BÁO cáo CUỐI kỳ môn THIẾT kế và CHẾ tạo KHUÔN ép NHỰA đề tài THIẾT kế KHUÔN ép NHỰA CHO KHUÔN làm KEM

Góc côn cần thiết đối với nhựa Polyolefins và Acetals và có kích thước nhỏ góc côn chỉ khoảng 0.5°, nhưng đối với sản phẩm có kích thước lớn, góc côn yêu cầu có thể tới 3°.. Góc vát cho

BÁO CÁO CUỐI KỲ MÔN: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA CHO KHUÔN LÀM KEM

GVHD: TS Trần Văn Trọn SVTH:

Lê Công Lập 19143276

Lê Minh Khang 19143261 HỌC KỲ: 2

NĂM HỌC 2021-2022

1.1 Góc thoát khuôn 1

1.2 Bề dày 3

1.2.1 Hiệu quả thiết kế 3

1.2.2 Một số điều cần chú ý 5

1.3 Góc bo 6

1.3.1.Hiệu quả thiết kế 6

1.3.2 Giải pháp thiết kế góc bo 7

1.4 Gân 8

1.4.1 Hiệu quả thiết kế 8

1.4.2 Các loại sản phẩm cần gân tăng bền 9

1.4.3 Thiết kế gân 9

Chương 2: THIẾT KẾ SẢN PHẨM 11

2.1 Các bước cơ bản để thiết kế và bản vẽ chi tiết sản phẩm 11

2.1.1 Các bước cơ bản để thiết kế sản phẩm trên Creo 11

2.1.2 Bản vẽ chi tiết sản phẩm 25

2.2 Vật liệu nhựa được sử dụng cho sản phẩm: 25

2.2.1 Tính chất vật liệu: 26

2.2.2 Kiểm tra và hiệu chỉnh góc thoát khuôn trên sản phẩm 27

2.2.3 Kiểm tra bề dày sản phẩm 28

2.2.4 Tính khối lượng sản phẩm 29

Chương 3: TÁCH KHUÔN SẢN PHẨM VÀ PHÂN TÍCH CAE 30

3.1 Ứng dụng CAE tìm vị trí cổng vào nhựa phù hợp 30

3.2 Thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa nguội 33

3.3 Tách khuôn sản phẩm 38

3.3.1 Tấm runner 38

3.3.2 Khuôn dương 39

3.3.3 Khuôn âm 39

3.3.4 Tách khuôn 40

3.4 Phân tích dòng chạy nhựa trong moldex 41

Chương 4 THIẾT KẾ BỘ KHUÔN HOÀN CHỈNH 45

4.1 Chọn chuẩn khuôn 45

4.2 Các bước tiến hành thiết kế bộ khuôn trên creo 45

4.3 Thiết kế hệ thống đẩy, thoát khí và làm mát 57

4.3.1 Hệ thống đẩy 57

4.3.2 Hệ thống thoát khí 60

Chương 1: CÁC CHÚ Ý VỀ HÌNH DÁNG HÌNH HỌC PHUN ÉP NHỰA

1.1 Góc thoát khuôn

Để dễ dàng tháo sản phẩm khỏi lòng khuôn, mặt trong cũng như mặt ngoài sản phẩm phải có

độ côn nhất định theo hướng mở khuôn Yêu cầu này cũng cần áp dụng đối với các chi tiết như gân gia cường, vấu lồi, rãnh,…

Hình 1

Hình 1.1 Góc thoát khuôn trên sản phẩm

Ở các khuôn có lõi ngắn hay lòng khuôn nông (nhỏ hơn 5 mm) góc côn ít nhất khoảng 0.25° mỗi bên, khi chiều sâu lòng khuôn và lõi tăng từ 1 đến 2 inch (25.4 ÷ 50.8 mm) góc côn nên tăng lên

là 2° mỗi bên Góc côn cần thiết đối với nhựa Polyolefins và Acetals và có kích thước nhỏ góc côn

chỉ khoảng 0.5°, nhưng đối với sản phẩm có kích thước lớn, góc côn yêu cầu có thể tới 3° Với vật

liệu cứng hơn như Polystyrene, Acrylic,… ngay cả đối với sản phẩm có kích thước nhỏ, góc côn tối thiểu cũng phải là 1,5° Cần chú ý rằng góc côn càng nhỏ, yêu cầu lực đẩy càng lớn; do đó, có thể làm hỏng sản phẩm nếu sản phẩm chưa đông cứng hoàn toàn

Hình 1.2 Góc vát cho sản phẩm

Khi không thiết kế góc thoát khuôn hay thiết kế không đúng thì ma sát giữa bề mặt sản phẩm

và mặt khuôn sẽ rất lớn Khi đó, sản phẩm sẽ bị kẹt lại trong khuôn hoặc nếu đẩy ra ngoài đi chăng nữa thì bề mặt sản phẩm cũng sẽ bị lỗi bởi lực chốt đẩy quá lớn làm thụn bề mặt

Hình 2.3 Đồ thị chọn góc vát theo chiều cao thành sản phẩm

Đồ thị thể hiện mối quan hệ góc vát và chiều sâu vát Với giá trị chiều sâu vát và bề rộng vát

có thể tra đồ thị (hình 3.2.4) để tìm ra góc vát hợp lí Hoặc có thể tính theo công thức sau:

tan 𝛽 = 𝐴

𝐶 Trong đó: C là chiều cao vát (mm);

A là bề rộng vát (mm)

1.2 Bề dày

1.2.1 Hiệu quả thiết kế

• Rút ngắn thời gian chu kì ép phun và chế tạo khuôn Khi thiết kế hình dáng hình học sản phẩm hợp lý (bề dày đồng nhất, các đoạn chuyển tiếp, ) tránh được các lỗi trên sản phẩm và tăng thời gian

điền đầy rút ngắn thời gian chu kì ép phun và chế tạo khuôn

• Giảm giá thành sản phẩm và khuôn

• Tiết kiệm vật liệu mà vẫn mang lại hiệu quả sử dụng cho sản phẩm

• Tránh được các khuyết tật như: cong vênh, lỗ khí, vết lõm, đường hàn,

Hình 1.3 Các khuyết tất do bề dày gây nên

Bề dày sản phẩm ảnh hưởng trực tiếp không chỉ tới độ cứng vững, tính cách điện, tính chịu

nhiệt, mà còn ảnh hưởng đến thẩm mỹ và giá thành sản phẩm Tuy nhiên, cần tránh thiết kế thành chi

tiết quá dày vì nhiều lý do

Thứ nhất, khi tăng bề dày thành sản phẩm thời gian chu kỳ nguội tăng: đối với sản phẩm nhựa

ép phun, phải được làm nguội đủ trước khi lấy ra khỏi khuôn để tránh bị méo mó, do đó sản phẩm có

bề dày lớn đòi hỏi thời gian làm nguội lâu Theo lý thuyết, thời gian chu kì tương đương với bình phương bề dày thành sản phẩm, nên sản phẩm càng dày thì thời gian chu kì càng dài, làm giảm năng xuất dẫn đến tăng giá thành sản phẩm

Thứ hai, tiết diện quá dày sẽ tạo nên bọng rỗng, túi khí và vết lõm Nếu có thể, nên đảm bảo bề dày đồng đều cho sản phẩm Tuy nhiên, nếu yêu cầu phải thay đổi bề dày thì cần lưu ý rằng, trong quá trình điền đầy, nhựa (keo) sẽ chảy theo hướng có cản trở dòng nhỏ nhất Dòng chảy không đều

sẽ ảnh hưởng tới quá trình điền đầy khuôn làm ảnh hưởng tới chất lượng cũng như thẩm mỹ bề mặt sản phẩm

Hình 1.4 Sản phẩm bị lỗ (bọng) khí khi thành sản phẩm quá dày

Ngoài ra, sự truyền nhiệt sẽ tốt nhất khi sản phẩm có bề dày đồng đều Nếu phần vật liệu bên trong lõi sản phẩm nguội chậm hơn phần vật liệu trên bề mặt, sẽ tạo nên sự co rút không đồng đều trên sản phẩm, co rút không đồng đều và quá mức sẽ gây ra cong vênh

Hình 1.5 Sản phẩm bị cong vênh

Trong trường hợp, nếu chi tiết không tránh được phải có bề dày khác nhau nhưng thực sự cần thiết vì chức năng sản phẩm, phải thiết kế đoạn chuyển tiếp có chiều dài bằng ba lần bề dày phần mỏng hơn, mục đích là tránh ứng xuất tập trung

Hình 1.6 Tạo vùng chuyển tieeos giữa hai vùng có bề dày khác nhau

1.2.2 Một số điều cần chú ý

Tùy thuộc vào từng loại sản phẩm mà bề dày sẽ khác nhau, thường từ (0.5 ÷ 4) mm Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt sản phẩm cần đạt được các tính chất như cách điện, chịu nhiệt,… thì độ dày có thể lớn hơn Thực tế cho thấy, bề dày của sản phẩm được làm càng mỏng nhất có thể càng tốt, càng đồng đều càng tốt Bằng cách này, việc điền đầy lòng khuôn và sự co rút của nhựa lỏng

sẽ đạt được tốt nhất Ứng suất trong cũng được giảm đi đáng kể

Nếu sản phẩm không đủ bền thì có thể:

• Tăng bề dày

• Dùng vật liệu khác có tính bền cao hơn

• Tạo các gân tăng cứng hoặc các góc lượn để tăng bền

Bảng 1.1 Bề dày sản phẩm của một số loại nhựa

Material Recommended wall

thickness [mm]

Recommended wall thickness [inches]

0.03'' - 0.12'' 0.04'' - 0.155' Polyurethane (PUR) 2.0 - 20.0 mm 0.08'' - 0.785

Nylon (PA 6)

Polycarbonate (PC) PC/ABS

0.8 - 3.0 mm 1.0 - 4.0 mm 1.2 - 3.5 mm

0.03'' - 0.12'' 0.04'' - 0.16'' 0.045'' - 0.14''

POM (Delrin) 0.8 - 3.0 mm 0.03'' - 0.12''

PEEK

Silicone

1.0 - 3.0 mm 1.0 - 10.0 mm

0.04'' - 0.12' 0.04'' - 0.40''

1.3 Góc bo

1.3.1.Hiệu quả thiết kế

- Giảm sự tập trung ứng xuất

- Giúp sản phẩm được làm nguội đồng đều hơn

- Giảm khả năng sản phẩm bị cong vênh

- Giảm cản trở dòng chảy làm cho nhựa điền đầy vào lòng khuôn tốt hơn

- Với giải pháp bo tròn chi tiết, điều quan trọng là phải xác định giá trị hợp lý cho bán kính bo

vì góc sắc cạnh sẽ tạo nên sự tập trung ứng xuất và có thể sẽ tạo ra khuyết tật cho sản phẩm

- Đối với sản phẩm ép phun, nên chọn giá trị bán kính bằng nửa bề dày thành Cũng cần xác định giá trị bán kính bo ngoài để đảm bảo sự đồng đều bề dày cho thành bên, nên chọn giá trị bán kính khoảng 1.5 lần bề dày thành

sự co rút không đồng đều dẫn đến sự cong vênh

Hình 1.7 Góc bo tạo dòng chảy hợp lý hơn

Bán kính bo trong nên nằm trong khoảng từ 0.25 đến 0.6, tốt nhất là 0.5 lần bề dày sản phẩm, bán kính ngoài bằng bán kính trong cộng thêm bề dày sản phẩm Bán kính ngoài nên bằng bán kính trong cộng thêm bề dày sản phẩm: R = r + T

Hình 1.8 Kích thước nên dùng để thiết kế góc bo

- Gân là chi tiết trên sản phẩm có chức năng tăng cường khả năng chịu lực cho sản phẩm, giúp giảm vật liệu trên nhằm tiết kiệm chi phí và trọng lượng mà vẫn đảm bảo khả năng làm việc tương

đương, thậm chí còn tốt hơn

Hình 1.4.1 Các loại gân thường gặp

1.4.2 Các loại sản phẩm cần gân tăng bền

Vỏ máy, các bộ phận bao bên ngoài cần mặt ngoài có độ bóng, chất lượng tốt với trọng lượng

- Độ nghiêng của gân mỗi bên khoảng 10, nếu mặt khuôn được mài bóng, thì độ nghiêng của gân có thể là 0.5° Bề dày đáy gân lớn nhất cho phép bằng 0.8 lần độ dày sản phẩm tại nơi đặt gân Thông thường, bề dày đáy gân từ 0.5-0.8 lần bề dày sản phẩm tại nơi đặt gân

- Vị trí của gân tăng bền, vấu lồi (bosses) và gussets: gân tăng bền phải nằm thẳng hướng với hướng mở khuôn

- Các thông số tham khảo khi thiết kế gân:

Hình 1.11 Thông số thiết kế gân

Chương 2: THIẾT KẾ SẢN PHẨM 2.1 Các bước cơ bản để thiết kế và bản vẽ chi tiết sản phẩm

2.1.1 Các bước cơ bản để thiết kế sản phẩm trên Creo

Dưới đây là các bước thiết kế 3D cho sản phẩm trên phầm mềm Creo:

Bước 1: vẽ 1 sketch có chiều dài là 100 mm

Hình 2.1 vẽ sketch

Bước 2: dùng lêch sweep vẽ 2 section ở 2 đầu mút của sketch line ban đầu nối lại

với nhau

Hình 2.3 Biên dạng section 2

Hình 2.4 2 section được nối lại

Bước 3: dùng lệch round R=5 với biên dạng vừa vẽ bằng lệch sweep

Hình 2.6 sketch của bậc trên khay kem

Tiếp theo ta extrude 1,5 mm dựa trên sketch vừa vẽ

Hình 2.7 Extrude 1,5 mm

Tiếp theo mirror extrude vừa vẽ sang mặt bên kia

Hình 2.8 Mirror extrude sang mặt bên kia

Bước 3: ta dùng lệch shell để tao bề dày cho sản phẩm là 3mm

Hình 2.9 Tạo bề dày cho sản phẩm

Bước 4 Pattern sản phẩm vừa tạo ra 4 cái

Hình 2.10 Pattern sản phẩm

Bước 5: vẽ viền bao quanh 4 chi tiết

Đầu tiên tạo mặt phẳng đi xuống 3mm tính từ mặt phẳng ban đầu của sản phẩm

Hình 2.11 Tạo mặt phẳng

Tiếp theo vẽ biên dạng bao quanh sản phẩm có chiều dài 160 mm còn rộng 100

mm

Hình 2.12 vẽ sketch biên dạng bao quanh sản phẩm

Tiếp theo: extrude xuống bề mặt vừa tạo ở bước ở trên

Hình 2.14 bo bán kình ngoài

Hình 2.15 Bo bán kính trong

Hình 2.16 Bo góc các cạnh

Hình 2.17 Round các cạch bậc ngoài

Hình 2.18 Round các cạnh bậc trong

Bước 7: tạo gân cho sản phẩm

Đầu tiên tạo plan ở giữa lòng khuôn

Hình 2.19 Tạo plan để vẽ gân

Tiếp theo tạo sketch vẽ đường line dài 9mm

Hình 2.20 Vẽ đường line dài 9mm

Tiếp theo dùng lệch sweep blend để vẽ 2 sketch nối lại với nhau

Gốc côn, chiều dài và rộng của gân đều tuân thủ theo lý thuyết

Đó là bề dày là 0.8 T = 2,4 mm

Chiều cao ≤ 3T = 9mm

Gốc côn bằng 1°

Hình 2.21 section 1 của gân

Hình 2.22 Section 2 của gân

Hình 2.23 Gân hình thành sau khi nối 2 sketch

Tiếp theo round các cạch của gân

Hình 2.24 Round các cạnh của gân Cuối cùng là mirror gân vừa vẽ sang nửa bên đối diện

Hình 2.25 Mirror gân sang bên đối diện

Bước 9 vẽ gân nhưng biên dạng của gân và cách làm thì hoàn toàn giống bước 8

Hình 2.26 Gân

2.1.2 Bản vẽ chi tiết sản phẩm

Hình 2.27 Bản vẽ chi tiết

2.2 Vật liệu nhựa được sử dụng cho sản phẩm:

Nhựa PP (Polypropylene) là một loại nhựa nhiệt dẻo polymer có độ cứng, dai và

kết tinh được sản xuất từ monome propene (hoặc propylene) Nhựa PP có công thức

hoá học là (C3H6)n

định (giống như tất cả các vật liệu), nhưng nó cũng sẽ bị biến dạng dẻo sớm trong quá trình biến dạng,

do đó, nó thường được coi là vật liệu "cứng" Độ dẻo dai là một thuật ngữ kỹ thuật được định nghĩa

là khả năng biến dạng của vật liệu (dẻo, không đàn hồi) mà không bị vỡ

• Chống biến dạng: Polypropylen vẫn giữ được hình dạng sau nhiều lần xoắn, uốn và / hoặc uốn Tài sản này đặc biệt có giá trị để làm bản lề sống

• Cách điện: polypropylen có điện trở rất cao và rất hữu ích cho các linh kiện điện tử

• Độ trong & xuyên ánh sáng: Mặc dù nhựa polypropylen có thể được làm trong suốt, nhưng

nó thường được sản xuất để có màu đục tự nhiên Polypropylen có thể được sử dụng cho các ứng dụng trong đó một số chuyển ánh sáng là quan trọng hoặc là nơi có giá trị thẩm mỹ Nếu độ truyền qua cao được mong muốn thì các loại nhựa như Acrylic hoặc Polycarbonate là lựa chọn tốt hơn

2.2.2 Kiểm tra và hiệu chỉnh góc thoát khuôn trên sản phẩm

Dựa vào đồ thị hình 1 ta có được góc thoát khuôn sản phẩm cần nằm trong

khoảng:1.5-3º

Kiểm tra lại sản phẩm thiết kế bằng phần mềm Creo ta có:

Hình 2.29 kiểm tra góc thoát khuôn

Hình 2.30 kiểm tra góc thoát khuôn Qua mô phỏng ta thấy góc thoát khuôn sản phẩm thiết kế đã đạt yêu cầu góc thoát

khuôn đã đề ra do vậy ta không cần chỉnh sửa lại góc thoát

2.2.3 Kiểm tra bề dày sản phẩm

Với sản phẩm là nhựa PP thì bề dầy sản phẩm là 0.8-3.8mm

Bằng cách sử dụng phần mền Creo ta kiểm tra lại được bề dầy sản phẩm sau thiết

kế Dưới đây là các bước thực hiện kiểm tra bề dầy của sản phẩm:

Hình 2.31 Kiểm tra bề dày sản phẩm

Kết luận: Qua quá trình mô phỏng tính toán trên creo, thì sản phẩm đã đạt đúng yêu cầu về bề

dầy khi thiết kế đối với loại nhựa gia công là PP

2.2.4 Tính khối lượng sản phẩm

❖ Khối lượng sản phẩm sau khi thiết kế đạt :0.206kg

Hình 2.31 Tính khối lượng vật qua inventor

Hình 3.1 Tạo cổng vào nhựa

Ta nhập hệ số co rút của sản phẩm nhựa PP là 15%

Hình 3.2 Nhập hệ số co rút

Gán vật liệu cho sản phẩm

Hình 3.3 Chọn vật liệu

Hình 3.4 Thiết lập thông số

Kết quả mô phỏng

Khả năng điền đầy tốt

Hình 3.5 khả năng điền đầy

3.2 Thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa nguội

Ta chọn tiết diện kênh dẫn là hình thang hiệu chỉnh Vì nó chỉ gia công trên 1 nửa lòng khuôn nên dễ gia công, chỉ xếp sau kênh dẫn tiết diện hình tròn về hiệu năng

Từ hình bên dưới ta tính được: D = Tmax+1.5 mm = 3 +1.5= 4,5 mm ta chọn tiết diện kênh dẫn bằng 5 mm và góc côn là 10°

Hình 3.6 Tiết diện hình thang hiệu chỉnh

Hình 3.7 Kênh dẫn thiết kế trên phần mềm

Thiết kế miệng phun: ở đây ta dùng miệng phun điểm chốt vì sản phẩm ép bằng khuôn 3 tấm

Hình 3.8 kích thước cho miệng phun điểm chốt

Biết s của sản phẩm bằng 3 mm nên ta có thể tính các kích thước của miệng phun như ở dưới

Hình 3.9 kích thước miệng phun khi thiết kế

Kích thước cuống phun theo lý thuyết

Hình 3.10 Kích thước cuống phun lý thuyết

Hình 3.11 Kích thước cuống phun thiết kế

Hình 3.12 Kích thước thiêt kế đuôi nguội chậm

Hình 3.13 kênh dẫn nguội hoàn chỉnh

Hình 3.14 Tấm runner

3.3.2 Khuôn dương

Hình 3.15 khuôn dương

3.3.3 Khuôn âm

Hình 3.17 tách khuôn

3.4 Phân tích dòng chạy nhựa trong moldex

hình 3.18 Mô phỏng thời gian điền đầy

Hình 3.19 Mô phỏng airtrap

Hình 3.20 Mô phỏng đường hàn

Hình 3.21 Mô phỏng áp xuất

Hình 3.22 Mô phỏng nhiệt độ

Hình 3.23 Nhiệt độ làm nguội

Hình 3.24 thời gian làm mát

Hình 3.26 Tỉ lệ co rút

Hình 3.27 Hiệu quả làm mát

Chương 4 THIẾT KẾ BỘ KHUÔN HOÀN CHỈNH 4.1 Chọn chuẩn khuôn

Với bộ khuôn thiết kế cho chi tiết khay làm kem này ta chọn bộ khuôn MDC DC 3030 130 60

100 theo tiêu chuẩn futaba (tài liệu [2], trang 335)

Hình 4.1 Chuẩn khuôn theo tiêu chuẩn futaba

Bộ khuôn mà nhóm thiết kế có 1 vài thay đổi để phù hợp hơn như:

Tấm kẹp trên và tấm kẹp dưới có độ dày là 30mm

Tấm runner là 25mm

Tấm giữ và tấm lót là 15mm

4.2 Các bước tiến hành thiết kế bộ khuôn trên creo

Ở đây nhóm tác giả dùng phương pháp vẽ tay thay vì chọn lấy khuôn tự động bằng modul EMX Dựa vào file đã tách khuôn ta lấy luôn file đó và dùng các lệch extrude để chỉnh sửa lại bộ khuôn cho phù hợp cũng như dùng lệch create component để thực hiện thiết kế các bộ phần còn lại của bộ khuôn

Bước 1: Từ file tách khuôn ban đầu ta điều chỉnh lại kích thước cho phù hợp với tiêu chuẩn

futaba

Chọn lại mục TACH_KHUON_WRK.PRT hiện trên thanh model tree -> chọn vào edit definition để chỉnh lại các kích thước của khuôn như bề rộng, bề dày, chiều cao của tấm runner, chiều cao của tấm khuôn âm và chiều cao của tấm khuôn dương sao cho phù hợp với tiếu chuẩn futaba