Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt khuôn nhựa

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO
MÁY GIẢI NHIỆT KHUÔN NHỰA

GVHD: ThS. NGUYỄN VINH DỰ
SVTH: TRẦN NGỌC THẮNG
MSSV: 11144168
SVTH: THÁI BẢO LỘC
MSSV: 11144221

SKL 0 0 4 2 3 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

BẢN VẼ MÁY GIẢI NHIỆT KHUÔN NHỰA

SVTH: TRẦN NGỌC THẮNG
THÁI BẢO LỘC

MSSV : 11144168
MSSV : 11144221

Khoá : 2011 - 2015
Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
GVHD: ThS. NGUYỄN VINH DỰ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2016


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 1 năm 2016

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

MSSV

SĐT

Email

Trần Ngọc Thắng 11144168 01655647846
Thái Bảo Lộc

11144221 01693131011

Lớp: 11144CL1
Ngành đào tạo: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí

Khóa: 2011 – 2015
Hệ: Đại học Chính quy

1. Tên đề tài:
Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt khuôn nhựa.
2. Các số liệu ban đầu:
-

Hệ thống điều khiển gia nhiệt cho khuôn phun ép.

-

Hệ thống điều khiển giải nhiệt cho khuôn phun ép.

-

Các thông số của hệ thống gia - giải nhiệt cho khuôn bằng nguồn nước.

-

Nhiệt độ khuôn cần thiết của các loại nhựa.

-

Công thức tính cơng suất nhiệt lượng.

3. Nợi dung chính của đờ án:

-

Tổng quan về khuôn ép phun và hệ thống gia - giải nhiệt cho khuôn.

-

Lựa chọn phương án gia nhiệt.

-

Tính toán, lựa chọn thiết bị điện phù hợp.

-

Thiết kế kết cấu của hệ thống.

-

Thiết kế mạch điện điều khiển mô hình.

-

Gia công, chế tạo mô hình hoàn chỉnh.

i


4. Các sản phẩm:
Thiết kế chế tạo thiết bị gia - giải nhiệt cho khuôn phun ép bằng nguồn nước với
u cầu:

 Nhiệt độ khn có nhiệt độ từ 30oC đến 90oC.
 Tạo ra nguồn nước có nhiệt độ từ 30oC đến 90oC.
 Áp suất nước đủ mạnh để giải nhiệt cho các kênh thơng thường.
 Có khả năng điều khiển dòng chảy/ngưng theo tín hiệu của cảm biến,
timer hoặc bằng tay.
 An tồn trong q trình vận hành.
5. Ngày giao nhiệm vụ:
6. Ngày nộp nhiệm vụ:
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

ii


LỜI CAM KẾT
Tên đề tài:
“Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt khuôn nhựa.”
-

GVHD: ThS. Nguyễn Vinh Dự
Nhóm sinh viên:
HỌ VÀ TÊN

MSSV

SĐT

EMAIL

Trần Ngọc Thắng 11144168 01655647846
Thái Bảo Lộc
-

11144221 01693131011

Lớp: 11144CL1
Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):
Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khóa luận tớt nghiệp (ĐATN) này là cơng
trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất
kỳ một bài viết nào đã được cơng bớ mà khơng trích dẫn nguồn gớc. Nếu có bất kỳ
một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”.
TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng
Ký tên

năm 2016

iii


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
********

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt khuôn nhựa.
Ngành đào tạo: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí

Hệ: Đại học Chính quy

GVHD: ThS . Nguyễn Vinh Dự
Nhóm sinh viên:
HỌ VÀ TÊN

MSSV

SĐT

EMAIL

Trần Ngọc Thắng 11144168 01655647846
Thái Bảo Lộc

11144221 01693131011

PHẦN NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: .................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:...........................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm: ....................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

4. Đề nghị cho bảo vệ hay không: .......................................................................................
................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại: ...................................................................................................................
6. Điểm: ........................... ( Bằng chữ:
..................................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng
năm 2016
Giáo viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)

iv


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
********

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt khuôn nhựa.
Ngành đào tạo: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí

Hệ: Đại học Chính quy

GVPB: TS. Phạm Sơn Minh
Nhóm sinh viên:
HỌ VÀ TÊN

MSSV

SĐT

EMAIL

Trần Ngọc Thắng 11144168 01655647846
Thái Bảo Lộc

11144221 01693131011

PHẦN NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: .......................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:.................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm: ..........................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không:
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại: .........................................................................................................................
6. Điểm: ........................... ( Bằng chữ:
...................................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 1 năm 2016
Giáo viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)

v

LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện Đồ án “Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt
khuôn nhựa.” Trong đề tài tốt nghiệp lần này, nhóm sinh viên chúng em đã trải qua quá
trình tìm tòi, nghiên cứu trong một thời gian tương đối ngắn nên đòi hỏi sự nỗ lực và
quyết tâm rất lớn của cả nhóm, trong đó có sự hỗ trợ và giúp đỡ rất lớn từ nhiều phía.
Trước tiên, chúng em xin gởi lời cảm ơn đến Thầy ThS. Trần Văn Trọn và ThS.
Nguyễn Vinh Dự người đã dành thời gian để hướng dẫn nhóm thực hiện đề tài.
Xin gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy TS. Phạm Sơn Minh, ThS. Trần Văn Trọn
và ThS. Nguyễn Vinh Dự người đã luôn sát cánh, luôn động viên và bảo ban nhóm trong
suốt quá trình thực hiện đề tài.
Và để có kết quả hôm nay, chúng con xin cảm ơn bố mẹ, anh chị em cùng những
người thân trong gia đình, những người luôn bên cạnh, động viên, hỗ trợ và gởi gắm
nhiều hy vọng cũng như tình thương yêu cho chúng con. Chúng con xin đem kết quả hôm
nay thân tặng cho gia đình.
Cuối cùng, chúng em xin gởi lời tri ân đến quý thầy cô trường ĐH Sư phạm Kỹ
thuật TP.HCM đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo chúng em, để chúng em có được ngày hôm
nay. Mỗi bài học của các thầy cô là thêm một chút chúng em được trưởng thành.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Nhóm sinh viên thực hiện.

vi


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY GIẢI NHIỆT
KHUÔN NHỰA
Đề tài tốt nghiệp “Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt khuôn
nhựa” được bắt đầu nghiên cứu và thực hiện từ 7/2015 đến 12/2015 với mục tiêu tạo ra

hệ thống gia - giải nhiệt cho khuôn ép nhựa với khả năng có thể làm tăng nhiệt độ
khn,duy trì ổn định nhiệt độ khuôn và cung cấp vào khuôn một cách linh hoạt nguồn
nước làm mát và được duy trì ổn định trong suốt quá trình ép. Với hệ thống này, việc
điều khiển nhiệt độ của khuôn trong quá trình ép dễ dàng hơn và phù hợp với yêu cầu
của từng sản phẩm nhựa.
Tiếp nối và hoàn thiện thêm đề tài “Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống điều
khiển nhiệt độ cung cấp cho khuôn ép nhựa” đã được một nhóm thực hiện ở học kỳ
trước. Điểm khác biệt của đề tài lần này là sử dụng phương pháp làm mát không liên tục
cho khuôn (Pluse Cooling). Ngoài chức năng chính là cung cấp nguồn nước giải nhiệt
trong khoảng từ 30oC – 90oC cho khuôn ép. Hệ thống lần này còn cung cấp khả năng
điều khiển nguồn nước vào khuôn một cách linh hoạt hơn với ba chức năng bơm nước
(điều khiển bơm bằng tín hiệu sensor, bằng tín hiệu timer và điều khiển bằng tay) và có
thêm chức năng gia nhiệt cho khn tuỳ vào q trình ép, ngoài ra nhóm đã thay thế và
thử nghiệm phương án gia nhiệt mới (phương án gia nhiệt trong) so với đồ án kỳ trước
(gia nhiệt ngoài).
Do làm việc với nước và các thiết bị có công suất lớn nên đòi hỏi việc lựa chọn các
linh kiện, thiết bị phải phù hợp nhằm đạt được kết quả mà vẫn đảm bảo giá thành hợp lí,
thuận tiện trong việc sửa chữa và thay thế.
Sau thời gian nghiên cứu, gia công và thử nghiệm, hệ thống đã được đưa vào chạy
thử nghiệm và đạt kết quả khá khả quan. Thời gian nhiệt độ nước và khuôn tăng, giảm
phù hợp với yêu cầu, nhiệt độ được giữ ổn định trong thời gian dài, các thiết bị hoạt động
ổn định, không xảy ra sự cố.
Tuy nhiên, do kinh phí cịn eo hẹp nên hệ thống vẫn còn gặp một số vấn đề về hiệu
suất gia nhiệt và độ nhạy của các thiết bị điện tử.

vii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM KẾT
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU, CƠNG THỨC
DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
1.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
1.6 Phương pháp nghiên cứu
1.6.1 Cơ sở phương pháp luận
1.6.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
1.7 Kết cấu đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tổng quan về khuôn ép phun
2.1.1 Giới thiệu công nghệ ép phun
2.1.2 Khái niệm khuôn ép phun
2.1.3 Cấu tạo khái quát một khuôn ép phun
2.1.4 Phân loại khuôn ép phun
2.2 Hệ thống giải nhiệt cho khuôn
2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến q trình ép phun
2.2.2 Vai trị của hệ thống giải nhiệt cho khuôn[2]
2.2.3 Các chất làm nguội

2.2.4 Thiết kế hệ thống kênh làm nguội
2.2.5 Tính toán lưu lượng nước làm nguội
2.3 Phương pháp giải nhiệt bằng nguồn nước không liên tục (Pulse cooling)[7]
2.3.1. Khái niệm

i
iii
iv
v
vi
vii
viii
x
xi
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
5
5
5
6

7
8
12
12
13
15
17
24
25
25

viii


2.3.2. Nguyên lý giải nhiệt
2.3.3. Ưu và nhược điểm
CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN
3.1 Lựa chọn thiết bị điện
3.1.1 Heater
3.1.2 Máy bơm
3.1.3 Relay
3.1.4 Sensor nhiệt
3.1.5 Bộ điều khiển nhiệt độ SW-C4
3.1.6. Contactor (CP)
3.1.7. Van điện
3.2. Thiết kế mạch điện
3.2.1 Giải thuật
3.2.2 Thiết kế mạch điện
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUNG ĐỠ CHO HỆ THỐNG
4.1. Các phương án thiết kế khung chính

4.1.1 Phương án 01
4.1.2. Phương án 02
4.1.3. Phương án 03
4.1.4. Kết cấu các chi tiết chính
4.2 Hồn chỉnh hệ thống
4.2.1 Lắp ráp bình gia nhiệt, bơm vào khung chính
4.2.2 Gia cơng thùng Panel
4.2.3. Hồn chỉnh mơ hình
CHƯƠNG 5 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
5.1. Hướng dẫn sử dụng
5.1.1 Một số kết cấu của máy.
5.2 Chạy thử
5.2.1. Gia nhiệt
5.2.2. Giải nhiệt
5.3. Kết quả thực nghiệm
5.3.1. Hỡ trợ nhóm:
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
6.1 Kết luận
6.2 Hướng phát triển
6.3 Kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO

25
26
27
27
27
27
28
29

29
30
31
33
33
39
42
42
42
43
44
45
59
59
60
62
63
63
64
66
66
67
67
67
70
70
70
70
71

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU, CƠNG THỨC
Cơng thức 2.1[2]
Bảng 2.1 Xác định dịng chảy rối theo Reynold
Cơng thức 2.2[2]
Bảng 2.2 Kích thước kênh làm nguội[2]
Công thức 2.3[2]
Công thức 2.4[2]
Bảng 2.3 Xác định lưu lượng nước theo kinh nghiệm[2]

14
20
20
20
24
24
25

x


DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ
Hình 2.1 Một số sản phẩm của cơng nghệ ép phun
Hình 2.2 Các hệ thống chính của khn
Hình 2.3 Kết cấu khn 2 tấm
Hình 2.4 Kết cấu khn 3 tấm
Hình 2.5 Kết cấu khn nhiều tầng
Hình 2.6 Thời gian làm nguội so với một chu kỳ ép

Hình 2.7 Làm nguội bằng khơng khí
Hình 2.8 Làm nguội bằng nước
Hình 2.9 Làm nguội bằng hỡn hợp Ethylene Glycol và nước
Hình 2.10 Các bộ phận trong hệ thống làm nguội
Hình 2.11 Hệ thống làm nguội trên khn
Hình 2.12 Bố trí kênh dẫn làm nguội sản phẩm
Hình 2.13 Chia kênh làm nguội thành nhiều vịng
Hình 2.14 Bố So sánh hai dịng chảy
Hình 2.15 trí kênh làm nguội
Hình 2.16 Làm nguội lịng khn
Hình 2.17 Làm nguội lõi khn
Hình 2.18 Làm nguội kết hợp
Hình 2.19 Làm nguội bằng khí
Hình 2.20 Bố trí theo từng kênh riêng biệt
Hình 2.21 Bố trí theo dạng vịng một cấp
Hình 2.22 Bố trí theo dạng vịng nhiều cấp
Hình 3.1 Heater nước
Hình 3.2 Bơm chịu nhiệt
Hình 3.3 Kết nối hệ thống nước của bình gia nhiệt với máy bơm
Hình 3.4 Relay
Hình 3.5 Sensor nhiệt
Hình 3.6 Bộ điều khiển nhiệt độ
Hình 3.7 Chi tiết bộ điều khiển nhiệt độ
Hình 3.8 Contactor (CP)
Hình 3.9 Van điện
Hình 3.10 Heater khn
Hình 3.11 Timer thời gian
Sơ đồ 3.1 Giải thuật gia nhiệt
Sơ đồ 3.2 Giải thuật giải nhiệt

6
7
9
10
11
14
15
16
16
17
18
18
19
19
21
21
21
22
22
23
23
24
27
28
28
29
29
30
30
31

31
32
33
34
35

xi


Sơ đồ 3.3 Giải thuật điều khiển
Sơ đồ 3.4 Sơ đồ các thiết bị của mạch
Hình 3.10 Mạch điện điều khiển
Hình 4.1 Phương án 01
Hình 4.2 Phương án 02
Hình 4.3 Phương án 03
Hình 4.4 Khung đỡ hệ thống
Hình 4.5 Bản vẽ khung đỡ hệ thống
Hình 4.6 Bình gia nhiệt
Hình 4.7 Bản vẽ bình gia nhiệt
Hình 4.8 Mặt bích bình gia nhiệt
Hình 4.9 ron silicon chịu nhiệt
Hình 4.10 Bản vẽ mặt bích bình gia nhiệt.
Hình 4.11 Giá đỡ bình gia nhiệt trước.
Hình 4.12 Bản vẽ giá đỡ trước bình gia nhiệt
Hình 4.13 Giá đỡ sau bình gia nhiệt trước.
Hình 4.14 Bản vẽ giá đỡ sau bình gia nhiệt
Hình 4.15 Hình ảnh bình gia nhiệt hồn chỉnh
Hình 4.16 Bản vẽ võ máy sau
Hình 4.17 Bản vẽ võ máy trước
Hình 4.18 Bản vẽ võ máy trên

Hình 4.19 Hình ảnh võ máy hồn chỉnh
Hình 4.20 Lắp bình gia nhiệt, bơm lên khung chính
Hình 4.21 Hệ thống điều khiển chính
Hình 4.22 Bên trong thùng Panel
Hình 4.23 Mơ hình hồn chỉnh
Hình 5.1 Vị trí các ống khi bơm nước trong thùng
Hình 5.2 Vị trí các ống khi bơm nước vào bồn chứa
Hình 5.3 Vị trí các thiết bị phụ trợ cho bồn nước
Hình 5.4 Gia nhiệt thử
Hình 5.5 Giải nhiệt thử
Hình 5.6 Khn âm bằng thép C45
Hình 5.7 Biểu đồ gia nhiệt lịng khn thép C45
Hình 5.8 Sản phẩm thí nghiệm

36
38
39
42
43
44
45
46
47
48
49
49
50
51
52
53

54
55
56
57
58
59
60
61
61
62
64
65
65
66
67
68
68
69

xii


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Ngành ép nhựa đang là một trong những ngành phát triển nhanh và mạnh
không chỉ riêng ở Việt Nam mà còn trên thế giới. Với những sản phẩm đa dạng về
mẫu mã và kiểu dáng, đặc biệt là có thể dễ dàng tái chế, đồ nhựa đã đi vào rộng rãi
trong đời sống người dân.
Trong sản xuất các sản phẩm nhựa, khâu tính toán, điều chỉnh các thông số

cho máy ép là vô cùng quan trọng. Một chu kỳ ép phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và
thông số khác nhau. Trong đó thời gian làm nguội chiếm khoảng 60% thời gian của
một chu kỳ ép, do đó đây là một thông số rất quan trọng trong quá trình sản xuất
hàng loạt với số lượng lớn.
Hiện nay có rất nhiều loại nhựa với nhiệt độ nóng chảy khác nhau được sử
dụng. Vì vậy nguồn nước làm mát cung cấp cho khn cũng phải có nhiệt độ, thời
gian cung cấp thích hợp tùy vào từng loại nhựa được sử dụng. u cầu cần thiết
phải có một hệ thống hồn chỉnh đáp ứng linh hoạt nhiệt độ nước làm mát cho từng
loại nhựa, duy trì ổn đình trong suốt quá trình ép và phải thuận tiện trong việc sử
dụng.
Với các vấn đề được đặt ra như trên, cũng như được sự tin tưởng và giúp đỡ
của các giảng viên Bộ môn Công nghệ Tự động, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP. Hồ Chí Minh, nhóm chúng em đã thực hiện nghiên cứu và chế tạo “Thiết kế và
chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt khuôn nhựa” nhằm giúp cho quá
trình nghiên cứu và sản xuất được thuận lợi và dễ dàng hơn.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt khuôn nhựa bằng
nước không liên tục cho khuôn ép nhựa sẽ hỗ trợ tích cực cho việc thử nghiệm,
đánh giá quá trình ép nhựa được chính xác hơn. Với khả năng gia nhiệt khn ngồi
kết hợp với sự tăng, giảm nhiệt độ nước gần như tự động, việc giải nhiệt cho khuôn
trở nên dễ dàng hơn. Nhờ đó, việc nghiên cứu, phân tích để xác định các lỗi do ảnh
hưởng của nhiệt độ khuôn và tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình ép được thuận
lợi, hiệu quả.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Xây dựng cơ sở lý thuyết cho đề tài.
- Tính toán và sử dụng các thiết bị đáp ứng yêu cầu làm việc thực tế.

1

- Thiết kế, chế tạo mô hình cơ khí phù hợp.
- Thiết kế, lắp ráp mạch điều khiển cho hệ thống.
- Chạy thử nghiệm và chỉnh sửa để hoàn thiện.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu, tính toán và thử nghiệm quá trình gia nhiệt khn
và q trình nung nước để đưa vào hệ thống khuôn theo từng mức nhiệt độ với thời
gian tối ưu nhất.
Lựa chọn thiết bị điện phù hợp với hệ thống gia nhiệt.
Tìm phương án cung cấp nước vào khuôn phục vụ tối đa cho người sử dụng.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Để nghiên cứu được đầy đủ các trường hợp về nhiệt độ trong khuôn ép nhựa,
cần phải điều chỉnh nhiệt độ nước vào khuôn ở nhiều cấp khác nhau. Ngoài ra,
trong quá trình sản xuất thực tế đòi hỏi tính liên tục, chính xác và bền bỉ của thiết bị.
Do đề tài nghiên cứu còn hạn chế về thời gian cũng như kinh phí, do đó cũng
có những hạn chế nhất định về tính hiệu quả cũng như khả năng làm việc của hệ
thống. Với sự nỗ lực hết mình trong phạm vi khả năng của nhóm, quá trình nghiên
cứu, thiết kế và chế tạo đạt được những mặt sau:
- Giới hạn nhiệt độ gia nhiệt của nước tối đa từ 30 – 90oC.
- Giới hạn nhiệt độ gia nhiệt của khuôn khoảng từ 30 – 90oC.
- Sử dụng nước ở nhiệt độ thường.
- Kết cấu cơ khí, mạch điện đạt yêu cầu.
1.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
Đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển cho máy giải nhiệt khuôn
nhựa.” thực hiện nghiên cứu trên đối tượng chính là quá trình nung nóng nước đến
nhiệt độ yêu cầu, duy trì nhiệt độ nước ổn định và khả năng cung cấp nước linh
hoạt vào khuôn.
Từ lâu, trên thế giới đã sử dụng nhiệt độ điện trở để đun nước, làm nóng các
thiết bị cần thiết. Việc sử dụng các cảm biến để đo và điều khiển nhiệt độ cũng trở
nên đơn giản hơn. Các thiết bị gia dụng có sử dụng hệ thống nung khá phổ biến hiện

nay như nồi cơm điện, bàn là, ấm đun nước, máy nước nóng..v.v. Như vậy, có thể
thấy rằng, ứng dụng của quá trình nung nóng sử dụng điện trở (heater) vô cùng rộng
rãi.
Tuy nhiên, việc ứng dụng các quá trình nung nước để gia nhiệt cho hệ thống
khuôn ép nhựa thì hiện nay vẫn còn khá hiếm tài liệu viết về đề tài này. Một trong
số ít tài liệu nghiên cứu sát và cụ thể với đề tài trên là luận văn tốt nghiệp “Thiết kế

2


chế tạo hệ thống điều khiển nhiệt độ cho khuôn bằng nguồn nước không liên tục
(Pulse Cooling)” của nhóm tác giả Bùi Tiến Đạt, Lê Thái Sơn, Lê Diên Quốc Toàn.
Cuốn tài liệu trên là một trong những nguồn tham khảo vô cùng quý giá mà nhóm
chúng tôi có được. Từ những tồn tại ưu - khuyết điểm của đề tài, nhóm chúng tôi có
những rút kết kinh nghiệm để thực hiện đề tài lần này được tốt hơn.
1.6 Phương pháp nghiên cứu
1.6.1 Cơ sở phương pháp luận
Để thực hiện tốt việc nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống, cần phải dựa
trên những kiến thức cơ bản về mạch điện, cơ khí, khuôn ép nhựa và các yếu tố thực
tế môi trường. Trong giới hạn cho phép của đề tài, nhóm thực hiện nghiên cứu dựa
trên ba phương pháp:
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu.
- Phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia.
1.6.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Ba phương pháp chính để thực hiện việc nghiên cứu và chế tạo hệ thống được
phối hợp linh hoạt và phù hợp với tình hình thực tế.
Với phương pháp nghiên cứu tài liệu, nhóm dựa trên những kiến thức cơ bản
về thiết bị điện, các nội dung liên quan đến đề tài trên các cataloge và sách tham
khảo.

Phương pháp thực nghiệm: trong quá trình chế tạo, nhóm đã thử nghiệm các
thiết bị trên thực tế, từ đó tính toán và thực hiện việc chế tạo trực tiếp sản phẩm. Từ
những kết quả của quá trình chạy thử giúp cho việc sửa chữa, nâng cấp hệ thống
được hoàn thiện hơn.
Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: nhờ những lời gợi ý và góp ý của các
giảng viên trong bộ môn, cũng như sự tư vấn và hỗ trợ của nhiều bên đã giúp chúng
em có những phương án hợp lí để giải quyết các vấn đề khúc mắc.
1.7 Kết cấu đồ án tốt nghiệp
Đồ án gồm có sáu chương với thứ tự chương và các nội dung như sau:
- Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu
Chương này giới thiệu các vấn đề cần nghiên cứu trong đề tài; phạm vi, giới
hạn của đề tài, cũng như các công trình nghiên cứu trước đó.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này giới thiệu tổng quan về công nghệ ép phun các vấn đề liên quan
đến các hệ thống, q trình làm mát trong khn ép nhựa và đưa ra các phương
pháp giải nhiệt cho khuôn tối ưu nhất.

3


- Chương 3: Lựa chọn thiết bị điện và thiết kế mạch điện điều khiển
Chương này trình bày việc lựa chọn các thiết bị điện phù hợp sử dụng trong đề
tài từ đó tính toán, thiết kế và chế tạo mạch điện điều khiển cho hệ thống
- Chương 4: Thiết kế và gia công kết cấu của hệ thống
Chương này trình bày quá trình tính toán, thiết kế và tiến hành chế tạo phần cơ
khí của hệ thống
- Chương 5: Chạy thử
Chương này trình bày các kết quả thí nghiệm, chạy thử của hệ thống trong các
điều kiện nhiệt độ khác nhau.
- Chương 6: Kết luận- Kiến nghị

Trình bày kết luận của đề tài, các đề xuất để hoàn thiện đề tài.

4


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tổng quan về khuôn ép phun
2.1.1 Giới thiệu cơng nghệ ép phun
Là q trình nhựa được nung nóng chảy và bơm vào lòng khn, sau khi điền
đầy hồn tồn lịng khn và nguội lại, nhựa sẽ có hình dáng của lịng khn, khn
được mở ra và sản phẩm được hệ thống đẩy đẩy ra ngoài, trong quá trình này, nhựa
chỉ chịu các tác động vật lý mà khơng xảy ra các phản ứng hóa học.
 Công nghệ ép phun đòi hỏi 3 yếu tố:
- Máy ép phun.
- Vật liệu nhựa.
- Khuôn.
 Khả năng công nghệ:
- Tạo ra các sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý.
- Trên cùng một sản phẩm hình dáng giữa mặt trong và mặt ngồi có thể khác
nhau (đây là một thế mạnh so với các công nghệ sản xuất sản phậm nhựa
khác).
- Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp lại cao.
- Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt rất
cao nên khơng cần gia cơng lại.
- Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc (trong những trường hợp đặc
biệt).

5

Khay nước đá

Đồ choi lego

Ly nhựa

Hộp dựng xà phịng

Hình 2.1 Một số sản phẩm của công nghệ ép phun
2.1.2 Khái niệm khuôn ép phun
Khuôn là một dụng cụ để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình,
khn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó có thể
là một lần và cũng có thể là nhiều lần
Khuôn gia công sản phẩm nhựa là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với
nhau, được chia ra làm hai phần khn chính là:
- Phần cavity (phần khuôn cái, phần khuôn cố định): được gắn trên tấm cố
định của máy ép nhựa.
- Phần core (phần khuôn đực, phần khuôn di động): được gắn trên tấm di động
của máy ép nhựa.
- Phần tạo sản phẩm (khoảng trống giữa cavity và core) được điền đầy bởi
nhựa dẻo và nó sẽ mang hình dạng của sản phẩm, sau đó nhựa dẻo đươc làm
nguội đông đặc lại rồi lấy ra khỏi khuôn bằng hệ thống đẩy sản phẩm hoặc
bằng tay.

6


2.1.3 Cấu tạo khái qt một khn ép phun

Hình 2.2 Các hệ thống chính của khn

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Chú thích:
Vít lục giác: Liên kết các tấm khn và tạo tính thẩm mỹ.
Vòng định vị: Định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun.
Bạc cuống phun: Dẫn nhựa từ máy ép vào các kênh dẫn nhựa.
Khn cái: Tạo hình cho sản phẩm.
Bạc định vị: Đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái.
Tấm kẹp trước: Giữ chặt phần cố định của khuôn và máy ép nhựa.
Vỏ khuôn cái và khuôn đưc: Thường được làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn với
khuôn cái nên giúp giảm giá thành khuôn nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả kinh
tế của khuôn.
8. Chốt hồi: hồi hệ thống về vị trí ban đầu khi đóng khuôn.
9. Khuôn đực: tạo hình cho sản phẩm.
10. Chốt định vị: giúp khn đực và khn cái liên kết một cách chính xác.

7


11. Vỏ khuôn cái và khuôn đưc: Thường được làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn với
khuôn cái nên giúp giảm giá thành khuôn nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả kinh
tế của khuôn.

12. Tấm đỡ: tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun.
13. Gối đỡ: tạo khoảng cách cho khn trong q trình ép.
14. Tấm giữ: giữ các chốt đẩy.
15. Tấm đẩy: đẩy các chốt đẩy để tách sản phẩm ra khỏi khuôn khi ép thành
phẩm.
16. Tấp kẹp sau: giữ chặt phần di động của khuôn trên máy ép nhựa.
17. Gối đỡ phụ: tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun.
2.1.4 Phân loại khn ép phun
Theo lý thuyết, việc phân loại khuôn ép nhựa dựa vào rất nhiều yếu tố do đó
khuôn ép nhựa cũng có rất nhiều loại cũng như tên gọi khác nhau. Tuy nhiên trong
thực tế sản xuất khuôn ép nhựa phổ biến được chia thành các loại sau:
2.1.4.1 Khuôn 2 tấm
 Khái niệm
- Xét về mặt cấu tạo: khuôn 2 tấm là loại khuôn bao gồm phần cố định và
phần di động nên giữa chúng chỉ có 1 khoảng mở để lấy sản phẩm.
- Về nguyên lí hoạt động : mở 1 lần để lấy sản phẩm và kênh nhựa.
 Kết cấu khuôn 2 tấm
- Khn 2 tấm khá đơn giản bao gồm có 2 phần chính là khuôn đực và
khuôn cái

8


Hình 2.3 Kết cấu khn 2 tấm
 Ưu điểm: (so với khuôn 3 tấm và khuôn nhiều tầng).
- Khuôn 2 tấm đơn giản hơn, rẻ hơn, chu kì ép ngắn hơn.
- Việc thiết kế đơn giản.
- Kết cấu khuôn không đòi hỏi phức tạp.
- Thời gian gia công và chế tạo cũng ngắn hơn.
- Giá thành thấp hơn khuôn 3 tấm và khn nhiều tầng.

- Tốn ít ngun liệu hơn.
 Nhược điểm
- Khuôn 2 tấm chỉ dùng cho các chi tiết đòi hỏi độ chính xác thấp.
- Quá trình đưa nhựa vào khn tốn rất nhiều thời gian do có ít miệng
phun.
 Ứng dụng
- Ứng dụng cho những sản phẩm có vòng đời ngắn như: những mặt hàng
điện tử dân dụng, sử dụng cho những sản phẩm đơn giản đòi hỏi ít miệng
phun do việc phân bố vị trí miệng phun bên hơng khó cân bằng dịng
chảy của nhựa.

9


2.1.4.2 Khuôn 3 tấm
 Khái niệm
- Khuôn 3 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn
được bố trí trên 2 mặt phẳng và khi mở khn thì có 1 khoảng mở để lấy
sản phẩm và 1 khoảng mở để lấy xương keo.
- Đối với khuôn 2 tấm thì sản phẩm và xương keo tự tách rời nhau sau khi
ép xong vì thế kết cấu cũng phức tạp hơn so với khuôn 2 tấm.
 Kết cấu khn 3 tấm

Hình 2.4 Kết cấu khn 3 tấm
 Chú thích
1. Chốt hỡ trợ (support in): đỡ tấm khn chứa kênh dẫn nhựa, dẫn hướng tấm
kẹp trên và tấm chứa kênh dẫn nhựa.
2. Cần kéo tấm giựt cuống keo (runner plate pull rod): giới hạn hành trình mở
của tấm chứa kênh dẫn, kéo tấm giựt cuống keo
3. Khóa mặt phân khn (parting lock): khóa 2 tấm khn tại mặt phân khuôn

4. Chốt giữ kênh dẫn nhựa (runner retainer pin): giữ kênh nhựa cố định trong
q trình mở khn, làm đứt đuôi keo tách rời miệng phun và sản phẩm.
5. Chốt đẩy kênh nhựa (Runner knock out pin): tạo 1 lực đẩy cuống phun rơi
ra khỏi bạc keo.
6. Lò xo (Sping screw): đẩy phụ tấm chứa kênh dẫn khi mở khuôn.

10


 Ưu điểm
- Giá thành thấp hơn so với kênh dẫn nóng.
- Ít bị hỏng hóc hơn so với khn có kênh dẫn nóng.
- Có thể phù hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém.
 Nhược điểm
- Chu kì ép phun tăng vì đường đi của dịng nhựa trong khn dài.
- Lãng phí nhiều vật liệu.
- Cần áp suất phun lớn để điền đầy.
 Ứng dụng
- Khn có nhiều lịng khuôn.
- Khuôn có 1 lòng khuôn nhưng phức tạp cần hơn 1 vị trí phun nhựa.
- Khó khăn trong việc chọn ra 1 vị trí phun thích hợp khác.
2.1.4.3 Khn nhiều tầng
 Khái niệm
Là khuôn ép phun do 2 hay nhiều bộ khuôn 2 tấm ghép lại với nhau, để tăng
năng suất.
 Kết cấu khuôn nhiều tầng:
Cuống phun 2

Hệ thống đẩy
di động

Lịng khn Cuống phun 1

Phần di động Phần trung tâm Phần cố định

Hệ thống đẩy
cố định

Hình 2.5 Kết cấu khuôn nhiều tầng

11