Đề tài thiết kế thiết kế khuôn cho mẫu chén nhựa đựng gia vị

Công nghệ này đang được phát triển theo hướng tích hợp giữa thiết kế với sản xuất, CAD/ CAM/ CNC sẽ tạo ra một nền tảng công nghệ cho việc tích hợp máy tính trong sản xuất đặc biệt là tr

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay công nghệ CAD/CAM/CNC được ứng dụng rất nhiều trong việc

thiết kế, chế tạo, lập quy trình sản xuất các sản phẩm phục vụ cho mọi lĩnh vực Đặc biệt là trong lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu chính xác.

CAD/CAM/CNC (Computer Aided Design/ Coputer Aided Manufacturing/ Computer Numerical Controlled) là thuật ngữ chỉ việc thiết kế và chế tạo được hổ trợ bởi máy tính Công nghệ CAD/CAM/CNC sử dụng máy tính

để thể hiện một số chức năng nhất định trong thiết kế và chế tạo Công nghệ này đang được phát triển theo hướng tích hợp giữa thiết kế với sản xuất, CAD/ CAM/ CNC sẽ tạo ra một nền tảng công nghệ cho việc tích hợp máy tính trong sản xuất đặc biệt là trong lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu chính xác Việc thiết kế khuôn cho những sản phẩm nhựa là ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất vật dụng sinh hoạt hằng ngày và đề tài thiết kế “THIẾT KẾ KHUÔN CHO MẪU CHÉN NHỰA ĐỰNG GIA VỊ ” mà em đang làm hi vọng sẽ ứng dụng hiệu quả trọng thực tế.

Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thiện đề tài này nhưng có thể có những thiếu sót mong quý thầy cô góp ý kiến đóng góp để em hoàn thiện đề tài này Xin chân thành cảm ơn!

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2013 Sinh viên thực hiện:

Huỳnh Tấn Quý

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NHỰA VÀ KHUÔN ĐÚC Trang

1.1 Giới thiệu về vật liệu nhựa 1 1.2 Giới thiệu về khuôn đúc 3

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT

2.2 Phân tích kỹ thuật và điều kiện làm việc của chi tiết

CHƯƠNG 3: LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG

3.1 Phân tích khả năng công nghệ để gia công chi tiết

3.2 Lựa chọn máy và nêu các thông số kỹ thuật của máy

3.3 Lựa chọn thứ tự các nguyên công

3.4 Lựa chọn dao phù hợp cho từng bước công nghệ

3.5 Tính toán chọn các thông số công nghệ

CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG BẰNG PROWILD FIRE2.0 30 CHƯƠNG 5: QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG GIA CÔNG 37

Phụ lục

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NHỰA VÀ KHUÔN ĐÚC

1.Giới thiệu vật liệu nhựa:

1.1 Khái niệm:

Nhựa là một hợp chất gồm các phần tử được hình thành do sự lặp lại của một hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử liên kết với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một loại tính chất mà chúng thay đổi không đáng kể khi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo.

1.2 Phân loại nhựa:

1.2.1 Phân loại theo tính chịu nhiệt:

a Nhựa nhiệt dẻo: Thông thường là các Polyme mạch thẳng Ở nhiệt độ xác

định chúng có thể chảy trở thành dẻo, nhỏ hơn nhiệt độ này thì chúng rắn lại

Ví dụ như PP, PE, PVC, PS,PC, PET… được ứng dụng sản xuất chai, lọ, ống nước…

b Nhựa nhiệt rắn: Là các Polyme có khối lượng phân tử không cao lắm, ở

nhiệt độ cao chúng không thể chảy mềm và không hòa tan trong dung môi Ví

dụ như PF, MF…được ứng dụng làm tay cầm chảo, tay cầm xoong nồi…

1.2.2 Phân loại theo cấu trúc:

a Polyme mạch thẳng: Đại phân tử của nó là các chuỗi các mắt xích nối liền

nhau theo đường dích dắc hay xoắn ốc Ví dụ như: PE, PA…

b Polyme mạch nhánh: là mạch thẳng nhưng trong đại phân tử của nó có

thêm các nhánh Ví dụ như PIB

c Polyme không gian: các monome có ba nhóm hoạt động tạo nên polyme

không gian ba chiều có tính cơ lý nhiệt đặc biệt Ví dụ như Epoxy

d Polyme mạng lưới: Các mạch cạnh nhau trong Polyme này được nối với

nhau bằng lien kết động hóa trị Ví dụ như Cao su lưu hóa

2.1 Khuôn cơ bản:

1 Ban đầu, phần bàn máy của khuôn động sẽ chuyển động từ trái qua phải,

mang theo phần khuôn động (Core Side)

2 Trục dẫn hướng (Guide pin) và Bạc dẫn hướng (Guide Bush) sẽ dẫn

hướng cho 2 nửa khuôn động và tĩnh

3 Khi phần khuôn động áp vào phần khuôn tĩnh (Cavity Side) ở mặt phân

khuôn (parting line) thì máy đúc sẽ bơm nhựa vào lòng khuôn - ở trên hình ảnh bạn nhìn thấy đó là phần màu đỏ Tùy thuộc vào độ lớn của sản phẩm, trong khoảng từ 18 đến 60 giây thì nhựa sẽ điền đầy lòng khuôn

4 Sau đó hệ thống làm mát sẽ hoạt động

5 Lúc này trục đẩy của máy đúc (Ejector Rod) sẽ đẩy 2 tấm đẩy (Ejector

Plate) và kéo theo đó là đẩy cả hệ thống đẩy giúp đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn

6 Trong quá trình đẩy thì tấm đẩy cũng nén lò xo của khuôn Khi trục đẩy

của máy đúc trở về vị trí cũ, lực tác động lên tấm đẩy không còn nữa, lúc này lực nén lò xo sẽ đóng vai trò giúp tấm đẩy trở về vị trí ban đầu để bắt đầu lần đúc mới với sự trợ giúp của cả Chốt hồi (Return Pin)

2.2 Khuôn có AnGular Slide

1 Ban đầu, phần bàn máy của khuôn động sẽ chuyển động từ trái qua phải, mang theo phần khuôn động (Core Side)

2 Trục dẫn hướng (Guide pin) và Bạc dẫn hướng (Guide Bush) sẽ dẫn

hướng cho 2 nửa khuôn động và tĩnh

3 Bạn sẽ thấy là khi đó Cam (Angular Pin) - ở trên hình ảnh bạn nhìn thấy màu xanh – sẽ khớp với lõi trượt (Angular Slide) và đẩy lõi trượt vào giúp tạo các lỗ và phần undercut

4 Khi phần khuôn động áp vào phần khuôn tĩnh (Cavity Side) ở mặt phân khuôn (parting line) thì máy đúc sẽ bơm nhựa vào lòng khuôn - ở trên hình ảnh bạn nhìn thấy đó là phần màu đỏ Tùy thuộc vào độ lớn của sản phẩm, trong khoảng từ 18 đến 60 giây thì nhựa sẽ điền đầy lòng khuôn

5 Sau đó hệ thống làm mát sẽ hoạt động

6 Tiếp đó bàn máy sẽ đưa khuôn động dịch chuyển từ trái sang phải để tách mặt phân khuôn Lúc này do có góc nghiêng cộng với tác dụng của lò xo (Coil Spring) thì Cam sẽ kéo lõi trượt về vị trí ban đầu giúp cho lõi trượt không cản trở việc đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn, phần cản trở của under-cut

sẽ được giải phóng

7 Lúc này trục đẩy của máy đúc (Ejector Rod) sẽ đẩy 2 tấm đẩy (Ejector Plate) và kéo theo đó là đẩy cả hệ thống đẩy giúp đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn

8 Trong quá trình đẩy thì tấm đẩy cũng nén lò xo của khuôn Khi trục đẩy của máy đúc trở về vị trí cũ, lực tác động lên tấm đẩy không còn nữa, lúc này lực nén lò xo sẽ đóng vai trò giúp tấm đẩy trở về vị trí ban đầu để bắt đầu lần đúc mới với sự trợ giúp của cả Chốt hồi (Return Pin)

2.3 Khuôn đẩy bằng tấm:

2.4 Khuôn có Insert:

Hình 4: Khuôn có Insert

Phần Insert của sản phẩm nhựa thường có them là các ren nhôm, ren đồng để chèn vào sản phẩm cần tạo ren hoặc những phần đặp biệt của chi tiết nhỏ cần phải có màusắc Hoặc vật liệu khác nhựa so với chi tiết lớn

2.5 Khuôn có Slope Slide:

Hình 5: Khuôn có Slope Slide

Đối với những sản phẩm mà hướng rút của sản phẩm under-cut không hướng ra ngoài mặt phân khuôn thì người ta không thể sử dụng cơ cấu Angular Slide mà phải sử dụng

cơ cấu Slide nghiêng

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH CHI TIẾT VÀ QUÁ TRÌNH LÀM KHUÔN 2.1 Lựa chọn chi tiết :

Chi tiết được chọn chính là khuôn ép mẫu nhựa, mẫu nhựa là chén đựng gia vị

Hình 2.1: Chén nhựa đựng gia vị

Theo thực tế chén đựng gia vị được sản xuất từ vật liệu nhựa là ABS

( Acrylon Butadiene Styrence Plastics) Đây là loại vật liệu nhựa có độ bền trung bình, giá thành không cao, thuộc loại nhựa dẻo.

Cấu tạo gồm 3 đơn phân tử Acrylonnitrile, Butadiene, Styrence Các phân tử này ảnh hưởng đến tính chất của ABS: Tính cứng, tính bền với nhiệt độ và hóa chất là do Acrylonnitrile, tính dễ gia công, tính bền của Styrene, độ dẻo độ dai

và độ va đập là của Butadiene

Hình 2: Cấu trúc vật liệu ABS

Theo thông số kỹ thuật tra bảng thì vật liệu ABS có độ co rút là 0 4 %– 0.7%

Và mật độ là 1,06 g/cm2.

Do tính chất này nên khi làm khuôn chúng ta phải kể đến độ co rút của vật liệu

Vật liệu làm khuôn nhựa thường dung vật liệu thép CT3, C45, C50…đây là những vật liệu thông dung, giá rẻ có độ cứng khoảng 30HRC nên dễ gia công Ngoài ra tùy vào yêu cầu sản phẩm và khách hàng mà chọn các vật liệu

khác.như SKD11, SKD6…

Theo yêu cầu kỹ thuật đề ra là đúc khay xà phòng vật liệu ABS yêu cầu độ bóng cao nên ở đây em chọn vật liệu SKD11 làm khuôn đúc.

2.Chọn khuôn :

Khuôn có AnGular Slide

Khuôn luôn tiếp xúc vật liệu nhựa nóng chảy có nhiệt độ từ 150 ÷ 200

C Chịu áp lực trung bình, tải trọng va đập nhỏ, vật liệu nhựa khi nguội có độ cứng 20HB Do đó ta chọn vật liệu làm khuôn là thép SKD11.

Các đặc điểm kỹ thuật của khuôn:

1 Khuôn động áp vào khuôn tĩnh ở mặt phân khuôn

2 Bơm nhựa vào lòng khuôn

3 Mặt phân khuôn tách ra

4 Do cơ cấu của Slide nghiêng tạo 1 góc alfa (khoảng 5 đến 20 độ) so với hướng rút khuôn nên trong quá trình đẩy, khi 2 tấm đẩy dâng lên 1 đoạn L thì đầu của slide nghiêng (cũng là phần có under cut) sẽ dịch chuyển ngang 1 đoạn x = L *tan (alfa) do đó giúp cởi phần under cut Dưới chân của Slide nghiêng có 1 con trượt chuyển động ngang giúp cho chuyển động được trơn tru

4 Thiết kế làm chén đựng gia vị bằng ProEngineer WireFi: (Mold Design)

Bước 1: Tạo Chi Tiết

Đưa mẫu vẽ vào vùng làm việc: File chọn New xuất hiện hộp thoại New chọn Manufacturing chọn Mold cavity trong hộp name đặt tên cho khuôn.

Thiết lập đơn vị: Setup/ Units rồi chọn mmNs chọn set / Ok/ Close/ Done Xuất hiện hộp đơn MOLD chọn Model chọn Assamble rồi chọn Chi tiết cần

là khuôn.Sau khi chọn chi tiết ta sẽ có chi tiết trong vùng làm việc

Bước 2: Tạo phôi khuôn (Khuôn đúc sẽ có kích thước 70x70x40)

Chọn Mold > Create > Reference Mold > WorkPiece chọn Manual xuất hiện hộp thoại Component create Đặt tên cho Phôi

Chọn Solid > Extrude > Solid > Done > Both Side > Done

Chọn mặt phẳng vẽ phác họa Và tạo được khối hộp bao chi tiết.

Bước 3: Tạo mặt phân khuôn

Mold > Partsurf > Create Xuất hiện cửa sổ, nhập tên cho mặt phân khuôn Nhấn Ok và chọn Add > Flat sau đó ta chuyển sang chế độ sketch vẽ mặt phân khuôn trùng với khung của khuôn đúc Xem hình

Bước 4: Tính toán kích thước lòng khuôn theo hệ số co rút

Như phân tích ở trên, do vật liệu nhựa có tính co rút nên ở đây ta phải tính đến hệ số co rút khi thiết kế phôi.

Từ Part > Mold > Shinkage > chọn mẫu vẽ (Tức là chi tiết cần đúc), chi tiết

sẽ thành màu đỏ Chọn By dimension > set/reset

Chọn All Dims > Shink Ratio > Before Rels

Nhập giá trị co rút vào rồi nhấn Enter > chọn Done

Như vậy ta đã thay đổi được độ co rút.

Bước 5: Tách khuôn

Menu Mold > Chọn Mold Comp

Từ thực đơn Mold Comp chọn Extract

Xuất hiện hộp thoại Creat Mold Component chọn Khuôn trên và Khuôn dưới

Hình 2.3: Khuôn trên chén nhựa đựng gia vị

- Sơ đồ hình vẽ tách khuôn trên và khuôn dưới như sau:

Hình 3.2: Phôi dùng để gia công khuôn trên chén đựng gia vị

Kích thước phôi: L x W x H = 70mm x 70mm x 40mm

CHƯƠNG III LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG

3.1 Phân tích khả năng công nghệ để gia công chi tiết

Trong các dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, qui trình công nghệ được xây dựng theo nguyên tắc phân tán hoặc tập trung nguyên công Do mổi máy thực hiện một nguyên công thì qui trình công nghệ được chia ra các nguyên công đơn giản có thời gian nhịp như nhau hoặc bội số của nhiều.

Theo nguyên tắc chung nguyên công thì qui trình công nghệ thực hiện trên máy phay CNC EMCO Mill 155 tự động Dựa vào nguyên tắc trên ta phân loại phương án gia công theo các đặc điểm sau:

- Nguyên công: khuôn trên chén đựng gia vị

- Dạng sản xuất: hàng khối

- Gia công nhiều vị trí

- Gia công bằng loại dao

- Phương pháp gia công tuần tự

Đây là dạng sản xuất hàng loạt vừa, để chuyên môn hóa cao và đạt năng suất cao trong điều kiện Việt Nam đường lối công nghệ thích hợp là phân tán nguyên công Ở đây là máy CNC kết hợp với đồ gá chuyên dùng và các máy chuyên dùng để chế tạo Cần gia công khuôn trên của chi tiết chén đựng gia vị,

vật liệu thép C45, độ cứng 180 ÷ 320 HB, độ bóng R

= 0.5um (R

=3.2) Dựa theo bảng 4 chọn các phương pháp gia công như sau

Chọn phương pháp gia công là phay thô và phay tinh

3.2 Lựa chọn máy và nêu các thông số kỹ thuật của máy

Sau khi xác định các phương pháp gia công và đồ gá đặt như hình vẽ tiến hành chọn máy Ta gia công phần sơ bộ phôi bằng các máy đa năng như máy phay cơ hoặc máy bào Những phần khó như là khuôn phay bằng máy phay CNC Việc tiến hành chọn máy phụ thuộc vào độ chính xác và độ bóng bề mặt gia công Chọn máy phay CNC Mill 155 - Hãng Emco của Áo vì một số đặc điểm sau:

- Kích thước máy phù hợp với kích thước của chi tiết gia công

- Máy Mill 155 là loại máy CNC Milling 4 trục có thể gia công được các chi tiết có hình dạng 3D

- Máy đảm bảo được năng suất gia công.

- Có nhiều ưu điểm so với các máy thông thường điều khiển bằng tay nhờ thực hiện bằng cách nạp chương trình từ máy vi tính vào máy.

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy

Milling spindle

Bearing, font bearing

spindle bearing radius 80mm

Positioning variation acc to VDI 3441(X

logic

Electrical connection

Safety devices

Fully enclosed working area, axis overtravel

Limit swiches, door limit switch,

Lựa chọn dao phù hợp cho từng bước công nghệ hoặc từng nguyên công

Sau đây là hình vẽ cụ thể và chi tiết các loại dao hãng MISUBISHI.

Bảng 3.5: Tên các dao phay

Milling Cutter Dao phay

Angle milling cutter Dao phay góc

Face milling cutter Dao phay mặt đầu

Form-relieved cutter Dao phay hớt lưng

Gang milling cutter Dao phay tổ hợp

Helical tooth cutter Dao phay răng xoắn

Inserted-blade milling

Key- seat milling

Plain milling cutter Dao phay đơn

Sliting saw, circular

Slot milling cutter Dao phay rãnh

Shank-type cutter Dao phay ngón

Stagged tooth milling

T-slot cutter Dao phay rãnh chữ T

Three-side milling

Two-lipped end mills Dao phay rãnh then

3.5 Chọn dao cho từng bước gia công:

Bước 1: Phay mặt đầu

Dao APX3000R325SA32SA , Hãng dao Mishubishi Hình vẽ :

Bước 2: Phay thô mặt khuôn

Chọn dao APX3000R162SA16S , Hãng dao Mishubishi Hình vẽ :

Bước 3: Phay bán tinh mặt khuôn

Chọn dao cắt VF2SDBR0400 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ:

Bước 4: Phay tinh mặt khuôn

Chọn dao cắt VF2SDBR0200S04 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ:

3.6 Tính toán chọn cụ thể các thông số công nghệ

3.6.1 Cơ sở lựa chọn tính toán và thông số cắt:

+ Lượng chạy dao phút:

V

= f

n Z

(mm/phút) + Tốc độ quay trục chính:

Ta có:

Tốc độ cắt: V

=

(m/phút)

Tốc độ quay trục chính: n =



(vòng/phút)

3.6.2 Bước 1: Phay mặt đầu

1 Chọn dao cắt: APX3000R323SA32SA , Hãng dao Mishubishi

Tra bảng Datasheet của dao có được:

2 Chế độ cắt như sau:

Công thức tính n = Vc..1000Dc

 = 1603,14.1000.32 = 1592 (vòng/phút)Chọn: n=1600(vòng/phút)

Suy ra lượng chạy dao Vf = n Fz Z = 1600 0,1.5 = 800 (mm/phút)

Vậy Vf = 800 (mm/phút)

Chiều sâu bề mặt cắt: Ap = (0,05÷ 0,1)D1 = 0,05D1=1,6mm

Chiều rộng bề mặt cắt: Ae = 0,5 D1 =16 mm

Lượng dư gia công thô: 3,5mm

Lượng dư gia công tinh: 0,5mm

3.6.3 Bước 2: Phay thô mặt khuôn

Mã số dao: APX3000R162SA16S , Hãng dao Mishubishi

Tra bảng Datasheet của dao có được:

Chọn dao cắt VF2SDBR0400 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ:

Tra bảng Datasheet của dao có được

Thông số của dao:

Z = 2 răng, D1 = 8 mm, D5 = 7.85 mm, D4 = 8 mm, R = 4 mm,

L3 = 27 mm, L1 = 90 mm, Type: 2

Lượng dư gia công tinh: 3mm

3.6.5 Bước 4: Phay tinh mặt khuôn

Chọn dao cắt VF2SDBR0200S04 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ:

Tra bảng Datasheet của dao có được

Thông số của dao:

Z = 2 răng, D1 = 4 mm, D5 = 3.9 mm, D4 = 4 mm, R = 2 mm,

L3 = 8 mm, L1 = 60 mm, Type: 2

Với điều kiện phay tinh nên chọn vật liệu cắt (-45HRC)