Thiết kế và gia công máy bơm keo pvc tự động khoa đào tạo chất lượng cao ngành công nghệ kỹ thuật cơ điện tử

Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không được phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20… Giảng viên hướng dẫn Ký, ghi rõ họ tên tối đa Điểm đạt được Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nộ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

S K L 0 0 8 1 0 7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

ĐÀO VĂN KHANG LÂM NGUYỄN THÀNH NHÂN NGUYỄN MINH QUANG

GVHD: TS BÙI HÀ ĐỨC SVTH:

THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG MÁY BƠM KEO PVC

TỰ ĐỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS Bùi Hà Đức

Sinh viên thực hiện: Đào Văn Khang MSSV: 17146130 Điện thoại: 0934032904 Lâm Nguyễn Thành Nhân MSSV: 17146161 Điện thoại: 0928814542 Nguyễn Minh Quang MSSV: 17146177 Điện thoại: 0369595120

1 Tên đề tài:

THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG MÁY BƠM KEO PVC TỰ ĐỘNG

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Mô hình khung máy 600x400x300mm

3 Nội dung chính của đồ án:

- Thiết kế và gia công khung máy

- Gia công 3 cụm bơm ứng dụng xy lanh

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt 

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên MSSV: Hội đồng:

Họ và tên sinh viên MSSV: Hội đồng:

Họ và tên sinh viên MSSV: Hội đồng:

Tên đề tài:

Ngành đào tạo:

Họ và tên GV hướng dẫn:

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Bộ môn ………

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

4 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng năm 20…

Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên)

tối đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa

học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy

trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Bộ môn ………

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ và tên sinh viên MSSV: Hội đồng:

Họ và tên sinh viên MSSV: Hội đồng:

Họ và tên sinh viên MSSV: Hội đồng:

Tên đề tài:

Ngành đào tạo:

Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

7 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng năm 20…

Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên)

tối đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa

học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình

đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

LỜI CẢM ƠN

Đề tài “Thiết kế và gia công máy bơm keo PVC tự động” là nội dung nhóm chọn

để nghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp sau bốn năm theo học chuyên ngành Công

nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí

Minh Đề tài này được thực hiện nhằm tạo một công cụ bổ ích cho ngành may mặc và

quảng cáo, một mô hình có thể giúp người dùng, người học có thể có cơ hội để tiếp

cận với các cơ cấu truyền động và công nghệ tự động hóa Bên cạnh đó còn có thể

trau dồi các kiến thức đã học và áp dụng vào quá trình nghiên cứu sản phẩm này

Trong đó đề tài này bao gồm: tổng quan về máy, đưa ra các phương pháp làm

và xác định cấu hình, tính toán – thiết kế Ngoài ra đề tài còn có những hình ảnh sản

phẩm, mô hình sau này đã được nhóm xây dựng trong quá trình nghiên cứu Kết quả

cho thấy nhóm đã nghiên cứu thiết kế, xây dựng thành công mô hình và có thể triển

khai sản xuất thành phẩm

Nhóm xin cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ của các anh trong Công ty

Goldeneye Technologies đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong quá trình nghiên

cứu đồ án

Nhóm xin cảm ơn nhà trường, quý thầy cô cũng như đấng sinh thành đã tạo điều

kiện, giúp đỡ, hỗ trợ trong suốt quá trình làm đồ án để nhóm có thể hoàn thành một

cách tốt nhất trong tình hình dịch vô cùng khó khăn này

Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn tới thầy Bùi Hà Đức đã góp ý và hướng dẫn tận tình

trong quá trình hoàn thành đồ án Bên cạnh đó xin gửi lời cảm ơn đến tập thể quý

thầy cô và nhà trường đã truyền đạt, chia sẻ cho nhóm rất nhiều kiến thức và nhiều

kinh nghiệm thực tế bổ ích trong suốt bốn năm học để nhóm có được hiểu biết như

ngày hôm nay

Do kinh nghiệm thực tiễn, khả năng lý luận còn hạn chế nên đồ án và bài báo

cáo khó tránh khỏi những sai sót, nhóm rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ quý

thầy, cô để nhóm rút kinh nghiệm và đó sẽ là hành trang tốt khi ra trường và đi làm

Nhóm xin kính chúc quý thầy cô sức khỏe, hạnh phúc và thành công trên con

đường truyền đạt kiến thức của mình

Nhóm sinh viên thực hiện

TÓM TẮT TIẾNG VIỆT

Nhựa PVC được phát hiện từ rất lâu, khi mà công nghệ và tự động hóa chưa phát triển PVC là một vật liệu được ứng dụng hầu hết trong mọi lĩnh vực trong cuộc sống và đang có xu hướng phát triển không ngừng trong những năm trở lại đây Trong nước hiện nay việc thực hiện đổ keo PVC bằng máy tự động trên nền khuôn có sẵn vẫn chưa được phổ biến và còn được làm bằng phương pháp thủ công Các máy có hiện nay đều là máy công suất lớn, giá thành cao và phải nhập từ nước ngoài Do đó chưa thích hợp cho những mô hình kinh doanh hộ gia đình vừa và nhỏ Vì vậy nhóm quyết định thiết kế và gia công máy bơm keo PVC tự động với công suất vừa và nhỏ

để đáp ứng nhu cầu trên

Đề tài “Thiết kế và gia công máy bơm keo PVC tự động” xây dựng một cơ cấu bơm keo hoàn chỉnh, hoạt động hiệu quả và ổn định, nhằm mục đích thay thế hoàn toàn cho các phương pháp thủ công hiện nay

Sau nhiều tháng tìm hiểu từ nhiều nguồn khác nhau cũng như các máy đã có hiện nay và lời khuyên từ giảng viên hướng dẫn nhóm đã quyết định nghiên cứu và thiết kế mô hình dựa trên nguyên lý hoạt động và cơ cấu truyền động như máy CNC truyền thống, điều khiển bằng Gcode Trục X và Y được điều khiển bằng cơ cấu vít

me bi, cơ cấu bơm keo PVC được điều khiển tích hợp bằng khí nén, tín hiệu điều khiển cụm bơm được đồng bộ với Gcode qua các tín hiệu của chân DIR Z, A, B và được xử lý tín hiệu thông qua vi điều khiển xử lý, từ đó xuất tín hiệu điều khiển cho van khí nén 3/2 Hệ thống điều khiển bao gồm Board CNC BOB Mach3 USB V2 để

xử lý tín hiệu Gcode, Arduino Mega 2560 R3 xử lý tín hiệu và điều khiển cụm bơm, Driver Microstep 3.5A 40VDC để điều khiển 2 động cơ bước, khí nén để điều khiển

xy lanh Mô hình được thiết kế và mô phỏng trên phần mềm Inventor Tiến hành gia công các chi tiết bằng công nghệ phay CNC với vật liệu nhôm nguyên khối 6061 Qua nhiều phiên bản đã thực hiện, kinh nghiệm từ các đồ án trước nhóm đã chế tạo thành công mô hình máy bơm keo PVC với cơ cầu truyền động CNC hai trục và được tích hợp cụm bơm keo PVC chuyên dụng Độ ổn định, tính hiệu quả, độ chính xác, tốc độ khi vận hành cũng như tính thẩm mỹ của máy đã được cải thiện

TÓM TẮT TIẾNG ANH

PVC plastic was discovered a long time ago when technology and automation had not yet developed PVC is a material that is applied in almost all areas of life and has been developing constantly in recent years In the country, the practice of pouring PVC glue with an automatic machine on an existing mold is still not popular and is still done by manual method The machines available today are all large-capacity machines with high prices and must be imported from abroad Therefore, it is not suitable for small and medium household business models Therefore, we decided to design and process automatic PVC glue pumps with small and medium capacities to meet the above needs

The project "Design and fabrication of automatic PVC glue pump" builds a complete glue pump mechanism, operating efficiently and stably, aiming to completely replace current manual methods

After months of learning from various sources as well as existing machines and advice from instructors, the group decided to research and design a model based on the operating principle and transmission mechanism as follows: Traditional CNC machine, controlled by Gcode The X and Y axes are controlled by a ball screw mechanism, the PVC glue pump mechanism is integrated with compressed air, the control signal of the pump assembly is synchronized with Gcode through the signals

of the DIR Z, A pins, B and is processed through the microcontroller to process the signal, thereby outputting the control signal for the 3/2 pneumatic valve The control system includes the BOB Mach3 USB V2 CNC Board for Gcode signal processing, Arduino Mega 2560 R3 for signal processing and pump control, Microstep 3.5A 40VDC Driver to control 2 Step motor Nema23, compressed air to control Cylinder control The model is designed and simulated on Inventor software Processing details

by CNC milling technology with 6061 aluminum monolithic material

Through many versions implemented, experience from previous projects has successfully built a PVC glue pump model with a two-axis CNC drive mechanism and integrated with a dedicated PVC glue pump assembly The stability, efficiency, accuracy, speed of operation, as well as aesthetics of the machine, have been improved

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

LỜI CẢM ƠN vi

TÓM TẮT TIẾNG VIỆT vii

TÓM TẮT TIẾNG ANH viii

MỤC LỤC ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ xv

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1.Đặt vấn đề 1

1.2.Khả năng ứng dụng 2

1.3.Các máy đã có trong và ngoài nước 2

1.4.Lý do chọn đề tài 4

1.5.Giới hạn đề tài 4

1.6.Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu 5

1.7.Bố cục báo cáo 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 7

2.1.Tổng quan về PVC 7

2.1.1.Khái niệm PVC 7

2.1.2.Đặc điểm cấu tạo PVC 7

2.1.3.Các loại nhựa PVC trong thực tế 9

2.1.4.Ứng dụng PVC qua các sản phẩm trong đời sống 10

2.2.Tổng quan về các phương pháp bơm keo 12

2.2.1.Phương pháp bơm keo thủ công 12

2.2.2.Phương pháp bơm keo tự động 15

2.3.Tổng quan về điều khiển số và dạng điều khiển số 20

2.3.1.Các hệ điều khiển số 20

2.3.2.Các dạng điều khiển số 22

2.4.Tổng quan về Gcode 24

2.5.Cơ sở lý thuyết về công nghệ phay CNC 24

2.5.1.Khái niệm về công nghệ phay CNC 24

2.5.2.Tính ứng dụng của công nghệ phay CNC vào đồ án 25

2.6.Cơ sở lý thuyết về khí nén 25

2.6.1.Khí nén là gì 25

2.6.2.Khả năng ứng dụng của khí nén trong các hệ thống truyền động 25

2.6.3.Đặc điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén 25

2.6.4.Ưu, nhược điểm của khí nén 26

2.7.Cơ sở lý thuyết về công nghệ tạo khuôn mẫu 26

2.7.1.Khái niệm về khuôn mẫu 26

2.7.2.Các loại khuôn mẫu phổ biến 26

2.8.Cơ sở lý thuyết về truyền động vít me đai ốc bi 27

2.8.1.Nguyên lí hoạt động của vít me đai ốc bi 27

2.8.2.Ưu, nhược điểm của vít me đai ốc bi 28

2.8.3.Ứng dụng của vít me 29

2.9.Cơ sở lý thuyết về động cơ bước 29

2.9.1.Khái niệm động cơ bước 29

2.9.2.Các phương pháp điều khiển động cơ bước 30

2.9.3.Ưu, nhược điểm khi sử dụng động cơ bước 31

2.10.Ứng dụng vào mô hình đồ án 32

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 34

3.1.Thiết kế và tính toán các trục, động cơ 34

3.1.1.Thiết kế và tính toán cụm X 34

3.1.2.Thiết kế và tính toán cụm Y 39

3.1.3.Các thiết kế cụm bơm keo PVC 44

3.2.Thi công 47

3.2.2.Tiến hành lắp ráp 48

3.2.3.Bản vẽ 50

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 51

4.1.Yêu cầu điều khiển của hệ thống 51

4.1.1.Đầu vào 51

4.1.2.Đầu ra 52

4.2.Sơ đồ khối 52

4.3.Sơ đồ kết nối 52

4.3.1.Hệ thống điện 52

4.3.2.Hệ thống khí nén 54

4.4.Giải thuật điều khiển 55

4.5.Cách thức điều khiển 55

4.5.1.Cụm X và Y 56

4.5.2.Cụm bơm keo PVC 56

4.6.Tín hiện điều khiển 57

4.7.Xử lý tín hiệu trong ardruino 57

4.8.Cách thức bơm keo vào khuôn 59

4.9.Các thành phần được sử dụng 61

4.9.1.Hệ thống điện 61

4.9.2.Hệ thống khí nén 64

4.10.Triển khai 66

4.10.1.Linh kiện điện cần chuẩn bị 66

4.10.2.Thành phần khí nén cần chuẩn bị 67

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ 68

5.1.Kết quả 68

5.1.1.Mô hình phần cứng 68

5.1.2.Hệ thống điện và khí nén 69

5.1.3.Sản phẩm thực tế 70

5.2.Tốc độ di chuyển và sự ổn định khi hệ thống khi vận hành 71

5.3.Kiểm nghiệm độ sai lệch khi vận hành 71

5.3.1.Vị trí của 2 trục khi hoạt động 71

5.3.2.Vị trí các khớp gối đỡ 72

5.4.Sự khác nhau khi vận hành với nước và keo PVC 72

5.4.1.Vận hành thực nghiệm với nước 72

5.4.2.Vận hành thực nghiệm với keo PVC 73

5.5.Độ chính xác của hệ thống và cụm bơm keo PVC 73

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 74

6.1.Kết luận 74

6.2.Hướng phát triển đề tài 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AC: Adaptive Control

ACO: Adaptive Control Optimation

ACC: Adaptive Control Constraint

CNC: Computer Numberical Control

CAM: Computer Aided Manufacturing

DNC: Direct Numberical Control

DC: Direct Current

FMS: Flexible Manufacturing System

IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry Nomenclature

MBK: Máy bơm keo

NO: Normally Open

NC: Normally Close / Numberical Control

PVC: Polyvinylclorua

TSD: Thermosensor Diagnostics

UVLO: Undervoltage Lockout

VDC: Volts Direct Current

VAC: Volts Alternating Current

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thông số cơ-lý tính của PVC 9

Bảng 3.1: Thông số tính toán động cơ bước trên trục X 36

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật động cơ bước trên trục X 38

Bảng 3.3: Thông số tính toán động cơ bước trên trục Y 41

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật động cơ bước trên trục Y 43

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của Van SMT HF1002 46

Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật của Xy lanh CJ(D)2B10 – 15SR 47

Bảng 3.7: Thành phần cơ khí cần chuẩn bị 47

Bảng 4.1: Kết nối giữa Mach3 và Driver Step trục X 53

Bảng 4.2: Kết nối giữa Mach3 và Driver Step trục Y 53

Bảng 4.3: Kết nối giữa Mach3 và Arduino Mega 2560 R3 54

Bảng 4.4: Kết nối giữa Arduino Mega 2560 R3 và Relay5V 54

Bảng 4.5: Tín hiệu điều khiển 57

Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật mạch CNC BOB MACH3 V2 62

Bảng 4.7: Thông số kỹ thuật mạch Adruino Mega 2560 R3 62

Bảng 4.8: Thông số kỹ thuật Driver Microstep 3,5A 40VDC 63

Bảng 4.9: Thông số kỹ thuật mạch Relay Opto chọn mức kích hoạt High/Low 64

Bảng 4.10: Linh kiện hệ thống điện 67

Bảng 4.11: Thành phần khí nén 67

Bảng 5.1: Độ sai lệch ví trí của 2 trục 72

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ

Hình 1.1: Ảnh minh họa logo nhựa dẻo 1

Hình 1.2: Máy bơm keo tự động MGL01 và MG102 2

Hình 1.3: Máy dán keo tự động theo biên dạng 3

Hình 1.4: PVC Silicon Batch Label Making Machine 3

Hình 2.1: Cấu trúc PVC 7

Hình 2.2: Ống nhựa 10

Hình 2.3: Phụ kiện 10

Hình 2.4: Dây cáp bọc nhựa PVC 11

Hình 2.5: Móc khóa 11

Hình 2.6: Mặt nạ hô hấp 11

Hình 2.7: Màng bọc thực phẩm 12

Hình 2.8: Tủ bếp nhựa PVC cao cấp 12

Hình 2.9: Sản phẩm nhựa đơn giản 13

Hình 2.10: Sản phẩm được làm thủ công từ PVC 15

Hình 2.11: Nguyên lý vận hành ép phun nhựa 15

Hình 2.12: Khuôn và sản phẩm từ phương pháp ép phun nhựa 16

Hình 2.13: Nguyên lý vận hành ép đùn nhựa 17

Hình 2.14: Sản phẩm từ phương pháp ép đùn nhựa 18

Hình 2.15: Nguyên lý vận hành ép thổi nhựa 18

Hình 2.16: Các sản phẩm về ép thổi nhựa 19

Hình 2.17: Nguyên lý vận hành ép định hình 19

Hình 2.18: Sản phẩm về ép nhựa định hình 20

Hình 2.19: Điều khiển điểm 23

Hình 2.20: Điều khiển theo đường thẳng 23

Hình 2.21: Điều khiển theo biên dạng 24

Hình 2.22: Chi tiết được nhóm gia công bằng công nghệ phay CNC 25

Hình 2.23: Khuôn tạo hình logo tự gia công 27

Hình 2.24: Vít me đai ốc bi 27

Hình 2.25: Ảnh minh họa đường hồi bi ngoài 28

Hình 2.26: Ảnh minh họa đường hồi bi trong 28

Hình 2.27: Cấu tạo động cơ bước 29

Hình 2.28: Phương pháp điều khiển wave drive 30

Hình 2.29: Phương pháp điều khiển full step drive 30

Hình 2.30: Phương pháp điều khiển half step drive 31

Hình 2.31: Phương pháp điều khiển micro step drive 31

Hình 3.1: Hình mô phỏng 3D của máy 34

Hình 3.2: Sơ đồ lực tác dụng lên trục trơn X 35

Hình 3.3: Biểu đồ nội lực và mô-men trên trục trơn X 35

Hình 3.4: Sơ đồ truyền động vít me trục X 36

Hình 3.5: Biểu đồ hình thang theo tính toán 37

Hình 3.6: Sơ đồ lực F 37

Hình 3.7: Thông số motor theo nhà sản xuất 38

Hình 3.8: Biểu đồ hoạt động của motor trục X 39

Hình 3.9: Tỷ lệ mô-men quán tính tham khảo 39

Hình 3.10: Sơ đồ lực tác dụng lên trục trơn Y 40

Hình 3.11: Biểu đồ nội lực và mô-men trên trục trơn Y 40

Hình 3.12: Sơ đồ truyền động vít me trục Y 41

Hình 3.13: Biểu đồ hoạt động của motor trục Y 44

Hình 3.14: Cụm bơm keo PVC phiên bản 1 44

Hình 3.15: Cụm bơm hơi 45

Hình 3.16: Cụm bơm keo 45

Hình 3.17: Cụm bơm keo PVC phiên bản 3 45

Hình 3.18: Van SMT HF1002 46

Hình 3.19: Xy lanh CJ(D)2B10 – 15SR 47

Hình 3.20: Bước 1 49

Hình 3.21: Bước 2 49

Hình 3.22: Bước 1 49

Hình 3.23: Bước 2 49

Hình 3.24: Bước 1 49

Hình 3.25: Bước 2 49

Hình 3.26: Bước 1 50

Hình 3.27: Bước 2 50

Hình 4.1: Tổng hệ thống điều khiển 51

Hình 4.2: Sơ đồ khối hệ thống điện 52

Hình 4.3: Sơ đồ nối dây hệ thống điện 53

Hình 4.4: Sơ đồ đi dây hệ thống khí nén 54

Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật điều khiển khuôn chữ UTE 55

Hình 4.6: Phần mềm Mach3 CNC Controller 56

Hình 4.7: Biểu đồ quỹ đạo vận tốc 56

Hình 4.8: Mô phỏng vận hành trên Cimco 59

Hình 4.9: Khuôn UTE 60

Hình 4.10: Cách thức bơm keo PVC vào khuôn UTE 61

Hình 4.11: Mạch CNC BOB MACH3 V2 và sơ đồ chân kết nối 61

Hình 4.12: Mạch Adruino Mega 2560 R3 62

Hình 4.13: Driver Microstep 3.5A 40VDC 63

Hình 4.14: Nguồn tổ ong 12V – 10A 63

Hình 4.15: Mạch Relay Opto chọn mức kích High/Low 64

Hình 4.16: Máy bơm hơi 64

Hình 4.17: Van khí nén 3/2 65

Hình 4.18: Van điều chỉnh áp suất khí nén AFC2000 65

Hình 4.19: Van 3/2 tác động bằng nút nhấn 66

Hình 4.20: Van 1 chiều 66

Hình 4.21: Chạc chia khí tròn 2 ngã 66

Hình 4.22: Đầu nối ống 6mm 2 ngã 66

Hình 4.23: Ống chứa keo PVC 66

Hình 4.24: Đầu nối ống 6mm 4 ngã 66

Hình 5.1: Mô hình tổng thể máy 68

Hình 5.2: Cụm X thực tế 68

Hình 5.3: Cụm Y thực tế 69

Hình 5.4: Cụm bơm keo PVC thực tế 69

Hình 5.5: Hệ thống điện thực tế 70

Hình 5.6: Hệ thống khí nén thực tế 70

Hình 5.7: Sản phẩm thực tế 71

Hình 5.8: Thực nghiệm với nước 73

Hình 5.9: Thực nghiệm với keo PVC 73

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống cơ điện tử, máy bơm keo PVC

tự động là một mô hình có tính linh hoạt cao trong việc bơm keo và được lấy cảm hứng từ ngành may mặc và quảng cáo, nơi mà những logo nhựa dẻo PVC được sử dụng phổ biến Những logo nhựa được sản xuất nhằm in, dán hoặc may trên quần áo

để tạo thương hiệu và làm đẹp Từ đó nhóm thấy được tiềm năng của những logo nhựa này càng nhiều Câu hỏi đặt ra là làm sao để sản xuất logo nhựa với số lượng nhiều và chính xác, nhất là những logo phức tạp Vì thế để đáp ứng nhu cầu trên nhóm

đã lên ý tưởng và triển khai đồ án này với mong muốn có thể thiết kế ra một thiết bị

có thể tạo ra được những mẫu mã logo nhựa dẻo trên nền khuôn có sẵn

1.1 Đặt vấn đề

Trong thời đại 4.0 ngày nay cơ điện tử là một trong những hướng công nghệ trọng điểm không thể thiếu để phục vụ phát triển kinh tế, xã hội Sản phẩm không mấy xa lạ của cơ điện tử là robot và các loại máy có tính tự động hóa cao Là những

bộ máy hoạt động đồng nhất dựa trên những bộ phận được điều khiển một cách phức tạp thông qua những thuật toán và những board mạch điều khiển

Theo tìm hiểu logo nhựa dẻo được sản xuất từ nhựa dẻo PVC (Polyvinylclorua), hòa trộn thêm cùng 1 số hóa chất chuyên dụng, sau đó qua quá trình bơm keo vào khuôn và gia nhiệt tạo ra 1 sản phẩm có hình dạng và kích thước như thiết kế trên khuôn mẫu

Hình 1.1: Ảnh minh họa logo nhựa dẻo

Cùng với sự phát triển của ngành chế tạo khuôn mẫu chính xác, các sản phẩm logo nhựa ngày càng xuất hiện phổ biến trên thị trường với số lượng cực lớn và mẫu

mã đa dạng Mỗi mẫu logo nhựa thường được sản xuất với số lượng lên đến hàng chục, hàng trăm nghìn cái, vì vậy đòi hỏi năng suất làm việc cao và giá thành rẻ Tuy nhiên việc bơm nhựa vào khuôn phần lớn vẫn được thực hiện thủ công làm cho chi

phí tăng cao do phải thuê nhân công làm việc, năng suất lại không cao, độ thẩm mĩ thấp và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người công nhân làm việc, trên thị trường các loại máy bơm nhựa vào khuôn tự động vẫn chưa phổ biến Do đó nhóm quyết định nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình máy bơm nhựa PVC vào khuôn tự động loại nhỏ

Mô hình máy bơm nhựa PVC vào khuôn tự động không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung chương trình được đưa vào máy Người điều khiển trong thực tế chủ yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy

1.3 Các máy đã có trong và ngoài nước

Hình 1.2: Máy bơm keo tự động MGL01 và MG102

Nguồn tham khảo: 106.html

http://www.thiechan.vn/may-bom-keo-tu-dong-mgl02-Hình 1.3: Máy dán keo tự động theo biên dạng

Nguồn tham khảo: bien-dang-tron.html và shop TAE tại chợ Nhật Tảo

https://vietmachine.com.vn/may-dan-keo-ban-tu-dong-cho-Hình 1.4: PVC Silicon Batch Label Making Machine Nguồn tham khảo: https://www.indiamart.com/tamiloviyamdieworks/rubber-patch-dispenser-machine.html

Các máy bơm keo PVC tự động đã được nghiên cứu và thiết kế dựa trên sự phát triển của xã hội về nhiều ngành nghề khác nhau cũng như nhu cầu của con người và

đã có những thành công nhất định

Máy bơm keo PVC tự động là một mô hình hỗ trợ con người dựa trên các cơ cấu CNC Vì nó có tính ổn định, biên độ chuyển động linh hoạt, nhanh và chính xác Hiện nay trong và ngoài nước đã có nhiều tổ chức, công ty phát triển Ở Việt Nam, máy bơm keo PVC tự động theo như tìm hiểu thì rất ít nhóm sinh viên thực hiện, nhưng các máy có cơ cấu CNC lại rất được ưa chuộng

1.4 Lý do chọn đề tài

Mảng tự động hóa là niềm đam mê chung của các thành viên Là một mô hình nghiên cứu rất phù hợp với ngành cơ điện tử, sinh viên được áp dụng rất tốt các kiến thức chuyên ngành đã học được trên trường, đồng thời cũng khá ít các dự án tương tự

đã được thực hiện ở Việt Nam cho nên có rất ít tài liệu liên quan khiến dự án Do đó

vừa là niềm đam mê, vừa là thách thức mà nhóm muốn vượt qua

Hiện nay, nhu cầu học tập và tìm hiểu công nghệ của nước ta rất cao, rất nhiều lớp học về mảng tự động hóa đã được mở ra để đáp ứng được nhu cầu này Mô hình PVC được thiết kế nhằm phục vụ nhu cầu học tập của sinh viên, giúp sinh viên có sự hứng thú và có nhiều sự lựa chọn trong quá trình học tập và nghiên cứu

Máy bơm keo PVC tự động là giải pháp hữu ích để thay thế cho phương pháp bơm keo thủ công hiện tại đang còn nhiều khuyết điểm Cơ cấu truyền động trục X,

Y giúp đưa đầu bơm đến vị trí cần bơm một cách nhanh chóng với độ chính xác cao, cùng với các relay điều khiển lên xuống tốc độ cao và bơm, ngắt hợp lý để tạo ra những đường keo chất lượng và chính xác Qua đó khắc phục được các hạn chế về chi phí nhân công, độ thẩm mỹ của sản phẩm và tăng năng suất vượt trội, đáp ứng được nhu cầu sản xuất sản xuất logo nhựa với sản lượng lớn như hiện nay

1.5 Giới hạn đề tài

Trong đồ án này, bàn máy đứng yên, đầu bơm keo thực hiện chuyển động theo

2 phương X, Y nhờ các động cơ bước riêng lẻ và phương Z được điều khiển bằng cơ cấu xy lanh khí nén Theo phương án chế tạo đã đặt ra, dự kiến thiết kế máy có kích thước và cần đáp ứng các yêu cầu như sau:

- Chiều cao máy: 330mm

- Chiều dài máy: 480mm

- Chiều rộng máy: 680mm

- Đảm bảo độ cứng vững, độ bền, kích thước của máy đã đề ra

- Đảm bảo được tính thẩm mỹ, độ chính xác của máy khi hoạt động

- Có tính ứng dụng trong đời sống, có khả năng mở rộng, phát triển thêm sau này

1.6 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

Máy được chế tạo có kích thước nhỏ gọn, kích thước 680x480x330mm (dài x

rộng x cao), kích thước gia công tối đa 300x150x25mm Máy có khả năng bơm keo

vào khuôn tự động với hành trình được lập trình sẵn Đầu bơm sẽ được đưa đến vị trí bơm bằng chuyển động tịnh tiến trên các trục X, Y và sau đó bơm keo vào khuôn vào bằng cơ cấu van khí nén Máy có thể định lượng được sản phẩm và bơm đúng định

lượng vào khuôn để không bị tràn keo

Phương pháp nghiên cứu là tìm kiếm tài liệu trên các trang mạng Internet, khảo sát thực tế từ nhu cầu của xã hội, các doanh nghiệp Tìm hiểu các loại máy bơm keo PVC đã và đang được đưa vào sử dụng, kế thừa những ưu điểm, tìm cách khắc phục

những khuyết điểm để áp dụng vào thiết kế dự án

Dựa trên cơ sở lý thuyết và tính toán, thiết kế, chế tạo của những môn học như Nguyên lý-chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật, Truyền động điện, Sức bền vật liệu từ đó tìm ra phương án hợp lý, đơn giản và tiết kiệm nhất Cuối cùng nghiên cứu thiết kế hình dáng máy trên lý thuyết, thiết kế các cơ cấu truyền động, cơ cấu hoạt động của các chức năng, vẽ và mô phỏng thử trên phần mềm Inventor

Tiến hành tìm kiếm và mua các thiết bị vật liệu cần mua phù hợp với nhu cầu chế tạo Sau khi đã hoàn tất những bước nghiên cứu và chuẩn bị, tiến hành chế tạo Cuối cùng, chạy thử máy và tìm ra những điểm chưa hợp lý, từ đó sửa chữa và thay đổi phương án tối ưu hơn

Nhóm đã thực hiện đề tài này trong 5 tháng gồm bốn giai đoạn chính:

- Tiến hành mua phụ kiện, vật tư phục vụ cho việc lắp ráp máy

- Thiết kế và mô phỏng khung cơ khí của máy trên phần mềm Inventor, lắp ráp

Giai đoạn 4:

- Tính toán, chọn lại các module, nguồn phù hợp

- Lắp ráp, cân chỉnh máy và tạo khuôn mẫu

- Viết code điều khiển máy và tiến hành chạy thử nghiệm

1.7 Bố cục báo cáo

Báo cáo luận văn tốt nghiệp bao gồm 6 chương

Chương 1: Giới thiệu đề tài

- Nói về lí do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu cũng như tính ứng dụng của máy

- Phương pháp nghiên cứu, các giai đoạn thực hiện để hoàn thiện máy

Chương 2: Tổng quan

- Giới thiệu sơ bộ về đề tài, về nhựa PVC, các phương pháp bơm keo hiện nay đang được sử dụng

- Giới thiệu sơ bộ về các cơ sở lý thuyết áp dụng trong để tài

Chương 3: Thiết kế cơ khí

- Tính toán và thiết kế các cụm cơ khí, tính toán cơ cấu truyền động và chọn trục, động cơ bước

- Thiết kế các chi tiết cần gia công

- Tiến hành lắp ráp máy

Chương 4: Thiết kế điện và điều khiển

- Yêu cầu điều khiển, sơ đồ khối, cách thức điều khiển của mạch điện và khí nén

- Chọn các module điện tử và khí nén cần thiết cho hệ thống

Chương 5: Kết quả

- Đánh giá kết quả chạy thực nghiệm của hệ thống dựa trên các tiêu chí đã đề

ra

- Quay video thực nghiệm hoạt động của máy

Chương 6: Kết luật và hướng phát triển đề tài

- Bài học rút ra được sau khi hoàn thành mô hình

- Hướng phát triển đề tài trong tương lai

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Sản xuất logo nhựa dựa theo các phương pháp khác nhau từ thủ công đến tự động để tạo ra các sản phẩm phục vụ đời sống sinh hoạt, kinh doanh Hiểu biết về các phương pháp chính được sử dụng trong sản xuất sản phẩm nhựa là căn cứ hữu ích trong việc lựa chọn phương pháp làm, dựa vào các phương pháp đó ta thấy được nhược điểm, ưu điểm từ đó cân nhắc phương pháp tối ưu nhất, khả thi nhất để áp dụng vào mô hình đồ án này

2.1 Tổng quan về PVC

2.1.1 Khái niệm PVC

Polyvinylclorua (PVC), viết tắt là vinyl, hoặc sử dụng tên IUPAC

“Chloroethane” hoặc “poly (chloroethanediyl)”, với 57% khối lượng là clo, là vật liệu

“nhựa nhiệt dẻo” PVC là một trong những vật liệu nhựa quan trọng nhất được sử dụng trên toàn thế giới vì tính kinh tế của nó PVC cũng là một loại nhựa được sử dụng nhiều trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta PVC với sản lượng hàng năm được dự đoán là khoảng 40 triệu tấn (Ebner, 2009) chỉ đứng sau polyethylene (PE), loại nhựa được sử dụng số một Thị trường toàn cầu cho PVC dự kiến sẽ tiếp tục tăng trưởng khoảng 3-5% mỗi năm, với nhu cầu mạnh nhất được dự đoán là ở châu Á, chẳng hạn như Trung Quốc và Ấn Độ, và EU

2.1.2 Đặc điểm cấu tạo PVC

Polyvinylclorua (PVC) có cấu trúc mạch thẳng tương tự như polyetylen nhưng với nguyên tử clo thay thế nguyên tử hydro Bản thân PVC cứng nên việc bổ sung các este phthalate làm chất hóa dẻo làm cho PVC mềm dẻo và lý tưởng cho việc sản xuất như găng tay, đĩa chụp ảnh và các loại ống nước PVC thường trong suốt với màu hơi xanh mờ và bóng, bị tác động bởi nhiều dung môi hữu cơ nhưng lại có khả năng kháng hóa chất rất tốt Ở dạng cứng, PVC có sẵn ở dạng tấm có thể dễ dàng hàn

để sản xuất bồn chứa, khay và máng PVC không được khuyến khích sử dụng trên 70°C mặc dù nó có thể chịu được đến 80°C trong thời gian ngắn

Hình 2.1: Cấu trúc PVC

a Tính chất của PVC

Tính ổn định của PVC đối với ánh sáng và nhiệt kém Điểm làm mềm là 80 ℃,

và sự phân hủy bắt đầu ở 130℃ Khi chất ổn định, không được làm nóng, sự phân hủy PVC bắt đầu ở 100℃, và sự phân hủy nhanh hơn ở 130℃ Khi đun nóng sẽ thoát

ra khí hiđro clorua (khí hiđro clorua là khí độc) đổi màu, từ trắng sang vàng nhạt rồi

đỏ sang nâu đen Tia cực tím và oxy trong ánh sáng mặt trời sẽ gây ra quá trình quang oxy hóa và phân hủy PVC, do đó làm giảm độ mềm dẻo của PVC, và cuối cùng làm cho nó trở nên giòn Không khó để hiểu tại sao một số loại nhựa PVC chuyển sang màu vàng và giòn sau một thời gian dài [10]

PVC có ưu điểm là chống cháy Khi xảy ra hiện tượng cháy PVC sẽ tạo ra nhiều các liên kết đôi, qua thời gian các liên kết này phản ứng kết hợp lại các liên kết đôi này tạo ra polymer có khối lượng phân tử rất lớn, cứng và mất tính tan trong dung môi Có tới 57% Clo có nguồn từ muối thông thường trong nhựa PVC, do đó khi bị đốt cháy chính hàm lượng Clo đó sẽ làm dập tắt ngọn lửa một cách nhanh chóng và nhiệt độ do PVC giải phóng cũng thấp hơn nhiều lần so với với các loại nhựa khác như PE và PP Bên cạnh đó nhiệt độ cháy của PVC lên tới 455°C Chính vì những nguyên nhân trên mà đã giúp cho PVC ít có khả năng truyền lửa sang các vật liệu khác

PVC không hòa tan trong nước, cồn, xăng, ít rò rỉ khí và hơi nước và PVC có thể chịu được axit clohydric ở bất kỳ nồng độ nào, axit sunfuric dưới 90%, axit nitric 50-60% và dung dịch ăn da dưới 20% ở nhiệt độ bình thường, với khả năng chống ăn mòn hóa học nhất định, PVC khá bền đối với các muối, nhưng có thể hòa tan trong dung môi hữu cơ như ete, xeton, hydrocacbon béo clo hóa và hydrocacbon thơmvà nhựa PVC chống lại hầu hết các hóa chất vô cơ [10] Chính vì đặc tính nổi bật này PVC được sử dụng làm ống xả khí, các loại ống, ống dẫn, có thể ứng dụng được trong lĩnh vực y tế…

Nhựa PVC công nghiệp chủ yếu là cấu trúc vô định hình, nhưng cũng chứa một

số vùng kết tinh (khoảng 5%), do đó PVC không có điểm nóng chảy rõ ràng và nó bắt đầu mềm ở khoảng 80℃, với nhiệt độ biến dạng nóng 70 - 71℃ (1,82MPa dưới tải), dòng chảy bắt đầu ở 150℃ dưới áp suất, và hydro clorua bắt đầu giải phóng từ

từ, dẫn đến sự đổi màu của PVC (từ vàng sang đỏ, nâu, thậm chí là đen) [10] Trong quá trình gia công và quá trình sử dụng, lực cơ học được tác dụng vào sản phẩm sẽ sinh ra ứng suất ngoại có thể dẫn đến mạch polymer bị phá hủy, nhưng trên thực tế là làm đứt mạch polymer và sinh ra gốc tự do, là nguyên nhân cho các phản ứng hóa học xảy ra làm giảm khối lượng phân tử, kết quả là giảm tính chất cơ

Bảng 2.1: Thông số cơ-lý tính của PVC

Một nghiên cứu cho thấy hệ thống đường ống PVC đầu tiên đã được lắp đặt hơn

80 năm và hầu hết chúng vẫn đang được sử dụng Tuổi thọ dự kiến của ống PVC là

100 năm trở lên đối với ống ngầm Qua toàn thời gian sử dụng, ống nhựa PVC có thể xem là ít tốn chi phí nhất so với các ống nhựa vật liệu khác

c Tính cách điện

Nhựa PVC không bị phá vỡ cấu trúc khi bị tác động bởi cường độ dòng điện lớn, cùng với khả năng chống cháy Vì vậy được ứng dụng để sản xuất cáp điện, băng cách điện, hộp công tắc và nhiều thiết bị điện dân dụng khác

2.1.3 Các loại nhựa PVC trong thực tế

PVC dẻo: Còn được gọi với tên khác là PVC-P Là một loại PVC hình thành

nhờ quá trình bổ sung chất dẻo tương đương với PVC đã giảm độ kết tinh PVC sẽ dẻo và trong hơn khi bổ sung thêm các chất hóa dẻo so với các loại còn lại

PVC cứng: Còn được gọi với tên khác là UPVC, PVC-U: Loại PVC này có độ

cứng cao Bên cạnh đó có khả năng va đập và chống chịu tốt Trong một số trường hợp nhựa này còn có khả năng chống nước, chống ăn mòn hóa chất

Perchlorovinyl clo hóa: Loại PVC này được sản xuất và điều chế bằng cách

clo hóa nhựa PVC Cách này làm tăng hàm lượng clo trong PVC giúp cho PVC tăng

độ bền, tăng khả năng chống cháy và tính chất hóa học của PVC cũng sẽ ổn định hơn

PVC dạng định hướng phân từ: Loại PVC được tạo ra bằng cách sắp xếp lại

cấu trúc của PVC cứng (PVC-U) lúc này hình thành cấu trúc phân lớp PVC này có tính cứng khá cao, đồng thời khả năng chịu lực tốt

PVC dạng biến đổi: Quá trình biến đổi PVC giúp tăng độ cứng, bền cho sản

phẩm được tạo ra Cơ chế bổ sung các tác nhân biến đổi đã hình thành nên loại PVC

sử dụng Ngoài ra còn có các loại van nhựa thì được sử dụng nhiều trong các hệ thống nước, đặc biệt là dùng với chức năng van hóa chất, bởi tính năng kháng hóa chất của nhựa

Hình 2.2: Ống nhựa Hình 2.3: Phụ kiện

b Trong chế tạo dây điện, dây cáp

Dây cáp, dây điện có phần lõi đơn hoặc được làm từ nhiều sợi cáp thép hoặc đồng, bên ngoài được bọc một lớp vỏ nhựa PVC có độ dày từ 1mm đến 3mm Nhờ vào tỷ lệ pha trộn các hóa chất phụ mà mỗi loại có thể chịu được các nhiệt độ khác nhau, còn có thể chống cháy ở một tỷ lệ nhất định Đặc biệt là có thể dễ dàng uốn

nắn, tính mềm dẻo, chịu lực tốt, chống han gỉ, chống oxy hóa cao, thích hợp được dùng trong không gian, môi trường có độ ẩm cao

Hình 2.4: Dây cáp bọc nhựa PVC

c Đồ chơi, phụ kiện và ứng dụng trong y tế

Trong lĩnh vực y tế, nhựa PVC được ứng dụng làm các dụng cụ như ống thông, ống hô hấp, túi đựng máu, thiết bị lọc máu… và được tạo ra bằng các phương pháp

ép, đúc nhựa khác nhau Ngoài ra còn được ứng dụng rộng rãi trong đồ chơi trẻ em

Hình 2.5: Móc khóa Hình 2.6: Mặt nạ hô hấp

d Chế tạo tấm che, màng phủ

Đây là một ứng dụng dễ thấy nhất của PVC ngoài thực tế Độ dẻo của PVC sẽ được điều chỉnh để tạo ra các loại màng mỏng như các nhãn chai nước, áo mưa, tấm bạt tấm bạt che, áo mưa, nhãn chai nước hay mỏng hơn là màng bọc thực phẩm …

Hình 2.7: Màng bọc thực phẩm

e Trong thiết kế nội thất

Với đặc tính chống ẩm, chống mối mọt, nhựa PVC có thể làm tủ bếp thay vì tủ bếp gỗ, tủ inox thông thường, PVC còn được sử dụng để làm đồ gia dụng khác như

tủ quần áo, kệ trang trí, quầy trưng bày, giường ngủ …

Hình 2.8: Tủ bếp nhựa PVC cao cấp

2.2 Tổng quan về các phương pháp bơm keo

2.2.1 Phương pháp bơm keo thủ công

a Phương pháp ép, đúc nhựa thủ công

Đúc nhựa hay ép nhựa thủ công đều có thể hiểu đó là một Là phương pháp truyền thống, đã xuất hiện từ lâu và hiện vẫn được sử dụng trong các quy mô sản xuất vừa và nhỏ Các sản phẩm nhựa cứng, nhựa dẻo hay nhựa trong suốt phù hợp sẽ được tạo ra Dễ thấy nhất như chai nhựa, đồ điện gia dụng và các sản phẩm nhựa ở mức độ đơn giản đều có thể tạo ra từ phương pháp này

Hình 2.9: Sản phẩm nhựa đơn giản

Quy trình để sản xuất ra được sản phẩm bằng nhựa cứng như sau:

- Vật liệu nhựa được làm nóng chảy

- Nhựa đã nóng chảy được đổ vào khuôn

- Đóng khuôn và dùng lực kẹp chặt kẹp khuôn sau khi vòi phun nhựa áp suất cao phun đầy vào khuôn

- Sau khi hình dạng của sản phẩm được hình thành đúng với hình dạng khuôn thì sẽ được đưa vào làm mát để sản phẩm có thể cứng lại Cuối cùng sản phẩm sẽ được đông đặc lại và được đẩy ra khỏi khuôn

Quy trình để sản xuất ra được sản phẩm bằng nhựa dẻo như sau:

- Vật liệu nhựa được làm nóng chảy

- Nhựa đã nóng chảy được đổ vào khuôn

- Đóng khuôn và dùng lực kẹp chặt kẹp khuôn sau khi vòi phun nhựa áp suất cao phun đầy vào khuôn

- Tới bước này hình khối từ khuôn ép sẽ được tạo ra, tiếp theo sẽ tới quy trình làm nóng và cuối cùng sẽ được làm mát nhiều lần thì nhựa nhiệt dẻo sẽ được tạo ra

Ưu điểm

- Chi phí sản xuất thấp, tiết kiệm được chi phí về máy móc

Nhược điểm

- Chỉ áp dụng được cho quy mô sản xuất vừa và nhỏ

- Kết cấu khuôn đơn giản

- Sự chính xác và độ dày cho sản phẩm chưa cao

- Hiệu quả, năng suất không cao

- Trong suốt quá trình làm việc, tiếp xúc với nhựa nhiều sẽ làm ảnh hướng tới sức khỏe

b Phương pháp bơm keo PVC thủ công

Có thể thấy, vật dụng bằng PVC xuất hiện hầu hết mọi lĩnh vực trong cuộc sống,

là loại nhựa được sử dụng nhiều thứ 2 thế giới Đường ống nước dưới lòng đất, quần

áo, logo, móc khóa hay cánh quạt trần cũng được làm từ PVC

Quy trình bơm keo PVC thủ công như sau:

- Trộn dầu hóa dẻo với bột nhựa PVC để tạo nhựa PVC nền (còn gọi là keo) ban đầu Pha nhựa nền với từng loại màu để tạo nên các màu có trong sản phẩm

- Nạp nhựa nền đã pha màu vào ống chứa để dự trữ lượng keo để bơm vào khuôn (mỗi lần hết keo phải nạp lại do ống chứa có thể tích nhỏ nên cần phải liên tục nạp thủ công)

- Người thợ thủ công sẽ dùng đầu kim tiêm có kích thước đúng với kích thước cần thiết để bơm vào những chi tiết có trên khuôn (tùy vào độ dày từng chi tiết mà có thể chọn những đầu kim kích thước to nhỏ khác nhau sao cho phù hợp, vì chọn đầu kim nhỏ lưu lượng keo ra thấp nên hiệu suất thấp, nếu chọn đầu kim quá to khi đó không vừa vặn với các chi tiết trong khuôn nhựa dẫn đến tràn keo)

- Để có thể gia công ra được một sản phẩm thì cần lặp lại công đoạn đổ màu cho sản phẩm và gia nhiệt rất nhiều lần (sản phẩm thường có nhiều lớp) vì vậy cần chuẩn bị rất nhiều ống dự trữ các màu khác nhau và gồm nhiều đầu bơm kích thước khác nhau để hoàn thiện

- Khi bơm nhựa vào khuôn, người thợ thủ công sẽ dùng 1 tay để đưa kim bơm vào khuôn (vào vị trí cần đổ màu) và tay còn lại sẽ điều khiển lưu lượng keo bơm ra

- Sau quá trình bơm keo người thợ bắt đầu gia nhiệt khuôn để phần keo trên khuôn đông lại, người thợ sau những phần bị lem ra ngoài khuôn do thủ công nên không chính xác

- Và cứ như thế người thợ đổ từng lớp lên khuôn rồi gia nhiệt để hoàn thành được sản phẩm

Ưu điểm

- Chi phí thiết lập điều chỉnh để ra sản phẩm thấp

- Phù hợp sản xuất với số lượng ít

Nhược điểm

- Sản phẩm được sản xuất bằng thủ công có tỷ lệ lỗi khá cao do không đồng đều giữa những lần đổ keo

- Hiệu suất thấp, sản lượng hàng trong ngày phụ thuộc vào tay nghề của những người thợ nên khó cho việc dự đoán số lượng và khi nào hoàn thành

- Tiếp xúc với nhựa nhiều có thể gây ảnh hưởng sức khỏe

Hình 2.10: Sản phẩm được làm thủ công từ PVC

2.2.2 Phương pháp bơm keo tự động

a Phương pháp ép phun nhựa

Ép phun là một phương pháp để thu được các sản phẩm đúc bằng cách bơm vật liệu nhựa nóng chảy bằng nhiệt vào khuôn, sau đó làm nguội và đông đặc chúng Phương pháp này thích hợp trong ngành công nghiệp polymer và cho việc sản xuất hàng loạt các sản phẩm có hình dạng phức tạp, chiếm phần lớn trong lĩnh vực chế biến nhựa như: Thiết bị gia dụng, thiết bị điện tử, thiết bị vệ sinh, thiết bị công nghiệp

và còn nhiều thiết bị khác Nguyên liệu nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn thông dụng được sử dụng như: PVC, PP, PS, PA, POM, ABS…

Hình 2.11: Nguyên lý vận hành ép phun nhựa [11]

Quy trình ép phun nhựa như sau:

- Ở một nhiệt độ thích hợp để làm nguyên liệu bị nóng chảy bằng hệ thống gia

nhiệt

- Bước tiếp theo của quá trình ép phun là kẹp Khuôn ép thường được làm thành hai mảnh kiểu vỏ sò Trong giai đoạn kẹp, hai tấm kim loại của khuôn

được đẩy lên áp vào nhau

- Khi hai tấm của khuôn được kẹp với nhau, quá trình phun có thể bắt đầu Nhựa, thường ở dạng hạt hoặc viên, trước tiên được nấu chảy thành chất lỏng

hoàn chỉnh Sau đó, chất lỏng đó được bơm vào khuôn Bước này nên cẩn

thận để đảm bảo nhiệt độ không đổi

- Tiếp theo nhựa nóng chảy được lấp đầy toàn bộ khuôn Áp lực được đặt trực tiếp vào khuôn để đảm bảo chất lỏng lấp đầy mọi khoang và sản phẩm ra

ngoài giống hệt khuôn

- Tiếp theo là làm mát, khuôn nên được để yên để nhựa nóng bên trong có thể nguội và đông đặc lại thành một sản phẩm có thể sử dụng được và có thể lấy

ra khỏi khuôn một cách an toàn Khi bộ phận đã nguội, một động cơ kẹp sẽ

từ từ mở hai phần của khuôn để tháo sản phẩm cuối cùng một cách an toàn

và đơn giản

- Khi khuôn mở, một thanh đẩy sẽ từ từ đẩy sản phẩm đông đặc ra khỏi khoang khuôn mở Sau đó, nhà chế tạo nên sử dụng máy cắt để loại bỏ bất kỳ chất thải nào và hoàn thiện sản phẩm cuối cùng cho khách hàng sử dụng Vật liệu thải thường có thể được tái chế và tái sử dụng cho phần tiếp theo, giảm chi

- Phương pháp này tốn chi phí đầu tư khá cao

- Phải theo sát cơ chế vận hành, để bảo đảm nhiệt độ trong lòng khuôn không

bị thay đổi và sản phẩm khác sẽ bị ảnh hưởng

Hình 2.12: Khuôn và sản phẩm từ phương pháp ép phun nhựa

b Phương pháp ép đùn nhựa

Phương pháp ép đùn nhựa là một quá trình sản xuất khối lượng lớn, trong đó nhựa thô được nấu chảy và hình thành trong một quá trình liên tục Khi trục vít

quay quanh trục của nó, nó sẽ vận chuyển làm nóng chảy và tạo áp suất cho nhựa Được ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực thiết kế sản phẩm Các sản phẩm điển hình được tạo ra từ phương pháp này như: Ống nước, thanh, dây, đai phẳng, khung cửa, thùng chứa rỗng và một số loại khác

Hình 2.13: Nguyên lý vận hành ép đùn nhựa

Quy trình ép đùn nhựa

- Nguyên liệu nhựa thô như hạt, viên hoặc bột được nạp vào phễu và sau đó được đưa vào một buồng hình trụ dài được nung nóng Sau đó di chuyển qua buồng này bằng một vít quay Một số máy đùn có thể có một hoặc hai vít quay

- Nguyên liệu thô chảy từ phễu xuống qua thùng cấp liệu và đến trục vít quay lớn hoạt động trong thùng nằm ngang

- Không phải tất cả các nguyên liệu đều có tính chất giống nhau, vì vậy nguyên liệu được xử lý bằng nhiệt độ gia nhiệt đặc trưng cho từng loại nguyên liệu được đưa qua Ở cuối buồng đốt nóng, nhựa nóng chảy được ép qua một lỗ nhỏ gọi là khuôn để tạo hình dạng của thành phẩm

- Khi nhựa được ép ra từ khuôn, nó được đưa vào băng tải để làm mát bằng không khí hoặc nước Quá trình này tương tự như quá trình ép phun ngoại trừ việc nhựa nóng chảy được ép qua khuôn thay vì vào khuôn

- Khuôn dập được thiết kế sao cho nhựa chảy trơn tru và đồng đều từ mặt hình trụ đến hình dạng mặt cắt của sản phẩm Sự nhất quán trong quy trình này là rất quan trọng để đạt được sản phẩm cuối cùng với tính toàn vẹn

Ưu điểm

- Thiết bị sản xuất có chi phí thấp

- Quá trình dễ kiểm soát, có thể thực hiện hoạt động sản xuất liên tục

- Hiệu quả sản xuất cao, sản phẩm được tạo ra có chất lượng đồng nhất

- Sản phẩm có thể tái chế sản xuất lại, giảm chi phí vật liệu

Nhược điểm

- Hệ thống máy móc cồng kềnh, sản phẩm tạo ra có độ chi tiết không cao

Hình 2.14: Sản phẩm từ phương pháp ép đùn nhựa

c Phương pháp ép thổi nhựa

Một giải thích đơn giản về nguyên tắc thổi đúc là một quả bóng bay Nếu bạn thổi không khí vào một ống nhựa được đóng ở tất cả các phía ngoại trừ điểm mà không khí đi vào, ống sẽ nở ra và có hình dạng của khuôn bao quanh ống Như trong trường hợp của quả bóng bay, ống càng bị kéo căng ra thì nó càng mỏng [1] Nhựa được dùng cho phương pháp ép thổi như: PVC, PP, PBT, PET, HDPE…

Hình 2.15: Nguyên lý vận hành ép thổi nhựa [1]

Quy trình ép thổi nhựa

- Quá trình bắt đầu với một ống nóng bằng nhựa dẻo được gọi là parison hoặc pre-form (Hình 2.7) Khuôn được đặt trong khuôn tách với một khoang rỗng

- Các mặt khuôn sau đó được kẹp lại với nhau, kẹp chặt và bịt kín ống parison

- Không khí được thổi vào ống, làm nở thành nhựa nóng thành hình dạng của khoang

- Khuôn được làm nguội bằng nước làm đông đặc nhựa thành hình dạng của

bộ phận Sau khi nguội, chi tiết được đẩy ra khỏi khuôn và được cắt [1]

Ưu điểm

- Chi phí đầu vào thấp, độ dày sản phẩm sau khi hoàn thành đồng nhất

- Chu kỳ nhanh do đó tạo sản phẩm nhanh, hiệu quả trong sản xuất hàng loạt

- Tạo hình dễ dàng, sản phẩm phế liệu không nhiều sau sản xuất

Nhược điểm

- Sản phẩm có thành mỏng, ruột rỗng thích hợp cho phương pháp này

- Phôi phải được tạo trước, khối lượng phôi phải đúng và đồng đều trước khi bắt đầu quy trình thổi

- Khả năng kiểm soát độ dày thành kém

- Bề mặt cuối được hoàn thiện kém

Hình 2.16: Các sản phẩm về ép thổi nhựa

d Phương pháp ép nhựa định hình

Các sản phẩm có vỏ nhựa mỏng trong công nghiệp là một trong những sản phẩm được ứng dụng phương pháp ép nhựa định hình Là một phương pháp quan trọng trong các ngành sản xuất nhựa ngày nay Các loại thường được sử dụng như: PVC, PET, PP, AB Khuôn nhôm, khuôn thép được sử dụng trong phương pháp này Nhưng khuôn nhôm vì giá thành rẻ nên sẽ được sử dụng nhiều hơn

Hình 2.17: Nguyên lý vận hành ép định hình [11]

Quy trình ép nhựa định hình

- Thiết bị gá sẽ giữ cố định các tấm nhựa nhiệt Tiếp theo là lò sử dụng nhiệt

độ bức xạ hoặc khuếch tán để đốt nóng cho đến khi mềm hẳn ra [11]

- Sau đó làm các tấm nhựa ôm sát vào chi tiết khuôn bằng cách sử dụng áp suất

cơ học, không khí hoặc là áp suất chân không

- Bước tiếp theo là làm mát để giảm nhiệt bằng cách sẽ phun hơi nước hoặc

gió Giữ cho sản phẩm có biên dạng đúng như khuôn đã có sẵn [11]

- Cuối cùng là tách nhựa ra khỏi khuôn bằng cách phun không khí

Ưu điểm

- Sản phẩm sau khi ép có thành đồng nhất

- Trọng lượng sản phẩm ép ra nhẹ và chi phí sản xuất thấp

- Chu kì ép nhanh, hiệu quả trong sản xuất hàng loạt

- Sản phẩm ép ra có bề mặt chi tiết cao

Nhược điểm

- Hình dạng sản phẩm đơn giản khuyến khích dùng phương pháp này

- Sản phẩm phế liệu nhiều sau sản xuất

Thông tin hình học có nhiệm vụ điều khiển các chuyển động giữa chi tiết và dao Trực tiếp ảnh hướng quá trình tạo hình bề mặt (lúc này đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học được hình thành) [9]

Thông tin công nghệ là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều sâu cắt… [9]