Sử dụng phần mềm CAE để phân tích và khắc phục các lỗi khi ép phun sản phẩm vỏ điện thoại di động SHG sử dụng nhựa PCEH1050

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 1 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan nội dung trong quyển luận văn này với đề tài: “Sử dụng phần mềm CAE để phân tích và khắc phục các lỗi khi ép phun sản

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 1

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan nội dung trong quyển luận văn này với đề tài: “Sử dụng phần

mềm CAE để phân tích và khắc phục các lỗi khi ép phun sản phẩm vỏ điện thoại di động SHG sử dụng nhựa PCEH1050” là công trình nghiên cứu và

sáng tạo của chính tác giả Phạm Anh Tuấn với sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh – Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Ngày / /

Phạm Anh Tuấn

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 2

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 Thư viện mã chuẩn

PVT Pressure Volume Temperature Áp suất- thể tích- nhiệt độ

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 3

Danh mục các hình vẽ

Hình 1.4 Kết cấu khuôn 2 tấm sử dụng kênh dẫn nguội 15

Hình 1.6 Các bộ phận trong khuôn 3 tấm 17

Hình 1.9 Áo lõi mặt bên bằng xylanh thủy lực 18

Hình 1.10 Tháo ren trong bằng chốt gặp nhả 19

Hình 1.11 Tháo ren ngoài bằng chốt gập nhả 19

Hình 1.12 Sản phẩm cho khuôn nhiều màu 19

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 4

Hình 1.18 Tiết diện ngang của một số loại kênh dẫn 23

Hình 1.19 Kích thước cho thiết kế kênh dẫn 23

Hình 1.20 Kích thươc thiết kế đuôi nguội chậm 24

Hình 1.21 Một số hệ thống kênh dẫn nóng 24

Hình 1.22 Cấu tạo kênh dẫn gia nhiệt ngoài 25

Hình 1.23 Cấu tạo kênh dẫn gia nhiệt trong 25

Hình 1.25 Kích thước cho thiết kế miệng phun điểm 26

Hình 1.30 Kích thước làm nguội cho thiết kế 29

Hình 1.32 Bố trí kênh dẫn nguội làm nguội đều sản phẩm 30

Hình 1.33 Kênh dẫn nguội không nên quá dài 31

Hình 1.34 Kiểu bố trí kênh nguội theo từng kênh riêng biệt 31

Hình 1.35 Kiểu bố trí kênh nguội dạng vòng 1 cấp 31

Hình 1.36 Kiểu bố trí kênh nguội dạng vòng nhiều cấp 32

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 5

Hình 1.37 Các nút điều chỉnh dòng được lắp trên khuôn 32

Hình 1.38 Các nút chỉnh dòng được lắp trên khuôn 32

Hình 1.39 Nút và que làm chênh lệch hướng trên khuôn 33

Hình 1.40 Một số loại nút và que làm chệch hướng trên khuôn 33

Hình 2.1 Quy trình sản xuất một sản phẩm mới 41

Hình 2.2 Các cách thiết kế phần chuyển tiếp 42

Hình 2.9 Mối quan hệ giữa kích thước chi tiết- áp suất phun- áp

suất giữ áp

56

Hình 2.10 Mối quan hệ giữa co ngót và kích thước chi tiết 56

Hình 2.11 Mối quan hệ PVT của vật liệu Polymer

Hình 2.12 Mối quan hệ giữa kích thước – áp suất phun- nhiệt độ 60

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 6

nóng chảy của nhựa khi Pgiữ áp = 110 Mpa Hình 2.13 Mối quan hệ giữa nhiệt độ nóng chảy và thể tích riêng 61

Hình 2.14 Mối quan hệ giữa kích thước – áp suất phun- nhiệt độ

nóng chảy của nhựa khi Pgiữ áp = 150 Mpa

62

Hình 2.15 Mối quan hệ giữa kích thước – áp suất phun- nhiệt độ

nóng chảy của nhựa khi Pphun = 210-230 (Mpa)

64

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống thực nghiệm tổng thể 67

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nóng chảy đến kích thước chi

Hình 3.5 Ảnh hưởng của áp suất phun đến kích thước chi tiết 79

Hình 3.6 Mối quan hệ giữa PVT của vật liệu 79

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 7

Danh mục các bảng

Bảng 2.1 Thông số công nghệ của chi tiết ép phun 47

Bảng 2.2 Thông số ép phun của vật liệu nhựa Polypropylene 48

Bảng 2.3 Bảng thông số ép phun của nhựa INEOS

Polypropelene

49

Bảng 2.4 Các thông số ép phun cho mô phỏng 50

Bảng 2.5 18 bộ thông số thí nghiệm mô phỏng 50

Bảng 2.6 Số liệu chiều dài và chiều rộng của chi tiết sau quá

trình mô phỏng

52

Bảng 2.7 Độ sai lệch của chi tiết chạy mô phỏng so với kích

thước chuẩn của chi tiết

53

Bảng 2.8 Dung sai cho phép của nhà sản xuất đưa ra đối với

chi tiết thiết kế

Hệ số biến thiên kích thước của chi tiết khi thay đổi

áp suất phun Pphun

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 8

Bảng

2.13

Hệ số biến thiên kích thước của chi tiết trong miền khảo sát Tnóng chảy= 305-315 (C) áp suất phun Pphun = 120-160 (Mpa), áp suất giữ Pgiữ= 110 Mpa

64

Bảng 3.1 Các thông số của nhựa PC_EH-1050 68

Bảng 3.2 Các thông số của máy ép phun 69

Bảng 3.4 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 1 70

Bảng 3.5 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 2 71

Bảng 3.6 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 3 71

Bảng 3.7 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 4 72

Bảng 3.8 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 5 72

Bảng 3.9 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 6 73

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 9

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 10

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, nhất là trong nhiều năm trở lại đây với sự đầu tư FDI của rất nhiều nước trên thế giới mở ra hàng loạt các nhà máy sản xuất các sản phẩm liên quan Sản phẩm nhựa hiện nay được sản xuất bằng nhiều phương pháp công nghệ khác nhau, trong đó đúc ép phun là một phương pháp gia công nhựa chủ yếu Các sản phẩm của đúc ép phun rất đa dạng chủng loại: sản phẩm gia dụng, điện thoại, linh kiện điện tử,… Phương pháp đúc ép phun hiện nay chủ yếu là 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: “Sử dụng phần mềm CAE để phân tích

và khắc phục các lỗi khi ép phun sản phẩm vỏ điện thoại di động SHG sử dụng nhựa PCEH1050” do PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh hướng dẫn.

Lịch sử nghiên cứu

Trên thế giới:

Trước đây, Tao C Chang & Ernest Faision trong “Optimization of weld line

quality in injection molding using experimental design approach” [4] đã

nghiên cứu và 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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 11

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

Kết quả nghiên cứu của Cheng-Hsien Wu & Wan-Jung Liang trong “Effects of

Geometry and Injection-Molding Parameters on Weld-Line Strength” [5]

thì đã chỉ ra rằng phương pháp Taguchi thì 4 tham số quy trình ép phun: nhiệt

độ nóng chảy, áp lực nén, tốc độ phun, nhiệt độ khuôn được phát hiện là có ảnh hưởng nhiều nhất (theo thứ tự sắp xếp) đến vị trí & kích thước đường hàn bằng cách tiến hành nhiều thử nghiệm thay đổi một nhân tố trong một lần và giữ nguyên các nhân tố khác Ngoài ra các tác giả còn đề cập đến kích thước mặt cắt ngang của các vi cấu trúc cũng ảnh hưởng lên đặc tính cơ học của sản phẩm còn lớn hơn cả các tham số quy trình qua thí nghiệm với 5 mẫu thử với các mặt cắt ngang khác nhau được đúc ép phun cùng lúc

Keun Park, Dong-Hwi Sohn & Kwang-Hwan Cho trong “Eliminating

weldlines of an injection-molded part with the aid of high-frequency induction heating” [6] thì lại đưa ra một cách để loại bỏ đường hàn bằng

phương pháp nung cảm ứng cao tần Trong nghiên cứu này, một cuộn cảm hình elip được đưa vào để nung nóng hiệu quả các vị trí được dự đoán xuất hiện đường hàn trên bề mặt đúc, sử dụng phần mềm mô phỏng Moldflow Plastic Insight

M.Zhai, Y.C.Lam & C.K.Au trong “Runner sizing and weld line positioning

for plastics injection moulding with multiple gates“ [7] đã tiếp cận và chỉ rõ

được vị trí của những đường hàn bằng việc đo kích cỡ các các kênh dẫn (runner) trong ép phun đa cổng với điều kiện tối ưu hóa vị trí cổng phun Tuy nhiên tác giả cũng đánh giá đây chỉ là phương pháp kết hợp song song để điều

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 12

khiển dòng chảy để dẫn đến việc hình thành đường hàn ở tại những vị trí thuộc vùng không khuyết tật

Trong nước:

Đề tài “Đánh giá ứng dụng phần mềm CAE trong khuôn phân tích

khuôn nhựa” của Thạc sỹ Nguyễn Văn Hùng chuyên ngành khoa học Chế Tạo

Máy Đề tài này đã đánh giá ứng dụng phần mềm CAE trong phân tích khuôn nhựa thông qua kết quả so sánh mô phỏng với kết quả thực nhiệm ép phun thực

tế để từ đó chọn ra các chế độ ép phun hợp lý

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

Vẫn còn rất nhiều các đề tài hay & thú vị khác nhau nữa từ nhiều tác giả trên toàn thế giới mà tôi chưa đọc hết được Tuy nhiên từ sự tích lũy và trau rồi

kiến thức trên đã dần giúp tôi nghiên cứu và phát triển đề tài “Sử dụng phần

mềm CAE để phân tích và khắc phục các lỗi khi ép phun sản phẩm vỏ điện thoại di động SHG sử dụng nhựa PCEH1050” của mình

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 13

Mục tiêu chính của luận văn là ứng dụng 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

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 lỗi đường hàn xuất hiện trên sản phẩm và thiết lập mối quan hệ giữa các thông số và hàm mục tiêu lỗi đường hàn trên sản phẩm để đánh giá sự chính xác giữa kết quả phần mềm mô phỏng CAE và kết quả thực nghiệm

Tóm tắt cô đọng nội dụng 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 miền tham số khảo sát của các thông số

ép phun ảnh hưởng đến kích thước đường hàn 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

- Chọn bộ thông số tối ưu để giảm thiểu kích thước đường hàn, kết luận

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn được thực hiện là kết hợp của 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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 14

Ý nghĩa khoa học và 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 tiễn:

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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1 Tổng quan về công nghệ ép phun và các dạng lỗi

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

1.1 Quá trình phát triển công nghệ ép phun

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 billiard (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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 16

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 Vào năm 1985, khoảng 3,4 t của 17,2 t chất dẻo được bán ở Mỹ được sử dụng để đúc ép

1.2 Sản phẩm công nghệ ép phun

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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 17

 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 1.1 Sản phẩm nhựa gia dụng

Hình 1.2 Sản phẩm nhựa kỹ thuật

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 18

1.3 Kết cấu & phân loại máy ép phun

1.3.1 Kết cấu máy 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 1.1: Hình ảnh minh họa máy ép phun

- Kết cấu Máy ép phun

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 19

Hình 1.2: 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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 20

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 như sau:

Hình 1.6: Kết cấu khuôn ép nhựa

1 Tấm kẹp trước 1 Tấm giữ

3 Bạc cuống phun 3 Tấm kẹp sau

7 Tấm khuông dương 7 Bạc dẫn hướng

11 12

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 21

Chức năng của các bộ phận khuôn:

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

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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 22

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

1.3.2 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

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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 23

- 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 khuôn nên 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 vết không đẹp trên sản phẩm

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 được 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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 24

- 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

Khuôn ba tấm

So với khuôn hai tấm thì hệ thống kênh dẫn của khuôn ba tấm được 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 được dùng khi toàn bộ hệ thống kênh dẫn không thể bố trí trên cùng một mặt phẳng như ở khuôn hai tấm, điều này có thể do

- Khuôn có nhiều lòng khuôn

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 25

- Khuôn có một long 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

- Nhược điểm

 Chu kỳ ép phun tăng

 Lãng phí vật liệu

 Cần áp suất phun lớn để điền đầy

1.3.3 Phân loại máy ép phun

Ngày nay, việc phân loại máy ép phun dựa theo một số tiêu chí như: theo loại nhựa sử dụng, theo hệ thống kẹp…

1.3.1 Phân loại máy theo loại nhựa sử dụng

- Máy ép phun nhựa nhiệt dẻo

- Máy ép phun nhựa nhiệt rắn

1.3.2 Phân loại máy theo hệ thống kẹp

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 26

- Máy ép phun nằm ngang

1.3.5 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

Vật liệu nhựa dùng để ép phun rất đa dạng với 20000 loại nhựa nhiệt dẻo

và 5000 loại nhựa nhiệt rắn

- 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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 27

16 ABS (Acrylonotrile-Butadience- Styrence) ;

1.5.1 Số lòng khuôn

Lòng khuôn tính theo số lượng sản phẩm trong đơn hàng:

Trong đó:

n: số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn;

L: số sản phẩm trong một lô sản xuất;

K: hệ số phế phẩm, , với k là tỉ lệ phế phẩm;

tc: thời gian của một chu kỳ ép phun (s);

tm: thời gian hoàn tất lô sản phẩm (ngày)

1.5.2 Số lòng khuôn tính theo năng suất phun của máy ép phun

Trong đó:

n: số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn;

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 28

S: năng suất phun của máy (gam/1 lần phun);

W: trọng lượng của sản phẩm (g);

1.5.3 Số lòng khuôn tính theo năng suất làm dẻo của máy

Trong đó:

n: Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn;

P: Năng suất làm dẻo của máy (g/ph);

X: Tần số phun (ước lượng) trong 1 phút;

W: Trọng lượng của sản phẩm (g)

1.5.4 Số lòng khuôn tính theo lực kẹp khuôn của máy

Trong đó:

n: Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn;

Fp: Lực kẹp tối đa của máy (N);

S: Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm kể cả các rãnh dòng theo hướng đóng khuôn ( );

P: Áp suất trong khuôn (Mpa)

1.5.5 Các cách bố trí lòng khuôn

Khi bố trí số lòng khuôn ta nên bố trí các lòng khuôn theo các sơ đồ sau:

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 29

Hình 1.13: Các kiểu bố trí lòng khuôn dạng hình chữ nhật

Hình1.14: Kiểu bố trí lòng khuôn dạng tròn và dạng thẳng

1.5.6 Thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa

Hệ thống kênh dẫn nhựa trong khuôn làm nhiệm vụ đưa nhựa từ vòi phun của máy ép phun vào long khuôn, hệ thống này bao gồm: cuống phun, kênh dẫn, miệng phun Thông thường, trong thiết kế: người ta thiết kế kênh dẫn và miệng phun trước rồi đến cuống phun vì kích thước của cuống phun phụ thuộc vào kích thước của kênh dẫn và miệng phun

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 30

Hình 1.15: Hệ thống kênh dẫn

a Cuống phun: nối trực tiếp với vòi phun của máy ép phun để đưa nhựa

vào kênh dẫn qua miệng phun vào các lòng khuôn

Hình 1.16: Vị trí cuống phun

Đầu cuống phun càng nhỏ càng tốt nhưng phải đảm bảo sự điền đầy đồng đều giữa các lòng khuôn với nhau Góc côn của cuống phun cần phải đủ lớn để dễ thoát khuôn nhưng đường kính cuống phun không nên quá lớn

vì sẽ tăng thời gian làm nguội và tốn vật liệu

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 31

Hình 1.17: Kích thước cuống phun cho thiết kế

Trên thực tế, cuống phun không gia công trực tiếp trên khuôn mà được lắp qua bạc khuôn để dễ dàng gia công và thay thế

b Kênh dẫn: Khi thiết kê kênh dẫn cần đảm bảo các nguyên tắc kỹ thuật

để đảm bảo chất lượng cho hầu hết các sản phẩm:

- Giảm đến mức tối thiểu thay đổi tiết diện;

- Nhựa kênh dẫn phải thoát khuôn dễ dàng;

- Toàn bộ chiều dài kênh dẫn nên ngắn để tránh mất áp và mất nhiệt trong quá trình điền đầy;

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

Kênh dẫn nguội: Khi thiết kế kênh dẫn nguội người ta quan tâm tới tiết

diện bề mặt của kênh dẫn và kích thước của kênh dẫn

Chọn tiết diện kênh dẫn: Kênh dẫn có nhiều loại mặt cắt ngang khác nhau

nhưng phổ biến là loại kênh dẫn có mặt cắt ngang hình tròn, hình thang

hiệu chỉnh, hình thang, hình chữ nhật và hình bán nguyệt

Hình: 1.18: Tiết diện ngang của một số loại kênh dẫn Kích thước kênh dẫn: Việc tính toán để có được đường kính và chiều dài

kênh dẫn hợp lý là hết sức quan trọng Vì khi kênh dẫn quá lớn hay quá

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 32

dài sẽ làm cản trở dòng chảy và gây ra mất áp trên chính nó, tốn nhiêu liệu và tăng thời gian chu kỳ Do đó, ta nên thiết kế kênh dẫn ở mức nhỏ nhất có thể để lợi dụng nhiệt ma sát trên nó gia nhiệt cho nhựa lỏng giúp

quá trình điền đầy khuôn thuận lợi và sản phẩm ít bị quá nhiệt

Hình 1.19: Kích thước cho thiết kế kênh dẫn

Ngoài ra ta cũng có thể tính toán kích thước kênh dẫn theo các công thức sau:

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 33

Dc: đường kính kênh dẫn chính (mm);

Dn: đường kính kênh dẫn nhánh (mm);

N: Số nhánh rẽ

Đuôi nguội chậm trên kênh dẫn và cuống phun: Để phần vật liệu ở chỗ rẽ

nhánh không bị đông đặc sớm gây tắc dòng ta nên thiết kế thêm đuôi nguội chậm, việc thiết kế này sẽ giúp quá trình điền đầy diễn ra nhanh và

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 34

Hình 1.21: Một số hệ thống kênh dẫn nóng

Có 2 loại kênh dẫn nóng: kênh dẫn cách ly và kênh dẫn gia nhiệt

Kênh dẫn cách ly: Có cấu tạo gồm 1 lớp nhựa nguội đóng vai trò làm lớp

cách ly và một lõi nhựa luôn được duy trì ở trạng thái chảy dẻo nhờ ống nhiệt điện, bên trong ống nhiệt điện là chốt nhọn có thể chuyển động lên xuống để đóng ngắt dòng phun nhựa Kích thước miệng phun lớn hay nhỏ

sẽ tùy thuộc vào khe hở mà chốt cho dòng nhựa chạy qua

Kênh dẫn có gia nhiệt: Kênh dẫn có gia nhiệt gồm hai loại: loại gia nhiệt

trong và loại gia nhiệt ngoài Kênh dẫn gia nhiệt ngoài có độ gia nhiệt bao quang lõi nhựa nóng, còn kênh dẫn gia nhiệt trong thì nhựa bao quanh chốt nóng, tương tự như kênh dẫn cách ly, lưu lượng phun được điều

khiển bởi sự di chuyển của chốt

Hình 1.22: Cấu tạo kênh dẫn gia nhiệt

ngoài

Hình 1.23: Cấu tạo kênh dẫn gia nhiệt trong

1.5.7 Miêng phun cho kênh dẫn nguội

Miệng phun là ngõ nối kênh dẫn và lòng khuôn có chứa chức năng rất quan trọng đưa nhựa lỏng điền đầy khuôn, vậy nên việc tính toán kích

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 35

thước và bố trí miệng phun có ý nghĩa quan trọng đến chất lượng sản phẩm

Hình 1.24: Miệng phun trên khuôn Miệng phun cắt bằng tay: Loại miệng phun dính theo sản phẩm sau khi

ép phun

Phân loại:

- Miệng phun trực tiếp;

- Miệng phun kiểu băng;

- Miệng phun kiểu cạnh;

- Miệng phun kiểu gối;

- Miệng phun kiểu quạt;

- Miệng phun kiểu đĩa;

- Miệng phun kiểu vòng;

- Miệng phun kiểu nan hoa;

- Miệng phun kiểu màng;

Miệng phun tự cắt: Loại miệng phun tự rời sản phẩm sau khi mở khuôn,

điều này được nhờ vào kết cấu khuôn (khuôn ba tấm), hệ thống đẩy cuống phun và sản phẩm

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 36

Phân loại

Miệng phun điểm: thường được dùng trong khuôn 3 tấm có nhiều lòng

khuôn hay có kích thước lòng khuôn lớn Ưu điểm chính của miệng phun điểm là giúp bố trí nhiều miệng phun vào cùng 1 lòng khuôn khi lòng khuôn có kích thước lớn, giúp quá trình điền đầy đồng đều giữa các vùng

khác nhau trên sản phẩm diễn ra nhanh chóng và tốt hơn

Kích thước khuyên dùng cho thiết kế:

Hình 1.25: Kích thước cho thiết kế miệng phun điểm Miệng phun ngầm: thường dùng cho khuôn 2 tấm có nhiều lòng khuôn,

khi thiết kế sản phẩm nhỏ và cần cắt keo mặt bên

Miệng phun ngầm dạng thẳng:

Hình 1.26: Miệng phun ngầm dạng thẳng

Miệng phun ngầm dạng cong:

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 37

Hình 1.27: Miệng phun ngầm dạng cong Miệng phun của kênh dẫn nóng: Miệng phun này đã được tiêu chuẩn hóa

cùng với hệ thống kênh dẫn và cuống phun, do đó khi cần dùng ta chỉ việc liên hệ với các nhà sản xuất và tiếp thu các lời khuyên từ họ để có

được các thiết kế thích hợp

Kiểu không có van: Miệng phun kiểu này sẽ bị ngắt khi khuôn mở ra vì

nhựa ở miệng phun rất nóng, sự định hình của sản phẩm được điều khiển

bởi phần nhựa đông cứng gần miệng phun

Hìn 1.28: Miệng phun không có van Kiểu có van: Trong kênh dẫn có then và một chốt, chốt này có tác dụng

như một van có thể đóng miệng phun ngay trước khi nhựa gần miệng phun đông đặc Điều này cho phép tăng đường kính miệng phun lớn hơn

và điều khiển quá trình định hình tốt hơn

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 38

Hình 1.29: Miệng phun kiểu có van

Nhựa lỏng sau khi vào khuôn phải được làm nguội rất nhanh để đạt được hình dạng mà ta mong muốn, nếu làm nguội không tốt thì nhựa nóng sẽ gia nhiệt cho khuôn và thế là quá trình định hình sẽ kéo dài làm tăng thời gian chu kỳ ép phun, do đó hệ thống làm nguội khuôi có vai trò hết sức quan trọng vì nó quyết định toàn bộ chu kỳ ép phun

Các phương pháp làm nguội khuôn:

Làm nguội bằng không khí: Khuôn được làm nguội bằng khí nhờ vào sự

bức xạ nhiệt của thép làm khuôn ra môi trường xung quanh;

Làm nguội bằng nước hoặc hỗn hợp ethylene glycol và nước: Đây là

phương pháp được dùng rộng rãi nhất hiện nay, phương pháp này khuôn được làm nguội nhờ vào các kênh dẫn chứa chất làm nguội được bố trí

trong các tấm khuôn

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:

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 39

Hình 1.30: 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 1.31: 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

Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 40

2300< Re< 10000 Chuyển tiếp

: 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 (

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