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 khuôn cũng phải có nhiệt độ, thời gian cung cấp thích hợp tùy vào từng loại nhựa được sử dụng. Yêu cầu cần thiết phải có một hệ thống hoàn 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.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 khuôn ngoài 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.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 do an - 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.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu, tính toán và thử nghiệm quá trình gia nhiệt khuôn và quá 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.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.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. 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 do an 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.6 Phương pháp nghiên cứu 1.1 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.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.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, quá trình làm mát trong khuôn ép nhựa và đưa ra các phương pháp giải nhiệt cho khuôn tối ưu nhất.
do an 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. do an 4 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về khuôn ép phun 2.1 Giới thiệu công nghệ ép phun Là quá trình nhựa được nung nóng chảy và bơm vào lòng khuôn, sau khi điền đầy hoàn toàn lòng khuôn và nguội lại, nhựa sẽ có hình dáng của lòng khuôn, khuôn 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 không xảy ra các phản ứng hóa học. Công nghệ ép phun đòi hỏi 3 yếu tố: - Máy ép phun.
- Vật liệu nhựa. 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 ngoài 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 không cần gia công lại. - Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc (trong những trường hợp đặc biệt). do an 5 Khay nước đá Ly nhựa Đồ choi lego Hộp dựng xà phòng Hình 2.1 Một số sản phẩm của công nghệ ép phun 2.2 Khái niệm khuôn ép phun Khuôn là một dụng cụ để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình, khuôn 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 khuôn 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.3 Cấu tạo khái quát một khuôn ép phun Hình 2.2 Các hệ thống chính của khuôn Chú thích: 1. Vít lục giác: Liên kết các tấm khuôn và tạo tính thẩm mỹ.