Máy ép phun (injection molding machine) hay còn gọi là máy ép keo, máy ép nhựa bao gồm hai khối chính: Clamp Unit Khối kềm, tạo ra lực kềm giữ cho khuôn. Injection unit Khối phun, tạo áp suất và nhiệt độ cho nhựa chảy lỏng vào trong khuôn.Tạo ra nhựa được chảy lỏng ở nhiệt độ nhất định và áp suất cao, sau đó được định hình bởi khuôn và làm lạnh. Sau khi kết thúc quá trình làm lạnh sản phẩm sẽ được đưa ra ngoài. Máy dùng để tạo ra các sản phẩm nhựa Máy ép phun có thể tạo ra những sản phẩm có thể tích lớn với tốc độ cao. Công lao động đòi hỏi thấp và quá trình được tự động hóa. Sản phẩm ép phun có tính cơ học dẻo hoặc các bề mặt mang tính thẩm mỹ. Sản phẩm có bề mặt khác nhau và có màu sắc đều có thể sử dụng phương pháp này. Các sản phẩm giống nhau có thể được đúc bởi các nguyên liệu khác nhau trên cùng một thiết bị. Phương pháp này có sai số rất nhỏ Các quy trình cho phép sản xuất ra sản phẩm có chi tiết rất nhỏ, mà hầu hết không thể chế tạo bằng phương pháp khác. Lượng phế phẩm rất nhỏ tại các đường rãnh, cổng phun và sản phẩm bị loại bỏ có thể sử dụng lại. Công nghệ mang tính tiết kiệm chi phí nguyên liệu, bởi vì nó có thể đưa các loại nguyên liệu nhựa rẻ tiền hơn như nguyên liệu tái chế, các phế phẩm có thể sử dụng lại ngay lập tức bằng máy nghiền và máy đúc lại. Vì năng lượng tiêu tốn thấp nên quá trình này là quá trình kinh tế nhất để chế tạo ra nhiều dạng sản phẩm.
GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển chung đất nước, ngành công nghiệp chế tạo, sản xuất sản phẩm ngày phát triển Trong sống đại, nhu cầu người ngày tăng nhanh theo phát triển xã hội Ngành công nghiệp nhựa xuất gần có tốc độ phát triển mạnh mẽ, đâu có sản phẩm nhựa sống sinh hoạt Trong 10 năm trở lại đây, ngành nhựa trở thành ngành có tốc độ tăng trưởng nhanh nước Sản phẩm nhựa thay sản phẩm tạo vật liệu khác, nhựa rẻ tiền, nhẹ, bền, đẹp Sản phẩm nhựa sản xuất hàng loạt với số lượng lớn nhanh Sản phẩm nhựa tạo nhiều cách khác nhau, phổ biến cơng nghệ ép phun Sự đời máy ép phun bước tiến cho ngành nhựa phát triển máy ép phun máy chế tạo sản phẩm nhựa tích hợp nhiều hệ thống: khí, thủy lực, điện… Ngày khoa học cơng nghệ giới nói chung nước ta nói riêng phát triển mạnh; đặc biệt điều khiển tự động thủy lực, khí nén, điện điện tử Trên máy ép phun ngày đại hóa khơng với hệ điều khiển mà hệ truyền lực, tất chức truyền động thủy lực Đề tài báo cáo chuyên đề em thực theo hướng này, tên đề tài “ Tính tốn hệ thống thủy lực máy ép phun “ Đề tài giúp em cố kiến thức học, nâng cao hiểu sâu khả ứng dụng truyền động thủy lực tất lĩnh vực Đặc biệt lĩnh vực máy ép phun, truyền động thủy lực thay truyền động khí cổ điển Được giúp đỡ tận tình thầy Đặng Thiện Ngơn, em hồn thành báo cáo.Vì thời gian có hạn, kinh nghiệm chưa nhiều, nên tránh khỏi thiếu sót Em mong q thầy đóng góp thêm ý kiến để đề tài em hồn thiện GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGƠN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ NHẬN XÉT CỦA GVHD oo0oo - TP HCM ngày … tháng … năm 2015 PGS.TS Đặng Thiện Ngôn GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG THỦY LỰC TRONG MÁY ÉP PHUN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY ÉP PHUN Máy ép phun (injection molding machine) hay gọi máy ép keo, máy ép nhựa bao gồm hai khối chính: Clamp Unit- Khối kềm, tạo lực kềm gi ữ cho khuôn Injection unit- Khối phun, tạo áp suất nhiệt độ cho nhựa ch ảy l ỏng vào khuôn.Tạo nhựa chảy lỏng nhiệt độ định áp suất cao, sau định hình khn làm lạnh Sau kết thúc trình làm l ạnh s ản phẩm đưa Máy dùng để tạo sản phẩm nhựa Máy ép phun tạo sản phẩm tích lớn với tốc độ cao Cơng lao động địi hỏi thấp q trình tự động hóa Sản phẩm ép phun có tính học dẻo bề mặt mang tính thẩm mỹ Sản phẩm có bề mặt khác có màu sắc sử dụng phương pháp Các sản phẩm giống đúc nguyên liệu khác thi ết bị Phương pháp có sai số nhỏ Các quy trình cho phép sản xuất sản phẩm có chi tiết nhỏ, mà hầu hết chế tạo phương pháp khác Lượng phế phẩm nhỏ đường rãnh, cổng phun sản phẩm bị loại bỏ sử dụng lại Cơng nghệ mang tính tiết kiệm chi phí ngun liệu, đưa loại nguyên li ệu nh ựa rẻ tiền nguyên liệu tái chế, phế phẩm sử dụng lại máy nghiền máy đúc lại Vì lượng tiêu tốn thấp nên trình trình kinh tế để chế tạo nhiều dạng sản phẩm Các hệ thống máy ép nhựa phun sau: 1- Hệ thống kẹp 2- Hệ thống khn GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGƠN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ 3- Hệ thống phun 4- Hệ thống hỗ trợ ép phun 5- Hệ thống điều khiển Hệ thống hỗ trợ ép phun có 04 hệ thống (Injection press support system) + Thân máy (Frame) + Hệ thống thủy lực (Hydraulic system) + Hệ thống điện (ELectrical system) Hệ thống làm nguội ((Cooling system) a, Thân máy hệ thống liên kết gữi h ệ th ống b ộ ph ận máy l ại v ới làm cho máy hoạt hoạt động ổn định chắn Hệ thống thủy lực máy ép nhựa b, Hệ thống thủy lực: Cung cấp lực để đóng mở khn tạo trì l ực k ẹp làm cho trục vít quay chuyển động tới lui tạo lực cho ch ốt đ ẩy s ự tr ượt c lõi mặt bên Hệ thống bao gồm: bơm, van, motor, đường ống đẫn thùng ch ứa dầu v c, Hệ thống điện: GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ Cung cấp điện cho Motor điện hệ thống điều khiển nhi ệt cho khoang ch ứa nhựa thơng qua vịng nhiệt (heater band) đảm bảo toàn h ệ th ống ho ạt đ ộng ổn đ ịnh thông qua hệ thống dây dẫn tủ điều ển (Electric power cabinet) d, Hệ thống làm nguội cung cấp nước dung dịch ethyleneglycol đ ể làm ngu ội khuôn, dầu thủy lực ngăn không cho nhựa thơ cuống ph ễu b ị nóng ch ảy, nhựa bị nóng chảy phần nhựa thơ phía khó chạy vào khoang ch ứa nhựa Nhiệt trao đổi cho dầu thủy lực vào khoảng 90-120 đ ộ F ều ển nhi ệt n ước (water temperature controller) cung cấp lượng nhiệt, áp su ất, dịng ch ảy thích hợp để làm nguội nhựa nóng khn Hệ thống phun (press system) Hệ thống phun máy ép nhựa Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khn thơng qua q trình c ấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy nhựa, phun nhựa lỏng vào khn định hình s ản phẩm Hệ thống có phận sau: Phễu cấp nhựa (Hopper) Khoang chứa nhựa (Barrel) Các vòng gia nhiệt (Heater band) Trục vít (Screw) Bộ hồi tự hở (non-return Assembly) Vịi phun (Nozzle) GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGƠN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ Sơ đồ hệ thống thủy lực thông thường cho máy ép phun 1: Bơm dầu 6: tr ục vit 11:van ti ết l ưu 2: động điện 7: xilanh đẩy tr ục vit 12:van ện t đ ơn 3: bể chứa dầu 8: động thủy lực 13:van gi ảm áp GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ 4: van tiết lưu 9: van ện từ 5: xilanh kẹp 10: van ện từ 14:b ộ ều ển Nguyên lý hoạt động: Hình sơ đồ hệ thống máy ép phun sử dụng xy lanh Bơm bơm dầu từ bể cung cấp cho hệ thống qua van van điện từ 9,10,12, van ti ết lưu 11 Đầu tiên van tác động để đưa dầu vào xy lanh xy lanh kẹp (5) đ ể đẩy kẹp khuôn di động vào khuôn cố định Sau van 10, ều ển cho dầu vào xy lanh (7) đẩy trục vít vào để đưa nhựa vào khuôn Đồng thời dầu qua van 12 vào động thủy lực làm trục vit quay Kết thúc chu trình ép, piston đẩy trục vít lùi ngưng phun nhựa, sau xy lanh kẹp khn lùi v ề m khuôn để lấy sản phẩm Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu vào thông qua điều khiển 14 Các thông số hệ thống: - Xy lanh kẹp khuôn: + Tải trọng làm việc cực đại: P1max =1000 kN + Thời gian thực hành trình tiến: t1 = (s) + Thời gian thực hành trình xy lanh lùi về: t2 = (s) + Thời gian giữ ép t3 = 15 (s) + Hành trình: s = 100 mm = 0.1 m - Xy lanh đẩy trục vit + Tải trọng làm việc cực đại P2max = 210 kN + Thời gian thực hành trình tiến: t1 = (s) + Thời gian thực hành trình xy lanh lùi về: t2 = (s) + Thời gian giữ ép t3 = (s) + Hành trình: s = 145 mm = 0.145 m - áp suất p = 190 KG/cm2 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ CHƯƠNG TÍNH TỐN, CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG DẦU ÉP a/ Tính tốn chọn xi lanh - Tính đường kính xi lanh kẹp khn (1) F1 F2 F d Q P1 Q2 P2 Theo cơng thức tính lực hành trình tiến xi lanh: GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ F = p Trong đó: F lực tạo đầu cần piston (N) P áp suất làm việc xi lanh (Pa) D đường kính xi lanh (m) Suy đường kính xi lanh : D1 = = = 0,259 (m) Ta chọn đường kính xi lanh D1 = 300 mm Vậy ta có : F1 = = = 70680 (mm2) = 707 (cm2) Tỷ số tiết diện piston máy chọn i = F1/F2 = Do F2 = F1/2 = 353,5 cm2 Đường kính cần đẩy : d1 = = = 21,2 cm chọn d1 = 200 mm - Tính đường kính xy lanh đẩy trục vít (2) Theo cơng thức tính lực hành trình tiến xi lanh: F = p Trong đó: F lực tạo đầu cần piston (N) P áp suất làm việc xi lanh (Pa) D đường kính xi lanh (m) Suy đường kính xi lanh : D2 = = = 0,119 (m) = 119 mm Ta chọn đường kính xi lanh D2 = 125 mm Vậy ta có : F1 = = = 12270 (mm2) = 122,7 (cm2) Tỷ số tiết diện piston máy chọn i = F1/F2 = Do F2 = F1/2 = 61,35 cm2 Đường kính cần đẩy : d2 = = = 4,4 cm chọn d2 = 45 mm 10 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN - SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ Tính lưu lượng cần cấp cho xy lanh Xilanh kẹp: Lưu lượng cần cấp cho xilanh kẹp tính theo cơng thức: Q = v = F.v Trong đó: Q – lưu lượng cần cấp cho xilanh F – diện tích tác dụng xilanh v – vận tốc cần piston Do : lưu lượng cần cấp cho xilanh kẹp : Q1 = F1.v1 = = = 1,413 (dm3/s) = 84,78 (l/ph) Tốc độ cần piston hành trình lui : v2 = s/t2 Lưu lượng cần cấp cho xilanh hành trình lùi : Q2 = F2.v2 = Q2 = = 0,98 (dm3/s) = 58,8 (l/ph) Xilanh đẩy trục vit Lưu lượng cần cấp cho xilanh tính theo cơng thức: Q = v = F.v Trong đó: Q – lưu lượng cần cấp cho xilanh F – diện tích tác dụng xilanh v – vận tốc cần piston Do : lưu lượng cần cấp cho xilanh trục vit : Q3 = F1.v1 = = = 0,445 (dm3/s) = 26,7 (l/ph) Tốc độ cần piston hành trình lui : v2 = s/t2 Lưu lượng cần cấp cho xilanh hành trình lùi : Q4 = F2.v2 = Q4 = = 0,52 (dm3/s) = 31,2 (l/ph) Động dầu (8) có thơng số: - Số vịng quay lớn nmax = 500 v/ph 11 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN - SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ Lưu lượng riêng động dầu: qđ = 0,03 l/vg Suy lưu lượng cần thiết để thực số vòng quay lớn nhất: Qmax = nmax.qđ = 500.0,03 = 15 l/phut So sánh lưu lượng vừa tính xong ta thấy Q1 = 84,78 (l/ph) lớn Nên ta chọn lưu lượng để tính thơng số cịn lại b/ Tính tốn dây dẫn Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng công tác vận chuyển từ bể dầu qua bơm nguồn đến van, cấu chấp hành hồi bể nhờ hệ thống đường ống Đường ống dùng phổ biến hệ thống thủy lực nói chung loại ống cứng (ống thép đúc) ống mềm ( ống cao su có lớp thép) chịu áp Để hệ thống làm việc ổn định hiệu suất cao tổn thất lượng hệ đường ống phải nhỏ Do vậy, phải giảm thiểu độ dài hệ thống đường ống, đồng thời giảm thiểu khúc quanh để giảm lượng tổn thất dọc đường tổn thất cục Nói chung, hệ thống đường ống hệ thống thủy lực nói chung chia làm phần : đường ống hút, đường ống đẩy đường hồi Đường hút đoạn đường ống từ bể dầu lên bơm, thường ngắn Đường ống nối từ bơm tới van, cấu chấp hành gọi đường đẩy, đường bể dầu gọi đường hồi hay đường xả Để tính tiết diện đường ống phải vào vận tốc đường dầu Thông thường, chọn đường ống ta phải đảm bảo tổn thất đường ống nhỏ vừa phải kinh tế Nếu nhỏ tổn thất lớn lớn q tổn thất khơng kinh tế, ta phải cân nhắc lựa chọn cho phù hợp Thông thường, hệ thống thủy lực nói chung vận tốc đường dầu đoạn đường đường ống hệ thống chọn sau : - Đường ống hút : v1 = 1,5 ÷ (m/s) ; - Đường ống đẩy : v2 = ÷ (m/s) ; - Đường ống xả : v3 = 1,0 ÷ 1,6 (m/s) ; Đường kính đường ống tính theo cơng thức sau: d Trong đó: Q – lưu lượng qua tiết diện ống, lưu lượng cần thiết cấp cho xilanh (l/ph) V – vận tốc dầu qua tiết diện ống (m/s) - Tính tốn đường kính ống hút : Đường kính ống hút d1 = 4,6 = 4,6 = 29,9 ÷ 34,6 (mm) 12 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ Do đường ống hút cấp dầu từ bể tới bơm nằm thùng dầu, chịu áp cao, ta chọn ống hút ống nhơm thép đúc có đ ường kính khoảng 29,9 ÷ 34,6 Ta chọn chiều dài đường ống hút L1 = 1m, vận tốc v1 = 1,5 (m/s) đường kính ống hút d1 = 30 mm - Tính tốn đường ống hồi Đường kính ống hồi là: d3 = 4,6 = 4,6 = 33,5 ÷ 42,3 mm Đường ống hồi đế van bể Cụ thể thiết kế máy ép có làm mát đường hồi ống hồi chia làm phần, phần từ đế van đến làm mát phần từ làm mát vào bể dầu Ta chọn ống hồi làm nhơm thép đúc có đường kính khoảng (33,5 ÷ 42,3) (mm) Ta chọn chiều dài đường ống hồi L3 = 1m, vận tốc v1 = 1,5 (m/s) đường kính ống hút d3 = 35 mm - Tính tốn đường ống đẩy Đường ống đẩy thường chia làm phần: phần nằm từ bơm nguồn tới van phần nằm toàn bể dầu, để làm cho nguồn thêm mỹ quan ta làm ống đẩy phần ống cứng (thường thép đúc) Phần ống đẩy lại nối từ van đến cấu chấp hành ta chọn ống mềm Đường kính ống đẩy là: d2 = 4,6 = 4,6 = 18,9 ÷ 24,4 mm Vậy ta chọn ống mềm ống cứng cố đường kính khoảng ( 18,9 ÷ 24,4) (mm) chịu áp suất khoảng 200 bar để làm ống đẩy cho hệ th ống Ta chọn chiều dài đường ống đẩy L2 = 2m, vận tốc v3 = (m/s) đường kính ống đẩy d2 = 20 mm c/ Tính chọn van: (Ta chọn van đảo chiều 4/3, van tiết lưu, giảm áp thỏa mãn lưu lượng Q = 84,78 (l/ph) ) Chọn van phân phối: Van phân phối phần tử thủy lực có tác dụng làm thay đổi hướng dịng chất lỏng, làm đảo chiều chuy ển động cấu chấp hành mà điều khiển Trong hệ thống máy ép phun thiết kế, có van phân phối loại 4/3 : có nhiệm vụ điều khiển xylanh Dưới cấu tạo van phân phối loại 4/3 điều khiển điện : 13 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGƠN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ Chú thích (1) : Thân van (2) : Con trượt phân phối (3), (4) : Lò xo (5), (6) : Các cuộn điện Lưu lượng qua phân phối van 4/3 hệ thống lưu lượng bơm cấp cho cấu chấp hành mà điều khiển Căn vào tốc độ dầu, áp suất, lưu lượng bơm hệ thống, chọn van phân phối DSG-01-3C2 DSG-01-3C9 có thông số kĩ thuật sau: Hãng sản xuất Yuken: Lưu lượng lớn 100 l/ph Áp suất lớn 25 Mpa Chọn van tiết lưu Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức ều chỉnh vận tốc thời gian chạy cấu chấp hành Chức van cản tạo nên áp suất định ống dẫn, làm cho chuyển động cấu chấp hành êm 14 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ Van tiết lưu 1.Vít điều chỉnh; Chốt ; Thân van Ta chọn van tiết lưu hãng YUKEN có mã FGFCG-03-125-30 có thơng số Qmax = 125 l/ph, Pmax = 21 Mpa d/ Tính tốn chọn bơm dầu động điện Bơm dầu Ta chọn dầu thủy lực ISO VG32 áp suất yêu cầu lớn bơm dầu : pB = + pycmax : pB - áp suất bơm – tổng tổn thất áp suất hệ th ống pycmax - áp suất yêu cầu lớn ta có = p1 + p2 p1 tổn thất qua van phân phối, lấy p1 = bar p2 tổn thất qua đường ống bao gồm tổn thất dọc đường tổn thất cục p2 = 10 + 10 + 10 + 10) đó: - khối lượng riêng dầu [850 kg/m3] g – gia tốc trọng trường [9,81 m/s2] v – vận tốc trung bình dầu [m/s] ξ – hệ số tổn thất cục chảy khỏi ống ɣ - trọng lượng riêng dầu [8338,5 kg/m3] L,d – chiều dài đường kính đường ống � – hệ số tổn thất cục chảy vào ống giả sử cạnh đầu thẳng góc � = 0,5 Hệ số ξ phụ thuộc vào khủy ống, coi khủy ống thẳng góc lấy ξ =1,2 P2 = 10 + 10 + 10 + 108330,5.( Suy p2 = 653712,4 (N/m2) =6,54 bar 15 GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIÊN NGÔN SVTH: NGUYỄN PHƯỚC SỈ Do = p1 + p2 = + 6,54 = 8,54 bar Vậy ta tính áp suất bơm dầu là: PB = 8,54 + 190 = 198,54 bar Nếu tính tổn thất đoạn nối, đầu nối, lọc ta lấy: PB = 200 bar Lưu lượng cần thiết cấp cho xilanh 84,78 (l/ph) Nên chọn b ơm nguồn có lưu lượng Q = 85 (l/ph) đáp ứng yêu cầu lưu lượng hệ th ống Căn vào thông số áp suất lưu lượng điều kiện làm việc hệ thống, ta thấy bơm bánh sư lựa chọn phù hợp do: + Bơm bánh có dải áp suất p= 100; 250 bar + Bơm bánh có dải lưu lượng phù phù hợp Q