Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy ép nhựa bằng vít tải và chế tạo mô hình

Header Page 1 of 126.

1

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Công trình ñược hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH MINH DIỆM
NGÔ LÂM VĨ
Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Văn Yến

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN MÁY ÉP NHỰA BẰNG VÍT TẢI
VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

Phản biện 2: PGS. TS. Lê Viết Ngưu

Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp
Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy
Mã số

: 60.52.04

thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào

ngày…..tháng….năm 2011

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin- Học liệu, Đại học Đà Nẵng.
Đà Nẵng – Năm 2011

Footer Page 1 of 126.

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.


Header Page 2 of 126.

3

4

MỞ ĐẦU

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
- Đề tài nghiên cứu lý thuyết về các loại máy ép vít tải.
- Tham quan thực tế sản xuất.
- Nghiên cứu ñiều khiển tự ñộng và kết nối máy tính lập trình
ñiều khiển bằng máy tính.
- Thiết kế và chế tạo mô hình ñể kiểm chứng.
5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ KHOA HỌC :
- Đề tài góp phần vào sự phát triển trong lĩnh vực máy ép bằng
vít tải và quá trình ñiều khiển tự ñộng .

- Thúc ñẩy việc nghiên cứu các thiết bị tự ñộng trong nhà trường.
- Bước ñầu tạo ra những mô hình tự ñộng, dùng cho học sinh
thực hành và nghiên cứu khoa học.
- Tạo khả năng ứng dụng, kết nối giữa modun cơ khí và modun
ñiều khiển.
6. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
- Làm mô hình học tập cho sinh viên nhằm kích thích và phát
triển khả năng xây dựng các mô hình tự ñộng hóa khác.
- Thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị máy ép tự ñộng bằng vít tải
- Có thể ñiều khiển máy ép thông qua máy vi tính .
- Thiết kế chế tạo mô hình .
7. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở ñầu và kết luận, luận văn bao gồm 3 chương:
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, VẬT LIỆU VÀ
MÁY ÉP NHỰA
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC BỘ
PHẬN CỦA MÁY ÉP BẰNG VÍT TẢI

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI :
Hiện nay ñất nước ta ñang trong thời kì ñổi mới, thời kỳ công
nghiệp hóa hiện ñại hóa cùng với sự phát triển của nghành chế tạo
máy, nghành kỹ thuật ñiện tử là sự phát triển của kỹ thuật ñiều khiển
và tự ñộng hóa. Hệ thống ñiều khiển là một bộ phận không thể thiếu
ñược trong mọi quá trình tự ñộng hóa.
Nhu cầu về vật liệu mới: ngày nay chất dẻo, hay còn gọi là nhựa,
là các hợp chất cao phân tử, ñược dùng làm vật liệu ñể sản xuất nhiều
loại vật dụng trong ñời sống hằng ngày cho ñến những sản phẩm
công nghiệp, gắn với ñời sống hiện ñại của con người.
Nhu cầu về ñiều khiển tự ñộng các máy ép vít tải tăng.

Để ñáp ứng việc ñào tạo kỹ sư, kỹ thuật viên có ñủ trình ñộ hiểu
biết, khả năng thiết kế vận hành và sửa chửa các máy ñúc, dập, ép
trong công nghiệp.
Đề tài:
“ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
MÁY ÉP NHỰA BẰNG VÍT TẢI VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ”
2. MỤC ĐÍCH CỦA NGHIÊN CỨU :
- Nghiên cứu các loại máy ép bằng vít tải.
- Nghiên cứu về tự ñộng hóa các thiết bị cơ khí.
- Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống ñiều khiển máy ép nhựa
bằng vít tải dùng trong nghiên cứu, giảng dạy, học tập và sản
xuất thực tế.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU :
- Nghiên cứu vật liệu nhựa.
- Nghiên cứu về công nghệ khuôn ép, các sản phẩm từ nhựa.
- Nghiên cứu các loại máy ép bằng vít tải.
+ Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu vật liệu nhựa.
- Nghiên cứu máy ép bằng vít tải.

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

5

6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, VẬT LIỆU VÀ

MÁY ÉP NHỰA
1.1. Công nghệ ép nhựa
1.1.1 . Lịch sử hình thành và phát triển
Nhựa nhân tạo ñầu tiên ñược phát minh tại Anh vào năm 1861
bởi Alexander Parkes. Ông công khai thể hiện tại Triển lãm quốc tế
1862 tại London, kêu gọi các vật liệu sản xuất "Parkesine." Có nguồn
gốc từ cellulose, Parkesine có thể ñược ñun nóng, ñúc và giữ lại hình
dạng của nó khi ñược làm lạnh.
1.1.2. Công nghệ ép nhựa
Một cách ñơn giản nhất, công nghệ ép nhựa là quá trình phun
nhựa nóng chảy ñiền ñầy chất lỏng vào khuôn. Một khi nhựa ñược
làm nguội và ñông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn ñược mở ra
và sản phẩm ñược ñẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống ñẩy.
1.2. Phân loại vật liệu nhựa
1.2.1. Phân loại
Trong sản xuất vật liệu nhựa ñược phân thành hai loại: Nhựa
nhiệt dẻo và nhựa phản ứng nhiệt.
Theo trạng thái pha chúng ta có thể chia nhựa nhiệt dẻo thành hai
loại: Nhựa có cấu trúc vô ñịnh hình và nhựa có cấu trúc tinh thể.
Ngoài ra theo phạm vi sử dụng chúng ta có thể chia nhựa nhiệt dẻo
thành: nhựa gia dụng và nhựa kỹ thuật.
1.2.2. Một số loại nhựa thông dụng
1.Các loại nhựa gia dụng: PA (poly amide): còn gọi là nylon, có
cấu trúc tinh thể. Nhựa PA dùng ñể chế tạo các loại bánh răng, ổ lăn,
ổ trượt, ñai ốc…
2.Các loại nhựa kỹ thuật: ABS (Acrylonytrile – Butadiene Styrene): Được tạo ra từ 3 ñơn phân tử: Acrylonytrile, Butadiene,
Styrene. Nhựa ABS dùng ñể chế tạo các chi tiết trong xe hơi, nắp của
ngăn chứa, vỏ bánh xe…) tủ lạnh, các thiết bị trong gia ñình.
1.3. Các yếu tố cơ bản và quy trình công nghệ thiết kế khuôn ép
1.4. Các loại máy tạo hình và máy ép sản phẩm

1.5. Nhu cầu thực tế của máy ép nhựa bằng vít tải
Với các tính chất như: ñộ dẻo dai, nhẹ, có thể tái chế, không có
những phản ứng hóa học với không khí trong ñiều kiện bình
thường….vật liệu nhưa ñã thay thể các loại vật liệu khác như: sắt,
nhôm, gang, ñồng thau…ñang ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên. Do
ñó ta có thể nói rằng nhu cầu sủ dụng vật liệu nhựa trong tương lai sẽ
còn rất lớn. Điều này ñưa dến một hệ quả là giá thành khuôn sẽ
không ñược cho là quá ñắc bởi lợi nhuận mà nó mang lại là rất lớn, vì
một khuôn ép mà ta có thể cho ra hàng chục thậm chí hàng trăm ngàn
sản phẩm nhờ máy ép nhựa.
1.6. Khả năng công nghệ và hiệu quả kinh tế
- Tạo ra những sản phẩm có hình dạng phức tạp tùy ý.
- Khả năng tự ñộng hóa và chi tiết có tính tự lặp lại cao.
- Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc rất phong phú và ñộ
nhẳn bóng bề mặt rất cao nên không cần gia công lại.
- Phù hợp cho sản xuất hàng khối và ñơn chiếc.
1.7. Máy ép nhựa và các thông số gia công
1.7.1. Cấu tạo chung của máy ép nhựa
Máy ép nhựa gồm các hệ thống cơ bản như hình vẽ sau :

Footer Page 3 of 126.

Hình 1.5. Máy ép nhựa


Header Page 4 of 126.

7

8

1.7.2. Hệ thống hỗ trợ ép
Là hệ thống giúp vận hành máy ép. Hệ thống này gồm 4 hệ thống
con:
a) Thân máy
b) Hệ thống thủy lực
c) Hệ thống ñiện
d) Hệ thống làm nguội
1.7.3. Hệ thống phun
Hệ thống phun làm nhiệm vụ ñưa nhựa vào khuôn thông qua các
quá trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa
lỏng và ñịnh hình sản phẩm.

Ưu nhược ñiểm của cụm kìm dùng cơ cấu khuỷu và xylanh thủy lực:

1.7.4. Hệ thống khuôn
1.7.4.1. Hệ thống kẹp
Hệ thống kẹp có chức năng ñóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ
khuôn trong quá trình làm nguội và ñẩy sản phẩm thoát khỏi khuôn
khi kết thúc một chu kỳ ép phun

a)
b)
Hình 1.12. a) Cụm kìm dùng cơ cấu khuỷu
b) Cụm kìm dùng cơ cấu Xylanh

Footer Page 4 of 126.

Loại kìm

Kìm dùng thủy
lực

Ưu ñiểm
- Lắp ñặt khuôn nhanh
- Biết rõ áp suất kìm
- Dễ bảo dưỡng
- Ít làm võng tấm khuôn
- Lực kìm tập trung vào
giữa tấm khuôn

Nhược ñiểm
- Cần lượng lớn dầu thủy
lực
- Tốn nhiều năng lượng
-Chịu ảnh hưởng lớn
ñến hệ số nén của dầu

- Giá thành thấp.

Kìm dùng cơ
cấu khuỷu

- Cần bảo dưỡng thường
xuyên
- Di chuyển cơ cấu kìm nhanh. - Lực khuôn
- Khó’ ñiều chỉnh, kìm
- Tự• hãm ñể giảm va ñập.
không tập trung vào giữ

tấm

1.7.4.2. Hệ thống ñiều khiển
Hệ thống ñiều khiển giúp người vận hành máy theo dõi và ñiều
chỉnh các thông số gia công như: nhiệt ñộ, áp suất, tốc ñộ phun, vận
tốc và vị trí của trục vít, vị trí của các bộ phận trong hệ thống thủy
lực. Hệ thống ñiều khiển giao tiếp với người vận hành máy qua bảng
nút ñiều khiển và màn hình máy tính.
1.8. Chu kỳ ép phun
Chu kỳ ép phun gồm có 4 giai ñoạn:
1. Giai ñoạn kép ( Clamping phase ) : khuôn ñược ñóng lại
2. Giai ñoạn phun ( Injection phase ) : nhựa ñiền ñầy vào khuôn
3. Giai ñoạn làm nguội ( Cooling phase ) : nhựa ñược làm ñặc lại trong
khuôn
4. Giai ñoạn ñẩy ( Ejector phase ) : ñẩy sản phấm nhựa ra khỏi
khuôn


Header Page 5 of 126.

9

1.9. Đo và ñiều khiển nhiệt ñộ trong quá trình ép
Nhiệt ñộ của khuôn (gia nhiệt cho khuôn hoặc làm nguội
khuôn) rất quan trọng trong quá trình ép phun. Nhiệt ñộ khuôn có
ảnh hưởng ñến :
+ Chu kỳ ép phun.
+ Hình dạng và chất lượng sản phẩm .
+ Tình thẩm mỹ cảu sản phẩm .
+ Độ co rút, ñộ bền và các khuyết tật trên sản phẩm.

Do ñó, nhiệt ñộ của khuôn cần phải ñược ño ñạt và ñiều chỉnh
hợp lý.

10
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
2.1. Hệ thống ñiều khiển
2.1.1. Sơ ñồ khối của mạch ñiều khiển

MÁY TÍNH
PC

KHỐI VI ĐIỀU
KHIỂN

REMOTE

ĐIỀU KHIỂN
MÁY ÉP
Hình 2.1. Sơ ñồ khối của mạch ñiều khiển

Hình 1.23. Đồng hồ và một số loại cảm biến ño nhiệt cao.
1.10. Kết luận chương:
Trong chương này ñã trình bày một cách tổng quan về vật liệu
nhựa trong công nghiệp, công nghệ ép nhựa, các yếu tố cơ bản, quá
trình công nghệ thiết kế khuôn ép, một số lỗi thường gặp trong quá
trình ép.

Footer Page 5 of 126.

2.1.2. Các thành phần chính của mạch

- Chíp vi ñiều khiển xử lý trung tâm.
- Bộ ñiều khiển ñóng ngắt các thiết bị.
- IC MAX232 kết nối cổng COM.
- REMOTE ñiều khiển.
- Máy vi tính
2.1.3. Cấu trúc họ 8051: Con vi ñiều khiển
Đặc ñiểm và chức năng hoạt ñộng của các IC họ MSC–51 hoàn
toàn tương tự nhau. IC AT89C51 (một IC thuộc họ MSC–51 do hãng
ATMEL sản xuất)
IC 89C51 có các ñặc trưng sau:
- 4kb ROM
- 128 byte RAM
- 4 port xuất nhập, mỗi port 8 bit


Header Page 6 of 126.

11

12
2.2. Sơ ñồ khối AT 89C51
2.3. Sơ ñồ chân AT89C51:

1
2
3
4
5
6
7

8

VCC

40

A/ Sơ ñồ mạch ñiều khiển cụm ñiều khiển máy ép nhựa

P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7

AT89C51
9

P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7

RST

EA/VPP

18

Hình 2.2. Khối ñiều khiển trung tâm máy ép nhựa

+

-

1

IN

OUT

DIODE ~BRIDGE_1423
C14

C16

R23
1K

LM7805C/TO220 C18
C15
104

2200UF 64V
D23

LED

D22
~
U6

INT 18V

C13
DIODE ~BRIDGE_1423

1
C17

IN

12V
GND

+

-

2

2
1

OUT

3

LM7812C/TO220

C19
C20
470UF

2200UF 64V

0.33UF 50V

R25
10k

104
D25
LED

KHOI NGUON CUNG CAP

Hình 2.3. Mạch nguồn cung cấp

Footer Page 6 of 126.

28
27
26
25
24

23
22
21

*Mô tả các chân của AT89C51:

470UF

0.33UF 50V

J15

XTAL1

29

3

2

2.20

INT 18V

XTAL2

P2.7/A15
P2.6/A14
P2.5/A13
P2.4/A12

P2.3/A11
P2.2/A10
P2.1/A9
P2.0/A8

30

Hình 2.7. Sơ ñồ chân AT89C51

VCC
GND

U5

R24

2
1

PSEN

Q21
TIP42

D24
~

J16

ALE/PROG

31

20

19

P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD

GND

10
11
12
13
14
15
16
17

39
38
37

36
35
34
33
32

0V

-AT89C51 có tất cả 40 chân, trong số ñó có 32 chân có chức năng
xuất/ nhập. 24 trong 32 chân này là các chân có cộng dụng kép tức
mỗi một ñường có thể hoạt ñộng xuất/nhập hoặc hoạt ñộng như một
ñường ñiều khiển hoặc hoạt ñộng như một ñường ñịa chỉ/dữ liệu của
bus ñịa chỉ/dữ liệu ña hợp
2.4. Kết nối máy tính
2.4.1. Truyền thông qua cổng RS-232:
RS-232 là một chuẩn truyền thông nối tiếp cho phép truyền dữ
liệu dưới dạng các bít nối tiếp giữa hai thiết bị. Qua cổng RS-232 dữ
liệu ñược truyền và nhận theo”dòng bít” nối tiếp từ một ñiểm tới một
ñiểm khác. Chuẩn RS-232 thích hợp với việc truyền dữ liệu trên


Header Page 7 of 126.

13

14

khoảng cách 25m, tuy vậy muốn truyền trên khoảng cách xa hơn phải
dùng cáp nối ñặc biệt, ñược bọc kim và có tổn hao ñặc biệt

Hình 2.8. Sơ ñồ nguyên lý mạch kết nối máy tính
2.4.2. Truyền thông nối tiếp với 89C51
2.4.3. Giới thiệu khối ñiều khiển ñộng lực

Hình 2.16. Bảng ñiều khiển.

Khối ñộng lực ñược sử dụng các linh kiện có tính chất cách ly
với vi ñiều khiển nhằm trách sự tác ñộng các mức ñiện áp lớn ở các
ñộng cơ khi ñộng cơ hoạt ñộng.Tránh sự nhiễu trong quá trình hoạt
ñộng
2.4.4. Truyền thông nối tiếp từ máy tính với Visual Basic
2.5 Lập trình cho PIC dùng C COMPILER
2.5.1. Giới Thiệu PIC C Compiler:
PIC C compiler là ngôn ngữ lập trình cấp cao cho PIC ñược viết trên
nền C. chương trình viết trên PIC C tuân thủ theo cấu trúc của ngôn
ngữ lập trình C. Trình biên dịch của PIC C compiler sẽ chuyển
chương trình theo chuẩn của C thành dạng chương trình theo mã
Hexa (file.hex) ñể nạp vào bộ nhớ của PIC.

Footer Page 7 of 126.

2.9. Kết luận chương:
- Trình bày ñược cơ sỡ và lý thuyết tự ñộng.
- Giới thiệu ñược các khối ñiều khiển.
- Thiết kế ñược các vi mạch ñiều khiển hoạt ñộng của máy ép.


Header Page 8 of 126.

15

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC BỘ
PHẬN CỦA MÁY ÉP BẰNG VÍT TẢI
3.1. Tính toán thiết kế vít tải
3.1.1. Phân loại và công dụng
Người ta thường phân loại vít tải theo công dụng và tính chất
công việc; theo dạng vít, theo phương chuyển ñộng, theo sự quay
nhanh hoặc chậm của trục vít…
3.1.2. Cấu tạo vít tải

16

Hình 3.4. Sự phân bổ vật liệu khi trục vít tải quay

D

Giá trị giới hạn của góc nâng của trục vít α ñược xác ñịnh từ quan
hệ sau:

a)

tg ( α + ϕ 1) =

S
C

sin ϕ
f 2 cos ϕ + tgβ

(3-1)

Trong ñó ϕ 1 là góc ma sát của vật liệu với cánh vít

ϕ 1 = arctgf1

(3-2)

Bước của trục vít (hay khoảng cách giữa các cánh vít) sẽ là :
b)

Hình 3.3. Cấu tạo trục vít:
a-trục vít cánh liền một mối; b- cấu tạo chỗ nối trục;
Trục vít là bộ phận chủ yếu ñể vận chuyển vật liệu, nó gồm có một
trục quay ñặc hoặc rỗng, trên trục ñược lắp các cánh vít vận chuyển.
Gối ñỡ trục. Trong các vít tải, người ta thường dùng các gối ñỡ trục
là ổ trượt. Gối ñỡ hai ñầu trục có cấu tạo và kích thứơc theo tiêu
chuẩn của ổ trượt .
Quan hệ các kích thước của gối ñỡ trung gian (bảng 3.1)
3.1.3. Tính toán vít tải
3.1.3.1. Đối với vít tải quay chậm
Vít tải quay chậm dùng ñể vận chuyển vật liệu theo phương nằm
ngang hoặc theo phương nghiêng với góc nghiêng nhỏ, thường là
≤ 20o.

Footer Page 8 of 126.

S = π .Dtg α

t

(3-4)

a) Xác ñịnh năng suất của máy theo công thức sau:
Q = 3600F.v. ρ ,[kg/h]

(3- 5)

Trong ñó F là diện tích tiết ñiện ngang do vật liệu chiếm ở trong
thành máy, bằng
F=

π .D 2
4

µ K , [m2 ]

(3–6)

- ñối với vật liệu dạng hạt thì µ = 0,4.
- ñối với vật liệu dạng bột thì µ = 0,35.
K là hệ số chỉ sự giảm tiết diện do góc nghiêng ñặt vít tải, chọn gía trị
K theo bảng sau ñây:


Header Page 9 of 126.

17

Góc nghiêng ñặt vít tải, ñộ
Giá trị hệ số K

18

0
1

5
0,9

10
0,8

15
0,7

20
0,65

V là vận tốc vận chuyển vật liệu dọc theo trục vít
v=

S .n
, [ m/s]
60

(3–7)

f2 là hệ số ma sát của vật liệu với thành máy
A=

(3-8)

b) Xác ñịnh công suất tiêu hao cho vít tải
Công suất tiêu hao chủ yếu dùng ñể nâng vật liệu, ñể thắng ma sát
của vật liệu với thành máy và với cánh vít, và ñể thắng ma sát ở các
gối ñỡ trục vít. Xác ñịnh nó theo công thức sau:
N=

Q
(LC + H ) , [kW]
367

(3-9)

Trong ñó Q là năng suất của máy, tấn/h;

C là hệ số trở lực của máy, chọn C = 1,8 ÷ 2,5
3.1.3.2 Đối với vít tải quay nhanh
Khi trục vít quay thì vật liệu chịu tác dụng của lực ly tâm và phân bố
ñều ra thành máy và nó ñược nâng lên theo một ñường xoắn ốc có
góc xoắn là θ và ñược xác ñịnh như sau :
tg θ =

tg (α + ϕ 2 )
+
2

trong ñó ϕ 2 = arctg f2 ;

Footer Page 9 of 126.

(

tg (α + ϕ 2 ) 2
A
) +
(3-10)
2
cos(α + ϕ 2 )

D
), m;
2

Vận tốc tuyệt ñối của vật liệu bằng :
va =

v1
,
cos θ

(3-12)

Còn vận tốc quay của vật liệu bằng :
vq = v1. tg θ

(3-13)

Số vòng quay tối thiểu của trục vít ñược xác ñịnh như sau:
n0 = 13.5 g

sin(α + f 2 )
, [vg/ph]
D. f 2

(3-14)

và năng suất của máy sẽ là :
Q = 3600

π (D 2 − d 2 )

L là chiều dài vận chuyển theo phương ngang, m;
H là chiều cao vận chuyển vật liệu, m;

(3-11)

trong ñó R là bán kính ngoài của cánh vít ( R =

Thay các giá trị của F và v vào công thức tính năng suất, cuối cùng
có:
Q = 47D2Sn ρ µ .K, [kg/h]

gR sin(α + f 2 )
f 2 .v12

4

v1. µ.ρ , [kg/h]

(3-15)

Pc là lực ly tâm ép vật liệu vào thành máy, N.
Pc =

π ( D 2 − d 2 ) Hω q .D.µ .ρ
8

, [N]

(3-18)

ω q là tốc ñộ góc của vật liệu , 1/s.
ωq=

v q 2.v q
=
D
D
2

Xác ñịnh công suất N2 như sau :

(3-19)


Header Page 10 of 126.
N2 =

P0, R0 (ω − ω q )

1000

19
+

20

P0, R(ω − ω q )
1000

, [kW]

(3-20)

trong ñó R là bán kính ngoài của cánh vít, m ;
R0 là bán kính trung bình của cánh vít, m ;

ω là tốc ñộ góc của trục vít, 1/s
3.2. Tính toán các thông số cơ bản của máy
Chọn các kích thước của trục vít như sau :
Bước vít S = ( 0,8 ÷ 1,0 )D;
Chiều sâu rãnh vít ; h = ( 0,2 ÷ 0,3 )D;
Chiều dày cánh vít e = ( 0,2 ÷ 0,3 )D;
Khe hở giữa xylanh và ñầu mút cánh vít :

δ = (0,002 ÷ 0,005)D;

3.2.2. Áp suất ép
Áp suất ép phải ñảm bảo cho ñộ ñiền ñầy khuôn, ñảm bảo ñược
thời gian phun và tốc ñộ phun thích hợp. Vật liệu có ñộ nhớt càng

cao thì áp suất ép càng lớn.
Quan hệ giữa thể tích ép và áp suất ép cho ở bảng dưới ñây :

D là ñường kính trục vít .
Đối với loại trục lớn, rỗng ñể dẫn nước làm nguội vào thì gọn như
sau :
Chiều sâu rãnh vít h= ( 0,1 ÷ 0,2 )D;
Đường kính lỗ rộng d1 = ( 0,3 ÷ 0,4 )D;

3.2.3. Năng suất máy

Trục vít ñược chế tạo từ thép tốt chịu nhiệt và chịu mài mòn .
3.2.1. Tốc ñộ phun và thời gian phun
Để ñẩy vật liệu từ xylanh nung chảy vào khuôn ñúc thì phải thực hiện
quá trình phun nhờ sự chuyển ñộng của trục vít trong xylanh.
Quan hệ giữa tốc ñộ phun, thời gian phun với thể tích ñúc của máy
ñược nêu ở bảng dưới ñây

Hình 3.12. Vít tải
Q = 47D Sn ρϕ , (kg/h)
2

Footer Page 10 of 126.

(3-21)


Header Page 11 of 126.

21

22

Q = 47. 6,52.6,5.100.1,25.10-3.0,1925= 310,6 (kg/h)
K=

Trong ñó : D= 65.10-3 là ñường trục vít , m;
-3

S= 65.10

là bước vít ( khoảng cách giữa 2 cánh vít ) , m;

n là số vòng quay của trục vít , vòng/phút ;

ρ = 1,25 ÷ 1,46 (g/cm3) là khối lượng riêng của vật liệu , kg/m3 ;
ϕ = K.η = 0,385 . 0,5 = 0,1925

(3-22)

Trong ñó : K là hệ số hình học của trục vít
(3-23)

49 2
7
) ](1) = 0,385
65
65

Tốc ñộ

trượt,1/s
Độ nhớt µ
,N.s/m2

Chất
dẻo
Cao su
3.2.4. Công suất

N=

3,14.1,75 4
= 8,2.10-3 [mm3](3-26 )
128(21 + 4.1,75)

10

20

50

100

400

1000

0.06

0.04

0.02

0.015

0.005

0.002

50

40

20

4

1.5

9

1,1
V .P π 3 .D 3 n 2 µ .l 0 π 2 .D 2 n 2 eµ .l 0
[
+
+
]=40,08 [kW]
1000.η cos 2 α
3600h
3600.δ .tgα

Trong ñó: V= 250 cm3/s là năng suất thể tích của máy , m3/s ;
P = 10000 N/cm2 là áp suất lớn nhất trong máy, N/m2 ;

η là hệ số cung cấp thể tích , nó kể tới các dòng chảy ngược của vật

α =100 là góc nghiêng của cánh vít , ñộ ;

liệu, kể tới sự quay của vật liệu theo vít , thường lấy η =0,5 ÷ 0.9 .

D = 65 mm là ñường kính trục vít , m;

Áp suất của vật liệu tại ñầu ép phụ thuộc vào cấu tạo của khuôn

δ = 0,002D là khe hở giữa cánh vít và xylanh , m ;

ép, ñược tính như sau :

V
πDn (1- γ , )/ γ ,
P=
.C(
)
K
h

128(l + 4d )

=

Tính công suất theo công thức sau ñây :

d 2
e
K = [1 - (
) ] (1 - )
D
S
K=[1- (

πd 4

Lực dọc tác dụng lên trục vít ñược xác ñịnh như sau :
[ N/m2]

(3-25)

250.103
3,14.65.100 (1-1,81)/1,81
P=
. 18,25 . (
)
= 20,03.106 [N/m2]
−3
8,2.10
0,2.65

P0=

19000.N .η

19000.40,08.0,7
=
= 309,8.103,[N](3-31)
Dtb .n.tg (α + θ ) 60.10 −3.100.tg (10 + 6)

3.2.5. Tính bền trục vít

Trong ñó : V là năng suất thể tích của máy , m3/s;
C là hệ số thực nghiệm , lấy C = 18,25;

γ , là hệ số thực nghiệm , lấy γ , = 1,81 ÷ 5,32;
K là hệ số trở lực hình học của khuôn ép , m3 ;
- Đối với khuôn ép có lỗ hình trụ thì :

Footer Page 11 of 126.

Hình 3.13. Sơ ñồ tính toán lực tác dụng lên trục vít


Header Page 12 of 126.

23

24

+ Mômen xoắn tác dụng lên trục vít xác ñịnh theo :

i=

N

40,08
Mx = 973,6 .
= 973,6 .
= 390,21 , [N.cm]
n
100

(3-32)

6,5
1+ 0,32 = 1,696
4

[cm]

+ Lực chiều trục P xác ñịnh như sau :
P = p . F = 4400 . 30,18 = 132,797. 103 [N]

(3-33)

trong ñó F- diện tích tiết diện ngang của trục vít, cm

2

F=

π
4

3,14 2

6,5 (1 - 0,32) =30,18 (cm2)
4

D2(1 - α 2) =

(3-34)

d 0,3D
=
= 0,3
D
D

α =

p - áp suất riêng của vật liệu ở ñầu ép, N/cm2 , khi gia công có thể
chọn p như sau :
Đường kính trục vít, mm
Đại lượng p , N/cm2

60

125

200

250

4400

4200

3400

1500
Hình 3.14. Bản vẽ phát thảo mô hình.

i là bán kính quán tính của tiết diện , xác ñịnh như sau
i=

J
, [cm]
F

(3-36)

trong ñó J là momen quán tính của tiết diện ngang A-A, cm4 ;

π .D 4

3,14.6,5 4
(1-α )=
( 1 - 0,34) = 86,87 (cm4)(3-37)
J=
64
64
4

F là diện tích tiết diện ngang của trục vít (A-A), cm2
F=

π .D 2
4

( 1 - α 2) =

3,14.6,5 2
( 1 - 0,32) = 30,18 (cm2)(3-38)
4

Thay giá trị của J và F vào , có
i=

Footer Page 12 of 126.

D
D
1+α 2 =
1 + α 2 , [cm]
4
4

(3-39)

3.3. Kết luận chương:
Trong chương này ñã tính toán và thiết kế ñược các bộ truyền,
tính ñược các thông số cơ bản của máy ép.


Header Page 13 of 126.

25

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
1. Kết luận
Sau thời gian thực hiện, luận văn ñã thực hiện ñược các công
việc sau ñây :
- Trình bày ñược một cách tổng quan về máy ép nhựa và quy trình
công nghệ ép nhựa.
- Các loại vật liệu nhựa và các sản phẩm từ nhựa.
- Tính toán và thiết kế bộ phận truyền ñộng của máy ép nhựa.
- Trình bày ñược tổng quan về ñiều khiển tự ñộng.
- Thiết kế ñược hệ thống ñiều khiển tự ñộng máy ép nhựa qua vi ñiều
khiển.
- Viết ñược chương trình ñiều khiển hoạt ñộng của mô hình qua phần
mềm Visual basic.
- Chế tạo ñược mô hình ñể mô phỏng hoạt ñộng của máy.
- Kết nối ñược hoạt ñộng của mô hình với máy tính.

Kết quả ñạt ñược

Footer Page 13 of 126.

26
2. Hướng phát triển của ñề tài
- Làm mô hình học tập cho sinh viên nhằm kích thích và phát triển
khả năng xây dựng các mô hình tự ñộng hóa khác.
- Tiếp tục nghiên cứu, mở rộng phạm vi ñiều khiển tự ñộng cho các
loại máy trong ngành cơ khí nói chung và lĩnh lực ép nhựa nói riêng.
- Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh các loại máy ép nhựa tự ñộng ñiều

khiển ñể nâng cao năng suất, hạ giá thành và nâng cao chất lượng sản
phẩm.