D₁= 400.

- Thuû ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao - mÉu c¸nh tua bin tia nghiªng D₁= 100;

D₁= 150.

- Thuû ®iÖn cùc nhá cét n−íc thÊp - mÉu c¸nh tua bin h−íng trôc D₁= 120.

4.2. Ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ tiÕp cËn:

- C«ng nghÖ ®óc chÝnh x¸c: ®èi víi mÉu BCT tua bin thuû ®iÖn nhá víi 2 d¹ng

s¶n phÈm ®óc liÒn vµ ®óc rêi.

- C«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc nguéi: ®èi víi mÉu BCT thuû ®iÖn cùc nhá tua bin

tia nghiªng.

- C«ng nghÖ luyÖn kim bét vµ ®óc ¸p lùc cao: ®èi víi mÉu BCT thuû ®iÖn cùc

nhá tua bin h−íng trôc.

7

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

PhÇn II.

B¸o c¸o c«ng nghÖ chÕ t¹o BCT

tua bin thuû lùc

Ch−¬ng V.

Sè ho¸ vËt thÓ c¸nh 3D C¬ së x©y dùng

m« h×nh h×nh häc sè

5.1. Ph−¬ng ph¸p khai triÓn truyÒn thèng.

Cã 2 ph−¬ng ph¸p :

+ Khai triÓn theo c¸c l¸t c¾t ph¼ng

+ Khai triÓn theo c¸c l¸t c¾t trô

NÕu 1 b¶n c¸nh ®−îc −íc lÖ chia thµnh l−íi theo 2 ph−¬ng h−íng t©m vµ h−íng

trô (HoÆc theo 2 ph−¬ng h−íng trô vµ vu«ng trôc) th× tuú theo cÇn m« t¶ h−íng

xo¾n cã thÓ lùa chän mét trong 2 ph−¬ng ph¸p khai triÓn trªn.

Khai triÓn ph¼ng ®¬n gi¶n cho l¾p r¸p bé x−¬ng khu«n nh−ng th−êng bá qua m«

t¶ biªn d¹ng t¹i c¸c gãc l−în s¸t bÇu vµ s¸t vµnh.

Khi khai triÓn trô, cã thÓ m« t¶ c¸c diÔn biÕn bÒ mÆt t¹i c¸c vïng chuyÓn tiÕp

vµnh vµ bÇu nh−ng gÆp khã kh¨n nhÊt ®Þnh cho c«ng t¸c ®Þnh vÞ x−¬ng khu«n ®Ó t¹o

mÉu.

§Æc biÖt víi c¸c d¹ng c¸nh xo¾n lín d¹ng t©m trôc , th−êng m¾c sai sè lín khi

chÕ t¹o hép d−ìng do kh«ng ®ång thêi tho¶ m·n 2 nhu cÇu m« t¶ trªn.

C¸c ph−¬ng ph¸p khai triÓn trªn t−¬ng thÝch víi nguyªn t¾c thiÕt kÕ c¸nh kinh

®iÓn vµ ®· trë thµnh nÒn t¶ng cho c«ng nghÖ thñ c«ng dùng khu«n ®óc mÉu.

5.2. Khai triÓn víi trî gióp cña thiÕt bÞ sè ho¸ 3D.

Th−êng gÆp trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ hoÆc thiÕt kÕ l¹i theo nguyªn t¾c ®ång d¹ng

lµ ph¶i dùng l¹i c¸nh. NÕu thùc hiÖn thñ c«ng kh«ng hÒ cã trî gióp cña m¸y tÝnh th×

viÖc vÏ l¹i c¸c biªn d¹ng 3D c¸nh gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n; ngay tõ kh©u ®Þnh t©m,

chia líp ... C¸c nhµ s¶n xuÊt khu«n truyÒn thèng còng ®· tõng ¸p dông c¸c c«ng cô

chÐp khu«n 3D nh−ng ph−¬ng ph¸p nµy chØ lµ t−¬ng ®èi chÝnh x¸c víi c¸c vËt thÓ Ýt

xo¾n Ýt vâng.

Víi c¸c yªu cÇu cao vÒ mÉu (dung sai bÒ mÆt yªu cÇu trong kho¶ng hÑp) cÇn ¸p

dông c«ng nghÖ CMM (Coordinate Measuring Machine) cho phÐp nhËn d¹ng 3D

ngay c¶ khi c¸c chuÈn ®o lµ kh«ng tån t¹i (chuÈn ¶o).

8

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

ThiÕt bÞ ®o sè ho¸ 3D cã nhiÒu lo¹i víi c¸c ®Æc ®iÓm cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t

®éng kh¸c nhau :

- Lo¹i tiÕp xóc:

+ D¹ng ®Çu dß c«n , tay dß cã 4 ®Õn 8 khuûu

+ Lo¹i ®Çu dß c¶m biÕn

+ Lo¹i cè ®Þnh bµn m¸y

+ Lo¹i ®Õ m¸y kh«ng cè ®Þnh

+ Lo¹i ®iÒu khiÓn tay

+ Lo¹i ®iÒu khiÓn tù ®éng CNC - QuÐt vµ ph©n tÝch néi suy l−íi bÒ mÆt theo

ch−¬ng tr×nh

- Lo¹i kh«ng tiÕp xóc:

+ Lo¹i ho¹t ®éng theo nguyªn lý Laser lËp thÓ

VÊn ®Ò ®Æt ra lµ lùa chän cÊu h×nh m¸y quÐt mÉu nh− thÕ nµo t−¬ng thÝch giao

tiÕp c¸c ch−¬ng tr×nh ®å ho¹ CAD vµ CAM ®Ó x©y dùng ch−¬ng tr×nh gia c«ng. Sù

lùa chän cÊu h×nh m¸y cã thÓ c¨n cø trªn c¸c tÝnh n¨ng:

+ §íi c«ng t¸c cña ®Çu quÐt réng - cã thÓ quÐt vËt thÓ c¸nh 3D xÕp líp

+ Kh«ng gian c«ng t¸c lín - cã thÓ quÐt c¸nh tõ cì nhá ®Õn lín

+ HiÖu chØnh (Tù ®éng bï) ®−îc c¸c t¸c ®éng cña träng l−îng chi tiÕt c¸nh

lªn bµn m¸y

+ HiÖu chØnh c¸c t¸c ®éng nhiÖt cña m«i tr−êng

+ Cã thÓ cËp nhËt liªn tôc sè liÖu quÐt pháng theo nguyªn t¾c ph¸c tay

(Sketch)

+ Cã thÓ néi suy c¸c ®−êng cong tr¬n 3D (Bezier) dùa trªn c¸c ®iÓm dß quÐt

dêi r¹c

+ Cã thÓ läc d÷ liÖu quÐt víi träng sè sai lÖch kh¸ lín ®Ó ®Þnh nghÜa ra bÒ mÆt

danh nghÜa

+ Cã thÓ giao tiÕp víi c¸c øng dông CAD\CAM

+ Cã gi¸ trÞ phï hîp víi quy m« ®Çu t− .

§Ó tho¶ m·n c¸c tÝnh n¨ng n©ng cao cã thÓ trang bÞ thiÕt bÞ quÐt kh«ng tiÕp xóc

Laser lËp thÓ - Cã thÓ tham kh¶o chi tiÕt lo¹i thiÕt bÞ nµy tõ nhµ cung cÊp Auto

Desk (§¹i diÖn: ViÖt CAD) - lµ h·ng cã tªn tuæi , cã c¸c s¶n phÈm phÇn mÒm rÊt

m¹nh, h÷u hiÖu vµ th©n thiÖn nh−: AutoCAD, Rhino, MDT ....

9

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

§¸p øng c¸c nhu cÇu cì t−¬ng ®èi cao cã thÓ chän trang bÞ m¸y CMM d¹ng bµn

m¸y cè ®Þnh, quÐt vµ néi suy theo ch−¬ng tr×nh cña h·ng Mitutoyo.

§¸p øng c¸c nhu cÇu trung b×nh, cã thÓ sö dông c¸c tay quÐt cña c¸c h·ng

SCRIBER, OMMI TECH hay FARO ...

CÇn thÊy r»ng nguyªn lý dß quÐt trªn c¸c thiÕt bÞ quÐt tiÕp xóc hiÖn nay ®ång

nhÊt ®iÓm chung lµ sö dông c¸c Encorder ®Ó m· ho¸ c¸c chuyÓn vÞ thµnh c¸c th«ng

tin sè - Nã còng rÊt gÇn gòi víi c¸c nguyªn lý ®o ®äc cña m¸y c«ng cô CNC nªn

nghiªn cøu kh¶ n¨ng cña m¸y quÐt lµ h−íng ®óng ®¾n ®Ó tiÕp cËn c«ng nghÖ “gia

c«ng sè’’

Trong khu«n khæ nghiªn cøu kh¶ thi cña dù ¸n vÒ c¸c vÊn ®Ò nµy c¸c t¸c gi¶ ®·

®−a ra lùa chän: KÕt hîp khai th¸c sö dông thiÕt bÞ quÐt tiÕp xóc 3D SCRIBER víi

c¸c øng dông néi suy l−íi bÒ mÆt c¸nh t¶i trong c¸c m«i tr−êng thiÕt kÕ truyÒn

thèng nh− Auto CAD , Rhinoceross... ; C¸c øng dông nµy ®−îc hîp t¸c nghiªn cøu

vµ chuyÓn giao gi÷a HPC vµ ViÖn C«ng nghÖ - Bé C«ng nghiÖp. Bao gåm :

+ CTDO (t¶i trong CAD) ®Ó x¸c ®Þnh h×nh chiÕu cña mét ®a tuyÕn lªn mét mÆt

ph¼ng

+ SECN (t¶i trong CAD) ®Ó x¸c ®Þnh giao tuyÕn víi c¸c mÆt ph¼ng

+ SECCYL (t¶i trong CAD) ®Ó x¸c ®Þnh giao tuyÕn víi c¸c l¸t c¾t trô .

Tuy ch−a ph¶i lµ môc tiªu cuèi cïng thiÕt lËp ch−¬ng tr×nh chuÈn bÞ gia c«ng

CAM nh−ng c¸c phÇn mÒm trªn qua kiÓm nghiÖm ®· cho c¸c kÕt qu¶ hç trî tÝch

cùc cho c«ng t¸c x©y dùng m« h×nh c¸nh. C¸c nghiªn cøu vÒ quy tr×nh dß quÐt mÉu

hay lùa chän thiÕt bÞ quÐt mÉu ®−îc cô thÓ trong c¸c chuyªn ®Ò. Trong b¸o c¸o nµy

chØ nh»m tËp hîp l¹i c¸c ®¸nh gi¸ vÒ sö lý quÐt mÉu cã liªn quan ®Õn quy t¾c t¹o

h×nh vËt thÓ c¸nh.

Nh− nªu ra ë ch−¬ng më ®Çu, cÇn cã mét th«ng tin dÆc biÖt thay cho b¶n vÏ kü

thuËt th«ng th−êng ®Ó m« t¶ ®èi t−îng c¸nh , hay nãi c¸ch kh¸c lµ cÇn mét vËt mÉu

¶o (m« h×nh sè) thay cho thùc thÓ c¸nh (mÉu thùc) th× míi t−¬ng thÝch qu¸ tr×nh gia

c«ng trªn m¸y CNC nªn ®«i khi ®· cã mét thiÕt kÕ c¸nh trªn b¶n vÏ 2D (thuËt ng÷

CAD gäi lµ kh«ng gian Paper ) vÉn lu«n cÇn thiÕt cËp nhËt c¸c sè liÖu 3 D cña c¸nh

vµo m¸y tÝnh vµ bé sö lý cña m¸y gia c«ng (kh«ng gian m« h×nh - Modeling); vµ gi¶i

ph¸p linh ho¹t h¬n lµ chÐp mÉu b»ng thiÕt bÞ quÐt mÉu.

Khai th¸c c«ng cô m¸y quÐt mÉu CMM kh«ng chØ cho kÕt qu¶ lµ sao chÐp tin

10

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

cËy c¸c mÉu c¸nh - qu¸ tr×nh quÐt mÉu pháng theo quy t¾c c¬ b¶n vÒ phèi hîp ch¹y

dao ®· cho kÕt qu¶ nÐt ph¸c ho¹ qu¸ tr×nh t¹o h×nh, qua ®ã cã thÓ thuËn lîi x¸c ®Þnh

c¸c b−íc lËp tr×nh CAD chuÈn bÞ gia c«ng.

Víi quy m« nghiªn cøu lín h¬n nh− tèi −u ho¸ biªn d¹ng c¸nh th× øng dông nµy

®em l¹i hiÖu qu¶ lín h¬n - §ã lµ t¹o lËp nhanh c¸c sªri m« h×nh sau ®ã thùc nghiÖm,

thèng kª kÕt qu¶ lµm c¨n cø thiÕt kÕ nguyªn thÓ. C«ng n¨ng trªn tõng ®−îc s¬ bé

giíi thiÖu ë phÇn tr−íc, khi tiªn l−îng vÒ biÖn ph¸p chÕ t¹o mÉu theo c«ng nghÖ

SLA - víi c«ng nghÖ nµy sù −u viÖt ®¸ng kÓ lµ nã cã thÓ tuú biÕn thay ®æi nhanh c¸c

phiªn b¶n mÉu ®Ó ®−a vµo thùc nghiÖm. §Ó cã ®−îc sù thay ®æi nµy ng−êi thiÕt kÕ

dÔ dµng thùc hiÖn trªn øng dông CAD vµ còng nhanh chãng truy xuÊt d÷ liÖu d−íi

®Þnh d¹ng SLA sau ®ã thùc thi thay ®æi mÉu trªn c¸c thiÕt bÞ phun bét hoÆc quang

ho¸ chuyªn dïng.

Trë l¹i mèi liªn quan ®Õn kh¶ n¨ng ph©n tÝch biªn d¹ng theo c¸c chuÈn mùc lËp

tr×nh ch¹y dao trªn m¸y CNC, vÊn ®Ò cÇn ®−a ra nghiªn cøu lµ quy tr×nh quÐt mÉu

cÇn thiÕt hîp lý víi kh¶ n¨ng phèi hîp t¹o h×nh - C¸c néi dung phÇn sau sÏ ®Ò cËp

®Õn vÊn ®Ò nµy.

11

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

ch−¬ng VI. ChÕ t¹o khu«n mÉu c¸nh b¸nh c«ng t¸c

Trªn C¬ së c«ng nghÖ CAD\CAM\CNC

6.1. §¸nh gi¸ c«ng nghÖ truyÒn thèng.

C¸nh b¬m tua bin còng nh− c¸c chi tiÕt kh¸c cña m¸y c¸nh lµ lo¹i h×nh s¶n

phÈm rÊt ®a d¹ng vµ lµ nhu cÇu thiÕt thùc cho tiªu dïng. Cung cÊp c¸c thiÕt bÞ cÊp

®iÖn , cÊp n−íc cho n«ng th«n - ®Æc biÖt cho ®Þa bµn miÒn nói ,vïng s©u vïng xa víi

®Þa h×nh bÞ chia c¾t phøc t¹p, c¬ së h¹ tÇng (giao th«ng , l−íi ®iÖn ...) cßn nghÌo nµn

lu«n lµ vÊn ®Ò ph¶i quan t©m cña ngµnh thuû lîi - thuû ®iÖn nhá trong chiÕn l−îc

toµn diÖn phôc vô s¶n xuÊt n«ng nghiÖp vµ sù nghiÖp ph¸t triÓn n«ng th«n. §Ó ®¸p

øng linh ho¹t vÒ chñng lo¹i, sè l−îng víi chÊt l−îng cao, cã søc c¹nh tranh phôc vô

nhu cÇu tiªu dïng , n©ng cao møc sèng vµ d©n trÝ, rÊt cÇn thiÕt n©ng cao n¨ng lùc

thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o lo¹i h×nh s¶n phÈm nµy, øng dông trî gióp m¸y tÝnh trong thiÕt kÕ

+ lËp tr×nh gia c«ng lµ kh«ng chØ cã ý nghÜa vÒ khoa häc c«ng nghÖ mµ cßn lµ ®éng

lùc ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi.

Tõ tr−íc tíi nay c¸nh tua bin, c¸nh h−íng, vßi phun, kim phun mét sè chi tiÕt

kh¸c cu¶ m¸y b¬m, m¸y c¸nh hoÆc c¸c chi tiÕt hÖ thèng t−íi ... chØ ®−îc chÕ t¹o

theo c«ng nghÖ truyÒn thèng :

- ThiÕt kÕ biªn d¹ng c¸nh trªn c¬ së ph©n tÝch c¸nh theo c¸c l¸t c¸t ph¼ng vµ trô

®Ó t¹o x−¬ng khu«n.

- §ång thêi chÕ t¹o thñ c«ng (nguéi) c¸c mÉu ®óc trªn c¬ së hép x−¬ng khu«n lµ

chÕ t¹o c¸c d−ìng mµi kiÓm.

- §óc c¸nh liÒn hoÆc rêi

- Mµi vµ kiÓm thñ c«ng

- Hµn tæng thµnh (Víi c¸c c¸nh ®óc rêi)

- Gia c«ng tinh

- C©n b»ng tÜnh

§¸nh gi¸:

+ HÇu hÕt c¸c b−íc trªn chØ ®−îc thùc hiÖn thñ c«ng - lÖ thuéc mét c¸ch chñ

quan vµo tay nghÒ - Sai sè ngÉu nhiªn lµ kh«ng tr¸nh khái.

+ Trong ®iÒu kiÖn cho phÐp, khi ¸p dông “®o dß - c¾t thö” (Rµ mµi) b»ng d−ìng

kiÓm 3D th× ®é chÝnh x¸c ®¹t ®−îc còng kh«ng cao: chØ ®¶m b¶o vÕt

tiÕp xóc d−ìng < 70%.

12

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

+ Kh«ng c¨n cø néi suy c¸c l¸t c¾t trung gian ®Ó vËn dông lµm su«n bÒ mÆt c¸nh

trong qu¸ tr×nh gia

+ Trong khi yªu cÇu ®é chÝnh x¸c h×nh häc cña c¸nh ®−îc tham chiÕu b»ng

“m¶ng tham sè” th× gia c«ng vµ kiÓm c¸nh chØ thùc hiÖn t¹i h÷u h¹n mÆt c¾t vµ

®iÓm chuÈn. MÆc nhiªn chÊp nhËn sai sè t¹i v« sè ®iÓm cßn l¹i .

Tãm l¹i:

- Víi c¸c lo¹i c¸nh ®¬n gi¶n, th« s¬ d¹ng ph¼ng, trô, cÇu (hoÆc xo¾n Acsimet)

th× viÖc ¸p dông c«ng nghÖ truyÒn ®ñ kh¶ n¨ng ®¸p øng c¸c yªu cÇu vÒ ®é chÝnh

x¸c, ®é bãng.

- Víi c¸c lo¹i c¸nh kh¸c, cÇn ph¶i ¸p dông c¸c c«ng nghÖ tiÒn tiÕn h¬n ®Ó gi¶i

quyÕt c¸c vÊn ®Ò nµy.

6.2. ChÕ t¹o c¸nh vµ khu«n mÉu c¸nh trªn c¬ së c«ng nghÖ CNC.

6.2.1. Vµi nÐt vÒ c«ng nghÖ CNC:

CNC lµ thuËt ng÷ chung chØ qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn sö dông ch−¬ng tr×nh sè

(Computerized Numerical Control).

Víi c¸c m¸y c«ng cô th«ng th−êng qu¸ tr×nh c¾t gät t¹o ra h×nh d¸ng (biÕn d¹ng

chi tiÕt) lµ kÕt qu¶ cña c¸c phèi hîp chuyÓn ®éng cña trôc chÝnh, bµn m¸y, ô dao

(®−îc gäi lµ c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh); c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh nµy ®−îc dÉn ®éng tõ mét

hoÆc nhiÒu nguån ®éng lùc, th«ng th−êng lµ c¸c ®éng c¬ ®iÖn cã tÇn sè vßng kh«ng

®æi ë chÕ ®é x¸c lËp. Liªn hÖ gi÷a c¸c c¬ cÊu lµ c¸c bé truyÒn c¬ khÝ cã chuèi tû sè

truyÒn - thuËt ng÷ trong ngµnh m¸y c«ng cô gäi lµ c¸c “xÝch truyÒn ®éng’’ , bé phËn

®iÒu khiÓn thay ®æi tû sè truyÒn ®−îc gäi lµ c¸c “ch¹c ®iÒu chØnh “. XÐt vÒ mÆt c¬

cÊu m¸y th× thÕ hÖ m¸y nµy cã ®Æc tr−ng bÒ ngoµi lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã c¸c cÇn

g¹t c¬ khÝ - thao t¸c ®iÒu khiÓn lµ b»ng tay (Manual). ChÕ ®é c¾t gät nh−: tèc ®é trôc

chÝnh, tèc ®é ch¹y dao, chiÒu s©u c¾t, tèc ®é ch¹y kh«ng, h−íng tiÕn, lïi dao hay l−u

l−îng b¬m dung dÞch tr¬n nguéi ®−îc lùa chän tr−íc vµ kh«ng cã kh¶ n¨ng thay

®æi, hoÆc chØ cho phÐp thay ®æi v« cÊp trong qu¸ tr×nh c¾t gät... Do c¸c h¹n chÕ nµy

mµ qu¸ tr×nh gia c«ng chuyÓn tiÕp biªn d¹ng tõ th¼ng sang cong hay tõ cong sang

cong chØ cã thÓ thùc hiÖn gi¸n ®o¹n, chÞu nhiÒu ¶nh h−ëng cña qu¸n tÝnh khi ®ãng

më ly hîp, sai sè truyÒn ®éng lín do chÞu ¶nh h−ëng sai sè ®éng häc khi gia tèc

hay h·m dõng; vÒ kh¶ n¨ng t¹o h×nh chØ giíi h¹n t¹o ra d¹ng bÒ mÆt gia c«ng lµ c¸c

mÆt h×nh h×nh h×nh häc th«ng th−êng nh−: mÆt trô, c«n, cÇu, mÆt xo¾n Archimede

13

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

(Ren), mÆt xo¾n Conbolit, mÆt tang trèng Hypeb«loit, MÆt bao h×nh th©n khai hoÆc

HypoCiclãit ...v.v...

Cã thÓ ®¸nh gi¸ r»ng nguyªn lý t¹o h×nh khi gia c«ng trªn c¸c m¸y nµy chØ giíi

h¹n t¹o ra c¸c bÒ mÆt ®¬n gi¶n - ®ã lµ c¸c mÆt cã thÓ biÓu diÒn b»ng c¸c hµm t−êng

minh, sau nµy - khi ph©n tÝch trªn quan ®iÓm CAD/CAM th× chóng ®¬n gi¶n ®−îc

t¹o bëi c¸c l−íi ®−êng th¼ng hoÆc ®−êng cong bËc 2; Víi c¸c mÆt bËc cao hoÆc c¸c

mÆt “phi tham sè” cÇn cã c¸c nguyªn lý t¹o h×nh ®Æc biÖt víi sù tham gia cña tù

®éng ®iÒu khiÓn.

Víi sù tiÕn bé kh«ng ngõng cña c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn, qu¸ tr×nh c¾t cã thÓ ®−îc

diÔn ra kh«ng chØ víi 1 chÕ ®é chuyÓn ®éng cè ®Þnh mµ tuú biÕn – liªn hÖ c¸c c¬ cÊu

cña m¸y kh«ng lÖ thuéc vµo tÝnh chÊt cøng cña xÝch truyÒn ®éng mµ linh ho¹t nhê

bé ®iÒu khiÓn thÝch nghi.

Víi m¸y vµ trung t©m gia c«ng CNC:

§iÓm kh¸c biÖt cña nã víi m¸y c«ng cô th«ng th−êng kh«ng chØ lµ h×nh thøc sö

dông c¸c phÝm bÊm ®iÒu khiÓn thay cho c¸c thao t¸c b»ng tay t¸c ®éng lªn c¸c cÇn

g¹t nh− th«ng th−êng ... mµ b¶n chÊt h¬n lµ c¸c t¸c ®éng ®iÒu khiÓn ®−îc diÔn ra

liªn tôc kh«ng gi¸n ®o¹n trong qu¸ tr×nh c¾t gät – c¸c t¸c ®éng nµy theo nguyªn t¾c

®iÒu hµnh mÒm, linh ho¹t qua ®ã c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh sÏ phèi hîp linh ho¹t ®Ó vÏ

nªn chuyÓn ®éng c¾t theo ch−¬ng tr×nh; §éng c¬ trong lo¹i m¸y nµy khi nhËn xung

®iÒu khiÓn sÏ quay víi sè vßng x¸c ®Þnh ®Ó dÉn ®éng c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh chuyÓn

®éng mét qu·ng ®−êng x¸c ®Þnh - trong ®ã xung ®−îc gi¸m s¸t ®Þnh l−îng bëi

ch−¬ng tr×nh sè, kh¸ch quan, kh«ng lÖ thuéc vµo qu¸n tÝnh chÊp hµnh hay kho¶ng

trÔ cña qu¸ tr×nh khëi ®éng hay h·m dõng nh− c¸c ®éng c¬ th«ng th−êng; VÊn ®Ò

nµy ®−îc lµm râ ë phÇn sau khi so s¸nh vÒ kh¶ n¨ng chuyÓn tiÕp biªn d¹ng gi÷a 2

ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng vµ CNC.

Ban ®Çu, m¸y gia c«ng ®iÒu khiÓn sè lµ c¸c m¸y NC (Numerical Control ), kh¶

n¨ng c«ng nghÖ cña lo¹i m¸y nµy ®· lµ v−ît tréi so víi c¸c m¸y gia c«ng th«ng

th−êng, tuy nhiªn c¸c ch−¬ng tr×nh gia c«ng vÉn cßn bÞ Ên ®Þnh bíi chØ ®−îc chøa

trong c¸c m¹ch l«gic ghÐp cøng - ch−a linh ho¹t ®¸p øng c¸c nhu cÇu riªng cña

ng−êi dïng.

Kh¸i niÖm Programmable Control ra ®êi cïng víi b−íc ph¸t triÓn vi sö lý trªn

14

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

m¸y tÝnh ®· më ra hµng lo¹t c¸c kh¶ n¨ng míi cho m¸y gia c«ng ®iÒu khiÓn sè vµ

còng lµ lóc thÕ hÖ m¸y CNC kh¼ng ®Þnh c¸c −u viÖt cña m×nh.

Trªn hÖ CNC, tÊt c¶ c¸c th«ng sè liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh gia c«ng ®Òu ®−îc sè

ho¸ ghi vµo bé nhí: ®Þa chØ m©m g¸, trôc chÝnh, ®Þa chØ cña dao, ®Þa chØ bé dao, ®Þa

chØ vµ ch−¬ng tr×nh so dao, c¸c ch−¬ng tr×nh c«ng nghÖ nh− lïi dao, ®æi dao, b¬m

nguéi v.v… Ng−êi lËp tr×nh ngoµi viÖc ®−a ra c¸c mèi quan hÖ ®Þa chØ M¸y - Dao -

Chi tiÕt gia c«ng (Machine-Word-Tool) ®Ó cho kh¶ n¨ng phèi hîp t¹o h×nh cßn ®ång

thêi ®−a ra c¸c lÖnh c«ng nghÖ ®Ó hoµn thiÖn ho¸ ch−¬ng tr×nh ®¶m b¶o chÝnh x¸c

kÝch th−íc vµ bãng bÒ mÆt.

Nh×n nhËn tæng quan vÒ c¸c kh¶ n¨ng thùc tÕ cña ngµnh c«ng nghiÖp chÕ t¹o

m¸y trong n−íc cã thÓ nhËn thÊy r»ng ®· cã nh÷ng b−íc tiÕn bé rÊt ®¸ng kÓ vÒ tr×nh

®é tù ®éng ho¸ trong thiÕt kÕ vµ thùc hµnh gia c«ng c¬, trong gia c«ng ®óc vµ gia

c«ng ¸p lùc... ®iÒu khiÓn gia c«ng CNC cho c¸c d¹ng m¸y nµy còng ®· trë nªn quen

thuéc vµ phæ cËp.

Trong nhiÒu ngµnh s¶n xuÊt chÕ t¹o m¸y nãi chung, cã thÓ ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶

øng dông c«ng nghÖ nµy lµ rÊt thuyÕt phôc - §· chØ ra xu h−íng hiÖn ®¹i ho¸ c«ng

nghÖ b»ng c¸ch trang bÞ c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt trªn c¬ së c«ng nghÖ nµy. C¸c nhµ

cung cÊp tr−íc khi t− vÊn cho kh¸ch hµng c¸ch lùa chän cÊu h×nh m¸y th−êng ®−a ra

c¸c giíi thiÖu c«ng n¨ng ®Æc biÖt cña cña chóng nh−:

- Gia c«ng víi n¨ng suÊt cùc cao

- Gia c«ng c¸c vËt liÖu siªu cøng

- Gia c«ng víi ¶nh h−ëng nhiÖt cùc thÊp lo¹i trõ kh¶ n¨ng gi¶m ®é bãng do lÑo

dao.

- Gia c«ng víi c¸c s¶n phÈm cã kÝch th−íc vµ khèi l−îng lín

- Gia c«ng c¸c lç cùc s©u , c¸c vÕt c¾t cùc m¶nh .

HoÆc giíi thiÖu c¸c nguyªn lý gia c«ng rÊt ®Æc biÖt ph¸ vì c¸c quy t¾c truyÒn

thèng nh−:

- C¾t ren theo nguyªn lý phay

- ChÕ t¹o c¸c lç lôc l¨ng , kh«ng trßn theo nguyªn lý tiÖn

- Gia c«ng tinh x¶o nh− phay c¸c phï ®iªu tinh vi hay c¸c kh¾c ch÷ trªn c¸c bÒ

mÆt ®Æc biÖt.

Trong khu«n khæ b¶n b¸o c¸o nµy, c¸c kh¶ n¨ng v−ît tréi ®ã ®−îc ®−a ra mang

15

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

tÝnh chÊt giíi thiÖu, cã thÓ nghiªn cøu tham kh¶o réng vÒ kh¶ n¨ng cña c«ng nghÖ

nµy víi trî gióp cña c¸c phÇn mÒm m« pháng c¸c ®Æc biÖt - Trong b¸o c¸o nµy

chóng t«i muèn ®−a ra nh÷ng kh¼ng ®Þnh vÒ kh¶ n¨ng gia c«ng ®¹t ®é chÝnh x¸c vµ

®é bãng cao trªn m¸y CNC cho lo¹i chi tiÕt cã bÒ mÆt phøc t¹p lµ c¸nh cña b¸nh

c«ng t¸c b¬m - tua bin; Môc tiªu ®−a ra lµ t×m c¸c gi¶i ph¸p thÝch hîp, phèi hîp

c«ng nghÖ CNC víi c«ng nghÖ truyÒn thèng vµ hµng lo¹t c«ng nghÖ gia c«ng tiÒn

tiÕn kh¸c nh»m t¹o ra ®éng th¸i tÝch cùc ph¸t triÓn c«ng nghÖ chÕ t¹o thiÕt bÞ thuû

lîi, thuû ®iÖn phôc vô n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n nãi chung.

Cïng ®−a ra lµ c¸c ph©n tÝch ®Ó ®¸nh gi¸ tÇm quan träng cña c«ng nghÖ t¹o mÉu

lËp thÓ 3D - TiÒn ®Ò cho øng dông CAD\CAM cho lËp tr×nh gia c«ng chi tiÕt hoÆc

khu«n ®óc dËp chi tiÕt c¸nh.

6.2.2. TÝnh t−¬ng thÝch chuyÓn ®éng t¹o h×nh trªn m¸y CNC.

Khu«n khæ cña b¸o c¸o nµy kh«ng cho phÐp liÖt kª c¸c quy t¾c hay ®i vµo ph©n

tÝch c¸c ph−¬ng thøc t¹o h×nh mµ chØ ®−a ra c¸c mèi liªn hÖ gi÷a thiÕt kÕ t¹o h×nh

víi viÖc lËp tr×nh ®iÒu khiÓn ch¹y dao trong gia c«ng.

Chi tiÕt c¸nh m« t¶ ®−îc b»ng c¸c b¶n vÏ kÜ thuËt tiªu chuÈn chØ lµ tr−êng hîp c¸

biÖt; Nh×n chung nã tÝch hîp c¸c mÆt phøc víi thµnh phÇn lµ c¸c l−íi ®−êng cong

kh«ng gian. §iÒu kiÖn ban ®Çu cña phÐp ph©n tÝch vµ néi suy lµ cã c¸c tham sè cña

®a tuyÕn 3D v¹ch qua sè høu h¹n ®iÓm trªn bÒ mÆt vµ ®iÒu kiÖn biªn lµ c¸c ®−êng

bao 3D vïng bÒ mÆt cÇn t×m; mçi ®a tuyÕn trong tËp hîp ®a tuyÕn [u] vµ [v] lµ h×nh

¶nh gÈn ®óng c¸c ®−êng cong kh«ng gian 3D (gäi lµ l−íi néi suy ).

HÇu hÕt c¸c biªn d¹ng c¸nh cã d¹ng ®−êng cong tr¬n (Tr¬n lµ thuéc tÝnh tÊt yÕu

- ®¶m b¶o tÝnh liªn tôc cña bÒ mÆt, thÝch hîp víi qu¸ tr×nh nhËn c¬ n¨ng tõ dßng

ch¶y); Tæng qu¸t: c¸c ®−êng cong tr¬n nãi trªn kh«ng m« t¶ ®−îc b»ng c¸c hµm

to¸n häc - v× thÕ nã ®−îc gäi lµ ®−êng cong phi tham sè hay cßn gäi lµ cã tham sè

kh«ng ®ång nhÊt. Theo c¸c nghiªn cøu lý thuyÕt cã thÓ coi lµ c¸c ®−êng m« t¶ b»ng

chuçi c¸c cung Bezier Spline (Non Uniform Rational B - Spline - NURBS ^⊗).

Cã thÓ h×nh dung quy t¾c thiÕt lËp ®−êng cong nµy gåm 2 tËp hîp: 1tËp hîp gåm

mét sè ®iÓm x¸c ®Þnh ®−êng cong ®i qua, 1 tËp hîp gåm c¸c ®iÓm néi suy tõ c¸c

®iÓm trªn theo nguyªn t¾c ®iÓm néi suy ®−îc “x¸c ®Þnh” nhê nèi 1/3 vÐc t¬ ch¶y t¹i

^⊗Tham kh¶o thuËt to¸n Bezier m« t¶ 3D c¸c ®èi t−îng NURBS trong c¸c gi¸o tr×nh

CAD\CAM\CNC\CAM

16

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

®iÓm ®Çu víi 2/3 vÐc t¬ ch¶y t¹i ®iÓm cuèi sau ®ã lÊy ®iÓm gi÷a cña ®o¹n nèi nµy.

Nh− vËy, cø qua 4 ®iÓm néi suy ®−îc 1 ®iÓm trung gian - §−êng Bezier d¹ng nµy cã

bËc mÆc ®Þnh lµ bËc 4 - tham sè to¹ ®é ®iÓm néi suy trªn hoµn toµn mang tÝnh −íc lÖ

bëi nÕu t¨ng bËc néi suy th× kÕt qu¶ nhËn ®−îc sÏ thay ®æi. NÕu c¸c ®iÓm c¬ së

l−íi bÒ mÆt bÊt k× th−êng t¹o bëi c¸c Bezier kh«ng ®ång nhÊt nh− ®· nªu trªn.

Khi mËt ®é c¸c ®iÓm c¬ së cµng lín th× l−íi néi suy cµng gÇn víi bÒ mÆt vËt thÓ

c¸nh. D¹ng khai triÓn vµ néi suy nµy phæ biÕn ®−îc ¸p dông trong nhiÒu phÇn mÒm

thiÕt kÕ vËt thÓ trong kh«ng gian m« h×nh vµ còng ®−îc ¸p dông trong phÇn mÒm

®iÒu khiÓn cña mét sè m¸y ®o to¹ ®é. VÊn ®Ò dÆt ra lµ: phÐp dß quÐt cã tÝnh t−¬ng

HÖ thèng m¸y cã phÇn c¬ chÝnh x¸c, cøng v÷ng, hÖ thèng ®o l−êng tin cËy cao

(c¸c m¸y phay cã mµn hiÓn thÞ víi ®é chÝnh x¸c cì 100µm) cïng c«ng n¨ng cña

c¸c bé sö lý (Processor) cña m¸y cã thÓ tÝnh to¸n ®ång thêi tøc thêi c¸c ®iÓm trung

gian ®Ó phèi hîp truyÒn ®éng gi÷a c¸c trôc bµn m¸y.

- Qua c¸c nghiªn cøu vÒ ®Æc ®iÓm cÊu t¹o cña c¸c c¸nh ®iÓn h×nh , cã thÓ xem

xÐt nguyªn lý t¹o h×nh vµ gia c«ng tõ 1 tr−êng hîp ®Æc biÖt:

®ång d¹ng; MÆt c¸nh nµy thuéc d¹ng mÆt kÎ (Ruler) Cã thÓ ¸p dông ®¬n gi¶n nhÊt

lµ biÖn ph¸p phay tinh trªn m¸y 2 trôc kh«ng cÇn qua mµi .

MÆt kÎ biªn d¹ng c¸nh tua bin xung kÝch 2 lÇn thùc chÊt lµ mÆt trô; ph−¬ng ph¸p

t¹o h×nh c¬ b¶n: Tõ profile ph¼ng, bÒ mÆt ®−îc “kÐo d·n” (Extrude) theo mét ®−êng

dÉn (path) th¼ng vu«ng gãc víi profile. Biªn d¹ng bông vµ l−ng lµ c¸c spline (d¹ng

bËc hai t−¬ng thÝch víi kh¶ n¨ng sö lý néi suy bËc hai. §−êng chuyÓn dao theo

ph−¬ng path cña bÒ mÆt.

nhÊt cho c¸c c«ng t¸c lËp tr×nh b»ng tay khi gia c«ng ⁽³⁾

+ Lo¹i c¸nh ®¬n gi¶n trªn cã thÓ ¸p dông gia c«ng trªn m¸y tiÖn, phay CNC 2

17

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

cßn ph¶i xÐt ®Õn kh¶ n¨ng hiÖu chØnh ph−¬ng trôc dao. HiÖu chØnh sai sè nµy xuÊt

tån t¹i sai lªch víi träng sè w nµo ®ã.

- §Ó t¹o chuyÓn ®éng c¾t gät bao h×nh t¹o bÒ mÆt chi tiÕt tÊt yÕu b¸n kÝnh dông

víi bÒ mÆt cÇn gia c«ng - V× thÕ cÇn tham sè ho¸ cosin chØ ph−¬ng cña trôc dao,

tøc: cung cÊp c¸c chuyÓn ®éng quay trôc dao phï hîp ph¸p tuyÕn bÒ mÆt cÇn. §¸p

trôc: bµn m¸y cã chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn ®éc lËp theo c¸c ph−¬ng X Y Z vµ quay ®éc

lËp. Theo c¸c vect¬ chØ ph−¬ng I J - LËp tr×nh gia c«ng víi hÖ thèng nµy ®ßi hái c¸c

trî gióp ®Æc biÖt v× kh«ng ®¬n gi¶n ®Þnh nghÜa c¸c ®−êng dao theo c¸ch offset song

song hoÆc xo¾n èc th«ng th−êng.

Tuú theo cÊp chÝnh x¸c vµ d¹ng bÒ mÆt cã thÓ lùa chän gia c«ng bao h×nh theo

c¸c c¸ch ch¹y dao.

+ Song song (Paralel): vÝ dô cho c¸nh g¸o xung kÝch 2 lÇn – BiÕn thiªn gãc vµo

vµ ra kh«ng qu¸ lín.

+ H−íng kÝnh (Radial): vÝ dô cho c¸nh h−íng trôc cã ®é vâng mÆt tr−íc nhá

+ Contour (KhÐp kÝn) cho c¸c c¸nh g¸o cã gãc vµo α₁≈ abs α₂: c¸nh g¸o d¹ng

chám cÇu.

+ Ch¹y dao xo¾n (Spiral): Cho c¸nh g¸o Pelton, Turgo.

Pháng ®−êng dao khi gia c«ng theo c¸c ®−êng dßng hoÆc c¸c “biªn d¹ng trô” lµ

ph−¬ng ¸n lý t−ëng nhÊt v× nhÊt qu¸n víi thiÕt kÕ h×nh häc theo c¸c quy t¾c tÝnh

to¸n thuû ®éng m¸y c¸nh nh−ng trªn thùc tÕ gÆp nh÷ng khã kh¨n do c¬ cÊu kÑp

dao (Hold Tool) lu«n chiÕm mét kho¶ng kh«ng gian trong miÒn [r , Φ ]. Qua nghiªn

biªn d¹ng.

sè sai lÖch chÊp nhËn ®−îc) l−íi bÒ mÆt. Sai lÖch 3D cña c¸c ®iÓm néi suy trung

18

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

gian cã thÓ ®−îc hiÖu chØnh b¨ng c¸c c«ng cô lµm tr¬n Cubic Smooth. Trong c¸c

phiªn b¶n CAD r 2000, 2002.

CNC cã trªn 5 trôc dÉn ®éng ®éc lËp ⁽⁴⁾lµ biÖn ph¸p cho c¸c kÕt qu¶ gia c«ng tinh

bÒ mÆt “ cÇn”chÝnh x¸c vµ hiÖu qu¶.

C¸c bÒ mÆt c¸nh BCT (Gåm mÆt ®Çu, mÆt l−ng, mÆt bông, mÆt giao víi vµnh,

mÆt giao víi bÇu) lµ c¸c phÇn ph¶i gia c«ng t¹o h×nh; phÇn chuyÓn tiÕp cña c¸c phÇn

bÒ mÆt ®ã (th−êng lµ c¸c gãc l−în) ®−îc x¸c ®Þnh bái c¸c phÐp nèi h×nh (Blending)

l−íi c¸c ®−êng cong NURBS 3D theo quy t¾c Loft (uv) th−êng kh«ng tho¶ m·n

chuyÓn tiÕp biªn d¹ng thËt vµ mÞn; cÇn ph¶i sö dông c¸c phÇn mÒm néi suy m¹nh cã

thÓ “nhËn d¹ng” tæng thÓ bÒ mÆt theo ph−¬ng thøc néi suy bËc cao tõ tËp hîp ®iÓm

(Share Points ) thay cho tõ tËp hîp ®−êng (Curver).

®iÓm (Data Cloud Points ) lµ c¸c phÇn mÒm rÊt m¹nh tÝch hîp nhiÒu modul: ®o vÏ –

cÇu chÝnh x¸c cao cÇn thiÕt ph¶i dùa trªn ph−¬ng ¸n nµy kÕt hîp gia c«ng trªn m¸y

CNC 5 trôc^{( 5 )}

C¸c c¨n cø trªn ((1 ) - (5 )) lµ c¬ së cho lùa chän ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ chÕ t¹o cho

mçi lo¹i s¶n phÈm c¸nh cô thÓ vµ tæng lo¹i c¸c s¶n phÈm do c¸c dù ¸n yªu cÇu. C¸c

tiªu chÝ cho ®Çu t− trang bÞ vµ thiÕt kÕ quy tr×nh ®−îc ®Ò ra lµ:

+ Kh¶ n¨ng linh ho¹t tèi ®a

+ C«ng nghÖ tiÒn tiÕn

Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt s¶n phÈm c¸nh cña cÊc lo¹i b¸nh c«ng t¸c cã mét thùc

tiÔn x¶y ra lµ cã thÓ liªn kÕt nhiÒu c¬ së s¶n xuÊt cã c«ng nghÖ cao ®Ó thùc thi c¸c

riªng ho¹t ®éng thiÕt kÕ biªn d¹ng vµ m« h×nh ho¸ c¸nh b¸nh c«ng t¸c lµ c«ng t¸c

cã tÝnh chuyªn m«n cao bëi c¸c kü thuËt viªn ngµnh Thuû lîi thuû ®iÖn; hoµn thiÖn

mét thiÕt kÕ cÇn tr¶i nghiÖm qua c¸c b−íc m« h×nh ®Ó hiÖu chØnh c¸c th«ng sè h×nh

häc, vËt liÖu, c¬ tÝnh, biÖn ph¸p gia c«ng ...

19

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

c¸c c«ng nghÖ ®óc vµ dËp. ThiÕt kÕ mÉu vµ quy tr×nh ®óc dËp hiÖn nay ®· phæ biÕn

¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸ linh ho¹t, cã thÓ kh«ng nhÊt thiÕt ®Æt ra vÊn ®Ò chÕ t¹o

chÝnh x¸c trªn m¸y CNC. VÝ dô víi c¸c mÉu c¸nh xÕp líp, khoang c¸nh hÑp ng−êi

ta vÉn cã thÓ gia c«ng ®óc liÒn theo c«ng nghÖ mÉu ch¶y ^⊗- Tuy kh«ng ®¹t ®−îc

®é chÝnh x¸c kÝch th−íc vµ chÝnh x¸c t−¬ng quan cao nh− gia c«ng ®iÒu khiÓn sè

nh−ng vÉn cã thÓ chÊp nhËn ®−îc trong quÊ tr×nh thö nghiÖm m« h×nh.

KÕt hîp c¸c ph−¬ng ¸n c«ng nghÖ gia c«ng CNC víi c¸c c«ng nghÖ ®óc dËp tiÒn

tiÕn ®Ó lùa chän quy tr×nh gia c«ng hîp lý nhÊt phï hîp vÒ n¨ng suÊt chÊt l−îng vµ

h¹ gi¸ thµnh.

§Ó v¹ch ra ®Ò c−¬ng cho suèt qu¸ tr×nh , mét sè tiªu chÝ vÒ néi dung nghiªn cøu

®· ®−îc ®Þnh h−íng b¸m s¸t c¸c vÊn ®Ò :

→ C«ng nghÖ quÐt mÉu

→ Lùa chän cÊu h×nh trang bÞ thiÕt kÕ - chÕ t¹o

→ C¸c phèi hîp quy tr×nh .

ChÝnh nh÷ng nghiªn cøu kh¸i l−îc nh−ng bao qu¸t vÒ Gia c«ng c¬ khÝ trªn c¬

së C«ng nghÖ CAD \ CAM \ CNC ®· cho phÐp chØ ra:

⊗

Ng−êi ta cã thÓ t¹o c¸c khoang rçng ®Ó b¬m vËt liÖu ch¶y Paraphin b»ng mét

trong c¸c c¸ch :

+ §æ muèi chÌn b¶n d−¬ng sau ®ã dïng dung dÞch axit ®Æc biÖt lµm ®«ng hçn

hîp mu«Ý - t¸ch b¶n d−¬ng khái khu«n - Ðp paraphin - Hoµ tan muèi ph¸

khu«n-Phun kÕt vá lªn mÉu Paraphin-Thiªu gèm ho¸ vá máng sau ®ã ®em ®óc.

+ Dïng keo silicon (keo d¸n kÝnh) ®Ó t¹o vá khu«n dÎo nhí h×nh cho phÐp gì

C¸c ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng phï hîp víi chÕ ®é nhiÖt khi gia c«ng mÉu ho¸

h¬i nh−ng hiÖu qu¶ cho gia c«ng ®óc liÒn c¸c lo¹i c¸nh phøc t¹p b»ng c«ng nghÖ

t¹o rêi råi hµn

20

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

VÊn ®Ò 1 - Víi hÖ thèng m¸y :

h×nh häc chi tiÕt gia c«ng theo c«ng nghÖ CAD\CAM - qu¸ tr×nh gia c«ng. §iÒu

khiÓn qu¸ tr×nh gia c«ng trªn m¸y CNC cho c¸c chi tiÕt th«ng th−êng cã thÓ thùc

hiÖn ®¬n gi¶n dÔ dµng ,bëi ®èi t−îng gia c«ng chØ lµ nh÷ng chi tiÕt cã d¹ng “ h×nh -

h×nh häc” - Mét cÊu h×nh tiªu chuÈn cña bé ®iÒu khiÓn cho phÐp viÖc lËp tr×nh gia

c«ng chØ víi mét sè lÖnh bµn phÝm trªn b¶ng ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng m¸y. Víi c¸c

biªn d¹ng phøc t¹p, 1 ®−êng dao gia c«ng cã thÓ lµ tæ hîp cña rÊt nhiÒu ®o¹n th¼ng

vµ cung cong; viÖc nhËp lÖnh gia c«ng gÆp nhiÒu khã kh¨n phøc t¹p h¬n - ®«i khi

®Ó hoµn thiÖn ch¹y dao t¹o h×nh cã thÓ ph¶i qua hµng ngh×n, hµng v¹n dßng lÖnh;

Khi ®ã ch−¬ng tr×nh gia c«ng cÇn thiÕt ®−îc x¸c lËp tr−íc, l−u tr÷ bëi c¸c vËt mang

tin sau ®ã n¹p vµo m¸y, lËp tr×nh gia c«ng theo ph−¬ng ¸n ®ã ®−îc gäi lµ lËp tr×nh

gia c«ng DNC (Direct Numerical Control) - cã thÓ hiÓu ®ã lµ lËp tr×nh tõ xa; Víi

biªn d¹ng phøc t¹p nh− c¸nh cña hÇu hÕt c¸c b¬m tua bin ®ang l−u hµnh trªn thÞ

tr−êng hiÖn nay - cÇn x¸c ®Þnh: muèn gia c«ng cÇn thiÕt dùa trªn chñng lo¹i m¸y

CNC nhiÒu trôc vµ ph¶i cã hÖ thèng tiÕp nhËn th«ng tin lËp tr×nh theo ph−¬ng thøc

nµy - ng−êi ta th−êng nãi vÒ vÊn ®Ò nµy lµ cÇn mét giao diªn DNC - §iÓm l−u ý nµy

sÏ ®−îc kÓ ®Õn trong tæng hîp qu¸ tr×nh nghiªn cøu.

* Cã thÓ ®−a ra nh÷ng tiªu chÝ ®Çu tiªn :

nghiªn cøu øng dông

VÊn ®Ò 2 - Sù cÇn thiÕt ®ång bé m¸y quÐt mÉu CMM :

Trong qu¸ tr×nh gia c«ng, bé sö lý cña m¸y lu«n x¸c ®Þnh ®Þa chØ t−¬ng ®èi ®iÓm

c¾t (thuéc tËp hîp biªn d¹ng chi tiÕt) th«ng qua ®Þa chØ tuyÖt ®èi cña bµn m¸y vµ cña

dao. Nh− vËy, c¸c tham chiÕu gia c«ng thùc chÊt kh«ng dùa trªn c¸c chuÈn gia c«ng

trªn chi tiÕt hiÓu theo nghÜa vËt lý mµ dùa trªn c¸c th«ng tin vÒ chuÈn ®ã. TËp hîp

th«ng tin h×nh d¸ng kÝch th−íc chi tiÕt gia c«ng khi ®ã ®−îc coi lµ m« h×nh sè - lµ

chi tiÕt gia c«ng ®−îc gäi lµ phÐp sè ho¸. Nhê gi¶i ph¸p sè ho¸ nµy, c¸c phÐp ®o vµ

ph¶n håi ®Þa chØ gia c«ng cã thÓ thùc hiÖn ®ång thêi tøc thêi trong qu¸ tr×nh gia

c«ng

21

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

Nh÷ng luËn cø trªn lµ c¬ së ®Ó nhËn thÊy: M« h×nh h×nh häc sè ®· thay thÕ c¸c

chuÈn gia c«ng th«ng th−êng - ý nghÜa thùc tÕ cña nã lµ ngay c¶ c¸c chi tiÕt phøc t¹p

3 chiÒu kh«ng thÓ m« t¶ ®Þnh h×nh, ®Þnh vÞ, ®Þnh khèi b»ng phÐp vÏ kü thuËt th«ng

th−êng (Còng cã nghÜa lµ kh«ng ®o kiÓm b»ng dông cô c¬ khÝ vµ phÐp ®o th«ng

th−êng th× c«ng nghÖ sè ho¸ vÉn cho kh¶ n¨ng m« t¶ b»ng 1 tÖp th«ng tin d÷ liÖu -

®ñ kh¶ n¨ng cung cÊp cho bé sö lý m¸y gia c«ng CNC thùc hiÖn phèi hîp c¸c

chuyÓn ®éng t¹o h×nh).

VÒ vÊn ®Ò nµy cã thÓ nãi r»ng thªm 1 tiªu chÝ). CÇn thiÕt g¾n liÒn nghiªn cøu

c«ng nghÖ CNC \CAD\CAM víi c«ng nghÖ sè ho¸ t¹o mÉu c¸c chi tiÕt.

Tiªu chÝ vÒ nghiªn cøu kh¶ n¨ng lËp tr×nh gia c«ng vµ cô thÓ ho¸ quy tr×nh gia

c«ng mét lo¹i c¸nh nµo ®ã chØ cßn lµ hÖ qu¶ cña c¸c vÊn ®Ò trªn.

Trong c¸c ch−¬ng sau sÏ diÔn gi¶i chi tiÕt c¸c vÊn ®Ò nµy, ®−a ra c¸c kÕt qu¶

thùc nghiÖm.

6.2.3. Chän m¸y vµ c¸c nguyªn lý t¹o h×nh gia c«ng c¸c c¸nh ®iÓn h×nh.

Nãi chung c¸nh b¸nh c«ng t¸c b¬m tua bin thuéc lo¹i chi tiÕt cã biªn d¹ng phøc

t¹p lµ tæ hîp l−íi c¸c cung cong 3D kh«ng ®ång nhÊt (Non Uniform Rational B -

Kh¶o s¸t c¸c th«ng sè m¸y CNC phæ biÕn cho gia c«ng c¸c vËt liÖu thÐp ®ång

nh«m: B−íc tiÕn tèi thiÓu trªn c¸c trôc X Y Z cña m¸y kho¶ng 0,004mm (4 phÇn

ngh×n) lµ gi¸ trÞ ®ñ tinh so víi cÊp chÝnh x¸c yªu cÇu cña bÒ mÆt c¸nh; LËp tr×nh gia

c«ng ch¹y dao Paralel hay Contuor b»ng tay cho c¸c c¸nh cã kÝch th−íc kh«ng lín

l¾m cã thÓ thùc hiÖn ®−îc tuy sè lÖnh cã thÓ kh¸ lín (1000 - 100000 lÖnh). Víi c¸nh

lín (®−êng kÝnh 500 - 2000mm) sè ®−êng dao cã thÓ h¹n chÕ víi b−íc tiÕn tÝnh

b»ng kho¶n 0,5 - 5mm cho phÐp vÉn bao h×nh t¹o ra biªn d¹ng cã ®é su«n chÊp nhËn

®−îc.

22

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

Víi kh¶ n¨ng gia c«ng víi b−íc mÞn nh− trªn, ®Æc biÖt lµ cã thÓ gia c«ng c¸c vËt

⊗

liÖu siªu cøng , c«ng nghÖ CNC më ra ®iÒu kiÖn chÕ t¹o ®¬n chiÕc c¸c s¶n phÈm

c¸nh lín mµ vÉn b¶o ®¶m gi¶m chi phÝ gi¸ thµnh do bá qua c¸c b−íc trung gian nh−

t¹o ph«i, mµi bãng, nhiÖt luyÖn.

c¸c m¸y CNC 5 trôc vµ c¸c phÇn mÒm néi suy ®i kÌm; c¸c nhu cÇu ®ã chØ ®−îc ®¸p

øng khi cã c¸c ®¬n hµng, ®Æc biÖt cho m¸y gia c«ng gam c«ng nghiÖp. §−îc biÕt ë

cña h·ng DECKEL - MAHO (CHLB §øc) víi 3 trôc th¼ng XYZ vµ 2 trôc xoay B vµ

C - ViÖc khai th¸c sö dông m¸y nµy cßn lµ c¶ qu¸ tr×nh nghiªn cøu phøc t¹p. Tr−íc

m¾t c¸c nghiªn cøu ®−îc ®Þnh h−íng h¹n chÕ trong khu«n khæ sö dông c¸c m¸y phæ

biÕn 3 vµ 4 trôc hoÆc m¸y gia c«ng xung cho gia c«ng c¸c chi tiÕt cì nhá vµ võa.

Mét trong c¸c lùa chän ®ã lµ:

M¸y gia c«ng xung tuy kh«ng cho n¨ng xuÊt cao, miÒn xung cã thÓ bÞ h¹n chÕ v×

®iÖn cùc chØ ®iÒu chØnh chuyÓn ®éng cña ®iÖn cùc theo 3 trôc XYZ; n¨ng suÊt gia

c«ng kh«ng cao ^⊗nh−ng −u ®iÓm v−ît tréi lµ nã cã thÓ gia c«ng ®−îc c¸c vËt liÖu rÊt

3µm) cã thÓ t¹o ®é bãng cao cho bÒ mÆt.

^⊗Qua nghiªn cøu kh¶ n¨ng gia c«ng trªn c¸c m¸y do tËp ®oµn EMCO giíi thiªu;

Cã thÓ gia c«ng vËt liÖu cã ®é cøng 62-65HRC , nhiÖt gia c«ng truyÒn qua phoi –

sau gia c«ng kh«ng cÇn mµi

^⊗L−îng kim lo¹i bãc ®i trong 1 ®¬n vÞ thêi gian: 400 - 700mm3/min ( KiÓu GS 250 -

Trung Quèc ); chi phÝ thêi gian gia c«ng bÒ mÆt chµy, cèi cho Ðp c¸nh tua bin Turgo

14..5/5 cã thÓ lªn tíi vµi ca m¸y .

23

ViÖn khoa häc thuû lîi

B¸o C¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

®Ò tµi KC07 - 04

Víi m¸y 5 trôc CNC trong b−íc triÓn

B

khai dù ¸n chÕ t¹o c¸nh øng dông nµy ®−îc

víi c¬ quan ®iÓm khai th¸c c¸c phÇn mÒn

®iÒu khiÓn gia c«ng lËp tr×nh b»ng m¸y –

cung cÊp bëi c¸c nhµ s¶n xuÊt m¸y vµ chñ

®éng thiÕt lËp c¸c ch−¬ng tr×nh con phï

hîp ®Æc thï s¶n phÈm c¸nh ^⊗⊗. VÝ dô vÒ

tiÖn Ých cña c¸c ch−¬ng tr×nh con cã thÓ

thÊy nh−: ch−¬ng tr×nh con gia c«ng bÒ

mÆt ®èi xøng cña tua bin g¸o – LÖnh gia

c«ng 1/2 bÒ mÆt cßn l¹i ®−îc ®¬n gi¶n ho¸

nhê c¸c khèi lÖnh Mirror.

A

^⊗⊗Khi trang bÞ hÖ CNC 5 trôc th−êng ng−êi ta ph¶i tÝnh tÝch cùc cña ®iÒu hµnh

DNC (Direct Numerical Control)

ViÖn khoa häc thñy lîi

24

B¸o c¸o nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸nh c«ng t¸c tua bin thñy lùc

§Ò tµi KC07 – 04

§èi víi m¸y phay CNC nãi chung vµ CNC 5 trôc nãi riªng cã nhiÒu c¸ch bè trÝ

(Cutter Location file) sang m· lÖnh NC cña tõng m¸y cô thÓ cÇn thiÕt c¸c bé sö lý

Postprocessor riªng biÖt cña m¸y (l−u gi÷ c¸c tham sè riªng biÖt cña m¸y nh− ®iÓm

chuÈn, b−íc truyÒn ®éng, d¶i tèc ®é, qu¸n tÝnh....). Chän m¸y gia c«ng cßn ph¶i c¨n

cø trªn khu«n khæ chi tiÕt cã t−¬ng thÝch c¸c sö lý nµy th«ng qua c¸c modul m«

pháng ®Ó kiÓm tra toµn bé c¸c qu¸ tr×nh nµy.

6.2.4. Chän vËt liÖu Gia c«ng c¸nh vµ khu«n c¸nh.

VËt liÖu chÕ t¹o c¸nh ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu:

n−íc.

+ Cã tÝnh hµn khi chÕ t¹o theo c«ng nghÖ hµn víi vµnh vµ bÇu

+ Cã tÝnh rÌn khi chÕ t¹o theo ph−¬ng ph¸p gia c«ng ¸p lùc

+ Lµ vËt liÖu th«ng dông vµ gi¸ thµnh hîp lý

VËt liÖu chÕ t¹o khu«n:

+ Cã ®é bÒn vµ bÒn nãng khi dËp nãng

Th«ng th−êng vËt liÖu c¸nh ®−îc chän lµ thÐp 45 lµ lo¹i phæ biÕn trªn thÞ tr−êng,

cã ®é bÒn vµ ®é chÞu mßn t−¬ng ®èi cao. Nh−îc ®iÓm lµ vËt liÖu nµy cã tÝnh hµn

kÐm (khi hµn t¹o c¸c øng suÊt micro vµ macro t¹o vïng ¶nh h−ëng nhiÖt vµ cong

vªnh cao). §Ó c¶i thiÖn t×nh tr¹ng nµy cã thÓ sö dông c¸c biÖn ph¸p chän vËt liÖu

que hµn inox hoÆc ph−¬ng ph¸p hµn day trong khÝ b¶o vÖ.

Víi biÖn ph¸p gia c«ng dËp uèn hoÆc dËp thÓ tÝch, vËt liÖu chÕ t¹o c¸nh nªn

chän lµ thÐp c¸c bon thÊp, cã modul ®µn håi, trë lùc biÕn d¹ng nhá, ®é d·n dµi

tr−êng vµ cã tÝnh ch¶y loµng kÐm nÕu t¹o ph«i b»ng ph−¬ng ph¸p ®óc.

Víi mét sè lo¹i c¸nh cã nh÷ng yªu cÇu cao vÒ c¬ tÝnh, ®é chÞu mßn, chèng « xy

ho¸ - chän vËt liÖu lµ thÐp hîp kim nh− 20ΓC… Ph«i ®−îc t¹o tõ d¹ng tÊm hoÆc

®óc.

VÒ vËt liÖu lµm khu«n: Cho c¸c khu«n c¸nh nhá vµ s¶n l−îng chÕ t¹o kh«ng lín

25

ViÖn khoa häc thuû lîi