Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học nghiên cứu thiết kế, chế tạo vỏ bình ắc quy tàu điện mỏ bằng vật liệu phi kim loại

  • 76 trang
  • file .pdf
BỘ CÔNG THƯƠNG
TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN- KHOÁNG SẢN VIỆT NAM
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ- TKV
*****
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH
TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VỎ BÌNH ẮC
QUY TÀU ĐIỆN MỎ BẰNG VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI
MÃ SỐ: 02NN-07
ThS. ĐỖ TRUNG HIẾU
6777
10/4/2008
Hà Nội, 2007
BỘ CÔNG THƯƠNG
TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP THAN – KHOÁNG SẢN VIỆT NAM
VIỆN CƠ KHÍ NĂNG LƯỢNG VÀ MỎ- TKV
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH
TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VỎ BÌNH ẮC QUY
TÀU ĐIỆN MỎ BẰNG VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI
MÃ SỐ: 02NN-07
THUYẾT MINH BÁO CÁO
Cơ quản chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì: Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ -TKV
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI DUYỆT VIỆN
Đỗ Trung Hiếu
Hà Nội, 2007
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN
TT Họ và tên Nghề nghiệp Cơ quan công tác
1 Đỗ Trung Hiếu Thạc sỹ Máy và Dụng cụ Viện Cơ khí Năng lượng
Công nghiệp và Mỏ - TKV
2 Trần Đức Thọ Thạc sỹ Máy và Dụng cụ Viện Cơ khí Năng lượng
Công nghiệp và Mỏ - TKV
3 Hoàng Văn Vĩ Kĩ sư Chế tạo máy mỏ Viện Cơ khí Năng lượng
và Mỏ - TKV
4 Đàm Hải Nam Kĩ sư Công nghệ Chế tạo Viện Cơ khí Năng lượng
máy và Mỏ - TKV
5 Nguyễn Đức Toàn Thạc sỹ Máy và Dụng cụ Trường Đại học Bách
Công nghiệp khoa Hà Nội
6 Vũ Quang Hà Thạc sỹ Công nghệ Chế Công ty TNHH Công
tạo máy nghiệp Quang Nam
7 Vương Thế Hà Kỹ sư Cơ khí Phó GĐ Công ty CP Cơ
khí Ôtô Uông Bí
8 Trương Mậu Đạt Kỹ sư Cơ khí Tr. Phòng KCS Công ty
CP Cơ khí Ôtô Uông Bí
9 Vũ Văn Công Kỹ sư Công nghệ Chế Tr. Phòng KT Công ty
tạo máy CP Cơ khí Ôtô Uông Bí
Môc lôc
Trang
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................... 5
1.1. Tình hình sử dụng tàu điện ắc qui tại các mỏ than Việt Nam... 5
1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu phi kim loại. ............. 7
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ SẢN PHẨM ....................... 15
2.1. Nghiên cứu điều kiện làm việc của vỏ bình ắc qui ................. 15
2.2. Phân tích lựa chọn kết cấu và vật liệu chế tạo sản phẩm........ 16
2.3. Chọn loại nhựa để chế tạo sản phẩm ...................................... 17
2.4. Dùng phần mềm ANSYS9.0 tính toán kết cấu của vỏ bình ... 19
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN ................................ 44
3.1. Tìm hiểu khuôn ép nhựa ......................................................... 44
3.2. Xây dựng quy trình thiết kế, chế tạo bộ khuôn ép phun......... 49
3.3. Ứng dụng phần mềm Moldflow để đánh giá các bộ khuôn.... 63
CHƯƠNG 4. CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM ................ 72
4.1. Quy trình công nghệ chế tạo khuôn ........................................ 72
4.2. Quy trình công nghệ chế tạo vỏ bình ...................................... 72
4.3. THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM.................................................. 72
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................... 73
5.1. Kết luận ................................................................................... 73
5.2. Kiến nghị................................................................................. 73
Ch−¬ng 1. TỔNG QUAN
1.1. Tình hình sử dụng tàu điện ắc qui tại các mỏ than Việt Nam.
Để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng năng lượng của nền kinh tế, trong
những năm qua ngành Than Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ và sẽ còn phát
triển mạnh trong những năm tiếp theo. Sản lượng than theo quy hoạch được
trình bày trong Bảng 1.1
Bảng 1.1: Sản lượng than khai thác theo quy hoạch
Sản lượng năm (Triệu tấn)
TT Tên gọi
2007 2008 2009 2010 2015 2020
1 Than nguyên khai 35,33 36,71 40,525 44,64 50,185 54,755
1.1 Lộ thiên 19,77 19,46 19,785 18,57 18,615 18,155
1.2 Hầm lò 15,56 17,25 20,740 26,07 31,570 36,600
Nguồn: Quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam
Qua bảng trên ta thấy sản lượng than tăng nhanh theo các năm trong đó
sản lượng than lộ thiên sẽ giảm dần và sản lượng than hầm lò tăng mạnh. Để
đáp ứng được tốc độ tăng trưởng sản lượng trên đòi hỏi ngành than phải đổi
mới, hiện đại hoá công nghệ và thiết bị, thực hiện cơ giới hoá đồng bộ các
khâu trong dây truyền sản xuất. Một trong các khâu quan trọng trong dây
truyền sản xuất than hầm lò chính là khâu vận tải. Trong ngành than hiện nay
áp dụng rất nhiều phương thức vận tải trong hầm lò như:
+ Vận tải bằng băng tải;
+ Vận tải bằng máng cào;
+ Vận tải bằng Skíp;
+ Vận tải bằng xe gòong...
Khi vận tải bằng xe goòng thì cũng có những hình thức khác nhau như:
Xe goòng kéo cáp, xe goòng kéo bằng đầu tàu điện cần vẹt, xe goòng kéo
bằng đầu tàu điện ắc quy.
Đối với đầu tàu điện ắc quy hiện nay cũng sử dụng hai loại bình ắc quy
là ắc quy chì axít và ắc quy kiềm. Song so với ắc quy chì, ắc quy kiềm có ưu
thế tuyệt đối hơn hẳn về tuổi thọ (gấp 10 ÷ 15 lần ắc quy chì về thời gian sử
dụng) và độ an toàn cho người và thiết bị (con người không bị bỏng nặng khi
sơ suất; thiết bị không bị ăn mòn do hơi axít). Bởi vậy ắc quy kiềm được các
đơn vị sử dụng phổ biến hơn.
Các loại ắc quy dùng trong Tập đoàn Than – Khoáng sản hiện nay có
xuất sứ từ rất nhiều nguồn khác nhau như của Liên Xô (cũ); của Ba Lan; của
Trung Quốc... Hiện tại Công ty Cổ phần Cơ khí ôtô Uông Bí là đơn vị duy
nhất trong ngành đã chế tạo và cung cấp được các loại bình ắc quy tàu điện
mỏ. Sản lượng và chủng loại bình ắc quy đã tiêu thụ của công ty Cổ phần Cơ
khí Ôtô Uông Bí trong năm 2006 và 2007 được liệt kê trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2: Sản lượng và chủng loại bình ắc quy đã tiêu thụ
TT Chủng loại Sản lượng tiêu thụ
2006 2007
1 Ắc quy kiềm SN300 1500 2000
2 Ắc quy kiềm SN350 1650 2500
Sản lượng bình ắc quy do Công ty Cổ phần Cơ khí Ôtô Uông Bí bán ra
hiện nay chiếm 65 ÷ 70% thị phần trong ngành Than – Khoáng sản, năng lực
của Công ty có thể đáp ứng 100% nhu cầu thị trường.
Tuy nhiên hiện nay Công ty vẫn áp dụng công nghệ làm vỏ bình bằng kim
loại và được bọc một lớp ủng cao su trước khi lắp đặt lên đầu tàu điện. Để có thể
thay thế vỏ bình ắc quy từ sắt sang vỏ bình bằng nhựa, Viện Cơ khí Năng lượng
và Mỏ - TKV đã tiến hành đề tài nghiên cứu thiết kế chế tạo vỏ bình ắc quy tàu
điện mỏ bằng vật liệu phi kim loại. Kết quả thành công của đề tài sẽ được
chuyển giao cho Công ty Cổ phần Cơ khí Ôtô Uông Bí sản xuất để góp phần
phục vụ ngành Than – Khoáng sản.
1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu phi kim loại.
1.2.1. Ứng dụng vật liệu phi kim loại của thế giới.
Trên thế giới, người ta đã ứng dụng chất dẻo để thay thế các vật liệu
truyền thống từ lâu để sản xuất ra các sản phẩm kỹ thuật, các hàng hóa tiêu
dùng. Hiện nay chất dẻo kỹ thuật được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực công
nghiệp ôtô, xe máy, điện tử, điện lạnh, các chi tiết phụ tùng thiết bị máy móc,
các thiết bị quang học, trong lĩnh vực thể thao và phục vụ cho nhiều ngành
công nghiệp khác. Ưu điểm của việc gia công các sản phẩm kỹ thuật bằng
chất dẻo là: có khả năng sản xuất với sản lượng lớn và năng suất cao; có thể
thay đổi nhanh nhiều kiểu dáng khác nhau; sản xuất được các sản phẩm từ
trong suốt đến nhiều màu sắc; chịu được tác động của môi trường hoá chất;
chịu mài mòn, chịu nhiệt độ; cách điện tốt; sản phẩm nhẹ dễ gia công, dễ lắp
ráp; giá thành hạ có sức cạnh tranh so với vật liệu truyền thống.
Hiện nay, thế giới ứng dụng cả nhựa thông dụng, chất dẻo kỹ thuật,
composite… để chế tạo các sản phẩm kỹ thuật phục vụ cho các ngành kinh tế.
Để tăng cường cơ tính, người ta phải gia cường sợi thuỷ tinh hoặc khoáng
chất vô cơ… thường mức gia cường từ 15% đến 60%.
Các nước có nền công nghiệp hoá dầu tiên tiến đều sản xuất các loại chất
dẻo kỹ thuật phù hợp với nhu cầu của nước mình. Ví dụ: Polyoximethylene
(POM), Polybutylene Terephthalate (PBT), Polythylene Terephthalate (PET),
Nylon 6,66 (Poly amide), Polycarbonate (PC) Termo poly urethne (TPU), Poly
phenylene (PPS)… Hoặc phối chế các loại nhựa kỹ thuật để có được hỗn hợp
nhựa đáp ứng về yêu cầu kỹ thuật như phối chế PC với ABS và gia cường bằng
sợi thuỷ tinh từ 10% đến 20% để có tính ổn định kích thước rất cao, ổn định và
có độ bền va đập ngay cả ở nhiệt độ thấp (-500C)...
Ngoài vật liệu nhựa nhiệt dẻo (Thermo plastic), người ta cũng ứng
dụng nhựa nhiệt cứng (Thermo Sets) vào gia công chế tạo các sản phẩm nhựa
kỹ thuật, vì chúng có độ ổn định lớn, chịu nhiệt, chịu hoá chất, cách điện
tốt… hơn so với nhựa nhiệt dẻo, nếu được gia cường thì các đặc tính được
tăng lên rất nhiều và có giá trị về mặt kinh tế.
Trong lĩnh vực gia công chế tạo các sản phẩm nhựa kỹ thuật hiện nay,
vật liệu Composite được ứng dụng nhiều. Composite là vật liệu được tổng
hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau, nhằm mục đích tạo nên một vật
liệu mới, ưu việt và bền hơn so với các vật liệu ban đầu. Vật liệu nền của
Composite có thể là Polyme, Kim loại, hợp kim, gốm hoặc cacbon. Vật liệu
cốt của Composite có thể là khoáng chất, sợi thủy tinh, sợi chất dẻo hoặc sợi
kim loại, sợi cacbon. Composite có thể đáp ứng được một loạt các đòi hỏi cao
của kỹ thuật hiện đại như độ bền cao, nhẹ, có thể chịu được nhiệt độ đến
30000C... Vật liệu Composite Polyme được thay thế cho kim loại để chế tạo
các chi tiết của máy bay, tên lửa, áo giáp cho cảnh sát, quân đội, ống dẫn dầu
khí, hóa chất, vỏ và các chi tiết của ôtô, các thiết bị khác của ngành chế tạo
máy. Để nâng cao cơ lý tính và giảm trọng lượng, xu hướng dùng sợi cac bon
làm cốt cho Polyme đang được ứng dụng và phát triển nhanh. Composite
Polyme sợi cacbon được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thể thao, y tế,
hàng không…
Hiệu quả vật liệu Composite polyme sợi các bon được sử dụng trong việc
chế tạo máy bay AN-124 của Nga (Số liệu của VS. TSKH Nguyễn Đình Đức):
- Số lượng các chi tiết máy bay được chế tạo bằng vật liệu Composite
Polyme sợi các bon: 200 chi tiết phụ tùng
- Giảm được trọng lượng máy bay: 800kg.
- Tăng khối lượng vận chuyển: 1108 tấn/km.
- Tiết kiệm nhiên liệu: 1,2.104 tấn.
- Giảm mức độ phức tạp khi chế tạo: 300 %.
Với những tính năng, ưu điểm như vậy, mức tiêu thụ nhựa nhiệt dẻo kỹ
thuật trên thế giới có tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm là 7% (theo số
liệu của hãng Bager). Năm 1972, cả thế giới mới tiêu thụ khoảng 1,2 triệu tấn,
năm 2000 tiêu thụ khoảng 8,5 triệu tấn, năm 2006 tiêu thụ khoảng 12 triệu tấn
1.2.2. Ứng dụng vật liệu phi kim loại tại Việt Nam.
Ngành gia công chất dẻo của Việt Nam tuy phát triển nhanh thời gian
qua, nhưng cũng bộc lộ một số mặt yếu kém:
- Các thành phần kinh tế đều đầu tư vào ngành gia công chất dẻo, nhưng
còn mang tính tự phát, nên dẫn đến sự hợp tác, hiệu quả kinh tế chưa cao,
nhiều khi mất cân đối giữa cung và cầu.
- Chưa chủ động được về nguyên liệu đầu vào. Hiện nay, nguyên liệu sản
xuất trong nước mới đáp ứng được khoảng 10 % nhu cầu, chủ yếu là nhựa PVC.
- Chưa có một cơ sở nghiên cứu, ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ
thuật của ngành hoặc chuyên ngành.
- Sử dụng các loại chất dẻo có nhiều để sản xuất các sản phẩm kỹ thuật
cao cấp, thay thế các vật liệu truyền thống còn thấp.
Từ những năm đầu của thập kỷ 90, chất dẻo kỹ thuật đã được chính thức
sử dụng tại Việt Nam để chế tạo các bánh răng, gối đỡ của đồng hồ đo nước
và đồng hồ đo điện, lẫy của bút bi (POM), các chi tiết phụ tùng máy dệt (PA)
vỏ quạt, đồ điện (ABS), ống và phụ tùng cấp thoát nước PVC...
Trong những năm qua, việc sử dụng nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật để gia công
chế tạo chi tiết phụ tùng phục vụ cho việc lắp ráp các sản phẩm điện, điện tử,
điện lạnh, xe hơi, xe máy, bưu chính viễn thông... còn quá nhỏ bé. Chỉ đến
năm 2000, do việc đẩy mạnh tỷ lệ nội địa hoá các sản phẩm kỹ thuật, đặc biệt
là nội địa hóa xe máy, nên tỷ trọng nhựa kỹ thuật đã được đẩy lên đến 25%.
(Sản phẩm nhựa kỹ thuật cao, năm 1992 đạt 500 tấn, bằng 5%; năm 2000 đạt
30.000 tấn, bằng 25%).
Một trong những chiến lược phát triển công nghiệp Nhựa Việt Nam là
tăng dần tỷ trọng sản phẩm nhựa kỹ thuật phục vụ công nghiệp, trước hết là
công nghiệp ôtô, xe máy, điện tử, điện lạnh, phụ tùng chi tiết thiết bị máy
móc... Hiện nay, đã có hàng chục hãng sản xuất xe hơi danh tiếng trên thế giới
đầu tư lắp ráp xe với mục đích đến năm 2005, nâng tỷ trọng nội địa hoá 25%.
Ngành công nghiệp lắp ráp xe máy cũng phát triển rất mạnh với tỷ lệ nội địa
hoá đạt 40 - 50 %. Bên cạnh đó, cần thoả mãn các chi tiết nhựa của 2 triệu
TV, 1 triệu máy vi tính và khoảng 5 triệu điện thoại hàng năm.
Tại thời điểm này, vật liệu Composite tiêu thụ tại Việt Nam khoảng
5.000 tấn/năm. Composite được dùng phổ biến để sản xuất các mặt hàng gia
dụng như bàn, ghế, bồn tắm, đồ chơi... và các sản phẩm công nghiệp như
thuyền bè, canô, bồn chứa hoá chất... Một trong những cơ sở sản xuất lớn sản
phẩm Composite là Công ty TNHH Kiên Giang... chuyên sản xuất canô,
xuồng, ghe, bồn chứa nước, bồn thực phẩm, cống thủy lợi và sản phẩm của
công nghiệp ô tô...
Chất lượng sản phẩm nhựa nói chung và sản phẩm nhựa kỹ thuật nói
riêng phụ thuộc vào 4 yếu tố: Nguyên liệu nhựa; Máy móc thiết bị; Khuôn
đúc; Công nghệ. Do đó, để có thể có một ngành công nghiệp nhựa tiên tiến,
đủ sức cạnh tranh trên thị trường khu vực và quốc tế, ngành Nhựa cần phải có
những điều kiện tối thiểu để chủ động sản xuất chế tạo, chí ít là một trong 4
yếu tố này, đặc biệt là về nguyên liệu và khuôn đúc. Chắc chắn khi và chỉ khi
làm được như vậy, ngành nhựa kỹ thuật cao nước ta mới phát triển đúng với
tiềm năng vốn có của mình về thị trường cũng như năng lực sản xuất, nhất là
khi ngành đang có trong tay nhiều thiết bị công nghệ tiến tiến hiện đại, cùng
một thị trường rộng lớn với hơn 83 triệu dân trong nước và khoảng 600 triệu
dân trong khu vực ASEAN.
1.2.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất vật liệu nhựa
Sản lượng ngành nhựa Việt Nam trong những năm gần đây tăng mạnh
là do nhu cầu của xã hội về sản phẩm nhựa ngày càng lớn cũng như thị hiếu
của người tiêu dùng thích đa dạng hóa mẫu mã và nâng cao mức độ tiện ích
đồ gia dụng, tính năng của một số sản phẩm nhựa công nghiệp bền và rẻ. Một
phần nguyên nhân của sự tăng trưởng này là do các doanh nghiệp nhựa có kế
hoạch đầu tư đúng đắn và phù hợp với nhu cầu thực tế thể hiện qua các hoạt
động của các doanh nghiệp như nghiên cứu thị trường, định hướng chuyên
môn hóa sản phẩm, không sản xuất đại trà nhiều ngành hàng.
Chỉ số chất dẻo sản xuất được tính trên đầu người Việt Nam thấp hơn
nhiều so với các nước khác trên thế giới, năm 1996 là 5,58kg/người, năm
2000 là 11,57kg/người và năm 2005 là 14kg/người và mục tiêu tới năm 2010
là 30kg/người. Riêng Thành Phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận là
100kg/người. Việt Nam cần thực hiện chiến lược và chương trình mạnh mẽ để
phát triển ngành này.
Ngành nhựa Việt Nam thực chất là một ngành kinh tế kỹ thuật về gia
công chất dẻo, hiện chưa có khả năng sản xuất ra nguyên vật liệu nhựa, gần
như toàn bộ nguyên vật liệu sản xuất ra sản phẩm nhựa phải nhập từ nước
ngoài. Ngành nhựa có ưu điểm là công nghệ cập nhật hiện đại, tốc độ quay
vòng nhanh, sử dụng lao động kỹ thuật là chính, sản phẩm đa dạng, phục vụ
được nhiều đối tượng, lĩnh vực công nghiệp, cũng như trong tiêu dùng hàng
ngày của xã hội. Theo thống kê, 70% nhu cầu vật chất cho đời sống con người
được làm bằng nhựa, từ đó chỉ số chất dẻo trên đầu người được thỏa mãn là
30 kg/người (Việt Nam hiện mới chỉ đạt khoảng 14kg/người), còn đạt trên
100kg/người là quốc gia có nền công nghiệp nhựa tiên tiến.
Nổi bật nhất trong những năm qua là sự vươn lên mạnh mẽ của khối
các công ty tư nhân. Theo thống kê sơ bộ của Hiệp hội nhựa Việt Nam, các
công ty tư nhân hiện sản xuất tới 70% sản lượng của cả nước, trong khi cách
đây 5 năm con số này chỉ đạt 20%.
Máy móc thiết bị ngành nhựa chủ yếu được nhập từ châu Á. Các công
nghệ mới hiện đại trong 8 ngành kinh tế kỹ thuật nhựa đều đã có mặt tại Việt
Nam, tiêu biểu như các công nghệ sản xuất vi mạch điện tử bằng nhựa, DVD,
CD, chai 4 lớp, chai Pet, Pen, màng ghép phức hợp cao cấp BOPP. Ðến nay,
cả nước có hơn 5000 máy bao gồm: 3000 máy ép (injection), 1000 máy thổi
(bowling injection) và hàng trăm profile các loại trong đó 60-70% là máy đời
mới. Trên 99% máy móc thiết bị nhập thông qua cảng TP Hồ Chí Minh (tổng
giá trị hơn 26 triệu USD) là máy đời mới.
Công nghệ áp dụng trong ngành sản xuất nhựa Việt Nam hiện nay bao
gồm: Công nghệ ép phun (Injection Technology): Ðây là công nghệ truyền
thống của ngành sản xuất nhựa, được phát triển qua 4 thế hệ máy, thế hệ thứ 4
là các loại máy ép điện, ép gaz đang được áp dụng phổ biến ở các quốc gia có
công nghiệp nhựa tiên tiến (Mỹ, Ðức, Nhật...) đang thâm nhập vào thị trường
châu Á. Loại công nghệ này phục vụ cho các ngành công nghiệp điện tử, điện
dân dụng, sản xuất xe hơi và các ngành công nghiệp khác, đỉnh cao của công
nghệ này là công nghệ nhựa vi mạch điện tử. Tại Việt Nam, hiện có gần 3000
thiết bị ép phun, trong đó có 2000 máy ở thế hệ thứ 2, thứ 3 (những năm 90).
Trước đây công nghệ ép phun được sử dụng sản xuất hàng gia dụng nay đã
chuyển sang hàng nhựa công nghiệp phục vụ cho các ngành công nghiệp
khác, sản phẩm của nó đụơc thay thế các chất liệu khác như gỗ, sắt, nhôm
trong công nghiệp bao bì và hàng tiêu dùng.
Công nghệ đùn thổi (Blowing injection technology): Ðây là công nghệ
thổi màng, sản xuất ra các loại vật liệu bao bì nhựa từ màng, dùng trong các
công nghệ thổi túi PE, PP và màng (cán màng PVC). Các loại máy thổi được
cải tiến từ Việt Nam để thổi túi xốp từ nhiều loại nguyên liệu phối kết, sử
dụng các loại nguyên liệu từ đơn nguyên PE, PP đến phức hợp OPP, BOPP
thông qua giai đoạn cán kéo hai chiều, bốn chiều. Hiện nay nhiều doanh
nghiệp nhựa sử dụng công nghệ đùn thổi bằng nhiều thiết bị nhập từ các
nước, nhiều thế hệ để sản xuất các sản phẩm bao bì nhựa. Bên cạnh đó, ngành
thổi bao bì dạng chai nhựa tiên tiến như PET, PEN, thùng phuy... đều phát
triển từ công nghệ đùn thổi.
Công nghệ đùn đẩy liên tục (Profile): Ðược cải tiến từ công nghệ
truyền thống đùn thổi, từ nhu cầu tiêu dùng của xã hội phát triển được hình
dung thành các nhóm hàng sau đây:
- Nhóm sản phẩm dạng ống, từ ống PVC thoát nước đến PE cấp nước,
cao cấp là các sản phẩm ống phức hợp nhôm nhựa, ống phức hợp gaz, cáp
quang...
- Nhóm sản phẩm vật liệu xây dựng, gia công thành phẩm khung cửa
PVC, tấm trần, vách ngăn.
Công nghệ chế biến cao su nhựa: Là công nghệ ép sử dụng phổ biến
trong các ngành chế biến cao su và các công nghệ ép phun sử dụng cùng lúc
hai loại nguyên liệu nhựa và cao su Latex hoặc nhựa phối kết với cao su thiên
nhiên với dạng compound. Là ngành kinh tế kỹ thuật nhựa có sức thu hút lớn
chiếm vị trí thứ 3 trong 8 ngành kinh tế kỹ thuật nhựa. Công nghiệp gia công
giày, dép nhựa cũng gắn liền với công nghệ này.
Các công nghệ khác như: Composite, Melamine, Công nghệ EVA, PU,
EPS và các công nghệ phụ. Thực trạng công nghệ nhựa hiện nay vừa thoát
khỏi giai đoạn phát triển tự nhiên, từng bước đi vào quỹ đạo có quy hoạch, có
định hướng, đặc biệt quá trình hội nhập đã thúc đẩy ngành nhựa phát triển
mạnh hơn, nhanh hơn.
Tuy đạt nhiều thành công trong 6 năm gần đây, nhưng ngành nhựa Việt
Nam vẫn trong tình trạng lệ thuộc nguồn nguyên liệu nhập khẩu của nước
ngoài. Công nghiệp chế tạo khuôn mẫu cũng rất yếu, chỉ sản xuất được những
bộ khuôn chất lượng trung bình và không yêu cầu độ chính xác cao.
Trong cơ cấu sản phẩm, hàng tiêu dùng chiếm đến 63%, còn lại khoảng
20% là bao bì, 8% sản phẩm dùng làm vật liệu xây dựng. Sản phẩm nhựa kỹ
thuật dùng cho các ngành điện, điện tử, xe gắn máy,... chỉ có 4%. Điều đó cho
thấy, trình độ công nghệ của ngành nhựa Việt Nam vẫn còn ở mức thấp.
Mục tiêu của Việt Nam trong 10 năm tới là hiện đại hóa công nghệ,
thiết bị và tăng dần tỷ trọng sản phẩm nhựa kỹ thuật để thay thế hàng nhập
khẩu. Đặc biệt là sản xuất phụ tùng cho các ngành công nghiệp ô tô, xe gắn
máy, điện tử và điện lạnh...
Các công ty nhựa Việt Nam đang có xu hướng chuyển sang nhập khẩu
thiết bị của các nước Châu Âu, chẳng hạn như của Cincinati, Milacron,
Arburg, Krauss Maffei, Reifenhauser... Đồng thời nhiều doanh nghiệp cũng tỏ
ra quan tâm và sử dụng các loại nguyên liệu nhựa kỹ thuật của Atochem,
Hoesch, Dupont, Mitsui, Sumitomo, Hn Hwa, Idemitsu... Tuy thiếu vốn,
nhưng các công ty hàng năm vẫn dành ra trên 70 triệu USD để mua sắm thiết
bị khuôn mẫu và xây dựng nhà xưởng.
Nguyên vật liệu của ngành nhựa phải nhập gần như 100%. Hiện nay Việt
Nam nhập khoảng 40 loại nguyên vật liệu chính và hàng trăm loại hóa chất và
nguyên vật liệu phụ trợ. Trong khi các nước khu vực xung quanh ta đã sản xuất
được nguyên vật liệu nhựa. Thái Lan đã sản xuất hầu hết các loại nguyên vật liệu
nhựa thông dụng như PELD, PEHD, PP, PS, PVC. Riêng PVC có hai nhà sản
xuất với tổng công suất 300.000tấn/năm. Singapore tổng công suất trên 550.000
tấn/năm. Malaysia với tổng công suất PVC và PS là 76.000 tấn/năm. Việt Nam
phải nhập hầu hết nguyên vật liệu dùng cho sản xuất sản phẩm nhựa là do ngành
sản xuất nguyên vật liệu nhựa gặp nhiều khó khăn về nguồn nguyên liệu đầu vào,
giá cả một số loại nguyên liệu còn cao hơn nguyên liệu nhập như (PVC của
MitsuiVina). Ngoài ra chủng loại nguyên liệu sản xuất trong nước còn hạn chế.
Các nhà máy chỉ tập trung vào sản xuất các chủng loại được tiêu thụ nhiều. Chẳng
hạn như Mitsui Vina chỉ tập trung sản xuất PVC huyền phù có chỉ số Polyme là
K66. Chính vì vậy, kể cả khi giá nguyên liệu sản xuất trong nước thấp hơn giá
nhập khẩu thì các doanh nghiệp ngành nhựa Việt Nam vẫn phải nhập khẩu nhiều
loại nguyên liệu của nước ngoài. Do hiện nay ngành nhựa Việt Nam phụ thuộc
hoàn toàn vào nguyên liệu nước ngoài nên bất cứ sự biến động nào trên thị trường
thế giới cũng ảnh hưởng trực tiếp đến ngành nhựa. Vì vậy ngành nhựa không thể
phát triển một cách ổn định lâu dài nếu không có một chiến lược phát triển nguyên
liệu, để chủ động về nguyên liệu. Mặt khác việc nhập nguyên liệu sẽ làm tăng giá
thành sản phẩm, hạn chế khả năng cạnh tranh trên thị trường, làm giảm tốc độ
phát triển.
Nhu cầu sử dụng nguyên liệu trong ngành nhựa năm 2006
PS PP PE PVC Loại khác
10% 30% 30% 20% 10%
Nguồn: Tổng công ty nhựa Việt Nam
Trong vài năm tới, khi ngành công nghiêp hóa dầu của Việt Nam ra đời, sẽ
mở ra nhiều cơ hội phát triển hơn cho ngành nhựa đặc biệt là ngành công nghiệp
nguyên liệu. Thị trường trong nước cũng như thị trường thế giới đang mở ra nhiều
cơ hội phát triển cho ngành nhựa do nhu cầu về sản phẩm nhựa ngày càng tăng.
Ch−¬ng 2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ SẢN PHẨM
2.1. Nghiên cứu điều kiện làm việc của vỏ bình ắc qui
2.1.1. Đặc điểm kết cấu và điều kiện làm việc
Ắc quy kiềm sắt-niken là loại ắc quy kiềm lamen, có chất hoạt động
cực dương là Hyđrôxit niken 2Ni(OH)2 và chất hoạt động cực âm là bột sắt,
dùng Hyđrôxit Natri làm dung dịch điện giải, giữa các cực dương và cực âm
có các lá cách. Vỏ ngoài làm bằng sắt hoặc bằng nhựa, nắp trên có lỗ rót
dung dịch và các trụ cực âm và cực dương. Lỗ rót dung dịch thường có van
thải khí, khi rót dung dịch thì mở van thải khí ra còn khi nạp, phóng điện
không nhất thiết phải mở ra mà vẫn thải được khí sinh ra trong bình ắc quy,
đồng thời đề phòng các bụi bẩn và tạp chất xâm nhập vào bên trong. Mặt
khác, nó có thể đảm bảo cho ắc quy khi bị nghiêng 300 vẫn không chảy dung
dịch ra ngoài. Ắc quy kiềm sắt niken được dùng làm nguồn điện 1 chiều cho
các tàu điện hoặc chiếu sáng cho các mỏ hầm lò có nhiệt độ môi trường từ -
200C đến +500C. Đối với trường hợp dùng cho đầu tàu điện mỏ người ta
dùng khoảng 100 bình được xếp xít vào nhau trên thùng chứa bình ắc quy
của đầu tàu điện, các bình được mắc nối tiếp với nhau tạo thành nguồn điện
làm quay động cơ điện kéo cả đoàn xe goòng chuyển động.
2.1.2. Các tính năng điện chủ yếu của ắc quy
• Điện áp danh định của ắc quy là 1,2V, điện áp danh định của tổ hợp ắc
quy là tích số của 1,2V với số ắc quy được đấu nối tiếp.
• Dung lượng của ắc quy đều không nhỏ hơn dung lượng định mức.
• Tuổi thọ: chu kỳ phóng nạp của ắc quy không nhỏ hơn 900 lần.
• Kỳ hạn bảo tồn: ắc quy đảm bảo sau 3 năm tồn trữ các tính năng điện
vẫn đạt yêu cầu như khi xuất xưởng. Ắc quy chưa qua một lần sử
dụng nào, nếu tồn trữ quá 3 năm chỉ cần không bị rỉ mục, không chập
mạch thì nói chung sau 3 đến 5 chu kỳ nạp phóng điện mà dung dịch
ở nhiệt độ bình thường đạt được yêu cầu thì vẫn có thể sử dụng.
• Ắc quy có thể chịu được nạp quá và phóng quá, nó có thể được sử
dụng ở chế độ phóng điện một giờ, nhưng không được sử dụng liên
tục lâu dài.
• Ắc quy có thể sử dụng trong điều kiện nhiệt độ đến -200C nhưng dung
lượng của nó giảm thấp hơn so với nhiệt độ bình thường.
• Tổn thất tự phóng điện của ắc quy tương đối lớn. Vì vậy, không nên
dùng làm nguồn điện dự phòng.
2.2. Phân tích lựa chọn kết cấu và vật liệu chế tạo sản phẩm
2.2.1. Kết cấu vỏ bình bằng kim loại
Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu, nhóm đề tài đã tiếp cận,
tìm hiểu loại vỏ bình ắc quy bằng kim loại dung lượng 300A (SN300) và loại
350A (SN350) do Công ty Cổ phần Cơ khí Ôtô Uông Bí chế tạo. Về kết cấu
vỏ bình gồm 3 phần là: Thân bình; nắp bình và nút bình
+ Đặc điểm kết cấu của thân bình: Thân bình là chi tiết vỏ mỏng dạng
hình hộp chữ nhật có chiều dài 180mm; rộng 175mm và cao 395mm, chiều
dày thân là 2mm, dưới đáy thân có gân tăng cứng.
+ Đặc điểm kết cấu của nắp bình: Nắp bình ắc quy là chi tiết dạng hình
hộp chữ nhật có chiều dài 180mm; rộng 175mm và cao 25mm, chiều dày nắp
là 2mm. Trên mặt của nắp có 05 lỗ trong đó: 01 lỗ trung tâm có ren để vặn
nút; 04 lỗ để lắp các cực âm và dương, các lỗ này có rãnh tròn chạy suốt chu
vi lỗ khi lắp cực song người ta đổ thiếc vào các rãnh này để làm kín khe hở và
giữ chắc cọc cực.
+ Đặc điểm cấu tạo nút: Nút có dạng chi tiết tròn xoay, có ren ngoài để
vặn với nắp. Nút có lỗ thủng đảm bảo thông hơi cho bình ắc quy khi làm việc.
Bản vẽ của vỏ bình ắc quy SN300 bằng kim loại được trình bày trong
tập bản vẽ.
Khi thay đổi vỏ kim loại bằng vỏ nhựa, về cơ bản vẫn tuân thủ hình
dáng kết cấu của vỏ bình kim loại, nhóm đề tài chỉ phân tích lựa chọn vật liệu
để đảm bảo tính ăn mòn hoá học, và trên cơ sở vật liệu đã chọn đề tài đã tính
toán chiều dầy của vỏ bằng nhựa để đảm bảo độ bền cơ học.
2.2.2. Các cơ sở để lựa chọn chế tạo vỏ bình ắc quy bằng nhựa
Qua phân tích, tìm hiểu và thu thập các thông tin phản hồi của người sử
dụng nhóm đề tài rút ra nhận xét vỏ bình ắc quy bằng kim loại có nhiều nhược
điểm trong đó có hai nhược điểm chính đó là:
- Vỏ bằng kim loại dễ dẫn điện gây nên chập mạch, gây nguy hiểm cho
người thợ lò.
- Vỏ bằng kim loại nên dễ bị ăn mòn điện hoá, làm giảm tuổi thọ của
bình.
- Các loại đầu tàu điện ắc quy mà các đơn vị nhập của nước ngoài về
đều đã sử dụng vỏ bình bằng nhựa.
- Hiện nay ngành công nghệ chế tạo máy của Việt Nam đã có những
bước phát triển vượt bậc với việc đưa các máy móc thiết bị hiện đại điều khiển
số vào sản xuất nên có khả năng gia công các khuôn mẫu có độ phức tạp cao,
phục vụ ngành nhựa.
- Ngành công nghiệp nhựa của nước ta cũng đã có những bước phát
triển, việc nhập khẩu các loại hạt nhựa chất lượng cao đảm bảo cho việc sản
xuất ra các chi tiết, phụ tùng bằng nhựa phục vụ cho công nghiệp đã khá phổ
biến.
- Các máy ép nhựa của nước ta cũng đã đa dạng và có khả năng về kỹ
thuật, công nghệ cũng khá lớn, điều này cho phép sản xuất ra các chi tiết bằng
nhựa có kích thước hình học lớn.
2.3. Chọn loại nhựa để chế tạo sản phẩm
Trong quá trình nghiên cứu về vật liệu để chế tạo sản phẩm nhóm đề
tài đã tiến hành tìm hiểu các tài liệu về nhựa nhiệt dẻo. Qua quá trình tìm
hiểu tài liệu kỹ thuật cũng như thực tế, nhóm đề tài nhận thấy hiện nay các
nhà sản xuất ắc quy thường dùng hai loại nhựa nhiệt dẻo chính để chế tạo vỏ
bình đó là PE và PP. Các tính chất chung và ứng dụng của PE và PP được
trình bày trong bảng Bảng 2-1. Các tính chất lý, hoá của PE và PP được trình
bày trong Bảng 2 – 2.
Bảng 2 – 1: Các tính chất chung và ứng dụng của PE và PP
TT Nhựa Tính chất Ứng dụng
- Nhẹ, mềm, dẻo, - Vỏ bọc cáp điện.
biến dạng tốt - Bạt phủ ngoài trời.
- Cách điện rất tốt. - Ống nước ống dẫn khí.
PE (Polyethylene)
1 - Rất ít hấp thụ - Két bia, két nước ngọt, thùng
nước. chứa các loại trong gia đình.
- Khi tỷ trọng PE - Bình đựng xăng, dầu, bình ắc
tăng thì độ bền hoá quy…
chất tăng.
- Nhiệt độ gia công
thấp dễ nhuộm màu.
- Nhẹ, độ cứng vững - Các loại bao bì trong y tế, dân
và độ bền cơ học dụng và công nghiệp.
cao. - Một số chi tiết bên trong máy
PP (Polypropylene)
- Tương đối giòn ở móc gia đình như máy giặt, máy
nhiệt độ thấp. hút bụi.
2 - Kém bền thời tiết. - Thảm thể thao, lưới thể thao, cỏ
- Tính cách điện tốt. nhân tạo.
- Cánh quạt gió, vỏ hộp phụ tùng.
- Đồ chơi trẻ em, đồ dùng văn
phòng...
Từ các tìm hểu về lý thuyết cũng như qua tiến hành phân tích thành
phần hoá học của nhựa làm vỏ bình theo mẫu của Trung Quốc. Đề tài đã lựa
chọn loại vật liệu chế tạo vỏ bình là loại nhựa nhiệt dẻo PE
Bảng 2 – 2: Tính chất của PE và PP
Tính chất PE PP
Tỷ trọng(g/cm2). 0,955 0.91
Ứng suất tại điểm duỗi (MPa) 20 - 30 30 - 35
Biến dạng tại điểm duỗi (%). 12 14
Độ kết tinh (%). 80 - 90 50 - 70
Độ cứng bề mặt (N/mm2). 50 65 - 80
Mô đun đàn hồi (MPa). 1000 1400
Nhiệt độ nóng chảy (oC). 130 - 135 165 - 170
Hệ số dãn nở nhiệt (10-6/K). 150 170
Giới hạn nhiệt độ sử dụng:
105 140
• Ngắn hạn
80 100
• Dài hạn
Điện trở khối (Ω.cm). > 1017 1017
Điện áp đánh thủng (KV/mm). 30 - 40 35 - 40
Độ hấp thụ nước (%). < 0.05 < 0.1
2.4. Dùng phần mềm ANSYS9.0 tính toán kết cấu của vỏ bình
2.4.1. Tổng quan về phần mềm ANSYS9.0.
Phân tích bằng phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis, FEA) là một
phương pháp số dùng để mô phỏng các điều kiện tải trọng trên một hệ vật lý
và xác định ứng xử của hệ. Việc phân tích bằng phương pháp này có các ưu
điểm như sau:
- Giảm số lượng mẫu thí nghiệm vì mô phỏng trên máy tính cho phép giả lập
các kịch bản “nếu ... thì ...” một cách nhanh chóng và thuận tiện.
- Mô phỏng những thiết kế khó (hoặc không thể) thực hiện với mẫu thực.
- Tiết kiệm chi phí, tiết kiệm thời gian, tạo ra các thiết kế có chất lượng tốt
hơn và tin cậy hơn.
Phần mềm ANSYS, do công ty phần mềm ANSYS (Hoa kỳ) phát triển
là một gói phần mềm hoàn chỉnh dựa trên phân tích phần tử hữu hạn (Finite
Element Analysis, FEA), để mô phỏng ứng xử của một hệ vật lý khi chịu tác
động của các loại tải trọng khác nhau. Phần mềm ANSYS được sử dụng
rộng rãi trên toàn thế giới để giải quyết các bài toán thiết kế, mô phỏng tối
ưu kết cấu và các quá trình truyền nhiệt, dòng chảy, điện, tĩnh điện, điện từ...
và tương tác giữa các môi trường hay các hệ vật lý. Chính vì thế nên phần
mềm ANSYS đã trở thành một công cụ mô phỏng rất hữu hiệu trong các lĩnh
vực công nghiệp như công nghiệp vũ trụ hàng không, công nghiệp ôtô, y
sinh, xây dựng và cầu đường... Sau đây ta xét một số modul chính của
ANSYS.
1. Phân tích kết cấu:
Phân tích kết cấu được sử dụng để xác định trường chuyển vị, biến
dạng, ứng suất, và các phản lực.
Phân tích tĩnh:
- Sử dụng trong trường hợp tải tĩnh.
- Ứng xử phi tuyến ví dụ như độ võng lớn, biến dạng lớn, bài toán tiếp xúc
chảy dẻo, siêu đàn hồi từ biến...
Phân tích động lực học:
- Bao gồm hiệu ứng khối lượng và giảm chấn.
- Phân tích modul: xác định tần số riêng và dạng dao động riêng.
- Phân tích điều hoà: xác định ứng xử của kết cấu khi tải trọng có dạng hình
sin với biên độ và tần số xác định.
- Phân tích động lực học tức thời: xác định ứng suất của kết cấu khi tải trọng
thay đổi theo thời gian và có thể bao gồm cả ứng sử phi tuyến.
Một số khả năng khác trong phân tích kết cấu:
- Phân tích phổ.
- Phân tích dao động ngẫu nhiên.
- Phân tích sự mất ổn định.
2. Động lực học biến dạng lớn:
- Dùng để mô phỏng biến dạng rất lớn khi lực quán tính đóng vai trò quyết
định