Nghiên cứu ứng dụng của PLC trong hệ điều khiển máy nhựa ép phun
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.39 MB, 102 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------
PHẠM THỊ THẢO
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA PLC
TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN MÁY NHỰA ÉP PHUN
CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ XNCN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN VĂN KHANG
HÀ NỘI - 2004
Luận văn cao học
- 2 -
Phạm Thị Thảo
mục lục
Nội dung
Trang
Danh mục các hình vẽ .4
Mở Đầu ..5
ch-ơng 1:tổng quan về công nghệ ép .6
Ch-ơng 2:công nghệ và trang thiết bị máy nhựa ép phun 11
2.1:Giới thiệu..11
2.1.1: Phân loại máy nhựa ép phun 11
2.1.2: Các nguyên liệu thông dụng có thể gia công trên máy ép phun..12
2.2: Công nghệ và sơ đồ khối. . 13
2.2.1: Các khâu công nghệ .13
2.2.2:Yêu cầu điều khiển .15
2.2.3: Nguyên lý hoạt động thuỷ lực của máy nhựa ép phun...17
2.3: Trang thiết bị máy nhựa ép phun...20
2.3.1: Các cơ cấu thuỷ lực. ..20
2.3.2: Các thiết bị cơ khí . 23
ch-ơng 3:thiết kế hệ thống điều khiển 34
3.1: Trang thết bị điều khiển....34
3.2:Yêu cầu và thiết kế điều khiển 35
3.2.1: Các yêu cầu về chế độ và an toàn35
3.2.2: Yêu cầu về hành trình điều khiển36
3.2.3: Thiết kế điều khiển các van dầu..39
3.2.4: Thiết kế điều khiển động cơ bơm dầu....40
3.2.5: Chọn ph-ơng án điều khiển..43
3.2.6: Tính chọn thiết bị ...44
3.2.7: Xây dựng cấu hình ph-ơng án điều khiển.49
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 3 -
Phạm Thị Thảo
ch-ơng 4:Ch-ơng trình điều khiển và giám sát...51
4.1:Ch-ơng trình điều khiển.51
4.1.1:Bố trí vào ra PLC..51
4.1.2:Bố trí đầu vào analog...53
4.1.3: L-u đồ và ch-ơng trình điều khiển.53
4.2: Ch-ơng trình giám sát. .62
4.2.1: L-u đồ ch-ơng trình giám sát..62
4.2.2: Thiết kế giao diện ...64
Phụ lục ch-ơng 4:Ch-ơng trình điều khiển75
Kết luận..100
TàI liệu tham khảo..102
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 4 -
Phạm Thị Thảo
Danh mục các hình vẽ
T
Ký hiệu
Tên hình
Trang
T
1
H2.1
Máy ép phun trục vít
11
2
H2.2
Sơ đồ khối các khâu công nghệ
13
3
H2.3
Thiết bị gia nhiệt máy ép nhựa
14
4
H2.4
ép định hình sản phẩm
15
5
H2.5
Sơ đồ cấu trúc máy ép nhựa
16
6
H2.6
Quá trình ép nhựa và tiếp liệu
19
7
H2.7
Hoạt động thuỷ lực của máy nhựa ép phun
21
8
H2.8
Cấu trúc van tiết l-u
23
9
H2.9
Sơ đồ cơ khí tay kìm đóng khuôn
24
10
H2.10
Thiết bị gia nhiệt trên xilanh
25
11
H2.11
Phễu tiếp liệu có hệ thống sấy khô
30
12
H3.1
Sơ đồ cấu trúc máy ép nhựa
36
13
H3.2
Điêù khiển van và áp suất tốc độ
40
14
H3.3
15
H3.4
PLC CPM2A
45
16
H3.5
Kết nối PLC qua cổng RS232 kết nối 1:1
49
17
H3.8
Sơ đồ khối hệ điều khiển
50
18
H4.1
Bố trí đầu vào PLC
51
19
H4.2
Bố trí đầu ra PLC
52
20
H4.3
Bố trí đầu vào ra analog
53
Sơ đồ khởi động động cơ và mạch bảo vệ liên động
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
42
Luận văn cao học
- 5 -
Phạm Thị Thảo
Mở Đầu
Nhựa và các sản phẩm của nhựa đang đ-ợc sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp cũng nh- trong cuộc sống hàng ngày. Sản phẩm của
nhựa đ-ợc sử dụng làm vỏ các linh kiện, các thiết bị máy móc vì nó có
nhiều đặc tính tốt nh- chi phí thấp, nhẹ, cách điện tốt... Những thiết bị
sinh hoạt và đồ dùng trong gia đình bằng nhựa chiếm một số l-ợng lớn
nh-: bàn ghế nhựa, vỏ tivi , đài,....các đồ dùng bằng nhựa vừa rẻ, vừa
gọn, không cồng kềnh, đắt tiền nh- các vật liệu khác. nhựa đ-ợc sử
dụng nhiều, rộng rãi trong mọi lĩnh vực vì vậy nghành công nghiệp sản
xuất nhựa là một nghành quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.
Nhựa là sản phẩm của phản ứng trùng hợp có khối l-ợng phân tử lớn
từ hàng trăm nghìn đến hàng triệu đơn vị cacbon. Từ khi loài ng-ời sản
xuất ra đ-ợc nhựa, ra các chất dẻo nh- PVC, PE....dến nay đã có
những b-ớc tiến nhảy vọt về kỹ thuật sản xuất nhựa, về kỹ thuật sản
suất những vật liệu cao phân tử , polime.... các sản phẩm bằng nhựa
đã dần dần thay thế những vật liệu khác, chẳng hạn nh- kim loại vừa
hiếm vừa đất tiền mà tính năng nhiều khi không -u việt bằng nhựa.
Trong yêu cầu về kỹ thuật, nhựa là vật liệu không thể thiếu đ-ợc,
không thể thay thế đ-ợc. Khi công nghệ sản xuất nhựa còn đơn giản
đến nay đã có những công nghệ sản xuất hiện đại tiên tiến hoàn toàn tự
động nh- điều khiển lập trình bằng máy tính hay điều khiển bằng lôgic
khả trình (PLC). Qua đó có thể khẳng định rằng nhựa là một sản
phẩm thiết yểu để dùng trong công nghiệp cũng nh- trong cuộc sống
của con ng-ời.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 6 -
Phạm Thị Thảo
ch-ơng 1
tổng quan về công nghệ ép nhựa
Cách đây hơn 160 năm ng-ời ta đã dùng các ph-ơng pháp đùn và thổi
các vật liệu có độ nhớt cao. Lần đầu tiên sử dụng ph-ơng pháp này để gia
công các sản phẩm từ kim loại màu, sản xuất ni lông và gạch xây dựng. Tr-ớc
tiên ng-ời ta dùng máy ép pittông truyền động bằng sức ng-ời. Vào giữa thế
kỷ 19, ở Anh và Đức, máy ép pittông đ-ợc chế tạo hoàn chỉnh hơn và chuyển
từ truyền động bằng sức ng-ời sang truyền động bằng cơ học và thuỷ lực học.
Máy ép pittông làm việc với chu kỳ không liên tục nên chỉ gia công đ-ợc các
sản phẩm nhỏ, ngắn và đơn giản. Để đáp ứng yêu cầu phát triển của xã hội,
các sản phẩm chế tạo ra lớn hơn, phức tạp hơn nên ng-ời ta chế tạo ra máy
trục vít sử dụng để gia công chất dẻo.
Từ giữa thế kỷ 20 đến nay, máy trục vít đ-ợc hoàn thiện không ngừng.
Từ các máy cơ học thuần tuý đến các máy cơ thuỷ lực và ngày nay thuỷ lực
hoàn toàn. Việc gia nhiệt cho các máy cũng không ngừng phát triển, từ hơi
n-ớc thay thế hoàn toàn bằng điện. Về hình thức máy cũng không ngừng đ-ợc
cải tiến để phù hợp với thẩm mỹ của con ng-ời. Việc khống chế các thông số
kỹ thuật cũng đ-ợc tự động hoá và đặc biệt là tự động hoá quá trính sản xuất,
giải phóng sức lao động của con ng-ời.
Trong khoảng thời gian không dài với lịch sử phát triển của con ng-ời,
nghành chế tạo máy gia công vật liệu dẻo đã đi đ-ợc một b-ớc khá dài. Ngày
nay các máy này gần nh- đáp ứng đầy đủ ý muốn của con ng-ời, tuy vậy
ng-ời chế tạo và sử dụng nó phải không ngừng hoàn thiện đến tối đa.
Trong quá trình thiết kế và hoàn chỉnh máy ép đúc d-ới áp suất, các nhà
nghiên cứu đã di sâu vào lĩnh vực tự động hoá, tăng công suất của máy theo
vật đúc, tăng c-ờng các thông số kỹ thuật và kinh tế của máy song cũng gặp
rất nhiều khó khăn. Mãi đến khi xuất hiện loại máy ép đúc có bộ phận dẻo hoá
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 7 -
Phạm Thị Thảo
sơ bộ vật liệu mới có tính năng kỹ thuật cao và từ dó đ-a nghành chế tạo máy
ép đúc tiến lên một b-ớc lớn. Trọng l-ợng vật đúc đã tăng rõ rệt. Từ năm 1950
ở Mỹ đã sản xuất loại máy ép đúc d-ới áp suất có trọng l-ợng 8,5kg và ở Pháp
tới 12 kg. Từ đó máy ép đúc d-ới áp suất kiểu trục vít cũng xuất hiện.
Máy ép đúc kiểu trục vít ra đời cho phép đúc các sản phẩm từ các loại
vật liệu máy ép kiểu pittông không không sản xuất đ-ợc. Máy ép đúc d-ới áp
suất kiểu trục vít cũng cho phép điều chỉnh các chế độ kỹ thuật của quá trình
đúc. Tính năng -u việt của máy ép đúc d-ới áp suất kiểu trục vít là lĩnh vực sử
dụng rất rộng. Trọng l-ợng của vật đúc ở máy ép đúc có bộ phận dẻo hoá sơ
bộ đạt tới 30kg.
Vật liệu gia công trên máy ép đúc d-ới áp suất kiểu trục vít d-ới áp suất
đ-ợc làm mềm đến trạng thái chảy nhớt ở xilanh phun và làm lạnh ở khuôn
(đối với nhựa nhiệt dẻo) và gia nhiệt khuôn (đối với nhựa nhiệt rắn). Nhiệt độ
của xilanh và khuôn đ-ợc điều chỉnh do sự phụ thuộc và tính chất của vật liệu.
áp suất đúc phụ thuộc vào hình dáng và thể tích đúc.
Quá trình ép, chúng ta hiểu là quá trình gia công mà trong đó vật liệu
đã đ-ợc dẻo hoá sơ bộ hoặc đã nung nóng sơ bộ, đ-ợc tạo viên, đ-ợc định
l-ợng vào khoang khuôn , sau đó ở nhiệt độ dủ xác định sau khi khuôn đóng
d-ới áp lực của vật liệu ép đ-ợc tiến hành tạo l-ới thành sản phẩm.
Trong quá trình ép, l-ợng vật liệu đ-ợc định l-ợng vào khuôn ảnh
h-ởng đến chất l-ợng sản phẩm, do đó nếu có khả năng định l-ợng chính xác
thì cần phải thực hiện nh- vậy sẽ tránh đ-ợc các gia công bổ trợ. Vật liệu ít sẽ
dẫn đến sản phẩm bị xốp, nhiều quá liều l-ợng sẽ gây baria không cần thiết .
Có hai cách định l-ợng th-ờng đ-ợc sử dụng là:
* Định l-ợng theo thể tích: Ph-ơng pháp này dễ thực hiện nên hay
đ-ợc sử dụng hơn. Tuy nhiên điều quan trọng trong tr-ờng hợp này là mật độ
nóng chảy của vật liệu phải ổn định, khuynh h-ớng vón cục phải nhỏ. Có nhthế mới đảm bảo cho việc điền đầy cốc đong vật liệu đ-ợc đơn giản và việc
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
- 8 -
Luận văn cao học
Phạm Thị Thảo
định l-ợng vào khuôn sẽ ổn định, sự dao động vật liệu do định l-ợng sẽ loại
trừ. Xong ph-ơng pháp này cũng có sự hạn chế khi sử dụng nó, khoảng thời
gian định l-ợng cần phải ngắn vì trong quá trình đổ vật liệu vào khoang
khuôn, vật liệu sẽ tiếp xúc với những phần nóng của khuôn và bắt đầu quá
trình tạo l-ới, do đó cũng không nên đổ vật liệu vào từng ô khuôn theo một
thứ tự lần l-ợt khi khuôn có nhiều ô.
* Định l-ợng theo khối l-ợng: Ph-ơng pháp này sẽ cho ta cách định
l-ợng chính xác hơn song chi phí nhiều hơn ph-ơng pháp trên. Ph-ơng pháp
này chủ yếu dùng cho việc gia công ép các vật liệu có chất phối hợp thô nhsợi, vải vụn, giấy vụn,... mà ph-ơng pháp định l-ợng theo thể tích không thực
hịên chính xác đ-ợc. Nếu vật liệu có mật độ ổn định (độ tơi xốp) thì với
ph-ơng
pháp
này
có
thể tránh
đ-ợc sự
dao
động
điền
đầy.
Dẻo hoá sơ bộ
Ph-ơng pháp này đ-ợc sử dụng trong vòng 10-15 năm nay trong công
nghệ ép chất dẻo nhiệt cứng. Thiết bị để cho dẻo hoá sơ bộ về thực chất giống
nh- cụm dẻo hoá của máy đúc phun. Chỉ có điều vật liệu đã dẻo hoá sơ bộ
đ-ợc định l-ợng vào khuôn ép, -u điểm của thiết bị dẻo hoá sơ bộ bằng trục
vít là ở chỗ ngoài việc tăng khả năng, dung l-ơng của máy ép ra có thể bảo vệ
đ-ợc khuôn ép nhờ các tính chất chảy đ-ợc hoàn thiện hơn và hơn nữa các dữ
liệu về sự mài mòn sẽ bé. Trong quá trình ép cũng không cần đến sự thoát khí
vì trong quá trình dẻo hoá các chất dễ bay hơi đã bị loại ra, nh- vậy chất l-ợng
bề mặt sản phẩm sẽ tốt hơn. Thiết bị dẻo hoá sơ bộ có thể gá lắp với mọi dây
chuyền ép và phun. Tuỳ thuộc vào khoảng thời gian tạo l-ới của sản phẩm,
một thiết bị dẻo hoá sơ bộ có thể cung cấp vật liệu cho nhiều máy ép cùng
một lúc.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 9 -
Phạm Thị Thảo
Nguyên công ép
Trong phần trên ta đã nhắc đến rằng trong quá trình ép, vật liệu ép
thuận tiện cho việc tạo l-ới đ-ợc đổ vào khuôn có nhiệt độ phù hợp sau đó sự
tạo l-ới đ-ợc hình thành d-ới áp lực.
ở vị trí khởi hành khuôn đ-ợc mở để đổ vật liệu vào khoang khuôn,
hành trình đóng khuôn cần đ-ợc thực hiện trong thời gian ngắn nhất để sao
cho thời gian tạo l-ới không áp lực của vật càng ngắn càng tốt. D-ới tác dụng
của nhiệt độ phần tử nung cấp, nhiệt độ của vật càng tăng dần đến nhiệt độ
cần thiết, trong 1 khoảng thời gian nhất định, quá trình tạo l-ới đ-ợc xảy ra và
sản phẩm đông cứng lại. Quá trình tạo l-ới kết thúc, khuôn đ-ợc mở ra, sản
phẩm đ-ợc tách khỏi khuôn. Sau khi sản phẩm đ-ợc tách khỏi khuôn, cần
thiết phải làm sạch khuôn, sau đó quá trình gia công lại có thể tiếp tục bằng
nguyên công đổ vật liệu vào khuôn, sản phẩm đ-ợc chế tạo cần thiết phải
đ-ợc làm sạch baria nếu có.
Quá trình ép ở trên có vẻ đơn giản xong thực tế rất phức tạp cần phải
có kinh nghiệm sản xuất bổ trợ, do đó ở đây ta chỉ nhắc đến các tác dụng có
ảnh h-ởng quan trọng nhất: Khâu nung sơ bộ có ảnh h-ởng đáng kể đến thời
gian tạo l-ới, đến độ mòn khuôn cũng nh- đến chất l-ợng bề mặt sản phẩm.
Quá trình nung sơ bộ tối -u sẽ làm giảm thời gian chu kỳ sản xuất và tạo ra
khả năng gia công đ-ợc các sản phẩm có độ chênh lệch thành dày hơn.
Quá trình ép chất dẻo ít ý nghĩa hơn vì gia công ép th-ờng không kinh
tế, so với đúc phun chẳng hạn. Quá trình ép nhiệt dẻo tr-ớc tiên đ-ợc áp
dụng để gia công các tấm dày và các sản phẩm có dạng khối, trong tr-ờng
hợp khi không thể sản xuất đ-ợc trên máy đùn hoặc máy cán ng-ời ta sử
dụng nguyên công ép chủ yếu để gia công các sản phẩm từ các xóp chất
dẻo, từ poliolêfin có phần tử l-ợng lớn (PE,PP), các chất dẻo họ xenlulo.
Khi ép vật liệu nhiệt dẻo có dạng hạt hoặc bột đ-ợc đổ vào khoang
khuôn nóng và d-ới áp lực nó đ-ợc nung nóng lên. Sau khi vật liệu chảy,
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 10 -
Phạm Thị Thảo
ng-ời ta tăng áp lực để không khí rời khỏi khuôn, chất đẻo đ-ợc điền đầy
khoang tạo hình. Sự đông cứng sản phẩm đ-ợc tiến hành d-ới áp lực và nhờ
tác dụng của quá trình làm nguội
Tr-ờng hợp vật liệu kết tinh thì độ kết tinh phụ thuộc vào tốc độ làm
nguội, độ kết tinh này có ảnh h-ởng đến tính chất của sản phẩm, thời gian
làm nguội khá lớn vì cùng với sản phẩm, khuôn cũng cần đ-ợc làm nguội.
Đợt gia công tiếp theo, khuôn lại cần nung nóng. Do làm nguội và nung nóng
chậm nên ph-ơng pháp này không năng suất. Khi các sản phẩm định hình,
ph-ơng pháp ép chỉ đ-ợc sử dụng khi với các ph-ơng pháp có năng suất khác
sản phẩm không thể gia công đ-ợc, chẳng hạn nh- vật liệu có phần tử l-ợng
lớn cần đ-ợc sử dụng hoặc đối với sản phẩm không cần sự định h-ớng.
Thời gian, áp lực và nhiệt độ đ-ợc sử dụng quyết định đến tính chất của
sản phẩm đ-ợc sản xuất ra. Sự tạo l-ới không đầy đủ sẽ tạo ra độ cứng thấp,
gây ra cong vênh khi ra khỏi khuôn bề mặt xốp. Còn độ cứng quá mức sẽ gây
ra các vết dạn chân chim trên bề mặt sản phẩm. Độ tạo l-ới càng lớn thì tính
chất cơ học của sản phẩm càng đ-ợc hoàn thiện, xong tính chất về điện học thì
bị giảm sút. Do đó chất l-ợng sản phẩm cần đ-ợc kiểm tra một cách liên tục
thích hợp.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 11 -
Phạm Thị Thảo
Ch-ơng II
công nghệ và trang thiết bị máy nhựa ép phun
2.1: Giới thiệu:
Trong quá trình thiết kế và hoàn chỉnh máy ép đúc d-ới áp suất, các nhà
nghiên cứu đi sâu và lĩnh vực tự động hoá tăng công suất của máy, tăng c-ờng
các thông số kỹ thuật và kinh tế của máy song cũng gặp rất nhiều khó khăn.
Mãi đến khi xuất hiện loại máy nhựa ép phun có bộ phận dẻo hoá sơ bộ vật
liệu mới có những tính năng kỹ thuật cao. Hiện nay và trong t-ơng lai, những
vật liệu cao phân tử sẽ thay thế nhiều mặt hàng mà tr-ớc kia phải làm bằng
kim loại hoặc vật liệu khác. Máy ép phun đảm bảo gia công các mặt hàng với
bất kỳ hình dạng nào để phục vụ cho các nghành công nghiệp và đời sống.
H2.1: Máy ép phun trục vít
2.1.1:Phân loại máy ép phun:
- Phân loại theo lực đóng khuôn: 50; 100;.............;8000 tấn.
- Theo trọng l-ợng sản phẩm một lần phun tối đa:1; 2; 3; 5; 8;....;56;
120 ounce (1 ounce = 28,349g).
- Theo loại pittông hay trục vít: trục vít nằm ngang hoặc thẳng đứng.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 12 -
Phạm Thị Thảo
2.1.2: Các nguyên liệu nhựa thông dụng có thể gia công trên máy
ép phun:
- PELD (Lou Density Polyethylen) PE có tỷ trọng thấp
- FEHD (High Density Polyethylen) PE có tỷ trọng cao.
- PP
(Poly Propylene).
- PS
(Poly Styrene).
- ABS
(acrylonitrile Butadiene Styrene).
- PSHY (Poly Styrene High Impact): PS chịu va đập
- PA
(Poly Amideo).
- PC
(Poly Cabonate).
- PVC
(Polyvinyl Chloride).
- POM
(Polyoxymethylene, Polyfomaldehyde, Asetal).
- SAN
(Styrene Acrylonitrile).
- ASA
(Acrylonitrile Styren Acrylate).
- PET
(Polyethylene Terephthalate).
- PBT
(Polybutylene Terephthalate)
- PPO
(Polyphenyhene Oxide).
- PF
(Polyphenol Fomalđehye)
- MS
(Melamin Fomađehye)..
a: Chỉ số chảy
Trong quá trình chọn lựa nguyên liệu và công nghệ gia công, ng-ời
ta cần biết chỉ sỗ chảy của nguyên liệu đó, chỉ số chảy biểu thị tính chảy của
nguyên liệu và dùng để so sánh trong việc chọn nguyên liệu.
Đơn vị tính:gr/10 phút ở điều kiện áp suất (tải trọng ) và nhệt độ nhất
định theo tiêu chuẩn đó.
Chỉ số chảy càng lớn, trọng l-ợng phần tử thấp, dễ chảy, dùng nhiệt độ
áp suất gia công thấp hơn. Chỉ số chảy của PE,PP dùng cho công nghệ ép
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
- 13 -
Luận văn cao học
Phạm Thị Thảo
phun có thể chon từ 4- 60 gr/10 phút ( ở điều kiện tải trọng 2.160kg, nhiệt độ
160 oC theo tiêu chuẩn ASTM: D1238-52T).
b:Tỷ trọng.
Tỷ trọng thể hiện một phần tính chất của nguyên liệu nhựa
Đơn vị tính g/cm3
Tỷ trọng của một số nguyên liệu nhựa thông dụng:
PELD
0,910 0,924.
PEMD
0,925 0,940.
PEHD
0,941 0,965.
PP
0,9
PS
1,04 1,05
ABS
1,04 - 1,06
0,910.
PA-6; PA-6,6: 1.13 1.15.
1,19 1,2
PC
2.2: Công nghệ và sơ đồ khối
2.2.1: Các khâu công nghệ
Nhựa
Gia nhiệt
ép
định hình
Làm
nguội
Sản
phẩm
H2.2: Sơ đồ khối các khâu công nghệ
*Gia nhiệt:
Có thể gia nhiệt bằng nhiều ph-ơng pháp nh- sau:
- Bằng các bộ phận đốt nóng, bằng điện đặt trực tiếp xung quanh
xilanh.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
- 14 -
Luận văn cao học
Phạm Thị Thảo
- Bằng các bộ phận đốt nóng, bằng điện nh-ng gián tiếp qua các chất tải
nhiệt lỏng đổ trong các khe của xilanh.
- Đốt nóng nhờ các máy nhiệt điện hay hơi đun chất tải nhiệt tuần hoàn
trong các rãnh của xilanh: + Đốt bằng hơi.
+ Đốt bằng lò cảm ứng.
Công nghệ máy nhựa ép phun và gia nhiệt bằng điện nhờ các vòng nhiệt
bao quanh xilanh. Hệ thống gia nhiệt gồm nhiều vòng nhiệt đ-ợc điều khiển
nhờ các bộ điều khiển nhiệt độ
H2.3: Thiết bị gia nhiệt máy ép nhựa
*ép định hình:
Pittông đẩy trục xoắn ép nhựa đã đ-ợc gia nhiệt vào lòng khuôn. Kết
thúc quá trình ép phun, trục xoắn quay, nhựa từ phễu tiếp liệu đ-ợc đ-a vào
trong xilanh để gia nhiệt, đồng thời nhựa đã đ-ợc gia nhiệt trên trục đ-ợc đùn
về phía đầu xilanh chuẩn bị cho lần ép sau.
*Làm nguội:
Bằng các đ-ờng n-ớc đi trong khuôn, lúc này máy ngừng các hoạt
động cơ khí để n-ớc đi vào khuôn, làm nguội l-ợng nhựa trong cốc khuôn để
tạo hình theo dạng của cốc khuôn.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
- 15 -
Luận văn cao học
Phạm Thị Thảo
2.2.2: Yêu cầu của hành trình điều khiển:
S13
Ptt
S17 S14
S16
PB
PK
PL
S11
Dd
S12
DK
S1
S3
S2
S4 S5
Pđ
S8
S9
MK
S1
S7
S6 S4 S5
H2.4: Sơ đồ cấu trúc máy ép nhựa
S1 S6: Các công tắc hành trình.
Pk:
Pittông đóng khuôn.
Pđ:
Pittông đài.
Pb:
Pittông ép nhựa.
Ptt:
Pittông điều khiển mảnh khuôn 3.
PL:
Pittông điều khiển ti đẩy sản phẩm.
*Hành trình hoạt động.
Nều là khuôn ba mảnh, pittông Ptt đ-a mảnh khuôn 3 vào từ S13 tới
S14, pittông Pk đẩy mảnh khuôn di động về phía nửa khuôn cố định bắt đầu từ
S1 với tốc độ V1, áp suất P1, khi đến S2 chuyển sang V2 - P2 ( tăng tốc độ
nhằm làm giảm thời gian đóng khuôn). Đến S3 chuyển sang V3 P3, đến S4
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
S10
- 16 -
Luận văn cao học
Phạm Thị Thảo
chuyển sang V4 P4 ( giảm tốc độ tăng áp suất để tạo lực ép 2 mảnh khuôn
với nhau) và dừng lại khi đến S5 kết thúc quá trình đóng khuôn. Sự thay đổi áp
suất và tốc độ này nhằm đạt đ-ợc thời gian đóng khuôn nhanh nhất và quá
trình đóng khuôn đ-ợc êm.
Lúc này tay kìm đã ở vị trí khoá để đảm bảo giữ 2 nửa khuôn ép chập
vào nhau.
Pittông Pđ lúc này chuyển từ S8 sang S9 kéo xilanh và trục vít ép sát
vào khe ép đùn. Pittông Pđ sẽ hoạt động trong suốt giai đoạn ép nhựa vào
trong cốc khuôn.
Pittông Pb đẩy trục vít về phía khuôn, ép nhựa đã đ-ợc gia nhiệt thành
dạng lỏng ở đầu xilanh vào trong lòng khuôn. Quá trình ép này tính theo thời
gian và có thể thay đổi P, V một hoặc nhiều lần để đảm bảo độ dày và độ căng
cho sản phẩm trong lòng khuôn.
Pb
Btl
Pd
H2.5: Quá trình ép nhựa và tiếp liệu
Sau khi nhựa đã đ-ợc đ-a đủ vào khuôn, môtơ đầu Đd quay làm quay
trục vít. Trục vít la trục xoắn do đó nhựa đ-ợc gia nhiệt trên các rãnh của trục
vít đẩy vào đầu của xilanh chuẩn bị cho lần ép tiếp theo, đồng thời vật liệu
trên phễu cũng đ-ợc đ-a vào trong xilanh trên các rãnh của trục vít để gia
nhiệt.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 17 -
Phạm Thị Thảo
Do nhựa bị đùn về phía đầu xi lanh nên tạo ra áp lực đẩy lùi trục vít về
phía sau. Quá trình tiếp liệu này sẽ kết thúc khi trục vít đ-ợc đẩy lui tới S10.
Tiếp theo là thời gian làm nguội: n-ớc đi trong các đ-ờng quanh khuôn
làm nguội l-ợng nhựa trong cốc khuôn để tạo hình sản phẩm.
Pittông Pk kéo nửa khuôn di động lui ra, bắt đầu từ R5 với V5 P5, khi
đến S4 thì chuyển sang V6 P6, đến S6 chuyển sang V7 P7, đến S7 chuyển
sang V8 P8 và dừng lại khi đền R1 kết thúc quá rình mở khuôn.
Nếu là khuôn 3 mảnh, pittông Ptt sẽ kéo mảnh khuôn 3 từ vị trí S14 lên
S13, pittông P điều khiển ti đẩy sản phẩm từ S14 đến S12, nó đẩy sản phẩm
trong cốc khuôn rơi xuống, sau đó pittông Pl lại rút từ S12 về S11.
Khi sản phẩm rơi xuống sẽ đi qua vùng nhận biết của cảm biến quang,
khi đó cảm biến sẽ đ-a tín hiệu báo có sản phẩm và bắt đầu lại một hành trình
mới.
2.2.3: Nguyên lý hoạt động thuỷ lực của máy nhựa ép phun.
Van tổng áp chỉnh đặt mức khống chế bằng tay ở đ-ờng 3.
Bơm dầu chạy với tốc độ không đổi đ-a dầu vào hệ thống
*Điều khiển áp suất trong hệ thống:
- Không áp: Mở van VA, bơm dầu hoạt động đ-a dầu vào đ-ờng 1 và 2.
Dầu vào đ-ờng 2 theo đ-ờng qua VA đi về phía thùng chứa. Dầu vào đ-ờng 1
do áp suất của bơm nên đẩy con tr-ợt CT1 lên trên và theo đ-ờng 4 về thùng
chứa nên trong đ-ờng ống không có áp suất.
- Đặt áp suất cao: Khoá van VA, dầu vào đ-ờng 1 đẩy con tr-ợt lên. Lúc
này van áp đã khoá nên l-ợng dầu vào đ-ờng 2 có cùng áp suất với dầu
đ-ờng1 cộng với lực đẩy của lò xo sẽ đẩy con tr-ợt CT1 xuống khoá đ-ờng
thoát 4.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 18 -
Phạm Thị Thảo
áp suất trong đ-ờng ống tăng lên, khi áp suất tăng quá mức dặt khống
chế của van tổng áp dầu ở đ-ờng 3 sẽ đẩy ty tr-ợt khống chế CT3 về sau và
dầu ở đ-ờng 2 theo đ-ờng 3 về thùng chứa.
Do vậy áp suất ép con tr-ợt CT1 xuống sẽ giảm đi, áp của dầu ở đ-ờng
1 sẽ đẩy con tr-ợt CT1 lên trên và dầu thoát theo đ-ờng 4 về thùng chứa. Khi
áp suất trong đ-ờng ống giảm xuống d-ới mức áp suất khống chế thì lực lò xo
sẽ đẩy ti tr-ợt CT3 khoá đ-ờng 3 lại, áp suất ở đ-ờng 2 lại tăng lên đẩy con
tr-ợt CT1 xuống d-ới làm áp suất trong đ-ờng ống lại tăng lên.
Điều khiển áp suất trong đ-ờng ống: Thay đổi độ mở của V A làm l-ợng
dầu của đ-ờng 2 qua VA về thùng chứa thay đổi, áp suất đẩy con tr-ợt CT1
xuống cũng thay đổi theo làm độ mở ở cửa 4 thay đổi do đó áp suất trong
đ-ờng ống cũng thay đổi theo.
*Điều khiển tốc độ chuyển động của pittông:
- Khi Vv khoá: con tr-ợt phân phối CT2 vẫn khoá, dầu không
qua đ-ợc
- Khi Vv mở: Dầu qua đ-ờng 9 đẩy con tr-ợt phân phối CT2 sang phải,
dầu theo đ-ờng 6 qua 7 đến van động tác với tốc độ nhanh nhất.
Thay đổi độ mở của Vv: L-ợng dầu vào đ-ờng 9 thay đổi làm áp lực đẩy CT2
thay đổi kéo theo độ mở của 7 và 6 thay đổi dẫn đến l-ợng dầu qua cửa 6 và 7
thay đổi làm thay đổi tốc độ truyền động của pittông.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
- 19 -
LuËn v¨n cao häc
Ph¹m ThÞ Th¶o
3
Ct3
5
2
VA
1
Vv
Ct2
6
10
8
4
7
9
G.V h-íng dÉn: TS NguyÔn V¨n Khang
Luận văn cao học
- 20 -
Phạm Thị Thảo
*Các thông số gia công:
a:áp suất.
Là thông số quan trọng nhất trong vấn đề gia công trên máy ép phun, nó
liên quan đến độ làm đầy nguyên liệu vào khuôn. áp suất này thể hiện qua áp
suất đ-ờng ống thuỷ lực.
b:Tốc độ chảy.
Là thông số quan trọng thứ 2, nó liên quan đến tính cơ học của sản
phẩm. Tốc độ chảy làm thay đổi sự sắp xếp mạch phân tử và cũng tuỳ thuộc
vào kích th-ớc trong quá trình làm đầy. Tốc độ chảy thể hiện qua thời gian
làm đầy khuôn.
c: Nhiệt độ.
Nhiệt độ ở trong xilanh dao động trong khoảng đặt do sự điều khiển của
các bộ điều khiển nhiệt độ. Nhiệt độ thay đổi nhiều sẽ làm thay đổi chất l-ợng
sản phẩm.
Giữa vận tốc thuỷ lực và áp suất thuỷ lực có liên quan tới nhau đồng
thời cả hai yếu tố này quyết định đến chất l-ợng sản phẩm (quyết định đến áp
suất trong lòng khuôn, áp suất này quyết định chất l-ợng sản phẩm). Do đó
công nghệ ép phun đòi hỏi sự điều khiển áp suất và vận tốc thuỷ lực khá chính
xác.
2.3.Trang thiết bị máy nhựa ép phun.
2.3.1: Các thiết bị thuỷ lực:
*Động cơ bơm dầu cho hệ thống:
Khi máy chạy động cơ phải hoạt động liên tục cung cấp dầu cho hoạt
động nh-ng sự điều chỉnh thay đổi áp suất và tốc độ chảy của dầu cho các
động tác thì đ-ợc quyết định bởi van tiết l-u và van điều chỉnh áp suất. Bơm
dầu sẽ hoạt động với l-u l-ợng và áp suất không đổi. áp suất trên đ-ợc khống
chế qua van an toàn.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 21 -
Phạm Thị Thảo
*Các van và pittông:
Các van động tác:
- Van điều khiển pittông đóng mở khuôn.
- Van điều khiển pittông tiến lui đài.
- Van điều khiển pittông bơm ép nhựa.
- Van điều khiển môtơ dầu.
- Van điều khiển pittông đẩy sản phẩm.
Hai van analog điều chỉnh: áp lực dầu
Tốc độ dầu.
Van an toàn điều chỉnh cân bằng áp.
a. Van tiết l-u.
Là cơ cấu có công dụng để thay đổi l-u l-ợng và áp suất của chât lỏng
làm việc trong hệ thống bằng cách gây sức cản đối với dòng chảy.
H2.7: Cấu trúc van tiết l-u
Loại điều chỉnh đ-ợc: Loại này đ-ợc dùng trong hệ thống cần phải điều
chỉnh vận tốc cơ thuỷ lực bằng ph-ơng pháp tiết l-u. có thể điều chỉnh sức cản
tiết l-u bằng cách thay đổi tiết diện l-u thông hoặc thay đồi chiều dài đ-ờng
dẫn chất lỏng của nó. Vì vậy có rất nhiều kiểu tiết l-u điều chỉnh đ-ợc. Hình
vẽ là sơ đồ kết cấu của tiết l-u điều chỉnh sức cản bằng cách thay đổi tiết diện
l-u thông.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
- 22 -
Luận văn cao học
Q = j
Phạm Thị Thảo
2P
Trong đó : j: diện tích chảy.
Q: l-u l-ợng qua van.
P = P1 P2
P1: áp suất tr-ớc van.
P2: áp suất sau van.
: hệ số l-u l-ợng <1 ( thông th-ờng = 0,61).
b. Van an toàn:
Van an toàn có nhiệm vụ bảo đảm cho hệ thống truyền động thuỷ lực
đ-ợc an toàn khi quá tải. Van an toàn đ-ợc đặt trên đ-ờng ống chính có áp
suất cao.
Nguyên lý làm việc của van an toàn cũng giống nh- van 1 chiều. Nh-ng
về mặt kết cấu thì ứng lực lò xo trong van an toàn lớn hơn nhiều so với van 1
chiều.
c. Van phân phối.
Van phân phối dòng để đổi nhanh đòng chảy ở các nút đ-ờng ống và
phân phối chất lỏng vào các đ-ờng ống theo 1 quy luật nhất định. Nó thực
hiện chức năng đ-a chất lỏng vào động cơ thuỷ lực và đổi h-ớng chuyển động
của nó cho phù hợp với truyền động cơ cấu chấp hành.
Dùng van phân phối có khả năng đảm bảo độ kín và độ nhạy cao. Nó
th-ờng dùng trong hệ thống theo dõi.
Việc chế tạo van phân phối dễ dàng hơn con tr-ợt phân phối, sử dụng
van phân phối độ tin cậy cao.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
- 23 -
Luận văn cao học
Phạm Thị Thảo
2.3.2: Các thiết bị cơ khí, máy ép phun thuỷ lực.
a: Cụm khuôn và cơ cấu kẹp khuôn.
Nhiệm vụ đóng khuôn và kẹp khuôn trong quá trình phun nhựa lỏng
vào khuôn, mở khuôn và đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.
Phân loại: Bộ phận đóng khuôn bằng tay hoặc bằng thuỷ lực.
+Máy loại nhỏ và trung bình (nhỏ hơn 100 tấn lực đóng khuôn) dùng hệ
thống thuỷ lực.
+Máy loại lớn dùng hệ thống cơ có kết hợp thuỷ lực.
Khuôn gồm 2 nửa đ-ợc kẹp lên bàn kẹp, 1 phần nửa cố định đứng yên,
phần nửa còn lại di động. Dịch chuyển bàn kẹp di động cùng nửa khuôn đ-ợc
thực hiện có thể bằng cơ học hoặc bằng xilanh thuỷ lực. Nhiệm vụ của các cơ
cấu truyền động này là tạo ra lực đóng khuôn, giữ khuôn khít kín và quá trình
ép sản phẩm.
Trong quá trình gia công, lực đóng khuôn luôn phải lớn hơn áp suất
phun nhựa lỏng, tr-ớc khi phun vật liệu vào khuôn ng-ời ta cần đóng khít 2
nửa khuôn đúc lại với nhau, nhiệm vụ của cụm đóng mở khuôn trên máy ép
nhựa áp lực là: dịch chuyển khuôn đúc, tạo ra lực đóng khuôn và giữ khuôn
trong quá trình ép phun cho đến khi mở khuôn. vận tốc đóng và mở khuôn ép
có thể ấn định 1 cách độc lập với nhau nhằm mục đích giảm thời gian của một
chu trình sản xuất.
Cố định
Cố định
H2.8: Sơ đồ cơ khí tay kìm đóng khuôn
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 24 -
Phạm Thị Thảo
Ngoài sự dịch chuyển khuôn ra, nh- chúng ta đã nói ở trên, cơ cấu đóng
khuôn cần phải tạo ra một lực đóng khuôn và giữ khuôn với độ lớn nhất định.
Nhiệm vụ của lực đóng giữ khuôn là giữ đ-ợc khuôn kín khít chống đ-ợc áp
lực tạo ra trong khoang tạo hình của khuôn. Lực đóng giữ khuôn cần phải lớn
hơn so với lực mở khuôn, nếu áp lực trong khuôn lớn hơn lực đóng, giữ khuôn
thì khuôn bị tách ra, chất dẻo nóng chảy sẽ tràn ra ảnh h-ởng đến chất l-ợng
sản phẩm.
Không cần yêu cầu lực đóng khuôn cực đại theo khả năng vì nó sẽ ảnh
h-ởng xấu đến tuổi thọ của máy. Nếu khoang khuôn không đặt chính giữa thì
khi đó các trụ đỡ và cơ cấu đóng khuôn sẽ chịu tải một phía và điều đó có thể
gây ra sự mở khuôn.
H2.9: Hệ thống đóng và giữ khuôn
Lực giữ khuôn của cụm đóng mở khuôn không yêu cầu lớn hơn 80%
khả năng vốn có. Song nó luôn ở mức độ đòi hỏi phải lớn hơn lực mở khuôn.
Nếu lực giữ khuôn cho phép lớn nhất cần đ-ợc sử dụng thì yêu cầu phải đo độ
giãn dài của trụ đỡ trên cơ cấu đóng khuôn bằng cơ khí.
Khi sử dụng các động cơ điện, ng-ời ta th-ờng sử dụng các bộ phận tạo
cũng nh- truyền lực và năng l-ợng bằng khí nén, thuỷ lực hoặc bằng cơ khí.
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
Luận văn cao học
- 25 -
Phạm Thị Thảo
Sự chuyển động bằng cơ khí chủ yếu là cơ cấu bánh răng hoặc cơ cấu bản lề.
Tr-ờng hợp truyền động bằng thuỷ lực thì năng l-ợng đ-ợc truyền đi bằng dầu
thuỷ lực chịu áp lực cao do bơm tạo nên.
b. Các phần tử gia nhiệt.
Để nung nóng xilanh máy đúc phun ng-ời ta th-ờng sử dụng các phần
tử nung bằng điện. Nhiệt độ dây điện trở đ-ợc nung nóng sinh ra truyền vào
xilanh. Để thực hiện việc truyền nhiệt đ-ợc tốt, dây điện trở phải đ-ợc lắp sát
vào thành xilanh đúc, song giữa chúng không quên phải có lớp cách điện
(dùng mica). Và phía ngoài đ-ợc cách nhiệt với môi tr-ờng xung quanh để
hạn chế việc truyền nhiệt ra ngoài. Để tiếp xúc giữa dây điện trở và xilanh cho
tốt, ng-ời ta tạo chúng thành từng cụm nh- vỏ áo, sau đó dùng ốc để kẹp
chúng lại trên thành xilanh. Sau khi nung lần thứ nhất lại xiết các ốc kẹp lần
nữa. Cần phải th-ờng xuyên kiểm tra nhiệt độ gia công cho mỗi loại vật liệu
trên xi lanh đúc bằng thiết bị đo tín hiệu nhiệt độ. Tín hiệu đo đ-ợc sử dụng để
đóng mở dòng điện cung cấp cho hệ thống nung do trung tâm điều chỉnh nhiệt
độ tự động điều hành thông qua các hệ thống rơle.
H2.10: Thiết bị gia nhiệt trên xilanh
G.V h-ớng dẫn: TS Nguyễn Văn Khang
