Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun nhựa chi tiết mặt ga lăng xe tải

Bài báo này ứng dụng công nghệ thiết kế ngược và công nghệ CAE để thiết kế, chế tạo khuôn ép phun nhựa cho chi tiết mặt ga lăng xe tải, một trong các linh kiện của dòng xe tải Kia K200/K

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM ĐÌNH LÀNH

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN ÉP PHUN NHỰA

CHI TIẾT MẶT GA LĂNG XE TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Đà Nẵng – Năm 2020

DUT.LRCC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM ĐÌNH LÀNH

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN ÉP PHUN NHỰA

CHI TIẾT MẶT GA LĂNG XE TẢI

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã số: 85.20.103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CUNG

Đà Nẵng – Năm 2020

DUT.LRCC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phạm Đình Lành

DUT.LRCC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN ÉP PHUN NHỰA

CHI TIẾT MẶT GA LĂNG XE TẢI

Học viên: PHẠM ĐÌNH LÀNH Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 85.20.103 Khóa: 35 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắc: Khuôn ép phun nhựa hiện đang được ứng dụng để sản xuất các linh kiện sản

xuất bằng phương pháp gia công ép phun nhựa cho ô tô trên thế giới ở việt nam chưa được các nhà sản xuất ứng dụng chế tạo linh kiện nội địa hóa vì gặp khó khăn về sản lượng và về công nghệ Bài báo này ứng dụng công nghệ thiết kế ngược và công nghệ CAE để thiết kế, chế tạo khuôn ép phun nhựa cho chi tiết mặt ga lăng xe tải, một trong các linh kiện của dòng xe tải Kia (K200/K250), góp phần nâng cao tỷ lệ nội địa hóa của

xe, giảm giá thành sản phẩm và chủ động trong sản xuất Trên cơ sở này, tôi tiếp tục ứng dụng để sản xuất gia công tất cả các bộ khuôn ép phun nhựa sau này cho các loại linh kiện tương tự của xe tải, xe khách và xe du lịch trong tương lai

Từ khóa - khuôn ép phun; thiết kế ngược; nội địa hóa; xe tải

DESIGN AND MANUFACTURE OF PLASTIC SPRAY MOLD DETAIL

FRONT TRUCK GAUGE TRUCK Abstract: The plastic injection mould is increasingly being used in plastic injection processing for automobiles today In Vietnam, the automakers have not yet used this technology for making components because of the difficulties of production and technology This article applies reserve engineering and CAE technology to design and manufacture plastic injection mould for calandre, one of the Kia truck’s components (k200,k250), contributing to increase the localization rate of the car, reduce product price and take the initiative in production On this basic, i am conducting applications

to manufacture all of plastic injection mould later for the same types of trucks, bus and passenger cars in the future

Key words - plastic injection mould; reserve engineering; localization; truck

DUT.LRCC

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TÓM TẮC ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

MỞ ĐẦU 1

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

V Ý NGHĨA THỰC TIỄN 2

VI DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 2

VII DÀN Ý NỘI DUNG CHÍNH: 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Các sản phẩm nhựa điển hình trong ngành công nghiệp ô tô: 4

1.1.1 Mặt ga lăng: 4

1.1.2 Bảng điều khiển cửa (Door Panel): 4

1.1.3 Bảng tín hiệu (Instrument Panel): 5

1.1.4 Nội thất xe (Car Interior Parts): 5

1.1.5 Cản trước và sau (Front and Rear Bumper): 6

1.2 Tổng quan về công nghệ thiết kế ngược: 7

1.2.1 Định nghĩa thiết kế ngược: 7

1.2.2 Ưu điểm của thiết kế ngược trong sản xuất: 7

1.2.3 Quy trình thiết kế ngược: 8

1.2.4 Ứng dụng: 9

1.3 Tổng quan về khuôn ép phun nhựa: 9

1.3.1 Khái niệm về khuôn: 9

DUT.LRCC

1.3.2 Phân loại khuôn ép phun nhựa: 10

1.3.3 Kết cấu chung của một bộ khuôn: 11

1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu: 12

1.4.1 Tình hình nghiên cứu hiện nay: 12

1.4.2 Các công trình nghiên cứu liên quan: 13

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHI TIẾT BẰNG CÔNG NGHỆ 15

THIẾT KẾ NGƯỢC 15

2.1 Phân tích và xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm: 15

2.1.1 Đặc điểm, thông số kỹ thuật mặt ga lăng xe tải Kia (K200/K250): 15

2.1.1.1 Đặc điểm của chi tiết: 15

2.1.1.2 Thông số kỹ thuật: 15

2.1.2 Lập phương án thiết kế: 16

2.1.2.1 Các phương án thiết kế chi tiết: 16

2.1.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu: 17

2.1.3 Quy trình thiết kế sản phẩm: 18

2.2 Tái tạo chi tiết bằng công nghệ thiết kế ngược: 18

2.2.1 Chuẩn bị sản phẩm và thiết bị đo: 18

2.2.2 Giai đoạn lấy mẫu số hóa bề mặt: 19

2.2.3 Giai đoạn xử lý dữ liệu số hóa: 20

2.3 Thiết lập bản vẽ chi tiết: 22

2.3.1 Mặt ga lăng xe tải chi tiết 1: 22

2.3.2 Mặt ga lăng xe tải chi tiết 2: 23

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN 25

3.1 Tính toán thiết kế khuôn mặt ga lăng xe tải Kia (K200/K250): 25

3.1.1 Tính toán thiết kế khuôn dựa trên các số liệu ban đầu: 25

3.1.1.1 Tính toán khối lượng sản phẩm: 25

3.1.1.2 Tính toán hệ thống làm mát: 26

DUT.LRCC

3.1.1.3 Tính toán lực kẹp khuôn: 26

3.1.2 Thiết kế kết cấu khuôn: 27

3.1.2.1 Bố trí lòng khuôn: 27

3.1.2.2 Nhập hệ số co rút cho sản phẩm: 27

3.1.2.3 Thiết kế mặt phân khuôn: 28

3.1.2.4 Xây dựng kết cấu khuôn (moldbase): 29

3.1.2.5 Thiết kế hệ thống vấu chặn (slide): 30

3.1.2.6 Xác định kích thước khuôn: 33

3.1.2.7 Thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm: 35

3.1.2.8 Thiết kế hệ thống kênh dẫn: 36

3.1.2.9 Thiết kế hệ thống làm mát: 38

3.1.3 Kiểm nghiệm sức bền khuôn: 39

3.1.3.1 Bài toán kiểm tra sức bền khuôn: 39

3.1.3.2 Thiết lập bài toán phần tử hữu hạn: 40

3.1.3.3 Sơ đồ tính toán sức bền khuôn: 42

3.1.3.4 Giải bài toán và xử lý kết quả: 43

3.2 Mô phỏng quá trình ép phun sản phẩm bằng phần mềm moldflow: 45

3.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm Moldflow: 45

3.2.2 Một số chức năng của Moldflow: 46

3.2.3 Mô phỏng quá trình ép phun sản phẩm trên phần mềm Moldflow: 47

3.2.3.1 Thiết lập các điều kiện ban đầu: 47

3.2.3.2 Chia lưới sản phẩm: 48

3.2.3.3 Kết quả phân tích mô phỏng: 49

3.2.3.4 Phân tích các khuyết tật: 52

3.3 Xác định thông số kỹ thuật hợp lý cho quá trình phun ép sản phẩm: 54

3.3.1 Nhận xét, chỉnh sửa và hiệu chỉnh khuôn: 54

3.3.2 Xác định thông số ép phun cho sản phẩm: 55

DUT.LRCC

CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM KHUÔN 56

4.1 Quy trình gia công các chi tiết khuôn: 56

4.1.1 Quy trình gia công tấm khuôn cố định: 56

4.1.2 Quy trình gia công tấm khuôn di động: 58

4.2 Quy trình lắp ráp khuôn: 63

4.2.1 Quy trình lắp ráp khuôn cố định: 63

4.2.2 Quy trình lắp ráp khuôn di động: 65

4.3 Thử nghiệm - đánh giá sản phẩm và khuôn: 66

4.3.1 Thử nghiệm sản phẩm: 66

4.3.2 Đánh giá sản phẩm: 70

4.3.3 Đánh giá khuôn: 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC ĐI KÈM 76 DUT.LRCC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

1.1 Kết cấu chung của một bộ khuôn ép phun nhựa 12 2.1 Thông số kỹ thuật mặt ga lăng xe tải Kia (K200/K250) 15 2.2 Phân tích ưu, nhược điểm của từng loại công nghệ 17

3.1 Kết cấu chính của khuôn mặt ga lăng xe tải Kia

3.2 Thiết lập các thông số ban đầu cho quá trình mô phỏng 47

DUT.LRCC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

1.6 Chi tiết cản sau và cản trước của xe ô tô 6

1.8 So sánh quy trình thiết kế thuận và thiết kế ngược 8 1.9 Vị trí phần cavity (khuôn cố định) và phần core

2.1 Quy trình thiết kế chi tiết mặt ga lăng xe tải 18

2.4 Dữ liệu Scan sản phẩm trên phần mềm Geomagic

28 DUT.LRCC

Số hiệu hình ảnh Tên hình ảnh Trang

3.4 Kết cấu khuôn mặt ga lăng xe tải

29 3.5 Các vị trí cần bố trí vấu chặn (slide)

30 3.6 Kết cấu của một vấu chặn (slide) ngoài

30 3.7 Tính thông số cho vấu chặn ngoài/ slide ngoài

31 3.8 Kết cấu của một vấu chặn trong/ slide mặt trong

32 3.9 Cách tính hành trình slide trong

37

38 3.16 Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát

43 3.22 Biểu đồ trường ứng suất Von Mises Stress

Số hiệu hình ảnh Tên hình ảnh Trang

49 3.27 Mô phỏng thời gian điền đầy sản phẩm

52 3.31 Mô phỏng đường hàn trên sản phẩm

53

53 3.33 Mô phỏng độ lõm trên bề mặt sản phẩm

54 4.1 Gia công tấm khuôn cố định trên máy CNC

58 4.2 Gia công tấm khuôn di động trên máy CNC

70 4.8 Bảng kiểm tra kích thước chi tiết 2

71 4.9 Bảng kiểm tra đánh giá lắp ráp sản phẩm

71

73 DUT.LRCC

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Nền công nghiệp nước ta trong thời gian qua đã có sự phát triển mạnh mẽ, đóng góp nhiều cho sự phát triển của đất nước Tuy nhiên thị trường các sản phẩm nói chung và đặc biệt là sản phẩm cơ khí, nhựa của ngành ô tô nước ta ngày càng đòi hỏi yêu cầu cao hơn về chất lượng, độ chính xác gia công, mức độ tự động hóa trong sản xuất, yêu cầu mẫu mã sản phẩm phải được thay đổi thường xuyên, linh hoạt

- Nhu cầu về thiết kế phát triển sản phẩm mới, chép mẫu và thiết kế lại từ các sản phẩm

đã có cũng như nhu cầu về sản xuất, chế tạo các bộ khuôn có độ chính xác và độ phức tạp cao là rất lớn Để đáp ứng được yêu cầu trên, ta phải nghiên cứu phát triển, áp dụng các công nghệ mới vào sản xuất nổi bật trong số đó là công nghệ CAD/CAM/CNC và công nghệ thiết kế ngược

- Hiện nay dòng xe tải Kia (K200/K250) được THACO sản xuất với hầu hết các linh kiện trong được nhập khẩu từ Hàn Quốc với giá thành cao và không chủ động được trong sản xuất Vì vậy để giảm giá thành, chủ động trong sản xuất, THACO đã hướng đến mục tiêu tăng tỉ lệ nội địa hóa và nâng cao khả năng cạnh tranh với thị trường ô tô trong nước Nhờ sự phát triển của công nghệ và vấn đề cấp thiết trên em đã chọn đề tài

“Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun nhựa chi tiết mặt ga lăng xe tải”

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược để tái tạo chi tiết mặt ga-lăng xe tải

- Thiết kế khuôn ép phun nhựa cho chi tết mặt ga-lăng xe tải Kia (K200/K250); mô phỏng quá trình ép phun nhựa sử dụng phần mềm Moldflow

- Gia công khuôn ép phun, thử nghiệm ép phun chi tiết mặt ga-lăng xe tải Kia (K200/K250); xác định các thông số công nghệ ép phun tối ưu nhằm tránh khuyết tật cho sản phẩm

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng nghiên cứu:

- Chi tiết mặt ga-lăng xe tải Kia (K200/K250)

- Công nghệ thiết kế ngược

DUT.LRCC

- Phương pháp thiết kế khuôn

- Phần mềm Moldflow

2 Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu trong khuôn ép phun nhựa mặt ga lăng cho xe tải Kia (K200/K250)

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng

- Phương pháp, kỹ thuật thiết kế ngược

- Công nghệ CAD/ CAM/ CNC

- Phương pháp thực nghiệm: Theo dõi quá trình gia công và lắp ráp thực tế

- Từ kết quả theo dõi quá trình sản xuất khuôn thực tế, ta sẽ so sánh với kết quả lý thuyết,

mô phỏng, từ đó đưa ra các thông số tối ưu trong quá trình sản xuất sau này

VI DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

- Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược tái tạo và xây dựng bản vẽ chế tạo cho sản phẩm chi tiết mặt ga lăng xe tải

- Ứng dụng phần mềm Moldflow để mô phỏng quá trình ép phun nhựa, xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của quá trình phun ép nhựa

- Thiết kế, chế tạo bộ khuôn nhựa hoàn thiện cho chi tiết mặt ga-lăng xe tải Kia (K200/K250)

- Thực nghiệm ép phun nhựa để tạo ra sản phẩm chi tiết mặt ga-lăng xe tải Kia (K200/K250)

DUT.LRCC

VII DÀN Ý NỘI DUNG CHÍNH:

MỞ ĐẦU

Chương 1: TỔNG QUAN

1 Các sản phẩm nhựa điển hình trong ngành công nghiệp ô tô

2 Tổng quan về công nghệ thiết kế ngược

3 Tổng quan về khuôn ép phun nhựa

4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

Chương 2: THIẾT KẾ CHI TIẾT BẰNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC

1 Phân tích và xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm

2 Tái tạo chi tiết bằng công nghệ thiết kế ngược

3 Thiết lập bản vẽ chi tiết

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN

1 Tính toán thiết kế khuôn mặt ga lăng xe tải Kia (K200/K250)

2 Mô phỏng quá trình ép phun sản phẩm trên phần mềm Moldflow

3 Xác định thông số kỹ thuật hợp lý cho quá trình phun ép sản phẩm

Chương 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM KHUÔN

1 Quy trình gia công các chi tiết khuôn

2 Quy trình lắp ráp khuôn

3 Thử nghiệm – đánh giá sản phẩm và khuôn

KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỀ TÀI

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Các sản phẩm nhựa điển hình trong ngành công nghiệp ô tô:

Công nghệ ép phun được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ ô tô, tận dụng tính năng cơ lý của vật liệu, cùng khả năng công nghệ ưu việt Công nghệ ép phun tạo nên những chi tiết lớn, phức tạp, yêu cầu thẩm mỹ cao cũng như độ bền, độ dai va đập, đồng thời đáp ứng được những yêu cầu khắc khe nhất trong ngành công nghệ ô tô hiện nay

1.1.1 Mặt ga lăng:

Mặt ga lăng được chế tạo gồm hệ thống lưới cho phép không khí đi vào Mặt khác, hệ thống lưới này còn chức năng bảo vệ bộ tản nhiệt và động cơ

Sản xuất bằng vật liệu nhựa cao cấp mang lại sự tinh tế, sang trọng và nổi bật cho

xe giúp gia tăng thời gian sử dụng Đồng thời, đảm bảo độ sáng bóng không bị xỉn màu với độ bền cao khả năng chống chịu va đập giúp mang lại thời gian tuổi thọ cho sản phẩm

Hình 1.1: Mặt ga lăng xe tải

Hình 1.2: Mặt ga lăng xe Bus Thaco

1.1.2 Bảng điều khiển cửa (Door Panel):

Là một trong những chi tiết nội thất của xe, bảng điều khiển tích hợp nhiều thiết

bị công nghệ giúp người điều khiển và hành khách thuận tiện trong quá trình vận hành

xe như tính năng đóng, mở, khóa cửa; hệ thống lạnh và sưởi…

Nhựa đặc trưng dùng chế tạo bảng điều khiển cửa là ABS, PP và một số loại nhiệt nhựa dẻo có chất tăng bền như sợi thủy tinh…

DUT.LRCC

Hình 1.3: Bảng điều khiển cửa

1.1.3 Bảng tín hiệu (Instrument Panel):

Nằm ở phía trước người lái xe, nơi lắp đặt các thiết bị điều khiển, hiển thị các thông số trong quá trình vận hành xe

Bảng điều khiển thường được làm bằng nhựa ABS, PP, PPE, SMA…Những chất dẻo này cho phép thiết kế các sản phẩm phức tạp Ngoài ra chúng còn sử dụng để gia công các bộ phận nội thất còn lại của xe ô tô

Hình 1.4: Bảng điều khiển xe

1.1.4 Nội thất xe (Car Interior Parts):

Các yếu tố ảnh hưởng đến nội thất xe là độ thoải mái, sang trọng, thẩm mỹ, độ bền, cách bố trí phù hợp, mức độ tiếng ổn có ảnh hưởng quyết định đến lựa chọn của người tiêu dùng Các bộ phận nội thất bằng nhựa đáp ứng được tất cả các khía cạnh này, ngoài ra còn thể hiện một số tính năng ưu việt và hiệu quả hơn

Nhựa dùng cho nội thất xe đặc trưng là ABS, một số loại nhiệt nhựa dẻo có chất tăng bền như sợi thủy tinh…

DUT.LRCC

Hình 1.5: Một số chi tiết nội thất xe ô tô

1.1.5 Cản trước và sau (Front and Rear Bumper):

Cản xe là một cấu trúc được gắn hoặc kết hợp với phần trước và sau xe với mục đích hấp thụ va chạm nhỏ, điều này có thể giúp bảo vệ hành khách trong xe, đồng thời giảm thiểu chi phí sửa chữa xe khi gặp sự cố không mong muốn

Trở thành trang bị tiêu chuẩn trên tất cả các xe từ năm 1925 Từ những thanh kim loại đơn giản được gắn trước và sau xe, đã phát triển thành những thiết bị phức tạp, được thiết kế tích hợp để bảo vệ xe trước những va đập ở tốc độ thấp

Ngày nay, cản xe được thiết kế bằng nhựa với tính thẩm mỹ cao đồng thời đảm bảo đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về cơ tính

Hầu hết các hệ thống cản xe đều được chế tạo bằng các loại nhựa nhiệt dẻo như TPO, PP, …và một số hỗn hợp của chất tăng bền, sợi thủy tinh để tăng cơ tính và độ cứng kết cấu

Hình 1.6: Chi tiết cản sau và cản trước của xe ô tô

DUT.LRCC

1.2 Tổng quan về công nghệ thiết kế ngược:

1.2.1 Định nghĩa thiết kế ngược:

Thiết kế ngược là quy trình thiết kế lại mẫu - mô hình vật lý cho trước thông qua

số hóa bề mặt mẫu bằng thiết bị đo tọa độ, và xây dựng mô hình thiết kế từ dữ liệu số hóa Ưu điểm của phương pháp thiết kế ngược là cho phép thiết kế nhanh và chính xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt tự do (không xác định được quy luật tạo hình)

Kỹ thuật thiết kế ngược - Reverse Engineering (RE) là thuật ngữ được sử dụng phổ biến trong thời gian gần đây Tuy nhiên việc sử dụng RE trong phát triển sản phẩm

đã được bắt đầu từ vài thập kỷ trước RE được khái niệm là quá trình nhân bản một vật thể, một bộ phận hoặc một sản phẩm hoàn chỉnh có sẵn mà không có sự trợ giúp của bản vẽ, tài liệu hay mô hình máy tính

Hình 1.7: Thiết kế ngược cho chi tiết cản xe

Về bản chất thiết kế ngược là quá trình sao chép một sản phẩm đã được sản xuất (nhờ khả năng sao chép hình ảnh của một vật thể thành dữ liệu CAD 3D), thiết kế ngược liên quan đến việc quét hình (scanning), số hóa (digitizing) vật thể thành dạng điểm, đường và bề mặt 3D

1.2.2 Ưu điểm của thiết kế ngược trong sản xuất:

- Phương pháp thiết kế ngược cũng có ưu điểm đối với mẫu thiết kế dạng bề mặt có quy luật tạo hình nhưng không xác định được thông số thiết kế Chẳng hạn các mẫu

bề mặt xoắn như cánh tuabin, bề mặt thủy động học, khí động học

- Phương pháp thiết kế ngược cho phép thiết kế nhanh và chính xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt tự do không xác định được

- Mô hình CAD được sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình thiết kế bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp, … rồi quét hình để tạo ra mô hình CAD Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý muốn

DUT.LRCC

- Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao

- Chế tạo được nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế

1.2.3 Quy trình thiết kế ngược:

Hình 1.8: So sánh quy trình thiết kế thuận và thiết kế ngược

Xuất phát là một mẫu sản phẩm thực tế Mẫu sản phẩm thực này được số hóa và

xử lý bằng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng để đưa ra mô hình CAD cụ thể Sau

đó được mô hình CAD cho sản phẩm rồi thì các công đoạn tiếp theo cũng giống như chu trình sản xuất thuận trải qua các bước tính toán, phân tích, tối ưu hóa trên các phần mềm CAE/CAM, chuẩn bị công nghệ gia công tạo mẫu nhanh hoặc lập trình gia công trên máy CNC hay các máy công cụ khác, kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản xuất đại trà

 Giai đoạn số hóa sản phẩm:

- Để số hóa sản phẩm ta dùng các máy quét hình để quét hình dạng vật thể

DUT.LRCC

- Có hai dạng thiết bị quét chủ yếu là thiết bị quét dạng tiết xúc (như máy đo tọa độ Coordinate Measuring Machine- CMM) và máy quét không tiếp xúc (máy quét lazer)

 Giai đoạn xử lý số liệu số hóa: giai đoạn này gồm 3 bước:

- Bước 1: Chỉnh sửa lưới dữ liệu, đám mây điểm

- Bước 2: Đơn giản hóa lưới tam giác bằng cách giảm số lượng tam giác và tối ưu hóa

vị trí đỉnh và cách kết nối các cạnh của tam giác trong lưới sao cho các đặc điểm hình học không thay đổi

- Bước 3: Chia nhỏ lưới và cắt nhỏ phần thừa (đã đơn giản hóa) để tạo bề mặt trơn như

ý muốn

1.2.4 Ứng dụng:

- Thiết kế tạo khuôn mẫu (khuôn nhựa, khuôn đúc, …)

- Thiết kế, sản xuất hàng tiêu dùng (điện thoại, đồ gia dụng)

- Sao chép, phục hồi, sản xuất phụ tùng đơn chiếc không còn sản xuất hoặc thiết kế

- Nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới

- Giáo dục- cho tào đạo, trình chiếu và mô hình hóa thiết kế số hóa

- Thời trang và dệt may- thiết kế cho vừa các kích cỡ quần áo và xác định kích thước,

và kích cỡ chuẩn

- Bảo tàng- lưu trữ các dữ liệu 3D, tập hợp các dữ liệu danh mục cho bảo tàng

1.3 Tổng quan về khuôn ép phun nhựa:

1.3.1 Khái niệm về khuôn:

Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình, khuôn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần và cũng có thể là nhiều lần

Kết cấu và kích thước của khuôn được thiết kế và chế tạo phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, chất lượng và số lượng của sản phẩm cần tạo ra Ngoài ra, còn có rất nhiều vấn đề khác cần phải quan tâm đến như các thông số công nghệ của sản phẩm (góc nghiêng, nhiệt độ khuôn, áp xuất gia công, …), tính chất vật liệu gia công (độ co rút, tính đàn hồi, độ cứng, …), các chỉ tiêu về tính kinh tế của bộ khuôn Khuôn sản

DUT.LRCC

xuất sản phẩm nhựa là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, được chia ra làm hai phần khuôn chính là:

- Phần cavity (phần khuôn cái, phần khuôn cố định): được gá trên tấm cố định của máy ép nhựa

- Phần core (phần khuôn đực, phần khuôn di động): được gá trên tấm di động của máy ép nhựa

Hình 1.9: Vị trí phần cavity (khuôn cố định) và phần core (khuôn di động)

1.3.2 Phân loại khuôn ép phun nhựa:

- Theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm:

+ Khuôn cho sản phẩm một màu

+ Khuôn cho sản phẩm nhiều màu

DUT.LRCC

1.3.3 Kết cấu chung của một bộ khuôn:

Ngoài core (khuôn di động) và cavity (khuôn cố định) ra thì trong bộ khuôn còn có nhiều bộ phận khác Các bộ phận này lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn, bao gồm:

- Hệ thống dẫn hướng và định vị: gồm tất cả các chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị, chốt hồi, có nhiệm vụ giữ đúng vị trí làm việc của hai phần khuôn khi ghép với nhau để tạo lòng khuôn chính xác

- Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: gồm bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa và miệng phun làm nhiệm vụ cung cấp nhựa từ đầu phun máy ép vào trong lòng khuôn

- Hệ thống đẩy sản phẩm: gồm các chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ, khối đỡ, có nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi ép xong

- Hệ thống lõi mặt bên: gồm lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên, xy lanh thủy lực, làm nhiệm vụ tháo những phần không thể tháo (undercut) ra được ngay theo hướng mở của khuôn

- Hệ thống thoát khí: gồm có những rãnh thoát khí, có nhiệm vụ đưa không khí tồn đọng trong lòng khuôn ra ngoài, tạo điều kiện cho nhựa điền đầy lòng khuôn dễ dàng và giúp cho sản phẩm không bị bọt khí hoặc bị cháy

- Hệ thống làm nguội: gồm các đường nước, các rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối,… có nhiệm vụ ổn định nhiệt độ khuôn và làm nguội sản phẩm một cách nhanh chóng

Hình 1.10: Kết cấu chung của một bộ khuôn Bảng 1.1: Kết cấu chung của một bộ khuôn ép phun nhựa

DUT.LRCC

Stt Tên chi tiết Stt Tên chi tiết

1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu:

1.4.1 Tình hình nghiên cứu hiện nay:

Trên thế giới nói chung, công nghệ chế tạo khuôn mẫu đã được nghiên cứu thiết

kế gần như hoàn chỉnh Trong công nghiệp ô tô đã ứng dụng các loại khuôn này để chế tạo các chi tiết nội ngoại thất ô tô Đặc biệt, trong ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu hiện đại, công nghệ CAD/CAM/CNC đã được ứng dụng rộng rãi, để nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang sản xuất công nghệ

Tại Việt Nam, do hạn chế về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp hiện mới chỉ đáp ứng được một phần sản xuất khuôn mẫu phục vụ cho chế tạo các sản phẩm

cơ khí tiêu dùng và một phần cho các công ty liên doanh nước ngoài Với những sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao (máy giặt, tủ lạnh, điều hoà, ô tô, xe máy, …) hầu hết phải nhập bán thành phẩm hoặc nhập khuôn từ nước ngoài vào sản xuất

Một trong những nguyên nhân cần được đề cập đến là các doanh nghiệp sản xuất khuôn mẫu trong nước hiện đa phần hoạt động ở tình trạng tự khép kín, chưa có sự phối

DUT.LRCC

hợp, liên kết với nhau để đi vào thiết kế và sản xuất chuyên sâu vào một hoặc một số mặt hàng cùng chủng loại; trang thiết bị ở hầu hết các cơ sở thuộc trình độ công nghệ thấp; hoặc có nơi đã đầu tư trang thiết bị công nghệ cao, nhưng sự đầu tư lại trùng lặp

do chưa có sự hợp tác giữa các doanh nghiệp trong sản xuất Bên cạnh đó, nguồn nhân lực thiết kế, chế tạo và chuyển giao công nghệ cũng bị phân tán Cũng do sản xuất nhỏ

lẻ nên ngay cả việc nhập thép hợp kim làm khuôn mẫu cũng phải nhập khẩu với giá thành cao Những điều này giải thích vì sao chi phí sản xuất khuôn mẫu ở Việt Nam luôn lớn, dẫn đến hiệu quả sản xuất bị hạn chế

Mặt khác, một trong những điều kiện để phát triển công nghiệp sản xuất khuôn mẫu là sản lượng sản phẩm phải đủ lớn Hiện nay, đa số các doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô Việt Nam đều có sản lượng khá thấp, đặc biệt là xe tải Với mục tiêu đến năm 2020, Thaco sẽ sản xuất vượt mốc 110.000 xe/năm, trong đó có trên 50% là xe tải, vấn đề sản xuất khuôn mẫu để nội địa hóa các dòng xe tải của Thaco là khả thi so với các doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô khác ở Việt Nam

Chính vì vậy, nhiệm vụ cấp thiết cần phải thực hiện là nghiên cứu thiết kế, chế tạo chi tiết mặt ga lăng xe tải, nhằm đáp ứng được những yêu cầu sau:

- Chủ động trong sản xuất

- Nâng cao tỷ lệ nội địa hóa, giảm nhập khẩu và giá thành sản phẩm

- Mở rộng thị trường tiêu thụ trong nước, thúc đẩy nền công nghiệp hỗ trợ ô tô phát triển

- Nâng cao năng lực, làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo khuôn ép phun nhựa

1.4.2 Các công trình nghiên cứu liên quan:

Hiện nay có nhiều công trình đã được nghiên cứu về chất lượng của sản phẩm nhựa cụ thể như sau:

- Dương thị Vân Anh [1]: chiều dài của dòng chảy nhựa trong khuôn phun ép đã được khảo sát với các nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa khác nhau, qua đó đưa ra được ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dài dòng chảy nhựa Tuy nhiên, đây chỉ là mẫu thử đơn giản, chưa phải là một sản phẩm cụ thể

DUT.LRCC

- YANG Jun-kai, XU Yun-jie [8]: sử dụng phần mềm Moldflow để dự đoán các điều kiện điền đầy sản phẩm, ước tính áp lực phun và lực kẹp cần thiết để kẹp khuôn, và tìm thấy yếu tố gây cong vênh sản phẩm, từ đó thay đổi cấu trúc khuôn, nhằm giảm khuyết tật cong vênh sản phẩm và nâng cao chất lượng của sản phẩm

- D.E Dimla, M Camilotto, F Miani [9]: nghiên cứu về kênh dẫn nước làm nguội thích hợp Thông qua phương pháp xây dựng một mô hình CAD 3D của đối tượng,

và mô phỏng để tìm được sự tối ưu hóa và dự đoán vị trí tốt nhất cho các kênh dẫn nước làm nguội để giảm thời gian làm mát khi so sánh với các kênh thẳng

Tuy nhiên, các nghiên cứu trong nước về vấn đề này còn ít ỏi Xuất phát từ thực

tế trên, nên tôi đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun nhựa chi tiết mặt ga lăng

xe tải” Với mục tiêu ứng dụng công nghệ thiết kế ngược để tái tạo chi tiết, sau đó thiết

kế khuôn ép phun nhựa cho chi tiết và mô phỏng quá trình ép phun nhựa sử dụng phần mềm moldflow, gia công khuôn ép phun, thử nghiệm ép phun để xác định các thông số công nghệ ép phun tối ưu nhằm tránh khuyết tật cho sản phẩm

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHI TIẾT BẰNG CÔNG NGHỆ

THIẾT KẾ NGƯỢC

2.1 Phân tích và xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm:

2.1.1 Đặc điểm, thông số kỹ thuật mặt ga lăng xe tải Kia (K200/K250):

2.1.1.1 Đặc điểm của chi tiết:

- Chi tiết có kích thước lớn, hình dạng phức tạp

- Có khả năng chịu va đập ở tốc độ thấp từ 3 mph – 6 mph (miles per hour) (theo tiêu chuẩn quốc gia của Hoa Kỳ)

- Độ bền, độ bóng bề mặt cao, độ cong vênh thấp

- Chế tạo bằng công nghệ ép phun, thường được gia công bằng nhựa PP, PC hoặc ABS

- Khả năng chịu nhiệt, mài mòn, cách điện tốt

2.1.1.2 Thông số kỹ thuật:

Thông số kỹ thuật chi tiết mặt ga lăng xe tải Kia (K200/K250):

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật mặt ga lăng xe tải Kia (K200/K250)

Hình ảnh sản

phẩm

Mặt ga lăng chi tiết 1 Mặt ga lăng chi tiết 2

Thông số kỹ

thuật chi tiết 1

Chiều dài (L): 1003.7 mm - Chiều rộng (T): 72.5 mm Chiều cao (H): 70 mm - Chiều dày (t): 3,2 mm

Trọng lượng: 0,382 kg - Vật liệu sử dụng: nhựa PP

Thông số kỹ

thuật chi tiết 2

Chiều dài (L): 1011.5 mm - Chiều rộng (T): 70 mm Chiều cao (H): 66.2 mm - Chiều dày (t): 3,2 mm Trọng lượng: 0,389 kg - Vật liệu sử dụng: nhựa PP

DUT.LRCC

2.1.2 Lập phương án thiết kế:

2.1.2.1 Các phương án thiết kế chi tiết:

a Phương án 1: Thiết kế sản phẩm với sự hỗ trợ của dụng cụ đo

Tiến trình thực hiện:

- Đo sản phẩm mẫu trực tiếp bằng dụng cụ đo như thước dây, thước kẹp…

- Thiết kế sản phẩm với những kích thước đã đo với phần mềm CAD

- Hiệu chỉnh và hoàn thành sản phẩm

b Phương án 2: Thiết kế sản phẩm với sự hỗ trợ của máy đo 3 chiều CMM

Tiến trình thược hiện:

- Quét mẫu trên máy Scan 3D

- Nhập dữ liệu vào có thể ở dạng các đám mây điểm hoặc mô hình ở định dạng STL Hợp nhất các vùng dữ liệu khi cần thiết

- Xử lý dữ liệu:

+ Lấy mẫu, giảm điểm, lọc, làm trơn

+ Phân vùng

+ Đăng nhập vị trí chính xác các vùng

- Mô hình hóa CAD Tùy theo mục đích cuối cùng có thể có hai trường hợp:

+ Tối ưu hóa lưới và mô hình hóa để xuất ra mô hình STL phù hợp phục vụ các ứng dụng RP, CAM, CAE

+ Chiết xuất từ mô hình lưới (MESH) ra các đường đặc tính từ đó xây dựng mô hình bề mặt hoặc mô hình khối tùy theo yêu cầu, bằng các chức năng CAD của

DUT.LRCC

phần mềm Rapidform Quá trình mô hình hóa CAD được hỗ trợ bởi công cụ phân tích, kiểm tra xác định độ chính xác (Accuracy analyzer)

- Xuất ra file đã được xử lý hoàn tất

2.1.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu:

Phân tích ưu, nhược điểm của từng loại công nghệ sử dụng:

Bảng 2.2: Phân tích ưu, nhược điểm của từng loại công nghệ

- Không đo kiểm được mặt đáy của sản phẩm trên một lần gá

- Kích thước máy lớn, cồng kềnh chiếm nhiều không gian lắp đặt

- Không kiểm tra chính xác được độ chính xác của bề mặt

- Phần mềm quản lý dữ liệu thông minh phù hợp cho thiết kế ngược

- Đảm bộ độ chính xác của cả bề mặt tự do (freedom surface)

- Hệ thống sử dụng tia laze có thể quét được khe nhỏ đến 0.2mm

- Độ chính xác vật thể còn thấp khi sản phẩm lớn hơn 5m

- Tốc độ quét phụ thuộc vào độ phân dải

Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm:

- Sản phẩm yêu cầu bề mặt tự do (freedom Surface)

DUT.LRCC

- Sản phẩm lớn, cần độ chính xác cao

- Yêu cầu thời gian đo mẫu nhanh

Từ ưu và nhược điểm của các phương án trên kết hợp với yêu cầu kỹ thuật của sản

phẩm, lựa chọn Phương án 3: Thiết kế sản phẩm với sự hỗ trợ của máy quét 3D (3D

Scan) là phương án tối ưu để tiến hành thiết kế sản phẩm

2.1.3 Quy trình thiết kế sản phẩm:

Thiết kế chi tiết mặt ga lăng xe tải Kia (K200/K250) bằng công nghệ thiết kế ngược theo quy trình như sau:

Hình 2.1: Quy trình thiết kế chi tiết mặt ga lăng xe tải

2.2 Tái tạo chi tiết bằng công nghệ thiết kế ngược:

2.2.1 Chuẩn bị sản phẩm và thiết bị đo:

Chuẩn bị hai chi tiết của mặt ga lăng xe tải Trước khi tiến hành scan 3D ta kiểm tra sản phẩm không bị biến dạng, đầy đủ các vấu chặn và các vị trí lắp ghép

DUT.LRCC

Hình 2.2: Chi tiết mặt ga lăng xe thực

Từ một sản phẩm mẫu có sẵn, ta tiến hành số hóa dữ liệu sản phẩm thông qua các thiết bị đo Các loại thiết bị đo quét tọa độ được lựa chọn tùy theo hình dạng của chi tiết, yêu cầu độ chính xác, vật liệu chi tiết, kích thước chi tiết Hai loại thiết bị đo quét tọa

độ phổ biến nhất hiện nay là thiết bị đo không tiếp xúc và thiết bị đo tiếp xúc Điển hình của 2 loại máy này là máy quét laser và máy đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine

- CMM)

Tại Thaco sử dụng máy Pro CMM 3500 được tích hợp đầu ScanTRAK để lấy mẫu sản phẩm với độ chính xác lên đến 20µm

Hình 2.3: Máy Pro CMM 3500

2.2.2 Giai đoạn lấy mẫu số hóa bề mặt:

- Bước 1: chuẩn bị hệ thống quét

- Bước 2: phủ nhẹ lên bề mặt chi tiết một lớp sơn màu trắng, dán lên trên các bề mặt tạo nên chi tiết các điểm tham chiếu, và đặt chi tiết lên bàn quét

- Bước 3: Quét mẫu

DUT.LRCC

- Nguyên tắc quét: Vì mẫu quét được hình thành bởi hai mặt chính vì vậy khi quét chúng ta tiến hành quét tuần tự hai mặt, sau đó ghép hai mặt lại với nhau để tạo thành mẫu quét hoàn chỉnh

- Quét mặt trên của chi tiết: Mặt trên của chi tiết bao gồm hình dạng của nhiều khối khác nhau,vì vậy để thu được toàn bộ dữ liệu của mặt trên chung ta cần tiến hành quét nhiều lần ở nhiều góc độ khác nhau Sau mỗi lần quét chúng ta chỉ cần xoay bàn đi 1 góc nào đó để thu dữ liệu của các vùng tiếp theo Dữ liệu quét của mỗi vùng

sẽ được máy tính tính toán và ghép lại với nhau sau mỗi lần quét, hình thành nên hình dạng mặt trên của chi tiết

- Quét mặt dưới của chi tiết hoàn toàn giống mặt trên của chi tiết

- Cắt bỏ phần thừa và ghép 2 mặt lại với nhau

Hình 2.4: Dữ liệu Scan sản phẩm trên phần mềm Geomagic Design X

2.2.3 Giai đoạn xử lý dữ liệu số hóa:

Phân tích mô hình: dữ liệu thu được dạng thô có nhiều khuyết tật ta sẽ chỉnh sửa, tối ưu dữ liệu và phân vùng trước khi dựng mô hình CAD

Quá trình xử lý dữ liệu được thực hiện trên phần mềm thiết kế Catia V5.R21 qua các bước sau:

- Bước 1: Xử lý dữ liệu

+ Tìm lại dữ liệu điểm mà dữ liệu tam giác chồng chéo lên nhau và xóa bỏ phần đó

đi

DUT.LRCC

+ Tìm các dữ liệu rời rạc và liên kết chúng lại với nhau

+ Làm bóng các bề mặt

+ Giảm số lượng tam giác

+ Tối ưu hóa dữ liệu lưới

- Bước 2: Phân vùng dữ liệu

- Bước 3: Xây dựng hoàn chỉnh mô hình CAD

+ Tạo biên dạng bao của sản phẩm

+ Tạo lỗ trên sản phẩm

+ Tạo các vị trí vấu lắp ghép trên sản phẩm

+ Tạo các góc thoát khuôn, tạo gân và bo các cạnh của sản phẩm

+ Kiểm tra sản phẩm

Hình 2.5: 3D mặt ga lăng xe tải chi tiết 1

Hình 2.6: 3D mặt ga lăng xe tải chi tiết 2

DUT.LRCC

2.3 Thiết lập bản vẽ chi tiết:

2.3.1 Mặt ga lăng xe tải chi tiết 1:

- Sau khi thiết kế hoàn thiện 3D cho sản phẩm, từ sản phẩm 3D đó ta xuất ra bản vẽ chi tiết để có kích thước kiểm tra sau khi chế tạo khuôn

Hình 2.7: 2D mặt ga lăng xe tải chi tiết 1

DUT.LRCC

2.3.2 Mặt ga lăng xe tải chi tiết 2:

Hình 2.8: 2D mặt ga lăng xe tải chi tiết 2

DUT.LRCC

 Kết luận: trong chương này hoàn thành được một số công việc sau:

- Phân tích đặc điểm kỹ thuật của chi tiết mặt ga lăng xe tải

- Phân tích và lựa chọn phương pháp tái tạo lại chi tiết mặt ga lăng xe tải

- Xây dựng quy trình thiết kế chi tiết bằng công nghệ thiết kế ngược

- Hoàn thành việc thiết kế lại mô hình CAD cho chi tiết mặt ga lăng xe tải từ sản phẩm có sẵn

- Thiết lập bản vẽ 2D cho hai chi tiết mặt ga lăng xe tải

 Ý nghĩa: từ quy trình thiết kế chi tiết bằng công nghệ thiết kế ngược, công ty chủ

động được trong việc thiết kế lại sản phẩm có sẵn với độ chính xác cao, giảm được chi phí chuyển giao bản vẽ từ nhà cung cấp bên ngoài và tăng tỉ lệ nội địa hóa cho các dòng xe

DUT.LRCC

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN

3.1 Tính toán thiết kế khuôn mặt ga lăng xe tải Kia (K200/K250):

Chi tiết mặt ga lăng xe tải có kích thước lớn, hình dạng phức tạp, độ bền, độ bóng

bề mặt cao và độ cong vênh thấp Để chế tạo ra được sản phẩm bằng công nghệ ép phun đạt được chất lượng tốt, thì việc chế tạo khuôn ép phun cho sản phẩm cần đạt được những yêu cầu kỹ thuật sau:

- 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 về độ chính xác về vị trí tương quan giữa hai nữa 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 phải đảm 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

- Khuôn phải có hệ thống làm lạnh bao quanh lòng khuôn sao cho lòng khuôn phải

có một nhiệt độ ổn định để vật liệu dễ điền đầy vào lòng khuôn và định hình nhanh chóng trong lòng khuôn từ đó rút ngắn chu kỳ ép và tăng năng suất

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

3.1.1 Tính toán thiết kế khuôn dựa trên các số liệu ban đầu:

3.1.1.1 Tính toán khối lượng sản phẩm:

Sản phẩm ở đây rất phức tạp, để tính toán được thể tích của nó rất khó khăn và mất nhiều thời gian Do đó, ở đây sẽ sử dụng tiện ích của phần mềm Catia khi thiết kế sản phẩm sẽ tự động tính toán thể tích của sản phẩm

Thể tích của sản phẩm sau khi tính toán là:

- Chi tiết 1: V1 = 4.03e-004m3 = 403 cm3

- Chi tiết 2: V2 = 4.10e-004m3 = 410 cm3

Khối lượng của sản phẩm:

- Chi tiết 1: M1 = V1 Tỷ trọng = 403 0,95 = 382,85 (g)

DUT.LRCC

Q1 = 0,772 CPP (T0 – T1) = 0,772 1,252 (230 – 50) = 164,3 (KJ)

Trong đó: m = 0.772 (kg) là khối lượng sản phẩm

T0 = 230 0C; T1 = 50 0C là nhiệt độ ra khỏi vòi phun và nhiệt độ của sản phẩm khi

ra khỏi khuôn

Cpp là nhiệt dung riêng của nhựa PP tương đương nhựa PC/ABS [3, Tr115]

Lưu lượng nước cần làm mát là:

Từ công thức Q = GNc CNc (tra – tvào)  từ đó ta suy ra:

CNc (tRa – tVào).τ =

164.3 1.(50 –20).30 = 0.182 (Kg/s) = 182 (g/s)

Ở đây, chọn đường kính của đường nước là 11 (mm) Sơ đồ hệ thống làm mát như hình vẽ trên bản vẽ kết cấu

F(tấn): Là lực kẹp khuôn

Pd = 250 (kg/cm2): Áp suất của vật liệu PP [3, Tr255]

A = 2012 (cm2): Diện tích mặt trên của sản phẩm

DUT.LRCC

Với lực kẹp 603,6 tấn ta chọn máy ép phun 850 tấn

3.1.2 Thiết kế kết cấu khuôn:

Do sản phẩm rất phức tạp, gồm rất nhiều vị trí có vấu chặn, các lỗ và nhiều thành vách đòi hỏi phải thiết kế kết cấu hợp lý để có thể dễ dàng gia công cũng như lắp ráp khuôn Các bước thiết kế khuôn theo trình tự như sau:

3.1.2.1 Bố trí lòng khuôn:

Mặt ga lăng xe Kia (K200/K250) gồm 2 chi tiết được bố trí trên một khuôn Như vậy ta phải sắp xếp khoảng cách giữa 2 chi tiết sao cho thỏa mãn các điều kiện sau:

- Khoảng cách tối thiểu giữa hai chi tiết là 40mm

- Nếu phía trong của hai chi tiết có hệ thống vấu chặn (slide) thì bố trí sao cho khoảng cách các vấu chặn (slide) bên trong không tiếp xúc nhau

Đối với 2 chi tiết mặt ga lăng xe Kia (K200/K250) có vấu chặn (slide) bên trong nên ở đây ta bố trí khoảng cách giữa hai chi tiết là 230mm

Hình 3.1: Bố trí lòng khuôn 3.1.2.2 Nhập hệ số co rút cho sản phẩm:

Độ co rút nhựa hay tỷ lệ co rút nhựa (Shrinkage) là yếu tố quan trọng hàng đầu trong thiết kế khuôn nhựa Đó là hiện tượng thể tích vật lý của nhựa thay đổi khi chuyển

từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn Đối với khuôn ép nhựa Độ co rút của nhựa trong khuôn ép là quá trình thay đổi thể tích của sản phẩm trước và sau quá trình làm mát Mức độ co rút trong khuôn ép nhựa được xác định bằng thông số vật lý của nhựa kết hợp với kinh nghiệm của người thiết kế khuôn đối với từng loại nhựa khác nhau Chi tiết mặt ga lăng xe tải sử dụng vật liệu PP có độ co rút của vật liệu từ 0.5% đến 1,2% [3, Tr254] đối với sản phẩm này ta chọn độ co rút 1,2%

DUT.LRCC

3.1.2.3 Thiết kế mặt phân khuôn:

Mặt phân khuôn là mặt có quỹ tích pháp tuyến vuống góc với hướng thoát khuôn Các vấn đề quan trọng khi thiết kế mặt phân khuôn:

- Về mặt mỹ quan sản phẩm thì mặt phân khuôn nên đặt vị trí không nổi bật

- Chọn vị trí và hình dáng sao cho gia công cuối cùng của sản phẩm tạo hình đơn giản Tuỳ theo từng trường hợp mà thay đổi hình dạng cho phù hợp

- Khi có phần cắt ngang trên sản phẩm tạo hình, xem xét mối quan hệ giữa kết cấu khuôn ở phần đó và đường phân khuôn cho hợp lí

- Nghiên cứu hướng dòng chảy vật liệu, xem xét quan hệ vị trí cổng phân phối và mặt phân khuôn về cách rót

- Xem xét mối liên quan với phương pháp đẩy sản ra khỏi khuôn sao cho dễ lấy sản phẩm nhất

- Xuất phát từ khả năng tăng độ chính xác của sản phẩm, của kích thước sản phẩm sao cho kích thước quan trọng không cắt ngang mặt phân khuôn

Mặt phân khuôn ở đây xác định là mặt phân chia hai nửa lòng khuôn Ta chọn mặt phân khuôn và hướng mở khuôn chính của bộ khuôn như sau:

Hình 3.2: Nửa khuôn di động (core)

Hình 3.3: Nửa khuôn cố định (cavity)

DUT.LRCC