Thiết kế khuôn ép phun và quy trình công nghệ gia công khuôn cho chi tiết khay nhựa

Đổi mới công nghệ luôn được coi là nhu cầu cấp bách của mọi nền sản xuất hiện đại,mọi quốc gia. Xã hội hiện đại ngày càng xuất hiện nhiều sản phẩm mới, yêu cầu về sản phẩm ngày càng tiện dụng, bền, đẹp. Bên cạnh đó yếu tố về năng xuất lao động, chất lượng sản phẩm ngày càng được quan tâm và đầu tư đúng mức. Khuôn mẫu là một trong những ngành được đầu tư rất lớn về công nghệ hiện đại, đặc biệt là sự ra đời của hệ thống CADCAMCAE và CNC đã liên thông các quá trình thiết kế và chế tạo, đội ngũ nhân lực kỹ thuật cao vì từ khuôn mẫu có thể sản xuất ra hàng loạt sản phẩm giống nhau về hình dáng, chất lượng, thẩm mỹ, đáp ứng nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng của con người, trong đó có các sản phẩm làm từ nhựa. Ở một số nước như: Đài Loan, Mỹ... công nghiệp sản xuất khuôn mẫu đã rất phát triển. Song ở Việt Nam thì ngành công nghiệp sản xuất khuôn mẫu vẫn gặp phải rất nhiều khó khăn, chất lượng khuôn mẫu vẫn còn nhiều hạn chế. Để nâng cao độ chính xác, và đảm bảo chất lượng khuôn thì việc ứng dụng các phần mềm thiết kế cơ khí CADCAMCAE và CNC vào quá trình thiết kế khuôn là rất cần thiết. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và mong muốn ứng dụng công nghệ phần mềm hiện đại vào trong lĩnh vực thiết kế,chế tạo khuôn mẫu em lựa chọn đề tài: “Thiết kế khuôn ép phun và quy trình công nghệ gia công khuôn cho chi tiết khay nhựa” .

Họ tên sinh viên : Nguyễn Tấn Dũng- Mạc Văn Quyền

Lớp: KTCK07 Khóa: 57 Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

I ĐỀ TÀI THIẾT KẾ

“Thiết kế khuôn ép phun và quy trình công nghệ gia công khuôn cho

chi tiết khay nhựa”

II NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN

Phần I: Tổng quan về công nghệ sản xuất khuôn mẫu

Phần II: Cơ sở lý thuyết thiết kế khuôn mẫu

Phần III: Thiết kế khuôn mẫu cho chi tiết khay nhựa trên NX10

Phần IV: Thiết kế qui trình công nghệ gia công lòng khuôn

Phần V: Biên tập lại tài liệu sử dụng máy xung FO550S

Hà Nội, Ngày tháng năm 2017

Giáo viên hướng dẫn PGS.TS.Nguyễn Huy Ninh

Họ tên sinh viên: Nguyễn Tấn Dũng- Mạc Văn Quyền

Lớp: KTCK07 Khóa: 57 Chuyên Ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

Họ tên sinh viên: Nguyễn Tấn Dũng- Mạc Văn Quyền

Lớp: KTCK07 Khóa: 57 Chuyên Ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Giáo viên phản biện

TS.Bùi Ngọc Tâm

=======================================================

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, ngành công nghiệp nhựa phát triển mạnh mẽ kéo theo các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa phát triển theo, đặc biệt trong đó phải kể đến ngành công nghiệp chế tạo khuôn ép phun đã tạo ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng chủng loại phục vụ cho đời sống của con người Nhưng vấn đề chính là làm thế nào để nâng cao được chất lượng, độ chính xác, tính thẩm mỹ của sản phẩm nhựa Theo công nghệ cũ thì việc thiết kế, gia công, lắp ghép là vô cùng khó khăn, nhà sản xuất mất nhiều thời gian và tiền của cho việc sản xuất thử và sửa lại khuôn.Ngày nay những vấn đề đó được khắc phục bằng các phần mềm thiết kế chuyên dụng như NX, Catia, Pro Engineer

Việc nghiên cứu và tìm hiểu về công nghệ chế tạo khuôn mẫu là một nhu cầu thiết thực đối với sinh viên chuyên ngành công nghệ chế tạo máy sắp ra trường, để đáp ứng lại nhu cầu tuyển dụng từ thị trường lao động Hơn nữa đây là công việc sáng tạo không lặp lại, đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức rộng và sâu sắc về vấn đề công nghệ chế tạo gia công sản phẩm cơ khí Điều này rất phù hợp để sinh viên làm đồ án tốt nghiệp tìm hiểu và nghiên cứu công nghệ phục vụ cho công việc thực tế sau này

Sau một thời gian tìm hiểu và với sự chỉ bảo, giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“Thiết kế khuôn ép phun và quy trình công nghệ gia công khuôn cho chi tiết khay nhựa”

Tuy nhiên do kinh nghiệm thực tế trong sản xuất còn hạn chế, nên trong quá trình tính toán và thiết kế vẫn chưa lường hết được các yếu tố sẽ nảy sinh ở sản xuất

=======================================================

của các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ chế tạo máy và sự đóng góp ý kiến của các bạn

Mục lục

MỞ ĐẦU 8

1 Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Mục đích nghiên cứu 9

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài: 9

PHẦN I: TỔNG QUAN 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN NHỰA 10

1.1 Công nghệ ép phun nhựa 10

1.2 Máy ép phun 10

1.3 Chu kỳ ép phun : 17

1.4 Thời gian chu kỳ ép phun và cách rút ngắn thời gian chu kỳ:20 1.5 Phân loại máy ép phun: 21

CHƯƠNG 2: TÔNG QUAN VỀ KHUÔN ÉP PHUN 22

2.1 Định nghĩa về khuôn ép sản phẩm nhựa 22

2.2 Các kiểu khuôn phổ biến 23

2.3 Cấu tạo cơ bản của một bộ khuôn 28

CHƯƠNG 3:VẬT LIỆU CHẾ TẠO SẢN PHẨM NHỰA VÀ KHUÔN 30

3.1 Vật liệu chế tạo sản phẩm nhựa 30

3.2 Vật liệu chế tạo khuôn 35

PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KHUÔN MẪU

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN HỆ THỐNG CHI TIẾT KHUÔN 45

4.1 Thiết kế lòng khuôn 45

=======================================================

4.2 Thiết kế hệ thống dẫn nhựa 48

4.3 Hệ thống dẫn hướng 59

4.4 Hệ thống làm mát 60

4.5 Hệ thống đẩy 62

4.6 Hệ thống rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn 65

4.7 Xử lý phần cắt ngang (under cut) 65

PHẦN III: THIẾT KẾ KHUÔNG MẪU CHO CHI TIẾT KHAY TRÊN NX10 71

CHƯƠNG 5: QUY TRÌNH TÁCH MẶT PHÂN KHUÔN 5.1 Kiểm tra sản phẩm trước khi tách khuôn 72

5.2 Tách mặt phân khuôn 81

PHẦN IV CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TẤM KHUÔN DI ĐỘNG 101

6.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TẤM ÁO 103

Nguyên công 1: Phay hai mặt đáy theo dấu đã vạch sẵn 104

Nguyên công 2: Phay 4 mặt bên còn 109

Nguyên công 3: Mài mặt đầu thứ nhất và thứ hai 113

Nguyên công 4: Phay trên máy CNC hốc chữ nhật để chèn insert

và slide 116

Nguyên công 5: Khoan và taro đường dẫn nước 119

Nguyên công 6: Kiểm tra độ không song song của 2 mặt phẳng 124 6.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TẤM LÕI 124

Nguyên công 1: Chuẩn bị phôi, lấy dấu, và cắt theo dấu 124

Nguyên công 2: Phay hai mặt đáy theo dấu đã vạch sẵn 126

Nguyên công 3: Mài hai mặt đầu 130

Nguyên công 4: Gia công 4 mặt xung quanh insert 134

Nguyên công 5: Gia công các hốc của khối insert 138

=======================================================

Nguyên công 7: Lắp insert vào khuôn 147

Nguyên công 8: Gia công lòng khuôn trên CNC 147

Nguyên công 9: Xung điện cực lòng khuôn 169

Nguyên công 10: Gia công lỗ trên hệ thống áo 172

Nguyên công 11 Sửa nguội và đánh bóng lòng khuôn 195

Nguyên công 12: Tổng kiểm tra 196

6.3 Tính toán và thiết kế đồ gá phay 196

TÀI LIỆU THAM KHẢO 202

Phụ lục….………… ….……… …… .203

=======================================================

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đổi mới công nghệ luôn được coi là nhu cầu cấp bách của mọi nền sản xuất hiện đại,mọi quốc gia Xã hội hiện đại ngày càng xuất hiện nhiều sản phẩm mới, yêu cầu về sản phẩm ngày càng tiện dụng, bền, đẹp Bên cạnh đó yếu tố về năng xuất lao động, chất lượng sản phẩm ngày càng được quan tâm

và đầu tư đúng mức

Khuôn mẫu là một trong những ngành được đầu tư rất lớn về công nghệ hiện đại, đặc biệt là sự ra đời của hệ thống CAD/CAM/CAE và CNC đã liên thông các quá trình thiết kế và chế tạo, đội ngũ nhân lực kỹ thuật cao vì từ khuôn mẫu có thể sản xuất ra hàng loạt sản phẩm giống nhau về hình dáng, chất lượng, thẩm mỹ, đáp ứng nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng của con người, trong đó có các sản phẩm làm từ nhựa

Ở một số nước như: Đài Loan, Mỹ công nghiệp sản xuất khuôn mẫu đã rất phát triển Song ở Việt Nam thì ngành công nghiệp sản xuất khuôn mẫu vẫn gặp phải rất nhiều khó khăn, chất lượng khuôn mẫu vẫn còn nhiều hạn chế Để nâng cao độ chính xác, và đảm bảo chất lượng khuôn thì việc ứng dụng các phần mềm thiết kế cơ khí CAD/CAM/CAE và CNC vào quá trình thiết kế khuôn là rất cần thiết

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và mong muốn ứng dụng công nghệ phần mền hiện đại vào trong lĩnh vực thiết kế,chế tạo khuôn mẫu em lựa chọn đề tài:

“Thiết kế khuôn ép phun và quy trình công nghệ gia công khuôn cho chi tiết khay nhựa”

=======================================================

2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu và làm rõ một số vấn đề cơ bản về phương pháp thiết kế khuôn ép phun

- Đánh giá thực trạng sản xuất và sử dụng khuôn ép phun ở nước ta hiện nay

- Trên cơ sở những vấn đề lý luận và thực tiễn trên đưa ra một số đề xuất quan trọng nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ so với khuôn nhập ngoại

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:

+ Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE và CNC trong tính toán,thiết kế

và gia công khuôn cho sản phẩm nhựa

+ Lập quy trình công nghệ gia công khuôn kết hợp gia công truyền thống

và gia công trên máy CNC

+ Mô phỏng quá trình gia công, xuất chương trình gia công NC hợp lệ cho máy CNC

=======================================================

PHẦN I: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN NHỰA

1.1 Công nghệ ép phun nhựa

Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy vào lòng khuôn Khuôn được giữ, ép chặt trên máy đúc và làm nguội vật liệu nhựa trong lòng khuôn Khi vật liệu nhựa đông đặc trong lòng khuôn nó sẽ mang hình dáng của lòng khuôn chính là hình dáng của sản phẩm

Hiện nay các sản phẩm nhựa có mặt ở khắp nơi từ những sản phẩm dân dụng đến những sản phẩn công nghiệp Hầu hết các sản phẩm này đều có hình dáng, màu sắc rất phong phú đa dạng và chúng là những sản phẩm không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại ngày nay Phần lớn các sản phẩm nhựa này được tạo ra bằng công nghệ ép phun

Hình 1.1: Các sản phẩm nhựa

Với những tính chất ưu việt như: dẻo, dai, nhẹ, có thể tái chế, an toàn với con người, ít có những phản ứng hoá học trong điều kiện bình thường Vật liệu nhựa đã thay thế các loại vật liệu khác như: sắt, nhôm, gang, đồng đắt tiền và khó chế tạo Trong tương lai các sản phẩm nhựa vẫn còn được con người sử dụng phổ biến cho đến khi tìm ra được một vật liệu khác ưu việt hơn để thay thế

vị thế ngành công nghiệp ép phun các sản phẩm nhựa vẫn giữ một vị trí quan trọng

* Khả năng công nghệ:

- Tạo ra được các sản phẩm có hình dáng phức tạp

- Trên cùng một sản phẩm hình dáng giữa mặt trong và mặt ngoài có thể khác nhau

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

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

- Thời gian gia công sản phẩm rất ngắn và có thể tạo ra nhiều sản phẩm trong một chu trình ép phun nên năng suất rất cao

- Phù hợp cho cả sản xuất hàng khối và đơn chiếc

1.2 Máy ép phun

Máy ép phun gồm các hệ thống cơ bản sau :

Hình 1.2: Các bộ phận của máy ép phun

1.2.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun :

- là hệ thống giúp vận hành máy ép phun Bao gồm 4 hệ thống con :

Hình 1.3: Hệ thống hỗ trợ ép phun

• Thân máy (Frame): liên kết các hệ thống trên máy lại với nhau

• Hệ thống thủy lực (Hydraulic system) : cung cấp lực để đóng và mở khuôn và duy trì lực kẹp làm cho trục vít quay và chuyển động tiến và lùi đồng thời tạo lực cho chốt đẩy

và sự trượt của lõi mặt bên

Hệ thống này gồm : bơm, van, motor, ống dẫn, thùng dầu

• Hệ thống điện (Electric system) : cấp nguồn cho motor điện và hệ thống điều khiển nhiệt cho khoang chứa vật liệu nhờ các băng nhiệt

Hệ thống này bao gồm : tủ điện(Electric Power Cabinet), dây dẫn

• Hệ thống làm nguội : cung cấp dung dịch etylenglycol để làm nguội khuôn, dầu thủy lực và ngăn không cho nhựa thô ở cuống phễu bị nóng chảy (vì khi nhựa ở cuống phễu bị nóng chảy thì phần nhựa thô phía trên khó chạy vào khoang chứa liệu), bộ điều khiển nhiệt nước cung cấp lượng nhiệt, áp suất, dòng chảy thích hợp để làm nguội nhựa nóng trong khuôn

• Phễu cấp liệu (Hopper) : chứa vật liệu dạng viên để cấp vào khoang trộn

• Khoang chứa liệu (Barrel) : chứa nhựa và để vít trộn di chuyển qua lại bên trong nó, khoang trộn được gia nhiệt nhờ các băng cấp nhiệt, nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệu cung cấp từ 20-30% nhiệt độ cần thiết để làm nóng chảy lỏng vật liệu nhựa

• Các băng gia nhiệt (Heater band) : giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu

để nhựa bên trong khoang luôn có trạng thái chảy dẻo

• Trục vít (Screw) : có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa chảy dẻo vào lòng khuôn

Có cấu tạo gồm 3 vùng:

Hình 1.5 Cấu tạo trục vít

→ Vùng cấp liệu : là vùng gần phễu cấp liệu nhất, chiếm khoảng 50% chiều dài hoạt động của trục vít và có chức năng làm cho vật liệu đặc lại thành khối và chuyển vật liệu qua vùng nén

→ Vùng nén (vùng chuyển tiếp) : chiếm khoảng 25% chiều dài hoạt động của trục vít Ở vùng này đường kính ngoài của trục vít không đổi nhưng chiều sâu các cánh vít thay đổi nhỏ dần từ vùng cấp liệu đến cuối vùng định hướng Do cấu tạo này mà các cánh vít làm cho nhựa bị nén chặt vào thành trong của khoang chứa liệu điều này tạo ra nhiệt ma sát Nhiệt ma sát cung cấp 70-80% lượng nhiệt làm chảy dẻo vật liệu

→ Vùng định lượng : khoảng 25% chiều dài hoạt động của trục vít Có chức năng cung cấp nhiệt độ để vật liệu chảy dẻo một cách đồng nhất và làm bắn vật liệu chảy dẻo vào khuôn qua cuống phun Chiều sâu cánh vít ở vùng này là

bé nhất và hầu như không đổi

Để đánh giá khả năng làm chảy dẻo vật liệu của trục vít cao hay thấp dựa vào hai thông số L/D và Df/Dm Tỉ lệ L/D nhỏ nhất 20:1, tỷ lệ Df/Dm thường là 3:1, 2,5:1 và 2:1

• Bộ hồi tự hở (Non-return Assembly) : Chức năng của nó là tạo ra dòng nhựa bắn vào khuôn

• Vòi phun (Nozzle) : Có chức năng nối khoang trộn với cuống phun và phải có hình dạng đảm bảo bịt kín khoang trộn và khuôn Nhiệt độ ở vòi phun được cài đặt lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ chảy của vật liệu Trong quá trình phun nhựa lỏng vào khuôn vòi phun phải đảm bảo thẳng hàng với bạc cuống phun và đầu vòi phun nên được lắp kín với phần lõm của bạc cuống phun thông qua vòng định vị để đảm bảo nhựa không bị phun ra ngoài và tránh mất mát

Hình 1.6 Vị trí vòi phun (Nozzle)

Để chọn vòi phun ta căn cứ vào các thông số sau :

→ Đường kính lỗ của đầu vòi phun phải nhỏ hơn đường kính lỗ của bạc cuống phun một chút (khoảng 0,125-0,75mm) để cuống phun dễ thoát ra ngoài

1.2.3 Hệ thống khuôn (sẽ trình bày ở chương 2)

• Cụm đẩy của máy (Machine ejectors) :

Gồm các xilanh thủy lực, tấm đẩy và cần đẩy Chúng có chức năng tạo ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn

• Cụm kìm (Clamp cylinders) :

có 2 loại chính :dùng trục khuỷu và dùng xilanh thủy lực Hệ thống này có chức năng cung cấp lực để đóng mở khuôn và lực để giữ khuôn(kìm khuôn) đóng trong suốt quá trình phun

• Tấm di động (Moveable planten) :

Là một tấm thépớn với bề mặt có nhiều lỗ thông với tấm di động của khuôn, nhờ các lỗ này mà cần đẩy có thể tác dụng lực vào tấm đẩy trên khuôn Ngoài ra trên tấm di động còn có các lỗ ren để kẹp tấm di động của khuôn Tấm này di chuyển qua lại dọc theo 4 thanh nối trong quá trình ép phun

• Tấm cố định (Stationary planten) :

Cũng là những tấm thép lớn có nhiều lỗ thông Ngoài 4 lỗ dẫn hướng và các lỗ ren để kẹp tấm cố định của khuôn, có lỗ vòng định vị để định vị tấm cố định của khuôn và đảm bảo sự thẳng hàng giữa cần đẩy và cụm phun (vòi phun và bạc cuống phun)

• Những thanh nối (Tie bar) :

Có khả năng co giãn để chống lại áp suất phun khi kìm tạo lực, ngoài ra còn tác dụng dẫn hướng cho tấm di động

1.2.5 Hệ thống điều khiển :

Hệ thống này sẽ giúp người vận hành máy theo dõi và điều chỉnh các thông số gia công như : nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, vận tốc và vị trí trục vít, vị trí của các bộ phận trong hệ thống thủy lực

Hệ thống này bao gồm : bảng nút điều khiển, màn hình máy tính

Gồm 4 giai đoạn :

• Giai đoạn kẹp : khuôn được đóng lại

• Giai đoạn phun : nhựa điền đầy vào khuôn

• Giai đoạn làm nguội : nhựa được làm đặc lại trong khuôn

• Giai đoạn đẩy : đẩy sản phẩm nhựa ra khỏi khuôn

a Giai đoạn kẹp :

Lúc đầu cụm kìm đóng khuôn lại rất nhanh nhưng sau đó chậm dần cho đến khi khuôn đóng hoàn toàn Một khi khuôn đã đóng cũng là lúc áp lực kìm rất lớn được tạo ra để chống lại áp cao từ dòng nhựa bắn vào khuôn Điều này rất quan trọng vì nếu lực kìm không chống lại nổi áp cao thì sẽ gây ra sai lệch của sản phẩm nếu như có ép được

b Giai đoạn phun :

Trong suốt giai đoạn này xảy ra 3 quá trình Đầu tiên nhựa nóng chảy được phun vào khuôn rất nhanh do trục vít tiến về phía trước Một khi các lòng khuôn gần như được điền đầy (điền đầy khoảng 95% lòng khuôn) thì quá trình định hình sản phẩm diễn ra do lòng khuôn có nhiệt độ thấp hơn Nhựa nóng sẽ nguội dần và xảy ra hiện tượng co rút Do đó một lượng nhựa nữa (khoảng 5%) sẽ tiếp tục được phun vào để bù trừ vào sự co rút cho đến khi miệng phun bị cứng lại

Ta gọi đây là quá trình giữ hay quá trình kìm Quá trình này giúp ngăn đong chảy ngược của nhựa qua miệng phun

a Quá trình phun nhanh b Quá trình định hình và quá trình giữ

Hình 1.8 : Quá trình Phun

c Giai đoạn làm nguội :

Giai đoạn này bắt đầu ngay sau khi quá trình giữ kết thúc Khuôn vẫn đóng

và nhựa nóng trong lòng khuôn được làm nguội cho đến khi đủ độ cứng để có thể đẩy rời khỏi khuôn Trong suốt giai đoạn này trục vít vẫn quay và lùi dần lại

để chuẩn bị cho lần phun kế tiếp Thời gian tiêu tốn trong giai đoạn này phụ thuộc vào loại vật liệu nhựa mà ta ép

d Giai đoạn đẩy :

Đây là giai đoạn cuối cùng của một chu kỳ ép phun Trong giai đoạn này cụm kìm làm chức năng mở khuôn ra một cách nhanh chóng và an toàn Lúc đầu cụm kìm mở khuôn một cách chậm chạp và sau đó là nhanh dần đều cho đến gần cuối hành trình thì nó chuyển động chậm lại để tránh va đập mạnh Khi khuôn

phẩm ra khỏi khuôn Một khi sản phẩm rời khỏi khuôn thì cần đẩy sẽ hồi về để sẵn sàng cho một chu kỳ ép phun kế tiếp

1.4 Thời gian chu kỳ ép phun và cách rút ngắn thời gian chu kỳ:

1.4.1 Thời gian chu kỳ ép phun :

Thời gian chu kỳ ép phun là khoảng thời gian cần thiết để cho nhựa điền đầy lòng khuôn và bề dày sản phẩm đông đặc khoảng 90%.Bao gồm các khoảng thời gian :

→ Thời gian phun

→ Thời gian giữ : gồm thời gian định hình và thời gian làm lạnh

→ Thời gian mở khuôn

→ Thời gian đóng khuôn : không đáng kể có thể bỏ qua

1.4.2 Cách rút ngắn thời gian chu kỳ :

Thông thường thời gian chu kỳ tăng là do :

• Nhiệt độ của khuôn và nhiệt chảy dẻo của nhựa cao

• Hệ thống làm nguội thiết kế không tốt

• Tốn nhiều thời gian trong giai đoạn phun và giữ

Để giảm thời gian chu kỳ ta sẽ :

→ Giảm thời gian phun : liên qua vấn đề mất áp, số lòng khuôn, bề dày sản phẩm

→ Giảm thời gian giữ : giảm đường kính miệng phun để giảm thời gian

giữ, nếu không giảm được dường kính miệng phun thì tối thiểu hóa thời gian giữ

trên máy ép phun

→ Giảm thời gian làm lạnh tới mức tối thiểu : có 2 yếu tố ảnh hưởng đến

thời gian làm lạnh đó là nhiệt độ khuôn và nhiệt độ chảy dẻo của nhựa Nếu một

trong hai yếu tố này tăng thì thời gian làm lạnh sẽ tăng Vì vậy muốn giảm thời

gian làm lạnh phải điều chỉnh nhiệt độ của khuôn và nhiệt độ chảy dẻo của nhựa

một cách hợp lý

1.5 Phân loại máy ép phun:

Máy ép phun được chia 2 loại :

• Máy ép ngang

• Máy ép đứng

Hình 1.9 Máy ép ngang Hình 1.10máy ép đứng

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ KHUÔN ÉP PHUN

2.1 Định nghĩa về khuôn ép sản phẩm nhựa

 Khuôn là dụng cụ tạo hình để sản xuất một sản phẩm với hình dạng và kích thước đã định, kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào kích thước, hình dáng sản phẩm

 Khuôn gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau trong đó vật liệu được điền đầy vào phần rỗng của khuôn Phần rỗng của khuôn được tạo thành bởi hai phần khuôn Phần trên được khoét rỗng gọi là lòng khuôn, phần dưới xác định hình dạng trong khuôn gọi là lõi khuôn Lòng khuôn và lõi khuôn tiếp xúc với nhau qua mặt phân khuôn

Lâi khu«nLßng khu«n

Kho¶ng trèng gi÷a lßng khu«n vµ lâi khu«n

Hình 2.1: Mô hình Khuôn

Yêu cầu kĩ thuật của khuôn :

 Đảm bảo độ chính xác về kích thước , hình dáng , biên dạng của sản phẩm

 Đảm bảo độ bóng cần thiết cho cả bề mặt của lòng khuôn và lõi để đảm bảo độ bóng của sản phẩm

 Đảm bảo độ chính xác về vị chí tương quan giữa hai nửa khuôn

 Đảm bảo lấy được sản phẩm ra khỏi khuôn một cách dễ dàng

 Vật liệu chế tạo khuôn phải có tính chống mòn cao và dễ gia công

 Khuôn đản bảo độ cứng vững khi làm việc , tất cả các bộ phận của khuôn không được biến dạng hay lệch khỏi vị trí cần thiết khi chịu lực ép lớn ( vài trăm tấn )

 Khuôn phải có hệ thống làm lạnh bao quanh lòng khuôn sao cho long khuôn sao cho lòng khuôn phải có nhiệt độ ổn định để vật liệu đễ điền đầy vào long khuôn và định hình nhanh chóng trong long khuôn từ đó rút ngắn chu kì ép

và tăng năng suất

 Khuôn phải có kết cấu hợp lí không quá phức tạp sao cho phù hợp với khả năng công nghệ hiện có

2.2 Các kiểu khuôn phổ biến

2.2.1 Khuôn hai tấm

 Khuôn 2 tấm có 1 đường phân khuôn parting line (PL: where the mold divides) đường này chia khuôn thành 2 phần: cố định và di động

Ưu điểm:

- Cấu trúc đơn giản hơn là khuôn 3 tấm hoặc khuôn không rãnh dẫn

- Giá thành khuôn có thể giảm

- Hệ thống rót bao gồm cổng phân phối (miệng phun) cạnh (side gate), và cổng phân phối trực tiếp (direct gate), cổng phân phối ngầm (submarine gate), và trực tiếp thường sử dụng nhiều hơn

- Với cửa rót ngầm, ta có thể tách chi tiết khỏi rãnh dẫn (bao gồm đậu rót

và cổng phân phối), như vậy không cần có bước cắt bỏ nó sau khi đúc (ta sẽ học từng bộ phận của rãnh dẫn trong hệ thống rãnh "Runner System")

+ Rãnh dẫn: là kênh chuyển nhựa nóng tới chi tiết

+ Cổng phân phối: là miệng phun nhựa vào chi tiết từ rãnh dẫn

Hình 2.3: Cổng phân phối

2.2.2 Khuôn ba tấm

 Khuôn 3 tấm cũng được sử dụng khi cần thiết khi bố trí cổng nhựa ở trung tâm hoặc nhiều cổng nhựa cho các đường chảy riêng vào trong lòng khuôn Đối với những chi tiết vách mỏng có dòng chảy nhựa rộng và dài Hai hoặc nhiều cổng nhựa có hướng vào trong chi tiết có thể tạo nên lưu lượng dòng chảy bằng nhau và tránh được hiện tượng phân luồng dòng chảy Khuôn 3 tấm rất phù hợp với nhiều trường hợp

Hình 2.4 Mô hình Khuôn 3 tấm

- Đối với những khuôn phức tạp, độ cứng vững của các phần khuôn là rất quan trọng và khi lắp rắp phải cẩn thận và bảo đảm từng bước lắp ráp diễn ra suôn sẻ ứng suất được gây ra bởi lực kẹp khuôn có thể đủ lớn và có thể là nguyên nhân gây ra các biến dạng Chúng cần được kiểm tra sử dụng phân tích sức bền vật liệu để duy trì bảo đảm những biến dạng của khuôn không vượt quá lượng biến dạng cho phép của khuôn Trong trường hợp đặc biệt, khi lực kẹp vượt quá mức cho phép thì có thể làm biến dạng những chi tiết của khuôn, biến dạng đó đủ để co giãn đàn hồi trở lại, lúc đó sự đẩy ra lớn hơn độ co của nhựa và kết quả là bị kẹt Đối với họ khuôn bố trí nhiều lòng khuôn, các lòng khuôn được

bố trí ở nhiều nơi khác nhau, cố gắng đảm bảo vị trí các khoảng cách giữa các lòng khuôn bằng nhau càng tốt để tạo lực lực ép đều trên khuôn Sự cân bằng tốt nhất khi tổng momen của lực ở các sản phẩm về trục của khuôn bằng không

2.2.3 Khuôn nhiều tầng

Lßng khu«n Lßng khu«n

Hình 2.5 Khuôn nhiều tầng

Khi yêu cầu một số lượng sản phẩm lớn và để giữ giá thành sản phẩm thấp,

hệ thống khuôn nhiều tầng được chế tạo để giữ lực kẹp của máy thấp (nghĩa là

sử dụng cho loại máy có kích thước nhỏ) Với loại hệ thống khuôn này chúng ta

có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn

2.2.4 Khuôn không rãnh dẫn

Đặt máy gia nhiệt vào vùng ống dẫn hoặc rãnh dẫn và gia nhiệt bộ phận này Khuôn này có kết cấu như khuôn ba tấm phát triển lên, nó luôn giữ vật liệu

ở trạng thái lưu động sao cho không đông cứng nguyên liệu lỏng

2.2.5 Khuôn tạo hình phun nhựa nhiệt rắn

Kết cấu không khác nhiều so với khuôn phun nhựa nhiệt dẻo Hầuu hết dùng ở dạng khuôn hai tấm Luôn gia nhiệt ở nhiệt độ cao, cổng rót và rãnh dẫn

2.3 Cấu tạo cơ bản của một bộ khuôn

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

1

10

6 7 8 9

11 12

13 14 15 16 17

1 Tấm kẹp trước 7 Tấm khuôn đực 13 Chốt đẩy

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

2 Tấm khuôn cái: Chứa lòng khuôn hoặc phần insert để định hình sản phẩm, được lắp vào tấm kẹp trước

3 Bạc cuống phun: Nhựa được đưa vào khuôn thông qua hệ thống này, thông thường nó nắm trên tấm kẹp trước

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

5 Vít lục giác: Kẹp chặt hai nửa khuôn với nhau

6 Hệ thống làm mát: Cung cấp dung dịch làm mát như: nước, dầu, với mục đích điều chỉnh nhiệt độ của khuôn

7 Tấm khuôn đực: Là phần kết hợp với nửa khuôn cái tạo hình cho sản phẩm

8 Tấm lót: Giữ cho tấm khuôn không bị uốn

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

10 Tấm giữ: Giữ các chốt đẩy

11 Tấm đẩy: Kết hợp với tấm giữ và chốt đẩy để đẩy sản phẩm 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 khuôn

14 Lò xo: Giúp tấm giữ và tấm đẩy hồi về vị trí cũ

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

16 Bạc dẫn hướng: Dẫn hướng cho trục dẫn hướng, hạn chế mòn khi khuôn hoạt động

17 Lòng khuôn: Tạo nên hình dáng của chi tiết

18 Chốt dẫn hướng: Dẫn hướng cho tấm khuôn cái và khuôn đực

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU CHẾ TẠO SẢN PHẨM NHỰA VÀ KHUÔN

3.1 Vật liệu chế tạo sản phẩm nhựa

3.1.1 Vật liệu polyme

a Định nghĩa về chất dẻo

Chất dẻo (Plastics) là loại vật liệu được tạo thành bởi nhiều phần tử (các cao phân tử Polyme) Nó có thể được tổng hợp hoặc thay đổi từ thành phần nhỏ (gọi là Monome) Chất dẻo là vật rắn (có thể là trạng thái lỏng trong quá trình gia công) Định nghĩa chất dẻo (nhựa) có thể phân loại bằng sự phân loại theo biểu đồ dưới đây:

Các cao phân tử Polyme thường được cấu tạo từ những thành phần có cấu trúc giống nhau gọi là đoạn mạch thành phần (monome)

Cao phân tử có nguồn gốc từ thiên nhiên: Cenlulo, len, cao su thiên nhiên Cao phân tử có nguồn gốc nhân tạo được tổng hợp từ các monomer

Thấp phân tử Trọng lượng phân tử dưới 1000

Cao phân tử thường Trọng lượng phân tử 1000-10.000

Cao phân tử có trọng lượng lớn Trọng lượng phân tử 10.000-80.000

Siêu cao phân tử Trọng lượng phân tử trên 1000.000

Chất dẻo (Plastics, nhựa tổng họp) là vật liệu được tạo thành bởi nhiều phần tử hữu cơ (cao phần tử Polyme) Các phần tử Polyme này được tổng hợp từ các thành phần nhỏ khác gọi là Monome Chất dẻo là vật liệu dạng rắn trong điều kiện thường và có tính dẻo hoặc chảy lỏng khi được nung nóng ở nhiệt độ nhất định Có thể minh hoạ chất dẻo qua biểu đồ sau:

Các cao phần tử Polyme có nguồn gốc nhân tạo thường dược tổng họp từ các Monome, còn cao phân tử Polyme có nguồn gốc thiên nhiên thì gồm: Xenlulô, Len, Cao su thiên nhiên

Các cao phân tử có tính chất tuỳ thuộc vào độ dài của các mạch phân tử, độ dài này được xác định bằng các phân tử lượng trung bình Sự tạo thành phân tử Polyme từ các Monome nhờ các phản ứng hoá học như: sự trùng hợp, sự trùng ngưng, đồng trùng hợp cấu tạo của Polyme thảnh phần hoá học của nó và các phản ứng hoá học là các yếu tố quyết định cơ - lý - hoá của từng loại vật liệu

b Phân loại chất dẻo

Dựa trên tính chất vật lí, tính chất hoá học, cấu trúc phân tử, khả năng gia công và các yếu tố tác động lên vật liệu mà người ta phân loại chất dẻo theo nhiều phương pháp khác nhau như: phân loại chất dẻo theo cấu trúc hoá học (Polyme kết tinh, polyme định hình), phân loại chất dẻo theo công nghệ (nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn), phân loại chất dẻo theo hình dạng mạch đại phân tử, phân loại chất dẻo theo công dụng (nhựa thông dụng, nhựa kĩ thuật, nhựa kĩ thuật chuyên dùng)

 Phân loại chất dẻo theo cẩu trúc hoá học

Trong các vật liệu Polyme,tuỳ theo trạng thái sắp sếp chuỗi mạch của nó

mà ta có thể phân ra loại nhựa có dạng kết tinh hay không kết tinh (vô định hình)

Nếu chuỗi các mạch của vật liệu Polyme được xếp khít nhau theo mọt trật

tự nhất định thì ta có vật liệu Polyme kết tinh

Nếu chuỗi các mạch của vật liệu Polyme được sắp xếp không theo một trật

tự nhất định nào thì ta có Polyme định hĩnh Polyme kết tinh không có nghĩa là toàn bộ khối Polyme đều ở trạng thái kết tinh mà trong đó vẫn có thể có những pha vô định hình

Các Polyme ở trạng thái kết tinh thường ở trạng thi đục mờ Các Polyme ở trạng thái không kết tinh có độ trong suốt Ví dụ như nhựa PPMA còn có độ trong suốt hơn cả thuỷ tinh Nó cho phép 73% tia cực tím xuyên qua trong khi đó thuỷ tinh Silicat (vô cơ) chỉ cho 1- 3% tia cực tím đi qua

Vật liệu dẻo vô định hình: có thể dễ đàng nhận thấy bởi các tính chất cứng trong suốt của nó Ngoài ra nó có màu sắc tự nhiên là màu trắng như nước hoặc

gần như màu cát vàng hoặc màu mờ đục Loại vật liệu này có độ co rút rất nhỏ chỉ bằng 0,5 4- 0,8% Một vật liệu thuộc dạng này có tên thương mại là: Polycarbonate (PC), Styrene Acrylonitrile (SAN),Polystyrene (PS), Polymethylmethacrylate Chúng được sử dụng rất thông dụng cho các mặt công nghiệp và gia dụng đòi hỏi độ trong suốt cao

Vật liệu tinh thể: Loại vật liệu nhiệt dẻo này thường cứng và bền dai về đặc tính nhưng thường không trong suốt do cấu trúc tinh thể đã gây cản trở cho sự đi qua của ánh sáng Các vật liệu này thường được sử dụng trong công nghiệp làm

đồ gia dụng Bao gồm: Polypropylene (PP), Low density polyethylene (LDPE), High density polyethylene (HDPE) Còn đối với một số lĩnh vực công nghiệp thì các loại vật liệu sau được sử dụng thông dụng: Polyester (PBT &PETP), Polyacetal (POM), Nylon

Nhận thấy rằng sự phát triển của tinh thể của cả hai loại vật liệu nêu trên đều đóng vai trò quan trọng tới sự thay đổi các tính chất của chúng, ở Polyme vô định hình thì tinh thể của chuỗi thiên về bất định còn các tinh thể thì lại có cấu trúc trật tự và đối xứng làm cho lực giữa các mắt xích có khả năng phát triển làm cho tinh thể lớn lên chiếm hết khoảng trống Mức độ hình thành tinh thể (độ trong suốt) của vật liệu dẻo phụ thuộc một phần vào tốc độ làm nguội trong quá trình gia công Tốc độ nguội thấp sẽ tạo ra độ trong suốt cao hơn Do đó các chuỗi polymer chuyển động có quy luật đòi hỏi quá trình làm nguội diễn ra nhanh để ngăn cản chuyển động của chuỗi và ngăn cản sự phát triển của tinh thể Tính chất của các vật liệu có thể bị thay đổi bởi sự sửa đổi trọng lượng phân tử

và sự chia nhánh chuỗi Sự thay đổi như thế sẽ có hiệu quả không chỉ đòi với các tính chất cơ học mà còn ảnh hưởng tới quá trinh điền đầy khuôn của vật liệu

 Phân loại chất dẻo theo công nghệ

Chất dẻo được chia thành 2 loại: Chất dẻo nhiệt dẻo và chất dẻo nhiệt rắn

- Chất dẻo nhiệt dẻo:

Là loại vật liệu Polyme có khả năng lập lại nhiều lần quá trình chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt và trở nên cứng rắn (định hình) khi được làm nguội.Trong quá trinh tác dụng của nhiệt nó chỉ thay đổi tính chất vật lí chứ không có phản ứng hoá học xảy ra

- Chất dẻo nhiệt rắn:

Là loại vật liệu Polyme khi bị tác dụng của nhiệt hoặc các giải pháp xử lí hoá học sẽ trở nên cứng rắn (định hình sản phẩm) Nhựa nhiệt rắn sau khi nóng chảy và đóng rắn nó không còn khả năng chảy sang trạng thái chảy mềm dưới tác động của nhiệt nữa Do vậy nhựa nhiệt rắn không có khả năng tái sinh các loại phế phẩm, phế liệu hoặc các sản phẩm đã qua sử dụng

 Phân loại chất dẻo theo lảnh dạng mạch phân tử

Theo cách này có thể phân biệt các loại Polyme có hĩnh dạng sợi tuyến tính, hình dạng sợi phân nhánh, cấu trúc lưới không gian, cấu trúc hình dây thang,cấu trúc lưới phang, cấu trúc hình sao, cấu trúc răng lược

 Phân loại chất dẻo theo công dụng:

Trong thực tế sản xuất và sử dụng nhựa thường dược phân thành 3 loại: Nhựa thông đụng,nhựa kĩ thuật và nhựa hỗn hợp

- Nhựa thông dụng: Là loại nhựa được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới

với khối lượng lớn có ưu điểm là giá thành thấp và dễ gia công thành sản phẩm

- Nhựa kĩ thuật: Là loại nhựa có nhiều đặc tính ưu việt hơn nhựa thông

dụng như độ bền kéo, bền va đập, độ kháng nhiệt Loại nhựa này thường

để sản xuất các chi tiết máy hoặc các chi tiết có yêu cầu tính năng cao

- Nhựa kĩ thuật chuyên dùng: Là loại nhựa có trọng lượng phân tử rất cao

(1.000.000 hoặc lớn hơn) Mỗi loại chỉ được sử dụng ở một số lĩnh vực riêng biệt

3.2 Chất phụ gia trong chất dẻo

3.2.4 Chất ổn định nhiệt

Chủ yếu dùng cho nhựa PVC cứng và PVC mềm nhằm tránh tạo thành nói đuôi trong quá trình gia công.Chất ổn định nhiệt đưa vào trong nhựa nhằm ổn định tính chất của chất dẻo trong quá trình gia công

Các chất ổn định nhiệt gồm: Chất hữu cơ, muối Cadmium, Calcium 3.2.5 Chất ổn định ánh sáng

Chất ổn định ánh sáng dùng để bảo vệ chất dẻo dưới ánh nắng mặt trời bằng cách làm chậm quá trinh giảm chất lượng khi sử dụng ngoài trời

Các chất ổn định ánh sáng gồm:Các bon đen, bột màu

3.2.6 Chất ổn định chống lão hoá

Chất phong chóng lão hoá nhằm mở rộng khoảng nhiệt độ sử dụng cho chất dẻo, tạo ra chất dẻo có tuổi thọ sử đụng tăng lên hạn chế hay làm chem Phản ứng phát triển do Oxy hay Peroxit tác động vào

Chất phòng lão gồm: Phòng lão Fenolic, phòng lão Amin

Sự tích điện trên bề mặt vật liệu không dẫn điện có thể được khử bằng cách

sử dụng chất chóng tĩnh điện để tạo nên một lớp bề mặt háo nước

Các chất chống tĩnh điện gồm các chất hoạt động bề mặt, muối vô cơ

Chất làm chậm cháy tạo nên sự kháng cháy cho chất dẻo.Cơ chế của chất chậm cháy là không cho phát triển phản ứng oxy trên bề mặt chất dẻo tiếp xúc với lửa hoặc sức nóng bằng cách tạo ra trên lớp bề mặt một lớp bảo vệ

Các chất chậm cháy thường có chứa Aluminium, Autimon, Brom Chất chậm Cháy thường dưới dạng oxit vô cơ hay phân tử hữu cơ có chứa yếu tó halogen

Chất tạo xốp làm cho sản phẩm chất dẻo có những lồ xốp bên trong

Có hai loại chất tạo xốp:

Chất tạo xốp vật lí: Các lỗ xốp tạo thành do thay đổi trạng thái vật lí của chất xốp như sự giãn nở khí nén, bóc hơi chất lỏng, hoà tan của chất rắn

Chất tạo xốp hoá học: Các chất xốp tạo thành do sự phóng thích khí khi chất tạo xốp bị phân huỷ đtrới tác dụng của nhiệt

Màu được chia làm hai loại là: thuốc nhuộm và chất màu

Thuốc nhuộm là chất hữu cơ tan trong nhựa, nhưng không bền nhi ệt Chất màu là loại chất vô cơ không tan trong nhựa, kháng nhiệt hơn thuốc nhuộm màu

Chất độn là chất trơ thêm vào trong chất dẻo để cải thiện độ bền và các yêu cầu khác trong khi sử dụng Chất độn cũng làm cho giá thành của sản phẩm giảm Có chất độn vô cơ và hữu cơ Chất độn cacbonat canxi và cao lanh, bột tan được sử dụng nhiều hơn cả

3.3 Thông số và công dụng của một sổ loại nhựa cơ bản

3.3.1 Tính chất và ứng dụng của một số loại vật liệu thông dụng

Bảng 3.1 Tính chất và ứng dụng của một số loại vật liệu thông dụng

- Khi tỷ trọng PE tăng, độ bền hoá chất tăng

- Nhiệt độ gia công thấp, dễ nhuộm màu

- Vỏ bọc cáp điện

(PE-LD, ống nước, ống dẫn khí (PE- HD), bình đựng xăng-dầu, bình ắc qui

và công nghiệp

- Thảm thể thao, lưới thể thao, cỏ nhân tạo

- Cánh quạt gió, đồ chơi trẻ em

3 PYC - Độ bên cơ học, độ cứng vững và độ

cứng bề mặt cao

- Dễ bị đập vỡ ở nhiệt độ thấp

- Độ bền hoá học cao

5 PA

- Tính chât cơ học tôt, vật liệu hâu như không có hiện tượng mỏi

- Hệ số ma sát thấp, chịu tải trọng động tốt

- Không bền với thời tiết, bền nhiệt

cá

- Bánh răng, ổ trượt, bulông, ốc vít nhựa,

vỏ thiết bị điện - điện

tử

- Luới lọc dầu, ống dẫn nhiên liệu, bình đựng dầu phanh, phao trong bình xăng

ô tô-xe máy, vòi phun nhiên liệu, tóc búp bê

hồ, kính đèn chiếu

- Đèn đường, đui đèn, đèn giao thông, đèn sau, đèn xi nhan ô tô-