Khắc phục lỗi cong vênh trên sản phẩm wheelback của máy hút bụi SAMSUNG bằng CAE

Hình 1.9 Hoạt động của khuôn 3 tấm Hình 1.10 Các loại miệng phun Hình 1.19 Bố trí kênh dẫn nguội làm lạnh đều sản phẩm Hình 1.20 Kênh dẫn nguội không nên quá dài Hình 1.21 Bố trí kênh ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN TẤT BIÊN

KHẮC PHỤC LỖI CONG VÊNH TRÊN SẢN PHẨM WHEELBACK CỦA

MÁY HÚT BỤI SAMSUNG BẰNG CAE.

CHUYÊN NGÀNH : CƠ ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh

Hà Nội – Năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo, gia đình và bạn bè Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.Nguyễn Thị Hồng Minh - Viện

Cơ Khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình định hướng, truyền cho tôi niềm đam mê nghiên cứu trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh, học viên đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè và người thân

đã động viên, khuyến khích giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2013

Học viên

Nguyễn Tất Biên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUÁT CHUNG 14

1.2.9 Hệ thống thoát khí 45

1.4 Các thông số ép phun ảnh hưởng đến sản phẩm sau khi ép phun 51

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ÉP PHUN ĐẾN CHỈ TIÊU KÍCH THƯỚC CONG VÊNH BẰNG CÔNG CỤ CAE 60 2.1 Xác định miền tham số khảo sát của các thông số ép phun ảnh hưởng đến kích

3.5 Kết quả xử lý số liệu và thiết lập quan hệ giữa các thông số ép phun đến chỉ tiêu kích

3.5.1 Xu hướng ảnh hưởng của các thông số ép phun tới kích thước của sản phẩm 79 3.5.2 Xu hướng ảnh hưởng của các thông số ép phun đến kích thước của sản phẩm

3.6 Mối liên hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến sai số giữa quá trình mô phỏng và thực

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung trong quyển luận văn này với đề tài: “Khắc phục lỗi

cong vênh trên sản phẩm Wheelback của máy hút bụi Samsung bằng CAE” là công

trình nghiên cứu và sáng tạo của chính tác giả Nguyễn Tất Biên với sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh – Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà nội

Ngày 20/12/2013

Nguyễn Tất Biên

Danh mục các chữ viết tắt

CAD Computer Aided Design Thiết kế với trợ giúp của máy tính CAM Computer Aided Manufacturing Sản xuất có trợ giúp của máy tính CAE Computer Aided Engineering Công nghệ trợ giúp của máy tính ISO International Standards Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

STL Standard Template Library Thƣ viện mã chuẩn

Hình 1.4 Hình ảnh minh họa máy ép phun

Hình 1.5 Sơ đồ kết cấu máy ép phun

Hình 1.6 Kết cấu khuôn ép nhụa

Hình 1.7 Hoạt động của khuôn 2 tấm

Hình 1.8 Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng

Hình 1.9 Hoạt động của khuôn 3 tấm

Hình 1.10 Các loại miệng phun

Hình 1.19 Bố trí kênh dẫn nguội làm lạnh đều sản phẩm

Hình 1.20 Kênh dẫn nguội không nên quá dài

Hình 1.21 Bố trí kênh nguội theo từng kênh riêng biệt

Hình 1.22 Bố trí kênh nguội theo dạng vòng 1 cấp

Hình 1.23 Bố trí kênh nguội theo dạng vòng nhiều cấp

Hình 1.24 Các nút điều chình dòng được lắp trên khuôn

Hình 1.25 Nút và que làm lệch hướng trên khuôn

Hình 1.26 Một số loại nút và que làm lệch hướng trên khuôn

Hình 1.38 Chi tiết Wheelback

Hình 1.39 Bản vẽ chi tiết Wheelback

Hình 1.40 Thống kê lỗi tháng 8/ 2013 của chi tiết Wheelback

Hình 2.1 Sơ đồ khối quá trình chạy mô phỏng

Hình 2.2 Môi trường Edesigner

Hình 2.3 Môi trường Edesign

Hình 2.4 Tọa độ điểm đo chi tiết

Hình 2.5 Kích thước chi tiết với 5 bộ thông số ép phun

Hình 2.6 Ảnh hưởng của thời gian điền đầy tới kích thước chi tiết

Hình 2.7 Quan hệ giữa tốc độ chảy và độ nhớt của nhựa PP_Daelim-333

Hình 2.8 Ảnh hưởng của thời gian giữ áp tới kích thước chi tiết

Hình 2.9 Ảnh hưởng của thời gian làm lạnh tới kích thước chi tiết

Hình 2.10 Độ biến thiên kích thước L của chi tiết trong quá trình mô

phỏng Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống thực nghiệm tổng thể

Hình 3.2 Mối quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ trượt của nhựa

PP_Daelim-333 Hình 3.3 Thước cặp Mitutoyo Abolute

Hình 3.4 Số liệu thực nghiệm

Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian điền đầy tới kích thước chi tiết

Hình 3.6 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và độ nhớt của nhựa PP_Daelim-333

Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian giữ áp tới kích thước chi tiết

Hình 3.8 Đồ thị PVT của nhựa PP_Daelim-333

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian làm lạnh tới kích thước chi tiết

Hình 3.10 Độ biến thiên kích thước chi tiết trong quá trình thực nghiệm

Hình 3.11 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm của 5 bộ thông số

Hình 3.12 Xu hướng ảnh hưởng của thời gian điền đầy trong mô phỏng và

thực nghiệm Hình 3.13 Xu hướng ảnh hưởng của thời gian giữ áp trong mô phỏng và

thực nghiệm Hình 3.14 Xu hướng ảnh hưởng của thời gian làm lạnh trong mô phỏng và

thực nghiệm Hình 3.15 Độ sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm

PHẦN MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Nhựa là một trong những ngành chiến lược của Việt Nam với tốc độ tăng trưởng cao trong nhiều năm trở lại đây Sản phẩm nhựa hiện nay được sản xuất bằng nhiều phương pháp công nghệ khác nhau, trong đó ép phun là một phương pháp gia công nhựa chủ yếu

và các sản phẩm của ép phun rất đa dạng chủng loại: sản phẩm gia dụng, điện thoại, linh kiện điện tử… Phương pháp ép phun hiện nay chủ yếu thử nhiều lần với những chế độ khác nhau để tìm ra bộ chế độ tối ưu cho chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu công nghệ, phương pháp này gây tốn kém thời gian, gây lãng phí nguyên vật liệu và tăng chi phí giá thành

Vậy vấn đề đặt ra: làm thế nào chúng ta có thể quản lý được các bộ thông số ép phun, quản lý được chất lượng sản phẩm của sản phẩm sau khi ép phun, từ đó giảm thời gian sản xuất, tăng năng suất sản xuất, tiết kiệm chi phí, với những vấn đề được đặt ra như vậy tạo cho tôi mong muốn được nghiên cứu vấn đề này Vì vậy, tôi quyết định lựa

chọn đề tài: “Khắc phục lỗi cong vênh trên sản phẩm Wheelback của máy hút bụi

Samsung bằng CAE” do PGS.TS.Nguyễn Thị Hồng Minh hướng dẫn

Lịch sử nghiên cứu

Trên thế giới:

Trong quá khứ, Tao C Chang and Ernest Faision [4] “Optimization of weld line quality in injection molding using experimental design approach” nghiên cứu chỉ ra rằng: dạng và vị trí đường hàn phụ thuộc vào việc thiết kế khuôn, thiết kế chi tiết và các điều kiện trong quá trình ép phun; phương pháp Taguchi có hiệu quả trong việc tối ưu các bộ thông số ép phun và sản phẩm, kết quả nghiên cứu chỉ ra nhiệt độ nóng chảy ảnh hưởng nhiều nhất đến chiều rộng đường hàn của nhựa HDPE sử dụng trong nghiên cứu này, tiếp

đó là nhiệt độ khuôn và áp suất phun ”Du Soon Choi, Yong Taek Im [6] “ Prediction shrinkage and warpage in consideration of residual stress in integate simulation injection molding” kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng co ngót giảm khi tăng áp suất giữ áp, tăng nhiệt

độ nóng chảy, co ngót tăng khi nhiệt độ khuôn tăng lên D Mathivanan, M Nouby, R Vidhya [8] “ Minization of sink mark in injection molding process – approach Taguchi” nghiên cứu chỉ ra rằng khuyết tật vết lõm trên sản phẩm sau khi ép phun chịu ảnh hưởng của các thông số: Nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nóng chảy, thời gian giữ áp, tỉ lệ giữa gân và thành chi tiết, khoảng cách gân, khi tăng khoảng cách giữa các gân thì dẫn đến vết lõm giảm Nik Mizamzul Mehat, Shahrul Kamaruddin and Abdul Rahim Othman, Member, IAENG [7] “Reducing the Shrinkage in Plastic Injection Moulded Gear via Grey-Based-Taguchi Optimization Method” kết quả nghiên cứu chỉ ra nhiệt độ nóng chảy quyết định nhiều nhất đến việc giảm co ngót sau đó là áp suất giữ áp, thời gian làm lạnh và thời gian giữ áp Alireza Akbarzadeh and Mohammad Sadeghi [5] “Parameter Study in Plastic Injection Molding Proce using Statistical Methods and IWO Algorithm” nghiên cứu chỉ ra conh vênh là một lỗi chính trong quá trình ép phun gây ra bởi sự co ngót không đều Đối với nhựa PP áp suất giữ áp ảnh hưởng nhiều nhất đến co ngót trong khi áp suất phun thì ít ảnh hưởng nhất, đối với nhựa PS thì nhiệt độ nóng chảy là ảnh hưởng chính đối với co ngót tiếp đó là áp suất giữ áp và áp suất phun

Trong nước:

- 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” của nhóm sinh viên Mai Văn Tuấn, Nguyễn

Văn Trường, Hoàng Văn Quang, Nguyễn Quốc Thắng chuyên ngành chế tạo máy khóa

51 Đề tài này đã ứng dụng phần mềm CAE Moldex3D để phân tích so sánh các giả pháp

bố trí kênh dẫn nhựa, xác định các tham số ép phun bao gồm: phân tích điền đầy, áp suất, đường hàn, rỗ khí, nhiệt độ trong quá trình ép phun đối với khuôn sử dụng kênh dẫn nóng

- Đề tài: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong việc thiết kế, kiểm nghiệm

và chế tạo khuôn mẫu cho chi tiết nhựa” của nhóm sinh viên Lương Ngọc Mạnh,

Nguyễn Đình Sử, Lê Văn Thiện chuyên ngành cơ điện tử khóa 52

Từ sự tích lũy và trau rồi kiến thức trên đã dần giúp tôi nghiên cứu và phát triển đề tài

“Phát triển và ứng dụng công cụ CAD/ CAM/ CAE trong gia công tấm, gia công phay

và ép phun” của mình

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là đánh giá ứng dụng của phần mềm CAE trong phân tích khuôn nhựa thông qua so sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm ép phun thực tế để từ đó chọn các chế độ ép phun hợp lý dựa trên phần mềm CAE

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu các thông số ép phun và ảnh hưởng của các thông số ép phun đến chất lượng sản phẩm vỏ điện thoại

Phạm vi nghiên cứu: Do điều kiện thời gian nên luận văn chỉ dừng lại ở nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số ép phun đến hàm mục tiêu kích thước sản phẩm và thiết lập mối quan hệ giữa các thông số và hàm mục tiêu kích thước chi tiết để đánh giá sự chính xác giữa kết quả phần mềm mô phỏng CAE và thực nghiệm qua hàm mục tiêu kích thước của sản phẩm

Tóm tắt cô đọng nội dung chính và đóng góp mới của tác giả

Nhiệm vụ của đề tài tập trung nghiên cứu, giải quyết các bài toán sau:

- Tìm hiểu các thông số ép phun và miềm tham số khảo sát của các thông số ép phun ảnh hưởng đến chỉ tiêu kích thước của sản phẩm

- Chạy mô phỏng quá trình ép phun trên phần mềm Moldex3D

- Xuất dữ liệu và xử lý kết quả mô phỏng

- Thực nghiệm ép phun và kết quả thực nghiệm

- Đánh giá kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm, kêt luận

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn được thực hiện đó là kết hợp lý thuyết và thực nghiệm:

- Phương pháp lý thuyết sử dụng phần mềm CAE để chạy mô phỏng toàn bộ quá trình ép phun giống như thực tế để dự đoán & kiểm soát chất lượng của sản phẩm dựa trên kết quả tính toán của quá trình mô phỏng

- Phương pháp thực nghiệm đã được sử dụng để kiểm tra các thông số ảnh hưởng trong quá trình ép phun thực tế và so sánh với phương pháp lý thuyết

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Ý nghĩa khoa học

Bằng cách nghiên cứu các kết quả mô phỏng dựa trên phần mềm kết hợp với thực nghiệm, luận văn đã đưa ra được độ sai số giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm và mối quan hệ giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm để từ đó có thể dự đoán các bộ thông số

ép phun thực tế dựa trên kết quả mô phỏng của phần mềm Moldex3D

Ý nghĩa thực tế

Kết quả nghiên cứu ứng dụng của phần mềm CAE trong phân tích khuôn nhựa có ý nghĩa thực tiễn như sau: Giúp các nhà sản xuất tiết kiệm chi phí ép phun thử, giảm thời gian đưa sản phẩm ra thị trường từ đó giúp nâng cao năng suất sản xuất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUÁT CHUNG

1.1 Tổng quan 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 nay chiếm đa

số được tạo ra từ công nghệ ép phun nhựa Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lòng khuôn Khi nhựa được làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn được mở ra và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy

Trong quá trình này không có bất kỳ phản ứng hóa học nào

Hình 1.1: Công nghệ ép phun

- Lịch sử hình thành và phát triển

Nhựa mà chúng ta dùng ngày nay có nguồn gốc từ cuối thế kỷ 19 khi mà các nhà khoa học châu âu và Mỹ đã nghiên cứu bằng cách trộn nhiều loại cao su và chất phụ gia với nhau

Vật liệu nhựa nhân tạo đầu tiên được phát minh vào năm 1861 bởi Alexander Parkes và được công bố chính thức với toàn thể thế giới vào năm 1862 tại một triển lãm quốc tế ở London, gọi tên là nhựa Parkesine Một loại nhựa hữu cơ tổng hợp từ cellulose (phiên âm tiếng việt và viết xenlulo, xenlulozơ, xenluloza hoặc xenlulô) Đặc điểm loại nhựa này là có thể gia nhiệt, tạo hình và giữ nguyên hình dạng khi nguội Tuy nhiên chi phí sản xuất tốn kém, khó chế tạo và dễ cháy

Năm 1868, nhà phát minh người Mỹ John Wesley Hyatt phát triển một vật liệu nhựa có tên là Celluloid được tổng hợp từ cellulose và alcoholized camphor được cải tiến trên sự phát minh của Parkes Giải quyết vấn đề vật liệu làm quả billard (bida) bằng ngà voi, có thể làm cho voi tuyệt chủng, nhựa Celluloid ra đời là một sự thay thế tuyệt vời lúc

đó

Cùng với người anh trai Isaiah của mình, Hyatt đã chế tạo ra máy ép phun đầu tiên

và được cấp bằng sáng chế năm 1872 Chiếc máy này tương đối đơn giản so với các máy

ép phun đang sử dụng ngày nay Máy làm việc tựa như một ống kiêm tiêm, bằng cách sử dụng một piston để ép nhựa xuyên qua xi lanh được làm nóng và đi vào lòng khuôn Ngành công nghiệp nhựa phát triển chậm chạm trong những năm này vì sự hạn chế công nghệ

Ngành công nghiệp nhanh chóng phát triển và mở rộng trong những năm 1940 vì chiến tranh thế giới thứ II đã tạo ra một nhu cầu rất lớn cần sản phẩm tốn ít chi phí, sản

xuất hàng loạt

Năm 1946, nhà phát minh Mỹ James Watson Hendry phát triển máy ép trục vít đầu tiên, cho phép kiểm soát chính xác hơn nhiều tốc độ ép và chất lượng sản phẩm Máy này cho phép trộn vật liệu trước khi phun để pha màu nhựa hoặc trộn đều nhựa tái chế với nguyên liệu nhựa chưa dùng trước khi phun Máy ép trục vít vẫn được giữ và phát triển

cho đến ngày nay

- 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 xi lanh gia nhiệt vào khuôn với áp lực cao Nhựa điền đầy vào long khuôn tạo hình sản phẩm Làm nguội để đóng rắn nhựa nóng chảy trong khuôn Đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn nhờ các chốt đẩy

- Ưu điểm:

Có thể đúc hầu hết các nhựa nhiệt dẻovà một sốnhựa nhiệt rắn

Có thể đúc các chi tiết có chất lượng cao, giá thành hạ và thời gian phun ngắn Chu trình đúc có thể được tự động hóa

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

- Nhược điểm:

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

1.1.2 Sản phẩm của công nghệ ép phun

- Công nghệ ép phun tạo ra những sản phẩm nhựa có hình dạng phức tạp như ý

- Trên cùng một sản phẩm hình dáng giữa mặt trong và mặt ngoài có thể khác nhau (thế mạnh so với các phương pháp sản xuất nhựa khác)

- Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp cao

- Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng rất cao nên không cần gia công lại

- Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc (trong những trường hợp đặc biệt)

- Có thể tái chế giúp tiết kiệm vật liệu

Một số sản phẩm sử dụng công nghệ ép phun :

Hình 1.2: Sản phẩm nhựa gia dụng

Hình 1.3: Sản phẩm nhựa kỹ thuật

1.1.3 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 hai thành phần chính là máy ép phun và bộ khuôn ép phun

1.1.3.1 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 cấp nhựa, cấp nhiệt cho bộ khuôn, đóng mở, tạo ra lực phun, lực ép, lực giữ để tạo hình sản phẩm và sau đó cung cấp dung môi làm mát bộ khuôn và sản phẩm, đẩy sản phẩm ra sau khi hoàn thành quá trình ép phun

Hình 1.4: Hình ảnh minh họa máy ép phun

- Kết cấu Máy ép phun

Hình 1.5: 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 Từ đây 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 hợp trước khi được đưa vào lòng khuôn

Vít cuốn (Screw)

Đẩy nhựa lỏng vào long khuôn và thực hiện nhiệm vụ giữ để điền đầy long 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 hình dạng của sản phẩm Công nghệ tháo lắp bộ khuôn cũng chính là công nghệ chế tạo sản phẩm nhựa của máy ép phun nhựa

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

Hình 1.6: Kết cấu khuôn ép nhựa

11 12

3 Bạc cuống phun 12 Tấm kẹp sau

Chức năng của các bộ phận khuôn:

1 Tấm kẹt trước kẹp phần cố định của khuôn với tấm cố định của máy ép nhựa

2 Tấm khuôn âm chứa lòng khuôn hoặc phần insert định hình sản phẩm, được lắp vào tấm kẹp trước

3 Bạc cuống phun đưa nhựa vào lòng khuôn, thông thường nó nằm trên tấm kẹp trước

4 Vòng định vị đảm bảo cho bạc cuống phun và đầu phun trùng tâm nhau

5 Vít lục giác cố định các chi tiết với nhau

6 Đường nước dẫn nước hoặc dung môi để làm nguội khuôn trong quá trình làm mát

7 Tấm khuôn dương chứa lòng khuôn hoặc phần insert định hình sản phẩm, được lắp chặt vào gối đỡ hay tấm lót

8 Tấm lót giữ cho tấm khuôn không bị uốn

9 Gối đỡ tạo khoảng không gian cho lõi sản phẩm

10 Tấm giữ giữ tấm đẩy và ty lõi

11 Tấm đẩy kết hợp với tấm giữ và chốt đẩy để đẩu chi tiết ra khỏi khuôn

12 Tấm kẹp sau kẹp phần di động của khuôn với tấm di động của máy ép nhựa

13 Chốt đẩy đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn

14 Lò xo để đảm bảo các tấm giữ và tấm đẩy hồi về vị trí cũ

15 Chốt hồi cùng với lò xo đưa các tấm giữ và tấm đẩy hòi về vị trí cũ

16 Bạc dẫn hướng dẫn hướng cho trụ dẫn hướng, hạn chế mòn tấm khuôn

17 Lòng khuôn tạo nên hình dáng của chi tiết

18 Chốt dẫn hướng dẫn hướng cho tấm khuôn âm và khuôn dương

1.1.3.2 Phân loại công nghệ ép phun

Sự khác nhau giữa các dạng công nghệ ép phun là sự khác nhau về cấu tạo và cách 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 loại khuôn khác Loại khuôn này cần thiết phải có công đoạn tách phần kênh dẫn nguội ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn

Hình 1.7: Hoạt động của khuôn 2 tấm

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

- Nhƣợc điểm

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

Không điều khiển đƣợc nhiệt độ dòng nhựa trong kênh dẫn

Cần có quá trình cắt đuôi keo nhựa, tăng thời gian sản xuất và có thể tạo vết không 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 bạc cuống phun, kênh dẫn và miệng phun Nhựa chỉ đông đặc khi nào nó chảy vào lòng khuôn Khi khuôn mở ra, sản phẩm đƣợc lấy ra ngoài Khi khuôn đóng lại thì nhựa trong kênh dẫn vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào long khuôn một cách trực tiếp

Hình 1.8: Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng

- Ƣu điểm

Tiết kiệm vật liệu

Không có vết của miệng phun trên sản phẩm

Giảm thời gian chu kỳ

Điều khiển đƣợc nhiệt độ của dòng chảy nhựa

- Nhƣợc 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 đƣợc đặt trên tấm 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 1.9: Hoạt động của khuôn 3 tấm Khuôn ba tấm đƣợc dùng khi toàn bộ hệ thống kênh dẫn không thể bố trí trên cùng một mặt phẳng nhƣ ở khuôn hai tấm, điều này có thể do

- Khuôn có nhiều long khuôn

- Khuôn có một long khuôn nhƣng 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

- Ƣu 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

- Nhƣợc điểm

Chu kỳ ép phun tăng

Lãng phí vật liệu

Cần áp suất phun lớn để điền đầy

Ngày nay, việc phân loại máy ép phun dựa theo một số tiêu chí nhƣ:

 Phân loại máy theo loại nhựa sử dụng

- Máy ép phun nhựa nhiệt dẻo

- Máy ép phun nhựa nhiệt rắn

 Phân loại máy theo hệ thống kẹp

- Máy ép phun nằm ngang

 Phân loại máy theo công nghệ ép phun

- Máy ép phun lệch tâm

- Máy ép phun nhiều màu

- Máy ép phun nhiều nguyên liệu

- Máy ép phun thổi khí

- Máy ép phun nhựa nhiệt rắn

- Máy ép phun cao su

1.1.4 Vật liệu trong công nghệ ép phun

Vật liệu thường dùng trong công nghệ ép phun là nhựa Nó là sản phẩm nhân tạo nhận được trên cơ sở các polymer hữu cơ, khi nung nóng chúng sẽ chảy dẻo dưới tác dụng của lực chúng tạo thành hình dáng và giữ nguyên hình dáng đó

Vật liệu nhựa dùng để ép phun rất đa dạng với 20.000 loại nhựa nhiệt dẻo và 5.000 loại nhựa nhiệt rắn

Thành phần của nhựa :

- Chất liên kết loại nhựa tổng hợp ;

- Chất độn ở dạng bột, hữu cơ, vô cơ… ;

- Ngoài ra có thể thêm các chất phụ gia

Một số loại nhựa thường dùng trong công nghệ ép phun :

24 PET (Polyethylen- terethalate);

25 ABS (Acrylonotrile-Butadience- Styrence) ;

26 Pe (Polyethylen) ;

27 PVC (Ploviny Chloride)

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 theo tiêu 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 làm sao 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…

Hình 1.10: Các loại miêng phun

Chọn vị trí cổng phun

Điểm 1: Đặt vị trí cổng phân phối ở nơi mà nhựa lỏng kết thúc việc điền các lòng khuôn đồng thời

Điểm 2: Đặt vị trí cổng tại nơi chi tiết có chiều dầy lớn nhất Để tránh các vết lõm khi vật liệu

co ngót Điểm 3: Điểm đặt cổng nơi ít thấy vết của nó hoặc nơi dễ xử lý vết này khi hoàn thiện sản phẩm

Hình 1.11: Vị trí các cổng phun

Điểm 4: Tránh phun từ phía dễ tạo xu hướng tích tụ không khí trong khoang hoặc khí sinh

ra từ nhựa lỏng

Điểm 5: Điền đầy nhựa lỏng sử dụng bề mặt tờng để không bị tạo đuôi(jetting)

1.2.4 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 1.12: 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 bán nguyệt, hình thang hoặc hình nửa tròn nửa thang như hình dưới đây

Hình 1.13: Các loại kênh dẫn Kênh dẫn nhựa được thiết kế làm sao ngắn nhất tới sản phẩm Có thể sử dụng kênh dẫn nóng (hot runner) hoặc kênh dẫn nguội ( cold runner)tùy theo yêu cầu 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 vòi phun 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 phận gia nhiệt có trong cả tấm phân phối

và cả các vòi phun Sự điều khiển nhiệt độ nhựa trong các bộ phận này được điều khiển

và giám sát bằng bộ phận điều khiển Nhờ vậy 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 nhau chính trong cách thức hoạt động của vòi phun Trên cơ sở đó có thể chia ra các hệ thống theo hai loại vòi phun như sau: Vòi phun dùng cổng phun kiểu valve(Valve Gate) và vòi phun dùng cổng phun kiểu open ( Open Gate)

Kiểu Valve Gate Kiểu Open Gate

Hình 1.14: Kiểu valve gate – open gate

- Vòi phun kiểu valve

Là loại vòi phun trong đó việc đóng mở miệng phun được thực hiện bằng một chốt đóng mở được điều khiển đóng mở Khi bắt đầu quá trình phun chốt được đẩy lên, miệng phun mở ra cho nhựa chịu áp suất điền đầy lòng khuôn Cuối giai đoạn 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 thống pitton-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 trình phun, nhựa không được gia nhiệt nữa, cùng với đó là quá trình làm nguội lòng khuôn Điều đó làm cho một phần nhựa ở đầu miệng phun đông đặc và bịt kín miệng 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 sản phẩm lớn và xấu hơn so với miệng phun kiểu gate Vết miệng phun to hay nhỏ sẽ phụ 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 lòng khuôn lại diễn ra

Với sản phẩm như hộp đựng chỉ nha khoa.Nhận thấy đây là sản phẩm dùng trong 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 thống Hot runner được dùng, nhóm xin trình bày sơ qua về hệ thống hot runner với kiểu Nozzle là valve gate như sau đây Ở đây việc xây dựng sẽ dựa trên cơ sở dữ liệu của Công 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 nhược điểm của hệ thống Hot runner

Sử dụng một hệ thống Hot runer luôn đòi hỏi phải tính toán tỉ mỉ và xem xét đến chi phí Tuy nhiên bắt đầu phải tìm hiểu về những thông tin kỹ thuật chung theo nguyên lý cấu trúc của khuôn kênh dẫn nóng, những ưu điểm và giới hạn của chúng Cùng với những ưu điểm chắc chắn thì hệ thống HR cũng tồn tại những giới hạn 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 chế chính Những khuôn loại đó thì rất khó khăn cho việc tự động hóa bởi vì chúng có cuống phun Một tấm di động lớn của khuôn có thể làm mòn nhanh chóng hệ thống dẫn hướng Bên cạnh đó thời gian mở và đóng khuôn loại này thì luôn lâu hơn so với những khuôn có một

mặt phân khuôn Tỉ lệ của cuốn phun trên toàn bộ khối lượng phun trong khuôn ba tấm thì cũng lớn hơn

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

Dòng chảy nhựa vào lòng khuôn được điều khiển nhiệt độ chính xác trong hệ thống kênh dẫn nóng

Áp suất rơi trong hệ thống kênh dẫn nóng nhỏ hơn có nghĩa là áp suất điền đầy trong lòng khuôn sẽ cao hơn

Trong những khuôn cho sản phẩm lớn, thì với hệ thống kênh dẫn nóng ta có nhiều khả năng lựa chọn vị trí phun tối ưu, đảm bảo điền đầy cùng lúc và mất mát nhiệt

độ, áp suất trong lòng khuôn nhỏ hơn Trong kỹ thuật khuôn thì cho thấy sự co rút khác nhau ít hơn và ứng suất trong cũng thấp hơn

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

Khả năng điều chỉnh thời gian giữ bằng cách điều chỉnh thời gian mà miệng phun mở hoặc bằng cơ cấu đóng nó Sự mất mát áp suất giữ ít hơn hệ thống cool runner, ở

vị trí miệng phun có một tiết diện ngang lớn hơn vì nó không bị thu hẹp lại do sự hình thành lớp nhựa cách ly

Với khả năng phát triển hơn nữa của stack mold và của thiết kế khuôn với miệng 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 nhựa riêng biệt Sự thay đổi màu sắc của nhựa rất khó khăn Một sự thay đổi vật liệu cũng khó khăn tương tự hoặc không thể thực hiện, ví dụ như sử dụng loại vòi phun khác cho một loại nhựa mới

Làm tăng rủi ro phá hủy đối với các vật liệu nhạy nhiệt, những loại chất dẻo trong 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 nhựa phải 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 trở tại miệng phun Điều này có thể khắc phục bằng cách thêm bộ lọc tai vòi phun hoặc tại bạc cuống phun

Cần phải có kinh nghiệm để tránh cho miệng phun không bị xướt hoặc nhỏ giọt tại vòi phun

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

Sự dụng hệ thống HR có một vòng lớn làm gia tăng chiều cao của khuôn, nó phải 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 hệ thống

HR, thay đổi loại nhựa, dừng lại hoặc nếu cần thiết làm sạch hệ thống HR thì không 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 hủy khuôn 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 trong qua trình ép phun

Valve Pin (Chốt đóng mở)

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

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 theo yêu 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 trên màn hình Controller nhằm mục đích điều chỉnh nhiệt hợp lý cho dòng nhựa

Hình 1.15: Hệ thống HotRunner

1.2.6 Hệ thống dẫn hướng

Gồm bạc dẫn hướng và chốt dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng cho nửa khuôn trên

và nửa khuôn dưới ăn khíp vào nhau trong quá trình ép phun

Bạc dẫn hướng: Có thể làm bằng đồng hoặc đồng thau trong sản xuất hàng loạt có thể dùng thép

Chốt dẫn hướng: Phải dài hơn miếng ghép cao nhất để tránh hỏng hóc khi đóng khuôn đặc biệt là khi lắp rắp, phần đầu chốt dẫn hướng có thể nhỏ hơn 0,1 mm, chốt dẫn hướng thường là 4 chốt Với khuôn có 3 chốt thì một chốt có đường kính khác hoặc chốt dẫn hướng đó phải xê dịch đi một chút

Hình 1.16: Hệ thống dẫn hướng

1.2.7 Thiết kế hệ thống kênh làm nguội

Kích thước của kênh làm nguội: Thông thường kích thước kênh làm nguội sẽ phụ

thuộc vào chiều dày của sản phẩm Vậy khi chọn kích thước kênh làm nguội ta có thể

chọn theo bảng dưới đây:

Hình 1.17: Kích thước làm nguội cho thiết kế Khi làm lạnh khuôn bằng các kênh dẫn ta cần thiết kế sao cho dòng chảy trong kênh dẫn là dòng chảy rối vì dòng chảy rối sẽ trao đổi nhiệt tốt hơn dòng chảy không rối từ 3- 5 lần

Hình 1.18: Dòng chảy của chất làm lạnh Dòng chảy rối được đặc trưng bởi số Reynol, khi số Reynol > 10000 ta có dòng chảy rối Ta có thể tham khảo bảng sau để xác định trạng thái của dòng chảy

: Tỷ trọng riêng của chất làm nguội ( kg/

U: Vận tốc trung bình của dòng chất làm nguội ( m/s);

D: Đường kính kênh làm nguội (m);

: Hệ số nhớt của chất làm nguội (

a Bố trí kênh làm nguội: Khi thiết kế hệ thống kênh làm nguội thì phải đảm bảo

làm nguội đồng đều toàn sản phẩm, do đó cần chú ý đến việc làm nguội những phần dày

nhất của sản phẩm

Hình 1.19: Bố trí kênh dẫn nguội làm nguội đều sản phẩm Kênh làm nguội nên được đặt gần mặt lòng khuôn khi có thể để làm nguội tốt hơn, đường kính kênh làm nguội (thường lớn hơn 8 mm) nên không đổi trên toàn bộ chiều dài kênh để tránh cản dòng vì sự ngắt nghẽn sẽ làm trao đổi nhiệt không tốt Nhiệt chênh lệch giữa đầu vào và đầu ra ( t) nên nằm trong khoảng 2-3 C Thông thường, nhiệt độ đầu vào nên thấp hơn nhiệt độ khuôn mà ta mong muốn là 10- 20 C Nhiệt chênh lệch giữa chất làm nguội và thành kênh làm nguội nên nằm trong khoảng 2- 5 C là tốt nhất, khi thiết kế nên chia kênh làm nguội thành nhiều vòng làm nguội, không nên thiết kế chiều dài kênh làm nguội quá dài vì dễ dẫn đến mất áp và tăng nhiệt trên nó khiến t vượt quá

3 C

Hình 1.20: Kênh dẫn nguội không nên quá dài

Một số các bố trí hiện thống kênh dẫn trong khuôn ép phun là:

Bố trí theo từng kênh riêng biệt

Hình 1.21: Kiểu bố trí kênh nguội theo từng kênh riêng biệt

Các chi tiết dùng trong hệ thống làm nguội:

- Các nút chỉnh dòng (pressure plugs) dùng để khóa hoặc điều khiển dòng chảy của chất làm nguội trong kênh dẫn theo ý muốn

Hình 1.24: Các nút điều chỉnh dòng được lắp trên khuôn

Hình 1.25: Các nút chỉnh dòng được lắp trên khuôn

- Nút và que làm chệch hướng dòng (Diverting plug and rod)

Hình 1.25: Nút và que làm chênh lệch hướng trên khuôn

Hình 1.26: Một số loại nút và que làm chệch hướng trên khuôn Tính toán thời gian làm nguội: Thời gian làm nguội chiếm khoảng 70-80% chu kỳ

ép phun để giảm phần lớn thời gian chu kỳ ta cần giảm thời gian làm nguội

Hình 1.27: Chu kỳ ép phun

Thời gian làm nguội có thể được tính theo công thức sau:

Dựa vào sự tỏa nhiệt từ nhựa nóng vào khuôn và sự lấy nhiệt từ nước làm mát 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