Nghiên cứu 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:

3.2.1 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

3.2.2 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:

 = 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

3.3 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  được xác định ở mục 3.2.2, hệ số rỗng , 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)

3.3.1 Hệ số lèn chặt 

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

3.3.2 Hệ số rỗng 

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

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

k

khi Lg

V

V

V 





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



 

 3.3.3 Aïp suất ép P(KG/cm2)

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: CHEN HÌNH

Và quan hệ đó được thể hiện theo công thức:

F h

h s f

e P P

.







Với  : 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:

CHÈN HÌNH

3.3.4 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;

CHÈN HÌNH

3.3.5 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

56 2

 (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 3.3)

CHÈN HÌNH

3.3.6 Năng suất lý thuyết của máy ép guồng xoắn: Qlt (kg/ h)

Qlt được tính theo công thức sau:



) cos 2 )(

( 1500

1

2 2

b b S R R m

cos 2 )(

( 25

1

2 2









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)

trung bình của guồng xoắn (Độ)

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

3.3.7 Công suất yêu cầu.N (kw)

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







2 1000

.

0

W

Hay



 612000

.

102 60 1000

W

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

: 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)









tg tg

tg P Q

1

) (

.





Với P: Là áp suất ép (KG/cm2)

đường kính trung bình của nó (rad,độ)

 :Góc ma sát giữa bề mặt cánh và vật liệu (rad, độ)

CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 4.1 Yêu cầu chế tạo mặt lốp ô tô.

Mặt lốp ô tô là bán thành phẩm của sản phẩm lốp ôtô, nên yêu cầu kỷ thuật không khắt khe lắm, nhưng phải đảm bảo một số yêu cầu cơ bản sau:

- Do vật liệu dẻo có tính đàn hồi tốt nên yêu cầu khuôn phải tạo được mặt lốp có bề rộng và bề dày, đường gờ đúng yêu cầu đặt ra

- Tùy theo kích thước, cở lốp mà ta đùn bề rộng và đường gờ khác nhau Vì vậy cần phải thay đổi khuôn theo kích thước yêu cầu

- Phải có lực ép, cơ cấu ép để đưa cao su ra khỏi khuôn ép

- Phải đạt năng suất cao

- Sản lượng thành phẩm nhiều

- Đảm bảo công nghệ thích hợp

- Phải đảm bảo đủ nhiệt độ để cao su không bị đặc cứng

- Sản phẩm liên tục và ổn định

- Vật liệu cấp liên tục

4.2.Các phương pháp ép đùn (Các phương án).

Trong thực tế có nhiều phương pháp ép đùn khác nhau thỏa mãn những vấn đề yêu cầu chế tạo mặt lốp

Ta có thể đùn bằng phương pháp cơ khí liên tục Ép bằng

cơ khí gián đoạn, ép dùng cơ cấu dẫn động là thủy lực, khí nén hoặc có thể dùng kết hợp cơ _thủy lực, cơ khí nén

Tuy nhiên mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm khác nhau vì vậy ta cần chọn phương pháp phù hợp với yêu cầu của sản phẩm,vật liệu, và việc cấp liệu

Ta có các phương án sau:

4.2.1 Phương pháp ép bằng máy ép loại cần đẩy.

- Đây là phương pháp dùng bánh lệch tâm để đẩy vì vậy vật liệu cấp vào không liên tục và sản phẩm ra

cũng bị gián đoạn do đó sản phẩm không ổn định, cho

1 6

5

Hình 4.1 - Sơ đồ cơ cấu ép đùn dùng cần đẩy

1 Bánh lệch tâm.

2 Cần đẩy

3 Pítông

4 Phểu cấp liệu

5 Thước mặt lốp

6 Chày

- Ưu điểm của phương pháp này

+ Kết cấu đơn giản, dễ thay thế, dễ chế tạo

+ Thích hợp cho cao su đã luyện nóng trước khi đưa vào máy

+ Gia nhiệt hoặc giảm nhiệt dễ dàng vì vật liệu được ép trong xi lanh

+ Độ cứng vững cao

- Nhược điểm:

+ Khó đảm bảo vật liệu vào và bán thành phẩm ra là liên tục

+ Lực ép có giới hạn

4.2.2.Phương pháp ép bằng thủy lực.

Hình 4.2 Sơ đồ máy ép thuỷ lực

10

1

2

8

5 7

1) Bể dầu 8) Piston - Xilanh.

hướng

5) Đồng hồ đo áp suất.

6) Van trên

7) Van đão chiều.

Nguyên lý hạot động:

Bơm dàu (3) cho động cơ hoạt động làm quay hút dầu từ bể (1) qua bộ lọc (2) nén dầu đến một áp suất P, khi ép van đảo chiều (70 đưa dầu vào xi lanh theo đowngf từ trên xuống để ép Dầu ép (9) đi xuốn kết thúc quá trìng ép Muốn đi lên tiếp tục ép tiếp thì điều khiển van đão chiều (7) làm cho dầu chạy từ dưới lên Đảy piston (8) đi lên, dầu theo đường trên

đi ra và trở về bể dầu Đồng hồ đo áp suấ (5) đo áp suất dầu khi bơm Van (6) có tác dụng điều tiết dầu cho phù hợp

- Ưu điểm:

+ Tính toán và thiết kế các cơ cấu đơn giản

+ Chuyển động êm, ít gây ồn

+ Truyền động vô cấp

+ Có lực ép lớn và công suát với các cơ cấu nhỏ + Dể điều khiển tự động, đão chiều chuyển động chống quá tải

- Nhược điểm:

+ Giá thành tương đối cao

+ Yêu cầu kỹ thuật cao

- Phạm vi sử dụng: Máy ép thuỷ lực được dùng rộng rải trong ngành tự động hoá, cần độ chính xác cao, trong sản xuất cao su chưa cần dùng loại máy này

4.2.3.Máy ép bánh răng côn.

2) Bánh đai nhỏ 8) Trục vít

3) Bộ truyền đai 9) Cần ép

4) Bánh đai lớn 10) Khuôn ép dưới 5) Bánh răng côn 11) Trục dẩn hướng

6) Bánh răng côn

Hình 4.3 :Sơ đồ máy ép bánh răng côn

3

4

6

7

Nguyên lý hoạt động.

Khi hoạt động, động cơ (1) truyền động cho bánh đai (2) qua dây đai (3) và qua bánh đai (4) đến bánh răng côn (5) làm cho bánh răng côn (6) chuyển động quay và truyền động cho trục vít (8) làm cho cần ép (9) đi xuống ép khuôn (10) sau đó dùng phanh (7) phanh lại và di chuyển bánh răng côn sang trái làm cho càn ép đi lên kết thúc quá trình ép

- Ưu điểm:

+ Điều khiển được vận tốc khi ép

+ Kết cấu đơn giản, giá thành rẽ

- Nhược điểm:

+ Gây va đập khi đổi chiều quay

+ Tốc độ tương đối chậm

+ Năng suất thấp

4.2.4.Máy ép dùng cơ cấu tay quay con trượt.

1 Động cơ 6) Con trượt.

2 Hộp tốc độ 7) Thanh trượt

5

2

4

1

3 9

5

Hinh 4.4 Sơ đồ máy ép bằng tay quay con trượt

3 Khớp nối 8) Cần ép trên.

4 Cặp bánh răng thẳng 9) Khuôn ép

5 Thanh truyền

Nguyên lý hoạt động:

Dựa trên nguyên lý biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ thanh truyền (5) Khi bánh răng (4) đượcüc truyền động bởi động cơ (1) và hộp giảm tốc (2) làm cho thanh (5) đi lên xuống, thanh (6) chuyển động lên xuống làm cho cần ép (8) cũng lên xuống thực hiện quá trình ép và đẩy

- Ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản

+ Có thể ép được nhiều tấm trong một lần ép (bằng nhiều trục ép )

+ Cho năng suất cao

+ Đảm bảo được độ cấn vững

- Nhược điểm:

+ Làm việc gián đoạn

+ Vận tốc chậm

+ Năng suất thấp

4.2.5 Máy ép trục khuỷu.

10 12

7

8 9

11

4

6

3

Hình 4.5 : Sơ đồ máy ép trục khuỷu

Hình 4.6 - Sơ đồ cơ cấu ép bằng trục vít đùn

2 4

1) Động cơ 7) Trục trung gian

2) Bộ truyền đai 8) Trục khuỷu

3) Bámh đaio lồng không 9) Tay biên

5) Trục chính 11) Cơ cấu điều chỉnh

6) Cơ cấu phanh 12) Đầu trượt

Nguyên lý hoạt động:

Độüng cơ (1) truyền động qua bộ truyền đai (2) làm quay bánh đai (3) lắp lồng không trên trục (5) Khi đóng

ly hợp (4), trục (5) quay truyền động qua trục trung gian (7) tới trục khuỷu (8), thông qua tay biên (9) làm cho đầu trược (12) chuyển động lên xuống Đêr điều chỉnh hành trình và sự cân bằng của đầu trượt người ta dùng bộ điề chỉnh (11) Bộ xi lanh khí (10) dùng để giữ cho đầu trươtj chuyển động êm và giảm chấn động khi ép

Ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản, dể vận hành

+ Lực ép lớn

- Nhược điểm:

+ Truyền động của máy là truyền động cứng, dể gây quá tải

+ Điều chỉnh hành trình phức tạp và phạm vi điều chỉnh bé

+ Tốc độ ép thay đổi theo góc quay của trục khuỷu 4.2.6 ÉP BẰNG TRỤC VÍT ĐÙN :

1 Phểu nạp liệu

2 Trục vít đùn

3 xi lanh

4 Thước mặt lốp

- ƯU ĐIỂM :

+ Vật liệu và sản phẩm vào ra liên trục

Hình 6.8 : Sơ đồ cơ cấu ép bằng máy ép cán

+ Phù hợpcho cao su đưa vào máy là nóng hoặc nguội đều

+ Gia nhiệt hoặc giảm nhiệt trong quá trình ép được thể hiện dể dàng nhờ kín trong xi lanh

+ Có thể thay thước mặt lốp khác theo kích cở yêu cầu của sản phẩm

+ Cho năng suất cao phù hợp với sản xuất hàng loạt

- NHƯỢC ĐIỂM

+ khó khăn trong việc chế yạo trục vít đùn

4.2.7 PHƯƠNG PHÁP ÉP BẰNG VÍT XOẮN :

1 phểu cấp liệu

2 xi lanh

3 Trục xoắn

4 Thước mặt lốp

- ƯU ĐIỂM :

+Làm việc với áp suất ép tốt 8 10 kg/cm2

+ Làm viẹc liên tục

- NHƯỢC ĐIỂM : khó chế tạo

4.2.8 PHƯƠNG PHÁP ÉP BẰNG MÁY ÉP CÁN :

Hình 4.7: Sơ đồ cơ cấu ép bằng trục vít xoắng

1 Hai trục cán

2 Trục có rãnh

3 Thùng quay có bề mặt ngoài dạng thước mặt

lốp

4 Võ máy cố định

5 Trục băng tải

- ƯU ĐIỂM : Đơn giản dễ sử dụng

- NHƯỢC ĐIỂM

+ Năng suất và chất lượng không cao

+ Độ cứng vững thấp

+ Lực ép nhỏ

4.3 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG PHÁP ÁN

BẢNG 4.1 Bảng so sánh các phương án ép PHƯƠNG PHÁP

ÉP

ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM

* Phương

pháp ép

bằng vít

xoắng

-Máy làm việc với áp suất ép lớn 8

 10 KG/ cm2

- Cho năng suất cao -Gia nhiệt và giảm nhiệt dễ dàng

-Khó chế tạo trục vít -Độ bền thấp ,dễ gảy cánh vít

* Phương

pháp ép

bằng máy

ép loại càn

đẩy

- Kết cấu đơn giản , dễ thay thế dễ chế tạo

- Thích hợp cho cao su đã luyện nóng

trước khi đưa vào máy

- Gia nhiệy hu\oặc giảm nhiệt dễ dàng vì vật liệu được ép trong xi lanh

- Khó đảm bảo vật liệu vào và bán thành

phẩmra liên tục

- Lực ép có giới hạn

- Năng suất thấp

* Phương

pháp ép - Vật liệu và sản phẩm vào ra liên - Khó khăn trong việc chế tạo trục vít đùn