PHỤ LỤC CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG doc

Polyme hay còn gọi là cao phân tử là các vật thể mà đại phân tử của nó gồmnhiều mắt xích cơ bản có tổ chức giống nhau liên kết với nhau theo kiểu lặp đi lặp lạinhiều lần.Đại phân tử của

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIÊP

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

PHỤ LỤC

CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG

PHẦN 1 VẬT LIỆU PHI KIM DÙNG TRONG CƠ KHÍ

PHẦN 2 CÔNG NGHỆ LẮP RÁP

PHẦN 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT

Thái nguyên, tháng 2 năm 2011

PHẦN 1 VẬT LIỆU PHI KIM DÙNG TRONG CƠ KHÍ

Trong đó: m- là khối lượng của mẫu có độ ẩm cần đo (g)

m0- là khối lượng của mẫu ở trạng thái khô tuyệt đối (sấy ở100±5oC) (g)

Lượng nước chứa trong gỗ có 2 dạng: Nước tự do (nước mao dẫn) chứa trongcác lỗ rỗng; và nước liên kết (hút ẩm) nằm trong các vỏ tế bào Như vậy độ ẩm của

gỗ gồm có độ ẩm liên kết và độ ẩm tự do Khi sấy, đầu tiên mất độ ẩm tự do sau đómới mất độ ẩm liên kết

Trạng thái của gỗ khi chỉ còn độ ẩm liên kết gọi là điểm bão hòa của gỗ Đối

với các loại gỗ khác nhau độ ẩm liên kết tối đa dao động từ 23 đến 30% Gỗ mới khaithác có lượng ẩm từ 50-100%, để lâu trong không khí lượng ẩm có thể còn 10~20%

Ở các xứ lạnh và khô để lâu trong nhà lượng ẩm có thể đạt đến 7~10% Gỗ khô tuyệtđối có độ ẩm 0% Độ ẩm tiêu chuẩn để thử cơ tính và một số thông số khác là 15%

Độ ẩm sản xuất cần phải bằng hoặc thấp hơn độ ẩm sử dụng 2% (hay nói khác đi làkhi gia công gỗ để chế tạo các sản phẩm nhất là các sản phẩm gia dụng thì phải sấy).Kích thước và hình dáng của gỗ thay đổi phụ thuộc độ ẩm Khi sấy, đầu tiên mất độ

ẩm tự do, lúc này kích thước của gỗ không thay đổi mà chỉ thay đổi khối lượng Khisấy tiếp tục từ điểm bão hòa gỗ, các sợi gỗ mất nước liên kết và kích thước sẽ nhỏ lại.Khi gỗ co theo chiều tiếp tuyến nhiều hơn theo chiều dọc thớ

+ Độ co.

Hệ số co K là độ co trung bình thay đổi độ ẩm 1% xác định theo công thức:

K  C

Trong đó: C - độ co ; W - độ ẩm

Ở các mức độ khác nhau, độ co toàn phần theo hướng kính là Ck = 3 ~ 5%, độ

co theo hướng tiếp tuyến là CT = 8~10% Hệ số co hướng kính của gỗ dao động trongkhoảng KK = 0,09~0,31%, hệ số co tiếp tuyến KT = 0,17~0,43%, hệ số co thể tíchKV=0,32~0,7% Độ co theo chiều dọc thớ khoảng 0,1~0,35% và thường là khôngtính

1.2.2 Cơ tính của gỗ

Gỗ là polyme dị hướng, tính chất của gỗ phụ thuộc độ ẩm và các yếu tố khác

Cơ tính của gỗ được xác định khi có độ ẩm từ 8 đến 20%, lấy độ ẩm tiêu chuẩn là15% và ký hiệu là σ15, xác định theo công thức:

σ15 = σw[1+α(W-15)]α(W-15)]

Trong đó: σw- độ bền đo được khi có độ ẩm W ở thời điểm đo

W- độ ẩm lúc đo

α- hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc độ ẩm α = 0,01~0,05Việt Nam là nước có nhiều loại gỗ (hơn 1000 loại khác nhau) có độ bền néndọc từ 2,0 đến 10,0 KG/cm2, độ bền kéo dọc từ 4 đến 29 KG/mm2 Cường độ (độ bền)theo thớ ngang thấp hơn so với thớ dọc 6~30 lần Độ bền uốn theo hướng dọc bằng1,5~2 lần độ bền nén Mođun đàn hồi khi kéo nén gần bằng nhau và theo hướng dọcthì gấp 10~30 lần lớn hơn theo hướng ngang

Theo hướng dọc E = (1,17~1,58).103 KG/mm2

1.3 Phân loại gỗ

1.3.1 Phân loại theo mật độ gỗ.

Theo TCVN 1072-71 gỗ được chia thành 6 nhóm:

Nhóm 1 có mật độ lớn hơn 0,86 g/cm3 Nhóm này thuộc loại gỗ tốt và gỗ quýnhư mun (1,39), nghiến (1,12), sến (1,08), giẻ xám (0,97), lim (0,95), muồng đen(0,94), táu (0,93)

1.3.2 Phân loại theo cơ tính.

Theo TCVN 1072-71 nhóm gỗ có cường độ kéo dọc lớn hơn 1600 KG/cm2 gọi

là gỗ quý hay gỗ đặc biệt Nhóm gỗ này chủ yếu dùng làm đồ mỹ nghệ và đồ giadụng Loại này có mật độ cao, thớ mịn, vân đẹp, màu sắc đẹp không cần sơn phủ bênngoài, không bị mối mọt Nhóm gỗ quý này ở Việt Nam đặc biệt phong phú hơn

nhiều nước khác Theo phân loại của TCVN rừng Việt Nam có khoảng gần 30 loại gỗquý như lát, gụ, dáng hương, cẩm lai, trắc, mun, gõ mật, thông tre, pơ mu

Còn lại gỗ được chia thành 6 nhóm:

Tuy nhiên, hiện nay trong sản xuất người ta thường dùng tên gọi theo sử dụng

do có các nhóm gỗ theo cơ tính như sau (so với cách phân loại của TCVN):

Tên gọi theo sử dụng Tên gọi theo TCVN

1.3.3 Phân loại theo phương pháp chế biến

Gồm có:

- Gỗ súc (gỗ tròn): Gỗ nguyên cây

- Gỗ xẻ, gỗ lạng: bán thành phẩm đã qua qua cưa xẻ ở dạng tấm, thanh

- Gỗ dán, ván ép hay còn gọi là gỗ nhân tạo: Gỗ đã qua công nghệ chế biếnnhư dán, ép thành tấm có chiều dày 3mm, 4mm, 5mm, 7mm gồm nhiều lớp xếp thớlệch góc nhau

- Gỗ tẩm thuốc: tẩm thuốc chống mục, chống mọt để làm cột điện, tà vẹt, đóngtàu

- Gỗ bột giấy

1.4 Sử dụng gỗ

Gỗ được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

Gỗ gia dụng là gỗ dùng để chế tạo các đồ dùng trong nhà như giường, tủ, bàn,ghế, hay còn gọi là đồ mộc.

Để chế tạo bàn, ghế, giường, tủ thông thường dùng các loại gỗ nhóm 6,7, bànghế ở những nơi đặc biệt dùng gỗ nhóm 4, 5 ở dạng gỗ xẻ Ngoài ra hiện nay cácxưởng mộc sản xuất lớn thường dùng các loại gỗ ép, ván dăm, ván sợi để chế tạo bànghế mang tính kinh tế lớn

1.4.2 Gỗ xây dựng

Gỗ dùng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp gọi là gỗ xây dựng, được sử

dụng dưới dạng các loại gỗ xẻ, chế biến từ gỗ nhóm 1 đến nhóm 8 Gỗ làm cốp phathường là gỗ nhóm 7, 8 Gỗ xây dựng cho những công trình cố định dùng nhóm 4, 5,

6 Đối với những công trình đặc biệt được sử dụng gỗ nhóm 2, có thể dùng cả nhóm 1

1.4.3 Gỗ đóng tầu thuyền

Gỗ làm tàu thuyền là các loại gỗ chịu nước Tùy thuộc tính chất chịu lực vàchịu nước của từng bộ phận của tàu thuyền người ta sử dụng các loại gỗ khác nhau:

+ Gỗ làm vỏ tàu

Nhóm 2: Lim xanh, táu mật, kiền kiền, sến mật, sến đắng, xoay

Nhóm 3: Săng lẻ, chò chỉ, huỳnh, trường mật, chua khét, trường chua, cà ổixanh

Nhóm 4: Re hương, re rừng, gội nếp, re mít, re vàng, gội , sâng, kháo mật.Nhóm 5: Trâm tía, trâm xanh, trâm sung, sồi đá, kẹn gia, dãi, vải thiều, limxẹt, hoàng linh đá

Nhóm 6: Sú tía, cồng tía, cồng chìm, gội tẻ, vàng kiêng, lõi thọ, re xanh, giẻ

đỏ, giẻ đề xi, chẹo tía, sâng, nhội, sồi vàng mép, thôi ba, thôi chanh, phay sừng, chònếp, ràng ràng mật, ràng ràng đá, sau sau

2 Polyme

2.1 Khái niệm về vật liệu polyme

Polyme (hay còn gọi là cao phân tử) là các vật thể mà đại phân tử của nó gồmnhiều mắt xích cơ bản có tổ chức giống nhau liên kết với nhau theo kiểu lặp đi lặp lạinhiều lần.

Đại phân tử của polyme là những mạch gồm những mắt xích riêng biệt liên kếtvới nhau như một bó Mặt cắt ngang của mạch chỉ vài anstron (Å) còn chiều dài tớivài nghìn (Å) Do đó polyme có một đặc tính cơ bản là tính dẻo (có thể uốn tuỳ ý).Tính dẻo là một trong những đặc tính nổi bật của polyme

Mỗi mắt xích cơ bản gọi là một đơn phân hay monome Vì khối lượng phân tửcủa polyme rất lớn nên mỗi phân tử được gọi là một đại phân tử và do đó vật liệupolyme còn gọi là vật liệu cao phân tử Khối lượng đại phân tử của polyme có thể từ

5000 đến cả triệu

Với kích thước của đại phân tử như vậy nên tính chất của polyme khôngnhững được xác định do thành phần hoá học của chúng mà còn do sự phân bố tươngđối giữa các mắt xích và do cấu tạo của chúng trong từng mắt xích

Các đại phân tử của polyme có thành phần hoá học giống nhau nhưng thường

có kích thước khác nhau Hiện tượng đó làm phân tán các đặc tính cơ lý của vật liệu

và được gọi là sự đa tán

Đại phân tử có thể được tạo thành từ các đơn phân (monome) giống nhau hoặckhác nhau về thành phần hoá học Khi gồm các đơn phân giống nhau thì được gọihomopolyme Trong trường hợp gồm các đơn phân khác nhau thì gọi là copolyme

Khi mạch cơ bản của polyme được cấu tạo bởi các nguyên tử cùng loại thì gọi

là polyme đồng mạch, nếu bởi các nguyên tử khác loại thì gọi là polyme dị mạch

Polyme ở dạng lập thể (mạng không gian) có giá trị lớn khi tất cả các mắt xích(monome) và các chất thay thế phân bố trong không gian theo một trật tự nhất định vàtạo cho polyme có các tính chất cơ lý cao Polyme có khả năng thay đổi sự phân bốtheo không gian gọi là polyme điều chỉnh được (khác với một số loại không điềuchỉnh được)

2.2 Phân loại polyme

Có nhiều cách phân loại polyme:

2.2.1 Phân loại theo nguồn gốc có:

- Polyme thiên nhiên như cao su thiên nhiên, xenlulô, mica, graphit thiên

nhiên

- Polyme nhân tạo hay còn gọi là polyme tổng hợp như chất dẻo, cao su nhân

tạo, thuỷ tinh

2.2.2 Phân loại theo thành phần:

Nếu mạch phân tử cơ bản chỉ gồm các nguyên tử cácbon thì gọi là polymemạch cácbon Trong đó các nguyên tử C nối với các nguyên tử H hoặc các gốc hữu

cơ khác

Thí dụ:

R = gốc hữu cơ (radical)

Trong polyme dị mạch, mạch cơ bản gồm các nguyên tử C và các nguyên tửkhác làm thay đổi rất lứon tính chất của các polyme

Thí dụ:

hoặc

Khi nối với các nguyên tử C trong mạch, các nguyên tử H làm tăng tính uốncủa mạch, do đó làm tăng tính dẻo của polyme (như đối với các sợi và màng chấtdẻo), các nguyên tử P và Cl làm tăng tính chịu nóng, nguyên tử S làm tăng tính chốngthấm (thí dụ cao su), F làm tăng tính bền hoá học

Một số polyme mạch cácbon và dị mạch có thể có hệ thống liên kết hợp như: CH-CH=CH-CH=CH-CH=CH-

hoặc

Năng lượng mạch liên hợp lớn hơn loại đồng mạch Thí dụ: năng lượng liênkết C-C là 80 Kcal/mol Trong lúc đó năng lượng liên kết giữa các mạch liên hợp đến100~110 Kcal/mol, do đó làm tăng tính ổn định khi nung nóng

Polyme hữu có gồm các loại chất dẻo và cao su

+ Polyme vô cơ

Là các polyme mà trong mạch cơ bản của chúng không có các hydrocacbon.Thí dụ thuỷ tinh silicat, gốm, mica, amian Thành phần cơ bản của các polyme vô cơ

là các loại oxit silic, oxit nhôm, oxit magiê, oxit canxi

Trong silicat có 2 loại liên kết: các nguyên tử trong mỗi mắt xích nối với nhaubằng liên kết đồng hoá trị (Si-O), còn liên kết giữa các mắt xích là liên kết ion Do đótính chất của các chất này thay đổi trong phạm vi rất rộng; từ sợi thuỷ tinh (có tínhdòn) đến các màng đàn hồi Polyme vô cơ có mật độ cao, bền nhiệt, nhưng thuỷ tinh

và gốm thì dòn, không chịu tải trọng động

Graphit thuộc liạu polyme vô cơ nhưng có mạch cacbon

+ Polyme hữu cơ phần tử

Là polyme mà trong mạch cơ bản chứa các nguyên tử vô cơ như Si, Ti, Al Các nguyên tử này nối với các gốc hữu cơ như metyl (-CH3), fenyl (-C6H5), etyl (-C2H5) Các gốc hữu cơ cho vật liệu tính bền và dẻo, còn các nguyên tử vô có cho tínhchịu nhiệt cao Trong thiên nhiên không có các loại vật liệu này mà chỉ tạo được bằngcách tổng hợp nhân tạo

Thí dụ: đại diện cho nhóm này là hợp chất silic hữu cơ có cấu trúc:

Giữa các nguyên tử Si và O có liên kết hoá học bền, liên kết siloxan Si-O cónăng lượng 89,3 Kcal/mol Từ đó tính bền nhiệt của nhựa silíc hữu cơ hoặc cao susiloxan cao hơn mặc dù tính đàn hồi và tính dẻo kém hơn so với nhựa hữu cơ và cao

su thiên nhiên Polyme chứa trong mạch cơ bản các nguyên tử Ti, O gọi làpolytitanoxan, mạch cơ bản chứa Ti, O, Si gọi là polytitansiloxan hữu cơ

2.2.3 Phân loại theo hình dáng đại phân tử

Hình dáng đại phân tử gọi là mạch cơ bản Theo cấu tạo mạch polyme đượcchia ra:

+ Polyme mạch thẳng

Có đại phân tử là một chuỗi các mắt xích nối nhau theo đường dic dắc hayhình xoắn ốc (hinh 1 – 1a) Đại phân tử uốn cong (hình bó) có độ bền cao dọc theo

RR'

RR' Si O Si

Hình 1 – 1 Hình dáng các đại phân tử của Polyme

mắt xích và độ bền thấp giữa các phân tử Do đó, làm cho vật liệu có tính đàn hồi và

bị biến mềm khi nung nóng nhưng khi nguội thì cứng lại

Nhiều polyme loại này hoà tan trong các dung môi Khi mật độ "bó" của cácphân tử trong một đơn vị thể tích tăng thì độ bền và nhiệt độ biến mềm tăng nhưngkhả năng hoà tan trong dung môi giảm Thí dụ thuộc loại này có polyetylen (PE),polyamid (PA)

+ Polyme mạch nhánh (polyme phân nhánh)

Cũng là polyme mạch thẳng nhưng trong đại phân tử có thêm các nhánh (hình1-1b) Sự phân nhanh làm cản trở sự xích lại gần nhau của các phân tử, do đó làmgiảm liên kết giữa các phân tử và làm giảm "mật độ bó" Loại này có độ bền thấp, dễnóng chảy và dễ hoà tan hơn Thí dụ: polyizobutylen (PIB)

+ Polyme hình thang

Gồm có hai mạch nối với nhau bằng liên kết hoá học Khi cắt đứt các đại phân

tử polyme hình thang thường phải phá huỷ mạch liên kết ở ít nhất là 2 chỗ theo quyluật ngẫu nhiên Do đó, chúng bền hơn loại mạch thẳng (một mạch) Loại này khônghoà tan trong các dung môi hữu cơ tiêu chuẩn, có tính ổn định nhiệt cao hơn và cứnghơn Thí dụ polyme silic hữu cơ (hình 1-1c)

+ Polyme mạng lưới

Các mạch cạnh nhau trong polyme này được nối với nhau bằng liên kết đồnghóa trị ở một số vị trí như trên hình 1-1d Cấu trúc mạng lưới có thể hình thành trongquá trình tổng hợp hoặc do phản ứng không thuận nghịch được tiến hành sau đó ởnhiệt độ cao hoặc có xúc tác Thông thường quá trình tạo mạng lưới được thực hiệnbằng cách cho thêm các nguyên tử hoặc phân tử có thể tạo liên kết đồng hoá trị vớimạch chính Đa số các loại vật liệu cao su có cấu trúc mạng lưới do quá trình lưu hoá

+ Polyme không gian

Các monome có ba nhóm hoạt động tạo nên polyme không gian ba chiều nhưtrên hình 1-1e Các polyme này có tính chất cơ lý nhiệt đặc biết

2.3.4 Phân loại theo trạng thái pha

Theo trạng thái pha polyme được chia làm hai loại: polyme vô định hình (haypolyme 1 pha) và polyme tinh thể (hay polyme 2 pha)

Theo phân tích Rơnghen và kính hiển vi điện tử, thực ra các đại phân tử trongpolyme không phân bố hỗn loạn mà có trật tự, liên quan với nhau Tổ chức tạo thành

do sự sắp xếp khác nhau của các phân tử gọi là siêu phân tử Sự trật tự hoá trong tổchức được xác định bằng tính uốn của các đại phân tử mạch thẳng hoặc mạch nhánh

sẽ làm thay đổi hình dáng xếp xen kẽ theo từng phần

Polyme vô định hình là loại có một pha, tạo nên từ các phân tử của mạch, xếpthành từng bó Mỗi bó gồm nhiều dãy đại phân tử phân bố nối tiếp nhau Các bó cókhả năng dịch chuyển tương đối với nhau giữa các phân tử nằm cạnh nhau Polyme

vô định hình cũng có thể tạo nên từ các mạch cuốn thành từng cuộn tròn gọi là "quảcầu" Tổ chức cầu của polyme có cơ tính không cao Khi tăng nhiệt độ các quả cầuduỗi ra thành dạng thẳng, làm tăng có tính của polyme

Polyme tinh thể được tạo thành nếu các đại phân tử của chúng đủ cong và cóthể điều chỉnh được Ở những điều kiện tương ứng, chuyển biến pha xảy ra trong các

bó và tạo thành mạng tinh thể không gian Sự tạo thành tinh thể có thể biểu diễn theo

sơ đồ hình 1-2 Các bó (1) xếp thành dãy (2) bằng cách xoay bó nhiều lần theo góc

180o Sau đó các dãy liên kết với nhau theo các mặt bên của mình để tạo thành tấm(3) Các tấm này xếp thành lớp và tạo thành các tinh thể

Trong trường hợp khi sự tạo thành các tinh thể khối từ các phân tử cấu trúcnhỏ hơn gặp khó khăn, thì các hình cầu được tạo thành Polyme có cấu trúc hình cầuphổ biến hơn Kích thước của chúng từ vài chục micromet đến vài milimet Thí dụ,các loại chất dẻo polyetylen, polypropylen, polyamid là những chất dẻo tinh thể

2.3.5 Phân loại theo mức độ phân cực

Được chia ra polyme phân cực (hay polyme có cực) và polyme không phâncực (hay polyme không cực)

Ở các phân tử polyme không phân cực, đám mây điện tử có tác dụng cố địnhcác nguyên tử, được phân bố giữa các phân tử ở mức độ giống nhau Ở những phân tử

đó trung tâm kéo của các hạt tích điện khác dấu trùng với nhau

Hình 1-2: Quá trình tinh thể hoá của polyme.

Ở các phân tử polyme phân cực, đám mây điện tử chung dịch chuyển về phíacác nguyên tử có tích điện âm hơn Do đó, trung tâm kéo của các hạt tích điện khácdấu không trùng nhau.

Sự phân cực của polyme được đánh giá bằng momen lưỡng cực, ký hiệu là µ,

bằng tích của điện tích nguyên tố q (điện tích của một điện tử) trên khoảng cách l

giữa các tâm kéo của các hạt mang điện âm và dương

Thí dụ:

a- Polyme không phân cực (các phân tử đối xứng)

b- Polyme phân cực: Trong Polyvinyl clorua (PVC) phân tử không đối xứng,momen lưỡng cực C-H (0,2D) và C-Cl (2,05D)không bù cho nhau được Độ phâncực có ảnh hưởng đến tính chất của polyme

Thí dụ: Các polyme không phân cực (chủ yếu trên cơ sở các hydrocacbon) làchất điện môi chất lượng cao Tính chất của các polyme không phân cực ở nhiệt độthấp ít bị xấu đi, chịu lạnh tốt

H

H

HH

C C

nPolyetylen

HH

H

CH3

C C

nPolypropylen

FF

FF

C C

nTeflon-4

HH

HCl

C C

nPVC

Tính phân cực, trong khi làm tăng lực kéo giữa các phân tử, làm cho polymecứng, chịu nhiệt, khó hoà tan vào các dung môi Polyme phân cực dùng làm chất điệnmôi chỉ trong một phạm vi tần số hạn chế (tần số thấp) Ngoài ra polyme phân cực cóđặc trưng là chịu lạnh kém (thí dụ: polyvinylclorua chịu lạnh từ -10oC đến - 20oC).

2.3.6 Phân loại theo khả năng chịu nhiệt

Chia ra polyme nhiệt dẻo và polyme nhiệt rắn

Polyme nhiệt dẻo: Là polyme khi nung nóng thì mềm ra, thậm chí chảy lỏng,

khi để nguội thì cứng lại Quá trình này thuận nghịch, tức là vật liệu không thay đổibản chất hoá học Tổ chức đại phân tử loại này là polyetylen, polystyren, polyamid

Polyme nhiệt rắn: là polyme ở giai đoạn đầu là mạch thẳng và khi nung nóng

thì mềm ra Sau đó do phản ứng hoá học mà đông cứng lại (tạo thành tổ chức khônggian) và trở thành vật liệu cứng Trạng thái đông cứng của polyme gọi là "cứng ổnđịnh" Thí dụ: nhựa fenolformal-dehyd

3 CAO SU

3.1 Khái niệm chung, cấu tạo, thành phần và phân loại

Cao su là một loại vật liệu kỹ thuật có đặc tính đặc biệt là có khả năng đàn hồicao Cao su là một loại polyme hữu cơ mà ở nhiệt độ thường nó đã ở trạng thái đànhồi cao, khả năng biến dạng đàn hồi ở nhiệt độ trong phòng có thể lên đến 1000%(trong lúc đó kim loại chỉ có khả năng biến dạng đàn hồi nhỏ hơn 1%) Modul đànhồi thấp E = 0,1 - 1 KG/cm3 Cao su chịu kéo tốt nhưng chịu nén rất kém Cao sukhông thấm khí, không thấm nước, ổn định trong các môi trường tẩy rửa, cách điệntốt, có mật độ thấp

Về cấu tạo, cao su là một polyme có các phân tử vô giới hạn, có một nối đôigiữa các nguyên tử cacbon trong mạch nguyên tử của đại phân tử Khối lượng phân

tử có thể đạt đến 400.000 - 450.000 Cấu tạo đại phân tử mạch thẳng hoặc mạchnhánh yếu và gồm các mắt xích riêng biệt, có xu hướng gập lại thành cụm, chiếm thểtích nhỏ Nhưng do bị cản trở bởi lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử nên cácphân tử cao su bị uốn thành hình zic zắc Hình dáng của các phân tử cao su chính lànguyên nhân làm cho cao su có tính đàn hồi đặc biệt

Về tính chất, cao su là polyme nhiệt dẻo Sự có mặt trong các phân tử cao sucác mối liên kết vô hạn đảm bảo ở những điều kiện nhất định chuyển sang trạng thái

ổn định nhiệt Khi cho lưu huỳnh vào cao su, các nguyên tử lưu huỳnh hoá trị 2 táchmối nối kép giữa hai nguyên tử cacbon trong mạch chính để nối các mạch cao su vớinhau theo hướng cắt ngang, nguyên tử S đóng vai trò như "cầu nối" giữa các phân tửsợi cao su, do đó nhận được cấu tạo không gian gọi là cao su được lưu hoá Phụ thuộc

lượng lưu huỳnh từ 1~5% tạo thành cao su mạch lưới thưa, có tính chất mềm, đàn hồicao Tăng lượng lưu huỳnh mạch không gian của cao su trở nên dầy đặc hơn, cao sucứng hơn và khi lượng lưu huỳnh đạt tối đa (30%) cao su bão hoà lưu huỳnh tạo nênvật liệu cứng, hầu như không đàn hồi được gọi là êbôhit.

Thí dụ, đối với cao su thiên nhiên chưa lưu hoá có độ bền σb = 0,10~0,15KG/cm3, sau khi lưu hoá σb = 3,5 KG/cm3 đồng thời tăng độ cứng và tăng tính chốngmài mòn

Hiện nay trong các ngành công nghiệp sử dụng hai loại cao su sau: cao suthiên nhiên và cao su tổng hợp

Cao su tổng hợp lại có các phân loại sau:

- Theo công dụng chia ra: Cao su tổng hợp công dụng chung và cao su tổnghợp công dụng đặc biệt

- Theo cấu tạo hoá học chia ra làm 3 nhóm: Cao su có cấu tạo điều chỉnh được,cao su đồng trùng hợp và cao su đặc biệt

4 VẬT LIỆU COMPOZIT

4.1 Cấu tạo và tính chất chung

Vật liệu compozit là loại vật liệu gồm hai hay nhiều vật liệu khác nhau kết hợplại, trong đó các ưu đểm của mỗi loại vật liệu thành phần được phối hợp với nhau,hoặc tạo nên một chất lượng mới hoàn toàn mà nếu đứng riêng lẻ thì không một loạivật liệu thành phần nào có thể đáp ứng được, còn nhược điểm của mỗi vật liệu thànhphần thì được khắc phục

Vật liệu compozit có hai thành phần chính là vật liệu cốt và vật liệu nền.Nhiệm vụ chính của vật liệu cốt là chịu tải trọng nên phải có độ bền cao Vật liệu cốtthường ở dạng sợi như sợi cacbon, sợi thuỷ tinh, sợi bo, sợi polyme, sợi kim loại, sợigraphit, hoặc có thể ở dạng hạt như hạt cacbonrun (SiC), corindon (Al2O3), cacbit bo(B4C)

Vật liệu nền thực hiện nhiệm vụ chất liên kết tạo nên sự liên kết tốt giữa cácthành phần cốt Vật liệu nền là các vật liệu có tính dẻo cao Vật liệu nền thông dụngchia ra 3 loại: polyme, cacbon và kim loại dẻo Vật liệu nền polyme thường là cácpolyeste, vật liệu nền kim loại thường là nhôm, đồng, niken

Như vậy đặc điểm chính của vật liệu compozit là:

Thứ nhất: Là vật liệu nhiều pha, các pha không hoà tan vào nhau và phân cáchbằng ranh giới pha, trong đó nền là pha liên tục còn cốt là các pha gián đoạn

Thứ hai: Trong compozit tỷ lệ, hình dáng, kích thước cũng như sự phân bố củanền và cốt tuân theo các quy định thiết kế trước

Thứ ba: Tính chất của các pha thành phần được phối hợp để tạo nên tính chấtchung của compozit.

Tuy nhiên, các vật liệu thành phần không phải cứ sử dụng bất kỳ vật liệu nàocũng được nghĩa là không phải cứ bất kỳ vật liệu nào dẻo cũng có thể làm nền và bất

kỳ vật liệu có độ bền cao đều có thể làm cốt được mà phải lựa chọn sao cho các tínhchất tốt của vật liệu thành phần có thể kết hợp được với nhau và phát huy được trên

cơ sở các tính toán Các vật liệu thành phần cốt và nền phải chọn sao cho có hệ sốdãn nở nhiệt phải gần bằng nhau để đảm bảo tính truyền lực liên tục giữa cốt và nềntrong quá trình làm việc

- Compozit nền hỗn hợp nhiều pha

4.2.2 Phân loại theo hình học hoặc đặc điểm cấu trúc của cốt có thể phân thành 3

nhóm: compozit cốt hạt, compozit cốt sợi và compozit cấu trúc như sơ đồ hình 3-1dưới đây

Hình 1-3: Sơ đồ phân loại compozit

Hạt thô Hạt mịn Liên

tục

Gián đoạn

Compozit cốt hạt và cốt sợi khác nhau ở kích thước hình học của cốt: Cốt sợi

có tỷ lệ chiều dài trên đường kính khá lớn, còn cốt hạt là các phần tử đẳng trục

Khái niệm về compozit cấu trúc là để chỉ các bán thành phẩm trong đó thông dụng nhất là dạng lớp và dạng tấm 3 lớp, được cấu thành từ vật liệu đồng nhất, phối hợp với các compozit khác

5 VẬT LIỆU GỐM

5.1 Khái niệm về vật liệu gốm

Vật liệu gốm là vật liệu vô cơ, nhận được bằng cách dùng nguyên liệu ở dạnghạt, ép thành hình, sau đó nung ở một nhiệt độ nhất định gọi là thiêu kết Sản phẩmnhận được sau khi thiêu kết thường không phải gia công gì thêm và có những tínhchất cơ lý hoá cần thiết

Đặc điểm về cấu tạo vật liệu gốm khác với các vật liệu khác là trong vật liệugốm bao giờ cùng tồn tại 3 pha:

1) Pha tinh thể (pha hạt) ở dạng kim loại nguyên chất, hợp chất hoá học haydung dịch rắn Pha này là pha chủ yếu, quyết định các tính chất cơ lý hoá cơ bản củasản phẩm

2) Pha thuỷ tinh ở dạng vô định hình, đóng vai trò chất liên kết các hạt (tinhthể) với nhau Pha này thường chiếm từ 1 đến 40% thể tích của sản phẩm

Pha thuỷ tinh tạo thành do trong vật liệu có các tạp chất hoặc các hợp chất dễnóng chảy cao hơn so với pha tinh thể, trong quá trình thiêu kết chảy ra, phân tánđồng đều giữa các hạt tinh thể Pha thuỷ tinh làm giảm độ bền của vật liệu nhưng nólại làm dễ dàng cho quá trình công nghệ chế tạo sản phẩm

3) Pha khí: Do vật liệu được ép từ các hạt với nhau nên bên trong sản phẩmbao giờ cùng còn những lỗ xốp nhất định Pha khí chính là khí chứa trong các lỗ xốp

đó Pha khí có ảnh hưởng đến một số tính chất của vật liệu Trạng thái của pha khíđược chia làm 3 loại: Đặc (tỷ lệ pha khí ≈ 0), lỗ xốp kín và lỗ xốp hở Loại cấu tạođặc chỉ gặp trong trường hợp chế tạo theo công nghệ sành sứ từ đất sét, cao lanh hoặcmột số công nghệ đặc biệt Loại có lỗ xốp kín là điều không mong muốn vì loại lỗxốp này làm giảm rất mạnh độ bền và các cơ tính khác của sản phẩm Thường gặpnhất là loại lỗ xốp hở Tuy nhiên không nên coi pha khí trong vật liệu gốm là một loạikhuyết tật như trong các vật đúc Các lỗ xốp hở đóng vai trò tích cực, nó tạo cho sảnphẩm gốm có những tính chất độc đáo mà trong các vật liệu thông thường không thể

có được (sẽ được giải thích qua các sản phẩm cụ thể ở phần sau)

Căn cứ vào độ xốp, các vật liệu gốm được chia làm 3 loại:

a - gốm đặc là gốm có độ xốp từ 0 đến 5%

b - Gốm xốp có độ xốp từ 5 đến 25%

c - Gốm rất xốp có độ xốp trên 25%.

Pha tinh thể là pha quan trọng nhất Các vật liệu gốm kỹ thuật thường dùngpha tinh thể là các oxit thuần nhất (tinh khiết) hoặc các cacbit, nitrit, borit hoặc kimloại nguyên chất

Các oxit thường dùng như Al2O3 (ở dạng coridon hay cương ngọc), ZrO2,MgO, CaO, BeO, ThO2, UO2

Đây là các hợp chất có tính chịu nóng cao, nhiệt độ nóng chảy của chúng trên

2000oC Trong nguyên liệu có thể có chứa một ít tạp chất mà khi thiêu kết sẽ tạothành pha thuỷ tinh

Vật liệu gốm loại này có độ bền nén rất cao, nhưng độ bền kéo và bền uốn thìrất thấp Độ bền càng cao khi kích thước hạt tinh thể càng nhỏ vì hạt càng lớn ứngsuất bên trong càng lớn

Bảng 1-1 nêu lên một số tính chất cơ lý của các gốm trên cơ sở các oxit

Các kim loại gốm là các hợp chất không chứa oxit của các kim loại khó chảy ởdạng các cacbit, nitrit, borit, silisit có độ chịu nóng cao (tnc = 2500 ~ 3500 oC), độcứng rất cao, một số có độ cứng tương đương kim cương, có tính chống mài mòn cao.Các cacbit thường dùng có WC, TiC, TaC, NbC dùng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt,SiC (cacborun) dùng để chế tạo các thanh điện trở là lò nung ở nhiệt độ 1300 ~

1500oC hoặc làm đá mài, giấy nhám

Nitrit bo (BN) còn gọi là graphit trắng hay elbo, ở nhiệt độ thường với thùhình α-BN có mạng lục giác, có độ cứng tương đương kim cương dùng làm hạt màisiêu tinh xác thay bột kim cương Bảng 1-2 dẫn ra độ cứng của một số cacbit, nitrit vàborit

-Chú thích: Theo nhiều tài liệu khác nhau và tải trọng để đo độ cứng khác

nhau nên số đơn vị độ cứng tế vi không thật tương ứng với các đơn vị theo Mohs hoặc HRA.

Về mục đích vật liệu gốm được chế tạo để đáp ứng nhiều yêu cầu sử dụngkhác nhau, chia ra:

- Vật liệu gốm chống mài mòn, loại này có hệ số ma sát f ≤ 0,1

- Vật liệu gốm ma sát, loại này phải có hệ số ma sát f ≥ 0,05 khi có bôi trơn vàf≥ 0,2 khi không có bôi trơn

- Chế tạo các bộ lọc khí

- Chế tạo các chi tiết chịu nóng và cách nhiệt

- Chế tạo các chi tiết tiếp xúc với môi trường ăn mòn hoá học

- Chế tạo các tiếp điểm khi có dòng điện cường độ khác nhau

- Chế tạo các chi tiết từ mềm

- Chế tạo các chi tiết từ cứng (nam châm vĩnh cửu).

- Chế tạo các dụng cụ cắt gọt

5.2 Quá trình chế tạo chi tiết bằng vật liệu gốm.

Bất kỳ một chi tiết gốm nào cũng được chế tạo theo một quá trình gồm 3 giaiđoạn: giai đoạn tạo bột, giai đoạn ép thành chi tiết và giai đoạn thiêu kết

5.2.1 Giai đoạn tạo bột

Vật liệu gốm thuộc nhóm oxit có thể chế tạo từ đất sét, cao lanh Nhưng đấtsét, cao lanh thiên nhiên chứa nhiều tạp chất, làm cho tỷ lệ pha thuỷ tinh cao, làmgiảm độ bền và tính chịu nóng của sản phẩm, do đó pha tinh thể của các chi tiết gốmquan trọng đều phải chế tạo từ các vật liệu tinh khiết và nhân tạo ở dạng hạt

Các hạt gốm ở dạng oxit, cacbit, nitrit, kể cả kim loại nguyên chất hoặc dungdịch rắn có thể tạo bằng các phương pháp hoá học, điện hoá, nhiệt điện, cơ học, vậtlý

Thí dụ: Để tạo kim loại nguyên chất như bột Fe, bột W người ta hoànnguyên kim loại từ các oxit bằng các phản ứng khử ở nhiệt độ cao, hoặc để tạo đồngnguyên chất dùng phương pháp điện phân từ các thỏi đồng không nguyên chất Đểtạo cacbit silic người ta nung cát (SiO2) trộn với than trong lò hồ quang Phản ứngkhử xảy ra tạo thành SiC

SiO2 +α(W-15)] C  SiC +α(W-15)] 2COCác hạt gốm nhận được phải tinh khiết (không lẫn tạp chất) được nghiền nhỏ

và được phân loại theo cỡ hạt

5.2.2 Giai đoạn ép

Trước khi ép bột kim loại và chất kết dính phải được định lượng đúng theothành phần quy định và trộn đều trong máy trộn Thời gian trộn từ 1 đến 5 giờ, trộnkhô hoặc trộn ướt Trộn ướt sử dụng khi có cho thêm chất kết dính là các chất lỏnghoặc keo như cồn, xăng, glixerin Nếu trộn ướt sau khi trộn đều phải đem sấy sơ bộ

ở nhiệt độ 120 - 200oC Để tạo hình người ta có thể ép nóng hoặc ép nguội Thườngdùng nhất là ép nguội trong khuôn ép kín Ép một chiều hoặc hai chiều trên các máy

ép khác nhau, ép nổ hay cán nhưng thường dùng nhất là ép đẳng tĩnh trên máy épthuỷ lực Lực ép phụ thuộc độ xốp yêu cầu của sản phẩm và đặc điểm của hạt gốm

Khi tạo sản phẩn có độ xốp thường dùng phương pháp ép nguội với áp lực ép

từ 0,4~0,5 đến 8~12 tấn/cm2

Khi chế tạo các sản phẩm đặc (không có lỗ xốp) thí dụ chế tạo dụng cụ cắt gọt,người ta thường dùng phương pháp ép nóng Nhiệt độ ép thường lấy bằng 0,5~0,8nhiệt độ nóng chảy của kim loại theo nhiệt độ tuyệt đối (oK)

Với các hạt gốm khó ép như các loại cacbit hoặc borit của các kim loại khóchảy người ta thường dùng phương pháp ép nóng động học Phương pháp này gồm 2

giai đoạn: Giai đoạn 1: ép nguội sơ bộ bột kim loại thành chi tiết có kích thước lớn hơn quy định và có độ xốp 25~30% Giai đoạn 2: Nung nhanh chi tiết lên đến nhiệt

độ ép ở trong khuôn kín và ép, sau đó làm nguội với tốc độ cần thiết Với phươngpháp ép này, sau khi ép sản phẩm hầu như đặc (chỉ để lại 1 ~ 2% độ xốp dư) có kíchthước chính xác, bề mặt sạch, năng suất ép cao

5.2.3 Giai đoạn thiêu kết

Chi tiết sau khi ép có độ bền chưa cao và một số tính chất lý hoá khác chưađáp ứng yêu cầu, do đó cần phải qua giai đoạn thiêu kết

Nhiệt độ thiêu kết lấy 0,7 ~ 0,9 nhiệt độ nóng chảy (lấy theo oK) của kim loạichủ yếu (nếu trong vật liệu gồm nhiều nguyên) Trong quá trình thiêu kết do daođộng nhiệt của nguyên tử tăng làm tăng quá trình tiếp xúc và liên kết giữa các phần tửtrong chi tiết nên độ bền, mật độ của chi tiết tăng và các tính chất lý hoá khác cũngđạt được các chỉ tiêu cần thiết

Phôi thiêu kết phải đặt trong môi trường hoàn nguyên, trung tính hoặc chânkhông

Điểm đặc biệt cần chú ý là trong thời gian thiêu kết trong khối gốm có thể tạothành pha lỏng do các chất dính, các tạp chất hoặc các kim loại có nhiệt độ nóng chảythấp chảy ra Pha lỏng này khi đông đặc sẽ liên kết các hạt gốm lại với nhau Nhưng

vì có tạo pha lỏng này nên hình dáng chi tiết trong thời gian thiêu kết có thể biếndạng do đó trong nhiều trường hợp chi tiết sau khi ép muốn đem thiêu kết phải xếpvào hộp và được nén chặt xung quanh bằng các chất tạo môi trường hoàn nguyên ởthể rắn (thí dụ than đá, )

Thời gian giữ nhiệt khi thiêu kết phụ thuộc thành phần vật liệu gốm, kíchthước chi tiết có thể dao động từ vài phút đến vài giờ

Sau khi thiêu kết để nguội, cần phải kiểm tra chất lượng và kích thước Nếu bịbiến dạng cần phải gia công chỉnh hình Tốt nhất là chỉnh bằng phương pháp ép,chuốt nếu gốm có độ dẻo nhất định Một số trường hợp sau khi thiêu kết có thể nhiệtluyện hoặc mạ phủ kim loại hoặc tráng một lớp chất dẻo

6 THỦY TINH VÔ CƠ

6.1 Khái niệm

Thủy tinh vô cơ được coi như là một dạng cấu tạo đặc biệt của các dạng dungdịch đông đặc, là một khối nóng chảy phức tạp có độ nhớt cao của các oxit axit vàoxit kiềm

6.2 Cấu tạo của thủy tinh

Hình 1- 4: Cấu trúc của thủy tinh vô cơ

Trạng thái thủy tinh hóa là một dạng khác của trạng thái vô định hình của vậtchất Khi thủy tinh chuyển từ trạng thái chảy lỏng sang trạng thái rắn vô định hình,trong quá trình nguội nhanh và tăng độ nhớt thì tổ chức mất trật tự, đặc trưng củatrạng thái lỏng, lại được giữ lại ở trạng thái đông đặc Do đó thủy tinh vô cơ có đặctrưng của cấu trúc bên trong là mất trật tự và không đồng nhất

Bộ sườn thủy tinh hóa của thủy tinh là một mạng lưới không gian phi quy luật,được tạo nên bởi các hình trực thoi của oxit silic [SiO4]-2 Trên hình 8-1a biểu diễnmạng của thủy tinh thạch anh, trong đó các vòng đen là nguyên tử Si, vòng trắng lànguyên tử oxi

Khi các nguyên tử như Al, B thay thế đồng hình từng phần các nguyên

tử Si ở dạng trực thoi, tạo nên lưới tổ chức aluminosilicat [SixAlO4]z- hoặc borosilicat[SixBO4]z- Các ion kiềm (Na, K) và kiềm thổ (Ca, Mg, Ba) gọi là chất biến tính, tronglưới tổ chức của thủy tinh phân bố trung gian giữa các nhóm trực thoi (hình 8-1b).Vai trò của Na2O hoặc các chất biến tính khác là tách mối liên kết Si-O-Si khá bền,giảm tính ổn định nhiệt và ổn định hóa học của thủy tinh, như do đó làm dễ dàng chocông nghệ sản xuất thủy tinh Đa số các thủy tinh có cấu trúc xốp, bên trong khôngđồng nhất và có nhiều khuyết tật bề mặt

Trong thành phần của thủy tinh vô có có oxit silic, bo, photpho, giecmani, asenthủy tinh hóa tạo nên mạng lưới cấu trúc và các oxit biến tính natri, kali, canxi,magiê, bari làm thay đổi các tính chất lý hóa của thủy tinh Ngoài ra trong thành phầncủa thủy tinh còn có các ôxit nhôm, sắt, chì, titan, beri mà bản thân chúng khôngtạo nên mạng lưới cấu trúc, nhưng chúng có thể xen vào từng phần cấu trúc của thủytinh và làm cho thủy tinh có những đặc tính kỹ thuật cần thiết Đó là những thủy tinhcông nghiệp thuộc hệ thống nhiều nguyên phức tạp

6.3 Phân loại thuỷ tinh theo nhiều dấu hiệu khác nhau

Chia ra thuỷ tinh silicat (SiO2), thuỷ tinh alumosilicat (Al2O3.SiO2), thuỷ tinhbosilicat (B2O3-SiO2), thuỷ tinh alumobosilicat (Al2O3-B2O3-SiO2), thuỷ tinhalumophophat (Al2O3-P2O5),

+ Theo lượng chứa các chất biến tính có thuỷ tinh kiềm (chứa các oxit Na2O, K2O),thuỷ tinh không kiềm và thuỷ tinh thạch anh

+ Theo công dụng tất cả thuỷ tinh chia ra:

- Thuỷ tinh kỹ thuật (thuỷ tinh quang học, thuỷ tinh màu kỹ thuật, thuỷ tinh kỹthuật điện, thuỷ tinh thí nghiệm hoá, thuỷ tinh khí cụ, thuỷ tinh ống)

- Thuỷ tinh xây dựng (thuỷ tinh làm cửa sổ, thuỷ tinh làm tủ kính, thuỷ tinh cócốt, gạch thuỷ tinh)

- Thuỷ tinh sinh hoạt (chậu thuỷ tinh, chén đĩa, kính soi )

Thuỷ tinh kỹ thuật đa số thuộc nhớm alumosilicat và phân biệt nhau bằng cácchất cho thêm khác nhau

6.4 Tính chất chung của thuỷ tinh

Khi nung nóng thuỷ tinh nóng chảy trong một khoảng nhiệt độ nhất định, phụthuộc vào thành phần của thuỷ tinh

Hình 8-2 biểu diễn quan hệ của một số tính chất của thuỷ tinh thay đổi theonhiệt độ, trong đó ttt là nhiệt độ thuỷ tinh hoá, thấp hơn nhiệt độ này thuỷ tinh rất dòn.Thuỷ tinh silicat công nghiệp có ttt = 425 ~ 600 oC, tm gọi là nhiệt độ biến mềm nằmtrong khoảng 600 ~ 800oC Trong khoảng nhiệt độ từ ttt đến tm thuỷ tinh ở trạng tháidẻo có độ nhớt cao Khi tiến hành các công nghệ gia công thuỷ tinh thành các sảnphẩm nhiệt độ thuỷ tinh phải ở trên tm (1000 ~ 1100oC)

Tính chất của thuỷ tinh cũng giống như tất cả mọi vật liệu vô định hình khác là

vô hướng

Mật độ của thuỷ tinh (khối lượng riêng) dao động trong khoảng 2,2 đến6,5g/cm3 (thuỷ tinh có oxit chì và oxit bari đến 8 g/cm3)

Hình 8-2Tính chất cơ khí: Thuỷ tinh có độ bền nén cao (50 ~ 200 KG/cm2) nhưng cógiới hạn bền kéo rất thấp (3 ~ 9 KG/cm2), độ bền uốn rất thấp (5 ~ 15 KG/cm2).Modun đàn hồi cao (4500 đến 104 KG/mm2), hệ số poisson µ = 0,184 - 0,26 Độ cứngcủa thuỷ tinh thường xác định theo thang độ cứng Mohs bằng 5 ~ 7 đơn vị Độ dai vađập thấp ak = 1,5 ~ 2,5 KGm/cm2 Thuỷ tinh thạch anh và thuỷ tinh không chứa kiềm

có cơ tính cao hơn các thuỷ tinh khác

Đặc tính kỹ thuật quan trọng của thuỷ tinh là các tính chất quang học: tínhtrong suốt, tính phản xạ, tính tán xạ, tính hấp thụ và tính khúc xạ ánh sáng Thuỷ tinh

tấm không nhuộm màu bình thường cho ánh sáng đi qua 90%, phản xạ 8%, hấp thụ1% ánh sáng trắng và một phần tia hồng ngoại Tia tử ngoại hầu như được thuỷ tinhhấp thụ toàn bộ Thuỷ tinh thạch anh trong suốt đối với tia tử ngoại Hệ số khúc xạcủa thuỷ tinh 1,47 ~ 1,96, hệ số tán xạ nằm trong khoảng 20 đến 71 Thuỷ tinh cóchứa lượng oxit chì lớn hấp thụ các tia Rơnghen nên thường dùng làm kính bảo vệtrong các thiết bị và phòng làm việc có tia Rơnghen.

Tính chịu nhiệt của thuỷ tinh là đặc trưng của tuổi thọ của nó trong điều kiệnthay đổi nhiệt độ Tính chịu nhiệt của thuỷ tinh được xác định bằng nhiệt độ và từnhiệt độ đó làm nguội nhanh trong nước (đến 0oC) mà thuỷ tinh không bị nứt

Trên hình 8-3a chỉ rõ thuỷ tinh có hệ số giãn nở nhiệt càng nhỏ, tính chịu nhiệtcàng cao Hệ số giãn nở nhiệt của thuỷ tinh α từ 5,6.10-7 l/oC đối với thuỷ tinh xâydựng Hệ số dẫn nhiệt từ 0,57 đến 1,3 Kcal/m.h.oC Đa số các thuỷ tinh có tính chịunhiệt dao động từ 90 đến 170oC, riêng đối với thuỷ tinh thạch anh (quartz) chịu đến

800 ~ 1000oC Tính ổn định hóa học của thuỷ tinh phụ thuộc các cấu tử tạo thành nó:Các oxit SiO2, ZrO2, TiO2, B2O3, Al2O3, CaO, MgO, ZnO có độ bền hoá học cao, còncác oxit Li2O, Na2O, K2O, BaO và PbO ngược lại làm thuỷ tinh bị ăn mòn Trên hình8-3b biểu diễn quan hệ giữa độ bền và tính chịu nhiệt của thuỷ tinh Độ bền càng cao,tính chịu nhiệt của thuỷ tinh càng cao Có thể nâng cao độ bền và tính chịu nhiệt củathuỷ tinh bằng tôi và hoá bền hoá nhiệt

Tôi gồm có nung nóng thuỷ tinh cao hơn to sau đó làm nguội nhanh và đồngđều trong dòng không khí hoặc trong dầu (nhớt) Lúc này độ bền tải trọng tĩnh tănglên 3 ~ 6 lần, còn độ dai va đập tăng 5 ~ 7 lần và như vậy tính chịu nhiệt đương nhiêncũng sẽ tăng lên tương ứng

Hoá bền hoá nhiệt thuỷ tinh là làm thay đổi tổ chức và tính chất của bề mặtthuỷ tinh Thuỷ tinh đem tôi trong một bể chứa thuỷ tinh hữu cơ nóng chảy, làm chotrên bề mặt thuỷ tinh tạo thành một màng polyme Hoá bền như vậy thuỷ tinh đượchoá bền cao hơn tôi thông thường

Có thể nâng cao độ bền và tính chịu nhiệt của thuỷ tinh bằng cách tẩm thựcthuỷ tinh đã tôi trong axit flohydric (HF), làm như vậy loại bỏ được các khuyết tật bềmặt là nguyên nhân làm giảm chất lượng của thuỷ tinh

Thuỷ tinh 3 lớp silicat (triplex) là thuỷ tinh gồm 2 lớp thuỷ tinh đã tôi (dày2~3mm) ở giữa dán bằng một lớp keo polyme trong suốt và đàn hồi Khi bị vỡ triplextạo thành những mảnh không nhọn (dạng hạt lựu) được giữ trên màng polyme.Triplex thường có dạng tấm phẳng hoặc cong

Termopan là thuỷ tinh 3 lớp gồm 2 lớp thuỷ tinh và ở giữa có 1 lớp không khí

PHẦN 2 CễNG NGHỆ LẮP RÁP Công nghệ lắp ráp các sản phẩm cơ khí

1 Khái niệm về sản phẩm cơ khí và các mối lắp ghép

a Khái niệm

Sản phẩm cơ khí là tổ hợp của nhiều chi tiết Quá trình gia công cơ khí là giai đoạnchủ yếu của quá trình sản xuất nhằm chế tạo đợc các chi tiết thỏa mãn các yêu cầu kỹthuật đã đặt ra Lắp ráp là giai đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất nhằm tổ hợp cácchi tiết thành các thiết bị hoặc sản phẩm hoàn chỉnh

Quá trình lắp ráp là một quá ttrinhf lao động kỹ thuật phức tạp Trong dạng sản xuấthàng khối, khối lợng lao động lắp ráp chiếm từ 10 ữ15%, trong sản xuất hàng loạt20ữ35% và trong sản xuất đơn chiếc khoảng 30ữ45% khối lợng gia công cơ Quátrình thiết kế sản phẩm và chế tạo các chi tiết ảnh hởng trực tiếp đến khối lợng lao

động và thời gian lắp ráp Nếu kết cấu sản phẩm hợp lý, độ chính xác của các chi tiếtcao thì khối lợng lao động và thời gian lắp ráp sẽ giảm, giá thành sản phẩm hạ Chất l-ợng của quá trình lắp ráp có ảnh hởng rất quan trọng tới chất lợng sản phẩm

Ví dụ: chất lợng của xe đạp ngoài viêvj phụ thuộc váo chất lợng của các chi tiết cònphụ thuộc rất nhiều vào chất lợng lắp ráp

Chính vì vậy việc nghiên cứu công nghệ lắp ráp hợp lý phải đợc đặt ra từ giai đoạnthiết kế sản phẩm và giai đoạn gia công cơ khí để chế tạo đợc những sản phẩm có chấtlợng cao, giá thành hạ

b Nhiệm vụ của công nghệ lắp ráp

Nhiệm vụ của công nghệ lắp ráp là căn cứ vào những điều kiệnkyx thuật của bản vẽlắp sản phẩm để thiets kế ra quy trình cong nghệ lắp hợp lý và tìm các biện pháp kỹthuật để lắp ráp nhằm thỏa mãn hai yêu cầu sau:

- Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

- Đảm bảo năng suất cao góp phần hạ giá thành sản phẩm

Muốn vậy cần phải:

- Nghiên cứu kỹ bản vẽ lắp và yêu cầy kỹ thuật của sản phẩm từ đó xây dựng đ ợcquy trình công nghệ lắp ráp hợp lý nhằm đảm báo lắp đợc sản phẩm thỏa mãn cácyêu cầu kỹ thuật đã đặt ra Muốn vậy ngời thơ lắp ráp phải có kiến thức tổng hợp

về công nghệ lắp ráp và có tay nghề để thực hiện những nội dung cơ bản củanhiệm vụ lắp

- Phải thực hiện quy trình công nghệ lắp theo một trình tự hợp lý nhằm đảm bảo lắp

đợc sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật với thời gian nhỏ nhất

- Cần nắm vững công nghệ lắp ráp, sử dụng hợp lý các trang thiết bị đồ gá, dụng cụ

đo kiểm v.v… để giảm nhẹ lao động và âng coa năng suất lắp ráp để giảm nhẹ lao động và âng coa năng suất lắp ráp

- Mối lắp cố định là mối lắp mà vị trí tơng đối giữa các chi tiết không thay đổi trongquá trình làm việc Mối lắp cố định bao gồm:

Các nguyên nhân ảnh hởng tới độ chính xác lắp bao gồm:

- Các chi tiết máy không đảm bảo độ chính xác gia công

- Do thực hiện quá trình lắp không chính xác

Để đảm bảo độ chính xác lắp ráp, khi lắp cần phai r đạt đợc các yêu cầu sau:

- Phải đẩm bảo tính chất của từng mối lắp theo yêu cầu thiết kế

- Các nối lắp ghép liên tiếp tạo thành những chuỗi kích thớc lắp Khi lắp tráp phải

đảm bảo sao cho khi làm việc, dới tác dụng tải trọng vị trí tơng quan gia các chitiết và cụm máu không thay đổi nhằm đảm bảo đợc tính năng và sự ổn định củamáy

- Trong quá trình làm việc tại các mối lắp di động các bề mặt tiếp xúc của các chitiết sẽ bị mài mòn làm tăng dần khe hở dẫn tới thay đổi vị trí tơng quan của các chitiết Khi lắp ráp cần tìm cách giảm khe hở ban đầu và có khả năng hiệu chỉnh vị trícủa chi tiết khi chi tiết bị mài mòn nhằm nâng cao tuổi bền và hiệu quả sử dụngthiết bị

Ví dụ : lắp các viên bi vào ổ trục của xe đạp.

u điểm của phơng pháp này là đơn giản, năng suất lắp cao, không đòi hỏi trình độcông nhân cao, dễ xây dựng định mức kỹ thuật, có khả năng cơ khí hóa và tự độnghóa, thuận tiện cho việc sửa chữa hoặc thay thế trong quá trình sử dụng

Nhợc điểm của phơng pháp này là yêu cầu độ chính xác gia công cao, số khâu trongchuỗi kích thớc lắp ít

- Phơng pháp lắp chọn

Bản chất của phơng pháp lắp chọn là đo kích

thớc của một chi tiết rồi căn cứ vào yêu cầu của

mối lắp để xác định kích thớc của chi tiết cần

lắp với nó, từ đó ta chọn chi tiết có kích thớc

Nội dung của phơng pháp lắp sửa là sửa chữa

một khâu chọn trớc trong các khâu thành phần

của sản phẩm lắp bằng cách lấy đi một lợng kim loại trên bề mặt lắp ghép của nó để

đạt đợc yêu cầu của mối lắp Khâu sửa chữa đợc gọi là khâu bồi thờng

Ví dụ: khi lắp ráp hệ dẫn hớng (hình 11.2) ta chọn khâu A2 trên chi tiết 2 làm khâu

bồi thờng với lợng d bồi thờng là Z Trong quá trình lắp ngời thợ cạo lớp kim loại cầnthiết Z ở khâu bồi thờng nhằm đảm bảo khe hở lắp ghép TA

Hình thức lắp ráp cố định phân tán có năng suất cao hơn hình thức lắp ráp cố địnhtập trung, không đòi hỏi công nhân có tay nghề cao, thờng dùng trong các nhà máy cơkhí có quy mô sản xuất trung bình.

Ví dụ: xe đạp đợc chia thành các cụm nh yên, moay ơ, chuông, phanh … để giảm nhẹ lao động và âng coa năng suất lắp ráp các cụmnày đợc lắp ở các địa điểm khác nhau, sau đó đợc vận chuyển tới địa điểm khác để lắpthành xe đạp hoàn chỉnh

đẩy, cần trục … để giảm nhẹ lao động và âng coa năng suất lắp ráp

- Lắp ráp di động cỡng bức

Khi lắp ráp di động cỡng bức quá trình di động của đối tợng lắp đợc điều khiểnthống nhất phù hợp với nhịp của chu kỳ lắp nhờ các thiết bị nh băng truyền, xích tải,bàn quay … để giảm nhẹ lao động và âng coa năng suất lắp ráp Hình thức lắp ráp di động cỡng bức cho năng suất cao

c Hình thức lắp ráp dây chuyền

Lắp ráp dây chuyền là hình thức lắp ráp trong đó sản phẩm lắp đợc thực hiện mộtcách liên tục qua các vị trí lắp ráp trong một khoảng thời gian xác định Theo hìnhthức này các sản phẩm lắp đợc di động cỡng bức gián đoạn hoặc di chuyển cỡng bứcliên tục

Lắp ráp dây chuyền cho năng suất cao vì có thể thực hiện tự động hóa quá trình lắpráp

4 Thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp

a Định nghĩa

Nội dung của quy trình công nghệ lắp ráp là xác định trình tự và phơng pháp lắp rápcác chi tiết máy để tạo thành sản phẩm, thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật đề ra mộtcách kinh tế nhất

Quy trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cũng đợc chia ra thành các nguyên công, bớc

và động tác

Nguyên công lắp ráp là một phần của quá trình lắp đợc hoàn thành đối với một bộ

phận hay toàn bộ sản phẩm, tại một chỗ làm việc nhất định, do một hay một nhómcông nhân thực hiện một cách liên tục Ví dụ: lắp bánh răng, bánh đà lên trục hay lắpráp máy bay … để giảm nhẹ lao động và âng coa năng suất lắp ráp

Bớc lắp ráp là một phần của nguyên công, đợc quy định bởi sự không thay đổi vị trí

dụng cụ lắp Ví dụ: lắp bánh đai lên đầu trục bao gồm các bớc:

- Cạo sửa và lắp then lên trục

- Bản vẽ lắp chung toàn sản phẩm hay một phận sản phẩm với đầy đủ các yêu cầu

Thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp cần thực hiện các công việc theo trình tự sau:

- Nghiên cứu bản vẽ lắp chung sản phẩm, kiểm tra tính công nghệ trong lắp ráp.Nếu cần phải giải chuỗi kích thớc lắp ráp, sửa đổi kết cấu để đạt tính công nghệlắp cao

- Chọn phơng pháp lắp ráp sản phẩm

- Lập sơ đồ lắp

- Chọn hình thức tổ chức lắp ráp, lập quy trình công nghệ lắp

- Xác định nội dung công việc cho từng nguyên công và bớc lắp ráp

- Xác định điều kiện kỹ thuật cho các mối lắp, bộ phận hay cụm lắp

- Chọn dụng cụ, đồ gá, trang bị cho nguyên công lắp ráp hay kiểm tra

- Xác định chỉ tiêu kỹ thuật, thời gian cho từng nguyên công Tính toán, so sánh

ph-ơng án lắp về mặt kinh tế

- Xác định thiết bị vận chuyển và hình thức vận chuyển qua các nguyên công

- Xây dựng những tài liệu cần thiết: bản vẽ, sơ đồ lắp, thống kê, hớng dẫn cách lắp,kiểm tra v.v… để giảm nhẹ lao động và âng coa năng suất lắp ráp

Khi thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp cần chú ý các vấn đề sau:

- Chi sản phẩm thành cụm và bộ phận lắp hợp lý; Tận dụng lắp bộ phận, cụm ởngoài địa điểm lắp sản phẩm

- Cố gáng sử dụng trang thiết bị, gá lắp chuyên dùng tiến tới cơ khí hóa và tự độnghóa công việc lắp ráp để giảm nhẹ cờng độ lao động, nâng cao năng suất và đạtchất lợng sản phẩm ổn định

- Giải quyết hợp lý khâu vận chuyển trong quá trình lắp cũng nh quá trình cung cấpchi tiết và bộ phận lắp ráp

5 Cách lập sơ đồ lắp

Trong một sản phẩm thờng có nhiều bộ phận, mỗi bộ phận có nhiều cụm, mỗi cụm

có thể chia thành nhiều nhóm Mỗi nhóm gồm nhiều chi tiết hợp thành Mỗi nhómchia nhỏ đó đợc gọi là một đơn vị lắp Vậy đơn vị lắp có thể là một nhóm hay mộtcụm hoặc là một bộ phận của sản phẩm Trong mỗi đơn vị lắp, ta tìm ra một chi tiết

mà trong quá trình lắp ráp các chi tiết khác (có thể cả nhóm, cụm, thậm chí cả bộphận máy) sẽ lắp lên nó Chi tiết đó gọi là chi tiết cơ sở

Từ đó ta tiến hành xây dựng sơ đồ lắp Trong số các chi tiết của một đơn vị lắp tatìm chi tiết cơ sở, rồi lắp các chi tiết khác lên chi tiết cơ sở theo một thứ tự xác định

Nh vậy, có những chi tiết đợc lắp thành các nhóm, các cụm, sau đấy lắp các nhóm,

cụm và những chi tiết độc lập khác lên chi tiết cơ sở tạo thành sản phẩm lắp (hình

10.9).