MỤC LỤC

MỤC LỤC   .i

MỤC LỤC HÌNH ẢNH.. iii

LỜI NÓI ĐẦU.. 1

GIỚI THIỆU.. 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT.. 4

1.1 Giới thiệu tập đoàn TONMAT.. 4

1.2 Tấm panel PU cách nhiệt 5

1.2.1. Cấu tạo tấm panel PU.. 6

1.2.2. Đặc điểm tấm panel PU.. 14

1.2.3. Công dụng. 16

1.2.4. Phân loại sản phẩm.. 17

1.3. Công nghệ, thiết bị sản xuất tấn PU panel 17

1.3.1. Công nghệ sản xuất vừa và nhỏ. 17

1.3.2. Các thiết bị máy móc để sản xuất tấm PU liên tục: 20

1.4. Các thông số ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm.. 27

1.4.1.Ảnh hưởng đến năng suất sản phẩm.. 27

1.4.2. Ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.. 27

1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước. 27

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TẤM PANEL PU.. 30

2.1 Thiết kế tấm PU panel 30

2.2 Tính toán thiết kế dây chuyền sản xuất 33

2.1.1. Thiết kế máy xả cuộn. 33

2.2.2. Hệ thống ép dọc: 38

2.2.3 Tính toán Hệ thống chặn biên bên. 43

2.2.4. Tính toán tốc độ và lưu lượng vòi phun. 48

2.2.5. Tính toán hệ thống cắt sản phẩm.. 57

2.3. Hệ thống điều khiển tự động. 62

CHƯƠNG 3: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CHÍNH TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT.. 66

3.1. Cấp tôn và ép ni lông. 66

3.2. Cán tôn và gia nhiệt 69

3.3. Đo kích thước và cắt 75

3.4. Tạo biên dạng khuôn và nén toàn bộ chiều dài 77

Danh sách phụ tùng thay thế. 82

Danh mục các chi tiết cần chế tạo. 87

PHỤ LỤC.. 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 2

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ đất nước ta đang công nghiệp hóa, hiện đại hóa, một người kỹ sư tương lai cần phải nắm vững kiến thức cơ bản, chuyên môn được giảng dạy ở trường và cần phải bám sát thực tiễn sản xuất. Trong bốn năm học tập tại khoa Cơ khí, trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, chúng em đã dần hình thành nên những kiến thức khoa học kỹ thuật đầu tiên và đến ngày hôm nay chúng em đã được áp dụng những kiến thức đó để thực hiện đề tài tốt nghiệp

Được sự phân công của khoa Cơ khí, trường Đại học Công nghiệp Hà Nội  chúng em được giao đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế dây chuyền sản xuất tấm panel PU liên tục và thiết kế tấm panel PU” do thầy: PGS.TS.......................... hướng dẫn. Trong quá trình thực hiện, chúng em gặp nhiều khó khăn trong bước đầu tìm tài liệu, đọc lại các sách của các môn học liên quan từ năm nhất đến cuối năm và các tài liệu tham khảo ngoài. Bên cạnh đó là những thuận lợi khi chúng em được các thầy cô trang bị cho những kiến thức của các môn: Chi tiết máy, Công nghệ Chế tạo máy, Vẽ kỹ thuật, Tự động hóa quá trình sản xuất,… kỹ năng sử dụng các phần mềm Word, Excel, Power Point, Solidwork,… Trong quá trình hoàn thiện đồ án còn nhiều kiến thức mới mẻ, thực tiễn chưa có nhiều nên chúng em khó tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn và góp ý của các thầy cô cùng các bạn để đồ án của chúng em có thể được hoàn thiện hơn nữa.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy: PGS.TS.......................... đã luôn theo sát, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, đồng thời chúng em xin cảm ơn các anh chị tại Công ty cổ phần tập đoàn TONMAT đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.

                                                                                 Hà Nội, ngày .... tháng ... năm 20...

                                                                             Nhóm sinh viên thực hiện

                                                                    ......................

GIỚI THIỆU

Chương này giới thiệu các cơ sở lý luận và tính cần thiết của để tài nghiên cứu, các mục tiêu, kết quả cần đạt được.

1. Lý do chọn đề tài

Thực hiện theo xu thế chung của thời đại, hiện nay với sự biến đổi của khí hậu nên trong lĩnh vực xây dựng cần tạo ra các sản phẩm đáp ứng được các tiêu chí của người sử dụng, góp phần bảo vệ môi trường. Hiện nay ngành xây dựng đang cần các sản phẩm nhẹ, chốn nóng, chống ồn, lắp ghép nhanh, dễ sử dụng, giá thành rẻ. Vì vậy việc thực hiện dự án Đổi mới công nghệ chế tạo dây truyền sản xuất tấm panel PU sử dụng vật liệu polyurethan coi là một trong những nhiệm vụ trọng tâm phát triển của ngành.

Hiện nay nhu cầu xây dựng các nhà lắp ghép nhanh làm nhà ở, văn phòng tạm thời tại các công trình công trường xây dựng, các khu công nghiệp, khu chế xuất là rất lớn. Với tính năng ưu việt của tấm panel PU như: cách âm, cách nhiệt, chống cháy, chịu tải cao, trọng lượng nhẹ, thẩm mỹ cao, đặc biệt sử dụng phương pháp thi công lắp ghép đơn giản dễ dàng tháo lắp, di chuyển và vật liệu PU thân thiện môi trường nên tấm panel PU mới hiện nay là lựa chọn hàng đầu cho các công trình nêu trên. 

Do đó chúng em lựa chọn đề tài “Thiết kế dây chuyền sản xuất tấm panel PU liên tục và thiết kế tấm panel PU” để một phần nào đó có thể hiểu cách thức sản xuất .

2. Nhiệm vụ của đề tài

Nhiệm vụ của đề tài được chia làm hai phần chính:

 Tính toán một số dây chuyền, máy móc sản xuất: dây chuyền sản xuất tấm panel PU.

 Mô hình hóa, mô phỏng dây chuyền sản xuất, nhà xưởng có sự trợ giúp  của máy tính, được thực hiện bằng phần mềm Solidwork và AutoCAD.

3. Các kết quả đạt được

Đề tài đã thu được các kết quả:

Tính toán, thiết kế, vẽ hoàn thành các hệ thống dây chuyền sản xuất, máy tự động hóa có sự trợ giúp của phần mềm Solidwork và AutoCAD.

Khai thác triệt để phần mềm trợ giúp thiết kế và tính toán,…

Tạo bản vẽ chế tạo các chi tiết cho hệ thống một cách rất nhanh chóng.

Tạo các bản vẽ 2D cho AutoCAD từ sản phẩm mô hình 3D của phần mềm thiết kế.

4. Cấu trúc cảu thuyết minh

Cấu trúc của thuyết minh được chia ra làm 3 chương với những nội dung chính của từng chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về tấm PU panel.

Chương 2: Tính toán thiết kế dây chuyền sản xuất tấm PU panel.

Chương 3: Lập quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết chính trong dây chuyền sản xuất.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT

1.1Giới thiệu tập đoàn TONMAT

Công ty cổ phần đầu tư và phát triển công nghệ Niềm Tin Việt (VIETRUST JSC) thành lập ngày 02/07/2003 theo Giấy phép kinh doanh số 21.03.000038 do Sở Kế hoạch - Đầu tư tỉnh Bắc Ninh cấp, là công ty đầu tiên ở miền Bắc tại Việt Nam sản xuất và cung ứng tấm lợp - Panel cách nhiệt, cách âm mang thương hiệu TONMAT - là chủ sở hữu duy nhất nhãn hiệu TONMAT đã được Cục Sở hữu trí tuệ - Bộ Khoa học và Công nghệ cấp Giấy chứng nhận đăng ký nhãn hiệu hàng hóa độc quyền, và Giấy chứng nhận quyền tác giả do Cục bản quyền tác giả - Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch cấp.

Các sản phẩm tấm lợp - Panel cách nhiệt, cách âm mang thương hiệu TONMAT có khả năng kháng nhiệt hiệu quả trước các tia tử ngoại mang an toàn cho con người trong môi trường lao động và sinh hoạt. Toàn bộ quá trình sản xuất sản phẩm TONMAT được giám sát chặt chẽ theo Hệ thống quản lý chất lượng phù hợp với tiêu chuẩn ISO 9001:2000 và đã được Trung tâm chứng nhận phù hợp tiêu chuẩn Quacert cấp ngày 05/11/2004. 

Công ty cam kết cung cấp cho quý khách hàng sản phẩm và dịch vụ đạt “Đẳng cấp - Chất lượng – Uy tín” xứng đáng là Niềm Tin cho mọi công trình Việt.

1.1 Tấm panel PU cách nhiệt

Tấm Panel cách nhiệt PU còn được gọi là PU sandwich panel. Đây là tấm vật liệu cách nhiệt được làm từ PolyUrethane (PU) và tôn mạ màu. Lớp PU thường có độ dày khoảng 50 ÷ 150 mm, lớp tôn mạ màu bọc mặt ngoài có độ dày từ 0,4 hai mm – 0,6 mm.

1.2.1. Cấu tạo tấm panel PU

1.2.1.1. Lớp Tôn bề mặt:

 Lớp tôn bề mặt với chất lượng tiêu chuẩn JIS (Nhật Bản), ASTM (Mỹ) và AS (Úc) có tác dụng che mưa nắng và tạo nên kết cấu bền vững.

Theo yêu cầu của khách hàng, nhà sản xuất sẽ sử dụng lớp tôn bề mặt phù hợp: Tôn mạ màu hệ sơn Polyester, Tôn mạ màu hệ sơn PVDF, tôn phủ PVC, Inox…

1.2.1.2. Lớp PU (Polyurethane):

a) Tổng quan về polyurethan

Polyurethan được sử dụng rộng dãi trong rất nhiều lĩnh vực, phục vụ cho mục đích dân dụng và công nghiệp với những tính chất ưu việt của sản phẩm Polyurethan. Các sản phẩm thương mại bắt nguồn từ polyuretan cũng hết sức đa dạng từ việc sử dụng cho công nghiệp sản xuất sơn, sản xuất xốp PU.

b) Lịch sử phát triển

Buyer và các cộng sự là người đi đầu trong công việc nghiên cứu Polyurethan ở các phòng thí nghiệm của IGFATHENCOLVERKUIEN nước Đức, họ đã nhận ra nguyên lý tổng hợp để sản xuất polyme poly urethan từ polyiso-cyanat lỏng và poly-este hoặc poly-este-doil lỏng, tổng hợp theo phương pháp trùng hợp hay trùng ngưng.

c) Chế tạo vật liệu polyurethan

Polyurethan là sản phẩm do polyisocyanat tác dụng với polyancol. Do kết quả phản ứng isocyanat tác dụng với nước tạo ra amin. Nhưng khi tác dụng với rượu thì tạo ra este aminocacboxylic gọi là urethan.

R N C O +R1OH => NH COO

Nếu thay monoisocyanat và thay rượu một nguyên tử thành rượu hai nguyên tử thì tạo Polyurethan thẳng, thay bằng các hợp chất ba chức.

( Triisocyanat và Triol) tạo ra sản phẩm có cấu  trúc không gian.

nO C N R N C O + HO OH => [ OCNH R NH COO O

- Vật liệu Polyol:

Trên thị trường có khoảng 450 loại chứa nguyên tử hidro linh động. Về nguyên tắc: tất cả các sản phẩm chứa từ hai nguyên tử hidro linh động đều được dùng để tổng hợp Polyurethan.

Các hợp chất chứa nhóm OH, NH, hay COOH là những nhóm thông dụng nhất để chế tạo ra.

Polyol là hợp chất có khối lượng phân tử nhỏ, thuận tiện cho việc tổng hợp. Ngoài những loại đa chức có khối lượng phân tử nhỏ, còn sử dụng chủ yếu hai loại: Polyeste polyol và polyete polyol.

Sử dụng cấu tạo ở mạch thẳng hay vòng polyete polyol được sử dụng hạn chế hơn với sản lượng gần 10%.

Phản ứng này là phản ứng cộng hợp và đa phần không tạo ra sản phẩm phụ. Quá trình phản ứng là quá trình nhóm OH tấn công vào nhóm isocyanat.

- Phụ gia và xúc tác:

Xúc tác sử dụng cho trùng hợp Polyurethan thường là amin, các hợp chất cơ kim muối của kim loại là amin và các hợp chất cơ kim muối của kim loại kiềm… Đối với các loại hợp chất amin, sử dụng rộng rãi các amin bậc ba do hoạt tính của NCO mạnh, sử dụng các tác nhân khóa mạch: các hợp chất phenol, cresol, mek,… bền ở nhiệt độ thường còn nhiệt độ cao tách ra, phản ứng tạo Polyurethan tiếp tục. Nhiệt độ cao 140  - 180  liên kết NCO và phenol tách ra.

- Đặc điểm của phản ứng tổng hợp:

+ Nguyên liệu đa dạng.

+ Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ thường, có hoặc không có xúc tác, cũng có thể tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao.

+ Thường không tác ra sản phẩm phụ.

+ Có thể sử dụng sản phẩm ở dạng cuối cùng (PU) hoặc sản phẩm ở dạng trung gian (tiền polyme).

- Tính chất Polyurethan:

Polyurethan có rất nhiều ứng dụng trong thực tế , ở nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, xây dựng, may mặc,…

Polyurethan có thể sử dụng sản phẩm ở dạng cuối cùng hoặc có thể sử dụng sản phẩm ở dạng trung gian với mỗi loại như cao su PU sở hữu một số tính chất nổi bật với độ kéo giãn cao hơn cao su thông thường, tính bền ma sát tốt. Nó có độ cứng cao, độ đàn hồi thấp, nó được coi là trung gian giữ cao su giữ nước và nhựa nhiệt dẻo. Cao su PU bền với  và hợp chất mạch thẳng. PU đi từ isocyanat và polyol mạch ngắn tạo nhựa nhiệt dẻo có độ cứng cao, sử dụng để kéo sợi.

1.2.2. Đặc điểm tấm panel PU

- Ưu điểm:

Tấm Panel cách nhiệt có nhiều ưu điểm nổi trội so với các vật liệu xây dựng khác như:

+ Thi công nhanh chóng và thuận tiện:

Tấm panel trong xây dựng được thi công dưới hình thức lắp ghép, do đó thi công rất nhanh chóng, sạch sẽ và tích kiệm. Điều này giúp đẩy nhanh tiến độ cho công trình giúp chủ đầu tư và các đơn vị thi công rút ngắn được thời gian thi công đến hơn 1/3 tiến độ. Trong trường hợp muốn tháo dỡ, di dời hoặc nâng cấp các công trình xây dựng bằng tấm panel cũng dễ dàng, không gây ảnh hưởng đến các công trình khác. 

+ Cách âm, cách nhiệt, chống cháy hiệu quả:

 Một ưu thế nổi bật của tấm panel trong xây dựng là khả năng cách âm, cách nhiệt, chống cháy của công trình tốt hơn gấp nhiều lần so với các loại vật liệu khác. Do cấu tạo đặt biệt 3 lớp, ở giữa là vật liệu lõi có tác dụng cách âm. Điều này rất thuận lợi và phù hợp cho các công trình ở đô thị hoặc khu dân cư bị ô nhiễm tiếng ồn.

1.2.3. Công dụng

 Là giải pháp hoàn hảo nhất dành cho các công trình xây dựng công nghiệp cũng như dân dụng. Với những ưu điểm vượt trội trên, tấm PU panel được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, công trình. Cụ thể là:

- Tôn cách nhiệt PU dùng cho phòng thu âm, rạp phim, quán cà phê: Những công trình này thường đòi hỏi việc cách âm rất cao. Nếu sử dụng tôn mạ kẽm thường, nhà đầu tư sẽ mất thêm một khoản chi phí cho laphong. Tôn cách nhiệt PU được chọn là giải pháp hoàn hảo giúp cách âm, cách nhiệt hiệu quả cho các quán cà phê. Đối với phòng thu âm và rạp phim, tôn PU kết hợp với bông khoáng cách nhiệt và mút hột gà mang lại hiệu quả cách âm triệt để cho các công trình này.

- Tôn cách nhiệt PU làm phòng sạch: Phòng sạch là dạng phòng cần đạt được tiêu chuẩn GMP về thiết kế, lắp đặt, kiểm soát bụi… sử dụng để sản xuất, xét nghiệm, nghiên cứu, trong các ngành như dược phẩm, công nghiệp sinh học, công nghiệp vũ trụ, ngành quang học,…

1.2.4. Phân loại sản phẩm

Đối với mỗi công trình khác nhau thì sẽ cần một loại tấm PU panel phù hợp với mục đích sử dụng. Trong đó có một số loại thông dụng được sử dụng nhiều hiện nay được phân loại như sau:

1.3. Công nghệ, thiết bị sản xuất tấn PU panel

1.3.1. Công nghệ sản xuất vừa và nhỏ

 Thiết bị sản xuất panel PU có nhiều loại: Công suất nhỏ, công suất trung bình và công suất lớn. Thiết bị loại công suất vừa và nhỏ, phù hợp với các công việc có tính chất cần phải di chuyển cơ động, linh hoạt trong sử dụng. Sau đây là một loại máy tạo foam tương đối phổ biến, có công suất trung bình, ký hiệu  PT120M.

- Cấu hình cơ bản của máy:

+ Thành phần nguyên liệu A và B được điều khiển bằng một mô tơ khí, đảm bảo tỉ lệ trộn A/B = 1:1 – 1: 1,2 đồng đều trong quá trình sản xuất.

+ Lưu lượng phun trong chế độ phun luồng: 4,5 – 5,0kg/ phút. Trong chế độ phun tán hoa cải đạt 2,5 – 3,0kg/ phút ( phun gần – phun xa).

+ Súng trộn phun nhanh hai thành phần, mở van trợ lực khí, + 5m đôi đường ống dẫn nguyên liệu.

- Hệ thống bơm nén nguyên liệu đơn BPD - 55:

Cấu tạo kiểu Piston  được điều khiển bằng Môtơ khí làm việc ở chế độ tự động bám theo áp suất nguyên liệu. BPD - 55  có chức năng hút nén nâng áp suất và duy trì áp suất  các thành phần nguyên liệu đảm bảo cho việc trộn và phun hỗn hợp tại đầu súng phun.Hệ thống bơm bao gồm hai cụm riêng biệt tương ứng cho từng thành phần nguyên liệu A và B, lưu lượng, tỉ lệ trộn các thành phần nguyên liệu đầu ra có thể thay đổi dễ dàng bằng việc điều chỉnh áp suất làm việc của các bơm.

1.3.2. Các thiết bị máy móc để sản xuất tấm PU liên tục:

Các bộ phận trong dây chuyền gồm: 2 máy xả cuộn (trên và dưới), 2 máy cắt thủy lực và 2 máy bọc màng film bảo vệ, 2 bộ máy cán tôn , 1 hệ thống dẫn giấy, 1 hệ thống làm nóng trước khi phun, 1 máy phun PU áp suất cao và hệ thống cấp nguyên liệu, 1 đầu phun di động, 1 hệ thống băng tải ép, 1 máy cắt góc, 1 hệ thống tuần hoàn khí nóng, 1 hệ thống chặn 2 biên, 1 máy cắt tự động, dàn con lăn đỡ tôn, dàn con lăn trên băng chuyền và máy điều khiển tự động…

1.4. Các thông số ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm

1.4.1. Ảnh hưởng đến năng suất sản phẩm

- Yếu tố con người: Từ xưa tới này con người luôn luôn đóng vài trò quan trọng trong quá trình sản xuất, vì con người là mooth trong những yeus tố có ảnh hưởng nhất định tới năng suất của dây chuyền sản xuất.

- Năng suất phun: Việc điều chỉnh lưu lượng phun cũng như thiết kế đầu phun sẽ ảnh hưởng tới năng suất của dây chuyền sản xuất.

1.4.2. Ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

* Chất lượng sản phẩm các tấm panel PU được quyết định bởi các thông số sau:

Quy trình công nghệ sản xuất, tốc độ phun (trong khuôn kín, cưỡng bức), chất trợ nở, tỉ lệ và quy trình phun trộn ISOCIANAT-POLYOL...Hiện nay trong nước có rất ít các đơn vị như Tập đoàn TONMAT có dây chuyền sản xuất các tấm panel PU tự động với mức đầu tư đến 30-50 tỉ/1 dây chuyền sản xuất, năng suất gia công 8-12 m²/phút. Còn lại hầu hết các doanh nghiệp theo các công nghệ và dây chuyền cũ, các công đoạn của quá trình sản xuất được thực hiện bán thủ công nên năng suất thấp (8-12 m²/giờ), chất lượng các tấm panel không đẹp do quá trình điền đầy xảy ra tự dotrong lòng khuôn (luôn phải có các lỗ hở để thoát khí).

1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước

- Nghiên cứu trong nước: Các tác giả Nguyễn thị Phương Phong - Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí Minh và cộng sự trong đề tài nghiên cứu cấp Bộ Công Thương đã thực hiện “Nghiên cứu chế tạo vật liệu xốp cứng polyurethane sử dụng tác nhân tạo bọt vật lý cyclopentane thân thiện với môi trường”. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng chất tạo bọt vật lý thế hệ mới cyclopentane có tính thân thiện với môi trường và hoàn toàn không gây phá hủy tầng ôzôn (ODP = 0; GWP = 0,11) thay thế cho HCFC-141b trong công thức chế tạo vật liệu xốp cứng polyurethane (R-PUF). 

- Các nghiên cứu ngoài nước: Nhiều tác giả như  D. Latham, P. Athey, and S. King, US Pat; M. Zhang, Y. Zhou, and J. Zhang, Sustain. Polym. from Biomass;  D. Nishiguchi, M. Kageoka, and T. Moriya, US Pat. (2017) đã thực hiện nghiên cứu chế tạo các vật liệu dùng cho tấm panel PU thân thiện với môi trường, tuy nhiên không có công bố về nghiên cứu thiết kế, chế tạo dây chuyền sản xuất, quy trình công nghệ chế tạo các tấm panel PU.

Kết luận:

Qua việc khảo sát thực tế tại doanh nghiệp, chúng em đã hiểu rõ được quy trình sản xuất chế tạo tấm panel PU. Và hiểu biết về ứng dụng của tấm Panel Pu trong công nghiệp cũng như trong dân dụng. Bên cạnh đó chúng em nhận thấy rằng tại doanh nghiệp có áp dụng hệ thống máy móc tiên tiến. Tuy nhiên việc thiết kế tự động hóa cho nhà xưởng của một doanh nghiệp cần rất nhiều công việc, do vậy chúng em chưa thể hoàn thành hết được.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TẤM PANEL PU

2.1. Thiết kế tấm PU panel

- Kích thước sản phẩm: bảng dưới

2.1 Tính toán thiết kế dây chuyền sản xuất

Nguyên lý hoạt động: Tôn được xả từ máy xả cuộn sau đó được hệ thống cán tôn tạo biên dạng cho tôn, tiếp đó được đưa tới buồng gia nhiệt làm nóng tôn, sau đó tới máy phun tự động. Hỗn hợp hóa chất PU được phun lên bề mặt của tấm tôn, ở nhiệt độ thường hỗn hợp PU giãn nở ra. Sử dụng máy ép để tạo biên dạng của sản phẩm. Sau khi ép biên dạng sản phẩm ta kiểm tra chiều dày của tấm Pu có đạt yêu cầu kỹ thuật không, nếu không thì dừng máy và tiến hành điều chỉnh lại thông số của hệ thống.

2.1.1. Thiết kế máy xả cuộn

a) Tính toán cụm kẹp cuộn tôn

* Hoạt động:

Theo nguyên tắc cơ cấu hình bình hành, khi trục phụ chuyển động tịnh tiến thì làm cho  cơ cấu chuyển động lên xuống.

* Ưu điểm:

- Cơ cấu đơn giản.

- Giá thành rẻ.

- Biên độ bung kẹp cuộn tole lớn.

* Cho cuộn thép có thông số sau:

- Đường kính trong: D_tr = 508 mm

- Đường kính ngoài: D_ng = 1300 mm

- Bề rộng:         B = 1300 mm

- Bề dày:             e = 0.5 mm

* Xác định chiều dài các thanh L1:

Chọn đường kính bung làm việc là: D_bung = 500-600 mm

Chọn góc nghiêng của thanh là: α = 20^o – 45^o Ta có:

X= L₁.cosα –m       

Y= L₁sinα +D₂/2                   

Khi đó:

Tại α=20^o có X = 115,65

Y= 203

Tại α=45^o có: X= 79,6

Y= 259,6

Chọn bề dày tấm khiên là 30 mm

=> Đường kính bung để kẹp cuộn thép là: (466 – 579)  mm

=> Hành trình xy lanh để kẹp là: L = 115,65 – 79,6 = 36,05 mm

b) Tính chọn động cơ

Ta chọn tính động cơ theo tốc độ lớn nhất

Vận tốc góc của trục chính: ω = 2πn = 2π.4,9 =31  rad/ph

Chọn thời gian để trục chính đạt vận tốc ω =31 v/ph là: t = 0.85 s

- Momen lực cần thiết để quay cuộn thép là:

M = I. γ = 27947,3.1,2 = 3885 Nm

- Công suất để quay trục chính là:

P_lv = M. ω = 3,5 kW

- Công suất của động cơ là:

P_ct = P_lv/ŋ = P_lv / (ŋ_ol . ŋ_x) = 3.45/ (0,99 . 0,97) = 3.59 kW

Từ P_ct = 3.59 kW , n = 9.77 v/ph ta chọn động cơ gắn liền hộp giảm tốc 2KJ1105-     HK13-M1 có:

P_đc = 4 kW

n_đc = 27 v/ph

u_h = 54.15

c) Phân phối tỷ số truyền

Tỷ số truyền của bộ truyền xích: u_x = n_đc /n = 27/ 9.77 = 2.76 Tính công suất các trục:

P₁ = P_lv = 3.45 kW

P_dc = P₁ / (ŋ_ol . ŋ_x) = 3.45 / (0,99.0,97) = 3.59 kW

* Xác định các thông số của đĩa xích:

- Theo công thức 5.17 và bảng 13.4 [2]:

d1 = p/sin(π/z1) = 25.4/sin(π/25) = 202.66 mm

d2 = p/sin(π/z2) = 25.4/sin(π/69) = 558.06 mm

da1 = p[0,5+cotg(π/z1)] = 25.4.[0,5+cotg(π/25)] = 213.76 mm

da2 = p[0,5+cotg(π/z2)] = 25.4.[0,5+cotg(π/69)] = 570.18 mm

df1 = d1-2r = 202.66– 2.9,623 = 183.41 mm

df2 = d2-2r = 558.06– 2.9,623 = 538.82 mm

Với r = 0,5025.d1+0,05 = 0,5025. 19.05+0,05 = 9.62 mm và dl = 19.05

Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích theo công thức

σH1 = 0,47√kr(FtKd + Fvd)E/(Akd) ≤ [σH]

        = 0,47√0.42. (12554.72. 1.2 + 1.73). 2,1. 105/(450. 2.5) = 510.83Mpa

2.2.2. Hệ thống ép dọc:

Sau khi phun lớp PU lên bề mặt, tôn và hoá chất được đưa vào ép trên toàn bộ chiều dài bởi các hệ thống băng tải đôi. Các băng tải này vừa đóng vai trò làm khuôn ép, vừa có vai trò vận chuyển nguyên liệu (đầu vào) và sản phẩm (đầu ra). Chuyển động của tôn và băng tải đồng bộ với nhau để đảm bảo độ chính xác cho sản phẩm. Hệ thống này có sự ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng cũng như các tiêu chuẩn của sản phẩm. 

a) Tính chọn động cơ

Trong một hệ thống băng tải không thể thiếu được động cơ, bộ phận này giúp chuyển đổi điện năng nhằm bảo đảm hoạt động của băng tải khi được kết nối với bộ truyền động. Tùy thuộc vào kích thước băng tải cũng như công suất vận chuyển mà chúng ta lựa chọn loại động cơ phù hợp.

- Những đặc điểm của động cơ điện không đồng bộ:

Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động cơ điện không đồng bộ, vì loại động cơ này có đặc điểm như: cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn, dễ dàng bảo quản và giá thành hạ,…

Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công nghiệp nhỏ, trong các hệ thống băng chuyền, băng tải,…

b) Tính toán bộ truyền xích

1. Chọn loại xích

Với vận tốc nhỏ, ta chọn xích con lăn

2. Chọn số răng sơ bộ của đĩa xích dẫn Z₁=25, số răng đĩa xích lớn là Z₂=u.Z₁=3.25=75

Xác định lại chính xác tỷ số truyền bộ truyền xích.

3. Tính toán các hệ số điều kiện sử dụng xích theo công thức:

K= K₀. K_a. K_dc. K_b. K_r. K_lv

5. Kiểm nghiệm bền

Ta có: tải trọng phá huỷ Q = 72 kN

Kd = 1,7

v =  Z1.t.n1/60000 = 1,27 m/s

Ft =1000P/v = 5905N

Fv = q.v = 3,5.1,27 = 4,4 N

F0 = 9,81.kf.q.a = 9,81.2.3,5.0,778 = 53,4N

2.2.3 Tính toán Hệ thống chặn biên bên

a) Tính chọn động cơ

Công suất dịch chuyển vật liệu:

P₁ = F₁ .v = 11797 . 0,12  2054 W

* Lực cản do ma sát sinh ra khi xích tải chuyển động không tải là:

Công suất cần thiết để khắc phục tổn thất do ma sát:

   P₂ = F₂ .v = 4174 . 0,12  501  W

b) Tính toán bộ truyền đai

* Chọn loại đai

 Chọn loại đai vải cao su.

* Xác định các thông số của bộ truyền đai

Đường kính bánh đai nhỏ:

Chọn  tiêu chuẩn: d = 180 mm 

- Khoảng cách trục:

a  (1,5…2). (d₁ + d₂)

Trong đó:

1,5 : dùng cho bộ truyền quay nhanh

2 : dùng cho bộ truyền có vận tốc trung bình

Lấy a =2. (d₁ +d₂  = 2. (180 + 355) = 746 mm

Theo bảng (4.1) lấy trị số tiêu chuẩn:    b = 175  mm 

Mà B = 1,1.b + (10 15) mm khi mắc bình thường

=>  Chiều rộng bánh đai B = 202 mm

=> Tiết diện đai A = b.   = 542,5 mm²

Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng

2.2.4. Tính toán tốc độ và lưu lượng vòi phun

a) Mạch m nhánh chảy song song bằng nhau:

Ta có:

P_n : là áp suất trong trục đục lỗ; d₁ đường kính trong trục đục lỗ; p là áp suất tại vị trí phun z; d₂ đường kính lỗ phun trên trục đục lỗ; m là số lỗ, m = x. y lỗ, với x là số lỗ trên 1 hàng; y là số hàng lỗ; z là khoảng cách phun. 

* Đường đặc tính của chuyển đổi khí nén (hình 2): Đường cong đặc tính có điểm uốn tại K và đoạn xung quanh K được coi là đoạn tuyến tính. Người ta chọn K làm điểm tham khảo để xác định đoạn làm việc của đầu phun, khi thiết kế chọn điểm k nằm ở giữa lớp vài được nhuộm. Đoạn MN là đoạn làm việc của đầu phun, đoạn trước điểm M áp suất lớn nhưng tốc độ dòng chảy cao nên độ bám dính của hóa chất PU không tốt, đoạn sau điểm N có áp suất thấp nên không nên sử dụng để làm việc.

b) Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng

Chất lượng của bề mặt sau khi phun chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, thông số kỹ thuật như: kích thước vòi phun, vật liệu chế tạo vòi phun, khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt tôn, thành phần cấu tạo, lưu lượng phun. Thành phần áp suất và tốc độ của dòng khí phun.

* Áp suất phun

Áp suất phun có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng của chi tiết. Áp suất phun tại vị trí phun phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: áp suất nguồn khí nén, cấu tạo của vòi phun, chiều dài vòi phun, …

* Lưu lượng phun

Trên dòng chảy của khí nén với áp suất P₁ cố định, ta có tiết diện độ thắt F₁, độ thắt F₁ sẽ làm cản trở dòng khí chảy qua nó. Giả thiết là không khí nén được sấy khô, quá trình chảy đoạn nhiệt. Sau khi chảy qua F₁, áp suất giảm xuống P₂, lưu lượng khí chảy qua F₁ là Q. 

* Vòi phun:

Đối với sản phẩm dạng tấm cần vòi phun đơn tiết diện tròn. Buồng phun gồm nhiều vòi phun đơn được lắp ngang hàng. Do khi dùng vòi phun tròn để làm sạch thì hiệu quả tốt hơn vòi phun dẹt. Vòi phun dẹt có ưu điểm là cho năng suất phun cao hơn. Nguyên lý cấu tạo vòi phun ảnh hưởng lớn đến năng suất và độ sạch.

* Tốc độ phun V= 5 (m/ph).

V =  T/a (m/ph)

c) Tính toán lưu lượng phun, lựa chọn ống dẫn khí

* Hệ thống khí nén

Việc sử dụng máy nén khí để tạo gia tốc cho phun cho hóa chất PU bằng áp lực khí nén (máy nén khí) đã và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất. Chi phí thấp và phạm vi sử dụng rộng được cho là hai ưu điểm lớn nhất của phương pháp này.

Với yêu cầu làm việc phun chất Pu lên bề mặt tôn ta chọn máy nén khí có công suất 75 kW dùng cho máy phun hỗn hợp hóa chất.

Thông số của nguồn khí nén:

- Áp suất khí nén: P_max = 7,5 bar

- Lưu lượng khí: Q = 12 – 15 m³/ph

- Công suất máy 75 kW

* Tính toán lưu lượng và thời gian phun

Súng phun hóa chất PU có hai đầu vào: một đầu vào của hỗn hợp PU và một đầu vào của khí nén. Khí nén tạo áp suất thấp, hút hỗn hợp vào súng. Khí nén đẩy hỗn hợp PU ra khỏi súng phun qua vòi phun với một áp lực rất lớn. Đường kính ống dẫn khí so với đường kính ống hút hóa chất Pu có kích thước tương đương nhau. Hiện nay, đường kính ống hút Pu trên thị trường phổ biến từ 12 16 (mm). Đối với súng phun sử dụng ống khí nén có đường kính d = 12 (mm) ta sẽ sử dụng loại ống hút hỗn hợp PU có đường kính d₁ = 13 (mm) nhằm mục đích lượng Pu phun lớn nhưng đồng thời không gây lãng phí.

d) Ảnh hưởng của tốc độ vòi phun và tốc độ khổ tôn.

Ta có:

b: Chiều rộng khổ tôn

d: diện tích phun

V_t : Tốc độ hệ thống (tốc độ tôn)

V_p: tốc độ đầu phun

Với dây chuyền sản xuất liên tục thì Vt = const và bằng nhau trên tất cả các modun. V_d phụ thuộc vào đặc điểm của từng modun.

Nhận xét:

Qua việc tính toán, thiết kế hệ thống phun chất Pu lên bề mặt, thấy rằng việc phun bề mặt là yếu tố rất quan trọng. Chất lượng bề mặt sau khi phun ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất phải kể đến áp suất, năng suất phun, thời gian phun.

Qua quá trình thực hiện do thời gian không cho phép nên chúng ta chỉ tập trung tính toán các cụm truyền động chính  như động cơ, băng tải, lưu lượng và thời gian phun, còn các chi tiết, chi tiết khác sẽ cố gắng tìm hiểu.

Kết quả tính toán: thời gian của một chu kỳ phun là: t = 1.875 s, lưu lượng phun Q = 2,56. 10^-3 m³/ph, công suất động cơ băng tải P = 4 kW.

2.2.5. Tính toán hệ thống cắt sản phẩm

Sau khi ép sản phẩm bởi các hệ thống băng tải đôi, được kiểm tra độ dày của lớp PU. Nếu đã đạt độ dày, sản phẩm được đưa đến hệ thống đo tự động và cắt theo kích thước sẵn.

Máy cắt bao gồm 5 cơ chế cơ bản, đó là động lực dọc, máy tra, bộ phận cắt băng, bộ thu bụi, và khung thép.

a) Tính chọn động cơ:

Xác định công suất của động cơ

* Phương pháp xác định lực cắt:

Tính toán lực cắt bằng công thức thực nghiệm:

Dựa vào công thức tính toán lực cắt:

Phương pháp dựa vào lực cắt đơn vị và diện tích tiết diện phoi kim loại:

Ta có lực cắt P là lực cắt đơn vị và diện tích phoi như sau:

P=f.q (N)

Áp dụng công thức: F = (2,5÷4,5) σ_b

Ta có σ_b=(380÷490) N/mm

Lấy σ_b=450 N/mm

=> F = (2,5÷4,5)450 N =1125÷2025 N

=>Chọn F= 2000 N

b) Tính toán bộ truyền đai

Chọn loại đai: Đai thang

Chọn tiết diện đai C

Xác định các thông số của bộ truyền đai

Đường kính bánh đai nhỏ: Chọn đường kính bánh nhỏ là = 200mm

Đường kính bánh lớn: d2  = 642  (mm)  

Lấy trị số tiêu chuẩn: d2 = 710 mm

Trong đó  là hệ số trượt,  

* Tính toán tốc độ cắt:

b: Chiều rộng khổ tôn

V_t: Vận tốc hệ thống ( V_t = 3.1 m/ph )

Ta có:

l_x = l_xylanh (Quãng đường cưa di chuyển theo phương X)

l_y = l_{trục vít}  (Quãng đường cưa di chuyển theo phương Y)

Tốc độ tiến cưa:

V_c = cot Φ . V_t = 1.06 . 3.1 = 3.306 (m/ph)

Tốc độ lưỡi cắt có thể điều chỉnh được.

2.3. Hệ thống điều khiển tự động

Toàn bộ dây chuyền liên tục sản xuất được điều khiển bởi máy điều khiển tự động. Máy có màn hình video để tiện theo dỗi 4 bộ phận quan trọng của dây chuyền.

a) Điều khiển được đặt ở cạnh sườn máy. Điều khiển này điều chỉnh 2 hệ thống tạo sóng, máy ép, đầu ra của hóa chất và 4 chức  năng tự động sau:

Các nút điều khiển:

1. Phím Lựa chọn – Chỉnh tay/Chỉnh tự động

2. Máy đo tốc độ điện thế - hoạt động cả ở trạng thái Chỉnh tay và Chỉnh tự động

* Nút chỉnh bằng tay:

3. Nút Tiến/lùi máy cán sóng trên

4. Nút Tiến/lùi máy cán sóng dưới

16. Dừng -  Polyol và Isocyanate và đưa đầu trộn về vị trí ban đầu, sau đó phun Polyol trong 5 giây

17. Dừng – Máy cán sóng trên, máy cán sóng dưới, máy ép và hệ thống làm nóng hoạt động cùng nhau

b) Máy cắt răng cưa hình chữ thập

Máy cắt hoạt động khi máy ép chạy ở chế độ tự động

1. Nút tự chọn – chế độ chỉnh tay/tự động

2. Nút cắt điều chỉnh bằng tay

3. Nút cắt điều chỉnh tự động

CHƯƠNG 3: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CHÍNH TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

3.1. Cấp tôn và ép ni lông

1. Lập quy trình chế tạo chi tiết “Thanh nối tấm thân”

2. Lập quy trình chế tạo chi tiết “ Con lăn trục trên”

3.2. Cán tôn và gia nhiệt

1. Lập quy trình chế tạo chi tiết “ Vòi Phun”

2. Lập quy trình chế tạo chi tiết “ Khối”

4. Lập quy trình chế tạo chi tiết “ Con lăn”

KẾT LUẬN

Kết quả đạt được:

Sau một thời gian nghiên cứu đề tài với sự giúp đỡ tận tình của thầy : PGS.TS......................., đề tài đã đạt được những kết quả sau:

+  Đề tài đã đưa ra được tổng quan về hệ thống dây chuyền sản xuất tấm panel PU liên tục.

+ Tính toán, thiết kế các cụm truyền động chính, tính được tốc độ và lưu lượng phun hoá chất Polyurethan.

+ Lập quy trình công nghệ gia một số chi tiết chính của dây chuyền sản xuất tấm panel PU liên tục.

Hướng phát triển của đề tài:

Mặc dù đã rất cố gắng để đạt được những kết quả như mong muốn, nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên còn một số nội vẫn chưa được hoàn thiện. Chưa thể kiểm bền cho các trục chính cũng như trục cán tôn. Chưa thể lập hết được quy trình công nghệ gia công cho tất cả các chi tiết do số lượng quá nhiều. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[ 1 ]. Tính toán thiết kế băng tải, 2001

TS Vũ Ngọc Pi

[ 2 ]. Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1,2

PGS.TS Trịnh chất, TS Lê Văn Uyển

[ 3 ]. Dung sai lắp ghép

PGS.TS Ninh Đức Tốn

[ 4 ]. Công Nghệ Chế Chế tạo Máy, 2006

GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Nguyễn Trọng Bình, PGS.TS Nguyễn Thế Đạt, PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp, PGS.TS Trần Xuân Việt

Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

[ 5 ]. Sổ Tay Công Nghệ Chế Tạo Máy 1, 2, 3

GS. TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS, TS Lê Văn Tiến, PGS. TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần Xuân Việt

Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

[ 6 ]. Giáo trình Công nghệ xử lý vật liệu

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

[ 7 ]. Thiết kế Chi tiết máy

Nguyễn Trọng Hiệp

[ 8 ]. Tài liệu tham khảo từ công ty TOMMAT

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"