Thiết kế, chế tạo máy ép nhựa cho mẫu kim tương phục vụ thí nghiệm kiểm tra vật liệu kim loại

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGÀNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁYTHIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP NHỰA CHO MẪU KIM TƯƠNGPHỤ

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Trong phương pháp kiểm tra kim tương, nhằm tạo thuận tiện cho việc cầm nắm khi thao tác ( nhất là đối với mẫu có kích thước nhỏ ); bảo vệ đường biên mẫu không bị nghiêng ( đặc biệt là trong thực hành kiểm tra độ thấm tôi; chiều dày lớp thấm ); đồng thời có thể gá đặt dễ dàng trong thiết bị mài mẫu sẽ đƣợc thực hiện trong nghiên cứu này và hiện có trên thị trường

Hiện nay các hãng: Buehler, Presi, Plato, có những model máy phục vụ tốt cho phòng thí nghiệm Tuy nhiên, việc nhập thiết bị từ nước ngoài với chi phí rất,đồng thời việc bảo trì, bảo dƣỡng máy rất tốn kém và mất thời gian do phải nhập khẩu từ nước ngoài về Đồ án tốt nghiệp thực hiện ở học kỳ 1 khóa 2006-2010 vẫn chƣa đáp ứng nhu cầu sử dụng cần thiết của Phòng thú nghiệm Vật Liệu Học_Bộ môn Hàn và Công Nghệ Kim Loại, khoa CKM, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật ,Tp Hồ Chí Minh

Trên cơ sở đó, đề tài : “Thiết kế, chế tạo máy ép nhựa mẫu kim tương phục vụ thí nghiệm kiểm tra vật liệu kim loại” để phục vụ cho phòng thí nghiệm vật liệu và giảng dạy là cần thiết và cấp thiết

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Đề tài trình bày nguyên lý, cấu tạo khá sát với kiến thức của sinh viên đại học

- Mẫu kim tương được mài nhanh và chuẩn xác hơn, đảm bảo yêu cầu cho việc kiểm tra đánh giá

- Thiết bị có kết cấu đơn giản, dễ sử dụng và có thể chuyển giao cho phòng Thí nghiệm Vật Liệu Học và các đơn vị liên quan với chi phí thấp

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Thiết kế, chế tạo máy ép nhựa cho mẫu kim tương phục vụ thí nghiệm kiểm tra vật liệu kim loại với kớch thước ỉ 25mm x 15 mm trong thời gian 15 phỳt.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Nhựa dùng ép mẫu: PP, PE, ABS,…

- Kiểm tra mẫu nhựa sau ộp bao quanh mẫu kiểm tra: ỉ 25mm x 15mm

- Cơ cấu ép bằng xy lanh – khí nén và dùng mạch điều khiển ON/OFF

Tìm hiểu các nhựa dùng ép mẫu kim loại ở trạng thái rắn

Năng suất thiết bị 15phút / 1 mẫu.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Căn cứ vào những kiến thức, tìm hiểu từ các loa ̣i máy ép nhƣ̣a trong và ngoài nước để tìm ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp để đề ra tối ưu hay không tối ưu, tối ưu trong trường hợp nào

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

- Phương pháp tham quan, khảo sát trực tiếp

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp tham vấn chuyên gia

- Phương pháp tính toán, thiết kế

- Phương pháp đánh giá, nhận xét và viết báo cáo

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Đồ Án Tốt Nghiệp niên khóa 2006 – 2010

Đồ án khóa 06 cũng đã nghiên cứu về đề tài này Tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế,cụ thể:

- Cơ cấu và nguyên lý làm việc chƣa đƣợc tối ƣu

- Chƣa có tính thẩm mỹ

- Chất lƣợng sản phẩm chƣa cao

Một số máy hiện hành trên thị trường

2.2.1 Máy đúc mẫu nóng SIMPLIMET 1000 & SIMPLIMET 3000

Máy đúc nóng Simplimet 3000 là dòng máy đúc mẫu tự động hoàn toàn và được lập trình sẵn các phương pháp cho nhiều loại vật liệu khác nhau, ngoài ra người sử dụng có thể thiết lập chương trình cho vật liệu hay mẫu của chính mình

Máy đúc mẫu nóng tự động SimpliMet 1000 và 3000 bao gồm nắp khuôn, tất cả các ống và co nối và dây cáp cần thiết cho lắp đặt, mẫu nhựa PhenoCure,

Hình 2.1: Mô hình máy thực tế đồ án

EpoMet, chất chống dính khuôn, dụng cụ cạo nhựa bám, chổi quét, bộ lọc nước, bộkhóa và hướng dẫn sử dụng Phụ kiện khuôn được bán riêng

Bảng 2.1:Thông số kỹ thuật

Thông số kỹ thuật SimpliMet 1000 SimpliMet 3000

Hoạt động Cơ chế điện - thủy lực Áp suất khuôn 1200-4400psi (80-300bar), độ tăng 100 psi (5bar)

Công suất bộ gia nhiệt 1500W @115V/230V

Nhiệt độ khuôn 50-180ºC, độ tăng 10ºC

Thời gian gia nhiệt/ làm nguội 0-20 phút/0-30 phút, độ tăng 10 giây

Loại khuôn Xilanh, bao gồm đế trên, dưới và để ngắn để làm khuôn đôi Đường kính khuôn 1''-2'' (25mm, 30mm, 40mm, 50mm)

Hiển thị Màn hình tinh thể lỏng LCD 240x64 pixel với đèn nền sáng Điều khiển tiếp xúc Bàn phím nhớ với nút chọn gờ nổi

Loại nắp Nắp cách điện, nhiệt với tay chốt

Ngôn ngữ Tiếng Anh, Đức, Pháp, Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Trung

Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc Đơn vị đo Hệ Anh hoặc hệ mét

Hệ thống giải nhiệt Giải nhiệt bên trong bằng nước

Lưu lượng nước Tối thiểu 2 lít/ phút Áp suất nước 45-75psi (3-5bar)

Nguồn điện chính 85-264VAC, 50-60Hz, 1 pha Điện thế điều khiển 24VAC

Thông số điều khiển Đóng/Mở; Thời gian gia nhiệt; Thời gian làm nguội; Nhiệt độ khuôn; Áp suất khuôn; Kích cỡ khuôn; Đế khuôn chạy lên/xuống; Đóng/Mở; Thời gian gia nhiệt; Thời gian làm nguội; Nhiệt độ khuôn; Áp xuất khuôn; Kích cỡ khuôn; Đế khuôn chạy lên/xuống;

Giải nhiệt thủ công; Chu kì bắt đầu; Xi lanh mở; Đơn vị đo lường; Ngôn ngữ

Giải nhiệt thủ công; Chu kì bắt đầu; Xi lanh mở; Đơn vị đo lường; Ngôn ngữ, Nhựa dẻo nóng; Lưu và tải các phương pháp Áp suất tải trước 0-400 psi, độ tăng 50 psi (0-30 bar; độ tăng 5 bar)

Lập trình Lưu giữ những thiết lập sau cùng nhất

25 phương pháo của khách hàng và 4 phương pháp của Buehler thiết lập theo kích cỡ khuôn

Tự động cài đặt thông số cho nhựa có tính dẻo khi nóng Ví dụ nhƣ TransOptic, lam nguội khuôn đƣợc điều khiển và tuyến tính

Chứng chỉ Căn cứ theo tiêu chuẩn Châu Âu

- Cài đặt đƣợc áp suất, kích cỡ khuôn nhiệt độ, thời gian nhiệt làm nguội, ngôn ngữ và đơn vị đo lường

- Các phương pháp được lập trình bởi người sử dụng

 Vật tƣ tiêu hao đa dạng

 Màn hình dễ quan sát dễ tiếp cận

 Khuôn dễ tháo lắp, thích hợp với nhiều đường kính

 Đánh dấu mẫu dễ dàng

 Chi phí mua sắm cao, khó bảo trì sửa chữa do phải nhập khẩu

2.2.2 Máy đúc mẫu nóng MECAPRESS 3:

Thiết bị đúc mẫu thế hệ mới, hoàn toàn tự động và đa năng cho đúc mẫu nóng

MECAPRESS 3 rất dễ sử dụng, cung cấp tất cả các tính năng mong chờ ở một máy có độ chính xác cao: dễ dàng điều chỉnh và ghi nhớ tất cả các thông số hoạt động, lập trình, lựa chọn chu kỳ và chế độ tiết kiệm nước

- Máy ép nóng kết dính mẫu

- Giao diện người dùng thân thiện

- Loại hoàn toàn tự động

Bảng điều khiển với màn hình màu tích hợp mới cho phép điều chỉnh và đăng nhập tất cả các thông số : nhiệt độ, thời gian gia nhiệt, thời gian làm mát, chế độ làm mát, áp lực, đường kính khuôn, loại nhựa ép, số lượng nhựa ép, vật liệu đƣợc gắn o Tích hợp gia nhiệt và hệ thống làm mát làm giảm thời gian bay hơi nước đến 65%, giữ đƣợc cấu trúc của vật liệu, giảm độ sốc nhiệt

Một loại đầu nối cho phép kết nối với tuần hoàn nước khi cần giữu nước và tránh canxi hóa o An toàn với chức năng khóa chống bật khuôn và đầu dò chống quá nhiệt o Thời gianthay khuôn dưới 5 phút o Điều chỉnh nhiệt độ từ 100 đến 200 ° C, bước 1 ° C o Thời gian điều chỉnh từ 0 đến 9999 giây nóng, bước 1 giây o Chế độ: điều chỉnh làm mát o Áp lực điều chỉnh: từ 300-1,800 daN, bước 1 daN o Đường kính khuôn: 25.4/30/31.7/38.1/40/50mm o Cho phép hai khuôn mẫu đƣợc thực hiện cùng một lúc

7 o Điện> 2 KW Đầu vào điện 230 V/50-60 Hz / 8 A Áp suất không khí (đầu vào) 6-10 thanh

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu một số chất dẻo dùng ép mẫu kim tương

Nhựa nhiệt dẻo là nhựa có thể chuyển sang trạng thái mềm khi gia nhiệt và chuyển sang trạng thái rắn khi làm lạnh Nhựa nhiệt dẻo có thể gia nhiệt và làm lạnh nhiều lần mà không thay đổi cấu trúc hoá học, vì vậy chúng có khả năng tái sử dụng

3.1.1 Một số loại chất dẻo nhiệt dẻo thông dụng:

Dựa vào khối lƣợng phân tử, tỷ trọng, độ kết tinh và mức độ khâu mạch mà

PE đƣợc chia thành 8 loại:

VLDPE (PE tỷ trọng rất thấp)

LDPE (PE tỷ trọng thấp)

LLDPE (PE tỷ trọng thấp mạch thẳng)

MDPE (PE tỷ trọng trung bình)

HDPE (PE tỷ trọng cao)

UHMWPE (PE có khối lượng phân tử cực cao)

PEX hay XLPE (PE khâu mạch)

HDXLPE (PE khâu mạch tỷ trọng cao)

 Các thông số cơ bản của HDPE và LDPE:

Bảng 3.1:Thông số cơ bản của nhựa HDPE và LDPE

Tỉ trọng(g/cm 3 ) 0.95 – 0.96 0.92 – 0.93 Độ hút nước trong 24 giờ < 0.01% < 0.02% Độ kết tinh (%) 85 – 95 60 – 70

Chỉ số chảy g/10 phút 0.1 – 20 0.1 – 60 Độ cứng Shore 60 – 65 30 – 35 Độ giãn dài (%) 200 – 400 400 – 600 Độ bền kéo (kg/cm 2 ) 220 – 300 114 – 150

Nhiệt độ làm việc tối đa( 0 C) 80 88 Độ co rút(%) 1.5-3 1.5-5

Quy trình gia công: Nung hạt nhựa đến nhiệt độ gia công, ép để tạo hình sản phẩm, giữ dưới áp suất trong một thời gian ngắn, giảm nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ hóa mềm, làm nguội và lấy sản phẩm ra

Là polymer kết tinh, mức độ kết tinh phụ thuộc vào mật độ mạch nhánh, mạch nhánh nhiều thì độ kết tinh thấp Độ hòa tan: Ở nhiệt độ thường, PE không tan trong bất cứ dung môi nào nhưng để tiếp xúc lâu với khí hidrocacbon thơm đã clo hóa thì bị trương Ở nhiệt độ trên 70 o C, PE tan yếu trong toluene, xilen, amin axetat, dầu thông, paraffin… Ở nhiệt độ cao, PE cũng không tan trong nước, rượu béo, acid axetic, acetone, ete etylic, glyxerin, dầu lanh và một số dầu thảo mộc khác…

Khi đốt với ngọn lửa có thể cháy và có mùi paraffin

10 Độ kháng nước cao, không hút ẩm

PE không phân cực nên có độ chống thấm cao đối với hơi của những chất lỏng phân cực

Kháng thời tiết kém, bị lão hóa dưới tác dụng của oxy không khí, tia cực tím, nhiệt Trong quá trình lão hóa độ giãn dài tương đối và độ chịu lạnh của polymer giảm, xuất hiện tính giòn và nứt Độ bám dính kém

Giấy cách điện, dây cáp và chi tiết điện, màng và tấm

Sản phẩm kháng dung môi và dầu nhớt: thùng chứa dung môi, chai lọ, bao bì…

Sản phẩm công nghiệp: két nước ngọt, két bia (cần chất chống UV), nắp chai nước tương, nắp chai tương ớt (không cần chất chống UV…)

 Các thông số cơ bản:

Bảng 3.2:Thông số cơ bản của PVC

Tỉ trọng(g/cm 3 ) 1.26 Độ hút nước trong 24 giờ < 0.01% Độ kết tinh (%) 85 – 95

11 Độ giãn dài (%) 10 - 25 Độ bền kéo (kg/cm 2 ) 500 - 700 Nhiệt độ gia công ( 0 C) 140-170

Nhiệt độ hóa thủy tinh ( 0 C) 87 Nhiệt độ phân hủy( 0 C) 140 Nhiệt độ làm việc tối đa( 0 C) 70 Độ co rút(%) 0.5

Polyvinylclorua (viết tắt và thường gọi là PVC) là một loại nhựa nhiệt dẻo đƣợc tạo thành từ phản ứng trùng hợp vinylclorua

PVC có dạng bột màu trắng hoặc màu vàng nhạt PVC tồn tại ở hai dạng là huyền phù (PVC.S - PVC Suspension) và nhũ tương (PVC.E - PVC Emulsion) PVC.S có kích thước hạt lớn từ 20 - 150 micron PVC.E nhũ tương có độ mịn cao

PVC không độc, nó chỉ độc bởi phụ gia, monome PVC còn dƣ, và khi gia công chế tạo sản phẩm do sự tách thoát HCl PVC chịu va đập kém Để tăng cường tính va đập cho PVC thường dùng chủ yếu các chất sau: MBS, ABS, CPE, EVA với tỉ lệ từ 5 - 15% PVC là loại vật liệu cách điện tốt, các vật liệu cách điện từ PVC thường sử dụng thêm các chất hóa dẻo tạo cho PVC này có tính mềm dẻo cao hơn, dai và dễ gia công hơn

Tạo màng: Màng uPVCđƣợc tạo ra nhờ quá trình cán Màng uPVC sau khi đƣợc cán ra sẽ đƣợc cắt dán thành các sản phẩm: áo mƣa, bọc tập kẹp hồ sơ văn phòng Ống, dây điện

Các ứng dụng của thanh nhựa chịu nhiệt uPVC là dùng làm ra các dòng sản phẩm cửa nhựa lõi thép cao cấp Dòng sản phẩm uPVC gồm có cửa sổ, cửa đi, vách ngăn PVC, hàng rào nhựa bao quanh biệt thự hoặc nhà phố

 Các thông số cơ bản:

Bảng 3.3:Thông số cơ bản của PP

Tỉ trọng(g/cm 3 ) 0.9 – 0.92 Độ hút nước trong 24 giờ < 0.01% Độ kết tinh (%) 56-63

Chỉ số chảy g/10 phút 2 – 60 Độ cứng Shore 90-95 Độ giãn dài (%) 300 – 800 Độ bền kéo (kg/cm 2 ) 250 – 400

Nhiệt độ hóa thủy tinh ( 0 C) 100 Nhiệt độ phân hủy( 0 C) 354 Nhiệt độ làm việc tối đa( 0 C) 65.6 Độ co rút(%) 1-2.5

 Không màu, không mùi, không vị, bán trong suốt

 Độ bền kéo, độ cứng cao hơn PE

 Cách điện tần số cao tốt

 Kháng nhiệt tốt hơn PE, đặc biệt tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao

Sản phẩm cần độ cứng: nắp chai nước ngọt, thân và nắp bút mực, hộp nữ trang, hộp đựng thịt…

Sản phẩm kháng hóa chất: chai lọ thuốc y tế, màng mỏng bao bì, ống dẫn, nắp thùng chứa dung môi…

Dùng cách điện tần số cao: tấm, vật kẹp cách điện…

(CH 2 CH CHCH 2 )(C 6 H 5 CH CH 2 )(CH 2 CHCN) n

 Các thông số cơ bản:

Nhiệt độ biến dạng nhiệt ( 0 C): 60 – 120 Độ bền kéo ( kg/cm 2 ): 350 – 600 Độ giãn dài (%) : 10 – 50

Nhiệt độ khuôn ( 0 C) : 60 Độ co rút (%): 0.4 ÷ 0.7

 Đồng trùng hợp, độ kết tinh thấp

 Độ bền nhiệt, độ bền va đập tốt hơn PS

 Tính chất phụ thuộc vào các thành phần đồng trùng hợp:

 Khi hàm lƣợng acronitrile tăng thì:

 Giảm độ bền kéo, môdun đàn hồi, độ cứng và độ cách điện tần số cao

 Tăng độ bền va đập, kháng dung môi, kháng nhiệt

 Khi hàm lƣợng Butadiene tăng thì:

 Giảm độ bền kéo, modun đàn hồi, độ cứng

 Tăng độ bền va đập, kháng mài mòn

 Khi hàm lƣợng Styrene tăng: độ chảy khi gia nhiệt tăng, cứng hơn nhƣng

Làm suốt chỉ, nút tivi, vỏ tivi, vỏ máy giặt, vỏ điện thoại, cánh quạt điện, vỏ máy ảnh, vỏ vali… Ép đùn ra các loại tấm sử dụng cho nhiều phương pháp gia công khác nhau cho ra nhiều sản phẩm khác nhau

 Các thông số cơ bản:

Nhiệt độ thủy tinh hóa ( o C) : 78 – 80 Độ bền kéo (kg/cm 2 ): 1000 – 1500 Độ giãn dài (%): 50 – 60

Nhiệt độ tinh thể hóa ( o C): 81

 Độ hút ẩm thấp, ổn định kích thước

 Khả năng giữ khí cao (chai nước có gas)

 Khả năng chịu nhiệt kém (ở 70 o C chai PET đã bị biến dạng)

 Chu kỳ ép sản phẩm rất ngắn

Chi tiết trong xe hơi, điện và điện tử

Màng bao gói thực phẩm, sợi…

 Các thông số cơ bản:

Chỉ số chảy (g/10 phút) : 1 – 8 Độ bền kéo (kg/cm 2 ): 400 – 450 Độ dãn dài thấp(%): 1 – 2

Nhiệt độ thủy tinh hóa( 0 C): 80 Độ dai va đập (KJ/m 2 ): 12-20 Độ cứng Brinel (HB) : 140 – 160

Nhiệt độ làm việc lâu dài( 0 C) : 70 – 75

 Không phân cực, độ kết tinh thấp, độ trong suốt cao, dễ nhuộm màu

 Độ bền cơ học thấp, độ dãn dài thấp, độ bền va đập kém, giòn

 Nhiệt độ biến dạng nhiệt thấp

 Cách điện tần số cao tốt

 Hòa tan trong benzen, aceton, MEK

 Chịu hóa chất (kiềm, H 2 SO 4 , HCl, các axit hữu cơ) và nước cao

Sản phẩm nhựa tái sinh: ly, hộp…

Cách điện tần số cao: vỏ hộp, thùng điện, ống, vật liệu cách điện…

Sơn: nhựa Alkyd biến tính Styren, sơn Epoxy biến tính Styren…

 Các thông số cơ bản:

Tỉ trọng (g/cm 3 ) : 1.41 – 1.425 Độ kết tinh (%) : 75

 Nhựa kết tinh, màu trắng sữa, bán trong suốt

 Độ bền kéo tăng, độ bền uốn và modun đàn hồi cao

Bánh răng, hộp số, sốt cam, tay quay,…

Lò xo đàn hồi, lò xo đĩa,…

 Các thông số cơ bản:

Nhiệt độ thủy tinh hóa( 0 C): 22

Nhiệt độ nóng chảy ( 0 C) : 224 - 228 Độ bền kéo (kg/cm 2 ): 560

 Nhựa kết tinh, kháng nhiệt cao, hấp thụ nước thấp, kháng hóa chất

 Kháng mài mòn cao, cách điện tốt

 Ứng dụng: Công tắc điện, vỏ động cơ điện, nắp bugi, chốp đèn, tay nắm cửa xe oto, nắp thùng chứa nhiên liệu,…

 Các thông số cơ bản:

Tỉ trọng (g/cm 3 ) : 1.02 – 1.16 Độ bền kéo ( kg/cm 2 ): 350 – 900 Độ giãn dài (%): 10 – 40

 Màu trắng sữa, độ kết tinh cao

 Độ hấp thụ nước cao

 Tính chống ma sát và tính bôi trơn tốt

 Kháng hóa chất (trừ phenol, crezol, acid mạnh)

Gia công ép đùn để sản xuất:

Màng mỏng bao bì cho các sản phẩm

Kéo sợi dật lưới đánh cá, sợi bàn chải răng, sợi cho các dụng cụ thể thao (thường dùng Nylon 6; Nylon 6.6)

Sản xuất ống các loại ( Nylon 11 – 12 )

Bọc dây cáp điện ( Nylon 6 – 10 ).

Vật liệu làm khuôn ép nhựa

Thành phần(%) C(0,55) Si(0,2) Mn(0,9) S(0,04) Tiêu chuẩn AISI 1055, JIS S55C, DIN CM55 Độ cứng 210 – 235 HB Độ bền kéo 700 N/mm2

- 1055 là loại thép dễ dàng gia công với các đặc tính sau: Cấu trúc hạt mịn, độ bền cơ học tốt, có khả năng chống mài mòn và gia công tiện, phay tốt

- Thép 1055 đƣợc dùng làm vỏ khuôn nhựa, các chi tiết có kết cấu đơn giản Thép 1055 sau khi xử lý nhiệt (tôi, ram) có thể đạt độ cứng 42 – 57 HRC

3.2.2 Thép 2311(thép chế tạo khuôn đã xử lý nhiệt)

Thành phần(%) C(0,4) Si(0,3) Mn(1,5) Cr(1,9) Mo(0,2) S(< 0,005)

Tiêu chuẩn AISI 1055, JIS S55C, DIN CM55 Độ cứng Đã tôi và ram đạt 28 – 34 HRC Độ bền kéo 1140 N/mm2

 Đặc điểm thép 2311 2311 :là thép hợp kim Crom-Molybden đã đƣợc tôi và ram chân không khử khí với các đặc tính sau: Khả năng cắt gọt rất tốt, độ cứng đồng nhất, hàm lượng lưu huỳnh thấp, cấu trúc đồng nhất và tinh khiết Khả năng đánh bóng, EDM và quang hoá cao

Thép 2311 đƣợc ứng dụng để làm khuôn ép phun, khuôn thổi, khuôn định hình, khuôn ép nén Melamine, làm chi tiết máy, trục, khuôn đúc áp lực cho hợp kim thiếc, chì, kẽm Thép 2311 đã đƣợc tôi và ram sẵn khi cung cấp nhƣng cũng có thể nhiệt luyện hoặc thấm than để đạt độ cứng cao đến 51 HRC

3.2.3 Thép 2083(thép không gỉ chế tạo khuôn)

Thành phần(%) C(0,35) Si(0,5) Cr(13,0) Mn(0,45) S(< 0,005) Tiêu chuẩn AISI P20, JIS HPM-22, 718 Werkstoff 2311, 40CrMnMo86 Độ cứng Đã tôi và ram đạt 28 – 34 HRC

2083 là thép hợp kim Crôm không gỉ đã đƣợc tôi và ram sẵn với các đặc tính sau: Khả năng chống gỉ cao, đánh bóng tốt, chống mài mòn cao, dễ gia công

- Khuôn ép nhựa có tính chất ăn mòn nhƣ PVC, Acetates

- Khuôn ép phun chịu mài mòn và nhựa nhiệt rắn

- Khuôn cho các sản phẩm quang học nhƣ mắt kính, camera, bình chứa thực phẩm

- Khuôn thổi nhựa PVC, PET

Có thể xử lý nhiệt (tôi, ram) thép 2083 để đạt độ cứng 56 HRC

3.2.4 Thép NAK 80(thép chế tạo khuôn đã xử lý nhiệt)

Bảng 3.7:Thông số thép NAK 80

Thành phần(%) C(0,35) Si(0,5) Cr(13,0) Mn(0,45) S(< 0,005) Tiêu chuẩn AISI P20, JIS HPM-22, 718 Werkstoff 2311, 40CrMnMo86

20 Độ cứng Đã tôi và ram đạt 40 HRC

 Ứng dụng thép NAK 80 Làm những khuôn nhựa yêu cầu cao, khuôn cho những sản phẩm trong suốt

Thành phần(%) C(0,45) Si(0,25) Mn ( 0,6 ) P (< 0,03 ) S(< 0,035) Độ bền kéo 630 (sb/Mpa) Độ dãn dài d (%) 17

 Ứng dụng : làm khuôn ép nhựa

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn V Ti

Thành phần nhôm 6061 Nhôm 6061 là dòng hợp kim nhôm, đây là sự kết hợp giữa nhôm với magnesium (khoảng 1% tính theo trọng lƣợng) và silicon (khoảng 0.5% tính theo trọng lƣợng), đôi khi còn pha trộn với một loạt các vật liệu khác nhƣ sắt, đồng, crom, kẽm, mangan và titan 6061 là một hợp kim mạnh mẽ, cứng cáp, dễ dàng hàn nối, thường được sử dụng làm khung (sườn) xe đạp (cũng nhƣ máy bay, tàu thuyền và nhiều loại nữa)

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Zr Ti

Thành phần nhôm 7005 Nhôm 7005 là dòng hợp kim nhôm, đây là sự kết hợp giữa nhôm với kẽm (khoảng 4,5% tính theo trọng lƣợng), đôi khi còn pha trộn với một loạt các vật liệu khác nhƣ silic, magiê, sắt, đồng, crôm, mangan và titan

Hợp kim nhôm 7005 cứng hơn nhôm 6061 khoảng 10% nhƣng lại giòn hơn một chút, hợp kim nhôm 7005 không giống nhƣ 6061, nó không yêu cầu phải qua xử lý nhiệt với nhiều tốn kém về tiền của để có đủ cứng, nhƣng bù lại dùng 7005 phải tăng cường bề dày để gia cố độ cứng, điều này lý giải việc dùng hợp kim nhôm

7005 không qua xử lý nhiệt thì giá thành thấp nhƣng trọng lƣợng thì tăng lên (nặng).

Công thức tính toán xy lanh

 Công thức tính xy lanh ép:

Trong đó: A –Diện tích bề mặt pittông

F – Lực tác dụng vuông góc với bề mặt pittông

Tính lực đẩy xy lanh: F   10 A P ( 3.3.2)

A - Diện tích bề mặt chịu áp của pittông

P- Áp suất đo của khí nén, tính bằng bar.

Bộ phận gia nhiệt

Bộ phận gia nhiệt có tác dụng nung nóng hạt nhựa đạt đến nhiệt độ chảy dẻo và làm chảy dẻo hoàn toàn hạt nhựa

Trên thực tế có rất nhiều thiết bị dùng để nung nóng hạt nhựa Ở đây chúng em chọn dây điện trở nhiệt quấn cách điện trong vòng nhiệt và vòng nhiệt này đƣợc gắn đồng trục và bao bên ngoài của khuôn

- Phương pháp nung nóng bằng điện trở còn gọi là phương pháp điện trở có nội dung nhƣ sau: khi cho dòng điện có trị số I qua dây đốt ( dây nung nóng ) có điện trở R, sau thời gian  thì dây đốt toả ra nhiệt lƣợng Q tỷ lệ với R theo biểu thức:

3.4.1 Tính các khoản cân bằng nhiệt

 Công suất nung chi tiết

P có ích (W):là nhiệt cần cung cấp cho vật nung m = 0.01 kg khối lƣợng vật nung

C = 1.9 kJ/kg o K Nhiệt dung riêng trung bình của kim loại t 1 = 400 o C nhiệt độ cuối quá trình nung t o = 30 o C nhiệt độ ban đầu của quá trình nung τ = 5x60 = 300 giây Thời gian nung

 Lƣợng nhiệt mất do nung nóng cơ cấu kim loại đỡ vật nung

𝑃 𝑡𝑡 (W):là nhiệt mất do nung nóng cơ cấu kim loại đỡ vật nung m’ = 0,33 Kg khối lƣợng long khuôn kim loại

C = 0.48 kJ/kg o K Nhiệt dung riêng trung bình của kim loại t 1 = 400 o C nhiệt độ cuối quá trình nung t o = 30 o C nhiệt độ ban đầu của quá trình nung τ = 5.60 = 300 giây Thời gian nung

3.4.2 Tính công suất bộ gia nhiệt và dây điện trở

3.4.2.1 Tínhtoán công suất bộ gia nhiệt

Từ các khoản nhiệt đã tính đƣợc ở phần trên, ta xác định đƣợc tổng nhiệt lượng thu P thu Khi tính toán công suất điện, người ta đưa thêm vào lượng nhiệt trong dây cáp điện~1,6%ΣQ thu

P gia nhiệt = P tỏa = 1,016ΣP thu = 1,016(P có ích +P tt ) (3.4.3)

- P có ích : Công suất nung nóng chi tiết

- P tt : tổn thất công suất qua lòng khuôn

- Công suất định danh của bộ gia nhiệt (theo 8.2, trang 364, [9]) :

- k = 1,4-1,5 Hệ số dự trữ đối với lò làm việc chu kỳ Hệ số này đƣợc đƣa vào để tăng công suất lò, duy trì nhiệt độ lò cần thiết khi điện áp trên lưới điện bị sụt giảm Chọn k = 1,4

Tính toán dây nung bao gồm tính tiết diện và chiều dài dây điện trở

- P – công suất một pha, kW

- Hiệu điện thế dây nung, V

-  - điện trở suất của dây ở nhiệt độ bình thường m mm 2

- S - tiết diện dây nung, mm 2

- d - đường kính dây nung, mm

3.4.2.3 Tính công suất bề mặt riêng của dây

Tính công suất bề mặt riêng thực tế của dây điện trở

Công suất bề mặt riêng thực tế của dây điện trở là công suất tỏa ra từ một đơn vị diện tích bề mặt của dây điên trở thực tế, vậy theo định nghĩa thì giá trị này bằng:

- W (W/cm 2 ): công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực

- P (W) công suất dây điện trở

- F xq (cm 2 ): bề mặt xung quanh dây điện trở

Trong thực tế người ta tính toán công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực thông qua công suất bề mặt riệng của dây lý tưởng và có thể xét đến ảnh hưởng của các điều kiện khác biệt cụ thể giữa dây thực và dây lý tƣỏng

- W lt = 2 W/cm 2 : hình bên dưới.(hình 3.2) [1]

- αc hệ số xét tới ảnh hưởng của hệ số bức xạ C qd Khi C qd = 3,3 kcal/m 2 h.K 4 thì α c = 1 ( Xem hình 3.3)

-   = 1,2 Hệ số xét đến ảnh hưởng của cấu trúc dây điện trở,cụ thể là xét tới ảnh hưởng của bước xoắn (hình 3.5)

-  p = 1 Hệ số xét đến ảnh hưởng của của kích thước vật nung, phụ thuộc vào tỉ số bề mặt giữa vật nung và bề mặt của tưởng lò mà ở đó có bố trí dây điện trở Xem ( hình 3.4 )

-  hp = 0,68: Hệ số xét đến ảnh hưởng bức xạ có hiệu quả của hệ thống dây điện trở (Tra bảng 3.9 )

Bảng 3.9 : Giá trị hệ số α hp [1]

Kiểu dây điện trở Khoảng cách các vít nhỏ nhất α hp

Dây tròn kiểu dích dắc e/d = 2,75 0,68

Dây tiết diện chữ nhật kiểu dích dắc e/b = 0,9 0,4

Dây xoắn trên ống gốm t/d = 2 0,32

Dây xoắn đặt trên gá t/d = 2 0,32

Dây xoắn đặttrên mái đua t/d = 2 0,22

Hình 3.2 : Công suất bề mặt riêng của dây nung lý tưởng [1]

- Hình 3.3: Hệ số α c phụ thuộc vào hệ số bức xạ quy dẫn C qd [1]

- Hình 3.4: Hệ số kích thước vật nung α p hụ thuộc vào tỷ số F v /F T [1]

- F v – bề mặt trao đổi nhiệt của vật nung, m 2

- F T – bề mặt tường lò trên đó có bố trí dây điện trở, m 2

- Hình 3.5: Hệ số α ᴦ , phụ thuộc vào tỷ số t/d [1]:

- t – bước xoắn d- đường kính dây nung.

Bộ phận làm mát

Bộ phận làm nguội có tác dụng làm nguội nhựa đang ở nhiệt độ chảy dẻo xuống dưới nhiệt độ thủy tinh hóa, giúp nhựa đông lại để có thể lấy sản phẩm ra

Ta có thể làm nguội nhựa bằng nhiều cách như bằng không khí, dùng nước để làm nguội Ở đây em chọn làm nguội nhựa bằng nước lạnh vì đảm bảo làm nguội nhanh

𝜏 (3.5.1) Trong đó : 𝜏 ∶ 𝑡ℎờ𝑖 𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑙à𝑚 𝑚á𝑡 m : khối lượng nước

Bộ phận cách điện

Chất cách điện là các chất dẫn điện kém, có điện trở suất rất lớn (khoảng 10 6 -

10 15 Ωm) Các vật liệu này đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong đời

28 sống, nhằm mục đích ngăn chặn sự tiếp xúc của dòng điện với người hoặc với các dòng điện khác Trong trường hợp này ta chon nhựa Teflon

Nhựa công nghiệpTeflontên tiếng anh là Poly Tetra Fluorethylene, hay còn đƣợc gọi tắt là PTFE Teflon đƣợc biết đến lần đầu tiên năm 1938, nhờ Roy J Plunkett và được đưa ra thị trường vào năm 1946 do hãng DuPont Nhựa Teflon là một chất hữu cơ chứa flour, có khả năng chịu nhiệt tốt và không kết dính

3.6.2 Kích thước và màu sắc

Teflon có rất nhiều loại: Nhựa Teflon tấm, nhựa Teflon cây, nhựa Teflon màu trắng, nhựa Teflon màu đen Mỗi loại nhựa có một kích thước và màu sắc khác nhau, tiện cho nhu cầu sử dụng của từng loại sản phẩm

 Nhựa Teflon dạng tấm: Có nhiều kích thước, từ 5 mm đến 30 mm

 Nhựa Teflon dạng cây: Kích thước 1000mm với số lượng phi đa dạng từ φ6–φ250 mm

 Nhựa Teflon theo màu sắc có màu trắng và màu đen

3.6.3 Đặc tính cơ lý hóa của nhựa Teflon

Nhựa Teflon có hệ số ma sát cực kỳ thấp, chỉ 0,04, chỉ đứng thứ 2 sau kim cương, tuyệt đối không bám dính với bề mặt của bất cứ loại đồ dùng, vật liệu nào

Nhựa Teflon không bị giòn đi trong không khí lỏng, không mềm trong nước đun sôi, không biến đổi trạng thái ở nhiệt độ -190 độ C đến 300 độ C

Nhựa Teflon có khả năng cách điện trên mức lý tưởng, khả năng chịu nhiệt cao lên tới 250 độ C, nhiệt độ làm việc và nhiệt độ nóng chảy cao,…

Nhựa Teflon không có phản ứng với bất cứ hóa chất nào bởi vì chất liệu của nó chịu được hóa chất tốt, chịu được tia cực tím, không thấm nước, không thấm dầu

Nhựa Teflon đƣợc ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm cũng nhƣ dƣợc liệu bởi những tính năng vƣợt trội và không chứa, không có khả

29 năng gây độc hại cho sức khỏe người sử dụng Chúng ta có thể nhìn thấy sự có mặt của nhựa Teflon mọi lúc mọi nơi trong cuộc sống này

Nhựa Teflon xuất hiện nhiều nhất vẫn là ở các sản phẩm để làm lót cho các phễu chứa, hộp chứa, máng trƣợt và các thiết bị vận chuyển bằng trọng lực nhằm tăng cường khả năng trượt, giảm thiểu khả năng tắc nghẽn

Ngoài ra nó còn đƣợc dùng để chế tạo các chi tiết máy nhƣ ổ trƣợt, bạc lót,… là những chi tiết cần đến độ ma sát thấp, không bám dính và có khả năng chạy rà tốt

Nhựa Teflon tạo ra một chất polymer có rất nhiều đặc tính tuyệt vời mà các loại chất dẻo khác không thể làm đƣợc nhƣ: Độ bền cao, khả năng cách nhiệt tốt, không dẫn cháy, hệ số ma sát nhỏ và khả năng chống mài mòn tốt nhất

Các thiết bị điện dùng trong phương án

Hình 3.6: Rơ le trung gian

3.7.1.1 Khái quát và công dụng

Rơle trung gian là một khí cụ điện dùng trong lĩnh vực điều khiển tự động, cơ cấu kiểu điện tử Rơle trung gian đóng vai trò điều khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển(contactor,rơlethời gian, )

Rơle trung gian gồm: mạch từ của nam châm điện, hệ thống tiếp điểm chịu dòng điện nhỏ (5A, vỏ bảo vệ và các chân ra tiếp điểm

Nguyên lý hoạt động của rơle trung gian tương tự như nguyên lý hoạt động của contactor Khi cấp điện áp bằng giá trị điện áp định mức vào hai đầu cuộn dây của rơle trung gian, lực điện hút mạch từ kín lại, hệ thống tiếp điểm chuyển đổi trạng thái và duy trì trạng thái này Khi ngƣng cấp nguồn, mạch từ hở, hệ thống tiếp điểm trở về trạng thái banđầu Điểm khác biệt giữa rơle và contactor có thể đƣợc tóm lƣợc nhƣ sau:

- Trong rơle chỉ có duy nhất một loại tiếp điểm có khả năng tải dòng điện nhỏ

- Trong rơle cũng có các tiếp điểm thường đóng và thường hở, tuy nhiên các tiếp điểm không có buồng dập hồ quang (khác với hệ thống tiếp điểm chính trong contactor hay CB)

Hình 3.7 : Rơ le thời gian

3.7.2.1 Khái quát và công dụng

Rơle thời gian là một rơle có chức năng tạo ra thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từ một thiết bị này sang một thiết bị khác

Có nhiều nguyên tắc tạo trễ trong rơle thời gian:

- Tạo trễ bằng cơ khí

- Tạo trễ điện tử (sử dụng dòng điện cảm ứng tạo thời gian trễ)

- Tạo trễ bằng cơ cấu thủy lực (sử dụng piston thủy lực tạo áp suất phản kháng khi tác động)

- Tạo trễ bằng mạch điện tử

Rơle thời gian gồm: mạch từ của nam châm điện, bộ định thời gian làm bằng linh kiện điện tử, hệ thống tiếp điểm chịu dòng điện nhỏ (5A), vỏ bảo vệ các chân ra tiếp điểm

Tùy theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động, ta có hai loại rơle thời gian: ON DELAY, OFF DELAY

Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơle thời gian ON DELAY, các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (thường đóng hở ra, thường hở đóng lại), các tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi Sau khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển trạng thái và duy trì trạng tháinày

Khi ngƣng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tức thời trở về trạng thái ban đầu

Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơle thời gian OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời và duy trì trạng thái này

Khi ngƣng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động không tính thời gian trở về trạng thái ban đầu Tiếp sau đó một khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển về trạng thái ban đầu

Diode là một linh kiện chỉ cho phép dòng điện chạy qua nó theo một chiều nhất định, chiều người lại thì dòng điện không thể đi qua.

Diode đƣợc cấu tạo từ 2 lớp bán dẫn tiếp xúc với nhau Diode có 2 cực Anốt và Katốt Nó chỉ cho dòng điện đi theo 1 chiều từ Anốt sang Katốt (Chính xác là khả năng cản trở dòng điện theo chiều AK là rất nhỏ, còn KA là rất lớn) Nó đƣợc dùng nhƣ van 1 chiều trong mạch điện

Công dụng: cung cấp nguồn cho các thiết bị điện trong mạch điện

Dùng cấp nước cho hệ thống làm mát

Hình 3.11 : Một loại van điện từ

3.7.6 Module điều khiển thiết bị theo nhiệt độ :

Công dụng: dùng để duy trì nhiệt độ nung của dây điện trở

Nguyên lý hoạt động : khi nhiệt độ của dây điện trở đạt mốc quy định ( có thể thay đổi giá trị này ) thì rơ le trong mạch sẽ ngắt dòng điện cấp cho dây điện trở sau 1 khoảng thời gian định trước thì rơ le thứ 2 sẻ cấp nguồn lại cho dây điện trở để duy trì nhiệt độ điện trở đốt nóng

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Nguyên lý hoạt động

Chú thích: 1- Khuôn ; 2 – Xy lanh khí nén 1; 3- Xy lanh khí nén 2

4 – Thiết bị gia nhiệt ; 5 – Tấm cách nhiệt ; 6 – Tấm ép mẫu

Hệ thống gồm khuôn số (1) đƣợc gắn trên hai tấm đỡ và gắn cách nhiệt (thông qua các tấm cách nhiệt (5)) với khung bên ngoài, thông qua các bu lông đai ốc Hai xy lanh khí nén tác động 2 chiều (2) và (3), qui ước xy lanh (2) nằm ở dưới là xy lanh số 1, xy lanh khí nén (3) nằm ở trên là xy lanh 2, thiết bị gia nhiệt (4)

35 nung nóng và gia nhiệt hạt nhựa trong khuôn, chi tiết số (6) dùng để ép hạt nhựa sau khi nung nóng và tham gia quá trình đẩy mẫu lên

 Nguyên lý hoạt động của phương án này như sau:

- Đầu tiên piston xy lanh khí nén (2) ở vị trí thấp nhất, ở đỉnh của piston xy lanh có gắn chi tiết số (6), lúc này chi tiết số (6) nằm trong khuôn (1) Sau đó ta điều khiển piston xy lanh (2) đi lên sao cho khi piston xy lanh ở vị trí cao nhất thì một phần của chi tiết (6) vẫn nằm trong khuôn

- Ta tiến hành đặt mẫu bằng tay vào giữa mặt phẳng của (6), sau đó cho piston xy lanh khí nén (2) đi xuống vị trí ban đầu

- Cho một lƣợng hạt nhựa cần thiết để cho ra một sản phẩm vào khuôn (1) Sau đó tiến hành cấp điện vào thiết bị nung nóng và gia nhiệt (4) đƣợc quấn quanh khuôn (1), nung nóng hạt nhựa đến nhiệt độ gia công

- Khi đã đạt đến nhiệt độ gia công, tức là hạt nhựa đã chảy dẻo hoàn toàn, thì ta tiến hành ngắt điện cấp cho thiết bị gia nhiệt (4)

- Khi đó piston xy lanh (3) (gọi là xy lanh khí nén 2) sẽ đi xuống và ép nhựa đã chảy dẻo để tạo thành sản phẩm, sau khi đã ép để tạo hình sản phẩm xong, ta điều khiển xy lanh (3) đi lên vị trí ban đầu

- Ta tiến hành làm mát bằng nước hoặc không khí để hạ nhiệt độ của sản phẩm Sau một khoảng thời gian khi nhựa đã cứng lại (dưới nhiệt độ hóa mềm một thời gian hay ở nhiệt độ khuôn), ta điều khiển xy lanh (2) đi lên, ta lấy sản phẩm ra, piston xy lanh trở về vị trí cũ

- Quá trình trên lặp lại nhƣ lúc đầu

Hệ thống gồm khuôn số (1) đƣợc gắn trên hai tấm đỡ và gắn với khung bên ngoàithông qua các bu lông đai ốc Hai xy lanh khí nén tác động 2 chiều (2) và (3), qui ước xy lanh (2) nằm ở dưới là xy lanh số 1, xy lanh khí nén (3) nằm ở trên là xy lanh 2, bồn nung nhựa (4) nung nóng và gia nhiệt hạt nhựa đạt tới nhiệt độ chảy dẻo, chi tiết số (6) dùng để ép hạt nhựa sau khi nung nóng và tham gia quá trình đẩy mẫu lên, ống số (7) dùng để dẫn nhựa lỏng vào khuôn

Nguyên lý hoạt động của phương án này như sau:

- Đầu tiên piston xy lanh khí nén (2) ở vị trí thấp nhất, ở đỉnh của piston xy lanh có gắn chi tiết số (6), lúc này chi tiết số (6) nằm trong khuôn (1) Sau đó ta điều khiển piston xy lanh (2) đi lên sao cho khi piston xy lanh ở vị trí cao nhất thì một phần của chi tiết (6) vẫn nằm trong khuôn

- Ta tiến hành đặt mẫu bằng tay vào giữa mặt phẳng của (6), sau đó cho piston xy lanh khí nén (2) đi xuống vị trí ban đầu

- Cho một lƣợng nhựa lỏng đã đƣợc nung nóng đến nhiệt độ gia công ở bồn nung (4) chảy qua ống dẫn (7) để vào khuôn (1) Bồn nung đƣợc đặt cách nhiệt với hệ thống thông qua đệm cách nhiệt (5)

- Khi đó piston xy lanh (3) (gọi là xy lanh khí nén 2) sẽ đi xuống và ép nhựa đã chảy dẻo để tạo thành sản phẩm, sau khi đã ép để tạo hình sản phẩm xong, ta điều khiển xy lanh (3) đi lên vị trí ban đầu

- Ta tiến hành làm mát bằng nước hoặc không khí để hạ nhiệt độ của sản phẩm Sau một khoảng thời gian khi nhựa đã cứng lại (dưới nhiệt độ hóa mềm một thời gian hay ở nhiệt độ khuôn), ta điều khiển xy lanh (2) đi lên, ta lấy sản phẩm ra, piston xy lanh trở về vị trí cũ

- Quá trình trên lặp lại nhƣ lúc đầu

7-Giữ khuôn trên 8-Nắp đậy

9-Khuôn trên 10-Tấm nắp máy 11-Tấm đỡ 12-Khuôn dưới

Nguyên lý hoạt động của phương án này như sau :

39 Đầu tiên mở nắp đậy (8) ra, điều chỉnh piston xy lanh khí nén (2) ở vị trí thấp nhất được đưa lên để nhận phôi, ở đỉnh của piston xy lanh có gắn khuôn dưới (12), lúc này chi tiết nằm trên khuôn dưới (12) Sau đó ta điều khiển piston xy lanh (2) đi xuống vào lòng khuôn (13) nhƣ vị trí ban đầu

- Ta tiến hành đổ lƣợng hạt nhựa cần thiết bằng tay vào lòng khuôn (13), sau đó ta đậy nắp (8) vào

- Bộ phận gia nhiệt (4) đƣợc quấn quanh khuôn đƣợc bật lên , nung nóng hạt nhựa đến nhiệt độ gia công

- Khi đã đạt đến nhiệt độ gia công, tức là hạt nhựa đã chảy dẻo hoàn toàn, thì ta tiến hành ngắt điện cấp cho thiết bị gia nhiệt (4)

- Khi đó piston xy lanh (2)sẽ đi lên một hành trình đƣợc định sẵn để ép nhựa đã chảy dẻo để tạo thành sản phẩm, sau khi đã ép để tạo hình sản phẩm xong, xy lanh (2) dừng lại tại vị trí

- Sau đó ta tiến hành làm mát bằng nước với van điện từ được lập trình sẵn để hạ nhiệt độ của sản phẩm Sau một khoảng thời gian khi nhựa đã cứng lại (dưới nhiệt độ hóa mềm một thời gian hay ở nhiệt độ khuôn), ta điều khiển xy lanh (2) đi lên, ta lấy sản phẩm ra, piston xy lanh trở về vị trí cũ

- Quá trình trên lặp lại nhƣ lúc đầu.

Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế thích hợp

Dựa trên những phân tích về nguyên lý hoạt động của máy tạo mẫu nhanh theo 3 phương án ở trên, ta thấy rằng mỗi phương án đều có những ưu và nhược điểm riêng Phương án 2 có ưu điểm là hạt nhựa được nung nóng trong điều kiện kín, không tiếp xúc với không khí nên chất lƣợng nhựa sau khi nung sẽ tốt hơn, tránh bị các bọt khí lẫn vào bên trong sản phẩm, đảm bảo các điều kiện về cách nhiệt và điều khiển nhiệt độ dễ dàng Tuy nhiên phương án này lại có kết cấu khá cồng kềnh và chi phí cho việc đầu tƣ cho bộ nung nóng và điều khiển bên ngoài cao, nên không phù hợp với mục tiêu và yêu cầu của đề tài được chọn.Phương án 1 kết cấu cồng kềnh, phức tạp khó lấy mẫu và đưa mẫu khi gia công xong.Phương án 3kết cấu gọn nhẹ, tối ƣu hóa việc lấy mẫu và đƣa mẫu vào gia công , làm mát nhanh

40 nên ta chọn phương án này làm phương án thiết kế và chế tạo mô hình máy tạo mẫu nhanh

TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN

Cơ sở tính toán

- Chất dẻo dùng trong ép mẫu kim tương: PP (nhiệt độ gia công lý tưởng

Kớch thước mẫu nhựa sau khi ộp: ỉ25mm x 15mm

Năng suất sản phẩm: 15phút / 1 mẫu.

Cơ cấu ép tạo hình và lấy mẫu

Diện tích bề mặt ép : S= π xR 2 = 490 mm 2

Với p= 80MPA của nhựa PP

Từ đó ta tính đƣợc: 39, 2 5, 6  2 

Nhƣ vậy tra theo [ 11 ] catalogue của các nhà sản xuất, ta chọn Dc= 32 mm

Và đường kính thanh truyền D r = 12( mm)

5.3.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống xy lanh khí nén dùng trong máy

 Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều khí nén :

Hoạt động bằng cách cấp nguồn điện 24V vào đầu cuộn điện lúc này lực từ trường sẽ được sinh ra hút van chuyển động dọc trục sẽ mở các cửa van để cho khí nén thông cửa và thực hiện nhiệm vụ cấp hoặc đóng dòng khí nén cho thiết bị cần hoạt động

 Ở đây chúng em chọn Van đảo chiều 5/3 vì :

Xy lanh hoạt động 3 trạng thái

Van chỉnh áp khí nén là bô ̣ phâ ̣n giúp điều chỉnh áp suất khí ở 1 số cân nhất đi ̣nh nhằm đảm bảo ổn định mức áp suất hoạt động cho các thiết bị máy móc

Hình 5.1Van điều chỉnh áp suất

Van điều chỉnh áp đƣợc điều chỉnh bằng vít điều chỉnh tác động lên màng kín Phía trên của màng chịu tác dụng của áp suất đầu ra, phía dưới chịu tác dụng của lực lò xo sinh ra do vít điều chỉnh Bất kỳ sự tăng áp ở đầu tiêu thụ gây cho màng kín dịch chuyển chống lại lực căng lò xo vì vậy hạn chế dòng khí đi qua miệng van cho tới lúc có thể đóng sát Khi khí nén đƣợc tiêu thụ, áp suất đầu ra giảm, kết quả đĩa van đƣợc mở bỏ lực căn lò xo lực Để ngăn chặn đĩa van dao động chập chờn phải dùng đến lò xo cản gắn trên đĩa van

Hình 5.2 Van chỉnh áp thực tế Ƣu điểm lớn nhất của van chính là sự tiện ích trong sử dụng các thiết bị khí nén Chỉ với 1 chiếc van điều áp là chúng ta đã có thể làm việc với nhiều áp lực khí nén khác nhau => tiết kiệm triệt để vốn đầu tƣ

- Chọn ống dẫn khớ cú kớch thước ỉ8 (theo bảng 2.5 tài liệu 1)

5.3.5 Tính toán hệ thống khí nén:

 Lực đẩy lý thuyết : Theo công thức ( 3.3.2 )

- Đối với xy lanh cú pittụng ỉ25mm, đường kớnh trục d = 12mm, ỏp suất khớ ép sản phẩm 7 bar (kgf/cm 2 ) nên ta có lực đẩy lý thuyết là :

Trên thực tế do ảnh hưởng của các trở lực luôn tồn tại như: lực ma sát tại các chỗ di động, phản lực do phản áp ở đường thoát, lực quán tính của các khối lượng di động nên lực đẩy có ích không lớn bằng mà luôn nhỏ hơn lực đẩy lý thuyết

Lực đẩy có ích chỉ bằng 80% (làm việc tĩnh) hoặc 50% (làm việc động) lực đẩy lý thuyết

Tính toán khuôn

 Tính toán chiều dày khuôn

Theo phần AD-202 ([13]), ta có công thức tính chiều dày bể chứa:

- t: Chiều dày thành bể tính toán (mm)

- P: Tổng áp lực trong tính toán tại điểm đang xét, (N/mm 2 )

- F: Lực dọc theo phương thẳng đứng trong các tấm thép thành bể có giá trị dương khi gây kéo trong thành vỏ(N/mm)

- R: Bán kính trong của bể chứa không tính đến ăn mòn (mm)

- S Là ứng suất giới hạn mà phần tử vỏ có thể chịu đƣợc

- Tính theo công thức: S= k.Sm (N/mm 2 )

- k: Hệ số đƣợc lấy theo bảng AD150.1([13])

- k=1 ứng với tổ hợp tải trọng:áp suất thiết kế, tải trọng bản thân và tải trọng phụ trợ,áp lực thuỹ tĩnh

- k=1,2 ứng với tổ hợp trên và thêm tải trọng gió

- Sm là ứng suất giới hạn thiết kế vật liệu , Sm= 600 (N/mm 2 )

- c : Giá trị chiều dày ăn mòn cho phép, bao gồm ăn mòn bên trong và bên ngoài c=0.013+0,5=0,513(mm)

 Xác định độ co rút sản phẩm: Độ co rút tạo nên sự sai lệch giữa kích thước sản phẩm ép (kích thước thật của sản phẩm) và kích thước lòng khuôn Kích thước lòng khuôn bao giờ cũng lớn hơn kích thước sản phẩm ép ra một phần do độ co rút tạo ra

Chọn ống nung và chứa hạt nhựa cú đường kớnh trong ỉ25mm

Qua thí nghiệm thực tế các sản phẩm hạt nhựa PP, ta có độ co rút của hạt nhựa PP sau khi gia nhiệt là 30% Độ co rút đƣợc tính toán theo công thức sau: c 1 v c c

Với V c : thể tích lòng khuôn trong điều kiện phòng

V : thể tích vật ép trong điều kiện phòng

Ta chọn sản phẩm sau khi ộp xong đạt kớch thước ỉ25, chiều cao h = 15mm

V c là thể tích lòng khuôn chứa hạt nhựa lúc đầu

Do ta tính thêm lực ép sẽ tạo thêm độ co rút nên chọn chiều cao chứa hạt nhựa lúc đầu là 15 mm

Thể tích hạt nhựa chứa trong lòng khuôn theo lý thuyết:

Trên thực tế sẽ tồn tại nhiều khoảng trống giữa các hạt nhựa nên thể tích thực tế sẽ nhỏ hơn so với giá trị V c lý thuyết.

Tính toán bộ phận gia nhiệt

5.5.1 Tính toán cân bằng nhiệt

5.5.1.1 Mục đích tính cân bằng nhiệt

Tính toán cân bằng nhiệt để:

- Đánh giá chất lƣợng làm việc của thiết bị thông qua việc xác định các tham số kinh tế - kỹ thuật

- Xác định công suất bộ gia nhiệt

5.5.1.2 Tính các khoản cân bằng nhiệt

Bảng 5.1: Các thông số ban đầu

Các thông số Đơn vị Số liệu

Khối lƣợng vật nung Khối lƣợng cơ cấu kim loại Thời gian nung

Nhiệt độ ban đầu Nhiệt độ cuối quá trình nung kg kg phút oC oC

 Công suất nung chi tiết

Thay vào (CT 3.4.1) ta đƣợc:

 Lƣợng nhiệt mất do nung nóng cơ cấu kim loại đỡ vật nung

Bảng 5.2: Bảng Cân Bằng Nhiệt

STT Nhiệt tỏa Nhiệt thu Kết quả tính toán

𝑃 𝑡ỏ𝑎 = 𝑃 𝑡ℎ𝑢 Nhiệt thu để nung chi tiết

Nhiệt mất do nung nóng cơ cấu đỡ vật nung

5.5.2 Tính công suất bộ gia nhiệt và dây điện trở

5.5.2.1 Tínhtoán công suất bộ gia nhiệt

Từ các khoản nhiệt đã tính đƣợc ở phần trên, ta xác định đƣợc tổng nhiệt lượng thu Pthu Khi tính toán công suất điện, người ta đưa thêm vào lượng nhiệt trong dây cáp điện~1,6%ΣP thu

Theo ( CT4.3.3) Ta có: P gia nhiệt = P tỏa = 1,016(P có ích +P tiêu thụ ) = 1,016.218,8 = 222,3

Vì lò có công suất nhỏ hơn 15kW nên ta chọn nguồn điện sử dụng cho lò là nguồn 1 pha

5.5.2.2 Tính công suất bề mặt riêng của dây

Thay các hệ số của (CT 3.4.5) ta đƣợc:

 Tính toán dây điện trở

- P – công suất một pha, kW

- U - Hiệu điện thế dây nung, V

-  - điện trở suất của dây ở nhiệt độ bình thường m mm 2

- S - tiết diện dây nung, mm 2

- d - đường kính dây nung, mm

- C – chu vi dây nung, mm

- F – diện tích bề mặt dây nung, cm 2

- W – công suất bề mặt riêng của dây, W/cm 2

Công suất tỏa ra khi dây nung có dòng điện đi qua (theo 8.7,trang 366,[9]) :

- Công suất bức xạ từ bề mặt dây nung ra môi trường nung [theo 8.9, trang 366,[9])

Cân bằng giá trị l theo công thức (5.11) và (5.12) ta đƣợc:

Vì dây nung có tiết diện tròn nên:

 t - điện trở suất của vật liệu chế tạo dây điện trở tính ở nhiệt độ làm việc, m mm 2

Vật liệu chế tạo dây là hợp kim: 𝑁𝑖 40 𝐶𝑢 60

Hệ số nhiệt điện trở: α = 5.10 -6

Thay vào (5.15) ta đƣợc:  t ( 1  t )  0 , 5 ( 1  5 10  6 370 )  0 , 5  mm 2 / m

Theo (5.14) đường kính dây sẽ bằng:

Chọn dây có đường kính d = 1 mm, suy ra l 20,8.0,36,24 m

Công suất bề mặt riêng thực tế của dây:

Diện tích bề mặt của dây điện trở:

So sánh thấy công suất bề mặt riêng của dây điện trở thực tế nhỏ hơn công suất tính toán, tức là: W thực < W (5.9) nên dây diện trở đã chọn đạt đƣợc yêu cầu làm việc

Hình 5.3: Một số dây đốt hợp kim và phi kim loại

Loại dây đốt Tỉ trọngx10 3 Kg/m 3 Điện trởsuất ở

Hệ số nhiệt điện trở x10 -6 0 C -1 α

Nhiệt độ làm việc cực đại 0 C

 Chọn dây đốt: Dựa vào yêu cầu của đề tài và nhiệt độ chảy dẻo và gia công hạt nhựa nằm trong khoảng từ 200 - 300 0 C, kết hợp bảng

50 dây đốt hợp kim và phi kim loại ta chọn loại Ni 40 Cu 60 (Congstantan) có các thông số sau: ρ 20 = 0.5x10 -6 Ωm; α = 5x10 -6 0 C -1 ; Nhiệt độ làm việc cực đại t max = 450 0 C Chọn nhiệt độ làm việc của dây đốt t = 200 0 C < t max = 450 0 C

Ta chọn mua sẵn vòng nhiệt trong đó có quấn dây điện trở nhiệt với thông số 220V - 400W , nhiệt độ hoạt động của vòng nhiệt tối đa là 300 0 C, vật liệu chế tạo dây điện trở là hợp kim có công thức Ni 40 Cu 60 (Congstantan) Qua quá trình vận hành thực tế ta nhận thấy thời gian để nung chảy hạt nhựa trong khoảng từ 10÷15 phút

Theo hệ thức liên hệ giữa nhiệt lƣợng và công suất :

Hệ thống làm mát

Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý làm mát

= > chon kích thước bể 300mmx300mmx100mm

300 = 0,014 𝑙/𝑠 Chọn bơm 1 model VS-701 F.max=0.064 l/s theo Catalogue

Chia bể làm 2 phần : bể nóng = bể lạnh = 4,5 lít nước

Tính công suất làm lạnh cho bể nóng:

  0,14 W Chọn sò nóng lạnh với công suất nhỏ nhất P= 30 W

Chọn bơm 2 model VS-701 F.max=0.064 l/s theo hình 5.5

 Sò nóng-lạnh( chip peltier)

Tấm bán dẫn siêu công nghệ còn gọi sò nóng - lạnh hay chip peltier là cấu kiện bán dẫn có tính chất làm lạnh một mặt mặt còn lại đƣợc làm nóng Nói rõ hơn là miếng bán dẫn nhỏ, nhẹ và công suất mạnh (50W) này giúp hút nhiệt mặt có chữ kí hiệu phía trên và thải qua bề mặt bên kia Suy ra lƣợng nhiệt năng ở bề mặt bên kia sẽ bằng tổng nhiệt năng hút từ bề mặt có chữ và lƣợng nhiệt năng chuyển từ điện năng mà ta đặt vào 2 đầu dây của miếng bán dẫn này

Do đó trong ứng dụng làm lạnh thì ta tản nhiệt tốt cho mặt nóng càng tốt thì mặt bên kia sẽ càng lạnh, có thể xuống âm độ luôn và đóng tuyết Nếu đặt vào 2 đầu dây 1 điện áp lớn khiến bề mặt bên kia rất nóng mà không có tản nhiệt đủ thì miếng bán dẫn này (Peltier) sẽ bị hỏng do quá nhiệt

 Điện áp : 3 V~ 15,4 V (dòng 1 chiều DC)

 Chênh lệch nhiệt độ 2 mặt: ~67°C (do đó mặt nóng đƣợc tản nhiệt càng tốt thì mặt lạnh càng lạnh)

 Nhiệt độ làm lạnh tối đa: - 6 °C ( nếu tản nhiêt tốt )

Hình 5.6: Water block : có chức năng làm mát cho nước

Hình 5.7: Có chức năng tản nhiệt cho mặt nóng của chip peltier

Hình 5.8 :Bộ tản nhiệt cho bể nước sau khi lắp ráp

Hình 5.9 : Hệ thống làm mát

Thiết kế mạch điện

Hình 5.11: Hộp diện thực tế

Hình 5.12: Hình ảnh thực tế

Hình 5.13: Hình ảnh thực tế

Kiểm nghiệm bền

 Chi tiết số 6 đường trung hòa Ứng suất phỏp khi kộo và khi nộn lớn nhất ở trờn dầm xảy ra tại những ủiểm ở xa ủường trung hũa nhất Gọi và lần lượt là khoảng cỏch thớ chịu kộo và thớ chịu

57 nộn ở xa ủường trung hũa nhất Khi ủú ứng suất chịu kộo lớn nhất, smax và ứng suất chịu nén lớn nhất, smin sẽ tính bởi các công thức: σ 𝑚𝑎𝑥 = ax

Trục đối xứng : ax ax

2 k n m m y  y  h Đối với mặt cắt ngang hình chữ nhật với bề rộng b và chiều cao h, mômen quán tính và mômen chống uốn có trị số:

 Biểu đồ momen uốn của tấm Teflon:

  m ax   0.6 GPA   13  thỏa điều kiện cho phép.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT

Thiết kế từng cụm chi tiết

Hình 6.2: Bộ phận gia nhiệt

Hình 6.3 : Hình ảnh 3D Hình 6.4: Hình ảnh thực tế

6.1.4 Các chi tiết cách điện

Hình 6.6 : Hình ảnh thực tế

Hình 6.7 : Tấm đỡ trên xy lanh

Hình 6.8: Hình ảnh thực tế

Quy trình công nghệ gia công các chi tiết

6.2.1 Chi tiết số 7 : Khuôn trên

NC1: Vạt mặt khoan tâm mặt phẳng 1 Định vị: mâm cặp 3 chấu tự định tâm

NC2: Tiện trụ ∅25 Định vị: mâm cặp 3 chấu tự định tâm, mũi chống tâm

NC 3:Vạt mặt đúng chiều dài 20mm s

69 Định vị: mâm cặp 3 chấu tự định tâm

Máy tiện Định vị bằng mâm cặp 3 chấu

6.2.2 Chi tiết số 2: Nắp khóa

NC 1: Vạt mặt khoan tâm mặt 1 Định vị mâm cặp 3 chấu

Máy tiện: 1K62 Định vị mâm cặp 3 chấu

Máy tiện: 1K62 Định vị mâm cặp 3 chấu

NC 3: Vạt đúng kích thước chiều dài

Máy tiện: 1K62 Định vị mâm cặp 3 chấu

Máy tiện: 1K62 Định vị mâm cặp 3 chấu

NC 5: Tiện lỗ, tiện ren s

Máy tiện: 1K62 Định vị mâm cặp 3 chấu

Máy phay Định vị bằng phiến tỳ, ê tô, chốt tỳ

Máy phay:6H82 Định vị bằng phiến tỳ, ê tô,chốt tỳ

SẢN PHẨM