Đồ án Thiết kế và chế tạo máy thử kéo nhựa gia nhiệt (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và chế tạo máy thử kéo nhựa gia nhiệt (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY THỬ KÉO NHỰA GIA NHIỆT GVHD: T.S PHẠM SƠN MINH SVTH: PHAN VĂN Ý MSSV: 11144123 SVTH: LÊ QUANG HƯNG MSSV: 11144049 SVTH: BÙI THANH LIÊM MSSV: 11144058 S K L 0 0 4 1 6 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY THỬ KÉO NHỰA GIA NHIỆT” GVHD: T.S PHẠM SƠN MINH SVTH: PHAN VĂN Ý MSSV: 11144123 LÊ QUANG HƢNG MSSV: 11144049 BÙI THANH LIÊM MSSV: 11144058 Lớp : 111441A Khoá : 2011-2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc công nghệ chế tạo máy NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: TS. PHẠM SƠN MINH Sinh viên thực hiện:PHAN VĂN Ý MSSV:11144123 LÊ QUANG HƢNG MSSV:11144049 BÙI THANH LIÊM MSSV:11144058 1. Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo máy thử kẹo nhựa gia nhiệt’’ 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - DC Motor Tre Series TS1980 E6 – 24VDC – 3550rpm. - Loadcell VLC-110 “S type” – đo đƣợc tối đa 100kg. - Tốc độ trục vít me: 5 – 50mm/phút. - Kích thƣớc: 510x285x1112 mm. - Sai số cho phép: 1% 3. Nội dung chính của đồ án: Phần cơ khí: tích hợp module kéo vào trong một thiết bị duy nhất. Cải tiến module kẹp và cơ cấu kẹp. Phần điện tử: xây dựng bộ điều khiển với Bo mạch STM32F103RTC6-DEV, mạch khuếch đại điện áp HDL-Vamp và mạch H Bridge MC33883. 4. Các sản phẩm dự kiến Thiết bị thử độ kéo vật liệu nhựa-gia nhiệt 5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo máy thử kéo nhựa gia nhiệt” - GVHD: TS. PHẠM SƠN MINH - Họ tên sinh viên: PHAN VĂN Ý  MSSV:11144123 Lớp: 111441A  Địa chỉ sinh viên: 158 Đình Phong Phú ,Phƣơng Tăng Nhơn Phú B,Quận 9,Tp. Hồ Chí Minh  Số điện thoại liên lạc: 0968340530  Email: pvy11071993@gmail.com - Họ tên sinh viên: LÊ QUANG HƢNG  MSSV:11144049 Lớp: 111441A  Địa chỉ sinh viên: KTX D1, 1 Võ Văn Ngân, phƣờng Linh Chiểu, quận Thủ Đức, Tp. Hồ Chí Minh.  Số điện thoại liên lạc: 01664195896  Email: 23456789quanghung@gmail.com Họ tên sinh viên: BÙI THANH LIÊM  MSSV:11144058 Lớp: 111441A  Địa chỉ sinh viên: Ấp Chánh 2, Xã Tân Xuân, Huyện Hóc Môn, Tp. Hồ Chí Minh  Số điện thoại liên lạc: 0983508122  Email: thanhliemspkt.ute@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 14/01/2016. - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11tháng 01năm 2016 Ký tên ii
5. LỜI CẢM ƠN Quá trình hoàn thành đồ án đã giúp mỗi thành viên trong nhóm chúng em học tập thêm rất nhiều kiến thức về chuyên môn, ôn lại những nội dung đã học. Bên cạnh đó nhóm em cũng rèn đƣợc nhiều về kỹ năng tƣ duy, đánh giá vấn đề, làm việc nhóm, quản lý, phân bổ thời gian làm việc Để hoàn thành đƣợc đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng em trân trọng gửi lời cảm ơn đến: TS.Phạm Sơn Minh đã hƣớng dẫn, hỗ trợ nhiệt tình cho nhóm hoàn thành tốt đồ án. Bên cạnh việc đồng hành trong các bƣớc, giai đoạn thực hiện đồ án, Thầy cũng đã rèn luyện các thành viên trong nhóm cách tƣ duy, đánh giá vấn đề, những tác phong làm việc nghiêm túc, rõ ràng, cụ thể Những điều đó sẽ luôn là những kinh nghiệm hết sức quý báu cho nhóm chúng em hiện tại và về sau. Nhóm chúng em kính gửi lời cảm ơn đến các thầy: ThS. Trần Mai Văn, Th.S Tạ Nguyễn Minh Đức, ThS. Trần Minh Thế Uyên đã tạo điều kiện, hỗ trợ cho nhóm đƣợc thực hiện, gia công các sản phẩm. Chúng em xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Bộ môn công nghệ chế tạo máy và quý thầy cô các khoa thuộc trƣờng Ðại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM đã trang bị cho chúng em những kiến thức cơ bản, những kinh nghiệm thực tiễn và những kiến thức chuyên môn cũng nhƣ đã nhiệt tình hƣớng dẫn giúp đỡ chúng em trong suốt khóa học và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài. Chính những sự hỗ trợ giúp đỡ trên đã tạo động lực, hỗ trợ cho nhóm chúng em thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp này. Mặc dù đã cố gắng nỗ lực hết sức mình, song chắc chắn đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em kính mong nhận đƣợc sự thông cảm và chỉ bảo tận tình của quý Thầy Cô. Nhóm sinh viên thực hiện Phan Văn ý Lê Quang Hƣng Bùi Thanh Liêm iii
6. TÓM TẮT ĐỀ TÀI “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY THỬ KÉO NHỰA GIA NHIỆT” Ngày nay, trong giai đoạn công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nƣớc, việc ứng dụng thiết bị móc vào hỗ trợ sản xuất ngày phổ biến. Thiết bị kiểm tra giúp nhà sản xuất đảm bảo đƣợc chất lƣợng sản phẩm trƣớc khi tung ra thị trƣờng. Máy thử -kéo nhựa gia nhiệt để thử các mẫu sản phẩm nhựa nhằm kiểm tra độ giãn dài của bản thân sản phẩm trong nhiều môi trƣờng nhất định. Đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật do nhà sản xuất đặt ra. Hiện nay, loại thiết bị này phải nhập từ nƣớc ngoài về, chƣa có sẵn tại Việt Nam, giá thành khá cao. Điều này khiến các nhà sản xuất phải đem sản phẩm đi thử nghiệm bên ngoài nhà máy, dẫn đến tốn kém chi phí và thời gian. Để giải quyết vấn đề nêu trên, nhóm chúng em đã chọn đề tài này để triển khai nghiên cứu và thực hiện. Mục tiêu là thiết kế và chế tạo hoàn thiện thiết bị thử bao gồm module kéo trong môi trƣờng gia nhiệt. Thiết bị này sẽ hỗ trợ cho doanh nghiệp tiết kiệm chi phí và rút ngắn thời gian thử nghiệm sản phẩm mẫu. Nhóm sinh viên thực hiện Phan Văn Ý Lê Quang Hƣng Bùi Thanh liêm iv
7. MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN i LỜI CAM KẾT ii LỜI CÁM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC v DANH MUC̣ BẢ NG BIỂ U vi DANH MUC̣ SƠ ĐỒ , HÌNH VẼ vii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 3 CHƢƠNG 2: TỔ NG QUAN NGHIÊN CƢ́ U ĐỀ TÀ I 4 2.1 Giới thiệu về tầm quan trọng của vật liệu nhựa 4 2.2 Sơ lƣợc về thiết bị thử kéo – uốn vật liệu nhựa 6 2.3 Lợi ích về thiết bị thử kéo – uốn vật liệu nhựa 6 2.4 Tình hình sử dụng thiết bị thử kéo và uốn trên thế giới và Việt Nam 6 2.4.1 Tình hình sử dụng thiết bị thử kéo và uốn trên thế giới 7 2.4.1.1 Thiết bị thử kéo 7 2.4.1.2 Thiết bị thử uốn 8 2.4.2 Tình hình sử dụng thiết bị thử kéo và uốn trên Việt Nam 9 2.4.2.1 Thiết bị thử kéo 9 2.4.2.2 Thiết bị thử uốn 10 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ, PHÁC THẢO Ý KIẾN VÀ THỰC HIỆN 11 3.1 Quy trình thiết kế và phác thảo ý tƣởng 11 3.2 Lựa chọn vật liệu và phƣơng pháp gia công cho chi tiết không tìm mua đƣợc 13 3.2.1. Lựa chọn vật liệu 13 3.2.2 Chọn phƣơng pháp gia công cho những chi tiết không có sẵn 14 3.2.2.1 Phƣơng pháp phay 14 3.2.2.2 Phƣơng pháp khoan 15 3.2.2.3 Phƣơng pháp gia công bằng ren 16 v
8. 3.2.2.4 Phƣơng pháp gia công bằng tiện 17 3.2.2.5 Phƣơng pháp gia công bằng hàn 19 3.3 Lựa chọn, tính toán vít me-đai ốc 20 3.3.1 Định nghĩa vít me-đai ốc 20 3.3.2 Lựa chọn vít me, Đai ốc 22 3.3.3 Tính toán, lựa chọn trục vít me-đai ốc 23 3.4 Lựa chọn ổ bi phù hợp với trục vít me 26 3.5 Thiết kế gối đỡ 27 3.6 Lựa chọn,tính toán cơ cấu dẫn hƣớng 29 3.6.1 Lựa chọn cơ cấu dẫn hƣớng 29 3.6.2 Các thanh trƣợt 30 3.6.3 Tính toán và lựa chọn cơ cấu dẫn hƣớng 33 3.7 Thiết kế hộp loadcell 38 3.8 Thiết kế hàm kẹp 40 3.9 Lựa chọn bộ truyền lực 43 3.10 Chọn động cơ 44 3.10.1 Động cơ bƣớc 44 3.10.2 Động cơ servo 45 3.11 Thiết kế bộ phận cách nhiệt và gia nhiệt 48 3.11.1 Thiết kế hộp cách nhiệt 48 3.11.2 Cửa cách nhiệt 49 3.11.3 Bộ phận cách nhiệt 50 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU NHẬN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU 56 4.1 Thiết bị đo lực loadcell 57 4.1.1. Khái niệm 57 4.1.2 Phân loại 57 4.1.2.1 Theo phƣơng lực tác dụng 57 4.1.2.2 Theo hình dạng 57 4.1.2.3 Theo tín hiệu mã hoá 57 4.1.3 Cấu tạo 58 4.1.4 Nguyên lí hoạt động 58 4.1.5 Thông số kỹ thuật cơ bản 59 4.2 Board cầu H 61 4.2.1 Đặc tính kỹ thuật 61 4.2.2 Cách điều khiển 62 4.3 Board STM32F103RCT6 62 4.3.1 Giới thiệu chung 63 vi
9. 4.3.2 Các đặc tính chính 63 4.3.3 Khảo sát các module 66 4.3.3.1 All I/O External Output module 66 4.3.3.2 Dao động và Reset 67 4.3.3.3 Power and USB module 67 4.3.3.4 LED đơn module 68 4.3.3.5 Phím nhấn module 69 4.3.3.6 A/D Converter modules 69 4.3.3.7 BOOT0, BOOT1 modules 70 4.3.3.8 RS232 Module 70 4.3.3.9 CAN Module 71 4.3.3.10 MMC/SD Card module 72 4.3.3.11 LCD HD44780 module 73 4.3.3.12 TFT_LCD modules 74 4.4 Nguyên lý hoạt động của thiết bị kéo vật liệu nhựa 75 4.4.1 Hồi tiếp vị trí 76 4.4.1.1 Khái niệm về encoder 76 4.4.1.2 Cấu tạo cơ bản của một encoder quay quang 76 4.4.1.3 Phân loại 77 4.4.1.4 Ứng dụng của encoder quay quang 82 4.4.2 Giao diện tƣơng tác với ngƣời sử dụng 82 4.4.2.1 Giao diện tƣơng tác 82 4.4.2.2 Thao tác với giao diện 83 CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM-KẾT QUẢ 85 5.1 A/D Converter modules 85 5.1.1 BOOT0, BOOT1 modules 85 5.1.2 RS232 Module 88 5.1.3 CAN Module 88 5.1.4 MMC/SD Card module 89 5.2 LCD HD44780 module 89 5.2.1 TFT_LCD modules 89 5.2.2 RS232 Module 89 5.2.2.1 CAN Module 89 vii
10. CHƢƠNG 6:KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 90 6.1 Kết luận 90 6.2 Những mặt hạn chế 90 6.3 Hƣớng phát triển 91 6.4 Kiến nghị 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 viii
11. DANH MUC̣ BẢ NG BIỂ U Trang Bảng 3.1:Trích bảng đƣờng kính, chiều dài, bƣớ c ren của vít me bi (tham khảo) 24 Bảng 3.2: Tiêu chuẩn của ổ bi đỡ và chặn 27 Bảng 3.3: Số liệu các loại Bu Lông 41 Bảng 3.4: Số liệu các loại thép 41 Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của động cơ 47 Bảng 4.1: Chọn chế độ cho BOOT1 và BOOT0 70 Bảng 5.1: Kết quả đạt đƣợc 85 Báng A.1: Kết quả đo đƣợc ở nhiệt độ thƣờng, 60mm/ph I Báng A.2: Kết quả đo đƣợc ở 50 độ, 60mm/ph II Báng A.3: Kết quả đo đƣợc ở 55 độ, 60mm/ph III Báng A.4: Kết quả đo đƣợc ở 60 độ, 60mm/ph IV Báng A.5: Kết quả đo đƣợc ở nhiệt độ thƣờng, 120mm/ph V Báng A.6: Kết quả đo đƣợc ở 50 độ, 120mm/ph VI Báng A.7: Kết quả đo đƣợc ở 55 độ, 120mm/ph VII Báng A.8: Kết quả đo đƣợc ở 60 độ, 120mm/ph VIII ix
12. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Sơ đồ3.1: Quy trình thiết kế máy 11 Sơ đồ3.2: Quy trình lựa chọn vít_ me 23 Sơ đồ3.3: Quy trình chọn thanh trƣợt bi 34 Sơ đồ 4.1: Sơ đồ khối của hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu 56 Sơ đồ 4.2: Nguyên lý hoạt động của thiết bị kéo – uốn vật liệu nhựa 75 Sơ đồ 4.3: Sơ đồ truyền nhận tín hiệu 76 Hình 2.1: Các sản phẩm làm từ nhựa 5 Hình 2.2: Thiết bị kiểm tra kéo – trƣợt vạn năng bằng động cơ thuỷ lực điều khiển bằng máy tính HT-2101 7 Hình 2.3: Thiết bị kéo vạn năng của Mỹ Instron 3300 8 Hình 2.4: Thiết bị thử uốn nhựa 3 điểm ASTM D790 8 Hình 2.5: Thiết bị thử uốn nhựa ASTM C880 9 Hình 3.1: Phát thảo mô hình 12 Hình 3.2: Nhôm khối 13 Hình 3.3: Phƣơng pháp phay 15 Hình 3.4: Phƣơng pháp khoan 16 Hình 3.5: Phƣơn pháp taro 17 Hình 3.6: Phƣơng pháp tiện 18 Hình 3.7: Phƣơng pháp hàn que 20 Hình 3.8: Phần thân chính của máy 20 Hình 3.9: Phần trên của thân chính 21 Hình 3.10: Hình chiếu của phần trên của thân chính 21 Hình 3.11:So sánh giữa Vít me thƣờng và Vít me bi 23 x
13. Hình 3.12: Kiểu lắp vít me fixed - fixed, fixed - free và fixed – support 25 Hình 3.13: Gối đỡ 28 Hình 3.14: Hình chiếu của gối đỡ 28 Hình 3.15: Cách lắp thanh trƣợt bi 29 Hình 3.16: Thanh tròn trơn thép hợp kim lồng ổ bi 30 Hình 3.17: Thanh trƣợt mang cá 31 Hình 3.18: Thanh trƣợt bi 31 Hình 3.19: Cấu tạo ổ trƣợt (góc cắt ¼) 32 Hình 3.20: Cấu tạo ổ trƣợt (góc cắt ½) 32 Hình 3.21: Các phƣơng pháp lắp bi 33 Hình 3.22: Trục nằm trên thân máy 34 Hình 3.23:Lƣc̣ , momen tác duṇ g lên thanh trƣơṭ 35 Hình 3.24: Khả năng chịu tải theo các hƣớng của thanh trƣợt 35 Hình 3.25:Hộp bảo vệ loadcell 38 Hình 3.26: Vỏ của nắp hộp bảo vệ loadcell 38 Hình 3.27: Hình chiếu của Vỏ hộp bảo vệ loadcell 39 Hình 3.28: Cơ cấu hàm kẹp 40 Hình 3.29: Khớp nối mềm 43 Hình 3.30: Động cơ bƣớc 44 Hình 3.31:Động cơ điện servo DC 45 Hình 3.32:Tấm inox 304 48 Hình 3.33: Sợi thủy tinh cách nhiệt 48 Hình 3.34: Cửa hộp cách nhiệt 49 Hình 3.35: Hình chiếu của cửa hộp cách nhiệt 49 Hình 3.36: Các kích thƣớc khác nhau của Teflon 50 Hình 3.37: Hình ảnh về miếng lót cách nhiệt 50 xi
14. Hình 3.38: Hình chiếu của miếng lót cách nhiệt 51 Hình 3.39: Hình ảnh của Teflon cách nhiệt 51 Hình 3.40: Hình chiếu của Teflon cách nhiệt 52 Hình 3.41: Hình ảnh của trục dẫn dài 52 Hình 3.42: Hình chiếu của trục dẫn dài 53 Hình 3.43:Hình ảnh của trục dẫn ngắn 53 Hình 3.44: Hình chiếu của trục dẫn ngắn 54 Hình 3.45: Hình ảnh lắp ráp của 2 trục dẫn với Teflon 54 Hình 3.46: Hình chiếu hàm kẹp và trục dẫn 55 Hình 4.1: cấu tạo của loadcell 58 Hình 4.2: Sơ đồ mạch điện trở của loadcell 59 Hình 4.3: Loadcell chữ S 60 Hình 4.4: Board cầu H FET 61 Hình 4.5: Board STM32F103RCT6 62 Hình 4.6: Sơ đồ chân chip STM32F103RCT6 65 Hình 4.7: Schematic All I/O External Output module 66 Hình 4.8: Schematic Reset, system clock module 67 Hình 4.9: Schematic power and USB modules 68 Hình 4.10: Schematic LED module 68 Hình 4.11: Schematic Keys module 69 Hình 4.12: Schematic ADC module 69 Hình 4.13: Schematic BOOT0, BOOT1 module 70 Hình 4.14: Schematic RS232 module 71 Hình 4.15: Schematic CAN module 72 Hình 4.16: Schedule MMC/SD Card module 72 Hình 4.17: Schematic LCD HD44680 module 73 xii
15. Hình 4.18: Schematic TFT_LCD module 74 Hình 4.19: Sơ đồ nguyên lý của một encoder 77 Hình 4.20: Encoder tuyệt đối 77 Hình 4.21: Đĩa dùng mã nhị phân trực tiếp 78 Hình 4.22: Đĩa dùng mã nhị phân phản xạ 79 Hình 4.23: Encoder tƣơng đối 80 Hình 4.24: Loại encoder tƣơng đối một kênh 81 Hình 4.25: Loại encoder tƣơng đối hai kênh 82 Hình 4.26: Giao diện của thiệt bị 83 Hình 4.27:Các bƣớc thực hiện công việc 84 Hình 5.1: Mô hình gia công 87 Hình 5.2: Hình ảnh sau khi hoàn thành chế tạo 87 Hình 5.3:Hình ảnh thực tế của tủ điện 88 Hình 5.4:Hình ảnh về bộ điều khiển nhiệt độ 88 xiii
16. CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI, thế kỷ của sự phát triển khoa học kỹ thuật hiện đại với các bƣớc tiến vƣợt bậc trong các ngành công nghiệp trọng điểm, đặc biệt là ngành công nghiệp vật liệu và tự động hoá sản xuất. Các loại vật liệu mới liên tục đƣợc tìm ra, thử nghiệm và ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Trong đó, vật liệu nhựa cũng không nằm ngoại lệ. Trên thế giới, các nhà khoa học đang nỗ lực tập trung nghiên cứu các loại vật liệu nhựa mới, với các ƣu điểm nhƣ: nhẹ, có độ bền cao, chống dẫn điện, dẫn nhiệt, đa dạng hoá tính thù hình Vì vậy, trong tƣơng lai gần, vật liệu nhựa đang có xu hƣớng dần thay thế các vật liệu truyền thống nhƣ : kim loại, gỗ, gốm và giảm phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên đang cạn kiệt do khai thác quá mức. Việc kiểm tra các thông số kỹ thuật nhƣ kéo – nén là điều rất quan trọng. Những thí nghiệm này minh họa cho những đặc tính ổn định trong việc đánh giá tính chất của vật liệu. Hiện nay, trong các phòng thí nghiệm, trƣờng học, các viện nghiên cứu cũng nhƣ các xƣởng sản xuất đang sử dụng một lƣợng lớn thiết bị thử kéo – uốn vật liệu. Những thiết bị này đã có từ lâu và phần lớn khâu xử lý số liệu đo lƣờng và đánh giá kết quả đo phải làm thủ công, rất mất thời gian, hiệu suất và độ chính xác không cao. Trên thị trƣờng có bán các thiết bị kéo hoặc nén với độ chính xác khá cao và đã giải quyết đƣợc những khó khăn nêu trên. Nhƣng giá thành rất cao do phải nhập từ nƣớc ngoài đã vô hình tạo nên một rào cản đối với các doanh nghiệp trong nƣớc. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Tạo điều kiện, tiền đề cho ngƣời nghiên cứu phát triển các kỹ năng, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế để tạo ra đƣợc sản phẩm mới, góp phần vào sự phát triển của nền công nghiệp nƣớc nhà. Đây cũng sẽ là tiền đề để cải tiến, phát triển sản phẩm và ứng dụng vào trong các lĩnh vực khác có liên quan Dựa trên các nguyên lý và các phƣơng pháp thử nghiệm vật liệu. Độ chính xác cao của thiết bị đo lƣờng lực Loadcell và khả năng kết nối với máy tính của các thiết bị xiv
17. điểu khiển để xây dựng phần mềm xử lý số liệu trên thiết bị thử kéo – uốn vật liệu nhựa. Thông qua tín hiệu điện từ bộ cảm biến lực và số liệu về độ giãn dài có độ chính xác cao, ta có thể thu các kết quả thử nghiệm về và tính toán một cách chính xác. Đồng thời thể hiện một cách trực quan quá trình biến đổi của vật liệu thông qua các biểu đồ, đồng thời cũng lƣu lại kết quả, lập báo cáo và kết xuất dữ liệu theo yêu cầu. Với phần mềm này, ta có thể theo dõi toàn bộ quá trình phép thử trong thực nghiệm, các giá trị đo đƣợc truyền về từ máy tính xử lý có độ chính xác cao. Cho phép chọn và quan sát, phân tích các giai đoạn biến dạng của vật liệu trên biểu đồ, thông qua đó đánh giá chất lƣợng vật liệu có hệ thống và chi tiết hơn. Thiết bị thử kéo – uốn vật liệu đang đƣợc sử dụng rất nhiều và chiếm một vai trò quan trọng trong quá trình đánh giá cơ tính của vật liệu, cụ thể là độ giãn dài. Đề tài sẽ góp phần trong việc thử nghiệm cơ tính vật liệu với độ chính xác cao hơn, quá trình xử lý số liệu dễ dàng hơn, tiết kiệm thời gian, kinh phí nâng cấp và nâng cao hiệu suất sản xuất. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu về khái niệm độ giãn dài của vật liệu nhựa, qua đó đƣa ra kết luận sơ bộ về chất lƣợng của sản phẩm tạo ra. Tìm hiểu các phƣơng pháp kéo và uốn vật liệu nhựa, bên cạnh đó tìm hiểu một số loại thiết bị thử kéo hoặc uốn trên thị trƣờng cũng nhƣ nguyên lý hoạt động của chúng. Thiết kế mô hình 3D bằng phần mềm CREO 3.0. Hoàn chỉnh thiết kế cho thiết bị thử kéo – uốn. Gia công, lắp ráp và chạy thử thiết bị. 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu khái niệm độ giãn dài vật liệu nhựa trong môi trƣờng nhiệt độ thay đổi, nghiên cứu thiết bị đo và thiết bị kết nối với máy tính. Phân tích dữ liệu, lọc các dữ liệu nhận đƣợc. Từ đó viết chƣơng trình xử lý số liệu và giao diện tƣơng tác với ngƣời dùng. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế, tính toán và chế tạo thiết bị thử kéo – uốn vật liệu nhựa trong phạm vi phòng thí nghiệm với thiết bị gia nhiệt. 1
18. Sử dụng phần mềm cơ khí CREO 3.0 trong thiết kế để lắp ráp và thử nghiệm chuyển động thô của thiết bị. Sử dụng phần mềm KeilCđể lập trình cho chip điều khiển STM32F103RCT6. Sử dụng phần mềm Visual Studio 2013 để lập trình giao diện tƣơng tác với ngƣời sử dụng thông qua máy tính. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phƣơng pháp thực nghiệm để tìm ra kết quả. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các cơ cấu chuyển động, tính toán lực kéo, lực tác động và các nguyên lý của thiết bị thử kéo và uốn trong thực tế có thể sử dụng. Từ đó có sự nhìn nhận đúng hƣớng trong việc tính toán, thiết kế và chế tạo thiết bị thử kéo – uốn vật liệu nhựa. Nghiên cứu khả năng lập trình kết nối với máy tính và xử lý số liệu. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm độ bền thiết bị thử kéo – uốn vật liệu nhựa. Lấy đó làm cơ sở chính trong việc tính toán lực, thiết kế chế tạo các chi tiết của thiết bị. Sử dụng thiết bị giao tiếp với máy tính và trao đổi dữ liệu với thiết bị. 2
19. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 GIới thiệu về tầm quan trọng của vật liệu nhựa Thế giới: Với lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu nhựa đã đƣợc nhiều nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến. Việc nghiên cứu và áp dụng thành công vật liệu này đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới áp dụng. Cho đến nay thì vật liệu nhựa đã đƣợc sử dụng để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện để bảo vệ bảng mạch bên trong ôtô. Dựa trên những ƣu thế đặc biệt nhƣ giảm trọng lƣợng, tiết kiệm nguyên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm không gian cho máy móc. Ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu này vào việc cách điện, chống thấm nƣớc, bảo vệ linh kiện điện tử, board mạch điều khiển quan trọng Trong ngành công nghiệp điện tử đƣợc sử dụng để sản xuất các chi tiết chân đế cho các bảng mạch và các linh kiện. Ngành công nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô; các ngành dân dụng nhƣ y tế (hệ thống chân,Tay giả, răng giả, ghép sọ và các ngành dân dụng, quốc tế dân sinh khác. Việt Nam: Vật liệu nhựa đƣợc áp dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế. Tính riêng nhựa dùng để sản xuất sản phẩm đƣợc tiêu thụ ở Việt Nam khoảng 5.000 tấn mỗi năm. Các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các giải phân cách đƣờng giao thông, bảo vệ các hệ thống điều khiển của tàu xuồng và ghế ngồi, thùng rác công cộng bằng nhựa tổng hợp, hộp giảm sốc cho các thiết bị quan trọng Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu nhựa vào các lĩnh vực điện dân dụng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện. Tầm quan trọng của vật liệu nhựa: -Giao thông vận tải: bảo vệ cho các board mạch của ô tô, xe lửa khỏi các tác động có hại nhƣ rò rỉ nƣớc, nhiên liệu, điện -Hàng hải: Làm các chi tiết cách điện cho thuyền, tàu, xuồng cao tốc -Hàng không: thay thế vật liệu sắt, nhôm để làm tay nắm cửa trong máy bay dân dụng, quân sự. -Quốc phòng: bảo vệ chi tiết điều khiển cho những phƣơng tiện chiến đấu: tàu chiến, xuồng cao tốc, máy bay, xe tăng Thiết bị: dụng cụ, phƣơng tiện phục vụ cho việc sản xuất nghiên cứu trong quân đội nhƣ: bồn chứa nƣớc hoặc hóa chất, khay trồng rau,bia tập bắn 3
20. -Công nghiệp hóa chất: Bồn chứa dung dịch acid (thay gelcoat bằng epoxy hoặc nhựa vinyleste). Bồn chứa dung dịch kiềm (thay gelcoat bằng epoxy) -Dân dụng: Sản phẩm trong sơn mài: bình, tô, chén, đũa Sản phẩm trang trí nội thất: khung hình, phù điêu, nẹp hình, vách ngăn Bàn ghế, tủ giả đá, khay, thùng, bồn Hình 2.1: Các sản phẩm làm từ nhựa Tính ƣu việt của vật liệu nhựa là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn, các thành phần cốt lõi có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần liên kết hài hoà tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trƣờng Một trong các ứng 4
21. dụng có hiệu quả nhất đó là Polyme: đây là vật liệu có nhiều tính ƣu việt và có khả năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu môi trƣờng, dễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trƣng nhƣ: đàn hồi cao, bền vững với môi trƣờng ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khai đƣợc các thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất. Vì vậy việc tính toán và đo độ bền kéo – uốn của vật liệu nhựa là rất quan trọng để có thể chế tạo các sản phẩm phục vụ nhu cầu cũng nhƣ các ngành công nghiệp khác nhau. Do đó đã có nhiều thiết bị ra đời nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn đó. 2.2 Sơ lƣợc về thiêt bị kéo –uốn vật liệu nhựa gia nhiệt. Thiết bị thử kéo và uốn là một loại thiết bị thí nghiệm dùng để kiểm tra độ giãn dài của các vật liệu bằng nhựa từ đó cho kết quả đánh giá độ bền của nhựa nhằm lựa chọn vật liệu thích hợp với yêu cầu sản xuất đặt ra. Thử kéo bằng cách sử dụng 1 đầu kẹp cố định và đầu kẹp di động tác dụng lực kéo cho đến khi vật liệu bị phá hủy. Thử uốn bằng cách sử dụng nguyên tắc 3 điểm, sử dụng một lực vừa đủ uốn cong vật liệu cho đến khi gãy. 2.3 Lợi ích của việc thử kéo-uốn vật liệu nhựa gia nhiệt. Là thiết bị dùng để kiểm tra tính chất và chất lƣợng của sản phẩm nhựa sau khi thành hình. Các tính chất đƣợc xác định từ thí nghiệm kéo hoặc uốn: Thí nghiệm kéo Thí nghiệm uốn Tính biến dạng đàn hồi. Tính biến dạng đàn hồi. Đặc điểm biến dạng dẻo tại điểm kéo. Đặc điểm căng cứng tại điểm uốn. Độ giãn dài cho phép trƣớc khi bị phá Giới hạn uốn cuối cùng. huỷ 2.4 Tình hình sử dụng thiết bị thử kéo –uốn trên thế giới và ở Việt Nam. Hiện nay trên thế giới, nhựa đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, trong xây dựng và trang trí nội thất với nhiều chủng loại khác nhau. 5