Đặt vấn đề Ngày nay công nghệ đúc nhôm đang được sử dụng một cách phổ biến để chế tạo ra các chi tiết có kết cấu từ đơn giản đến phức tạp. Công nghệ đúc nhôm áp lực là một trong những phương pháp được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Công nghệ đúc nhôm là quá trình nấu chảy các miếng nhôm, dùng xi lanh hoặc piston trợ lực bơm kim loại nóng chảy vào khuôn đúc, sau đó để nhôm đông đặc lại sẽ có hình dạng của khuôn khi nguội đi. Hợp kim nhôm được tạo thành từ các kim loại khác nhau, pha trộn theo những tỷ lệ phù hợp.
Dưới phương pháp sử dụng áp lực cao, các hợp kim sẽ được làm nguội nhanh chóng, nên sẽ sản xuất được với số lượng nhiều và đồng đều. Công nghệ đúc nhôm đúc liên tục hiện nay cũng được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất nhôm. Nó bao gồm dây chuyền đúc liên tục đúc khuôn như thạch cao. Từ thực trạng đó chúng ta cần một cơ cấu hoặc hệ thống để có thể hỗ trợ việc cung cấp nhôm lỏng để thực hiện việc đúc nhôm thay thế cho việc rót thủ công.
Tính cấp thiết của đề tài Đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo thiết bị tự động rót nhôm cho máy đúc áp lực yota” mang tính chất cấp thiết vì một số lý do sau đây: Nâng cao hiệu quả sản xuất - Tăng tốc độ rót nhôm: Thiết bị tự động có thể rót nhôm nhanh và chính xác hơn so với thao tác thủ công, giúp rút ngắn thời gian chu kỳ sản xuất, tăng năng suất và sản lượng. - Giảm thiểu sai sót: Hệ thống tự động được lập trình sẵn, giảm bớt yếu tố con người, giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình rót nhôm, đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều và ổn định. - Tiết kiệm nhân công: Việc sử dụng thiết bị tự động giúp giảm bớt gánh nặng cho công nhân, cho phép họ tập trung vào các công việc khác có giá trị gia tăng cao hơn. 1 Cải thiện điều kiện làm việc - Môi trường làm việc an toàn hơn: Việc tự động hóa quy trình rót nhôm giúp loại bỏ nguy cơ tiếp xúc trực tiếp với nhôm nóng chảy, giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động cho công nhân.
- Giảm thiểu tác động môi trường: Hệ thống tự động có thể kiểm soát lượng nhôm rót chính xác, hạn chế lãng phí và giảm thiểu phát thải bụi nhôm, góp phần bảo vệ môi trường và tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp. Nâng cao tính cạnh tranh - Giảm giá thành sản xuất: Nhờ nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm nhân công, thiết bị bán tự động giúp giảm giá thành sản xuất, tăng lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp. - Đáp ứng nhu cầu thị trường: Nhu cầu về các sản phẩm đúc áp lực ngày càng tăng, việc sử dụng thiết bị bán tự động hay tự động giúp doanh nghiệp đáp ứng kịp thời nhu cầu thị trường, tăng khả năng cạnh tranh. Hỗ trợ phát triển công nghiệp - Đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa: Việc ứng dụng tự động hóa trong sản xuất đúc áp lực góp phần thúc đẩy công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành công nghiệp chế tạo máy móc tại Việt Nam.
- Nâng cao năng lực trình độ khoa học kỹ thuật: Chế tạo và ứng dụng thiết bị tự động rót nhôm đòi hỏi trình độ khoa học kỹ thuật cao, góp phần nâng cao năng lực và vị thế của ngành công nghiệp chế tạo máy móc Việt Nam trên thị trường quốc tế. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn đề tài Khảo sát hiện nay chưa có các cơ cấu, máy rót hay khả năng cánh tay robot hỗ trợ trong việc rót nhôm lỏng vào máy đúc áp lực. Từ đó thấy được các nhược điểm của phương pháp truyền thống rót bằng tay, phát hiện ra các khó khăn cũng như hạn chế. Kết quả thu được sẽ là nền móng cho công cuộc nghiên cứu và phát triển cơ cấu hỗ trợ việc múc, rót nhôm 2 Ý nghĩa khoa học - Đóng góp vào lĩnh vực tự động hóa trong ngành công nghiệp đúc: Việc nghiên cứu và chế tạo thiết bị bán tự động rót nhôm cho máy đúc áp lực Yota góp phần bổ sung kiến thức và kinh nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa ứng dụng trong ngành công nghiệp đúc.
- Ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật: Đề tài ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật như: kỹ thuật điều khiển tự động, kỹ thuật truyền động, kỹ thuật cảm biến,… vào việc thiết kế và chế tạo thiết bị bán tự động rót nhôm. - Phát triển giải pháp mới cho công nghệ đúc áp lực: Thiết bị bán tự động rót nhôm là một giải pháp mới cho công nghệ đúc áp lực, giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm Ý nghĩa thực tiễn - Nâng cao hiệu quả sản xuất: Thiết bị bán tự động rót nhôm giúp tăng tốc độ rót nhôm, giảm thiểu sai sót và tiết kiệm nhân công, qua đó nâng cao hiệu quả sản xuất cho doanh nghiệp. - Cải thiện điều kiện làm việc: Giảm thiểu rủi ro cũng như nguy cơ tiếp xúc trực tiếp với nhôm nóng chảy, từ đó hạn chế được tai nạn lao động và cải thiện môi trường làm việc cho người lao động. - Nâng cao chất lượng sản phẩm: Hệ thống được tư động lập trình sẵn với độ chính xác cao, giúp đảm đảm bảo độ ổn định cũng như đồng đều về chất lượng sản phẩm.
- Giảm giá thành sản xuất: Việc cắt giảm được lương nhân công nhờ vào yếu tố tự động của máy sẽ giúp cho doanh nghiệp giảm được chi phí sản xuất và sản phẩm, tăng lợi thế cạnh tranh trên thị trường. Tóm lại, đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo thiết bị tự động rót nhôm cho máy đúc áp lực Yota” không chỉ mang lại ý nghĩa khoa học trong đóng góp vào việc 3 pháp triển cho nền kinh kế công nghiệp, mà còn mang ý nghĩa thực tiễn trong việc cải thiện quá trình sản xuất và tiết kiệm được chi phí nhờ vào độ chính xác của thiết bị mang lại cùng với sự nâng cao về mặt kỹ thuật công nghiệp. Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu, tính toán, thiết kế chế tạo thiết bị tự động rót nhôm cho máy đúc áp lực Yota" có thể được xác định như sau: - Các nghiên cứu và tính toán thiết kế được dựa trên các hạn chế cũng như các vướng mắc mà các doanh nghiệp đang gặp phải gồm: Mục tiêu nâng cao hiệu suất trong quá trình vận hành. Tính toán xoay quanh việc tăng tốc độ rót nhôm, nhờ vào hệ thống tự động và dùng động cơ bước step, linh kiện,.
mà máy có thể chủ động điều chỉnh được về thời gian rót phù hợp cho từng loại hình khác nhau. Hệ thống truyền động gồm động cơ quay, khớp nối và trục vít me cho phép việc rót được vận hành chính xác nhất. Các yếu tố về việc thiết kế những vẫn phải đảm bảo dễ dàng vận hành và bảo trì, bao gồm tính công thái học trong môi trường công nghiệp và dễ dàng tiếp cận cũng như sửa chữa từ các linh kiện thay thế dễ dàng hiện có trên thị trường. Việc giảm thiểu sai sót trong quá trình hoạt động cũng là yếu tố quan trọng trong quá trình nghiên cứu và chế tạo: hệ thống được lập trình sẵn, loại bỏ các yếu tố con người, giúp giảm thiểu được các sai sót một cách tối đa, đảm bảo được sản phẩm có chất lượng đồng đều.
- Đề xuất các phương án để tối ưu hóa trong quá trình rót: Xem xét về việc thiết kế hệ thống phân phối nhôm hợp lý. Cần đảm bảo được dòng chảy của nhôm được chảy đều trong khuôn rót mà không xuất hiện các lỗi như bị bọt không khí hay bị rổ, tránh được các tình trạng tắc nghẽn hoặc chảy quá lâu làm ảnh hưởng đến độ nguội cũng như chất lượng sản phẩm. Các thiết bị được thiết kế các bộ phận chính bao gồm: hệ thống phân phối nhôm, hệ thống điều kiển, hệ thống khung. Việc điều đỉnh thời gian vận chuyển nhôm từ lò đến khuôn cũng là yếu tố lớn của vấn đề được đặt ra – đảm bảo được nhôm vẫn ở nhiệt độ phù hợp đến khi rót mà ko tạo ra các bọt khí.
Nghiên cứu và tính toán đề ra các thuật toán lựa chọn các thông số cho từng linh kiện cũng như công suất đến trục quay bánh vít và cốc rót. 4 - Đánh giá hiệu quả và hiệu suất của máy tự động so với việc làm thử công: Mục tiêu này đề ra giúp thấy được tầm qua trọng và tính hữu dụng của vấn đề. Máy được chế tạo nhằm giúp giảm bớt được gánh nặng cho người lao động, cho phép họ giảm bớt được khối lượng làm việc nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng đầu ra. Việc tự động hóa quy trình rót nhôm nhằm giảm thiểu được nguy cơ tiếp xúc trực tiếp với nhôm lỏng, hạn chế nguy cơ tai nạn lao động cho công nhân.
- Mục tiêu nghiên cứu về tính kinh tế: Nhờ vào các lợi thế được nêu ở trên nên kéo theo những lợi nhuận về mặt kinh tế của sản phẩm, tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp. Nhu cầu sản phẩm đúc áp lực ngày càng tăng mạnh, việc sử dụng thiết bị tự động sẽ đáp ứng kịp thời cho nhu cầu của thị trường. Theo đó cũng đẩy mạnh được ứng dụng tự động hóa sản xuất góp phần đẩy mạnh công nghiệp hóa Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu Một số phương pháp có thể được thay thế phương pháp rót nhôm lỏng thủ công - Cơ cấu rót nhôm bán tự động: chế tạo một cơ cấu hỗ trợ trong việc rót nhôm vào khuôn đúc kết hợp giữa phương pháp truyền thống và hệ thống tự động PLC, các cảm biến để đảm bảo lượng nhôm được chính xác và đồng đều - Hệ thống rót nhôm tự động: xây dựng một dây chuyền sản xuất tự động để rót nhôm vào khuôn đúc hệ thống được điều khiển bằng máy tính - Hệ thống cánh tay Robot: sử dụng robot để thực hiện quá trình múc rót nhôm.
Robot có thể được lập trình để thực hiện các bước vận chuyển nhôm lỏng, đổ vào khuôn đúc và làm nguội. - Hệ thống kiểm tra tự động và quản lí dữ liệu: đảm bảo chất lượng của sản phẩm tích hợp các cảm biến kiểm tra kích thước, hình dạng và chất lượng bề mặt sản phẩm, sử dụng hệ thống quản lí dữ liệu theo dõi quá trình sản xuất và thu thập dữ liệu về hiệu suất.