Thiết kế máy ép nhựa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN MÔN HỌC Môn Đồ án môn Tự động hóa thiết bị điện Giáo viên hướng dẫn Cô Phạm Thị Hương Sen Lớp D13TĐHĐKTBCN2 Sinh viên thực hiện Nhóm 3 Đặng Văn Đạt 18810430179 HÀ NỘI 062022 Mục Lục Contents Lời Mở Đầu CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP NHỰA 1 1 1 Giới thiệu công nghệ ép phun 1 1 1 1 Công nghệ ép phun 1 1 1 2 Khả năng công nghệ 2 1 1 3 Phân loại máy ép phun 2 1 2 Cấu tạo của máy ép phun nhựa 2 1 2 1 Hệ thống hỗ trợ ép phun 3 1 2 2 Hệ thống.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Môn: Đồ án môn Tự động hóa thiết bị điện

Giáo viên hướng dẫn: Cô Phạm Thị Hương Sen

Lớp: D13TĐH&ĐKTBCN2

Sinh viên thực hiện: Nhóm 3

Đặng Văn Đạt-18810430179

HÀ NỘI 06/2022

Mục Lục

Contents

Lời Mở Đầu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP NHỰA 1

1.1 Giới thiệu công nghệ ép phun 1

1.1.1 Công nghệ ép phun 1

1.1.2 Khả năng công nghệ 2

1.1.3 Phân loại máy ép phun 2

1.2 Cấu tạo của máy ép phun nhựa 2

1.2.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun 3

1.2.2 Hệ thống phun 4

1.2.3 Hệ thống kẹp 6

1.2.4 Hệ thống khuôn 7

1.2.5 Hệ thống điều khiển 8

1.3: Quy trình công nghệ 9

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP PHUN 12

2.1 Tính toán, thiết kế xi lanh 12

2.2 Tính toán dây dẫn 15

2.3 Tính chọn van: 18

2.4 Tính toán chọn bơm dầu và động cơ điện 20

2.5 Tính toán chọn các thiết bị phụ 22

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÁY ÉP NHỰA 23

3.1 Sơ đồ mạch thủy lực 23

3.2 Sơ đồ mạch điều khiển 24

Kết Luận 25

Tài Liệu Tham Khảo 26

Danh Mục Hình Vẽ

Hình 1 1: Máy ép nhựa 2

Hình 1 2: Cấu tạo của hệ thống máy ép phun nhựa 3

Hình 1 3: Hệ thống hỗ trợ ép phun 3

Hình 1 4: Hệ thống phun của máy ép phun nhựa 4

Hình 1 5: Vòng gia nhiệt 5

Hình 1 6: Trục Vít 5

Hình 1 7: Van hồi tự mở 6

Hình 1 8: Hệ thống kẹp máy ép phun 6

Hình 1 9: Hệ thống khuôn 8

Hình 1 10: Chu trình sản xuất một sản phẩm trên máy ép phun 9

Hình 1 11: Sơ đồ diễn tả các giai đoạn của quá trình ép phun 11

Hình 2 1: Xilanh máy ép phun nhựa 13

Hình 2 2: Cấu tạo van phân phối 3/4 18

Hình 2 3: Van tiết lưu 19

Hình 2 4: Van giảm áp 20

Hình 3 1: Sơ đồ mạch thủy lưc 23

Hình 3 2: Sơ đồ mạch điều khiển 24

Lời Mở Đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, các ngành công nghiệp

kỹ thuật đóng vai trò hết sức quan trọng, trong đó ngành công nghiệp vật liệu chất dẻo làmột trong những ngành giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Ngày nay, trênthế giới cũng như ở Việt Nam, nhu cầu các sản phẩm chất dẻo trong kỹ thuật cũng nhưtrong dân dụng ngày càng gia tăng Tính chất chung của chất dẻo là nhẹ, bền, đẹp, dễ giacông, tạo được nhiều mẫu mã đa dạng hơn, giá thành rẻ hơn các vật liệu khác có cùngcông dụng, cho nên nó có tính chất thay thế một số vật liệu truyền thống như gỗ, thép Giá trị sử dụng của loại sản phẩm này đã xâm nhập vào mọi lĩnh vực của nền kinh tế vàtrong dân dụng, nhu cầu và chất lượng của sản phẩm cũng như ứng dụng của nó ngàycàng tăng Hiện nay, vấn đề chất lượng và đưa ra ứng dụng của loại vật liệu này một cáchrộng rãi trong nền công nghiệp và dân dụng là vấn đề quan trọng và cần thiết Ở nước ta,ngành công nghiệp sản xuất và gia công vật liệu chất dẻo bắt đầu phát triển Trong tươnglai ngành công nghiệp chất dẻo có xu hướng ngày càng phát triển Nếu có chiến lược pháttriển lâu dài thì ngành công nghiệp chất dẻo của nước ta sẽ có rất nhiều triển vọng

Để góp phần nhỏ bé của mình vào cuộc phát triển của ngành công nghiệp chất dẻocủa Việt Nam nhóm chúng em đã được cô Phạm Thị Hương Sen giao cho đề tài :” Thiết

kế máy ép nhựa”

Để hoàn thành quá trình tìm hiểu và hoàn thiện bài tiểu luận này, chúng em xin

chân thành cảm ơn sâu sắc đến Cô Phạm Thị Hương Sen khoa ĐK&TĐH, Trường Đại

học Điện Lực đã hướng dẫn nhóm em trong suốt quá trình tìm hiểu để chúng em hoànthiện bài đồ án này.Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thiết kế và tính toán emkhông tránh khởi những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế nên em rất mong

có sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy để em có thể cũng cố và hoàn thiện kiến thức củamình khi bước vào thực tế sản xuất trong tương lai

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP NHỰA

1.1.1 Công nghệ ép phun

Máy ép phun (injection molding machine) hay còn gọi là máy ép keo, máy ép nhựabao gồm hai khối chính: Clamp Unit- Khối kềm, tạo ra lực kềm giữ cho khuôn Injectionunit- Khối phun, tạo áp suất và nhiệt độ cho nhựa chảy lỏng vào trong khuôn.Tạo ra nhựađược chảy lỏng ở nhiệt độ nhất định và áp suất cao, sau đó được định hình bởi khuôn vàlàm lạnh Sau khi kết thúc quá trình làm lạnh sản phẩm sẽ được đưa ra ngoài Máy dùng

để tạo ra các sản phẩm nhựa

Máy ép phun có thể tạo ra những sản phẩm có thể tích lớn với tốc độ cao Công laođộng đòi hỏi thấp và quá trình được tự động hóa Sản phẩm ép phun có tính cơ học dẻohoặc các bề mặt mang tính thẩm mỹ Sản phẩm có bề mặt khác nhau và có màu sắc đều

có thể sử dụng phương pháp này Các sản phẩm giống nhau có thể được đúc bởi cácnguyên liệu khác nhau trên cùng một thiết bị Phương pháp này có sai số rất nhỏ

Các quy trình cho phép sản xuất ra sản phẩm có chi tiết rất nhỏ, mà hầu hết khôngthể chế tạo bằng phương pháp khác Lượng phế phẩm rất nhỏ tại các đường rãnh, cổngphun và sản phẩm bị loại bỏ có thể sử dụng lại Công nghệ mang tính tiết kiệm chi phínguyên liệu, bởi vì nó có thể đưa các loại nguyên liệu nhựa rẻ tiền hơn như nguyên liệutái chế, các phế phẩm có thể sử dụng lại ngay lập tức bằng máy nghiền và máy đúc lại Vìnăng lượng tiêu tốn thấp nên quá trình này là quá trình kinh tế nhất để chế tạo ra nhiềudạng sản phẩm

Một cách đơn giản nhất, công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điềnđầy lòng khuôn Một khi nhựa được làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thìkhuôn được mở ra và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy Trong quátrình này không có bất kỳ một quản ứng hóa học nào

Hình 1 1:Máy ép nhựa

1.1.2 Khả năng công nghệ

 Tạo ra những sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý

 Trên cùng một sản phẩm hình dáng giữa mặt trong và mặt ngoài có thể khác nhau

 Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp lại cao

 Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc rất phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt caonên không cần gia công lại

 Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc

1.1.3 Phân loại máy ép phun

a) Phân loại máy ép phun theo kết cấu

 Theo lực đóng khuôn: 50  10000 tấn

 Theo khả năng một lần phun tối đa

 Theo kiểu cơ cấu cấu tạo phun

 Theo kiểu trục vít

 Theo kiểu bố trí bộ phận phun

b) Phân loại máy ép phun theo quá trình phát triển

 Máy ép phun piston

 Máy ép phun có trục dẻo hóa sơ bộ

 Máy ép phun trục vis

Máy ép phun gồm các bộ phận cơ bản sau đây:

Là bộ phận có nhiệm vụ: Giữ khuôn, đóng và mở khuôn, tạo kháng lực giữ khuôn, hoàn tất công việc tách rời thành phẩm ra khỏi khuôn Lực đóng được tạo ra bở hệ thống cơ lựchay thủy lực thông qua hệ thống xylanh thủy lực

Hình 1 3: Hệ thống hỗ trợ ép phun

- Thân máy (Frame)

- Hệ thống thủy lực (Hydraulic system)

- Hệ thống điện (ELectrical system)

- Hệ thống làm nguội (Cooling system)

a Thân máy là hệ thống liên kết và giữ các hệ thống và bộ phận máy lại với nhau làm chomáy hoạt hoạt động ổn định và chắc chắn

b Hệ thống thủy lực: Cung cấp lực để đóng và mở khuôn tạo ra và duy trì lực kẹp làmcho trục vít quay và chuyển động tới lui tạo lực cho chốt đẩy và sự trượt của lõi mặt bên

Hệ thống này bao gồm: bơm, van, motor, đường ống đẫn và thùng chứa dầu v

c Hệ thống điện: Cung cấp điện cho Motor điện và hệ thống điều khiển nhiệt cho khoangchứa nhựa thông qua các vòng nhiệt (heater band) đảm bảo toàn hệ thống hoạt động ổnđịnh thông qua hệ thống dây dẫn và tủ điều khiển (Electric power cabinet)

d Hệ thống làm nguội cung cấp nước hoặc dung dịch ethyleneglycol để làm nguội khuôn,dầu thủy lực và ngăn không cho nhựa thô ở cuống phễu bị nóng chảy, vì khi nhựa bị nóngchảy thì phần nhựa thô phía trên khó chạy vào khoang chứa nhựa Nhiệt trao đổi cho dầuthủy lực vào khoảng 90-120 độ F bộ điều khiển nhiệt nước (water temperature controller)cung cấp 1 lượng nhiệt, áp suất, dòng chảy thích hợp để làm nguội nhựa nóng trongkhuôn

1.2.2 Hệ thống phun

 Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy nhựa, phun nhựa lỏng vào khuôn và định hình sản phẩm Hệ thống này có các bộ phận sau:

 Phễu cấp nhựa (Hopper)

 Khoang chứa nhựa (Barrel)

 Các vòng gia nhiệt (Heater band)

 Trục vít (Screw)

 Bộ hồi tự hở (non-return Assembly)

 Vòi phun (Nozzle)

Hình 1 4: Hệ thống phun của máy ép phun nhựa

Các bộ phận chi tiết của hệ thống phun:

a) Phễu cấp liệu (Hopper): Chứa vật liệu dạng viên để cấp cho khoang trộn

b) Khoang chứa liệu ( Barrel ): Là ống bao quanh trục vis, xung quanh được bao bởicác băng điện trở ( Heater band ) chia thành các vùng điều khiển riêng tương ứng

với các vùng trên trục vis Khoang trộn được gia nhiệt giờ các băng cấp nhiệt.Nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệu Nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệucung cấp từ 20% đến 30% nhiệt độ cần thiết để làm chảy lỏng vật liệu nhựa.

c) Các vòng gia nhiệt ( heater band ): Giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu để nhựabên trong luôn ở trạng thái dẻo

Hình 1 5: Vòng gia nhiệtd) Trục vít ( screw ): Có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa chảydẻo vào lòng khuôn Trục vít có cấu tạo gồm 3 vùng: vùng cấp nhựa, vùng nén vàvùng định lượng

 Nằm trong nòng

 Là bộ phận nạp liệu, hóa dẻo và đẩy nguyên vật liệu trong nòng vào khuôn

 Có khả năng trộn nóng chảy tốt, tự làm sạch nhanh

 Có nhiều loại thiết kế khác nhau tùy vào loại nguyên liệu

Hình 1 6: Trục Vít

e) Bộ tự hồi hay van hồi tự mở: Bộ phận này gồm vòng chắn hình nêm, đầu trục vít

và seat Chức năng tạo ra dòng nhựa bắn vào khuôn

Hình 1 7: Van hồi tự mở

Khi trục vít lùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển về hướng vòi phun và cho phépnhựa chảy về phía trước đầu trục vít, còn khi trục vít di chuyển về phía trước thìngược lại

1.2.3 Hệ thống kẹp

Hệ thống kẹp có chức năng đóng mở khuôn, tạo lực giữ khuôn trong quá trình làm nguội

và đẩy sản phẩm thoát khỏi khuôn khi kết thúc một chu kì ép phun

Hình 1 8: Hệ thống kẹp máy ép phun

Hệ thống bao gồm:

 Cụm đẩy của máy ( Machine ejectors ): Gồm xy lanh thủy lực, tấm đẩy vầ cần đẩy.Chúng nó có chức năng tạo ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn để đẩy sảnphẩm ra khỏi khuôn

 Cụm kìm ( Clamp cylinder ): Thường có 2 loại chính là loại dùng cơ cấu khuỷu vàloại dung các xylanh thủy lực Hệ thống này có chức năng cung cấp lực để đóng

mở khuôn và lực để giữ khuôn ( kìm khuôn ) đóng trong quá trình phun

 Tấm di động ( Movable platen ): Là một tấm thép lớn với bề mặt có nhiều lỗ thôngvới tấm di động của khuôn Chính nhờ các lỗ thông này mà cần đẩy có thể tácđộng lực vào tấm đẩy trên khuôn Ngoài ra trên tấm di động còn có các lỗ ren đểkẹp tấm di động của khuôn Tấm này di chuyển tới lui dọc theo 4 thanh nối trongquá trình ép phun

 Tấm cố định ( Station planten ): Cũng là 1 tấm thép lớn có nhiều lỗ thông với tấm

cố định của khuôn Ngoài 4 lỗ dẫn hướng và các lỗ có ren để kẹp tấm cố định củakhuôn tương tự như tấm di động, tấm cố định còn có thể lỗ vòng định vị để định vịtấm cố định của khuôn và đảm bảo sự thẳng hàng giữa cần đẩy và cụm phun ( vòiphun và bạc cuống phun )

 Trục dẫn hướng ( Tie bars ): Có khả năng co giãn để chống lại áp suất phun khikìm tạo lực Ngoài ra chúng còn có tác dụng dẫn hướng cho tấm di động

1.2.4 Hệ thống khuôn

Sau quá trình nhựa hóa, nhựa nóng chảy được phun vào khuôn, lực ép khuôn phải đủ lớn

để đóng khuôn tới khi nào nhựa nguội và đóng rắn sau đó khuôn được mở để lấy sảnphẩm

Cấu tạo bao gồm:

 Hai thớt cố định và 1 thớt di động để mở khuôn

 Trục dẫn hướng 4 trục hình trụ song song

 Xilanh khóa khuôn: Tạo lực đóng mở khuôn

 Xi lanh thủy lực để đùn sản phẩm ra

 Bộ phận điều chỉnh bề dày khuôn: Dẫn động bằng motor điện hoặc thủy lực

 Cửa an toàn cửa trước và cửa sau

Hình 1 9: Hệ thống khuôn

1.2.5 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển giúp người vận hành máy theo dõi và điều chỉnh các thông sốgia công như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, vận tốc và trị trí của trục vít, vị trí của các bộphận trong hệ thống thủy lực Quá trình điều khiển có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượngsau cùng của sản phẩm và hiệu quả kinh tế của quá trình Hệ thống điều khiển giao tiếpvới người vận hành máy qua nút điều khiển và màn hình máy tính

Bên trong hệ thống điều khiển là 1 bộ vi xử lí các role, công tắc hành trình, các bộphận điều khiển nhiệt đọ, áp suất, thời gian

Bảng điều khiển: Gồm các công tắc và nút nhấn dùng để vận hành máy Một bảngđiều khiển điển hình gồm có nút nhấn điều khiển bơm thủy lực, nút nhấn tắt nguồn điệnhay dừng khẩn cấp và các công tắc điều khiển bằng tay

Màn hình máy tính: cho phép nhập các thông số gia công trình bày các dữ liệu củaquá trình máy ép phun, cũng như các tín hiệu báo động và các thông điệp.

1.3: Quy trình công nghệ

Phương pháp đúc phun hoạt động với tiến trình không liên tục để sản xuất ra vật thể dẻo.Nguyên liệu được nấu chảy trong xy – lanh bởi các vòng băng điện trở bọc xung quanh vàbởi lực ma sát của thành trục trôn ốc trong lúc quay xung quanh trục của chính nó Sau đónhựa nóng chảy được trục trôn ốc đẩy vào bên trong hốc khuôn với áp suất cao Trong khirót đầy khoảng trống trong hốc khuôn nhựa nóng chảy cũng được làm nguội và đôngcứng dần theo một tiến trình thời gian làm nguội được xác định để cuối cùng biến thànhsản phẩm và được đẩy rời khỏi khuôn Nhưng gia đoạn của tiến trình trong phương phápđúc phun được diễn tả trong biểu đồ chu trình đúc phun bên dưới

Hình 1 10: Chu trình sản xuất một sản phẩm trên máy ép phun

a Giai đoạn đóng mở khuôn

Hệ thống khuôn được đóng mở bằng hệ thống khuỷu dẫn động bởi một xylanh thuỷ lực,khuôn được đóng vào và duy trì áp suất ép khuôn ở một lực nhất định đã được tính toán.Khi khuôn ép đến cuối hành trình thì hệ thống khuỷu theo tính toán được đưa đến vị tríkhoá, lực ép được duy trì bởi hệ thống này, vì thế áp suất dầu cấp cho xylanh không cầnduy trì trong thời gian dài.

Cơ cấu chấp hành: 1 xylanh thủy lực

b Giai đoạn phun

Đơn vị phun chuyển động về phía trước cho đến khi đầu phun áp sát vào miệng ống cuốnnối phía sau của khuôn Trục trôn ốc lúc này đóng vai trò như một piston, chuyển độngtịnh tiến về phía trước tạo nên áp suất phun đẩy lượng nhựa nóng chảy đi qua cuống nốivào bên trong hốc khuôn Sau đó áp suất sau khi phun được khởi động để dung hòa hiệntượng co rút của sản phẩm, thời gian này kéo dài cho đến khi lượng nhựa lỏng nơi điểmnối ( giữa kênh phân nhánh và mặt tiếp giáp của vật thể ) đông cứng

Với giai đoạn này, lực ép nhựa cần lớn và duy trì trong thời gian nhất định đến khi quátrình làm nguội kết thúc, snr phẩm đã được định hình, vì vậy ta dùng 2 xylanh bằng nhaulàm cơ cấu chấp hành, nhằm giảm đường kính xy lanh, góp phần cân bằng, dẫn hướng tốtcho cơ cấu khi tiến hành quá trình nạp liệu

c Giai đoạn làm nguội

Ngay sau khi áp suất sau khi phun chấm dứt giai đoạn làm nguội được bắt đầu Trong suốtthời gian vật thể được làm nguội bên trong hốc khuôn, trục trôn ốc chuyển động quay vàtịnh tiến về phía sau trở lại vị trí lúc khởi đầu, sự chuyển động này tạo ra lực đẩy lượngnhựa lỏng cần thiết ra phía trước để khởi đầu lại chu trình của giai đoạn phun Sau khilượng nhựa lấp đầy khoảng trống giữa đầu trục trôn ốc và đầu phun, đơn vị phun sẽchuyển động về phía sau, đầu phun cách rời xa nhau khỏi miệng cuống nối

Trong giai đoạn này, người ta sử dụng cơ cấu chấp hành là một xylanh đẩy cụm phun, gọi

là xylanh tiến lùi cụm

d Giai đoạn nạp nguyên liệu

Trục trôn ốc quay xung quanh trục của chính nó, các vòng xắn quay theo kéo nguyên liệu

từ trên phễu vào bên trong xylanh và cũng chính trục trôn ốc đẩy dần nguyên liệu ra phíatrước Sự chuyển động thụt lùi của trục trôn ốc tạo ra lực dồn nén tác động trực tiếp vàohiện tượng chảy lỏng của khối nguyên liệu Trục trôn ốc sẽ ngừng quay khi thể tích khốinguyên liệu đạt đến lượng cần thiết nơi vùng đầu mũi của nó

e Giai đoạn tách rời sản phẩm

Sau khi giai đoạn làm nguội chấm dứt, khuôn mở ra thành phẩm được tách rời khỏi khuônbởi hệ thống đinh đẩy Sau đó khuôn đóng lại, đơn vị phun bắt đầu chuyển động về phíatrước đưa đầu phun áp sát vào miệng cuống nối của khuôn và chu kì phun khởi động lại