1

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Cơng trình được hồn 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 MƠ 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

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.


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 động và kết nối máy tính lập trình
điều khiển bằng máy tính.
- Thiết kế và chế tạo mơ hình để 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 q trình điều khiển tự ñộng .
- Thúc ñẩy việc nghiên cứu các thiết bị tự ñộng trong nhà trường.
- Bước ñầu tạo ra những mơ hình tự động, dùng cho học sinh
thực hành và nghiên cứu khoa học.
- Tạo khả năng ứng dụng, kết nối giữa modun cơ khí và modun
điều 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 mơ hình tự động hóa khác.
- Thiết kế và chế tạo mơ hình thiết bị máy ép tự động bằng vít tải
- Có thể điều khiển máy ép thơng qua máy vi tính .
- Thiết kế chế tạo mơ hình .
7. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngồi phần mở đầu 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 TỐN 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 đang trong thời kì đổi mới, thời kỳ cơng
nghiệp hóa hiện đại hóa cùng với sự phát triển của nghành chế tạo
máy, nghành kỹ thuật ñiện tử là sự phát triển của kỹ thuật điều khiển
và tự động hóa. Hệ thống điều khiển là một bộ phận khơng thể thiếu
được trong mọi q trình tự động 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 đến những sản phẩm
cơng 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 đủ trình độ hiểu
biết, khả năng thiết kế vận hành và sửa chửa các máy đúc, dập, ép
trong cơng nghiệp.
Đề tài:
“ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
MÁY ÉP NHỰA BẰNG VÍT TẢI VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ”

2. MỤC ĐÍCH CỦA NGHIÊN CỨU :
- Nghiên cứu các loại máy ép bằng vít tải.
- Nghiên cứu về tự động hóa các thiết bị cơ khí.
- Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống điều 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.


5

6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, VẬT LIỆU VÀ
MÁY ÉP NHỰA
1.1. Cơng 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. Ơng cơng 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 được đun nóng, đúc và giữ lại hình
dạng của nó khi được làm lạnh.
1.1.2. Cơng nghệ ép nhựa
Một cách đơn giản nhất, cơng nghệ ép nhựa là q trình phun

nhựa nóng chảy điền đầy chất lỏng vào khn. Một khi nhựa được
làm nguội và đơng cứng lại trong lịng khn thì khn được mở ra
và sản phẩm được đẩy ra khỏi khn 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 vơ định 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 để 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 đình.
1.3. Các yếu tố cơ bản và quy trình cơng nghệ thiết kế khn 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: độ dẻo dai, nhẹ, có thể tái chế, khơng có
những phản ứng hóa học với khơng khí trong điều kiện bình
thường….vật liệu nhưa đã thay thể các loại vật liệu khác như: sắt,
nhơm, gang, đồng thau…đang ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên. Do
đó ta có thể nói rằng nhu cầu sủ dụng vật liệu nhựa trong tương lai sẽ
cịn rất lớn. Điều này đưa dến một hệ quả là giá thành khn sẽ
khơng được cho là q đắc bởi lợi nhuận mà nó mang lại là rất lớn, vì
một khn 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 động hóa và chi tiết có tính tự lặp lại cao.
- Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc rất phong phú và độ
nhẳn bóng bề mặt rất cao nên khơng cần gia công lại.
- Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc.
1.7. Máy ép nhựa và các thơng 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 :

Hình 1.5. Máy ép nhựa


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 đưa nhựa vào khn thơng qua các
q trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa
lỏng và định hình sản phẩm.


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

1.7.4. Hệ thống khn
1.7.4.1. Hệ thống kẹp
Hệ thống kẹp có chức năng đóng, mở khn, tạo lực kẹp giữ
khn trong q trình làm nguội và đẩy sản phẩm thốt khỏi khn
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

Loại kìm

Kìm dùng thủy
lực

Ưu điểm
- Lắp đặt khn nhanh
- Biết rõ áp suất kìm
- Dễ bảo dưỡng
- Ít làm võng tấm khn
- Lực kìm tập trung vào
giữa tấm khn

Nhược điểm
- 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 khn
- Khó’ điều 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 điều
chỉnh các thơng số gia cơng 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 đoạn:
1. Giai đoạn kép ( Clamping phase ) : khn được đóng lại
2. Giai đoạn phun ( Injection phase ) : nhựa ñiền ñầy vào khn
3. Giai đoạn làm nguội ( Cooling phase ) : nhựa được làm đặc lại trong
khn
4. Giai đoạn đẩy ( Ejector phase ) : đẩy sản phấm nhựa ra khỏi
khn



9
1.9. Đo và điều khiển nhiệt độ trong q trình ép
Nhiệt độ của khn (gia nhiệt cho khn hoặc làm nguội
khn) rất quan trọng trong q trình ép phun. Nhiệt độ khn có
ảnh hưởng đến :
+ 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 đó, nhiệt độ của khn cần phải được đo đạt và điều 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 đồ khối của mạch điều khiển


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

2.1.2. Các thành phần chính của mạch
- Chíp vi điều khiển xử lý trung tâm.
- Bộ điều khiển đóng 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 điều 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 đặc trưng sau:
- 4kb ROM
- 128 byte RAM
- 4 port xuất nhập, mỗi port 8 bit


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 điều 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

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 đồ 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

0.33UF 50V


R25
10k

104
D25
LED

KHOI NGUON CUNG CAP

Hình 2.3. Mạch nguồn cung cấp

0V

-AT89C51 có tất cả 40 chân, trong số đó có 32 chân có chức năng
xuất/ nhập. 24 trong 32 chân này là các chân có cộng dụng kép tức
mỗi một đường 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 đa hợp
2.4. Kết nối máy tính
2.4.1. Truyền thơng 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”dịng bít” nối tiếp từ một điểm tới một
điểm khác. Chuẩn RS-232 thích hợp với việc truyền dữ liệu trên


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 đặc biệt

Hình 2.8. Sơ đồ ngun lý mạch kết nối máy tính
2.4.2. Truyền thơng nối tiếp với 89C51
2.4.3. Giới thiệu khối điều khiển động lực

Hình 2.16. Bảng ñiều khiển.

Khối ñộng lực ñược sử dụng các linh kiện có tính chất cách ly
với vi điều khiển nhằm trách sự tác ñộng các mức ñiện áp lớn ở các
ñộng cơ khi ñộng cơ hoạt ñộng.Tránh sự nhiễu trong q trình hoạt
động
2.4.4. Truyền thơng 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 được viết trên
nền C. chương trình viết trên PIC C tuân thủ theo cấu trúc của ngơn
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) để nạp vào bộ nhớ của PIC.

2.9. Kết luận chương:
- Trình bày được 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.


15
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC BỘ

PHẬN CỦA MÁY ÉP BẰNG VÍT TẢI
3.1. Tính tốn thiết kế vít tải
3.1.1. Phân loại và cơng dụng
Người ta thường phân loại vít tải theo cơng dụng và tính chất
cơng việc; theo dạng vít, theo phương chuyển động, 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 đó 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 đỡ trục. Trong các vít tải, người ta thường dùng các gối ñỡ trục
là ổ trượt. Gối ñỡ hai đầu trục có cấu tạo và kích thứơc theo tiêu
chuẩn của ổ trượt .
Quan hệ các kích thước của gối đỡ trung gian (bảng 3.1)
3.1.3. Tính tốn 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.

S = π .Dtg α

t

(3-4)

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


(3- 5)

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

π .D 2
4

µ K , [m2 ]

(3–6)

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


17
Góc nghiêng đặt vít tải, độ
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 định cơng suất tiêu hao cho vít tải
Cơng 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 để thắng ma sát ở các
gối đỡ trục vít. Xác định nó theo cơng thức sau:
N=


Q
(LC + H ) , [kW]
367

(3-9)

Trong đó 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
đều ra thành máy và nó được nâng lên theo một đường xoắn ốc có
góc xoắn là θ và ñược xác ñịnh như sau :
tg θ =

tg (α + ϕ 2 )
+
2

trong đó ϕ 2 = arctg f2 ;

(

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 được xác định 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 đó R là bán kính ngồi 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 độ góc của vật liệu , 1/s.
ωq=

v q 2.v q
=
D
D
2

Xác định cơng suất N2 như sau :

(3-19)


19
N2 =

P0, R0 (ω − ω q )
1000

+

20

P0, R(ω − ω q )
1000


, [kW]

(3-20)

trong đó R là bán kính ngồi của cánh vít, m ;
R0 là bán kính trung bình của cánh vít, m ;

ω là tốc độ góc của trục vít, 1/s
3.2. Tính tốn các thơng 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 đầu mút cánh vít :

δ = (0,002 ÷ 0,005)D;

3.2.2. Áp suất ép
Áp suất ép phải đảm bảo cho độ điền đầy khn, đảm bảo được
thời gian phun và tốc độ 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 đây :

D là đường 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 được 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 khn đúc thì phải thực hiện
q trình phun nhờ sự chuyển động của trục vít trong xylanh.
Quan hệ giữa tốc độ phun, thời gian phun với thể tích đúc của máy
được nêu ở bảng dưới đây

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

(3-21)


21

22

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

Trong đó : D= 65.10-3 là đường trục vít , m;
-3

S= 65.10

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

n là số vịng quay của trục vít , vịng/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 đó : K là hệ số hình học của trục vít
(3-23)

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

Tốc độ
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 đó: 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 dịng chảy ngược của vật

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

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

D = 65 mm là đường kính trục vít , m;

Áp suất của vật liệu tại đầu 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 cơng suất theo cơng thức sau ñây :

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

πd 4

Lực dọc tác dụng lên trục vít được 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 đó : 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 :


Hình 3.13. Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lên trục vít


23

24

+ Mơmen xoắn tác dụng lên trục vít xác định 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 đó 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 cơng 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 mơ hình.

i là bán kính qn tính của tiết diện , xác định như sau
i=

J
, [cm]
F

(3-36)

trong đó 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=

D
D
1+α 2 =
1 + α 2 , [cm]
4

4

(3-39)

3.3. Kết luận chương:
Trong chương này đã tính tốn và thiết kế được các bộ truyền,
tính được các thơng số cơ bản của máy ép.


25
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
1. Kết luận
Sau thời gian thực hiện, luận văn ñã thực hiện được các cơng
việc sau đây :
- Trình bày được một cách tổng quan về máy ép nhựa và quy trình
cơng nghệ ép nhựa.
- Các loại vật liệu nhựa và các sản phẩm từ nhựa.
- Tính tốn và thiết kế bộ phận truyền động của máy ép nhựa.
- Trình bày được tổng quan về ñiều khiển tự ñộng.
- Thiết kế ñược hệ thống ñiều khiển tự ñộng máy ép nhựa qua vi điều
khiển.
- Viết được chương trình điều khiển hoạt động của mơ hình qua phần
mềm Visual basic.
- Chế tạo được mơ hình để mơ phỏng hoạt động của máy.
- Kết nối được hoạt động của mơ hình với máy tính.

Kết quả ñạt ñược

26
2. Hướng phát triển của ñề tài

- Làm mơ hình học tập cho sinh viên nhằm kích thích và phát triển
khả năng xây dựng các mơ 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.