Tiểu luận vật liệu học HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP PHUN NHỰA

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
----------

Tiểu luận
QUÁ TRÌNH HÓA GIÀ CỦA HƠP
KIM Al-Cu
GVHD: PHẠM THỊ HỒNG NGA
LỚP: 13145CL1

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 11 năm 2014


Hợp kim AlCu4 và nhiệt luyện hóa bền
Để xét nhiệt luyện hóa bền của hệ Al - Cu nói riêng và của các hệ hợp
kim nhôm khác nói chung, hãy xét cơ chế hóa bền khi nhiệt luyện hợp
kim Al chứa 4%Cu.
Bảng 6.1. Thành phần hóa học (%) và cơ tính của các hợp kim nhôm theo
AA


Từ giản đồ pha Al - Cu (hình 6.4) thấy rằng Cu hòa tan đáng kể ở trong
Al ở nhiệt độ cao (cực đại là 5,65% ở 548oC), song lại giảm mạnh khi hạ
nhiệt độ (còn 0,5% ở nhiệt độ thường). Khi vượt quá giới hạn hòa tan
lượng Cu thừa được tiết ra ở dạng CuAl2II (trong đó II là để chỉ pha này
được tiết ra từ trạng thái rắn như Fe3CII trong thép sau cùng tích). Như
vậy hợp kim AlCu4:
- Lúc đầu ở nhiệt độ thường và ở trạng thái cân bằng (ủ) có tổ chức gồm
dung dịch rắn α - Al (0,5%Cu) và một lượng (khoảng 7%) là pha
CuAl2II, có độ cứng và độ bền thấp nhất (σb = 200MPa).

- Khi nung nóng lên quá đường giới hạn hòa tan (520oC), các phần tử
CuAl2II hòa tan hết vào α và chỉ có tổ chức một pha α là Al(4%Cu) và
khi làm nguội nhanh tiếp theo (tôi) CuAl2II không kịp tiết ra, tổ chức α
giàu Cu được cố định lại ở nhiệt độ thường.

Hình 6.4. Góc Al của giản đồ pha Al - Cu (CuAl2 được ký hiệu là θ)
- Như vậy sau khi tôi, ở nhiệt độ thường hợp kim có tổ chức khác hẳn lúc
đầu, là dung dịch rắn quá bão hòa (với giới hạn hòa tan là 0,5%Cu thì
4%Cu là quá bão hòa) với độ bền tăng lên đôi chút (do mạng bị xô lệch
nhất định), σb = 250 - 300MPa và vẫn còn khá dẻo (có thể sửa, nắn
được).
Song lại thấy hiện tượng đặc biệt khác thép: sau khi tôi, theo thời gian độ
bền, độ cứng tăng lên dần và đạt đến giá trị cực đại sau 5 - 7 ngày, σb =
400MPa tức đã tăng gấp đôi so với trạng thái ủ (hình 6.5). Quá trình nhiệt


luyện hóa bền như vậy được gọi là tôi + hóa già tự nhiên (để lâu ở nhiệt
độ thường).
Cơ chế hóa bền khi tôi + hóa già
Cơ chế giải thích sự hóa bền của hợp kim nhôm khi tôi + hóa già do
Gunier và Preston đưa ra một cách độc lập nhau từ đầu thế kỷ 20 sau đó
đã được chứng minh bằng phân tích tia X là đúng. Có thể giải thích sự
hóa bền đó như sau.
Dung dịch rắn quá bão hòa tạo thành sau khi tôi là không ổn định, luôn có
khuynh hướng trở về trạng thái cân bằng, bằng cách tiết ra Cu và tập
trung lại dưới dạng CuAl2. Sự trở về trạng thái cân bằng này xảy ra khá
chậm ở nhiệt độ thường và càng nhanh ở nhiệt độ cao hơn với các giai
đoạn như sau.
- Giai đoạn I. Khi lượng Cu tập trung quá 4% ở một số vùng gọi là vùng
G.P có kích thước rất bé (hình đĩa bán kính khoảng 5nm) với sự xô lệch

mạng cao nên có độ cứng cao, nhờ đó nâng cao độ bền, độ cứng.
- Giai đoạn II. Các nguyên tử Cu trong vùng G.P tiếp tục tập trung và dần
dần đạt đến mức 1Cu - 2Al và vùng G.P to lên tạo nên pha V" (kích
thước 10nm, khoảng cách các pha 20nm) rồi V' (với kích thước lớn hơn).
Độ bền đạt được giá trị cao nhất là ứng với sự tạo nên pha V", khi tạo
nên pha V' độ bền bắt đầu giảm đi. ở nhiệt độ thường quá trình kết thúc
bằng sự tạo thành pha V" và đạt độ bền cực đại sau 5 - 7 ngày và duy trì
trạng thái này mãi mãi (xem đường hóa già tự nhiên - 20oC - trên hình
6.5).
- Giai đoạn III. ở nhiệt độ cao hơn, 50 - 100oC hay hơn, pha V' chuyển
biến thành V với cấu trúc đúng với CuAl2 như trên giản đồ pha. Do ở
trạng thái cân bằng và pha V có kích thước lớn hơn nên độ bền giảm
nhanh đến mức thấp nhất (xem đường hóa già nhân tạo - 100, 200oC trên
hình 6.5). Có thể coi V’’ và V’ là các tiền pha của V - CuAl2.
Qua đó thấy rõ:
+ Pha CuAl2 có vai trò rất lớn đối với hóa bền hợp kim nhôm: hòa tan
vào dung dịch rắn khi nung nóng, tạo nên dung dịch rắn quá bão hòa khi
làm nguội và chuẩn bị tiết ra lại ở dạng rất phân tán khi hóa già. Không
có nó hợp kim không thể hóa bền được, nên người ta gọi nó là pha hóa
bền.


Hình 6.5. Sự thay đổi giới hạn bền theo thời gian (hóa già) sau khi tôi của
hợp kim AlCu4
+ Nhiệt luyện hóa bền bằng cách tôi rồi tiếp theo sau là:
• Hóa già tự nhiên: bảo quản ở nhiệt độ thường trong 5 - 7 ngày, hoặc
muốn nhanh hơn.
• Hóa già nhân tạo: nung nóng ở 100 - 200oC trong thời gian thích hợp
(chừng vài chục h tùy theo từng nhiệt độ cụ thể) để đạt đến độ bền cao
nhất do tạo nên tiền pha θ (nhưng nếu kéo dài quá quy định độ bền sẽ

giảm đi và không đạt được giá trị cực đại do tạo nên pha θ).
Họ AA 2xxx (đura)
Họ này thuộc hệ Al - Cu - Mg. Về cơ bản chúng là hợp kim với trên dưới
4%Cu (2,6 đến 6,3%) và 0,5 - 1,5%Mg có tên là đura (từ tiếng Pháp
duraluminium - nhôm bền, cứng). Cu và đặc biệt là Mg (cùng với Cu) là
các nguyên tố có tác dụng nâng cao hiệu quả của nhiệt luyện tôi + hóa già
vì chúng tạo nên các pha hóa bền, ngoài CuAl2 còn có CuMg5Al5,
CuMgAl2 có tác dụng mạnh hơn. Tuy nhiên trong thành phần của đura
phải kể ra sáu nguyên tố (them Fe, Si và Mn), trong đó: Fe và Si là hai tạp
chất thường có (các hợp chất chỉ chứa Fe và đồng thời cả Fe, Si không
hòa tan vào Al khi nung nóng nên không có tác dụng hóa bền, lại còn làm
giảm lượng pha hóa bền, nên rất có hại), Mn được đưa vào với lượng nhỏ
để làm tăng tính chống ăn mòn.


Các mác AA 2014 và AA 2024 được dùng nhiều trong kết cấu máy bay,
dầm khung chịu lực xe tải, sườn tàu biển, dụng cụ thể thao...
Hai đặc điểm nổi bật của đura là:
- Độ bền cao (σb = 450 - 480MPa), khối lượng riêng nhỏ (γ ≈ 2,7g/cm3)
nên có độ bền riêng (được xác định bằng tỷ số σb / γ với thứ nguyên là
chiều dài) cao, tới 15 - 16 (km), trong khi đó CT51 là 6,0 - 6,5, gang: 1,5
- 6,0.
- Tính chống ăn mòn kém do có nhiều pha với điện thế điện cực khác
nhau, nhưng người ta có thể hoàn toàn khắc phục được bằng cách phủ các
lớp nhôm nguyên chất mỏng (~4% chiều dày tấm) lên bề mặt khi cán
nóng, nên có tính chống ăn mòn không khác gì nhôm sạch.
Chính nhờ độ bền riêng cao và tính chống ăn mòn tốt trong khí quyển,
các bán thành phẩm cán của đura được dùng rộng rãi trong vận tải, đặc
biệt là hàng không.

HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP PHUN NHỰA

I. Giới thiệu chung về máy nhựa
1. Nguyên tắc làm việc của máy ép phun.
-Nguyên tắc làm việc của máy ép phun: là phun nhựa nóng chảy dưới
một áp lực lớn vào bộ phận định hình (khuôn) đảm bảo nhựa nóng được
điền đầy và được làm mát để tạo hình sản phẩm.
-Ép phun là một quá trình tuần hoàn, với mỗi chu kỳ bao gồm: định
lượng - nhựa nóng chảy - phun áp lực điền đầy - làm mát - chế độ lấy.
Loại bỏ các nhựa thừa và sau đó lại chế độ khép kín, chu kỳ tiếp theo.
2.Cấu trúc của máy ép phun.
Máy ép phun được phun theo 2 cách của piston và trục vít máy ép phun.
Theo phương thức truyền dẫn máy có thể được chia làm nhiều loại: điện,
thủy lực, cơ khí-thủy lực (kết hợp). Theo cơ chế vận hành được chia làm
tự động và bán tự động.
a. Máy ép ngang
Đây là loại máy phổ biến nhất. Một phần của máy, bộ phận khuôn và các
bộ phận vòi phun nằm trên trục trung tâm và khuôn được mở ra theo
hướng nằm ngang.
Đặc điểm: kích thước máy ngắn gọn, dễ vận hành và bảo trì, trọng tâm
máy thấp, cài đặt máy ổn định, sản phẩm sau khi hoàn thành dễ dàng
được lấy ra nhờ trọng lượng của sản phẩm do đó dễ dàng thực hiện hoạt
động tự động hoàn toàn. Hiện nay đa số máy ép phun sử dụng loại máy
này.
b. Máy ép dọc (ép đứng).
Một phần của máy, bộ phận khuôn và các bộ phận vòi phun nằm trên trục
trung tâm theo chiều dọc và khuôn được mở ra theo hướng thẳng đứng.

Đặc điểm : Bệ máy nhỏ, dễ dàng để đặt chèn, thuận tiện trong việc tháo
lắp khuôn, vật liệu từ phếu vào các sản phẩm nhựa có thể được đồng đều
hơn. Sản phẩm lấy ra không dễ dàng và phải thực hiện bằng tay do đó
khó thực hiện được hoạt động tự động. Với máy ép phun đứng này được
sử dụng cho máy ép phun nhỏ thường ít hơn 60 gram sản phẩm, với các
máy lớn hơn và kích thước trung bình không nên được sử dụng.
c. Máy ép phun nghiêng.
Bộ phận khuôn và các bộ phận vòi phun không nằm trên trục trung tâm
mà tạo thành một góc lệch tâm. Hướng phun và giao diện nằm trên cùng
bề mặt khuôn.
Đặc điểm: Phù hợp cho các trung tâm gia công các sản phẩm có bề mặt
phẳng không được để lại dấu vết trên bề mặt phẳng của sản phẩm. Máy
ép phun nghiêng có diện tích nhỏ hơn máy ép phun ngang, nhưng nhựa
được điền vào khuôn dễ dàng do góc nghiêng xuống. Đây là loại máy ép
phun được sử dụng nhiều cho các máy nhỏ.
d. Máy ép phun nhiều chế độ quay.
Máy đặc biệt nhiều khuôn được đặc trưng bởi cấu trúc thiết bị quay kẹp,
khuôn bố trí xung quanh trục quay.
Đặc điểm: Đây là loại máy ép phun phát huy khả năng hóa dẻo để rút
ngắn chu kỳ sản xuất và nâng cao năng lực sản xuất của máy, đặc biệt
máy thích hợp cho làm mát và khối lượng nhựa lớn trong một thời gian
dài, nó hỗ trợ thời gian làm mát và tăng lượng nhựa trong sản xuất sản
phẩm. Tuy nhiên hệ thống khuôn kẹp lớn, phức tạp, lực khóa nhỏ do đó
máy được sử dụng trong sản xuất đế, bệ và một số các sản phẩm khác.


Sử dụng bảo quản và vận hành
1.Khi làm việc với máy ép nhựa phun như: vận hành máy, bảo trì bảo
dưỡng máy và sửa chữa máy rất cần biết 05 hệ thống cơ bản của máy ép
nhựa phun sau:

1- Hệ thống kẹp
2- Hệ thống khuôn
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 chính (Injection press support
system)

+ Thân máy (Frame)
+ Hệ thống thủy lực (Hydraulic system)
+ Hệ thống điện (ELectrical system)
và Hệ thống làm nguội ((Cooling system)
a, Thân máy là hệ thống liên kết và gữi các hệ thống và bộ phận máy
lại với nhau làm cho máy hoạt hoạt động ổn định và chắc chắn.


Hệ thống thủy lực máy ép nhựa
b, Hệ thống thủy lực: Cung cấp lực để đóng và mở khuôn tạo ra và duy
trì lực kẹp làm cho trục vít quay và chuyển động tới lui tạo lực cho chốt
đẩy và sự trượt của lõi mặt bên. Hệ thống này bao gồm: bơm, van, motor,
đường ống đẫn và thùng chứa dầu..v

Hệ thống điện máy ép nhựa
c, Hệ thống điện:
Cung cấp điện cho Motor điện và hệ thống điều khiển nhiệt cho khoang
chứa nhựa thông qua các vòng nhiệt (heater band) đảm bảo toàn hệ thống
hoạt động ổn định thông qua hệ thống dây dẫn và tủ điều khiển (Electric
power cabinet)

Hệ thống làm nguôi máy ép nhựa


d, Hệ thống làm nguội cung cấp nước hoặc dung dịch ethyleneglycol
để làm nguội khuôn, dầu thủy lực và ngăn không cho nhựa thô ở cuống
phễu bị nóng chảy, vì khi nhựa bị nóng chảy thì phần nhựa thô phía trên
khó chạy vào khoang chứa nhựa. Nhiệt trao đổi cho dầu thủy lực vào
khoảng 90-120 độ F. bộ điều khiển nhiệt nước (water temperature
controller) cung cấp 1 lượng nhiệt, áp suất, dòng chảy thích hợp để làm
nguội nhựa nóng trong khuôn.
2. Hệ thống phun (press system)

Hệ thống phun máy ép nhựa
Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua các quá
trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy nhựa, phun nhựa lỏng vào khuôn
và định hình sản phẩm. Hệ thống này có các bộ 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)
 Vòi phun (Nozzle)
a, Phếu cấp nhựa: chứa vật liệu nhựa dạng viên để cấp vào khoang trộn.
b, Khoang chứa nhựa: chứa nhựa được gia nhiệt nhờ các vòng cấp nhiệt
c, Các vòng gia nhiệt: giữ cho nhiệt độ trong khoang chứa nhựa luôn ở
trạng thái chảy dẻo. Trên một máy ép nhựa các vòng gia nhiệt được cài
đặt với nhiệt độ khác nhau để tạo ra các vùng nhiệt độ phù hợp cho quá
trình ép phun.

Các vòng gia nhiệt máy ép nhựa phun
d, Trục vít: có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa
chảy vào lòng khuôn
Trục vít có cấu tạo gồm 3 vùng: vùng cấp nhựa, vùng nén và vùng định
lượng

Cấu tạo trục vit máy ép nhựa phun
e.Bộ hồi tự hở hay van hồi tự mở: Bộ phận này gồm vòng chắn hình
nêm, đầu trục vít và seat. Chức năng tạo ra dòng nhựa bắn vào khuôn

Bộ hồi tự hở
Khi trục vít lùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển về hướng vòi phun
và cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít. còn khi trục vít di
chuyển về phía trước thì ngược lại


GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN CHO MÁY PHUN KHUÔN ÉP
NHỰA
Quá trình làm việc của máy ép nhựa gồm nhiều giai đoạn như: kẹp
khuôn, phun khuôn, làm nguội, mở khuôn và đẩy phôi ra …Yêu cầu về
lưu lượng dầu và áp suất hoạt động là khác nhau trong từng giai đoạn. Do
đó không cần đòi hỏi máy ép nhựa phải luôn hoạt động với áp suất và lưu
lượng ở mức cố định. Mặt khác động cơ bơm dầu được thiết kế đáp ứng
với mức tải cao nhất do vậy công suất bơm dầu thường không được sử
dụng hết. Dẫn đến năng lượng lãng phí rất nhiều.

Đối với các máy phun khuôn truyền thống sử dụng các bơm cố định công
suất, van điều chỉnh được sử dụng để thay đổi lưu lượng và áp suất tiêu
thụ. Trong trường hợp này, giữa các giai đoạn của máy, công suất tiêu thụ
trên động cơ chính thay đổi không đáng kể, và một tỉ lệ lớn năng lượng bị

tiêu hao qua van dưới dạng áp suất chênh lệch bởi dòng tràn.
Nếu hệ thống điều khiển có thể tự động điều chỉnh tốc độ của động cơ
bơm dầu theo yêu cầu tải thực tế (áp suất và lưu lượng) trong các giai
đoạn khác nhau, thì khi đó năng lượng tiêu thụ sẽ đạt mức thấp nhất, loại
bỏ được hiện tượng tràn qua van an toàn và vẫn đảm bảo cho máy vận
hành chính xác, ổn định.
Biến tần chuyên dụng cho máy phun khuôn CHV110 có thể tự động điều
chỉnh tốc độ quay và lượng dầu bơm dựa trên trạng thái làm việc hiện tại
của máy, như kẹp khuôn, phun khuôn, nấu chảy, mở khuôn và đẩy phôi
ra…tuân theo yêu cầu áp suất và tốc độ được thiết lập, vì vậy lưu lượng
dầu cung cấp thực của bơm sẽ thích hợp với lưu lượng dầu làm việc của
máy phun khuôn ở bất kỳ trạng thái nào. Điều này dẫn tới việc thay đổi
chế độ làm việc của động cơ bơm dầu: từ chế độ chạy với tốc độ là hằng
số sang chế độ thay đổi được tốc độ quay. Khi cần áp suất và lưu lượng


cao, động cơ quay với tốc độ cao nhất, ngược lại động cơ có thể chạy
chậm lại hoặc dừng hẳn. Kết quá là làm cực tiểu công suất tiêu thụ khi
motor hoạt động trong phạm vi tải, khử hiện tượng dòng tràn và bảo đảm
sự vận hành hành ổn định và chính xác cho motor.
Ứng dụng biến tần tiết kiệm năng lượng CHV110 có thể thực hiện khởi
động mềm cho motor của máy phun khuôn, cải thiện hệ số công suất , và
điều chỉnh hợp lý công suất ngõ ra của motor máy phun khuôn. Bằng
cách này, hiệu suất động cơ được nâng cao và năng lượng được tiết kiệm
nhiều.
Kết quả đo được từ thực tế sử dụng bộ biến tần CHV110 tại nhà máy ép
nhựa Thẩm Cương đã giúp tiết kiệm được từ 60% năng lượng
điện trong quá trình sản suất ..

Đặc tính kỹ thuật của biến tần

CHV110:
Sản phẩm họ biến tần CHV110 là sản
phẩm mới nhất được xuất xưởng bởi
Shenzhen INVT Electric Co.,Ltd. dựa
trên nhiều năm kinh nghiệm nghiên
cứu, phát triển, sản xuất và cải tạo tiết
kiệm năng lượng cho máy phun khuôn.
Sản phẩm đại diện cho vị trí dẫn đầu
trong các ngành công nghiệp tương tự. So sánh với các sản phẩm có mặt
trên thị trường, CHV110 có những đặc trưng kỹ thuật sau:
● Chế độ điều khiển: điều khiển sensorless vector, điều khiển vector, điều
khiển V/F


● Khả năng quá tải lớn 180% trong 30s cho tăng tốc nhanh.
● Cấp bảo vệ IP54, chống bụi bẩn, chất ăn mòn và sử dụng bền…
● Tích hợp sẵn cuộn kháng DC (từ 15kW đến 55KW) cải thiện hệ số
công suất và nâng cao hiệu suất cho động cơ.
● Chức năng tự động reset lỗi : tự động reset và tiếp tục vân hành khi mất
nguồn tức thời.
● Chức năng tự động điều chỉnh điện áp: ổn định ngõ ra khi áp nguồn dao
động.
● Tích hợp sẵn card nhận tín hiệu điện áp và dòng điện (0~1A)
● Không gây nhiễu đến thiết bị khác như máy tính, bộ điều khiển và màn
hình vận hành, có sẵn bộ lọc nhiễu bức xạ điện từ.
● Giải thuật: nhận tín hiệu analog (0~1A) hoặc (0~10V) của áp suất và
lưu lượng, tư động điều khiển tốc độ bơm dầu đáp ứng nhanh chính xác
áp suất và lưu lượng dầu theo chu trình cài đặt.
● Bơm dầu chỉ làm việc khi có yêu cầu lưu lượng hoặc áp suất, loại bỏ
trượng hợp tràn dầu qua van an toàn giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả

● Tích hợp sẵn mạch By-pass giúp việc sản xuất không bị gián đoạn khi
có sự cố từ biến tần.
● Khả năng tiết kiệm từ 20% đến 80% điện năng tiêu thụ.
Lưu ý khi lắp đặt và sử dụng:
Để đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng tốt hơn, các vấn đề sau cần
được xem xét trước khi xây dựng lại hệ thống tiết kiệm năng lượng cho
máy phun khuôn:
1)
Kiểu máy phun khuôn: Việc tiết kiệm năng lượng chỉ áp dụng đối
với máy phun khuôn sử dụng các bơm thủy lực cố định công suất, và
không áp dụng đối với các kiểu máy phun khuôn khác (như các máy sử
dụng điện năng, hoặc các bơm thay đổi công suất).
2)

Công nghệ phun khuôn: Tỉ lệ năng lượng tiết kiệm sẽ không đạt


được nhỏ nhất nếu chu kỳ khuôn quá ngắn (nhỏ hơn 10 giây), hoặc hầu
hết các thông số kỹ thuật của thiết bị đã gần sát ngưỡng hay đầy tải.
3)
Điều kiện trang bị: Đối với các máy phun khuôn có model cũ hoặc
máy có chu kỳ khuôn bị khuyết, các vấn đề như quá ồn và motor bị nóng
có thể xảy ra khi gắn bộ tiết kiệm năng lượng.
4)
Môi trường lắp đặt: Không nên gắn bất kỳ đồng hồ đo analog độ
chính xác cao nào vào cùng mạch với bộ tiết năng lượng vì chúng có thể
bị nhiễu vì sóng hài bậc cao.