bài tập lớn CKDC khuôn đúc đhbkhn

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay sản phẩm nhựa đã chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vật liệu nhựa ngày càng có những tính chất ưu việt như về chất lượng về độ bền … Ngành c

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay sản phẩm nhựa đã chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vật liệu nhựa ngày càng có những tính chất ưu việt như về chất lượng về độ bền … Ngành công nghiệp nhựa đã phát triển rất nhanh trong thời gian qua kéo theo đó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa phát triển trong đó phải kể đến ngành công

nghiệp chế tạo khuôn ép phun

Việc chế tạo ra các chi tiết có biên dạng phức tạp kéo theo biên dạng của lòng khuôn và lõi khuôn cũng phức tạp dẫn đến việc gia công chúng theo các phương pháp truyền thống gặp rất nhiều khó khăn Ngoài ra việc chế tạo lòng khuôn, lõi khuôn còn phụ thuộc nhiều vào trình độ người thợ, thời gian chế tạo khuôn dài và độ chính xác lòng khuôn thường không cao Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học và kỹ

thuật, các công nghệ gia công mới cũng phát triển rất mạnh mẽ kéo theo các ứng dụng phần mềm vào trong tự động hoá sản xuất và tự động hoá lắp giáp như ứng dụng các phần mềm

Solidwork, Master Cam, Cimatron, Catia Việc ứng dụng các phần mềm này vào sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu, và lắp giáp khuôn tự động, nó đã giải quyết được các khó khăn trước đây và đem lại hiệu quả kinh tế rất cao Ở nước ta việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa phục vụ cho đời sống cũng như trong kỹ thuật đang được phát triển rất mạnh

mẽ, số lượng các cơ sở sản xuất ứng dụng phương pháp gia công mới ngày càng nhiều, gia công được các chi tiết có biên dạng phức tạp

Nắm bắt được tình hình đó em đã được thầy hướng dẫn định hướng và giao nhiệm vụ cho nghiên cứu đề tài: “Chế tạo khuôn

ép nhựa ”

Sau một thời gian tìm hiểu thực tế, thu thập tài liệu và được sự hướng dẫn của thầy cùng sự nỗ lực của bản thân, em

đã hoàn thành bài tập đúng thời hạn với đầy đủ nội dung của

đề tài được giao

Nội dung bài làm của chúng em bao gồm năm phần

chính:

-Chương I: Giới thiệu chung về khuôn ép nhựa

-Chương II: Chọn vật liệu làm khuôn ép nhựa

-Chương III: Phương pháp chế tạo khuôn ép nhựa và trình tự gia

công, chế tạo

-Chương IV: Phương pháp xử lý nhiệt cho khuôn ép nhựa

-Chương V: Kết luận

Trong thời gian vừa qua em đã cố gắng tìm hiểu các loại tài liệu

về khuôn ép nhựa và đã cố gắng trình bầy vấn đề một cách hệ thống nhất nhưng do khả năng thực tế, kiến thức còn hạn chế nên bài làm không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất

mong được sự chỉ bảo tận tình của thầy để em có thể hoàn thiện bài tập, rút ra kinh nghiệm và hiểu thêm về kiến thức chuyên môn

Em xin chân thành cảm ơn thầy!

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHUÔN ÉP NHỰA

* Khái niệm:

Khuôn ép nhựa là dụng cụ được dùng để định hình sản phẩm nhựa, khuôn ép nhựa được thiết kế để sử dụng cho một số

lượng chu trình yêu cầu Nói cách khác khuôn ép nhựa gồm nhiều chi tiết lắp ráp với nhau, sau khi nhựa được phun vào khuôn và làm nguội, sẽ đẩy ra sản phẩm

Khuôn ép nhựa là thành phần vô cùng quan trọng trong dây chuyền sản xuất nhựa Nó đóng vai trò là khuôn mẫu để tạo ra những sản phẩm nhựa có thiết kế đúng theo yêu cầu

Kích thước và cấu tạo của khuôn ép nhựa phụ thuộc vào kích thước và đặc điểm của sản phẩm Tùy theo số lượng sản phẩm cần sản xuất mà ta lựa chọn loại khuôn phù hợp và hiệu quả nhất

* Cấu tạo khuôn ép nhựa

 Tấm kẹp trên: Tấm này có tác dụng kẹp chặt tấm

khuôn trên và tấm kẹp trên thành một khối và kẹp chặt

cả khối này bàn tĩnh của máy ép nhựa

 Tấm khuôn trên: Là bộ phận quan trọng nhất vì nó là

hình bao ngoài của sản phẩm Nó quyết định đến độ chính xác của khuôn cũng như độ chính xác của sản phẩm Bề mặt ngoài của sản phẩm đẹp hay xấu, chính xác hay không là phụ thuộc hoàn toàn vào khi ta gia công tấm khuôn này

 Bạc định vị: Đảm bảo vị trí thích hợp của khuôn với vòi

phun

 Bộ định vị: Đảm bảo sự phù hợp giữu phần cố định và

phần chuyển động của khuôn Nó bao gồm chốt định vị

và bạc định vị

 Tấm đỡ: Giữ cho mảnh ghép của khuôn không bị rơi ra

ngoài

 Thanh kê: Dùng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm

kẹp phía dưới để cho giàn đẩy hoạt động được

 Tấm kẹp dưới: Tấm này kẹp toàn bộ cụm khuôn dưới

thành một khối và kẹp khối này vào bàn máy động của máy ép nhựa

 Chốt đẩy: Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi

khuôn mở

 Tấm kẹp đẩy: Giữ chốt đẩy, chốt hồi, chốt giật cuống.

 Tấm đẩy: Dùng để chặn các chốt lắp trên tấm kẹp đẩy

trong quá trình đẩy sản phẩm ra ngoài không thể rơi các chốt ra được Tấm đẩy và tấm kẹp đẩy được bắt chặt thành một khối và được gọi là giàn đẩy Giàn đẩy nằm phía dưới khuôn dưới và trên tấm kẹp dưới

 Chốt hồi: Làm cho giàn đẩy có thể quay trở về khi

khuôn đóng lại

 Trụ kê: Dẫn hướng chuyển động và đỡ cho tấm đẩy,

tránh cho tấm khuôn khỏi bị cong do áp lực đẩy cao, tăng tuổi thọ cho khuôn

 Tấm khuôn dưới: Là một bộ phận cũng rất quan trọng,

nó là đường bao quyết định hình dáng bên trong của sản phẩm Khuôn dưới và khuôn trên kết hợp với nhau để tạo ra hình dáng hoàn chỉnh của chi tiết Khuôn trên là

bộ phận đứng yên, khuôn dưới là bộ phận di động

*Công dụng

Khuôn ép nhựa được sử dụng trong sản xuất bộ phận kết cấu

của nhiều sản phẩm như thiết bị gia dụng, điện, điện tử, ô tô,

xe máy…

Nó là công cụ để sản xuất các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo, hoàn thiện sản phẩm nhựa kể cả khi chúng có cấu trúc phức tạp

Khuôn ép nhựa là dụng cụ sản xuất vô cùng phổ biến nhất dùng

để chế tạo các bộ phận bằng nhựa, nó là yếu tố quyết định tính hiệu quả của quy trình sản xuất để tạo ra sản phẩm với khối lượng lớn

Bằng cách sử dụng các loại khuôn ép nhựa khác nhau về kích thước và độ phức tạp có thể tạo ra các sản phẩm khác nhau Nhựa dẻo thô sau khi được nấu chảy trong máy ép phun sẽ

được bơm vào khuôn ép nhựa, sản phẩm tạo thành được đẩy ra sau khi nguội đi và hóa cứng

*Yêu cầu kỹ thuật chung của khuôn

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

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

3 Đảm bảo vị trí chính xác về tương quan giữa 2 nửa

khuôn

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

5 Vật liệu chế tạo khuôn phải có tính chống mòn cao và

dễ gia công

6 Khuôn phải đảm bảo độ cứng khi làm việc tất cả bộ phận của khuôn không được biến dạng hoặc lệch khỏi vị trí cần thiết khi chịu lực ép lớn (vài trăm tấn)

7 Khuôn phải có hệ thống làm lạnh bao quanh lòng khuôn sao cho lòng khuôn phải có 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 kì ép và tăng năng suất

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

*Số lượng sản phẩm trên một khuôn

Khuôn 1 ổ Khuôn nhiều ổ

Chương 2: VẬT LIỆU LÀM KHUÔN ÉP NHỰA:

 Những yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn vật liệu làm

khuôn:

Quá trình chọn vật liệu làm khuôn cần phải được cân nhắc kỹ vì

nó liên quan đến độ bền của khuôn, chất lượng bề mặt cũng như liên quan đến công nghệ chế tạo bộ khuôn như: khả năng

ga công cắt gọt, công nghệ bóng có thể đạt được,….Do vậy, việc chọn vật liệu làm khuôn là công việc rất quan trọng và khi chọn sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau:

– Loại nhựa sẽ phun khuôn, vì có những loại nhựa có hại cho thép làm khuôn

– Độ bóng của bề mặt, độ phức tạp, chức năng của sản phẩm

ép ra

– Số lượng sản phẩm yêu cầu

– Công nghệ dùng để gia công sản phẩm nhựa (phun, ép thổi,

…)

– Khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn hóa học

– Biến dạng kích thước và hình dạng khi nhiệt luyện

– Các tính chất công nghệ như: cắt gọt, đánh bóng.

– Tính hàn và khả năng phục hồi chi tiết

– Giá tiền vật liệu

Thông thường yêu cầu đặc tính chung của vật liệu làm khuôn nhựa

phải có:

– Độ cứng

– Độ dẻo dai

– Đồng chất, tinh khiết

– Hàm lượng Crôm (chống mòn)

Lựa chọn vật liệu không phải là do giá vật liệu chi phối mà do tính

gia công của nó và từ đó giảm bớt công sức và thời gian gia

theo từng hệ thống, từng chức năng của chi tiết mà vật liệu

tạo được chọn có những đặc tính hợp lý

 Tính chất của vật liệu thép phù hợp với từng chi tiết khuôn:

*Vật liệu đối với hệ thống dẫn hướng và định vị:

Với hệ thống này tính chống mài mòn và độ cứng được đặt lên hàng đầu Do vậy, vật liệu được chọn phải có khả năng nhiệt

cứng cao bên ngoài để chống mài mòn, nhưng đồng thời phải

bên trong nhằm tránh bị gãy trong quá trình làm việc Vật liệu trục

thường dùng là:

– Thép SCM-415

– Bạc SUJ2, ví dụ: Guide Bushings: 60 – 62 HRC, Leader

Bushings: 58 HRC, Taper Pin Sets: 58 – 62 HRC

Các chốt hồi do phải làm việc liên tục và chịu lực dọc trục trong quá trình làm việc cho nên đặc tính ưu tiên của vật liệu là độ cứng chống mài mòn, độ dẻo ở bên trong lõi để tránh gãy trong quá trình làm việc (tỷ lệ chiều dài/đường kính của chốt thường rất lớn) Vật liệu của chốt thường là thép SKD 61

*Vật liệu làm thân khuôn:

Đây là phần khuôn cơ bản dùng lắp các phần khác nhau của

vậy mà độ cứng cũng được quan tâm nhiều Vật liệu của thân

thép Cacbon loại trung bình như: AISI 1055, DIN CM55, JIC S55S

*Vật liệu cho các miếng ghép và tấm khuôn cho khuôn âm và khuôn dương:

Thông thường các miếng ghép và tấm khuôn âm và dương phải có

độ cứng, độ bóng rất cao, độ biến dạng khi nhiệt luyện nhỏ Các phần

này tiếp xúc trực tiếp với nhựa và chịu áp xuất lớn; do vậy, mà các

ghép phải có độ cứng vững cao

Theo yêu cầu của khách hàng để đa dạng sản phẩm có thể vừa ép

sản phẩm đen đục, vừa ép sản phẩm trắng trong, do đó phải

khả năng đạt độ bóng gương của bề mặt phần âm của khuôn

mặt sau khi đánh bóng thấp hơn 0,05Ra) Muốn đạt được độ

và không gỉ, thông thường khi chọn vật liệu quan tấm nhiều

lượng Crôm

Loại vật liệu thông dụng nhất dùng cho phần này là:

– 35CrMo2: tốt cho gia công, nhưng không tốt cho đánh bóng

và chạm trổ

– 40CrMnMo7: vật liệu này hơi khó gia công nhưng dễ cho đánh bóng cũng như chạm trổ

– 40NiCrMoV4: đây là loại thông dụng để làm miếng ghép hoặc các tấm tôi cứng hoàn toàn

– 40Cr13: loại này chịu đánh bóng và ăn mòn tốt, nhiệt luyện đạt độ cứng cao

Chương 3: QUY TRÌNH CHẾ TẠO KHUÔN NHỰA

Để sản xuất ra một bộ khuôn nhựa đảm bảo chất lượng, độ ổn định và tuổi thọ cao khi sử dụng thì Quá trình chế tạo khuôn phải đảm bảo một quy trình vô cùng khắt khe Dưới đây là quy trình thiết kế bộ khuôn cơ bản:

Bước 1: Thông tin đầu vào.

Thông tin đầu vào của 1 bộ khuôn có ý nghĩa vô cùng quan trọng quyết định đến tính kinh tế, cấu tạo của một bộ khuôn, những thông tin này do khách hàng đặt hàng cung cấp và tư vấn của nhà sản xuất Thông tin đầu vào bao gồm:

 Số lòng khuôn

 Vị trí đặt cổng bơm trên sản phẩm

 Khuôn ghép lõi hay khuôn liền

 Vật liệu nhựa là loại nhựa gì?

 Vật liệu chế tạo khuôn

 Độ chính xác về kích thước, độ bóng / độ nhám bề mặt,…

 Các lưu ý về độ co ngót, về vị trí đặt chốt đẩy sản phẩm;

độ côn về mặt sản phẩm nhựa,…

Bước 2 Thiết kế khuôn.

Căn cứ vào những thông tin đầu vào mà khách hàng cung cấp, đội ngũ thiết kế sẽ lên phương án kỹ thuật để thiết kế ra một

bộ khuôn đáp ứng được yêu cầu của khách hàng Quá trình này, đội ngũ thiết kế phải tính toán được độ co ngót của sản phẩm;

lực ép của máy ép nhựa, độ bền của các mối ghép va ra được kích thước của các bộ phận khuôn thể hiện trên bản vẽ thiết kế 3D

Sau khi có bản vẽ thiết kế 3D, đội ngũ thiết kế phải có buổi họp tổng duyệt với bộ phận kinh doanh, đội ngũ sản xuất để đánh giá chất lượng thiết kế đã đảm bảo đúng yêu cầu của khách hàng và khả thi với hệ thống máy móc hiện tại hay không ? Từ

đó, sẽ có những điều chỉnh phù hợp

Sau khi chốt được bản vẽ thiết kế 3D, đội ngũ thiết kế tiếp tục làm việc để bóc tách ra bản vẽ chi tiết gọi là bản vẽ 2D Bản vẽ 2D thể hiện kích thước, dung sai, vật liệu chế tạo và yêu cầu kỹ thuật cho từng chi tiết Dựa vào bản bẽ này đội ngũ sản xuất sẽ thiết kế ra quy trình công nghệ để chế tạo chi tiết

Bước 3 Mua thép và linh kiện khuôn.

Dựa vào bản vẽ thiết kế 2D, bộ phận vật tư sẽ mua thép chế tạo khuôn và linh kiện khuôn theo đúng yêu cầu về chủng loại, kích thước

Bước 4 Gia công chế tạo.

Các nguyên công gia công chế tạo một bộ khuôn thương gồm các công đoạn sau:

- Gia công tạo phôi: Phay cạnh, phay mặt và mài phẳng bề mặt.

- Gia công CNC: để tạo hình lòng khuôn và các chi tiết cấu

thành khuôn

- Gia công cắt dây: để tạo các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao

- Gia công xung tia lửa điện: để tạo hình các vị trí không thể gia công CNC và cắt dây được

- Gia công hoàn thiện: để tạo được nước, tạo lỗ bắt bu lông,…

Bước 5 Đánh bóng bề mặt và lắp ráp khuôn.

- Đánh bóng bề mặt:

+ Chất lượng bề mặt sản phẩm nhựa phụ thuộc rất nhiều vào

độ bóng của lòng khuôn Đây là công đoạn vô cùng tỷ mỉ đòi hỏi độ chính xác, kỹ năng làm việc chuyên nghiệp của đội ngũ công nhân Đánh bóng bao gồm hai giai đoạn: Đánh bóng sơ bộ trước lắp ráp và đánh bóng kỹ sau lắp ráp

- Lắp ráp khuôn:

+ Sau khi đã gia công hoàn thiện các chi tiết, thì bộ phận lắp ráp bắt tay vào việc lắp ráp các chi tiết để hình thành nên bộ

khuôn Đây là công đoạn có ý nghĩa đặc biệt đến sự hoạt động của khuôn, đến chất lượng của sản phẩm

+ Các công việc bao gồm: Lắp ghép các chi tiết với nhau, rà màu để kiểm tra bề mặt phân khuôn để triệt tiêu via của sản phẩm

Bước 6 Thử khuôn.

Đây là giai đoạn để đánh giá kết quả của 5 bước trên Hầu như khi chế tạo một bộ khuôn rất khó có thể có sản phẩm mẫu đạt được 100% yêu cầu trong lần ép đầu tiên Kết quả của bước này, nhà sản xuất phải đánh giá được các tồn tại cần phải khắc phục và đưa ra ngayphương án khắc phục ngay lúc thử khuôn

Do vậy, kết quả của bước này sẽ là sản phẩm nhựa và biên bản ghi nhận kết quả và tình trạng khuôn

Bước 7 Sửa chữa khắc phục các tồn tại nếu có.

Bước 8 Gửi mẫu hoàn chỉnh cho khách hàng.

*Quy trình thiết kế này có thể tóm gọn trong sơ đồ sau

Chương 4: Phương pháp xử lý nhiệt cho khuôn

Xử lý nhiệt cho khuôn là một bước quan trọng để cải thiện tính chất độ cứng của vật liệu làm khuôn Nó thường được thực hiện sau khi khuôn đã được mở và xử lý nhiệt được thực hiện trước khi quá trình hoàn thiện

Xử lý nhiệt sẽ có quy trình sau:

(1) Quá trình rèn, đây là một phần quan trọng trong quá trình sản xuất khuôn Đối với các dụng cụ của thép công cụ hợp kim cao, các yêu cầu kỹ thuật cho cấu trúc kim loại của vật liệu, chẳng hạn như sự phân bố của cacbua, thường được đưa

ra Ngoài ra, phạm vi nhiệt độ rèn nên được kiểm soát chặt chẽ, cần phải thiết lập đúng đặc điểm gia nhiệt, phương pháp rèn chính xác, và làm mát chậm hoặc ủ kịp thời sau khi rèn

(2) Chuẩn bị xử lý nhiệt Quy trình xử lý nhiệt ủ, chuẩn hóa hoặc ủ phải được áp dụng riêng biệt tùy thuộc vào vật liệu và yêu cầu của các bộ phận làm việc của khuôn, để cải thiện tổ chức, loại bỏ các khuyết tật của phôi rèn và cải tiến công nghệ chế biến Thép chết hợp kim cacbon cao có thể loại bỏ cacbua thứ cấp có lưới hoặc cacbua xích thông qua xử lý nhiệt sơ bộ thích hợp, có thể tạo hình cầu và tinh chỉnh cacbua và thúc đẩy

sự phân bố của cacbua Điều này sẽ giúp đảm bảo chất lượng làm nguội và ủ và cải thiện tuổi thọ của khuôn

(3) Dập tắt và ủ Đây là một phần quan trọng trong xử lý nhiệt khuôn Nếu quá nóng xảy ra trong quá trình dập tắt và sưởi ấm, không chỉ phôi gia công sẽ gây ra độ giòn lớn, mà còn dễ gây biến dạng và nứt trong quá trình làm mát, điều này sẽ ảnh

hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ của khuôn Cần chú ý đặc biệt

để ngăn ngừa quá trình oxy hóa và giải mã khi quá trình dập nguội được làm nóng Kiểm soát chặt chẽ đặc tả quy trình xử lý nhiệt Nếu điều kiện cho phép, có thể sử dụng xử lý nhiệt chân không Sau khi dập tắt, nó sẽ được ủ trong thời gian, và các quá trình ủ khác nhau sẽ được áp dụng theo các yêu cầu kỹ thuật (4) Ủ cứu trợ Các bộ phận làm khuôn phải được ủ và ủ sau khi gia công thô Mục đích là để loại bỏ các căng thẳng nội bộ gây

ra bởi gia công thô, để tránh làm nguội và biến dạng quá mức

và nứt Đối với các khuôn có yêu cầu độ chính xác cao, sau khi nhấn mạnh hoặc gia công bằng điện, chúng cần trải qua quá trình giảm áp suất và ủ, giúp ổn định độ chính xác của khuôn