Ứng dụng công nghệ cad cam cae trong thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ

- Chức Năng các Phần như sau:Vòng định vị : Định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun Bạc Cuống Phun: Dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa Khuôn Cái: Tạo hình cho sản phẩm Bạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Bộ môn GCVL & DCCN

NHIỆM VỤ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:

I. ĐỀ TÀI: Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo

và kiểm nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ.

II. Các số liệu ban đầu:

- Thiết kế mẫu của sản phẩm nhựa

- Công nghệ sử dụng: ép phun

- Điều kiện sản xuất: tự chọn

III. Nội dung đồ án

Chương 1: Tổng quan về công nghệ ép phun

Chương 2: Thiết kế sản phẩm

Chương 3: Thiết kế bộ khuôn cho sản phẩm

Chương 4: Kiểm nghiệm trên CAE

Chương 5: Gia công

Chương 6: Lắp răp và kiểm tra khuôn

Chương 7: Kết luận

IV. Phần bản vẽ:

1 Bản tóm tắt Đồ án

2 Các bản vẽ quy trình thiết kế

3 Các bản vẽ quy trình kiểm nghiệm

4 Các bản vẽ quy trình công nghệ gia công

Hà nội, ngày 05-1-2011

TS NGUYỄN THỊ HỒNG MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Bộ môn GCVL & DCCN

NHẬN XÉT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo và kiểm

nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ

NỘI DUNG NHẬN XÉT

1 Phần thuyết minh :…….trang

2 Phần bản vẽ : ………

II LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

KẾT LUẬN: ………

………

………

Hà nội, ngày …/06/2011

Đánh giá Giáo viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Bộ môn GCVL & DCCN

NHẬN XÉT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo và kiểm

nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ

NỘI DUNG NHẬN XÉT

1 Phần thuyết minh :…….trang

2 Phần bản vẽ : ………

II LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

KẾT LUẬN: ………

………

………

Hà nội, ngày …/06/2011

Đánh giá Giáo viên duyệt

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ÉP PHUN 4

1.1 Giới thiệu về công nghệ ép phun 4

1.1.1 Giới thiệu chung về công nghệ ép phun 4

1.1.2 Kết cấu và phân loại công nghệ ép phun 5

1.1.3 Quy trình thiết kế sản phẩm 12

1.2 Quy trình thiết kế khuôn 12

1.2.1 Chọn vật liệu làm khuôn 12

1.2.2 Bố trí lòng khuôn 13

1.2.3 Hình dạng và vị trí miệng phun 13

1.2.4 Hệ thống cấp nhựa 15

1.2.5 Hệ thống HotRunner 16

1.2.6 Hệ thống dẫn hướng 22

1.2.7 Các hệ thống đẩy 25

1.2.8 Hệ thống thoát khí 28

1.2.9 Các kết cấu phụ 29

1.3 Quy trình kiểm nghiệm khuôn 29

1.4 Quy trình gia công khuôn 29

1.5 Đặt vấn đề và giới hạn 30

1.5.1 Quy trình thực tế thiết kế và kiểm nghiệm trong sản xuất hiện tại 30

1.5.2 Hạn chế của quá trình sản xuất hiện tại 31

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 31

1.5.4 Giới hạn của đề tài 32

1.6 Tóm tắt nội dung 33

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM 34

2.1 Mô hình hóa chi tiết 35

2.2 Chọn phương án bố trí lòng khuôn 42

2.3 Chọn máy ép phun 46

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ KHUÔN 48

3.1 Chọn loại khuôn cho sản phẩm 48

3.2 Thiết kế lòng khuôn và lõi khuôn 49

3.3 Thiết kế cơ khí bộ khuôn 53

3.3.1 Thiết kế bộ áo khuôn 54

3.3.2 Thiết kế hệ thống hot runner 59

3.3.3 Hệ thống làm mát 65

3.3.4 Thiết kế hệ thống dẫn hướng 70

3.3.5 Hệ thống đẩy sản phẩm 72

3.3.6 Các chi tiết phụ khác 74

CHƯƠNG 4: KIỂM NGHIỆM CAE 77

4.1 Ứng dụng CAE trong khuôn mẫu 77

4.2 Tổng quan về phần mềm CAE Moldex 3D 77

4.3 Yếu tố đầu vào cho quá trình ép phun 80

4.3.1 Nhựa PC 80

4.3.2 Máy ép phun 81

4.3.3 Thông số kết cấu khuôn 81

4.3.4 Dải giá trị thông số phun đối với sản phẩm nhựa PC 82

4.4 Quá trình kiểm tra trên Moldex 3D 82

4.4.1 Xây dựng bài toán kiểm tra 82

4.4.2 Các bước thực hiên trên Moldex 3D 84

4.5 Phân tích và đánh giá kết quả 91

4.5.1 Các chỉ tiêu đánh giá 92

4.5.2 Đánh giá về chất lượng sản phẩm 93

4.5.3 Đánh giá về độ chính xác sản phẩm 94

4.5.4 Đánh giá về năng suất 99

4.6 Kết quả đạt được 99

CHƯƠNG 5: GIA CÔNG 100

5.1 Bản vẽ thiết kế 101

5.1.1 Bản vẽ thiết kế sản phẩm 101

5.1.2 Bản vẽ thiết kế bộ khuôn sản phẩm 102

5.1.3 Yêu cầu kỹ thuật 102

5.2 Lập quy trình công nghệ gia công tấm áo khuôn cái 103

5.2.1 Quy trình công nghệ gia công tấm áo khuôn cái 103

5.2.2 Tiến hành gia công tấm áo khuôn cái 104

5.3 Lập quy trình gia công lòng khuôn 118

5.3.1 Máy gia công 118

5.3.2 Lập quy trình công nghệ gia công lòng khuôn 121

5.4 Quá trình mô phỏng gia công trên Mastercam 134

5.4.1 Các bước tiến hành mô phỏng 134

5.4.2 Kết quả của quá trình mô phỏng gia công trên Mastercam 136

CHƯƠNG 6: CHU TRÌNH LẮP RẮP VÀ KIỂM TRA KHUÔN 138 6.1 Quy trình lắp ráp khuôn 138

6.2 Kiểm tra khuôn 139

6.3 Bảo dưỡng khuôn 139

6.4 Lưu giữ khuôn 140

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 141

7.1 Các kết quả đạt được 141

7.2 Những vấn đề còn hạn chế 142

7.3 Kết luận 142

TÀI LIỆU THAM KHẢO 143

LỜI MỞ ĐẦU

Ứng dụng CAD/CAM/CAE vào quá trình sản xuất cơ khí hiện đã trở nênrất phổ biến Những thành tựu qua việc ứng dụng CAD/CAM/CAE vào quá trìnhsản xuất thực sự đã và đang tạo nên những giá trị rất lớn cho những nhà sản xuất có

sử dụng công cụ này Giá trị ấy vẫn sẽ còn khả năng tăng lên cao nữa theo cùng sựphát triển hoàn thiện của các ứng dụng này

Trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo khuôn mẫu ép phun cho các sản phẩmnhựa CAD/CAM/CAE hiện đang tạo nên sức mạnh và sự vượt trội cho những công

ty sở hữu những ứng dụng này Những lợi ích mà bộ công cụ này mang lại có thể kểđến như: Giảm thời gian một chu kỳ sản xuất, giảm chi phí đầu tư máy móc, thiết

bị, giảm lượng nhân lực vật lực so với công nghệ sản xuất cũ, tăng chất lượng sảnphẩm, đa dạng hóa mẫu mã và giảm giá thành sản phẩm …Vì những lợi ích nhưvậy, việc nghiên cứu và hướng tới ứng dụng trong sản xuất là vô cùng cần thiết

ĐỀ TÀI: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ’’ Là một đề tài có tính ứng dụng

thực tế cao và có thể ứng dụng vào sản xuất Trong quá trình thực hiện, mỗi thànhviên trong nhóm đều có ý thức phấn đấu tiếp cận và học tập cao để hoàn thành mụctiêu của đồ án Hầu hết các vấn đề của đồ án đã được nỗ lực giải quyết tới mức tốtnhất với khả năng của nhóm Tuy vậy, sẽ vẫn còn những vấn đề giới hạn chưa thểgiải quyết trọn vẹn trong một đề tài đồ án tốt nghiệp của sinh viên Chúng em mongmuốn sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để có thể hoàn thiện thêmkiến thức, hiểu biết về ngành nghề này

Để có được kết quả ngày hôm nay, chúng em vô cùng cảm ơn sự giúp đỡ, chỉbảo nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Gia Công Vật Liệu Và Dụng Cụ Công

Nghiệp Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tâm của TS Nguyễn Thị Hồng Minh cùng với sự chỉ bảo, giúp đỡ của các thầy PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh và ThS Phạm

Đức An Chúng em xin trân thành cảm ơn các thầy cô!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

Chương mở đầu trình bày về hai vấn đề sau đây: Giới thiệu những kiến thức cơbản về công nghệ ép phun và giới thiệu quy trình các bước làm việc để có thể thiết

kế và chế tạo ra một bộ khuôn ép phun hoàn chỉnh

1.1 Giới thiệu về công nghệ ép phun

1.1.1 Giới thiệu chung về công nghệ ép phun

Là công nghệ hiện đang được sử dụng rộng rãi Các sản phẩm nhựa hiện naychiếm đa số được tạo ra từ công nghệ ép phun nhựa:

Hình 1.1: Công nghệ ép phun

- Quy trình Công Nghệ

Nhựa được nung nóng và trộn đều nhờ vít tải trong xi lanh có gia nhiệt và nó

sẽ được dẻo hóa vì nhiệt để trở thành nhựa nóng chảy Phun nhựa nóng chảy từ xilanh gia nhiệt vào khuôn với áp lực cao Nhựa điền đầy vào lòng khuôn tạo hình sản

phẩm Làm nguội để đóng rắn nhựa nóng chảy trong khuôn Đẩy sản phẩm ra khỏikhuôn nhờ các chốt đẩy.

- Ưu điểm:

 Có thể đúc hầu hết các nhựa nhiệt dẻo và một số nhựa nhiệt rắn.

 Có thể đúc các chi tiết có chất lượng cao, giá thành hạ và thời gian phunngắn

 Chu trình đúc có thể được tự động hóa

 Cấu trúc của khuôn có thể được thay đổi tùy theo hình dáng hoặc vật liệucủa chi tiết

- Nhược điểm:

Nếu lượng vật liệu đúc không được cấp chính xác thì có thể gây ra khuyết tậtđúc

1.1.2 Kết cấu và phân loại công nghệ ép phun

Về kết cấu,có thể chia kết cấu của một hệ thống công nghệ ép phun ra làm haithành phần chính là máy ép phun và bộ khuôn ép phun

1.1.2.1 Cấu tạo hệ thống ép phun

 Máy Ép Phun

Máy ép phun là phần để gắn bộ khuôn Máy ép phun thực hiện nhiệm vụ cấpnhựa, cấp nhiệt cho bộ khuôn, đóng mở, tạo ra lực phun, lực ép, lực giữ để tạo hìnhsản phẩm và sau đó cung cấp dung môi làm mát bộ khuôn và sản phẩm, đẩy sảnphẩm ra sau khi hoàn thành quá trình ép phun

Hình 1.2: Hình ảnh minh họa máy ép phun

- Kết cấu Máy ép phun.

Hình 1.3: Sơ đồ kết cấu Máy ép phun

 Cốc Rót (Feed hopper).

Là phần chứa hạt nhựa nguội nguyên liệu chuẩn bị cho quá trình ép phun Từđây nhựa được đưa đến bộ phận gia nhiệt làm nóng chảy

 Bộ phận gia nhiệt (Heaters)

Gia nhiệt làm chảy nhựa nguyên liệu và giữ nhiệt ở nhiệt độ nhất định phù hợptrước khi được đưa vào lòng khuôn

 Vít cuốn (Screw)

Đẩy nhựa lỏng vào lòng khuôn và thực hiện nhiệm vụ giữ để điền đầy lòng

khuôn nhờ van không hồi (Nonreturn valve)

 Xilanh vít cuốn (Cylinder for Screw-ram).

Tạo hành trình tịnh tiến tiến hoặc lùi của vít cuốn

 Xilanh kẹp chặt (Clamping cylinder).

Phần tạo ra lực kẹp, giữ tạo hình cho sản phẩm và tháo sản phẩm khỏi khuôn

- Bộ khuôn

Đây là phần quan trọng của máy ép phun, là phần trực tiếp tạo ra mẫu mã hìnhdạng của sản phẩm Công nghệ tháo lắp bộ khuôn cũng chính là công nghệ chế tạosản phẩm nhựa của máy ép phun nhựa

Có thể mô tả kết cấu của một bộ khuôn như sau:

- Chức Năng các Phần như sau:

Vòng định vị : Định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun

Bạc Cuống Phun: Dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa

Khuôn Cái: Tạo hình cho sản phẩm

Bạc định vị: Đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái

Tấm kẹp trước: Giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép nhựa

Vỏ khuôn cái và khuôn đực: Thường làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với lỏikhuôn, để tiết kiệm giá thành

Chốt hồi: Hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng

Khuôn đực: Tạo hình cho sản phẩm

Chốt định vị : Dẫn hướng cho khuôn đực và khuôn cái lắp vào nhau một cáchchính xác

Tấm đỡ: Tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun

Gối đỡ: Tạo khoảng trống cho tấm đẩy hoạt động

Tấm giữ: Giữ các chốt đẩy

Tấm đẩy: Đẩy các chốt đẩy để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

Tấm kẹp sau: Giữ chặt phần di động của khuôn trên máy ép nhựa

Gối đỡ phụ: Tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun

1.1.2.2 Phân loại công nghệ ép phun

Sự khác nhau giữa các dạng công nghệ ép phun là sự khác nhau về cấu tạo vàcách thức hoạt động của bộ khuôn Các dạng khuôn ép phun được chia ra như sau

a) Khuôn hai tấm.

Khuôn 2 tấm là khuôn có 1 đường phân khuôn, đường này chia khuôn thành

2 phần: Cố định và di động Khuôn hai tấm lại chia ra làm hai loại là khuôn hai tấm

có sử dụng kênh dẫn nóng( Hot runner) và khuôn chỉ dùng kênh dẫn nguội

- Khuôn hai tấm kênh dẫn nguội

Đây là loại khuôn có kết cấu đơn giản nhất và có giá thành rẻ so với các loạikhuôn khác Loại khuôn này cần thiết phải có công đoạn tách phần kênh dẫn nguội

ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn

Hình 1.5: Hoạt động của khuôn 2 tấm

- Ưu điểm: Giá thành làm khuôn rẻ, kết cấu đơn giản

- Nhược điểm

Vấn đề cân bằng dòng chảy và phải bố trí miệng phun trên mặt phân khuônnên gặp nhiều hạn chế đối với một số sản phẩm nhựa nhất định

Không điều khiển được nhiệt độ dòng nhựa trong kênh dẫn

Cần có quá trình cắt đuôi keo nhựa, tăng thời gian sản xuất và có thể tạo vếtkhông đẹp trên sản phẩm

- Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng( Hot runner)

Khuôn hai tấm dùng kênh dẫn nóng luôn giữ cho nhựa nóng chảy trong bạccuống phun, kênh dẫn và miệng phun Nhựa chỉ đông đặc khi nào nó chảy vào lòngkhuôn Khi khuôn mở ra, sản phẩm được lấy ra ngoài Khi khuôn đóng lại thì nhựatrong kênh dẫn vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lòng khuôn một cách trực tiếp

Hình 1.6: Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng.

- Ưu điểm

 Tiết kiệm vật liệu

 Không có vết của miệng phun trên sản phẩm

 Giảm thời gian chu kỳ

 Điều khiển được nhiệt độ của dòng chảy nhựa

- Nhược điểm

 Giá thành cao hơn khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội

 Không thích hợp với vật liệu chịu nhiệt kém

 Bộ phận Hot runner dễ bị hỏng.

b) Khuôn ba tấm.

So với khuôn hai tấm thì hệ thống kênh dẫn của khuôn ba tấm được đặt trêntấm thứ hai song song với mặt phân khuôn chính Nhờ tấm thứ hai này mà kênh dẫn

và cuống phun có thể rời ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn

Hình 1.7: Hoạt động của khuôn 3 tấm

Khuôn ba tấm được dùng khi toàn bộ hệ thống kênh dẫn không thể bố trí trêncùng một mặt phẳng như ở khuôn hai tấm, điều này có thể do

- Khuôn có nhiều lòng khuôn

- Khuôn có một lòng khuôn nhưng phức tạp cần hơn một vị trí phun nhựa

- Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác

- Vì phải cân bằng dòng nhựa giữa các kênh dẫn với nhau nên buộc phải thiết

kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn

- Ưu điểm

Giá thành thấp hơn so với khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng

Ít bị hỏng hóc hơn khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng

Có thể phù hợp với vật liệu chịu nhiệt kém

- Xác định nhu cầu thị trường về dòng sản phẩm nào?đánh giá khả năngcông nghệ chế tạo hiện có của cơ sở sản xuất và khả năng cạnh tranh của sản phẩmmới so với sản phẩm đang có trên thị trường Từ đó có quyết định đầu tư nghiêncứu chế tạo và sản xuất hay không

- Tìm kiếm tham khảo mẫu sản phẩm trong thực tế, quan sát và đo đạc đểlấy thông tin về sản phẩm về dạng hình học, màu sắc, kích thước, trọng lượng, chấtliệu, yêu cầu chất lượng, độ an toàn theo tính năng sử dụng của sản phẩm ấy Từ đóxác định các yêu cầu cụ thể cho sản phẩm của mình

- Mô hình hóa sản phẩm trên phần mềm Solidworks cải tiến mẫu sản phẩmhiện có hoặc thiết kế mẫu sản phẩm mới riêng cho mình

1.2 Quy trình thiết kế khuôn

Trong phần này ta sẽ đi vào giới thiệu các bước thiết kế các thành phần của

hệ thống khuôn ép phun bao gồm các bộ phận chế tạo và các bộ phận lựa chọn theotiêu chuẩn Quy trình thiết kế như sau:

1.2.1 Chọn vật liệu làm khuôn

Chọn vật liệu làm khuôn phải phù hợp với chất lượng của sản phẩm, phải làmsao giảm giá thành cũng như khối lượng của bộ khuôn một cách tốt nhất

- Đối với hai nửa lòng khuôn trực tiếp phun nhựa ta cần chọn vật liệu đảm bảo

độ cứng để chịu lực kẹp của khuôn, áp suất điền đầy của nhựa Ví dụ như : SKD61,P20, PX4, PX5, SCM4…đối với sản phẩm cần độ bóng cao thì dùng 2083,NAK80…Ở Việt Nam thường hay dùng thép CT3, CT, CT45, P20, HPM7, 9CrSi…

Hình 1.8: Các loại miêng phun

Chọn vị trí cổng phun

Điểm 1: Đặt vị trí cổng phân phối

ở nơi mà nhựa lỏng kết thúc việcđiền các lòng khuôn đồng thời Điểm 2

Đặt vị trí cổng tại nơi chi tiết cóchiều dầy lớn nhất Để tránh cácvết lõm khi vật liệu co ngót

Điểm 3 Điểm đặt cổng nơi ít thấy vết của

nó hoặc nơi dễ xử lý vết này khihoàn thiện sản phẩm

Điểm 4 Tránh phun từ phía dễ tạo xu h-ướng tích tụ không khí trong

khoang hoặc khí sinh ra từ nhựalỏng.

Điểm 5 Điền đầy nhựa lỏng sử dụng bềmặt tầng để không bị tạo đuôi

1.2.4 Hệ thống cấp nhựa

Hình 1.9: Hệ thống cấp nhựa

Hệ thống cấp nhựa gồm 3 phần chính

- Cuống phun : Là phần dẫn nhựa từ đầu trục vít của máy ép phun vào kênh

dẫn nhựa để nhựa từ đấy đi vào sản phẩm

Ta có thể chọn và tính toán cuống phun theo công thức sau

Hình 1.10: cuống phun

- Kênh dẫn nhựa : Là phần dẫn nhựa đi tới từng sản phẩm trong lòng khuôn.

Kênh dẫn nhựa có nhiều hình dáng khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm

về khả năng gia công mà ta có thể chọn kênh dẫn nhựa kiểu hình tròn, hình bánnguyệt, hình thang hoặc hình nửa tròn nửa thang như hình dưới đây

Hình 1.11: Các loại kênh dẫn

Kênh dẫn nhựa được thiết kế làm sao ngắn nhất tới sản phẩm Có thể sửdụng kênh dẫn nóng (hot runner) hoặc kênh dẫn nguội (cold runner) tùy theo yêucầu tính chất của sản phẩm mà người ta dùng loại kênh dẫn nào cho phù hợp

1.2.5 Hệ thống HotRunner

- Cấu Tạo Của Hệ Thống Hot Runner

a Cấu tạo chung

Hệ thống Hot Runner được cấu tạo bởi ba bộ phận chính sau đây

Bộ phận điều khiển: Controller

Tấm phân phối nhựa(Với khuôn nhiều lòng khuôn): Manifold

 Vòi Phun: Nozzle

b Hoạt động: Nhựa chảy lỏng được máy ép nhựa phun vào khuôn sẽ đi đến

tấm phân phối nhựa, từ đây nhựa được chia ra làm nhiều hướng đi đến các vòi phun

và từ vòi phun vào trong lòng khuôn Trong quá trình xảy ra, tấm phân phối và vòiphun cũng đóng vai trò như những kênh dẫn trong khuôn 2 tấm không có kênh dẫn

nóng Chỉ khác là trong suốt quá trình này, nhựa luôn được gia nhiệt nhờ bộ phậngia nhiệt có trong cả tấm phân phối và cả các vòi phun Sự điều khiển nhiệt độ nhựatrong các bộ phận này được điều khiển và giám sát bằng bộ phận điều khiển Nhờvậy mà luôn đảm bảo nhiệt độ nhựa đủ nhiệt khi vào khuôn và hạn chế tổn hao nhựa

và giảm thời gian đúc

Người ta có thể phân loại các hệ thống Hot runner dựa vào sự khác nhauchính trong cách thức hoạt động của vòi phun Trên cơ sở đó có thể chia ra các hệthống theo hai loại vòi phun như sau: Vòi phun dùng cổng phun kiểu valve(ValveGate) và vòi phun dùng cổng phun kiểu open ( Open Gate)

Kiểu Valve Gate Kiểu Open Gate

Hình 1.12: Kiểu valve gate – open gate

- Vòi phun kiểu valve

Là loại vòi phun trong đó việc đóng mở miệng phun được thực hiện bằngmột chốt đóng mở được điều khiển đóng mở Khi bắt đầu quá trình phun chốt đượcđẩy lên, miệng phun mở ra cho nhựa chịu áp suất điền đầy lòng khuôn Cuối giaiđoạn này, chốt được đẩy xuống bịt kín miệng phun không cho nhựa tràn ra Sự đi

lên đi xuống để đóng hay mở miệng phun được tạo ra nhờ lực đẩy của hệ thốngpitton-xilanh thủy khí lắp riêng cho mỗi vòi phun

- Vòi phun kiểu Open

Miệng phun mở cho nhựa áp suất cao điền đầy lòng khuôn Ở cuối quá trìnhphun, nhựa không được gia nhiệt nữa, cùng với đó là quá trình làm nguội lòngkhuôn Điều đó làm cho một phần nhựa ở đầu miệng phun đông đặc và bịt kínmiệng phun không cho nhựa nóng thoát ra ngoài Điểm yếu của vòi phun kiểu này

là nhựa đông đặc ở đầu miệng phun nên sau khi tháo sản phẩm sẽ để lại vết trên sảnphẩm lớn và xấu hơn so với miệng phun kiểu gate Vết miệng phun to hay nhỏ sẽphụ thuộc vào hình dạng của cổng phun Đến quá trình đúc loạt sản phẩm tiếp theo,nhựa nóng được gia nhiệt làm mở miệng phun và quá trình điền đầy nhựa vào lòngkhuôn lại diễn ra

Với sản phẩm như hộp đựng chỉ nha khoa.Nhận thấy đây là sản phẩm dùngtrong y khoa nên hình thức bao bì sạch sẽ là cần thiết Bởi vậy ta chọn kiểu Nozzle

để đúc ra sản phẩm của mình là kiểu Nozzle dùng Valve Gate

Để tiện cho trình bày và theo dõi,Trước khi xây dựng kết cấu của hệ thốngHot runner được dùng, nhóm xin trình bày sơ qua về hệ thống hot runner với kiểuNozzle là valve gate như sau đây Ở đây việc xây dựng sẽ dựa trên cơ sở dữ liệu củaCông ty Yudo-Công ty chuyên sản xuất các bộ phận trong hệ thống Hot runner đang

có mặt tại Việt Nam

c Ưu điểm và nhực điểm của hệ thống Hot runner

Sử dụng một hệ thống Hot runer luôn đòi hỏi phải tính toán tỉ mỉ và xem xétđến chi phí Tuy nhiên bắt đầu phải tìm hiểu về những thông tin kỹ thuật chung theonguyên lý cấu trúc của khuôn kênh dẫn nóng, những ưu điểm và giới hạn củachúng Cùng với những ưu điểm chắc chắn thì hệ thống HR cũng tồn tại những giớihạn của nó khi sử dụng

- Những lợi ích kỹ thuật từ việc sử dụng hệ thống Hot runner

 Làm cho đơn giản hóa thiết kế những loại khuôn Việc sử dụng khuôn với

hệ thống cold runner với mặt phân khuôn phụ (với khuôn ba tấm) có những hạn chếchính Những khuôn loại đó thì rất khó khăn cho việc tự động hóa bởi vì chúng cócuống phun Một tấm di động lớn của khuôn có thể làm mòn nhanh chóng hệ thốngdẫn hướng Bên cạnh đó thời gian mở và đóng khuôn loại này thì luôn lâu hơn sovới những khuôn có một mặt phân khuôn Tỉ lệ của cuốn phun trên toàn bộ khốilượng phun trong khuôn ba tấm thì cũng lớn hơn

 Loại trừ sự mất mát nhiệt gây ra trong hệ thống kênh dẫn nguội, cho phépđường nhựa chảy dài hơn trong lòng khuôn

 Dòng chảy nhựa vào lòng khuôn được điều khiển nhiệt độ chính xác trong

 Việc giảm áp suất phun trong quá trình điền đầy sẽ cho phép lực kẹp củamáy ép nhỏ lại

 Khả năng điều chỉnh thời gian giữ bằng cách điều chỉnh thời gian mà miệngphun mở hoặc bằng cơ cấu đóng nó Sự mất mát áp suất giữ ít hơn hệ thống coldrunner, ở vị trí miệng phun có một tiết diện ngang lớn hơn vì nó không bị thu hẹplại do sự hình thành lớp nhựa cách ly

 Với khả năng phát triển hơn nữa của stack mold và của thiết kế khuôn vớimiệng phun qua một lõi dài

- Giới hạn của hệ thống HR

 Một hệ thống HR phải được lựa chọn cho những ứng dụng và loại nhựariêng biệt Sự thay đổi màu sắc của nhựa rất khó khăn Một sự thay đổi vật liệu cũngkhó khăn tương tự hoặc không thể thực hiện, ví dụ như sử dụng loại vòi phun kháccho một loại nhựa mới

 Làm tăng rủi ro phá hủy đối với các vật liệu nhạy nhiệt, những loại chất dẻotrong xylanh ép phải chóng lại sự quá nhiệt trong hệ thống HR Những khu vực chết(dead space) có thể gây ra sự ứ động hoặc là phá hủy nhựa Nhiệt truyền cho nhựaphải đáng kể, đặc biệt là trong suốt giai đoạn dừng hoạt động

 Hệ thống có nhược điểm là phần nhiễm của vật liệu thô có thể gây cản trởtại miệng phun Điều này có thể khắc phục bằng cách thêm bộ lọc tại vòi phun hoặctại bạc cuống phun

 Cần phải có kinh nghiệm để tránh cho miệng phun không bị xước hoặc nhỏgiọt tại vòi phun

 Kênh phân phối và số lượng nhỏ của các lồng khuôn bị giới hạn bởi đườngkính của vòi phun

 Sự dụng hệ thống HR có một vòng lớn làm gia tăng chiều cao của khuôn, nóphải không được vượt quá giới hạn cho phép về chiều cao khuôn của máy ép

Hệ thống HR phải được hoạt động cho đến khi không thể Việc khởi động hệthống HR, thay đổi loại nhựa, dừng lại hoặc nếu cần thiết làm sạch hệ thống HR thìkhông thể thực hiện được nếu không đủ kiến thức và phải tuân theo những nguyên

lý tất yếu nào đó Thiếu những kinh nghiệm và kỹ năng thao tác sẽ gây ra phá hủykhuôn dẫn đến tổn thất kinh khủng

d .Thành Phần Cơ Bản Của Một Hệ Thống Hot runner Dùng Valve Gate

- Controller

- Manifold

- Piston- cylinder

- Nozzle

 Nozzle Tip (Đỉnh vòi phun)

Đỉnh vòi phun chứa miệng phun Cùng với chốt đóng mở miệng phun trongqua trình ép phun

 Valve Pin (Chốt đóng mở)

Được điều khiển bởi hệ thống pitton-xilanh làm nhiệm vụ đóng mở miệngphun

 union (phần liên kết)

Liên kết Nozzle Tip vào thân Nozzle

 Heater (bộ phận gia nhiệt)

Nhận sự điều khiển từ Controller, chịu trách nhiệm duy trì nhiệt độ nhựa theoyêu cầu trước khi nhựa được đưa vào lòng khuôn

 Thermocouple (cặp nhiệt điện)

Đặt bên trong Nozzle để đo nhiệt độ của dòng nhựa, được kết nối hiển thị trênmàn hình Controller nhằm mục đích điều chỉnh nhiệt hợp lý cho dòng nhựa

e Hệ thống làm mát: Là bộ phận rất quan trọng Việc làm nguội khuôn có

ảnh hưởng tốt hay xấu đến việc lấy sản phẩm ra khỏi khuôn

Những điều cần lưu ý khi thiết kế hệ thống làm mát

- Đảm bảo làm nguội đều toàn sản phẩm Do đó cần chú ý đến việc làmnguội những phần dày nhất của sản phẩm

- Kênh làm nguội nên được đặt gần mặt lòng khuôn khi có thể để làm nguộitốt hơn

- Đường kính kênh làm nguội(thường lớn hơn 8mm) nên không đổi trên toàn

bộ chiều dài kênh để tránh cản dòng vì sự ngắt nghẽn sẽ làm cho trao đổi nhiệtkhông tốt

- Nhiệt chênh lệch giữa đầu vào và đầu ra (Ut) nên nằm trong khoảng từ 2-30

C Thông thường, nhiệt độ đầu vào nên thấp hơn nhiệt độ khuôn mà ta mong muốn

là 10-200 Nhiệt chênh lệch giữa chất làm nguội và thành kênh làm nguội nên nằmtrong khoảng từ 2-50C là tốt nhất

- Nên chia kênh làm nguội thành nhiều vòng làm nguội Không nên thiết kếchiều dài kênh làm nguội quá dài vì dễ dẫn đến mất áp và tăng nhiệt trên nó khiến

Hình 1.16: Các kiểu làm mát

 Cơ sở để xác định các thông số làm nguội

Dựa vào sự tỏa nhiệt từ nhựa nóng vào khuôn và sự lấy nhiệt từ nước làmmát để giảm nhiệt độ trong khuôn

Nhiệt lượng cần trao đổi trong khuôn là:

Q1 = C1.G1.(To – Ttb) (kcal)

Trong đó

 C1: Nhiệt dung diêng của vật đúc

 G1: Trọng lượng của vật đúc

 Q1: Nhiệt lượng cần lấy ra khỏi vật đúc

 To: Nhiệt độ ra khỏi đầu phun của vật liệu nhựa oC

 Ttb: Nhiệt độ trung bình của vật đúc sau khi làm lạnh

Lượng nhiệt nước làm lạnh lấy ra qua bề mặt của ống dẫn trong khuôn là

Q2 = Q1

tv: Nhiệt độ của nước khi vào.

tr: Nhiệt độ của nước khi ra

 τ: Thời gian làm nguội

Vậy lưu lượng nước làm lạnh cần thiết phải dẫn vào khuôn là

(kg/h)

C2: Nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg.oC)

Thời gian làm lạnh cần thiết là

(giờ)

1.2.7 Các hệ thống đẩy

- Chức năng của hệ thống đẩy là lấy sản phẩm ra sau khi mở khuôn

 Khi thiết kế chốt đẩy: Khoảng đẩy phải lớn hơn từ 5 ÷ 10 mm so với chiềucao của sản phẩm được lấy ra từ khuôn.

 Sau khi sản phẩm được lấy ra thì chốt đẩy phải trở về vị trí ban đầu khônglàm hỏng hay vướng vào lòng khuôn

 Đỉnh của chốt đẩy nằm ngang mức so với lòng khuôn nhưng có thể trênhoặc dưới 0,05÷0,1 mm

 Kích thước chốt đẩy rất quan trọng nó phải đảm bảo đủ cứng vững đễ lấysản phẩm ra khởi khuôn, kích thước của chốt đẩy phải phụ thuộc vào độ dầy hìnhdáng của sản phẩm nhưng theo thức tế đường kính chốt đẩy không nhỏ hơn 3mm

 Thiết kế hệ thống đẩy không làm yếu khuôn đi

- Hệ thống đẩy bao gồm:

 Các chốt đẩy tròn: Là kiểu đẩy thông dụng nhất, nó rất đơn giản để đưa vàtrong khuôn Những lỗ tròn và chốt tròn rất dễ gia công nhưng để gia công lỗ dài vàcần đảm bảo độ chính xác thì rất tốn kém

Hình 1.17: Kích thước chốt đẩy

+ Lưỡi đẩy tạo ra nhiều bề mặt đẩy hơn chốt đẩy tròn Nhưng lỗ đẩy là hìnhchữ nhật rất khó gia công

Hình 1.18: Kích thước lưởi đẩy

Ống đẩy: Rất thuận lợi cho việc đẩy quanh các chốt lõi Khi dùng hệ thốngđẩy này góc thoát có thể giảm xuống đến 5o để tránh các vết chìm để lại trên bề mặtphía trên

Hình 1.19: Kích thước ống đẩy

Chốt đẩy có khác chữ ký tự, ngày, tháng: Chốt đẩy này góp phần tạo ra hìnhdáng trên bề mặt của sản phẩm

Hình 1.20: Chốt đẩy ngày, tháng, năm

Hệ thống chốt hồi

Có hai kiểu chốt hồi về :

Kiểu hồi khuôn tự động: Sau khi đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn, dưới tác dụngchốt hồi của lò xo được lắp trên các chốt hồi toàn bộ một nửa phần khuôn được đẩylùi về phía sau để thực hiện quá trình ép phun tiếp theo

Kiểu hồi khuôn cưỡng bức: Sau khi đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn, thớtkhuôn động sẽ chuyển động dần về phía chốt tĩnh đễ lòng khuôn Hệ thống chốt tỳvào mặt thớt tĩnh đưa toàn bộ hệ thống chày đẩy về vị trí ban đầu chuẩn bị cho chu

kỳ ép phun tiếp theo

Hệ thống chốt hồi về cần đảm bảo các yêu cầu sau :

Số lượng và vị trí của chốt hồi khuôn phải bố trí sao cho cân xứng, đảm bảo

hệ thống bàn đẩy di chuyển một các dễ dàng không bị kẹt

Các lỗ và chốt được doa tinh và mài nhằm đảm bảo hệ thống di chuyển nhẹnhàng khi làm việc và không cho nhựa chui vào khe

Hình 1.21: Chốt dẫn hướng

1.2.8 Hệ thống thoát khí

- Khi nhựa phun vào khuôn làm đầy hệ thống kênh dẫn và lòng khuôn, nó đẩykhông khí ra ngoài lòng khuôn qua bề mặt khuôn Nhưng khi tốc độ phun cao,không khí không thể thoát ra nhanh và bị tắc lại trong lòng khuôn làm cho sản phẩm

bị rỗ khí

- Để tránh điều này người ta thiết kế thoát khí qua khe hở của chốt đẩy hoặcgia công thêm rãnh thoát khí, rãnh thoát khí phải đặt đúng nơi mà không khí bị tắclại Thường rãnh thoát khí được rẽ trên mặt phân khuôn

- Tuy nhiên để tránh nhựa bị đẩy vào rãnh người ta thường làm rãnh thoát khí

1.3 Quy trình kiểm nghiệm khuôn

Trong quy trình này, nhờ ứng dụng phần mềm CAE mô phỏng dòng chảytrong khuôn nhựa để mô phỏng và kiểm tra quá trình ép phun Quá trình kiểm tranhờ ứng dụng phần mềm CAE sẽ cho kết quả gần sát với thực tế Trong quá trìnhnày ta sẽ làm được những việc như sau:

- Lựa chọn vị trí cổng phun phù hợp nhất trong nhiều phương án đề xuất

- Kiểm tra các phương án bố trí hệ thống kênh dẫn, sau đó chọn lựa phương ántốt nhất

- Thử nghiệm quá trình ép phun trên mô phỏng với các giá trị đầu vào máy épphun khác nhau của các biến: Áp suất phun, áp suất giữ, nhiệt độ nhựa, thời giangiữ áp, nhiệt độ khuôn…Sau khi chạy phân tích cho các kết quả khác nhau về chấtlượng sản phẩm Từ đó chọn được bộ thông số tối ưu cho máy ép phun

1.4 Quy trình gia công khuôn

Trong kết cấu bộ khuôn, có những phần đã được chọn tiêu chuẩn, người sửdụng chỉ việc chọn lựa và liên hệ với nhà sản xuất để mua về Nhưng có nhữngphần thuộc đặc tính riêng của từng sản phẩm nên yêu cầu phải gia công chế tạoriêng Ví dụ như: Tấm gắn hốc và tấm gắn lõi khuôn, bộ hốc và lõi khuôn, lỗ chốtđẩy trên các tấm

Trong đó tùy theo yêu cầu về độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt mà

có thể chọn phương pháp gia công hợp lý nhằm đạt kết quả mong muốn và giảm giáthành chế tạo khuôn

1.5 Đặt vấn đề và giới hạn

Trong thực tế khi thiết kế và chế tạo sản phẩm khuôn ép nhựa, quá trình sảnxuất thử nghiệm tiêu tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc khi việc thử khuôn tiến hànhbằng ép phun trên khuôn và máy thật Không chỉ tốn kém cho quá trình thử, việcthiết kế khuôn mà không được kiểm nghiệm trước có thể dẫn đến lỗi từ thiết kếhoặc từ tham số ép phun khi sản xuất hàng loạt Đề tài nghiên cứu sử dụng công cụCAD/CAM/CAE để giải quyết hai vấn đề lớn của thiết kế và chế tạo:

1- Lựa chọn phương án thiết kế và đưa ra bộ thông số tối ưu cho quá

trình ép phun Thông qua việc chạy mô phỏng quá trình phun dưới dự trợ

giúp của máy tính với công cụ CAE Moldex3D, các phương án thiết kế kênh dẫnnóng hotrunner khác nhau được kiểm tra so sánh trong điều kiện đồng tham số

2- Lựa chọn tham số ép phun tối ưu Các tham số của phương án tối ưu

được điều chỉnh và tối ưu để đạt được chi tiết với những thông số hình họctheo yêu cầu của thiết kế ban đầu Đề tài cho thấy sử dụng CAE giúp nângcao chất lượng, năng suất và tính cạnh tranh cho sản phẩm

1.5.1 Quy trình thực tế thiết kế và kiểm nghiệm trong sản xuất hiện tại

Các bước thiết kế được diễn đạt như sau:

- Bước 1: Thiết kế sản phẩm Trong quá trình này nhân viên thiết kế sản phẩmtrên bản vẽ CAD

- Bước 2: Sau khi thiết kế sản phẩm chúng ta phải lựa chọn bộ khuôn và kếtcấu khuôn cho sản phẩm một cách hợp lý với sản phẩm

- Bước 3: Các chi tiết của bộ khuôn được thiết kế tac xuất sang bản vẻ đễ talập quy trình công nghệ gia công sản xuất bộ khuôn

- Bước 4: Sản xuất thử: với bộ khuôn được xây dựng từ bước 2, nhà sản xuấttiến hành cho sản xuất thử nghiệm, phân tích lỗi sản phẩm và đưa ra phương ánkhắc phục lỗi ở bước 1 hoặc bước 2 của quá trình sản xuất Khi đã đảm bảo các lỗikhông phải từ bước 1 hay bước 2 của quá trình thì quá trình sản xuất thử sẽ tiếp tục

để chọn ra các thông số đầu vào máy ép phun hợp lý nhất cho quá trình sản xuất.Vậy đối với quá trình sản xuất này tốt rất nhiều thời gian tiền bạc vì cứ mỗi lần thửthì phải tạo ra một bộ khuôn để thử vì vậy rất tốn kém

- Bước 5: Đúc ép sản xuất ra sản phẩm.