Báo cáo đề tài NCKH: Chế tạo thân máy phun ép micro của SV ĐH SPKT TPHCM

Toàn văn đề tài NCKH chế tạo thân máy phun ép micro. Báo cáo chi tiết quá trình thiết kế tối ưu, tính toán và quy trình lắp ráp hoàn chỉnh.

• Tác giả: Trần Minh Quang
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Minh
• Trường học: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Chế tạo thân máy phun ép micro
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tính Cấp Thiết và Ý Nghĩa của Đề Tài Chế Tạo Máy Phun Ép Nhựa Micro

Máy phun ép nhựa Micro đã trở thành một công nghệ quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo hiện đại. Đề tài chế tạo máy phun ép nhựa Micro chi tiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, nhằm giải quyết nhu cầu sản xuất những sản phẩm nhựa có kích thước nhỏ với độ chính xác cao. Ngành công nghiệp nhựa toàn cầu đang phát triển mạnh, với nhu cầu sản xuất sản phẩm nhựa Micro ngày càng tăng. Việc chế tạo máy ép phun nhựa chuyên dụng sẽ giúp nâng cao năng suất, giảm chi phí sản xuất và tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao hơn. Đây là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy tại Việt Nam.

1.1. Ý Nghĩa Khoa Học của Nghiên Cứu

Thực hiện đề tài này giúp nhóm nghiên cứu hiểu sâu sắc về quá trình phun ép nhựa, các lý thuyết về chuyển động ép và sức chịu đựng của các bộ phận máy. Việc mô phỏng chuyển động trên phần mềm cho phép tối ưu hóa thiết kế. Các kết quả nghiên cứu về lực ép của máy và khả năng vận hành sẽ đóng góp vào kho kiến thức về công nghệ ép phun nhựa hiện đại.

1.2. Tác Động Thực Tiễn và Kinh Tế Xã Hội

Máy ép phun Micro có khả năng ứng dụng cao trong sản xuất công nghiệp. Nó không chỉ giúp giảm giá thành sản phẩm mà còn nâng cao tính cạnh tranh của các doanh nghiệp Việt Nam. Với thiết kế tối ưu và công nghệ hiện đại, máy sẽ hỗ trợ ngành công nghiệp nhựa Việt Nam phát triển bền vững, tạo thêm giá trị gia tăng cho nền kinh tế.

II. Mục Tiêu Nghiên Cứu và Đối Tượng Nghiên Cứu

Mục tiêu chính của đề tài chế tạo máy phun ép nhựa Micro là thiết kế và chế tạo thành công thân máy ép dành cho sản phẩm nhựa có kích thước nhỏ. Đề tài kết hợp với việc chế tạo modul hóa lỏng nhựa để tạo ra một máy ép hoàn chỉnh và đầy đủ chức năng. Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế tối ưu thân máy nhằm giảm giá thành sản xuất mà vẫn đảm bảo chất lượng. Một mục tiêu quan trọng khác là tạo ra máy ép phun có thể vận hành ổn định và phun ép hiệu quả cho các sản phẩm nhựa Micro. Nhóm đã hoàn thành tính toán thiết kế, chế tạo và lắp ráp toàn bộ thân máy phun ép micro.

2.1. Đối Tượng Nghiên Cứu Chính

Đối tượng chính là thân máy phun ép nhựa với các thông số và kích thước được tối ưu hóa. Nghiên cứu tập trung vào các thành phần cốt lõi như cụm kìm khuôn, tấm di động, hệ thống truyền động, và cấu tạo khung máy. Các vật liệu được chọn lọc kỹ lưỡng để đảm bảo độ bền và hiệu suất hoạt động của máy.

2.2. Phạm Vi và Giới Hạn Nghiên Cứu

Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế cơ khí, tính toán kỹ thuật, mô phỏng chuyển động và chế tạo chi tiết máy. Giới hạn hiện tại do ảnh hưởng của tình hình dịch bệnh là chưa hoàn thành phần thử nghiệm và kiểm chứng trên thực tế, nhưng toàn bộ thiết kế lý thuyết đã được hoàn thiện.

III. Tính Mới và Sáng Tạo trong Thiết Kế Máy Phun Ép Nhựa Micro

Đề tài chế tạo máy phun ép nhựa Micro mang lại nhiều yếu tố sáng tạo trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy Việt Nam. Thiết kế thân máy tối ưu giúp giảm chi phí sản xuất đáng kể so với các máy ép nhập khẩu. Sự kết hợp giữa cơ cấu kẹp khuôn hiện đại và hệ thống truyền động bằng đai răng HTD cho phép máy hoạt động mượt mà và chính xác. Việc áp dụng động cơ bước để điều khiển chuyển động ép là một giải pháp sáng tạo giúp nâng cao độ chính xác. Mô phỏng và tính toán trên phần mềm trước khi chế tạo đã giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả thiết kế. Nhóm đã thành công trong việc tính toán sức chịu đựng thanh trượt và lực ép của máy một cách chính xác.

3.1. Các Giải Pháp Kỹ Thuật Sáng Tạo

Nhóm đã phát triển cơ cấu kẹp khuôn sử dụng vít me đai ốc kết hợp với pistong thủy lực, tạo nên cơ chế kẹp vừa chắc chắn vừa linh hoạt. Hệ thống truyền động đai răng HTD được chọn để đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình ép phun. Thiết kế bộ đẩy sản phẩm tự động giúp tăng tính tiện dụng và hiệu quả.

3.2. Ứng Dụng Công Nghệ Hiện Đại

Việc sử dụng phần mềm mô phỏng để kiểm tra chuyển động tấm đỡ trên thanh trượt là một bước tiến trong thiết kế máy ép nhựa. Hệ thống điều khiển điện tử và màn hình máy tính giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và điều chỉnh các thông số hoạt động của máy phun ép.

IV. Kết Quả Đạt Được và Khả Năng Ứng Dụng

Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành thành công các mục tiêu chính của đề tài chế tạo máy phun ép nhựa Micro. Toàn bộ thân máy đã được thiết kế chi tiết, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh. Các bộ phận quan trọng như cụm đóng mở khuôn, hệ thống truyền động, và cơ cấu kẹp khuôn đã được gia công chính xác trên máy CNC hiện đại. Kết quả đạt được bao gồm thiết kế tối ưu cho lực ép của máy và khả năng vận hành ổn định. Mặc dù chưa hoàn thành phần thử nghiệm đầy đủ do tình hình dịch bệnh, nhưng lý thuyết và thiết kế máy phun ép nhựa đã được kiểm chứng kỹ lưỡng. Máy ép Micro này có khả năng ứng dụng cao trong các nhà máy sản xuất nhựa, đặc biệt là các sản phẩm có kích thước nhỏ và yêu cầu độ chính xác cao.

4.1. Kết Quả Chế Tạo và Lắp Ráp

Các chi tiết máy đã được phay, taro trên máy CNC VMC-650 với độ chính xác cao. Tấm cố định, tấm di trượt, và các bộ phận khác được lắp ráp theo đúng bản vẽ kỹ thuật. Hệ thống điều khiển điện đã được lắp đặt hoàn chỉnh trong tủ điều khiển. Toàn bộ các bộ phận như ổ bi UCF, gối đỡ trục, và đai răng HTD đã được lắp ráp chính xác.

4.2. Triển Vọng Ứng Dụng và Phát Triển

Máy phun ép nhựa Micro có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhựa Việt Nam. Thiết kế tối ưu giúp giảm giá thành so với máy nhập khẩu, tạo lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp. Nhóm đề xuất tiếp tục thử nghiệm và cải tiến để đưa sản phẩm vào sản xuất công nghiệp thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tính cấp thiết của đề tài: .Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:. Mục tiêu nghiên cứu: .4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu:. Đối tượng nghiên cứu: .2 Phạm vi nghiên cứu:.

Cơ sở pháp luận:. Phương pháp nghiên cứu cụ thể:. Tổng quan về phun ép micro. Lịch sử về kỹ thuật ép micro:.

Vật liệu và ứng dụng cho ép phun micro:. Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa. Trên thế giới:. Lịch sử ngành nhựa thế giới:.

Triển vọng tăng trưởng của ngành nhựa thế giới:. Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam:. Sơ lược về ngành nhựa Việt Nam:. Lịch sử ngành nhựa Việt Nam:.

Triển vọng tăng trưởng của ngành nhựa Việt Nam:. Khái quát về vật liệu nhựa:. Giới thiệu về chất déo và nhựa: .2 So sánh nhựa với vật liệu khác: .3 Phân loại vật liệu nhựa:. Đặc điểm của nhựa:.

Nhược điểm:. Một số loại nhựa thông dụng hiện nay: .3 Tổng quan về công nghệ sản xuất nhựa: .1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất gia công đồ nhựa hiện nay: .2 Quy trình sản xuất sản phẩm nhựa:. Tổng quan về công nghệ ép phun:. Nguyên lý của công nghệ ép phun:.

Phân loại máy ép phun:. Phân loại máy ép phun theo cấu tạo:. Máy ép phun trục vít:. Máy ép phun piston: .2 Phân loại theo cơ chế vận hành:.

Máy ép phun nghiêng:. Máy ép phun có nhiều chế độ quay:. Cấu tạo cơ bản của máy ép phun và quy trình vận hành máy:. Hệ thống hỗ trợ ép phun:.

Hệ thống kẹp:. Hệ thống khuôn:. Hệ thống điều khiển:. Các thông số quan trọng của máy ép nhựa:.

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. Nguyên lý hoạt động của máy ép nhựa:. Đặc điểm của quá trình ép phun:. Chọn phương án kẹp khuôn:.

Sử dụng các cơ cấu truyền động cơ khí: .2 Dùng piston thủy lực để kẹp khuôn:.3 Dùng piston kết hợp với cơ cấu phẳng toàn khớp thấp được dẫn động bằng piston thủy lực:. Động cơ bước nam châm vĩnh cửu:. Động cơ bước biến từ trở:. Động cơ bước hỗn hợp:.

Động cơ bước 2 pha:. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN TRÊN MÁY PHUN ÉP. Mô hình hóa thiết kế máy:. Cụm đóng mở khuôn:.

Tấm giữ khuôn di động:. Tấm giữ khuôn cố định:. Bộ phận lấy sản phẩm:. Tính toán chọn động cơ:.

Vít me đai ốc:. Tính toán chọn đai răng và pully:. Trục dẫn hướng:. Chọn gối đỡ trục SHF25:.

Chọn con trượt tròn LFM25UU:. MÔ PHỎNG, GIA CÔNG CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP CÁC CHI TIẾT. Mô phỏng chi tiết:. Chế tạo lắp ráp phần khung máy:.

Quy trình lên khuôn:. Đánh giá máy ép:. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Những điều đạt được:.

Những điều chưa đạt được: .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO. Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay ngành nhựa là một trong những ngành công nghiệp có sự tăng trưởng cao nhất ở Việt Nam nói riêng và của thế giới nói chung, được dùng làm vật liệu sản xuất nhiều loại vật dụng góp phần quan trọng vào phục vụ đời sống con người cũng như phục vụ cho sự phát triển của nhiều ngành và lĩnh vực kinh tế khác như; điện, điện tử, viễn thông, giao thông vận tải, y tế … Với tốc độ phát triển nhanh, ngành Nhựa được coi là một nghành năng động bậc nhất trong nền kinh tế Việt Nam. Trong đó Polyopropylene (PP) được sử dụng phổ biến có thể trở thành vật liệu thay thế cho những vật liệu truyền thống tưởng chừng như không thể thay thế được là gỗ, kim loại,…Nên hiện nay nhu cầu về các sản phẩm nhựa gia tăng trong đó nhu cầu về các sản phẩm nhựa micro trong một số lĩnh vực cũng được tăng cao. Nhưng trên thị trường phổ biến sử dụng các loại máy ép phun với công suất lớn vẫn chưa tối ưu với các sản phẩm với kích thước micro.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Việc nghiên cứu và chế tạo máy phun ép sản phẩm micro sẽ giúp sinh viên có một lượng kiến thước nền ổn định để áp dụng và công việc sau này, đồng thời tạo ra những giải pháp và đột phá mới trong lĩnh vực Khuôn Ép nói riêng và ngành cơ khí nói chung.

Nhóm tập trung nghiên cứu“Thiết kế máy ép phun micro” nhằm mục đích giảm chi phí, thời gian,… quá trình ép sản phẩm và chế tạo khuôn. Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán thiết kế kết cấu và mô phỏng để làm cơ sở chế tạo máy ép phun micro.4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: 1. Đối tượng nghiên cứu: - Máy ép phun micro. - Phần mềm thiết kế và mô phỏng (Autodesk Inventor).

- Phần mềm thiết kế và xuất bản vẽ 2D (Autodesk Inventor). - Phần mềm gia công (Creo Parametric 5. - Phần mềm mô phỏng (Autodesk Inventor).2 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu và chế tạo máy ép phun micro hoàn thiện và đạt các yêu cầu đã đặt ra. Tính toán và thiết kế hoàn thiện các cơ cấu truyền động và các thành phần của máy ép phun micro.

Ứng dụng phần mềm Inventor để hổ trợ cho việc mô phỏng và phân tích ứng suất trên các chi tiết máy. Cơ sở pháp luận: Với những cơ sở tài liệu, các nghiên cứu và các đề tài đi trước, các mẫu máy đã có sẵn trên thị trường. Từ đó, tiến hành phân tích những ưu điểm cũng như nhược điểm của các dòng máy đó lựa chọn thiết kế được mẫu máy tốt hơn hoặc nâng cấp để khắc phục nhược điểm của những dòng máy trước. Phương pháp nghiên cứu cụ thể: Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài.

- Tổng hợp tài liệu tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động đảm bảo độ chính xác, tối ưu hóa chuyển động. - Khảo sát thực tiễn: tìm hiểu về các cơ cấu truyền động của các máy ép phun - Xây dựng mô hình-thực nghiệm: Chế tạo máy ép phun micro, vận hành thử nghiệm, ép thử nghiệm các sản phẩm nhựa. Tổng quan về phun ép micro Quá trình phun ép micro là một quá trình phun đúc để sản xuất các chi tiết nhựa cho trọng lượng từ 1 đến 0,1 g với dung sai trong phạm vi từ 10 đến 100 micron. Quá trình đúc khuôn này cho phép các nhà sản xuất tạo ra các hình dạng hình học nhỏ phức tạp với độ chính xác và độ chính xác tối đa có thể.

Khái niệm cơ bản của quá trình ép phun micro khá giống với quá trình ép phun thông thường. Trong quá trình này, bộ phận phun mirco được tích hợp trong máy ép phun. Ưu điểm của máy phun ép micro: - Chi phí sản xuất khuôn thấp hơn khoảng 40% so với những khuôn phù hợp với máy 60 tấn. - Phù hợp với các khuôn sản phẩm y tế và kỹ thuật.

- Giảm diện năng tiêu thụ và chi phí. - Thời gian chuẩn bị khuôn ép lên máy và chu trình ép nhanh hơn. - Mức độ kiểm soát cao và độ chính xác cao. - Các sản phẩm micro có giá rẻ.

Lịch sử về kỹ thuật ép micro: Trong những năm 1980, kỹ thuật ép phun micro sử dụng phương pháp ép phun truyền thống, không có máy móc chuyên dụng nào cho đến giữa những năm 1990. Hiện tại, các hệ thống phun ép micro thương mại được sản xuất bởi các công ty Milacron, Arburg và Sumitomo Demag như các thiết bị cho các máy phun ép thông thường. Wittmann Battenfeld, Babyplast và Desma là những nhà sản xuất máy ép phun mirco chuyên dụng. Arburg đã phát triển một máy ép phun siêu nhỏ với vít đùn 8 mm để đảm bảo độ chính xác định lượng cao.

Loại máy này được kết hợp với trục vít thứ hai, có nhiệm vụ làm tan chảy và trộn đồng nhất nguyên liệu. Công ty Sumitomo Demag đã phát triển thiết bị phun đúc micro phù hợp với các bộ phận siêu nhỏ có trọng lượng từ 5 g đến 0,1 g. Vít có dạng hình học đặc biệt và khóa dòng chảy ngược tích hợp có thể được sử dụng cho áp suất phun lên đến 2700 bar và toàn bộ hệ thống này có thể được tích hợp trong dòng máy thấp hơn để có lực kẹp lên đến 500kN. Vật liệu và ứng dụng cho ép phun micro: POLYMER ỨNG DỤNG Polyoxymethylene (POM) Bánh răng micro Liquid-crystal polymer (LCP) Đầu nối và các thiết bị vi điện tử Polyamide (PA or Nylon) Bánh răng mirco Polycarbonate (PC) Lens và cảm biến cho các thiết bị quang học Polyether ether ketone (PEEK) Vòng bi và piston mirco Poly (methyl methacrylate) (PMMA) Đầu nối sợi quang Polyethylene (PE) Các bộ phận con của bộ truyền động mirco 2.

Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa 2. Trên thế giới: 2. Lịch sử ngành nhựa thế giới: Những năm 1870 – 1900 Trong quá trình tìm kiếm nguyên liệu thay thế cho ngà voi, John Hyatt, một nhà hóa học người Mỹ, đã phát triển Parkesin – hợp chất nhựa đầu tiên thành một hợp chất ổn định và mang tính ứng dụng cao hơn với tên gọi là “celluloid”. Celluloid ngay sau đó đã trở thành vật liệu được ưa chuộng do giá thành rẻ và dễ gia công, ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất đồ chơi và đồ dùng cá nhân.

Những năm 1900 – 1930 Trong giai đoạn từ 1920 – 1930, một loại nguyên liệu nhựa quan trọng được đưa vào sản xuất công nghiệp, đó chính là PolyVinyl Clorua (PVC). Lịch sử của PVC bắt đầu từ rất sớm khi ngay từ năm 1872, người ta đã tìm ra cách tổng hợp PVC từ nguyên liệu chính là Vinyl Clorua. Tuy nhiên tính ứng dụng của PVC tại thời điểm đó còn rất hạn chế do tính kém ổn định, độ cứng cao và khó gia công. Mãi đến năm 1926, sau khi tiến sĩ Waldo Semon phát minh ra phương pháp dẻo hóa, PVC mới bắt đầu được đưa vào sản xuất công nghiệp.

5 Những năm 1930 – 1990 Giai đoạn đầu những năm 1930 là giai đoạn bản lề cho sự phát triển của ngành công nghiệp nhựa hiện đại khi các nhà sản xuất đã tìm ra phương pháp để sản xuất nguyên liệu nhựa từ dầu mỏ với quy mô công nghiệp. Giai đoạn 1950 – 1960, sau khi chiến tranh thế giới thứ 2 kết thúc, các nhà sản xuất nhựa bắt đầu tìm kiếm một thị trường mới để bán sản phẩm của mình khi nhu cầu từ chiến tranh không còn. Thị trường mới mà các nhà sản xuất hướng tới trong giai đoạn này là thị trường tiêu dùng. Các nguyên liệu nhựa trước kia dùng phục vụ chủ yếu cho chiến tranh dần biến thành những sản phẩm tiêu dùng hàng ngày.