Cơ sở lý thuyết về ép đùn vật liệu

phương pháp tạo mặt lốp ôtô (phương pháp ép đùn).

CHƯƠNG III

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ÉP ĐÙN VẬT LIỆU

3 1 Phương pháp tạo mặt lốp ôtô (Phương pháp

ép đùn)

Ép đùn vật liệu là một trong những phương pháp sử dụng rất phổ biến ở các nhà máy xí nghiệp, nhất là ở các nhà máy sản xuất gạch (ví dụ nhà máy sản xuất gạch Đại Hiệp ở Quảng Nam - Đà Nẵng, nhà máy sản xuất thức ăn cho tôm, nhà máy sản xuất phấn viết, nhà máy cao su .) thì máy đùn ép đóng một vai trò rất quan trọng

Mỗi nhà máy, xí nghiệp sản xuất mỗi sản phẩm và máy đùn cũng đùn ép các loại vật liệu khác nhau tùy theo sản phẩm của nhà máy Ở đây với giới hạn của đề tài ta chỉ xét máy đùn ép vật liệu cao su (đùn ép mặt lốp)

* phương pháp tạo mặt lốp ôtô

Cao su là vật liệu vừa dẻo vừa có tính đông đặc tốt, nên muốn tạo được mặt lốp có bề rộng, bề dày và đường gờ nhất định thì cần tạo bằng khuôn ép Muốn qua khuôn ép dễ dàng, cao su cần có độ dão nhất định và phải có lực ép và cơ cấu ép để đưa cao su qua khuôn ép

Ép đùn có 3 nhiệm vụ chính sau:

+ Tách pha lỏng

+ Làm cho bán thành phẩm có hình dạng xác định + Làm chặt sản phẩm nhằm cải tiến điều kiện vận chuyển

Với điều kiện giới hạn đề tài ta chỉ xét hai trường hợp:

3.1.1 Tách pha lỏng.

+ Chất lỏng ở trong sản phẩm ép có thể chia làm chất lỏng tự do và chất lỏng liên kết

- Chất lỏng tự do dễ dàng tách khỏi bả thô

- Chất lỏng liên kết (dạng phân tử) muốn tách thì phải cung cấp cho nó một năng lượng để khắt phục lực bám dính nhằm làm biến dạng cấu trúc và khắt phục lực cản do khi dịch chuyển chất lỏng, hơn nữa trở lực đó lại tăng lên cùng với sự tăng lực nén

+ Lượng chất lỏng nhỏ nhất có thể chứa trong bả sau một thời gian ép đẳng nhiệt ở áp suất không đổi sẽ được gọi theo quy ước độ ẩm cân bằng, và hông ở cùng

điều kiện nhiệt độ, áp suất như nhau chất lỏng này có thể hấp thụ một chất nào đó tốt hơn chất kia Chính nhờ đó mà ta dùng phương pháp ép để tách pha lỏng một cách dể dàng

3.1.2 E ïp định hình:

+ Để tăng độ bền cho vật thể rời ta dùng phương pháp ép (nén chặt) trong không gian kín, dưới tác dụng của áp suất bên ngoài cho đến khi thu được một khối có độ chặt và nó không thể tự tách rời nhau được

+ Khi ép cần có kèm theo sự nghiền nát và sự di chuyển tương đối giữa các chất và có sự trộn lẩn nhau

do đó xãy ra sự biến dạng dẽo và biến dạng đàn hồi Những yếu tố quyết định quá trình ép sản phẩm phân tán có thể chia thành hai nhóm

* yếu tố đặt trưng cho tính cơ lý:

1 Mô đun ép: Đặt trưng cho khả năng của sản phẩm khi bị nén chặt dưới tác dụng của áp suất (bỏ qua tổn thất do ma sát), yếu tố này không đổi và phụ thuộc vào loại sản phẩm, cấu trúc và kích

thước của các hạt thành phần

2 Hệ số áp suất bền: Là tỉ số giữa áp suất mặt bên của vật liệu ép với áp suất tác dụng thẳng đứng

3 Độ ẩm, nhiệt độ, thành phần và kích cở hạt của sản phẩm

* Các yếu tố đặt trưng cho điều kiện ép

1 Aïp suất riêng

2 Ma sát giữa sản phẩm và dụng cụ ép, đại lượng này phụ thuộc vào thành phần, tính chất của sản phẩm và trạng thái bề mặt của dụng cụ ép

3 Hình dáng bánh ép, dụng cụ ép và tương quan kích thước của nó

4 Chế độ ép có thể là ép chu kỳ hoặc ép liên tục

5 Hệ số bề mặt của vật liệu ép trực tiếp chịu áp suất ép, phụ thuộc vào số bề mặt trực tiếp mà quá trình ép có thể tiến hành được, hệ số đó cụ thể như sau:

a) Một mặt: Aïp suất nén chặt tác dụng vào một bề mặt của vật liệu ép

b) Hai mặt: Aïp suất nén chặt tác dụng lên hai bề mặt đối diện của vật liệu ép

c) Nhiều mặt: Aïp suất nén chặt tác dụng lên 3 đến

6 mặt của vật liệu ép

Hệ số nén chặt đối với tiết diện ép là không đổi được xác định theo công thức:

β = Y/ Yn (3-1 )

Với Y: Là khối lượng toàn thể tích vật ép (kg)

Yh: Khối lượng thể tích cốt vật chất (kg)

Đặt trưng cơ bản của quá trình đông và liên kết của vật liệu là sự phụ thuộc giữa sự tăng áp suất và hệ số nén chặt của vật chất

Nói chung ép hai phía sẽ giảm được áp suất ép từ 10 đến 20% so với ép một phía Ép hai phía sẽ thu được sản phẩm theo chiều cao đồng đều hơn, cải tiến được nhiều về chất lượng sản phẩm

3.2 Cơ sở lý thuyết về ép đùn vật liệu

Ép đùn vật liệu là một quá trình rất phức tạp, gồm rất nhiều yếu tố Mỗi yếu tố tác động đến quá trình ép khác nhau và mang đặc trưng khác nhau Ở đây ta chỉ xét các yếu tó chính trong quá trình épđó là: Hệ số lèn chặt βđược xác định ở mục 3.2.2, hệ số rỗngε , áp suất ép P(KG/cm2), hệ số ma sát f, chiều cao bánh ép h(cm), năng suất lý thuyết của máy ép Qlt(kg/h), công suất yêu cầu của máy N(kw)

3.2.1 Hệ số lèn chặt β.

Hệ số lèn chặt thể hiện khả năng nén chặt vật liệu của máy vơi một lượng vật liệu và áp suất nhất định

3.2.2 Hệ số rỗng ε

Hệ số rỗng là tỉ số giữa thể tích chất lỏng và

phần khí với thể tích khô, ε được xác định theo công thức sau:

k

khi Lg V

V

V +

=

ε

Trong đó:

VLg: Thể tích chất lỏng

Vkhí :Thể tích chất khí

Vk: Thể tích chất khô

Ngoài ra hệ số làm chặt quan hệ với hệ số rỗng bằng tương quan:

1

−

ε

3.2.3 Aïp suất ép P(KG/cm 2 ).

Aïp suất ép phụ thuôc rất nhiều vào nhiều yếu tố:

nhiệt độ, hệ số ma sát, chiều cao bánh ép đặt biệt

chiều dài của bánh ép Nó được thể hiện trên đò thi sau:

Và quan hệ đó được thể hiện theo công thức:

F h

h s f e P P

.

ξ

−

=

Với ξ: Hệ số áp bền

f: Hệ số ma sát

S: Chu vi vùng ép (mm)

F: Diện tích vùng ép

Pn :Aïp suất riêng trên đáy buồng ép

Đối với má ép bằng trục vít đùn thì sự phụ thuộc của áp suất vào chiều dài trục vít xoắn được thể hiện như sau:

0

A

h (cm)

Hình 3.1 Đồ thị chỉ sự phụ thuộc giữa áp

suất và chiều cao

20 40

P

Hình 3.2 Đồ thị chỉ sự phụ thuộc áp suất vào chiều

dài trục vít

60

0 10 30 50

70

75

0

3.2.4 Hệ số ma sát f.

Hệ số ma sát phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

Vật liệu, nhiệt độ , điều kiện làm việc

Trong quá trình đùn ép hệ số ma sát phụ thuộc vào

áp suất được thẻ hiện như sau:

3.2.5 Lực chiều trục:

Guồn xoắn đẩy trong quá trình ép tạo nên áp suất

của khối vật liệu tác dụng hướng về khuôn và phản

lực hướng về phía nạp liệu, áp suất quyết định độ

của công suất và lực chiều trục trên guồng xoắng

Nghiên cứu quá trình vận chuyển vật liệu trong

guồng xoắn ta được biểu thứcphản lực đối với chiều

trục như sau:

e

tr D P

P

4

= (KG) (XV-43) [ ]1

Với Ptr là lực chiều trục.(KG)

Pe là áp suất ép (KG/cm2)

Và quan hệ đó được thể hiện trên đồ thị (hình 3.4)

0,2 0,4

f

Hình 3.3 Đồ thị chỉ sự phụ thuộc của hệ số ma

sát vào áp suất của vật liệu

ở vận tốc trục vít n=26 v/ph

3.2.6 Năng suất lý thuyết của máy ép guồng xoắn:

Q lt (kg/h).

Qlt được tính theo công thức sau:

ω

α)

cos 2 )(

( 1500

1

2 2

b b S R R m

Q lt = − − −

(kg/h)

hay Q lt m R R S b b )n

cos 2 )(

( 25

1

2

+

−

−

= (kg/h) (XV-9) [ ]1

Trong đó :

m : Số đầu mối ren của guồng xoắn

R1vàR2 : Bán kính ngoài và trong của guồng xoắn.(cm)

b2và b1: chiều rộng của cánh vít ở mặt cắt pháp tuyến

theo bán kính ngoài và trong của guông xoắn (cm)

S:Bước cánh vít củaguồng xoắn (cm)

α: Góc nâng đường vít xoắn của cánh vít theo đường kính trung

bình của guồng xoắn (Độ)

n : Số vòng quay của guồng xoắn trong một phút (v/ph)

500 1000

Hình 3.4 Đồ thị chỉ sự phụ thuộc của lực chiều trục

vào áp suất ép của vật liệu 1500

0

ω: Vận tốc góc của guồng xoắn (rad/s).

3.2.7 Công suất yêu cầu.N (kw)

Công suất yêu cầu trên trục động cơ trong máy ép xác định như sau:

η π

ω

2 1000

.

0

W

N = (KW)

.

102 60 1000

W

N = = (KW) (XV-36) [ ]1

Với ωlà vận tốc góc của trục đẩy (v/ph)

η: hiệu suất truyền động từ trục động cơ đến trục đẩy dẫn động của guồng xoắn của guồng xoắn

n: Số vòng quay của trục đẩy (v/ph)

W0 : Công lực động được xác định như sau:

W0 =Q.dtb (KG.cm)

Vơi Q là lực động (KG)

Dtb :Là đường kính trung bình của guồng xoắn(cm)

ρ

α

tg tg

tg P Q

1

) (

.

−

−

= (KG) (XV-25) [ ]1 Với P: Là áp suất ép (KG/cm2)

α:Góc nâng đường vít của cánh guồng xoắn tại đường kính trung bình của nó (rad,độ)

ρ:Góc ma sát giữa bề mặt cánh và vật liệu (rad,

độ)