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

Lý do ch ọn đề tài

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cấu kiện máy ép gốm áp điện hiện đang đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử và điều khiển chính xác Vật liệu gốm áp điện chủ yếu được sử dụng là Zirconat titanat (PZT), có ứng dụng rộng rãi trong sản xuất bộ biến đổi điện âm và máy đo gia tốc, đặc biệt là trong các đầu nổ của đạn và pháo Tuy nhiên, thành phần chính của gốm áp điện chứa hơn 60% chì, một vật liệu có tính độc cao và khả năng bay hơi nhanh, gây nguy hiểm cho môi trường và sức khỏe con người.

Hiện nay, việc sản xuất gốm áp điện cho đạn và pháo ở Việt Nam chủ yếu được thực hiện thủ công, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của công nhân Quá trình này còn gặp khó khăn do việc lựa chọn loại bột và khuôn phù hợp Để cải thiện tình hình, việc tự động hóa quy trình sản xuất là cần thiết nhằm tăng năng suất lao động và giảm thiểu rủi ro Xuất phát từ những nhược điểm này và nhu cầu thực tế trong việc sản xuất, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy ép viên gốm áp điện tự động” để thực hiện nghiên cứu.

M ục đích, đối tượ ng và ph m vi nghiên c ạ ứu đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là viên gốm áp điện và các phương pháp sản xuất của nó Nghiên cứu tập trung vào cấu trúc máy ép bột thạch anh, nhằm đưa ra cơ sở tính toán thiết kế máy ép bột sử dụng động cơ điện Cuối cùng, đề tài sẽ xây dựng quy trình công nghệ chế tạo viên gốm áp điện.

Giải quyết những vấn đề liên quan đến việc sử dụng máy ép CNC trong sản xuất viên gốm áp điện giúp các chuyên gia có cái nhìn sâu sắc hơn về cơ sở hình thành của sản phẩm này.

11 đ nắm bắt được nguyên lý và những cơ sở tính toán trong thi t k   cng như trong quá trình ch t ạo đạt hi u qu k ệ ả thut cng như kinh t cao.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thự c ti n c ễ ủa đề tài

Ý nghĩa khoa họ c c ủa đề tài

Trong bài viết này, chúng tôi mong muốn cung cấp cái nhìn sâu sắc về quy trình sản xuất và thiết kế máy ép viên gạch áp điện, điều mà trước đây chưa được thực hiện Việc hiểu rõ và nắm bắt được quy trình này sẽ giúp mở ra hướng nghiên cứu mới trong tương lai.

Các k t qu nghiên cế ả ứu mang ý nghĩa khoa học:

- Phương pháp xác đnh m i quan h gi a l c ép và bi n d ng ố ệ ữ ự  ạ cơ hệ ả nh hưởng đn chiều cao c a s n ph m sau khi ép ủ ả ẩ

- Nguyên lý hoạt động c a m t s ủ ộ ố sơ đồ động và phương án tối ưu.

Ý nghĩa thự c ti n ễ

Từ kết quả nghiên cứu, chúng tôi xác định khả năng ép của máy đối với loại vật liệu tương tự, qua đó nâng cao hiệu quả kinh tế cũng như độ chính xác của các chi tiết sau khi gia công.

Hiểu được nguyên lý hoạt động của các cảm biến và máy sưởi là rất quan trọng trong việc khai thác và vận hành máy Đồng thời, việc xác định các nguyên nhân có thể xảy ra trong quá trình vận hành và có biện pháp khắc phục khi sự cố xảy ra cũng cần được chú trọng Các kết quả mang tính thực tiễn sẽ giúp nâng cao hiệu quả hoạt động.

- Xác đnh kh ả năng p vi các v t li ệu tương tự

- Thi t k máy ép th ch anh CNC ạ

NGHIÊN CỨ U T NG QUAN V VIÊN G Ổ Ề ỐM ÁP ĐIỆ N VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠ O RA NÓ

T ng quan v viên g ổ ề ốm áp điện

Hiệu ứng áp điện, hay còn gọi là hiện tượng piezoelectric, là một hiện tượng vật lý được phát hiện lần đầu bởi nhà khoáng vật học người Pháp vào năm 1817 Sau đó, anh em Pierre và Jacques Curie đã nghiên cứu chi tiết về hiện tượng này vào năm 1880.

Gốm áp điện là nh ng lo i v t li u gữ ạ  ệ ốm có tính chất áp điện như BaTiO3, PbTiO3,

Hình 1.1: Các d ng viên gạ ốm áp điện

Một loại chất có tính chất hóa học tương tự như gốm (Ceramic) đã được phát hiện, với hiệu ứng áp điện nghịch Khi chịu tác động của một trường điện, chất này sẽ biến đổi hình dạng, và ngược lại, khi có lực cơ học tác động lên, nó sẽ tạo ra điện tích trên bề mặt.

Năng lượng điện có thể được chuyển đổi thành năng lượng cơ học và ngược lại thông qua các vật liệu có tính áp điện Khi tác động lực lên vật liệu áp điện, điện năng sẽ được sinh ra, trong khi khi áp dụng điện, vật liệu sẽ biến dạng và tạo ra lực cơ học Trong tự nhiên, nhiều vật liệu có tính áp điện, đặc biệt là thạch anh Hiện nay, gốm PZT (gồm chì, zirconia và titan) được xem là vật liệu gốm áp điện tốt nhất.

V t li u g ệ ốm áp điện được chia làm 3 h chính: ệ

- H ệTitanat Ziniconat chì (PZT PbO ZrO- - 2-TiO3)

Trong 3 h này hệ ệ PZT ưu việt hơn cả, là gốm trên cơ sở dung d ch r n trong h  ắ ệ PbZrO3 –PbTiO3 Tinh th PbZrO 3 –PbTiO3 có tính chất áp điện v i ít nh t 3%  ấ PbTiO3

H này có nhiệ ều đc tính tốt:

- Miền nhiệt độ ử ụ s d ng rộng: ̶ 50 o C÷300 o C

- Có h s liên kệ ố t điện cơ và mô dun áp điệ n l n

- Các thông s c a vố ủ  ệu tương đố ổn đt li i nh theo nhiệt độ và th i gian ờ

- Thành ph n c hủ y u c a g m PZT gủ ố ồm oxit chì, oxit ziriconi, oxit titian

1.2 Nguyên lý tạo ra viên gốm áp điện

Gốm áp điện là một loại vật liệu có tính chất điện, thường chứa các ion như titanium hoặc zirconium Trong cấu trúc của nó, có thể sử dụng các thành phần như chì hoặc bari, và ion O2 cũng đóng vai trò quan trọng Dưới điều kiện nhất định, vật liệu này có thể tạo ra một mô men lưỡng cực, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng cảm biến và truyền động.

Here is the rewritten paragraph:Để chế tạo viên gạch áp điện, người ta tinh chế các thành phần oxit kim loại hiếm và hạ thấp điểm Curie Sau đó, các thành phần này được nung nóng đến nhiệt độ thích hợp để tạo thành bột đồng nhất Bột áp điện được pha trộn với chất kết dính hữu cơ và được tạo thành các phần tử có cấu trúc mong muốn (đĩa, tấm, thanh, ) Các yếu tố này được đốt theo một chương trình thời gian và nhiệt độ cụ thể, trong đó bột áp điện được nung nóng và đạt được các tính chất lý tưởng.

14 đạt được k ất c u tinh th  dày đc Các y ố làm mát, sau đ đượu t c t o hình ho c cạ  ắt t a theo thông s kỉ ố  thut, và các điện cực được đưa vào bề  m t thích h p ợ

Các gốm sắt điện đa tinh thể như PZT chứa các vùng phân cực ngẫu nhiên bên trong các hạt, gọi là domain Khi làm nguội qua điểm Curie, các domain được hình thành nhằm giảm năng lượng đàn hồi trong gốm Ở nhiệt độ phòng, điểm Curie mới tinh thể Perovskite trong phần gốm nung có cấu trúc đơn giản và không có momen lưỡng cực Ở nhiệt độ dưới điểm Curie, mối tinh thể tạo thành hình tam giác và tạo ra một thời điểm lưỡng cực Sự sắp xếp của một thắc mắc tại thời điểm lưỡng cực là phân cực lực lưỡng Tuy nhiên, hướng phân cực giữa các miền lân cận là ngẫu nhiên, do đó phân tử trong gốm không có phân cực tĩnh.

Hình 1.4: Đnh hưng ng u nhiên các mi n cẫ ề ực trưc khi kh c c ử ự

Do các domain phân cực được sắp xếp ngẫu nhiên, tổng phân cực toàn phần bằng không Các domain của các phân tử áp điện được sắp xếp khi chịu tác động của một điện trường mạnh, thường ở nhiệt độ thấp hơn điểm Curie Qua xử lý phân cực này, các domain được định hướng theo điện trường, và khi giảm nhiệt độ trong khi giữ nguyên trường điện, các domain sẽ "khóa" lại ở vị trí đã được định hướng Khi ngắt điện trường, những domain này sẽ quay về vị trí ban đầu nhưng vẫn giữ lại cấu trúc đã được định hướng Các phân tử này tạo ra phân cực vĩnh cửu và có tính chất áp điện.

Hình 1.5: Phân cực trong điện trường DC

Hình 1.6: Sự phân c c lự ại sau khi điện trường được xóa b ỏ

Sự hình thành đường trễ trong vật liệu sắt điện xảy ra do các domain sắt điện và vách domain giữa chúng Dưới tác động của trường ngoài, vách di chuyển, dẫn đến sự thay đổi trong kích thước của phần tử Hình 1.4 minh họa đường cong trễ phân cực khi áp điện trường lên vật liệu, khi đạt đến cựu lực cực đại, Ps, điện trường được giảm xuống, xác định phân cực Pr và đảo ngược điện trường để khôi phục phân cực dương Việc tìm đường cong trễ cho thấy sự thay đổi kích thước của phần tử theo hướng phân cực, tương ứng với sự thay đổi điện trường Khi kích thước tăng hoặc giảm song song với hướng điện trường, có sự tương ứng, nhưng không vượt quá 50% sự thay đổi kích thước vuông góc với điện trường.

(a) Đường cong tr phân c c ễ ự (b) S ự tăng ảm kích thưc (độ gin, S) trong hưgi ng phân c c ự

Hình 1.7: Ảnh hưởng của điện trường (E) trong phân c c (P) và s ự ự ko dài tương ứng / s co l i c a m t nguyên t g m ự ạ ủ ộ ố ố 1.3 ng d ng Ứ ụ

Sự nén hoặc giãn cơ học trên vật liệu gốm áp điện tạo ra biến đổi moment lưỡng cực, tự tạo ra điện áp Khi nén dọc theo hướng phân cực, lực căng vuông góc với hướng phân cực sẽ sinh ra điện áp của phân cực giữ nguyên như điện áp thu nhận Ngược lại, sự giãn theo hướng phân cực hoặc nén vuông góc với hướng phân cực sẽ tạo ra điện áp ngược lại với điện áp thu nhận Những tác động này giúp cho vật liệu gốm áp điện chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện.

Hình 1.8: Sự tạo thành dòng điện và phát điện c a m t ph n t g m ủ ộ  ử ố

Hiệu ứng áp điện hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị phục vụ cuộc sống hàng ngày, bao gồm máy bật lửa, hệ thống tự động mồi lửa bếp ga, cảm biến linh kiện, máy rửa siêu âm, máy sục Ozon, và điều khiển gương phản xạ tia electron trong các thiết bị quang học.

Hiện nay, nghiên cứu về động cơ kích thích nhỏ đang phát triển mạnh mẽ, với nhiều ứng dụng như máy bay cánh côn trùng, cơ nhân tạo, cánh máy bay biến đổi hình dạng, và các cấu trúc thông minh Đặc biệt, động cơ piezo đang trở thành một trong những ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực này Hiện tại, hai loại vật liệu piezo cơ bản được phát triển là dạng cục (gốm) và tấm mỏng như film.

Hình 1.9: Đĩa gốm áp điện

1.4 Phương pháp tạo ra viên gốm áp điện

1.4.1 Quy trnh tạo ra viên gốm áp điện

Thiêu kt sơ bộ Nghiền Tạo hạt và sấy khô Ép và tạo hình

Phân cực Lắp ráp và tích hợp công nghệ cn thit Kim tra

Hnh1.9: Sơ đồ khối quy trnh sản xuất viên gốm áp điện

Vi phạm vi nghiên cứu, đề tài tp trung nghiên cứu đ thit k, ch tạo máy p cho giai đoạn p và tạo hnh trong quy trnh sản xuất

S n ph m viên gả ẩ ốm được ứng d ng trong c m ngòi nụ ụ ổ Ch ạ t o ngòi n cho nhi u ổ ề chủng loại đạn có nguyên lý n lõm ổ

Bảng 1.1 Thông s k thut viên gm p đin:

STT Thông s  kĩ thu t v t li u ch ế ạ t o Kí hiu Đơn vị VAD5

4 Tang góc mất mát điện môi (f0Hz) tgd 10 -3 ≤ 2,5

5 H s liên kệ ố t điện cơ Kp ≥ 0,52

7 H ng s ằ ố áp điện điện áp g31 10 -3 m 2 /C 10

10 H s ph m chệ ố ẩ ất cơ học Qm 50

11 Nhiệt độ Curie Tc oC 305

1.4.3 Phương pháp kim tra viên gốm áp điện sau khi p

Bưc 1: Kim tra sơ bộ

Sau khi viên gốm được ép xong, cần kiểm tra bằng mắt để xác định sản phẩm có bị ba via hoặc xước hay không Nếu phát hiện ba via hoặc xước, cần loại bỏ chúng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

- Kim tra chiều cao viên gốm áp điện sau khi p Được thực hiện bằng tay, đọc tr số trên dụng cụ đo độ dày “Dial Thickness gauge”

Sau khi p vi lượng bột (4.1 ± 0 ) gram vi lực p (202 0000+5000) N ra kích thưc viên gốm đường kính (11.7±0.1) mm chiều cao (7.7 +0.15) mm

Bưc 2: Kim tra sau khi thiêu kt và mài

- Đối vi viên gốm đạt tiêu chuẩn sắp vào khay đem đi nung thiêu kt ở nhiệt độ

1300 o C, lấy sản phẩm sau khi nung kim tra sản phẩm không b mo, không gin, không nứt, ứng suất lực sau khi nn

- Đem mài bỏ lượng dư đạt được kích thưc hnh học.

Bưc 3: Kim tra lại sau khi phân cực viên gốm

Viên gốm được phân cực bằng cách phủ 2 lớp kim loại đều lên bề mặt, kết hợp với chất dễ bay hơi ở nhiệt độ nhất định Sau khi quá trình phân cực hoàn tất, cần làm sạch bề mặt viên gốm và kiểm tra các thông số hình học để đảm bảo chất lượng.

NGHIÊN CỨ U CÁC C U TRÚC MÁY ÉP B T TH CH ANH Ấ Ộ Ạ

M t s c ộ ố ấu trúc máy p song độ ng hi n nay ệ

Here is the rewritten paragraph:Máy ép song động được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ép, tháo lắp, định hình chi tiết nhờ khả năng tạo ra lực ép lớn và ổn định Với các loại máy ép, công việc trở nên đơn giản, nhẹ nhàng hơn, tăng độ chính xác và an toàn so với phương pháp thủ công, nâng cao năng suất và hiệu quả trong công việc, giảm thiểu chi phí sản xuất Ngoài ra, máy ép song động còn có thể dễ dàng nâng cấp tự động hóa với robot hoặc hệ thống dây chuyền sản xuất, tăng cường độ hiệu quả và ổn định trong quá trình sản xuất.

Hình 2.1: M t s ộ ố kiu máy p song động b ng th y l c ằ ủ ự a Máy ép th y lủ ực song động YL28-100/150 c a hãng Yangli ủ

Hnh 2.2 Máy p thủy lực song động YL28: -100/150

Bảng 2.1: Các thông s chính c a máy YL28-100/150 ủ

Lực đẩy xylanh chính 1000 kN

Lực đẩy xylanh dưi 165 kN Áp su t th y l c max ấ ủ ự 25MPa

Hành trình max xylanh 900mm

Hành trình xylanh trên 500mm

Hành trnh xylanh dưi 200mm

Tốc độtin nhanh bàn trượt 80 mm/s

Công suất động cơ 5.5+5.5+3 kW

Kích thưc máy 2700x1400x3300 mm b Máy p song động Hitech HT63/100

Máy ép thủy lực song động 300Tons của Hidetech là sản phẩm nổi bật trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo máy ép thủy lực tại Việt Nam Sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như nhựa, cơ khí, điện và điện tử.

Bảng 2.2: Các thông s chính c a máy Hitech HT63/100 ủ

Lực p đnh m c, KN (Rated pressure) ứ 1000

Lực kéo (rút ra), KN (drawing force) 630

Lực k p b mẹ ề t, KN (Clamping side force) 300 Áp su t tấ ối đa của h ệthuỷ ự l c, MPa (Max hydraulic pressure)

Hành trình của đu trượt, mm (Stroke of slide) 500

Hành trình của đu kéo, mm (Stroke of drawing slide) 300

Kích thưc làm vi c c a bàn máy, mm: ệ ủ

Khoảng cách tối đa ữa đ gi u kéo và bàn máy, mm

(Max distance between drawing slide and table)

Tốc độ ủa đ c u kéo, mm/s (Drawing slide speed):

Kích thưc khuôn kh máy, mm : ổ

Công suất động cơ, kW (Motor power) 7,2

Khối lượng máy, kg (Weight) 4,200

23 c Máy ép th y l c DHP-15M c a hãng DongJin ủ ự ủ

Hnh 2.4: Máy pthủ ựy l c DHP-15M

Here is the rewritten paragraph:Máy ép thủy lực CD được ưa chuộng nhờ khả năng tạo độ cao và độ chính xác cao Với hai nút bấm và dễ dàng thiêt lập lực ép, máy ép thủy lực CD mang lại tin cậy và tốc độ hơn hẳn dòng máy ép song động, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao trong quá trình ép.

Bảng 2.3 Thông s my p thủy lực DHP: -10M

Chiều cao kho ng mở ả 350mm

Tốc độ xu ng ố 212/27 mm/s Áp su t l n nh ấ  ất 132kg/cm 2

Ngu n ồ 3P 220V/380V Động cơ thủ ựy l c 2.2 kWx4P

2.2 C u trúc máy ép b t th ch anh b ng th y l cấ ộ ạ ằ ủ ự cm tay

Ngày nay, cấu trúc ép bột thạch anh được sử dụng rộng rãi nhờ vào thiết kế máy đơn giản, dễ vận hành và bền vững Ngoài ra, khi ép, chỉ tiết độ chính xác cao, mang lại hiệu quả vượt trội Đặc biệt, máy ép bột gồm 01 khuôn ép và 02 chày ép, giúp quá trình ép bột diễn ra thuận lợi và hiệu quả.

Hình 2.5: Máy ép g m th ch anh dùng th y lố ạ ủ ực.

Quá trình th ực hiện p viên gốm thạch anh:

Để bắt đầu, đặt một tờ giấy đặc biệt không hút ẩm lên đĩa cân và hiệu chỉnh cân về 0,000 Sau đó, sử dụng dụng cụ để đổ bột lên giấy, đạt khối lượng 4.1 ± 0.02 gram.

Cân bột với độ chính xác 0.001 là bước quan trọng trong quá trình làm bánh Khi đổ bột vào lòng khuôn ép, cần nhẹ nhàng gõ vào phía ngoài để bột lấp đầy các khoảng trống Lưu ý, trong quá trình đổ bột, hãy gấp giấy lại để tránh bột rơi ra ngoài, đảm bảo độ chính xác và sạch sẽ cho công việc.

Sau đ đt chày p vào lòng khuôn úp ngượ ại, lắc nhẹ vài ln đ ột được dàn đềc l b u trong lòng khuôn

Bước 3: Ép Đặt khuôn vào máy ép thủy lực cầm tay để thực hiện quá trình ép Sử dụng tay gạt để điều chỉnh đồng hồ đạt mức 2t 0000+5000 N Giữ mức này trong khoảng 5 giây.

Hnh 2.7 : Thực hiện p viên gốm

Sau khi quay ngược khuôn và loại bỏ chày, sản phẩm sẽ được lấy ra khỏi lòng khuôn Tiếp theo, sản phẩm sẽ được xếp vào khay chả ứa và thực hiện quá trình tiệ ẩm.

Hnh 2.8: Sản phẩm được sắp xp vào khay đựng

2.3 Đề xuất nguyên lý hoạt động và kt cấu sơ bộ của máy p

Máy thiết kế và chế tạo cần đáp ứng yêu cầu kỹ thuật để quá trình hoạt động đạt hiệu quả cao Yêu cầu kỹ thuật của máy ép CNC đảm bảo các thông số kỹ thuật của viên gốm áp điện.

- Lực p của máy ph hợp đ tạo ra sản phẩm

- Máy phải đảm bảo độ cứng vững khi làm việc

- Hoạt động hiệu quả, không làm hỏng sản phẩm gây ra tổn hao nguyên vt liệu

- Dễ dàng vệ sinh, sửa chữ ,bảo tr, thay th các chi tit hỏng hc a

- Chi phí, giá thành ph hợp

Quá trình ép viên gốm bằng máy thủy lực cầm tay gồm 5 giai đoạn chính: cấp bột, cân, rung để làm đều bột trong khuôn, ép và lấy sản phẩm Để tối ưu hóa quy trình này, cần thiết kế máy tự động dựa trên các giai đoạn đã nêu Dưới đây là một số kết quả tính toán sơ bộ cho các giai đoạn này.

Tốc độ cấp liệu Độ ẩm Nhiệt độ

Khối lượng bột (gram) Độ đọc Độ lp lại

Khoảng đnh lượng của Cân đnh lượng trục vít 4,1+0.005 0,1 mg 0,1mg 1.5 đn 2 giây >0.007dm 3 /h

Bộ rung khí nn dạng bi Bộ rung điện Hưng rung

Nhiệt độ làm việc Áp suất khí nn

Lực ly tâm tối đa

Nhiệt độ làm Đa hưng

Tay kẹp khí nn Giác hút chân không Thời gian lấy

Thời gian sắp xp sản phẩm Đường kính trong tay kẹp Áp suất khí nn

Hành trnh tay kẹp

Tn số hoạt động tối đa Đường kính cốc hút Áp suất làm việc

- Ép Ép bằng động cơ

Hành trnh làm việc trên

Hành trnh làm việc dưi Độ chính xác v trí

7 kg/cm 2 7 kg/cm 2 150 mm 150 mm ±0.02mm Ép bằng xy lanh thủy lực

Lực p trên Lực p dưi Hành trnh chính

Hành trnh đẩy dưi

10 kg/cm 2 8 kg/cm 2 150 mm 200 mm 100 ÷ 480 mm/phut

2.3.1 Nguyên lý hoạt động sơ bộ.

Hệ thống cấp bột tự động cung cấp bột vào khuôn cối, sau đó khuôn được đưa vào vị trí rung để làm đều bột trong lòng cối Tiếp theo, khuôn cối được đưa vào vị trí ép, nơi mà chuyển động của bánh vít trục vít tạo ra lực ép Lực ép này giúp nén bột trong khuôn cối thành sản phẩm Sau khi quá trình ép hoàn tất, sản phẩm được lấy ra để tiến hành kiểm tra chất lượng Toàn bộ quy trình này được lặp lại liên tục.

Hnh 2.9: Kt cấu sơ bộ máy p

2.3.2.1 Các b ph n chính c a máy ép th ch anh ộ  ủ ạ

C u trúc c a m t máy ép thấ ủ ộ ạch anh CNC bao g m các b ph n chính sau: ồ ộ 

- Cơ cấu thay khuôn t ng ự độ

- H ệthống phân ph i nguyên li u t ng ố ệ ự độ

Thân máy là bộ phận chính của máy, nơi lắp đặt các bộ phận khác Nó cần đảm bảo độ cứng vững và khả năng biến động khi hệ thống hoạt động Ngoài ra, thân máy cũng phải có đủ không gian để lắp đặt các bộ phận và hệ thống khác.

Thân máy có thể được chế tạo bằng phương pháp hàn hoặc đúc Phương pháp đúc được sử dụng để chế tạo các chi tiết với độ phức tạp cao, không chứa khuyết tật nhưng vẫn đảm bảo độ bền nén tốt Ngoài ra, phương pháp này có giá thành rẻ hơn so với các vật liệu khác.

Cơ cấu gắp s n ph m t ả ẩ ự động

Cơ cấu thay khuôn t ng ự độ

Dưi đây là khung máy sơ bộ dng cho máy p

Hnh 2.10: Khung máy sơ bộ

2.3.2.3 Cơ cấu thay khuôn tự động Đ tăng hiệu suất làm việc của máy, cn tích hợp nhiều khuôn trong một máy, đối vi máy p này ta sử dụng mâm xoay dạng chữ thp đ c th lắp 4 khuôn cng một lúc Dưi đây là kt cấu sơ bộ của mâm xoay Dng động cơ Servo qua bộ truyền đai răng đ quay mâm xoay Khi mâm xoay đn đúng v trí cn thit ta sẽ đng chốt đnh v đ cố đnh mâm xoay

- B ộtruyền h p gi m t c tr c vít- bánh vít ộ ả ố ụ

- D n ẫ hưng tr c vít c a h p gi m t c ụ ủ ộ ả ố

Trong máy CNC, yêu cầu về chuyển động là độ chính xác cao và ổn định, đặc biệt là hệ chuyển động của cơ cấu thay khuôn tự động Sử dụng động cơ servo giúp điều khiển chính xác và vị trí trong quá trình hoạt động.

B ộtruyền h p gi m t c tr c vít-ộ ả ố ụ bánh vít giúp tăng momen, giảm tốc độ đ u ra

2.3.2.5 Cơ cấu g p s n ph m t ng ắ ả ẩ ự độ

Đề xuất nguyên lý hoạt động và kt cấu sơ bộ của máy p

Máy thiết kế và chế tạo phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật để quá trình hoạt động đạt hiệu quả cao Yêu cầu kỹ thuật của máy ép CNC cần đảm bảo các thông số kỹ thuật cho viên gốm áp điện.

- Lực p của máy ph hợp đ tạo ra sản phẩm

- Máy phải đảm bảo độ cứng vững khi làm việc

- Hoạt động hiệu quả, không làm hỏng sản phẩm gây ra tổn hao nguyên vt liệu

- Dễ dàng vệ sinh, sửa chữ ,bảo tr, thay th các chi tit hỏng hc a

- Chi phí, giá thành ph hợp

Tốc độ cấp liệu Độ ẩm Nhiệt độ

Khối lượng bột (gram) Độ đọc Độ lp lại

Khoảng đnh lượng của Cân đnh lượng trục vít 4,1+0.005 0,1 mg 0,1mg 1.5 đn 2 giây >0.007dm 3 /h

Bộ rung khí nn dạng bi Bộ rung điện Hưng rung

Nhiệt độ làm việc Áp suất khí nn

Lực ly tâm tối đa

Nhiệt độ làm Đa hưng

Tay kẹp khí nn Giác hút chân không Thời gian lấy

Thời gian sắp xp sản phẩm Đường kính trong tay kẹp Áp suất khí nn

Hành trnh tay kẹp

Tn số hoạt động tối đa Đường kính cốc hút Áp suất làm việc

- Ép Ép bằng động cơ

Hành trnh làm việc trên

Hành trnh làm việc dưi Độ chính xác v trí

7 kg/cm 2 7 kg/cm 2 150 mm 150 mm ±0.02mm Ép bằng xy lanh thủy lực

Lực p trên Lực p dưi Hành trnh chính

Hành trnh đẩy dưi

10 kg/cm 2 8 kg/cm 2 150 mm 200 mm 100 ÷ 480 mm/phut

2.3.1 Nguyên lý hoạt động sơ bộ.

Hệ thống cấp bột tự động cung cấp bột vào khuôn cối, sau đó khuôn được đưa vào vị trí rung để làm đều bột trong lòng cối Tiếp theo, khuôn cối được đưa vào vị trí ép, nơi lực ép từ chuyển động của bánh vít trục vít sẽ nén bột khô trong khuôn, tạo ra sản phẩm Sau khi quá trình ép hoàn tất, sản phẩm sẽ được lấy ra để kiểm tra chất lượng, và quy trình này sẽ lặp lại liên tục.

Hnh 2.9: Kt cấu sơ bộ máy p

2.3.2.1 Các b ph n chính c a máy ép th ch anh ộ  ủ ạ

C u trúc c a m t máy ép thấ ủ ộ ạch anh CNC bao g m các b ph n chính sau: ồ ộ 

- Cơ cấu thay khuôn t ng ự độ

- H ệthống phân ph i nguyên li u t ng ố ệ ự độ

Thân máy là bộ phận chính của máy, nơi lắp đặt các bộ phận khác Nó cần đảm bảo độ cứng vững và khả năng chịu lực trong quá trình hoạt động Đồng thời, thân máy cũng phải có đủ không gian để lắp đặt các bộ phận và hệ thống khác một cách hiệu quả.

Thân máy có thể được chế tạo bằng phương pháp hàn hoặc đúc Phương pháp đúc được sử dụng để chế tạo các chi tiết với độ phức tạp cao, không chứa khuyết tật nhưng vẫn đảm bảo tính chất cơ học tốt Ngoài ra, phương pháp này còn có giá thành rẻ hơn so với các vật liệu khác.

Cơ cấu gắp s n ph m t ả ẩ ự động

Cơ cấu thay khuôn t ng ự độ

Dưi đây là khung máy sơ bộ dng cho máy p

Hnh 2.10: Khung máy sơ bộ

2.3.2.3 Cơ cấu thay khuôn tự động Đ tăng hiệu suất làm việc của máy, cn tích hợp nhiều khuôn trong một máy, đối vi máy p này ta sử dụng mâm xoay dạng chữ thp đ c th lắp 4 khuôn cng một lúc Dưi đây là kt cấu sơ bộ của mâm xoay Dng động cơ Servo qua bộ truyền đai răng đ quay mâm xoay Khi mâm xoay đn đúng v trí cn thit ta sẽ đng chốt đnh v đ cố đnh mâm xoay

- B ộtruyền h p gi m t c tr c vít- bánh vít ộ ả ố ụ

- D n ẫ hưng tr c vít c a h p gi m t c ụ ủ ộ ả ố

Trong máy CNC, việc đạt được độ chính xác cao và ổn định trong chuyển động là rất quan trọng, đặc biệt là trong hệ thống chuyển động của cơ cấu thay khuôn tự động Sử dụng động cơ servo giúp điều khiển chính xác vị trí, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho máy.

B ộtruyền h p gi m t c tr c vít-ộ ả ố ụ bánh vít giúp tăng momen, giảm tốc độ đ u ra

2.3.2.5 Cơ cấu g p s n ph m t ng ắ ả ẩ ự độ

Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:"Ngày nay, robot được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất sản phẩm theo một quy trình nhất định Với vai trò là một thành phần chính trong sản xuất linh hoạt, robot giúp phân loại sản phẩm lỗi trong quá trình thực hiện, góp phần nâng cao hiệu suất và giảm thiểu sai sót trong sản xuất."

2.3.2.6 H ệthống phân ph i nguyên li u t ố ệ ự động

Here is the rewritten paragraph:"Đảm bảo lượng bụi trong lòng khuôn là nhiệm vụ quan trọng để tránh sự biến dạng của sản phẩm sau này Hệ thống cấp bụi tự động được thiết kế chính xác để bám dính lên bề mặt gây nên sai số khi thực hiện cấp bụi Giảm rủi ro cho người vận hành và tăng sự an toàn của người sử dụng."

Sau khi bột được cho vào khuôn, việc rung khí nén tạo ra lực rung với biên độ nhỏ Tần suất rung được điều chỉnh thông qua áp suất khí nén, giúp tách và nén nguyên liệu, đồng thời làm dày vật liệu trước khi thực hiện quá trình ép.

- Màn hình máy tính là màn hình giao diện giúp ngườ i v n hành có th d dàng  ễ thực hi n các thao tác ệ

- CPU th c hi n chự ệ ức năng lưu trữ, xử lý d u, truy n d u ra giao ti p ữliệ ề ữliệ 

- Card điều khi n các ch ức năng điều khi n chuy n động, l y d li u ấ ữ ệ

- C m biả n (Sensor) xác đnh v trí c a các tr c, v  ủ ụ  trí mân xoay Sau đ truyền d ữ liệu vào máy tính đ ử x lý.

2.3.3 Ưu đim, nhược đim của máy p a Ưu đim

- Phương án thit k ph hợp vi không gian lắp ráp nhỏ

- Gia công p chi tit dạng nhỏ

- Lực p song động b Nhược đim

- Chưa kim tra được ba via, xưc của sản phẩm nu c.

THIẾ T K MÁY ÉP B Ế ỘT DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆ N

Thi t k   sơ đồ độ ng c a máy ủ

3.1.1 Thông số đu vào quá trnh thit k

Quá trình tính toán sơ bộ cho các giai đoạn thực hiện ép viên gốm bao gồm việc xác định các thông số kỹ thuật cần thiết Một trong những yếu tố quan trọng là hệ thống phân phối nguyên liệu đầu vào, đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

- Thùng ch a nguyên li u (d ng b t): Có th ứ ệ ạ ộ chứ a t 1kg 3kg b– ộ, sử ụ d ng v ại h t nguyên liệu c đường kính h t < 100 micromet ạ

- C m biả n đo độ ẩ m và nhiệt độ: độ ẩm đo đượ c t 10%-80%, sai số -5%; Nhi+/ ệt độ đo đượ c t 10 O C đn 80 O C, sai s -2ố+/ O C

- H ệthống phân ph i nguyên li u: Th i gian phân ph i t 1-5 giây/s n ph m ố ệ ờ ố  ả ẩ b H thng cân t ự động

- Cân chính xác: dải cân 1g đn 20gram, độ phân gi i: 0.001 gram; sai s m b o ả ố đả ả +/-0.005 gram c H thng ép viên g m t  ự động

- H ệthống ép s dử ụng động cơ AC servo, êm, tit ki m ệ

- Song động: 3P/380VAC 50Hz; G m 01 tr m ép, 01 b ồ ạ ộ cơ cấu thay khuôn t ng, ự độ

02 b khuôn ép kèm theo, ộ 02 động cơ AC servo kèm hộp gi m ả bánh răng côn nghiêng

- Hiệu su t cao, có th ấ  điều khi n chính xác, có h  ệthống b o vả ệ khi quá t ải.

- L c ép có th ự  điều ch nh 0-75 KN ỉ

- Tốc độ đ u ép khi làm vi c có th ệ  điều chỉnh đượ c t 0-300mm/phút cho t ng  chày ép

- Độ chính xác v d ch chuy n +/-0.02mm ề  

- Hành trình chày trên: 150 mm.

- Hành trnh chày dưi: 150 mm

- B ph n rung khuôn ép theo yêu c u công ngh có t n s rung t ộ   ệ  ố  20Hz đn 200Hz (có th l p trnh thay đổi đượ c t n s liên tố ục theo bưc 5Hz)

- B ph n hút b i dùng túi l c b ng vộ  ụ ọ ằ ải

- Cơ cấu rót nguyên li u t ph u ch a nguyên li u vào khuôn ệ  ễ ứ ệ ép

- Có h ệthống b o v khi quá t i ả ệ ả d H thng t ng s p x p s n ph m vào khay ự độ ắ ế ả ẩ

- Dùng robot Scara 4 b c t do, có th l ự  p trnh đ ắ s p x p s n ph m theo ý mu n. ả ẩ ố

- Thời gian s p x p s n ph m vào khay 7-9 giây/s n ph m ắ  ả ẩ ả ẩ

- Phương án 1: Thi t k ki u t p trung

Máy ép viên g m bao gồm 3 động cơ servo, trong đó có 1 động cơ điều khiển tốc độ di chuyển lên xuống và 1 động cơ quay bàn xoay Hệ thống cân khối lượng sản phẩm và ả ẩ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn được tích hợp, cùng với hệ thống cấp phôi vào lòng khuôn Động cơ điều khiển áp suất được kết nối với các cơ cấu chấp hành thông qua khớp nối và hộp giảm tốc Động cơ quay mân hoạt động thông qua hệ thống đai răng Vị trí của các cơ cấu được cảm biến nhận biết và truyền tín hiệu về hệ thống điều khiển trung tâm, từ đó hệ thống điều khiển sẽ phát tín hiệu điều khiển động cơ và các cơ cấu khác.

Hnh 3.1: Sơ đồ khối kiu tp trung Điề u khi n trung tâm 

H ệ thống c p b ấ ột t ng ự độ vào khuôn

Hệ thống ép song động

Xylanh đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

Cân khối lượng s n ả ph m sau ẩ khi ép

H ệ thống s p x ắ p s n ph ả ẩm vào khay b ng ằ robot

Lượng bột chảy ra vi thời gian, tốc độ ố s vòng quay động cơ

Sensor c m bi n ả  đo lực Sensor

Hnh 3.2: Sơ đồ động kiu tp trung

Phương án này thiết lập các hệ thống theo kiểu tập trung, tạo không gian làm việc hiệu quả Động cơ DC_2 truyền động qua bộ truyền đai răng để đưa bộ khuôn cối đến vị trí làm việc, thực hiện việc đổ bột và rung đều bột trong khuôn cối Đồng thời, động cơ DC_1 tạo ra lực hỗ trợ trong quá trình vận hành, giúp gắp sản phẩm ra khỏi bộ khuôn cối một cách hiệu quả.

Robot Scara không chỉ thực hiện việc ép bột khô thành sản phẩm mà còn hỗ trợ sắp xếp các sản phẩm vào khay đựng Hệ thống mạch điều khiển động cơ và robot được kết nối với khối điều khiển trung tâm, đồng thời liên kết với một máy tính trung tâm để xử lý dữ liệu hiệu quả.

- Phương án 2: Thi t k kiu phân tán

Hệ thống thiết kế theo phương án phân tán với các cụm cơ cấu được kết nối trực tiếp với nhau Các thành phần như hệ thống cấp phôi tự động, hệ thống rung, hệ thống ép, hệ thống lấy sản phẩm và hệ thống điều khiển được thiết kế theo nguyên tắc mô-đun và được điều khiển bằng một máy tính duy nhất.

Hnh 3.3: Sơ đồ khối kiu phân tán Điề u khi n trung tâm 

H ệ thống c p b ấ ột t ng ự độ vào khuôn

Xylanh đẩy sản ph m ra ẩ khỏi khuôn

Cân khối lượng s n ả ph m sau ẩ khi ép

H ệ thống s p x p ắ  s n ph ả ẩm vào khay bằng robot Scara

Lượng bột chảy ra vi thời gian, tốc độ ố s vòng quay động cơ

Sensor c m bi ả n đo lực Sensor

Phương án này cho phép các hệ thống được bố trí nối tiếp như dây chuyền tự động FMS, giúp tối ưu hóa không gian làm việc Tính năng tự động hóa của phương án này cao hơn so với bố trí kiểu tập trung, mang lại hiệu quả làm việc tốt hơn.

Lựa chọn phương án tối ưu:

Thiết kế và chế tạo máy phù hợp với không gian làm việc trong phòng thí nghiệm của nhà xưởng là rất quan trọng Quá trình thao tác và vận hành máy cần phải dễ dàng, đồng thời đảm bảo đủ số lượng máy cho mỗi ca làm việc.

Phân tích hai phương án cho thấy phương án yêu cầu về mặt không gian, tính ổn định và chi phí sản xuất là phương án một khả thi hơn Do đó, chúng ta sẽ tiến hành tính toán và thiết kế máy ép viêm gốm thạch anh dựa trên sơ đồ động của phương án này.

Dưi đây, tác giả xin trnh bày quá trnh tính toán, thit k một số cụm cơ cấu chính của máy p

3.1.3 Quy trình ho ạt động.

Hnh 3.4: Sơ đồ quy trnh hoạt động

Hệ thống cấp liệu sử dụng cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm để bù khối lượng bột Khuôn chứa bột được thiết kế với cơ cấu quay, giúp đưa khuôn đến vị trí rung Hệ thống rung sẽ làm đều bột trong khuôn, đảm bảo chất lượng sản phẩm Sau khi quá trình rung hoàn tất, cơ cấu quay sẽ đưa khuôn chứa bột đến vị trí ép.

Cơ cấu ép hoạt động (c m bi n lả  ực đo b sai số ự l c), ép ra s n phả ẩm Sau khi cơ cấu

Tính toán, thit k hệ thống p viên gố m t ng ự độ

Hệ thống ép và cơ cấu quay sẽ đưa khuôn đến vị trí đẩy sản phẩm ra ngoài sau khi sản phẩm được hoàn thiện Khi sản phẩm đã được đẩy lên, robot SCARA sẽ thực hiện việc cân và kiểm tra khối lượng sản phẩm Nếu khối lượng không đạt yêu cầu, robot sẽ loại bỏ sản phẩm không đạt tiêu chuẩn Hệ thống sẽ gửi tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển, và bộ điều khiển sẽ tính toán để bù khối lượng bột cần thiết vào khuôn.

Chu trình quay l i là quá trình hoạt động để đạt khối lượng sản phẩm yêu cầu Sản phẩm ẩm sẽ được robot gắp đưa vào khay đựng sản phẩm Hệ thống sẽ hoạt động lại tự động.

3.2 Tính toán, th t ki hệ thống p viên gốm t ng ự độ

- H ệthống ép s dử ụng động cơ AC servo, êm, tiết ki m ệ

- Song động: 3P/380VAC 50Hz; G m 01 tr m ép, 01 b ồ ạ ộ cơ cấu thay khuôn t ng, ự độ

02 b ộ khuôn ép kèm theo 02 động cơ AC servo kèm hộp gi m t cả ố b nh răng côn nghiêng

- Hiệu su t cao, có thấ ể i u khi n chính xác, có h đ ể ệthống b o v khi quá t ả ệ ải.

- L c ép có th ự ể đi u ch nh 0-75KN ỉ

- Tốc độ đ u ép khi làm vi c có th ệ ể đi u chỉnh đượ ừc t 2-300mm/phút cho từng chày ép

- Độ chính xác v d ch chuy n +/-0.02mm ị ể

- Hành trình chày trên: 150 mm.

- H nh trình ch y dưới: 150 mm

3.2.1 Tính toán chọn cơ cấu tạo lực p viên gốm

Sơ đồ khối cơ cấu tạo lực p:

Hnh 3.5: Sơ đồ khối hệ thống tạo lực p Động cơ Hộp giảm tốc bánh răng côn Screw Ball

- Chọn loại JTB 5, theo như thông số k thut đạt lực p tối đa là 1-1 50KN.

- Tốc độ đu vào trục N: l: Bước v t Screw Jack, 12mm

Công suất đu vào: η J : Hiệu suất jack, 0.22

W: Tải tr ng m i Jack, 75kN

W: Tải tr ng tới hạn (N)

L: Khoảng c ch trục quay đến vị tr chịu lực mm, 350mm

I: Momen quán tính nh nhất ủ c a m t c t ngangắ trục v t (mm 4 )

D: Đư ng k nh trục v t, 60mm

38 n f : Hệ số ảnh hư ng do kiểu lắp r p Fixed-Free, n f = 0.25 α: Hệ số an to n, 0.25

Hnh 3.6: Hệ số ảnh hưởng do cài đt lắp ráp Screw-Jack Các số liệu được lấy t trang E-14, tài liệu về “catalog_ Screw-Jack”

Biều đồ phạm vi tải trọng :

Hnh 3.7: Biu đồ vn tốc (Ratio H)

39 b Tính chọn động cơ, hộp giảm tốc

Với máy ép, hành trình nhỏ nhưng momen xoắn lớn Để tăng momen xoắn và giảm vận tốc góc, chúng ta sử dụng bộ truyền giảm tốc Đối với kết cấu máy, bộ truyền bánh răng côn nghiêng là lựa chọn phù hợp.

- Chọn hộp giảm tốc bánh răng côn : JT25-5:1-1-R/L B3-

Momen đẩu vào của Screw Jack là 83.56 N.m, do đó, hộp giảm tốc cần có momen đẩu ra tối thiểu lớn hơn 83.56 N.m Để tăng momen xoắn, tỷ số truyền của hộp giảm tốc được chọn là 5:1 Với máy ép dạng song động, thông số kỹ thuật yêu cầu kiểu lắp nằm ngang và kiểu lắp dạng treo.

Hnh 3.8: Hộp giảm tốc bánh răng côn

Hnh 3.9: Kiu lắp nằm ngang (R-L3) Hnh 3.10: Kiu lắp dạng treo đứng(L-R3)

Bảng 3.1: Thông s hộp giảm tc bnh răng côn: JT25-5:1-1-R/L B3-

Model JT25 Đường kính trục truyền động (mm)

Tỷ số truyền bánh răng 5:1

Khối lượng tính toán là 22 kg Động cơ điện được lựa chọn cần phải tận dụng toàn bộ công suất của nó Khi hoạt động, động cơ không được quá nóng và có khả năng chịu quá tải trong thời gian ngắn Đồng thời, momen mở máy phải đủ lớn để vượt qua momen cản ban đầu của phụ tải.

Công suất trên các trục được xác đnh theo công thức:

Số vòng quay mi trục được tính theo công thức: nj=nj-1/ij (vòng/phút) Momen xoắn cho mi trục:

Trục động cơ Trục 1 Trục 2

Tỷ số truyền i iBRC = 5 iBT = 8

Số vòng quay n (vòng/phút) 1000 1000 200

T bảng thông số trên ta chọn động cơ cho hệ thống p viên gốm: ACH13230-AC

Bảng 3.3: Thông s k thut động cơ ACH13230-AC.

Driver tương thích QS6AA050M2

Công suất đnh mức, Kw 2.3

Tốc độ đnh mức, rpm 1500 Điện áp đnh mức, V 220

Quán tính Kgm 2 x10 -4 27.7 Đường kính trục, mm 22

Chiều dài động cơ, mm 241

Bảng 3.4 Kch thưc động cơ: Servo ACH-13230AC

Ký hiệu Công suất Tốc độ quay nhanh nhất

Hnh 3.13: Lắp ráp ơ cấu tạo lực p.c 3.2.2 Thit k khung máy gá đt hệ thống p viên gốm tự động

Hnh 3.13: Khung máy sơ bộ

Khung máy sơ bộ được thiết kế dựa trên kích thước lắp đặt của cơ cấu ép tự động, bao gồm ba tầng Tầng 1 và tầng 3 chứa trục vít me bi đai ốc dẫn động, tạo ra lực ép, trong khi tầng 2 lắp đặt cơ cấu mâm quay (chứa khuôn) và tấm đỡ để giữ cân bằng cho máy Khung máy được gia công bằng phương pháp đúc, sau đó được thường hóa và gia công tinh để đảm bảo chất lượng.

Kt cấu sơ bộ thit k nhằm đảm bảo động học, tránh va chạm của các cụm chi tit khi hoạt động

Tấm đỡ là bộ phận kết nối cơ cấu tời cáp với khung máy, giúp tăng cường độ cứng của tấm Để cải thiện độ bền, thiết kế thêm gân tăng cứng được áp dụng Tấm đỡ cũng tạo thuận lợi cho quá trình lắp ghép, với hộp giảm tốc được lắp đặt phía ngoài khung thông qua mặt bích phụ Kích thước của tấm đỡ bao gồm độ rộng 480mm, chiều dài 956mm và chiều cao chưa được đề cập.

Hnh 3.14: Kích thưc sơ bộ tấm đ b Cột đ tng và tng 2 3

Cột giữa tầng 2 và tầng 3 là vị trí quan trọng để lắp ghép tấm 2 và tấm 3 Trên tấm cần bố trí cơ cấu u để tạo lực ép Liên kết giữa tấm và cột cần sử dụng chốt định vị để đảm bảo vị trí thuận tiện trong quá trình lắp ghép, đồng thời đảm bảo độ chính xác.

Chiều cao cột đ tng 2 đủ không gian lắp cơ cấu tạo lực p và hành trnh di chuyn ln nhất

Chiều cao sơ bộ cột là 482mm Chiều rộng của cột là 135mm

Hnh 3.15 Kích thưc sơ bộ cột tng 2 và tng 3:

Cột đ tng 1 là nơi gắn kt tấm đ 1 vi đ máy, chiều cao cột đ đảm bảo c th đủ không gian lắp phía dưi của ơ cấu tạo lực p.c

Chiều cao cột đ tng 1 là 326mm

Hnh 3.16 Kích thưc sơ bộ cột tng 1: d Bệ máy

Bệ máy và cột 1 được lắp ghép cố định với nhau, trong đó bệ máy đảm nhiệm toàn bộ chi tiết và cơ cấu phía trên Bệ máy cần đảm bảo độ cứng vững và độ phẳng khi lắp ghép, với chân bệ máy được lắp ghép bằng bulong tăng chỉnh, cho phép điều chỉnh linh hoạt.

Kích thưc bệ được tính sơ bộ dựa vào các kích thưc của tấm đ và cột

Hnh 3.17 Kích thưc sơ bộ bệ máy: e Kim bền

Kim bền khung máy vi giá tr lực được tính dựa vào lực p ln nhất cơ cấu tạo lực

Để đảm bảo độ cứng vững tối đa và giảm thiểu ứng suất phân bố trên kết cấu, cần thiết lập các lực tác động khi làm việc một cách hợp lý Điều này giúp tránh hiện tượng cộng hưởng, từ đó giảm thiểu nguy cơ biến dạng hoặc phá hủy máy móc.

- Điều kiện ban đu : Đt lực 2000 N, v trí cố đnh là 0 4 chân đ.

Hnh 3.18 : Điều kiện ban đt lực ban đu Các kt quả mô phỏng:

Hnh 3.19 : Bin dạng tổng khi đt lực

Hnh 3.20 : Ứng suất ln nhất khi đt lực 20000 N

Hnh 3.21: Ứng suất ln nhất khi đt lực 25000 N

Hnh 3.22: Bin dạng tổng khi đt lực

Hnh 3.23: Ứng suất ln nhất khi đt lực 30000 N

Hnh 3.24: Bin dạng tổng khi đt lực

Hnh 3.25: Bin dạng tổng khi đt lực

Hnh 3.26: Ứng suất ln nhất khi đt lực 40000 N

Hnh 3.27: Ứng suất ln nhất khi đt lực 50000 N

Hnh 3.28: Bin dạng tổng khi đt lực

Hnh 3.29: Bin dạng tổng khi đt lực

Hnh 3.30: Ứng suất ln nhất khi đt lực 60000 N

Hnh 3.31: Ứng suất ln nhất khi đt lực 75000 N

Hnh 3.32: Bin dạng tổng khi đt lực

Khung máy đủ điều kiện bền Khi tăng lực p, bin dạng tổng của khung máy tăng 3.2.3 Cơ cấu xoay mâm quay

3.2.3.1 Tnh chọn cơ cu quay mâm

Khuôn cối được đặt trên mâm xoay để đảm bảo vị trí chính xác trong quá trình hoạt động Bộ truyền đai răng hoạt động êm ái và không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai.

Bảng 3 Tnh ton chọn đai cho cm cơ cu xoay m5: âm quay

1 Xác đnh modun và chiều rộng của đai

P1: Công suất trên b nh đai chủ động, 1.2 kW n1: Tốc độ quay của b nh đai chủ động, 1500 v ng/ph t

- Xác đnh chiều rộng đai b: b= yđ.m Chiều rộng bánh đai: B=b+m

2 Xác đnh các thông số của bộ truyền

- Số răng z1 bánh đai nhỏ m=5

Số răng z1 của bánh đai nhỏ đươc chọn theo bảng 4.29 nhằm đảm bảo tuổi thọ cho đai

- Số răng z2 của bánh đai ln z2=u.z1

3 Khoảng cách trục A và số răng dây đai

- Khoảng cách trục a được chọn theo điều kiện: amin ≤ a ≤ amax amin = 0.5m.(z1+z2)+2m; amax= 2m.(z1+z2)

Bưc đai p = 5 mm (theo bảng 4.27)

4 Xác đnh chính xác khoảng cách trục a (mm)

- Đường kính vòng chia của các bánh đai: d1 = m.z1 d2 = m.z2

- Đường kính ngoài của bánh đai: da1 = m.z1-2δ; d2= mz2 2δ- δ: Khoảng c ch từ đ y răng đến đư ng trung bình của lớp chịu tải, bảng 4.27

- Xác đnh gc ôm trên bánh đai nhỏ:

- S răng đai chủ động: z 1 = 32 răng

- S răng đai chủ động: z 2 = 128 răng z12 răng z28 răng u = 4

130 a 509 ≤ ≤ Chọn a = 160mm zđ = 154 răng Lđ= 770mm

70mm Δ01mm a7.78mm d1P.95mm d2= 203.82mm α1 > αmin0 0

- Chiu rộng dây đai: B0mm

Hnh 3.33: Thông số k thut dây đai 5M

- Tính chọn động cơ xoay mâm quay.

Dựa vào phm mềm Inventor ta tính được momen quán tính khối của mâm xoay là:

Io =I1+I2+I3 = 1213686.5 (kg.mm 2 ) Chọn tốc độ quay của mâm xoay là 100 vòng/phút, suy ra: Đ đạt tốc độ quay là 300 vòng/phút mất 0,5s Vy gia tốc gc:

Dựa theo catalog thông số động cơ chọn động cơ ACH13150AC

Bảng 3.6: Thông s k thut động cơ ACH13150AC

Driver tương thích QS6AA050M2

Công suất đnh mức, Kw 1.5

Tốc độ đnh mức, rpm 1500 Điện áp đnh mức, V 220

Quán tính Kgm 2 x10 -4 19.4 Đường kính trục, mm 22

Chiều dài động cơ, mm 213

Ký hiệu Công suất Tốc độ quay nhanh nhất

3.2.3.2 Thit k cụm gá đt hệ thống quay mâm xoay.

Mâm xoay là bộ phận chứa khuôn ép, nơi mà momen động cơ được truyền qua bộ truyền đai răng, giúp chuyển động quay cho mâm xoay Kích thước của mâm xoay phụ thuộc vào kích thước của khung máy.

Hnh Kt cấu mâm xoay sơ bộ

Động cơ quay mâm xoay được lắp đặt trên mặt bích có khả năng căng chỉnh, cho phép điều chỉnh dây đai sau khi hoàn tất lắp ráp Nó được cố định chắc chắn vào khung máy bằng bulong và chốt định vị.

- Mâm xoay đn v trí cn thit sẽ đng chốt đnh v bằng xylanh khí nn

Hnh 3 : Kt cấu mâm xoay khuôn35

- Cân chính xác: dải cân 1g đến 20gram, độ phân gi i: 0.001 gram; sai s m b o ả ốđả ả

Vi thông số k thut cn thit, ta chọn model Cân điện tử SJ-220CE của hng Mettler Toledo, đây là dòng cân c độ chính xác cao, thit k đơn giản

Hnh 3.36: Cân điện tử chính xác SJ-220CE

Bảng 3.7: Thông s k thut cân SJ-220CE

Model SJ-220CE Độ phân giải 1/30000

Trọng lượng tối đa (gram) 220

Sai số (gram) 0.001 Đơn v đo lường g, ct, oz, lb,ozt, dwt, GN tl,

Nguồn điện cung cấp DC12V

Màn hnh LCD, hin th 6 số, cao 16.5mm

Cấu tạo thân được làm bằng nhựa ABS

Chức năng cảnh báo 3 đim tiện dụng, cân sẽ cảnh báo mức cân vượt quá hoc thấp quá mức qui đnh mà người sử dụng đ qui đnh trưc đ

Cảnh báo trọng lượng đang cân, tránh tnh trạng cân quá tải trọng cho php Quá tải tối đa an toàn là 150%

Cân chính xác được lắp đặt trên một tấm cố định với khung máy để đảm bảo sự thăng bằng, từ đó tránh sai số trong quá trình cân và đảm bảo kết quả ổn định.

3.4 H ệthống phân ph i nguyên li u t ng ố ệ ự độ

- Thùng ch a nguyên li u (d ng b t): Có th ứ ệ ạ ộ ểchứ ừa t 1kg 3kg b– ộ, sử d ng v i hụ ớ ạt nguyên liệu có đư ng kính h t < 100 micromet ạ

- H ệthống phân ph i nguyên u ki u tr c vít tay g t: Tố liệ ể ụ ạ ốc độ phân ph i t 1-ố ừ 5 giây/s n ph m.ả ẩ

Hệ thống phân phối bột tự động giúp cung cấp và kiểm soát lượng bột vừa đủ cho khuôn Thiết bị này được điều khiển bằng động cơ, cho phép tự động bổ sung bột tinh thạch anh một cách hiệu quả.

Bảng 3.8 Thông s k thut Hi-Doser 3L

Loại Hi-Doser là công cụ được đnh lượng c th được lp trnh điều khin bằng vi xử lý

55 Động cơ Bộ vi xử lý điều khin động cơ BLDC không chổi than vi nam châm vĩnh cửu

Nguồn cấp Nguồn đu vào –90 240 V/50 60 Hz AC– Đu ra DC

Kích thưc động cơ 10.5 (W) x 9.5 (H) x 13 (D) cm

Kích thưc bnh chứa 3L 38 (H) x 21 (W) x 17.5 (D) cm

H ệ thố ng phân ph i nguyên li u t ng ố ệ ự độ

- Thùng ch a nguyên li u (d ng b t): Có th ứ ệ ạ ộ ểchứ ừa t 1kg 3kg b– ộ, sử d ng v i hụ ớ ạt nguyên liệu có đư ng kính h t < 100 micromet ạ

- H ệthống phân ph i nguyên u ki u tr c vít tay g t: Tố liệ ể ụ ạ ốc độ phân ph i t 1-ố ừ 5 giây/s n ph m.ả ẩ

Here is the rewritten paragraph:Hệ thống phân phối bột tự động Hnh 3.37 là dụng cụ cung cấp và kim soát lượng bột va đủ cho khuôn, được thit b và điều khin bằng động cơ, cho php tự động bổ sung bột tinh th thạch anh.

Bảng 3.8 Thông s k thut Hi-Doser 3L

Loại Hi-Doser là công cụ được đnh lượng c th được lp trnh điều khin bằng vi xử lý

55 Động cơ Bộ vi xử lý điều khin động cơ BLDC không chổi than vi nam châm vĩnh cửu

Nguồn cấp Nguồn đu vào –90 240 V/50 60 Hz AC– Đu ra DC

Kích thưc động cơ 10.5 (W) x 9.5 (H) x 13 (D) cm

Kích thưc bnh chứa 3L 38 (H) x 21 (W) x 17.5 (D) cm

Chương trình độ chia lên đếm 99 bước với độ phân giải thời gian từ 0 đến 999 phút cho bước 1 phút hoặc từ 0 đến 99,9 phút cho bước 0,1 phút Độ phân giải thời gian có thể được chọn riêng cho từng bước của chương trình Hệ thống lưu trữ tất cả cài đặt và điều khiển trong khoảng 0-10 V (có tùy chọn 0-20 hoặc 4-20 mA) thông qua việc đổi chân cắm.

Hnh 3 : Cơ cấu gá đt hệ thống đổ bột38

H ệ thố ng t ng s p x p s n ph m vào khay ự độ ắ  ả ẩ

- Dùng robot Scara 4 b c t do, có th lự ể p trình để ắ s p x p s n ph m theo ý mu nế ả ẩ ố

- Th i gian s p x p s n ph m vào khay 7-9 giây/s n ph m ắ ế ả ẩ ả ẩ

- Khối lượng sản phẩm 4,1+0,2 gram

Robot Scara được sử dụng phổ biến trong quá trình phân loại sản phẩm nhờ vào tốc độ phân phối nhanh chóng, đạt 7-9 giây cho mỗi sản phẩm Để tối ưu hóa không gian làm việc, model ADT-AR5215 của hãng Adtech với độ rộng cánh tay tối đa 500mm là lựa chọn lý tưởng.

Hnh 3.41: Kích thưc robot ADT-AR5215

Hnh 3.42: Không gian làm việc robot ADT-AR5215

Bảng 3.9: Thông s robot scara 4 trc.

Số trục 4 Độ rộng cánh tay 500mm

Thông số k thut các trục

Trục X Độ rộng cánh tay 300mm

Trục Y Độ rộng cánh tay 200mm

Trục Z Hành trnh 150mm

Tốc độ tối đa Trục X 600 0 /S

Thời gian chu k tiêu chuẩn 0.4s Độ chính xác lp lại Trục X,Y ±0.02mm

Tải trọng tối đa 2kg/5kg

Tải trọng momen cho php trục R (Rated/max) 0.01 kg.m 2

Tín hiệu đường truyền 0.2 sq*16 lines,

Gii hạn bảo vệ Gii hạn hành trnh bằng cữ mềm (Trục X,Y,Z)

Khối lượng sản phẩm cn nâng là 4,1+0,2 gramc đường kính (11,7±0,1 mm) T c ố độ ấ l y s n ph m: 1-3 giâyả ẩ Tính chọn giác hút chân không đảm bảo c th nâng được vt c thông số như trên

Giác hút chân không bao gồm hai thành phần chính: cốc hút và phần tử kết nối Lực giữ vật của giác hút tỷ lệ thuận với chênh lệch áp suất giữa áp lực môi trường xung quanh và áp suất trong hệ thống Khi áp suất càng lớn, lực giữ càng mạnh Đường kính của cốc hút cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của giác hút.

Giác hút chân không sau khi nâng sản phẩm lên cao sẽ di chuyển ngang đến vị trí cần thiết để thực hiện các quy trình tiếp theo Chúng ta nên lựa chọn phương án di chuyển ngang để đảm bảo hiệu quả.

Lực giữ của cốc hút phụ thuộc đường kính c ích của cốc hút Đường kính cốc hút được tính như sau:

Trong đ: m: Khối lượng của sản phẩm, 4x10 -3 kg

P u : p suất của gi c h t, 0,4 bar n: Số lượng cốc h t c n d ng, 1 chiếc à: Hệ số ma s t, 0,1

Vy ta phải chọn cốc hút c đường kính cốc ≥5mm

61 b Lực giữ của cốc hút

Lực giữ khi di chuyn theo phương thng đứng:

Lực giữ khi di chuyn theo phương ngang:

F TH : Lực gi l thuyết m: Khối lượng, 4x10 -3 kg g: Tr ng lực, 9.81 m/s 2 a: Gia tốc của hệ thống à: Hệ số ma s t, 0.1

Vy đ c th di chuyn được vt cốc hút c lực ≥ 0.49 N

Các số liệu được tham khảo t trang 14, trang 28 tài liệu về “numatics-vacuum- products-catalog”

T kt quả tính toán ta chọn loại cốc hút NPFYN 8 C thông số k thut như sau

Loại ren dn Ds G1 H LG1 SW1 Z(Stroke)

Hnh 3 : Thông số k thut cốc hút 44 NPFYN 8

Phn kt nối c lò xo giảm chấn thun tiện cho chi tit chiều cao khác nhau, ở đây bột sau khi

Hnh 3 : Thông số k thut cốc hút 45 NFSTE M5 VG

Bảng 3.11: Thông s k thut NFSTE M5 VG

G1 G2 G3 H H2 LG1 LG2 LG3 SW1 SW2 SW3 Z

Giác hút chân không được lắp trên trục xoay của robot Scara thông qua mặt bích phụ Sau khi lấy sản phẩm, cần làm sạch bề mặt lòng khuôn bằng khí nén khô Sau đó, sản phẩm sẽ được đặt lên cân để thực hiện các quy trình tiếp theo.

QUY TRNH SN XUẤT VIÊN GỐM ÁP ĐIỆN T BỘT THẠCH ANH

Hoạt động máy

Cấu trúc và tính năng của máy

Hnh 4.1: Cấu trúc máy p (Mt trưc)

A :H ệthống robot Scara (gắp và đưa sản ph m ra khẩ ỏi khuôn đn v trí cân, và v trí   khay đựng s n ph m) ả ẩ

B : V trí đt khay ch a s n phứ ả ẩm sau khi p và cân điệ ửn t

C : V ví ch a linh ki n thi t b  ứ ệ   điện, điều khi n h  ệthống

D : H ệthống dẫn động tr c ép ụ

Hnh 4.2: Cấu trúc máy p (M t sau) 

F : H ệthống rung cối (rung, làm đều b t sau khi bộ ột được đổ vào lòng khuôn c ối)

G : Động cơ AC servo điều khin mâm xoay đn đúng v trí c n thi t  

H : H ệthống c p b t vào lòng khuôn cấ ộ ối, được điều khi n b ằng động cơ

J : C m bi n lả  ực (đo lực p tác động lên b khuôn chày) ộ

N : B khuôn c i (B t s ộ ố ộ ẽ được đưa vào lòng khuôn cối).

M: H ệthống đnh v  mâm xoay (Mâm được động cơ servo quay đúng v trí , dùng xylanh khí nn đ đẩ y chốt đnh v mâm xoay).

Quy trnh sản xuất viên gốm áp điện t bột thạch anh

Bột thạch anh sau khi được tạo hạt vào sấy khô sẽ được đổ vi lượng va đủ vào bnh đựng của hệ thống phân phối guyên liệu (khoảng 2kg bột)

Sau khi khởi động hệ thống, gọi lệnh cấp bột, hệ thống phân phối sẽ quay vi tốc độ

365 vòng/phút, số vòng quay là 10 vòng và cấp bột vào trong khuôn p vi lượng bột là 4.1±0.005gram b Giai đoạnrung

Sau khi bột được cấp, gọi lệnh đưa khuôn ti v trí rung, đng chốt đnh v, thực hiện rung trong vòng 5s đ làm đều bột trong lòng khuôn c Giai đoạn p sản phẩm

Sản phẩm sau khi ép cần đạt độ đồng đều về cấu trúc Đầu tiên, quay mâm đưa khuôn cối đến vị trí ép, chốt định vị mâm xoay và sau đó hạ trục ép xuống, cho chày trên vào lòng khuôn Khi chày trên ăn vào khuôn khoảng 2mm, rút chốt định vị để tránh hiện tượng siêu định vị Tiếp theo, điều khiển cả hai trục ép dẫn động đưa chày trên và chày dưới cùng ép, tạo lực ép đồng đều lên sản phẩm Khi cảm biến đo lực đạt khoảng 2000N, giữ lực trong thời gian 15 giây.

Sau đ, điều khin trục p đưa chày trên ra khỏi lòng khuôn trưc, sau đ thực hiện

Đưa trục Y đến tọa độ -15mm và nâng sản phẩm lên Tạm dừng trong 2 giây, sau đó di chuyển trục Y về vị trí home để tạo khe hở cho mâm xoay Giai đoạn tiếp theo là lấy sản phẩm.

Sản phẩm được gắp nhờ động cơ servo, giúp định vị chính xác Hệ thống điều khiển robot đảm bảo vị trí gắp chuẩn xác Sau đó, cơ cấu xylanh khí nén tác động lên chày dưới, đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn với khoảng cách 2mm Nguồn khí 6 bar được cấp cho giác hút chân không, tạo lực hút hiệu quả Robot sau đó sẽ gắp sản phẩm và tiến hành cân để kiểm tra khối lượng.

Cân sẽ phản hồi tín hiệu khối lượng đn hệ thống điều khin, nu đạt khối lượng robot gắp sản phẩm vào khay đựng Sản phẩm không đạt sẽ loại bỏ

Kim tra độ tin cy của hệ thống

Đối với máy ép, sự ổn định của cơ hệ có ảnh hưởng đáng kể đến chiều cao viên gốm áp điện trong quá trình ép Tác giả sẽ trình bày đồ thị minh họa mối quan hệ này Phương pháp xác định sẽ được mô tả chi tiết để làm rõ vấn đề.

Cân 4,1±0,001 gram bột và đổ vào khuôn, sau đó thực hiện các bước trong chu trình ép viên gốm với các lực ép khác nhau Đo chiều cao của viên gốm áp điện bằng thước.

Bảng 4.1: Kết quả th nghim:

Ln đo Khối lượng cân trưc khi p

Lực p (N) Khối lượng thực (kg)

Chiều cao sau khi p (mm)

(Bột được cân ra giấy, sau đ đổ vào khuôn, c th gây nên sai số khối lượng nu quá trnh đổ không g ht bột trên giấy)

Hnh 4.3: Đồ th mối quan hệ giữ lực a p và chi u caoề viên gốm

(N) Đ thị mi quan h lự c p vi chiu cao viên gm

Khi khối lượng không đổi, việc tăng lực ép sẽ dẫn đến việc giảm chiều cao của viên gốm Đồ thị có dạng cong do ảnh hưởng của độ ứng cơ của hệ Mối quan hệ giữa lực ép và chiều cao viên gốm phải tuân theo tính chất tuyến tính khi cân với lượng bột giống nhau.

Thit k khuôn

Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:"Độ chính xác về đường kính của viên gốm áp điện sau khi lắp phụ thuộc vào độ chính xác của lòng khuôn và chày lắp Kích thước bao của khuôn lắp được lắp đặt với cụm mâm xoay để đảm bảo hệ thống không bị va chạm trong quá trình hoạt động Tuy nhiên, việc tính toán và tạo khuôn lắp sẽ được thực hiện bởi đơn vị khác."

Bảng 4.2: Thông s kch thưc khuôn ci:

1 Kích thưc bao ngoài khuôn cối 129.5mm±0.01

3 Chiều cao tính t bề mt lắp ráp vi khuôn lên mt đu

4 Hành trnh nhỏ nhất 35mm

5 Độ phng mt láp ráp vi mâm xoay 0.005

Bảng 4.3: Thông s kch thưc khuôn p

1 Đường kính ngoài khuôn chày Φ179.5 ±0.01 mm

2 Chiều cao tối đa t mt lắp ghp trở lên 120mm

4 Hành trnh tối đa ăn khp vào khuôn cối 60mm

5 Độ phng mt lắp ráp 0.005

4.5 Một số hnh ảnh máy hoạt động.

Hnh 4.5: Màn hnh khởi động.

70 Hnh 4.5: Quá trnh p Hnh 4.6: Quá trnh gắp vt.

Hnh 4.7: Quá trnh cân sản phẩm và sắp xp vào khay

KẾT LUN V HƯNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Kt lun

- Đ hoàn thành việc nghiên cứu, thit k, ch tạo máy p bột thạch anh song động, c lực p ln nhất là 7,5 tấn

- Hệ thống cấp bột vi độ chính xác 4,1± 0,02gram

- Bưc đu khảo sát mối quan hệ giữ ựa l c ép và biên dạng cơ hệ ảnh hưởng đn chiều cao c a s n ph m sau khi ép ủ ả ẩ

Kin ngh hưng nghiên cứu tip theo

Dựa trên kết quả nghiên cứu từ đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cấu trúc máy ép và quy trình sản xuất viên gạch áp điện tổng hợp từ thạch anh”, tác giả nhận thấy rằng đề tài hoàn toàn có thể được mở rộng theo các hướng nghiên cứu mới.

- Nghiên cứu cơ ch của hệ thống đổ bột đạt khối lượng vi dung sai nhỏ ± 0.005 gram Đồng thời tăng thời gian cấp bột

- Nghiên cứu cơ cấu ly hợp đ điều chỉnh tốc độ chạy trục p vít me bi ở ch độ không tải c th đạt 1200 vòng/phút

- Tin ti dng công nghệ vision đ kim tra thông số hnh học của viên gốm áp điện sau khi p xong.