Nghiên ứu thiết kế và chế tạo kết cấu máy ép và quy trình sản xuất viên gốm áp điện từ bột thạch anh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THỊ HÀ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KẾT CẤU MÁY ÉP VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT VIÊN GỐM ÁP ĐIỆN TỪ BỘT THẠCH ANH Chuyên ngành: CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS-TS HOÀNG VĨNH SINH Hà Nội 05 – 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204843021000000 Viện SĐH-ĐHBKHN MC LC LI CM ƠN LI CAM ĐOAN MỞ ĐẦU 10 Lý chọn đề tài 10 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 10 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 11 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài - 11 3.2 Ý nghĩa thực tiễn 11 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ VIÊN GỐM ÁP ĐIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO RA NÓ 12 Tổng quan viên gốm áp điện 12 1.1 Áp điện gì? - 12 1.2 Nguyên lý tạo viên gốm áp điện - 13 1.4 Phương pháp tạo viên gốm áp điện 17 1.4.1 Quy trnh tạo viên gốm áp điện 17 1.4.2 Thông số k thut 18 1.4.3 Phương pháp kim tra viên gốm áp điện sau p 18 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC CẤU TRÚC MÁY ÉP BỘT THẠCH ANH 20 2.1 Một số cấu trúc máy p song động 20 2.2 Cấu trúc máy ép bột thạch anh thủy lực cm tay - 24 2.3 Đề xuất nguyên lý hoạt động kt cấu sơ máy p - 25 2.3.1 Nguyên lý hoạt động sơ 27 2.3.2 Kt cấu sơ máy p 28 2.3.3 Ưu đim, nhược đim máy p 30 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY ÉP BỘT DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN 31 3.1 Thit k sơ đồ động máy 31 3.1.1 Thông số đu vào trnh thit k 31 Viện SĐH-ĐHBKHN 3.1.2 Động học máy 32 3.1.3 Quy trình hoạt động 35 3.2 Tính tốn, thit k hệ thống p viên gốm tự động 36 3.2.1 Tính tốn chọn cấu tạo lực p viên gốm 36 3.2.2 Thit k khung máy gá đt hệ thống p viên gốm tự động 42 3.2.3 Cơ cấu xoay mâm quay 48 3.3 Hệ thống cân tự động - 53 3.4 Hệ thống phân phối nguyên liệu tự động 54 3.5 Hệ thống tự động xp sản phẩm vào khay 56 3.5.1 Robot Scara bc tự 56 3.5.2 Giác hút chân không 59 CHƯƠNG 4: QUY TRNH SN XUẤT VIÊN GỐM ÁP ĐIỆN T BỘT THẠCH ANH 64 4.1 Hoạt động máy - 64 4.2 Quy trnh sản xuất viên gốm áp điện t bột thạch anh - 65 4.3 Kim tra độ tin cy hệ thống. 67 4.4 Thit k khuôn - 68 KẾT LUN V HƯNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 71 Kt lun 71 Kin ngh hưng nghiên cứu tip theo 71 TI LIỆU THAM KHO 72 Viện SĐH-ĐHBKHN DANH MC HNH NH Hình 1.1: Các dạng viên gốm áp điện 12 Hình 1.2: Nhiệt độ đim Cuire 13 Hình 1.3: Nhiệt độ dưi đim Curie 13 Hnh 1.4: Đnh hưng ngẫu nhiên miền cực trưc khử cực 14 Hình 1.5: Phân cực điện trường DC 15 Hình 1.6: Sự phân cực lại sau điện trường xóa bỏ 15 Hình 1.7: Ảnh hưởng điện trường (E) phân cực (P) ko dài tương ứng / co lại nguyên tố gốm 16 Hình 1.8: Sự tạo thành dịng điện phát điện phn tử gốm 16 Hnh 1.8: Đĩa siêu âm 17 Hnh 1.9: Đĩa gốm áp điện 17 Hnh1.9: Sơ đồ khối quy trnh sản xuất viên gốm áp điện 17 Hnh 1.10: Dial Thickness gauge 19 Hình 2.1: Một số kiu máy p song động thủy lực 20 Hnh 2.2: Máy p thủy lực song động YL28-100/150 20 Hnh 2.3: Máy p thủy lực song động 300Tons 21 Hnh 2.4: Máy p thủy lực DHP-15M 23 Hình 2.5: Máy ép gốm thạch anh dùng thủy lực 24 Hnh 2.6: Cân bột (độ xác 0.001) 24 Hnh 2.7 : Thực p viên gốm 25 Hnh 2.8: Sản phẩm xp vào khay đựng 25 Hnh 2.9: Kt cấu sơ máy p 28 Hnh 2.10: Khung máy sơ 29 Hnh 3.1: Sơ đồ khối kiu tp trung 32 Hnh 3.2: Sơ đồ động kiu tp trung 33 Hnh 3.3: Sơ đồ khối kiu phân tán 34 Hnh 3.4: Sơ đồ quy trnh hoạt động 35 Hnh 3.5: Sơ đồ khối hệ thống tạo lực p 36 Viện SĐH-ĐHBKHN Hnh 3.6: Hệ số ảnh hưởng cài đt lắp ráp Screw-Jack 38 Hnh 3.7: Biu đồ vn tốc (Ratio H) 38 Hnh 3.8: Hộp giảm tốc bánh côn 39 Hnh 3.9: Kiu lắp nằm ngang (R-L3) 39 Hnh 3.10: Kiu lắp dạng treo đứng(L-R3) 39 Hnh 3.11: JTB-15T-US-250-H-IV-M1-PP 41 Hnh 3.12: JTB-15T-US-250-H-IV-M3-PP 41 Hnh 3.13: Lắp ráp cấu tạo lực p 42 Hnh 3.13: Khung máy sơ 42 Hnh 3.14: Kích thưc sơ đ 43 Hnh 3.15: Kích thưc sơ cột tng tng 43 Hnh 3.16: Kích thưc sơ cột tng 44 Hnh 3.17: Kích thưc sơ bệ máy 44 Hnh 3.18 : Điều kiện ban đt lực ban đu 45 Hnh 3.19 : Bin dạng tổng đt lực 20000 N 45 Hnh 3.20 : Ứng suất ln đt lực 20000 N 45 Hnh 3.21: Ứng suất ln đt lực 25000 N 46 Hnh 3.22: Bin dạng tổng đt lực 25000 N 46 Hnh 3.23: Ứng suất ln đt lực 30000 N 46 Hnh 3.24: Bin dạng tổng đt lực 30000 N 46 Hnh 3.25: Bin dạng tổng đt lực 40000 N 47 Hnh 3.26: Ứng suất ln đt lực 40000 N 47 Hnh 3.27: Ứng suất ln đt lực 50000 N 47 Hnh 3.28: Bin dạng tổng đt lực 50000 N 47 Hnh 3.29: Bin dạng tổng đt lực 60000 N 47 Hnh 3.30: Ứng suất ln đt lực 60000 N 47 Hnh 3.31: Ứng suất ln đt lực 75000 N 48 Hnh 3.32: Bin dạng tổng đt lực 75000 N 48 Hnh 3.33: Thông số k thut dây đai 5M 50 Viện SĐH-ĐHBKHN Hnh 3.34: Kt cấu mâm xoay sơ 52 Hnh 3.35: Kt cấu mâm xoay khuôn 52 Hnh 3.36: Cân điện tử xác SJ-220CE 53 Hnh 3.37: Hệ thống phân phối bột tự động 54 Hnh 3.38: Cơ cấu gá đt hệ thống đổ bột 55 Hnh 3.39: Quá trnh đổ bột 56 Hnh 3.40: Robot ADT-AR5215 57 Hnh 3.41: Kích thưc robot ADT-AR5215 57 Hnh 3.42: Không gian làm việc robot ADT-AR5215 58 Hnh 3.43: Giác hút chân không 60 Hnh 3.44: Thông số k thut cốc hút NPFYN 61 Hnh 3.45: Thông số k thut cốc hút NFSTE M5 VG 62 Hnh 4.1: Cấu trúc máy p (Mt trưc) 64 Hnh 4.2: Cấu trúc máy p (Mt sau) 65 Hnh 4.3: Đồ th mối quan hệ lực p chiều cao viên gốm 67 Hnh 4.5: Màn hnh khởi động 69 Hnh 4.5: Quá trnh p 70 Hnh 4.6: Quá trnh gắp vt 70 Hnh 4.7: Quá trnh cân sản phẩm xp vào khay 70 Viện SĐH-ĐHBKHN DANH MC BNG Bảng 1.1: Thông số k thut viên gốm áp điện - 18 Bảng 2.1: Các thơng số máy YL28-100/150 21 Bảng 2.2: Các thơng số máy Hitech HT63/100 22 Bảng 2.3: Thông số máy p thủy lực DHP-10M - 23 Bảng 3.1: Thông số hộp giảm tốc bánh côn: JT25-5:1-1-R/L-B3 - 39 Bảng 3.2: Thông số đu trục - 40 Bảng 3.3: Thông số k thut động ACH13230-AC 40 Bảng 3.4: Kích thưc động Servo ACH-13230AC - 41 Bảng 3.5: Tính tốn chọn đai cho cụm cấu xoay mâm quay 48 Bảng 3.6: Thông số k thut động ACH13150AC - 50 Bảng 3.7: Thông số k thut cân SJ-220CE - 53 Bảng 3.8 Thông số k thut Hi-Doser 3L - 54 Bảng 3.9: Thông số robot scara trục - 58 Bảng 3.10: Thông số k thut NPFYN 61 Bảng 3.11: Thông số k thut NFSTE M5 VG - 62 Bảng 4.1: Kt thử nghiệm: 67 Bảng 4.2: Thơng số kích thưc khn cối: - 68 Bảng 4.3: Thơng số kích thưc khn p 68 Viện SĐH-ĐHBKHN LI CM ƠN Sau năm học tp nghiên cứu Viện Cơ khí-Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, cng vi giúp đ tn tnh thy khoa viện đn tơi đ hồn thành kha học đạt đn kt mong muốn Qua tơi xin bày tỏ lịng bit ơn chân thành đn tồn th thy Viện Cơ khí đ tn tnh giúp đ, động viên tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành kha học mnh Tôi xin chân thành cảm ơn thy, cô giáo “Bộ môn Gia công vt liệu dụng cụ công nghiệp –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội” đ tạo điều kiện giúp đ trnh làm lun văn Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh đ tn tnh hưng dẫn giúp đ trnh làm lun văn Xin chân thành gửi lời cảm ơn đn thy, cô giáo phản biện đ đọc lun văn đng gp cho tơi ý kin q báu bổ ích Tơi cng xin bày tỏ lòng bit ơn ti Ban giám hiệu, Phòng tổ chức cán bộ, ban chủ nhiệm khoa khí, thy phịng sau đại học, cng gia đnh người thân đ tạo điều kiện, động viên giúp đ trnh học tp hoàn thành lun văn mnh Xin chân thành cảm ơn !!! Tác giả V Th Hà Viện SĐH-ĐHBKHN LI CAM ĐOAN Tôi tên là: V Th Hà Học viên lp: Cao học Cơ Điện Tử 2016B Dưi hưng dẫn PGS.TS HOÀNG VĨNH SINH nhn nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo kết cấu máy ép quy trình sản xuất viên gốm áp điện từ bột thạch anh.” Tôi xin cam đoan, lun văn trnh nghiên cứu thân Nu có sai sót tơi xin hồn tồn chu trách nhiệm Tác giả V Th Hà Viện SĐH-ĐHBKHN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo kết cấu máy ép quy trình sản xuất viên gốm áp điện từ bột thạch anh.” Vi ngành khoa học công nghệ vt liệu mi nay, vt liệu gốm áp điện đng vai trò quan trọng lĩnh lực kĩ thut điện tử điều khin xác Hiện vt liệu áp điện sử dụng chủ yu gốm áp điện ch Zirconat titanat (PZT), n sử dụng rộng ri việc sản xuất bin đổi điện âm, bin tử máy đo gia tốc, đc biệt đu nổ đạn, pháo v tính chất áp điện chúng Tuy nhiên, thành phn gốm áp điện ch chim 60% thành phn Ch vt liệu c tính độc cao, khả bay nhanh nên gây nên nguy him đn môi trường sức khỏe người Hiện nay, việc ch tạo gốm áp điện cho đu nổ đạn, pháo nưc ta làm thủ công, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đn sức khỏe công nhân nu làm việc thời gian dài Ngoài mi c loại bột mi cn tm tr số lực p, loại khuôn ph hợp vi loại bột đ, việc ch tạo sản phẩm đa phn dựa kinh nghiệm thực t đ xây dựng lên quy trnh ch tạo viên gốm Như vy, việc tự động ha trnh sản xuất đ tăng xuất lao động, giảm thiu tối đa nguy him việc cn thit Xuất phát t nhược đim nhu cu thực t c đơn hàng đt ch tạo máy p viên gốm tự động, tác giả đ chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo kết cấu máy ép quy trình sản xuất viên gốm áp điện từ bột thạch anh” làm đề tài nghiên cứu Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu chủ yu đề tài nghiên cứu tổng quan viên gốm áp điện phương pháp tạo Nghiên cứu cấu trúc máy ép bột thạch anh đ đưa sở tính tốn thit k máy ép bột dng động điện Cuối xây dựng quy trình cơng nghệ đ ch tạo viên gốm áp điện Giải quyt vấn đề giúp cho nhà chuyên mơn có nhìn thấu đáo sở hình thành viên gốm áp điện sử dụng máy ép CNC, qua 10