Máy trộn bột kim loại: Thiết kế và chế tạo (Đề tài nghiên cứu khoa học)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY TRỘN BỘT KIM LOẠI

MÃ SỐ: SV2020-96

S KC 0 0 7 4 0 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY TRỘN BỘT KIM LOẠI SV2020 – 96

Chủ nhiệm đề tài: Phạm Tấn Thành

TP Hồ Chí Minh, 07/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY TRỘN BỘT KIM LOẠI SV2020 – 96

Phạm Tấn Thành Nam, Nữ: Nam

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 16144CL2, Khoa CLC Năm thứ: 4 /Số năm đào tạo: 4 Ngành học: Công nghệ kỹ thuật cơ khí Người hướng dẫn: ThS Phan Thế Nhân

TP Hồ Chí Minh, 7/2

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vv

DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................... vii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................... 16

1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay. ................................................... 16

1.2 Phân loại máy trộn theo thùng chứa chuyển động và thùng chứa tĩnh:.... 18

1.2.1 Máy trộn có thùng chứa tĩnh: ................................................................ 18

1.2.2. Máy trộn có thùng động: ....................................................................... 20

1.3 Tính cấp thiết của đề tài. ............................................................................... 25

1.4 Mục tiêu đề tài ............................................................................................... 25

1.5 Nhiệm vụ đề tài .............................................................................................. 25

1.6 Công nghệ sử dụng máy trộn. ....................................................................... 25

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 27

2.1 Nguyên lý Paul Schatz [7]. ............................................................................ 27

2.1.1. Hình khối và nghịch đảo. ...................................................................... 27

2.1.2. Đảo ngược và Oloid. .............................................................................. 28

2.1.3. Theo toán học. [21] ............................................................................... 28

2.1.4 Sự chuyển động. ..................................................................................... 29

2.1.5 Bề mặt không kiểm soát của Oloid với các khối hình khác. ................ 30

2.2 Tiến hành chế tạo máy trộn kim loại bột. ..................................................... 31

2.2.1 Giới thiệu. ............................................................................................... 31

2.2.2 Cơ sở lý thuyết máy trộn kim loại bột. ................................................... 32

2.2.3 Cấu tạo máy trộn kim loại bột. ............................................................... 33

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ .......................................................................... 35

3.1 Nguyên lý hoạt động máy trộn kim loại bột. ................................................ 35

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy trộn kim loại bột. ................................ 35

3.1.2 Nguyên lý hoạt động máy trộn kim loại bột. ......................................... 36

3.2 Tính toán khung trộn và trục làm việc. ........................................................ 36

3.2.1 Thể tích khung trộn. ............................................................................... 37

3.2.2 Tính khoảng cách trục. .......................................................................... 39

3.2.3 Thiết kế khung máy dựa theo kích thước khung trộn. ......................... 40

3.2.4 Thiết kế bản lắp mạch điều khiển và nút nhấn. .................................... 41

3.2.5 Thiết kế càng lắc. .................................................................................... 41

3.2.6 Thiết kế trục làm việc. ............................................................................ 42

3.2.7 Bảng vẽ lắp hoàn chỉnh.......................................................................... 42

3.3 Tính các thông số đai và động cơ [11]. ......................................................... 43

3.3.1 Lựa chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền. ........................................ 43

3.3.2 Chọn bộ truyền đai. .................................................................................. 2

c. Tính đường kính bánh đai lớn D2 ............................................................... 47

3.4 Tính trục và chọn ổ lăn ................................................................................. 50

3.4.1. Tính trục. ............................................................................................... 50

3.4.3. Thiết kế ổ lăn. ........................................................................................ 55

a. Chọn ổ lăn: .................................................................................................. 55

b. Chọn kiểu lắp ổ lăn. .................................................................................... 57

c. Chọn kiểu lắp puly. ...................................................................................... 57

CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 58

4.1 Thiết kế mạch điện. ....................................................................................... 58

4.1.1 Yêu cầu hệ thống. ................................................................................... 58

4.1.2 Sơ đồ khối. .............................................................................................. 58

4.1.3 Chức năng. .............................................................................................. 58

4.2 Lựa chọn linh kiện, thiết bị. .......................................................................... 58

4.2.1 Khối vi điều khiển. .................................................................................. 58

4.2.2 Nút nhấn. ................................................................................................ 59

4.2.3 Module relay. .......................................................................................... 59

4.2.4 Động cơ. .................................................................................................. 60

4.2.5 Module điều khiển tốc độ động cơ DC. ................................................. 62

4.2.6 Khối hiển thị. .......................................................................................... 62

4.2.7 Khối nguồn. ............................................................................................ 63

4.2.8 Sơ đồ mạch điện...................................................................................... 65

4.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điện. .............................................. 66

CHƯƠNG 5: LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM ......................................................... 68

5.1 Lắp ráp. .......................................................................................................... 68

5.1.1 Các bước tiến hành lắp ráp. ................................................................... 68

5.2 Thử nghiệm .................................................................................................... 77

5.2.1 Nguyên liệu được chọn cho thử nghiệm. .............................................. 77

5.2.2 Thử nghiệm trộn các loại bột khác nhau. ............................................. 81

5.2.3 Kết luận. .................................................................................................. 84

5.3 Cách sử dụng và bảo quản máy. ................................................................... 84

5.3.2 Các biện pháp bảo quản máy. ................................................................ 86

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 91

6.1 Kết luận. ......................................................................................................... 91

6.2 Kiến nghị. ....................................................................................................... 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 934

iii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Bề mặt không kiểm soát so với các khối hình. ........................................ 30 Bảng 2.2: Tỉ lệ bề mặt không kiểm soát. ................................................................. 31 Bảng 3.1: Bảng thống kê số liệu. ............................................................................. 44 Bảng 5.1: Khối lượng nguyên liệu trộn lần 1........................................................... 79 Bảng 5.2: Khối lượng nguyên liệu trộn lần 2........................................................... 80 Bảng 5.3: Khối lượng nguyên liệu trộn lần 3........................................................... 81

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Quy trình chế tạo vật liệu bột .................................................................. 16 Hình 1.2: Máy trộn nhựa nằm ngang ....................................................................... 19 Hình 1.3: Máy trộn chữ V........................................................................................ 20 Hình 1.4: Máy trộn lập phương ............................................................................... 21 Hình 1.5: Máy trộn Inversina .................................................................................. 23 Hình 1.6: Máy trộn Oloid do Bioengineering AG sản xuất .................................... 24 Hình 1.7: Sơ đồ ép một chiều .................................................................................. 26 Hình 2.1: Phần bằng nhau của một khối lập phương. ............................................. 27 Hình 2.2: Hình dung về sự hình thành hình dạng của OLOID trong quá trình đảo ngược .................................................................................................................................. 28 Hình 2.3: Mô tả toán học của OLOID. .................................................................... 29 Hình 2.4: Trực quan hóa chuyển động đảo ngược trong không gian. ..................... 29 Hình 2.5: Máy trộn. ................................................................................................. 32 Hình 2.6: Máy trộn bột 3 phương ............................................................................ 33 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy ....................................................... 35 Hình 3.2: Lược đồ khâu ........................................................................................... 36 Hình 3.3: Bản vẽ hộp chứa bột kim loại .................................................................. 37 Hình 3.4: Mô tả cơ sở tính toán chiều cao khung chứa hộp bột .............................. 38 Hình 3.5: Khung trộn ............................................................................................... 38 Hình 3.6: Mô tả toán học của Oloid. ....................................................................... 39 Hình 3.7: Mô tả 3D của dạng hình học Oloid. ........................................................ 39 Hình 3.8: Bảng vẽ khung máy ................................................................................. 40 Hình 3.9: Bảng lắp mạch điều khiển và nút nhấn. ................................................... 41 Hình 3.10: Bảng vẽ thiết kế càng chữ C. ................................................................. 41 Hình 3.11: Bảng vẽ trục làm việc ............................................................................ 42 Hình 3.12: Bảng vẽ lắp máy trộn bột kim loại. ....................................................... 43 Hình 3.13: Thông số dây đai ................................................................................... 47 Hình 3.14: Đai được chọn ....................................................................................... 48 Hình 3.15: Sơ đồ lực của trục. ................................................................................. 48 Hình 3.16: Biểu đồ mô men ..................................................................................... 50 Hình 3.17: Gối đỡ trục bạc đạn T10. ....................................................................... 53 Hình 3.18: Sơ đồ phân bố lực. ................................................................................. 59 Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển. ................................................................. 586 Hình 4.2: STM32F103C8T6. ................................................................................. 597 Hình 4.3: Nút nhấn. ................................................................................................. 59 Hình 4.4: Module Relay 5V. ................................................................................... 60 Hình 4.5: Motor Tamagawa Seiki – DC 24V. ......................................................... 59 Hình 4.6: Trục truyền động motor. .......................................................................... 59 Hình 4.7: Module điều khiển tốc độ động cơ DC PWM 8A 720W ........................ 60 Hình 4.8: Màn hình Oled SSD1306......................................................................... 61 Hình 4.9: Nguồn xung 24V – 10A. ......................................................................... 62 Hình 4.10: Adapter 5V – 1A. .................................................................................. 62 Hình 4.11: Sơ đồ mạch điện. ................................................................................... 63

Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch điện. ................................................. 64 Hình 4.13: Sơ đồ đấu dây. ....................................................................................... 65 Hình 5.1: Bước đầu lắp khung. .............................................................................. 686 Hình 5.2: Khung thành hình hộp. .......................................................................... 697 Hình 5.3: Cân chỉnh vuông góc tại các điểm nối. ................................................... 69 Hình 5.4: Lắp mica đỡ trục. ..................................................................................... 70 Hình 5.5: Quá trình lắp trục vào gối đỡ. .................................................................. 71 Hình 5.6: Cân chỉnh khoảng cách trục. ................................................................... 70 Hình 5.7: Lắp Motor và mạch điện. ......................................................................... 70 Hình 5.8: Lắp khung trộn . ...................................................................................... 71 Hình 5.9: Máy trộn hoàn chỉnh. ............................................................................... 71 Hình 5.10: Chà nhám trục làm việc. ........................................................................ 72 Hình 5.11: Kết quả sau khi chà nhám lại. ................................................................ 73 Hình 5.12: Càng chữ C. ........................................................................................... 73 Hình 5.13: Khung trộn bằng mica. .......................................................................... 74 Hình 5.14: Khung trộn bằng Inox. ........................................................................... 74 Hình 5.15: Bột Propylene. ....................................................................................... 75 Hình 5.16: Tinh bột sắt. ........................................................................................... 76 Hình 5.17: Bột sắt đỏ. .............................................................................................. 76 Hình 5.18: Sáp Parafin còn nguyên khối. ................................................................ 79 Hình 5.19: Sáp Parafin khi được cắt nhỏ. ................................................................ 79 Hình 5.20: Sáp Carnauba ......................................................................................... 80 Hình 5.21: Axit Stearic. ......................................................................................... 819 Hình 5.22: Hỗn hợp trộn 5 phút. .............................................................................. 80 Hình 5.23: Hỗn hợp trộn 4 phút. .............................................................................. 81 Hình 5.24: Hỗn hợp trộn 3 phút. .............................................................................. 82 Hình 5.25: Hộp đựng bột. ........................................................................................ 83 Hình 5.26: Khung trộn. ............................................................................................ 83 Hình 5.27: Bảng điều khiển. .................................................................................... 84 Hình 5.28: Khung máy trộn. .................................................................................... 85 Hình 5.29: Càng chữ C. ........................................................................................... 88 Hình 5.30: Con tán. .................................................................................................. 88 Hình 5.31: Trục. ..................................................................................................... 886 Hình 5.32: Tấm inox. ............................................................................................... 89 Hình 5.33: Khung trộn. ............................................................................................ 89 Hình 5.34: Hộp đựng kim loại. ................................................................................ 90

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CIP: Cleaning in place PET: Polyethylene terephthalate OLED: Organic light-emitting diode LCD: Liquid-crystal-display

vii

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Mã số SV: 16144160

1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy trộn bột kim loại - Chủ nhiệm đề tài: Phạm Tấn Thành - Lớp: 16144CL2 Khoa: Đào tạo chất lượng cao - Thành viên đề tài:

Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

Lê Đức Huy

16144447

16144CL2

CLC

Nguyễn Đức Khương

16144081

16144CL2

CLC

- Người hướng dẫn: ThS Phan Thế Nhân 2. Mục tiêu đề tài: - Thiết kế và chế tạo thành công máy trộn bột kim loại. 3. Tính mới và sáng tạo: - Điểm khác biệt của phương pháp luyện kim bột so với phương pháp nấu đúc truyền thống là không có quá trình nấu chảy kim loại hoặc hợp kim. - Sáng tạo là dựa theo lý thuyết của kỹ sư và nhà phát minh Paul Schatz là quỹ đạo hình Oloid để thiết kế cơ cấu trộn cơ khí. 4. Kết quả nghiên cứu: - Thông qua quá trình thiết kế chế tạo và thử nghiệm đã làm thành công máy trộn bột kim loại. 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: - Ngày nay công nghệ luyện kim bột được ứng dụng ngày càng rộng rãi để chế tạo các chi tiết máy phức tạp, những chi tiết ghép từ các vật liệu khác biệt ( kim loại-chất dẻo; kim loại thủy tinh, vv... ) , những chi tiết có độ cứng cao và nhiệt độ làm việc siêu cao trong ngành công nghiệp hạt nhân, vũ trụ. Hiện người ta cũng đã ứng dụng rất nhiều những sản phẩm của phương pháp kim loại bột trong công nghiệp và đời sống. Tuy nhiên trong quá trình làm ra chi tiết máy, kim loại bột phải được trộn đều thì chi tiết máy mới đạt yêu cầu. Nên việc nghiên cứu và chế tạo máy trộn bột kim loại góp phần quan trọng trong nền công nghiệp luyện kim bột.

viii

6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ và tên)

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay.

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đòi hỏi chế tạo các chi tiết ngày càng chính xác, tinh xảo và có nhiều tính năng mà các phương pháp chế tạo truyền thống không đáp ứng được hoặc là gặp rất nhiều khó khăn để chế tạo. Sự phát triển công nghệ vật liệu bột là một trong những công nghệ mới góp phần đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Bột kim loại được sử dụng ngày càng nhiều trong các lĩnh vực sản xuất: sản xuất các chi tiết máy, các loại dao cắt, nguyên liệu cho các ngành hóa chất, luyện kim.... Tùy theo tính chất từng kim loại và mục đích sử dụng có thể lựa chọn một số phương pháp tạo bột kim loại khác nhau: Phương pháp hoàn nguyên; Phương pháp phun; Phương pháp cơ học; Phương pháp bốc hơi và ngưng tụ; Phương pháp điện phân. Kim loại bột trên cơ sở các chất vô cơ đã có từ lâu và là cơ sở để sản xuất các loại vật liệu vô cơ trong công nghiệp. Chúng ta chỉ xét về vật liệu kim loại và hợp kim bột. Khác với các vật liệu kim loại và hợp kim được chế tạo theo phương pháp truyền thống là nấu chảy và đúc khuôn, vật liệu kim loại bột được chế tạo trên cơ sở các bột kim loại theo quy trình như trình bày trong (Hình 1.1).

Hình 1.1: Quy trình chế tạo vật liệu bột

Phương pháp này còn được gọi là phương pháp luyện kim bột[1]. Điểm khác biệt của phương pháp luyện kim bột so với phương pháp nấu đúc truyền thống là không có quá trình nấu chảy kim loại hoặc hợp kim. Các loại kim loại và hợp kim dạng bột sau khi được chế tạo xong được đem phối hợp với tỉ lệ thích hợp và trộn đều. Hỗn hợp sau đó được đem tạo hình thành các chi tiết có hình dạng, kích thước

và khối lượng nhất định (thường là các hình dạng đơn giản). Các chi tiết tạo hình sau đó được đem nung tới nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của cấu tử chính trong môi trường khí bảo vệ để tăng độ bền và sự liên kết của các phần tử bột. Quá trình nung này được gọi là sự thiêu kết. Sau quá trình thiêu kết, các chi tiết được đem đi gia công cơ khí hoặc các phương pháp gia công khác để tạo ra hình dạng và kích thước mong muốn. * Công nghệ vật liệu kim loại bột có một số ưu điểm sau:

- Ít hao phí vật liệu do không mất một lượng kim loại cho hệ thống rót, đậu

ngót, đậu hơi…như trong phương pháp nấu đúc truyền thống.

- Có khả năng tạo ra những loại vật liệu có tính năng khác hẳn vật liệu cùng loại bằng phương pháp đúc. Điều khác biệt này là do đặc điểm cấu trúc của vật liệu bột.

- Có khả năng tạo ra các vật liệu mà các phương pháp nấu đúc truyền thống không thể tạo ra được. Ví dụ như các hợp kim đồng – graphit, đồng – graphit – teflon, hợp kim cứng …

- Có thể điều chỉnh thành phần bột theo ý muốn với độ đồng đều rất cao sao

cho phù hợp.

- Có nhiều sản phẩm chế tạo theo phương pháp kim loại bột sẽ rẻ hơn nhiều so với phương pháp truyền thống, Cấu trúc tế vi: không xít chặt luôn có lỗ rỗng. Độ xốp thay đổi từ 2 đến vài chục % tùy theo phương pháp công nghệ và yêu cầu chế tạo sản phẩm.

- Công nghệ vật liệu bột chỉ có ưu thế khi chế tạo vật liệu chứa lỗ xốp và vật

liệu kết hợp. Tuy nhiên, công nghệ vật liệu bột cũng có một số nhược điểm sau: Khả năng sản xuất hàng khối, loạt lớn không bằng phương pháp nấu đúc truyền thống, chỉ áp dụng cho các chi tiết nhỏ và vừa.

Vật liệu kim loại bột có độ bền thấp hơn vật liệu truyền thống do trong tổ chức có nhiều lỗ xốp và màng oxit trên biên giới hạt. Độ xốp và màng oxit trên biên giới hạt là nguyên nhân làm cho vật liệu bột có độ bền thấp hơn và tính dòn cao hơn so với vật liệu cùng loại chế tạo bằng phương pháp nấu đúc.

Một đặc điểm của vật liệu bột cần lưu ý là trong chúng lúc nào cũng có lỗ xốp.

Lỗ xốp có thể ảnh hưởng có lợi hay có hại tuỳ theo ứng dụng của chi tiết.

Những ứng dụng của phương pháp kim loại bột: Người ta dùng phương pháp

kim loại bột để chế tạo:

- Hợp kim cứng: để sản xuất vật liệu cắt gọt có tính chịu nóng cao tới 1000 độ C, tốc độ cắt đến hàng trăm m/ph. Loại này sử dụng bột WC, TiC, TaC và một lượng nhỏ coban làm chất kết dính. Có thể dùng một, hai hoặc ba cacbit và tương ứng sẽ có hợp kim cứng một, hai hoặc ba cacbit. Ví dụ, loại một cacbit WCCo15; loại hai cacbit WCTiC14Co8, loại ba cacbit WCTiC4TaC3Co12.

- Vật liệu làm đĩa cắt: dùng các vật liệu siêu cứng như kim cương nhân tạo hoặc nitrit bo BN. Chất kết dính là bột B, Be hoặc Si. Ép nóng dưới áp lực và nhiệt độ cao hoặc rất cao tùy thuộc yêu cầu công nghệ.

- Vật liệu mài: dùng bột SiC, chất kết dính là nhựa hữu cơ hay gốm thủy tinh. - Vật liệu kết cấu trên cơ sở nhôm và hợp kim nhôm (SAP; SAAP) hoặc trên

cơ sở sắt và thép, hoặc trên cơ sở đồng và hợp kim đồng.

- Chế tạo thép gió theo phương pháp kim loại bột có thể tạo ra mác thép gió hợp kim hóa cao và dụng cụ có hình dạng phức tạp. Độ bền cao hơn so với phương pháp cổ điển 1,5 - 3 lần.

- Bạc xốp tự bôi trơn: dùng bột đồng hoặc sắt và một lượng nhỏ grafit. Người ta chế tạo bạc có độ xốp 10-25% và cho thấm dầu nhớt trong chân không ở nhiệt động khoảng 70 độ C

- Chế tạo vật liệu ghép từ những vật liệu có tính chất khác biệt, một số loại vật

liệu mới.

1.2 Phân loại máy trộn theo thùng chứa chuyển động và thùng chứa tĩnh:

1.2.1 Máy trộn có thùng chứa tĩnh: Máy trộn nhựa nằm ngang[2] có kiểu dáng và kích thước nhỏ gọn hơn máy trộn đứng (Hình 1.2). Đây là loại máy trộn nhựa tốc độ thấp, thường được dùng để trộn bột màu với nhựa, làm khô và nhuộm các nguyên liệu nhựa PVC, PE, PP,…

Máy trộn nhựa nằm ngang có thể trộn được các loại nhựa, hạt nhựa có màu khác nhau để tạo ra sản phẩm nhựa màu hoặc hỗn hợp nhựa theo nhu cầu sản xuất. Máy được sử dụng rất phổ biến nhờ khả năng trộn đều, cho thành phẩm chất lượng. Nhưng giá thành của máy trộn nhựa nằm ngang lại khá cao do motor cần loại rất lớn để có thể trộn được nguyên liệu. Việc cho nguyên liệu vào máy trộn nhựa nằm ngang cũng dễ dàng hơn so với máy trộn đứng.

Hình 1.2: Máy trộn nhựa nằm ngang

● Hiệu ứng trộn tốt, hoàn toàn tự động. Trộn nguyên liệu rất đều, tỷ lệ trộn đạt

*Ưu điểm:

● Công suất trộn cao, có thể từ 50kg – 5 tấn/mẻ. ● Độ bền của máy trộn nhựa nằm ngang rất cao. ● Có thể sử dụng cho cả nguyên liệu khô và nguyên liệu ướt. Máy trộn nhựa nằm ngang chính là công cụ lý tưởng để giúp quá trình sản xuất nhựa tấm, tủ nhựa, ống nhựa đơn giản hơn.

● Có động cơ giảm tốc giúp hạn chế tiếng ồn, máy hoạt động ổn định, êm ái,

80 – 95%, cho thành phẩm nhựa có độ bền và chất lượng cao.

● Tháo lắp, bảo dưỡng, vệ sinh máy trộn đơn giản. ● Giúp tăng năng suất từ 4-5 lần so với cách trộn thủ công trước đây. ● Không có góc chết khi trộn. ● Hạn chế tối đa việc nguyên liệu bị lắng đọng bên dưới đáy thùng.

không bị rung lắc mạnh.

● Nạp liệu khó.

*Nhược điểm:

● Nếu đổ nguyên liệu quá đầy sẽ tạo áp lực lên cánh xoắn. ● Không tạo được cưỡng bức trong quá trình trộn.

1.2.2. Máy trộn có thùng động: *Máy trộn chữ V

Hình 1.3: Máy trộn bột chữ V.

Máy trộn chữ V như (Hình 1.3) với các đặc điểm, ứng dụng và chi tiết như

sau: [3] a. Đặc điểm của máy trộn bột chữ V: - Đây là thiết bị được sử dụng để trộn đều các loại nguyên liệu dạng bột cùng với van xả kín tránh tràn bụi với cấu trúc thùng trộn độc đáo, khả năng trộn hiệu quả, không tồn tại góc chết, nguyên liệu được trộn một cách đồng đều.

- Máy được làm hoàn toàn từ thép không gỉ 304, chống hoen rỉ, không thôi nhiễm chất độc. Hai mặt trong và ngoài của máy được đánh bóng, bằng phẳng, dễ dàng vệ sinh.

- Ngoài ra, thiết bị trộn bột kim loại hình chữ V này còn được trang bị thiết bị đo

thời gian, giúp bạn có thể kiểm soát thời gian trộn nguyên liệu dễ dàng hơn.

- Động cơ trộn và bộ giảm tốc được kết nối bằng dây đai. Khi khởi động máy, động

cơ bắt đầu hoạt động, bộ giảm tốc làm việc cùng một lúc.

- Bộ giảm tốc quay và khớp nối có chức năng làm cho thùng chứa quay liên tục, dẫn

nguyên vật liệu di chuyển xung quanh thùng và trộn đều với nhau.

b. Ứng dụng:

- Cấu trúc nhỏ gọn, vận hành đơn giản và bảo trì thuận tiện. - Chất liệu máy hoàn toàn từ thép không rỉ, không thôi nhiễm chất độc tới

Máy trộn bột được sử dụng để trộn các loại nguyên liệu dạng bột hoặc dạng hạt với nhau thuộc ngành dược phẩm, công nghiệp hóa chất, thực phẩm,…. Nguyên vật liệu trong thùng trộn có thể di chuyển đều, không bị phá vỡ hình dạng cơ bản; do đó, máy có thể sử dụng cho các vật liệu dạng hạt dễ vỡ, dễ mài mòn, bột mịn hoặc nguyên liệu khối có độ ẩm nhất định. c. Ưu điểm của máy trộn bột hóa chất, thực phẩm…

- Máy sử dụng thùng trộn không đối xứng hình chữ V, không có góc chết, không

nguyên liệu, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

- Chạy ổn định, tiếng ồn thấp. - Được trang bị một thiết bị đo thời gian với chức năng đặt thời gian trộn và

tích nguyên liệu, tốc độ cao, thời gian trộn ngắn và hiệu quả trộn đồng đều cao.

ngừng một cách tự động.

*Máy trộn lập phương

Hình 1.4: Máy trộn lập phương.

Hình 1.3: Máy trộn chữ V 21

Máy trộn lập phương như (Hình 1.4) với các đặc điểm, ứng dụng và chi tiết như sau: [4] a. Nguyên lý hoạt động của máy trộn bột công nghiệp lập phương.

Thông qua cửa nạp liệu ở phần trên bồn, nguyên liệu được xả vào bồn trộn của máy. Sau khi khởi động và cài đặt các thông số cần thiết, thùng trộn sẽ quay quanh trục cố định giúp nguyên liệu được di chuyển đều xung quanh thành thùng. Nguyên vật liệu được nhào lộn và va đập và các cạnh phụ trong một khoảng thời gian nhất định, tạo nên một hỗn hợp đồng nhất. Thành phẩm sẽ được xả qua van gắn ở phần dưới thùng trộn. Ngoài ra, máy được trang bị một lan can bảo vệ, tăng sự an toàn cho người sử dụng. b. Ưu điểm chính của máy trộn lập phương.

Hình 1.4: Máy trộn lập phương

Thân chính của máy gồm bệ đỡ và thùng trộn hình lập phương. Tủ điện điều khiển máy được thiết kế tích hợp với thân máy, hệ thống nút đảm bảo cho người sử dụng dễ dàng cho việc điều khiển. Thời gian trộn có thể tùy chỉnh từ 5 - 20 phút hoặc tùy thuộc vào nguyên liệu. Phần bên trong thùng trộn được gắn một trục xoay, giúp loại bỏ góc chết trong lúc trộn, đảm bảo nguyên liệu được trộn lẫn 1 cách hoàn hảo nhất. Tất cả các bộ phận của máy đều được làm từ inox 304. Bộ phận truyền động được bảo vệ tránh tiếp xúc và tách biệt hoàn toàn, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Với chất liệu này, quá trình làm sạch diễn ra hoàn toàn dễ dàng bằng tay hoặc tự động với hệ thống CIP. Cửa xả và nạp liệu có khóa an toàn, đảm bảo độ kín khi đang trong quá trình vận hành, ngăn tình trạng nguyên liệu thoát ra. Trong quá trình hoạt động, khi lan can an toàn được mở ra thì máy sẽ tự động dừng hoạt động để đảm bảo an toàn cho người sử dụng. * Máy trộn Inversina [5]. Bộ trộn thủ công Inversina (Hình 1.4) hoạt động bằng cách xoay một thùng trộn dọc theo con đường hình học oloid thông qua một tay quay quay thủ công. Oloid là một chất rắn hình khối được nhà toán học người Đức Paul Schatz bắt nguồn từ năm 1929, cuộn nghiêng của hình học oloid 3 chiều là nơi chuyển động khuấy / trộn bắt nguồn từ. 1 Máy trộn đi kèm với hai bình trộn hình trụ làm bằng nhựa PET và với dung tích thể tích lần lượt là 1,5 L và 2,0 L. Thùng được bảo đảm cho máy trộn với hai dây cao su. Ngoài ra, các bình trộn có kích thước khác có thể được sử dụng bằng cách chèn chổi có thể bảo đảm bình thay thế trong lồng trộn. Bộ trộn có thể được gắn chặt vào cạnh bàn thông qua kẹp C được cung cấp. Nhà cung cấp Chế độ hoạt động được khuyến nghị cho nhà trộn là xoay tay cầm với tốc độ 192 vòng / phút trong 3, 5, 10, 15 hoặc 25 phút cho khối lượng thùng chứa không vượt quá 66% tổng công suất.

Hình 1.5: Máy trộn Inversina.

* Thiết bị trộn nhào lộn và không nhào lộn. a.Thiết bị trộn tạo sự nhào lộn:

Với thiết bị trộn loại này các hỗn hợp chất rắn được trộn bởi các tác động nhào lộn tạo ra do sự quay của thùng chứa. Các thiết bị trộn kiểu nhào lộn chỉ thích hợp để trộn các hỗn hợp chất rắn có các thông số vật lý tương tự và có khả năng chảy tự do. Thiết bị trộn loại này thường được sử dụng để trộn các loại hạt khô. b. Các thiết bị trộn không tạo chuyển động nhào lộn (không phân lập).

Các thiết bị trộn loại này không tạo sự nhào lộn của nguyên liệu trong quá trình trộn, vì vậy không tạo sự phân lập liên tục như các loại thiết bị trên. Các thiết bị không tạo chuyển động nhào lộn gồm những loại chính như: thiết bị trộn cao tốc, thiết bị trộn có cánh trộn dạng dải xoắn, thiết bị trộn hành tinh. Loại thiết bị trộn này tạo lực chia cắt lớn, thích hợp để trộn các hỗn hợp có khả năng kết dính lớn. Chúng thường được sử dụng để nhào trộn các khối hạt ẩm trong quá trình tạo hạt.

c.Yêu cầu về thiết bị trộn: Các thiết bị trộn cần thỏa mãn:

- Khối bột cần trộn có thể được dàn trải ra thích hợp và không chiếm quá 60%

thể tích thiết bị.

- Các tiểu phân có thể dịch chuyển theo cả ba hướng.

- Lực chia cắt thích hợp để có thể tránh sự kết tập các tiểu phân, nhưng mặt khác phải không được có các lực ly tâm để làm phân tách các tiểu phân do sự khác nhau về khối lượng.

- Các lực trộn không được gây ra sự gãy vỡ các tiểu phân vì vậy tránh được sự

phân tách không đều, do sự khác nhau về kích thước tiểu phân.

- Quá trình trộn nên được dừng đột ngột, giảm từ từ các lực trong một hướng có

thế gây ra sự phân lập.

- Trong công nghiệp bào chế hiện nay, thiết bị trộn có thể phân thành hai loại:

+ Thiết bị trộn có thùng chứa chuyển động (thiết bị trộn tạo ra sự nhào

lộn).

+ Thiết bị trộn có thùng chứa tĩnh và các cánh trộn chuyển động.

Nói tóm lại, nhào trộn nhằm mục đích tạo sự phân bố ngẫu nhiên của các tiểu

phân do chuyển động tương đối của các tiểu phân này so với tiểu phân khác. Máy trộn nhào lộn tối ưu hơn cho ngành bột kim loại và đặc biệt là trong công nghệ tạo hình chi tiết cơ khí nhỏ có độ chính xác cao mà không dùng đến phương pháp đúc thông thường. Đồng thời máy trộn chữ V và máy trộn Lập phương có kích thước to, chi phí đầu tư cao. Trong khi đó máy trộn Oloid có kích thước khá nhỏ, thích hợp cho việc trộn với lượng bột nhỏ, chuyển động 3 chiều bất thường và nhanh chóng tạo ra một chất đồng nhất bất kể trọng lượng các chất được trộn làm cho nó thành một máy trộn lý tưởng và là điều kiện cho nhóm thiết kế và chế tạo máy trộn Oloid dựa trên hình ảnh có được từ công ty Bioengineering AG, Thụy Sĩ đã nghiên cứu thành công[6].

Hình 1.6: Máy trộn Oloid do Bioengineering AG sản xuất

1.3 Tính cấp thiết của đề tài. Ngày nay công nghệ luyện kim bột được ứng dụng ngày càng rộng rãi để chế tạo các chi tiết máy phức tạp, những chi tiết ghép từ các vật liệu khác biệt ( kim loại- chất dẻo; kim loại thủy tinh, vv... ) , những chi tiết có độ cứng cao và nhiệt độ làm việc siêu cao trong ngành công nghiệp hạt nhân, vũ trụ. Hiện người ta cũng đã ứng dụng rất nhiều những sản phẩm của phương pháp kim loại bột trong công nghiệp và đời sống. Tuy nhiên trong quá trình làm ra chi tiết máy, kim loại bột phải được trộn đều thì chi tiết máy mới đạt yêu cầu. Rất nhiều chi tiết, vật liệu được chế tạo theo phương pháp kim loại bột. Đây cũng là lĩnh vực đầu tư có triển vọng.

1.4 Mục tiêu đề tài

“THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY TRỘN KIM LOẠI BỘT” với yêu cầu đặc ra là trộn được 100g kim loại bột nhằm hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động, nguyên lý, ... và muốn đem sản phẩm của nhóm để ứng dụng vào trong sản xuất công nghiệp cũng như sự phát triển công nghệ của đất nước.

1.5 Nhiệm vụ đề tài

- Thiết kế và chế tạo máy trộn bột kim loại. Trong đó máy có khả năng điều khiển được tốc độ quay và cài đặt được thời gian. - Thử nghiệm và đánh giá kết quả.

1.6 Công nghệ sử dụng máy trộn.

*Phương pháp ép bột.

Trong phương pháp này, bột kim loại được ép trong một hệ thống bao gồm các

chày ép và khuôn ép (Hình 1.7).

Trong ép một chiều, lực ép tác dụng vào chày trên và thực hiện công tác nén bột trong lòng khuôn ép, trong khi chày dưới được giữ cố định trong quá trình ép. Sau khi ép xong mới tác dụng lực đẩy chày dưới lên để tháo sản phẩm ép ra khỏi khuôn.

Phương pháp ép thường áp dụng cho các chi tiết đơn giản, các loại ống như bạc

trượt, hợp kim cứng…

Để tăng mật độ của sản phẩm ép hoặc giảm lực ép người ta có thể kết hợp ép với rung. Dưới tác dụng của sự rung động, mật độ của phôi ép tăng lên hoặc mật độ không tăng nhưng lực ép cần tạo ra nhỏ hơn khi không tác dụng rung.

Người ta có thể kết hợp ép bột với nung nóng chi tiết cùng lúc gọi là quá trình ép nóng. Đây là dạng kết hợp của quá trình tạo hình và quá trình thiêu kết. Sản phẩm ép nóng có độ sít chặt rất cao, có thế đạt được chi tiết có độ sít chặt gần bằng 100%.

Hình 1.7: Sơ đồ ép một chiều

a) Cho bột vào khuôn; b) Ép; c) Lấy phôi.

Bố cục đề tài Đề tài sẽ được trình bày trong 11 chương: Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Thiết kế cơ khí. Chương 4: Sơ đồ nguyên lý mạch điện và lựa chọn thiết bị. Chương 5: Lắp ráp thử nghiệm. Chương 6: Kết luận và kiến nghị

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2:

2.1 Nguyên lý Paul Schatz [7].

2.1.1. Hình khối và nghịch đảo.

Năm 1929, kỹ sư và nhà phát minh Paul Schatz đã phát hiện ra một cấu tạo hình học mới và chưa được biết đến loại chuyển động: ông mổ xẻ một khối theo một cách nhất định thành ba phần, kiểm tra tính di động của phần giữa của cấu tạo (màu xanh đỏ trong Hình 2.1) và quan sát hình dạng của chuyển động. bên trong sau đây, điều này được giải thích từng bước:

• Chia một khối lập phương thành 3 phần đặc biệt. Phần giữa (màu xanh đỏ trong Hình 2.1) là cái gọi là "xúc xắc vành đai ", một vòng gồm 6 thành viên đồng nhất, tứ diện đối xứng gương.

• Hai phần còn lại (màu đỏ cam trong Hình 2.1) được gọi là "thân thanh" và

giống hệt với lẫn nhau.

• Cả ba phần cấu tạo có cùng một thể tích. • Lấy đai xúc xắc, giữ nó để bạn có thể xâm nhập nó vô tận vào chính giữa

tâm và khám phá.

Hình 2.1: Phần bằng nhau của một khối lập phương.

2.1.2. Đảo ngược và Oloid.

- Trong quá trình đảo ngược hoàn toàn vành đai hình khối, một Oloid được rút ra trong không gian từ mỗi trong số bốn đường chéo khối. Chiều dài của đường chéo luôn được bảo tồn.

- Bằng cách giữ một trong sáu tứ diện của vành đai khối và quan sát đường đi ngược lại của nó đường chéo (đường trắng trong Hình 2.2), bề mặt được bao phủ bởi nó là một Oloid.

- Một Oloid cũng có thể được sử dụng như một hình thức bao gồm hai vòng tròn vuông góc, trong đó chu vi của một vòng tròn đi qua tâm của vòng tròn khác (Hình 2.1).

Hình 2.2: Hình dung về sự hình thành hình dạng của OLOID trong quá trình đảo ngược .

2.1.3. Theo toán học. [21] - Bề mặt của một quả bóng có bán kính r và bề mặt của Oloid có cùng bán kính r (ba lần trong Oloid(Hình 2.3) giống hệt nhau: A = 4πr 2. - Thể tích của một hình cầu là V = (4/3) πr 3 . Kết quả này, về mặt toán học, ở mức cao nhất có thể tỷ lệ bề mặt so với thể tích: A / V = 3 / r. - Thể tích của một Oloid không thể được tính toán chính xác nhưng xấp xỉ với V = 3.0524 * r 3. Điều này dẫn đến tỷ lệ xấp xỉ A / V = 4/3 π / r.

Hình 2.3: Mô tả toán học của OLOID.

2.1.4 Sự chuyển động.

Trong vật lý, tịnh tiến và xoay là hai dạng chuyển động được công nhận tiêu chuẩn. Các quá trình chuyển động của vành đai khối được mô tả trong phần trước theo sau ba chiều, nằm trong không gian '8' và do đó mở ra một hình thức chuyển động thứ ba là nguyên lý trong vật lý: chuyển động đảo ngược(Hình 2.4).

Hình 2.4: Trực quan hóa chuyển động đảo ngược trong không gian.

2.1.5 Bề mặt không kiểm soát của Oloid với các khối hình khác.

Trong phần này, bốn dạng hình học được ứng dụng cho bề mặt thay đổi của chúng: Một hình cầu, một Oloid, một khối lập phương và một hình trụ được so sánh về khối lượng, bề mặt và cán bề mặt. Ở đây, bán kính hoặc chiều dài cạnh được cố định, trong trường hợp hình trụ phù hợp với chiều cao. Bán kính của hình cầu, hình trụ và Oloid được ngẫu nhiên thành 2 mà không chỉ định đơn vị. Các chiều dài cạnh (chiều cao hình trụ) được đặt thành 4, sao cho các bề mặt chiếu của Oloid, khối lập phương và hình trụ có cùng kích thước. Điều này được thể hiện trong hình dưới đây. Bảng 2.1: Bề mặt không kiểm soát của Oloid so với các khối hình. Lập phương Hình cầu Hình trụ Oloid

R= 2 D= 4 Biên dạng không kiểm soát

Từ trên xuống

Từ một bên

Từ dưới lên

Bảng sau đây tóm tắt khối lượng, hình dạng bề mặt, bề mặt không kiểm soát và hệ số của nó (tỷ lệ bề mặt / bề mặt không kiểm soát). Đối với tất cả các tham số là các đơn vị SI được đưa ra. Bảng 2.2: Tỉ lệ bề mặt không kiểm soát.

Hình cầu 2,00 Oloid 2,00 Lập phương Hình trụ 2,00

4,00

33,51 24,40 64,00 50,27

50,27 50,27 96,00 75,40

50,27 64,00 50,27

12,57

4 1 1,5 1,5 Tham số Bán kính r(m) Độ dài cạnh a(m) Chiều cao h(m) Thể tích V(m3) Diện tích S(m2) Diện tích không kiểm soát S(m2) Chu vi Không kiểm soát bề mặt

Có thể thấy rõ rằng OLOID không kiểm soát với toàn bộ bề mặt của nó, do đó hệ số 1. Đối với khối lập phương và hình trụ, rõ ràng là luôn có các bề mặt, không liên quan đến việc không điều khiển, do đó các hệ số 1.5. Hệ số cho bóng phải được xử lý một cách thận trọng, vì chu vi và một bề mặt thật được sử dụng để tính toán. 2.2 Tiến hành chế tạo máy trộn kim loại bột.

2.2.1 Giới thiệu.

Máy trộn kim loại bột (Hình 2.5) được dùng để trộn các nguyên liệu hạt dạng nhỏ, khối hay các nguyên liệu có chứa các hạt nhất định thuộc ngành dược phẩm, thực phẩm, kim loại, hóa chất và các ngành công nghiệp khác. Đối với các hỗn hợp thể tích nhỏ đến trung bình, có thể dao động từ khoảng 1g đến 100g bột kim loại, người ta đã nghiên cứu ra máy trộn kim loại bột để giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho việc trộn bột kim loại. Hơn nữa, máy trộn sử dụng biên dạng trộn Oloid giúp cho bột được trộn đều. Cấu trúc máy được thiết kế rất đặc biệt, có chức năng trộn đều các loại bột kim loại.

Hình 2.5: Máy trộn kim loại bột.

2.2.2 Cơ sở lý thuyết máy trộn kim loại bột.

Máy trộn kim loại bột có chuyển động trộn 3 chiều bất đẳng hướng giúp bột kim loại được trộn nhanh chóng và hiệu quả tạo ra một hỗn hợp bột kim loại đều. Điều này làm cho nó một máy trộn bột lý tưởng.Máy trộn kim loại bột hoạt động bằng cách xoay một thùng trộn dọc theo con đường hình học oloid (Hình 2.2). Oloid là một biên dạng hình học được bắt nguồn bởi nhà toán học người Đức Paul Schatz vào năm 1929, cuộn nghiêng của hình học oloid 3 chiều bất đẳng hướng là nơi chuyển động xoay / lắc [8]. Máy trộn đi kèm với hai bình trộn hình trụ làm bằng nhựa PET và với dung tích thể tích 300ml. Máy trộn sử dụng bộ truyền đai để cung cấp momen cho trục. Bộ trộn có thể được gắn chặt vào cạnh bàn thông qua kẹp C. Máy có khả năng quay được 192 vòng / phút và trong 60 phút cho khối lượng thùng chứa không vượt quá 66% tổng thể tích bình.

2.2.3 Cấu tạo máy trộn kim loại bột.

1 2

Hình 2.6: Máy trộn bột 3 phương.

⮚ Chú thích:

1. Nguồn của máy. 2. Động cơ một chiều. 3. Khung đỡ hộp. 4. Càng chữ C. 5. Bộ điều khiển máy.

Cấu tạo máy trộn kim loại bột: - Máy có hộp trộn với khối lượng bột 100g. - Có thiết bị đo thời gian giúp kiểm soát việc pha trộn nguyên liệu cũng như có thể

tùy chỉnh sao cho phù hợp với loại nguyên liệu cần trộn.

- Mô tơ công suất mạnh được truyền qua hộp số giảm tốc giúp máy vận hành tốt, tiếng ồn thấp và hoạt động liên tục mà không bị gián đoạn làm giảm năng suất hoạt động của cơ sở sản xuất.

2.2.4 Đặc điểm máy trộn kim loại bột.

- Cấu trúc máy trộn bột có chuyển động xoay/lắc 3 phương giúp cho bột đựng trong hộp được trộn đều các loại nguyên liệu. Có cơ cấu chạy theo biên dạng Oloid với bộ khung được làm từ thép không gỉ.

- Trên bộ khung chứa hộp đựng bột có cửa để lắp nguyên liệu cần trộn. Sau khi trộn, xoay van nằm dưới đáy bồn để lấy thành phẩm. Bạn có thể điều chỉnh lượng bột theo số lượng mà mình cần tới.

- Trong quá trình trộn, hộp chứa hoạt động xoay vòng theo biên dạng Oloid, giúp cho nguyên liệu bột kim loại được trộn lẫn vào nhau. Quá trình này lặp đi lặp lại nhiều lần, theo chu kỳ được cài đặt sẵn nên hiệu quả sẽ đạt được tối đa, bột được phân tán và chuyển động đều, hòa lẫn vào nhau một cách đồng nhất. Nhờ cấu tạo đặc trưng của máy và quay theo biên dạng Oloid nên trong suốt quá trình trộn cũng như sau khi hoàn thành phẩm, nguyên liệu sẽ được trộn đều. - Máy được tích hợp thêm khả năng điều chỉnh tốc độ và cài đặt thời gian trộn.

THIẾT KẾ CƠ KHÍ

CHƯƠNG 3:

3.1 Nguyên lý hoạt động máy trộn kim loại bột.

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy trộn kim loại bột. - Sơ đồ nguyên lý chi tiết của máy trộn kim loại bột (Hình 3.1).

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy

Chú thích:

- Động cơ (1): giúp tạo ra chuyển động quay các cơ cấu chấp hành. - Đai hình thang (2): dẫn động quay từ động cơ vào trục. - Buli (3): giúp thay đổi tỷ số truyền giữa động cơ và cơ cấu chấp hành. - Gối đỡ trục (4): cố định trục, chịu tác động lực từ bộ truyền đai. - Trục làm việc (5): Truyền động lên thùng trộn.

3.1.2 Nguyên lý hoạt động máy trộn kim loại bột.

Khi cấp nguồn cho động cơ, sẽ tạo ra momen lực tác động lên trục làm cho trục xoay. Trục chính của động cơ sẽ truyền động cho trục tại vị trí số 4 như hình 3.1 thông qua bộ truyền đai thang gồm hai puli và một dây đai thang. Trục 4 xoay cùng chiều với trục động cơ truyền động cho trục số 5 thông qua cơ cấu thùng trộn chuyển động với biên dạng hình học là Oloid ngược chiều xoay của trục 4 và cả động cơ. 3.1.3 Lược đồ khâu và bản lề của máy trộn kim loại bột. [9]

Hình 3.2: Lược đồ khâu.

3.2 Tính toán khung trộn và trục làm việc.

3.2.1 Thể tích khung trộn. *Các thông số ban đầu cần có để có tỉ lệ khung trộn hợp lý. - Nguyên liệu đầu vào chính [10]:

● Đồng: 8,96 g/cm3 ● Sắt: 7,874 g/cm3 - Các chất phụ gia khác: ● Propilen: 1,74 g/cm3 ● Paraffin: 0,9 g/cm3 ● Carnauba: 0,97 g/cm3 ● Axit axetic: 1,05 g/cm3

thỏa điều kiện Vhộp > Vbột. (3.2)

(3.1)

Trong đó 80% - 90% hỗn hợp là sắt hoặc đồng. Yêu cầu nguyên liệu đầu vào: 100g bột ⇨ Công thức tính thể tích bột là: Vbột = 80. 1/7,874 + 20. 1/9 = 32,382 𝑐𝑚3 Từ thể tích Vbột =32,382 cm3 ta thiết kế hộp đựng bột gần gấp 3 lần để có không gian trộn đảo như (Hình 3.3). Vhộp = 𝜋. 212. 62 = 94273 𝑚𝑚3 = 94,3 cm3

Hình 3.3: Bản vẽ hộp chứa bột kim loại.

Tính chiều cao khung trộn:

Theo (Hình 3.4) ta có: r = 66 + 2 + 2 = 70 (cm) (3.3)

Hình 3.4: Mô tả cơ sở tính toán chiều cao khung chứa hộp bột.

1: Khung đựng hộp bột. 2: Càng chữ C. 3: Trục. 4: Mối lắp. 5: Hộp bột.

*Chú thích:

- Thiết kế khung làm việc chính (Hình 3.3).

Hình 3.5: Khung trộn.

3.2.2 Tính khoảng cách trục. Theo quỹ đạo hình học của Oloid (Hình 3.4):

Hình 3.6: Mô tả toán học của Oloid.

Dạng mô phỏng 3D thực tế của Oloid (Hình 3.5):

Hình 3.7: Mô hình 3D của dạng hình học Oloid.

Theo (Hình 3.4) ta có khoảng cách trục là: Với R = 70 mm Áp dụng định lí Pytago trong tam giác vuông ∆𝐴𝐵𝐶 AC2 = AB2 + BC2 (3.4)

 AB = √(𝐴𝐷 + 𝐷𝐶)2 − 𝐵𝐶2

 AB = √4. 𝑅2 − 𝑅2 Thay R = 70 mm và phương trình ta được: AB = 120,5 mm Vậy ta đã có được khoảng cách giữa hai tâm trục là 120,5 mm Từ đó làm tiền đề cho việc lựa chọn động cơ, thiết kế khung máy một cách hợp lý nhất.

3.2.3 Thiết kế khung máy dựa theo kích thước khung trộn.

- Thiết kế khung máy theo kích thước khung trộn với vật liệu chính là nhôm định hình theo tiêu chuẩn (Hình 3.6). - Theo kích thước đã thiết kế, nếu chúng ta dung khung sắt hàn đấu lại với nhau sẽ dẫn đến việc trọng lượng khung máy quá nặng. Đồng thời gây khó khăn cho việc tháo lắp và di dời máy trộn.

Hình 3.8: Bản vẽ khung máy

3.2.4 Thiết kế bản lắp mạch điều khiển và nút nhấn. - Dựa và khung máy ta có bản thiết kế bảng Mica lắp mạch điều khiển và nút nhấn (Hình 3.7).

Hình 3.9: Bảng lắp mạch điều khiển và nút nhấn.

3.2.5 Thiết kế càng lắc.

Sau khi có đường kính của khung trộn ta có thể thiết kế càng lắc theo kích thước của khung trộn. Sử dụng công nghệ in 3D tiến hành gia công càng lắc giúp cho việc gia công nhanh chóng nhưng vẫn đảm bảo kích thước và độ cứng vững (Hình 3.8).

Hình 3.10: Bản vẽ thiết kế càng lắc.

3.2.6 Thiết kế trục làm việc. - Ta có khoảng cách giữa hai tấm đỡ là 73 mm - Khoảng cách từ Mica chắn trong đến mặt ngoài của khung máy là 200 mm - Ta chọn chiều dài trục phải lớn hơn 200mm nên chọn trục dài 320 mm. Tại vị trí lắp gối đỡ phải gia công them các rãnh chặn để lắp vòng chặn giữ trục không di chuyển (Hình 3.9).

Hình 3.11: Bảng vẽ trục làm việc

3.2.7 Bảng vẽ lắp hoàn chỉnh.

Bảng vẽ lắp hoàn chỉnh giúp thấy được sự thích hợp giữa các mối lắp và kích thước thiết kế ban đầu mà nhóm đã tính toán và thiết kế theo sản phẩm đã được nghiên cứu và phát triển bởi công ty Bioengineering AG, Thụy Sĩ sản xuất(Hình 3.10).

Hình 3.12: Bảng vẽ lắp máy trộn bột kim loại.

3.3 Tính các thông số đai và động cơ [11].

3.3.1 Lựa chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền. a. Chọn động cơ.

- Lực vòng trên xích tải: - Nt = 240 v/phút tốc độ quay trục [16]. - Vận tốc đai tải: (trang 20 - [11]) (3.5)

- Chọn động cơ:

(trang 20 - [11]) (3.6)

- Ta có: (trang 19, [11]) (3.7)

Ta có:

(trang 19 - [11]) (3.8)

- Tỷ số truyền:

(trang 19 - [11]) (3.9)

- Chọn động cơ: TSM3102 Pđc=0.05 (kw) nđc=3000 (v/phút), hộp số có tỷ lệ 12.

- Vận tốc truyền sau hộp giảm tốc là 240(v/phút).

b. Phân phối tỉ số truyền.

Công suất của trục động cơ (trang 20 - [11]):

(3.10)

(3.11)

Momen xoắn của trục động cơ (trang 20 - [11]):

(3.12)

(3.13) Bảng 3.1: Bảng thống kê số liệu:

Trục Động cơ I

Thông số

u u=1,25

n(v/phút) 240 192

P(kW) 0,31 0,03

1193 1541

T(Nmm) 3.3.2 Chọn bộ truyền đai.

a. Chọn loại đai A (theo bảng 4.1, trang 51, [11]). b. Định đường kính bánh đai nhỏ.

Theo bảng 3.13 và bảng 3.19 chọn đường kính bánh đai dẫn d1=22. Kiểm nghiệm vận tốc đai: (trang 53 - [11]) (3.14)

c. Tính đường kính bánh đai lớn D2 - Lấy theo tiêu chuẩn curoa GT2 D2 = 28mm

- Số vòng quay thực của trục bị dẫn:

(3.15)

(3.16) (trang 53 - [11]) - Chọn khoảng cách trục A (trang 53 - [11]): A=1.5D2=1,5.28=45 mm

d. Tính chiều dài đai theo khoảng cách trục A sơ bộ.

(trang 53 - [11]) (3.17)

Lấy chiều dài đai theo tiêu chuẩn bảng tiêu chuẩn đai GT2: 333mm (theo bảng

4.13, trang 57, TL11).

e. Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn. - Ta có:

(3.18) (Công thức 4.5, trang 53, [11])

- Khoảng cách nhỏ nhất để mắc đai (trang 55 - [11]):

(3.19) Amin =A - 0,015.L=140 – 0,015.333 =135 (mm).

- Khoảng cách lớn nhất cần thiết để tạo lực căng(Công thức 4.7, trang 55, [11]):

Amax =A + 0,03.333= 150 (mm)

f. Tính góc ôm.

- Ta có:

(trang 55 - [11]) (3.20)

- Góc ôm thoả mãn điều kiện 𝛼 1 ≥ 1200

- Xác định số đai Z cần thiết:

Kđ=1 (theo bảng 4.7, trang 57, [11])

- Với 𝛼1 =135o, 𝐶𝛼=0.89 (theo bảng 4.15, trang 61, [11])

- Với l/l0=1, Cl=1 (theo bảng 4.16, trang 61, [11])

u=1 Cu=1 (theo bảng 4.17, trang 61, [11])

(trang 56 - [11]) (3.21)

Số vòng chạy của đai trong 1 giây (trang 57 - [11]):

g. Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ.

(3.22)

h. Số đai Z.

Số đai Z (trang 58 - [11]):

(3.23) Lấy số đai Z=1

i. Định các kích thước chủ yếu của đai.

- Chiều rộng đai (trang 58 - [11]) (3.24)

B= (Z-1).p+2e=(1-1).3+2.3 =6 mm - Đường kính ngoài bánh đai (trang 58 - [11]) (3.25) D= D+2ho=333+2.1,2=335,4 ho = 1,2 mm

Thông số dây đai (Hình 3.13):

- Chất liệu: Cao su - Màu sắc: đen - Diện tích tiết diện đai: A= 333 mm2, có 111 răng

Hình 3.13: Thông số dây đai

j. Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.

- Lực căng ban đầu (trang 59 - [11]):

(3.26)

- Trong đó F = qmv2 (định kỳ điều chỉnh lực căng ), với qm= 0 , 105 kg / m (trang 62 - [11]).

(3.27)

, (3.28) do đó:

. - Lực tác dụng lên trục (trang 59 - [11]):

(3,29) *Hình đai được chọn (Hình 3.14):

Hình 3.14: Đai được chọn.

3.4 Tính trục và chọn ổ lăn

=600 MPa, ứng suất xoắn cho phép.

] = (12…..20)MPa 3.4.1. Tính trục. a) Chọn vật liệu và chế tạo trục. + Ta dùng thép C45 có [ + Sơ đồ lực trong không gian (Hình 3.15):

Hình 3.15: Sơ đồ lực của trục

- Với: T1 = 1541 (N.mm), [ - Vậy:

b) Xác định thông số và chiều các lực của chi tiết máy. ]=20 Mpa.

(3.30) (trang 192 - [11])

- Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục : - Trong đó:

M1: là momen tại điểm đặt puly Fd: là lực của đai Fd=359,18 (N). RAx= RCx: là lực tác dụng lên ổ bi theo phương x. Fk: là lực tác dụng của khung trộn, Fk=1,2. Fd=431,73 (N)

Vì momen tại càng chữ C thay đổi theo thời gian, nên ta chọn momen lớn nhất tại đó bằng momen đặt tại puly M1=M2=1541(N)

- Xác định phản lực tác dụng lên gối đỡ ,Sử dụng phương trình momen và phương trình hình chiếu của các lực trong mp zOy: +Trong mặt phẳng zOy ta có:

Từ (1) và (2):

- Xác định đường kính các đoạn trục:

*Tại A: Ta có (trang 198 - [11]).

(3.30) + Đường kính trục tại tiết diện A (trang 198, [11]):

Chọn d1A = 10 (mm)

=63 (MPa) ứng với thép 45 có (3.31) đường kính trục ≤ 30(mm)

*Tại D: Ta có (trang 198 - [11]).

(3.32) + Đường kính trục tại tiết diện D (trang 198 - [11]):

(3.33)

Chọn d1D = 10 (mm) *Tại B: Ta có (trang 198 - [11]).

(3.34) + Đường kính trục tại tiết diện B (trang 198 - [11]):

(3.35)

Chọn d1B = 10 (mm) * Vì sử dụng bộ truyền đai đơn giản nên ta chọn đường kính trục =10mm - Biểu đồ momen như hình vẽ (Hình 3.15):

Hình 3.16: Biểu đồ mô men.

c) Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi và độ bền tĩnh. * Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi: - Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện (tại B)

MxB = 36814 (Nmm); MyB = 0 (Nmm0 TB = 1541 (Nmm) ; dB =10 (mm) - Ta có (trang 199 - [11]): (3.36)

Trong đó: : hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại B.

- Ta có (trang 199 - [11]): (3.37)

+ σ-1: giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng. +Với thép Cacbon 45 có σb = 600 (MPa)

(3.38) σ-1 = 0,436. σb = 0,436. 600 = 261,6 (MPa) + Đối với trục quay σm = 0 (Công thức 7.17, trang 200, [11]): σa = σmaxB = MB/WB + Ta có (Công thức 7.10, trang 198, [11]):

(3.39) + Ta có (theo bảng 7.12, trang 203, [11]) với trục có rãnh then:

WB: moment cản uốn.

- WB =

+ Ta có (theo bảng 7.13, trang 203, [11]) tra được then: b = 3 (mm); h=3(mm); t1 =1,8 (mm); t2=1,4

Vậy (trang 200 - [11]):

(3.40)

- Ta có (theo bảng 7.10 trang 200, [11]):

: hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình. = 0,05

(3.41)

- Ta có (trang 201 - [11]): + Ta có (theo bảng 7.9, trang 201, [11]): Kx=1,06 Kx:hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt

+ Ta có (theo bảng 7.10): Ky=1,06 Ky:hệ số căng bề mặt trục. + Ta có (theo bảng 7.11 trang 202, [11]), với kiểu lắp k6 và σb = 600 (MPa):

: hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng tiếp tại B:

* + Ta có (trang 201 - [11]): (3.42)

+ Khi trục quay 1 chiều: Tm =Ta =TB /2.WOB (trang 202 - [11]) + Với trục quay 1 chiều (theo bảng 7.6, trang 198, [11]):

(3.43)

+ Moment xoắn tại B : T1 = 1541 (Nmm)

(3.44)

+ Ta có (theo bảng7.7, trang 201, [11]):

(3.45)

+ Ta có (trang 201 - [11]): + Ta có (trang 201 - [11]) : Kx=1,06; Ky=1,6 + Ta có(theo bảng 7.11, trang 203,[11]),với kiểu lắp k6 và σb = 600 (MPa):

(3.46)

Như vậy,không cần phải kiểm tra về độ cứng của trục.

* Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh: (3.47) - Ta có (trang 206 - [11]) : - Tại tiết diện nguy hiểm: Mmax =36814 (Nmm); Tmax =1541(Nmm) - Ta có (trang 206 - [11]):

(3.48) - Ta có (trang 206 - [11]):

(3.49)

- Thép C45: σb = 600 (MPa); σch = 340 (MPa) - Ta có (trang 206 - [11]):

(3.50)

: trục đạt yêu cầu về độ bền tĩnh.

- Vậ y 3.4.2. Thiết kế then.

- Ta dùng then bằng đầu nón - Gia công rãnh then trên trục dùng phương pháp phay bằng dao phay ngón.

- Ta cần kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập (trang 258 - [11]) và độ bền cắt (trang 258 - [11]) với lt =1,35 d.

(3.51)

*Ta có T1=1541(Nmm) - Trên trục lắp then tại tiết diện B: dB = 10 (mm); lt ≈ 1,35 d =13,5(mm) - Ta có (theo bảng 9.1, trang 261, [11]): b = 3 (mm); h = 3 (mm); t1 = 1,8 (mm)

- Theo bảng (theo bảng 9.5, trang 263, [11]): - Điều kiện bền cắt:

(3.52) Vậy then đủ bền.

3.4.3. Thiết kế ổ lăn. a. Chọn ổ lăn:

- Theo kết quả tính toán trục ta có:

FAx =1281,75 N; FAy =0 N;FCx = 490,05 N ; FCy = 0 N - Tổng phản lực tác dụng lên 2 ổ: (trang 231 - [11])

+ Ổ 1 có: (3.53)

Ta chọn gối đỡ trục bạc đạn T10

+ Ổ 2 có: (3.54) - Ta thấy FA > FC nên ta xét tỉ số:

Hình 3.17: Gối đỡ trục bạc đạn T10. - Chọn sơ bộ gối đỡ trục T10 (Hình 3.16).

Với d= 10 mm; D = 18 mm; b= 5mm; r = 0,3 mm; r1= 0,15 mm; C =3,4 kN; C0 = 2.1 kN - Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ (trang 231 - [11]:

(3.55) Ta có: Ta có (theo bảng 8.4,trang 232, [11]) ta được: e = 0,34

- Vì vòng trong quay nên V=1 Do đó: 0,34< e - Ta có (theo bảng 8.4, trang 232, [11]) ta được: X= 1; Y= 0 - Tải trọng động: Q= (XVFrA + YFAC) kt kđ

- Trong đó: kt =1 (nhiệt độ <100 C) (kđ: hệ số kể đến đặc tính tải trọng).

Hình 3.18: Sơ đồ phân bố lực - Ta có (theo bảng 8.3, trang 232, [11]) ta chọn kđ =1,2

(3.56) (3.57) FsA = e.FrA = 0,34×1281,75 =435,8 ( N) FsC = e.FrC = 0,34×490,05 =166,6 ( N) Theo sơ đồ cân bằng lực (Hình 3.15) ta có:

(3.58)

⇒ FA = 656,05 (N)

(3.59)

⇒ FC = 1717,55 (N)

⇒ Tải trọng động trên ổ 1 và ổ 2 (trang 231 - [11]):

(3.60) Q1 = (X.V.FrA+Y.FAC).KTKD

= (1×1×1,28175 + 0×0,65605)1×1,2 = 1,54 kN

Q2 = (1×1×0,49005 + 0×0,20128 )1×1,2 = 0,59 kN

(3.61)

- Khả năng tải động Cd (trang 232 - [11]): Cd= Q

- Với ổ bi: m=3

Lh: tuổi thọ của ổ Lh = 20000 giờ

(3.62)

- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ (trang 229 - [11]):

Qt = X0 Fr + Y0 Fa

- Ta có (theo bảng 8.6, trang 229, [11]) ta được X0=0,5Y0=0,47

⇒ Qt =0,5×1281,75 + 0,47×490,05 = 871,2 (N) < Flt11

Vậy Qt = FltA= 871,2 (N)

b. Chọn kiểu lắp ổ lăn.

- Vì vòng trong quay nên vòng trong chịu tải chu kỳ,vòng ngồi đứng yên nên chịu tải cục bộ.Cấp chính xác 7 [12] :

c. Chọn kiểu lắp puly.

[TL12]

CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ

4.1 Thiết kế mạch điện. 4.1.1 Yêu cầu hệ thống. Theo như đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY TRỘN BỘT KIM LOẠI” các yêu cầu đề ra:

- Có khả năng điều khiển tốc độ và chỉnh thời gian. - Hiển thị thời gian và chế độ đang được sử dụng.

4.1.2 Sơ đồ khối.

Sơ đồ khối mạch điều khiển (Hình 4.1).

Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển.

4.1.3 Chức năng.

- Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động. - Khối vi điều khiển: có chức năng nhận/xuất dữ liệu, xử lý và điều khiển. - Nút nhấn: chọn chế độ điều khiển, set giá trị thời gian, start/stop và reset lại thiết bị. - Hiển thị: giúp hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị. - Module relay: có chức năng đóng, ngắt module điều khiển tốc độ động cơ. - Module điều khiển tốc độ động cơ: thay đổi tốc độ của động cơ. - Động cơ DC : cung cấp moment cho hoạt động của máy.

4.2 Lựa chọn linh kiện, thiết bị.

4.2.1 Khối vi điều khiển.

Khối vi điều khiển: có chức năng nhận/xuất dữ liệu, xử lý và điều khiển.  Lựa chọn linh kiện: Có nhiều loại vi điều khiển khác nhau như arduino,… ta chọn Module

STM32F103C8T6[13] (Hình 4.2) vì nó có giá thành hợp lý, thông dụng.

 Vi điều khiển: STM32F103C8T6 - ARM 32 CPU Cortex-M3.  Điện áp hoạt động: 2V-3.3V DC  Chế độ Debug: SWD.  Tần số làm việc: 72MHZ.  Bộ nhớ flash: 64K  SRAM: 20K  Tích hợp USB để cấp nguồn và giao tiếp.  Hỗ trợ các chuẩn giao tiếp: CAN, I2C, SPI UART/USART, USB.  Có led báo nguồn  Nút nhấn Reset  Kích thước: 5.3cm x 2.2cm.

Thông tin module:

Hình 4.2: STM32F103C8T6.

4.2.2 Nút nhấn.

Khối nút nhấn: bao gồm 6 nút nhấn USER,1 nút RESET. Nút RESET mạch điều khiển: có chức năng reset lại mạch khi sự cố.

Có nhiều loại nút nhấn trên thị trường gồm các loại 2 chân, 4 chân, nút nhấn  Lựa chọn linh kiện: giữ... ta chọn nút nhấn 4 chân[14] (Hình 4.3).

Hình 4.3: Nút nhấn.

4.2.3 Module relay. Module relay: có chức năng đóng, ngắt module điều khiển tốc độ động cơ.

 Module sử dụng Relay tốt, đảm bảo hoạt động ổn định, lâu dài.  Trên module có opto để cách ly dòng ngược về, hiệu suất ổn định.  Có thể set các mức cao thấp bằng cách thiết lập jumper trên module  Có Led báo nguồn màu xanh, Led báo trạng thái Relay màu đỏ.  Kết nối module với mạch điều khiển đơn giản.

Có nhiều loại khác nhau trên thị trường nhưng ta chọn loại Module Relay 5V  Lựa chọn linh kiện: [15] (Hình 4.4) vì:

Hình 4.4: Module Relay 5V.

 Thông số cơ bản:

o Nguồn cấp: 5 VDC o Size: 51 x 25.5mm o Dòng: 50mA o Ngõ ra relay: 250 VAC 10A or 30 VDC 10A

4.2.4 Động cơ. Động cơ: cung cấp momen cho toàn bộ hoạt động máy.

 Lựa chọn linh kiện.

Trên thị trường các rất nhiều loại motor DC khác nhau nhưng motor Tamagawa Seiki – DC 24V với tua là 3500-5000 RPM [16], trục truyền động có đường kính là Ø10(Hình 4.6). Phù hợp với các thông số tính toán đã tính ở phần trên và giá thành hợp lý, thuận tiện sử dụng nên ta chọn motor Tamagawa Seiki – DC 24V (Hình 4.5).

Hình 4.5: Motor Tamagawa Seiki – DC 24V.

Hình 4.6: Trục làm truyền động motor.

4.2.5 Module điều khiển tốc độ động cơ DC. Module relay: có chức năng đóng, ngắt module điều khiển tốc độ động cơ.

 Lựa chọn linh kiện: Có nhiều loại khác nhau trên thị trường nhưng ta chọn PWM 8A 720W [17] (Hình 4.7) do có dòng, áp và công suất phù hợp với loại động cơ đang sử dụng. Giá cả hợp lý.

Hình 4.7: Module điều khiển tốc độ động cơ DC PWM 8A 720W.

 Thông số cơ bản:

 Nguồn cấp: 6~90VDC  Công suất: 720W  Dòng: 8A  Điều chỉnh tốc độ: 0%~100%  Tần số xung PWM: 16KHZ  Kích thước: 64 x 89 x 28mm

4.2.6 Khối hiển thị. Khối hiển thị: giúp hiển thị các thông số thời gian, chế độ hoạt động trên màn hình

LCD.  Lựa chọn linh kiện. Trên thị trường các rất nhiều loại màn hình hiển thị như là LCD, TFT-LCD, Super LCD, OLED… và đủ các kích thước, chức năng. Các loại màn hình cảm ứng như cảm ứng điện dung, điện trở... Vì nhóm cần 1 màn hình có hỗ trợ sáng vào buổi tối nên quyết định chọn màn hình OLED.

Hình 4.8: Màn hình Oled SSD1306.

Màn hình OLED SSD1306 [18] (Hình 4.8) với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hình ảnh tốt với khung hình 128x64 pixel. Ngoài ra, màn hình còn tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp I2C. Màn hình sử dụng driver SSD1306 cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản phẩm và các ứng dụng một cách nhanh chóng.  Thông số cơ bản:

 Tiêu thụ điện năng thấp: 0.08W (fullscreen)  Có thể điều chỉnh độ sáng và độ tương phản  Chuẩn giao tiếp: I2C (thông qua 2 chân SCL, SDA)  Điện áp hoạt động: 3V-5V DC  Nhiệt độ hoạt động: -30 oC – 70 oC  Kích thước màn hình: 1.3 inch (128x64 pixel)

4.2.7 Khối nguồn.

Khối nguồn: cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động.  Lựa chọn linh kiện: Có nhiều loại nguồn khác nhau trên thị trường: 12V – 5A, 12V – 10A …ta chọn nguồn 24V–10A (Hình 4.9) vì modul điều khiển động cơ ta sử dụng dòng cấp vào là 24V [19]. Ngoài ra ta còn sử dụng 1 adapter 5V – 1A (Hình 4.10) để cấp nguồn cho khối vi xử lý. [20]

Hình 4.9: Nguồn xung 24V – 10A.

 Thông số cơ bản:

 Loại ngõ ra: Single.  Công suất: 240W.  Dòng Output: DC 10A.  Áp Output: DC 24V.  Điện áp vào: 110V/220V- 50/60Hz.  Chứng chỉ: CE ROHS.  Kích thước: 198x110x50.  Nặng: 0.9Kg.  Bảo vệ: ngắn mạch, quá tải.

Hình 4.10: Adapter 5V – 1A.

4.2.8 Sơ đồ mạch điện.

Hình 4.11: Sơ đồ mạch điện.

4.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điện. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điện (Hình 4.10).

Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch điện.

*Sơ đồ đấu dây của máy trộn kim loại bôt (Hình 4.11).

Hình 4.13: Sơ đồ đấu dây.

CHƯƠNG 5: LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM

5.1 Lắp ráp.

5.1.1 Các bước tiến hành lắp ráp. Khung máy được thiết kế bằng nhôm định hình. Nên quá trình lắp ráp tương đối thuận lợi. Và vì nhôm định hình rất nhẹ giúp máy giảm bỏ trọng lượng không đáng có. Quá trình lắp ráp như sau:

Bước 1: Lắp ráp thành khung hình hộp chữ nhật theo các thanh nhôm đã cắt sẵn

(Hình 5.1, Hình 5.2).

Hình 5.1: Bước đầu lắp khung.

Hình 5.2: Khung thành hình hộp.

Bước 2: Sau khi lắp khung thành hình hộp chữ nhật nhưng tại những điểm nối vẫn còn chưa được vuông góc, ta cần dùng thước thẳng cân chỉnh lại (Hình 5.3).

Hình 5.3: Cân chỉnh vuông góc tại các điểm nối.

Bước 3: Sau khi lắp ráp khung hoàn chỉnh (Hình 5.4), chúng ta lắp ráp các tấm mica cố định trục và đỡ motor.

Hình 5.4: Lắp mica đỡ trục.

Bước 4: Lắp puly và trục vào gối đỡ. Khi cắt laser trên các miếng mica đã được cắt lỗ sẵn nên chúng ta lắp ráp theo lỗ đã định sẵn và theo kích thước thiết kế ngay ban đầu (Hình 5.5).

Hình 5.5: Quá trình lắp trục vào gối đỡ.

Bước 5: Sau khi lắp trục và puly, chúng ta cân chỉnh khoảng cách hai trục theo kích thước trên hai rãnh hột xoài (Hình 5.6).

Hình 5.6: Cân chỉnh khoảng cách trục.

Bước 6: Lắp motor và mạch điện (Hình 5.7).

Hình 5.7: Lắp Motor và mạch điện.

Bước 7: Lắp khung trộn vào hai trục theo (Hình 5.8).

Hình 5.1: Lắp khung trộn .

Bước 8: Lắp mica bao quanh khung máy. Thành máy hoàn chỉnh (Hình 5.9).

Hình 5.2: Máy trộn hoàn chỉnh.

Sau khi gia công trục và tiến hành lắp trục với gối đỡ thì mối lắp có độ dôi nên không thể đưa trục lọt qua gối đỡ. Cần phải vừa chà nhám trục và vừa so với gối đỡ. Cho đến khi trục lọt qua và có thể di chuyển lên xuống một cách dễ dàng thì dừng lại. Hình 5.11 thể hiện rõ quá trình gia chà giấy nhám để đạt được kích thước cần lắp.

5.1.2 Lỗi sai phát hiện trong quá trình lắp ráp.

Hình 5.3: Chà nhám trục làm việc.

Hình 5.4: Kết quả sau khi chà nhám lại.

Ngoài ra trong quá trình lắp ráp càng chữ C nhóm tìm hiểu được, đầu lắp với trục của càng chữ C phải nằm song song với hai mặt phẳng trước và sau của càng. Từ đó cơ cấu Oloid mới có thể chuyển động một cách trơn tru nhất(Hình 5.12).

Hình 5.5: Càng chữ C.

Với mô hình thiết kế ban đầu khung đơc được cắt laser bằng mica (Hình 5.13). Nhưng khi lắp ráp và cho chạy thử, mô hình mica không đủ độ cứng vững nên nhóm đã thay đổi vật liệu bằng inox (Hình 5.4).

Hình 5.6: Khung trộn bằng mica.

Hình 5.7: Khung trộn bằng Inox.

5.2 Thử nghiệm

5.2.1 Nguyên liệu được chọn cho thử nghiệm.

Do máy chuyên sử dụng cho công nghệ kim loại bột nên thành phần chủ yếu cho việc thử nghiệm là bột kim loại sắt và một số chất phụ gia theo các hình ảnh dưới đây:

 Tính chất của Propylen: Propylen có màu trắng như (Hình 5.15)

- Màu sắc: Trắng - Trạng thái: chất rắn - Nhiệt độ nóng chảy: 8 K (-185,2 oC, -301,4 oF) - Khối lượng riêng: 1,74 g/cm3

Hình 5.15: Bột Propylene

 Tính chất của sắt: Bột sắt có hai màu chính là màu ánh kim như (Hình 5.16)

và màu đỏ như (Hình 5.17).

- Trạng thái vật chất: Chất rắn - Nhiệt độ nóng chảy: 1811 K (1538 oC, 2800 oF) - Nhiệt độ sôi: 3134 K (2862 oC, 5182 oF)

- Khối lượng riêng: 7,874 g/cm3 - Khối lượng riêng ở thể lỏng: 6,98 g/cm3

Hình 5.16: Tinh bột sắt.

Hình 5.17: Bột sắt đỏ.

 Tính chất vật lý của sáp Parafin: Sáp Parafin có màu trắng đục như (Hình 5.18

và hình 5.19).

- Trạng thái vật chất: Chất rắn - Khối lượng riêng: 0,9 g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: 310 K (37 oC, 99 oF)

Hình 5.18: Sáp Parafin còn nguyên khối.

Hình 5.19: Sáp Parafin khi được cắt nhỏ.

 Tính chất vật lí của sáp Carnauba:

- Màu sắc: Vàng như (Hình 5.20) - Trạng thái vật chất: Chất rắn - Khối lượng riêng: 0,99 g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: 83-91 oC

Hình 5.20: Sáp Carnauba

 Tính chất vật lý của Axit Stearic:

- Màu sắc: Trắng như ((Hình 5.21) - Trạng thái vật chất: Chất rắn - Nhiệt độ nóng chảy: 342,8 K (69,6 oC, 157,3 oF) - Nhiệt độ sôi: 656 K (383 oC, 721 oF) - Khối lượng riêng: 1,05 g/cm3

Hình 5.21: Axit Stearic.

5.2.2 Thử nghiệm trộn các loại bột khác nhau. Quy trình thực hiện trộn thử như sau: với các nguyên liệu đã nêu trên là bột sắt, bột sắt đỏ, sáp parafin, sáp Carnauba, bột Propylen và bột axit Stearic. Sau đó đưa vào máy trộn với các thời gian khác nhau, lượng bột khác nhau ta sẽ có được bột khô trộn lẫn. Tiếp tục lấy phần bột đã trộn cho vào một lượng keo kết dính nhất định ta sẽ có hỗn hợp bột kim loại và chất phụ gia phục vụ cho quá trình ép khuôn và gia nhiệt thành sản phẩm.

a. Với thời gian 5 phút. Bảng 5.1: Khối lượng và nguyên liệu trộn lần 1

Bột sắt Propylene Sáp parafin Axit stearic Nguyên liệu Sáp carnauba

35 2,5 2,5 5 5 Khối lượng (g)

Kết quả: Bột được trộn đều, mặt dù có dung dịch keo nhưng vẫn được đảo đều trong lòng bình trộn (Hình 5.22).

Hình 5.22: Hỗn hợp trộn 5 phút.

b. Với thời gian 4 phút.

Bảng 5.2: Khối lượng và nguyên liệu trộn lần 2

Bột sắt Propylene Axit stearic Nguyên liệu Sáp paraffin Sáp carnauba

30 5 2 5 5 Khối lượng (g)

Kết quả: Thay đổi thời gian trộn ít hơn nhưng kết quả vẫn đạt được yêu cầu như lần trộn đầu (Hình 5.23).

Hình 5.23: Hỗn hợp trộn 4 phút.

c. Với thời gian 3 phút. Bảng 5.3: Khối lượng và nguyên liệu trộn lần 3

Bột sắt Propylene Axit stearic Nguyên liệu Sáp paraffin Sáp carnauba

32.5 10 2 5 2,5 Khối lượng (g)

Kết quả: Thay đổi thời gian trộn ít hơn 2 phút, một số hạt bột sáp Carnauba vẫn chưa được trộn đều. Hình ảnh dưới đây cho ta thấy được các hạt Carnauba (Hình 5.24).

Hình 5.24: Hỗn hợp trộn 3 phút

5.2.3 Kết luận. Với một lượng bột đã định sẵn, cùng một công thức pha trộn thì thời gian dài sẽ tạo được sự đồng đều trong các hạt tinh thể bột. Trộn càng lâu thì các hạt bột kim loại sẽ phân bố đều tạo thành một hỗn hợp mới thống nhất.

5.3 Cách sử dụng và bảo quản máy.

5.3.1 Sử dụng máy trộn bột. Máy trộn bột kim loại hoạt động hoàn toàn tự động vì thế việc sử dụng máy

vô cùng đơn giản, bất kỳ ai cũng có thể làm được. *Cách thức hoạt động của máy trộn bột:

Bước 1: Chuẩn bị toàn nguyên liệu cần trộn (Hình 5.25): kim loại-chất dẻo; kim loại thủy tinh; vv,… cho vào hộp đựng bột, sau đó đặt thêm một viên bi sắt vào trong hộp để giúp phá hủy các hạt kim loại bột vón cục.

Hình 5.25: Hộp đựng bột.

Bước 2: Lắp hộp đựng bột vào khung trộn bằng cách tháo thanh định vị đặt hộp đựng kim loại vào trong và lắp thanh định vị lại như ban đầu (Hình 5.26). Khi đặt hộp đựng bột vào chú ý đặt hộp đựng bột kim loại cân, khớp với thanh định vị để đảm bảo chắc chắn. Chỉ khi đặt hộp kim loại khớp vào cân đối với khung trộn của máy mới hoạt động để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người dùng.

Hình 5.26: Khung trộn.

Bước 3: Lựa chọn chế độ vận hành của máy, có 2 chế độ cơ bản (Hình 5.27).

 Chế độ 1 trộn bột bằng tay: Vặn nút On đợi khoảng 20s để máy khởi động, sau đó văn nút speed điều chỉnh tốc độ trộn, sau đó bấm nút stop màu vàng để dừng trộn (trong quá trình trộn nếu xảy ra vấn đề, nhấn Stop để dừng lại).

 Chế độ trộn bột có cài đặt time: Văn nút On đợi khoảng 20s để máy khởi động, sau đó bấm Select để chuyển qua chế độ cài đặt time. Bấm Mode lần 1 để cài đặt thời gian đơn vị giây, bấm lần 2 để cài đặt thời gian đơn vị phút, bấm lần 3 để cài đặt thời gian đơn vị giờ (trong quá trình trộn nếu xảy ra vấn đề, nhấn Stop để dừng lại).

Hình 5.27: Bảng điều khiển.

* Với mỗi loại bột khác nhau ta nên chọn tốc độ trộn khác nhau. Không nên điều chỉnh tốc độ nhanh bất ngờ, cần phải điều chỉnh từ từ tránh làm máy nóng đột ngột làm hỏng mô tơ bên trong.

Bước 4: Tùy vào lượng kim loại bột và loại kim loại bột khác nhau mà thời gian trộn khác nhau. Sau khi trộn bột kim loại, các kim loại trộn đều với nhau xong, văn nút Off và căn chỉnh sao cho hướng của nắp bột nằm phía trên để tiện tháo hộp đựng kim loại bột. Tháo thanh định vị và lấy hộp đựng kim loại ra ngoài. 5.3.2 Các biện pháp bảo quản máy. - Vệ sinh hộp đựng bột sau mỗi lần trộn.

- Các bộ phận của bánh đai được kiểm tra, điều chỉnh độ chùng đai, độ nghiêng của đai, trượt đai, mòn đai độ đảo bánh đai sau mỗi tháng làm việc. - Sau 6 tháng làm việc máy được vệ sinh và kiểm tra tổng thể, các ổ lăn được tra lại dầu nhớt, sau đó đưa máy quay lại hoạt động bình thường.

5.4 Các biện pháp cải tiến máy.

Các biện pháp cải tiến:

- Để tăng chắc chắn của máy trộn, ta nên thay khung nhôm bằng khung kim loại nhằm tăng khối lượng của máy giúp máy không bị rung động khi sử dụng đồng thời có độ chắc chắn (Hình 5.28).

Hình 5.28: Khung máy trộn.

- Để tăng khả năng bền cho cơ cấu trộn tại 2 càng chữ C ta nên sử dụng phương pháp đúc, để tăng độ bền cho càng. Có thể tăng kích thước càng theo tỉ lệ để có thể trộn được tăng thể tích trộn bột (Hình 5.29).

Hình 5.29: Càng chữ C.

- Ở mối lắp giữa càng và khung trộn ta nên thay bằng con tán, giúp cố định cứng hơn bền hơn tăng khả năng chịu ma sát (Hình 5.30).

Hình 5.30: Con tán.

- Thiết kế ban đầu trục vẫn chưa đảm bảo được độ bền nhất định, có thể tăng kích thước trục theo tỷ lệ tính toán để có thể tăng khả năng bền của trục đồng thời tăng thể tích khung trộn bột (Hình 5.31).

Hình 5.31: Trục.

- Vỏ máy nên được cấu tạo từ Inox không gỉ. Chất liệu Inox mang đến sản phẩm được thiết kế chắc chắn, giúp bảo vệ động cơ tốt hơn khi hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau mà sau thời gian dài sử dụng vẫn giữ nguyên được độ mới và bóng (Hình 5.32).

Hình 5.32: Tấm inox.

- Khung trộn nên thiết kế theo dạng hộp để tạo sự chắc chắn, ngoài ra nên làm nắp gắn với khung trộn thay vì dũng thanh kim loại định vị, sẽ giúp cố định hộp một cách chắc chắn hơn (Hình 5.33).

Hình 5.33: Khung trộn.

- Nên sử dụng hộp kim loại lớn thay vì dùng hộp nhựa, nó sẽ giúp tăng sự cứng vững và sử dụng được lâu dài (Hình 5.34).

Hình 5.34: Hộp đựng kim loại.

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

6.1 Kết luận.

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua nhờ sự giúp đỡ của quý thầy cô trong khoa, trong trường cũng như những ý kiến đóng góp rất hữu ích của các bạn sinh viên đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy cô. Chúng tôi đã được ôn lại những kiến thức trong suất 4 năm học ở trường, cũng như học được rất nhiều kinh nghiệm thực tế từ việc chế tạo mô hình “MÁY TRỘN BỘT KIM LOẠI”. Đã hoàn thành các nhiệm vụ sau:

- Tìm ra nguyên lý máy trộn theo dạng hình học Oloid. - Nghiên cứu đề xuất phương án thực hiện hợp lí. - Thiết kế các bộ phận thiết bị của máy, mô phỏng và xuất bản vẽ trên phần

mềm Inventor 2020 và Autocad 2020.

- Hoàn thành thuyết minh về tính toán và kiểm nghiệm bền các chi tiết của máy. - Gia công và lắp ráp “Máy trộn kim loại bột” theo yêu cầu bản vẽ đã đề ra ngay

từ ban đầu.

- Vì điều kiện thời gian hạn hẹp và nguồn kinh phí thấp nên nhóm chưa tối ưu

được máy tốt nhất.

- Máy chạy tương đối ổn định.  Thiết bị trộn kim loại bột có khả năng:

- Trộn bột kim loại. - Bột một số chất hữu cơ khác.

6.2 Kiến nghị.

Mặc dù khối kiến thức quý thầy cô truyền đạt là rất lớn và sâu rộng tuy nhiên khả năng tiếp thu của chúng tôi còn có giới hạn, bên cạnh đó thời gian chúng em cũng bị hạn chế. Nên trong phần đồ án này chúng tôi có một số kiến nghị như sau:

- Cải tiến thùng trộn. - Nghiên cứu thiết kế hệ thống ghi thông số trộn và tốc độ trộn. - Cải tiến càng chữ C cứng vững hơn. - Cải tiến trục với đường kính to hơn tạo độ cứng vững cho quá trình trộn. - Thiết kế hệ thống đo lường cấp nguyên liệu theo yêu cầu đã đề ra. - Cải tiến khung máy (Không sử dụng nhôm định hình mà sẽ gia công các thanh

sắt được nối với nhau bằng các bản lề)

Đây là lần đầu chúng em thiết kế một cái máy thực tế nên còn rất nhiều khó khăn và nhiều sai sót. Rất mong quý thầy cô và các bạn thông cảm và góp ý để những lần thiết kế sau chúng tôi sẽ làm tốt hơn. Mong rằng mô hình “Máy trộn kim loại bột” của nhóm Chúng tôi sẽ được nhiều công ty, xí nghiệp, xưởng sản xuất quan tâm, có thể phát triển áp dụng vào làm linh hoạt các dây chuyền sản xuất.

Rất mong nhận được những lời góp ý chân thành của quý thầy cô và các bạn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ts Nguyễn Minh Quang’’Giáo trình Vật liệu cơ khí’, NXB ĐH Công nghiệp TP HCM, 2009, trang 64-65. [2] Máy trộn nhựa nằm ngang, 25/10/2019. https://carnovn.com/thong-tin-tong-quan-tu-a-den-z-ve-may-tron-nhua-nam-ngang/ [3] Máy trộn hình chữ V, 25/10/2019. https://dienmaybigstar.com/san-pham/may-tron-bot-hinh-chu-v/ [4] Máy trộn lập phương, 25/10/2019. http://congnghetanphu.com/products/May-nganh-duoc/May-tron-lap-Phuong-123/# [5] Máy trộn Inversina, 28/10/2019. http://www.inversina.com/main/faq [6] Máy trộn Oloid do Bioengineering AG sản xuất, 28/10/2019. http://www.inversina.ch/public/Inversina.pdf [7] H. Dirnböck and H. Stachel, "The Development of the Oloid," Journal for Geometry and Graphics, 1(2), 1997 pp. 105–118. [8] Nghiên cứu Paul Schatz, 5/11/2019. http://www.paul-schatz.ch/en/discoveries/the-oloid/ [9] Nguyễn Hữu Lộc, Giáo trình môn học Nguyên lý máy, NXB Đại học Quốc gia, 2010, Chương 3. [10] Khối lượng riêng của kim loại, 10/11/2019. https://citisteel.vn/chi-tiet-tin-tuc-loai/10/88/bang-trong-luong-rieng-khoi-luong- rieng-cua-mot-so-kim-loai-sat-thep-nhom-dong-thau-inox.html [11] Trịnh Chất-Lê Văn Uyển, “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí Tập 1-2” NXB Giáo dục 2006. [12] Ninh Đức Tốn, “Sổ tay dung sai lắp ghép”, NXB Giáo Dục, 2005, trang 214 [13] Module STM, 20/11/2019. https://iotmaker.vn/module-stm32f103c8t6.html [14] Relay 1 kênh 5V, 20/11/2019. https://iotmaker.vn/relay-1-kenh-5v.html [15] Relay 1 kenh 5V, 20/11/2019. https://iotmaker.vn/relay-1-kenh-5v.html [16] Động cơ servo 24V, 21/11/2019. https://www.tamagawa-seiki.com/products/servomotor/ [17] Mạch điều khiển động cơ DC, 25/11/2019. https://thegioiic.com/product/mach-dieu-khien-dong-co-dc-pwm?view_ls=true

[18] Nút nhấn, 25/11/2019 https://iotmaker.vn/ssd1306-oled-096inch-128x64-i2c.html [19] Hộp nguồn, 25/11/2019. https://nguonled.vn/nguon-tong-24v10a-65.html [20] Adaptor AC 5V, 26/11/2019. https://hshop.vn/products/nguon-power-adaptor-ac-dc-5v-1a-new [21] Đảo ngược Oloid, 26/11/2019 http://www.kuboid.ch