Nghiên cứu chế tạo bánh công tác tua bin thủy lực Nghiên cứu lựa chọn công nghệ

bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
viện khoa học thủy lợi



báo cáo tổng kết chuyên đề
nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh công tác
tua bin thủy lực

thuộc đề tài kc 07.04:
nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để khai thác và
sử dụng các loại năng lợng tái tạo trong chế biến nông,
lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi trờng



Chủ nhiệm chuyên đề: ThS nguyễn vũ việt









5817-4
16/5/2006

hà nội 5/2006

Mục lục
Trang
Phần I : Báo cáo Tổng Quan...
1
Chơng I. Sự cần thiết nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh công tác tua bin
thủy lực.

1
Chơng II. Đánh giá tình hình sản xuất trong nớc và ngoài nớc.
3
2.1. Trong nớc.
3
2.2. Công nghệ trong khu vực.
3
2.3. Các nớc công nghiệp phát triển..
4
Chơng III. Các công nghệ chế tạo hiện đại đang đợc ứng dụng tại Việt
Nam.
5
Chơng IV. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
7
4.1. Các mẩu BCT tua bin nghiên cứu.
7
4.2. Phơng pháp tiếp cận.
7
Phần II : Báo cáo công nghệ chế tạo BCT tua bin thủy lực.
8
Chơng V. Số hoá vật thể cánh 3D cơ sở xây dựng mô hình hình học số...

8
5.1. Phơng pháp khai triển truyền thống..
8
5.2. Khai triển với trợ giúp của thiết bị số hoá 3D...
8
Chơng VI. Chế tạo khuôn mẫu cánh bánh công tác Trên Cơ sở công nghệ
CAD\CAM\CNC
..
12
6.1. Đánh giá công nghệ truyền thống..
12
6.2. Chế tạo cánh và khuôn mẫu cánh trên cơ sở công nghệ CNC
13
6.2.1. Vài nét về công nghệ CNC..
13
6.2.2. Tính tơng thích chuyển động tạo hình trên máy CNC.
16
6.2.3. Chọn máy và các nguyên lý tạo hình gia công các cánh điển hình
22
6.2.4. Chọn vật liệu Gia công cánh và khuôn cánh.
25
6.2.5. Cụ thể hoá Các bớc triển khai nghiên cứu...
26
Chơng VII. Công nghệ chế tạo BCT của tua bin tia nghiêng D = 250..
27
7.1. Công nghệ đúc cánh rời..
27
7.1.1. Đặc điểm của sản phẩm..
27
7.1.1.1. Đặc điểm tua bin..

27
7.1.1.2. Sản phẩm nghiên cứu..
28
7.1.2. Lựa chọn vật liệu
29
7.1.3. Lựa chọn công nghệ đúc..
30
7.1.3.1. Đặc điểm công nghệ đúc mẫu thiêu khuôn cát nhựa.
30
7.1.3.2. Ưu điểm của công nghệ đúc mẫu tự thiêu - khuôn cát nhựa..
31
7.1.4. Phân tích công nghệ đúc cánh...
32
7.1.4.1. Khâu chế tạo mẫu
32
7.1.4.2. Tạo khuôn cát nhựa và đổ rót kim loại đúc.
34
7.1.5. Hoàn thiện bánh công tác
35
7.1.5.1. Sửa lá cánh.
35
7.1.5.2. Gá - hàn..
36
7.5.1.3. Hoàn thiện và cân bằng cánh..
37
7.1.6. Đánh giá công nghệ đúc cánh rời.
38
7.2. Công nghệ đúc cánh tia nghiêng dạng liền bằng Phơng Pháp mẫu
cháy và khuôn cát nhựa..
39

7.2.1. Đặc điểm cánh tia nghiêng đúc liền.
39
7.2.2. Lựa chọn công nghệ đúc..
40

7.2.3. Công nghệ chế tạo bánh công tác tia nghiêng bằng phơng pháp đúc
liền mẫu cháy - khuôn cát nhựa

...
40
7.2.3.1. Đúc bánh công tác
41
7.2.3.2. Gia công cơ.
48
7.2.3.3. Lắp đồng bộ Tua bin - Kiểm tra chất lợng - Hiệu suất thuỷ lực
cánh.
49
7.2.3.4. Đánh giá công nghệ chế tạo cánh đúc liền
49
Chơng IIX. Công nghệ chế tạo cánh tua bin Cột
nớc cao D
1
= 100 và
D
1
= 150..
51
8.1. Quy trình thiết kế.
51
8.1.1. Quét mẫu

51
8.1.1.1. Tham khảo cấu tạo cánh tua bin của hãng Gilkes
51
8.1.1.2. Xây dựng bản vẽ cánh bánh công tác.
51
8.1.1.3. Lập trình gia công và gia công cối và đầu chày
52
8.1.2. Chọn phơng án dập..
52
8.1.2.1. Nguyên lý cấu tạo.
53
8.1.2.2. Nguyên lý biến dạng tạo hình..
53
8.1.3. Tổng hợp quy trình trình chế tạo..
61
Chơng IX. Công nghệ chế tạo BCT tua bin hớng trục D = 300.
63
9.1. Đặc điểm của sản phẩm.
63
9.1.1. Vài nét về bánh công tác tua bin hớng trục
63
9.1.2. BCT tua bin hớng trục có D
1
= 300mm
63
9.1.3. Phân tích kết cấu.
64
9.1.4. Các mặt cắt lá cánh
65
9.2. Lựa chọn vật liệu.

65
9.2.1. Điều kiện làm việc
65
9.2.2. Lựa chọn vật liệu
67
9.3. Quy trình công nghệ...
68
9.3.1. Tạo phôi bằng phơng pháp đúc
68
9.3.1.1. Chế tạo mẫu..
69
9.3.1.2. Sơn mẫu..
73
9.1.3.3. Quá trình làm khuôn..
73
9.3.1.4. Quá trình nấu luyện
74
9.3.1.5. Dỡ khuôn và làm sạnh...
75
9.3.2. Gia công cơ khí...
76
9.3.2.1. Nguyên công 1..
76
9.3.3.2. Nguyên công 2..
77
9.3.3.3. Nguyên công 3..
77
9.3.2.4. Nguyên công 4..
78
9.3.3. Hoàn thiện BCT.

78
9.3.3.1. Mài sửa...
78
9.3.3.2. Cân bằng tĩnh.
79
9.3.4. Kiểm tra chất lợng sản phẩm
80
9.3.4.1. Chất lợng vật liệu..
80
9.3.4.2. Kiểm tra các kích thớc gia công cơ.
80
9.4. Đánh giá công nghệ
80
Chơng X : Công nghệ chế tạo BCT tuabin hớng trục
cực nhỏ cột
nớc thấp..
82
10.1. Tổng quan về công nghệ luyện kim bột và ứng dụng ở Việt nam..
82
10.1.1. Công nghệ luyện kim bột..
82
10.1.1.1. Tổng quan chung..
82
10.1.1.2. Ưu điểm của công nghệ luyện kim bột...
83
10.1.1.3. Qui trình công nghệ luyện kim bộ
84
10.1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng cộng nghệ luyện kim bột ở Việt
Nam.
85

10.2. Nghiên cứu chế tạo bánh công tác tua bin hớng trung bằng công
nghệ luyện kim bột
86
10.2.1. Phân tích sản phẩm.
86
10.2.2. Các bớc công nghệ
86

Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
1
Phần I : Báo Cáo tổng quan

Chơng I. Sự cần thiết nghiên cứu công nghệ chế tạo
bánh công tác tua bin thủy lực
Theo báo cáo đánh giá của Tổng Công ty điện lực Việt nam (EVN) nhu cầu điện
năng cung cấp cho nền kinh tế đang ngày càng phát triển của nớc ta là rất lớn. Rất
nhiều các công ty trong và ngoài ngành điện đang tham gia xây dựng các dự án
Thủy điện với công suất từ vài MW đến hàng trăm MW. Toàn bộ thiết bị nhà trạm
(bao gồm Tua bin thủy lực, máy phát, hệ thống điều khiển đo lờng - bảo vệ) đều
nhập của nớc ngoài.
Nh vậy tiềm năng sản xuất cung cấp những thiết bị này trong nớc còn bỏ ngỏ
mà nhu cầu lại rất lớn. Hiện nay với công nghệ kỹ thuật phát triển, khả năng sản
xuất thiết bị thủy điện trong nớc là có thể và rẻ hơn của nớc ngoài rất nhiều. Tuy
nhiên vấn đề khó khăn hiện nay của các nhà sản xuất thiết bị là công nghệ sản xuất
tua bin thủy lực, đặc biệt là chế tạo bánh công tác tua bin.
Trong cấu tạo của tua bin thủy lực, bánh công tác là bộ phận quan trọng nhất.
Bánh công tác làm nhiệm vụ trao đổi năng lợng của dòng nớc thành năng lợng
của tua bin, thành điện năng. Nh vậy bánh công tác của tua bin quyết định chủ yếu
đến hiệu suất làm việc của tổ máy và qua đó ảnh hởng đến hiệu quả của công trình.

Việc chế tạo ra một bánh công tác cho hiệu suất cao rất quan trọng. Quy trình chế
tạo bao gồm:
- Lựa chọn mẫu cánh mô hình thích hợp với thông số kỹ thuật công trình thủy
công (Q, H, Q
1

, n
1

...) trong đó mẫu cánh mô hình đã đợc tiêu chuẩn hóa.
- Lựa chọnvật liệu thích hợp.
- Lựa chọn phơng pháp chế tạo phôi thích hợp.
- Gia công chế tạo hoàn thiện BCT.
Trong quy trình trên thì việc lựa chọn phơng pháp chế tạo phôi, gia công hoàn
thiện BCT là rất quan trọng nó quyết định đến chất lợng trực tiếp của tổ máy cả về
giá thành và hiệu suất làm việc.
Việc lựa chọn công nghệ chế tạo BCT thích hợp làm nâng cao tính chính xác
của BCT, tăng độ bền cho chi tiết. Mặt khác có thể giảm đợc giá thành rất nhiều.
Vì đôi khi giá trị của bánh công tác chiếm đến 1/2 giá trị của tuabin.
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
2
Nh vậy công tác nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh công tác tuabin thủy lực
rất quan trọng nó ảnh hởng đến:
- Hiệu suất làm việc của tổ máy.
- Giá thành sản phẩm.
- Độ bền của BCT và tuổi thọ của tổ máy.
Hiện nay không riêng ở Việt Nam mà rất nhiều nớc có ngành chế tạo thiết bị
thủy lực đã quan tâm và đi trớc ta trong việc áp dụng các công nghệ cao vào công
tác chế tạo BCT.

Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
3
Chơng II. Đánh giá tình hình sản xuất trong
nớc và ngoài nớc
2.1. Trong nớc.
Ngành công nghiệp tuabin thủy lực trong nớc đã phát triển từ những năm 80 ở
các công ty cơ khí nh công ty cơ khí Hà Nội, công ty cơ khí Mai Động... Trong đó
phát triển mạnh là Cơ Khí Hà Nội. Tuy vậy đến nay các công ty này không còn chế
tạo tuabin thủy lực nữa hoặc chế tạo mang tính sửa chữa nhỏ. Trong đó công nghệ
chế tạo BCT tua bin đơn giản nh:
- Đối với bánh công tác lớn D1>1m: Đúc rời từng lá cánh, sau đó hàn thành
BCT hoàn chỉnh.
- Đối với tuabin BCT D1<1m đợc đúc liền: Nh cánh tuabin hớng trục, tâm
trục...
Phơng pháp đúc gồm: mẫu gỗ, khuôn cát hoặc đất sét phơng pháp gia công
chủ yếu bằng thủ công. Chất lợng đúc cho bề mặt kém, lợng d lớn, gia công
hoàn thiện công phu tốn kém. Độ chính xác cuả BCT khó xác định, thờng khó đạt
đợc những thông số nh cánh mẫu. Vì thế thông tua bin thủy lực sản xuất trong
nớc có hiệu suất không cao.
Trong những năm gần đây các thiết bị thủy điện nhỏ đợc Trung Tâm Thủy
Điện HRC) sản xuất và lắp đặt đạt hiệu quả cao hơn, nhng công suất của tổ máy
thờng nhỏ do hạn chế về mặt bằng sản xuất và trang thiết bị nên cũng chỉ ở số
lợng có hạn.
2.2. Công nghệ trong khu vực.
Trong khu vực hiện nay Trung Quốc là nớc có ngành công nghiệp thủy điện
phát triển nhất, do tính chất đặc thù của địa hình - nguồn phát triển thủy điện của
Trung Quốc dồi dào. Trớc đây ngành sản xuất tua bin thủy điện của Trung Quốc
dựa vào nền tảng lý thuyết, công nghệ của Liên Xô cũ, chất lợng cha đạt yêu
cầu.Trung Quốc ngày nay đã sớm gam hóa đợc rất nhiều loại tuabin ứng với các

dải công suất và thông số làm việc khác nhau. Chất lợng chế tạo tuabin thủy lực
nói chung và BCT nói riêng đã nâng lên rất nhiều. Qua nghiên BCT của thiết bị thủy
điện Trung Quốc nhập vào Việt Nam và qua tham quan các nhà máy chế tạo tuabin
thủy điện, công nghệ chế tạo BCT của TRung Quốc gồm:
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
4
- Đúc rời lá cánh - gia công trên máy CNC - Hàn hoàn thiện.
- Đúc liền bánh công tác với công nghệ đúc chính xác: BCT tâm trục, BCT hớng
trục, BCT tia nghiêng...
- Gia công áp lực nóng từng lá cánh biên dạng có độ dày, biến thiên 3 chiều
không lớn: cánh tua bin hớng trục, tâm trục...
Công nghệ đúc của Trung Quốc tiến bộ hơn trớc rất nhiều do áp dụng công
nghệ tiên tiến của thế giới. Tuy vậy chất lợng vật đúc về độ chính xác, bề mặt...
so với các nớc phát triển vẫn cha bằng.
2.3. Các nớc Công nghiệp phát triển.
Các nớc có ngành công nghiệp thuỷ điện phát triển trên thế giới nh: các nớc
SNG, Nhật, Anh , Na uy, Đức... Các nớc SNG rất có kinh nghiệm trong sản xuất
tua bin công suất lớn. Các hãng Tanaka của NHật, Gelkes của Anh, Osberger của
Đức ...đi sâu vào sản xuất thủy điện nhỏ. ở các hãng này nhiều công nghệ mới đợc
áp dụng cho sản xuất BCT tua bin. Vì vậy chất lợng BCT rất tốt, độ tin cậy và hiệu
suất tua bin thờng rất cao từ 90%-95%. Công nghệ chế tạo BCT của các nớc này
là: đúc chính xác, đúc áp lực cao, gia công áp lực nóng, gia công trên máy CNC...
Thờng thì công nghệ đúc đợc sử dụng nhiều hơn trong chế tạo BCT. Ngày nay
công nghệ đúc đã phát triển rất nhanh nhờ có nhiều loại vật liệu làm khuôn, phơng
pháp chế tạo khuôn đa dạng. Việc tạo mẫu, khuôn kim loại dễ dàng hơn nhờ thiết bị
chế tạo CNC - trung tâm gia công 4D... do vậy sản phẩm đa dạng hơn, đạt độ chính
xác gia công cao hơn.
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi

5
Chơng III. Các công nghệ chế tạo hiện đại
đang đợc ứng dụng tại Việt Nam
Các công nghệ tiên tiến phù hợp chế tạo BCT tua bin đang đợc ứng dụng tại
Việt nam gồm:
- Đúc chính xác.
- Đúc áp lực cao.
- Gia công áp lực khuôn lim loại.
- Chế tạo chính xác trên Máy trung tâm gia công 3D, 4D, 5D.
Đúc chính xác bao gồm các phơng pháp:
- Đúc khuôn vỏ mỏng.
- Đúc mẫu tự thiêu.
- Đúc mẫu chảy.
Công nghệ đúc chính xác đang đợc áp dụng tại Viện Công nghệ - Bộ công
nghiệp, Nhà máy cơ khí Việt Nhật - Hải phòng, nhà máy cơ khí Hà nội...
Đúc áp lực cao với vật liệu nhôm, đồng sản phẩm đúc độ chính xác cao và năng
suất lớn. Phơng pháp này phù hợp cho chế tạo BCT tua bin hớng trục thuỷ điện
cực nhỏ. Công nghệ này đợc áp dụng ở rất nhiều nhà máy nh: Công ty TNHH Hà
phát (Hải dơng), công ty T&T (Hng yên)...
Công nghệ gia công áp lực nóng với thiết bị áp lực rất lớn, khuôn kim loại có độ
bền cao. Công nghệ này phù hợp với chế tạo các lá cánh tua bin tâm trục, tua bin
hớng trục. Hiện nay có số ít nhà máy có công nghệ này, nh nhà máy Diezel Sông
công...
Công nghệ gia công áp lực nguội, yêu cầu áp lực không cao, phù hợp chế tạo các
lá cánh mỏng tiết diện đều cụ thể nh các cánh BCT tua bin tia nghiêng công suất
nhỏ, tua bin xung kích 2 lần... Công nghệ này đơn giản phụ thuộc chủ yếu vào công
tác chế tạo khuôn kim loại.
Công nghệ chế tạo trên máy trung tâm gia công. Thiết bị này rất hiện đại và cũng
rất đắt tiền. Nó cho phép thực hiện gia công sản phẩm với nhiều nguyên công trên
cùng một lần gá nhờ tính năng có nhiều dao, đồ gá chuyên dụng và gia công hoàn tự

động. Do chế độ gia công đợc lập trình sẵn sản phẩm đợc hoàn thiện với độ chính
xác cao, năng suất lớn. Hiện nay nhiều nhà máy đã trang bị thiết bị này, đi đầu là
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
6
Viện công nghệ - Bộ công nghiệp (IMI). Tuy vậy chủ yếu dùng để gia công các loại
khuôn mẫu kim loại.
Nh vậy từ nhu cầu phát triển thuỷ điện trong nớc, tham khảo công nghiệp sản
xuất thiết bị thuỷ điện khu vực và các nớc tiên tiến, căn cứ vào các công nghệ chế
tạo hiện đang đợc áp dụng tại Việt nam, chúng tôi tiến hành nghiên cứu lựa nhọn
công nghệ chế tạo BCT tua bin thuỷ lực với mong muốn: Tăng hiệu suất làm việc
của tua bin, tăng độ bền, hạ giá thành sản phẩm góp phần từng bớc phát triển
ngành công nghiệp chế tạo thiết bị thuỷ điện.
Phạm vi nghiên cứu của chúng tôi bớc đầu đi sâu vào công nghệ chế tạo BCT
cho các loại tua bin nhỏ và cực nhỏ, hiện nhu cầu trong nớc rất lớn, mặt khác sẽ là
tiền đề cho nghiên cứu sản xuất BCT tua bin công suất lớn.
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
7
Chơng IV. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
Theo kết quả thống kê, tiềm năng thuỷ điện nhỏ và thuỷ điện cực nhỏ khá lớn.
Hiện nay thị trờng trong nớc do HPC chế tạo và cung cấp (80%), ngoài ra một
loạt các tổ máy thuỷ điện nhỏ và cực nhỏ của Trung quốc giá rẻ chất lợng thấp
cũng đợc lắp đặt. Thuỷ điện nhỏ và cực nhỏ đợc phân loại nh sau:
- Thuỷ điện nhỏ cột nớc thấp - tua bin hớng trục công suất tới 200 kW.
- Thuỷ điện nhỏ cột nớc cao - tua bin tia nghiêng, tua bin kiểu Cink công suất
tới 200 kW.
- Thuỷ điện cực nhỏ cột nớc thấp - tua bin hớng trục công suất 200w - 1000w.
- Thuỷ điện cực nhỏ cột nớc cao - tua bin tia nghiêng công suất 200w - 1000w.
Căn cứ vào các loại tua bin trên, nội dung và phạm vi nghiên cứu của chúng tôi

nh sau:
4.1. Các mẫu BCT tua bin nghiên cứu.
- Thuỷ điện nhỏ cột nớc cao - mẫu cánh tua bin tia nghiêng D
1
= 250.
- Thuỷ điện nhỏ cột nớc thấp - mẫu cánh tua bin hớng trục D
1
= 400.
- Thuỷ điện cực nhỏ cột nớc cao - mẫu cánh tua bin tia nghiêng D
1
= 100;
D
1
= 150.
- Thuỷ điện cực nhỏ cột nớc thấp - mẫu cánh tua bin hớng trục D
1
= 120.
4.2. Phơng pháp công nghệ tiếp cận:
- Công nghệ đúc chính xác: đối với mẫu BCT tua bin thuỷ điện nhỏ với 2 dạng
sản phẩm đúc liền và đúc rời.
- Công nghệ gia công áp lực nguội: đối với mẫu BCT thuỷ điện cực nhỏ tua bin
tia nghiêng.
- Công nghệ luyện kim bột và đúc áp lực cao: đối với mẫu BCT thuỷ điện cực
nhỏ tua bin hớng trục.

Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
8
Phần II. Báo cáo công nghệ chế tạo BCT
tua bin thuỷ lực

Chơng V. Số hoá vật thể cánh 3D Cơ sở xây dựng
mô hình hình học số
5.1. Phơng pháp khai triển truyền thống.
Có 2 phơng pháp :
+ Khai triển theo các lát cắt phẳng
+ Khai triển theo các lát cắt trụ
Nếu 1 bản cánh đợc ớc lệ chia thành lới theo 2 phơng hớng tâm và hớng
trụ (Hoặc theo 2 phơng hớng trụ và vuông trục) thì tuỳ theo cần mô tả hớng
xoắn có thể lựa chọn một trong 2 phơng pháp khai triển trên.
Khai triển phẳng đơn giản cho lắp ráp bộ xơng khuôn nhng thờng bỏ qua mô
tả biên dạng tại các góc lợn sát bầu và sát vành.
Khi khai triển trụ, có thể mô tả các diễn biến bề mặt tại các vùng chuyển tiếp
vành và bầu nhng gặp khó khăn nhất định cho công tác định vị xơng khuôn để tạo
mẫu.
Đặc biệt với các dạng cánh xoắn lớn dạng tâm trục , thờng mắc sai số lớn khi
chế tạo hộp dỡng do không đồng thời thoả mãn 2 nhu cầu mô tả trên.
Các phơng pháp khai triển trên tơng thích với nguyên tắc thiết kế cánh kinh
điển và đã trở thành nền tảng cho công nghệ thủ công dựng khuôn đúc mẫu.
5.2. Khai triển với trợ giúp của thiết bị số hoá 3D.
Thờng gặp trong quá trình thiết kế hoặc thiết kế lại theo nguyên tắc đồng dạng
là phải dựng lại cánh. Nếu thực hiện thủ công không hề có trợ giúp của máy tính thì
việc vẽ lại các biên dạng 3D cánh gặp rất nhiều khó khăn; ngay từ khâu định tâm,
chia lớp ... Các nhà sản xuất khuôn truyền thống cũng đã từng áp dụng các công cụ
chép khuôn 3D nhng phơng pháp này chỉ là tơng đối chính xác với các vật thể ít
xoắn ít võng.
Với các yêu cầu cao về mẫu (dung sai bề mặt yêu cầu trong khoảng hẹp) cần áp
dụng công nghệ CMM (Coordinate Measuring Machine) cho phép nhận dạng 3D
ngay cả khi các chuẩn đo là không tồn tại (chuẩn ảo).
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi

9
Thiết bị đo số hoá 3D có nhiều loại với các đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt
động khác nhau :
- Loại tiếp xúc:
+ Dạng đầu dò côn , tay dò có 4 đến 8 khuỷu
+ Loại đầu dò cảm biến
+ Loại cố định bàn máy
+ Loại đế máy không cố định
+ Loại điều khiển tay
+ Loại điều khiển tự động CNC - Quét và phân tích nội suy lới bề mặt theo
chơng trình
- Loại không tiếp xúc:
+ Loại hoạt động theo nguyên lý Laser lập thể
Vấn đề đặt ra là lựa chọn cấu hình máy quét mẫu nh thế nào tơng thích giao
tiếp các chơng trình đồ hoạ CAD và CAM để xây dựng chơng trình gia công. Sự
lựa chọn cấu hình máy có thể căn cứ trên các tính năng:
+ Đới công tác của đầu quét rộng - có thể quét vật thể cánh 3D xếp lớp
+ Không gian công tác lớn - có thể quét cánh từ cỡ nhỏ đến lớn
+ Hiệu chỉnh (Tự động bù) đợc các tác động của trọng lợng chi tiết cánh
lên bàn máy
+ Hiệu chỉnh các tác động nhiệt của môi trờng
+ Có thể cập nhật liên tục số liệu quét phỏng theo nguyên tắc phác tay
(Sketch)
+ Có thể nội suy các đờng cong trơn 3D (Bezier) dựa trên các điểm dò quét
dời rạc
+ Có thể lọc dữ liệu quét với trọng số sai lệch khá lớn để định nghĩa ra bề mặt
danh nghĩa
+ Có thể giao tiếp với các ứng dụng CAD\CAM
+ Có giá trị phù hợp với quy mô đầu t .
Để thoả mãn các tính năng nâng cao có thể trang bị thiết bị quét không tiếp xúc

Laser lập thể - Có thể tham khảo chi tiết loại thiết bị này từ nhà cung cấp Auto
Desk (Đại diện: Việt CAD) - là hãng có tên tuổi , có các sản phẩm phần mềm rất
mạnh, hữu hiệu và thân thiện nh: AutoCAD, Rhino, MDT ....
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
10
Đáp ứng các nhu cầu cỡ tơng đối cao có thể chọn trang bị máy CMM dạng bàn
máy cố định, quét và nội suy theo chơng trình của hãng Mitutoyo.
Đáp ứng các nhu cầu trung bình, có thể sử dụng các tay quét của các hãng
SCRIBER, OMMI TECH hay FARO ...
Cần thấy rằng nguyên lý dò quét trên các thiết bị quét tiếp xúc hiện nay đồng
nhất điểm chung là sử dụng các Encorder để mã hoá các chuyển vị thành các thông
tin số - Nó cũng rất gần gũi với các nguyên lý đo đọc của máy công cụ CNC nên
nghiên cứu khả năng của máy quét là hớng đúng đắn để tiếp cận công nghệ gia
công số
Trong khuôn khổ nghiên cứu khả thi của dự án về các vấn đề này các tác giả đã
đa ra lựa chọn: Kết hợp khai thác sử dụng thiết bị quét tiếp xúc 3D SCRIBER với
các ứng dụng nội suy lới bề mặt cánh tải trong các môi trờng thiết kế truyền
thống nh Auto CAD , Rhinoceross... ; Các ứng dụng này đợc hợp tác nghiên cứu
và chuyển giao giữa HPC và Viện Công nghệ - Bộ Công nghiệp. Bao gồm :
+ CTDO (tải trong CAD) để xác định hình chiếu của một đa tuyến lên một mặt
phẳng
+ SECN (tải trong CAD) để xác định giao tuyến với các mặt phẳng
+ SECCYL (tải trong CAD) để xác định giao tuyến với các lát cắt trụ .
Tuy cha phải là mục tiêu cuối cùng thiết lập chơng trình chuẩn bị gia công
CAM nhng các phần mềm trên qua kiểm nghiệm đã cho các kết quả hỗ trợ tích
cực cho công tác xây dựng mô hình cánh. Các nghiên cứu về quy trình dò quét mẫu
hay lựa chọn thiết bị quét mẫu đợc cụ thể trong các chuyên đề. Trong báo cáo này
chỉ nhằm tập hợp lại các đánh giá về sử lý quét mẫu có liên quan đến quy tắc tạo
hình vật thể cánh.

Nh nêu ra ở chơng mở đầu, cần có một thông tin dặc biệt thay cho bản vẽ kỹ
thuật thông thờng để mô tả đối tợng cánh , hay nói cách khác là cần một vật mẫu
ảo (mô hình số) thay cho thực thể cánh (mẫu thực) thì mới tơng thích quá trình gia
công trên máy CNC nên đôi khi đã có một thiết kế cánh trên bản vẽ 2D (thuật ngữ
CAD gọi là không gian Paper ) vẫn luôn cần thiết cập nhật các số liệu 3 D của cánh
vào máy tính và bộ sử lý của máy gia công (không gian mô hình - Modeling); và giải
pháp linh hoạt hơn là chép mẫu bằng thiết bị quét mẫu.
Khai thác công cụ máy quét mẫu CMM không chỉ cho kết quả là sao chép tin
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
11
cậy các mẫu cánh - quá trình quét mẫu phỏng theo quy tắc cơ bản về phối hợp chạy
dao đã cho kết quả nét phác hoạ quá trình tạo hình, qua đó có thể thuận lợi xác định
các bớc lập trình CAD chuẩn bị gia công.
Với quy mô nghiên cứu lớn hơn nh tối u hoá biên dạng cánh thì ứng dụng này
đem lại hiệu quả lớn hơn - Đó là tạo lập nhanh các sêri mô hình sau đó thực nghiệm,
thống kê kết quả làm căn cứ thiết kế nguyên thể. Công năng trên từng đợc sơ bộ
giới thiệu ở phần trớc, khi tiên lợng về biện pháp chế tạo mẫu theo công nghệ
SLA - với công nghệ này sự u việt đáng kể là nó có thể tuỳ biến thay đổi nhanh các
phiên bản mẫu để đa vào thực nghiệm. Để có đợc sự thay đổi này ngời thiết kế
dễ dàng thực hiện trên ứng dụng CAD và cũng nhanh chóng truy xuất dữ liệu dới
định dạng SLA sau đó thực thi thay đổi mẫu trên các thiết bị phun bột hoặc quang
hoá chuyên dùng.
Trở lại mối liên quan đến khả năng phân tích biên dạng theo các chuẩn mực lập
trình chạy dao trên máy CNC, vấn đề cần đa ra nghiên cứu là quy trình quét mẫu
cần thiết hợp lý với khả năng phối hợp tạo hình - Các nội dung phần sau sẽ đề cập
đến vấn đề này
.

Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
12
chơng VI. Chế tạo khuôn mẫu cánh bánh công tác
Trên Cơ sở công nghệ CAD\CAM\CNC
6.1. Đánh giá công nghệ truyền thống.
Cánh bơm tua bin cũng nh các chi tiết khác của máy cánh là loại hình sản
phẩm rất đa dạng và là nhu cầu thiết thực cho tiêu dùng. Cung cấp các thiết bị cấp
điện , cấp nớc cho nông thôn - đặc biệt cho địa bàn miền núi ,vùng sâu vùng xa với
địa hình bị chia cắt phức tạp, cơ sở hạ tầng (giao thông , lới điện ...) còn nghèo nàn
luôn là vấn đề phải quan tâm của ngành thuỷ lợi - thuỷ điện nhỏ trong chiến lợc
toàn diện phục vụ sản xuất nông nghiệp và sự nghiệp phát triển nông thôn. Để đáp
ứng linh hoạt về chủng loại, số lợng với chất lợng cao, có sức cạnh tranh phục vụ
nhu cầu tiêu dùng , nâng cao mức sống và dân trí, rất cần thiết nâng cao năng lực
thiết kế và chế tạo loại hình sản phẩm này, ứng dụng trợ giúp máy tính trong thiết kế
+ lập trình gia công là không chỉ có ý nghĩa về khoa học công nghệ mà còn là động
lực phát triển kinh tế xã hội.
Từ trớc tới nay cánh tua bin, cánh hớng, vòi phun, kim phun một số chi tiết
khác cuả máy bơm, máy cánh hoặc các chi tiết hệ thống tới ... chỉ đợc chế tạo
theo công nghệ truyền thống :
- Thiết kế biên dạng cánh trên cơ sở phân tích cánh theo các lát cát phẳng và trụ
để tạo xơng khuôn.
- Đồng thời chế tạo thủ công (nguội) các mẫu đúc trên cơ sở hộp xơng khuôn là
chế tạo các dỡng mài kiểm.
- Đúc cánh liền hoặc rời
- Mài và kiểm thủ công
- Hàn tổng thành (Với các cánh đúc rời)
- Gia công tinh
- Cân bằng tĩnh
Đánh giá:

+ Hầu hết các bớc trên chỉ đợc thực hiện thủ công - lệ thuộc một cách chủ
quan vào tay nghề - Sai số ngẫu nhiên là không tránh khỏi.
+ Trong điều kiện cho phép, khi áp dụng đo dò - cắt thử (Rà mài) bằng dỡng
kiểm 3D thì độ chính xác đạt đợc cũng không cao: chỉ đảm bảo vết
tiếp xúc dỡng < 70%.

Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
13
+ Không căn cứ nội suy các lát cắt trung gian để vận dụng làm suôn bề mặt cánh
trong quá trình gia
+ Trong khi yêu cầu độ chính xác hình học của cánh đợc tham chiếu bằng
mảng tham số thì gia công và kiểm cánh chỉ thực hiện tại hữu hạn mặt cắt và
điểm chuẩn. Mặc nhiên chấp nhận sai số tại vô số điểm còn lại .
Tóm lại:
- Với các loại cánh đơn giản, thô sơ dạng phẳng, trụ, cầu (hoặc xoắn Acsimet)
thì việc áp dụng công nghệ truyền đủ khả năng đáp ứng các yêu cầu về độ chính
xác, độ bóng.
- Với các loại cánh khác, cần phải áp dụng các công nghệ tiền tiến hơn để giải
quyết các vấn đề này.
6.2. Chế tạo cánh và khuôn mẫu cánh trên cơ sở công nghệ CNC.
6.2.1. Vài nét về công nghệ CNC:
CNC là thuật ngữ chung chỉ quá trình điều khiển sử dụng chơng trình số
(Computerized Numerical Control).
Với các máy công cụ thông thờng quá trình cắt gọt tạo ra hình dáng (biến dạng
chi tiết) là kết quả của các phối hợp chuyển động của trục chính, bàn máy, ụ dao
(đợc gọi là các cơ cấu chấp hành); các cơ cấu chấp hành này đợc dẫn động từ một
hoặc nhiều nguồn động lực, thông thờng là các động cơ điện có tần số vòng không
đổi ở chế độ xác lập. Liên hệ giữa các cơ cấu là các bộ truyền cơ khí có chuối tỷ số
truyền - thuật ngữ trong ngành máy công cụ gọi là các xích truyền động , bộ phận

điều khiển thay đổi tỷ số truyền đợc gọi là các chạc điều chỉnh . Xét về mặt cơ
cấu máy thì thế hệ máy này có đặc trng bề ngoài là hệ thống điều khiển có các cần
gạt cơ khí - thao tác điều khiển là bằng tay (Manual). Chế độ cắt gọt nh: tốc độ trục
chính, tốc độ chạy dao, chiều sâu cắt, tốc độ chạy không, hớng tiến, lùi dao hay lu
lợng bơm dung dịch trơn nguội đợc lựa chọn trớc và không có khả năng thay
đổi, hoặc chỉ cho phép thay đổi vô cấp trong quá trình cắt gọt... Do các hạn chế này
mà quá trình gia công chuyển tiếp biên dạng từ thẳng sang cong hay từ cong sang
cong chỉ có thể thực hiện gián đoạn, chịu nhiều ảnh hởng của quán tính khi đóng
mở ly hợp, sai số truyền động lớn do chịu ảnh hởng sai số động học khi gia tốc
hay hãm dừng; về khả năng tạo hình chỉ giới hạn tạo ra dạng bề mặt gia công là các
mặt hình hình hình học thông thờng nh: mặt trụ, côn, cầu, mặt xoắn Archimede
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
14
(Ren), mặt xoắn Conbolit, mặt tang trống Hypebôloit, Mặt bao hình thân khai hoặc
HypoCiclóit ...v.v...
Có thể đánh giá rằng nguyên lý tạo hình khi gia công trên các máy này chỉ giới
hạn tạo ra các bề mặt đơn giản - đó là các mặt có thể biểu diền bằng các hàm tờng
minh, sau này - khi phân tích trên quan điểm CAD/CAM thì chúng đơn giản đợc
tạo bởi các lới đờng thẳng hoặc đờng cong bậc 2; Với các mặt bậc cao hoặc các
mặt phi tham số cần có các nguyên lý tạo hình đặc biệt với sự tham gia của tự
động điều khiển.
Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ điều khiển, quá trình cắt có thể đợc
diễn ra không chỉ với 1 chế độ chuyển động cố định mà tuỳ biến liên hệ các cơ cấu
của máy không lệ thuộc vào tính chất cứng của xích truyền động mà linh hoạt nhờ
bộ điều khiển thích nghi.
Với máy và trung tâm gia công CNC:
Điểm khác biệt của nó với máy công cụ thông thờng không chỉ là hình thức sử
dụng các phím bấm điều khiển thay cho các thao tác bằng tay tác động lên các cần
gạt nh thông thờng ... mà bản chất hơn là các tác động điều khiển đợc diễn ra

liên tục không gián đoạn trong quá trình cắt gọt các tác động này theo nguyên tắc
điều hành mềm, linh hoạt qua đó các cơ cấu chấp hành sẽ phối hợp linh hoạt để vẽ
nên chuyển động cắt theo chơng trình; Động cơ trong loại máy này khi nhận xung
điều khiển sẽ quay với số vòng xác định để dẫn động các cơ cấu chấp hành chuyển
động một quãng đờng xác định - trong đó xung đợc giám sát định lợng bởi
chơng trình số, khách quan, không lệ thuộc vào quán tính chấp hành hay khoảng
trễ của quá trình khởi động hay hãm dừng nh các động cơ thông thờng; Vấn đề
này đợc làm rõ ở phần sau khi so sánh về khả năng chuyển tiếp biên dạng giữa 2
phơng pháp truyền thống và CNC.
Ban đầu, máy gia công điều khiển số là các máy NC (Numerical Control ), khả
năng công nghệ của loại máy này đã là vợt trội so với các máy gia công thông
thờng, tuy nhiên các chơng trình gia công vẫn còn bị ấn định bới chỉ đợc chứa
trong các mạch lôgic ghép cứng - cha linh hoạt đáp ứng các nhu cầu riêng của
ngời dùng.
Khái niệm Programmable Control ra đời cùng với b
ớc phát triển vi sử lý trên
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
15
máy tính đã mở ra hàng loạt các khả năng mới cho máy gia công điều khiển số và
cũng là lúc thế hệ máy CNC khẳng định các u việt của mình.
Trên hệ CNC, tất cả các thông số liên quan đến quá trình gia công đều đợc số
hoá ghi vào bộ nhớ: địa chỉ mâm gá, trục chính, địa chỉ của dao, địa chỉ bộ dao, địa
chỉ và chơng trình so dao, các chơng trình công nghệ nh lùi dao, đổi dao, bơm
nguội v.v Ngời lập trình ngoài việc đa ra các mối quan hệ địa chỉ Máy - Dao -
Chi tiết gia công (Machine-Word-Tool) để cho khả năng phối hợp tạo hình còn đồng
thời đa ra các lệnh công nghệ để hoàn thiện hoá chơng trình đảm bảo chính xác
kích thớc và bóng bề mặt.
Nhìn nhận tổng quan về các khả năng thực tế của ngành công nghiệp chế tạo
máy trong nớc có thể nhận thấy rằng đã có những bớc tiến bộ rất đáng kể về trình

độ tự động hoá trong thiết kế và thực hành gia công cơ, trong gia công đúc và gia
công áp lực... điều khiển gia công CNC cho các dạng máy này cũng đã trở nên quen
thuộc và phổ cập.
Trong nhiều ngành sản xuất chế tạo máy nói chung, có thể đánh giá hiệu quả
ứng dụng công nghệ này là rất thuyết phục - Đã chỉ ra xu hớng hiện đại hoá công
nghệ bằng cách trang bị các dây chuyền sản xuất trên cơ sở công nghệ này. Các nhà
cung cấp trớc khi t vấn cho khách hàng cách lựa chọn cấu hình máy thờng đa ra
các giới thiệu công năng đặc biệt của của chúng nh:
- Gia công với năng suất cực cao
- Gia công các vật liệu siêu cứng
- Gia công với ảnh hởng nhiệt cực thấp loại trừ khả năng giảm độ bóng do lẹo
dao.
- Gia công với các sản phẩm có kích thớc và khối lợng lớn
- Gia công các lỗ cực sâu , các vết cắt cực mảnh .
Hoặc giới thiệu các nguyên lý gia công rất đặc biệt phá vỡ các quy tắc truyền
thống nh:
- Cắt ren theo nguyên lý phay
- Chế tạo các lỗ lục lăng , không tròn theo nguyên lý tiện
- Gia công tinh xảo nh phay các phù điêu tinh vi hay các khắc chữ trên các bề
mặt đặc biệt.
Trong khuôn khổ bản báo cáo này, các khả năng vợt trội đó đợc đ
a ra mang
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
16
tính chất giới thiệu, có thể nghiên cứu tham khảo rộng về khả năng của công nghệ
này với trợ giúp của các phần mềm mô phỏng các đặc biệt - Trong báo cáo này
chúng tôi muốn đa ra những khẳng định về khả năng gia công đạt độ chính xác và
độ bóng cao trên máy CNC cho loại chi tiết có bề mặt phức tạp là cánh của bánh
công tác bơm - tua bin; Mục tiêu đa ra là tìm các giải pháp thích hợp, phối hợp

công nghệ CNC với công nghệ truyền thống và hàng loạt công nghệ gia công tiền
tiến khác nhằm tạo ra động thái tích cực phát triển công nghệ chế tạo thiết bị thuỷ
lợi, thuỷ điện phục vụ nông nghiệp và phát triển nông thôn nói chung.
Cùng đa ra là các phân tích để đánh giá tầm quan trọng của công nghệ tạo mẫu
lập thể 3D - Tiền đề cho ứng dụng CAD\CAM cho lập trình gia công chi tiết hoặc
khuôn đúc dập chi tiết cánh.
6.2.2. Tính tơng thích chuyển động tạo hình trên máy CNC.
Khuôn khổ của báo cáo này không cho phép liệt kê các quy tắc hay đi vào phân
tích các phơng thức tạo hình mà chỉ đa ra các mối liên hệ giữa thiết kế tạo hình
với việc lập trình điều khiển chạy dao trong gia công.
Chi tiết cánh mô tả đợc bằng các bản vẽ kĩ thuật tiêu chuẩn chỉ là trờng hợp cá
biệt; Nhìn chung nó tích hợp các mặt phức với thành phần là các lới đờng cong
không gian. Điều kiện ban đầu của phép phân tích và nội suy là có các tham số của
đa tuyến 3D vạch qua số hứu hạn điểm trên bề mặt và điều kiện biên là các đờng
bao 3D vùng bề mặt cần tìm; mỗi đa tuyến trong tập hợp đa tuyến [u] và [v] là hình
ảnh gẩn đúng các đờng cong không gian 3D (gọi là lới nội suy ).
Hầu hết các biên dạng cánh có dạng đờng cong trơn (Trơn là thuộc tính tất yếu
- đảm bảo tính liên tục của bề mặt, thích hợp với quá trình nhận cơ năng từ dòng
chảy); Tổng quát: các đờng cong trơn nói trên không mô tả đợc bằng các hàm
toán học - vì thế nó đợc gọi là đờng cong phi tham số hay còn gọi là có tham số
không đồng nhất. Theo các nghiên cứu lý thuyết có thể coi là các đờng mô tả bằng
chuỗi các cung Bezier Spline (Non Uniform Rational B - Spline - NURBS

).
Có thể hình dung quy tắc thiết lập đờng cong này gồm 2 tập hợp: 1tập hợp gồm
một số điểm xác định đờng cong đi qua, 1 tập hợp gồm các điểm nội suy từ các
điểm trên theo nguyên tắc điểm nội suy đợc xác định nhờ nối 1/3 véc tơ chảy tại

Tham khảo thuật toán Bezier mô tả 3D các đối tợng NURBS trong các giáo trình
CAD\CAM\CNC\CAM
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
17
điểm đầu với 2/3 véc tơ chảy tại điểm cuối sau đó lấy điểm giữa của đoạn nối này.
Nh vậy, cứ qua 4 điểm nội suy đợc 1 điểm trung gian - Đờng Bezier dạng này có
bậc mặc định là bậc 4 - tham số toạ độ điểm nội suy trên hoàn toàn mang tính ớc lệ
bởi nếu tăng bậc nội suy thì kết quả nhận đợc sẽ thay đổi. Nếu các điểm cơ sở
(thuật ngữ CAD gọi là Control Point) phân bố giãn cách đều và nằm trong cùng mặt
phẳng ta có đợc Bezier tham số đồng nhất - đây chỉ là một trờng hợp cá biệt; một
lới bề mặt bất kì thờng tạo bởi các Bezier không đồng nhất nh đã nêu trên.
Khi mật độ các điểm cơ sở càng lớn thì lới nội suy càng gần với bề mặt vật thể
cánh. Dạng khai triển và nội suy này phổ biến đợc áp dụng trong nhiều phần mềm
thiết kế vật thể trong không gian mô hình và cũng đợc áp dụng trong phần mềm
điều khiển của một số máy đo toạ độ. Vấn đề dặt ra là: phép dò quét có tính tơng
thích phân tích chuyển động chạy dao của máy gia công đến mức độ nào.
Hệ thống máy có phần cơ chính xác, cứng vững, hệ thống đo lờng tin cậy cao
(các máy phay có màn hiển thị với độ chính xác cỡ 100àm) cùng công năng của
các bộ sử lý (Processor) của máy có thể tính toán đồng thời tức thời các điểm trung
gian để phối hợp truyền động giữa các trục bàn máy.
- Qua các nghiên cứu về đặc điểm cấu tạo của các cánh điển hình , có thể xem
xét nguyên lý tạo hình và gia công từ 1 trờng hợp đặc biệt:
+ Cánh tua bin xung kích 2 lần: Có thể phân tích bề mặt thằng các profile phẳng
đồng dạng; Mặt cánh này thuộc dạng mặt kẻ (Ruler) Có thể áp dụng đơn giản nhất
là biện pháp phay tinh trên máy 2 trục không cần qua mài .
Mặt kẻ biên dạng cánh tua bin xung kích 2 lần thực chất là mặt trụ; phơng pháp
tạo hình cơ bản: Từ profile phẳng, bề mặt đợc kéo dãn (Extrude) theo một đờng
dẫn (path) thẳng vuông góc với profile. Biên dạng bụng và lng là các spline (dạng
đơn giản của B - Spline), một cách gần đúng có thể phân tích thành các cung cong

bậc hai tơng thích với khả năng sử lý nội suy bậc hai. Đờng chuyển dao theo
phơng path của bề mặt.
Lựa chọn cách phân tích bề mặt cánh theo các lát cắt phẳng là cách thuận tiện
nhất cho các công tác lập trình bằng tay khi gia công
(3)
+ Loại cánh đơn giản trên có thể áp dụng gia công trên máy tiện, phay CNC 2
hoặc 2,5 trục; về nguyên tắc ụ phân độ số cho phép tạo chuyển dao theo đờng dần
xiên hoặc xoắn để gia công tạo hình các mặt cánh dạng hớng trục hoặc tâm trục.
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
18
Tuy nhiên với cánh hớng trục có độ võng lớn hoặc cánh tâm trục có độ xoắn lớn
còn phải xét đến khả năng hiệu chỉnh phơng trục dao. Hiệu chỉnh sai số này xuất
phát từ nguyên nhân: giữa đờng dẫn gãy khúc 3D và B - Spline 3D danh nghĩa luôn
tồn tại sai lêch với trọng số w nào đó.

- Để tạo chuyển động cắt gọt bao hình tạo bề mặt chi tiết tất yếu bán kính dụng
cụ cắt r luôn luôn 0; Quỹ tích tâm (trục) dao vì thế không đồng nhất với quỹ tích
điểm cắt; độ cong của cánh ít nhất đợc phân tích biến đổi theo 2 phơng tơng đối
với bề mặt cần gia công - Vì thế cần tham số hoá cosin chỉ phơng của trục dao,
tức: cung cấp các chuyển động quay trục dao phù hợp pháp tuyến bề mặt cần. Đáp
ứng điều kiện cần này cần thiết phải trên máy (hoặc trung tâm gia công) CNC 5
trục: bàn máy có chuyển động tịnh tiến độc lập theo các phơng X Y Z và quay độc
lập. Theo các vectơ chỉ phơng I J - Lập trình gia công với hệ thống này đòi hỏi các
trợ giúp đặc biệt vì không đơn giản định nghĩa các đờng dao theo cách offset song
song hoặc xoắn ốc thông thờng.
Tuỳ theo cấp chính xác và dạng bề mặt có thể lựa chọn gia công bao hình theo
các cách chạy dao.
+ Song song (Paralel): ví dụ cho cánh gáo xung kích 2 lần Biến thiên góc vào
và ra không quá lớn.

+ Hớng kính (Radial): ví dụ cho cánh hớng trục có độ võng mặt trớc nhỏ
+ Contour (Khép kín) cho các cánh gáo có góc vào
1
abs
2
: cánh gáo dạng
chỏm cầu.
+ Chạy dao xoắn (Spiral): Cho cánh gáo Pelton, Turgo.
Phỏng đờng dao khi gia công theo các đờng dòng hoặc các biên dạng trụ là
phơng án lý tởng nhất vì nhất quán với thiết kế hình học theo các quy tắc tính
toán thuỷ động máy cánh nhng trên thực tế gặp những khó khăn do cơ cấu kẹp
dao (Hold Tool) luôn chiếm một khoảng không gian trong miền [r , ]. Qua nghiên
cứu xây dựng mô hình các cánh bánh công tác điển hình đã đa ra vận dụng cách
phân tích truyền thống là khai triển trụ để đơn giản hoá xác định các tham số của
biên dạng.
Cách phân tích bề mặt cánh theo các lát cắt trụ cho kết quả sát thực (Với trọng
số sai lệch chấp nhận đợc) lới bề mặt. Sai lệch 3D của các điểm nội suy trung
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
19
gian có thể đợc hiệu chỉnh băng các công cụ làm trơn Cubic Smooth. Trong các
phiên bản CAD r 2000, 2002.
Phân tích biên dạng cánh theo phơng pháp cắt trụ và thực hiện trên các máy
CNC có trên 5 trục dẫn động độc lập
(4)
là biện pháp cho các kết quả gia công tinh
bề mặt cầnchính xác và hiệu quả.
Các bề mặt cánh BCT (Gồm mặt đầu, mặt lng, mặt bụng, mặt giao với vành,
mặt giao với bầu) là các phần phải gia công tạo hình; phần chuyển tiếp của các phần
bề mặt đó (thờng là các góc lợn) đợc xác định bỏi các phép nối hình (Blending)

hoặc vê tròn (Filling) để nhận đợc các mặt đa hợp; Các phép phân tích bề mặt theo
lới các đờng cong NURBS 3D theo quy tắc Loft (uv) thờng không thoả mãn
chuyển tiếp biên dạng thật và mịn; cần phải sử dụng các phần mềm nội suy mạnh có
thể nhận dạng tổng thể bề mặt theo phơng thức nội suy bậc cao từ tập hợp điểm
(Share Points ) thay cho từ tập hợp đờng (Curver).
Xây dựng mô hình số từ tập hợp điểm thờng đợc gọi là từ đám mây dữ liệu
điểm (Data Cloud Points ) là các phần mềm rất mạnh tích hợp nhiều modul: đo vẽ
sử lý và chuyển đổi dữ liệu cho gia công điều khiển số. Phân tích vật thể cánh yêu
cầu chính xác cao cần thiết phải dựa trên phơng án này kết hợp gia công trên máy
CNC 5 trục
( 5 )

Các căn cứ trên ((1 ) - (5 )) là cơ sở cho lựa chọn phơng án thiết kế chế tạo cho
mỗi loại sản phẩm cánh cụ thể và tổng loại các sản phẩm do các dự án yêu cầu. Các
tiêu chí cho đầu t trang bị và thiết kế quy trình đợc đề ra là:
+ Khả năng linh hoạt tối đa
+ Công nghệ tiền tiến
+ Tiết kiệm ngân sách.
Trong quá trình sản xuất sản phẩm cánh của cấc loại bánh công tác có một thực
tiễn xảy ra là có thể liên kết nhiều cơ sở sản xuất có công nghệ cao để thực thi các
phơng án dập đúc và gia công cơ trên máy CNC hoặc trung tâm gia công; nhng
riêng hoạt động thiết kế biên dạng và mô hình hoá cánh bánh công tác là công tác
có tính chuyên môn cao bởi các kỹ thuật viên ngành Thuỷ lợi thuỷ điện; hoàn thiện
một thiết kế cần trải nghiệm qua các bớc mô hình để hiệu chỉnh các thông số hình
học, vật liệu, cơ tính, biện pháp gia công ...
Báo cáo nghiên cứu công nghệ chế tạo cánh công tác tua bin thủy lực Đề tài KC07 04
Viện khoa học thuỷ lợi
20
Qua các phân tích trên, thấy rằng cần kết hợp công nghệ CAD\CAM\CNC với
các công nghệ đúc và dập. Thiết kế mẫu và quy trình đúc dập hiện nay đã phổ biến

các ứng dụng tiền tiến. Ngay từ khâu tạo mẫu hay khuôn ép mẫu ngời ta cũng đã
áp dụng các phơng pháp khá linh hoạt, có thể không nhất thiết đặt ra vấn đề chế tạo
chính xác trên máy CNC. Ví dụ với các mẫu cánh xếp lớp, khoang cánh hẹp ngời
ta vẫn có thể gia công đúc liền theo công nghệ mẫu chảy

- Tuy không đạt đợc
độ chính xác kích thớc và chính xác tơng quan cao nh gia công điều khiển số
nhng vẫn có thể chấp nhận đợc trong quấ trình thử nghiệm mô hình.
Kết hợp các phơng án công nghệ gia công CNC với các công nghệ đúc dập tiền
tiến để lựa chọn quy trình gia công hợp lý nhất phù hợp về năng suất chất lợng và
hạ giá thành.
Để vạch ra đề cơng cho suốt quá trình , một số tiêu chí về nội dung nghiên cứu
đã đợc định hớng bám sát các vấn đề :
Phân tích cánh
Công nghệ quét mẫu
Lựa chọn cấu hình trang bị thiết kế - chế tạo
Các phối hợp quy trình .
Chính những nghiên cứu khái lợc nhng bao quát về Gia công cơ khí trên cơ
sở Công nghệ CAD \ CAM \ CNC đã cho phép chỉ ra:



Ngời ta có thể tạo các khoang rỗng để bơm vật liệu chảy Paraphin bằng một
trong các cách :
+ Đổ muối chèn bản dơng sau đó dùng dung dịch axit đặc biệt làm đông hỗn
hợp muôí - tách bản dơng khỏi khuôn - ép paraphin - Hoà tan muối phá
khuôn-Phun kết vỏ lên mẫu Paraphin-Thiêu gốm hoá vỏ mỏng sau đó đem đúc.
+ Dùng keo silicon (keo dán kính) để tạo vỏ khuôn dẻo nhớ hình cho phép gỡ
vỏ từ các dơng bản cong vặn nh cánh của các loại cánh tâm trục cỡ nhỏ.
Các phơng pháp này không phù hợp với chế độ nhiệt khi gia công mẫu hoá

hơi nhng hiệu quả cho gia công đúc liền các loại cánh phức tạp bằng công nghệ
mẫu chảy là đáng kể vì cho phép loại trừ khả năng gây biến dạng , xô lệch khi chế
tạo rời rồi hàn