Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy: Thiết kế, chế tạo máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake

v TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ÉP GIẤY NẾN THÀNH KHUÔN LÀM BÁNH CUPCAKE Bánh cupcake là một món ăn tráng miệng phổ biến trong các bữa tiệc.. - Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực ti

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Yêu cầu kỹ thuật

- Sản phẩm được ép ra từ giấy nến một mặt thấm dầu

- Năng suất: 3600 sản phẩm/giờ

- Sản phẩm sau khi ép phải thể hiện rõ đường nét, nếp gấp và đúng kích thước đường kính, chiều cao

Hình 3.1: Sản phẩm khuôn bánh cupcake thể hiện kích thước

Bảng 3.1: Kích thước của khuôn bánh cupcake Đường kính miệng a (mm) 80 Đường kính đáy b (mm) 50

Thông số thiết kế

Nhiệm vụ của đề tài là thiết kế và chế tạo máy ép khuôn bánh cupcake, sử dụng nguồn điện dân dụng 220V-50Hz và nguồn cung cấp khí nén Đảm bảo vật liệu chế tạo an toàn cho thực phẩm là một trong những yếu tố quan trọng Từ đó, nhóm đã đưa ra các thông số thiết kế sơ bộ cho máy.

Bảng 3.2: Thông số thiết kế dự kiến của máy

Tên máy Máy ép khuôn bánh cupcake bằng giấy nến

Nguồn cung cấp khí nén 4 – 6 𝑀𝑃𝑎

Nguyên lý hoạt động chung của máy

Hình 3.2: Quy trình hoạt động chung của máy

* Máy hoạt động gồm 4 giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1: Cơ cấu cấp phôi có nhiệm vụ lấy phôi giấy từ vị trí ban đầu đưa đến vị trí lòng khuôn

- Giai đoạn 2: Cơ cấu định vị phôi đúng lòng khuôn, có nhiệm vụ kéo phôi và định vị phôi đồng tâm với lòng khuôn

Giai đoạn 3 là quá trình quan trọng trong sản xuất, nơi cơ cấu ép tạo ra lực ép để định hình sản phẩm theo khuôn bánh Bên cạnh đó, bộ gia nhiệt đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra và duy trì nếp cho sản phẩm, đảm bảo chất lượng và hình dáng hoàn hảo.

Phân tích phương án cho từng giai đoạn

3.4.1 Phương án giai đoạn 1: Cấp phôi

* Chọn phương án cho cơ cấu kéo

- Phương án 1: Dùng xy lanh khí nén để kéo bộ kẹp

Hình 3.3: Cơ cấu kéo giấy nến bằng xilanh

Nguyên lý hoạt động: Cơ cấu kẹp phôi đang ở vị trí khuôn dập, khi nhận tín hiệu điều khiển từ

PLC sử dụng xilanh khí để điều khiển cơ cấu kẹp, giúp đưa phôi đến vị trí lấy phôi một cách hiệu quả Sau khi kẹp phôi, xilanh sẽ đẩy lùi ty về vị trí ban đầu, đưa cơ cấu kẹp trở lại lòng khuôn Ưu điểm của việc sử dụng xilanh khí nén là đơn giản hóa quá trình điều khiển mạch điện, đồng thời cấu trúc kéo cũng trở nên đơn giản hơn mà không cần đến các cơ cấu truyền động phức tạp khác.

Nhược điểm của việc sử dụng xilanh là yêu cầu diện tích lớn cho tấm đỡ để lắp đặt xilanh Trong quá trình hoạt động, việc điều chỉnh thời gian cấp phôi trở nên khó khăn và không chính xác Hơn nữa, bộ kẹp chỉ có thể đặt ở hai vị trí là đầu và cuối hành trình của xilanh.

- Phương án 2: Dùng động cơ bước kết hợp với bộ truyền động vít me đai ốc để kéo bộ cấp phôi

Hình 3.4: Cơ cấu kéo giấy nến bằng động cơ bước

Nguyên lý hoạt động: Cơ cấu kẹp phôi đang ở vị trí home, khi nhận tín hiệu điều khiển từ

PLC điều khiển động cơ quay để truyền động cho bộ truyền vít me đai ốc, đưa cơ cấu kẹp đến vị trí lấy phôi Sau khi kẹp phôi, động cơ bước nhận tín hiệu và quay ngược lại, đưa cơ cấu kẹp về vị trí khuôn dập Ưu điểm của việc sử dụng động cơ bước và vít me là tiết kiệm không gian nhờ vào tấm đỡ nhỏ Động cơ bước cho phép điều khiển chính xác số vòng quay, từ đó điều chỉnh tốc độ tiến của bộ kẹp, giúp kiểm soát thời gian cấp phôi Hơn nữa, động cơ bước cũng cho phép điều chỉnh vị trí bất kỳ của bộ ép.

Nhược điểm của việc sử dụng bộ động cơ bước và vít me là sự phức tạp trong cơ cấu kéo và mạch điện điều khiển Khi gia công lắp đặt các chi tiết, cần đảm bảo độ chính xác cao để đảm bảo đồng tâm giữa trục quay của động cơ bước và trục vít me.

* Chọn phương án cho cơ cấu kẹp

- Phương án 1: Sử dụng xilanh khí nén một tác động để kẹp giấy nến

Nguyên lý hoạt động của hệ thống kẹp phôi bắt đầu khi xilanh nhận tín hiệu từ PLC, cấp khí vào để mở tấm kẹp Sau khi cơ cấu kéo đưa bộ kẹp đến vị trí lấy phôi, xilanh ngừng cấp khí và lực đẩy của lò xo trong xilanh giúp kẹp phôi Tại vị trí khuôn dập, xilanh được cấp khí để mở tấm kẹp và thả giấy vào cơ cấu định vị Ưu điểm của hệ thống này là sử dụng cơ cấu nhỏ gọn, dễ lắp đặt, giúp giảm kích thước bộ kẹp và duy trì lực kẹp ổn định Việc sử dụng xilanh khí nén một tác động cũng tiết kiệm năng lượng, chỉ cần cấp khí cho hướng di chuyển ra, trong khi hướng ngược lại đã có lò xo đàn hồi hỗ trợ.

Nhược điểm: Gây ra tiếng ồn lớn khi hoạt động, lực kẹp có thể không mạnh, chiều dài hành trình bị giới hạn do giới hạn của lò xo

- Phương án 2: Sử dụng nam châm điện để kẹp giấy nến

Nguyên lý hoạt động của hệ thống là khi di chuyển từ vị trí ban đầu đến vị trí cấp phôi, PLC sẽ ngắt dòng điện của nam châm điện khi nhận được tín hiệu từ cảm biến, dẫn đến việc tấm kẹp mở ra Sau khi bộ kẹp được đưa đến vị trí lấy phôi, nam châm điện sẽ được cấp điện trở lại, khôi phục từ tính và kéo tấm kẹp đóng lại để giữ chặt phôi Khi đến vị trí khuôn dập, hệ thống sẽ ngắt điện một lần nữa để mở tấm kẹp và thả giấy vào cơ cấu định vị, đảm bảo giấy được đặt đúng vị trí trong khuôn Ưu điểm của hệ thống bao gồm dễ dàng sử dụng và bảo trì, cùng với lực kẹp mạnh và ổn định trong thời gian hoạt động ngắn.

Nhược điểm của nam châm điện là cần cung cấp nguồn điện liên tục để duy trì lực kẹp, dẫn đến tiêu hao năng lượng và tăng chi phí Khi hoạt động lâu dài, nam châm điện có thể phát sinh nhiệt và mất từ tính, gây ra sự hoạt động không ổn định và hiệu suất kém, ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị.

3.4.2 Phương án giai đoạn 2: Định vị giấy

Trong quá trình định vị giấy, yêu cầu đầu vào là độ lệch giữa tâm giấy và tâm khuôn không được vượt quá ±2 mm Để đạt được điều này, cần áp dụng phương pháp định vị giấy bằng khối V hoặc khung tròn C với bề mặt trụ trong có đường kính đáy tương đương với đường kính giấy Khi thả giấy vào cơ cấu định vị, giấy sẽ tự động rơi vào bề mặt côn và ôm sát vào đường kính đáy của khung tròn C Từ hai phương pháp này, chúng ta sẽ lựa chọn phương án tối ưu cho cơ cấu định vị.

- Phương án 1: Sử dụng xilanh kết hợp cơ cấu truyền động

Hình 3.6: Cơ cấu định vị dùng xilanh kết hợp cơ cấu

Nguyên lý hoạt động của hệ thống này bắt đầu bằng việc nhận tín hiệu điều khiển, khiến xilanh đẩy ra và làm thanh truyền động quay, tạo lực đẩy vào thanh kéo để đưa giấy vào lòng khuôn Sau khi cơ cấu kẹp nhả phôi tại khuôn dập, xilanh lùi về nhờ cơ cấu truyền động, kéo theo thanh trượt lùi lại nhờ lực ma sát giữa giấy và thanh kéo, giúp giấy được đặt chính xác vào lòng khuôn Ưu điểm của hệ thống bao gồm độ chính xác cao, tiết kiệm không gian, tăng hành trình kéo thông qua cơ cấu, và giảm rung động của thanh kéo nhờ vào cơ cấu truyền động hiệu quả.

Nhược điểm của cơ cấu truyền động bao gồm khó khăn trong thiết kế, yêu cầu gia công với độ chính xác cao để giảm thiểu rung động của thanh kéo, và chi phí gia công thường khá cao.

- Phương án 2: Sử dụng xilanh

Nguyên lý hoạt động của hệ thống này là sử dụng xilanh đặt vuông góc với khung định vị, khi xilanh đẩy ra, thanh kéo sẽ di chuyển ra phía trước để cơ cấu kẹp nhả phôi Sau đó, xilanh sẽ trở về nhờ vào lực ma sát giữa giấy và thanh kéo, đưa giấy về vị trí khung định vị Hệ thống này có nhiều ưu điểm như thiết kế đơn giản, lắp đặt dễ dàng, chi phí gia công thấp và thời gian thực hiện nhanh chóng do không cần thông qua cơ cấu phức tạp.

Tấm gá đặt có kích thước lớn, chiếm nhiều không gian, dẫn đến việc thanh kéo rung động trong quá trình hoạt động Điều này xảy ra do thiếu cơ cấu giảm rung, làm giảm độ ma sát giữa giấy và thanh kéo.

3.4.3 Phương án giai đoạn 3: Ép sản phẩm

- Phương án 1: Sử dụng xilanh khí nén

Hình 3.7: Cơ cấu ép dùng xilanh khí nén

Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu khi giấy được đặt vào khuôn, tín hiệu từ cảm biến được truyền đến PLC để kích hoạt khí cho xilanh, tạo lực ép khuôn dương vào khuôn âm, định hình sản phẩm Bộ gia nhiệt và lò xo hỗ trợ gia tăng lực ép, giúp làm rõ nếp gấp Hệ thống có cấu trúc đơn giản, dễ lắp đặt và tiết kiệm không gian, với khả năng điều khiển xilanh ở ba vị trí thông qua van 5/3 và cảm biến vị trí, đồng thời chi phí lắp đặt cũng rất thấp.

Nhược điểm của quá trình ép giấy bao gồm việc ép không đồng đều trên bề mặt do phụ thuộc vào nguồn khí nén, hạn chế về độ dày của giấy khi ép, và gây ra tiếng ồn cùng rung động lớn, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường làm việc.

- Phương án 2: Sử dụng động cơ bước và bánh cam lệch tâm

Nguyên lý hoạt động của hệ thống là khi động cơ quay nửa vòng đầu kết hợp với thanh truyền, chuyển động này được chuyển đổi thành chuyển động tịnh tiến, tạo ra lực ép từ khuôn dương xuống khuôn âm Trong nửa vòng quay sau, động cơ kết hợp với thanh truyền tạo ra lực nâng giúp khuôn dương nhấc lên Tốc độ ép có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ quay của động cơ bước, cho phép ép nhiều giấy hơn nhờ vào lực ép lớn và đồng thời giảm tiếng ồn trong quá trình hoạt động.

Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều năng lượng Cơ cấu phức tạp, khó khăn trong việc lắp đặt và bảo trì, chiếm không gian gây mất thẩm mĩ của máy

3.4.4 Phương án giai đoạn 4: Đẩy sản phẩm

- Phương án 1: Sử dụng xilanh khí nén đẩy từ trên xuống dưới

Hình 3.8: Cơ cấu đẩy sản phẩm dùng xilanh đẩy từ trên xuống dưới

Chọn phương án tối ưu để thiết kế máy

Phân tích ưu và nhược điểm của các phương án cho từng giai đoạn, kết hợp với điều kiện thực tế và yêu cầu kỹ thuật, là cần thiết để tối ưu hóa diện tích trong nhà máy Việc lựa chọn các phương án tiết kiệm diện tích, dựa trên những ưu điểm nổi bật, sẽ giúp đáp ứng yêu cầu đầu tư và không gian bố trí máy một cách hiệu quả cho các giai đoạn tiếp theo.

Giai đoạn 1: Cơ cấu cấp phôi

- Chọn phương án cho cơ cấu kéo: Dùng động cơ bước kết hợp với bộ truyền động vít me đai ốc để kéo bộ cấp phôi

Chọn phương án kẹp hiệu quả bằng cách sử dụng xy lanh khí nén một tác động để kẹp giấy nến Giai đoạn tiếp theo là cơ cấu định vị phôi, trong đó sử dụng xilanh kết hợp với cơ cấu cam để đảm bảo chính xác và ổn định trong quá trình gia công.

Giai đoạn 3: Cơ cấu ép: Dùng xilanh khí nén

Giai đoạn 4: Cơ cấu đẩy: Dùng xilanh khí nén đẩy từ trên xuống dưới

* Nguyên lý hoạt động sau khi chọn phương án

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy

Cơ cấu kẹp (21) bắt đầu ở vị trí cảm biến 2 Khi động cơ bước (10) hoạt động, moment được truyền qua khớp nối đến trục vít me (9) và tay cam (7), đưa cơ cấu kẹp (21) đến bộ phận chứa giấy (6) để chạm cảm biến 3, kích hoạt xilanh (8) kẹp giấy Sau đó, động cơ bước (10) truyền moment ngược lại, đưa cơ cấu kẹp (21) về vị trí cảm biến 1 Khi đi qua cảm biến 2, xilanh kéo giấy (1) được kích hoạt, đẩy thanh kéo giấy (3) vào lòng khuôn Khi cơ cấu kẹp đến vị trí cảm biến 1, xilanh (8) nhận tín hiệu nhả giấy Cuối cùng, xilanh kéo giấy (1) được kích hoạt để lùi và kéo thanh kéo giấy (3) ra, giúp giấy định vị đúng lòng khuôn trước khi xilanh (11) đẩy khuôn dương (17) ép giấy.

Sau khi đưa sản phẩm vào lòng khuôn âm, sau khoảng 12 giây, khuôn dương nhấc lên 2mm, kích hoạt xilanh (19) để đẩy ty (18) ra ngoài, đưa sản phẩm ra khỏi lòng khuôn Sau đó, cả hai xilanh (11 và 19) trở về vị trí ban đầu Trong quá trình ép, động cơ bước truyền moment đến trục vít me, điều khiển cơ cấu kéo đến bộ phận chứa giấy (6) để tiếp tục lấy giấy Chu trình này lặp lại liên tục.

Hình 3.10: Mô hình 3D của máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake

THIẾT KẾ SẢN PHẨM, KHUÔN ÉP VÀ HỆ THỐNG GIA NHIỆT

Thiết kế sản phẩm

Hình 4.1: Sản phẩm khuôn bánh Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của khuôn làm bánh cupcake

Vật liệu Giấy nến Đường kính miệng của sản phẩm 80 mm Đường kính đáy của sản phẩm 50 mm

Chiều cao của sản phẩm 40 mm

Sản phẩm khuôn bánh cupcake được thiết kế để tạo ra những chiếc bánh có hình dạng đẹp và kích thước phù hợp với khẩu phần ăn của một người Để đạt được điều này, quá trình thiết kế khuôn cần phải tuân thủ các tiêu chí nhất định Trong quá trình thiết kế, chúng tôi sử dụng một số lệnh trong phần mềm Inventor như Loft, Shell và Fillet để đảm bảo chất lượng và thẩm mỹ cho sản phẩm.

Hình 4.2: Quy trình thiết kế sản phẩm trên phần mềm Inventor

Thiết kế và chế tạo khuôn âm và khuôn dương

Sau khi hoàn thiện thiết kế sản phẩm khuôn bánh cupcake, bước tiếp theo là thiết kế khuôn âm và khuôn dương Để ép nhiều tờ giấy cùng lúc mà không bị rách và dễ dàng lấy sản phẩm ra, cần điều chỉnh mẫu thiết kế với độ dày và độ nghiêng phù hợp, giúp việc tách khuôn trở nên thuận tiện hơn.

Hình 4.3: Thiết kế lại sản phẩm trước khi tách khuôn

Sử dụng phần mềm Solidworks để thực hiện tách khuôn âm và khuôn dương Bao gồm các quá trình như sau:

- Tạo đường phân khuôn bằng lệnh Parting Line

- Tạo mặt phân khuôn bằng lệnh Shut-Off Surface và Parting Surface

- Tách khuôn âm và khuôn dương bằng lệnh Tooling Split

Hình 4.4: Tách khuôn âm và khuôn dương từ sản phẩm trên phần mềm Solidworks

4.2.2 Thiết kế và chế tạo khuôn

Hình 4.5: Khuôn âm sau khi tách

Sau đó, khuôn âm được thiết kế thêm rãnh thoát để đẩy sản phẩm ra dễ dàng và thiết kế các vị trí để định vị khuôn âm

Hình 4.6: Mô hình 3D khuôn âm

Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật của khuôn âm

Kích thước (đường kính miệng, đường kính đáy, chiều cao) 200 × 120 × 48 mm

Hình 4.7: Khuôn dương sau khi tách

Khuôn dương được cải tiến với lỗ ở giữa nhằm lắp ty đẩy sản phẩm từ trên xuống dưới, đồng thời có vị trí bắt ốc vít để kết nối khuôn dương với cơ cấu ép.

Hình 4.8: Mô hình 3D khuôn dương

Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật của khuôn dương

Kích thước (đường kính miệng, đường kính đáy, chiều cao)

Khuôn âm và khuôn dương đã được gia công theo đúng với bản vẽ được thiết kế như sau:

Hình 4.9: Sản phẩm khuôn sau khi gia công

Thiết kế hệ thống gia nhiệt

Khi nhiệt độ tăng, các phân tử trong giấy chuyển động nhanh hơn, làm cho giấy dễ biến dạng Giấy được hình thành từ mạng lưới liên kết hydro mà không có chất kết dính, vì vậy ở nhiệt độ cao, giấy trở nên mềm dẻo và khả năng biến dạng gia tăng.

4.3.1 Thực nghiệm ép giấy ở nhiệt độ thường và khi ở nhiệt độ cao

Bảng 4.4: Kết quả thực nghiệm ép giấy ở nhiệt độ khác nhau

Trường hợp Quá trình thực hiện Kết quả Ép giấy ở nhiệt độ phòng khoảng

- Để 10 tờ giấy vào giữa khuôn âm và khuôn dương

- Ép khuôn dương với lực khoảng 250 𝑁 và giữ trong vòng

1 phút Ép giấy ở nhiệt độ khoảng 𝟗𝟎 −

- Gia nhiệt cho khuôn bằng cách đun sôi nước, khuôn âm và khuôn dương

- Để 10 tờ giấy vào giữa khuôn âm và khuôn dương

- Ép khuôn dương với lực khoảng 250 N và giữ trong vòng

Kết luận: Từ thực nghiệm ta thấy nét nếp gấp rõ nét nhất khi thực hiện ép ở nhiệt độ cao so với nhiệt độ phòng

Khi nhiệt độ tăng cao, quá trình ép giấy tạo ra nếp gấp sắc nét hơn, do đó cần thiết kế hệ thống gia nhiệt để rút ngắn thời gian ép và nâng cao tính thẩm mỹ cho sản phẩm.

Hình 4.10: Thiết kế hệ thống gia nhiệt trên khuôn âm

4.3.2 Các thiết bị gia nhiệt

* Thanh gia nhiệt (que điện trở nhiệt)

Thanh gia nhiệt, hay còn gọi là điện trở một đầu, là thiết bị sử dụng nguyên lý định luật Joule-Lenz để tạo ra nhiệt Khi dòng điện đi qua dây dẫn, thiết bị này chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng, phục vụ cho các nhu cầu đốt nóng và gia nhiệt.

Hình 4.11: Thanh gia nhiệt, que điện trở nhiệt

Thanh gia nhiệt nổi bật với khả năng chống ăn mòn và chống oxy hóa hiệu quả Sản phẩm này có thời gian gia nhiệt nhanh chóng và ổn định trong thời gian dài Đặc biệt, thanh gia nhiệt này sinh nhiệt cao và có thể chịu nhiệt độ lên đến 1000 °C.

Thanh gia nhiệt được cấu tạo từ ba lớp: lớp ngoài bằng kim loại, lớp giữa là vật liệu cách điện và dẫn nhiệt, và lớp cuối cùng chứa các sợi điện trở có khả năng sinh nhiệt.

Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật về thanh gia nhiệt Đường kính 𝟏𝟐 𝒎𝒎

* Bộ điều khiển nhiệt độ

Hình 4.12: Điều khiển nhiệt độ Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật về bộ điều khiển nhiệt độ

Chiều dài que đầu dò 𝟏𝟒𝟎 𝒎𝒎 Điện áp 𝐴𝐶 220 𝑉

Kiểm tra phân bố nhiệt độ của khuôn

4.4.1 Nhiệt độ của khuôn âm khi chưa ép

Nhiệt độ bắt đầu khiến giấy nến biến dạng và mềm là khoảng 60 – 70 °C, điều này cho phép giấy nến dễ dàng tạo ra nhiều hình dạng và kiểu dáng khác nhau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Bảng 4.7: Thông số đầu vào khi mô phỏng nhiệt độ phân bố trong khuôn

Nhiệt độ cung cấp cho khuôn 𝒕 = 𝟏𝟎𝟎 °𝐂

Kích thước của khuôn (đường kính miệng, đường kính đáy, chiều cao) 𝑑 1 = 200 𝑚𝑚, 𝑑 2 = 120 𝑚𝑚, 𝑐 = 48 𝑚𝑚

Tiến hành mô phỏng nhiệt độ trên phần mềm Solidworks ta được kết quả như hình sau:

Hình 4.13: Mô phỏng phân bố nhiệt độ trong khuôn âm khi chưa ép

Ta thấy khi mô phỏng nhiệt độ phân bố trong khuôn âm ở vị trí ép giấy nến khoảng 90 −

Nhiệt độ 100 °C là mức lý tưởng để tạo hình khuôn từ giấy nến, giúp nếp gấp rõ nét mà không làm biến dạng sản phẩm Giấy nến có khả năng chịu nhiệt tối đa lên đến 250 °C, đảm bảo không bị cháy trong quá trình sử dụng Bên cạnh đó, lớp silicon chống dính trên giấy nến có nhiệt độ nóng chảy 1414 °C, giúp duy trì tính chất của giấy trong mọi điều kiện nấu nướng.

Kết quả mô phỏng nhiệt độ cho thấy rằng việc cung cấp nhiệt độ phù hợp cho khuôn trong quá trình ép không chỉ giúp tạo ra khuôn rõ nét mà còn tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

4.4.2 Nhiệt độ của khuôn âm và khuôn dương khi ép

Trong quá trình ép kéo dài 12 giây, sẽ xảy ra sự trao đổi nhiệt giữa khuôn âm và khuôn dương, được mô phỏng theo các thông số đã nêu.

Hình 4.14: Mô phỏng phân bố nhiệt độ trong khuôn âm và khuôn dương khi ép

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng khi nhiệt độ khuôn âm được duy trì ở 100 °C, nhiệt độ phân bố trên cả khuôn âm và khuôn dương luôn vượt quá 70 °C Điều này không chỉ giúp quá trình ép sản phẩm trở nên dễ dàng hơn mà còn làm tăng độ rõ nét của các nếp gấp.

Kiểm nghiệm độ bền của khuôn

4.5.1 Kiểm nghiệm độ bền của khuôn âm

Khi ép, lực ép từ xilanh tác động lên khuôn âm với giá trị 𝐹 = 4712 𝑁 Nhiệt độ cung cấp cho khuôn âm là 100 °C, trong khi nhiệt độ phòng khi ép là 25 °C Kết quả mô phỏng trên phần mềm cho thấy những thông số quan trọng này.

Hình 4.15: Ứng suất của khuôn âm khi hoạt động

Hình 4.16: Chuyển vị của khuôn âm khi hoạt động

34 Ứng suất lớn nhất tác dụng lên khung 𝜎 𝑚𝑎𝑥 = 174,698 𝑀𝑃𝑎 < [𝜎] = 260 𝑀𝑃𝑎 [3] vì vậy khuôn âm trong trường hợp này đảm bảo đủ bền

Trong trường hợp này, chuyển vị lớn nhất đạt 0,04 mm, cho thấy khoảng chuyển vị này là nhỏ và không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình ép sản phẩm.

4.5.2 Kiểm nghiệm độ bền của khuôn dương

Khi ép, lực ép do xilanh tạo ra tác dụng lên khuôn âm và tác dụng ngược lại khuôn dương là

𝐹 = 4712 𝑁 Nhiệt độ cung cấp cho khuôn dương là 85 °𝐶 và nhiệt độ phòng khi ép ở 25 °𝐶 Thực hiện mô phỏng trên phần mềm ta được kết quả sau:

Hình 4.17: Ứng suất của khuôn dương khi hoạt động

Hình 4.18: Chuyển vị của khuôn dương khi hoạt động Ứng suất lớn nhất tác dụng lên khung 𝜎 𝑚𝑎𝑥 = 97,346 𝑀𝑃𝑎 < [𝜎] = 260 𝑀𝑃𝑎 [3] vì vậy khuôn dương trong trường hợp này đảm bảo đủ bền

Trong trường hợp này, chuyển vị lớn nhất là 0,016 mm, cho thấy rằng khoảng chuyển vị này là nhỏ và không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình ép sản phẩm.

Kết luận: Qua mô phỏng trên phần mềm, có thể thấy khuôn âm và khuôn dương được thiết kế đủ bền để máy hoạt động ổn định

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

Tính toán chọn động cơ cho cơ cấu cấp phôi

- Năng suất làm việc: 𝑍 = 3600 sản phẩm/giờ, tương đương 60 sản phẩm/phút

- Một chu trình tạo ra 15 sản phẩm nên cần hoàn thành 4 chu trình/phút => 1 chu trình/15 s

- Chọn sơ bộ trục vít me có đường kính ngoài 𝑑 = 16 𝑚𝑚 và bước ren 𝑝 = 4 𝑚𝑚 5.1.2 Lý thuyết tính toán chọn động cơ

- Khi chọn động cơ, chúng ta cần cân nhắc 3 yếu tố: Momen xoắn, momen quán tính và tốc độ của động cơ

- Quán tính (Inertia) được định nghĩa là sự cản trở của bất kỳ đối tượng vật lý nào khi thay đổi vận tốc của nó

Moment quán tính là khái niệm mô tả sự cản trở mà một vật thể gặp phải khi thay đổi vận tốc xoay quanh trục của nó.

Hệ số quán tính (Inertia ratio) là một chỉ số quan trọng trong động cơ bước, được tính bằng cách chia tổng momen quán tính cho quán tính của rotor Khi giá trị này vượt quá giới hạn cho phép, động cơ có thể gặp hiện tượng mất bước và hoạt động không chính xác Đặc biệt, động cơ được điều khiển bằng phương pháp vòng kín thường có hệ số quán tính lớn hơn so với động cơ sử dụng phương pháp vòng hở.

- Dưới đây là bảng thể hiện quan hệ giữa hệ số quán tính và kích thước của động cơ bước:

Hình 5.1: Mối quan hệ giữa hệ số quán tính và kích thước của động cơ bước

- Sau đây là 6 bước để tính toán và chọn động cơ: [4]

Bước 1: Xác định các thông số đầu vào và đưa ra sơ đồ của hệ thống để thiết lập các vị trí tương đối của các lực tác động

Bước 2: Xác định mô hình chuyển động của tải và tính toán thời gian tăng tốc, giảm tốc

+ Nếu mô hình chuyển động theo dạng hình tam giác thì: 𝑉 = 2𝑋

+ Nếu mô hình chuyển động theo hình thang thì: 𝑡 𝑎 = 𝑡 𝑚 − 𝑋

Bước 3: Tính toán momen quán tính của trục vít me và các tải khác

Bước 4: Xác định momen cực đại: 𝑇 𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝑇 𝑎 + 𝑇 𝑓 + 𝑇 𝑔 + 𝑇 𝑘

Bước 5: Chọn động cơ thích hợp với thông số đã tính toán

Bước 6: Tối ưu động cơ bằng cách kiểm tra hệ số moment và so sánh với mức cho phép Nếu hệ số moment vượt quá giới hạn cho phép, đây có thể là dấu hiệu của hư hỏng tiềm ẩn, dẫn đến sự không ổn định của hệ thống.

5.1.3 Tính toán để chọn động cơ

Yêu cầu đầu vào cho dây chuyền sản xuất là 3600 sản phẩm mỗi giờ, tương đương 60 sản phẩm mỗi phút Mỗi lần ép tạo ra 15 sản phẩm, với 4 lần ép trong một phút, thời gian cho mỗi chu kỳ là 15 giây Trong mỗi chu trình, xilanh kẹp giấy cần 1 giây để nhả giấy và định vị vào khuôn âm Thời gian di chuyển của động cơ cho cả hành trình là 12 giây, do đó thời gian di chuyển cho nửa hành trình là 6 giây.

Số vòng quay tối đa của động cơ bước:

- Bước 1: Các thông số đầu vào như sau:

+ Chiều dài của đoạn vít me: 𝐿 = 410 𝑚𝑚

+ Hiệu suất truyền động của vít me: 𝑒 = 0,8

+ Bán kính trục của vít me: 𝑅 = 8 𝑚𝑚

Khoảng cách di chuyển của cơ cấu cấp phôi là 200 mm, được xác định sau khi nhóm thiết kế mô phỏng chuyển động từ vị trí chứa phôi đến vị trí lòng khuôn Cơ cấu này cần di chuyển một khoảng 200 mm trong một nửa chu kỳ ép giấy để tạo ra sản phẩm Thời gian di chuyển ước tính là 6 giây.

+ Số vòng quay tối đa của các động cơ bước: 𝑛 𝑚𝑎𝑥 = 2500 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡

+ Vận tốc tối đa cho phép: 𝑣 𝑚𝑎𝑥 = 𝑛 𝑚𝑎𝑥 1

+ Số vòng quay thực tế: 𝑛 = 𝑣 𝑝 = 25

3 𝑣ò𝑛𝑔/𝑠 = 500 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 + Khối lượng tổng của tải: 𝑚 = 2,2 𝑘𝑔

+ Hệ số ma sát của Inox: 𝑢 𝑑 = 0,58

+ Khối lượng riêng của Inox: 𝑝 = 7,8 𝑔/𝑐𝑚 3

+ Lò xo mã C-VUM với 𝑘 = 2,94 𝑁/𝑚𝑚 và ∆𝑥 = 20 𝑚𝑚 −> 𝐹 𝑙𝑥 = 𝑘 ∆𝑥 = 58,8 𝑁

Hình 5.2: Cơ cấp cấp phôi

+ Giả sử, biên dạng chuyển động của động cơ theo hình tam giác nên:

Theo lý thuyết, vận tốc 3 mm/s tương đương với 2000 mm/phút, cho thấy rằng không cần thiết phải tăng và giảm tốc độ cho động cơ Tuy nhiên, để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và tránh hư hỏng, chúng ta nên chọn thời gian gia tốc t_a là 0,1 giây.

+ Moment quán tính của tải là:

(2𝜋.𝑝) 2 = 0,89 𝑘𝑔 𝑚𝑚 2 = 0,0089 𝑘𝑔 𝑐𝑚 2 (5.2) + Moment quán tính của trục vít me là:

2 = 205,76 𝑔 𝑐𝑚 2 = 0,21 𝑘𝑔 𝑐𝑚 2 (5.3) + Moment quán tính của khớp nối bỏ qua: 𝐽 𝑐𝑝 = 0

+ Moment cần thiết để gia tốc cho tải được tính toán như sau:

𝑠 2 ) 𝑐𝑚 = 0,01158 𝑁 𝑚 + Moment cần thiết để thắng lực ma sát:

+ Moment cần thiết để thắng trọng lực: 𝑇 𝑔 = 𝑃

2𝜋.𝑝.𝑒 = 17,51 𝑁 𝑚𝑚 = 0,017 𝑁 𝑚 (5.6) + Moment cần thiết để thắng lực nén của lò xo:

- Bước 5: Chọn động cơ bước 57CM26 với 𝐽 𝑚 = 0,52 𝑘𝑔 𝑐𝑚 2 , 𝑇 𝑚𝑎𝑥 = 2,6 𝑁 𝑚

+ Tính toán lại momen cần thiết để gia tốc cho động cơ:

=> Vậy chọn động cơ 57CM26 [11]

Sau khi chọn động cơ và kiểm tra đạt yêu cầu về mô men và vận tốc, việc điều khiển động cơ bước quay đúng số vòng trong 15 giây cho một chu trình có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh tần số xung từ PLC xuống driver Điều này giúp đảm bảo động cơ hoạt động trong ngưỡng cho phép và đáp ứng yêu cầu cấp phôi.

Hình 5.3: Bảng tra thông số của động cơ

Tính toán chọn trục vít me và kiểm tra độ bền

5.2.1 Giới thiệu về cơ cấu trục vít me

Trục vít me, hay còn gọi là trục vít me bi, bao gồm trục vít và đai ốc kết hợp với ổ bi, thường được ứng dụng trong máy công nghiệp và thiết bị chính xác Chức năng chính của trục vít me là chuyển đổi chuyển động xoay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại.

5.2.2 Các thông số cần lưu ý khi chọn trục vít me

- Hiệu suất truyền động: Trục vít me có thể đạt được hiệu suất tới 90% bởi vì có liên kết lăn giữa trục vít và đai ốc

- Khe hở và độ cứng: Máy và hệ thống điều khiển số yêu cầu trục vít me với khe hở dọc trục bằng 0 và tối thiểu sự chuyển vị

Đối với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, các nhà máy sản xuất hiện đại cần cam kết tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như ISO, JIS hoặc DIN để đảm bảo chất lượng và độ chính xác của bước ren.

Tuổi thọ và độ bền của trục vít me phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng như thiết kế, vật liệu, khả năng truyền nhiệt và nhà sản xuất Để đảm bảo tuổi thọ cao, cần chú ý đến việc bảo trì định kỳ và tải trọng động dọc trục (C) trong quá trình sử dụng.

5.2.3 Tính toán thiết kế và lựa chọn

Bảng 5.1: Thông số đầu vào thiết kế trục vít me Đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Hành trình chuyển động của trục vít me 𝐿 𝑠 200 mm

Số vòng quay của động cơ bước n 375 vòng/phút

Vận tốc tối đa 𝑉 𝑚𝑎𝑥 8000 mm/phút

Số lần chuyển động qua lại 4 lần/phút

Khe hở 0,1 mm Động cơ Động cơ bước

Moment quán tính 𝐽 𝑚 0,52 kg.cm 2

Bước 1: Lựa chọn đường kính và bước ren

Dựa trên lựa chọn sơ bộ, chúng tôi đã quyết định sử dụng trục vít me với đường kính ngoài 16 mm, đường kính trong 12 mm và bước ren 4 mm để tiến hành tính toán và lựa chọn động cơ bước.

Chúng tôi sẽ lựa chọn trục vít me bi MiSUMi với các thông số kỹ thuật như sau: đường kính ngoài 16 mm, đường kính trong 12 mm, bước ren 4 mm và độ chính xác C7, mã sản phẩm là C-TBSE1505.

Bước 2: Lựa chọn phương pháp cố định

Trục vít me có hành trình hoạt động lớn và vận tốc cao, do đó, cần lựa chọn phương pháp cố định phù hợp, như ổ đỡ hoặc cố định - cố định, để đảm bảo hiệu suất và độ bền trong quá trình sử dụng.

Hai phương pháp trước đó đòi hỏi cấu trúc phức tạp, chi phí cao và yêu cầu độ chính xác cao trong lắp ráp Do đó, phương pháp cố định trục vít me dạng ổ đỡ - ổ đỡ là lựa chọn hợp lý hơn.

Hình 5.4: Các phương pháp cố định trục vít me

Bước 3: Kiểm nghiệm lại tải trọng hướng trục và tốc độ quay cho phép:

Theo biểu đồ quan hệ giữa tải trọng hướng trục cho phép và khoảng cách hai gối đỡ trong Catalog của hãng MiSUMi, với khoảng cách 410 mm và đường kính thực tế 16 mm, tải trọng cho phép đạt 8000 N, vượt quá trọng lực 21,58 N.

Theo biểu đồ trong Catalog của hãng MiSUMi, với khoảng cách giữa hai gối đỡ là 410 mm và đường kính thực tế 16 mm, số vòng quay cho phép đạt 5000 vòng/phút, vượt xa mức tối thiểu 375 vòng/phút.

=> Vậy trục vít me mã C-TBSE1505 thỏa mãn yêu cầu về tải trọng hướng trục và số vòng quay cho phép

Bước 4: Tính toán tải trọng hướng trục cho phép

Hình 5.5: Phân tích lực lên trục vít me

Trọng lượng của bộ gắp phôi: 𝐹 𝑔 = 𝑚 𝑔 = 2,2.9,81 = 21,58 𝑁 (5.10) Lực trên khớp nối

Chiếu lên trục z ta được: 𝐹 𝑎 − 𝐹 𝑙𝑥 = 𝑚 𝑎

Xét tại A, chiếu lên trục x: { 𝐹 1𝑥 − 𝐹 2𝑥 + 𝐹 𝑛𝑡 = 0

−𝐹 2𝑥 𝐿 + 𝐹 𝑛𝑡 (𝐿 + 𝑏) = 0, với khoảng cách từ khớp nối đến trục vít me: b = 80 mm

Xét tại A, chiếu lên trục y: {

, với chiều cao từ lò xo đến trục vít me: c = 40 mm

Hình 5.6: Biểu đồ nội lực trục vít me

5.2.4 Tính kiểm nghiệm về độ bền

Kiểm tra độ bền theo ứng suất tương đương, tính theo công thức 8.7 [1] trang 164

𝐹 𝑎 – tương ứng là lực dọc trục, N

𝑇 - momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít;

𝑑 1 – là đường kính trong của trục vít

[𝜎]- ứng suất cho phép (kéo hoặc nén), MPa; với 𝜎 𝑐ℎ - giới hạn chảy của vật liệu vít Đối với trục vít bằng loại thép Inox 304, TCVN là: 𝜎 𝑐ℎ = 201 𝑀𝑃𝑎 (bảng P1, Phụ lục)

Kết luận: Trục vít đủ bền

5.2.5 Tính kiểm nghiệm về độ ổn định

Với các vít tương đối dài và chịu nén cần tiến hành kiểm nghiệm về uốn dọc đảm bảo điều kiện ổn định Ơ-le

Công thức 8.15 [1] trang 166 kiểm nghiệm có dạng: 𝑆 0 = 𝐹 𝑡ℎ

𝐹 𝑎 ≥ [𝑆 0 ] (5.17) Trong đó: 𝑆 0 – hệ số an toàn về ổn định

𝐹 𝑎 – tải trọng dọc trục (lực nén), N

[𝑆 0 ] = 2,5…4 – hệ số an toàn cho phép Để xác định tải trọng tới hạn cần dựa vào độ bền của vít:

Hệ số chiều dài tương đương (𝜇) được xác định bằng 1 khi hai đầu trục vít được cố định bằng ổ lăn Chiều dài tính toán của vít (l) là 410 mm Bán kính quán tính của tiết diện trục vít (i) được tính bằng công thức 𝑖 = √(4.𝐽).

𝜋.𝑑 1 2 (công thức [1] trang 166) (5.19) Trong đó: Momen quán tính của tiết diện vít là:

0,27 = 15,185 ≤ 60 Kết luận: Trục vít đủ ổn định

Tính và kiểm nghiệm nối trục động cơ bước và trục vít me

Chọn khớp nối đàn hồi với đĩa hình sao theo 𝑇 𝑡 ≤ 𝑇 𝑘𝑛 𝑐𝑝 , 𝑑 𝑡 ≤ 𝑑 𝑘𝑛 𝑐𝑝 , trong đó:

𝑑 𝑡 = 12 𝑚𝑚 là đường kính cần nối, 𝑇 = 2600 N.mm là momen xoắn

𝑇 𝑡 = 𝑘 𝑇 là momem xoắn tính toán, 𝑘 = 1,5 … 2 chọn 𝑘 = 2

Chọn khớp nối đàn hồi đĩa hình sao loại (I) có: 𝑑 = 12 𝑚𝑚; 𝑑 2 = 26 𝑚𝑚; 𝐷 = 45 𝑚𝑚; 𝐿 59,5 𝑚𝑚; 𝐻 = 18 𝑚𝑚

Kiểm tra ứng suất dập sinh ra trên đĩa sao:

[𝜎 𝑑 ] = 7 𝑀𝑃𝑎 ứng suất dập cho phép khi 𝑛 ≤ 100 vòng/phút

Tính toán và chọn ổ lăn

- Phản lực tại các gối đỡ A và C:

Chọn kiểm nghiệm với ổ chịu tải lớn hơn, lực hướng tâm: 𝐹 𝑟 = 𝐹 𝐶 = 205,62 N

Lực dọc trục: 𝐹 𝑎 = 59,35 N Đường kính trục tại các gối đỡ A, C: 𝑑 𝐴 = 𝑑 𝐶 = 𝑑 1 = 12 mm

Tốc độ quay của trục: 𝑛 1 = 375 vòng/phút

Thời gian làm việc: 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca)

205,62 = 0,28 ≤ 0,3 nên dùng ổ bi đỡ một dãy (5.22) Trong đó : Fa (N): lực dọc trục, Fa = 59,35 N

Fr (N): lực hướng tâm tác dụng lên trục , Fr = 205,62 N Chọn sơ bộ ổ bi: chọn theo đường kính lắp lắp ổ lăn của trục (d = 12 mm) theo phụ lục bảng P2.7

[1] trang 254 ta chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ siêu nhẹ, vừa:

Bảng 5.2: Thông số kỹ thuật của ổ lăn

Kí hiệu ổ d, mm D, mm B, mm Tải tĩnh C o

Thời gian làm việc: 5 năm (300 ngày/năm, 2 ca/ngày, 6 giờ/ca)

- Thời gian làm việc của ổ (tính bằng triệu vòng quay), tính theo công thức 11.2 [1] trang 213

Tốc độ quay của trục: 𝑛 1 = 375 vòng/phút

- Tải trọng quy ước được xác định theo công thức (11.3) [1] trang 214

+ Tải trọng dọc trục: 𝐹 𝑎 = 59,35 𝑁 = 0,05935 kN

+ Tải trọng hướng tâm: Fr = 205,62 N = 0,20562 kN

+ V- hệ số ảnh hưởng đến vòng quay, vòng trong quay nên V = 1

+ Kt: hệ số ảnh hưởng đến nhiệt độ 𝑘 𝑡 = 1 (𝑡 ≤ 100 °𝐶)

+ Kđ: hệ số kể đến đặc tính tải trọng, 𝑘 đ = 1 đối với tải trọng tĩnh tra bảng 11.3 [1] trang 215 + X – hệ số tải trọng hướng tâm

+ Y- hệ số tải trọng dọc trục

0,5 = 0,1187 theo bảng 11.4 [1] trang 215 ta chọn 𝑒 = 0,3

- Khả năng tải trọng động của ổ được tính theo công thức 11.1 [1] trang 213:

+ Q = 0,20562 kN tải trọng quy ước

+ L = 405 (triệu vòng) thời gian làm việc

Vì C 𝑑 = 1,52 ≤ [C] = 2,66 kN thỏa mãn yêu cầu về độ bền của tải trọng động

Tuổi thọ của ổ được tính loại theo công thức 11.1 và 11.2 [1] trang 213:

Tính toán xilanh kẹp phôi

Hình 5.7: Cơ cấu kẹp phôi

Xilanh này có chức năng kẹp và lấy giấy từ bộ phận cấp giấy để chuyển đến vị trí ép, với khoảng cách 200 mm Do giấy có tính chất thấm dầu một mặt, khả năng trơn trượt cao, mỗi lần lấy giấy có thể giao động từ 11 đến 19 tờ Đây là loại xilanh một tác động với lò xo hồi về, lực kẹp giấy phụ thuộc vào lực hồi của lò xo Để đảm bảo giấy không bị rơi, cần chọn xilanh lớn hơn một bậc so với tính toán.

- Khối lượng của tấm kẹp dưới: 𝑚 = 0,141 𝑘𝑔 → 𝑃 = 𝑚𝑔 = 0,141.9,81 = 1,3818 𝑁

- Tải trọng xilanh cần đáp ứng 𝐹 = 𝑃 𝑘 trong đó k là hệ số an toàn

Hình 5.8: Khối lượng tấm kẹp dưới

Ta chọn xilanh khí nén một tác động SMC CJPB6-10 [12] có:

Hình 5.9: Thông số kỹ thuật của xilanh kẹp phôi

Ta thấy 𝑝 = 0,244 ∈ [0,2; 0,7] => Xilanh đã chọn thoả mãn điều kiện bền

Tính toán xilanh ép

Hình 5.10: Vị trí đặt xilanh của cơ cấu ép

Xilanh đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra lực ép để định hình vỏ bánh, đồng thời cần đảm bảo lực kéo ngược để vượt qua trọng lực của toàn bộ bộ ép.

Để đảm bảo nhiệm vụ, cần chọn hệ số an toàn cao Qua nhiều lần thử nghiệm ép, nhận thấy rằng để tạo hình sản phẩm, cần một lực lớn và tốc độ ép nhanh, do đó, lựa chọn xilanh cao hơn tính toán là cần thiết để đảm bảo lực ép Để tính toán xilanh ép này, có hai phương án để thực hiện.

Để xác định đường kính của xilanh khi đẩy ra, chúng ta cần dựa vào số liệu thống kê về lực ép thử qua nhiều trường hợp khác nhau Việc tính toán này sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo tính chính xác trong quá trình thiết kế.

Để xác định đường kính của xilanh khi kéo về, chúng ta có thể tính toán dựa vào trọng lượng của bộ ép Từ khối lượng của bộ ép, ta có thể tính được lực kéo về của xilanh.

Bộ ép có khối lượng lớn giúp tạo ra lực ép hiệu quả nhờ trọng lực, cho phép phương án 1 chỉ cần một lực đẩy nhỏ Tuy nhiên, trong phương án 2, cần một lực kéo lớn để giữ bộ ép ở vị trí ban đầu Do đó, lực tính cho xilanh trong phương án 2 lớn hơn nhiều so với phương án 1, nên chúng ta chọn phương án 2 để tính toán và lựa chọn xilanh ép.

Khối lượng của cụm ép: 𝑚 = 14,199 𝑘𝑔 => 𝑃 = 𝑚𝑔 = 14,199.9,81 = 139,2921 𝑁

Hình 5.11: Khối lượng của từng chi tiết của cụm ép đo trên Inventor

Tải trọng xilanh cần đáp ứng 𝐹 = 𝑃 𝑘 trong đó k là hệ số an toàn

Ta cần chọn tối thiếu 𝐷 > 38,44 𝑚𝑚

Ta chọn sơ bộ xilanh khí nén SMC MBB theo catalog của SMC về dòng MBB, ta thấy có

2 lựa chọn phù hợp cho điều kiện tính toán là: MBB 80 và MBB 100:

Bộ kẹp cấp phôi có khả năng cấp từ 11 đến 19 tờ mỗi lần, dẫn đến độ dày sản phẩm khi ép sẽ khác nhau Để đảm bảo nếp sản phẩm rõ ràng, chúng ta lựa chọn loại MBB 100 với hành trình ép là 100 mm.

Ta chọn sơ bộ xilanh khí nén SMC MBB100-100 [13] có:

Hình 5.12: Bảng tra thông số kỹ thuật của xilanh ép

𝐹 𝑣ề = 4288 > 𝑃 = 139,29 𝑁 => Đủ lực để giữ được bộ ép ở vị trí ban đầu khi chưa ép

=> Thỏa mãn điều kiện khi chọn xilanh

Tính toán xilanh đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

Hình 5.13: Vị trí đặt xilanh của cơ cấu đẩy

Xilanh này giữ vai trò quan trọng như các ty đẩy trong khuôn ép nhựa, với nhiệm vụ chính là đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn trong quá trình ép Để tính toán xilanh ép này, có hai phương án để thực hiện.

Phương án 1: Chúng ta tiến hành tính toán dựa trên số liệu thống kê về lực đẩy thử nghiệm trong nhiều trường hợp khác nhau, từ đó xác định được đường kính của xilanh khi thực hiện quá trình đẩy ra.

Để xác định đường kính của xilanh khi kéo về, chúng ta có thể tính toán dựa vào trọng lượng của ty đẩy Từ khối lượng này, có thể tính toán lực kéo về của xilanh.

Qua nhiều lần thử nghiệm, chúng tôi nhận thấy rằng với phương án 1, lực đẩy sản phẩm chỉ cần nhỏ để tách ra khỏi khuôn, trong khi phương án 2 yêu cầu lực kéo lớn do khối lượng ty đẩy và ma sát cao Do đó, lực tính cho xilanh ở phương án 2 lớn hơn nhiều so với phương án 1 Vì vậy, chúng tôi quyết định chọn phương án 2 để tính toán và lựa chọn xilanh đẩy sản phẩm.

Hình 5.14: Khối lượng ty đẩy của cụm đẩy

Khối lượng của ty đẩy: 𝑚 = 1,224 𝑘𝑔 => 𝑃 = 𝑚𝑔 = 1,224.9,81 = 12,01 𝑁

Hình 5.15: Bảng tra hệ số ma sát trượt

Ta có hệ số ma sát của mặt tiếp xúc nhôm và sắt là: 𝜇 = 0,47

Tải trọng xilanh cần đáp ứng 𝐹 = 𝑃 𝑘 trong đó k là hệ số an toàn

Với áp suất 𝑝 = 6 𝑏𝑎𝑟 = 6 10 5 𝑃𝑎 Đường kính của xilanh 𝐷 = √ 4𝐹

=> Ta cần chọn hiệu số giữa 𝐷 > 13,68 𝑚𝑚

Ta chọn sơ bộ xilanh khí nén một tác động SMC CDM2B theo catalog của SMC về dòng

CDM2B ta thấy được có 2 lựa chọn phù hợp cho điều kiện tính toán là: CDM2B32 và CDM2B25

Bộ kẹp cấp phôi có khả năng cấp từ 11 đến 19 tờ mỗi lần, dẫn đến độ dày sản phẩm sau khi ép có sự khác biệt Để đảm bảo sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn một cách suôn sẻ, chúng ta chọn Bore size 32 Ngoài ra, chiều cao sản phẩm sau khi ép là 50 mm, vì vậy hành trình của xilanh cũng được điều chỉnh tương ứng với chiều cao này.

Do đó, ta chọn sơ bộ xilanh khí nén một tác động SMC CDM2B32 – 50Z [14]

Hình 5.16: Bảng tra thông số kỹ thuật của xilanh đẩy

𝐹 𝑣ề = 414 > 𝐹 = 88,2735 𝑁 => Đủ lực để giữ được ty đẩy ở vị trí ban đầu khi chưa ép

=> Thỏa mản điều kiện khi chọn xilanh

Tính toán lò xo chịu nén cho cụm ép

Bộ lò xo giảm chấn được đặt trong cơ cấu ép và đẩy nhằm bảo vệ lòng khuôn khỏi va chạm mạnh trong quá trình ép Lò xo này không chỉ giảm lực tác động lên các thành phần của khuôn, kéo dài tuổi thọ của nó, mà còn tạo lực đàn hồi giữ các chi tiết ở vị trí chính xác Hơn nữa, lò xo còn ngăn ngừa hiện tượng lệch khuôn, đảm bảo sản phẩm ép ra có độ chính xác cao.

Vì vậy, bộ lò xo rất quan trọng trong quá trình ép

Lực ép của xilanh ép: 𝐹 = 𝑝 𝐴 = 6.105 7,854 10 −3 = 4712,4 𝑁

Lực mỗi lò xo chịu tải: 𝐹 1 = 𝐹

4 = 1178,1 𝑁 Độ biến dạng của lò xo trong mỗi lần ép: 𝛥𝑥 = 60 𝑚𝑚 Đường kính trong của lò xo là: 32 𝑚𝑚

Chiều dài lớn nhất của lò xo: 109 𝑚𝑚

Lò xo nén với vật liệu thép không rỉ

60 = 19,65 𝑁/𝑚𝑚 Tính chất của lò xo là chịu nén khi ép , đường kính trong của lò xo là 32 𝑚𝑚, chiều dài tự do

109 mm và độ cứng cho phép là 19,65 𝑁/𝑚𝑚

Hình 5.18: Bảng tra lò xo cụm ép sản phẩm

Ta chọn lò xo loại SWP-B [16] mã DC774 của Helical compression spring có độ cứng tối đa là 22,849 𝑁/𝑚𝑚 và chiều dài tự do là 110 𝑚𝑚 và là 32 𝑚𝑚

Tính toán cơ cấu và chọn xilanh cho cụm kéo phôi vào đúng lòng khuôn

Hình 5.19: Cơ cấu định vị dùng xilanh

- Vị trí ban đầu hành trình:

Hình 5.20: Vị trí của xilanh ở đầu hành trình

-Vị trí giữa hành trình:

Hình 5.21: Vị trí của xilanh ở giữa hành trình

- Vị trí cuối hành trình:

Hình 5.22: Vị trí của xilanh ở cuối hành trình

- Tính toán chọn hình trình xilanh:

Hình 5.23: Vị trí của xilanh

Đường kính phôi giấy được sử dụng là 120 mm Qua nhiều thử nghiệm, để đảm bảo phôi vào lòng khuôn một cách chính xác, hành trình kéo phôi cần phải lớn hơn hoặc bằng 50 mm.

Xét ∆𝐸𝐸’𝐷: Theo định lý cosin ta có:

Xét ∆𝐶𝐷𝐶’, theo định lý cosin ta có:

Chúng ta cần chọn xilanh có chiều dài hành trình 50 mm để kéo giấy, vì khối lượng giấy mỗi lần kéo rất nhẹ, chỉ cần một lực nhỏ để thanh trượt EF di chuyển trên rãnh Theo lý thuyết, việc chọn xilanh có đường kính nhỏ nhất sẽ giúp tiết kiệm không gian và chi phí Tuy nhiên, hiện tại chúng ta có sẵn xilanh với hành trình 50 mm và đường kính 32 mm từ đồ án trước, do đó, chúng ta sẽ tận dụng xilanh AIRTAC này để tiết kiệm chi phí.

JSI 32x50 [15] Với đường kính xilanh là 32 𝑚𝑚, và chiều dài hành trình là 50 𝑚𝑚

Hình 5.24: Thông số kỹ thuật của xilanh định vị

Xét ∆𝐶𝐷𝐶’, the định lý cosin ta có:

Xét ∆𝐸𝐷𝐸’, theo định lý cosin ta có:

Tính toán cơ cấu cam cho tấm kẹp phôi

- Vị trí ban đầu để lấy phôi

Hình 5.25: Cơ cấp gắp phôi ở vị trí cấp phôi

- Vị trí cuối cùng để cấp phôi vào khuôn ép:

Hình 5.26: Cơ cấp gắp phôi ở vị trí ép

Hình 5.27: Vị trí của tấm kẹp khi hoạt động

Hành trình di chuyển để cấp phôi là 200 mm, trong khi tấm kẹp xoay 90° theo chiều kim đồng hồ so với vị trí ban đầu Khi hoàn thành khoảng cách 200 mm, ta xác định được khoảng cách từ điểm B đến B’ là BB’.

Tiến hành dựng đường trung bình CH của đoạn thẳng BB’ Cho tam giác BB’C là tam giác đều nên ta có 𝐵𝐵’ = 𝐵𝐶 = 𝐵’𝐶 = 126,48 𝑚𝑚, và 𝐵𝐻 = 𝐵𝐵 ′

Xét tam giác BB’C theo định lý Pytago:

Có được CH ta xác định được điểm C, sau đó tiến hành đo các khoảng cách trên phần mềm AutoCAD ta đo được khoảng cách:

Từ đó xác định được các điểm để đặt các chốt cố định cho cơ cấu tay quay.

Tính toán khung máy

Bộ cấp phôi yêu cầu di chuyển giấy từ vị trí chứa đến lồng khuôn, xoay giấy 90 độ và thả giấy vào khung chắn để đảm bảo tâm giấy trùng với tâm khuôn.

Khung máy cần được thiết kế với một góc nghiêng nhất định, vì vậy nhóm đã nghiên cứu và quyết định thiết kế khung máy nghiêng 5 độ Điều này kết hợp với cơ cấu định vị giấy, giúp giấy rơi đúng vào vị trí của cơ cấu định vị và đi vào lòng khuôn âm một cách chính xác.

Trong quá trình hoạt động, máy móc có thể phát sinh rung động không mong muốn do va chạm giữa các chi tiết Khung máy đóng vai trò quan trọng trong việc nâng đỡ và duy trì sự ổn định cho các bộ phận hoạt động Do đó, kết cấu khung máy cần có khả năng chịu lực tốt, hạn chế rung động trong giới hạn cho phép và không bị biến dạng khi va đập, nhằm tránh sai lệch giữa các chi tiết và bảo vệ thiết bị của máy.

Bảng 5.3: Thiết kế khung máy

Loại máy Máy dập khuôn bánh cupcake

Kích thước khung máy (dài x rộng x cao) 730 × 600 × 1730 mm

Vật liệu Thép hộp CT38

Vị trí Ở phía dưới cụm làm việc

Ta chọn vật liệu chết tạo khung máy là thép cacbon CT38 hộp vuông 40 × 40 × 2,5 𝑚𝑚 Ứng suất cho phép của CT38: [𝜎] = 250 𝑀𝑃𝑎 (bảng P2, Phụ lục)

Hình 5.28: Chân đỡ và khung máy

5.11.2 Kiểm nghiệm độ bền khung máy

Tải trọng trên khung máy khi không hoạt động chủ yếu là trọng lực của các bộ phận như động cơ bước, cụm ép, cụm cấp phôi và tấm đỡ Khi máy hoạt động, tải trọng này sẽ thay đổi do có thêm lực ép từ cụm ép trong khung máy.

Trọng lực và lực ép tác động không đều lên khung máy, vì vậy cần chia nhỏ các lực thành nhiều lực phân bố đều Nhóm nghiên cứu đã xác định các vị trí giữa thanh và đầu thanh để đặt lực phân bố Tại những vị trí này, nếu lực tác dụng giống nhau, sẽ tạo ra biến dạng và ứng suất lớn nhất cho khung Do đó, nếu lực được đặt tại các vị trí này trong quá trình kiểm nghiệm bền, và thỏa mãn yêu cầu về ứng suất chảy cùng tổng biến dạng lớn nhất, thì khung sẽ đảm bảo bền vững khi lực được đặt ở các vị trí khác.

Hình 5.29: Vị trí đặt lực lên khung máy

- Khi máy ở trạng thái tỉnh

+ Vị trí A và B : Khối lượng của các tấm đỡ, cụm cấp phôi, cụm ép, khung trên của máy Chụp ảnh đo khối lượng

+ Vị trí B: Lực sẽ thay đổi do cụm ép tạo lực ép lớn xuống bàn máy, vì vậy lúc này ở vị trí

B cần một lực ép của bộ ép là 4712 𝑁

+ Vị trí C: Khối lượng của tủ điện và các tấm bao phủ khung máy

Chụp ảnh đo khối lượng

Khi máy hoạt động, khung máy sẽ phải chịu tác động từ rung động và phản lực Do đó, trong trạng thái hoạt động, lực cần được nhân với hệ số an toàn k, và chúng ta chọn hệ số an toàn k là 2.

Bảng 5.4: Lực đặt tại các vị trị ở từng trạng thái

Vị trí Trạng thái tỉnh (N) Trạng thái hoạt động (N)

C 100 200 Để tính toán độ bền của khung máy sau khi thiết kế, chúng ta sử dụng phần mềm Autodesk Inventor để mô phỏng tính toán

Chia lưới của khung máy

Hình 5.30: Chia lưới trong Autodesk Inventor

Trường hợp 1: Trạng thái tĩnh

Hình 5.31: Ứng suất ở trạng thái tĩnh

Hình 5.32: Chuyển vị ở trạng thái tĩnh

Trong trường hợp này, chuyển vị lớn nhất là 0,2721 mm, cho thấy rằng khoảng chuyển vị này là nhỏ và không ảnh hưởng đáng kể đến các vị trí tương quan và chức năng của máy Ứng suất lớn nhất tác dụng lên khung là 𝜎𝑚𝑎𝑥 = 56,42 MPa, nhỏ hơn giới hạn cho phép 𝜎 = 250 MPa, do đó khung máy trong tình huống này đảm bảo đủ độ bền.

Trường hợp 2: Trạng thái máy hoạt động

Hình 5.33: Ứng suất ở trạng thái hoạt động

Hình 5.34: Chuyển vị ở trạng thái hoạt động

Trong trường hợp này, chuyển vị lớn nhất là 0,6724 mm, cho thấy chuyển vị này là nhỏ và không ảnh hưởng đáng kể đến các vị trí tương quan và chức năng của máy Ứng suất lớn nhất tác dụng lên khung là 𝜎 𝑚𝑎𝑥 = 173,9 MPa, thấp hơn giới hạn bền 𝜎 = 250 MPa, do đó khung máy trong trường hợp này đảm bảo đủ độ bền.

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

Mô tả kết cấu hệ thống điện

Máy dập vỏ bánh cupcake tự động kết hợp các linh kiện cơ khí và thiết bị điện, sử dụng PLC để điều khiển Thiết bị này hoàn thành chu trình nhanh chóng và có khả năng thay đổi thời gian dập thông qua màn hình HMI, truyền dữ liệu đến PLC Hệ thống điều khiển bao gồm thiết bị đầu vào như cảm biến, nút nhấn và màn hình HMI, cung cấp tín hiệu cho PLC về vị trí động cơ bước và trạng thái các xy lanh.

Bộ điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống, sử dụng thông tin từ cảm biến, nút nhấn và HMI để đưa ra quyết định điều khiển động cơ bước và van khí nén.

Thiết bị đầu ra (Output Devices) là các cơ cấu chấp hành quan trọng, có chức năng chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành chuyển động vật lý Các loại cơ cấu chấp hành phổ biến bao gồm van khí nén, động cơ bước và xy lanh.

Máy được chia thành ba cụm chính: cụm cấp phôi với trục vít-me và động cơ bước, cụm dập, và cụm lấy phôi sử dụng xy lanh khí nén Hệ thống cần có PLC, HMI, động cơ bước, cảm biến, nút nhấn, van khí nén, cùng với các thiết bị điện như cầu chì và CB để bảo vệ mạch.

Hình 6.1: Cấu trúc hệ thống điều khiển

- Sau đây là lưu đồ hoạt động của máy dập vỏ bánh cupcake:

Hình 6.2: Lưu đồ hoạt động của máy dập vỏ bánh cupcake

Các linh kiện của hệ thống điện

PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) là thiết bị số quan trọng trong tự động hóa, hoạt động như cầu nối giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra thông qua các chương trình đã được lập trình sẵn Nó cũng đại diện cho một phương pháp điều khiển theo thời gian thực, cho phép quản lý và điều chỉnh quy trình một cách hiệu quả.

PLC, hay Bộ điều khiển lập trình được, là thiết bị điện tử hoạt động như một máy tính công nghiệp, giúp điều khiển nhiều thiết bị khác nhau Việc sử dụng PLC không chỉ giảm nhu cầu nhân công mà còn nâng cao năng suất, từ đó tối đa hóa lợi nhuận Các thành phần chính của PLC bao gồm nguồn cấp vào, bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ và các ngõ vào, ngõ ra (I/O).

Hình 6.3: Cấu trúc của PLC

Tín hiệu logic và điều khiển trong PLC được xử lý bởi CPU, được coi là trái tim của hệ thống Trong số các ngôn ngữ lập trình cho PLC, Ladder là phổ biến nhất và được nhóm sử dụng cho đồ án tốt nghiệp Ngôn ngữ Ladder cho phép lập trình thông qua phần mềm chuyên dụng cho từng loại PLC, sau đó dữ liệu được tải xuống PLC qua cáp USB hoặc RS-232C.

Chúng tôi sử dụng PLC Mitsubishi FX3G-24MT/ES với ngõ ra Transistor Dưới đây là thông số kỹ thuật chi tiết của PLC Mitsubishi FX3G-24MT/ES.

Bảng 6.1: Thông số kỹ thuật PLC Điện áp cấp nguồn 100-240 V AC

Kiểu Input Sink/Source Điện áp tín hiệu đầu vào 24 V DC

Kiểu Output Transistor/Sink output

Động cơ bước là một loại động cơ điện chuyên dụng, có khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành chuyển động quay rời rạc theo từng góc nhất định Loại động cơ này mang lại nhiều lợi ích như độ chính xác cao trong việc điều khiển vị trí, tuy nhiên cũng tồn tại một số nhược điểm cần được xem xét.

 Momen giữ khi động cơ dừng Chức năng này giúp động cơ duy trì được vị trí hiện tại

 Điều khiển vị trí theo vòng hở một cách chính xác

 Có thể khởi động, dừng lại và đảo chiều quay một cách nhanh chóng

 Động cơ bước có thể mất vị trí điều khiển trong một vài tình huống, bởi vì nó không sử dụng tín hiệu phản hồi từ encoder

 Công suất tiêu thụ không thể giảm về 0 ngay trong trường hợp không có tải hoặc động cơ đang ở chế độ dừng

 Tốc độ quay của động cơ bước nhỏ hơn so với động cơ DC

Cảm biến là thiết bị đo lường các đại lượng cụ thể của đối tượng hoặc hệ thống, với sự phân loại chủ yếu là cảm biến cơ khí và cảm biến điện tử Hầu hết các cảm biến hiện đại đều là cảm biến điện tử, có khả năng cung cấp tín hiệu điện áp Chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như ô tô, máy móc, y tế và robot.

Hình 6.6: Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận là thiết bị quan trọng dùng để phát hiện sự có mặt hoặc vắng mặt của đối tượng Cảm biến tiệm cận NPN cung cấp tín hiệu 0 V khi phát hiện vật thể kim loại.

Trong máy dập vỏ bánh tự động, cảm biến tiệm cận được lắp đặt trên bàn máy nhằm phát hiện vị trí của cơ cấu cấp phôi, đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra chính xác và hiệu quả.

Hình 6.7: Vị trí đặt các cảm biến của cơ cấu cấp phôi

Nút nhấn là thiết bị điện có chức năng bật hoặc tắt dòng điện trong mạch, với tiếp điểm thường hở và thường đóng Hiện nay, nút nhấn được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Nút nhấn là thiết bị yêu cầu lực hoặc thiết bị khác để chuyển đổi trạng thái từ bật sang tắt hoặc ngược lại Nó có thể được vận hành thủ công hoặc thông qua cơ khí hóa.

+ Nút nhấn thủ công là loại nút nhấn vận hành bằng tay

+ Nút nhấn cơ khí được vận hành một cách tự động thông qua áp suất, dòng chảy hoặc nhiệt độ

- Trong máy này, nhóm chúng tôi sử dụng các loại nút nhấn thủ công để truyền tín hiệu vào PLC như trong bảng dưới đây:

Bảng 6.2: Thống kê các loại nút nhấn

STT Tên nút nhấn Hình ảnh Chức năng

01 Nút cấp nguồn Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống điện

02 Nút nhấn Home Điều khiển động cơ bước về vị trí

03 Nút nhấn Start Khởi động chu trình hoạt động liên tục của máy

04 Nút nhấn Stop Dừng động cơ bước khi có sự cố

Nút nhấn E-Stop là thiết bị quan trọng dùng để dừng toàn bộ hoạt động của máy, bao gồm cả động cơ bước và xy lanh Khi kích hoạt, tất cả các xy lanh sẽ quay trở lại vị trí ban đầu, đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành.

- Dưới đây là hình ảnh bố trí các nút nhấn lên bảng màn hình điều khiển máy:

Hình 6.8: Bố trí các nút nhấn trên tủ điền khiển

HMI (Giao diện Người-Máy) là thiết bị thiết yếu giúp con người tương tác với máy móc, được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp để người vận hành có thể giám sát và điều khiển quy trình một cách hiệu quả.

- HMI được kết nối với PLC để PLC có thể điều khiển quy trình từ dữ liệu nhập vào trên HMI

- Trong máy này, nhóm chúng tôi sử dụng HMI Delta và kết nối RS-485 với PLC FX3G 24MT Các thông số của HMI Delta như bảng dưới đây:

Bảng 6.3: Thông số kỹ thuật của HMI Delta

Model DOP-107BV Độ phân giải 800 × 480 pixels

USB 1 USB Slave, 1 USB Host

Cổng truyền thông RS-422/RS-485 Điện áp cấp nguồn 24 V DC

- Giao diện màn hình HMI Delta như sau:

Hình 6.10: Giao điện thiết kế trên màn hình HMI

- Giao diện màn hình HMI của máy bao gồm 4 trang:

Trang Home cho phép người dùng chọn các chế độ điều khiển máy như Setting, Auto và Manual Trong trang Setting, người vận hành có thể nhập giá trị tốc độ động cơ, thời gian dập phôi và thời gian kéo phôi theo yêu cầu sản phẩm Thời gian dập phôi tối ưu để giữ nếp gấp đẹp khoảng lớn hơn 12 giây; nếu nhập thời gian dập là 12 giây, cơ cấu cấp phôi cần hoàn thành một chu trình trong 20 giây với quãng đường di chuyển 400 mm Động cơ bước phải kéo cơ cấu 200 mm trong 10 giây, tương ứng với 50 vòng trong 10 giây (trục vít-me có bước ren 4 mm) Để đáp ứng yêu cầu, cần nhập giá trị 15000 pul/s khi điều chỉnh Step Driver ở chế độ 3200 pul/rev Nếu tăng thời gian dập phôi, người dùng cần giảm tốc độ động cơ bước Trang Setting cũng hiển thị số lần cấp phôi, giúp người dùng ước tính tổng số lượng sản phẩm đã hoàn thành (mỗi lần dập khoảng 10-15 sản phẩm).

Trang Auto cho phép người dùng lựa chọn chế độ Jog để điều khiển cơ cấu cấp phôi tiến hoặc lùi Để sử dụng chế độ Forward hoặc Reverse, người dùng cần nhấn nút Home để đưa động cơ bước về vị trí Home, sau đó có thể điều khiển động cơ bước di chuyển tới vị trí lấy giấy và tiếp tục quay lại vị trí cấp giấy để dập Trên màn hình HMI cũng có các nút hỗ trợ cho việc điều khiển này.

Nút nhấn Home, Start, Stop và Emg trên màn hình HMI có chức năng tương tự như các nút nhấn vật lý, cho phép người dùng thực hiện các thao tác cần thiết khi các nút nhấn vật lý bị hư hỏng.

+ Trang Manual: Người dùng có thể điều khiển hoạt động của từng xilanh, động cơ bước để thử nghiệm chu trình tự động

Sơ đồ khối và chương trình của hệ thống điều khiển

Hệ thống được mô tả bằng sơ đồ khối với 8 đầu vào, bao gồm nút nhấn Start, Home, Stop, nút nhấn Emergency, cùng 3 cảm biến tiệm cận và HMI, nhằm cung cấp tín hiệu cho PLC Đồng thời, hệ thống sử dụng 9 đầu ra để điều khiển van khí nén và động cơ bước.

Hình 6.14: Sơ đồ khối của hệ thống điện

- Chương trình điều khiển PLC được viết bằng phần mềm GX-Work2 và write to PLC thông qua cáp USB-Mini (Phụ lục)

CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM MÁY

Các thành phần chính của máy

Hình 7.1: Mô hình máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake

Yêu cầu lắp ghép

7.2.1 Lắp ghép giữa các cơ cấu

Lắp ghép giữa cụm ép và cụm cấp phôi được thực hiện thông qua bốn ty (MDGN-01-01) kết nối với bốn lỗ bậc của cụm cấp phôi trên tấm đế 1 (MDGN-02-02-27) Mối ghép này là cố định và không yêu cầu chuyển động tương đối, do đó độ chính xác không cần quá cao Chúng tôi chọn mối lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm, với mối lắp ghép thông dụng là H7/k6, đảm bảo độ dôi lớn hơn độ hở.

Mối lắp ghép giữa cụm cấp phôi và khung máy không yêu cầu độ chính xác cao, vì khung máy chỉ có chức năng đỡ cơ cấu Do đó, mối lắp ghép cố định giữa khung và cụm ép được thực hiện bằng cách sử dụng mối lắp ghép giữa ren và đai ốc, như được thể hiện trong bảng vẽ lắp tổng thể của máy.

Mối lắp ghép giữa cụm cấp phôi và tấm đỡ không yêu cầu độ chính xác cao, vì tấm đỡ chỉ có chức năng hỗ trợ cơ cấu Do đó, lựa chọn mối lắp ghép cố định giữa tấm đỡ và cụm ép bằng cách sử dụng ren và đai ốc là hợp lý Thông tin chi tiết được thể hiện trong bảng vẽ lắp cụm cấp phôi (MDGN-02).

7.2.2 Lắp ghép các chi tiết

* Lắp ghép các chi tiết của cơ cấu cấp phôi

Bảng 7.1: Thống kê lắp ghép các chi tiết của cơ cấu cấp phôi

STT Lắp ghép các chi tiết Yêu cầu mối lắp Chọn dung sai lắp ghép

1 Lắp giữa hai đầu ty dẫn hướng (MDGN-02-01-41) với tấm lắp trục vít me 1

Yêu cầu cố định và không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm H7/k6 (hệ thống lỗ)

2 Lắp ghép giữa ty dẫn hướng (MDGN-02-01-41) với bạc lót

Mặt trong bạc lót là chi tiết tiêu chuẩn nên chọn lắp theo hệ thống lỗ, yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép có độ hở theo kinh nghiệm h6 cho trục (hệ thống lỗ)

3 Lắp ghép giữa bạc lót với tấm lắp xilanh kẹp phôi

Mặt ngoài bạc lót là chi tiết tiêu chuẩn nên chọn hệ thống lắp trục, yêu cầu cố định và không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm K7 cho lỗ trên tấm lắp xilanh (hệ thống trục)

4 Lắp bạc đạn với tấm lắp vít me 1 (MDGN-02-01-07) và

Mặt ngoài bạc đạn là chi tiết tiêu chuẩn nên chọn hệ thống lắp trục, yêu cầu cố định và không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm K7 cho lỗ trên tấm lắp vít me 1 và 2 (hệ thống trục)

5 Lắp giữa trục vít me

Mặt trong bạc đạn là chi tiết tiêu chuẩn nên chọn hệ thống lắp lỗ, yêu cầu cố định, không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm k6 cho trục (hệ thống lỗ)

6 Lắp giữa đai ốc vít me với tấm lắp xilanh kẹp phôi

Mặt ngoài đai ốc vít me là chi tiết tiêu chuẩn nên chọn hệ thống lắp trục, yêu cầu cố định

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm K7 cho lỗ trên tấm lắp

95 và không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau xilanh kẹp phôi (hệ thống trục)

7 Lắp giữa bạc đạn với lắp xilanh kẹp

Mặt trong bạc đạn là chi tiết tiêu chuẩn nên chọn hệ thống lắp lỗ, yêu cầu cố định, không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm k6 cho trục (hệ thống lỗ)

02-01-03) với tấm kẹp phôi trên (MDGN-02-02-43) và tấm kẹp phôi dưới

Yêu cầu chuyển động tương đối Chọn lắp ghép có độ hở theo kinh nghiệm H7/h6 (hệ thống lỗ)

* Lắp ghép các chi tiết của tấm đỡ cơ cấu cấp phôi và khuôn âm (MDGN02-02)

Bảng 7.2: Thống kê lắp ghép các chi tiết của tấm đỡ cơ cấu cấp phôi và khuôn âm

STT Lắp ghép các chi tiết Yêu cầu mối lắp Chọn dung sai lắp ghép

1 Lắp giữa khuôn âm với tấm đế 1

Yêu cầu cố định và không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép có độ dôi theo kinh nghiệm H7/p6, mối lắp có độ dôu trung bình

2 Lắp giữa chốt 2 với mắt trâu và thanh truyền 2

Mặt trong mắt trâu là chi tiết tiêu chuẩn nên chọn hệ thống lắp lỗ, yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép có độ hở theo kinh nghiệm H7/h6 cho trục (hệ thống lỗ)

3 Lắp giữa chốt 3 với thanh kéo giấy

Yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép có độ hở theo kinh nghiệm H7/h6 (hệ thống lỗ)

* Lắp ghép các chi tiết của cơ cấu cấp ép và đẩy sản phẩm

Bảng 7.3: Thống kê lắp ghép các chi tiết của cơ cấu cấp ép và đẩy sản phẩm

STT Lắp ghép các chi tiết Yêu cầu mối lắp Chọn dung sai lắp ghép

1 Lắp ghép giữa ty định vị 1

(MDGN-01-01) với tấm đỡ xilanh ép (MDGN-01-17)

Yêu cầu cố định và không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm H7/k6 (hệ thống lỗ)

2 Lắp ghép giữa ty dẫn hướng 1 và 2 với bạc dẫn hướng

Mặt trong bạc dẫn hướng là chi tiết tiêu chuẩn nên chọn hệ thống lắp lỗ, yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép có độ hở theo kinh nghiệm h6 cho trục (hệ thống lỗ)

3 Lắp ghép giữa ty dẫn hướng 2 với tấm đỡ khuôn dương

Yêu cầu cố định và không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm H7/k6 (hệ thống lỗ)

4 Lắp ghép giữa ty dẫn hướng 1 với tấm đỡ xilanh đẩy sản phẩm

Yêu cầu cố định và không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm H7/k6 (hệ thống lỗ)

5 Lắp ghép giữa ty định vị 2 với tấm đỡ xilanh đẩy sản phẩm và tấm truyền lực ép

Yêu cầu cố định và không yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm H7/k6 (hệ thống lỗ)

6 Lắp ghép giữa bạc dẫn hướng với tấm đỡ xilanh ép và tấm đỡ xilanh đẩy sản phẩm

Mặt ngoài bạc dẫn hướng là một chi tiết tiêu chuẩn quan trọng trong hệ thống lắp trục, đảm bảo yêu cầu cố định và không cần chuyển động tương đối giữa các bộ phận.

Chọn lắp ghép trung gian theo kinh nghiệm K7 cho lỗ trên tấm đỡ xilanh ép và tấm đỡ xilanh đẩy sản phẩm (hệ thống trục)

7 Lắp ghép giữa ty đẩy với khuôn dương

Yêu cầu chuyển động tương đối với nhau

Chọn lắp ghép có độ hở theo kinh nghiệm H7/h6 (hệ thống lỗ)

Chế tạo

Để hoàn thành bảng thiết kế kết cấu máy, phần mềm Autodesk Inventor là công cụ hỗ trợ quan trọng Quá trình từ bản thiết kế đến sản phẩm thực tế bao gồm nhiều công đoạn khác nhau Để đảm bảo máy hoạt động ổn định, chúng tôi đã áp dụng nhiều phương pháp gia công chế tạo trong quá trình học tập và thực tập tại các doanh nghiệp, bao gồm tiện, phay, bào, khoan, mài dũa, hàn, cắt laser, chấn và phun sơn.

7.3.1 Chế tạo cơ cấu cấp phôi và định vị

Cơ cấu cấp phôi đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ bề mặt sản phẩm khỏi bụi bẩn trong quá trình ép, đồng thời đảm bảo an toàn thực phẩm Nó cho phép điều chỉnh độ dày và số lượng tờ giấy, giữ cho quá trình ép ổn định và linh hoạt với các loại giấy có độ dày khác nhau.

+ Cơ cấu định vị có chức năng chính là định vị đúng tâm chính xác, ổn định cho công đoạn ép

+ Được chế tạo theo thông số kỹ thuật đã thiết kế

+ Đảm bảo hoạt động hiệu quả

+ Các lỗ trên cơ cấu cấp phôi được chế tạo chính xác để dễ tháo lắp

7.3.2 Chế tạo cơ cấu ép và đẩy sản phẩm

- Chức năng: tạo lực ép lớn để đảm bảo định hình rõ các nếp gấp của sản phẩm, đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn dễ dàng

+ Cơ cấu ép, khuôn ép, ty đẩy được chế tạo theo thông số đã được thiết kế

+ Các ty đẩy và dẫn hướng phải gia công chính xác cho quá trình ép dễ tháo lắp và hoạt động ổn định

Chức năng chính của máy là đảm bảo độ vững chắc và chống rung trong suốt quá trình hoạt động Ngoài ra, máy còn có nhiệm vụ định vị và nâng đỡ các cơ cấu khác như cơ cấu ép, đẩy sản phẩm, cơ cấu cấp phôi và hệ thống điều khiển.

+ Khung máy ép được chế tạo theo thông số kỹ thuật đã được thiết kế

Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, cần đảm bảo độ cứng và khả năng chống rung động khi chịu áp lực lớn Mối hàn phải không có vết nứt bề mặt, không bị cháy thủng và phải chính xác về kích thước cũng như độ vuông góc.

Một số hình ảnh quá trình thực hiện

Hình 7.2: Gia công tiện các chi tiết tại xưởng cơ khí

Hình 7.3: Gia công phay chi tiết tấm đế tại xưởng cơ khí

Hình 7.4: Gia công phay các chi tiết tại xưởng Việt Đức

Hình 7.5: Gia công phay chi tiết tại xưởng CNC

Hình 7.6: Lắp ráp mạch điện

Hình 7.7: Phun sơn khung máy

Hình 7.8: Lắp ráp và hàn khung máy

Hình 7.9: Phun sơn các tấm cửa

Kết quả chế tạo

7.5.1 Máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake

Hình 7.10: Lắp hoàn chỉnh máy

Hình 7.11: Mô hình thực tế của máy hoàn chỉnh

Thông số kỹ thuật của máy được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 7.4: Thông số kỹ thuật của máy Điện áp AC220 V, 50 Hz

Năng suất 3600 sản phẩm/giờ Đường kính giấy nến 120 mm

Thực nghiệm hoạt động của máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake 105 1 Mục tiêu thực nghiệm máy

Quá trình thử nghiệm máy ép giấy nến để tạo khuôn bánh cupcake đã được tiến hành tại xưởng thí nghiệm đúc thuộc Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

7.6.1 Mục tiêu thực nghiệm máy

- Kiểm tra quá trình gắp giấy nến ổn định, chính xác, độ kẹp của xilanh cũng như nhã giấy nến đúng tâm khi đến bộ ép

- Kiểm tra độ ổn định của quá trình ép giữa khuôn dương và khuôn âm, độ đồng tâm và khớp giữa các răng

- Kiểm tra độ bền, độ cứng của các trục và khung máy tránh rung lắc trong quá trình hoạt động

- Kiểm tra các xilanh có hoạt động ổn định, hoạt động đúng quy trình

- Kiểm tra hệ thống mạch điện, hệ thống điều khiển PLC

- Kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm sau khi ép như: hình dạng các răng, kích thước của khuôn bánh, độ biến dạng sau khi ép,…

7.6.2 Tiến hành thực nghiệm máy

- Quy trình thực nghiệm máy

+ Bước 1: Chuẩn bị giấy nến hình tròn có đường kính 120 mm, để vào bộ phận cấp phôi + Bước 2: Bật nguồn điện

+ Bước 3: Cấp khí nén cho hệ thống xilanh khí nén

+ Bước 4: Nhập tốc độ, thời gian dập, thời gian kéo

+ Bước 5: Nhấn nút Start để tiến hành quá trình ép

+ Bước 6: Bộ phận gắp phôi đến vị trí đặt giấy nến để kẹp

+ Bước 7: Cơ cấp kẹp di chuyển đến vị trí, đồng thời cơ cấu định vị đi ra

+ Bước 8: Cơ cấu định vị đi vào, thực hiện quá trình ép và đẩy sản phẩm Tiếp tục bắt đầu chu trình ép mới

+ Bước 10: Đánh giá sản phẩm sau khi ép

* Thực nghiệm định lượng giấy ép: điều chỉnh ốc lục giác

Hình 7.12: Thực nghiệm điều chỉnh ốc lục giác để thay đổi lượng giấy

Sau khi thực nghiệm, số lượng giấy kẹp ngẫu nhiên và được thống kê lại kết quả ở bảng sau:

Bảng 7.5: Kết quả thực nghiệm khi điều chỉnh ốc lục giác để thay đổi lượng giấy ép Điều chỉnh

Số giấy (tờ) kẹp được khi điều chỉnh a khoảng 18 mm

Số giấy (tờ) kẹp được khi điều chỉnh a khoảng 19 mm

Số giấy (tờ) kẹp được khi điều chỉnh a khoảng 20 mm

+ Điều chỉnh được số lượng giấy cần ép bằng cách điều chỉnh ốc lục giác

+ Số lượng giấy kẹp ngẫu nhiên khi điều chỉnh ốc lục giác

* Thực nghiệm kẹp giấy : đánh giá kẹp giấy ứng với khi điều chỉnh số lượng giấy nến khác nhau

Hình 7.13: Thực nghiệm cơ cấu kẹp giấy

Quan sát thực nghiệm, ghi lại và thống kê lại kết quả như sau:

Bảng 7.6: Kết quả thực nghiệm đánh giá khả năng kẹp của cơ cấu kẹp giấy

Giấy kẹp khoảng từ 1 – 10 tờ

Giấy kẹp khoảng từ 11 – 19 tờ

Giấy kẹp khoảng từ 20 – 30 tờ

1 Kẹp được Kẹp được Kẹp được

2 Kẹp được Kẹp được Không kẹp được

3 Không kẹp được Kẹp được Kẹp được

4 Kẹp được Kẹp được Kẹp được

5 Không kẹp được Kẹp được Kẹp được

6 Không kẹp được Kẹp được Kẹp được

7 Kẹp được Kẹp được Kẹp được

8 Không kẹp được Kẹp được Không kẹp được

9 Kẹp được Kẹp được Kẹp được

10 Không kẹp được Kẹp được Không kẹp được

+ Khi giấy kẹp khoảng 1 – 10 tờ, khả năng không kẹp được khoảng 50%, do độ hở của tấm kẹp lớn hơn so với lượng giấy kẹp

+ Khi giấy kẹp khoảng 20 – 30 tờ, khả năng không kẹp được khoảng 30% Vì lượng giấy nhiều nên lực kẹp không đủ để kéo giấy ra khỏi vị trí đặt phôi

+ Khi giấy kẹp khoảng 11 -19 tờ, kẹp được giấy tương đối hoạt động ổn định khoảng 95-100%

* Thực nghiệm cơ cấu kéo : đánh giá quá trình di chuyển kẹp giấy ứng với số lượng giấy khác nhau

Hình 7.14: Thực nghiệm cơ cấu kéo giấy nến đến vị trí khuôn ép

Quá trình thực nghiệm, kết quả được thống kê lại như sau:

Bảng 7.7: Kết quả thực nghiệm đánh giá hoạt động cơ cấu kéo

Giấy kẹp khoảng từ 1 – 10 tờ

Giấy kẹp khoảng từ 11 – 19 tờ

Giấy kẹp khoảng từ 20 – 30 tờ

1 Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi

2 Giấy bị rơi Giấy không bị rơi Giấy bị rơi

3 Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi

4 Giấy bị rơi Giấy bị rơi Giấy bị rơi

5 Giấy bị rơi Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi

6 Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi

7 Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi Giấy bị rơi

8 Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi

9 Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi Giấy bị rơi

10 Giấy không bị rơi Giấy không bị rơi Giấy bị rơi

+ Khi giấy kẹp khoảng 1 – 10 tờ, khả năng giấy bị rơi khoảng 30%, do độ hở của tấm kẹp lớn hơn so với lượng giấy kẹp

Khi giấy kẹp từ 20 đến 30 tờ, khả năng giấy bị rơi lên đến 50% Sự gia tăng số lượng giấy khiến lực kẹp không đủ, đồng thời ma sát lớn với tấm đế trong quá trình di chuyển đến vị trí khuôn.

+ Khi giấy kẹp khoảng 11 -19 tờ, kẹp được giấy tương đối hoạt động ổn định khoảng 95- 100%

* Thực nghiệm định vị giấy nến đúng tâm khuôn

Máy được thiết kế với độ nghiêng 5° để đảm bảo giấy nến được thả vào đúng tâm khuôn Tuy nhiên, trong quá trình thực nghiệm, việc cấp phôi không đúng vị trí đã dẫn đến sản phẩm bị ép không đồng đều Một số trường hợp, giấy nến hạ thấp hơn bề mặt khuôn âm, gây ra tình trạng không ép được sản phẩm.

Hình 7.15: Trường hợp giấy thả ở vị trí khuôn không đồng tâm

Do đó, nhóm đã thiết kế thêm cơ cấu định vị để giúp giấy nến vào đúng tâm khuôn

Thanh kéo giấy được làm từ nhôm, được thiết kế với bề mặt nhám nhờ vào việc gắn thêm giấy nhám P180 Điều này giúp tăng cường độ ma sát khi sử dụng thanh kéo giấy, mang lại hiệu quả cao hơn trong quá trình kéo giấy.

Khi giấy đến vị trí khuôn, nhờ thanh định vị giúp giấy không bị thấp hơn bề mặt lồng khuôn

Hình 7.17: Giấy nến thả vào vị trí khuôn

Trọng lực tác động lên lớp giấy kéo tạo ra lực ma sát giữa các lớp giấy nến và giấy nhám Nhờ đó, giấy nến được kéo vào và tiếp xúc với khung chắn, giúp định vị giấy đúng tâm trong khuôn.

Hình 7.18: Giấy nến đưa vào đúng tâm khuôn nhờ thanh kéo

Trong quá trình thực nghiệm với số lượng giấy từ 1 đến 10 tờ, giấy có nguy cơ bị cong khi tiếp xúc với nhiệt độ cao khoảng 90°C, như đã được mô phỏng trong kết quả phân bố nhiệt độ.

* Thực nghiệm cơ cấu ép và đẩy sản phẩm

Sau khi giấy được đưa vào khuôn ép, xilanh ép tạo ra lực giữa khuôn dương và khuôn âm Sự kết hợp giữa lực xilanh và nhiệt độ khuôn giúp giấy nến định hình rõ nét Tiếp theo, khuôn dương được nâng lên khoảng 2 mm nhờ vào van khí nén 5/3, cho phép ty đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn âm một cách dễ dàng.

Hình 7.19: Cơ cấu ép và đẩy sản phẩm

Khi lượng giấy ép vượt quá 20 tờ, sản phẩm sẽ không thể được đẩy ra khỏi khuôn do đường kính của ty đẩy và bề dày giấy ép lớn hơn lỗ thoát sản phẩm Để đảm bảo máy hoạt động ổn định, lượng giấy ép mỗi lần nên hạn chế dưới 20 tờ.

Hình 7.20: Sản phẩm bị lỗi khi giấy nhiều đẩy sản phẩm không ra khỏi khuôn âm

Thực nghiệm thay đổi thời gian ép bao gồm việc điều chỉnh các thông số trên màn hình điều khiển, như tốc độ quay của động cơ bước (n) thông qua tần số xung, thời gian dập (𝑡 𝑑) và thời gian kéo (𝑡 𝑘).

Hình 7.21: Màn hình điều khiển khi hoạt động máy

Tốc độ quay và thời gian kéo đều phụ thuộc vào thời gian dập; khi thời gian dập tăng lên, tốc độ quay sẽ giảm và thời gian kéo sẽ tăng.

Khi thời gian dập dưới 10 giây, sản phẩm sẽ không đạt kích thước yêu cầu và nếp gấp sẽ không rõ nét Thời gian ép ngắn khiến quá trình truyền nhiệt từ khuôn âm đến giấy không đủ, làm cho giấy không thể dễ dàng biến dạng dưới lực ép.

Hình 7.22: Sản phẩm bị lỗi khi ép trong thời gian ngắn

Khi thời gian dập vượt quá 10 giây, sản phẩm sẽ có nếp gấp rõ nét và đẹp mắt Thời gian ép lâu giúp nhiệt độ từ khuôn âm truyền đều đến giấy nến, đảm bảo rằng các tờ giấy dễ dàng định hình các nếp gấp một cách rõ ràng.

Hình 7.23: Sản phẩm sau khi ép trong khoảng thời gian lớn hơn 10 giây

Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi đã xác định khoảng thời gian tối ưu nhằm đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm Hai khoảng thời gian được lựa chọn là từ 10 – 15 giây và 16 – 20 giây, phù hợp với yêu cầu năng suất.

+ Khi thời gian ép 10 -15 giây: thì sản phẩm ép dễ dàng tách ra từng cái, đạt năng suất khoảng 3500 – 3600 sản phẩm/giờ

Hình 7.24: Sản phẩm ép trong khoảng thời gian 10 – 15 giây

Khi thời gian ép từ 16 đến 20 giây, sản phẩm ép thường bị dính lại với nhau, gây khó khăn trong việc tách rời Nguyên nhân là do thời gian ép dài tạo ra nhiệt độ cao, kết hợp với tính chất của giấy thấm dầu, khiến các tờ giấy dính chặt vào nhau Mặc dù vậy, năng suất đạt khoảng 2700 đến 3000 sản phẩm mỗi giờ.

Vì vậy với thời gian ép khoảng 10 – 15 giây thì đáp ứng được chất lượng sản phẩm và tiết kiệm được cho chu trình ép

Ngoài ra, chúng tôi cũng thực hiện kiểm tra và đánh giá các vấn đề sau:

+ Kiểm tra độ đồng tâm của khuôn ép

+ Kiểm tra độ bền và độ ổn định bằng cách cho máy hoạt động liên tục

+ Kiểm tra hệ thống điều khiển có hoạt động ổn định không

+ Kiểm tra hệ thống xilanh, điều chỉnh các tiết lưu từng xilanh

+ Đánh giá sản phẩm sau khi thực hiện hoàn chỉnh các công đoạn

7.6.3 Nhận xét về quá trình thực nghiệm

- Quá trình gia công chi tiết có nhiều sai sót hơn so với tính toán dẫn đến gặp nhiều khó khăn khi lắp ráp và căn chỉnh máy

- Giá thành để gia công khuôn gây tốn kém

- Hệ thống điều khiển chưa tối ưu

- Hoạt động của máy gây ra tiếng ồn

- Lượng giấy điều chỉnh phù hợp khoảng 11 – 19 tờ thì sản phẩm tạo ra đạt chất lượng tốt nhất

Mặc dù sản phẩm ép mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số khuyết điểm như độ đồng tâm và nếp gấp không đều của khuôn bánh, điều này chưa hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu của người tiêu dùng.

7.6.4 Đưa ra các giải pháp giải quyết và cải thiện sau khi thực nghiệm

- Thiết kế lại bộ khuôn để cải thiện độ đều các nếp gấp

- Thiết kế lại bộ gia nhiệt để giảm sự truyền nhiệt đến các chi tiết khác của máy

- Điều chỉnh chỗ lực kẹp giấy để gắp giấy chắc hơn

- Thiết kế lại hệ thống điều khiển để tối ưu hơn

- Cải tiến về kiểu dáng để tinh gọn hơn và phù hợp với doanh nghiệp.

Vấn đề an toàn và hướng dẫn khi sử dụng máy

- Vấn đề an toàn: do hệ thống có cơ cấu ép giấy và bộ phận gia nhiệt có thể gây ra thương tích

- Các biện pháp an toàn:

+ Đảm bảo quá trình ép luôn đóng cửa

+ Sử dụng đồ bảo hộ, găng tay đúng theo quy định khi vận hành máy để tránh những tai nạn có thể xảy ra

+ Kiểm tra nút điều chỉnh nhiệt độ để phù hợp với quá trình ép

+ Thường xuyên bảo trì, bảo dưỡng các thiết bị để hoạt động dễ dàng nhất

- Hướng dẫn sử dụng khi dùng máy

+ Trước khi sử dụng máy kiểm tra dầu ở các ổ lăn, động cơ, các cơ cấp,…

+ Khi máy đang hoạt động, tuyệt đối không cho tay vào bộ phận ép hay các bộ phận gia nhiệt để tránh thương tích

+ Sau khi kết thúc hoạt động, máy phải vệ sinh, lau chùi để tránh tình trạng bị gỉ sét của các bộ phận của máy

+ Kiểm tra định kỳ và thay thế ổ lăn mới, cảm biến, điện trở khi phát hiện hư hỏng hoặc theo kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng

+ Tuân thủ quy định an toàn trong sử dụng điện