ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHUN ÉP NHỰA

Xây dựng thiết kế mô hình máy phun ép nhựa. Dựa trên quy trình công nghệ thiết kế và tính toán trục vít. Các bạn cần mua luôn mô hình có thể liên hệ SMS: 0911759711 Có bản vẽ AUTOCAD A0 Mô hình thực tế của đồ án

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

MÁY PHUN ÉP NHỰA

Người hướng dẫn: TS NGUYỄN DANH NGỌC Sinh viên thực hiện: TRẦN THANH QUANG

Số thẻ sinh viên: 101232091131

Đà Nẵng, 5/2018

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

T ên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình máy phun ép nhựa.

Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Quang

Số thẻ sinh viên: 101232091131

Lớp: 09CDT2.

GV hướng dẫn: TS Nguyễn Danh Ngọc

GV duyệt: ThS Nguyễn Đắc Lực

Tóm tắt nội dung đề tài:

Dựa vào tìm hiểu thực tế và các kiến thức được trang bị ở trường, em chọn

đề tài tốt nghiệp của mình là “Thiết kế và chế tạo mô hình máy phun ép nhựa”

Về quy trình công nghệ gồm có 3 giai đoạn:

- Lấy nhựa vào khuôn ép

- Tạo áp lực ép để điền đầy

- Làm nguội và lấy sản phẩm ra khỏi khuôn

Dựa vào quy trình công nghệ trên và các tài liệu tham khảo khác em thiết kế và chếtạo mô hình của mình gồm các bộ phận sau:

- Bộ phận kẹp giữ khuôn: Cơ cấu chấp hành dùng xi lanh khí nén và van điệntừ

- Bộ phận lấy nhựa: Là khối phức hợp gồm trục vít tải kết hợp với xi lanhđược điều khiển bằng van điện từ

- Bộ phận đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn: Là một xi lanh được điều khiển bằngvan điện từ nổi thẳng vào ty đẩy của khuôn

Ứng với mỗi quy trình và một bộ phận cần có nhiều cơ cấu hỗ trợ kèm theo cũngnhư cần được lập trình để mô hình có thể hoạt động Trong mô hình của mình em

sử dụng PLC SAMSUNG FARA N70-α

Lớp: 09CDT2 Khoa: Cơ khí Ngành: Cơ Điện tử

1 Tên đề tài đồ án: Thiết kế & chế tạo mô hình máy phun ép nhựa

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Tìm hiểu tổng quan về công nghệ phun ép nhựa

- Thiết kế kết cấu cơ khí của mô hình máy phun ép nhựa

- Thiết kế hệ thống điều khiển mô hình máy phun ép nhựa

4 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):

- Bản vẽ kết cấu cơ khí mô hình (A0)

- Bản vẽ chi tiết trục vít và mặt bích (A0)

- Bản vẽ sơ đồ cấp nguồn cho thiết bị(A0)

- Bản vẽ sơ đồ đấu dây mô hình (A0)

- Bản vẽ sơ đồ thuật toán điều khiển PLC (A0)

- Bản vẽ sơ đồ thuật toán Arduino (A0)

5 Họ và tên người hướng dẫn: TS Nguyễn Danh Ngọc

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/02/2018

7 Ngày hoàn thành đồ án: 30/05/2018.

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2018

TS Võ Như Thành

TS Nguyễn Danh Ngọc

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay đất nước ta đang trong thời kì đổi mới - thời kỳ côngnghiệp hóa hiện đại hóa Cùng với sự phát triển của ngành Cơ khí chế tạo máy,ngành Kỹ thuật Điện tử là sự phát triển của Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Hệ thống điều khiển là một phần quan trọng được trong mọi quá trình tự động hóa.Ngày nay, nhựa được dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trongđời sống hằng ngày cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiệnđại của con người Đáp ứng nhu cầu tạo những sản phẩm từ nhựa nhanh chóng dễdàng, em đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phun ép nhựa

Đây là đề tài, đồ án nghiên cứu cuối cùng của em trước khi rời khỏi ghế nhàtrường và trở thành kỹ sư, với những kiến thức được lĩnh hội, em đều áp dụng vào

đề tài này Trong quá trình thực hiện đề tài, đã nhận được sự giúp đỡ, ủng hộ rấtnhiều từ phía thầy cô, gia đình và bạn bè

Qua đó, em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến những người đã hỗ trợ emhoàn thành đồ án này, đặc biệt là thầy TS Nguyễn Danh Ngọc, là người đã luôntheo dõi, hướng dẫn, chỉ bảo rất tận tình trong suốt quá trình em thực hiện đề tài.Trong đề tài chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được nhữngđóng góp quý báu từ phía quý thầy cô và các bạn đọc để đề tài hoàn thiện hơn.Trân trọng cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 5 năm 2018 Sinh viên thực hiện

Trần Thanh Quang

CAM ĐOAN

Đồ án tốt nghiệp của em là một sản phẩm được làm ra từ chính bản thân của em,không ăn cắp ý tưởng hay vi phạm bản quyền đề tài của ai

Trong đồ án tất cả các thuật ngữ, chú giải, hình ảnh đều được ghi rõ nguồn gốc khi

sử dụng Các tài liệu tham khảo sử dụng trong đồ án đều trích dẫn tên và ghi rõràng tác giả của tài liệu

Sinh viên thực hiện

Trần Thanh Quang

MỤC LỤC

Tóm tắt đồ án tốt nghiệp

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu i

Cam đoan .ii

Mục lục …… iii

Danh sách hình vẽ v

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN ÉP NHỰA 12

1.1 Ngành công nghiệp nhựa 12

1.2 Tổng quan về công nghệ phun ép 13

1.2.1 Giới thiệu 13

1.2.2 Đặc điểm công nghệ 13

1.3 Phân loại máy phun ép 14

1.3.1 Phân loại theo cấu tạo 14

1.3.2 Phân loại theo cơ chế vận hành 17

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ 21

2.1 Cấu trúc hệ thống máy 21

2.1.1 Đơn vị đóng mở 22

2.1.2 Đơn vị phun ép 23

2.2 Các bộ phận chính của máy phun ép 16

2.2.1 Phễu nạp liệu 16

2.2.2 Trục vít 16

2.1.3 Xi lanh và vòng băng đốt trong 18

2.1.4 Bộ phận ngăn dòng chảy ngược nhựa lỏng 19

2.1.5 Đầu phun 19

2.1.6 Khuôn phun ép 18

2.1.7 Xi lanh khí nén 19

2.1.8 Van khí nén 21

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 23

3.1 Quy trình công nghệ 23

3.2 Kiến trúc hệ thống điều khiển 24

3.3 Tổng quan về PLC 25

3.3.1 Giới thiệu chung 25

3.3.2 Hoạt động của một PLC 26

3.3.3 Ứng dụng của PLC 28

3.3.4 Giới thiệu PLC N70-α của hãng Samsung 28

3.4 Thiết kế sơ đồ nối dây mô hình 32

3.4.1 Hệ thống cấp nguồn 32

3.4.2 Mạch điều khiển Arduino 33

3.4.3 Sơ đồ nối dây PLC 34

3.4.4 Sơ đồ nối dây van xi lanh 35

3.5 Một số linh kiện điện tử 36

3.5.1 Arduino UNO R3 36

3.5.2 Cảm biến D-A76H 37

3.5.3 Dây cảm biến nhiệt độ NTC-100K 38

3.5.4 Rơ le trung gian Omron MY2N 39

3.5.5 Công tắc hành trình BTN1A019 39

3.5.6 Động cơ pittman 8322 40

3.5.7 Màn hình LCD 16x2 40

3.6 Chương trình điều khiển 41

3.6.1 Thuật toán điều khiển trên PLC 41

KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 1: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHU TRÌNH

CARNOT 49 PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH PLC 53 PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH ARDUINO 54

DANH MỤC HÌNH V

Hình 1 1: Số kg nhựa tiêu thụ trên đầu người từ năm 2010-2015 [1] 13

Hình 1 2: Máy phun ép trục vít [1] 14

Hình 1 3: Máy phun ép bằng piton dạng vít đùn [1] 17

Hình 1 4: Máy phun ép nằm ngang[1] 18

Hình 1 5: Máy phun ép dọc[1] 19

Y Hình 2 1: Cấu trúc chính của máy phun ép nhựa 21

Hình 2 2: Bản vẽ kết cấu cơ khí của mô hình 22

Hình 2 3: Đơn vị đóng mở [1] 23

Hình 2 4: Cấu tạo của đơn vị đóng mở: (1) Khuôn, (2) Tấm lót dẫn hướng, (3)Tấm giữ khuôn cố định, (4) Lỗ khoan hướng tâm, (5) Tấm giữ khuôn di chuyển, (6) Bệ máy 23

Hình 2 5: Giai đoạn lấy nhựa vào khuôn: (1) Phễu nạp nguyên liệu, (2) Xi lanh, (3) Vòng băng điện trở, (4) Trục vít, (5) Khuôn đúc phun, (6) Cuống nối nhựa 24

Hình 2 6: Giai đoạn ép áp lực điền đầy nhựa vào khuôn 24

Hình 2 7: a) Cấu tạo trục vít, b) cấu tạo chổ nối trục 17

Hình 2 8: Cấu tạo của trục vít đùn đơn giản: (1) Mũi trục vít, (2) Bộ phận chặn dòng chảy ngược , (3) Lõi trục vít, (4) Gờ vòng xoắn , (5) Chuôi trục 17

Hình 2 9: Trục vít với van chặn dòng chảy ngược [3]: (1) Khuôn, (2) Đầu phun, (3) Vặn chặn dòng chảy ngược, (4) Trục vít, (5) Xi lanh, (6) Mũi trục vít, (7) Đầu xi lanh, (8) Ống lót cuốn nối 19

Hình 2 10: Khuôn đúc sản phẩm [3] 19

Hình 2 11: Xi lanh khí nén 20

Hình 2 12: Van khí nén [3] 21

Hình 3 1: Quy trình công nghệ phun ép [1] 23

Hình 3 2: Kiến trúc hệ thống điều khiển 24

Hình 3 3: Chu kỳ vòng quét của PLC 27

Hình 3 4: PLC Samsung N70-α [5] 29

Hình 3 5: Rack gắn module của PLC SAMSUNG [5] 29

Hình 3 6: Giao diện phần mềm lập trình WINFPST 31

Hình 3 7: Cấu hình tốc độ truyền cho PLC 31

Hình 3 8: Sơ đồ nối cáp cho PLC N70-α 32

Hình 3 9: Hệ thống cung cấp nguồn 33

Hình 3 10: Sơ đồ mạch điều khiển Arduino 34

Hình 3 11: Sơ đồ nối dây PLC 35

Hình 3 12: Sơ đồ nguyên lý mạch khí nén 36

Hình 3 13: Arduino UNO R3 36

Hình 3.14: Cảm biến D-A76H 37

Hình 3.15: Dây cảm biến nhiệt độ NTC-100K 38

Hình 3.17: Rơ le trung gian Omron MY2N 39

Hình 3.18: Công tắc hành trình 39

Hình 3 19: Động cơ pittman 8322 40

Hình 3 20: Màn hình Text LCD 16x2 41

Hình 3.21: Lưu đồ thuật toán PLC 42

Hình 3 22: Mô hình máy phun ép nhựa 44

Hình 3 23: Mô hình máy phun ép nhựa (nhìn từ trên xuống) 45

Hình 3 24: Mô hình máy phun ép nhựa (nhìn từ cạnh) 45

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN ÉP NHỰA

Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc polymer, được dùng làm vật liệu sản xuấtnhiều loại vật dụng góp phần quan trọng vào phục vụ đời sống con người cũng nhưphục vụ cho sự phát triển của nhiều ngành và lĩnh vực kinh tế khác như: điện, điện

tử, viễn thông, giao thông vận tải, thủy sản, nông nghiệp Cùng với sự phát triểncủa khoa học công nghệ, chất dẻo còn được ứng dụng và trở thành vật liệu thay thếcho những vật liệu truyền thống tưởng chừng như không thể thay thế được là gỗ,kim loại, silicat Do đó, ngành công nghiệp Nhựa ngày càng có vai trò quan trọngtrong đời sống cũng như sản xuất của các quốc gia

Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, ngành công nghiệp Nhựa dù còn non trẻ sovới các ngành công nghiệp lâu đời khác như cơ khí, điện - điện tử, hoá chất, dệtmay v.v… nhưng đã có sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây NgànhNhựa giai đoạn 2010 – 2015, là một trong những ngành công nghiệp có tăngtrưởng cao nhất Việt Nam với mức tăng hàng năm từ 16% – 18%/năm (chỉ saungành viễn thông và dệt may), có những mặt hàng tốc độ tăng trưởng đạt gần100% [1] Với tốc độ phát triển nhanh, ngành Nhựa đang được coi là một ngànhnăng động trong nền kinh tế Việt Nam Sự tăng trưởng đó xuất phát từ thị trườngrộng, tiềm năng lớn (xem hình 1.1) và đặc biệt là vì ngành nhựa Việt Nam mới chỉ

ở bước đầu của sự phát triển so với thế giới và sản phẩm nhựa được phát huy sửdụng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống bao gồm sản phẩm bao bì nhựa, sảnphẩm nhựa vật liệu xây dựng, sản phẩm nhựa gia dụng và sản phẩm nhựa kỹ thuậtcao

Hình 1 1: Số kg nhựa tiêu thụ trên đầu người từ năm 2010-2015 [1]

1.2 Tổng quan về công nghệ phun ép

1.2.1 Giới thiệu

Công nghệ phun ép là công nghệ truyền thống của ngành sản xuất nhựa, được pháttriển qua 4 thế hệ máy Thế hệ thứ 4 là các loại máy phun ép điện, ép gas đangđược áp dụng phổ biến ở các quốc gia có công nghiệp nhựa tiên tiến như Mỹ, Đức,Nhật… đang thâm nhập vào thị trường Châu Á Loại công nghệ này phục vụ chocác ngành công nghiệp điện tử, điện dân dụng, sản xuất xe hơi và các ngành côngnghiệp khác, đỉnh cao của công nghệ này là công nghệ nhựa vi mạch điện tử

Tại Việt Nam, hiện có gần 3000 thiết bị phun ép trong đó có 2000 máy ở thế

hệ thứ 2, thứ 3 [1] Trước đây công nghệ phun ép được sử dụng sản xuất hàng giadụng nay đã chuyển sang hàng nhựa công nghiệp phục vụ cho các ngành côngnghiệp khác Sản phẩm của nó được thay thế các chất liệu khác như gỗ, sắt, nhôm,trong công nghiệp bao bì và hàng tiêu dùng

1.2.2 Đặc điểm công nghệ

Công nghệ phun ép là quá trình phun nhựa nóng chảy lỏng điền đầy khuôn Mộtkhi nhựa được làm nguội và định hình 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 Các nhựa nhiệt dẻo thường được gia côngbằng phương pháp này Sản phẩm gia công có kích thước khá chính xác theo 3chiều vi được tạo ra hình trong khuôn kín

Quá trình gia công gồm 2 quá trình:

- Nhựa hoá trong xi lanh nguyên liệu

- Tạo hình trong khuôn

Quá trình tạo hình chỉ tiến hành khi làm khít 2 nửa khuôn lại với nhau Tùy theonguyên liệu, chế độ nhiệt độ của khuôn khác nhau (nhựa nhiệt dẻo khác nhựa nhiệtrắn) Vật liệu chảy vào khuôn qua các rảnh, cửa tiết diện nhỏ Khi vùng tạo hìnhcủa khuôn đã được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng của lực ép.Gia công bằng phương pháp phun ép tiết kiệm được nhiều nguyên liệu, ít tốn cônghoàn tất Tuy nhiên, quá trình phun ép không ổn định về nhiệt độ và áp suất

1.3 Phân loại máy phun ép

1.3.1 Phân loại theo cấu tạo

a Máy phun ép trục vít

 Nhiệm vụ: vừa làm nhiệm vụ nhựa hoá vừa giữ nhiệm vụ tạo áp suất đẩyvào vùng tạo hình của khuôn đúc, để thực hiện được nhiệm vụ này, bộ phậntruyền động của bộ phận trục vít phải tạo được chuyển động quay tròn vàchuyển động tinh tiến

 Bộ phận truyền động: Trục vít hoạt động nhờ hai bộ phận truyềnđộng:

 Chuyển động tới lui nhờ vào xi lanh thủy lực lắp sau xi lanh nguyên liệu

 Chuyển động quay tròn có thể do động cơ điện truyền động qua bộ phậngiảm tốc bằng bánh răng và cũng có thể nhờ vào bộ phận truyền động thủy lực.Hiện nay người ta dùng động cơ thủy lực, vì phạm vi điều chỉnh vận tốc rộng,mặt khác cơ cấu vận động kiểu này đơn giản hơn

 Đầu phun: Là bộ phận nối tiếp giữa xi lanh nguyên liệu, nó giữ nhiệm

vụ dẫn nguyên liệu từ xi lanh nguyên liệu đến khuôn Cấu tạo và hình dạng cua

đầu phun có ảnh hưởng rõ rệt đến áp suất và nhiệt của nhựa, đồng thời nó cũngảnh hưởng tới thời gian duy trì áp suất, nghĩa là ảnh hưởng đến chu kì đúc

- Cấu tạo của đầu phun phải đảm bảo 3 yêu cầu sau: Không có điểm dừngtrên đầu nguyên liệu Tổn thất áp suất nhỏ nhất Có khả năng ăn khớp với lỗphun keo trên khuôn không cho nhựa lỏng trong xi lanh nguyên liệu chảy rangoài trong khi phun ép sản phẩm

- Nhiệm vụ của đầu phun: Giống như một chiếc van nối giữa bộ phận trục vít

và khuôn nhựa

 Cụm đóng mở khuôn: Bộ phận này rất đa dạng, gồm các loại thủylực,cơ học, thủy lực kết hợp cơ học,cơ điện… Mỗi kiểu có những ưu điểm vànhược điểm của nó và hiện nay người ta có khuynh hướng sử dụng tổ hợp các

xi lanh thủy lực khác nhau và không dùng thủy lực cơ học Dù kiểu nào đi nữathì bộ phận này cũng phải đáp ứng hai yêu cầu sau: Kết cấu gọn nhẹ Đảm bảo

độ cứng vững, chịu được lực lớn khi đóng khuôn

Máy phun ép trục vít có ưu điểm và nhược điểm sau:

 Ưu điểm:

- Nguyên liệu được đốt nóng nhanh và điều, vì trong xi lanh nguyên liệu,nguyên liệu vừa được tạo thành các lớp mỏng, vừa được trộn liên tục

- Thời gian lưu của nguyên liệu trong xi lanh nguyên liệu ngắn

- Cấu tạo của máy gọn nhẹ nhất là bộ phận nạp liệu

- Tuy không đòi hỏi đo lường, nhưng lượng vật liệu đi vào máy khá đồng đềugiúp cho việc đảm bảo áp suất đúc ổn định, chất lượng sản phẩm đồng đều

- Tổn thất áp suất trong vùng nguyên liệu trước trục vít ít do chúng đã đượcđốt nóng đến trạng thái chảy nhớt

 Nhược điểm: Không tạo được áp suất lớn do có khe hở giữa răng vít

và xi lanh

b Máy phun ép piton

Hình 1.3 thể hiện một dạng máy phun ép piton Đặc điểm của máy này khi hoạtđộng máy cho phép nhựa đã gia nhiệt nằm trong piton đẩy tạo ra áp lực lớn đưavào khuôn nhựa mà không có bọt khí Từ đó máy tạo ra sản phẩm chất lượng tốtkhông bị các lỗi dễ gặp như rỗ khí, hai lai, bavia

Hình 1 3: Máy phun ép bằng piton dạng vít đùn [1]

Dạng máy phun ép piton có lợi thể dễ sữa chưa bảo trì, linh kiện thay thế kháđang dạng Máy cũng có giá thành rẻ hơn so với các loại máy phun ép sử dụngđộng cơ điện Từ đó, máy rất phù hợp với điều kiện sản xuất nhỏ lẻ chi phí đầu tư

ban đầu thấp Tuy nhiên nhược điểm của máy là do sử dụng piton nên vậnhành có ồn cao, tạo nhiều rung động, thường xuyên phải bảo dưỡng các chi tiếtnhạy cảm như van dầu, động cơ bơm áp…

1.3.2 Phân loại theo cơ chế vận hành

a Máy phun ép ngang

Đây là loại phổ biến nhất Một phần của máy, bộ phận khuôn và các bộ phận vòiphun nằm trên trục trung tâm và khuôn được mở ra theo hướng nằm ngang Kíchthước ngắn gọn, dễ vận hành bảo trì, trọng tâm máy thấp, cài đặt máy ổn định, sảnphẩm sau khi hoàn thành dễ dàng được lấy ra nhờ trọng lượng của sản phẩm do đó

dễ dàng thực hiện hoạt động tự động hoàn toàn

Hình 1 4: Máy phun ép nằm ngang[1]

Hiện nay đa số dòng máy này đều sử dụng động cơ điện AC SERVO cho các cơcấu chấp hành của máy Các loại máy này thường vận hành êm, điều khiển vị tríchính xác, phân cấp bảo vệ cao nên vận hành rất an toàn Dễ dàng lắp ráp thêmrobot phục vụ cho quá trình sản xuất

b Máy phun ép dọc

Một phần của máy, bộ phận khuôn và các bộ phận vòi phun nằm trên trục trung

tâm theo chiều dọc và khuôn được mở ra theo hướng thẳng đứng Loại máy nàythường sản xuất các sản phẩm nhỏ, cấu tạo đơn giản, dễ vận hành Điểm đặc biệtcủa máy này cũng là do máy nằm theo trục đứng nên diện tích sàn để lắp đặt máykhông nhiều lắm.

vào các sản phẩm nhựa có thể được đồng đều hơn Sản phẩm lấy ra không dễ dàng

và phải lấy ra bằng tay do đó khó thực hiện được hoạt động tự động Với máy phun

ép đứng này được sử dụng cho máy phun ép nhỏ

c Máy phun ép nghiêng

Bộ phận khuôn và các bộ phận vòi phun không nằm trên trục trung tâm mà tạothành một góc lệch tâm Hướng phun và giao diện nằm trên cùng bề mặt khuôn.Phù hợp cho các trung tâm gia công các sản phẩm có bề mặt phẳng không được đểlại dấu vết trên bề mặt sản phẩm Máy phun ép nghiêng có diện tích nhỏ hơn máyphun ép ngang, nhưng nhựa được điền vào khuôn dễ dàng hơn do góc nghiêngxuống Đây là máy được sử dụng nhiều cho các mục đích công suất nhỏ

d Máy phun phun ép có nhiều chế độ quay

Máy đặc biệt nhiều khuôn được đặc trưng bởi cấu trúc thiết bị quay kẹp, khuôn bốtrí xung quanh trục quay Đây là loại máy phun ép phát huy khả năng hóa dẻo đểrút ngắn chu kì sản xuất và nâng cao năng lực sản xuất của máy, đặc biệt máy thíchhợp cho làm mát và hối lượng nhựa lớn trong một thời gian dài, nó hỗ trợ thời gianlàm mát và tang lượng nhựa trong sản xuất sản phẩm Tuy nhiên hệ thống khuônkẹp lớn, phức tạp, lực khá nhỏ do đó máy được sử dụng trong sản xuất đế, bệ vàmột số sản phẩm khác

Hiện nay các hãng máy đều tập trung vào phát triển hệ máy phun épsử dụngđộng cơ servo AC kết hợp kết cấu vitme – kìm để kẹp khuôn Ưu điểm của loạimáy này là vận hành êm, ít tiếng ồn, dễ bảo trì bảo dưỡng, năng suất làm việc cao,

dễ dàng lập trình và điều khiển vị trí chính xác Nhược điểm là giá thành cao hơn

so với các máy dùng xi lanh truyền thống

Một số hãng sản xuất máy như: LSMtron, Woojin, Toyo, Kawaguchi, Arburg,Niigata, Toshiba…

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ

- Hệ thống kẹp khuôn, sử dụng xi lanh kẹp nhằm đơn giản hóa do kíchthước mô hình nhỏ

- Hệ thống khuôn được thiết kế bằng Creo và gia công bằng máy CNC

- Hệ thống phun gồm buồng chứa và trục vít ép nhựa

- Hệ thống hổ trợ quá trình phun sử dụng xi lanh cho cơ cấu chuyển độngtịnh tiến đơn giản

Hình 2 2: Bản vẽ kết cấu cơ khí của mô hìnhNhư thể hiện trên hình 2.2, hai đơn vị đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của

hệ thống là: đơn vị đóng mở và và đơn vị phun ép

Cấu trúc và chi tiết hoạt động của đơn vị đóng mở: hai phần nửa của khuônđược đặt vào chính giữa 2 lỗ khoan hướng tâm nằm đối xứng trên hai tấm giữkhuôn, trên mặt có những lỗ khoan đối xứng để bắt ốc giữ khuôn Hai tấm giữ nàymột phần cố định, phần còn lại chuyển động được tựa trên 4 thanh hình trụ nằmngang, hay thẳng đứng tùy theo dạng máy Lực khởi động tiến trình đóng mở đượctạo ra bởi hệ thống thủy lực, thông qua một hệ thống đòn bẩy dạng khủy tay sẽ đẩyphần nửa tấm lót có mang một phần nửa khuôn chuyển động tới lui dọc theo 4 trục

Hình 2 3: Đơn vị đóng mở [1]

Cấu tạo của đơn vị đóng mở được thể hiện trên hình 2.4

Hình 2 4: Cấu tạo của đơn vị đóng mở: (1) Khuôn, (2) Tấm lót dẫn hướng,(3)Tấm giữ khuôn cố định, (4) Lỗ khoan hướng tâm, (5) Tấm giữ khuôn di chuyển,

(6) Bệ máy

2.1.2 Đơn vị phun ép

Cấu tạo của đơn vị phun ép bao gồm xi lanh được bao xung quanh bởi các vòngbang điện trở đốt nóng, trục vít bên trong xi lanh Trục vít chuyển động quay kéotheo hạt nhựa xuống từ phễu nạp nguyên liệu và đẩy dần về phía trước, đồng thời

ép nhựa nóng chảy xuyên qua kênh tiếp nối đi vào bên trong hốc khuôn Chuyển

động quay của trục vít được khởi động bởi một động cơ thủy lực hay động cơ điện.chuyển động thẳng theo trục ngang được tạo ra bởi piton với xi lanh thủy lực.

Đơn vị phun: trục vít theo chiều ngang, dọc theo xi lanh về phía đầu phun để đẩy

khối nhựa nóng chảy vào hốc khuôn Với hoạt động này, trục vít được xem nhưgiữ vai trò của một piton nạp nhựa nóng chảy theo một lượng nhất định vào hốckhuôn (xem hình 2.5)

Hình 2 5: Giai đoạn lấy nhựa vào khuôn: (1) Phễu nạp nguyên liệu, (2) Xi lanh,(3) Vòng băng điện trở, (4) Trục vít, (5) Khuôn đúc phun, (6) Cuống nối nhựa

Đơn vị ép: chuyển động quay của trục vít bắt đầu khởi động tạo áp suất lớn để

nén chặt nhựa trong hốc khuôn ngay sau hoạt động cung ứng theo liều lượng củađơn vị phun chấm dứt

Hình 2 6: Giai đoạn ép áp lực điền đầy nhựa vào khuôn

thể được tạo ra nhờ trục vít quay tạo ra lực đẩy nhựa hóa lỏng về phía trước Dưới tác dụng của lực này, nhựa được phun dưới áp suất cao nhờ một đầu phun phía trước tạo ra áp lực điền đầy nhựa vào khuôn.

Nhiệm vụ: Vận chuyển nguyên liệu trong phễu từ trên cao xuống đưa vào bêntrong xi lanh thông qua chuyển động quay của trục vít Nấu chảy nguyên liệu bêntrong xi lanh bởi nhiệt do nhiệt được cung cấp bởi vòng bang điện trở đót nóng bọcbên ngoài

2.2 Các bộ phận chính của máy phun ép

2.2.1 Phễu nạp liệu

Đây là bồn chứa nguyên liệu dưới dạng bột nhựa hay hạt nhựa đã được sấy khôtrước đó (xem hình 2.5) Trong nhiều trường hợp bồn chứa được làm nóng bởi cácmạch điện trở bên trong để sấy khô hạt nhựa trước khi được đưa vào bên trong xilanh Đối với nhựa đàn hồi, bồn chứa được trang bị thêm một chốt chặn để kiểmsoát lượng nguyên liệu được nạp vào

2.2.2 Trục vít

Trục vít có nhiệm vụ kéo nguyên liệu từ phễu chứa vào trong xi lanh để nấu chảy.khi gia công nhựa nhiệt dẻo người ta thường sử dụng trục vít có 3 vùng: vùng kéo,vùng nén và vùng phun ép (xem hình 2.5 và hình 2.6) Các trục vít thường có chiềudài 20D (20 lần đường kính D) kích thước của chiều dài dựa trên đòi hỏi của hiệusuất, sự nóng chảy lỏng của nhựa nhão và điều kiện cọ sát giữa các hạt nhựa với bềmặt trục vít

Hình 2 7: a) Cấu tạo trục vít, b) cấu tạo chổ nối trục.

Hình 2 8: Cấu tạo của trục vít đùn đơn giản:

(1) Mũi trục vít, (2) Bộ phận chặn dòng chảy ngược , (3)

 Chiều sâu rãnh vít: h = (0,2 ÷ 0,3)*D = 0,2*25 = 5mm(2.2)

 Khe hở giữa xi lanh và đầu mút cánh vít:

δ = (0,002 ÷ 0,005)D = 0,005*25 = 0,125mm (2.4)Đối với loại trục lớn, rỗng để dẫn nước làm nguội vào thì gọn như sau:

 Chiều sâu rãnh vít h= (0,1 ÷ 0,2)*D(2.5)

 Đường kính lỗ rộng d1 = (0,3 ÷ 0,4)*D; (2.6)Trục vít thường được chế tạo theo 3 cấp độ nhằm đảm bảo các yếu tố sau: đảmbảo khả năng lấy nhựa đều từ phếu, nhựa được cấp đến đầu phun đã hóa lỏng hoàntoàn, lực phun ép nhựa vào khuôn đủ lớn nếu khuôn không có hệ thống phun trợlực Các tính toán của loại vít tải này phụ thuộc nhiều vào loại nhựa chính chạymáy Đối với loại nhựa có nhiệt độ nóng chảy cao trục vít tải thường được thiết kế

để tốc độ nhựa từ phễu tới đầu phun chậm, rảnh vít nông hơn Ngược lại, đối vớinhựa có nhiệt độ nóng chảy thấp, rảnh vít sẽ sâu hơn, vận tốc nhựa từ phễu tới đầuphun sẽ nhanh hơn

2.1.3 Xi lanh và vòng băng đốt trong

Xi lanh là một ống thép với kích thước thành ống rất dày, bên ngoài được bao bọcbởi các vòng băng điện trở đốt nóng Xi lanh hai lớp vỏ được ứng dụng đối vớinhựa cứng, giữa hai lớp vỏ này là dầu nhiệt độ của vòng băng nằm trong vùng sẽđạt được cố định thông qua dụng cụ điều chỉnh

Hình 2 9: Trục vít với van chặn dòng chảy ngược [3]: (1) Khuôn, (2) Đầu phun,(3) Vặn chặn dòng chảy ngược, (4) Trục vít, (5) Xi lanh, (6) Mũi trục vít, (7) Đầu

xi lanh, (8) Ống lót cuốn nối

2.1.4 Bộ phận ngăn dòng chảy ngược nhựa lỏng

Trong giai đoạn ép, trục vít quay tạo áp suất lớn để ép nhựa vào hốc khuôn, sức épnày sẽ tạo ra phản lực đẩy nhựa lỏng lùi về phía sau Để ngăn không cho hiệntượng này xảy ra, người ta thiết kế thêm vào đầu trục vít một bộ phận chặn dòngchảy ngược

2.1.5 Đầu phun

Đầu phun được xem như bộ phận tiếp nối giữa phần đầu của xi lanh và khuôn Đầuphun được nối với xi lanh thông qua đầu nối có ren vít hay thông qua nắp đậy.Kênh dẫn nhựa nắp đậy thông qua đầu phun phải được thiết kế thích hợp với dòngchảy và mặt tiếp giáp giữa đầu phun với ống lót Kênh nối cảu khuôn phải thật kín

để tránh trường hợp nhựa lỏng chảy ra ngoài Một chi tiết thiết kế cần lưu ý đườngbán kính của đầu phun luôn luôn nhỏ hơn bán kính của ống lót kênh nối và đườngkính kênh dẫ bên trong đầu phun phải nhỏ hơn đường kính kênh dẫn bên trong ốnglót kênh nối Các dạng dầu phun thường thay đổi tùy theo khối lượng nhựa lỏngnạp vào khuôn.Người ta phân biệt ra hai dạng chính: đầu phun mở và đầu phun

Đầu phun mở được ứng dụng đối với lượng nhựa có độ dai quá lớn nên chúngkhông thể chảy thoát ra bên ngoài trong giai đoạn nạp nhựa vào khuôn Ngoài rađối với các loại nhựa như PVC hay POM phải được ứng dụng với đầu phun mở đểgiúp cho khí nén trong thoát ra ngoài dễ dàng

Đầu phun đóng thường được ứng dụng đối với các loại nhựa có độ dai thấp khiđược nấu chảy lỏng có thể chảy ra ngoài (trong giai đoạn cuối tách rời thành phẩm,đơn vị phun ép lùi về phía sau).Trong giai đoạn này kim đóng giữ nhiệm vụ đóng

mở miêng đầu phun thông qua tác động nén và dãn lò xo Khi đầu ép vào ống lót,đĩa ép lò xo lại, kim mở ra Trong giai đoạn phun ép áp suất của nhựa lỏng bêntrong xi lanh ép chốt đóng kín miệng đầu phun Ngoài ra bộ phận chân cũng đượcứng dụng để ép mở đầu phun Khi đơn vị phun tiến về phía trước, ép đầu phun vàoống lót, đầu phun bị nén về phía sau, thanh chân ở vị trí mở Khi đơn vị phun lùi vềphía sau, lò xo dãn ra đẩy đầu phun về phía trước, cơ phận chân ở vị trí đóng

2.1.6 Khuôn phun ép

Khuôn là dụng cụ để định hình một sản phẩm nhựa, nó được thiết kế chế tạo saocho có thể được sử dụng cho một số lượng yêu cầu chu trình sản xuất, kích thước

và kết cấu của khuôn phụ thuộc và kích thước và hình dạng của sản phẩm, tùy theo

số lượng sản phẩm, yêu cầu chất lượng sản phẩm cần sản xuất mà người ta thiết kếcho khuôn cho nhiều sản phẩm trên cho khuôn làm việc thủ công, bán tự độnghoặc tự động Những yêu cầu trên ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm

Cấu tạo chung của bộ khuôn trên máy phun ép gồm có 2 phần: khuôn cố định vàkhuôn di động Có ba dạng khuôn trên máy phun ép đang sử dụng trong nhà máy

đó là: máy khuôn 2 tấm (khuôn két bia, két nước ngọt, khuôn nắp thùng sơn,decap…) khuôn ba tắm (khuôn than acquy, nắp acquy, khuôn nắp bảo vệ thực

vật…) và khuôn nhiều tầng.

Hình 2 10: Khuôn đúc sản phẩm [3]

Đối với ngành công nghiệp nhựa, việc thiết kế khuôn mẫu được tách ra làm việcđộc lập như một ngành riêng và đòi hỏi kỹ năng tính toán cũng như kinh nghiệmtrong việc thiết kế khuôn mẫu

2.1.7 Xi lanh khí nén

Xi lanh khí nén (hay còn gọi là ben khí nén) là thiết bị cơ được vận hành bằng khínén Cụ thể, xi lanh khí nén hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng của khínén thành động năng, làm cho pít tông của xi lanh chuyển động theo hướng nhưmong muốn, thông qua đó truyền động đến thiết bị

Hình 2 11: Xi lanh khí nénTrên thị trường có rất nhiều loại xi lanh khác nhau về chủng loại, mẫu mãcũng như xuất xứ, nhưng có thể phân ra thành hai loại:

- Xi lanh tác động đơn: là loại xi lanh sử dụng khí nén để dịch chuyển pít tông

xi lanh dịch chuyển theo hướng nhất định

- Xi lanh tác động kép: là loại xi lanh cho phép ứng dụng lực đẩy khí nén haihướng hành trình di chuyển, cơ cấu dẫn động có thanh đẩy ở hai đầu píttông

Hiện nay, các hãng xi lanh khí nén phổ biến được ứng dụng tại Việt Nam cóthể kể đến như: STNC, TPM, SMC… Xi lanh có các hành trình: 10, 15, 20, 25,

 Diện tích cần:

A2 = 3.14*d2 (2.8)

trong đó d là đường kính cần piston

 Diện tích vành khăn:

A3 = A1 – A2 (2.9)

 Lực tác động lên xi lanh:

F = A*P (2.10)trong đó A là diện tích có ích, P là áp suất môi trường làm việc

 Lưu lượng cần cung cấp:

Q = A*v (2.11)

trong đó v là vận tốc chuyển động của piston m/phút, Q = l/phút, A = dm2 Dựa vào các công thức trên ta tính chọn cho các xi lanh như sau:

 Xi lanh kẹp khuôn (Xi lanh 1):

 Lực kẹp khuôn chọn trước đối với mô hình là 50N

 Áp suất của bình nén khí là 7kg/cm2

 Theo công thức 2.10 ta tính được A = 50/7 = 7,14cm2

 Vận tốc kẹp khuôn chọn 6m/phút

 Theo công thức 2.11 ta tính được: Q = 0,0714*6 = 0,4284l/phút

 Xi lanh kẹp khuôn (Xi lanh 2):

 Lực kẹp khuôn chọn trước đối với mô hình là 30N

2.1.8 Van khí nén

Trong hệ thống khí nén, thông qua việc mở và đóng van khí nén sẽ chặn hoặc giảiphóng khí nén Nhằm mục đích kiểm soát lượng thời gian được mở hoặc đóng, vankhí nén có thể điều khiển bằng tay, các công tắc hoặc các thiết bị tương tự

Hình 2 12: Van khí nén [3]

Có thể phân van khí nén làm nhiều loại tùy theo số cửa và vị trí làm việc củavan như van: 3/2, van 4/2, van 5/2, van 5/3… Hoặc theo tín hiệu điều khiểnnhư: van điều khiển bằng khí, van điều khiển bằng điện từ, van điều khiểnbằng cơ, van điều khiển bằng Servo… Trong tính toán chọn van khí nén ta phụthuộc nhiều vào tính chọn xi lanh và áp suất làm việc tối đa của van để tínhchọn van phù hợp với yêu cầu

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

3.1 Quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ máy phun ép nhựa được minh hoạ trên hình 3.1

Hình 3 1: Quy trình công nghệ phun ép [1]

Với mô hình máy phun ép đã thiết kế (hình 2.2), có thể xây dựng được quy trìnhcông nghệ phun ép bao gồm các giai đoạn sau:

 Đóng khuôn: Sau khi khởi động, băng gia nhiệt làm nóng xi lanh lên

250°C, nhiệt độ được đo bằng cảm biến nhiệt (cbn) Sau khi nhiệt độ đạt 250°C thì xi lanh 1 lùi về chạm vào cảm biến vị trí 1 (cb1) tiếp đó xi lanh 2 tiến vào kẹp chặt khuôn và chạm cảm biến 5 (cb5)

 Phun ép nhựa: Sau khi cảm biến 5 (cb5) được kích hoạt, động cơ

(DC) quay thuận để nạp nhiên liệu lúc này xi lanh 1 tiến vào tạo nên áp suất