Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo máy ép giấy nến cho khuôn bánh cupcake

Đồ án tốt nghiệp công nghệ chế tạo máy tập trung thiết kế, chế tạo máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake, ứng dụng hiệu quả trong sản xuất.

• Tác giả: Phan Trung Hiếu
• Người hướng dẫn: ThS. Phan Thanh Vũ
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về máy ép giấy nến và khuôn bánh cupcake

Máy ép giấy nến là thiết bị được thiết kế để tạo ra khuôn bánh cupcake từ giấy nến, một nguyên liệu phổ biến trong làm bánh. Khuôn bánh cupcake đóng vai trò quan trọng trong việc định hình và tạo nên sản phẩm bánh hoàn chỉnh. Đề tài này tập trung vào việc thiết kế máy ép để đáp ứng nhu cầu sản xuất khuôn bánh với chất lượng cao, đảm bảo kích thước và hình dạng chuẩn. Công nghệ ép giấy được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu thời gian và chi phí.

1.1. Tầm quan trọng của máy ép giấy nến

Máy ép giấy nến giúp tự động hóa quy trình sản xuất khuôn bánh cupcake, tăng năng suất và độ chính xác. Việc sử dụng công cụ làm bánh hiện đại như máy ép giấy nến giúp các doanh nghiệp tiết kiệm chi phí nhân công và nguyên liệu. Thiết bị làm bánh này cũng đảm bảo sản phẩm đồng đều về kích thước và chất lượng, phù hợp với quy mô sản xuất lớn.

1.2. Ứng dụng của khuôn bánh cupcake

Khuôn bánh cupcake được sử dụng rộng rãi trong các tiệm bánh và gia đình để tạo ra những chiếc bánh thơm ngon, đẹp mắt. Công thức làm bánh cupcake đòi hỏi khuôn bánh phải có độ bền và khả năng chịu nhiệt tốt. Phụ kiện làm bánh như khuôn giấy nến giúp quá trình làm bánh trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn.

II. Thiết kế và nguyên lý hoạt động của máy ép giấy nến

Thiết kế máy ép bao gồm các bước nghiên cứu, tính toán và chế tạo các bộ phận chính như khuôn ép, hệ thống gia nhiệt và cơ cấu điều khiển. Máy ép bánh hoạt động dựa trên nguyên lý ép giấy nến thành hình dạng khuôn bánh cupcake thông qua lực ép và nhiệt độ. Công nghệ ép giấy được tích hợp để đảm bảo sản phẩm có độ chính xác cao và đồng đều.

2.1. Cấu tạo và chức năng của máy ép

Máy ép giấy nến gồm các bộ phận chính như khuôn âm, khuôn dương, hệ thống gia nhiệt và cơ cấu điều khiển. Khuôn làm bánh được thiết kế để tạo ra hình dạng chuẩn của bánh cupcake. Máy ép thủ công và máy ép tự động là hai loại phổ biến trên thị trường, mỗi loại có ưu nhược điểm riêng.

2.2. Nguyên lý hoạt động của máy ép

Máy ép giấy nến hoạt động theo quy trình: cấp phôi, định vị giấy, ép sản phẩm và đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn. Công nghệ làm bánh hiện đại giúp quy trình này diễn ra nhanh chóng và hiệu quả. Máy làm bánh được tích hợp hệ thống điều khiển tự động để đảm bảo độ chính xác và ổn định.

III. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Việc thiết kế máy ép đòi hỏi phân tích kỹ lưỡng các phương án để đảm bảo hiệu quả và tính khả thi. Máy ép bánh cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như năng suất, độ chính xác và độ bền. Công nghệ ép giấy được lựa chọn dựa trên khả năng tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3.1. Yêu cầu kỹ thuật và thông số thiết kế

Máy ép giấy nến cần đạt các thông số kỹ thuật như kích thước khuôn, năng suất và độ chính xác. Khuôn bánh cupcake có kích thước đường kính đáy 50 mm, đường kính miệng 80 mm và chiều cao 40 mm. Máy ép tự động được ưu tiên để đáp ứng nhu cầu sản xuất lớn.

3.2. Lựa chọn phương án tối ưu

Phương án tối ưu được lựa chọn dựa trên khả năng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và tính khả thi. Máy ép giấy nến sử dụng cơ cấu cam và xi-lanh để đảm bảo độ chính xác và ổn định. Công nghệ làm bánh hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu chi phí.

IV. Thiết kế khuôn ép và hệ thống gia nhiệt

Khuôn ép là bộ phận quan trọng của máy ép giấy nến, đảm bảo sản phẩm có hình dạng và kích thước chuẩn. Hệ thống gia nhiệt được thiết kế để đảm bảo nhiệt độ phù hợp trong quá trình ép giấy. Công nghệ ép giấy được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

4.1. Thiết kế khuôn âm và khuôn dương

Khuôn âm và khuôn dương được thiết kế để tạo ra hình dạng chuẩn của khuôn bánh cupcake. Khuôn làm bánh cần đảm bảo độ bền và khả năng chịu nhiệt tốt. Máy ép bánh sử dụng khuôn ép để tạo ra sản phẩm đồng đều về kích thước và chất lượng.

4.2. Hệ thống gia nhiệt và kiểm tra nhiệt độ

Hệ thống gia nhiệt được thiết kế để đảm bảo nhiệt độ phù hợp trong quá trình ép giấy. Công nghệ làm bánh hiện đại giúp kiểm soát nhiệt độ chính xác, đảm bảo sản phẩm có chất lượng cao. Máy ép giấy nến sử dụng hệ thống gia nhiệt để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

V. Tính toán và thiết kế phần cơ khí

Phần cơ khí của máy ép giấy nến bao gồm các bộ phận như động cơ, trục vít me và xi-lanh. Thiết kế máy ép đòi hỏi tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo độ bền và ổn định. Công nghệ ép giấy được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

5.1. Tính toán chọn động cơ và trục vít me

Động cơ và trục vít me được tính toán để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác của máy ép giấy nến. Máy ép bánh sử dụng động cơ bước để điều khiển chính xác các chuyển động. Công nghệ làm bánh hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu chi phí.

5.2. Tính toán xi lanh và khung máy

Xi-lanh và khung máy được tính toán để đảm bảo độ bền và ổn định của máy ép giấy nến. Máy ép bánh sử dụng xi-lanh khí nén để tạo lực ép chính xác. Công nghệ ép giấy được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

VI. Thiết kế mạch điện điều khiển

Mạch điện điều khiển là bộ phận quan trọng của máy ép giấy nến, đảm bảo quy trình hoạt động chính xác và ổn định. Thiết kế máy ép đòi hỏi tích hợp hệ thống điều khiển tự động để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Công nghệ ép giấy được áp dụng để đảm bảo sản phẩm có chất lượng cao.

6.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển của máy ép giấy nến bao gồm PLC, cảm biến và van khí nén. Máy ép bánh sử dụng hệ thống điều khiển tự động để đảm bảo độ chính xác và ổn định. Công nghệ làm bánh hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

6.2. Lập trình và điều khiển máy ép

Lập trình và điều khiển máy ép đòi hỏi tích hợp các thuật toán để đảm bảo quy trình hoạt động chính xác. Máy ép giấy nến sử dụng PLC để điều khiển các chuyển động và quy trình ép giấy. Công nghệ ép giấy được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

VII. Chế tạo và thực nghiệm máy ép giấy nến

Quá trình chế tạo máy ép giấy nến bao gồm gia công các chi tiết, lắp ráp và thực nghiệm. Thiết kế máy ép đòi hỏi kiểm tra và đánh giá để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật. Công nghệ ép giấy được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

7.1. Quá trình chế tạo và lắp ráp

Chế tạo máy ép giấy nến bao gồm gia công các chi tiết như khuôn ép, khung máy và hệ thống điều khiển. Máy ép bánh được lắp ráp để đảm bảo độ chính xác và ổn định. Công nghệ làm bánh hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

7.2. Thực nghiệm và đánh giá sản phẩm

Thực nghiệm máy ép giấy nến được tiến hành để kiểm tra hiệu suất và độ chính xác. Máy ép bánh được đánh giá dựa trên các tiêu chí như năng suất, độ bền và chất lượng sản phẩm. Công nghệ ép giấy được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

VIII. Kết luận và kiến nghị

Thiết kế máy ép giấy nến đã đạt được những kết quả đáng kể, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và nhu cầu sản xuất. Máy ép bánh cần được cải tiến để tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu chi phí. Công nghệ ép giấy sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng nhu cầu thị trường.

8.1. Kết quả đạt được

Máy ép giấy nến đã hoàn thiện và hoạt động ổn định, đạt năng suất khoảng 80% so với tính toán. Khuôn bánh cupcake có kích thước và hình dạng chuẩn, đáp ứng yêu cầu chất lượng. Công nghệ làm bánh hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

8.2. Hạn chế và kiến nghị

Máy ép giấy nến cần được cải tiến để tăng năng suất và giảm thời gian sản xuất. Khuôn làm bánh cần được gia công lại để đảm bảo độ bền và khả năng chịu nhiệt. Công nghệ ép giấy sẽ tiếp tục được nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu thị trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết. Lý do chọn đề tài. Tác động xung quanh.

Mục tiêu nghiên cứu. Khách thể và đối tượng nghiên cứu. Khách thể nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu.

Giả thiết nghiên cứu. Nhiệm vụ nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Cấu trúc của bài báo cáo. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI. Giới thiệu giấy nến. Giới thiệu bánh cupcake.

Kết cấu cơ bản của máy. Các loại máy có trên thị trường. Máy làm khuôn bánh cupcake bán tự động. Máy làm khuôn bánh cupcake tự động.

9 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN. Yêu cầu kỹ thuật. Thông số thiết kế. Nguyên lý hoạt động chung của máy.

Phân tích phương án cho từng giai đoạn. Phương án giai đoạn 1: Cấp phôi. Phương án giai đoạn 2: Định vị giấy. Phương án giai đoạn 3: Ép sản phẩm.

Phương án giai đoạn 4: Đẩy sản phẩm. Chọn phương án tối ưu để thiết kế máy. 19 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SẢN PHẨM, KHUÔN ÉP VÀ HỆ THỐNG GIA NHIỆT. Thiết kế sản phẩm.

Thiết kế và chế tạo khuôn âm và khuôn dương. Thiết kế và chế tạo khuôn. Thiết kế hệ thống gia nhiệt. Thực nghiệm ép giấy ở nhiệt độ thường và khi ở nhiệt độ cao.

Các thiết bị gia nhiệt. Kiểm tra phân bố nhiệt độ của khuôn. Nhiệt độ của khuôn âm khi chưa ép. Nhiệt độ của khuôn âm và khuôn dương khi ép.

Kiểm nghiệm độ bền của khuôn. Kiểm nghiệm độ bền của khuôn âm. Kiểm nghiệm độ bền của khuôn dương. 34 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ.

Tính toán chọn động cơ cho cơ cấu cấp phôi. Thông số ban đầu. Lý thuyết tính toán chọn động cơ. Tính toán để chọn động cơ .Tính toán chọn trục vít me và kiểm tra độ bền.

Giới thiệu về cơ cấu trục vít me. Các thông số cần lưu ý khi chọn trục vít me. Tính toán thiết kế và lựa chọn. Tính kiểm nghiệm về độ bền.

Tính kiểm nghiệm về độ ổn định. Tính và kiểm nghiệm nối trục động cơ bước và trục vít me. Tính toán và chọn ổ lăn. Thông số đầu vào.

Tính toán chọn ổ lăn. Tính toán xilanh kẹp phôi. Tính toán xilanh ép .Tính toán xilanh đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn. Tính toán lò xo chịu nén cho cụm ép .Tính toán cơ cấu và chọn xilanh cho cụm kéo phôi vào đúng lòng khuôn.Tính toán cơ cấu cam cho tấm kẹp phôi.

Tính toán khung máy. Thiết kế khung máy. Kiểm nghiệm độ bền khung máy. 71 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN.

Mô tả kết cấu hệ thống điện. Các linh kiện của hệ thống điện. Cảm biến tiệm cận. Van khí nén.

Sơ đồ khối và chương trình của hệ thống điều khiển. 92 xi CHƯƠNG 7: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM MÁY. Các thành phần chính của máy. Yêu cầu lắp ghép.

Lắp ghép giữa các cơ cấu. Lắp ghép các chi tiết. Chế tạo cơ cấu cấp phôi và định vị. Chế tạo cơ cấu ép và đẩy sản phẩm.

Chế tạo khung máy. Một số hình ảnh quá trình thực hiện. Kết quả chế tạo. Máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake.

Thông số kỹ thuật. Thực nghiệm hoạt động của máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake. Mục tiêu thực nghiệm máy. Tiến hành thực nghiệm máy.

Nhận xét về quá trình thực nghiệm. Đưa ra các giải pháp giải quyết và cải thiện sau khi thực nghiệm. Vấn đề an toàn và hướng dẫn khi sử dụng máy. 117 CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Kết quả đạt được. Hạn chế của đề tài. 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO. I xii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật máy ép của Foshan RuiXin .2: Thông số kỹ thuật máy ép của Ruian Best .3: Thông số kỹ thuật máy ép khuôn bánh DS-JG Air Fryer .4: Thông số kỹ thuật máy ép của Zhejiang Vinot .1: Kích thước của khuôn bánh cupcake .2: Thông số thiết kế dự kiến của máy .1: Thông số kỹ thuật của khuôn làm bánh cupcake .2: Thông số kỹ thuật của khuôn âm .3: Thông số kỹ thuật của khuôn dương .4: Kết quả thực nghiệm ép giấy ở nhiệt độ khác nhau .5: Thông số kỹ thuật về thanh gia nhiệt .6: Thông số kỹ thuật về bộ điều khiển nhiệt độ .7: Thông số đầu vào khi mô phỏng nhiệt độ phân bố trong khuôn .1: Thông số đầu vào thiết kế trục vít me .2: Thông số kỹ thuật của ổ lăn .3: Thiết kế khung máy .4: Lực đặt tại các vị trị ở từng trạng thái .1: Thông số kỹ thuật PLC.2: Thống kê các loại nút nhấn .3: Thông số kỹ thuật của HMI Delta .4: Thông số đầu vào tính toán để lựa chọn CB .5: Thông số kỹ thuật của nguồn 24 V và 5 V .1: Thống kê lắp ghép các chi tiết của cơ cấu cấp phôi .2: Thống kê lắp ghép các chi tiết của tấm đỡ cơ cấu cấp phôi và khuôn âm .3: Thống kê lắp ghép các chi tiết của cơ cấu cấp ép và đẩy sản phẩm .4: Thông số kỹ thuật của máy .5: Kết quả thực nghiệm khi điều chỉnh ốc lục giác để thay đổi lượng giấy ép .6: Kết quả thực nghiệm đánh giá khả năng kẹp của cơ cấu kẹp giấy .7: Kết quả thực nghiệm đánh giá hoạt động cơ cấu kéo.

109 Bảng P1: Bảng tra giới hạn chảy của một số loại thép thông dụng. I Bảng P2: Bảng tra hệ số đối lưu. I xiii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Giấy nến – một vật dụng được dùng phổ biến trong nhà bếp.2: Ứng dụng của giấy nến .3: Bánh Cupcake với nhiều hương vị khác nhau .4: Quy trình cơ bản trong ép khuôn bánh cupcake .5: Quy trình hoạt động của máy ép giấy nến thành khuôn bán tự động .6: Máy ép khuôn bánh bán tự động của Foshan RuiXin .7: Máy ép khuôn bánh bán tự động của Ruian Best .8: Quy trình hoạt động của máy ép giấy nến thành khuôn tự động .9: Máy ép khuôn bánh tự động của DS-JG Air Fryer.10: Máy ép khuôn bánh tự động của Zhejiang Vinot .1: Sản phẩm khuôn bánh cupcake thể hiện kích thước .2: Quy trình hoạt động chung của máy .3: Cơ cấu kéo giấy nến bằng xilanh .4: Cơ cấu kéo giấy nến bằng động cơ bước .6: Cơ cấu định vị dùng xilanh kết hợp cơ cấu .7: Cơ cấu ép dùng xilanh khí nén .8: Cơ cấu đẩy sản phẩm dùng xilanh đẩy từ trên xuống dưới .9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy .10: Mô hình 3D của máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake .1: Sản phẩm khuôn bánh .2: Quy trình thiết kế sản phẩm trên phần mềm Inventor .3: Thiết kế lại sản phẩm trước khi tách khuôn.4: Tách khuôn âm và khuôn dương từ sản phẩm trên phần mềm Solidworks .5: Khuôn âm sau khi tách .6: Mô hình 3D khuôn âm .7: Khuôn dương sau khi tách .8: Mô hình 3D khuôn dương.9: Sản phẩm khuôn sau khi gia công .10: Thiết kế hệ thống gia nhiệt trên khuôn âm .11: Thanh gia nhiệt, que điện trở nhiệt .12: Điều khiển nhiệt độ .13: Mô phỏng phân bố nhiệt độ trong khuôn âm khi chưa ép .14: Mô phỏng phân bố nhiệt độ trong khuôn âm và khuôn dương khi ép.15: Ứng suất của khuôn âm khi hoạt động .16: Chuyển vị của khuôn âm khi hoạt động .17: Ứng suất của khuôn dương khi hoạt động .18: Chuyển vị của khuôn dương khi hoạt động .1: Mối quan hệ giữa hệ số quán tính và kích thước của động cơ bước .2: Cơ cấp cấp phôi .3: Bảng tra thông số của động cơ.4: Các phương pháp cố định trục vít me .5: Phân tích lực lên trục vít me .6: Biểu đồ nội lực trục vít me .7: Cơ cấu kẹp phôi .8: Khối lượng tấm kẹp dưới .9: Thông số kỹ thuật của xilanh kẹp phôi .10: Vị trí đặt xilanh của cơ cấu ép .11: Khối lượng của từng chi tiết của cụm ép đo trên Inventor .12: Bảng tra thông số kỹ thuật của xilanh ép .13: Vị trí đặt xilanh của cơ cấu đẩy .14: Khối lượng ty đẩy của cụm đẩy .15: Bảng tra hệ số ma sát trượt .16: Bảng tra thông số kỹ thuật của xilanh đẩy.17: Vị trí đặt lò xo của cơ cấu ép và đẩy .18: Bảng tra lò xo cụm ép sản phẩm .19: Cơ cấu định vị dùng xilanh .20: Vị trí của xilanh ở đầu hành trình .21: Vị trí của xilanh ở giữa hành trình .22: Vị trí của xilanh ở cuối hành trình .23: Vị trí của xilanh .24: Thông số kỹ thuật của xilanh định vị.25: Cơ cấp gắp phôi ở vị trí cấp phôi .26: Cơ cấp gắp phôi ở vị trí ép.27: Vị trí của tấm kẹp khi hoạt động .28: Chân đỡ và khung máy .29: Vị trí đặt lực lên khung máy .30: Chia lưới trong Autodesk Inventor .31: Ứng suất ở trạng thái tĩnh .32: Chuyển vị ở trạng thái tĩnh .33: Ứng suất ở trạng thái hoạt động.34: Chuyển vị ở trạng thái hoạt động.1: Cấu trúc hệ thống điều khiển .2: Lưu đồ hoạt động của máy dập vỏ bánh cupcake .3: Cấu trúc của PLC .6: Cảm biến tiệm cận .7: Vị trí đặt các cảm biến của cơ cấu cấp phôi .8: Bố trí các nút nhấn trên tủ điền khiển .9: Màn hình HMI .10: Giao điện thiết kế trên màn hình HMI .11: Van khí nén .14: Sơ đồ khối của hệ thống điện.1: Mô hình máy ép giấy nến thành khuôn làm bánh cupcake .2: Gia công tiện các chi tiết tại xưởng cơ khí .3: Gia công phay chi tiết tấm đế tại xưởng cơ khí .4: Gia công phay các chi tiết tại xưởng Việt Đức.5: Gia công phay chi tiết tại xưởng CNC .6: Lắp ráp mạch điện .8: Lắp ráp và hàn khung máy.9: Phun sơn các tấm cửa .10: Lắp hoàn chỉnh máy.11: Mô hình thực tế của máy hoàn chỉnh.12: Thực nghiệm điều chỉnh ốc lục giác để thay đổi lượng giấy.13: Thực nghiệm cơ cấu kẹp giấy .14: Thực nghiệm cơ cấu kéo giấy nến đến vị trí khuôn ép .15: Trường hợp giấy thả ở vị trí khuôn không đồng tâm .16: Thanh kéo giấy .17: Giấy nến thả vào vị trí khuôn .18: Giấy nến đưa vào đúng tâm khuôn nhờ thanh kéo .19: Cơ cấu ép và đẩy sản phẩm .20: Sản phẩm bị lỗi khi giấy nhiều đẩy sản phẩm không ra khỏi khuôn âm .21: Màn hình điều khiển khi hoạt động máy .22: Sản phẩm bị lỗi khi ép trong thời gian ngắn .23: Sản phẩm sau khi ép trong khoảng thời gian lớn hơn 10 giây .