Máy ép khí nén là gì? Tổng quan máy ép khí nén công nghiệp

Máy ép khí nén là một loại thiết bị gia công cơ khí sử dụng khí nén để tạo ra lực ép, dập, cắt hoặc lắp ráp. Không giống như các loại máy ép thủy lực hay cơ khí, máy ép khí nén được thiết kế tối ưu cho các ứng dụng tải nhẹ đến trung bình với yêu cầu về tốc độ cao và chu trình làm việc nhanh.

Sự đơn giản trong cấu tạo, khả năng vận hành sạch sẽ và tốc độ phản ứng tức thời đã định vị máy ép khí nén là công cụ lý tưởng trong các dây chuyền sản xuất tự động. Đặc biệt trong các ngành công nghiệp lắp ráp linh kiện điện tử, đóng gói và dược phẩm.

Nội dung bài viết

1 Máy ép khí nén là gì?
2 So sánh máy ép khí nén với máy ép thủy lực
3 Ưu nhược điểm của máy ép khí nén
4 Cấu tạo của máy ép khí nén
5 Nguyên lý hoạt động của máy ép khí nén
6 Các loại cơ cấu lực tăng cường trong máy ép
7 Các loại máy ép khí nén trên thị trường
8 Ứng dụng của máy ép khí nén

Máy ép khí nén là gì?

Máy ép khí nén (Pneumatic Press) là một loại thiết bị gia công cơ khí sử dụng năng lượng từ khí nén (thường được cung cấp từ máy nén khí) để tạo ra lực ép, dập, cắt, hoặc lắp ráp các chi tiết. Máy ép khí nén hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản:

– Áp suất khí nén tác động lên diện tích piston (lực = áp suất x diện tích) để tạo ra chuyển động và lực ép.

Đặc điểm nổi bật của máy ép khí nén:

– Có tốc độ hành trình và chu trình làm việc rất nhanh.

– Sạch sẽ: Không sử dụng dầu thủy lực, loại bỏ nguy cơ rò rỉ và giữ cho môi trường làm việc sạch sẽ.

– Lực ép tối đa thấp (thường dưới 10 tấn) nhưng đủ cho các tác vụ lắp ráp, dập nhẹ và đóng gói.

– Cấu tạo đơn giản, dễ bảo trì và dễ dàng tích hợp vào các dây chuyền sản xuất tự động.

>>> Xem thêm: Máy dập khí nén là gì?

So sánh máy ép khí nén với máy ép thủy lực

Sự khác biệt cơ bản giữa máy ép khí nén và các loại máy khác nằm ở cơ chế truyền lực.

– Máy ép thủy lực sử dụng chất lỏng (dầu) để truyền lực ép lớn.

– Máy ép cơ khí sử dụng cơ cấu cơ học (bánh đà, trục khuỷu) để truyền lực.

– Máy khí nén sử dụng khí nén – một môi chất dễ kiểm soát, sạch sẽ và có khả năng giải phóng năng lượng nhanh chóng.

Để hiểu rõ hơn, các bạn nên tham khảo bảng so sánh chi tiết dưới đây:

Tiêu chí	Máy ép khí nén	Máy ép thủy lực
Lực ép tối đa	– Thấp – Thường dưới 10 tấn, tối đa khoảng 20 tấn.	– Rất cao – Từ 5 tấn đến 50.000 tấn.
Tốc độ hành trình	– Rất nhanh	– Chậm hơn – Thường có 3 tốc độ: đi xuống nhanh, ép chậm, hồi về nhanh.
Môi chất truyền lực	– Khí nén (Không khí).	– Chất lỏng thủy lực (Dầu).
Tính sạch sẽ	– Rất sạch sẽ. – Không rò rỉ dầu, không ô nhiễm môi trường làm việc.	– Có nguy cơ rò rỉ dầu. – Yêu cầu bảo trì định kỳ để giữ sạch.
Độ cứng	– Thấp. – Thường có độ đàn hồi do khí nén dễ bị nén.	– Rất Cao. – Lực ép ổn định và áp suất được giữ chặt.
Độ chính xác	– Khó đạt được lực ép ổn định tuyệt đối trong suốt hành trình.	– Rất chính xác. – Dễ dàng duy trì áp suất, lực ép đã cài đặt.
Chi phí đầu tư	– Thấp.	– Cao hơn. – Do cần hệ thống bơm, van và bộ lọc dầu phức tạp.
Chi phí vận hành	– Có thể tốn kém do tiêu thụ khí nén liên tục.	– Hiệu quả năng lượng tốt hơn (dầu dễ truyền tải lực, ít tổn hao).
Ứng dụng	– Đột lỗ mỏng, dập nhẹ, lắp ráp tốc độ cao, đóng gói.	– Kéo sâu, rèn, dập cường độ cao, nén bột, các ứng dụng tải nặng.

Kết luận:

– Máy ép khí nén được chọn khi ưu tiên hàng đầu là tốc độ chu trình nhanh và cần môi trường sạch sẽ.

+ Đặc biệt với các công việc chỉ cần lực ép dưới 10 tấn.

– Máy ép thủy lực là lựa chọn khi cần lực ép cực lớn, độ cứng tuyệt đối trong quá trình ép.

>>> Các dòng máy ép thủy lực hiện nay:

Ưu nhược điểm của máy ép khí nén

Việc đánh giá ưu nhược điểm giúp xác định đúng ứng dụng mà máy ép khí nén mang lại hiệu quả cao nhất.

1/ Ưu điểm (Lợi thế cạnh tranh):

– Tốc độ làm việc nhanh:

+ Khí nén dễ dàng được nén và xả nhanh chóng.

+ Cho phép piston di chuyển với tốc độ cao, chu trình làm việc nhanh hơn đáng kể.

+ Lý tưởng cho sản xuất hàng loạt.

– Môi trường sạch sẽ và an toàn:

+ Không sử dụng dầu thủy lực, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ rò rỉ dầu, giữ cho môi trường làm việc sạch sẽ.

+ Áp suất làm việc thấp (thường dưới 10 bar) giúp quá trình vận hành an toàn hơn so với hệ thống thủy lực (vài trăm bar).

– Đơn giản, dễ bảo trì:

+ Cấu tạo cơ bản gồm xylanh và van.

+ Ít phức tạp hơn hệ thống bơm, van, ống dẫn dầu của thủy lực.

=> Chi phí đầu tư, bảo trì ban đầu thấp hơn.

– Dễ dàng tích hợp:

+ Dễ dàng kết nối vào hệ thống khí nén chung của nhà máy.

+ Dễ tích hợp vào các dây chuyền lắp ráp tự động bằng cách sử dụng các van điện từ tiêu chuẩn.

2/ Nhược điểm (Hạn chế):

– Lực ép bị giới hạn: Không thể đạt được mức tải trọng lớn như máy ép thủy lực (trên 100 tấn).

– Độ cứng vững thấp: Khí dễ bị nén lại dẫn đến làm giảm độ cứng vững của hệ thống.

– Lực ép cuối cùng có thể dao động, không duy trì được độ ổn định tuyệt đối trong thời gian dài.

– Việc tạo ra và sử dụng khí nén tiêu tốn nhiều năng lượng điện hơn.

=> Chi phí vận hành có thể cao nếu máy làm việc liên tục ở công suất cao.

– Quá trình xả khí nhanh có thể tạo ra tiếng ồn lớn, yêu cầu phải sử dụng các bộ giảm thanh hiệu quả.

Cấu tạo của máy ép khí nén

Máy ép khí nén có cấu tạo tương đối đơn giản, gọn nhẹ so với các loại máy ép khác.

1/ Nguồn cung cấp khí nén:

– Máy nén khí: Cung cấp nguồn khí nén cho toàn bộ hệ thống.

– Bộ lọc, điều chỉnh, bôi trơn: Bộ phận làm sạch khí, điều chỉnh áp suất và bôi trơn khí để kéo dài tuổi thọ của xylanh.

2/ Bộ phận tạo lực:

– Xylanh khí nén: Là bộ phận tạo ra lực ép dựa trên công thức: F=P×A (Lực = Áp suất x Diện tích piston).

+ Xylanh có thể là tác động đơn (hồi về bằng lò xo) hoặc tác động kép (hồi về bằng khí nén).

3/ Bộ phận điều khiển:

– Van Khí nén: Dùng để điều hướng dòng khí đi vào và ra khỏi xylanh, kiểm soát hướng di chuyển của piston.

+ Van điện từ 3/2, 4/2, 5/2, v.v.,

– Van tiết lưu: Dùng để điều chỉnh tốc độ di chuyển của piston bằng cách kiểm soát tốc độ dòng khí.

– Bộ điều khiển (PLC/Microcontroller): Nhận tín hiệu từ cảm biến và điều khiển van để thực hiện chu trình làm việc tự động.

4/ Khung máy:

– Cấu trúc khung thường là Khung chữ C (C-Frame) hoặc Khung chữ H (H-Frame).

– Khung máy ép khí nén thường nhỏ gọn, nhẹ hơn và không cần độ cứng cực cao như máy ép thủy lực.

>>> Xem thêm: Máy ép nhiệt công nghiệp khổ lớn

>>> Xem thêm: Máy ép thủy lực chữ C

Nguyên lý hoạt động của máy ép khí nén

Nguyên lý hoạt động của máy ép khí nén dựa trên các định luật cơ học chất lưu, chuyển hóa năng lượng tiềm năng của khí nén thành lực ép để thực hiện công việc.

Nguyên lý cốt lõi của máy ép khí nén dựa trên việc áp suất khí tác động lên diện tích của piston:

F=P×A (Lực = Áp suất x Diện tích piston).

– P (Áp suất): Là áp suất của khí nén được cung cấp từ máy nén khí.

+ Được điều chỉnh ở mức tiêu chuẩn (ví dụ: 6–8 bar) thông qua bộ điều áp.

– A (Diện tích): Là diện tích bề mặt hiệu dụng của piston bên trong xylanh khí nén mà áp suất khí tác động lên.

– F (Lực): Là lực ép được tạo ra và truyền đến bàn trượt để thực hiện công việc.

*Để tăng lực ép cần phải:

+ Tăng áp suất khí nén (thường bị giới hạn bởi tiêu chuẩn nhà máy)

+ hoặc tăng đường kính/diện tích của xylanh (phương pháp phổ biến).

>>> Xem thêm: Công thức tính lực ép xi lanh thủy lực

Một chu trình hoạt động cơ bản của máy ép khí nén diễn ra qua các bước sau:

1/ Kích hoạt (Activation):

– Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) gửi tín hiệu điện đến Van điện từ.

2/ Hành trình đi xuống (Tạo lực):

– Van điện từ chuyển trạng thái, dẫn khí nén đã được điều chỉnh áp suất đi vào khoang phía trên của Xylanh khí nén.

– Áp suất khí nén đẩy piston và thanh xylanh di chuyển nhanh xuống dưới.

– Van tiết lưu được sử dụng để điều chỉnh tốc độ đi xuống này.

3/ Thực hiện ép:

– Piston ép dụng cụ làm việc vào phôi, thực hiện thao tác dập, cắt, hoặc lắp ráp.

– Máy ép khí nén thường được dùng cho các tác vụ cần lực thấp và tốc độ cao.

4/ Hành trình hồi về:

– Van điện từ lại chuyển trạng thái.

– Khí nén trong khoang trên được xả ra ngoài qua bộ giảm thanh.

+ Đối với xylanh tác động kép, khí nén được dẫn vào khoang dưới của xylanh

– Đẩy piston quay về vị trí ban đầu.

5/ Chuẩn bị chu trình mới:

– Máy sẵn sàng cho chu trình làm việc tiếp theo, nổi bật với tốc độ chu trình nhanh.

Các loại cơ cấu lực tăng cường trong máy ép

Để vượt qua giới hạn về lực ép của khí nén thuần túy, máy ép khí nén có thể sử dụng các cơ cấu cơ học:

1/ Cơ cấu tác động trực tiếp (Direct-Acting Mechanism): Đây là cơ cấu đơn giản nhất, trong đó lực ép được tạo ra trực tiếp từ xylanh khí nén hoặc thủy lực và truyền thẳng đến bàn trượt.

– Nguyên tắc: Lực được tính trực tiếp bằng công thức F=P×A.

– Ưu điểm: Tốc độ hành trình nhanh nhất, cấu tạo đơn giản, dễ điều khiển.

– Hạn chế: Lực ép tối đa bị giới hạn bởi đường kính xylanh và áp suất nguồn cấp.

2/ Cơ cấu khuỷu khí nén (Pneumatic Toggle Mechanism): Cơ cấu này sử dụng hệ thống khớp khuỷu hoặc đòn bẩy kết hợp với xylanh khí nén.

– Nguyên tắc: Xylanh khí nén cung cấp lực đẩy ban đầu, nhưng khi khớp khuỷu duỗi thẳng (ở vài milimét cuối cùng của hành trình), nó tạo ra một lợi thế cơ học rất lớn, khuếch đại lực ép lên gấp 10 – 20 lần so với lực của xylanh thuần túy.

– Ưu điểm:

+ Tạo ra lực ép cực lớn một cách đột ngột ở điểm làm việc.

+ Lý tưởng cho các tác vụ cắt, dập hoặc định hình cần lực lớn tại cuối hành trình.

– Hạn chế: Lực khuếch đại chỉ xuất hiện trong phạm vi hành trình rất nhỏ.

3/ Cơ cấu khí – thủy lực lai (Hydro-Pneumatic Mechanism) còn được gọi là máy ép tích hợp khí – dầu (Air-Hydraulic Intensifier). Cơ cấu này kết hợp ưu điểm về tốc độ của khí nén, độ cứng, lực ép của thủy lực.

– Hành trình nhanh: Khí nén đẩy piston di chuyển nhanh qua hành trình không tải.

– Hành trình ép:

+ Khí nén tác động lên một piston lớn.

+ Sau đó piston này nén một lượng nhỏ dầu thủy lực, tạo ra áp suất thủy lực cực cao.

+ Áp suất cao này được truyền đến một piston làm việc nhỏ hơn để tạo ra lực ép lớn, ổn định như thủy lực.

– Ưu điểm:

+ Đạt được sự cân bằng giữa tốc độ cao và lực ép lớn.

+ Ổn định mà không cần hệ thống bơm thủy lực phức tạp, tốn kém.

Các loại máy ép khí nén trên thị trường

Máy ép khí nén trên thị trường có thể được phân loại dựa trên cơ chế truyền lực và cấu tạo vật lý. Sự phân loại này giúp người dùng lựa chọn loại máy phù hợp nhất với yêu cầu về tốc độ, lực ép và độ chính xác

1/ Máy ép tác động trực tiếp

– Đặc điểm: Lực ép được tạo ra trực tiếp bởi xylanh khí nén mà không qua bất kỳ cơ cấu khuếch đại cơ học nào.

– Nguyên tắc: Lực ép tỷ lệ thuận với áp suất khí nén và diện tích piston (F=P×A).

– Ưu điểm: Tốc độ chu trình làm việc rất nhanh và cấu tạo đơn giản nhất.

– Ứng dụng: Dùng cho các công việc tải rất nhẹ như: lắp ráp linh kiện nhựa/điện tử, dập tem, hoặc đóng gói.

2/ Máy ép khuỷu khí nén

– Đặc điểm: Sử dụng một cơ cấu khớp khuỷu giữa xylanh khí nén và bàn trượt.

– Nguyên tắc: Lực ép của xylanh khí nén được khuếch đại đáng kể (thường gấp 10-20 lần) ở cuối hành trình làm việc (khi khớp khuỷu gần duỗi thẳng).

– Ưu điểm: Đạt được lực ép tối đa lớn hơn nhiều lần so với máy tác động trực tiếp cùng kích thước, lý tưởng cho các tác vụ cần lực lớn đột ngột.

– Ứng dụng: Đột lỗ, cắt rời, dập tạo hình chi tiết kim loại mỏng hoặc cắt gọt bavia trên nhựa.

3/ Máy ép khí – thủy lực lai

– Đặc điểm: Kết hợp hệ thống khí nén và thủy lực trong một thiết bị nhỏ gọn (dạng tăng cường áp suất).

– Nguyên tắc:

+ Khí nén được sử dụng để di chuyển piston nhanh qua hành trình không tải (tiết kiệm thời gian).

+ Sau đó, khí nén tác động lên một piston dầu lớn để tạo ra áp suất thủy lực cực cao.

+ Lực ép cuối cùng là lực ép thủy lực lớn và ổn định.

– Ưu điểm:

+ Kết hợp được tốc độ nhanh của khí nén và lực ép lớn, ổn định của thủy lực.

+ Thường đạt lực ép lên tới 10-50 tấn mà không cần bơm thủy lực lớn.

– Ứng dụng: Lắp ráp ép khít chính xác, tạo hình chi tiết ô tô, các tác vụ dập cần lực trung bình.

4/ Máy ép khung chữ C

– Đặc điểm: Thiết kế có một khoảng hở rộng (cổ họng sâu) ở phía trước.

– Ưu điểm:

+ Dễ dàng tiếp cận khu vực làm việc từ ba phía.

+ Thuận tiện cho việc cấp phôi thủ công hoặc tự động hóa bằng robot.

– Hạn chế: Độ cứng thấp hơn khung chữ H, dễ bị biến dạng nhẹ khi chịu tải trọng tối đa.

5/ Máy ép khung 4 trụ (Khung Chữ H)

– Đặc điểm: Khung máy được gia cố bằng bốn trụ hoặc một khung kín hình chữ H.

– Ưu điểm:

+ Độ cứng rất cao, đảm bảo sự căn chỉnh song song tuyệt đối giữa bàn trượt và bàn làm việc.

+ Lý tưởng cho các tác vụ đòi hỏi độ chính xác cao về căn chỉnh.

– Hạn chế: Thao tác cấp phôi phức tạp hơn so với khung chữ C.

Ứng dụng của máy ép khí nén

1/ Ngành điện tử, lắp ráp nhẹ:

– Ép các đầu nối, công tắc, hoặc màn hình hiển thị vào các vỏ thiết bị điện tử.

– Cắt, dập, uốn các chi tiết kim loại/nhựa mỏng (ví dụ: các lá kim loại tản nhiệt, vỏ pin).

2/ Ngành bao bì đóng gói:

– Dập và niêm phong các loại vỉ nhựa, ép nắp chai hoặc hộp chứa.

– Cắt các hình dạng trên hộp carton, bao bì nhựa.

3/ Ngành chế tạo nhựa/cao su:

– Cắt gọt bavia thừa trên các sản phẩm nhựa đúc, đột lỗ trên các chi tiết cao su/gioăng đệm.

– Ép dán hai lớp vật liệu nhựa hoặc cao su lại với nhau dưới áp suất nhất định.

4/ Ngành y tế, dược phẩm:

– Ép lắp các chi tiết nhỏ của ống tiêm, dụng cụ phẫu thuật.

– Ép vỉ thuốc, ép nắp lọ thuốc với yêu cầu vệ sinh cao.

5/ Ngành cơ khí chế tạo:

– Dập số seri, mã vạch hoặc logo lên các chi tiết kim loại/nhựa nhỏ.

– Ép lắp các chốt, ghim hoặc các chi tiết có dung sai không quá khắt khe vào các lỗ định vị.

Máy ép khí nén công nghiệp đóng vai trò không thể thay thế trong các quy trình sản xuất ưu tiên tốc độ chu trình nhanh, môi trường làm việc sạch sẽ và chi phí đầu tư ban đầu thấp. Mặc dù bị giới hạn về lực ép so với máy thủy lực, nhưng nhờ vào các cơ cấu khuếch đại lực, máy ép khí nén đã mở rộng phạm vi ứng dụng lên các tác vụ đòi hỏi lực vừa phải nhưng vẫn giữ được tốc độ vượt trội.

Hãy liên hệ ngay tới VNTECH để được tư vấn chi tiết các dòng máy ép công nghiệp phù hợp nhất với sản phẩm của bạn.

VNTECH - Đơn vị cung cấp máy móc gia công cơ khí chính hãng, uy tín, đa dạng về chủng loại, đáp ứng mọi nhu cầu sản xuất. Để được tư vấn chi tiết và nhận báo giá tốt nhất, quý khách vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới.