D tai nghien cu ch to mo hinh may ph

Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SVTH: Trần Thanh Quang – Lớp 09CDT2 – Khoa khí GVHD: Tiến sỹ Nguyễn Danh Ngọc Đề tài thực hiện: Thiết kế chế tạo mô hình máy ép nhựa Nội dung đề tài: - Tìm hiểu công nghệ phun ép - Tính toán thiết kế mô hình máy ép nhựa - Kích thước mô hình 110mm x 300mm x 300mm - Sử dụng cấu khí: Xylanh, vít đùn - Sử dụng thiết bị điện: Relay, Điện trở nhiệt, cảm biến nhiệt, LCD, Van khí nén, Bộ chuyển nguồn, Button, … - Bộ điều khiển: PLC SAMSUNG FARA N70CPL9211A, Arduino Uno R3 Bằng cách làm nóng chảy nguyên liệu hạt nhưa, sử dụng cấu xylanh – vít đùn để đưa nguyên liệu nóng chảy vào khuôn Sau trình làm nguội sản phẩm tự động đẩy khỏi khuôn nhờ xylanh khác Quá trình kiểm soát nhiệt độ điểu khiển qua Arduino cảm biến nhiệt lên tới 400 độ C Khuôn kẹp chặt nhờ xylanh để đóng mở khuôn Nguyên liệu sử dụng: Nhựa PP, PE, ABS-PC, HDPE, PVC … Sinh viên thực hướng dẫn Giáo viên Trần Thanh Quang Tiến sỹ: Nguyễn Danh Ngọc SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC Lời nói đầu Theo xu hướng phát triển công nghiệp sản phẩm sử dụng nguyên liệu nhựa ngày tăng lên Nhựa chiếm đến gần 90% sản phẩm bao gồm: đồ dân dụng, gia dụng, đồ điện – điện tử – công nghệ, máy móc loại… Nhu cầu tăng cao trình thực tập tốt nghiệp cho em thấy công nghiệp nhựa ngành tiềm năng, Do kinh nghiệm thực tập hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Danh Ngọc, em chọn làm hoàn thành đồ án Hệ Thống điện tử đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình máy ép nhựa” Qua trình thực đồ án em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Danh Ngọc hướng dẫ tận tình giúp em hoàn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn ! Yên Thành, ngày tháng 1, năm 2018 SVTH Trần Thanh Quang SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ÉP PHUN VÀ CÔNG NGHỆ PHUN ÉP Hình 1.1 : Hình dáng máy ép phun thông thường có trục nằm ngang Hình 1.2 : Các dạng cấu trúc khác máy ép phun a)Đơn vị phun nằm ngang, đơn vị đóng mở thẳng đứng SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC b)Đơn vị phun đơn vị đóng mở nằm trục nằm ngang c)Đơn vị phun đơn vị đóng mở nằm trục thẳng đứng Máy ép phun thực chu trình (không liện tục) gia công vật thể chất dẻo từ nguyên liệu dạng bột hạt Nhiệt cung cấp từ vòng băng điện trở bọc thành xylanh nấu chảy hạt nhựa, hệ thống thủy lực đẩy trục trôn ốc tịnh tiến phía trước, nhựa nóng chảy nạp theo lượng định vào hốc khuôn, trục trôn ốc khởi động quay chung quanh trục 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 phía sau, hệ thống thủy lực đơn vị đóng mở kéo phần khuôn di chuyển rời xa khỏi phần thành phẩm tách rời khỏi khuôn.Thông thường máy ép phun gồm có ba phần quan trọng chủ yếu sau : Đơn vị đóng mở, đơn vị ép phun bệ máy với hệ thống thủy lực bên khởi động cho hai đơn vị nói cuối hệ thống kiểm soát điều khiển toàn tiến trình ép phun Hệ thống kiểm soát gồm tủ điện điều khiển chương trình phần mềm với ứng dụng máy vi tính đóng vai trò cầu nối giúp cho công việc người điều khiển kiểm soát hoạt động máy ép phun dễ dàng Hình 1.3 : Ba phần máy ép phun SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC 1)Đơn vị đóng mở 2)Đơn vị ép phun 3)Bệ máy Đơn vị đóng mở - Nhiệm vụ : Giữ khuôn, đóng mở khuôn, tạo kháng lực giữ khuôn, hoàn tất công việc tách rời thành phẩm khỏi khuôn Lực đóng tạo hệ thống lực hay thủy lực thông qua hệ thống xylanh thủy lực - Cấu trúc chi tiết hoạt động đơn vị đóng mở : Hai phần nửa khuôn đặt vào hai lổ khoan hướng tâm nằm đối xứng hai giữ khuôn mặt có lổ khoan đối xứng để bắt ốc giữ khuôn Hai giữ phần cố định, phần lại chuyển động tựa hình trụ nằm ngang, hay thẳng đứng tùy theo dạng máy Lực khởi động tiến trình đóng mở tạo hệ thống thuỷ lực, thông qua đòn bẩy có dạng khủy tay đẩy phần nửa lót có mang phần nửa khuôn chuyển động tới lui ( hay lên xuống ) dọc theo trục định hướng Đòn bẩy khủy chân chuyển động tạo nên tiến trình đóng mở khuôn Người ta phân biệt hai loại đơn vị đóng mở khác : Hoạt động thủy lực thông qua hệ thống học trực tiếp hệ thống thủy lực ( xy-lanh ) SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC Hình1.3 : a) Đơn vị đóng mở hoạt động trực tiếp thủy lực b) Hệ thống tạo thủy lực nằm bên bệ máy c) Tấm giữ khuôn gắn vào trụ dẫn hướng Hình 1.4 : Cấu tạo 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 - Đơn vị đóng mở máy ép phun nhiệm vụ đóng mở có thêm nhiệm vụ tạo lực tác động đóng kín hai phần nửa khuôn lại với nhau, lực đóng kín không lớn 80% công suất phải luôn lớn áp suất bên hốc khuôn trục trôn ốc tạo nên Đơn vị phun - Cấu tạo hoạt động : Bao gồm xy-lanh bao chung quanh vòng băng điện trở đốt nóng, trục trôn ốc bên xylanh Trục trôn ốc chuyển động quay chung kéo hạt nhựa xuống từ phễu nạp nguyên liệu đẩy dần phía trước, đồng thời ép nhựa nóng chảy xuyên qua kênh tiếp nối vào bên hốc khuôn Chuyển động quay trục trôn ốc khởi động động thủy lực hay động điện Chuyển động thẳng theo trục ngang tạo pít-tông với xy-lanh thủy lực SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC - Nhiệm vụ đơn vị phun : Vận chuyển nguyên liệu phễu từ xuống đưa vào bên xy-lanh thông qua chuyển động quay trục trôn ốc Nấu chảy nguyên liệu bên xy-lanh nhiệt cọ sát nguyên liệu với trục trôn ốc nguyên liệu với nhau, nhiệt cung cấp vòng băng điện trở đốt nóng bọc bên Phun (Hình a): Trục trôn ốc theo chiều ngang, dọc theo xylanh phía đầu phun để đẩy khối nhựa nóng chảy vào hốc khuôn Với động thái trục trôn ốc xem giữ vai trò pít-tông nạp nhựa nóng chảy theo liều lượng định vào hốc khuôn Đúc (Hình b): Chuyển động quay trục trôn ốc bắt đầu khởi động tạo áp suất lớn để nén chặt nhựa hốc khuôn sau động thái cung ứng theo liều lượng chấm dứt SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC Hình 1.5 : a - Giai đoạn phun ; b - Giai đoạn đúc (ép) Phễu nạp nguyên liệu Xylanh Trục trôn ốc Khuôn đúc phun Vòng băng đốt nóng chảy rót đầy hốc khuôn cuống nối nhựa nóng Bệ máy Có nhiệm vụ nâng giữ cố định đơn vị trình bày phần Bộ phận điều khiển tiến trình thông qua đồng hồ chuẩn định Thông qua đơn vị kiểm soát người ta kiểm soát lệ thuộc áp suất với tiến trình phun-nén tiến trình cung theo liều lượng Nhiệt độ xy-lanh điều chỉnh thông qua phận điều chỉnh điện tử 1.1.2 Các phận quan trọng máy ép phun SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC 1.1.2.1 Đơn vị phun (đã trình bày trên) 1.1.2.2 Phễu nạp liệu Đây bồn chứa nguyên liệu dạng bột nhựa hay hạt nhựa sấy khô trước (ví dụ PC, PMMA, ABS) Trong nhiều trường hợp bồn chứa làm nóng mạch điện trở bên để sấy khô hạt nhựa trước đưa vào bên xylanh Đối với nhựa đàn hồi BMC bồn chứa trang bị thêm chốt chận để kiểm soát lượng nguyên liệu đưc nạp vào Thông thường bồn chứa phải có cửa sổ để nhân viên kiểm soát mức lượng nguyên liệu nhựa bên 1.1.2.3 Trục trôn ốc Trục trôn ốc có nhiệm vụ kéo nguyên liệu từ phễu chứa vào xylanh để nấu chảy Khi gia công nhựa nhiệt dẻo người ta thường xử dụng trục trôn ốc có vùng : Vùng kéo, vùng nén vùng ép -phun Các trục trôn ốc đời thường có chiều dài 20 D ( 20 lần đường kính D ) Kích thước chiều dài dựa đòi hỏi hiệu suất, chảy lỏng nhựa nhão điều kiện co sát hạt nhựa hạt nhựa với bề mặt trục trôn ốc Tất loại nhựa nhiệt dẻo, ngoại trừ PVC-U, xử dụng trục trôn ốc phổ thông để gia công với máy đúc-phun Đối với loại trục trôn ốc dài kích thước nói (20 D) có tác dụng nguy hại phá hỏng nguyên liệu thời gian nấu chảy cọ sát lâu Trong vài trường hợp trục trôn ốc có thiết kế thêm phần trộn ứng dụng ví dụ trường hợp tiến trình nấu chảy trộn màu song song với Ứng dụng thường gặp với gia công nhựa PE, PP, PVC vv…Ngoài trục trôn ốc thoát xử dụng SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC loại nhựa có chứa nhiều nước, không cần thông qua khâu sấy khô trước gia công PMMA, PC, PA So sánh cho thấy công suất tiến trình nấu chảy tăng lên từ 15% đến 50% trục trôn ốc thông thường Đối với nhựa PVA-U trục trôn ốc thay nhiều đoạn có kích thước chiều xâu rãnh khác gờ vòng xoắn kéo dài đến mũi trục trôn ốc Ngoài nhựa PVC-U người ta không cần ứng dụng trục trôn ốc có phận chận dòng nhựa lỏng chảy ngược Hình 1.6: Hình thể tổng quát trục trôn ốc thông thường Mũi trục trôn ốc chận giòng chảy ngược Lõi trục trôn ốc Bộ phận Gờ vòng xoắn Chuôi trục 1.1.2.4 Xylanh vòng băng đốt Xy-lanh ống thép với kích thưóc thành ống dầy bên bao bọc vòng băng điện trở đốt nóng Xylanh hai lớp vỏ ứng dụng nhựa cứng, hai lớp vỏ dầu Nhiệt độ vòng băng nằm vùng đạt cố định thông qua dụng cụ điều chỉnh 1.1.2.5 Bộ phận ngăn chặn dòng chảy ngược nhựa lỏng SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 10 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC 2.3 Cơ cấu trượt Cơ cấu trượt di động hoạt động nhờ trục song song nâng chịu trọng lực trực tiếp từ di động Trục trượt có tác dụng cố định cố định để đỡ khuôn lại 2.4 Khuôn Khuôn nhựa mô hình đồ án chế tạo với phận chính: -1 -2 -3 -4 kẹp khuôn lòng định hình sản phẩm lõi đẩy sản phẩm đường ống steam Bản thiết phác thảo gia công khuôn Creo: SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 23 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC Bản vẽ tổng thể máy: S T Tên S T T Tên T Đế máy Trục trượt Gá đỡ động Đông Tấm gá khuôn di động Vít chặn SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 24 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC Ổ bi Nối trục Phểu cấp liệu Trục vit đùn Xylanh cấp liệu Tấm cố địnhù xy lanh kẹp khuôn Xylanh đẩy sản phẩm Xylanh kẹp khuôn Nữa khuôn tónh Nữa khuôn động Tấm gá khuôn cố định Bản vẽ mạch đảo chiều động có chống ngắn mạch: Bản vẽ sơ đồ đấu dây xylanh: SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 25 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC Chương trình PLC SAMSUNG N70-CPL9211A: SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 26 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 27 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC IO PLC Chú thích IO PLC Chú thích X1 Stop X13 XL2-T X2 CT-XL1-T X14 DC-T X3 CT-XL1-L X15 DC-N X4 CT-XL2-T Y38 DC-N X5 CT-XL2-L Y3A XL3-T X8 CT-XL3-T Y3B XL3-L X9 CT-XL3-L Y3C XL1-T XF iMANUAL Y3D XL2-T X10 XL3-T Y3E DC-T X11 XL3-L R0 AUTO X12 XL1-T R1 MANUAL Chương trình Arduino điều khiển thị nhiệt độ LCD: #include #include // Khai báo thư viện LCD I2C // Định nghĩa chân cảm biến #define SENSOR_PIN A0 nhiệt #define BUTTON_UP pin // Định nghĩa phím tăng nhiệt #define BUTTON_DOWN 12 // Định nghĩa phím giảm nhiệt pin 12 #define BUTTON_CONFIRM pin 7 // Định nghĩa phím Đồng Ý #define BUTTON_HEAT // Định nghĩa phím PAUSE pin #define OUT_HEAT // Định nghĩa chân relay pin SVTH: TRAÀN THANH QUANG -09CDT2 28 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC #define OUT_PLC quay // Định nghĩa chân cho phép trục vít LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 20, 2); unsigned int SettingTemperature = 25; đặt // Nhiệt độ cài unsigned int CurrentTemperature = 20; đầu // Nhiệt độ ban unsigned int TemporaryTemperature = 250; // Biến tạm nhớ nhiệt độ int fix = 0; // Fix sai số nhiệt độ bool IsEdit = false; int heat; uint32_t Counter = 0; unsigned long time; int i = 0; void setup() { Serial.begin(9600); InitLCD(); InitIO(); } void loop() { SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 29 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC { Temp_Sensor(); UpdateLCDValue(); delay(300); } if (digitalRead(BUTTON_HEAT) != LOW) { if (digitalRead(BUTTON_UP) == LOW) { TemporaryTemperature += 5; if (TemporaryTemperature > 350) { TemporaryTemperature = 350; } UpdateLCDValue(); IsEdit = true; delay(300); } if (digitalRead(BUTTON_DOWN) == LOW) { TemporaryTemperature -= 5; if (TemporaryTemperature < 20) { TemporaryTemperature = 20; } UpdateLCDValue(); IsEdit = true; SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 30 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGOÏC delay(300); } if (digitalRead(BUTTON_CONFIRM) == LOW) { SettingTemperature = TemporaryTemperature; IsEdit = false; Counter = 0; } // So sánh nhiệt độ đo nhiệt độ cài đặt if ((SettingTemperature >= CurrentTemperature + 5)) // Khống chế thời gian đóng cắt heating không nhanh { digitalWrite(OUT_HEAT, HIGH); //Đoùng relay nhiệt delay(100); // Chống rung relay nhiệt } if ((SettingTemperature 100000) SVTH: TRAÀN THANH QUANG -09CDT2 31 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC { lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(" "); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(SettingTemperature); TemporaryTemperature = SettingTemperature; Counter = 0; IsEdit = false; } } } else { // BUTTON_HEAT nhấn while ((BUTTON_CONFIRM) != LOW) { heat_power(); delay(300); if (digitalRead(BUTTON_CONFIRM) == LOW) { break; } } } } // Hiển thị hình khởi đđđộng void InitLCD() { SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 32 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC Temp_Sensor(); lcd.begin(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("T cai dat:"); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(SettingTemperature); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("T hien tai:"); lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(CurrentTemperature); } // Hiển thị hình làm việc void UpdateLCDValue() { Temp_Sensor(); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(" "); lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(TemporaryTemperature); Serial.println(TemporaryTemperature); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("T hien tai:"); lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(CurrentTemperature); Serial.println(CurrentTemperature); if (CurrentTemperature < 100) { SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 33 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC lcd.print(" "); } } // Khai baùo PIN Arduino void InitIO() { pinMode(BUTTON_UP, INPUT_PULLUP); pinMode(BUTTON_DOWN, INPUT_PULLUP); pinMode(BUTTON_CONFIRM, INPUT_PULLUP); pinMode(OUT_HEAT, OUTPUT); pinMode(BUTTON_HEAT, INPUT_PULLUP); pinMode(SENSOR_PIN, INPUT); pinMode(OUT_PLC, OUTPUT); } // Haøm đo nhiệt độ void Temp_Sensor() { unsigned int reading = analogRead(SENSOR_PIN); unsigned int temp = map(reading, 0, 1023, 400, 0); temp = (int (temp - fix)); CurrentTemperature = temp; Serial.println(temp); delay(100); } // Haøm điều khiển nhiệt tay void heat_power() { SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 34 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC if (digitalRead(BUTTON_HEAT) == LOW) { heat = digitalRead(OUT_HEAT); heat = !heat; digitalWrite(OUT_HEAT, heat) ; delay(100); } else { Temp_Sensor(); } } SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 35 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC Kết luận : Về ưu điểm mô hình mô hoạt động giống máy thật, quan sát tín hiệu trực quan hình PLC, Có thể điều khiển giám sát nhiệt độ LCD Kết cấu máy nhỏ gọn, lập trình đơn giản dễ dàng thay đổi chương trình tùy với nhu cầu ép loại sản phẩm khác người dùng Mô hình sử dụng xylanh nên việc bảo trì thay dễ dàng vận hành Về nhược điểm Máy chưa có khuôn chi tiết khuôn nhỏ lẽ khó tìm đơn vị nhận gia công cnc, Em cố gắng bổ sung khuôn liên hệ đơn vị gia công Kết cấu kẹp khuôn máy chưa thực tối ưu cho việc trợ lực, phương án thay sử dụng kết cấu kìm cọng để hỗ trợ kẹp khuôn chặt Chưa chủ động điều khiển tốc độ xylanh vị trí khác để giảm tác động xấu lên khuôn khung máy Trục vít đùn chế tạo chưa kỹ thuật, thực tế vít đùn thiết kế với bước độ sâu rảnh âm biến thiên trục để đảm bảo vận tốc dòng nhựa thay đổi theo hàm đơn vị nhiệt độ SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 36 Đồ án Hệ thống điện tử GVHD: Tiến sỹ NGUYỄN DẠNH NGỌC Giáo trình thủy khí khí nén – PGS-TS Trần Xuân Tùy Giáo trình Điều khiển tự động – ThS-TS Trần Xuân Tùy Arduino – Workshop Samsung PLC FARA N70 manual – SamSung Và số tài liệu tham khảo khác Nguồn ảnh minh họa: Internet SVTH: TRẦN THANH QUANG -09CDT2 37