Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy ép nhựa bằng vít tải và chế tạo mô hình

(1)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGÔ LÂM VĨ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY ÉP NHỰA BẰNG VÍT TẢI

VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy Mã số : 60.52.04

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2011

Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH MINH DIỆM

Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Văn Yến

Phản biện 2: PGS. TS. Lê Viết Ngưu

Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào

ngày…..tháng….năm 2011

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin- Học liệu, Đại học Đà Nẵng.

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.

(2)

MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI :

Hiện nay ñất nước ta ñang trong thời kì ñổi mới, thời kỳ công nghiệp hóa hiện ñại hóa cùng với sự phát triển của nghành chế tạo máy, nghành kỹ thuật ñiện tử là sự phát triển của kỹ thuật ñiều khiển và tự ñộng hóa. Hệ thống ñiều khiển là một bộ phận không thể thiếu ñược trong mọi quá trình tự ñộng hóa.

Nhu cầu về vật liệu mới: ngày nay chất dẻo, hay còn gọi là nhựa, là các hợp chất cao phân tử, ñược dùng làm vật liệu ñể sản xuất nhiều loại vật dụng trong ñời sống hằng ngày cho ñến những sản phẩm công nghiệp, gắn với ñời sống hiện ñại của con người.

Nhu cầu về ñiều khiển tự ñộng các máy ép vít tải tăng.

Để ñáp ứng việc ñào tạo kỹ sư, kỹ thuật viên có ñủ trình ñộ hiểu biết, khả năng thiết kế vận hành và sửa chửa các máy ñúc, dập, ép trong công nghiệp.

Đề tài:

“ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY ÉP NHỰA BẰNG VÍT TẢI VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ”

2. MỤC ĐÍCH CỦA NGHIÊN CỨU : - Nghiên cứu các loại máy ép bằng vít tải.

- Nghiên cứu về tự ñộng hóa các thiết bị cơ khí.

- Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống ñiều khiển máy ép nhựa bằng vít tải dùng trong nghiên cứu, giảng dạy, học tập và sản xuất thực tế.

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU : - Nghiên cứu vật liệu nhựa.

- Nghiên cứu về công nghệ khuôn ép, các sản phẩm từ nhựa.

- Nghiên cứu các loại máy ép bằng vít tải.

+ Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu vật liệu nhựa.

- Nghiên cứu máy ép bằng vít tải.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Đề tài nghiên cứu lý thuyết về các loại máy ép vít tải.

- Tham quan thực tế sản xuất.

- Nghiên cứu ñiều khiển tự ñộng và kết nối máy tính lập trình ñiều khiển bằng máy tính.

- Thiết kế và chế tạo mô hình ñể kiểm chứng.

5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ KHOA HỌC :

- Đề tài góp phần vào sự phát triển trong lĩnh vực máy ép bằng vít tải và quá trình ñiều khiển tự ñộng .

- Thúc ñẩy việc nghiên cứu các thiết bị tự ñộng trong nhà trường.

- Bước ñầu tạo ra những mô hình tự ñộng, dùng cho học sinh thực hành và nghiên cứu khoa học.

- Tạo khả năng ứng dụng, kết nối giữa modun cơ khí và modun ñiều khiển.

6. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG - Làm mô hình học tập cho sinh viên nhằm kích thích và phát triển khả năng xây dựng các mô hình tự ñộng hóa khác.

- Thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị máy ép tự ñộng bằng vít tải - Có thể ñiều khiển máy ép thông qua máy vi tính .

- Thiết kế chế tạo mô hình . 7. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần mở ñầu và kết luận, luận văn bao gồm 3 chương:

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, VẬT LIỆU VÀ MÁY ÉP NHỰA

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY ÉP BẰNG VÍT TẢI

(3)

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, VẬT LIỆU VÀ MÁY ÉP NHỰA

1.1. Công nghệ ép nhựa

1.1.1 . Lịch sử hình thành và phát triển

Nhựa nhân tạo ñầu tiên ñược phát minh tại Anh vào năm 1861 bởi Alexander Parkes. Ông công khai thể hiện tại Triển lãm quốc tế 1862 tại London, kêu gọi các vật liệu sản xuất "Parkesine." Có nguồn gốc từ cellulose, Parkesine có thể ñược ñun nóng, ñúc và giữ lại hình dạng của nó khi ñược làm lạnh.

1.1.2. Công nghệ ép nhựa

Một cách ñơn giản nhất, công nghệ ép nhựa là quá trình phun nhựa nóng chảy ñiền ñầy chất lỏng vào khuôn. Một khi nhựa ñược làm nguội và ñông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn ñược mở ra và sản phẩm ñược ñẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống ñẩy.

1.2. Phân loại vật liệu nhựa 1.2.1. Phân loại

Trong sản xuất vật liệu nhựa ñược phân thành hai loại: Nhựa nhiệt dẻo và nhựa phản ứng nhiệt.

Theo trạng thái pha chúng ta có thể chia nhựa nhiệt dẻo thành hai loại: Nhựa có cấu trúc vô ñịnh hình và nhựa có cấu trúc tinh thể.

Ngoài ra theo phạm vi sử dụng chúng ta có thể chia nhựa nhiệt dẻo thành: nhựa gia dụng và nhựa kỹ thuật.

1.2.2. Một số loại nhựa thông dụng

1.Các loại nhựa gia dụng: PA (poly amide): còn gọi là nylon, có cấu trúc tinh thể. Nhựa PA dùng ñể chế tạo các loại bánh răng, ổ lăn, ổ trượt, ñai ốc…

2.Các loại nhựa kỹ thuật: ABS (Acrylonytrile – Butadiene - Styrene): Được tạo ra từ 3 ñơn phân tử: Acrylonytrile, Butadiene, Styrene. Nhựa ABS dùng ñể chế tạo các chi tiết trong xe hơi, nắp của ngăn chứa, vỏ bánh xe…) tủ lạnh, các thiết bị trong gia ñình.

1.3. Các yếu tố cơ bản và quy trình công nghệ thiết kế khuôn ép 1.4. Các loại máy tạo hình và máy ép sản phẩm

1.5. Nhu cầu thực tế của máy ép nhựa bằng vít tải

Với các tính chất như: ñộ dẻo dai, nhẹ, có thể tái chế, không có những phản ứng hóa học với không khí trong ñiều kiện bình thường….vật liệu nhưa ñã thay thể các loại vật liệu khác như: sắt, nhôm, gang, ñồng thau…ñang ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên. Do ñó ta có thể nói rằng nhu cầu sủ dụng vật liệu nhựa trong tương lai sẽ còn rất lớn. Điều này ñưa dến một hệ quả là giá thành khuôn sẽ không ñược cho là quá ñắc bởi lợi nhuận mà nó mang lại là rất lớn, vì một khuôn ép mà ta có thể cho ra hàng chục thậm chí hàng trăm ngàn sản phẩm nhờ máy ép nhựa.

1.6. Khả năng công nghệ và hiệu quả kinh tế

- Tạo ra những sản phẩm có hình dạng phức tạp tùy ý.

- Khả năng tự ñộng hóa và chi tiết có tính tự lặp lại cao.

- Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc rất phong phú và ñộ nhẳn bóng bề mặt rất cao nên không cần gia công lại.

- Phù hợp cho sản xuất hàng khối và ñơn chiếc.

1.7. Máy ép nhựa và các thông số gia công 1.7.1. Cấu tạo chung của máy ép nhựa

Máy ép nhựa gồm các hệ thống cơ bản như hình vẽ sau :

Hình 1.5. Máy ép nhựa

(4)

1.7.2. Hệ thống hỗ trợ ép

Là hệ thống giúp vận hành máy ép. Hệ thống này gồm 4 hệ thống con:

a) Thân máy

b) Hệ thống thủy lực c) Hệ thống ñiện d) Hệ thống làm nguội 1.7.3. Hệ thống phun

Hệ thống phun làm nhiệm vụ ñưa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và ñịnh hình sản phẩm.

1.7.4. Hệ thống khuôn 1.7.4.1. Hệ thống kẹp

Hệ thống kẹp có chức năng ñóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình làm nguội và ñẩy sản phẩm thoát khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép phun

a) b)

Hình 1.12. a) Cụm kìm dùng cơ cấu khuỷu b) Cụm kìm dùng cơ cấu Xylanh

Ưu nhược ñiểm của cụm kìm dùng cơ cấu khuỷu và xylanh thủy lực:

Loại kìm Ưu ñiểm Nhược ñiểm

Kìm dùng thủy lực

- Lắp ñặt khuôn nhanh - Biết rõ áp suất kìm - Dễ bảo dưỡng

- Ít làm võng tấm khuôn - Lực kìm tập trung vào giữa tấm khuôn

- Cần lượng lớn dầu thủy lực

- Tốn nhiều năng lượng -Chịu ảnh hưởng lớn ñến hệ số nén của dầu

Kìm dùng cơ cấu khuỷu

- Giá thành thấp.

- Di chuyển cơ cấu kìm nhanh.

- Tự• hãm ñể giảm va ñập.

- Cần bảo dưỡng thường xuyên

- Lực khuôn

- Khó’ ñiều chỉnh, kìm không tập trung vào giữ tấm

1.7.4.2. Hệ thống ñiều khiển

Hệ thống ñiều khiển giúp người vận hành máy theo dõi và ñiều chỉnh các thông số gia công như: nhiệt ñộ, áp suất, tốc ñộ phun, vận tốc và vị trí của trục vít, vị trí của các bộ phận trong hệ thống thủy lực. Hệ thống ñiều khiển giao tiếp với người vận hành máy qua bảng nút ñiều khiển và màn hình máy tính.

1.8. Chu kỳ ép phun

Chu kỳ ép phun gồm có 4 giai ñoạn:

1. Giai ñoạn kép ( Clamping phase ) : khuôn ñược ñóng lại 2. Giai ñoạn phun ( Injection phase ) : nhựa ñiền ñầy vào khuôn 3. Giai ñoạn làm nguội ( Cooling phase ) : nhựa ñược làm ñặc lại trong khuôn

4. Giai ñoạn ñẩy ( Ejector phase ) : ñẩy sản phấm nhựa ra khỏi khuôn

(5)

1.9. Đo và ñiều khiển nhiệt ñộ trong quá trình ép

Nhiệt ñộ của khuôn (gia nhiệt cho khuôn hoặc làm nguội khuôn) rất quan trọng trong quá trình ép phun. Nhiệt ñộ khuôn có ảnh hưởng ñến :

+ Chu kỳ ép phun.

+ Hình dạng và chất lượng sản phẩm . + Tình thẩm mỹ cảu sản phẩm .

+ Độ co rút, ñộ bền và các khuyết tật trên sản phẩm.

Do ñó, nhiệt ñộ của khuôn cần phải ñược ño ñạt và ñiều chỉnh hợp lý.

Hình 1.23. Đồng hồ và một số loại cảm biến ño nhiệt cao.

1.10. Kết luận chương:

Trong chương này ñã trình bày một cách tổng quan về vật liệu nhựa trong công nghiệp, công nghệ ép nhựa, các yếu tố cơ bản, quá trình công nghệ thiết kế khuôn ép, một số lỗi thường gặp trong quá trình ép.

KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN

ĐIỀU KHIỂN MÁY ÉP

REMOTE MÁY TÍNH

PC

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 2.1. Hệ thống ñiều khiển

2.1.1. Sơ ñồ khối của mạch ñiều khiển

Hình 2.1. Sơ ñồ khối của mạch ñiều khiển

2.1.2. Các thành phần chính của mạch - Chíp vi ñiều khiển xử lý trung tâm.

- Bộ ñiều khiển ñóng ngắt các thiết bị.

- IC MAX232 kết nối cổng COM.

- REMOTE ñiều khiển.

- Máy vi tính

2.1.3. Cấu trúc họ 8051: Con vi ñiều khiển

Đặc ñiểm và chức năng hoạt ñộng của các IC họ MSC–51 hoàn toàn tương tự nhau. IC AT89C51 (một IC thuộc họ MSC–51 do hãng ATMEL sản xuất)

IC 89C51 có các ñặc trưng sau:

- 4kb ROM - 128 byte RAM

- 4 port xuất nhập, mỗi port 8 bit

(6)

C18 104

R23 1K R24

2.20

D23 LED J16

INT 18V 1 2

- +

~

~ D24

DIODE BRIDGE_1423

U5

LM7805C/TO220 1 IN

OUT 3

GND2

U6

LM7812C/TO220 1 IN

OUT 3

GND2

C17

0.33UF 50V

12V VCC

C19 470UF C20 104

D25 LED R25 10k

KHOI NGUON CUNG CAP

0V J15

INT 18V 1 2

- +

~

~ D22

DIODE BRIDGE_1423 C13

2200UF 64V

Q21 TIP42

C14

2200UF 64V

C15 0.33UF 50V

C16 470UF

A/ Sơ ñồ mạch ñiều khiển cụm ñiều khiển máy ép nhựa

Hình 2.2. Khối ñiều khiển trung tâm máy ép nhựa

Hình 2.3. Mạch nguồn cung cấp

2.2. Sơ ñồ khối AT 89C51 2.3. Sơ ñồ chân AT89C51:

Hình 2.7. Sơ ñồ chân AT89C51

*Mô tả các chân của AT89C51:

-AT89C51 có tất cả 40 chân, trong số ñó có 32 chân có chức năng xuất/ nhập. 24 trong 32 chân này là các chân có cộng dụng kép tức mỗi một ñường có thể hoạt ñộng xuất/nhập hoặc hoạt ñộng như một ñường ñiều khiển hoặc hoạt ñộng như một ñường ñịa chỉ/dữ liệu của bus ñịa chỉ/dữ liệu ña hợp

2.4. Kết nối máy tính

2.4.1. Truyền thông qua cổng RS-232:

RS-232 là một chuẩn truyền thông nối tiếp cho phép truyền dữ liệu dưới dạng các bít nối tiếp giữa hai thiết bị. Qua cổng RS-232 dữ liệu ñược truyền và nhận theo”dòng bít” nối tiếp từ một ñiểm tới một ñiểm khác. Chuẩn RS-232 thích hợp với việc truyền dữ liệu trên

AT89C51 9

18

19

29 30 31

40

1 2 3 4 5 6 7 8

12 13 14 15 17

32 33 34 35 36 37 38 39

21 22 23 24 25 26 27 28

20

11 10

16 RST

XTAL2

XTAL1

PSEN ALE/PROG EA/VPP

VCC

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7

P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.7/RD

P0.7/AD7 P0.6/AD6 P0.5/AD5 P0.4/AD4 P0.3/AD3 P0.2/AD2 P0.1/AD1 P0.0/AD0

P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15

GND

P3.1/TXD P3.0/RXD

P3.6/WR

(7)

khoảng cách 25m, tuy vậy muốn truyền trên khoảng cách xa hơn phải dùng cáp nối ñặc biệt, ñược bọc kim và có tổn hao ñặc biệt

Hình 2.8. Sơ ñồ nguyên lý mạch kết nối máy tính

2.4.2. Truyền thông nối tiếp với 89C51 2.4.3. Giới thiệu khối ñiều khiển ñộng lực

Khối ñộng lực ñược sử dụng các linh kiện có tính chất cách ly với vi ñiều khiển nhằm trách sự tác ñộng các mức ñiện áp lớn ở các ñộng cơ khi ñộng cơ hoạt ñộng.Tránh sự nhiễu trong quá trình hoạt ñộng

2.4.4. Truyền thông nối tiếp từ máy tính với Visual Basic 2.5 Lập trình cho PIC dùng C COMPILER

2.5.1. Giới Thiệu PIC C Compiler:

PIC C compiler là ngôn ngữ lập trình cấp cao cho PIC ñược viết trên nền C. chương trình viết trên PIC C tuân thủ theo cấu trúc của ngôn ngữ lập trình C. Trình biên dịch của PIC C compiler sẽ chuyển chương trình theo chuẩn của C thành dạng chương trình theo mã Hexa (file.hex) ñể nạp vào bộ nhớ của PIC.

Hình 2.16. Bảng ñiều khiển.

2.9. Kết luận chương:

- Trình bày ñược cơ sỡ và lý thuyết tự ñộng.

- Giới thiệu ñược các khối ñiều khiển.

- Thiết kế ñược các vi mạch ñiều khiển hoạt ñộng của máy ép.

(8)

C S

D

a)

b)

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY ÉP BẰNG VÍT TẢI

3.1. Tính toán thiết kế vít tải 3.1.1. Phân loại và công dụng

Người ta thường phân loại vít tải theo công dụng và tính chất công việc; theo dạng vít, theo phương chuyển ñộng, theo sự quay nhanh hoặc chậm của trục vít…

3.1.2. Cấu tạo vít tải

Hình 3.3. Cấu tạo trục vít:

a-trục vít cánh liền một mối; b- cấu tạo chỗ nối trục;

Trục vít là bộ phận chủ yếu ñể vận chuyển vật liệu, nó gồm có một trục quay ñặc hoặc rỗng, trên trục ñược lắp các cánh vít vận chuyển.

Gối ñỡ trục. Trong các vít tải, người ta thường dùng các gối ñỡ trục là ổ trượt. Gối ñỡ hai ñầu trục có cấu tạo và kích thứơc theo tiêu chuẩn của ổ trượt .

Quan hệ các kích thước của gối ñỡ trung gian (bảng 3.1) 3.1.3. Tính toán vít tải

3.1.3.1. Đối với vít tải quay chậm

Vít tải quay chậm dùng ñể vận chuyển vật liệu theo phương nằm ngang hoặc theo phương nghiêng với góc nghiêng nhỏ, thường là

≤ 20^o.

Hình 3.4. Sự phân bổ vật liệu khi trục vít tải quay Giá trị giới hạn của góc nâng của trục vít

α

ñược xác ñịnh từ quan hệ sau:

tg (

α

⁺

ϕ

¹^{) =}

β ϕ ϕ

tg f cos +

sin

2

(3-1) Trong ñó

ϕ

¹ là góc ma sát của vật liệu với cánh vít

ϕ

¹^{= arctgf}¹ (3-2) Bước của trục vít (hay khoảng cách giữa các cánh vít) sẽ là : S =

π

^.Dtg

α

^t (3-4) a) Xác ñịnh năng suất của máy theo công thức sau:

Q = 3600F.v.

ρ

,[kg/h] (3- 5) Trong ñó F là diện tích tiết ñiện ngang do vật liệu chiếm ở trong thành máy, bằng

F =

4 . D

²

π µ

^{K , [m}²^] ^(3–6)

- ñối với vật liệu dạng hạt thì

µ

^{= 0,4.}

- ñối với vật liệu dạng bột thì

µ

^{= 0,35.}

K là hệ số chỉ sự giảm tiết diện do góc nghiêng ñặt vít tải, chọn gía trị K theo bảng sau ñây:

(9)

Góc nghiêng ñặt vít tải, ñộ 0 5 10 15 20

Giá trị hệ số K 1 0,9 0,8 0,7 0,65

V là vận tốc vận chuyển vật liệu dọc theo trục vít v =

60 .n

S , [ m/s] (3–7) Thay các giá trị của F và v vào công thức tính năng suất, cuối cùng có:

Q = 47D²Sn

ρ µ

.K, [kg/h] (3-8) b) Xác ñịnh công suất tiêu hao cho vít tải

Công suất tiêu hao chủ yếu dùng ñể nâng vật liệu, ñể thắng ma sát của vật liệu với thành máy và với cánh vít, và ñể thắng ma sát ở các gối ñỡ trục vít. Xác ñịnh nó theo công thức sau:

N = 367

Q (LC + H ) , [kW] (3-9) Trong ñó Q là năng suất của máy, tấn/h;

L là chiều dài vận chuyển theo phương ngang, m;

H là chiều cao vận chuyển vật liệu, m;

C là hệ số trở lực của máy, chọn C = 1,8 ÷2,5 3.1.3.2 Đối với vít tải quay nhanh

Khi trục vít quay thì vật liệu chịu tác dụng của lực ly tâm và phân bố ñều ra thành máy và nó ñược nâng lên theo một ñường xoắn ốc có góc xoắn là

θ

và ñược xác ñịnh như sau :

tg

θ

⁼ 2

) (

α

+

ϕ

₂

tg +

) ) cos(

2 ) ( (

2 2

2

ϕ α ϕ

α

+ +

+ A

tg

(3-10)

trong ñó

ϕ

2 = arctg f2 ;

f2 là hệ số ma sát của vật liệu với thành máy

A = ₂

1 2

2

. ) sin(

v f

f gR α +

(3-11) trong ñó R là bán kính ngoài của cánh vít ( R =

2 D), m;

Vận tốc tuyệt ñối của vật liệu bằng :

va =

θ

cos

v1

, (3-12)

Còn vận tốc quay của vật liệu bằng :

vq = v1. tg

θ

^(3-13)

Số vòng quay tối thiểu của trục vít ñược xác ñịnh như sau:

n0 = 13.5

2 2

. ) sin(

f D g α + f

, [vg/ph] (3-14)

và năng suất của máy sẽ là : Q = 3600

4 ) (D² −d²

π

v1.

µ

^.

ρ

, [kg/h] (3-15)

Pc là lực ly tâm ép vật liệu vào thành máy, N.

Pc =

8

. . . )

(

² ²

ω µ ρ

π D − d H

q

D

, [N] (3-18)

ω

^q là tốc ñộ góc của vật liệu , 1/s.

ω

^q⁼ 2 D v_q

= D v_q .

2 (3-19)

Xác ñịnh công suất N2 như sau :

(10)

N2 =

1000 )

0

(

,

0

R

q

P ω − ω

+

1000

)

,

(

0

R

q

P ω − ω

, [kW] (3-20) trong ñó R là bán kính ngoài của cánh vít, m ;

R0 là bán kính trung bình của cánh vít, m ;

ω

là tốc ñộ góc của trục vít, 1/s 3.2. Tính toán các thông số cơ bản của máy

Chọn các kích thước của trục vít như sau : Bước vít S = ( 0,8 ÷ 1,0 )D;

Chiều sâu rãnh vít ; h = ( 0,2 ÷ 0,3 )D;

Chiều dày cánh vít e = ( 0,2 ÷ 0,3 )D;

Khe hở giữa xylanh và ñầu mút cánh vít :

δ

^{= (0,002}÷ 0,005)D;

D là ñường kính trục vít .

Đối với loại trục lớn, rỗng ñể dẫn nước làm nguội vào thì gọn như sau :

Chiều sâu rãnh vít h= ( 0,1 ÷ 0,2 )D;

Đường kính lỗ rộng d1 = ( 0,3 ÷ 0,4 )D;

Trục vít ñược chế tạo từ thép tốt chịu nhiệt và chịu mài mòn . 3.2.1. Tốc ñộ phun và thời gian phun

Để ñẩy vật liệu từ xylanh nung chảy vào khuôn ñúc thì phải thực hiện quá trình phun nhờ sự chuyển ñộng của trục vít trong xylanh.

Quan hệ giữa tốc ñộ phun, thời gian phun với thể tích ñúc của máy ñược nêu ở bảng dưới ñây

3.2.2. Áp suất ép

Áp suất ép phải ñảm bảo cho ñộ ñiền ñầy khuôn, ñảm bảo ñược thời gian phun và tốc ñộ phun thích hợp. Vật liệu có ñộ nhớt càng cao thì áp suất ép càng lớn.

Quan hệ giữa thể tích ép và áp suất ép cho ở bảng dưới ñây :

3.2.3. Năng suất máy

Hình 3.12. Vít tải

Q = 47D²Sn

ρϕ

, (kg/h) (3-21)

(11)

Q = 47. 6,5².6,5.100.1,25.10^-3.0,1925= 310,6 (kg/h) Trong ñó : D= 65.10^-3 là ñường trục vít , m;

S= 65.10^-3 là bước vít ( khoảng cách giữa 2 cánh vít ) , m;

n là số vòng quay của trục vít , vòng/phút ;

ρ

^{= 1,25}÷1,46 (g/cm³) là khối lượng riêng của vật liệu , kg/m³;

ϕ

^{= K.}

η

= 0,385 . 0,5 = 0,1925 (3-22) Trong ñó : K là hệ số hình học của trục vít

K = [1 - ( D

d ) ²] (1 - S

e ) (3-23)

K = [ 1 - ( 65

49)²] ( 1 - 65

7 ) = 0,385

η

là hệ số cung cấp thể tích , nó kể tới các dòng chảy ngược của vật liệu, kể tới sự quay của vật liệu theo vít , thường lấy

η

^=0,5÷ 0.9 .

Áp suất của vật liệu tại ñầu ép phụ thuộc vào cấu tạo của khuôn ép, ñược tính như sau :

P = K V . C (

h

π

Dn

)^(1-

γ

,^)/

γ

^,

[ N/m²] (3-25)

P= ₃

3

10 . 2 , 8

10 . 250

− . 18,25 . (

65 . 2 , 0

100 . 65 . 14 ,

3 )(1-1,81)/1,81

= 20,03.10⁶ [N/m²] Trong ñó : V là năng suất thể tích của máy , m³/s;

C là hệ số thực nghiệm , lấy C = 18,25;

γ

, là hệ số thực nghiệm , lấy

γ

^,⁼_1,81_÷_5,32;

K là hệ số trở lực hình học của khuôn ép , m³; - Đối với khuôn ép có lỗ hình trụ thì :

K =

) 4 ( 128

4

d l

d +

π

=

) 75 , 1 . 4 21 ( 128

75 , 1 . 14 ,

3

⁴

+

^{= 8,2.10}

-3 [mm³](3-26 ) Tốc ñộ

trượt,1/s

10 20 50 100 400 1000 Chất

dẻo

0.06 0.04 0.02 0.015 0.005 0.002 Độ nhớt

µ

,N.s/m²

Cao su 50 40 20 9 4 1.5 3.2.4. Công suất

Tính công suất theo công thức sau ñây : N=¹⁰⁰⁰^.

η

1 ,

1 [

α

cos2

.P

V +

h l n D 3600

. . ³ ² ₀

3

µ

π

+

α δ

µ π

tg l e n D

. . 3600

. .

² ² ₀

2

]=40,08 [kW]

Trong ñó: V= 250 cm³/s là năng suất thể tích của máy , m³/s ; P = 10000 N/cm²là áp suất lớn nhất trong máy, N/m² ;

α

⁼¹⁰⁰ là góc nghiêng của cánh vít , ñộ ;

D = 65 mm là ñường kính trục vít , m;

δ

= 0,002D là khe hở giữa cánh vít và xylanh , m ; Lực dọc tác dụng lên trục vít ñược xác ñịnh như sau : P0=

) ( . .

. . 19000

θ α η

+ tg n D

N

tb

=60.10 .100. (10 6) 7 , 0 . 08 , 40 . 19000

3 +

− tg ^{= 309,8.10}

3,[N](3-31) 3.2.5. Tính bền trục vít

Hình 3.13. Sơ ñồ tính toán lực tác dụng lên trục vít

(12)

+ Mômen xoắn tác dụng lên trục vít xác ñịnh theo : Mx = 973,6 .

n

N = 973,6 . 100

08 ,

40 = 390,21 , [N.cm] (3-32) + Lực chiều trục P xác ñịnh như sau :

P = p . F = 4400 . 30,18 = 132,797. 10³ [N] (3-33) trong ñó F- diện tích tiết diện ngang của trục vít, cm²

F = 4

π

D²(1 -

α

²^{) =} 4 14 ,

3 6,5²(1 - 0,3²) =30,18 (cm²) (3-34)

α

⁼ D d =

D D 3 ,

0 = 0,3

p - áp suất riêng của vật liệu ở ñầu ép, N/cm² , khi gia công có thể chọn p như sau :

Đường kính trục vít, mm 60 125 200 250 Đại lượng p , N/cm² 4400 4200 3400 1500 i là bán kính quán tính của tiết diện , xác ñịnh như sau

i =

F

J

, [cm] (3-36)

trong ñó J là momen quán tính của tiết diện ngang A-A, cm⁴; J = 64

.D⁴

π

( 1 -

α

⁴^{) =} 64

5 , 6 . 14 ,

3 ⁴

( 1 - 0,3⁴) = 86,87 (cm⁴)(3-37) F là diện tích tiết diện ngang của trục vít (A-A), cm²

F = 4 .D²

π

( 1 -

α

²^{) =} 4

5 , 6 . 14 ,

3 ²

( 1 - 0,3²) = 30,18 (cm²)(3-38) Thay giá trị của J và F vào , có

i = 4

D 2

1 + α

⁼ 4

D 2

1 + α

^{, [cm]} ^(3-39)

i = 4 5 ,

6 2

3 ,

1+0 = 1,696 [cm]

Hình 3.14. Bản vẽ phát thảo mô hình.

3.3. Kết luận chương:

Trong chương này ñã tính toán và thiết kế ñược các bộ truyền, tính ñược các thông số cơ bản của máy ép.

(13)

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 1. Kết luận

Sau thời gian thực hiện, luận văn ñã thực hiện ñược các công việc sau ñây :

- Trình bày ñược một cách tổng quan về máy ép nhựa và quy trình công nghệ ép nhựa.

- Các loại vật liệu nhựa và các sản phẩm từ nhựa.

- Tính toán và thiết kế bộ phận truyền ñộng của máy ép nhựa.

- Trình bày ñược tổng quan về ñiều khiển tự ñộng.

- Thiết kế ñược hệ thống ñiều khiển tự ñộng máy ép nhựa qua vi ñiều khiển.

- Viết ñược chương trình ñiều khiển hoạt ñộng của mô hình qua phần mềm Visual basic.

- Chế tạo ñược mô hình ñể mô phỏng hoạt ñộng của máy.

- Kết nối ñược hoạt ñộng của mô hình với máy tính.

Kết quả ñạt ñược

2. Hướng phát triển của ñề tài

- Làm mô hình học tập cho sinh viên nhằm kích thích và phát triển khả năng xây dựng các mô hình tự ñộng hóa khác.

- Tiếp tục nghiên cứu, mở rộng phạm vi ñiều khiển tự ñộng cho các loại máy trong ngành cơ khí nói chung và lĩnh lực ép nhựa nói riêng.

- Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh các loại máy ép nhựa tự ñộng ñiều khiển ñể nâng cao năng suất, hạ giá thành và nâng cao chất lượng sản phẩm.