D tai nghien cu ch to mo hinh may ph

Nhiệt được cung cấp từ các vòng băng điệntrở bọc ngoài thành xylanh sẽ nấu chảy hạt nhựa, hệthống thủy lực đẩy trục trôn ốc tịnh tiến về phía trước,nhựa nóng chảy được nạp theo lượng nhấ

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Trần Thanh Quang – Lớp 09CDT2 – Khoa cơ khí GVHD: Tiến sỹ Nguyễn Danh Ngọc

Đề tài thực hiện: Thiết kế chế tạo mô hình máy ép nhựa

Nội dung đề tài:

- Tìm hiểu về công nghệ phun ép

- Tính toán thiết kế mô hình máy ép nhựa

- Kích thước mô hình 110mm x 300mm x 300mm

- Sử dụng cơ cấu cơ khí: Xylanh, vít đùn

- Sử dụng các thiết bị điện: Relay, Điện trở nhiệt, cảm biến nhiệt, LCD, Van khí nén, Bộ

chuyển nguồn, Button, …

- Bộ điều khiển: PLC SAMSUNG FARA

N70-CPL9211A, Arduino Uno R3.

Bằng cách làm nóng chảy nguyên liệu hạt nhưa, sử dụng cơ cấu xylanh – vít đùn để đưa nguyên liệu nóng chảy vào khuôn Sau quá trình làm nguội sản phẩm được tự động đẩy ra khỏi khuôn nhờ một

xylanh khác Quá trình trên được kiểm soát nhiệt độ và điểu khiển qua một Arduino và cảm biến nhiệt lên tới 400 độ C Khuôn được kẹp chặt nhờ một

xylanh để đóng và mở khuôn.

Nguyên liệu sử dụng: Nhựa PP, PE, ABS-PC, HDPE, PVC

Lời nói đầu

Theo xu hướng phát triển của công nghiệp các sản phẩm sử dụng nguyên liệu nhựa ngày càng tăng lên Nhựa chiếm đến gần 90% các sản phẩm hiện nay bao gồm: đồ dân dụng, gia dụng, đồ điện – điện tử –

công nghệ, máy móc các loại…

Nhu cầu tăng cao quá trình thực tập tốt nghiệp cho

em thấy nền công nghiệp nhựa là một ngành tiềm năng, Do đó bằng kinh nghiệm thực tập cũng như sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Danh Ngọc, em đã chọn làm và hoàn thành đồ án Hệ Thống cơ điện tử đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình máy ép nhựa”

Qua quá trình thực hiện đồ án em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Danh Ngọc đã hướng dẫ tận tình giúp em hoàn thành đồ án này.

Xin chân thành cảm ơn !

Yên Thành, ngày 1 tháng 1, năm 2018

SVTH

Trần Thanh Quang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

VỀ MÁY ÉP PHUN VÀ CÔNG NGHỆ PHUN ÉP

Hình 1.1 : Hình dáng một máy ép phun thông thường

có trục nằm ngang

b)Đơn vị phun và đơn vị đóng mở cùng nằm trên trục nằm ngang.

c)Đơn vị phun và đơn vị đóng mở cùng nằm trên trục thẳng đứng.

Máy ép phun thực hiện chu trình (không liện tục) giacông vật thể chất dẻo từ nguyên liệu dưới dạng bộthoặc hạt Nhiệt được cung cấp từ các vòng băng điệntrở bọc ngoài thành xylanh sẽ nấu chảy hạt nhựa, hệthống thủy lực đẩy trục trôn ốc tịnh tiến về phía trước,nhựa nóng chảy được nạp theo lượng nhất định vào hốckhuôn, kế đến trục trôn ốc khởi động quay chung quanhtrục của nó tạo nên áp suất thật cao ép nhựa nóngchảy áp chặt vào bề mặt hốc khuôn Hệ thống thủylực đẩy đơn vị ép phun lùi về phía sau, hệ thống thủy lựcđơn vị đóng mở kéo phần nữa khuôn di chuyển rời xakhỏi phần nữa kia và thành phẩm được tách rời khỏikhuôn.Thông thường một máy ép phun gồm có ba phầnquan trọng chủ yếu sau đây : Đơn vị đóng mở, đơn vị épphun và bệ máy với hệ thống thủy lực bên trong khởiđộng cho hai đơn vị nói trên và cuối cùng hệ thống kiểmsoát điều khiển toàn bộ các tiến trình ép phun Hệthống kiểm soát này gồm các tủ điện điều khiển vànhững chương trình phần mềm cùng với các ứng dụngcủa máy vi tính đóng vai trò cầu nối giúp cho công việccủa người điều khiển và kiểm soát hoạt động của máyép phun được dễ dàng hơn

1)Đơn vị đóng mở 2)Đơn vị ép phun 3)Bệ máy

Đơn vị đóng mở

- Nhiệm vụ : Giữ khuôn, đóng và mở khuôn, tạokháng lực giữ khuôn, hoàn tất công việc tách rời thànhphẩm ra khỏi khuôn Lực đóng được tạo ra bởi hệ thống cơlực hay thủy lực thông qua hệ thống xylanh thủy lực

- Cấu trúc và chi tiết hoạt động của đơn vị đóng mở:

Hai phần nửa của khuôn được đặt vào chính giữa hailổ khoan hướng tâm nằm đối xứng trên hai tấm giữkhuôn trên mặt có những lổ khoan đối xứng để bắt ốcgiữ khuôn Hai tấm giữ này một phần cố định, phần cònlại chuyển động được tựa trên 4 thanh hình trụ nằm ngang,hay thẳng đứng tùy theo dạng máy Lực khởi động tiếntrình đóng mở được tạo ra bởi hệ thống thuỷ lực, thôngqua một đòn bẩy có dạng khủy tay sẽ đẩy phần nửatấm lót có mang một phần nửa khuôn chuyển động tớilui ( hay lên xuống ) dọc theo 4 trục định hướng Đòn bẩykhủy chân chuyển động tạo nên tiến trình đóng mở củakhuôn Người ta phân biệt hai loại đơn vị đóng mở khácnhau : Hoạt động bằng thủy lực thông qua hệ thống cơ họcvà trực tiếp bằng hệ thống thủy lực ( xy-lanh )

Hình1.3 : a) Đơn vị đóng mở hoạt động trực tiếp bằng

thủy lực b) Hệ thống tạo thủy lực nằm bên trong bệ máy c) Tấm giữ khuôn gắn vào 4 thanh trụ dẫn hướng.

Hình 1.4 : Cấu tạo của một đơn vị đóng mở

1)Khuôn 2) Tấm lót hướng tâm 3)Tấm giữ khuôn cố định 4) Lỗ khoang hướng tâm 5)

Tấm giữ khuôn di chuyển 6) Bệ máy

- Đơn vị đóng mở của máy ép phun ngoài nhiệmvụ đóng mở còn có thêm nhiệm vụ tạo lực tác độngđóng kín hai phần nửa của khuôn lại với nhau, lực đóng kínnày không được lớn hơn 80% công suất và phải luônluôn lớn hơn áp suất bên trong hốc khuôn do trục trôn ốctạo nên

Đơn vị phun

- Cấu tạo và hoạt động : Bao gồm xy-lanh được baochung quanh bởi các vòng băng điện trở đốt nóng, trụctrôn ốc bên trong xylanh Trục trôn ốc chuyển động quaychung kéo hạt nhựa xuống từ phễu nạp nguyên liệu vàđẩy dần về phía trước, đồng thời ép nhựa nóng chảyxuyên qua kênh tiếp nối đi vào bên trong hốc khuôn.Chuyển động quay của trục trôn ốc được khởi động bởimột động cơ thủy lực hay động cơ điện Chuyển động

- Nhiệm vụ của đơn vị phun :

Vận chuyển nguyên liệu trong phễu từ trên xuống đưavào bên trong xy-lanh thông qua chuyển động quay của trụctrôn ốc

Nấu chảy nguyên liệu bên trong xy-lanh bởi nhiệt do sựcọ sát giữa nguyên liệu với trục trôn ốc và giữa nguyênliệu với nhau, nhiệt được cung cấp bởi vòng băng điệntrở đốt nóng bọc bên ngoài

Phun (Hình a): Trục trôn ốc theo chiều ngang, dọc theo

xylanh về phía đầu phun để đẩy khối nhựa nóng chảy vàohốc khuôn Với động thái này trục trôn ốc được xem nhưgiữ vai trò của một pít-tông nạp nhựa nóng chảy theomột liều lượng nhất định vào hốc khuôn

Đúc (Hình b): Chuyển động quay của trục trôn ốc bắt

đầu khởi động tạo áp suất lớn để nén chặt nhựa tronghốc khuôn ngay sau động thái cung ứng theo liều lượngnày chấm dứt

Hình 1.5 : a - Giai đoạn phun ; b - Giai đoạn đúc (ép)

1 Phễu nạp nguyên liệu 4 Trục trôn ốc

2 Xylanh 5 Khuôn đúc phun

3 Vòng băng đốt nóng 6 cuống nối nhựa nóng chảy rót đầy hốc khuôn.

Bệ máy

Có nhiệm vụ nâng giữ cố định các đơn vị đã trìnhbày ở phần trên Bộ phận điều khiển các tiến trìnhthông qua đồng hồ chuẩn định Thông qua đơn vị kiểmsoát người ta có thể kiểm soát được sự lệ thuộc của ápsuất với tiến trình phun-nén và tiến trình cung theo liềulượng

Nhiệt độ của xy-lanh cũng được điều chỉnh thông qua

1.1.2.1 Đơn vị phun (đã trình bày ở trên)

1.1.2.2 Phễu nạp liệu

Đây là bồn chứa nguyên liệu dưới dạng bột nhựahay hạt nhựa đã được sấy khô trước đó (ví dụ PC, PMMA,ABS) Trong nhiều trường hợp bồn chứa được làm nóng bởicác mạch điện trở bên trong để sấy khô hạt nhựa trướckhi được đưa vào bên trong xylanh Đối với nhựa đàn hồivà BMC bồn chứa được trang bị thêm một chốt chận đểkiểm soát lượng nguyên liệu đưoơc nạp vào

Thông thường bồn chứa phải có cửa sổ để nhânviên có thể kiểm soát được mức lượng nguyên liệu nhựabên trong

1.1.2.3 Trục trôn ốc

Trục trôn ốc có nhiệm vụ kéo nguyên liệu từ phễuchứa vào trong xylanh để nấu chảy Khi gia công nhựanhiệt dẻo người ta thường xử dụng trục trôn ốc có 3vùng : Vùng kéo, vùng nén và vùng ép -phun

Các trục trôn ốc đời mới thường có chiều dài 20 D (

20 lần đường kính D ) Kích thước của chiều dài dựa trênđòi hỏi của hiệu suất, sự chảy lỏng của nhựa nhão vàđiều kiện co

sát giữa các hạt nhựa và hạt nhựa với bề mặt trụctrôn ốc Tất cả các loại nhựa nhiệt dẻo, ngoại trừ PVC-U,đều có thể được xử dụng trục trôn ốc phổ thông để giacông với máy đúc-phun Đối với các loại trục trôn ốcdài hơn kích thước nói trên (20 D) sẽ có tác dụng nguy hạiphá hỏng nguyên liệu vì thời gian nấu chảy và cọ sátquá lâu Trong một vài trường hợp trục trôn ốc có thiếtkế thêm phần trộn cũng được ứng dụng ví dụ như trongtrường hợp tiến trình nấu chảy và trộn màu song song vớinhau Ứng dụng này thường gặp với gia công nhựa PE, PP,PVC vv…Ngoài ra trục trôn ốc thoát hơi cũng được xử dụngđối với các

loại nhựa có chứa nhiều hơi nước, không cần thông quakhâu sấy khô trước khi gia công như PMMA, PC, PA So sánhcho thấy công suất tiến trình nấu chảy tăng lên từ 15%đến 50% đối với trục trôn ốc thông thường Đối với nhựaPVA-U trục trôn ốc được thay thế nhiều đoạn có kích thướcchiều xâu rãnh khác nhau và gờ vòng xoắn sẽ kéo dàiđến mũi trục trôn ốc Ngoài ra đối với nhựa PVC-U người

ta không cần ứng dụng trục trôn ốc có bộ phận chậndòng nhựa lỏng chảy ngược

Hình 1.6: Hình thể tổng quát của một

trục trôn ốc thông thường

1 Mũi trục trôn ốc 2 Bộ phận

chận giòng chảy ngược

3 Lõi trục trôn ốc 4 Gờ vòng xoắn 5 Chuôi trục

1.1.2.4 Xylanh và vòng băng đốt trong

Xy-lanh là một ống thép với kích thưóc thànhống rất dầy bên ngoài được bao bọc bởi các vòng băngđiện trở đốt nóng Xylanh hai lớp vỏ được ứng dụng đốivới nhựa cứng, giữa hai lớp vỏ này là dầu

Nhiệt độ của vòng băng nằm trong các vùng sẽ đạtđược cố định thông qua dụng cụ điều chỉnh

1.1.2.5 Bộ phận ngăn chặn dòng chảy ngược củanhựa lỏng

Trong giai đoạn ép, trục trôn ốc quay chung quanh trục tạoáp suất rất lớn để ép nhựa vào hốc khuôn, sức épnày sẽ tạo ra phản lực đẩy nhựa lỏng lùi về phía sau, đểngăn không cho hiện tượng này xảy ra người ta thiết kếthêm vào đầu trục trôn ốc một bộ phận chận dòngchảy ngược Bộ phận này luôn luôn được ứng dụng chotrục trôn ốc trong máy ép-phun.

1.1.2.6 Đầu phun

Đầu phun được xem như bộ phận tiếp nối giữa phần đầucủa xylanh và khuôn Đầu phun được nối vào xylanh thôngqua đĩa nối có ren vít hay thông qua nắp đậy Kênh dẫnnhựa nóng chảy bên trong đầu phun phải được thiết kếthích hợp với dòng chảy và mặt tiếp giáp giữa đầu phunvới ống lót kênh nối của khuôn phải thật kín để tránhtrường hợp nhựa lỏng chảy thoát ra ngoài Một chi tiếtthiết kế cần lưu ý, đường bán kính của đầu phun luônluôn nhỏ hơn bán kính của ống lót kênh nối và đườngkính kênh dẫn bên trong đầu phun phải nhỏ hơn đường kínhkênh dẫn bên trong ống lót kênh nối

Các dạng đầu phun thường thay đổi tùy theo khối lượngnhựa lỏng nạp vào khuôn Người ta phân biệt ra hai dạngchính: Đầu phun mở và đầu phun đóng Đầu khuôn mởđược ứng dụng đối với lượng nhựa có độ dai (nhờn) quálớn nên chúng không thể chảy thoát ra bên ngoài tronggiai đoạn nạp nhựa vào khuôn Ngooài ra đối với các loạinhựa như PVC hay POM phải được ứng dụng với đầu phunmở để giúp cho khí nên trong thoát ra được dể dàng Đầuphun đóng thường được ứng dụng đối với các loại nhựacó độ dai thấp khi được nấu chảy lỏng có thể chảy rabên ngoài (trong giai đoạn cuối tách rời thành phẫm, đơn

vị ép-phun lùi về phía sau) Trong trường hợp này kim đónggiữ nhiệm vụ đóng mở miệng đầu phun thông qua tácđộng nén và dãn của lò-xo Khi đầu phun ép vào ốnglót, đĩa chận ép lò-xo lại, kim mở ra Trong giai đoạn ép-phun, áp suất của nhựa lỏng bên trong xy-lanh ép chốtđóng kín miệng đầu phun Ngoài ra cơ phận chận cũngđược ứng dụng để đóng mở đầu phun Khi đơn vị phun tiếnvề phía trước, ép đầu phun vào ống lót , đầu phun bị nénlại về phía sau, thanh chận ở vị trí mở Khi đơn vị phun lùilại về phía sau, lò-xo dãn ra đẩy đầu phun về phía trước, cơphận chận ở vị trí đóng

Hình 1.8 : Trục trôn ốc với van chặn dòng chảy ngược

1 Khuôn 2 Đầu phun 3 Van chặn dòng chảy ngược 4 Trục trôn ốc

5 Xylanh 6 Mũi trục trôn ốc 7 Đầu xylanh 8 Ống lót cuốn nối

1.1.2.7 Khuôn ép phun

Khuôn là dụng cụ để định hình một sản phẩm nhựa,nó được thiết kế chế tạo sao cho có thể được sử dụngcho một số lượng chu trình yêu cầu sản xuất, kích thướcvà kết cấu của khuôn phụ thuộc vào kích thước và hìnhdạng của sản phẩm, tùy theo số lượng sản phẩm, yêucầu chất lượng sản phẩm cần sản xuất mà người tathiết kế khuôn cho nhiều sản phẩm trên một khuôn, độchính xác khuôn cao, khuôn làm việc thủ công, bán tựđộng hoặc tự động Những yêu cầu trên ảnh hưởng đếngiá thành sản phẩm.

Cấu tạo chung của bộ khuôn trên máy ép phun gồmcó 2 phần : khuôn cố định và khuôn di động Có 3 dạngkhuôn trên máy ép phun đang sử dụng trong nhà máy là :khuôn hai tấm (khuôn két bia, két nước ngọt, khuôn nắpthùng sơn, decap ), khuôn ba tấm (khuôn thân acquy, nắpacquy, khuôn nắp bảo vệ thực vật .) và khuôn nhiềutầng

Hình 1.9: Khuôn đúc sản phẩm

Nhiệm vụ chủ yếu của khuôn ép - phun bao gồm :

Hướng dẫn dòng chảy nhựa lỏng

Tạo dáng khối nhựa

Làm nguội vật thể ép - phun

Giới thiệu về công nghệ ép phun

Phương pháp gia công sản phẩm nhựa trên máy ép

phun là công nghệ phun nhựa nóng chảy đựơc định lượngchính xác vào trong lòng một khuôn đóng kín (thường làmnguội bằng nước) với áp lực cao và tốc độ nhanh, saumột thời gian ngắn sản phẩm được định hình, sản phẩmđược lấy ra ngoài Ta lại tiếp tục cho một chu kỳ tiếp theocho sản phẩm thứ hai, thời gian từ lúc đóng khuôn, phunnhựa, thời gian định hình sản phẩm , lấy sản phẩm ra khỏikhuôn, đóng khuôn gọi là một chu kỳ của một lần épkhuôn

Các nguyên liệu thông thường gia công trên máy épphun

Các nguyên liệu thường dùng ép phun như HDPE, PP,ABS, PA, LDPE, LLDPE, SANTOREN

Các chỉ số kỹ thuật của nguyên liệu máy ép phun :

-Chỉ số chảy : Trong quá trình gia công nhựa dẻo ta phảibiết chỉ số chảy của loại nhựa đó để lựa chọn Chỉ sốchảy càng lớn tỉ trọng phân tử càng thấp, dễ gia côngdưới điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thấp và ngượclại Chỉ số chảy của sản phẩm ép phun từ 4-60g/phút.-Tỷ trọng : Tỷ trọng thể hiện một phần tính chất củanguyên liệu nhựa Tỷ trọng tăng thì độ dãn dài, độ cứng,lực va đập, lực kéo đứt và độ chịu hóa chất thườngtăng Tỷ trọng giảm thì ngược lại

-Các thông số kỹ thuật khác : nhiệt độ sấy, thời giansấy, nhiệt độ gia công

Cơ chế vận hành

Phương pháp đúc phun hoạt động với tiến trình khôngliên tục để sản suất ra vật thể chất dẻo Nguyên liệuđược nấu chảy trong xy-lanh bởi các vòng băng điện trởbọc chung quanh và bởi lực ma sát của thành trục trôn ốctrong lúc quay chung quanh trục của chính nó Sau đó nhựanóng chảy được trục trôn ốc đẩy vào bên trong hốckhuôn với áp suất thật cao Trong khi rót đầy khỏangtrống trong hốc khuôn nhựa nóng chảy cũng dược làmnguội và đông cứng dần theo một tiến trình thời gian làmnguội được xác định để cuối cùng biến thành sản phẩmvà được dẩy rời khỏi khuôn Những giai đọan của tiếntrình trong phương pháp đúc phun (đơn vị đóng và đơn vịphun) được diễn tả trong biểu đồ chu trình đúc phun bêndưới;

Hình 1.10: Biểu đồ diễn tả các giai đoạn của tiến trình đúc phun

Giai đoạn nạp nguyên liệu

Sự chế tạo ra vật thể (thành phẩm) khởi đầu với giaiđoạn nạp nguyên liệu Hình dáng to hay nhỏ của vật thểxác định bởi thể tích khối lượng nhựa nạp vào Trục trônốc quay chung quanh trục của chính nó, các vòng xoắnquay theo kéo nguyên liệu từ trên phễu vào bên trongxylanh và cũng chính trục trôn ốc đẩy dần nguyên liệu raphía trước Sự chuyển động thụt lùi của trục trôn ốc tạo

ra lực dồn nén tác động trực tiếp vào hiện tượng chảylỏng của khối nguyên liệu Trục trôn ốc sẽ ngừng quay khithể tích khối nguyên liệu đạt đến lượng cần thiết nơivùng đầu mũi của nó Khoảng cách nạp nguyên liệu dàinhất của trục trôn ốc không được lớn hơn 4D (4 lầnlớnhơn bán kính của trục trôn ốc) Nếu khoảng cách nàylớn hơn 4D sẽ xảy ra hiện tượng sai phạm trong quá trình giacông thí dụ : Hiện tượng bọt khí nổi trên bề mặt củathành phẩm Nguyên nhân do trong lúc nạp nguyên liệukhông khí cũng được kéo theo vào bên trong cùng vớinguyên liệu Mặt khác khoảng cách nạp nguyên liệucũng không được nhỏ hơn 1D để kéo dài thời gian khôngđược xử dụng của khối nguyên liệu Nếu thời gian nàyquá dài nhựa lỏng sẽ bị đốt cháy bên trong xylanh, tạo ra

nhiều gợn đen trên bề mặt của thành phẩm

Hình 1.11: Khoảng cách nạp liệu được sử dụng

Giai đoạn phun

Đơn vị phun chuyển động về phía trước cho đến khi đầuphun áp sát vào miệng ống cuốn nối phía sau của khuôn.Trục trôn ốc lúc này đóng vai trò như một pít-tông ,

chuyển động tịnh tiến về phía trước tạo nên áp suất

phun đẩy lượng nhựa nóng chảy đi qua cuốn nối vào bên

trong hốc khuôn Sau đó áp suất sau khi phun được khởi

động để dung hoà hiện tượng co rút của sản phẩm, thờigian này này kéo dài cho đến khi lượng nhựa lỏng nơi điểm

Hình 1.12 : Vị trị trục trôn ốc trong giai đoạn phun và giai

đoạn áp suất sau khi phun.

Giai đoạn làm nguội

Ngay sau khi áp suất sau khi phun chấm dứt giai đoạn làmnguội được bắt đầu Trong suốt thời gian vật thể được làmnguội bên tong hốc khuôn, trục trôn ốc chuyển động quayvà tịnh tiến về phía sau trở lại vị trí lúc khởi đầu, sựchuyển động này tạo ra lực đẩy lượng nhựa lỏng cần thiết

ra phía trước để khởi đầu lại chu trình của gia đoạn phun.Sau khi lượng nhựa lấp đầy khoảng trống giữa đầu trụctrôn ốc và đầu phun, đơn vị phun sẽ chuyển động về phíasau, đầu phun cách rời xa khỏi miệng cuốn nối

Giai đoạn tách rời sản phẩm

Ngay sau khi giai đoạn làm nguội chấm dứt, khuôn mở rathành phẩm được tách rời khỏi khuôn bởi hệ thống đinhdẩy Sau đó khuôn đóng lại, đơn vị phun bắt đầu chuyểnđộng về phía trước đưa đầu phun áp sát vào miệng cuốnnối của khuôn và chu kỳ phun khởi đầu lại từ đầu