Phương án 2:

H ẬN X ÉT CỦA GIÁO VI ÊN DUY NX ỆT

2.4.2. Phương án 2:

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý phương án 2

Hình 2.7: Phương án thiết kế 2

Đây là dòng máy ép phun trục vis với cơ cấu kẹp khuôn bằng trục khuỷu, hoạt động với 1 bơm piston duy nhất do động cơ điện không đồng bộ 3 pha cấp vào để chạy bơm, bơm dầu từ bể chứa dầu ra hệ thống van điều khiển toàn bộ hệ thống máy thông qua bảng điều khiển trên màn hình.

Hầu hết máy ép phun hiện nay được chế tạo theo phương án này như máy CHUAN LIH FA của Đài Loan và máy JWS của Nhật….

Thiết bị phun trục vis hoạt động với vis quay để hoá dẻo nhựa và khuấy trộn nhựa cho đều nhờ 1 động cơ dầu, chuyển động tịnh tiến nhờ xylanh – piston để phun nhựa nóng chảy vào khuôn.

 Ưu điểm:

- Khả năng khuấy trộn tốt do trục vis hoạt động vừa tịnh tiến vừa quay, nhiệt nóng chảy phân bố đều hơn phương án 4 là dùng cơ cấu xylanh – Piston để dẻo hóa nhựa.

- Có thể chế tạo được những máy có lực kềm lớn.

- Được sử dụng rộng rãi hiện nay trong hầu hết các cơ sở sản xuất nhựa ở Việt Nam.

- Giá thành thấp.

- Di chuyển cơ cấu kìm nhanh. - Tự hãm để giảm va đập.

 Nhược điểm:

- Phải thường xuyên bảo dưỡng định kì.

- Làm việc ồn ào vì máy bơm phải luôn hoạt động với năng suất tối đa. - Lực kìm không tập trung vào giữa tấm khuôn.

- Khó điều chỉnh. 2.4.3. Phương án 3:

Hình 2.9: Phương án thiết kế 3

Với phương án này thì hoạt động cơ học của máy không khác gì máy ép ở phương án 2 nhưng khác một điểm cơ bản là cơ cấu kẹp khuôn ở phương án này là cơ cấu xylanh – piston trực tiếp vào tấm động ( Moving platen ).

Hiện nay máy ép loại này, Krauss Maffei – Germany cung cấp chế tạo máy ép thủy lực loại này trên toàn thế giới.

 Ưu điểm:

- Hiệu suất tốt hơn so với các phương án khác do lực kẹp khuôn tập trung ở giữa.

- Làm việc ít ồn hơn so với máy trục khuỷu. - Chất lượng sản phẩm tốt. - Lắp đặt khuôn nhanh. - Biết rõ áp suất kìm. - Dễ bảo dưỡng. - Ít làm võng tấm khuôn.  Nhược điểm:

- Kết cấu máy cồng kềnh, trọng lượng máy rất lớn. - Giá thành cao.

- Làm việc ở nhiệt độ thấp khoảng ≤ 25°C thì máy sẽ chạy ổn định. - Cần lượng lớn dầu thủy lực nên tốn nhiều năng lượng.

2.4.4. Phương án 4:

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý phương án 4

Nguyên lý hoạt động của phương án 4 chủ yếu bằng hệ thống thủy lực. Làm nóng chảy nhựa bằng cách cấp nhiệt từ thành, đẩy nhựa bằng piston thuỷ lực.

Bố trí một bơm thủy lực cùng với một động cơ điên không đồng bộ ba pha giống phương án 2 và phương án 3.

Đây là thiết bị đúc phun đơn cấp piston (single stage plunger), phương án ra đời sớm nhất nên còn nhiều hạn chế cho khả năng ứng dụng ngày nay, ít được chọn so với các phương án trước đó

 Ưu điểm: - Giá thành rẻ.

- Kết cấu gọn nhẹ, không cồng kềnh, hoạt động đơn giản.

- Dùng chủ yếu cho sản phẩm nhỏ, áp suất làm việc thấp nên có thể sử dụng bơm cánh gạt hoặc bơm bánh răng.

 Nhược điểm:

3

- Lượng nhựa phun nhỏ (<435cm ), khó điều chính lượng nhựa nóng chảy. - Khả năng khuấy trộn kém, nhiệt nóng chảy phân bố không đều.

- Thời gian lưu dài, phân bố thời gian lưu rộng, tổn thất áp suất cao. - Khó ép được những sản phẩm lớn.

- Thường xuyên bảo trì.

2.5. Chọn phương án thiết kế và nguyên lí hoạt động của phương án:

Dựa vào phân tích ưu nhược điểm các phương án ở trên, ta chọn phương án 2 làm phương án thiết kế máy ép trong luận văn này. Do nó phù hợp với giá thành, chất lượng sản phẩm, nhiệt độ khí hậu tại Việt Nam làm việc và được sử dụng hầu hết trong các nhà máy sản xuất.

Ngoài 4 phương án trên, ngày nay người ta đã chế tạo thành công và đưa vào sản xuất tại nhiều nước trên thế giới máy ép bằng điện thay cho thủy lực bằng động cơ điện servo ở cả hai cụm kẹp và cụm phun. Đạt được rất nhiều ưu điểm vượt trội so với phương án ta chọn nhưng phạm vi sử dụng chưa rộng rãi ở Việt Nam và giá thành để chế tạo lại rất cao nên không phù hợp cho việc thiết kế hiện nay.

Nguyên lí hoạt động:

Để tạo ra sản phẩm nhựa thì chu kỳ máy ép phun gồm bốn giai đoạn: + Giai đoạn kẹp (Clamping phase): Khuôn đóng lại.

+ Giai đoạn phun (Injection phase): Nhựa điền đầy vào lòng khuôn. + Giai đoạn làm nguội (Cooling phase): Nhựa đông đặc lại trong khuôn. + Giai đoạn đẩy (Ejector phase): Đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn.

a. Giai đoạn kẹp:

Lúc đầu phần di động của khuôn di chuyển nhanh đến phần cố định nhưng sau đó chậm dần cho đến khi khuôn đóng lại hoàn toàn (không xảy ra tiếng động lớn). Khi khuôn đang đóng cũng là áp lực kìm rất lớn được tạo ra để chống lại áp lực cao từ dòng nhựa bắn vào lòng khuôn. Điều này rất quan trọng vì nếu áp lực kìm không chống lại nổi áp lực phun thì khuôn sẽ bị hư hại và sản phẩm ép được tạo ra chắc chắn sẽ gặp khuyết tật.

Hình 2.12: Diễn biến giai đoạn kẹp b. Giai đoạn phun:

Đầu tiên nhựa nóng chảy và phun vào lòng khuôn rất nhanh do trục vít tiến về phía trước. Khi lòng khuôn gần như được điền đầy khoảng 95% lòng khuôn thì quá trình định hình sản phẩm trong lòng khuôn sẽ có nhiệt độ thấp hơn. Nhựa nóng sẽ nguội dần và xảy ra hiện tượng co rút. Do đó một lượng nhựa khoảng 5% sẽ được phun vào để bù trừ sự co rút cho tới khi miệng phun đông cứng lại. Quá trình này ngăn không cho dòng chảy ngược của nhựa qua miệng phun.

Hình 2.13: Giai đoạn ép phun c. Giai đoạn làm nguội:

Giai đoạn này bắt đầu sau khi quá trình định hình kết thúc. Khuôn vẫn đóng và nhựa nóng trong lòng khuôn được làm nguội cho đến khi đủ độ cứng, để có thể đẩy rời khỏi khuôn. Trong suốt quá trình này trục vít vẫn quay và lùi lại cho lần phun kế tiếp. Thời gian tiêu tốn trong giai đoạn này phụ thuộc vào lượng nhựa mà ta ép.

d. Giai đoạn đẩy:

Đây là giai đoạn cuối của quá trình ép phun. Lúc này phần di động của khuôn sẽ mở ra, đồng thời tấm đẩy của khuôn sẽ bị lói đẩy sản phẩm của máy đẩy về phía trước để sản phẩm rớt ra ngoài khỏi khuôn. Khi sản phẩm rời ra khỏi khuôn thì cần đẩy sẽ hồi về để chuẩn bị cho chu trình kế tiếp.

Chương 3.TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ MÁY ÉP NHỰA 250 TẤN

3.1. Các thông số cơ bản của máy:

 Thể tích phun:

Đây là thông số quan trọng nhất của máy, nó quyết định kích thước của máy và các đặc tính công nghệ của máy. Thể tích phun của máy càng lớn thì năng lượng tiêu tốn càng lớn và kích thước của máy càng lớn.

Thông số này coi là thông số dữ liệu. Hiện tồn tại các máy ép phun có thể tích đúc từ 2  30.000cm3. Máy ép phun thường hay sử dụng nhất là loại máy có thể tích 6, 125, 250, 500… cm3.

 Tốc độ phun:

Thông số này cần được đảm bảo là tối ưu, sao cho trong quá trình điền đầy khuôn no không cứng (có nghĩa với vận tốc không đươc quá nhỏ) và đồng thời cũng không quá lớn để xảy ra hiện tượng phân huỷ vật liệu do ma sát. Tốc độ phun có đơn vị (cm3/s).

Việc điều chỉnh tốc độ phun từ giá trị cực đại tới giá trị tối ưu được thực hiện bằng cách thay đổi lưu lượng chất lỏng trong hệ thống thuỷ lực.

Tốc độ phun phụ thuộc chủ yếu vào thể tích phun của máy.

 Áp lực phun:

Áp lực phun được ấn định khi máy hoạt động. Nó được xác định trong từng trường hợp cụ thể có thể tính đến kết cấu khuôn, tính chất của vật liệu và nhiệt độ gia công.

Áp lực phun ảnh hưởng đến chất lượng và tích chất của chi tiết.

Áp lực cần thiết để điền đầy khuôn, phụ thuộc vào thời gian phun. Áp lực phun cao được sủ dung khi sản xuất chi tiết có thành mỏng và vật liệu có độ nhớt cao. Song cũng cần lưu ý rằng áp lực tao hinh (áp lực phun) mà nhờ nó ta nhận được sản phẩm tốt thì không cao. Phần lớn các trường hợp áp lực đó vào khoảng 2500  5000 N/cm3.

Thông số áp lực của máy thường là áp lực lớn nhất.

 Diện tích ép:

Là hình chiếu bề mặt chi tiết lên mặt khuôn theo phương tác dụng của lực ép. Diện tích ép của các sản phẩm khác nhau được gia công trên các máy có thể tích phun danh nghĩa xác định thì khác nhau.

Diện tích ép được xác định cho loại chi tiết riêng biệt và nó là một trong những thông số cơ bản củ máy đúc phun. Thông số này có ảnh hưởng tới lực kẹp khuôn, kích thước khuôn khỏ bàn kẹp và tiếp theo là chi số kinh tế kỹ thuật của máy.

Page | 3636

Khi xác định thông số này cần tính đến ảnh hưởng của nó tới khả năng sử dụng rộng rãi của máy để sản xuất các chi tiết khác nhau có cùng trọng lượng và ảnh hưởng đến chỉ số công nghệ kỹ thuật của máy.

Tăng diện tích ép là tăng tính tổng hợp của máy được thiết kế, song chỉ ảnh hưởng xấu tới chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy.

 Bàn kẹp:

Bàn kẹp có ảnh hưởng rõ rệt tới trọng lượng của máy. Trọng lượng của tấm phụ thuộc vào cấu trúc (đúc, hàn, …) của bàn kẹp, voà sự phân bố và cấu trúc lỗ kẹp, vào dại lượng của lỗ trung tâm.

Khuôn được kẹp trên bàn nhờ các lỗ ren hoặc các rãnh dọc chữ T hoặc các phương tiện khác nhau phân bố trên bàn kẹp.

Rãnh chữ T tạo sự thuận tiện nhất cho việc kẹp khuôn, đồng thời giảm được kích thước khuôn. Song sự có mặt của nó làm cho tấm phải tăng bề dày lên 40 – 50 mm và do vậy tăng lượng tấm nhất là đối với các máy lớn. Chính vì vậy phần lơn các trường hợp bàn kẹp sử dụng ở dạng tấm hàn, có lỗ kẹp, có ren. Đối với máy không lớn thì phương án bàn kẹp phối hợp giữa rãnh kẹp và lỗ ren là cách giải quyết tốt nhất. Lỗ kẹp thường ở phần giữa bàn kẹp còn phần rãnh kep thì ở vùng biên bàn kẹp.

Kết cấu bộ phận kẹp khuôn của máy được phân biệt theo số trục đỡ và sự bố trí của nó. Đối với máy có thể tích ép không lớn thường có hai trụ đỡ phân bố theo phương ngang hoặc chéo. Trên máy lớn hơn thường có bốn cái.

 Lực kẹp khuôn:

Lực kẹp khuôn của máy được xác định bởi diện tích ép và sự phân bố áp lực trong khuôn. Lực kẹp khuôn có thể tính gần đúng theo biểu thức:

P = po. S (N )

Nhận xét với sự tăng diẹn tích ép làm xuất hiện khả năng tăng lực kẹp khuôn. Lực kẹp khuôn quyết định đến kết cấu của bộ phận kẹp của máy.

Giá trị lực kẹp khuôn phụ thuộc vào công nghệ đúc, tích chất của vật liệu và nhiều yếu tố khác của quá trình ép. Làm việc trên máy có lực kẹp khuôn nhỏ có thể thu nhận chi tiết có chất lượng tốt với điều kiện chế độ công nghệ đặc biệt và trình độ sản xuất cao.

 Khoảng cách giữa các tấm kẹp và hành trình của tấm động:

Hai thông số này phụ thuộc vào mặt hàng của sản phẩm ép. Khoảng cách lớn nhất giữa hai bàn kẹp khuôn và hành trình bàn di động sẽ quyết định đến chiều cao khuôn và tiếp điến chiều cao sản phẩm có thể thu nhận được trên máy ép phun đã cho.

Đại lượng khoảng cách có thể điều chỉnh được giữa hai bàn kẹp quyết định đến chiều cao của khuôn ép đặt trên nó. Khoảng cách này có thể điều chỉnh trong một giới hạn rộng, được chọn trong từng loại máy. Với giá trị tối ưu của khoảng điều chỉnh trọng lượng khuôn sé giảm, dễ dàng cho việc vận hành, giảm bớt sự cần thiết phải sử dụng những phần thêm đặc biệt trong khuôn.

Vật liệu chất dẻo được cho vào phễu định lượng và cấp liệu đặt trên xylanh của máy đi vào rãnh vít nằm trong xi lanh. Do chuyển động quay của trục vít vật liệu được dịch chuyển lên phía trước về phía vòi phun, trong suốt quá trình đó vật liệu tiếp nhận nhiệt từ xylanh do các nhân tố cung cấp ( hơi nóng điện trở,điện từ …). Nhờ có nhiệt lượng đó và nhiệt sinh ra do quá trình chuyển động cơ học của vật liệu nóng chảy. Vật liệu nóng chảy được trục vít chuyển lên phía trước nhờ áp lực được hình thành trong quá trình quay làm cho nó bị kéo lùi về phía sau . Như vậy lượng vật liệu cần thiết để điền đầy khoang tạo hình của khuôn sẽ tập kết ở khoảng trống phía trước trục vít. Trong quá trình điền đầy khuôn, trục vít thực hiện chuyển động dọc trục về phía trước và đẩy khối vật liệu nóng chảy qua vòi phun vào khuôn. Vật liệu được làm nguội trong khuôn trở nên đông cứng, sau đó hai nửa khuôn được mở ra thì sản phẩm được đẩy ra ngoài.

3.2. Tính toán hệ thống phun:

Yêu cầu tính toán đưa ra là thiết kế máy ép cho sản phẩm có thể tích vật ép chọn theo tiêu chuẩn là 500 cm3, [1 – trang 145]

Ta có công thức: Fc(tấn) = P . A [6 – trang 6 ] Trong đó:

- A là diện tích hình chiếu bề mặt của sản phẩm theo phương lực ép (cm2) - Fc là ực kẹp của máy (Tấn hoặc KN), Fc = 250 Ton

- P là áp suất gây nên trong khoang do vật liệu gây nên, chọn vật liệu là nhựa Polypropylen (PP) có P = 250 kg/cm2.

Thay vào công thức: Fc(tấn) = 250 . A

 A = 1000 cm2

Tổng diện tích hình chiếu của sản phẩm A = 1000 cm2 phù hợp với máy 250 Tấn. 3.2.1. Tính toán chọn bơm và động cơ điện cho máy:

Để xác định được đường kính xylanh bơm nhựa, phải xuất phát từ điều kiện đảm bảo thể tích đúc của máy. Thể tích chứa của xylanh bơm nhựa được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

- K1 = 1,25 ÷ 1,3 : Hệ số chứa.

- Vđ: Thể tích phun (cm3). Thực tế, người ta thường chế tạo máy với đơn vị thể tích vật ép theo dãy số Vđ = 8, 16, 32, 64, 125, 250, 500, 1000 cm3

Thay vào công thức: V = 1,25 . 500 = 625 cm3.

Mặt khác thể tích chứa vật liệu của xylanh bơm nhựa còn được xác định bởi công thức [1 – trang 156]: π π = . . = . . 4 4

Trong đó: H – Hành trình piston đẩy trục vis (mm) D – Đường kính xylanh bơm nhựa (mm) K2 – Hệ số hành trình, K2 = 2 ÷ 3

Cân bằng 2 phương trình tính thể tích xylanh bơm nhựa, ta được:

4. . đ =

π. ⇒ ≈ 6,4

Tra bảng thông số thiết kế trục vít tiêu chuẩn ở chương 1. Ta chọn đường kính trục vít D = 60 mm, với độ hở giữa xylanh bơm nhựa và trục vít thì δ = 0,15 mm, tỉ số nén Hf/Hm = 2,2:1

.

Do đó, hành trình xylanh bơm nhựa: H = =. . ≈ 22,11 cm

Vậy ta chọn hành trình của trục vít: H = 4.D = 24 cm. [1 – trang 157]. Vậy thể tích chứa vật liệu tối đa của xylanh bơm nhựa thực tế:

π

= . 6 . 24 = 679

4

Áp suất lớn nhất trong xylanh phun nhựa là P = 1800 (kg/cm2), [1 – trang 145]. Do đó công suất phun nhựa vào khuôn được xác định như sau :

.

N = = .

Trong đó : V – Thể tích sản phẩm (cm3). t – Thời gian phun = 3s.

Lưu lượng nhựa vào khuôn: Q = = = 226 cm3/s Tốc độ phun dài: v = = . = . = 80 mm/s  N = . =