Nghiên cứu ứng dụng phần mềm chuyên dụng CAD CAM pro engineer để thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa

Trình bày tổng quan về khuôn và quy trình thiết kế khuôn ép phun. Tính toán thiết kế khuôn. Thiết kế sản phẩm và khuôn. Trình bày tổng quan về khuôn và quy trình thiết kế khuôn ép phun. Tính toán thiết kế khuôn. Thiết kế sản phẩm và khuôn.

Trang 1

LÊ THANH TÙNG

(PRO - ENGINEER) ĐỂ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA

Trang 2

Hà N ội - 2013

Trang 3

Häc viªn: Lª Thanh Tïng - 1 -

L ỜI CAM ĐOAN

Đây là luận văn Cao học Kỹ thuật, là công trình nghiên cứu của tôi Tôi xin cam đoan những nội dung trong luận văn do tôi thực hiện Đây là luận chưa được bảo vệ tại bất kỳ hội đồng bảo vệ thạc sỹ nào

Tôi xin chịu trách nhiệm trước những lời cam đoan trên

Hà Nội, ngày 21 tháng 05 năm 2013

Người cam đoan

Lê Thanh Tùng

Trang 4

L ỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Viện Cơ khí, Viện đào tạo sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn Đặc biệt, với tình cảm chân thành và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin cảm ơn

Thầy giáo TS Tr ần Đức Quý PGS TS Tăng Huy người đã trực tiếp hướng dẫn

tác giả làm luận văn này

Xin cảm ơn Ban giám đốc và các đồng nghiệp trong công ty đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng, nhưng do hạn chế về trình độ, thời gian nên chắc chắn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo cô giáo và bạn đọc để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Hà nội, ngày 21 tháng 05 năm 2013

Tác giả

Lê Thanh Tùng

Trang 5

M ỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8

PHẦN MỞ ĐẦU 10

1 Lý do nghiên cứu đề tài 10

2 Mục đích nghiên cứu 11

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

4 Giả thiết khoa học 12

5 Phương pháp nghiên cứu 12

CHƯƠNG I 13

TỔNG QUAN VỀ KHUÔN VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN 13

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHUÔN ÉP PHUN 13

1.2 CHỌN LOẠI KHUÔN THIẾT KẾ 14

1.2.1 Khuôn hai tấm 14

1.2.2 Khuôn ba tấm 16

1.2.3 Khuôn nhiều tầng 17

1.2.4 Khuôn có lõi mặt bên 18

1.2.5 Khuôn cho sản phẩm có ren 18

1.2.6 Khuôn nhiều màu 19

1.3 TÍNH GIÁ KHUÔN 19

1.4 THIẾT KẾ LÒNG KHUÔN 20

1.4.1 Số lòng khuôn 20

1.4.2 Cách bố trí lòng khuôn 21

1.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN NHỰA 22

1.5.1 Cuống phun (Sprue) 23

1.5.2 Kênh dẫn nhựa (Runners) 24

Trang 6

1.5.3 Miệng phun cho kênh dẫn nguội 27

1.6 HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG 33

1.6.1 Chốt dẫn hướng 33

1.6.2 Bạc dẫn hướng 33

1.7 HỆ THỐNG LÕI MẶT BÊN (HỆ THỐNG TRƯỢT) 34

1.7.1 Các kết cấu tháo lõi mặt bên nhờ hướng mở khuôn 34

1.7.2 Tháo lõi bên bằng xilanh-pittông 36

1.8 HỆ THỐNG LÀM NGUỘI 36

1.8.1 Các phương pháp làm nguội 36

1.8.2 Hệ thống làm nguội 37

1.9 HỆ THỐNG RẢNH THOÁT KHÍ 37

1.10 HỆ THỐNG ĐẨY 38

1.10.1 Các loại hệ thống đẩy thường dùng 38

1.11 HỆ THỐNG ĐÀN HỒI 41

1.12 GIỚI THIỆU CẤU TRÚC MỘT BỘ KHUÔN 41

1.13 SẢN PHẨM CỦA CÔNG NGHỆ ÉP PHUN 43

1.14 PHÂN LOẠI MÁY ÉP PHUN 44

a) Phân loại máy theo vật liệu được sử dụng 44

b) Phân loại máy theo hệ thống kẹp 44

c) Phân loại máy theo lực kẹp 44

d) Phân loại máy theo hướng trục vít 45

e) Phân loại máy theo công nghệ ép phun 45

1.15 VẬT LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN 45

1.16 NHỮNG KHUYẾT TẬT THƯỜNG GẶP TRÊN SẢN PHẨM NHỰA ÉP PHUN 46

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 50

CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN 51

2.1 VẬT LIỆU NHỰA 51

2.2 CÁC THÔNG SỐ SẢN PHẨM 52

2.3 CHỌN SỐ KHOANG TẠO HÌNH 53

2.4 TÍNH TOÁN LỰC KẸP TỐI THIỂU VÀ CHỌN MÁY 53

2.5 CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU CỦA KHUÔN 55

Trang 7

2.5.1 Chọn các chi tiết của khuôn 56

2.6 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÀM NGUỘI CHO SẢN PHẨM 60

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 63

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SẢN PHẨM VÀ KHUÔN 64

SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROENGINEER 64

3.1 Thiết kế sản phẩm chi tiết 64

3.2 Thiết kế lòng khuôn 86

3.3 Gia công lòng khuôn 90

3.4 Chương trình Gcode gia công lòng khuôn trên 95

KẾT LUẬN CHƯƠNG III 99

TỔNG KẾT VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 100

Trang 8

CH Ữ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

NC (Number Control) – Điều khiển số

CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính

CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính DNC (Direct Numerical Control) – Hệ điều khiển DNC

FMS (Flexible Manufacturing System) – Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

CRT (Cathode Ray Tube) – Đèn chân không (màn hình)

Trang 9

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 : Những khuyết tật thường gặp trên sản phẩm nhựa ép phun 49

Bảng 2.1: Bảng đường kính kênh làm nguội theo kinh nghiệm sản xuất 60

Trang 10

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.3: Kết cấu khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng 15

Hình 1.4: Kết cấu khuôn ba tấm 16

Hình 1.5: Khuôn ba tấm 17

Hình 1.6 Khuôn nhiều tầng 17

Hình 1.8 Tháo ren 18

Hình 1.9 Sản phẩm của khuôn nhiều màu 19

Hình 1.10: Các kiểu bố trí lòng khuôn dạng hình chủ nhật 22

Hình 1.12 Hệ thống dẫn nhựa 22

Hình 1.13: Vị trí cuống phun 23

Hình 1.14: Bạc cuống phun trên khuôn 24

Hình 1.15:Các loại tiết diện kênh dẫn nhựa 25

Hình 1.16 Các loại hệ thống kênh dẫn nóng 26

Hình 1.17: Kênh cách ly 27

Hình 1.18 Miệng phun trên khuôn 28

Hình 1.19:Miệng phun kiểu băng và vết cắt nó để lại 29

Hình 1.20:Miệng phun kiểu gối 29

Hình 1.21: Miệng phun kiểu quạt 30

Hình 1.22:Miệng phun kiểu điểm 31

Hình 1.23:Kích thước thiết kế miệng phun điểm 31

Hình 1.24:Loại miệng phun ngầm dạng thẳng 32

Hình 1.25:Quá trình cắt miệng phun đường cong 32

Hình 1.26:Miệng phun không có van 32

Hình 1.27: Miệng phun kiểu có van 33

Hình 1.28: Hệ thống dẫn hướng 33

Hình 1.29: Chốt dẫn hướng 33

Hình 1.30: Bạc dẫn hướng 34

Hình 1.31:Tháo lõi mặt bên bằng cam chốt xiên 34

Hình 1.32:Tháo lõi mặt bên bằng chốt có mặt cam 35

Hình 1.33:Tháo lỏi mặt bên bằng cam chốt xoay góc 35

Trang 11

Hình 1.34:Tháo lỏi mặt bên bằng chốt dẻo 35

Hình 1.35:Tháo lõi mặt bên bằng cam chân chó 36

Hình 1.36: Tháo lõi bên bằng xilanh-pittông: 36

Hình 1.37: Hệ thống làm nguội 37

Hình 1.38: Hệ thống làm nguội hoàn chỉnh 37

Hình 1.39: Các phần tử trong hệ thống đẩy 38

Hình 1.40: Các phần tử trong hệ thống đẩy 39

Hình 1.41: Vị trí của chốt đẩy 39

Hình 1.42: Hệ thống đẩy dùng lưởi đẩy 40

Hình 1.43:Hệ thống đẩy dùng ống đẩy 40

Hình 1.44: Hệ thống đẩy dùng khí nén 41

Hình 1.45: Chốt đẩy tiêu chuẩn 41

Hình 1.46: Cấu trúc bộ khuôn 42

Hình 1.47: Mô phỏng bộ khuôn 43

Hình 1.48 Sản phẩm nhựa gia dụng 44

Hình 1.49 Sản phẩm nhựa kỹ thuật 44

Hình 2.1: Chi tiết nắp ổ cắm điện 52

Hình 2.2: Tấm khuôn trên 56

Hình 2.3: Tấm khuôn dưới 57

Hình 2.4: Tấm kẹp trên và dưới 57

Hình 2.5: Gối đỡ 57

Hình 2.6: Tấm giữ 58

Hình 2.7: Chốt dẫn hướng 58

Hình 2.8: Bạc dẫn hướng 59

Hình 2.9: Bạc cuống phun 59

Hình 2.11: Kiểu làm nguội 1 61

Hình 2.11: Kiểu làm nguội 2 62

Hình 3.1: Mô hình dạng solid của sản phầm 64

Hình 3.2: Mô hình dạng khung dây của sản phầm 64

Trang 12

PH ẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do nghiên c ứu đề tài

Bước vào thiên niên kỉ mới, con người ngày càng phải đối mặt với rất nhiều khó khăn của cuộc sống Và một trong những khó khăn lớn nhất mà con người phải đối mặt là sự cạn kiệt về nguồn nguyên vật liệu như gỗ và kim loại… Tuy nhiên, chính nhờ sự phát triển như vũ bão của khoa học kĩ thuật hiện nay đã đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của con người về mọi mặt, những vật liệu mới có các tính năng ưu việt hơn đã được tìm thấy Trong đó nỗi bật trên hết chính là vật liệu nhựa Những sản phẩm từ nhựa chiếm một tỉ trong ngày càng lớn, sản phẩm nhựa được sử dụng hầu hết tất cả lĩnh vực trong công nghiệp cũng như trong dân dụng, từ những vật liệu thông dụng trong cuộc sống cho đến những chi tiết máy đòi hỏi yêu cầu cao Với ưu điểm lí, hoá tính như: nhẹ, dẻo dai, đàn hồi tốt, bền, không bị ăn mòn

hoá học và đặc biệt tạo hình phức tạp và có thể tái sinh

Ngày nay, vật liệu nhựa đã tạo ra được những sản phẩm đáp ứng những yêu cầu cao, các chi tiết máy dần dần được thay thế bằng nhựa làm cho giá thành chế tạo giảm xuống đáng kể, tiết kiệm công sức chế tạo và vật liệu quí, trong khi khả năng làm việc của các chi tiết đó vẫn đảm bảonhư bánh răng, vỏ máy, vỏ xe… Các sản phẩm nhựa được cũng khẳng định được tính đa dạng và thông dụng trong cuộc sống như: keo dán, vỏ bọc cách điện, vật liệu cách li, vật liệu làm sàn, ống lắp ráp, các thiết bị phòng tắm, dây cáp, dây điện cách điện cách điện, phần lớn các chi tiết đúc và dây dẫn dùng trong hệ thống điện thoại… trong dân dụng, sản phẩm nhựa

đã đi sâu vào những ngóc ngách nhỏ nhất như: chén đĩa, chậu, xô, bàn ghế…

Với tốc độ phát triển trên đây, căn cứ vào những chỉ tiêu phát triển kinh tế 10 năm (2001 – 2010) của Nhà nước, với mức tăng bình quân GDP 7%/năm, đạt con

số thu nhập bình quân 860USD/người vào năm 2010 Mức tăng trưởng công nghiệp nói chung từ 13-14%/ năm Ngành nhựa Việt Nam hồ hởi bước vào thập niên đầu

của thế kỉ 21

Chúng ta dự kiến mức tăng trưởng của công nghiệp nhựa Việt Nam là

Trang 13

15%/năm trong 10 năm từ 2001-2010 cao hơn mức tăng trưởng công nghiệp chung

là 2%(mà bình quân trước đó của ngành công nghiệp nhựa là 30%/năm) thì tới năm

2010 sản phẩm toàn ngành nhựa sẽ đạt con số 3.850.000 tấn và mức bình quân chỉ

số chất dẻo là 40kg/người Doanh số từ 1,6tỷ USD/năm tăng lên 7 tỷ USD vào năm

2010

Vì vậy nhu cầu nghiên cứu thiết kế chế tạo khuôn mẫu cho sản phẩm nhựa ngay trong nước là vấn đề bức thiết mà đề tài đặt ra

Với những lý do trên, tác giả chọn đề tài: "Nghiên cứu Ứng dụng phần mềm

chuyên dụng CAD/CAM (Pro-engineer) thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa” làm

đề tài luận văn Thạc sĩ kỹ thuật của mình

Trong phạm vi giới hạn, luận văn này chỉ đề cập đến các nội dung cơ bản sau:

- Tổng quan về các công nghệ sản xuất nhựa

- Nghiên cứu vật liệu nhựa ứng dụng cho công nghệ ép phun

- Nghiên cứu phần mềm Proengineer

- Tính toán và thiết kế khuôn ép phun phích cắm điện

- Xuất file gia công lòng khuôn

Với sự hiểu biết và khả năng có hạn, luận văn này chắc chắn sẽ còn nhiều hạn chế, thiếu sót, rất mong được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo

và các bạn đồng nghiệp

2 M ục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu phương pháp ép phun nhựa sẳn xuất chi tiết nắp ở cắm điện

- Tính toán thiết kế khuôn ép phun

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

*) Đối tượng nghiên cứu:

- Ứng dụng công nghệ ép phun để chế tạo ra sản nắp ổ cắm điện từ nhựa

*) Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Trang 14

- Tổng quan về công nghệ ép phun hiện nay

- Tính toán thiết kế khuôn đúc áp lực sử dụng phần mềm Proengineer

4 Gi ả thiết khoa học

Hiện nay nhu cầu về sản phẩm nghựa là rất lớn, đặc biệt là với ngành điện do nhựa có tính các điện tốt Việc nhập khẩu sản phẩm trên từ thị trường ngoại quốc khiến giá thành sản phẩm rất cao Mặt khác, các sản phẩm hiện có trên thị trường

do Việt Nam sản xuất đều có chất lượng và năng suất sản phẩm không được cao

Trong những năm gần đây công nghệ ép phun nhựa tại Việt Nam đang dần cải thiện và khẳng định vai trò lớn trong các cơ sở sản xuất Các sản phẩm của khuôn ép phun ngày càng đa dạng như: nắp lọ, đồ chơi… Nhưng nhìn chung công nghệ ép phun ở các cơ sở sản xuất đều có hiệu quả làm việc không cao thể hiện là lượng phế phẩm trong mỗi ca làm việc khá lớn Nguyên nhân chính của thực trạng này là: Chất lượng khuôn đúc và vật liệu nhựa chưa đủ tốt, chưa ứng dụng CAE trong thiết kế khuôn

Đề tài đi sâu nghiên cứu một phương pháp mới để có thể làm ra sản phẩm, khác phục những yếu điểm của phương pháp đúc thông thường với sự hỗ thợ của các phần mềm thiết kế và mô phỏng chuyên dụng

5 Phương pháp nghiên cứu

- Đề tài này được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với tính toán mô phỏng thử nghiệm

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Tính toán thiết kế bằng phần mềm proengineer

- Gia công lòng khuôn và đánh giá kết quả

Trang 15

Các thông tin này thực sự quan trọng nhưng chúng ta cần lưu ý tới các vấn

đề sau:

Các tính chất cúa nhựa làm sản phẩm

Số lượng sản phẩm cần sản xuất là bao nhiêu để ta có thể tính toán sơ bộ tuổi thọ của khuôn

Chu kì ép hết bao nhiêu thời gian

Nơi sản phẩm sử dụng và sản phẩm dùng vào việc gì?

Dung sai lắp ghép của sản phẩm (nếu có)

Độ co rút của nhựa làm sản phẩm

Góc thoát khuôn bao nhiêu thì phù hợp

Loại hệ thống nào là phù hợp, kênh dẫn nguội hay kênh dẫn nóng hay cả hai loại

Vị trí miệng phun, dòng chảy, đường dẫn, nơi lỗi sản phẩm

Kích thước của miệng phun

Trên khuôn có khắc họa hoa văn hay kí tự gì không?

Các chi tiết thay thế cho khuôn khi cần thiết

Các thông số của máy ép phun, kích cở, kích thước đầu phun, công suất làm dẻo

Tính tự động hóa của máy

Thời gian hoàn thành

Giá thành

Ngoài các vấn đề trên nhà thiết kế cũng cần phải tiếp nhận thêm môt số

thông tin từ phía khách hàng để có một thiết kế thỏa mãn nhu cầu Khách hàng

Trang 16

1.2 CH ỌN LOẠI KHUÔN THIẾT KẾ

1.2.1 Khuôn hai t ấm

Khuôn hai tấm là loại khuôn đơn giản nhất So với khuôn ba tấm thì giá khuôn hai tấm rẻ hơn và chu kì ép phun ngắn hơn Đối với khuôn hai Tấm có một lòng khuôn thì không cần đến kênh dẫn nhựa vì nhựa sẽ điền đầy trực tiếp vào khuôn thông qua bạc cuống phun Đối với khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn ta nên quan tâm nhiều đến việc thiết kế kênh dẫn và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy vào các lòng khuôn

cùng lúc (vấn đề cân bằng dòng

chảy của nhựa) Trước khi bắt

đầu thiết kế khuôn loại này, ta

nên dùng một mẫu để phân tích

dòng và đòi hỏi các miệng

phun phải được bố trí thẳng

hoặc khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng

Hình 1.1: Khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội

Hình 1.2: Kết cấu khuôn hai tấm có nhiều lòng

Trang 17

Khuôn hai tấm dùng kênh dẫn nóng luôn giữ cho nhựa chảy trong bạc cuống phun, kênh dẫn và miệng phun nhựa chỉ đông đặc khi nó chảy vào lòng khuôn Khi khuôn mở ra thì chỉ có sản phẩm được lấy ra ngoài Khi khuôn đóng lại thì nhựa trong các kênh dẫn vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lòng khuôn một cách trực tiếp Kênh dẫn trong khuôn có thể bao gồm cả kênh dẫn nguội và kênh dẫn Nóng

Hình 1.3: Kết cấu khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng

Đối với loại khuôn này, các miệng phun phải được ở vị trí trung tâm của các lòng khuôn Điều này có nghĩa là các kênh dẫn phải được đặt xa mặt phân khuôn nhưng được không gây bất kỳ trở ngại nào cho việc thiết kế Loại khuôn này cũng phù hợp với khuôn có nhiều lòng khuôn có kích thước nhỏ hay những khuôn mà hệ thống kênh dẫn phức tạp và phí nhiều vật liệu

+ Ưu điểm:

+ Tiết kiệm vật liệu

+ Không có vết của miệng phun trên sản phẩm

+ Giảm thời gian chu kỳ

+ Điều khiển được sự điền đầy và dòng chảy của nhựa

+ Nhược điểm:

+ Giá thành cao hơn khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội

+ Khó đổi màu vật liệu + Hệ thống điều khiển nhiệt độ dễ bị hỏng

Trang 18

> Khuôn có nhiều lòng khuôn

> Khuôn có một lòng khuôn nhưng phức tạp nên cần hơn một vi trí phun nhựa

> Khó khăn trong việc chọn ra một vi trí phun thích hợp khác

> Vì phải cần bằng dông nhựa giữa các kênh dẫn với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn

Điểm đặc trưng của khuôn ba tấm là tự cắt đuôi kéo

Trang 19

Hình 1.5: Khuôn ba t ấm

+ Giá thành thấp hơn so với khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng

+ Ít bị hỏng hóc hơn khuôn có kênh dẫn nóng

+ Có thể phù hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém

+ Chu kỳ ép phun tăng do hành trình của dòng nhựa để điền đầy lòng

khuôn dài

+ Lãng phí nhiều vật liệu

+ Cần áp suất phun lâu để điền đầy

1.2.3 Khuôn nhi ều tầng

Hình 1.6 Khuô n nhiều tầng

Khuôn nhiều tầng được sử dụng với mục đích tạo ra sản phẩm với số lượng

lớn, tăng năng suất, giảm giá thành, giảm chi phí làm khuôn Tuy nhiên nó cũng ảnh

Trang 20

hưởng đến công việc thiết kế, gia công cũng như lắp ráp gặp khó khăn hơn do các thông số về độ phẳng, độ đồng tâm

1.2.4 Khuôn có lõi m ặt bên

Khi khuôn được thiết kế và đường phân khuôn đã cố định, thường có một số

phần của sản phẩm không tháo ra được ra được theo hướng mở của khuôn Trong

trường hợp đó cần đến các lõi mặt bên Có nhiều cách thiết kế lõi mặt bên bao gồm

kết cấu cam chốt xiên, chốt có mặt cam, chốt dẻo, chốt xiên, chốt xiên kép, cam chân chó, chốt tháo có lõi côn, trượt theo hướng cam

a) Tháo lõi bằng chốt xiên b) Tháo lõi bằng xylanh thủy lực

Hình 1.7 Tháo lõi bằng chốt xiên

1.2.5 Khuôn cho s ản phẩm có ren

Phần tử ren gồm có ren trong và ren ngoài Có nhiều cánh tháo ren như: tháo ren cưỡng bức, tháo ren bằng chốt gập, tháo ren bằng thanh răng bánh răng, tháo ren

bằng tay, tháo ren bằng chốt nhả

a) Tháo ren t rong bằng chốt gập nhả b) Tháo ren ngoài bằng chốt gập nhả

Hình 1.8 Tháo ren

Trang 21

1.2.6 Khuôn nhi ều màu

Khuôn nhiều màu là khuôn ép với các dạng sản phẩm gồm nhiều gia đoạn, mỗi gia đoạn sử dụng một khuôn riêng và quá trình này thương xảy ra liên rục cho đến khi ép xong hoàn chỉnh một sản phẩm

Hình 1.9 Sản phẩm của khuôn nhiều màu

1.3 TÍNH GIÁ KHUÔN

Sau khi chọn được loại khuôn cho thiết kế,điều quan trọng là người thiết kế phải đưa ra một giá khuôn phù hợp cho khách hàng Thông thường giá khuôn được tính bởi người thiết kế hay người chuyên báo giá của bộ phận kinh doanh Khi báo giá thường dựa vào kinh nghiệm và giá của loại khuôn đã được thiết kế trước đó Ngoài ra, người báo giá cũng có thể dựa vào tính phức tạp hay tính mới lạ của sản phẩm để báo giá Mục đích cuối cùng của việc báo giá là đưa ra một giá hợp lý và

có tính cạnh tranh trên thi trường Do đó người báo giá và người thiết kế cần phải hiểu rõ loại khuôn sẽ được làm và họ thực sự phải ăn khớp với nhau để tránh trường hợp báo giá quá cao hay quá thấp Tuy nhiên mộ số khách hàng đã tính sơ bộ giá khuôn trước khi họ đặt hàng vì thế giá khuôn cũng có thể được định ngay thời điển đặt hàng

Trang 22

1.4 THI ẾT KẾ LÒNG KHUÔN

1.4.1 S ố lòng khuôn

Ta có thể cân nhắc để chọn số lòng khuôn phù hợp với các thông tin sau:

 Kích thước máy ép phun (Năng suất phun lớn nhất và lực kẹp lớn nhất)

 Thời gian dao hàng

 Yêu cầu về chất lượng sản phẩm

 Kết cấu và kích thước khuôn

 Giá thành khuôn

Số lòng khuôn thông thường được thiết kế theo dãy số sau:2, 4, 6, 8, 12, 16, 24,

32, 48, 64, 96, 128 vì các lòng khuôn sẽ dễ dàng được sắp xếp theo hình chữ nhật hoặc hình tròn Thông thường ta có thể tính số lòng khuôn cần thiết trên khuôn dựa vào: Số lượng sản phẩm, năng suất phun và năng suất làm dẻo của máy phun, lực

kẹp khuôn của máy

Số lòng khuôn tính theo số lượng sản phẩm trong đơn đặt hàng:

n = L x K x tc / (24 x 3600 x tm) Trong đó:

n: Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn

L: Số sản phẩm trong một lô sản xuất

K: Hệ số do phế phẩm, K=1/(1-k) 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 này.(ngày)

• Số lòng khuôn tính theo năng suất phun của ép phun:

n = 0,8xS/W Trong đó:

S: Năng suất phun của máy (gam/một lần phun)

W: Trọng lựong của sản phẩm (g)

• Số lòng khuôn tính theo năng suất làm dẻo của máy:

n = P/(X x W)

Trang 23

Trong đó:

P: Năng suất làm dẻo của máy (g/phút)

X: Tần số phun trong 1 phút (1/phút)

W: Trọng lượng của sản phẩm (g)

• Số lòng khuôn tính theo lực kẹp khuôn của máy:

n = S x P/ FP Trong đó:

S: Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm kể cả các rãnh dòng tính theo hướng đóng khuôn (mm2)

Fp : Lực kẹp khuôn tối đa của của máy (N)

P: Áp suất trong khuôn (Mpa)

1.4.2 Cách b ố trí lòng khuôn

Trên thực tế, người ta thường bố trí lòng khuôn theo kinh nghiệm mà không có bất kỳ sự tính toán hay mô phỏng nào Nhưng nếu làm như vậy đôi khi ta gặp một số lỗi trên sản phẩm, đặc biệt đối với những khuôn có các lòng khuôn khác nhau trên cùng một khuôn và khi ấy ta phải sửa lại khuôn (điều này

rất tốn công và tốn kém thời gian tiền bạc) Do đó ta nên mô phỏng quá trình điền đầy của từng lòng khuôn mà không có hệ thống kênh dẫn để biết chúng được điền đầy như thế nào Từ đó ta sẽ thiết kế hệ thống kênh dẫn để tạo sự cân

bằng dòng cho từng lòng khuôn

Khi bố trí lòng khuôn ta nên bố trí lòng khuôn theo các cách sau:

Trang 24

Hình 1.10 : Các kiểu bố trí lòng khuôn dạng hình chủ nhật

Hình 1.11 : Các kiểu bố trí lòng khuôn dạng hình tròn và đường thẳng

1.5 THI ẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN NHỰA

Hệ thống nhựa trong khuôn làm nhiệm vụ đưa nhựa từ vòi phun của Máy

ép phun vào các lòng khuôn Hệ

thống này gồm: cuống phun, kênh

dẫn và miệng phun Thông thường

người ta thiết kế kênh dẫn và miệng

phun trước rồi mới đến cuống phun

vì kích thước của cuống phun phụ

thuộc vào kích thước kênh dẫn và

miệng phun

Hình 1.12 Hệ thống dẫn nhựa

Trang 25

vì sẽ làm tăng thời gian làm nguội và tốn vật liệu Trên thực tế người ta ít gia công cuống phun liền trên khuôn (trừ những khuôn đơn giản) mà dùng bạc

cuống phun để tiện gia công và thay thế

Hiện tại trên thi trường có 3 loại bạc cuống phun phổ biến có các đường kính ngoài 12mm, 14mm, 20mm Tùy thuộc vào khối lượng từng sản phẩm, kích thước kênh dẫn và đường kính của vòi phun trên máy phun mà ta dùng

loại bạc cuống phun nào cho phù hợp

Cuống Phun

Trang 26

Hình 1.14: Bạc cuống phun trên khuôn

Trên khuôn, cuống phun sẽ được đẩy rời khỏi khuôn cùng lúc với sản

phẩm Do đó cần có một bộ phận kéo cuống phun ở lại trên tấm di động (tấm

vào đó, người thiết kế có thể lợi dụng phần nhựa để giữ cuống phun làm đuôi

nguội chậm (cold slug well) nhờ đó mà quá trình điền đầy các lòng khuôn tốt hơn

1.5.2 Kênh d ẫn nhựa (Runners)

Các kênh dẫn nhựa là cầu nối giữa các miệng phun và cuống phun Chúng làm nhiệm vụ đưa nhựa vào các lòng khuôn Vì thế khi thiết kế chúng cần phải tuân thủ một số các nguyên tắc kỹ thuật để đảm bảo chất lượng cho hầu hết sản phẩm Sau đây là một số nguyên tắc mà ta cần phải tuân thủ:

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

> Nhựa kênh dẫn phải thoát khuôn dễ dàng

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

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

Trang 27

Kênh dẫn có nhiều dạng mặt cắt ngang khác nhau nhưng phổ biến là các loại kênh dẫn có mặt cắt ngang hình tròn, hình thang hiệu chỉnh, hình thang, hình chữ nhật và hình bán nguyệt

Hình 1.15: Các loại tiết diện kênh dẫn nhựa

Để so sánh các loại kênh dẫn người ta dùng chỉ số đường kính thủy lực và sự cản dòng Khi đường kính cành lớn thì sự cản dòng càng bé Ta có thể tính đường kính thủy lực dựa vào công thức sau:

Dh = 4A/P

Với Dh: Đường kính thủy lực

A: Diện tích mặt cắt ngang

P: Chu vi

b) Kích thước kênh dẫn nhựa

Việc tính toán để có đường kính và chiều dài kênh dẫn hợp lý là rất quan trọng vì khi một kênh dẫn quá lớn hay quá dài sẽ làm cản trở đòng và gây

tốn nhiều vật liệu, làm tăng thời gian chu kỳ Do đó ta nên thiết kế kênh dẫn

nhỏ ở mức có thể để lợi dụng nhiệt ma sát trên nó gia nhiệt cho nhựa lỏng giúp quá trình điền đầy lòng khuôn thuận lợi hơn và sản phẩm ít bị quá nhiệt

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

D = W x L/3,7

Trong đó: D: đường kính kênh dẫn (mm)

W: khối lượng sản phẩm (g) L: chiều dài kênh dẫn (mm)

Hoặc: D=DxfL

Trang 28

Trong đó: D: đường kính kênh dẫn tham khảo

fL: hệ số chiều dài

Kênh dẫn nóng được dùng cho những sản phẩm có kích thước lớn (Vỏ tivi,

vi tính, các chi tiết trên xe hơi…) hoặc mỏng hoặc làm bằng loại nhựa cần được duy trì tời nhiệt chảy dẻo như: HDPE, LDPE, POM, PBT, PC… Bên trong kênh

dẫn nhựa sẽ luôn được duy trì trạng thái chảy dẻo để đảm bảo sản phẩm được điền đầy đồng bộ

Hình 1.16 Các loại hệ thống kênh dẫn nóng

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

* Kênh dẫn cách ly (insulated runners):

Kênh dẫn cách ly có cấu tạo gồm một lớp nhựa nguội đóng vai trò là một 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 có thể di chuyển lên xuống đóng ngắt dòng phun

nhựa Như vậy, kích thước miệng phun lớn hay nhỏ sẽ tùy thuộc vào khe hở mà

chốt cho dòng nhựa chảy qua

Trang 29

- Cần thời gian khởi động dài để ổn định nhiệt chảy dẻo

- Đôi khi gặp một số lỗi trong quá trình điền đầy

- Khó đổi màu vật liệu

 Kênh dẫn có gia nhiệt (heated runners):

Kênh dẫn có gia nhiệt gồm hai loại: loại gia nhiệt trong và gia nhiệt ngoài Kênh dẫn gia nhiệt ngoài có bộ gia nhiệt bao quanh lõi nhựa nóng Còn kênh dẫn gia nhiệt trong thì có nhựa bao quanh chốt nóng.Tương tự như kênh dẫn cách ly, lưu lượng phun đều được điều khiển bởi sự di chuyển của chốt

1.5.3 Mi ệng phun cho kênh dẫn nguội

Miệng phun là ngõ kết nối kênh dẫn và lòng khuôn Miệng phun có chức

năng rất quan trọng là đưa nhựa lỏng điền đầy vào lòng khuôn vì thế việc tính toán kích thước và bố trí miệng phun có ý nghĩa quyết định đến chất lượng sản

phẩm

Trang 30

Hình 1.18 Miệng phun trên khuôn

Loại miệng phun trực tiếp thường dùng cho các khuôn có một lòng khuôn, nơi

mà vật liệu được điền đầy vào lòng khuôn trực tiếp mà không qua hệ thống kênh dẫn Chính vì không có hệ thống kênh dẫn nên việc mất áp trong quá trình điền đầy là rất

bé Tuy nhiên, nhược điểm của loại miệng phun này là để lại vết cắt rất lớn trên bề

mặt sản phẩm Sự co rút được quyết định bởi bề dày sản phẩm và đừờng kính

Miệng phun cắt bằng tay là loại miệng phun dính theo sản phẩm sau khi

ép phun Ta dễ dàng nhận ra các sản phẩm nhựa có miệng phun cắt bằng tay qua

vết cắt còn lại trên bề mặt của chúng Do đó, với loại miệng phun này nên thiết kế

kích thước nhỏ ở mức có thể để đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm miệng phun Điển hình là sự co rút của phẩn nhựa gần miệng phun sẽ nhỏ và tại miệng phun

sẽ lớn Điều này đưa đến hậu qủa là ứng suất càng gần miệng phun lớn

Miệng phun kiểu băng thường được làm giảm ứng suất trong lòng khuôn và

ngăn ngừa lỗi tạo đuôi cho các chi tiết phẳng và mỏng Ứng suất sinh ra trong lòng khuôn sẽ được tập trung ở băng, mà sẽ được cắt bỏ sau khi ép phun Miệng phun

kiểu băng phù hợp dùng cho các loại nhựa PC, Acrylic, SAN, ABS, …

Trang 31

Hình 1.19 :Miệng phun kiểu băng và vết cắt nó để lại

Là loại miệng phun thông dụng, có thể dùng cho nhiều sản phẩm bởi kết cấu

rất đơn giản và không cần độ chính xác cao Miệng phun cạnh được đặt trên mặt phân khuôn và điền đầy lòng khuôn từ bên hông,trên hay dưới

Là là miệng phun tương tự như miệng phun kiểu cạnh, chỉ khác nhau ở chỗ

là miệng phun nằm lấp trên bề mặt sản phẩm

Hình 1.20 :Miệng phun kiểu gối

Miệng phun kiểu quạt thực chất cũng là miệng phun kiểu cánh có bề rộng

bị biến đổi Miệng phun kiểu này cho dòng chảy êm và cho phép điền đầy lòng khuôn một cách nhanh chóng nên rất phù hợp cho các sản phẩm lớn và dày

Trang 32

Thêm vào đó, miệng phun kiểu quạt cũng tạo ra dòng chảy lan tỏa nên giúp tránh đ ư ợ c đường hàn ở nơi có bề dày mỏng trên sản phẩm

Hình 1.21: Miệng phun kiểu quạt

Miệng phun kiểu quạt nên được làm côn ở cả bề rộng lẩn bề dày để có

mặt cắt ngang không thay đổi Điều này giúp đảm bảo:

+ Vận tốc chảy là hằng số

+ Toàn bộ bề rộng được dùng cho lưu lượng

+ Áp suất như nhau qua toàn bộ bề rộng

Miệng phun điểm thường dùng cho khuôn ba tấm có nhiều lòng khuôn, hay

có kích thước lòng khuôn lớn Khi thiết kế miệng phun điểm ta thường dùng kênh dẫn có tiết diện hình thang hay hình thang biến đổi để tiện việc gia công và

lắp chốt kéo hệ thông kênh dẫn để miệng phun rời khỏi sản phẩm dễ dàng hơn Ưu điểm chính của miệng phun điểm là giúp bố trí nhiều miệng phun vào cùng một lòng khuôn khi lòng khuôn có kích thước lớn Đ i ề u này khiến quá trình điền đầy các vùng khác nhau trên sản phẩm diễn ra nhanh chóng và tốt hơn Tuy nhiên,

Trang 33

cần lưu ý khuôn có thể bi tăng nhiệt gây quá nhiệt đối với những vật liệu có cấu trúc sợi dài và có độ nhớt thấp do miệng phun có kích thước nhỏ

Hình 1.22 :Miệng phun kiểu điểm

Kích thước khuyên dùng cho thiết kế:

Hình 1.23: Kích thước thiết kế miệng phun điểm

khuôn Khi thiết kế sản phẩm nhỏ và cần cắt keo mặt bên ta nên nghĩ đến kiểu

miệng phun này

Có hai loại miệng phun ngầm: miệng phun ngầm đường thẳng và miệng phun ngầm đường cong

+ Miệng phun ngầm đường thẳng:

Trang 34

Hình 1.24: Loại miệng phun ngầm dạng thẳng

+ Miệng phun đường cong:

Hình 1.25 :Quá trình cắt miệng phun đường cong

Miệng phun loại này đã được tiêu chuẩn hóa cùng với hệ thống kênh dẫn

và cuống phun Do đó khi cần ta chỉ việc liên hệ với các nhà sản xuất và tiếp thu

lời khuyên từ họ để có được thiết kế thích hợp

Kiểu không có van: Miệng phun kiểu này sẽ bi 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

Hình 1.26 :Miệng phun không có van

Kiểu có van: Trong kênh dẫn có thêm 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 cường kích thước đường kính miệng phun lớn hơn và điều khiển quá trình định hình tốt hơn

Trang 36

c) Loại không có vai tự bôi trơn: d) Loại có vai tự bôi trơn:

Hình 1.30: Bạc dẫn hướng

1.7 H Ệ THỐNG LÕI MẶT BÊN (HỆ THỐNG TRƯỢT)

Sau khi thiết kế xong mặt phân khuôn cho sản phẩm, nhiều khi có một số

phần trên sản phẩm bị vướng, không tháo được theo hướng mở khuôn Lúc này

ta cần phải có một hệ thống lõi mặt bên để tháo ra các phần bị vướng

1.7.1 Các k ết cấu tháo lõi mặt bên nhờ hướng mở khuôn

Khi mở khuôn, chốt xiên bắt vào tấm cố định làm cho lõi đẩy sang trái Khi đóng khuôn trở lại, chốt xiên đẩy lõi về vị trí ban đầu hình thành lòng khuôn Lõi được giữ chặt ở đúng vị trí nhờ bộ phận chặn lõi

Hình 1.31:Tháo lõ i mặt bên bằng cam chốt xiên

Khi chốt đẩy lên, lòng khuôn trượt theo biên dạng của chốt và đẩy sản phẩm

ra ngoài

Trang 37

Hình 1.32:Tháo lõ i mặt bên bằng chốt có mặt cam

Khi khuôn mở, chốt bi xoay đi một góc và tháo sản phẩm

Hình 1.33:Thá o lỏi mặt bên bằng cam chốt xoay góc

Trang 38

Hình 1.35:Tháo lõ i mặt bên bằng cam chân chó

1.7.2 Tháo lõi bên b ằng xilanh-pittông

a) Kiểu có nêm khóa b) Kiểu khóa

Hình 1.36: Tháo lõ i bên bằng xilanh-pittông:

1.8 H Ệ THỐNG LÀM NGUỘI

Nhựa lỏng sau khi vào khuôn phải được làm nguội thật 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 khuôn có vai trò hết sức quan trọng

vì nó quyết định toàn bộ chu kỳ ép phun

Trang 39

A: Bể chứa (Collectionmanifold) B: Khuôn (Mold)

C: Ống phân phối nước hoặc hỗn hợp làm nguội (Supplymanifold)

D: Bơm (Pump)

E: Kênh làm nguội (Regularcoolingchannels)

F: Ống dẫn (Hoses)

G: Vách làm nguội (Baffels)

H: Bộ điều khiển nhiệt (Temperature controllers)

1.9 H Ệ THỐNG RẢNH THOÁT KHÍ

Các rãnh thoát khí nên được bố trí ở những chỗ mà vật liệu được điền đầy sau cùng để tránh kẹt khi gây ra các vết cháy hoặc sản phẩm không được điền

Trang 40

đầy hoàn toàn Chiều sâu của rãnh thoát khí tuân thủ theo kích thước khuyên dùng

để tránh sản phẩm ra là phế phẩm

1.10 H Ệ THỐNG ĐẨY

Sau khi sản phẩm trong khuôn được làm nguội, khuôn mở ra Lúc này sản

phẩm vẫn còn dính trên cối khuôn do sức hút chân không nên cần hệ thống đẩy để đẩy sản phẩm rơi ra

1.10.1 Các lo ại hệ thống đẩy thường dùng

Các chốt đẩy được gia công rất chính xác và được chọn theo tiêu chuẩn Thông thường, các chốt đẩy chỉ được gia công chính xác ở phần dẫn hướng và được lắp theo hệ thống trục Độ cứng của thân chốt khoảng 60÷65 HRC, độ cứng

của đầu chốt khoảng 30÷35 Rc

Hình 1.39: Các phần tử trong hệ thống đẩy

+ Một số loại chốt đẩy:

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	2,22 MB