BÀI tập lớn MH THIẾT kế hệ bài tập lớn MH THIẾT kế hệ THỐNG cơ KHÍ THỐNG cơ KHÍ tên đề tài THIẾT kế máy ép PHUN NHỰA

Một khi nhựa được làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn được mở ra và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy, trong quá trình này không có bất cứ một phản ứng h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÀI TẬP LỚN MH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ

TP HCM – 202…

1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lòng khuôn Một khi nhựa được làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn được mở ra và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy, trong quá trình này không có bất cứ một phản ứng hóa học nào Bằng cách quan sát thông thường nhất chúng ta

có thể thấy có rất nhiều sản phẩm nhựa xung quanh chúng ta Từ các sản phẩm đơn giản là dụng cụ học tập như : thước, bút…đồ chơi cho đến các sản phẩm phức tạp như: bàn ghế, máy tính…đều được làm bằng nhựa Các sản phẩm này đều có màu sắc và hình dáng đa dạng chúng đã làm cho cuộc sống của chúng ta thêm đẹp

và tiện nghi hơn Điều này đồng nghĩa với việc sản phẩm nhựa mà phần lớn tạo ra bằng công nghệ ép

phun đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta Với các tính chất như: độ dẻo dai, có thể tái chế, không có phản ứng hóa học nào với không khí ở điều kiện bình thường….vật liệu nhựa đã đang thay thế dần các loại vật liệu khác như: sắt, nhôm, gang…đang

ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên Hiện nay có rất nhiều loại máy ép phun hiện đại phục vụ cho công nghệ ép phun nhựa, ví dụ như: Máy

ép phun TM- 250G( hình 1.1), Máy ép phun WL1680 (hình 1.2).

Hình 1.1 : Máy ép phun TM- 250G

Hình 1.2 : Máy ép phun WL1680

3

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN NHỰA 1.2.1 Sơ đồ công nghệ

Hình 1.3 : Sơ đồ công nghệ ép phun

1.2.2 Các nguyên liệu thông thường gia

công trên máy ép phun

Các nguyên liệu thường dùng ép phun như HDPE, uPVC, PP-R,

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

- Chỉ số chảy : Trong quá trình gia

công nhựa dẻo ta phải biết chỉ số

chảy của loại

nhựa đó để lựa chọn Chỉ số chảy

càng lớn tỉ trọng phân tử càng thấp, dễ gia công

dưới điều kiện nhiệt độ thấp và áp

suất thấp và ngược lại Chỉ số chảy

của sản phẩm ép phun từ 4-60

g/phút.

- Tỷ trọng: Tỷ trọng thể hiện một phần tính chất của nguyên liệu nhựa Tỷ trọng tăng thì độ dãn dài, độ cứng, lực va đập, lực kéo

đứt và độ chịu hóa chất thường tăng Tỷ trọng giảm thì ngược lại.

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

1.2.3 Quy trình cơng ngh ệ

Phương pháp đúc phun hoạt động với tiến trình

không liên tục để sản suất ra

4

vật thể chất dẻo Nguyên liệu được nấu chảy trong xy-lanh bởi các vòng băng điện

trở bọc chung quanh và bởi lực ma sát của thành trục trôn ốc trong lúc quay xung quanh trục của chính nó Sau đó nhựa nóng chảy được trục trôn ốc đẩy vào bên trong hốc

khuôn với áp suất cao Trong khi rót đầy

khỏang trống trong hốc khuôn nhựa nóng chảy cũng dược làm nguội và đông cứng dần theo một tiến trình thời gian làm nguội được xác định để cuối cùng biến thành sản phẩm và được dẩy rời

khỏi khuôn Những giai đọan của tiến trình trong phương pháp đúc phun (đơn vị đóng và đơn vị phun) được diễn tả trong biểu đồ chu trình đúc phun bên dưới :

Hình 1 4: Sơ đồ diễn tả các giai đoạn của quá trình ép phun

5

Hình 1 5: 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 trí khoá, lực ép được duy

trì bởi hệ thống này, vì thế áp suất dầu cấp cho

xylanh khơng cần duy trì trong thời gian dài.

Cơ cấu chấp hành: 1 xylanh thuỷ lực.

b Giai đoạn phun

Đơn vị phun chuyển động về phía

trước cho đến khi đầu phun áp sát

vào miệng ống cuốn nối phía sau của

khuôn Trục trôn ốc lúc này đóng vai

trò như một piston,

chuyển động tịnh tiến về phía trước tạo

nên áp suất phun đẩy lượng nhựa nóng

chảy đi qua cuống 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, thời gian này này kéo dài

cho đến khi lượng nhựa lỏng nơi điểm

nối (giữa kênh phân nhánh và mặt

tiếp giáp

của vật thể) đông cứng.

6

Hình 1 6: Vị trí trục trơn ốc trong

và sau giai đoạn phun

Với giai đoạn này, lực ép nhựa cần lớn và duy trì trong thời gian nhất định đến khi quá

trình làm nguội kết thúc, sản phẩm đã được định hình,

vì vậy ta dùng 2 xylanh bằng nhau làm cơ cấu chấp

hành, nhằm giảm đường kính xy lanh và gĩp phần cân

bằng, dẫn

hướng tốt cho 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

suốt thời gian vật thể được làm nguội

bên tong hốc khuôn, trục trôn ốc chuyển động quay và tịnh tiến về phía sau trở lại

vị trí lúc khởi đầu, sự chuyển động này

tạo ra lực đẩy lượng nhựa lỏng cần thiết ra phía trước để khởi đầu lại chu

trình của giai đoạn phun Sau khi lượng nhựa lấp đầy khoảng trống giữa đầu trục trôn ốc và đầu phun, đơn vị phun sẽ chuyển động về phía sau, đầu phun cách rời xa khỏi miệng

cuống nối.

Trong giai đoạn này ta sử dụng cơ

cấu chấp hành là một xyanh đẩy cụm

phun, gọi là xylanh tiến lùi cụm

d Giai đoạn nạp nguyên liệu

Sự chế tạo ra vật thể (thành phẩm) khởi

đầu với giai đoạn nạp nguyên liệu Hình

dáng to hay nhỏ của vật thể xác định bởi thể tích khối lượng nhựa nạp vào Trục trôn ốc quay xung quanh trục của chính nó, các vòng xoắn quay theo kéo nguyên liệu từ

trên phễu vào bên trong xylanh và cũng

chính trục trôn ốc đẩy dần

nguyên liệu ra phía trước Sự chuyển

động thụt lùi của trục trôn ốc tạo ra lực dồn nén tác động trực tiếp vào hiện tượng chảy lỏng của khối nguyên liệu Trục trôn ốc

sẽ ngừng quay khi thể tích khối nguyên liệu đạt đến lượng cần thiết nơi vùng

đầu mũi của nó Khoảng cách nạp

nguyên liệu dài nhất của trục trôn ốc không được lớn

hơn 4D (4 lần lớn hơn bán kính của trục trôn ốc) Nếu khoảng cách này lớn hơn 4D

sẽ xảy ra hiện tượng sai phạm trong quá trình gia

công, ví dụ : Hiện tượng bọt khí nổi trên bề mặt của thành phẩm Nguyên nhân do trong lúc nạp nguyên

liệu

không

7

khí cũng được kéo theo vào bên trong

cùng với nguyên liệu Mặt khác

khoảng cách

nạp nguyên liệu cũng không được nhỏ hơn 1D để kéo dài thời gian không được sử dụng của khối nguyên liệu Nếu thời gian này quá dài nhựa lỏng sẽ bị đốt cháy bên

trong xylanh, tạo ra nhiều gợn đen trên bề mặt của thành phẩm.

Hình 1.7: Khoảng cách nạp liệu được sử dụng

Vậy giai đoạn này ta dùng cơ cấu chấp hành là 1 motor thuỷ lực.

e Giai đoạn tách rời sản phẩm

Saukhỏikhikhuôngiaiđoạnbởilàmhệthốngnguộiđinhchấmdẩydứt,.Saukhuônđókhuônmởrađóngthà nhlại,phẩmđơnvịđượcphuntáchbắtrờiđầu

chuyển động về phía trước đưa đầu phun áp sát vào miệng cuống nối của khuôn

và chu kỳ phun khởi đầu lại từ đầu Giai đoạn này ta sử dụng cơ cấu chấp hành là một

xylanh thuỷ lực đẩy sản phẩm

tách rời khỏi khuơn

1.2.4 Điều chỉnh máy ép phun

Bốn yếu tố sau đây của trị số điều

chỉnh xác định chất lượng của một

- Nhóm (họ) của chất dẻo đưọc sử dụng

- Máy ép phun được sử dụng

- Khuôn được sử dụng

Những trị số này lệ thuộc rất nhiều vào các cơ phận điều khiển tự động của máy được sử dụng, ví dụ: hệ thống kiểm soát và điều chỉnh (nhiệt độ, thời gian chuẩn định và các cơ phận thuộc về hệ thống

thủy lực) Tất cả những trị số chuẩn

định được ghi lại trong một bảng ghi nhớ hay bằng tấm cát điều chỉnh và có thể nhanh chóng điều chỉnh lại các tiến trình hoạt

động của máy nếu có sự cố không đồng bộ hay va chạm mạnh của khuôn xảy ra Đối với các loại máy đẩy được điều

khiển bởi các chương trình và mạch vi tính (micro

processor) các trị số chuẩn định được ghi vào trung

tâm điều khiển thông qua các bộ phận ngoại vi như bàn phím

vàkết các tiến trình được theo dõi qua màn hình, các báo cáo về số liệu cũng như quả sẽ được in ra

giấy và có thể lưu trữ bằng băng từ, đĩa cứng,

8

1.2.5 Vận hành sản xuất trên máy

ép phun (bằng tay - bán tự động - tự

- Kiểm tra các thiết bị phụ trợ đã gắn đủ chưa, có hoạt động tốt không.

- Kiểm tra các đường nước làm mát khuôn, dầu đã bắt chắc chắn chưa

- Kiểm tra nhiệt xylanh, nhiệt khuôn (nếu có) đã đủ chưa

- Kiểm tra và vệ sinh trong khuôn (có vật lạ trong khuôn không)

Các chế độ vận hành :

- Vận hành bằng tay (MANULL): Điều kiện

nhiệt độ khuôn, nhiệt độ xylanh đã đủ >

ấn nút khởi động motor (MOTORON) (trên

màn hình

các nút đều có ký hiệu của từng

mục đích) Muốn máy họat động ở

phần nào thì dùng tay ấn vào nút

đó trên màn hình, máy sẽ hoạt

động theo phần đó.

- Vận hành bán tự động : ấn nút SENIAUTO, sau

đó mỗi chu kỳ làm việc phải đóng cửa an

toàn phía trước máy mới hoạt động ở chu kỳ

tiếp theo Ỏû chế độ này cửa an toàn phía sau

mở thì máy cũng không hoạt động.

- Vận hành tự động : ấn nút AUTO, nút

này máy sẽ hoạt động tự động hòan toàn theo các thông số trước đó người vận

hành đã cái đặt (trong trường hợp này khi mở khuôn sản phẩm và đuôi keo tự rớt -

cửa an toàn phía trước và sau đều đóng)

Chú ý : Khi chọn chế độ hoạt động cho máy chỉ

chọn một trong ba chế độ trên máy thì máy mới hoạt

động Trong sản xuất, dù máy có hoạt động ở chế độ

Nhiệt được cung cấp từ các vòng băng điện trở

bọc ngoài thành xylanh sẽ nấu chảy hạt

nhựa, hệ thống thủy lực đẩy trục trôn ốc tịnh tiến về phía trước, nhựa nóng chảy được nạp theo lượng nhất định vào hốc khuôn, kế đến trục trôn ốc khởi động quay xung quanh trục của nó tạo nên áp suất

thật cao ép nhựa nóng chảy áp chặt vào bề mặt hốc khuôn Hệ thống thủy lực đẩy

đơn vị ép phun lùi về phía sau, hệ

thống thủy lực đơn vị đóng mở kéo

phần nữa khuôn di chuyển rời xa khỏi phần nữa kia và thành phẩm được

tách rời khỏi khuôn.

quan trọng chủ yếu sau đây:

Đơn

vị đóng mở, đơn vị ép phun và bệ

máy với hệ thống thủy lực bên trong khởi động

cho hai đơn vị nói trên và cuối cùng hệ thống kiểm soát điều khiển toàn bộ các tiến trình ép phun Hệ thống kiểm soát này gồm các tủ điện điều khiển và những

chương trình phần mềm cùng với các

ứng dụng của máy vi tính đóng vai trò cầu nối

giúp cho công việc của người điều khiển và kiểm soát hoạt động của máy ép

phun

được dễ dàng hơn.

9

Hình 1 8: Hình dáng một máy ép phun cĩ trục nằm ngang

Hình 1 9: Các dạng cấu trúc khác nhau của

máy ép phun

a)Đơn vị phun nằm ngang, đơn vị đóng mở

thẳng đứng.

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 cĩ cấu tạo chung gồm các hệ

thống như trên hình vẽ sau :

10

Hình 1 10: Các hệ thống trên máy ép phun

1.3.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun

Là hệ thống giúp vận hành máy ép phun Bao gồm 4 hệ thống nhỏ :

- Thân máy ( Frame)

- Hệ thống thủy lực ( Hydraulic system)

- Hệ thống điện ( Electrical )

- Hệ thống làm nguội ( Cooling system)

- 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 bởi hệ

khuôn Hai tấm giữ này một phần cố định, phần còn lại chuyển động được

tựa trên

4 thanh hình trụ nằm ngang, hay thẳng đứng tùy theo dạng máy Lực khởi động tiến trình đóng mở được tạo ra bởi hệ thống thuỷ lực, thông qua một đòn bẩy có dạng khủy tay sẽ đẩy phần nửa tấm lót có mang một nửa khuôn chuyển động tới lui (hay

lên xuống) dọc theo 4 trục định hướng Đòn bẩy khủy chân chuyển động tạo nên tiến trình đóng mở của

khuôn Người ta phân biệt hai loại đơn vị đóng mở

khác

nhau: Hoạt động bằng thủy lực thông

qua hệ thống cơ học và trực tiếp bằng hệ thống thủy lực (xy-lanh).

- Đơn vị đóng mở của máy ép phun

ngoài nhiệm vụ đóng mở còn có

thêm nhiệm vụ tạo lực tác động

đóng kín hai phần nửa của khuôn lại

với nhau, lực đóng

kín này không được lớn hơn 80% công

suất và phải luôn luôn lớn hơn áp

suất bên

trong hốc khuôn do trục trôn ốc tạo nên +) Thân máy: Liên kết các hệ thống trên máy lại với nhau

+) Hệ thống thủy lực: Cung cấp lực để đĩng và mở

khuơn, tạo ra và duy trì lực kẹp, làm cho 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,

motor,các xylanh hệ thống ống, thùng chứa dầu…

11

Hình 1 11: Đơn vị đĩng mở khuơn

a) Đơn vị đĩng mở trực tiếp bằng thuỷ lực

nằm bên trong bệ máy

4 thanh trụ dẫn hướng.

Hình 1 12: 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

+) Hệ thống điện: Cấp nguồn cho motor điện

(electric motor), các van phân phối và hệ thống

điều khiển cho khang chứa vật liệu nhờ các băng

nhiệt (heater band) và đảm bảo sự an tồn điện

cho người vận hành máy bằng các cơng tắc Hệ

thống này gồm tủ điện (electric power cabiner) và

hệ thống dây dẫn.

+) Hệ thống làm nguội: Cung cấp nước hay dung

dịch ethyleneglycol, để làm nguội khuơn, dầu

thủy lực và ngăn khơng cho nhựa thơ ở cuống

phễu (feed throat) bị nĩng chảy Vì khi nhựa ở

cuống phễu bị nĩng chảy thì phần nhựa thơ phía

trên khĩ chảy vào khoang chứa liệu Nhiệt trao

đổi cho dầu thủy lực vào khoảng 90-1200F Bộ

điều khiển nhiệt nước cung cấp một lượng nhiệt,

áp suất, dịng chảy thích hợp để làm nguội nhựa

nĩng trong khuơn.

1.3.2 Hệ thống phun :

Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa

nhựa vào khuơn thơng qua các quá

trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm

chảy, phun nhựa lỏng và định hình

sản phẩm Hệ thống này gồm cĩ các

bộ phận :

- Phễu cấp liệu (hopper)

- Khoang chứa liệu (barrel)

12

- Các băng gia nhiệt (heater band)

- Trục vít (screw)

- Bộ hồi tự hở (non-return Assembly)

- Vòi phun (nozzle)

Hình 1 13: Hệ thống phun

+) Phễu cấp liệu: Chứa vật liệu nhựa dạng viên

để cấp vào khoang trộn

+) Khoang chứa liệu: Chứa nhựa và

để vít trộn di chuyển qua lại bên trong

nó Khoang trộn được gia nhiệt nhờ

các băng cấp nhiệt Nhiệt độ xung

quanh khoang chứa liệu cung cấp từ

20 đến 30 % nhiệt độ cần thiết để làm

chảy lỏng vật liệu nhựa.

+) Băng gia nhiệt: Giúp duy trì nhiệt độ khoang

chứa để nhựa bên trong khoang luôn ở trạng

thái chảy dẻo Thông thường, trên một máy ép

nhựa có thể

có nhiều băng gia nhiệt ( ≥ 3 băng) được lắp đặt

với các nhiệt độ khác nhau để tạo ra các vùng

nhiệt độ thích hợp cho quá trình ép phun

Hình 1.14: Băng gia nhiệt +) Trục vít : Có chức năng nén,

làm chảy dẻo và tạo áp lực để

đẩy nhựa chảy dẻo vào lòng

trước đầu trục vít Còn khi trục vít di chuyển về phía trước thì vòng chắn hình nêm sẽ di chuyển về hướng vòi phun và đóng kín với seat không cho nhựa chảy ngược về sau.

13

Hình 1.18: Vị trí vòi phun trong

1 hệ thống phun

Có nhiều loại vòi phun khác nhau ,tùy vào từng trường hợp ứng dụng cụ thể mà ta dùng loại vòi phun nào cho thích hợp Thông thường người ta quan tâm đến một số thông số như :

đường kính lỗ của bạc cuống phun một chút ( khoảng 0,125

- 0,75 mm ) để cuống phun dễ thoát ra ngoài và tránh cản

Có chức năng đóng, mở khuôn, tạo lực kẹp

giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy

sản phẩm ra thoát khỏi khuôn khi kết thúc

+) Cụm kìm (Clamp cylindero) : thường có 2 loại chính, đó là loại dùng cơ cấu khuỷu và loại dùng các xilanh thủy lực Hệ thống này có chức năng cung cấp lực để đóng mở khuôn và giữ để khuôn đóng trong suốt quá trình phun.

Hình 1.21: Cụm kìm dùng trong cơ cấu khuỷu

+) Tấm di động (moverable platen): Là một tấm thép lớn với bề mặt có nhiều lỗ thông với tấm di động của khuôn Chính nhờ các lỗ thông này mà cần đẩy có thể tác động lực đẩy trên khuôn Ngoài ra, trên tấm di động còn có các

lổ ren để kẹp tấm di động của khuôn Tấm này di chuyển tới lui dọc theo 4 thanh nối trong quá trình ép phun.

15

Hình 1.22: Tấm di động và vị trí của nó trên máy ép phun

+) Tấm cố định (Stationary platen): Cũng là một 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 của khuôn tương tự như

tấm di động, tấm cố định còn có thêm lỗ vòng định vị để

định vị tấm cố định của khuôn và đảm bảo sự thẳng

hàng giữa cần đẩy và cụm phun.

+) Những thanh nối (Tie bars): Có tác dụng dẫn

hướng cho tấm di động, ngoài ra còn có khả

năng co giãn nhỏ để chống lại áp suất phun khi

kìm tạo lực.

Hình 1.23 : Vị trí các thanh nối trên máy

1.3.4 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 sản

phẩm.

Cấu tạo :

khuôn

khuôn

khuôn

- Bộ phận điều chỉnh bề dày khuôn: dẫn

động bằng motor điện hoặc thủy lực Cấu

tạo chung của hệ thống khuôn bao gồm

các bộ phận sau:

16