Giới thiệu sản phẩm và công nghệ gia công

Về cơ bản đã hoàn thành được bản thiết kế, bản thuyết minh các phần hệthông kênh dẫn, hệ thông đẩy sản phẩm, hệ thống làm mát,… Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Minh Hải cùng cá

Lời nói đầu

Ngày nay, vật liệu chất dẻo đã trở lên phổ biến, đi vào mọi lĩnh vực của cuộcsống Nhu cầu về những sản phẩm bền, rẻ an toàn, cùng với mẫu mã đa dạng,phong phú đã đặt ra những thử thách cho tính sáng tạo của ngành chế tạo máy nóiriêng và ngành sản xuất và gia công vật liệu chất dẻo Tuy công nghệ thiết kế, pháttriển khuôn mẫu mới được chuyển giao cho nước ta chưa đầy 20 năm nhưng sựphát triển là rất đáng ghi nhận, các công nghệ và sản phẩm tạo ra đã không cònkhoảng cách nhiều so với nên công nghệ của thế giới Tuy nhiên thiết kế khuônvẫn là một lĩnh vực mới mẻ, và sức sáng tạo vẫn cần nhiều hơn nữa để đáp ứng vớinhu cầu không bao giờ dừng lại của xã hội

Chúng em là những sinh viên chế tạo máy theo chuyên ngành sản phẩm chấtdẻo, lần đầu tiên áp dụng những kiến thức được học, kiến thức tự tìm hiểu vào thiết

kế một bộ khuôn hoàn chỉnh nên thấy rất thú vị Những kiến thức khi trao đổi vớicác thầy sẽ rất quý báu cho quá trình học tập tại trường của chúng em và quá trìnhcông tác sau này

Sau 15 tuần được hướng dẫn tại bộ môn với thầy Phạm Minh Hải cùng các thầytrong bộ môn chúng em đã hoàn thành Đồ án khuôn chất dẻo, sản phẩm là Giá đặtđĩa CD Về cơ bản đã hoàn thành được bản thiết kế, bản thuyết minh các phần hệthông kênh dẫn, hệ thông đẩy sản phẩm, hệ thống làm mát,…

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Minh Hải cùng các thầy trong bộmôn đã hướng dẫn giúp đỡ chỉ bảo tận tình giúp chúng em hoàn thành đồ án này!

Hà Nội, Ngày 24 tháng 12 năm 2012 Sinh viên

Phần I

Giới thiệu sản phẩm và công nghệ gia công

I Giới thiệu sản phẩm

- Công dụng: dùng để đựng đĩa CD, VCD, DVD,

- Môi trường làm việc làm việc ở nhiệt độ phòng, chịu lực nhỏ

- Chọn vật liệu sản xuất:

+ Vật liệu sản xuất là nhựa thông dụng: PE, PS, ABS, PSHI, PVC, PMMA,

+ Tính chất: trọng lượng nhẹ và cứng; cách điện cách nhiệt; chảy tốt, có thể dùngnhiều phương pháp gia công; kháng nước và hóa chất; Rẻ;

+ Ứng dụng: sản xuất hàng loạt vật dụng sinh hoạt

+ Lựa chọn PSHI vì: cơ tính tốt hơn PS, chịu được va đập, dễ chảy và độ ổn địnhnhiệt cao, và đặc biệt là rẻ => hiệu quả kinh tế

phá hủy: 33% Độ hút ẩm 0,03%

+ Sản phẩm có dạng là 3 tam giác đối xứng cắt với 1 hình tròn bên trong Bề dàymỏng và có đế tựa ghép nối mặt trên của chi tiết Do tính phức tạp của sản phẩmnên ta chọn loại khuôn 1 ổ

Khối lượng sản phẩm :20g

O T

W E R

14 7

R53

R9 R43

M?t c?t A-A

R7

R9 2

B T? l? 5:1

Ghi chú :

2.C? ch? : 5 ×4×0.5 1.Có 14 du?ng gân Ø0.5 cách nhau 1mm

Yêu cầu về khuôn : Khuôn 2 tấm, kết cấu khuôn có thêm các miếngghép.Lực bám chủ yếu trên 3 đế của sản phẩm ta làm 3 chốt đẩy ở 3 đế Tuy nhiên

do sản phẩm có bề dày mỏng để tránh gãy khi đẩy tao chọn thêm 9 chốt đẩy nữa

II Tính toán độ co ngót

Độ co ngót của nhựa PSHI vào khoảng 0.3÷ 0.6%

Do vật liệu bị co ngót khi làm nguội sản phẩm nên phải tăng tất cả các kíchthước lên 1.003÷1.006 lần, chọn 1.005 lần

III Thiết kế mặt phân khuôn.

Thiết kế khuôn đúc phun vật liệu nhựa dẻo bắt đầu từ xác định mặt phânkhuôn trên sản phẩm,để từ đó định hình cơ bản về lòng và lõi khuôn cần thiết

kế Mặt phân khuôn là mặt chia khuôn ra 2 phần :phần khuôn động và phầnkhuôn tĩnh

Mặt phân khuôn và hướng mở khuôn vuông góc với nhau Mặt phân khuôn

có thể chỉ là 1 mặt phẳng ,cũng có thể gồm nhiều mặt phẳng dính liền với nhau,cũng có thể là những mặt cong nối liền với mặt phẳng hay nối với mặt congkhác

Mặt phân khuôn phải đảm bảo các yêu cầu sau:

B?n v? khuôn s?n ph?m

IV Xây dựng lòng khuôn và lõi khuôn.

Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn tính theo số lượng sản phẩm trên đơn đặthàng :

n = L.K.tc/(24.3600.tm)

Trong đó :

- L : Số sản phẩm trong một lô sản xuất, L =25000 sản phẩm

- K : Hệ số do phế phẩm, K =1/(1-k), với k là tỷ lệ phế phẩm,chọn k=5% Vậy K=1/(1-0.05)= 1,0526

- tc :thời gian của một chu kỳ ép phun, tc=45s.

là chúng ta sẽ chèn phần lõi và phần lòng khuôn vào vỏ khuôn có sẵn mà thôi Với kiểu khuôn này ta sẽ giảm được chi phí về gai công các lỗ nắp chốt dẫnhướng, bạc dẫn hướng…Sửa chữa thay thế dễ dàng vì các chi tiết có sẵn trong vỏkhuôn đã được tiêu chuẩn hóa.Vỏ khuôn đã bao gồm các tấm khuôn cơ bản đầy đủ,chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng ,vòng định vị, có thể có cả bạc dẫn hướng, chốthồi, các bu long,các ốc vít…

Ta chọn sơ đồ về kích thước của lòng khuôn và lõi khuôn theo kích thướccủa sản phẩm có tính đến khoảng cách đường làm mát và kênh dẫn nhựa như sau : + Đẩy sản phẩm : Theo kết cấu sản phẩm nhận thấy nên đẩy bằng chốt

+ Kiểu vỏ khuôn : theo tiêu chuẩn DMA

+ Khoảng cách hệ thống làm nguội với sản phẩm và dự tính vị trí hệ thống làmnguội khuôn: Do sản phẩm có dạng hình tròn vì thế kênh làm mát sẽ có dạng hình

2.Kiểu 2

Với kiểu này chúng ta sẽ sử dụng ngay một tấm kim loại lớn sau đó đem giacông tạo biên dạng lòng khuôn và lõi khuôn.Tức là khối l òng khuôn và khối lõikhuôn trở thành các tấm khuôn: tấm lòng khuôn và tấm lõi khuôn Vì vậy kích

thước của các tấm khuôn này sẽ lớn hơn các khối kim loại trên.Nhưng kích thướccủa tấm khuôn vẫ được xác định như trên nhưng có tính đến nhưng có tính đến hệthống dẫn hướng và tiêu chuẩn cá tấm khuôn.

Chi tiết có mặt phân khuôn là mặt phẳng ,khi đó ta tính được bề dày lòngkhuôn theo công thức :

f=

s E

h P s E

h

2

2 , 1 6 , 2

8

12

3

4 +

Trong đó:

- f: độ võng lòng khuôn

- h: chiều sâu lòng khuôn, h=21mm

- s: bề dày lòng khuôn

- E: mô đun đàn hồi của vật liệu chế tạo khuôn.Lấy E =210GPa

Chi tiết đồi hỏi độ chính xác cao nên ta chọn f=0,001 Từ công thức trên tínhđược bề dày lòng khuôn s=20mm

V.Công nghệ gia công

- Mô tả: Kỹ thuật ép phunđược mô tả như là một quá trình chuyển đổinhiệt của vật liệu nhựa: 1-chảy; 2-bơm vào trong khuôn, 3-làm nguội; 4-sau khi sản phẩm cứng, khuôn mở ra và đẩy sản phẩm để lấy sản phẩm.Khuôn sẽ đóng lại và bắt đầu một chu trình mới Sự lặp đi lặp lại của một

chuổi các sản phẩm gọi là chu trình làm khuôn Mỗi khuôn và mỗi loại

vật liệu gia công trong đó sẽ có một thời gian cho chu trình tối ưu điềunày bắt buộc người điều khiển máy phải điều chỉnh thời gian của một chu

kỳ máy tối ưu để đạt được sản phẩm có chất lượng cao

- Khuôn được xem là trái tim của quy trình công nghệ,được làm từ thépcứng và thườngđược chứa một hoặc nhiều cốc khuôn,có hình dạng củasản phẩm.khuôn có hình dạng không giới hạn,có thể phức tạp hoặclớn và được điền đầy bằng một lần phun Sản phẩm đi từ côngnghệ ép phun có thể thiết kế có nhiều lỗ, gân và mặt cắt giao nhau trênthành.

VI.Tính toán lực kẹp tối thiểu và chọn máy

1 Tính toán lực kẹp khuôn

+Lực kẹp khuôn cần thiết

Fk>(S.P)

Trong đó

S:diện tích hình chiếu của sản phẩm theo hướng kẹp khuôn

P:áp suất trung bình trong khuôn

+Tính thời gian chu kì ước lượng sản phẩm

Thời gian đóng mở khuôn lấy theo kinh nghiệm

Tđ-m=2.0.75=1.5 (s)

Thời gian lấy sản phẩm

- Giảm đến mức tối thiểu sự thay đổi tiết diện kênh dẫn

- Nhựa kênh dẫn phải thoát khuôn

- Toàn bộ chiều dài kênh dẫn nên càng ngắn nếu có thể để tránh mất mát áp vàmất nhiệt trong quá trình điền đầy

- Mặt cắt kênh dẫn phải đủ lớn để đảm bảo sự điền đầy cho toàn bộ sản phẩm màkhông làm thời gian chu kỳ quá dài, tốn nhiều vật liệu và lực kẹp lớn

a Chọn mặt cắt ngang của kênh dẫn nhựa

Chọn tiết diện là hình tròn: tuy giá thành gia công cao nhưng cho phép một lượngvật liệu tối đa chảy qua mà ít bị mất nhiệt.

b Kích thước của kênh dẫn

Việc tính toán để có được đường kính và chiều dài kênh dẫn hợp lý là rất quantrọng vì khi một kênh dẫn quá lớn hay quá dài sẽ làm cản trở dòng chảy và gây ramất mát áp trên nó, tốn nhiều vật liệu và làm tăng thời gian chu kỳ Do đó, ta nênthiết kế kênh dẫn nhỏ ở mức có thể để có thể lợi dụng nhiệt ma sát trên nó gia nhiệtcho nhựa lỏng giúp quá trình điền đầy lòng khuôn thuận lợi hơn và sản phẩm ít bịquá nhiệt

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 100

200 300 400 500 600

Đầu cuống phun nên càng nhỏ càng tốt nhưng vẫn phải đảm bảo sự điền đầy đồngđều giữa các lòng khuôn với nhau Góc côn của cuống phun cần phải đủ lớn để dễthoát khuôn nhưng đường kính cuống phun thì đừng quá lớn vì sẽ làm tăng thờigian làm nguội và tốn vật liệu.

Sản phẩm có tính đối xứng 3 cạnh tam giác đều nên ta chọn loại phun điểm, miệngphun cạnh

Với trọng lượng 20g ta chọn miệng phun điểm Ø1,2mm

VIII.Mô tả thiết kế lòng khuôn lõi khuôn và cách gia công

1 Tính toán tấm thớt tĩnh

Độ võng tấm thớt kẹp ở đỉnh được xác định bằng việc thừa nhận trường hợpmột tấm thớt có tất cả 4 mép

- E: module đàn hồi vật liệu chế tạo khuôn, E= 210 GPa

Độ võng cho phép là 0,02 mm, chọn bề dày tấm thớt tĩnh là s = 20mm, khuôn 1 ổ

Kích thước tấm thớt giữ lõi được xác định từ biểu thức:

3 Tính toán các tấm đỡ

Khi ghép lõi, lòng và lõi khuôn phải được gá trên một tấm đỡ một cách chắc chắn

và tấm đỡ này là phần khuôn lấy chuẩn lắp ghép chặt chẽ thông qua mối ghép Công thức tính độ dày tấm đỡ:

(mm)

Trong đó:

- b: chiều rộng của lõi thép (mm), b=210mm

- E: modun đàn hồi, E=210 GPa

Để điều khiển tốt nhiệt độ trong khuôn cần lưu ý:

+ Những kênh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt, nhưng chú ýđến độ bền cơ học của vật liệu làm khuôn

+ Đường kính kênh làm nguội phải lớn hơn 8mm và giữ nguyên như vậy để tránhtốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau do đường kính kênh làmnguội khác nhau

+ Nên chia hệ thống làm nguội ra làm nhiều vòng làm nguội để tránh các kênh làmnguội quá dài dẫn đến chênh lệch nhiệt độ lớn, ở ngoài cùng nhiệt độ sẽ là quá cao

để làm lạnh có hiệu quả

+ Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng

Ta thiết kế đường nước Φ = 10mm vòng quanh khuôn trên và khuôn dưới Giacông lỗ ren M12x1 để bắt cổ nước Khoảng cách bề dày >5m.

Theo kinh nghiệm sản xuất với bề dày thành phảm >2mm thì chọn đường kínhkênh dẫn chất lỏng làm nguội là D=10mm

Ta chọn kiểu làm nguội có dạng phù hợp với những sản phẩm tròn xoay, (thểhiện trên bản vẽ)

Ưu điểm

- Làm nguội đồng đều trên bề mặt sản phẩm

- Dễ gia công đường nước

- Có thể điều chỉnh vị trí làm nguội tại những vị trí bề dày khác nhau

- Chú ý dùng các sin để ngăn rò rỉ tại bề mặt tiếp xúc

Thời gian làm nguội sản phẩm

+ Tính lượng nước làm nguội: Theo định luật bảo toàn năng lượng thì nhiệt lườngcần lấy đi làm nguội sản phẩm phải bằng lượng nhiệt nhận được của chất làm mátqua hệ thống làm mát

Lượng nhiệt cần lấy đi:

Qnh.Cnd.(T1-T2)

Trong đó:

- T1: nhiệt độ gia công của nhựa, T1=260oC

- Cn: nhiệt dung riêng của nước, Cn= 4,2kJ/kgoC

- T3: nhiệt độ nước ở cửa ra, T3= 30oC

- T4: nhiệt độ nước ở cửa vào, T4= 25oC

X.Hệ thống đẩy sản phẩm

1 Thiết kế hệ thống đẩy

Hệ thống đẩy dùng chốt đẩy: các chốt đẩy được gia công rất chính xác và đượcchọn theo tiêu chuẩn Thông thường, các chốt đẩy chỉ được gia công chính xác ởphần dẫ hướng và được lắp theo hệ thống trục Độ cứng của thân chốt khoảng 60-65HRC, độ cứng của đầu chốt khoảng 30-35 HRC

Chức năng của hệ thống đẩy là đẩy sản phẩm ra sau khi khuôn mở và sản phẩmkhông bị hỏng Mục đích của việc tính toán làm sao phải đủ lực để đẩy sản phẩm

ra khỏi lõi khuôn

Độ co ngót của sản phẩm bị hạn chế bởi lõi Nó xảy ra ngay cả khi còn nằm trongkhuôn kín cũng như sau khi nó tách khỏi lõi khuôn cho đến khi sản phẩm bị đẩy rahoàn toàn Độ co ngót đó làm chiều dày thành sản phẩm do đó mặt ngoài sản phẩmtách khỏi lòng khuôn và xuất hiện lớp không khí giữa sản phẩm và lòng khuôn Kếtquả này làm cho tát cả các kích thước ngoài của sản phẩm bị bé đi, nhưng mặttrong tiếp xúc với lõi khuôn, kích thước không bị bé đi, do đó trong tiết diện tồn tại

chất cuả vật liệu, độ nhám tế vi bề mặt khuôn và giá trị áp suất dư tác dụng vàomặt khuôn sai khi rót đầy vật đúc

Cản trở việc đẩy sản phẩm ra là các lực xuất hiện do chênh lệch áp suất giữa bềmặt lõi khuôn và áp suất khí trời bên ngoài có ở giữa mặt trong của sản phẩm và bềmặt ngoài của lõi khuôn khi đẩy

Lực danh nghĩa tạo ra dưới tác dụng của ứng suất kéo do co ngót, lực bám dính và

áp suất khí trời tác động vào mặt ngoài của sản phẩm, ép nó vào khuôn Lực dọc

P0 = Pđẩy + Pdch

Xác định các lực trên không chỉ cần thiết để làm rõ khả năng đẩy sản phẩm ra khỏilõi khuôn bằng lực tách của máy mà còn làm rõ khả năng làm hỏng sản phẩm,nhưng khả năng có thể là:

- Làm mềm mặt tỳ của sản phẩm tại nơi chịu áp lực đẩy của chi tiết đẩy

- Gây uốn dọc và tạo nếp nhăn trên thành sản phẩm

- Gây võng, giãn và cắt dạng chân chim thành sản phẩm theo phươngvuông góc với phương đẩy

- Gây xây xước bề mặt sản phẩm có chuyển động tương đối với bề mặt lõikhuôn do lực bám dính và lực ma sát

- Làm biến dạng sản phẩm khi các vị trí phân bố các chi tiết đẩy không đốixứng với các ống đẩy và tạo nên chân không giữa các vành của sản phẩm

và mặt ngoài của lõi khuôn

- Đường kính chốt đẩy tính theo công thức kinh nghiệm

2 Tính toán lực đẩy cần thiết để đẩy sản phẩm

Khi tính toán gần đúng lực để đẩy sản phẩm ra khỏi lõi khuôn được thực hiện với

đô co ngót chung của phần khó hơn sao cho đủ để tách sản phẩm ra khỏi lõi khuôn

ở nhiệt độ của sản phẩm trong thời gian đẩy Sự co ngót sản phẩm ở khuôn đựcbiến đổi thành ứng suất và sự co ngót tương đối được xác định:

Trong đó

X1 = a.∆t.100% đối với co ngót tự do: ∆ t = Xi -Xm , 0K

a hệ số dãn nở dài

Ti nhiệt độ SP trên tấm đẩy,

khi tách khỏi khuôn đực 0K (Ti < Tch)

∆l/l

có

hạn đàn hồi (phù hợp với đinh luật Húc) ta có:

∆ hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu (cm/0C)

∆t = Tm –Te

μ hệ số ma sát giữa vật liệu và lõi

Ta có Σ diện tích bên trong:

d =1,3 cm

∆t = Tm - Te = 220 – 60 = 160 0C