Thiết kế máy ép nhựa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN MÔN HỌC Môn Đồ án môn Tự động hóa thiết bị điện Giáo viên hướng dẫn Cô Phạm Thị Hương Sen Lớp D13TĐHĐKTBCN2 Sinh viên thực hiện Nhóm 3 Đặng Văn Đạt 18810430179 HÀ NỘI 062022 Mục Lục Contents Lời Mở Đầu CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP NHỰA 1 1 1 Giới thiệu công nghệ ép phun 1 1 1 1 Công nghệ ép phun 1 1 1 2 Khả năng công nghệ 2 1 1 3 Phân loại máy ép phun 2 1 2 Cấu tạo của máy ép phun nhựa 2 1 2 1 Hệ thống hỗ trợ ép phun 3 1 2 2 Hệ thống.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC Mơn: Đồ án mơn Tự động hóa thiết bị điện Giáo viên hướng dẫn: Cô Phạm Thị Hương Sen Lớp: D13TĐH&ĐKTBCN2 Sinh viên thực hiện: Nhóm Đặng Văn Đạt-18810430179 HÀ NỘI 06/2022 Mục Lục Contents Lời Mở Đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP NHỰA .1 1.1 Giới thiệu công nghệ ép phun 1.1.1 Công nghệ ép phun 1.1.2 Khả công nghệ 1.1.3 Phân loại máy ép phun 1.2 Cấu tạo máy ép phun nhựa 1.2.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun 1.2.2 Hệ thống phun .4 1.2.3 Hệ thống kẹp 1.2.4 Hệ thống khuôn 1.2.5 Hệ thống điều khiển 1.3: Quy trình cơng nghệ CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP PHUN 12 2.1 Tính tốn, thiết kế xi lanh 12 2.2 Tính tốn dây dẫn 15 2.3 Tính chọn van: .18 2.4 Tính tốn chọn bơm dầu động điện 20 2.5 Tính toán chọn thiết bị phụ 22 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÁY ÉP NHỰA .23 3.1 Sơ đồ mạch thủy lực 23 3.2 Sơ đồ mạch điều khiển .24 Kết Luận 25 Tài Liệu Tham Khảo 26 Danh Mục Hình Vẽ Hình 1: Máy ép nhựa Hình 2: Cấu tạo hệ thống máy ép phun nhựa Hình 3: Hệ thống hỗ trợ ép phun Hình 4: Hệ thống phun máy ép phun nhựa .4 Hình 5: Vịng gia nhiệt Hình 6: Trục Vít Hình 7: Van hồi tự mở Hình 8: Hệ thống kẹp máy ép phun Hình 9: Hệ thống khuôn Hình 10: Chu trình sản xuất sản phẩm máy ép phun .9 Hình 11: Sơ đồ diễn tả giai đoạn trình ép phun 11 Hình 1: Xilanh máy ép phun nhựa 13 Hình 2: Cấu tạo van phân phối 3/4 18 Hình 3: Van tiết lưu .19 Hình 4: Van giảm áp 20 Hình 1: Sơ đồ mạch thủy lưc 23 Hình 2: Sơ đồ mạch điều khiển 24 Lời Mở Đầu Trong nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngành cơng nghiệp kỹ thuật đóng vai trị quan trọng, ngành cơng nghiệp vật liệu chất dẻo ngành giữ vai trò quan trọng kinh tế quốc dân Ngày nay, giới Việt Nam, nhu cầu sản phẩm chất dẻo kỹ thuật dân dụng ngày gia tăng Tính chất chung chất dẻo nhẹ, bền, đẹp, dễ gia công, tạo nhiều mẫu mã đa dạng hơn, giá thành rẻ vật liệu khác có cơng dụng, có tính chất thay số vật liệu truyền thống gỗ, thép Giá trị sử dụng loại sản phẩm xâm nhập vào lĩnh vực kinh tế dân dụng, nhu cầu chất lượng sản phẩm ứng dụng ngày tăng Hiện nay, vấn đề chất lượng đưa ứng dụng loại vật liệu cách rộng rãi công nghiệp dân dụng vấn đề quan trọng cần thiết Ở nước ta, ngành công nghiệp sản xuất gia công vật liệu chất dẻo bắt đầu phát triển Trong tương lai ngành cơng nghiệp chất dẻo có xu hướng ngày phát triển Nếu có chiến lược phát triển lâu dài ngành cơng nghiệp chất dẻo nước ta có nhiều triển vọng Để góp phần nhỏ bé vào phát triển ngành cơng nghiệp chất dẻo Việt Nam nhóm chúng em cô Phạm Thị Hương Sen giao cho đề tài :” Thiết kế máy ép nhựa” Để hoàn thành q trình tìm hiểu hồn thiện tiểu luận này, chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Cô Phạm Thị Hương Sen khoa ĐK&TĐH, Trường Đại học Điện Lực hướng dẫn nhóm em suốt q trình tìm hiểu để chúng em hồn thiện đồ án này.Do kiến thức hạn hẹp nên q trình thiết kế tính tốn em khơng tránh khởi sai sót thiếu thực tế kinh nghiệm thiết kế nên em mong có hướng dẫn bảo thầy để em cố hồn thiện kiến thức bước vào thực tế sản xuất tương lai Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP NHỰA 1.1 Giới thiệu công nghệ ép phun 1.1.1 Công nghệ ép phun Máy ép phun (injection molding machine) hay gọi máy ép keo, máy ép nhựa bao gồm hai khối chính: Clamp Unit- Khối kềm, tạo lực kềm giữ cho khuôn Injection unit- Khối phun, tạo áp suất nhiệt độ cho nhựa chảy lỏng vào khuôn.Tạo nhựa chảy lỏng nhiệt độ định áp suất cao, sau định hình khn làm lạnh Sau kết thúc trình làm lạnh sản phẩm đưa Máy dùng để tạo sản phẩm nhựa Máy ép phun tạo sản phẩm tích lớn với tốc độ cao Cơng lao động địi hỏi thấp q trình tự động hóa Sản phẩm ép phun có tính học dẻo bề mặt mang tính thẩm mỹ Sản phẩm có bề mặt khác có màu sắc sử dụng phương pháp Các sản phẩm giống đúc nguyên liệu khác thiết bị Phương pháp có sai số nhỏ Các quy trình cho phép sản xuất sản phẩm có chi tiết nhỏ, mà hầu hết chế tạo phương pháp khác Lượng phế phẩm nhỏ đường rãnh, cổng phun sản phẩm bị loại bỏ sử dụng lại Cơng nghệ mang tính tiết kiệm chi phí ngun liệu, đưa loại nguyên liệu nhựa rẻ tiền nguyên liệu tái chế, phế phẩm sử dụng lại máy nghiền máy đúc lại Vì lượng tiêu tốn thấp nên trình trình kinh tế để chế tạo nhiều dạng sản phẩm Một cách đơn giản nhất, cơng nghệ ép phun q trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lịng khn Một nhựa làm nguội đơng cứng lại lịng khn khn mở sản phẩm đẩy khỏi khn nhờ hệ thống đẩy Trong q trình khơng có quản ứng hóa học Hình 1: Máy ép nhựa 1.1.2 Khả cơng nghệ  Tạo sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý  Trên sản phẩm hình dáng mặt mặt ngồi khác  Khả tự động hóa chi tiết có tính lặp lại cao  Sản phẩm sau ép phun có màu sắc phong phú độ nhẵn bóng bề mặt cao nên khơng cần gia công lại  Phù hợp cho sản xuất hàng khối đơn 1.1.3 Phân loại máy ép phun a) Phân loại máy ép phun theo kết cấu  Theo lực đóng khn: 50  10000  Theo khả lần phun tối đa  Theo kiểu cấu cấu tạo phun  Theo kiểu trục vít  Theo kiểu bố trí phận phun b) Phân loại máy ép phun theo trình phát triển 1.2  Máy ép phun piston  Máy ép phun có trục dẻo hóa sơ  Máy ép phun trục vis Cấu tạo máy ép phun nhựa Máy ép phun gồm phận sau đây:  Hệ thống hỗ trợ ép phun  Hệ thống phun  Hệ thống kẹp  Hệ thống khuôn  Hệ thống điều khiển Hình 2: Cấu tạo hệ thống máy ép phun nhựa 1.2.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun Là phận có nhiệm vụ: Giữ khn, đóng mở khn, tạo kháng lực giữ khn, hồn tất cơng việc tách rời thành phẩm khỏi khn Lực đóng tạo bở hệ thống lực hay thủy lực thông qua hệ thống xylanh thủy lực Hình 3: Hệ thống hỗ trợ ép phun - Thân máy (Frame) - Hệ thống thủy lực (Hydraulic system) - Hệ thống điện (ELectrical system) - Hệ thống làm nguội (Cooling system) a Thân máy hệ thống liên kết giữ hệ thống phận máy lại với làm cho máy hoạt hoạt động ổn định chắn b Hệ thống thủy lực: Cung cấp lực để đóng mở khn tạo trì lực kẹp làm cho trục vít quay chuyển động tới lui tạo lực cho chốt đẩy trượt lõi mặt bên Hệ thống bao gồm: bơm, van, motor, đường ống đẫn thùng chứa dầu v c Hệ thống điện: Cung cấp điện cho Motor điện hệ thống điều khiển nhiệt cho khoang chứa nhựa thơng qua vịng nhiệt (heater band) đảm bảo toàn hệ thống hoạt động ổn định thông qua hệ thống dây dẫn tủ điều khiển (Electric power cabinet) d Hệ thống làm nguội cung cấp nước dung dịch ethyleneglycol để làm nguội khuôn, dầu thủy lực ngăn không cho nhựa thô cuống phễu bị nóng chảy, nhựa bị nóng chảy phần nhựa thơ phía khó chạy vào khoang chứa nhựa Nhiệt trao đổi cho dầu thủy lực vào khoảng 90-120 độ F điều khiển nhiệt nước (water temperature controller) cung cấp lượng nhiệt, áp suất, dịng chảy thích hợp để làm nguội nhựa nóng khuôn 1.2.2 Hệ thống phun  Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua q trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy nhựa, phun nhựa lỏng vào khn định hình sản phẩm Hệ thống có phận sau:  Phễu cấp nhựa (Hopper)  Khoang chứa nhựa (Barrel)  Các vịng gia nhiệt (Heater band)  Trục vít (Screw)  Bộ hồi tự hở (non-return Assembly)  Vòi phun (Nozzle) Hình 4: Hệ thống phun máy ép phun nhựa Các phận chi tiết hệ thống phun: a) Phễu cấp liệu (Hopper): Chứa vật liệu dạng viên để cấp cho khoang trộn b) Khoang chứa liệu ( Barrel ): Là ống bao quanh trục vis, xung quanh bao băng điện trở ( Heater band ) chia thành vùng điều khiển riêng tương ứng với vùng trục vis Khoang trộn gia nhiệt băng cấp nhiệt Nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệu Nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệu cung cấp từ 20% đến 30% nhiệt độ cần thiết để làm chảy lỏng vật liệu nhựa c) Các vịng gia nhiệt ( heater band ): Giúp trì nhiệt độ khoang chứa liệu để nhựa bên trạng thái dẻo Hình 5: Vịng gia nhiệt d) Trục vít ( screw ): Có chức nén, làm chảy dẻo tạo áp lực để đẩy nhựa chảy dẻo vào lịng khn Trục vít có cấu tạo gồm vùng: vùng cấp nhựa, vùng nén vùng định lượng  Nằm nòng  Là phận nạp liệu, hóa dẻo đẩy nguyên vật liệu nịng vào khn  Có khả trộn nóng chảy tốt, tự làm nhanh  Có nhiều loại thiết kế khác tùy vào loại nguyên liệu Hình 6: Trục Vít  P áp suất làm việc xi lanh (Pa)  D đường kính xi lanh (m) Suy đường kính xi lanh : F 210.103 D2  2  0,119( m)  119mm  p 3,14.190.105 Ta chọn đường kính xi lanh D2 = 125 mm .D .1252 F1    12270( mm2 )  122,7(cm2 ) 4 Vậy ta có : Tỷ số tiết diện piston máy chọn i = F1/F2 = Do F2 = F1/2 = 61,35 cm2 Đường kính cần đẩy : d2  F1  F2 122,7  61,35 2  4, 4cm  Chọn d2 = 45 mm Tính lưu lượng cần cấp cho xy lanh Xilanh kẹp: Lưu lượng cần cấp cho xilanh kẹp tính theo cơng thức: Q = v = F.v Trong đó:  Q – lưu lượng cần cấp cho xilanh  F – diện tích tác dụng xilanh  v – vận tốc cần piston Do : lưu lượng cần cấp cho xilanh kẹp : Q1  F1v1  D s 3,14.32.1   1, 413(dm3 / s )  84,78(1 / ph) t1 4.5 Tốc độ cần piston hành trình lui : v2 = s/t2 16 (2-3) Lưu lượng cần cấp cho xilanh hành trình lùi : Q2  F2v2  ( D  d ) s (32  22 )   0,98(dm3 / s )  58,8(1/ ph) t2 4 Xilanh đẩy trục vit Lưu lượng cần cấp cho xilanh tính theo cơng thức: D Q V  F V (2-4) Trong đó:  Q – lưu lượng cần cấp cho xilanh  F – diện tích tác dụng xilanh  v – vận tốc cần piston Do : lưu lượng cần cấp cho xilanh trục vit : D s 3,14.1, 252.1, 45 Q3  F1v1    0, 445(dm3 / s )  26,7(1 / ph) t1 4.4 Tốc độ cần piston hành trình lui : v2 = s/t2 Lưu lượng cần cấp cho xilanh hành trình lùi : ( D  d 2 ) s (1, 252  0,452 ) 1, 45 Q4  F2 v2    0,52( dm3 / s)  31,2(1 / ph) t2 Động dầu (8) có thơng số:  Số vịng quay lớn nmax = 500 v/ph  Lưu lượng riêng động dầu: qđ = 0,03 l/vg Suy lưu lượng cần thiết để thực số vòng quay lớn nhất: Qmax = nmax.qđ = 500.0,03 = 15 l/phut So sánh lưu lượng vừa tính xong ta thấy Q = 84,78 (l/ph) lớn Nên ta chọn lưu lượng để tính thơng số cịn lại 17 2.2 Tính tốn dây dẫn Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng công tác vận chuyển từ bể dầu qua bơm nguồn đến van, cấu chấp hành hồi bể nhờ hệ thống đường ống Đường ống dùng phổ biến hệ thống thủy lực nói chung loại ống cứng ( ống thép đúc ) ống mềm ( ống cao su có lớp thép ) chịu áp Để hệ thống làm việc ổn định hiệu suất cao tồn thất lượng hệ thống đường ống phải nhỏ Do vậy, phải giảm thiểu độ dài hệ thống đường ống, đồng thời giảm thiểu khúc quanh để giảm lượng tổn thất dọc đường tổn thất cục Nói chung, hệ thống đường ống hệ thống thủy lực nói chung chia làm phần: Đường ống hút, đường ống đâyyr đường hồi Đường hút đoạn đường ống từ bể dầu lên bơm, thường ngắn Đường ống nối từ bơm tới van, cấu chấp hành gọi đường đẩy, đường bể dầu gọi đường hồi hay đường xả Để tính tiết diện đường ống phải vào vận tốc đường dầu Thông thường, chọn đường ống ta phải đảm bảo tổn thất đường ống nhỏ vừa phải kinh tế Nếu nhỏ tổn thất lớn lớn tổn thất khơng kinh tế, ta phải cân nhắc lựa chọn cho phù hợp Thơng thường, hệ thống thủy lực nói chung vận tốc đường dầu đoạn đường đường ống hệ thống chọn sau : - Đường ống hút : v1 = 1,5 ÷ (m/s) ; - Đường ống đẩy : v2 = ÷ (m/s) ; - Đường ống xả : v3 = 1,0 ÷ 1,6 (m/s) ; Đường kính đường ống tính theo cơng thức sau: d  4,6 Q ( mm) v (2-5) Trong đó: Q – lưu lượng qua tiết diện ống, lưu lượng cần thiết cấp cho xilanh (l/ph) V – vận tốc dầu qua tiết diện ống (m/s) - Tính tốn đường kính ống hút : 18 Đường kính ống hút d1  4,6 Q 84,78  4,6  29,9 �34,6(mm) v 1,5 �2 Do đường ống hút cấp dầu từ bể tới bơm nằm thùng dầu, chịu áp cao, ta chọn ống hút ống nhơm thép đúc có đường kính khoảng 29,9 ÷ 34,6 Ta chọn chiều dài đường ống hút L = 1m, vận tốc v1 = 1,5 (m/s) đường kính ống hút d1 = 30 mm - Tính tốn đường ống hồi Đường kính ống hồi là: d3  4,6 Q 84,78  4,6  33,5 �42,3mm v 1,0 �1,6 Đường ống hồi đế van bể Cụ thể thiết kế máy ép có làm mát đường hồi ống hồi chia làm phần, phần từ đế van đến làm mát phần từ làm mát vào bể dầu Ta chọn ống hồi làm nhơm thép đúc có đường kính khoảng (33,5 ÷ 42,3) (mm) Ta chọn chiều dài đường ống hồi L3 = 1m, vận tốc v1 = 1,5 (m/s) đường kính ống hút d3 = 35 mm - Tính tốn đường ống đẩy Đường ống đẩy thường chia làm phần: phần nằm từ bơm nguồn tới van phần nằm toàn bể dầu, để làm cho nguồn thêm mỹ quan ta làm ống đẩy phần ống cứng (thường thép đúc) Phần ống đẩy lại nối từ van đến cấu chấp hành ta chọn ống mềm Đường kính ống đẩy là: 19 d  4,6 Q 84,78  4,6  18,9 �24, 4mm v �5 Vậy ta chọn ống mềm ống cứng cố đường kính khoảng (18,9 ÷ 24,4) (mm) chịu áp suất khoảng 200bar để làm ống đẩy cho hệ thống Ta chọn chiều dài đường ống đẩy L = 2m, vận tốc v3 = (m/s) đường kính ống đẩy d2 = 20 mm 2.3 Tính chọn van: (Ta chọn van đảo chiều 4/3, van tiết lưu, giảm áp thỏa mãn lưu lượng Q = 84,78 (l/ph)) Chọn van phân phối:Van phân phối phần tử thủy lực có tác dụng làm thay đổi hướng dịng chất lỏng, làm đảo chiều chuyển động cấu chấp hành mà điều khiển Trong hệ thống máy ép phun thiết kế, có van phân phối loại 4/3 : có nhiệm vụ điều khiển xylanh Dưới cấu tạo van phân phối loại 4/3 điều khiển điện : Hình 2: Cấu tạo van phân phối 3/4 (1) : Thân van (2) : Con trượt phân phối (3), (4) : Lò xo (5), (6) : Các cuộn điện 20 Lưu lượng qua phân phối van 4/3 hệ thống lưu lượng bơm cấp cho cấu chấp hành mà điều khiển Căn vào tốc độ dầu, áp suất, lưu lượng bơm hệ thống, chọn van phân phối DSG-01-3C2 DSG-01-3C9 có thơng số kĩ thuật sau: Hãng sản xuất Yuken: Lưu lượng lớn 100 l/ph Áp suất lớn 25 Mpa  Chọn van tiết lưu Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức điều chỉnh vận tốc thời gian chạy cấu chấp hành Chức van cản tạo nên áp suất định ống dẫn, làm cho chuyển động cấu chấp hành êm Hình 3: Van tiết lưu 1.Vít điều chỉnh; Chốt ; Thân van Ta chọn van tiết lưu hãng YUKEN có mã FGFCG-03-125-30 có thơng số Qmax = 125 l/ph, Pmax = 21 Mpa  Chọn van giảm áp Chọn van hãng Yuken DG-02-H-90 Có thơng số làm việc sau: Lưu lượng Qmax = 16 (l/ph) 21 Áp suất Pmax = 210 (bar) Hình 4: Van giảm áp 2.4 Tính tốn chọn bơm dầu động điện Bơm dầu Ta chọn dầu thủy lực ISO VG32: áp suất yêu cầu lớn bơm dầu : p B = + pycmax (2-6) :  pB - áp suất bơm  - tổng tổn thất áp suất hệ thống  pycmax - áp suất yêu cầu lớn Ta có = p1 + p2  p1 tổn thất qua van phân phối, lấy p1 = bar  p2 tổn thất qua đường ống bao gồm tổn thất dọc đường tổn thất cục p2  10 1.L1.V12   L V   L V    10 2  10 3  10 .(v12  v22  v32 ) 2.g d1 2.g d 2.g d3 2.g đó:  - khối lượng riêng dầu [850 kg/m3] 22  g – gia tốc trọng trường [9,81 m/s2]  v – vận tốc trung bình dầu [m/s]  ξ – hệ số tổn thất cục chảy khỏi ống  ɣ - trọng lượng riêng dầu [8338,5 kg/m3]  L,d – chiều dài đường kính đường ống  � – hệ số tổn thất cục chảy vào ống giả sử cạnh đầu thẳng góc � = 0,5  Hệ số ξ phụ thuộc vào khủy ống, coi khủy ống thẳng góc lấy ξ =1,2 P2  10 0,5.1.1,52.850 0,5.1.2,32.850 0,5.1.1,52.850 1,2  10  10  10 .8220,5.(1,52  32  1,52 ) 2.9,81.0,01 2.9,81.0,08 2.9,81.0,01 2.9,81 Suy p2 = 653712,4 (N/m2) =6,54 bar Do = p1 + p2 = + 6,54 = 8,54 bar Vậy ta tính áp suất bơm dầu là: PB = 8,54 + 190 = 198,54 bar Nếu tính tổn thất đoạn nối, đầu nối, lọc ta lấy: PB = 200 bar Lưu lượng cần thiết cấp cho xilanh 84,78(l/ph) Nên chọn bơm nguồn có lưu lượng Q = 85 (l/ph) đáp ứng yêu cầu lưu lượng hệ thống Căn vào thông số áp suất lưu lượng điều kiện làm việc hệ thống, ta thấy bơm bánh sư lựa chọn phù hợp do:  Bơm bánh có dải áp suất p= 100;250 bar  Bơm bánh có dải lưu lượng phù phù hợp Q