TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NHỰA
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NHỰA THẾ GIỚI
1.1.1 Lịch sử hình thành và đặc điểm của ngành nhựa trên thế giới
1.1.1.1 Lịch sử ngành nhựa thế giới qua các giai đoạn chính
Giữa những năm 1870 và 1900, nhà khoa học người Mỹ John Hyatt đã phát triển celluloid, hợp chất nhựa đầu tiên trên thế giới Celluloid nổi bật với tính ổn định và khả năng ứng dụng cao, trở thành vật liệu ưa chuộng nhờ giá thành thấp và dễ gia công Hợp chất này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất đồ chơi và đồ dùng cá nhân.
Giai đoạn 1920 – 1930 đánh dấu sự ra đời của PolyVinyl Clorua (PVC) trong sản xuất công nghiệp, bắt nguồn từ sự tổng hợp Vinyl Clorua vào năm 1872 Tuy nhiên, PVC chưa được ứng dụng rộng rãi do tính ổn định thấp và độ cứng cao Đến năm 1926, tiến sĩ Waldo Semon phát minh ra phương pháp dẻo hóa, giúp PVC trở nên phổ biến hơn trong ngành công nghiệp Giai đoạn đầu năm 1930 là bước ngoặt quan trọng cho sự phát triển của ngành nhựa toàn cầu, tạo tiền đề cho sự bùng nổ trong những năm tiếp theo Từ 1950 – 1960, các nhà sản xuất nhựa bắt đầu tập trung vào thị trường tiêu dùng, khiến cho sản phẩm nhựa trở nên phổ biến hơn Sản lượng nhựa toàn cầu tăng gấp 4 lần nhờ vào giá thành thấp, sản xuất hàng loạt và tính ứng dụng cao, đặc biệt trong lĩnh vực bao bì và đóng gói.
Từ những năm 1970 đến 1990, ngành công nghiệp, đặc biệt là sản xuất ô tô và thiết bị điện tử viễn thông, đã ngày càng ưa chuộng vật liệu nhựa nhờ vào các đặc tính vượt trội như độ bền, trọng lượng nhẹ, khả năng chịu lực tốt và cách điện hiệu quả.
Từ những năm 1990 đến nay, ngành nhựa toàn cầu đã chứng kiến sự tăng trưởng chậm lại và xu hướng bão hòa Dù vậy, các công nghệ nhựa mới như in 3D và công nghệ Nano vẫn liên tục được phát triển, hứa hẹn sẽ định hình ngành công nghiệp tương lai.
1.1.1.2 Đặc điểm chính ngành nhựa thế giới
Ngành nhựa toàn cầu đang trải qua giai đoạn bão hòa với tốc độ tăng trưởng sản xuất và tiêu thụ giảm dần, nhưng sản xuất nguyên liệu nhựa đang chuyển dịch mạnh mẽ sang châu Á, đặc biệt là Trung Quốc Khu vực này có mức tiêu thụ nhựa bình quân đầu người thấp và nhu cầu nguyên liệu nhựa đang tăng cao Tiềm năng tăng trưởng của châu Á đang gia tăng, với sự chuyển dịch cơ cấu kinh tế sang các ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều nhựa như ô tô và điện – điện tử, dẫn đến nhu cầu tiêu thụ sản phẩm nhựa tại đây rất lớn.
1.1.2 Xu hướng của ngành nhựa thế giới
1.1.2.1 Xu hướng hạn chế sử dụng các sản phẩm nhựa bao bì dùng một lần
Do vấn đề rác thải nhựa ngày càng nghiêm trọng, nhiều quốc gia đang hạn chế việc sử dụng bao bì nhựa, đặc biệt là bao bì dùng một lần, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường Các biện pháp chính bao gồm cấm hoặc hạn chế sử dụng bao bì và áp dụng các loại thuế hoặc phí phạt Tuy nhiên, hiệu quả của những biện pháp này vẫn chưa cao Xu hướng này cũng đã gây ra ảnh hưởng lớn đến ngành công nghiệp bao bì nhựa toàn cầu.
1.1.2.2 Sản phẩm nhựa thân thiện với môi trường – nhựa tự hủy
Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, sản phẩm nhựa tự hủy đang trở thành lựa chọn phổ biến thay thế cho các sản phẩm nhựa truyền thống.
TỔNG QUAN NGÀNH NHỰA VIỆT NAM
1.2.1 Sơ lược ngành nhựa Việt Nam
Việt Nam, một quốc gia thuộc châu Á, đang chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng của ngành nhựa Các sản phẩm nhựa của Việt Nam được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ tiêu dùng và thương mại đến xây dựng và lắp ráp Ngành nhựa được chia thành bốn mảng chính: nhựa bao bì, nhựa dân dụng, nhựa xây dựng và nhựa kỹ thuật.
Hình 1.1 Biểu đồ tiêu thụ chất dẻo bình quan đầu người năm 2017
1.2.2 Lịch sử ngành nhựa Việt Nam qua các giai đoạn chính
Giai đoạn 1960 – 1980 đánh dấu sự hình thành của ngành nhựa Việt Nam Năm 1959, nhà máy hóa chất Việt Trì được xây dựng, đánh dấu sự ra đời của dây chuyền sản xuất nhựa PVC đầu tiên tại Việt Nam Tuy nhiên, đến năm 1976, nhà máy Việt Trì buộc phải ngừng hoạt động do công nghệ lạc hậu và tình trạng hư hỏng nặng.
Giai đoạn 1980 – 1990, ngành nhựa Việt Nam vẫn chưa phát triển, phần lớn các sản phẩm nhựa trong giai đoạn này được nhập khẩu từ nước ngoài
Giai đoạn 1990 – 1999 đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của ngành nhựa Việt Nam nhờ chính sách đổi mới của nhà nước Sự xuất hiện của liên doanh hóa dầu lớn TPC Vina đã cải thiện đáng kể khả năng sản xuất nguyên liệu nhựa trong nước Trong giai đoạn này, PVC trở thành nguyên liệu chính trong sản xuất nhựa tại Việt Nam.
Giai đoạn 2000 – 2007 chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của ngành nhựa tại Việt Nam, với mức tăng trưởng sản lượng bình quân đạt khoảng 13,5% Trong thời kỳ này, sản phẩm nhựa không chỉ đa dạng về mẫu mã mà còn có chất lượng được cải thiện đáng kể.
Từ năm 2007 đến nay, ngành nhựa đã có sự phát triển mạnh mẽ với sự đa dạng hóa sản phẩm trong bốn lĩnh vực chính: nhựa bao bì, nhựa dân dụng, nhựa xây dựng và nhựa kỹ thuật.
1.2.3 Đặc điểm chính của ngành nhựa Việt Nam
Ngành công nghiệp nhựa Việt Nam hiện vẫn phụ thuộc chủ yếu vào nguyên liệu nhập khẩu, điều này ảnh hưởng đến khả năng phát triển bền vững của ngành Mặc dù quy mô và tốc độ tăng trưởng hạ nguồn của ngành nhựa đang gia tăng, nhưng việc giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguyên liệu ngoại nhập là cần thiết để nâng cao tính tự chủ và cạnh tranh của ngành.
Việt Nam hiện đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt nguyên liệu nhựa để đáp ứng nhu cầu trong nước Tuy nhiên, trong thời gian tới, các dự án hóa dầu đã và sẽ đi vào hoạt động hứa hẹn sẽ nâng cao năng lực sản xuất nguyên liệu nhựa nguyên sinh, góp phần phát triển ngành công nghiệp nhựa của đất nước.
Nhựa bao bì và nhựa xây dựng là hai phân khúc chiếm tỷ trọng lớn nhất trong giá trị ngành nhựa Việt Nam, dự kiến sẽ là động lực chính thúc đẩy tăng trưởng cho ngành công nghiệp nhựa trong nước.
SƠ LƯỢC VỀ VẬT LIỆU NHỰA ÉP
Dựa vào nguồn gốc có: polymer thiên nhiên, polymer nhân tạo và polymer tổng hợp
Dựa vào tính chất cơ lý là: chất dẻo và chất đàn hồi
- Nhựa thông dụng: PE, PP, PVC, PS, ABS,…
- Nhựa kỹ thuật: PA, PC, POM,…
- Nhựa chuyên dùng: PE khối lượng phân tử cực cao, PTFE, PPS, PPD,…
1.3.2 Đặc tính của một số loại nhựa thông dụng
PE có những đặc điểm nổi bật như tính trong suốt với ánh mờ, bề mặt bóng láng, độ mềm dẻo cao, khả năng chống thấm nước và hơi nước tốt Tuy nhiên, nó có khả năng chống khí O2, CO2, N2 và dầu mỡ kém, nhưng lại chịu nhiệt tốt.
PE thường được dùng làm túi xách các loại, thùng (can) có thể tích từ 1 ÷ 20 lít với các độ dày khác nhau, sản xuất nắm chai,…
PP dùng cho ép phun thông thường ở dạng hạt, có một số loại dạng bột
Với PP sử dụng ở nhiệt độ cao, hỗn hợp PP được ổn định chống oxy hoá và các tác động có hại:
- Kháng lão hoá nhiệt thông thường, có phụ gia bôi trơn không hại về sinh học
- Kháng lão hoá nhiệt cao, có ổn định quang, không ảnh hưởng về mặt sinh học
- Kháng thời tiết - ổn định bằng than đen, dùng amine có cấu trúc không gian cồng kềnh cho các áp dụng ngoài trời
- Kháng lão hoá nhiệt cao với dung dịch tẩy rửa nóng, nước nóng, không độc
- Kháng lão hoá nhiệt cao khi tiếp xúc với đồng và các kim loại khác
Công nghệ ép phun đã giúp polypropylene (PP) trở thành nguyên liệu lý tưởng cho sản xuất thiết bị nhà bếp, nội thất, thiết bị vệ sinh, gót giày, đồ dùng gia đình và đồ chơi Đặc biệt, PP kháng nhiệt có khả năng chịu được dung dịch tẩy rửa, được ứng dụng trong sản xuất các bộ phận máy giặt cho cả gia đình và ngành công nghiệp dệt.
Nhựa PS có độ co rút thấp và độ chính xác kích thước cao, đồng thời được biến tính cao su, giúp tạo ra các sản phẩm lớn nhờ khả năng chảy tốt.
Nhựa PS nổi bật với tính dẫn điện tốt và độ chính xác cao, đồng thời có giá thành hợp lý Loại nhựa này được sử dụng rộng rãi trong cách điện và các cấu kiện của công nghệ điện tử và truyền thông, chẳng hạn như vỏ bọc ABS cho điện thoại và các vỏ bọc trong và ngoài của thiết bị lạnh.
PVC luôn được trộn các phụ gia: chất ổn định nhiệt quang, chất bôi trơn, chất hoá dẻo, chất trợ gia công…
Tính co rút của PVC trong quá trình ép phun phụ thuộc vào cấu hình khuôn và điều kiện phun Thông thường, giá trị co rút theo hướng phun dao động từ 2% đến 4%, trong khi theo phương ngang, giá trị này nằm trong khoảng 0,5% đến 2%, và có thể lớn hơn tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể.
PVC là vật liệu phổ biến được sử dụng để ép khớp nối ống và các chi tiết kỹ thuật PVC dẻo thường được ứng dụng trong sản xuất thảm, mũ trùm bảo vệ, nút bấm, khung bảo vệ, gắn kính xe, đồ chơi dẻo, xe đạp, thanh hãm vô lăng xe hơi, phích cắm điện, đế giày, ủng và sandal Ngoài ra, các sản phẩm cứng từ PVC bao gồm ống nước, màng mỏng cứng và tấm cứng, mang lại nhiều tiện ích trong đời sống hàng ngày.
PA gia cường khoảng 50% là một loại chất dẻo kỹ thuật phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực yêu cầu độ bền va đập và khả năng kháng chấn động Nó có khả năng hấp thụ tiếng ồn và rung động, phù hợp cho các bề mặt chịu ăn mòn như đệm ma sát, con lăn, thanh dẫn chuyển động trượt và chốt an toàn Ngoài ra, PA còn được sử dụng trong công nghệ điện và điện tử như vật liệu cách nhiệt, với độ bền kéo và khả năng chịu nhiệt, thích hợp cho các linh kiện như thanh chuyển mạch và các phần đúc kỹ thuật kháng xăng dầu trong ô tô.
Để đạt được độ kết tinh cao, khuôn nên được giữ ở nhiệt độ trên 100°C Điều này giúp giảm thiểu ứng suất tập trung, tạo ra cấu trúc đồng nhất và tăng cường độ cứng bề mặt Việc gia nhiệt khuôn thường xuyên là cần thiết để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ PHUN ÉP
Công nghệ ép phun là phương pháp sản xuất sản phẩm nhựa bằng cách phun vật liệu nóng chảy vào khuôn đúc Quy trình này có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm kim loại (được gọi là đúc áp lực), thủy tinh, vật liệu đàn hồi, và vật liệu pha trộn, nhưng phổ biến nhất là nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn.
Khuôn ép, sau khi thiết kế, sẽ được chế tạo bởi thợ làm khuôn hoặc máy CNC Vật liệu thường dùng để chế tạo khuôn là kim loại như thép và nhôm, được gia công chính xác theo kích thước và hình dáng thiết kế, đảm bảo độ bóng và độ nhám cần thiết để đạt yêu cầu hình dạng sản phẩm.
Các loại nguyên liệu nhựa thông dụng có thể gia công trong máy ép phun như:
Công nghệ ép phun, sử dụng các vật liệu như PP, PS, ABS, PA, PC, PVC, PET, đang trở thành phương pháp phổ biến trong sản xuất, từ các chi tiết nhỏ đến các bộ phận lớn như khung xe Áp lực phun cao là yếu tố quyết định giúp tạo ra các chi tiết phức tạp và đa dạng sản phẩm với chất lượng tốt và hiệu quả kinh tế Tuy nhiên, việc chế tạo khuôn cho những chi tiết phức tạp gặp nhiều thách thức, đặc biệt là với các chi tiết dài liên tục Sự ra đời của máy CNC đã giúp giải quyết những khó khăn trong việc chế tạo các bề mặt mà gia công cơ khí truyền thống không thể thực hiện.
1.4.2 Sơ lược về máy ép nhựa
Sơ đồ cấu tạo máy:
Nguyên lý hoạt động: nguyên liệu từ phễu (2) qua lỗ nạp liệu vào cơ cấu trục vít
Nguyên liệu được gia nhiệt và hóa lỏng nhờ điện trở trong quá trình sản xuất Cơ cấu đóng khuôn hoạt động, đóng khuôn lại và truyền tín hiệu để pittông tạo áp lực, đẩy nguyên liệu từ trục vít vào lòng khuôn Trong khi đó, vít tải quay để hóa dẻo vật liệu cho lần sản xuất tiếp theo, và vật liệu được làm nguội trong khuôn Cuối cùng, cơ cấu khuôn mở ra và đẩy sản phẩm ra ngoài.
Các giai đoạn ép phun của máy ép nhựa:
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo máy ép phun
Hình 1.3 Các giai đoạn ép phun
Giai đoạn kẹp khuôn là quá trình mà cụm kẹp chặt đóng khuôn lại cho đến khi khuôn hoàn toàn được đóng lại Trong giai đoạn này, áp lực kẹp cần phải đủ lớn để chống lại áp lực từ dòng nhựa bắn vào khuôn.
Giai đoạn phun là quá trình nhựa nóng chảy được phun vào khuôn, đồng thời diễn ra quá trình định hình sản phẩm và hiện tượng co rút Để bù trừ lượng co rút, vật liệu tiếp tục được phun vào khuôn trong suốt giai đoạn này.
Giai đoạn làm nguội bắt đầu ngay sau khi quá trình giữ kết thúc, trong đó khuôn vẫn được đóng kín và nhựa nóng được làm nguội cho đến khi đạt độ cứng cần thiết để có thể lấy ra khỏi lòng khuôn Trong suốt quá trình này, trục vít vẫn tiếp tục quay và lùi lại để chuẩn bị cho lần phun tiếp theo.
Trong giai đoạn đẩy, bộ phận cụm kẹp chặt mở khuôn từ từ và tăng tốc dần Khi khuôn đã mở, hệ thống đẩy bắt đầu hoạt động, khiến tấm đẩy của khuôn được cần đẩy của máy đẩy đẩy về phía trước, giúp lói sản phẩm ra khỏi khuôn.
1.4.3 Các thành phần của khuôn ép nhựa
1.4.3.1 Các thuật ngữ cơ bản dùng trong khuôn ép nhựa
Khuôn là thiết bị quan trọng dùng để tạo hình sản phẩm thông qua phương pháp định hình, được thiết kế và chế tạo cho một số lượng chu trình nhất định, đặc biệt trong thiết kế khuôn ép nhựa, thường phục vụ cho nhiều lần sản xuất.
Sản phẩm được hình thành từ quá trình ép nhựa, nơi nhựa được đưa vào khoảng trống giữa hai phần của khuôn, tạo ra hình dáng và kích thước mong muốn.
Khuôn cố định, hay còn gọi là khuôn cái hoặc khuôn âm, là phần lõi dưới của khuôn, đóng vai trò quan trọng trong việc định hình sản phẩm Nó được gắn trên tấm cố định của máy ép nhựa và là nơi mà nhựa được phun vào để tạo ra sản phẩm cuối cùng.
Khuôn di động, hay còn gọi là phần đực, khuôn dương, là bộ phận lồi ra ngoài của khuôn nhằm tạo hình sản phẩm Bộ phận này được lắp trên tấm di động của máy ép nhựa, và có các cơ cấu đẩy giúp tháo sản phẩm ra khỏi khuôn sau quá trình ép.
Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc giữa khuôn cố định và khuôn di động, có hình dáng phụ thuộc vào sản phẩm và sự lựa chọn của nhà thiết kế.
1.4.3.2 Kết cấu chung của một bộ khuôn
Ngoài core và cavity, bộ khuôn còn bao gồm nhiều bộ phận khác, tất cả các bộ phận này được lắp ghép với nhau để tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn.
Hình 1.4 Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng
Hệ thống dẫn hướng và định vị bao gồm các thành phần như chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị và chốt hồi Nhiệm vụ chính của hệ thống này là đảm bảo hai phần khuôn được ghép lại đúng vị trí, từ đó tạo ra lòng khuôn chính xác.
PHÂN TÍCH SẢN PHẨM THIẾT KẾ
KÍCH THƯỚC SẢN PHẨM
Hình 2.1 Hình sản phẩm co 90 độ ren ngoài được vẽ bằng phầm mềm SolidWorks
Hình 2.2 Kích thước sản phẩm
YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA SẢN PHẨM
Sản phẩm phải đảm bảo hình dáng hình học sau khi ép phun
Hạn chế tối thiếu nhất các khuyết tật của sản phẩm: cong vênh, rỗ khí, vật phun bị ngắn, có tồn tại đường hàn, hõm co…
Cơ tính ổn định ở nhiệt độ: 30 ÷ 60 0 C
Không bị rò rỉ nước
Dựa vào các đặc tính của sản phẩm, vật liệu được chọn cho sản phẩm có ren ngoài 90 độ là nhựa PVC cứng (uPVC), được sản xuất từ hợp chất nhựa PVC không hóa dẻo Từ đó, thiết kế hình dạng khuôn sẽ được thực hiện để đảm bảo sản phẩm sau khi ép đạt yêu cầu chất lượng.
CÔNG DỤNG CỦA SẢN PHẨM THIẾT KẾ
Thích hợp dùng trong các hệ thống dẫn nước trong các công dụng:
Hệ thống ống dẫn nước và phân phối nước uống
Hệ thống ống dẫn nước và tưới tiêu trong nông nghiệp
Hệ thống ống dẫn trong công nghiệp
Hệ thống ống thoát nước thải, thoát nước mưa,…
Các hệ thống này có thể được lắp đặt dưới mặt đất hoặc nổi trên bề mặt, bên trong hoặc bên ngoài tòa nhà, và cần phải được tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời.
MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU
Độ bền kéo đức tối thiểu: 50 ÷ 70 MPa
Hệ số giản nở nhiệt: 0,08 mm/m 0 C
Điện trở xuất bề mặt: 10 15 .cm
Nhiệt độ làm việc cho phép: 0 ÷ 45 0 C
Nhiệt độ hóa mềm Vicat tối thiểu: 76 0 C
Giới hạn bền uốn: 80 ÷ 120 MPa
Giới hạn bền nén: 80 ÷ 160 MPa
Độ giãn dài khi đứt: 10 ÷ 25%
Độ dẫn nhiệt: 3,8÷4.10 -4 cal/cm.s 0 C
Điện áp đánh thủng: 15 ÷ 34 kV/cm
ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN PHẨM
An toàn vệ sinh: Không bị chiết xuất kim loại nặng khi dẫn nước hay vận chuyển chất lỏng, không bị bám bụi hoặc nhiễm khuẩn
Lòng co 90 độ với ren ngoài nhựa trơn nhẵn giúp tăng năng suất chảy cao, giảm thiểu ma sát và không gây trở lực lớn cho dòng chảy, từ đó đạt được lưu lượng chảy tối ưu.
Co 90 độ ren ngoài nhựa uPVC có khả năng chống ăn mòn hiệu quả, vì nó không dẫn điện và không bị phản ứng điện hóa bởi acid, kiềm hoặc muối, những yếu tố chính gây ra sự ăn mòn kim loại.
Chi phí lắp đặt thấp nhờ vào trọng lượng nhẹ của sản phẩm, giúp việc lắp đặt trở nên dễ dàng hơn Việc kết nối có thể thực hiện bằng keo dán, bích nối hoặc khớp nối gioăng, từ đó giảm thiểu đáng kể chi phí lắp đặt.
Độ bền sử dụng: Co 90 độ ren ngoài nhựa uPVC có thể sử dụng trên 50 năm trong điều kiện tiêu chuẩn, thân thiện với môi trường
Sản phẩm có kích thước nhỏ nhưng hình dáng phức tạp, với cấu trúc dạng ống và bên trong rỗng Để duy trì hình dạng, sản phẩm cần một lõi có thiết kế góc 90 độ phức tạp, khiến việc tháo lõi trở nên khó khăn và gây trở ngại trong quá trình thiết kế.
THIẾT KẾ KHUÔN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐÚC ÉP SẢN PHẨM VỚI SỰ HỔ TRỢ CỦA PHẦN MỀM CAD/CAE
CHỌN MẶT PHÂN KHUÔN
Mặt phân khuôn của một chi tiết đều phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Sản phẩm sau khi ép phun dễ dàng thoát ra khỏi lòng khuôn
- Mặt phân khuôn đi qua diện tích lớn nhất của chi tiết
- Mặt phân khuôn đi qua mặt đối xứng của chi tiết
- Các vết của mặt phân khuôn ảnh hưởng đến hình dáng, kích thước và thẩm mĩ của sản phẩm
- Kết cấu khuôn đơn giản, nhỏ gọn, dễ dàng cho quá trình gia công khuôn
Bộ phận khuôn dễ dàng thay thế và bảo trì khi gặp sự cố, giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động Để đáp ứng các yêu cầu chung trong việc lựa chọn mặt phân khuôn, cần chú ý đến các tiêu chí cụ thể trong quá trình chọn lựa.
+ Mặt phân khuôn thứ nhất: tách lõi 1 ra khõi chi tiết
Hình 3.1 Mặt phân khuôn thứ nhất
+ Mặt phân khuôn thứ hai: Tách khuôn dương và khuôn âm
CHỌN KIỂU KHUÔN VÀ KẾT CẤU KHUÔN
Dựa vào hình dáng, kích thước và kết cấu sản phẩm thiết kế, ta chọn kiểu khuôn
Sản phẩm với thiết kế kích thước nhỏ và bố trí mặt phân khuôn phù hợp với khuôn 2 tấm mang lại nhiều lợi ích Khuôn 2 tấm không chỉ có chi phí thấp hơn so với các loại khuôn khác mà còn giúp giảm chi phí sản xuất, từ đó làm giảm giá thành sản phẩm.
Hình 3.3 Mặt phân khuôn thứ hai
Kết cấu khuôn ta chọn theo tiêu chuẩn Futaba, ký hiệu mã khuôn: MDC FC 8080
80 60 110 Tổng chiều cao khuôn là 456mm
Chọn vật liệu làm khuôn theo tiêu chuẩn của Futaba là thép C45.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NHỰA NGUỘI
Hệ thống cấp nhựa nguội cơ bản bao gồm các thành phần: cuốn phun (sprue), kênh dẫn nhựa (runner), cổng vào nhựa (gate)
Kênh dẫn nhựa là thành phần nối cuốn phun và miệng phun Làm nhiệm vụ đưa nhựa vào lòng khuôn
Trong quá trình thiết kế kênh dẫn nhựa cần đảm bảo một số nguyên tắc cơ bản như sau:
- Giảm đến mức tối thiểu sự thay đổi tiết diện kênh dẫn
- Nhựa trong kênh dẫn phải thoát khuôn dễ dàng
- Chiều dài kênh dẫn càng ngắn càng tốt
Hình 3.4 Kết cấu kiểu khuôn FC
Kích thước kênh dẫn cần phù hợp với từng loại vật liệu và kích thước cụ thể, đảm bảo đủ vật liệu để lấp đầy khuôn nhanh chóng và giảm thiểu mất áp lực Để đáp ứng các nguyên tắc thiết kế, kênh dẫn nhựa hình tròn là lựa chọn tối ưu.
Kênh dẫn hình tròn có diện tích bề mặt cắt nhỏ nhất, giúp giảm thiểu nhiệt và ma sát, đồng thời có lõi nguội chậm để duy trì nhiệt và áp suất Mặc dù khó gia công, nhưng công nghệ máy CNC hiện nay đã khắc phục được nhược điểm này.
Ta có kích thước kênh dẫn như sau:
D = Tmax + 1,5 mm = 6 + 1,5 = 7,5 mm Chọn D = 12 mm Trong đó: Tmax – Bề dày thành lớn nhất của chi tiết
Miệng phun là thành phần nằm giữa kênh dẫn nhựa và lòng khuôn Có các kiểu miệng phun thông dụng:
Miệng phun trực tiếp là phương pháp điền vật liệu vào khuôn mà không cần hệ thống kênh dẫn, thường áp dụng cho các khuôn có một lòng khuôn duy nhất.
Hình 3.5 Một số tiết diện kênh dẫn
Hình 3.6 Kênh dẫn nhựa hình tròn
Miệng phun điểm chốt là một giải pháp phổ biến cho khuôn ba tấm hoặc các khuôn lớn cần nhiều miệng phun Việc bố trí nhiều miệng phun trong lòng khuôn giúp cải thiện tốc độ và chất lượng điền đầy Hệ thống kênh dẫn nhựa thường có hình thang hoặc hình thang hiệu chỉnh, tối ưu hóa quá trình sản xuất.
Miệng phun cạnh là một kiểu phun phổ biến, thích hợp cho các sản phẩm có thành mỏng hoặc trung bình nhờ vào kết cấu đơn giản và không yêu cầu độ chính xác cao Kiểu miệng phun này được lắp đặt trên mặt phân khuôn, cho phép điền đầy lòng khuôn từ các hướng bên hông, trên hoặc dưới.
Hình 3.7 Miệng phun điểm chốt
Hình 3.8 Miệng phun kiểu cạnh
- Miệng phun kiểu gối: tương tự như miệng phun kiểu cạnh, chỉ khác là miệng phun nằm lấp trên bề mặt sản phẩm
- Miệng phun kiểu then, miệng phun kiểu đường hầm, miệng phun kiểu băng, miệng phun kiểu quạt, miệng phun kiểu vòng,…
Mỗi kiểu miệng phun có những ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào hình dáng, kích thước chi tiết, vật liệu và số lòng khuôn Đối với chi tiết hình trụ tròn với khuôn có 4 lòng, miệng phun kiểu điểm là lựa chọn tối ưu, giúp cấp nhựa đồng đều cho cả hai bên Để đảm bảo khả năng điền đầy cho sản phẩm, đường kính kênh dẫn chính được chọn là 12mm và kênh dẫn phụ là 10mm, do chiều dài dòng chảy lớn và vị trí cổng phun gần phần dày nhất của sản phẩm.
Chọn các kích thước như sau:
- Chiều dài miệng phun: l = 0,8.d = 0,8.4 = 3,2 mm
Vật liệu tại ngã rẽ của kênh dẫn có thể đông đặc sớm, dẫn đến tình trạng tắc nghẽn dòng chảy Do đó, việc thiết kế thêm đuôi nguội chậm là cần thiết để cải thiện hiệu suất Bên cạnh đó, đuôi nguội chậm còn giúp quá trình điền đầy diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn.
Hình 3.9 Kích thước cho thiết kế miệng phun kiểu điểm [1, trang 29]
Hình 3.10 Miệng phun khuôn ép sau khi thiết kế
Từ đó, chọn kích thước đuôi nguội chậm là 12mm
Cuốn phun là điểm kết nối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, đảm nhận vai trò chuyển dòng nhựa từ vòi phun đến kênh dẫn Hệ thống cuốn phun phổ biến thường sử dụng bạc cuốn phun, giúp dễ dàng thay thế và gia công.
Cuốn phun được trang bị lò xo bên dưới nhằm nâng cao tuổi thọ và giảm thiểu va chạm có hại cho khuôn và vòi phun Ngoài ra, vòng định vị ở đầu bạc cuốn phun giúp đảm bảo sự đồng tâm giữa vòi phun và cuốn phun.
Hình 3.11 Kích thước thiết kế đuôi nguội châm [1, trang 45]
Hình 3.12 Bố trí đuôi nguội chậm
Hình 3.13 Lắp ghép giữa giữa bạc cuốn phun và vòng định vị [1, trang 16]
Kích thước của cuốn phun phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm và đặc biệt là bề dày sản phẩm
- Thể tích sản phẩm nhựa, kênh dẫn chính và kênh dẫn phụ:
V1 = 235972 mm 3 (được tính bằng phần mềm Solidworks 2016)
- Hệ số co rút của nhựa uPVC là: 0,5%
- Thể tích nhựa cần điền đầy:
Thời gian điền đầy tại miệng phun được xác định bằng phần mềm Moldflow 2012 là 2,979 giây, với thể tích nhựa chảy qua cuốn phun tối đa đạt 79,607 mm³/s.
- Khi vận tốc tại miệng phun là 1m/s thì diện tích nhỏ nhất của cuốn phun là: 79,607 mm 2
- Theo tiêu chuẩn của hãng HASCO, ta chọn cuốn phun có kích thước sơ bộ như sau: dN = 6,5 mm, 𝛼 = 1,5 0 , dF = 16,8 mm, r = 3 mm, l = 173 mm
- Vì dF > D = 12 mm nên chọn lại đường kính kênh dẫn dẫn D = 18 mm, đường kính kênh dẫn phụ ∅12 và kích thước đuội nguội chậm là 18 mm
3.3.5 Xác định số lòng khuôn
Hình 3.14 Kích thước cuốn phun cơ bản
Để đáp ứng yêu cầu sản xuất 4 sản phẩm, cần sử dụng 4 lòng khuôn Do đó, cách bố trí hệ thống cấp nhựa sẽ được thiết kế dựa trên tất cả các thành phần đã được xác định.
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ MIỆNG PHUN
Vị trí miệng phun là yếu tố quan trọng trong thiết kế khuôn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và giúp giảm thiểu các khuyết tật như công vênh, rỗ khí và đương hàn Để xác định vị trí miệng phun một cách hiệu quả và chuyên nghiệp, việc sử dụng phần mềm Moldflow 2012 để tối ưu hóa vị trí này là rất cần thiết.
Kết quả phân tích tìm miệng phun tự động cho thấy sự khác biệt màu sắc ở từng vị trí, với màu xanh dương chỉ ra vị trí miệng phun tối ưu nhất Tuy nhiên, do yêu cầu về thẩm mỹ sản phẩm và cấu trúc khuôn, việc áp dụng kết quả này có thể không khả thi trong thiết kế các yếu tố như mặt phân khuôn và slider.
Hình 3.15 Cách bố trí hệ thống dẫn nhựa
Hình 3.16 Vị trí miệng phun tối ưu bằng phần mềm Moldflow
Theo kinh nghiệm thực tế, vị trí miệng phun được chọn như hình 3.17 đảm bảo nhựa chảy từ bề dày lớn nhất đến nhỏ nhất của sản phẩm, giúp dòng chảy nhựa êm Sự bố trí này kết hợp với hệ thống dẫn nhựa ở hình 3.18 cho thấy tính phù hợp cao so với miệng phun thực tế Miệng phun được chọn có nhiều ưu điểm như độ thẩm mỹ tốt, dễ dàng mở khuôn và chọn mặt phân khuôn, đồng thời cấu trúc hệ thống dẫn nhựa và số lượng lòng khuôn cũng được tối ưu hóa Vị trí miệng phun này khả thi và hiệu quả theo kết quả mô phỏng.
Hình 3.18 Vị trí miệng phun của sản phẩm trong thực tế
Hình 3.17 Cách bố trí hệ thống dẫn nhựa với miệng phun được chọn
Đặt vị trí miệng phun theo hướng dẫn và tiến hành mô phỏng để xác định các thông số cần thiết Kết quả thu được từ quá trình mô phỏng sẽ cung cấp những thông tin quan trọng cho việc phân tích.
- Thời gian điền đầu cực đại: 2,979 s
- Áp suất phun cực đại: 21,73 Mpa
Hình 3.19 Kết quả mô phỏng thời gian điền đầy cực đạí
THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẤY SẢN PHẨM
Hệ thống lấy sản phẩm thường dùng và phổ biến nhất đó là dùng hệ thống đẩy sản phẩm
Hệ thống đẩy sản phẩm là thiết bị quan trọng giúp đưa sản phẩm ra ngoài sau khi đã được làm nguội Trong quá trình làm nguội, sản phẩm thường xảy ra hiện tượng co lại do sức hút chân không, đặc biệt khi mở khuôn Điều này cần được chú ý để đảm bảo hiệu quả trong sản xuất.
Hình 3.20 Kết quả mô phỏng áp suất phun cực đại
Hình 3.21 Cấu tạo chung của hệ thống đẩy
Một sốt loại hệ thống đẩy phổ biến hiện nay:
- Hệ thống đẩy dùng chốt
- Hệ thống đẩy dùng lưỡi đẩy
- Hệ thống đẩy dùng ống đẩy
- Hệ thống đẩy dùng tấm tháo
Hệ thống đẩy sử dụng khí nén là lựa chọn phù hợp nhất cho sản phẩm này, nhờ vào tính phổ biến và cấu trúc đơn giản nhưng hiệu quả Vật liệu cho hệ thống đẩy được chọn là T10A, đã qua nhiệt luyện với độ cứng trên 50 HRC và độ nhám bề mặt đạt 0,8 𝜇m Chốt đẩy được tiêu chuẩn hóa với các kích thước đường kính, chiều dài và hình dạng khác nhau tùy theo từng hãng sản xuất.
Kích thước chốt đẩy phụ thuộc vào kích thước sản phẩm, do kích thước sản phẩm đang thiết kế không quá lớn nên chọn đường kính chốt đẩy d1 = 3 mm
Theo tiêu chuẩn của hãng Hasco có: d2 = 6 mm, R = 0,3 mm, k = 4 mm
Sau khi đẩy sản phẩm thì hệ thống đẩy sản phẩm cần phải trở về vị trí ban đầu
Để thực hiện nhiệm vụ này, cần thiết phải có một hệ thống hồi, trong đó chốt hồi là phương pháp phổ biến nhất Kích thước của chốt hồi sẽ được xác định dựa trên kích thước khuôn và tiêu chuẩn của từng nhà sản xuất khuôn.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG
Để thiết kế hệ thống dẫn hướng hiệu quả, cần xem xét nhiều phương pháp khác nhau, tùy thuộc vào hình dáng và độ chính xác của sản phẩm cũng như tuổi thọ của khuôn Trong trường hợp sản phẩm đang được thiết kế, lựa chọn tối ưu là sử dụng hệ thống dẫn hướng với chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng.
Hình 3.22 Kích thước của chốt đẩy tròn
Chức năng chính của chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng là đưa hai tấm khuôn thẳng hàng với nhau
Vị trí chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng rất quan trọng trong thiết kế khuôn lớn Đối với khuôn Futaba type FC, cần đặt 4 chốt dẫn hướng ở 4 góc để đảm bảo độ chính xác Chốt dẫn hướng sử dụng là loại thẳng có vai, và kích thước của chốt dẫn hướng sẽ phụ thuộc vào kích thước tổng thể của khuôn.
Dựa vào kích thước và tiêu chuẩn của hãng, có kích thước sơ bộ chốt dẫn hướng như sau:
Hình 3.23 Hệ thống dẫn hướng dùng chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng
Hình 3.24 Kích thước sơ bộ chốt dẫn hướng thẳng có vai
Bạc dẫn hướng được sử dụng cho loại khuôn này bạc dẫn hướng có vai
Kích thước sơ bộ của bạc dẫn hướng có sai như sau:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THOÁT KHÍ
Hệ thống thoát khí là một phần thiết yếu của khuôn, giúp không khí bị kẹt thoát ra ngoài, từ đó giảm thiểu các khuyết tật như đốm cháy và tình trạng điền đầy không hoàn toàn Khi thiết kế hệ thống này, cần đảm bảo rằng không khí có thể dễ dàng thoát ra mà không cho vật liệu chảy qua Đối với sản phẩm uPVC, phương án tối ưu là sử dụng các rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn, bao gồm rãnh dẫn và rãnh thoát Chiều sâu của rãnh dẫn là 0,013mm, độ rộng rãnh là 3,2mm và chiều dài rãnh là 1mm.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO UNDERCUT
Hình 3.25 Kích thước sơ bộ bạc dẫn hướng có vai
Chi tiết co 90 độ là một chi tiết trụ tròn rỗng với góc 90 độ, khiến việc lấy phần lõi trở nên khó khăn Để tháo lõi, cần tách nó thành hai phần Sau đó, sử dụng hệ thống trượt (slider) để thực hiện việc tháo lõi undercut.
Để tháo lõi của một chi tiết, cần sử dụng 2 slider, và với khuôn có 4 lòng khuôn, tổng cộng cần đến 8 slider Điều này lý giải cho kích thước lớn của khuôn Hệ thống trượt bao gồm các thành phần như chốt xiên, con trượt, ray dẫn, cơ cấu giữ và khối niêm Kích thước của slider được tiêu chuẩn hóa tùy thuộc vào nhà sản xuất và kích thước lõi.
Trong thiết kế slider, khoảng cách trượt là khoảng cách cần thiết để kéo lõi ra khỏi vị trí khuôn cho đến khi không còn tác động của lực đẩy Việc tính toán chính xác khoảng cách trượt là rất quan trọng để đảm bảo lõi được rút hoàn toàn khỏi khuôn Công thức tính khoảng cách trượt sẽ giúp đảm bảo hiệu quả hoạt động của slider.
S = H.tan𝛼 + (1÷3) = 86,03.tan18 0 + 1 = 28,96 mm (1, trang 144) Trong đó:
- H – hành trình mở khuôn (mm) H = 86,03 mm (tính bằng phần mềm Solidworks)
- 𝛼 – góc nghiêng của chốt xiên 𝛼 = 18 0
THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI
Hình 3.26 Lõi sau khi tách
Hệ thống làm nguội là một bộ phận quan trọng trong khuôn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất Thời gian làm nguội chiếm khoảng 60% chu kỳ khuôn, do đó, việc giảm thiểu thời gian nguội mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm sẽ cải thiện đáng kể năng suất của quá trình sản xuất.
Chi tiết co 90 độ là một phần phức tạp có hình dạng tròn đều, do đó chỉ cần làm nguội cả hai lòng tấm cố định và tấm di động Quy trình làm nguội diễn ra đồng thời trên các bề mặt, với việc bố trí các đường nước xung quanh mỗi chi tiết để đảm bảo hiệu quả.
Dựa vào bề dày thành sản phẩm, ta chọn đường kính kênh làm nguội là ∅10 [1, bảng 1.5.6.1, trang 96]
Dựa vào nhiệt độ làm việc, ta chọn chất làm nguội là nước chống làm lạnh [1, bảng 1.5.2.1, trang 91]
Lưu lượng nước làm nguội bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như đường kính, chiều dài đường làm mát, nhiệt độ khuôn, nhiệt độ đầu vào và tạp chất trong nước, khiến việc tính toán lưu lượng cho hệ thống làm nguội trở nên phức tạp Thông thường, lưu lượng nước được xác định dựa trên thực nghiệm, với đường làm mát có đường kính ∅10, lưu lượng tối thiểu được khuyến nghị là 3,41 lít/phút.
Thời gian làm nguội được tính theo công thức sau (nhiệt độ thành khuôn của nhựa uPVC là 45 0 C < 60 0 ):
TC = Smax.(1 + 2.Smax) = 3.(1 + 2.6) = 36 s Trong đó: Smax – bề dày lớn nhất thành sản phẩm
Chi tiết có phần lõi phức tạp và nhỏ, dẫn đến việc nhiệt sinh ra trong quá trình nhựa được đưa vào khuôn rất lớn Để đảm bảo làm nguội hiệu quả, không chỉ cần làm nguội bên ngoài mà còn cả lõi bên trong Một trong những phương pháp hiệu quả và đơn giản cho các lõi nhỏ là sử dụng hệ thống làm mát có vách ngăn.
Chọn baffle của hãng Misumi cho hệ thống làm nguội lõi với kích thước lõi nhỏ là ∅28 và lõi lớn là ∅34 Đường kính lỗ lắp baffle được khuyến nghị là ∅22, trong khi kích thước đường nước đầu vào và đầu ra là ∅12.
CHỌN BULÔNG VÀ MỐI GHÉP
Một khuôn hoàn chỉnh bao gồm nhiều tấm ghép lại với nhau, vì vậy cần sử dụng bulông để lắp ghép các tấm này Kích thước của bulông thường được tiêu chuẩn hóa để đảm bảo tính đồng nhất và hiệu quả trong quá trình lắp ráp.
Hình 3.27 Hệ thống làm mát có vách ngăn
Hình 3.28 Catolog baffle của hãng Misumi
35 chuẩn theo kích thước của khuôn tùy theo nhà sản xuất Theo tiêu chuẩn của Futaba loại
FC thì bulông lắp gặp được chọn là bulông đầu lục giác chìm M16
Trên lý thuyết, đường kính bulông được tính thông qua công thức:
S = 𝜇.d 2 /4 → d = √ 4𝑆 𝜇 (S – diện tích mặt cắt ngang của bulông)
Trong đó: F – lực toàn phần tác dụng lên bu lông theo hướng dọc trục (kN)
V – lực xiết bulông (kN) Chọn V = 15 kN
[𝜎] = 16 kN/cm 2 - ứng xuất kéo cho phép của vật liệu
Vậy ta chọn bu lông đầu lục giác chìm M16.
TÍNH LỰC KẸP KHUÔN VÀ CHỌN LOẠI MÁY ÉP NHỰA
Khi chọn loại máy ép nhựa phù hợp với kết cấu khuôn, điều quan trọng là phải dựa vào lực kẹp khuôn Loại máy ép lý tưởng là khi lực kẹp khuôn của máy lớn hơn lực kẹp khuôn ước lượng Để xác định lực kẹp khuôn, bạn có thể áp dụng công thức dựa trên kinh nghiệm.
A – Tổng diện tích hình chiếu sản phẩm A = 17,22 cm 2 (tính bằng phầm mềm SolidWorks 2016)
P – Áp lực chuẩn chổ trũng P = 5 kgf/cm 2
0,8 – Hệ số an toàn, kg/cm 3
Lực mở khuôn lấy theo kinh nghiệm: lực mở khuôn nhỏ hơn lực kẹp 15% Khi đó: Fmk = F – 15%.F = 91,481 (tấn)
Chọn máy ép nhựa: Haiti – PL 2000/770J.
THIẾT KẾ KHUÔN VỚI SỰ HỔ TRỢ CỦA PHẦN MẦM CAD/CAE
Thiết kế, đặc biệt là thiết kế khuôn, đóng vai trò quan trọng trong quy trình chế tạo và sản xuất Tầm quan trọng của thiết kế không thể phủ nhận, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả sản phẩm.
Việc thiết kế gặp nhiều hạn chế khi sử dụng các bản vẽ truyền thống và công cụ vật lý thông thường, do đó, việc áp dụng phần mềm CAD/CAE chuyên dụng là cần thiết để tiết kiệm thời gian và tăng độ chính xác Hiện nay, có nhiều phần mềm CAD nổi bật như SolidWorks, Catia, Autocad, Inventor, và Creo Parametric Trong số đó, SolidWorks là phần mềm phổ biến và quen thuộc với sinh viên thiết kế, hỗ trợ tốt cho quá trình thiết kế khuôn nhờ vào các tính năng xây dựng mô hình tiên tiến Bên cạnh đó, việc sử dụng Moldflow Insight giúp tính toán và mô phỏng quá trình ép nhựa với độ chính xác cao, đồng thời tối ưu hóa chi phí và tư vấn thiết kế hiệu quả.
3.12.2 Tạo lòng khuôn cho sản phẩm bằng Mold Tools
Dựa vào bản vẽ 2D, sử dụng phần mềm SolidWorks để tạo sản phẩm 3D có ren và lõi phức tạp Việc tạo lòng khuôn cho sản phẩm này không thể thực hiện tự động, do đó cần phải sử dụng Mold Tools Đầu tiên, xác định hướng mở khuôn bằng cách vào Parting Line và chọn mặt phẳng ngay đầu sản phẩm Tiếp theo, sử dụng Draft Analysis để kiểm tra góc nghiêng và chọn đường tròn ngoài sản phẩm vào mục Parting Line trước khi nhấn ok.
Tiếp tục thực hiện, ta chọn Shut-off Surface để lắp lỗ cho sản phẩm (hình 3.31) sau đó nhấn ok
Để tạo mặt phân khuôn thứ nhất, hãy sử dụng lệnh Parting Surfaces và nhập kích thước cho mặt phân khuôn sao cho nó bao trọn chi tiết Kích thước này cần đủ lớn để chứa hai tấm khuôn sau này (hình 3.32) Sau khi hoàn tất, nhấn OK để xác nhận.
Để tạo kích thước cho khuôn, trước tiên cần tạo một Sketch và vẽ kích thước của khuôn Phần mềm sẽ tiếp tục thực hiện dựa trên kích thước lòng khuôn được xác định từ kinh nghiệm và kích thước của chi tiết.
Chọn sketch đã tạo và sử dụng Tooling Split để tạo lòng khuôn Tiếp theo, xác định kích thước cho lòng khuôn và thay đổi đối tượng Core và Cavity để phần mềm phân biệt rõ ràng giữa lõi và lòng khuôn, sau đó nhấn OK để thực hiện thao tác.
Việc tạo mặt phân khuôn thứ nhất và xác định kích thước khuôn đã hoàn tất Tiếp theo, chúng ta sẽ tiến hành tạo mặt phân khuôn thứ hai cùng với các lõi cần thiết cho khuôn.
Mặt phân khuôn thứ hai là mặt cắt ngang sản phẩm, chia thành hai phần giống nhau, bao gồm phần Core và Cavity, tức là khuôn âm và khuôn dương, đây là mặt phân khuôn chính Mặt phân khuôn thứ nhất được tạo ra để kéo lõi sản phẩm ra ngoài Để thực hiện thao tác này, trước tiên sử dụng lệnh Move/Copy Body trong hộp thoại Insert để kéo lõi ra Tiếp theo, tạo một Sketch mới phía sau mặt phẳng, vẽ hình chữ nhật để cắt khuôn thành hai phần bằng nhau Sau khi hoàn tất việc vẽ, thoát lệnh và sử dụng lệnh Core để tách khuôn thành hai phần, sau đó nhấn ok để kết thúc thao tác.
Sau khi hoàn thành việc tách khuôn, bước tiếp theo là xử lý phần lõi để việc tháo lõi sau này trở nên dễ dàng hơn Đầu tiên, vẽ một sketch trên một mặt phẳng để tách lõi thành hai phần, giúp quá trình tháo khuôn diễn ra thuận lợi (hình 3.36) Sau đó, sử dụng lệnh Core để thực hiện việc tách lõi thành hai phần (hình 3.26).
Sau khi tách phần lõi, cần cắt gọt tấm kéo lõi sao cho nhỏ gọn và phù hợp với kích thước của Slider, giúp dễ dàng lắp đặt Baffle Trong quá trình cắt gọt, kích thước tấm kéo lõi phải lớn hơn đường kính ngoài của sản phẩm là ∅34 để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả.
Để vật liệu thoát ra ngoài dễ dàng, cần thiết phải có 41 khoảng trống và lõi cần có góc côn khoảng 10 độ để thuận tiện cho việc đưa lõi vào Sau khi được làm gọn, lõi không có đường không gian để đưa Baffle vào, do đó cần tạo khuôn gian thích hợp Theo tính toán ở mục 3.9, đường kính lỗ làm mát lõi là ∅22, và Baffle cần được chọn với kích thước phù hợp.
Bảng 3.1 Kích thước Baffle theo tiêu chuẩn Misumi
Như vậy, dựa trên kích thước Baffle để thiết kế lõi phù hợp Trước tiên, vào Hole Wizad trong tab Features để thực hiện khoan lỗ ∅22 (hình 3.37)
Sau đó, dùng lệnh Extruded – Cut để tạo lỗ ∅26,4 Thực hiện Chamfer đầu lỗ 0,5 mm, kết quả như hình 3.38
Để tạo ren cho lỗ, sử dụng lệnh Thread, đảm bảo ren phù hợp với việc lắp Baffle Đồng thời, cần tạo các đường nước vào và ra cho hệ thống làm mát lõi bằng cách thực hiện các lỗ cần thiết.
∅12 bằng lệnh Extruded – Cut Sau đó, tạo ren cho 2 đầu lỗ (hình 3.40) để lắp với co nối đưa dung dịch làm mát vào
Sau đó, lắp Baffle vào lỗ vừa được tạo phía trên bằng lệnh Move/Copy Body, kết quả có được như hình 3.41
Tương tự như các thao tác trên, tiếp tục thực hiện cho đầu lõi còn lại
Để phần lõi có thể lắp vừa vào tấm khuôn, cần cắt tấm khuôn cho phù hợp với kích thước của lõi Quá trình này bắt đầu bằng việc tạo một mặt phẳng mới, sau đó vẽ một Sketch mới trên mặt phẳng đó Tiếp theo, sử dụng lệnh Extruded – Cut để tạo lỗ, đảm bảo rằng kích thước của Sketch và lệnh cắt phải khớp với kích thước của lõi Kết quả cuối cùng sẽ cho phép lõi vừa vặn với lòng khuôn.
Sau đó, thực hiện đưa lõi lại vào lòng khuôn bằng lệnh Move/Copy Body để có được lòng khuôn hoàn chỉnh (hình 3.45)
3.12.3 Tạo kênh dẫn, miệng phun bằng Mold Tools
Việc thiết kế lòng khuôn và các bố trí liên quan trở nên phức tạp do chi tiết của lòng khuôn, vì vậy kênh dẫn và miệng phun cần được thiết kế thủ công dựa trên các tính toán cụ thể Để tạo miệng phun, trước tiên cần tạo một mặt phẳng mới chứa vị trí của miệng phun Từ mặt phẳng này, tiến hành tạo một Sketch mới và vẽ hình dạng miệng phun có đường kính ∅4 mm tại vị trí đã xác định Sau khi hoàn tất việc vẽ, sử dụng lệnh Extruded – Cut để cắt biên dạng miệng phun theo kích thước đã tính toán và nhấn ok để thực hiện lệnh.
Tiếp tục, chúng ta thực hiện việc tạo kênh dẫn phụ bằng cách chọn mặt phẳng bên ngoài lòng khuôn Tạo một Sketch mới để vẽ biên dạng kênh dẫn phụ có đường kính ∅12, sau đó thoát lệnh Sử dụng lệnh Extruded – Cut để tạo kênh dẫn phụ với chiều sâu tương ứng từ vị trí ngoài lòng khuôn đến vị trí miệng phun, rồi nhấn OK Kết quả sẽ hiển thị như hình 3.47.
MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ÉP SẢN PHẨM
Mô phỏng quá trình ép sản phẩm đóng vai trò quan trọng trong thiết kế khuôn, giúp người thiết kế phát hiện và giải quyết các vấn đề tiềm ẩn Kết quả từ quá trình mô phỏng cung cấp thông tin cần thiết để điều chỉnh các tham số thiết kế, từ đó nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Autodesk Moldflow Insight là phần mềm mô phỏng ép nhựa của Autodesk, cung cấp công cụ giúp thiết kế mô phỏng quá trình đúc và ép nhựa Phần mềm này giúp giảm nhu cầu thử nghiệm mẫu thực tế tốn kém, đồng thời dự đoán và giải quyết các vấn đề khuyết tật trong sản xuất.
3.13.2 Mô phỏng quá trình điền đầy bằng phần mềm Moldflow Insight 2012 Đầu tiên, đưa đối tượng vào môi trường phân tích Vào New project để tạo bài toán mới Hộp thoại Create New Project xuất hiện, đặt tên ở mục Project name Ở mục Create in chọn đường dẫn sau đó nhấn ok Vào Import để đưa đường dẫn file chứa sản phẩm để đưa vào phân tích (sản phẩm được vẽ bằng phần mềm SolidWorks và được lưu dưới dạng file.igs) Sau đó chọn Open, hộp thoại Import xuất hiện với 3 lựa chọn Ta chọn Dual Domain sau đó nhấn ok
Sau đó, ta thực hiện chia lưới cho sản phẩm hợp lý Vào Mesh, chọn Generate Mesh Xuất hiện hộp thoại Generate Mesh:
Hình 3.72 Hộp thoại Generate Mesh
Chọn giá trị chiều dài (Global edge length) và giá trị dung sai (Merge tolerance) được nhập như hình Sau đó chọn Mesh Now để chia lưới sản phẩm
Tiếp theo, ta chọn phương phá ép phun Vào Thermoplastic Injection Molding chọn Thermoplastic Injection Molding
Tiếp tục, ta chọn vật liệu nhựa cho quá trình ép phun Vào Select Material chọn Select Material A, xuất hiện hộp thoại Select Material:
Chọn vật liệu là nhựa PVC như hình trên và nhấn ok
Sau đó, ta lựa chọn quá trình phân tích Vào Analysis Sequence, xuất hiện hộp thoại Select Analysis Sequence và chọn Fill, nhấn ok
Tiếp theo, ta đặt vị trí cổng phun Vào Injection Locations và xác định vị trí cổng phun như hình 3.74
Cuối cùng, ta chọn Star Analysis để chạy quá trình mô phỏng Ta có kết quả như sau:
- Thời gian điền đầy là 17,17 s
Hình 3.75 Thời gian điền đầy toàn bộ lòng khuôn
- Áp suất phân tối đa là 37,71 Mpa
Trong quá trình ép nhựa, làm mát là một yếu tố cực kỳ quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Do cấu trúc đối xứng của lòng khuôn và độ phức tạp của hệ thống làm mát, chúng ta chỉ cần mô phỏng quá trình làm mát cho một chi tiết cụ thể.
Tương tự như mô phỏng quá trình điền đầy, ta thực hiện đưa chi tiết mô phỏng vào môi trường phân tích như trên
Hình 3.76 Mô phỏng quá trình làm mát phần mềm Moldflow Insight 2012
Sau đó, thực hiện chia lưới cho sản phẩm Các thuộc tính chọn như hình 3.77
Để tạo ra các đường làm mát, cần xác định vị trí và kích thước của chúng dựa trên hệ thống làm mát của khuôn đã thiết kế Đầu tiên, xác định vị trí của các điểm đầu và điểm cuối của đường làm mát Trong phần Geometry, chọn tab Nodes và sử dụng chức năng Node by Coordinate Tại đây, nhập tọa độ của điểm cần xác định vào mục Coordinate và nhấn Apply để hoàn tất.
Sau khi xác định tất cả các điểm, hãy vào tab Curves và chọn Create line Tại đây, bạn cần nhập tọa độ của điểm đầu và điểm cuối cho đường làm mát vào mục First và Second (hình 3.79), sau đó nhấp Apply để tạo ra các đường thẳng.
Cứ thế thế tiếp tục tạo ra các đường làm mát khác, kết quả như sau:
Tiếp theo, ta chọn thuộc tính cho các đường Lựa chọn các đường làm mát, chuột phải sau đó chọn Change Proporties Type, xuất hiện bảng Change Proporties Type:
Chọn Chanel sau đó nhấn ok Tiếp tục tương tự như chọn thuộc tính cho đường làm mát, ta thực hiện cho 2 Baffle
Sau khi hoàn tất các bước trước, tiến hành chia lưới cho hệ thống làm mát bằng cách chọn tất cả các đường đã thực hiện Trong phần Mesh, chọn Generate Mesh và thực hiện chia lưới với các thông số đã định sẵn.
Sau khi hoàn thành việc xây dựng hệ thống, bước tiếp theo là xác định đầu vào của dung dịch làm mát và nhiệt độ của dung dịch này Trong tab Boundary Conditions, chọn mục Coolant Inlets để mở bảng Set Coolant Intels Tiến hành nhấn Edit và điền nhiệt độ dung dịch làm mát vào mục Coolant Intel temperature, cùng với hệ số Reynold Do dung dịch làm mát được chọn là nước, hãy sử dụng các thông số phù hợp như trong hình và nhấn OK.
Sau đó chọn vị trí làm mát như hình:
To continue the process, we select the materials as previously mentioned and then choose the injection molding method In the Thermoplastic Injection Molding section, we opt for Thermoplastic Injection Molding Next, we proceed to select the analysis process In the Analysis Sequence, a dialog box labeled Select Analysis Sequence appears, where we select the Cool option (refer to Figure 3.85) and click OK.
Cuối cùng, ấn Start Analysis để bắt đầu qá trình mô phỏng Ta có kết quả như sau:
- Nhiệt độ chất lỏng làm nguội (Circuit coolant temperature) như sau:
- Nhiệt độ trung bình (Average temperature, part) như sau:
