Phụ Lục Các Quá Trình Gia Công Cơ Khí

Với kích thước của đại phân tử như vậy nên tính chất của polyme không những được xác định do thành phần hoá học của chúng mà còn do sự phân bố tương đối giữa các mắt xích và do cấu tạo c

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 ở 100±5oC) (g)

Lượng nước chứa trong gỗ có 2 dạng: Nước tự do (nước mao dẫn) chứa trong các 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 đó mới 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 khai thác 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 tuyệt đối 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 là khi 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 Khi sấy 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:

W 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 trong khoảng KK = 0,09~0,31%, hệ số co tiếp tuyến KT = 0,17~0,43%, hệ số co thể tích KV=0,32~0,7% Độ co theo chiều dọc thớ khoảng 0,1~0,35% và thường là không tính

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 là 15% và ký hiệu là σ15, xác định theo công thức:

σ15 = σw[1+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 = 0,01~0,05 Việt Nam là nước có nhiều loại gỗ (hơn 1000 loại khác nhau) có độ bền nén dọc 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 bằng 1,5~2 lần độ bền nén Mođun đàn hồi khi kéo nén gần bằng nhau và theo hướng dọc thì 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 quý như 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 gia dụng Loại này có mật độ cao, thớ mịn, vân đẹp, màu sắc đẹp không cần sơn phủ bên ngoài, 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 gỗ quý 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 biến như dán, ép thành tấm có chiều dày 3mm, 4mm, 5mm, 7mm gồm nhiều lớp xếp thớ lệch góc nhau

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

- 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, bàn ghế ở những nơi đặc biệt dùng gỗ nhóm 4, 5 ở dạng gỗ xẻ Ngoài ra hiện nay các xưởng mộc sản xuất lớn thường dùng các loại gỗ ép, ván dăm, ván sợi để chế tạo bàn ghế 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 pha thường 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 và chịu 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 ổi xanh

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, lim xẹt, 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, chò nếp, 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 gồm nhiều mắt xích cơ bản có tổ chức giống nhau liên kết với nhau theo kiểu lặp đi lặp lại nhiều lần

Đại phân tử của polyme là những mạch gồm những mắt xích riêng biệt liên kết với nhau như một bó Mặt cắt ngang của mạch chỉ vài anstron (Å) còn chiều dài tới vài 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 tử của polyme rất lớn nên mỗi phân tử được gọi là một đại phân tử và do đó vật liệu polyme 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 không những được xác định do thành phần hoá học của chúng mà còn do sự phân bố tương đối 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 hoặc khác nhau về thành phần hoá học Khi gồm các đơn phân giống nhau thì được gọi homopolyme 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 và tạo cho polyme có các tính chất cơ lý cao Polyme có khả năng thay đổi sự phân bố theo không gian gọi là polyme điều chỉnh được (khác với một số loại không điều chỉnh 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:

+ Polyme hữu cơ Là polyme có mạch cơ bản là một hydrocacbon

Nếu mạch phân tử cơ bản chỉ gồm các nguyên tử cácbon thì gọi là polyme mạch 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 tử khác 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 uốn của mạch, do đó làm tăng tính dẻo của polyme (như đối với các sợi và màng chất dẻo), các nguyên tử P và Cl làm tăng tính chịu nóng, nguyên tử S làm tăng tính chống thấm (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 liên kết C-C là 80 Kcal/mol Trong lúc đó năng lượng liên kết giữa các mạch liên hợp đến 100~110 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 nhau bằng liên kết đồng hoá trị (Si-O), còn liên kết giữa các mắt xích là liên kết ion Do đó

tính chất của các chất này thay đổi trong phạm vi rất rộng; từ sợi thuỷ tinh (có tính dòn) 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 tính chịu nhiệt cao Trong thiên nhiên không có các loại vật liệu này mà chỉ tạo được bằng cách 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 có năng lượng 89,3 Kcal/mol Từ đó tính bền nhiệt của nhựa silíc hữu cơ hoặc cao su siloxan 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 là polytitanoxan, 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 được chia ra:

R R'

R R' Si O Si

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

+ Polyme mạch thẳng

Có đại phân tử là một chuỗi các mắt xích nối nhau theo đường dic dắc hay hình xoắn ốc (hinh 1 – 1a) Đại phân tử uốn cong (hình bó) có độ bền cao dọc theo 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 các phân tử trong một đơn vị thể tích tăng thì độ bền và nhiệt độ biến mềm tăng nhưng khả 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 (hình 1-1b) Sự phân nhanh làm cản trở sự xích lại gần nhau của các phân tử, do đó làm giảm liên kết giữa các phân tử và làm giảm "mật độ bó" Loại này có độ bền thấp, dễ nóng 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 quy luật ngẫu nhiên Do đó, chúng bền hơn loại mạch thẳng (một mạch) Loại này không hoà tan trong các dung môi hữu cơ tiêu chuẩn, có tính ổn định nhiệt cao hơn và cứng hơn 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 đồng hóa trị ở một số vị trí như trên hình 1-1d Cấu trúc mạng lưới có thể hình thành trong quá trình tổng hợp hoặc do phản ứng không thuận nghịch được tiến hành sau đó ở nhiệt độ cao hoặc có xúc tác Thông thường quá trình tạo mạng lưới được thực hiện bằng cách cho thêm các nguyên tử hoặc phân tử có thể tạo liên kết đồng hoá trị với mạch 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 như trên 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 (hay polyme 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 trong polyme 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 tổ

chức 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, xếp thành từng bó Mỗi bó gồm nhiều dãy đại phân tử phân bố nối tiếp nhau Các bó có khả 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 "quả cầu" Tổ chức cầu của polyme có cơ tính không cao Khi tăng nhiệt độ các quả cầu duỗi 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 có thể 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 trúc nhỏ hơn gặp khó khăn, thì các hình cầu được tạo thành Polyme có cấu trúc hình cầu phổ 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 phân cực (hay polyme không cực)

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

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 phía các nguyên tử có tích điện âm hơn Do đó, trung tâm kéo của các hạt tích điện khác dấu 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

Như vậy: µ = q.l

Điện tích của một điện tử q = 4,8.10-10

đơn vị tĩnh điện, khoảng cách l khoảng

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 phân cực có ảnh hưởng đến tính chất của polyme

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

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

C 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 đổi bản 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 không gian) và trở thành vật liệu cứng Trạng thái đông cứng của polyme gọi là "cứng ổn định" 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 hồi cao Cao su là một loại polyme hữu cơ mà ở nhiệt độ thường nó đã ở trạng thái đàn hồi 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 đàn hồi thấp E = 0,1 - 1 KG/cm3 Cao su chịu kéo tốt nhưng chịu nén rất kém Cao su không thấm khí, không thấm nước, ổn định trong các môi trường tẩy rửa, cách điện tốt, có mật độ thấp

Về cấu tạo, cao su là một polyme có các phân tử vô giới hạn, có một nối đôi giữa 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 mạch nhánh yếu và gồm các mắt xích riêng biệt, có xu hướng gập lại thành cụm, chiếm thể tích nhỏ Nhưng do bị cản trở bởi lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử nên các phân tử cao su bị uốn thành hình zic zắc Hình dáng của các phân tử cao su chính là nguyên 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 su các 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 tách mối nối kép giữa hai nguyên tử cacbon trong mạch chính để nối các mạch cao su với nhau theo hướng cắt ngang, nguyên tử S đóng vai trò như "cầu nối" giữa các phân tử sợi 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 hồi cao Tăng lượng lưu huỳnh mạch không gian của cao su trở nên dầy đặc hơn, cao su cứng hơn và khi lượng lưu huỳnh đạt tối đa (30%) cao su bão hoà lưu huỳnh tạo nên vật 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 = 0,10~0,15 KG/cm3, sau khi lưu hoá σb = 3,5 KG/cm3 đồng thời tăng độ cứng và tăng tính chống mài mòn

Hiện nay trong các ngành công nghiệp sử dụng hai loại cao su sau: cao su thiên 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 tổng hợp 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 hợp lại, 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 loại vật liệu thành phần nào có thể đáp ứng được, còn nhược điểm của mỗi vật liệu thành phần 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 cốt thường ở dạng sợi như sợi cacbon, sợi thuỷ tinh, sợi bo, sợi polyme, sợi kim loại, sợi graphit, 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 các thành phần cốt Vật liệu nền là các vật liệu có tính dẻo cao Vật liệu nền thông dụng chia ra 3 loại: polyme, cacbon và kim loại dẻo Vật liệu nền polyme thường là các polyeste, 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 cách bằng 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 của nền 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 chất chung của compozit

Tuy nhiên, các vật liệu thành phần không phải cứ sử dụng bất kỳ vật liệu nào cũng 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 tính chất 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 số dãn nở nhiệt phải gần bằng nhau để đảm bảo tính truyền lực liên tục giữa cốt và nền trong 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 3-1 dưới 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 dạng hạt, ép thành hình, sau đó nung ở một nhiệt độ nhất định gọi là thiêu kết Sản phẩm nhận được sau khi thiêu kết thường không phải gia công gì thêm và có những tính chất cơ lý hoá cần thiết

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

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

2) Pha thuỷ tinh ở dạng vô định hình, đóng vai trò chất liên kết các hạt (tinh thể) 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 dễ nóng chảy cao hơn so với pha tinh thể, trong quá trình thiêu kết chảy ra, phân tán đồng đều giữa các hạt tinh thể Pha thuỷ tinh làm giảm độ bền của vật liệu nhưng nó lại 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 phẩm bao 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 khí được chia làm 3 loại: Đặc (tỷ lệ pha khí ≈ 0), lỗ xốp kín và lỗ xốp hở Loại cấu tạo đặc chỉ gặp trong trường hợp chế tạo theo công nghệ sành sứ từ đất sét, cao lanh hoặc một số công nghệ đặc biệt Loại có lỗ xốp kín là điều không mong muốn vì loại lỗ xốp này làm giảm rất mạnh độ bền và các cơ tính khác của sản phẩm Thường gặp nhất là loại lỗ xốp hở Tuy nhiên không nên coi pha khí trong vật liệu gốm là một loại khuyết tật như trong các vật đúc Các lỗ xốp hở đóng vai trò tích cực, nó tạo cho sản phẩm 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 dùng pha tinh thể là các oxit thuần nhất (tinh khiết) hoặc các cacbit, nitrit, borit hoặc kim loại 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 tạo thành pha thuỷ tinh

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

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

1000oC BeO 2580 3,02 10 13 80 310 9 10,6 180 1014MgO 2800 3,55 10 11 140 214 5-6 15,6 29,7 1015CaO 2570 3,35 - 8 - - 4-5 13,8 12,0 1014ThO 2 3050 9,69 10 - 150 140 6,5 10,2 7,3 1013

UO 2 2760 10,96 - - 98 164,5 3,5 10,5 6,3 103 ở

800oC

Các kim loại gốm là các hợp chất không chứa oxit của các kim loại khó chảy ở dạng các cacbit, nitrit, borit, silisit có độ chịu nóng cao (tnc = 2500 ~ 3500oC), độ cứng 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 thù hình α-BN có mạng lục giác, có độ cứng tương đương kim cương dùng làm hạt mài

siêu tinh xác thay bột kim cương Bảng 1-2 dẫn ra độ cứng của một số cacbit, nitrit và borit

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 dụng khác 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 và f≥ 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 giai đoạn: 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 đất sét, cao lanh thiên nhiên chứa nhiều tạp chất, làm cho tỷ lệ pha thuỷ tinh cao, làm giảm độ bền và tính chịu nóng của sản phẩm, do đó pha tinh thể của các chi tiết gốm quan 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 dung dịch rắn có thể tạo bằng các phương pháp hoá học, điện hoá, nhiệt điện, cơ học, vật lý

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

SiO2 + C Æ SiC + 2CO

Các 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 theo thành phần quy định và trộn đều trong máy trộn Thời gian trộn từ 1 đến 5 giờ, trộn khô hoặc trộn ướt Trộn ướt sử dụng khi có cho thêm chất kết dính là các chất lỏng hoặc keo như cồn, xăng, glixerin Nếu trộn ướt sau khi trộn đều phải đem sấy sơ bộ

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 0,5~0,8 nhiệt 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 khó chảy 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 phương

pháp ép này, sau khi ép sản phẩm hầu như đặc (chỉ để lại 1 ~ 2% độ xốp dư) có kích thước 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 chưa đáp 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 loại chủ yếu (nếu trong vật liệu gồm nhiều nguyên) Trong quá trình thiêu kết do dao động nhiệt của nguyên tử tăng làm tăng quá trình tiếp xúc và liên kết giữa các phần tử trong chi tiết nên độ bền, mật độ của chi tiết tăng và các tính chất lý hoá khác cũng đạt được các chỉ tiêu cần thiết

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

Điểm đặc biệt cần chú ý là trong thời gian thiêu kết trong khối gốm có thể tạo thành pha lỏng do các chất dính, các tạp chất hoặc các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp 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 biến dạng do đó trong nhiều trường hợp chi tiết sau khi ép muốn đem thiêu kết phải xếp vào hộp và được nén chặt xung quanh bằng các chất tạo môi trường hoàn nguyên ở thể rắn (thí dụ than đá, )

Thời gian giữ nhiệt khi thiêu kết phụ thuộc thành phần vật liệu gốm, kích thước 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 bị biến 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 nhiệt luyện 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 dung dịch đông đặc, là một khối nóng chảy phức tạp có độ nhớt cao của các oxit axit và oxit kiềm

6.2 Cấu tạo của thủy tinh

Trạng thái thủy tinh hóa là một dạng khác của trạng thái vô định hình của vật chất 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 của trạng thái lỏng, lại được giữ lại ở trạng thái đông đặc Do đó thủy tinh vô cơ có đặc trưng của cấu trúc bên trong là mất trật tự và không đồng nhất

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

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 diễn mạng của thủy tinh thạch anh, trong đó các vòng đen là nguyên tử Si, vòng trắng là nguyên 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, trong lưới 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 cho công nghệ sản xuất thủy tinh Đa số các thủy tinh có cấu trúc xốp, bên trong không đồng nhất và có nhiều khuyết tật bề mặt

Trong thành phần của thủy tinh vô có có oxit silic, bo, photpho, giecmani, asen thủy 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 phần của thủy tinh còn có các ôxit nhôm, sắt, chì, titan, beri mà bản thân chúng không tạo nên mạng lưới cấu trúc, nhưng chúng có thể xen vào từng phần cấu trúc của thủy tinh và làm cho thủy tinh có những đặc tính kỹ thuật cần thiết Đó là những thủy tinh công nghiệp thuộc hệ thống nhiều nguyên phức tạp

6.3 Phân loại thuỷ tinh theo nhiều dấu hiệu khác nhau

+ Theo bản chất hoá học của các chất thuỷ tinh hoá

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

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

+ Theo công dụng tất cả thuỷ tinh chia ra:

- Thuỷ tinh kỹ thuật (thuỷ tinh quang học, thuỷ tinh màu kỹ thuật, thuỷ tinh kỹ thuật 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 có cốt, 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 các chất 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, phụ thuộc vào thành phần của thuỷ tinh

Hình 8-2 biểu diễn quan hệ của một số tính chất của thuỷ tinh thay đổi theo nhiệt 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 nằm trong khoảng 600 ~ 800oC Trong khoảng nhiệt độ từ ttt đến tm thuỷ tinh ở trạng thái dẻo có độ nhớt cao Khi tiến hành các công nghệ gia công thuỷ tinh thành các sản phẩm 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

có cơ tính cao hơn các thuỷ tinh khác

Đặc tính kỹ thuật quan trọng của thuỷ tinh là các tính chất quang học: tính trong 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 thụ 1% ánh sáng trắng và một phần tia hồng ngoại Tia tử ngoại hầu như được thuỷ tinh hấp thụ toàn bộ Thuỷ tinh thạch anh trong suốt đối với tia tử ngoại Hệ số khúc xạ của thuỷ tinh 1,47 ~ 1,96, hệ số tán xạ nằm trong khoảng 20 đến 71 Thuỷ tinh có

chứa lượng oxit chì lớn hấp thụ các tia Rơnghen nên thường dùng làm kính bảo vệ trong 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 kiện thay đổi nhiệt độ Tính chịu nhiệt của thuỷ tinh được xác định bằng nhiệt độ và từ nhiệt 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 nhiệt càng cao Hệ số giãn nở nhiệt của thuỷ tinh α từ 5,6.10-7 l/oC đối với thuỷ tinh xây dựng Hệ số dẫn nhiệt từ 0,57 đến 1,3 Kcal/m.h.oC Đa số các thuỷ tinh có tính chịu nhiệt 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, còn các oxit Li2O, Na2O, K2O, BaO và PbO ngược lại làm thuỷ tinh bị ăn mòn Trên hình 8-3b 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 của thuỷ tinh bằng tôi và hoá bền hoá nhiệt

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

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

Có thể nâng cao độ bền và tính chịu nhiệt của thuỷ tinh bằng cách tẩm thực thuỷ tinh đã tôi trong axit flohydric (HF), làm như vậy loại bỏ được các khuyết tật bề mặt 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 (dày 2~3mm) ở giữa dán bằng một lớp keo polyme trong suốt và đàn hồi Khi bị vỡ triplex tạo 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 Lớp không khí đảm bảo thuỷ tinh có tinh chất cách nhiệt cao

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

động và thời gian lắp ráp Nếu kết cấu sản phẩm hợp lý, độ chính xác của các chi tiết cao thì khối lượng lao động và thời gian lắp ráp sẽ giảm, giá thành sản phẩm hạ Chất lượng của quá trình lắp ráp có ảnh hưởng rất quan trọng tới chất lượng sản phẩm

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

Chính vì vậy việc nghiên cứu công nghệ lắp ráp hợp lý phải được đặt ra từ giai đoạn thiết kế sản phẩm và giai đoạn gia công cơ khí để chế tạo được những sản phẩm có chất lượng 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 vẽ lắp sản phẩm để thiets kế ra quy trình cong nghệ lắp hợp lý và tìm các biện pháp kỹ thuật 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 được quy trình công nghệ lắp ráp hợp lý nhằm đảm báo lắp được sản phẩm thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đã đặt ra Muốn vậy người 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 của nhiệm vụ lắp

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

được 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

2 Các loại mối lắp vá độ chính xác lắp ráp

a Phân loại các mói lắp

Sơ đồ phân loại các mối lắp được trình bày trên hình 11.1

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

Các nguyên nhân ảnh hưởng 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 được 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 thước lắp Khi lắp tráp phải

đảm bảo sao cho khi làm việc, dưới tác dụng tải trọng vị trí tương quan giưa các

chi tiết và cụm máu không thay đổi nhằm đảm bảo được tính năng và sự ổn định của máy

- Trong quá trình làm việc tại các mối lắp di động các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết sẽ bị mài mòn làm tăng dần khe hở dẫn tới thay đổi vị trí tương quan của các chi tiết Khi lắp ráp cần tìm cách giảm khe hở ban đầu và có khả năng hiệu chỉnh

vị trí của chi tiết khi chi tiết bị mài mòn nhằm nâng cao tuổi bền và hiệu quả sử dụng thiết bị

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

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

Nhược điểm của phương pháp này là yêu cầu

độ chính xác gia công cao, số khâu trong chuỗi

kích thước lắp ít

- Phương pháp lắp chọn

Bản chất của phương pháp lắp chọn là đo kích

thước của một chi tiết rồi căn cứ vào yêu cầu

của mối lắp để xác định kích thước của chi tiết

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

Ví dụ: khi lắp ráp hệ dẫn hướng (hình 11.2) ta chọn khâu A2 trên chi tiết 2 làm khâu bồi thường với lượng dư bồi thường là Z Trong quá trình lắp người thợ cạo lớp kim loại cần thiết Z ở khâu bồi thường nhằm đảm bảo khe hở lắp ghép TA

- Phương pháp lắp điều chỉnh

Khi lắp điều chỉnh độ chính xác của khâu khép kín đạt được nhờ thay đổi vị trí của khâu bồi thường bằng cách dịch chuyển hay điều chỉnh

Phương pháp lắp điều chỉnh đơn giản, cho phép phục hồi độ chính xác của mối lắp sau một thời gian làm việc của thiết bị

Ví dụ: Sau một thời gian sử dụng, côn xe đạp bị mòn, bánh xe bị đảo Người ta khắc phục bằng cách điều chỉnh lại vị trí dọc trục của côn xe đạp để bánh xe không bị đảo

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

Ví dụ: xe đạp được chia thành các cụm như yên, moay ơ, chuông, phanh … các cụm này được lắp ở các địa điểm khác nhau, sau đó được vận chuyển tới địa điểm khác để lắp thành xe đạp hoàn chỉnh

b Hình thức tổ chức lắp ráp di động

Khi lắp di động đối tượng lắp được di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác phù hợp với quy trình công nghệ lắp ráp Tại mỗi vị trí lắp đối tượng được thực hiện một hoặc một số nguyên công lắp nhất định

Các hình thức lắp di động:

- Lắp di động tự do

Khi lắp ráp di động tự do đối tượng lắp được di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác Tại mỗi vị trí lắp, chỉ khi nguyên công lắp hoàn thành đối tượng lắp mới được di chuyển sang vị trí tiếp theo, do đó quá trình di chuyển của đối tượng lắp không tuân theo nhịp của chu kỳ lắp Sự di chuyển của đối tượng lắp được thực hiện bằng các phương tiện như xe đẩy, cần trục …

Khi lắp ráp di động cưỡng bức quá trình di động của đối tượng lắp được điều khiển thống nhất phù hợp với nhịp của chu kỳ lắp nhờ các thiết bị như băng truyền, xích tải, bàn quay … Hình thức lắp ráp di động cưỡng 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 được thực hiện một cách liên tục qua các vị trí lắp ráp trong một khoảng thời gian xác định Theo hình thức này các sản phẩm lắp được di động cưỡng bức gián đoạn hoặc di chuyển cưỡng bức liên tục

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

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 phương pháp lắp ráp các chi tiết máy để tạo thành sản phẩm, thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật đề ra một cách kinh tế nhất

Quy trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cũng được chia ra thành các nguyên công, bước và động tác

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

phận hay toàn bộ sản phẩm, tại một chỗ làm việc nhất định, do một hay một nhóm công nhân thực hiện một cách liên tục Ví dụ: lắp bánh răng, bánh đà lên trục hay lắp ráp máy bay …

Bước lắp ráp là một phần của nguyên công, được quy định bởi sự không thay đổi vị

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

- Cạo sửa và lắp then lên trục

- Lắp bánh đai

- Lắp vít hãm

Động tác là thao tác của công nhân để thực hiện công việc lắp ráp Ví dụ: lấy chi tiết lắp, đặt vào vị trí lắp, tiến hành lắp, kiểm tra chất lượng mối lắp v.v…

b Những tài liệu ban đầu để thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp

Để thiết kế quy trình công nghệ lắp , cần có các tài liệu chính sau:

- 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 thước lắp ráp, sửa đổi kết cấu để đạt tính công nghệ lắp cao

- Chọn phương 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 bước 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 phương 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, hướng dẫn cách lắp, kiểm tra v.v…

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 ở ngoài địa điểm lắp sản phẩm

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

- Giải quyết hợp lý khâu vận chuyển trong quá trình lắp cũng như quá trình cung cấp chi tiết và bộ phận lắp ráp

5 Cách lập sơ đồ lắp

Trong một sản phẩm thường 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 nhóm chia nhỏ đó được gọi là một đơn vị lắp Vậy đơn vị lắp có thể là một nhóm hay một cụm 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 bộ phận 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 ta tìm chi tiết cơ sở, rồi lắp các chi tiết khác lên chi tiết cơ sở theo một thứ tự xác định Như vậy, có những chi tiết được 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)

Nhìn vào sơ đồ lắp (hình 10.9) ta có thể biết các đơn vị lắp và trình tự lắp ráp sản

phẩm

Một chi tiết hoặc đơn vị lắp đ−ợc biểu diễn trên sơ đồ lắp bằng một khung chữ nhật,

trong đó ghi rõ tên, ký hiệu và số l−ợng (hình10.10)

Trên hình 10.11 là bản vẽ lắp của cơ cấu tỳ phụ, còn hình 10.12 là sơ đồ lắp cơ cấu

đó