MỤC LỤC THIẾT KẾ MÁY LÀM LY NHỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................
i DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................
v DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................
viii CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ........................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề .............................................................................................................1
1.2 Nhu cầu thị trường .................................................................................................2
1.3 Giới hạn vấn đề ......................................................................................................4
1.4 Mục đích đề tài .......................................................................................................4
1.5 Tổng quan về tạo hình bằng hút chân không .........................................................5
1.5.1. Phương pháp nhiệt định hình ..........................................................................5
1.5.2 Phương pháp tạo hình chân không ..................................................................5
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................10
2.1 Thông số vật liệu nhựa cho nhiệt định hình .........................................................10
2.1.1 Các loại nhựa thông dụng sử dụng cho cốc nhựa ..........................................10
2.1.2 Tính chất nhiệt ...............................................................................................14
2.1.3 Nhiệt độ tạo hình của một số loại polymer....................................................17
2.2 Gia nhiệt tấm nhựa ...............................................................................................18
2.2.1. Hấp thụ năng lượng bằng tấm.......................................................................18
2.2.2 Chế độ truyền nhiệt........................................................................................20
2.2.3 Gia nhiệt bằng bức xạ nhiệt ...........................................................................24
2.3 Hệ thống hút chân không .....................................................................................26
2.3.1 Các thành phần trong hệ thống hút chân không ............................................26
2.3.2 Thời gian hút chân không ..............................................................................27
2.4 Hệ thống làm mát và cắt sản phẩm ......................................................................29
2.4.1 Hệ thống làm mát...........................................................................................29
2.4.2 Các thông số quá trình làm mát .....................................................................29
2.4.3 Hệ thống cắt sản phẩm...................................................................................33
2.4.4 Thông số dao cắt ............................................................................................33
CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .................................................................35
3.1 Các quá trình tạo thành cốc nhựa .........................................................................35
3.2 Phương án cấp liệu ...............................................................................................36
3.3 Phương án kéo tấm nhựa......................................................................................38
3.3.1 Sơ đồ nguyên lí ..............................................................................................39
3.3.2 Xích kéo tấm nhựa .........................................................................................40
3.4 Hệ thống hút chân không cốc nhựa......................................................................41
3.4.1 Qúa trình tạo hình cốc nhựa trong khuôn ......................................................41
3.4.2 Khuôn dưới ....................................................................................................42
3.4.3 Khuôn trên .....................................................................................................46
3.4.4 Bộ truyền chuyển động ..................................................................................47
3.5 Lấy sản phẩm ......................................................................................................48
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN MÁY .............................................................................51
4.1 Phân bố thời gian các quá trình ............................................................................51
4.1 Tính toán hệ thống đẩy khuôn dưới ..........................................................................52
4.1.1 Vít me và động cơ.....................................................
4.1.1 Vít me và động cơ..........................................................................................52
4.1.2 Tính toán ổ trượt bi ........................................................................................58
4.2 Tính toán thời gian hút chân không và chọn máy bơm........................................61
4.3 Thời gian gia nhiệt và công suất gia nhiệt ...........................................................63
4.4 Tính toán xy lanh khí nén ....................................................................................66
4.5 Tính toán hệ thống làm mát .................................................................................68
4.6 Tính toán bộ truyền ..............................................................................................70
4.7 Tính toán động cơ kéo cuộn nhựa ........................................................................77
CHƯƠNG 5 : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC MITSUBISHI ................79
5.1 Tổng quan bằng điều khiển PLC..........................................................................79
5.2 Giới thiệu các thiết bị điều khiển .........................................................................80
5.2.1 PLC Mitsubishi ..............................................................................................80
5.2.2 Công tắc tơ .....................................................................................................81
5.2.3 Rơ le trung gian .............................................................................................82
5.2.4 Drive Stepper Motor ......................................................................................84
5.2.5 Van phân phối khí nén ...................................................................................87
5.2.6 Cảm biến quang .............................................................................................88
5.3 Sơ đồ đấu dây .......................................................................................................90
5.3.1 Sơ đồ đấu dây đầu vào ...................................................................................90
5.3.2 Sơ đồ đấu dây đầu ra......................................................................................91
5.4 Giải thuật điều khiển ............................................................................................92
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI...................................................93
1. Kết luận đề tài ........................................................................................................93
2. Hướng phát triển đề tài...........................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................95
DANH MỤC HÌNH THIẾT KẾ MÁY LÀM LY NHỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG
Chương 1
Hình 1. 1 Cốc nhựa một lần dùng....................................................................................2
Hình 1. 2 Cốc nhựa trong hệ thống siêu thị tạp hóa ........................................................3
Hình 1. 3 Cốc nhựa sử dụng để đựng nước giải khát ......................................................3
Hình 1. 4 Cốc nhựa một lần dùng dung tích 220ml ........................................................4
Hình 1. 5 Qúa trình định dạng nhờ khuôn đực ................................................................6
Hình 1. 6 Qúa trình định dạng nhờ khuôn cái .................................................................6
Hình 1. 7 Bề dày của sản phảm với phương pháp hút chân không trực tiếp...................8
Hình 1. 8 Tạo hình chân không kết hợp với chày ép.......................................................9
Chương 2
Hình 2. 1 Nhựa PET và ứng dụng của nhựa PET trong cuộc sống ...............................11
Hình 2. 2 Nhựa PS và ứng dụng của nhựa PS trong cuộc sống ....................................12
Hình 2. 3 Nhựa PP và ứng dụng của nhựa PP trong cuộc sống ....................................14
Hình 2. 4 Entanpi của một số loại polymer ...................................................................15
Hình 2. 5 Nhiệt dung phụ thuộc nhiệt độ hoặc nhiệt dung riêng của một số loại nhựa nhiệt dẻo ........................................................................................................................19
Hình 2. 6 Phân bố nhiệt độ phụ thuộc thời gian để truyền vào tấm polymer, nhiệt độ bề
mặt không đổi cho thấy sự gia nhiệt tiếp xúc ................................................................21
Hình 2. 7 Phân bố nhiệt phụ thuộc thời gian để dẫn hai mặt vào tấm polymer, nhiệt độ
bề mặt không đổi cho thấy sự gia nhiệt tiếp xúc ...........................................................21
Hình 2. 8 Phân bố nhiệt độ phụ thuộc thời gian để dẫn vào tấm polymer thông qua bức xạ nhiệt ..........................................................................................................................21
Hình 2. 9 Phân bố nhiệt độ phụ thuộc thời gian để dẫn hai mặt vào tấm polymer thông
qua bức xạ nhiệt.............................................................................................................22
Hình 2. 10 Mối quan hệ lý tưởng giữa phạm vi nhiệt độ hình thành polymer và bề mặt tấm phụ thuộc thời gian, nhiệt độ trung bình và đường tâm .........................................23
Hình 2. 11 Mối quan hệ giữa phạm vi nhiệt độ hình thành polymer và bề mặt tấm phụ
thuộc thời gian, nhiệt độ trung bình và đường tâm cho tấm mỏng ...............................24
Hình 2. 12 Giản đồ hệ số F (Viện nghiên cứu năng lượng điện, Trung tâm chế tạo vật liệu, Columbus. OH 43215)...........................................................................................26
Hình 2. 13 Hệ thống chân không trong nhiệt định hình ................................................26
Hình 2. 14 Hệ thống kênh làm mát phổ biến trong nhiệt định hình ..............................29
Hình 2. 15 Ảnh hưởng của vị trí dòng chất làm mát đến hệ số hình dạng khuôn .........31
Hình 2. 16 Các yếu tố hình học để phân tích yếu tố hình dạng khuôn..........................32
Hình 2. 17 Ví dụ hệ thống cắt sản phẩm trong nhiệt định hình.....................................33
Hình 2. 18 Các loại dao cắt thông dụng ........................................................................33
Chương 3
Hình 3. 1 Tổng quan các quá trình tạo hình cốc nhựa...................................................35
Hình 3. 2 Cuộn màng nhựa............................................................................................36
Hình 3. 3 Sơ đồ nguyên lí phần cấp liệu .......................................................................37
Hình 3. 4 Xích tải dùng trong truyền chuyển động tấm nhựa .......................................38
Hình 3. 5 Sơ đồ nguyên lí quá trình gia nhiệt ...............................................................39
Hình 3. 6 Loại xích tải loại FS của hãng Tsubaki trong việc kéo tấm nhựa .................40
Hình 3. 7 Cấu tạo mắc xích và khung che .....................................................................40
Hình 3. 8 Các thành phần chính hệ thống khuôn hút chân không cốc nhựa .................41
Hình 3. 9 Mô hình khuôn dưới ......................................................................................42
Hình 3. 10 Các bộ phận chính khuôn dưới ....................................................................43
Hình 3. 11 Phần tạo hình sản phẩm ...............................................................................44
Hình 3. 12 Thành tạo hình cốc nhựa .............................................................................45
Hình 3. 13 Đế tạo hình cốc nhựa ..................................................................................45
Hình 3. 14 Hệ thống làm mát giúp giảm thời gian cứng lại của sản phẩm sau khi tạo
hình ................................................................................................................................45
Hình 3. 15 Các bộ phận chính khuôn dưới ....................................................................46
Hình 3. 16 Vít me ..........................................................................................................47
Hình 3. 17 Hệ thống lấy sản phẩm ................................................................................48
Hình 3. 18 Động cơ tuyết tính 2 trục .............................................................................49
Hình 3. 19 Sơ đồ nguyên lí lấy sản phẩm......................................................................50
Chương 4
Hình 4. 1 Sơ đồ động quá trình tạo hình .......................................................................52
Hình 4. 2 Phân thích thể tích khuôn dưới trên phần mềm NX ......................................53
Hình 4. 3 Catalog động cơ bước High Torque Stepper NEMA 23 ...............................55
Hình 4. 4 Thông số động cơ bước High Torque Stepper NEMA 23 ............................56
Hình 4. 5 Catalog vít me hãng MISUMI trang 745.......................................................57
Hình 4. 6 Catalog hãng MISUMI trang 746 ..................................................................57
Hình 4. 7 Hệ số độ cứng ổ trượt bi ................................................................................58
Hình 4. 8 Hệ số nhiệt độ ổ trượt bi ................................................................................58
Hình 4. 9 Hệ số fc ổ trượt bi ..........................................................................................59
Hình 4. 10 Hệ số tốc độ ổ trượt bi .................................................................................59
Hình 4. 11 Catalog Flanged Linear Bushings hãng MISUMI trang 746 ......................60
Hình 4. 12 Bơm chân không DAT-100 .........................................................................62
Hình 4. 13 Catalog tấm gia nhiệt hồng ngoại gốm của hãng MISUMI ........................65
Hình 4. 14 Thể tích chày ép và khung chày ép mô phỏng phần mềm NX....................66
Hình 4. 15 Xylanh SMC kí hiệu SA32-70 ....................................................................67
Hình 4. 16 Hệ thống làm mát trong khuôn dưới ...........................................................69
Hình 4. 17 Bộ phận bộ truyền ......................................................................................70
Hình 4. 18 Catalog standard Sprockets Misumi ............................................................71
Hình 4. 19 Catalog Idler Sprockets Misumi ..................................................................72
Hình 4. 20 Catalog Idler Pins Misumi ...........................................................................73
Hình 4. 21 Catalog dẫn hướng xích Misumi .................................................................74
Hình 4. 22 Catalog Hex posts Misumi ..........................................................................75
Hình 4. 23 Thông số động cơ bước High Torque Stepper NEMA 33 ..........................76
Hình 4. 24 Thông số động cơ 3 pha xoay chiều GV22 .................................................78
Chương 5
Hình 5. 1 Một số loại PLC hiện có trên thị trường........................................................79
Hình 5. 2 PLC FX1N-40MR-ES/UL Mitsub
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN THIẾT KẾ MÁY LÀM LY NHỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG
1.1. Đặt vấn đề THIẾT KẾ MÁY LÀM LY NHỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, các ngành công nghiệp kỹ thuật đóng vai trò hết sức quan trọng, trong đó ngành công nghiệp vật liệu chất dẻo là một trong những ngành giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Ngày nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhu cầu các sản phẩm chất dẻo trong kỹ thuật cũng như trong dân dụng ngày càng tăng. Dựa trên cơ sở khoa học kỹ thuật công nghệ, thành tựu và sự phát triển mạnh mẽ của ngành vật liệu Polymer, các nhà sản xuất chất dẻo đã đưa ra thị trường một số lượng lớn chất dẻo phong phú về chủng loại, có nhiều tính chất và ứng dụng khác nhau và có những ưu nhược điểm nhất định. Tính
chất chung của chất dẻo là nhẹ, bền, đẹp, dễ gia công, tạo được nhiều mẫu mã đa dạng hơn, giá thành rẻ hơn các vật khác có cùng công dụng cho nên nó có tính chất thay thế một số vật liệu truyền thống như gỗ, thép. Do sự xuất hiện một số lượng lớn chất dẻo nên hàng loạt sản phẩm có nguồn gốc chất dẻo được sản xuất và vật liệu chất dẻo rất đa dạng và phong phú. Giá trị sử dụng của loại sản phẩm này đã xâm nhập vào mọi lĩnh vực của nền kinh tế và trong dân dụng. Nhu cầu và chất lượng của sản phẩm cũng như ứng dụng của nó ngày càng tăng. Hiện nay, vấn đề chất lượng và đưa ra ứng dụng của loại vật liệu này một cách rộng rãi trong toàn nền công nghiệp và dân dụng là vấn đề quan trọng và cần thiết. Chất lượng và giá thành chính là yếu tố quyết định đến khả năng cạnh tranh của các doanh nghiệp sản xuất và gia công.
Hiện nay nước ta có số lượng hàng quán vỉa hè , lề đường rất nhiều và chủ yếu là tập trung vào các hàng nước giải khát và việc sử dụng cốc nhựa một lần dùng đang ngày càng rộng rãi bởi giá thành cũng như sự tiện lợi nó mang lại. Không những vậy cốc nhựa được sử dụng trong các quán trà sữa đang ngày càng được giới trẻ sự dụng nhiều, hay được sử dụng cho cà phê mang theo, trong các bữa biệc dã ngoại … và từ nhu cầu đó thì việc sản xuất cốc nhựa ngày càng tăng và máy sản xuất cốc nhựa một lần dùng có thể đáp ứng được năng suất cũng như chất lượng của cốc.
1.2 Nhu cầu thị trường
Chiếc cốc dùng sử dụng một lần đã đi được một chặng đường dài kể từ khi chiếc cốc giấy đầu tiên xuất hiện lần đầu tiên vào những năm đầu của thế kỷ 20. Cốc nhựa mang đến sự tiện lợi cho việc tiêu thụ khi đang di chuyển mà không phải lo lắng về việc dọn dẹp. Ngoài ra, chúng giúp tiết kiệm nước bằng cách loại bỏ nhu cầu rửa sạch, mặc dù tác động với môi trường không phải là tất cả nhưng có những ưu điểm vựa trội sao với loại cốc bình thường đó là sự tiện dụng và giá thành rẻ của nó.
Hình 1. 1 Cốc nhựa một lần dùng
Hằng năm trên thới giới sử dụng 500 tỉ cốc nhựa mỗi năm và có 16 tỉ cốc nhựa sử dụng một lần được sử dụng mỗi năm .
Với tính năng nhẹ, bền, dễ sử dụng và giá cả phải chăng… cốc nhựa dùng một lần đã trở nên quen thuộc với người tiêu dùng Việt. Ngày nay, đây là món đồ không thể thiếu tại cửa hàng đồ uống, đồ ăn nhanh hay trong những buổi party, picnic dã ngoại.
Hình 1. 2 Cốc nhựa trong hệ thống siêu thị tạp hóa
Vào mùa hè, lượng tiêu thụ cốc nhựa dùng một lần cũng tăng lên đáng kể. Tại các cửa hàng bán nước giải khát như nước mía, trà sữa, chè, nước ép hoa quả... số lượng tiêu thụ cốc nhựa dùng một lần vào mùa hè tăng lên gấp 5 lần.
Hình 1. 3 Cốc nhựa sử dụng để đựng nước giải khát
1.3 Giới hạn vấn đề
Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp, em thực hiện đề tài về máy sản xuất cốc nhựa một lần dùng ( tính toán thiết kế máy sản xuất cốc nhựa một lần dùng).
Tuy nhiên trong điều kiện thời gian có hạn, do điều kiện kinh phí có hạn nên trong phạm vi đề tài này em chỉ tập trung giải quyết những vấn đề chính là phương án thiết kế máy, tính toán thiết kế bộ phận máy, hệ thống điều khiển tự động bằng PLC.
5.2.6 Cảm biến quang
Cảm biến quang điện được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các nhà máy công nghiệp để phát hiện từ xa vật thể, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng. Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện
tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào. Có thể hiểu cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na, thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất.
Hiện nay, có các loại cảm biến quang như:
-Cảm biến quang thu phát.
-Cảm biến quang phản xạ gương.
-Cảm biến quang khuếch tán.
Cấu trúc thiết kế
Cấu trúc của cảm biến quang khá đơn giản, bao gồm 3 thành phần chính:
1. Bộ Phát sáng
2. Bộ Thu sáng
3. Mạch xử lý tín hiệu ra.
Công dụng và vai trò của cảm biến quang điện
Bộ phát sáng
Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting Diode).
Ánh sáng được phát ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng).
Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED laze. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá. Ngoài ra cũng có LED vàng.
Hình 5. 9 Cảm biến quang
Bộ thu sáng
hông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang).Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên
dụng ASIC ( Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Tất cả các dòng cảm biến quang Omron ra mắt gần đây (như E3Z, E3T, E3F2) đều sử dụng ASIC.
Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thu-
phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).
Ưu điểm cảm biến quang.
Cảm biến quang có nhiều ưu điểm hơn so với các loại cảm biến khác( cảm biến từ, cảm biến điện dung ….)
– Cảm biến quang không tiếp xúc trực tiếp với vật cần phát hiện cho nên tuổi thọ, độ
bền sẽ cao hơn.
– Khoảng cách phát hiện của Cảm biến quang khá xa, việc này cũng giúp ít không nhỏ
cho việc thiết kế cũng như lắp đặt.
-Một ưu thế không thể bỏ qua của cảm biến quang đó là phát hiện hầu hết các loại vật thể, vật chất hỗ trợ rất nhiều trong tự động hóa.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
1. Kết luận đề tài THIẾT KẾ MÁY LÀM LY NHỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG
Như đã phân tích ban đầu, đề tài có ý nghĩa thực tiễn rất cao.Máy làm cốc nhựa một lần dùng là đáp ứng được các yêu cầu của thị trường, hiệu quả kinh tế lớn ,thích hợp cho sản xuất ở các quy mô khác nhau .
Nội dung của luận văn đã giải quyết được các vấn đề trọng tâm về mặt thiết kế cũng như chế tạo một thiết bị.
Các kết quả đạt được của luận văn:
• Khảo sát và đánh giá tổng quan được công nghệ sản xuất cốc nhựa một lần
dùng trong hiện tại .
• Đưa ra được các ý tưởng mới, sáng tạo cũng như hình thành được tương đối
hoàn chỉnh thiết kế trong một thời gian ngắn.
2. Hướng phát triển đề tài
Việc thiết kế máy sản xuất bánh tráng mè vừng dạng tròn đáp ứng được nhiều
tiêu chí đặt ra:
• Đúng về mặt nguyên lý tạo hình sản phẩm.
• Đảm bảo về mặt năng suất.
• Tự động hóa được nhiều khâu.
- Tuy nhiên về mặt thiết kế vẫn còn một số vấn đề sau:
• Chỉ áp dụng có loại nhựa sử dụng trong cốc nhựa như PP ,PS ,PET , hạn chế áp dụng với các loại nhựa khác.
• Khuôn tạo hình chưa thể nâng cao tính đa dạng với các ly nhựa dạng khác có kích thước lớn hơn, cũng như hình dạng các sản phẩm cốc nhựa cũng
như các sản phẩm khác cũng có thể áp dụng tạo hình nhiệt bằng hút chân không .
• Chỉ dừng lại ở việc thiết kế các phần chình như cấp liệu, truyền động ,gia nhiệt , khuôn tạo hình mà chưa đưa ra thiết kế cho bộ phận lấy sản phẩm cũng như thu phế liệu cuộn nhựa.
• Chưa hợp lí tối đa thời gian các quá trình
Kết luận:
Vì đây là một đề tài thiết kế mới nên trong tương đề tài sẽ có nhiều hướng phát triển để cải tiến liên tục như:
• Tối ưu hóa kết cấu thiết bị.
• Tiết kiệm chi phí, hiệu quả kinh tế hơn.
• Tối ưu hóa các quá trình trong máy.
• Thiết kế khuôn cũng như các bộ phận khác cho phép các loại nhựa khác và cũng hình các sản phẩm bằng phương pháp tạo hình nhiệt bằng hút chân không.
