MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.................................................................. i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT............................................................................ ii
TÓM TẮT......................................................................................................................... i
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.................................................................. ii
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................. iii
LỜI CAM ĐOAN..............................................................................................................iv
Chương 1: GIỚI THIỆU..................................................................................................1
1.1 Tổng quan..................................................................................................................1
1.2 Lịch sử hình thành và phát triển.................................................................................2
1.3. Công nghệ ép phun..................................................................................................2
1.3.1 Máy ép phun............................................................................................................2
1.3.2 Nguyên lý hoạt động...............................................................................................3
1.3.3 Cấu tạo của máy đúc ép phun................................................................................3
1.3.3.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun......................................................................................4
1.3.3.2 Hệ thống phun.................................................................................................... 4
1.3.3.3 Hệ thống kẹp........................................................................................................7
1.3.3.4 Hệ thống khuôn....................................................................................................9
1.3.3.5 Hệ thống điều khiển.............................................................................................9
1.4 Ưu và nhược điểm của công nghệ ép phun.............................................................10
1.4.1 Ưu điểm.................................................................................................................10
1.4.2 Nhược điểm...........................................................................................................10
1.5 Ứng dụng của công nghệ ép phun...........................................................................11
1.6 Tầm quan trọng của công nghệ ép phun trong sản xuất.........................................11
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................................12
2.1 Giới thiệu về khuôn..................................................................................................12
2.1.1Khái niệm................................................................................................................12
2.1.2 Cấu tạo của một bộ khuôn....................................................................................13
2.1.3 Các loại khuôn ép nhựa:.......................................................................................15
2.1.3.1 Khuôn 2 tấm.......................................................................................................15
2.1.3.2 Khuôn 3 tấm.......................................................................................................16
2.1.3.3 Khuôn nhiều tầng:..............................................................................................17
2.1.3.4 Khuôn tháo chốt ngang..................................................................................... 18
2.2 Vật liệu nhựa ép phun..............................................................................................18
2.2.1 Giới thiệu..............................................................................................................18
2.2.2 Phân loại...............................................................................................................19
2.2.3 Cấu trúc của polymer............................................................................................20
2.2.3.1 Cấu trúc vô định hình........................................................................................ 20
2.2.3.2 Cấu trúc kết tinh.................................................................................................20
2.2.4 Tính chất cơ học....................................................................................................21
2.2.4.1 Độ bền cơ học....................................................................................................21
2.2.5 Đặc tính và ứng dụng của một số loại nhựa thông dụng......................................22
2.2.5.1 Polyethylene PE.................................................................................................22
2.2.5.2 Polypropylene PP...............................................................................................23
2.2.5.3 Polystyrene (PS)................................................................................................24
2.2.5.4 Polycarbonate (PC)............................................................................................24
2.2.5.5 Nylon Polyamide PA...........................................................................................25
2.2.5.6 Acrylic (PMMA)...................................................................................................25
2.2.5.7 Polyoxymethylene POM.....................................................................................26
2.3 Vật liệu làm khuôn....................................................................................................26
2.3.1 Vật liệu nhôm........................................................................................................ 27
2.3.2 Vật liệu thép...........................................................................................................27
2.4 Những lỗi thường gặp trong ép phun.......................................................................27
2.4.1 Tia phun (Jetting)...................................................................................................27
2.4.2 Vân sóng (Flow mark)............................................................................................27
2.4.3 Ba via.....................................................................................................................28
2.4.4 Weld line................................................................................................................28
2.4.5 Bề mặt bong/ không bằng phẳng...........................................................................28
2.4.6 Bọt khí....................................................................................................................29
2.4.7 Bề mặt bong/ không bằng phẳng...........................................................................29
2.4.8 Các sọc do cháy/sọc màu bạc/sọc do khí gây ra:..................................................29
2.4.9 Hình thành bong bóng và lỗ...................................................................................30
Chương 3: THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN.....................................................................31
3.1 Giới thiệu về chi tiết..................................................................................................31
3.1.1 Ưu, nhược điểm của chi tiết..................................................................................32
3.1.2 Phạm vi ứng dụng..................................................................................................32
3.2 Tính toán thiết kế khuôn............................................................................................33
3.2.1 Xác định hệ số co rút của vật liệu..........................................................................33
3.2.1 Chọn vật liệu làm khuôn.........................................................................................34
3.2.2 Tính số lòng khuôn.................................................................................................34
3.2.3 Kết cấu khuôn.........................................................................................................35
3.2.4 Kích thước khuôn...................................................................................................36
3.2.5 Các yêu cầu kỹ thuật đối với chi tiết của bộ khuôn................................................36
3.2.6 Các hệ thống cơ bản của bộ khuôn ép nhựa.........................................................37
3.2.7 Hệ thống kênh dẫn nhựa........................................................................................37
3.2.7.1 Cổng phun (Sprue)..............................................................................................38
3.2.7.2 Kênh dẫn nhựa (Runner).....................................................................................42
3.2.7.3 Miệng phun (gate)............................................................................................... 46
3.2.8 Hệ thống dẫn hướng và định vị...............................................................................51
3.2.8.1 Vòng định vị..........................................................................................................51
3.2.8.2 Chốt dẫn hướng...................................................................................................51
3.2.9 Hệ thống đẩy sản phẩm..........................................................................................52
3.2.9.1 Chốt đẩy...............................................................................................................54
3.2.9.2 Chốt hồi................................................................................................................55
3.2.10 Thiết kế tối ưu thông số kênh làm mát..................................................................55
3.2.10.1 Phương pháp Taguchi........................................................................................57
3.2.10.1.1 Khái niệm........................................................................................................57
3.2.10.1.2 Đặc điểm của phương pháp Taguchi..............................................................58
3.2.10.1.3 Thiết kế thực nghiệm Taguchi.........................................................................58
3.2.10.1.4 Các bước thực hiện phương pháp Taguchi....................................................58
3.2.10.1.5 Ưu, nhược điểm của phương pháp Taguchi...................................................61
3.2.10.2 Áp dụng phương pháp Taguchi vào bài toán tối ưu kênh làm mát....................61
3.2.10.3 Mô hình tính toán mô phỏng............................................................................. 64
3.2.10.4 Phân tích độ hội tụ lưới sản phẩm.....................................................................66
3.2.10.5 Ảnh hưởng các thông số thiết kế đến độ cong vênh của sản phẩm..................67
3.2.11. Mô phỏng lắp ráp khuôn.......................................................................................75
Chương 4: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG KHUÔN.................................78
4.1 Phân tích công nghệ gia công...................................................................................78
4.2 Lựa chọn máy và các thống số kỹ thuật của máy......................................................79
4.2.1 Chọn máy gia công.................................................................................................79
4.2.2 Thông số kỹ thuật của máy.....................................................................................79
4.2.3 Phần mềm lập trình gia công..................................................................................80
4.3 Lập trình gia công khuôn trên....................................................................................80
4.3.1 Lần gá 1 4.3.1.1 Bước 1: Gia công mặt đáy...........................................................81
4.3.1.2 Bước 2: Gia công mặt bên phải..........................................................................82
4.3.1.3 Bước 3: Gia công mặt sau..................................................................................84
4.3.1.4 Bước 4: Gia công mặt bên trái............................................................................86
4.3.1.5 Bước 5: Gia công mặt trước...............................................................................87
4.3.1.6 Bước 6: Gia công 4 lỗ 18....................................................................................89
4.3.1.7 Bước 7: Gia công 4 lỗ M10.................................................................................90
4.3.1.8 Bước 8: Gia công 4 lỗ M10x0,5...........................................................................92
4.3.1.9 Bước 9: Gia công lỗ 12........................................................................................93
4.3.1.10 Bước 10: Gia công 4 lỗ 10................................................................................ 94
4.3.1.10 Bước 10: Gia công 4 lỗ bậc 15..........................................................................95
4.3.2 Lần gá 2..................................................................................................................97
4.3.2.1 Bước 1: Gia công mặt đầu...................................................................................97
4.3.2.2 Bước 2: Gia công 4 bậc.......................................................................................98
4.3.2.3 Bước 3: Gia công 4 bậc 25................................................................................100
4.3.2.4 Bước 4: Gia công lòng khuôn............................................................................101
4.3.2.5 Bước 5: Gia công đường runner........................................................................103
4.4 Lập trình gia công khuôn dưới.................................................................................104
4.4.1 Lần gá 1................................................................................................................105
4.4.1.1 Bước 1: Gia công mặt đáy.................................................................................105
4.4.1.2 Bước 2,3: Gia công mặt bên phải, trái...............................................................106
4.4.1.3 Bước 4,5: Gia công mặt trước, sau...................................................................107
4.4.1.6 Bước 6: Gia công 4 lỗ .......................................................................................108
4.4.1.7 Bước 7: Gia công 4 lỗ bậc................................................................................ 110
4.4.1.8 Bước 8: Gia công 4 lỗ .......................................................................................111
4.4.1.9 Bước 9: Gia công 4 lỗ bậc ................................................................................112
4.4.1.10 Bước 10: Gia công 4 lỗ M10x0,5.....................................................................114
4.4.1.11 Bước 11: Gia công lỗ làm mát ........................................................................115
4.4.1.12 Bước 12: Gia công lỗ M21x1.0........................................................................116
4.4.1.13 Bước 13: Gia công 3 lỗ ...................................................................................117
4.4.1.14 Bước 14: Gia công lỗ làm mát ........................................................................118
4.4.2 Lần gá 2................................................................................................................119
4.4.2.1 Bước 1: Gia công mặt đầu................................................................................119
4.4.2.2 Bước 2: Gia công biên dạng lòng khuôn và mặt phân khuôn...........................120
4.4.2.3 Bước 3: Gia công rãnh runner...........................................................................121
Chương 5: HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG KHUÔN..................................123
5.1 Vận hành khuôn:.....................................................................................................123
5.2 Bảo dưỡng khuôn...................................................................................................124
Chương 6: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN........................................................................127
6.1 Kết quả đạt được.....................................................................................................127
6.2 Nhận xét..................................................................................................................127
6.3 Cách khắc phục.......................................................................................................127
KẾT LUẬN....................................................................................................................128
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................129
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp phát triển không ngừng của đất nước thì cùng với đó là sự phát triển của ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp cơ khí đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hoá và hiện đại hoá của đất nước. Do đó, các sản phẩm nhựa được tạo ra từ công nghệ tạo hình và khuôn mẫu ngày càng nhiều và được ứng dụng rộng rãi. Các sản phẩm nhựa từ đơn giản đến phức tạp phải đòi hỏi độ bền và độ chính xác cao. Do đó, chúng đã làm cho ngành công nghệ khuôn mẫu ngày càng trở nên phát triển.
Công nghệ khuôn mẫu với khuôn kim loại dùng để ép phun vật liệu nhựa, các sản phẩm nhựa được tạo ra với đủ kiểu dáng chủng loại phục vụ cho đời sống của con người cũng như các lình vực kỹ thuật. Vấn đề chính cần giải quyết là làm thế nào để nâng cao chất lượng, độ chính xác và tính thẩm mỹ của sản phẩm nhựa. Với công nghệ cũ thì việc đi thiết kế, gia công, lắp ráp khuôn trở nên khó khăn và tốn nhiều thời gian trong việc sản xuất thử và sửa chửa. Ngày nay vấn đề đó được giải quyết thông qua các phần mềm thiết kế và mô phỏng chuyên dụng. Việc nghiên cứu về công nghệ khuôn mẫu là một nhu cầu cấp thiết đối với sinh viên trong quá trình nghiên cứu và học tập, đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức sâu rộng trong công nghệ chế tạo sản phẩm cơ khí.
Với mong muốn có được những kiến thức về ngành công nghiệp quan trọng này, em đã tiến hành tìm hiểu và thực hiện đề tài tốt nghiệp: Thiết kế và mô phỏng khuôn đúc ép nhựa cho các chi tiết điển hình. Vì lần đầu làm quen với công việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự tận tình hướng dẫn của TS. …………….. nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình tính toán và thiết kế. Mong các thầy chỉ bảo và nhận xét để em có thể hoàn thiện tốt nhất cho đồ án này.
Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
(Ký)
………………….
Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tổng quan
Ép phun là công nghệ tạo ra sản phẩm nhựa bằng cách ép vật liệu nhựa nóng chảy vào khuôn đúc với áp suất cao. Khi nhựa được làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn được mở ra và sản phẩm nhựa được đẩy ra ngoài. Trong quá trình này không có bất kỳ phản ứng hoá học.
Quá trình ép phun có thể thực hiện trên các vật liệu khác nhau, nhưng phổ biến nhất là nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. Vật liệu dạng hạt hoặc bột được cho phễu chứa, vật liệu nhựa được làm nóng chảy và nhờ trục vít dẫn lên phía trước phun vào lòng khuôn. Vật liệu sau khi được làm nguội và lấy ra, sản phảm có hình dạng lòng khuôn. Khuôn đúc thường được làm bằng vật liệu kim loại (thép, nhôm) được gia công với độ chính xác cao và có hình dạng lòng khuôn đạt yêu cầu.
1.2 Lịch sử hình thành và phát triển
Máy phun ép được sáng chế đầu tiên tại Mỹ vào năm 1872 bởi hai anh em John Wesley Hyatt và Isaiah. Chiếc máy này thô sơ hơn so với cái thiết bị hiện đại, nó hoạt động như một kim tiêm lớn, dưới tác dụng của piston, nhựa thông qua xy lanh được nung nóng và bơm vào khuôn.
Các nhà khoa học người Đức Arthur Eichengrün và Theodore Becker đã khám phá ra các dạng cellulose acetate hòa tan đầu tiên vào năm 1903, khó cháy hơn cellulose nitrate và dễ phun ép. Arthur Eichengrün phát triển máy ép phun đầu tiên năm 1939 và được cấp bằng sáng chế khuôn ép nhựa acetate cellulose dẻo.
1.3. Công nghệ ép phun
1.3.1 Máy ép phun
Máy ép phun (injection molding machine) là loại máy được sử dụng phổ biến và rộng rãi trong các dây chuyền ứng dụng công nghệ ép phun. Máy có tác dụng cố định khuôn đóng trong suốt quá trình đẩy nhựa nóng chảy bằng áp lực phun vào lòng khuôn. Lúc này, nhựa sẽ lấp đầy lòng khuôn và sau khi được làm nguội, sản phẩm sẽ được lấy ra ngoài.
1.3.3 Cấu tạo của máy đúc ép phun
Máy ép phun có cấu tạo chung gồm các bộ phận sau:
1.3.3.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun
- Thân máy (Frame): Liên kết các hệ thống trên máy lại với nhau.
- Hệ thống thuỷ lực (Hydraulic system): Cung cấp lực để đóng và mở khuôn, tạo ra và duy trì lực kẹp, làm cho trục vít quay chuyển động tịnh tiến, tạo lực cho chốt đẩy và sự trượt của lõi mặt trên. Hệ thống bao gồm: bơm, motor, hệ thống ống, thùng chứa dầu.
- Hệ thống điện (Electrical): Cấp nguồn cho motor điện (electric motor) và hệ thống điều khiển cho khoảng chứa các vật liệu nhớ các băng nhiệt (heater band), bảo đảm an toàn điện cho người vận hành máy bằng các nút công tắc. Hệ thống gồm: tủ điện (electric power cabiner) và hệ thống dây dẫn.
1.3.3.3 Hệ thống kẹp
Hệ thống kẹp có chứng năng đóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình phun, làm nguội và lấy sản phẩm ra khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép phun.
Hệ thống kẹp gồm các bộ phận:
+ Cụm đẩy của máy (Machine ejector).
+ Cụm kìm (Clamp cylinder).
+ Tấm di động (Moverable platen).
+ Tấm cố định (Stationary platen).
- Cụm đẩy của máy (Machine ejector): Gồm xilanh thủy lực, tấm đẩy và cân đẩy. chúng có chức năng tạo ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn.
- Cụm kìm (Clamp cylindero): thường có 2 loại chính, đó là loại dùng cơ cấu khuỷu và loại dùng các xilanh thủy lực. Hệ thống này có chức năng cung cấp lực để đóng mở khuôn và giữ để khuôn đóng trong suốt quá trình phun.
- Tấm cố định (Stationary platen): Cũng là một tấm thép lớn có nhiều lỗ thông với tấm cố định của khuôn. Ngoài 4 lỗ dẫn hướng và các lỗ có ren để kẹp tấm cố định của khuôn tương tự như tấm di động, tấm cố định còn có thêm lỗ vòng định 17 vị để định vị tấm cố định của khuôn và đảm bảo sự thẳng hàng giữa cần đẩy và cụm phun.
- Thanh nối (Tie bar): Có khả năng co giãn để chống lại áp suất phun khi kìm tạo lực. Ngoài ra còn có tác dụng dẫn hướng cho tấm di động.
1.3.3.5 Hệ thống điều khiển
- Màn hình máy tính: Cho phép nhập các thông số gia công, trình bày các dữ liệu của quá trình ép phun, cũng như các tín hiệu báo động và các thông điệp.
- Bảng điều khiển: Gồm các công tắc và nút nhấn dùng để vận hành máy. Một bàn điều khiển gồm có: nút nhấn điều khiển bơm thủy lực, nút nhấn tắt nguồn điện hay dừng khẩn cấp và các công tắc điều khiển bằng tay.
1.5 Ứng dụng của công nghệ ép phun
Ép phun là một quy trình sản xuất linh hoạt nên ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:
- Công nghệ ô tô: Bảng điều khiển, tấm cửa, lưới tản nhiệt, ghế ngồi, tay nắm cửa, cần gạt, … Quá trình ép phun cho phép sản xuất các hình dạng và thiết kế phức tạp, sử dụng các vật liệu khác nhau để đáp ứng các yêu cầu như độ bền, khả năng chịu nhiệt và độ bền va đập.
- Ngành y tế: Ống tiêm, ống thông IV, các dụng cụ phẫu thuật, thiết bị cấy ghép, … Quá trình ép phun cho phép sản xuất các bộ phận chính xác và nhất quán, cần thiết cho sự an toàn và hiệu quả trong các thiết bị y tế.
- Hàng tiêu dùng: Đồ chơi, đồ gia dụng và đồ nội thất. Các sản phẩm có tính thẩm và chất lượng cao với chi phí thấp.
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Giới thiệu về khuôn
2.1.1Khái niệm
- Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình.
- 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 sản phẩm cần tạo ra.
- Khuôn là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, được chia làm 2 phần chính:
+ Phần cavity (khuôn cái, khuôn âm): được gá lên trên tấm cố định của máy ép nhựa.
+ Phần core (khuôn đực, khuôn dương): được gá trên tấm di động của máy ép nhựa.
2.1.2 Cấu tạo của một bộ khuôn
Cấu tạo một bộ khuôn thể hiện như hình 2.2
Ngoài core và cavity 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:
1. Tấm kẹp trước: dùng để kẹp vào phần cố định của thành máy. Tấm kẹp trước có chiều rộng nhô ra so với các tấm khuôn khác, chính phần nhô ra này là phần dùng để kẹp khuôn.
2. Tấm cố định (tấm khuôn cái): tấm này là phần khuôn cố định.
3. Bạc cuốn phun: có chức năng dẫn nhựa dạng lỏng từ đầu phun của máy ép vào khuôn (đầu tiên là dẫn nhựa vào các kênh dẫn).
7. Tấm di động (tấm khuôn đực): là tấm khuôn phía phần di động.
8. Trụ đỡ: giúp tăng độ cứng vững cho khuôn phần di động, tấm này chỉ dùng khi tấm di động quá mỏng.
9. Gối đỡ: gồm 2 tấm 2 bên tạo thành một cặp, có tác dụng trợ lực cho tấm di động đồng thời tạo không gian trống để bố trí hệ thống đẩy.
10. Tấm kẹp pin: giữ hệ thống pin đẩy không trượt ra ngoài trong quá trình khuôn hoạt động.
14. Lò xo: đẩy hệ thống đẩy hồi trở lại để chuẩn bị cho chu kỳ ép phun kế tiếp.
15. Chốt hồi: giúp dẫn hướng tấm kẹp và tấm đẩy di chuyển tịnh tiến theo đúng hướng để chúng không bị trượt ra ngoài, đồng thời cũng bảo vệ dàn pin đẩy không bị cong trong quá trình đẩy sản phẩm và lùi về.
16. Bạc dẫn hướng: giúp chốt dẫn hướng dễ dàng di chuyển và định vị.
17. Chốt dẫn hướng: giúp 2 phần di động và cố định của khuôn được định vị chính xác trong suốt quá trình đóng khuôn.
2.1.3 Các loại khuôn ép nhựa:
2.1.3.1 Khuôn 2 tấm
Khuôn ép nhựa 2 tấm là loại khuôn ép nhựa có kết cấu đơn giản, có 1 mặt phân khuôn chia khuôn ra thành 2 phần là phần cố định và phần di động.
Để nhận biết về loại khuôn 2 tấm thì nhìn vào trạng thái lúc mở khuôn lấy sản phẩm ra ngoài sẽ thấy có mặt chia khuôn được mở ra và chia khuôn ra thành 2 phần riêng biệt là phần kênh dẫn và phần sản phẩm cùng nằm một phía.
Loại khuôn nhựa 2 tấm được sử dụng trong chế tạo các sản phẩm gia dụng đơn giản, thời gian thiết kế ngắn và gia công ngắn nhưng vẫn có độ chính xác cao để sớm đưa ra thị trường.
* Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản hơn so với khuôn ép nhựa 3 tấm: thiết kế đơn giản nên kết cấu khuôn không đòi hỏi sự phức tạp.
- Giá thành rẻ hơn, vật liệu gia công ít, chu kỳ ép nhanh hơn.
- Dễ lắp, dễ sửa chữa.
* Nhược điểm:
Quá trình tự động hóa không cao vì không có hệ thống tự động cắt đuôi keo nên cần phải thuê nhân công cắt đuôi keo. Chính vì thế không tối ưu trong việc sản xuất sản phẩm hàng loạt với số lượng lớn như khuôn 3 tấm.
2.1.3.3 Khuôn nhiều tầng:
Kết cấu của khuôn ép nhựa nhiều tầng thường có 3 cụm khuôn, trong đó cụm khuôn ở giữa có cả 2 mặt là lòng khuôn.
Khi khuôn mở ra sẽ tạo ra 2 khoảng không gian trống và cả 2 khoảng này đều để sản phẩm rơi ra. Khuôn nhiều tầng phù hợp khi cần chế tạo số lượng lớn sản phẩm, nó cũng giúp giảm lực kẹp của máy, tuy nhiên hệ thống đẩy lại phức tạp.
2.2 Vật liệu nhựa ép phun
2.2.1 Giới thiệu
Nhựa-Chất dẻo (Plastics) là loại vật liệu tạo thành bởi nhiều phân tử (các cao phân tử Polymer). Nó có thể được tổng hợp hoặc thay đổi từ thành phần nhỏ (gọi là monome). Chất dẻo là loại vật rắn (có thể là ở trạng thái lỏng trong quá trình gia công).
* Polymer:
Polymer là những hợp chất mà trong phân tử của chúng gồm nguyên tử được nối với nhau bằng những liên kết hóa học thành những mạch dài và có khối lượng phân tử lớn. Trong mạch chính của polymer những nhóm nguyên tử này được lặp đi lặp lại nhiều lần.
* Mắc xích cơ sở:
Mắc xích cơ sở là những nhóm nguyên tử nhất định tham gia lặp đi lặp lại nhiều lần trong mạch phân tử polymer.
Ví dụ: Nhóm -CH2-CH2- trong mạch polyetylen được gọi là mắc xích cơ sở.
* Tên gọi :
Tên gọi polymer chủ yếu dựa vào tên monome (mắc xích cở sở), hợp chất tổng hợp thành polymer trước đó thêm vào chữ poly.
Ví dụ: Etylen à PE: Polyetylen
2.2.2 Phân loại
- 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. Đây là cách phân loại phổ biến nhất. Liên hệ mật thiết với cấu trúc và chúng xác định sự thích ứng với yêu cầu công nghiệp.
- Dựa vào công dụng:
Nhựa thông dụng: PE, PP, PVC, PS, ABS, HIPS,…
Nhựa kỹ thuật: PA, PC, POM, Teflon,…
Nhựa chuyên dùng: PE khối lượng phân tử cực cao, PTFE, PPS, PPD.
2.2.4 Tính chất cơ học
2.2.4.1 Độ bền cơ học
* Định nghĩa:
Độ bền cơ học là khả năng chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của các lực cơ học.
Độ bền của một sản phẩm làm bằng vật liệu polymer phụ thuộc nhiều yếu tố như:
- Chế độ trùng hợp, loại xúc tác, phụ gia,…
- Phương pháp gia công.
- Kết cấu hình dạng sản phẩm.
* Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cơ học:
- Sự định hướng: do mạch phân tử có chiều dài rất lớn so với chiều ngang nên polymer có độ bền cao theo chiều định hướng.
- Cấu trúc polymer: polymer kết tinh có độ bền cao hơn polymer vô định hình. Cấu trúc sợi bền hơn cấu trúc cầu.
- Phụ gia: phụ gia thêm vào nhằm cải thiện tính chất cơ lý của nhựa theo yêu cầu sản xuất. Tuy nhiên lượng phụ gia thêm vào cải thiện tính chất cơ học ở một giới hạn nhất định. Nếu dùng quá nhiều sẽ có tác dụng ngược lại.
2.2.5 Đặc tính và ứng dụng của một số loại nhựa thông dụng
2.2.5.1 Polyethylene PE
- Polyethylene là một loại polymer đánh giá tiêu dùng có thể được lựa chọn theo mật độ khiến nó trở thành loại nhựa được sử dụng phổ biến nhất trên toàn cầu.
- Ba loại polyethylene chính là mật độ cao (HDPE), mật độ thấp (LDPE) và polyethylene terephthalate (PET, PETE).
- Trong ép phun, loại PE dễ chảy (i2 > 25) “i2: chỉ số chảy MFR đo ở điều kiện 190oC, 2160 g (ASTM D1248)” được sử dụng để gia công các sản phẩm khối. Độ co ngót (liên quan tỷ trọng sản phẩm) chịu tác động của nhiệt độ khi hóa dẻo khối vật liệu và khi làm nguội.
2.2.5.3 Polystyrene (PS)
- Đa số các sản phẩm làm từ họ nhựa styrene gia công ép phun. Nhựa styrene có độ co rút nhỏ, độ chính xác kích thước cao. Nhựa styrene có biến tính cao su có ưu điểm tạo sản phẩm lớn do dòng chảy tốt.
- Các loại nhựa styrene có tính chất dẫn điện rất tốt, khả năng đúc các chi tiết chính xác cao, giá thành vừa phải. Chúng dùng cho các áp dụng cách điện, các phần kết cấu của công nghệ điện tử và truyền thông: như điện thoại (vỏ bọc ABS, các phần bên trong SB và SAN)
- SB và ABS kháng va đập ở nhiệt độ thấp tốt nên được dùng để sản xuất các phần vỏ bọc trong và ngoài trong kỹ nghệ lạnh.
2.2.5.5 Nylon Polyamide PA
- Polyamide hay còn gọi là nylon, là một vật liệu tổng hợp. Khả năng chịu nhiệt độ cao của nylon khiến nó dễ bị co ngót và không lấp đầy khuôn.
- Nó có thể bị phân hủy dưới ánh sáng mặt trời và có khả năng chống axit và bazơ mạnh kém, nhưng các chất phụ gia và chất độn có thể khắc phục những nhược điểm này.
- Sản phẩm đúc PA áp dụng trong các lĩnh vực chủ yếu yêu cầu độ bền va đập, kháng chấn động, cũng như tải động, hấp thu tiếng ồn và rung động, bền ăn mòn và mòn. Đệm ma sát, con lăn, thanh dẫn chuyển động trượt, chốt an toàn được làm từ PA.
2.3 Vật liệu làm khuôn
Trong quá trình chọn vật liệu làm khuôn người thiết kế cần phải cân nhắc kỹ vì chọn vật liệu làm khuôn rất quan trọng 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 gia công cắt gọt, mức độ bóng có thể đạt được,… Do vậy việc chọn vật liệu làm khuôn là việc rất quan trọng và khi chọn sẽ phải phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Loại nhựa sẽ phun khuôn, vì có những loại nhựa có hại cho khuôn.
- Độ bóng của bề mặt, độ phức tạp, chức năng của sản phẩm ép ra.
- Khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn hoá học của khuôn.
- Biến dạng kích thước và hình dạng khi nhiệt luyện.
- Số lượng sản phẩm yêu cầu.
- Công nghệ dùng để gia công sản phẩm nhựa (phun, ép thổi,…)
- Tính hàn và khả năng phục hồi chi tiết.
- Các tính chất công nghệ như: cắt gọt, đánh bóng.
2.4 Những lỗi thường gặp trong ép phun
2.4.1 Tia phun (Jetting)
Sản phẩm có vết dòng nhựa chảy để lại ở sau cổng
- Nguyên nhân:
+ Tốc độ phun không hợp lý.
+ Nhiệt độ xylanh thấp.
+ Nhiệt độ khuôn thấp.
- Khắc phục: Mở rộng cổng (tuỳ vào hình dạng và kích thước sản phẩm), điều chỉnh tốc độ phun.
2.4.3 Ba via
- Nhựa chạy vào các khe hở của sản phẩm, tạo các via thừa bên ngoài.
- Nguyên nhân:
+ Nhựa chạy vào khe hở của 2 mặt khuôn hay lỗ thoát khí của khuôn.
+ Do gia tăng chống lại dòng chảy của nhựa chảy đưa vào khuôn với lực quá lớn vượt qua cả lực kẹo khuôn khi phun.
- Khắc phục:
+ Điều chỉnh khuôn cho thích hợp hoặc sửa lại các chỗ hư hỏng.
+ Cài đặt lực kẹp khuôn lớn hơn hoặc thay đổi máy lớn hơn.
+ Giảm nhiệt độ chảy và nhiệt độ khuôn.
2.4.6 Bọt khí
- Bọt khí trong quá trình ép được hiện hữu trong sản phẩm. Các bọt khí này hình thành các lỗ bên trong sản phẩm.
- Nguyên nhân:
+ Trong suốt quá trình điền khuôn, không khí được giữ lại trong sản phẩm tại những vùng gần bề mặt sản phẩm.
- Cách khắc phục:
+ Giảm sự mất áp suất của trục vít hoặc giảm lực ép bằng cách giảm tốc độ(đặc biệt khi bọt khí được hình thành ngay gần cổng phun).
+ Cần thiết phải tối ưu hình dạng của khuôn.
2.4.8 Các sọc do cháy/sọc màu bạc/sọc do khí gây ra:
- Các sọc bạc hoặc xám được sinh ra do sự biến màu.
- Nguyên nhân:
+ Nhựa bị phân huỷ do nhiệt độ quá cao, hoặc thời gian lưu của vật liệu trong máy quá lâu.
+ Nhiệt ma sát sinh ra do sự trượt của vật liệu qua cổng phun hẹp hoặc do thay đổi dòng chạy trong sản phẩm.
- Cách khắc phục:
+ Giảm tốc độ phun.
+ Tránh dùng cổng phun quá nhỏ và thayđổi dòng chảy trong sản phẩm.
+ Kiểm tra nhiệt của hot runner và các vòng nhiệt trên xilanh.
Chương 3: THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN
3.1 Giới thiệu về chi tiết
Chi tiết điển hình là những chi tiết có hình dáng gần giống nhau nhưng khác nhau về kích thước. Chi tiết điển hình gồm các dạng như: chi tiết dạng hộp; chi tiết dạng càng; chi tiết trục; chi tiết dạng bạc; chi tiết dạng đĩa;…Vì là đề tài nghiên cứu thiết kế khuôn nên chọn chi tiết dạng bạc để đi thiết kế.
Bạc thường được làm từ những vật liệu có đồ bền cao với khả năng chịu tải tốt như: đồng, thép không gỉ, hợp kim nhôm. Tuy nhiên, bạc làm từ vật liệu nhựa được sử dụng rộng rãi và đang dần thay thế bạc bi truyền thống.
3.1.1 Ưu, nhược điểm của chi tiết
* Ưu điểm:
- Bạc lót tự bôi trơn nên giúp giảm chi phí bảo trì và rủi ro ô nhiễm.
- Nhựa có khả năng chống ăn mòn tốt, thích hợp với các môi trường ẩm ướt hoặc có hoá chất.
- Giảm tải trọng cho máy móc, tiết kiệm năng lượng.
- Có thể sản xuất sản phẩm theo nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.
* Nhược điểm:
- Độ bền cơ học thấp hơn: Nhựa thường có độ bền cơ học thấp hơn đồng, dễ bị mài mòn và biến dạng khi chịu tải trọng lớn.
- Khả năng chịu nhiệt kém: Nhiều loại nhựa không chịu được nhiệt độ cao, dễ bị mềm hoặc biến dạng khi tiếp xúc với nhiệt độ quá cao.
3.1.2 Phạm vi ứng dụng
- Công nghệ ô tô:
+ Làm bạc lót cho các chi tiết như bạc lót cửa, bạc lót nắp capo, bạc lót chân phanh.
+ Sử dụng trong các bộ phận truyền động, giảm xóc.
- Công nhiệp điện tử:
+ Làm bạc lót cho các thiết bị điện, điện tử như máy tính, điện thoại.
+ Sử dụng trong các thiết bị tự động hoá
3.2 Tính toán thiết kế khuôn
3.2.1 Xác định hệ số co rút của vật liệu
- Vật liệu ép: Nhựa PC (Nylon Polyamide).
- Tính chất: Nhiều màu khác nhau, độ cứng bề mặt cao, hệ số ma sát nhỏ, tự bôi trơn tốt, chịu nhiệt cao từ 400C-1200C.
3.2.3 Tính số lòng khuôn
* Dựa vào lực kẹp và áp suất khuôn:
n = (S x P)/F
Trong đó:
n: số lòng khuôn.
S: diện tích bề mặt sản phẩm theo hướng đóng khuôn (mm2).
P: áp suất phun cực đại (MPa).
F: lực kẹp khuôn cực đại (N).
* Dựa vào chu kỳ ép phun:
n = 0,8xS/W
Trong đó:
n: số lòng khuôn.
S: năng suất phun của máy (gam/1 lần phun).
W: trọng lượng của sản phẩm (g).
* Tính theo số lượng lô sản phẩm:
n = (L x K x tc)/tm
Trong đó:
n: số lòng khuôn tối thiểu.
L: số sản phẩm trong 1 lô sản phẩm.
K= 1/(1-k): hệ số do phế phẩm (%).
K: tỷ lệ phế phẩm.
tc: thời gian chu kỳ ép phun của 1 sản phẩm (s).
tm: thời gian yêu cầu hoàn thành 1 lô sản phẩm (ngày).
=> Để tạo ra lần lượt từng sản phẩm nên ta bố trí số lòng khuôn là n = 1.
3.2.5 Kích thước khuôn
Kích thước của sản phẩm bạc lót nhựa thể hiện như hình 3.5.
Dựa vào kích thước, hình dạng sản phẩm và các yếu tố khác như độ co giãn, kết cấu khuôn thì ta chọn bộ khuôn có kích thước như sau:
+ Kích thước khuôn: 200x260mm.
+ Vật liệu: Nhựa PP.
3.2.7 Các hệ thống cơ bản của bộ khuôn ép nhựa
- Hệ thống dẫn hướng và định vị: gồm tất cả các chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị, ...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 silde (bệ trượt): 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. (còn gọi là hệ thống lõi mặt bên).
- 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.
3.2.8 Hệ thống kênh dẫn nhựa
* Một số yêu cầu khi thiết kế kênh dẫn nhựa:
- Điền đầy sản phẩm trong thời gian ngắn nhất.
- Nhựa di chuyển nhanh và theo đường ngắn nhất để sự thất thoát và áp suất là nhỏ nhất.
- Độ bóng bề mặt của kênh dẫn cao.
- Vật liệu đi vào lòng khuôn tại các cổng cùng một thời gian, áp suất bằng nhau và nhiệt độ là như nhau.
- Không cản trở dòng chảy.
3.2.8.1 Cổng phun (Sprue)
Là chỗ nối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, có nhiệm vụ đưa dòng nhựa từ vòi phun của máy đến kênh nhựa hoặc trực tiếp đến lòng khuôn (đối với khuôn không có kênh dẫn).
Hệ thống cuống phun được sử dụng thông thường nhất là bạc cuống phun, vì bạc cuống dễ dàng thay thế và gia công. Có 2 loại bạc cuống phun: Loại 2 bulong và 4 bulong.
Dùng vòng định vị gắn ở đầu bạc cuống phun để bảo đảm sự đồng tâm giữa vòi phun và cuống phun. Vòng định vị thường được tôi cứng để không bị vòi phun của máy làm hỏng.
Kích thước cuống phun phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Khối lượng, độ dày thành của sản phẩm, loại vật liệu nhựa được sử dụng.
+ Độ dài của cuống phun phải phù hợp với bề dày của các tấm khuôn.
+ Cuống phun được thiết kế sao cho có độ dài hợp lý, đảm bảo dòng nhựa ít bị mất áp lực nhất trên đường đi.
Ta có:
dF ≥ Smax + 1,5mm; dS ≥ dN + 1mm; α ≥ 1 - 40
Bề dày thành sản phẩm nơi đặt cuống phun là 5mm, thay vào công thức trên ta tính được các kích thước:
dS dN + 1mm = 2 + 1 = 3 mm.
dF Smax + 1,5mm = 4 + 1,5 = 5,5 mm.
α ≥ 1,50 → chọn α = 1,50.
3.2.8.2 Kênh dẫn nhựa (Runner)
Kênh dẫn nhựa là đoạn nối giữa cuống phun và miệng phun. Làm nhiệm vụ đưa nhựa vào lòng khuôn.
Một số bố trí kênh dẫn nhựa đối với mặt phân khuôn.
* Tính toán tiết diện kênh dẫn:
Việc tính toán để có được đường kính và chiều dài kênh dẫn phù hợp là rất quan trọng vì khi có một kênh dẫn quá lớn hay quá dài sẽ làm cản trở dòng chảy và gây ra mất áp trên chính nó, tốn nhiều vật liệu và thời gian chu kì phun ép. Do đó, ta nên thiết kế kênh dẫn nhỏ ở mức có thể để lợi dụng nhiệt ma sát trên nó gia nhiệt cho nhựa lỏng giúp quá trình điền đầy lòng khuôn thuận lợi hơn và sản phẩm ít bị quá nhiệt.
Để xác định diện tích mặt cắt kênh dẫn nhựa thì ta phải dựa vào thời gian điền đầy theo công thức sau:
t = m/Q=> Q = m/t = s.v => s = m/(v.t)
Trong đó:
m: khối lượng sản phẩm (gam).
Q: lưu lượng phun.
s: diện tích tiết diện (mm2).
v: tốc độ phun.
D = D’. fL
Trong đó:
D’: đường kính kênh dẫn tham khảo
fL: hệ số chiều dài
Dùng biểu đồ để xác định D’ và fL:
* Tính chọn các thông số hình học cho miệng phun kiểu cạnh:
Dựa vào kết cấu sản phẩm ta chọn: L = 6 mm; I = 1 mm; T = 4 mm; C = 2 mm.
Kết luận: Vì là đề tài thiết khuôn dùng loại khuôn 1 lòng khuôn, nên ta chọn loại bạc cuống phun theo tiêu chuẩn có đường kính ngoài là 16mm. Kênh dẫn nhựa chỉ bố trí khi khuôn có từ 2 lòng khuôn trở lên.
Chọn bạc cuống phun loại SBBKE theo danh mục MISUMI. Có 2 bulong M5,5 với các thông số sau: d = 16mm; P = 3mm; A = 40; L = 115 mm. Vật liệu SKD6. [4]
3.2.10 Hệ thống đẩy sản phẩm
Sau khi sản phẩm trong khuôn được làm nguội, khuôn được mở ra, lúc này sản phẩm còn dính trên lòng khuôn do sự hút của chân không và sản phẩm có xu hướng co lại sau khi được làm nguội nên ta cần hệ thống đẩy để đẩy sản phẩm ra ngoài.
* Các hệ thống đẩy thường dùng:
- 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 dùng khí nén.
* Một số điểm cần lưu ý khi thiết kế hệ thống đẩy:
- Luôn được lắp ở nửa khuôn di động, trừ 1 số trường hợp đặt biệt thì hệ thống đẩy được lắp ở nửa khuôn cố định.
- Bố trí các chốt đẩy hay lưỡi đẩy ở góc, cạnh hoặc gân của sản phẩm.
- Hành trình đẩy bằng chiều sâu lớn nhất của sản phẩm theo hướng mở khuôn cộng thêm 5 10 mm.
- Các đỉnh chốt đẩy nên nằm ngang so với mặt phân khuôn để đảm bảo không để lại vết trên bề mặt sản phẩm.
- Đặt chốt đẩy tại những vị trí không yêu cầu về tính thẩm mỹ.
- Lực đẩy hết sức quan trọng đối với thiết kế khuôn, làm cho sản phẩm rơi ra mà không ảnh hưởng đến sản phẩm cũng như khuôn.
3.2.11 Thiết kế tối ưu thông số kênh làm mát
Hệ thống làm mát là hệ thống giúp làm mát khuôn, có vai trò giúp nhựa chuyển từ thể lỏng sang thể rắn để hình thành hình dạng sản phẩm cuối cùng. Thời gian làm mát chiếm 60% thời gian chu kỳ khuôn. Do đó, việc tối ưu thời gian làm mát nững vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là một trong những yếu tố quan trọng để giảm thời gian sản xuất.
* Mục đích:
Việc tối ưu các thông số kênh làm mát nhằm mục đích
- Giữ cho khuôn có nhiệt độ ổn định để nguyên liệu nhựa có thể giải nhiệt đều.
- Giải nhiệt nhanh, tránh trường hợp nhiệt giải không kịp, gây ra hiện tượng biến dạng sản phẩm.
- Giảm thời gian chu kì sản xuất và tăng năng suất.
* Một số yêu cầu khi thiết kế hệ thống kênh làm mát:
- Các kênh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt nhưng cần chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn.
- Đường kính kênh làm nguội phải lớn hơn 8mm (8 hoặc 10mm) để dễ gia công và phải giữ nguyên như vậy để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau do đường kính các kênh làm nguội khác nhau.
- Nên chia hệ thống làm nguội ra nhiều vùng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ quá lớn.
3.2.11.1 Phương pháp Taguchi
3.2.11.1.1 Khái niệm
Hệ thống kỹ thuật chất lượng toàn diện của Taguchi là một trong những hệ thống kỹ thuật và thành tựu tuyệt vời của thế kỷ 20. Phương pháp của ông tập trung vào việc áp dụng hiệu quả chiến lược kỹ thuật hơn là các kỹ thuật thống kê tiên tiến. Nó bao gồm cả thượng nguồn và kỹ thuật chất lượng xưởng.
Taguchi đề xuất một “off line” để cải thiện chất lượng như một giải pháp thay thế, một nổ lực để kiểm tra chất lượng của của một sản phẩm trên dây chuyền sản xuất. Ông quan sát thấy rằng chất lượng không thể được cải thiện thông qua quá trình kiểm tra và sàng lọc.
3.2.11.1.3 Thiết kế thực nghiệm Taguchi
DOE là một công cụ mà có thể được sử dụng mạnh mẽ trong một loạt các tình huống thí nghiệm. DOE cho phép kiểm soát nhiều yếu tố đầu vào để xác định ảnh hưởng đến yếu tố đầu ra mong muốn. DOE có thể giúp xác định những tương tác quan trọng giữa các yếu tố cái mà có thể bị thiếu sót khi thử nghiệm với một yếu tố tại một thời điểm.
3.2.11.1.5 Ưu, nhược điểm của phương pháp Taguchi
* Ưu điểm:
Một lợi thế của phương pháp Taguchi là nó nhấn mạnh vào giá trị đặc tính hiệu suất trung bình gần với giá trị mục tiêu thay vì giá trị trong giới hạn thông số kỹ thuật nhất định, do đó cải thiện chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, phương pháp thiết kế thử nghiệm của Taguchi rất đơn giản và dễ áp dụng cho nhiều tình huống kỹ thuật, khiến nó trở thành một công cụ mạnh mẽ nhưng đơn giản. Nó có thể được sử dụng để nhanh chóng thu hẹp phạm vi của một dự án nghiên cứu hoặc để xác định các vấn đề trong quy trình sản xuất từ dữ liệu đã có.
* Nhược điểm:
- Do số liệu rời rạc nên phương án nhận được chỉ cần tối ưu.
- Không đưa được các điều kiện ràng buộc
3.2.11.3 Mô hình tính toán mô phỏng
* Kích thước của chi tiết dùng trong mô phỏng:
Bảng 3.7 hiển thị kích thước của chi tiết bạc lót được sử dụng trong nghiên cứu. Phân tích dữ liệu được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của các tham số quy trình đối với các đo lường phản hồi. Tỷ lệ Tín hiệu so với Nhiễu (S/N) được sử dụng để đo mức độ ảnh hưởng của mỗi thông số đến hiệu suất. Một tập hệ số được xem xét là tối ưu khi giá trị S/N của nó là nhỏ nhất.
* Thiết lập mô phỏng trên phần mềm:
- Vật liệu: Vật liệu sử dụng trong bài nghiên cứu này là PA6 được hãng ALTUGLAS DRM Arkema cung cấp. Hình 2.53 thể hiện mối quan hệ giữa thể tích cụ thể, nhiệt độ và áp suất (PVT) của vật liệu PA5.
3.2.11.4 Phân tích độ hội tụ lưới sản phẩm
Dựa trên kết quả mô phỏng phân tích lưới có kích thước từ 0.2 đến 1.2. Các thông số khác liên quan đến quá trình đúc phun được đề xuất bởi phần mềm Modex 3D.
Dùng phần mềm Moldex3D R14.0 để kiểm nghiệm lại, sau đó so sánh kết quả đạt được dựa trên các công thức tối ưu và việc tính chọn trên thực tế hay dùng.
+ Bước 1: Đầu tiên ta vào phần mềm Moldex3D R14 Designer, sau đó chọn Import Part/Insert Geometry để thêm chi tiết đã thiết kế vào. Tiếp theo ở tab 2 chọn lần lượt: Wizard ở mục Gate và Wizard ở mục Melt Entrance để thiết lập vị trí cổng phun và vị trí vào nhựa.
+ Bước 3: chọn Wizard ở mục Cooling Channel để thiết lập kích thước bố trí kênh làm mát và chọn Wizard ở mục Inlet/Outlet để thiết lập đường nước vào và ra. Cuối cùng là chọn Check Cooling Channel để kiểm tra kênh làm mát, nếu phần mềm báo OK thì chuyển sang bước tiếp theo, nếu bị lỗi thì chọn CLOSE→FIX để chỉnh sửa theo gợi ý của phần mềm.
+ Bước 5: Lưu file ở tab số 5, khởi động phần mềm Moldex3D R14, tạo project mới để chế độ Simple Mode và nhấn OK để lưu project. Tiếp theo bảng dữ liệu xuất hiện, tại tab Option chọn New run và nhấn Next. Sau đó tại tab Mesh chọn New để thêm file chia lưới đã lưu ở phần mềm Moldex3D Designer.
+ Bước 6: Vào phần mềm Moldex3D R14 để mô phỏng.
+ Bước 8: Tại tab Process, chọn các thông số của máy ép theo mặc định Default. Sau đó chọn Next→ Finish.
+ Bước 10: nhấn nút run now để chạy mô phỏng.
Kết quả độ cong vênh thu được dựa trên công thức tối ưu và cách tính chọn trên thực tế như bảng 3.17.
Bảng 3.17 kết quả mô phỏng của bộ thông số tối ưu đề xuất cho thấy một hiệu suất ấn tượng, với giá trị Warpage (độ cong vênh) đạt giá trị nhỏ nhất là 0,606mm. Sự tương đồng giữa kết quả mô phỏng cho bộ thông số tối ưu và kết quả nhỏ nhất khi mô phỏng trong mảng trục giao L9 làm cho bộ thông số tối ưu trở nên tin cậy và chính xác trong việc giảm độ cong vênh của chi tiết.
Giả sử ta đưa ra các công thức tối ưu của thông số kênh làm mát như sau: D = x1.dtb; x = y1.L ; y = z1.T.
Trong đó: x1, y1, z1 : lần lượt là các hệ số tối ưu của các thông số kênh làm mát D, x, y. Từ đó ta suy ra được:
x1 = D/dtb = D/(d+d1 ) = 10/((35+25)/2) = 1/3
y1 = x/L = 24/40 = 3/5
z1 = y/T = 24/5
⟹ D = 1/3. dtb.
x = 3/5. L.
y = 24/5. T.
Kết luận: Nghiên cứu này đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đúc phun đối với độ cong vênh của chi tiết thấu kính do mảng trực giao Taguchi L9. Với các tham số được đề xuất đạt được từ thiết kế thử nghiệm. Mục đích là để xác định phương pháp tối ưu tổ hợp tham số đồng thời giảm thiểu cả cong vênh hình học của các chi tiết bạc đúc. Tính khả thi của phương pháp đề xuất đã được chứng minh bằng phần mềm Moldex 3D của tập đoàn CoreTech Đài Loan. Mô phỏng phân tích dòng chảy khuôn 3D. Kết quả mô phỏng hỗ trợ các kết luận chính sau đây:
Các yếu tố hình học của khuôn ảnh hưởng tới độ cong vênh trong quá trình đúc phun các sản phẩm ống. Thứ tự các tham số ảnh hưởng như sau: khoảng cách từ thành ngoài kênh làm mát bên trong đến thành trong của chi tiết, số kênh làm mát, khoảng cách giữa tâm kênh làm mát ngoài đến chi tiết, khoảng cách từ giữa 2 kênh làm mát và đường kính kênh làm mát ngoài.
3.2.12. Mô phỏng lắp ráp khuôn
Sử dụng phần mềm 3D SOLIDWORKS để vẽ các tấm khuôn và các chi tiết khuôn, dùng môi trường Assembly để lắp ráp khuôn. Thể hiện như hình 3.56 đến 3.59.
Chương 4: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG KHUÔN
4.1 Phân tích công nghệ gia công
Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, qui trình công nghệ được xây dựng theo nguyên tắc phân tán hoặc tập trung nguyên công.
* Các loại máy phay CNC:
- Máy phay CNC 3 trục:
+ Máy phay CNC 3 trục gồm có 3 trục X, Y, Z đồng thời.
+ Ứng dụng: gia công chi tiết máy, Khuôn mẫu, hàng không vũ trụ,…
- Máy phay CNC 4 trục:
+ Máy phay CNC 4 trục có cấu trúc chung tương tự như máy phay 3 trục, nhưng đối với máy 4 trục được trang bị thêm bàn xoay và trục A.
+ Ứng dụng: gia công khuôn mẫu, chi tiết ô tô, cơ khí hàng không, … gia công chi tiết với 1 lần gá.
- Máy phay CNC 5trục:
+ Máy phay CNC 5 trục gồm 3 trục X, Y, Z chuyển động tịnh tiến và 2 trục xoay .
+ Ứng dụng: gia công những chi tiết có bề mặt phức tạp, chi tiết có các góc nghiêng chết, độ chính xác cao vì ít lần gá đặt phôi.
4.2 Lựa chọn máy và các thống số kỹ thuật của máy
4.2.1 Chọn máy gia công
Ta chọn máy Hass UMC 750. Hình dáng bên ngoài máy như hình 4.1.
4.3 Lập trình gia công khuôn trên
Thiết lập phôi và hệ tọa độ gia công: Như hình 4.2.
4.3.1 Lần gá 1
4.3.1.1 Bước 1: Gia công mặt đáy* Chọn dao: Như hình 4.4.
* Chọn chế độ cắt:
- Phay thô mặt đáy:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 140 (m/ph).
+ Vận tốc ăn dao: vf = fz.n.Zn = 0,1.1000.4 = 400 (mm/phút).
Chọn: vf = 400 (mm/phút).
- Phay tinh mặt đáy:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,08 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 210 (m/ph).
+ Vận tốc ăn dao: vf = fz.n.Zn = 0,08.1200.4 = 384 (mm/phút).
Chọn: vf = 380 (mm/phút).
4.3.1.3 Bước 3: Gia công mặt sau
* Chọn dao: Như hình 4.10.
* Chọn chế độ cắt:
- Phay thô mặt sau:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 140 (m/ph).
- Phay tinh mặt sau:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,08 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 210 (m/ph).
+ Vận tốc ăn dao: vf = fz.n.Zn = 0,08.1200.4 = 384 (mm/phút).
Chọn: vf = 380 (mm/phút).
4.3.1.5 Bước 5: Gia công mặt trước
* Chọn dao: Như hình 4.16.
* Chọn chế độ cắt:
- Phay thô mặt đáy:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 140 (m/ph).
+ Vận tốc ăn dao: vf = fz.n.Zn = 0,1.1000.4 = 400 (mm/phút).
Chọn: vf = 400 (mm/phút).
- Phay tinh mặt đáy:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,08 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 210 (m/ph).
+ Vận tốc ăn dao: vf = fz.n.Zn = 0,08.1200.4 = 384 (mm/phút).
Chọn: vf = 380 (mm/phút).
4.3.1.7 Bước 7: Gia công 4 lỗ M10
* Chọn dao: Như hình 4.22.
* Chọn chế độ cắt:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,05 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 500 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 5000 (vòng/phút).
4.3.1.9 Bước 9: Gia công lỗ 12
* Chọn dao: Như hình 4.28.
* Chọn chế độ cắt:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,05 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 500 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 5000 (vòng/phút).
4.3.1.10 Bước 10: Gia công 4 lỗ bậc ∅15
* Chọn dao: Như hình 4.34.
* Chọn chế độ cắt:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,08 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 2000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 8000 (vòng/phút).
4.3.2 Lần gá 2
4.3.2.1 Bước 1: Gia công mặt đầu
* Chọn dao: Như hình 4.37.
* Chọn chế độ cắt:
- Phay thô mặt đầu:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 3000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 10000 (vòng/phút).
- Phay tinh mặt đầu:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,08 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 2500 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 12000 (vòng/phút).
4.3.2.3 Bước 3: Gia công 4 bậc ∅25
* Chọn dao: Nhưu hình 4.43.
* Chọn chế độ cắt:
- Phay thô mặt bậc:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 3000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 10000 (vòng/phút).
- Phay tinh mặt bậc:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,08 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 2500 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 12000 (vòng/phút).
4.3.2.5 Bước 5: Gia công đường runner
* Chọn dao: Như hình 4.40.
* Chọn chế độ cắt:
- Phay thô đường runner:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 3000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 10000 (vòng/phút).
- Phay tinh đường runner:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,08 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 2500 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 12000 (vòng/phút).
4.4 Lập trình gia công khuôn dưới
Thiết lập phôi và hệ tọa độ gia công. Như hình 4.51
4.4.1 Lần gá 1
4.4.1.1 Bước 1: Gia công mặt đáy
* Chọn dao: Nhưu hình 4.53.
* Chọn chế độ cắt:
- Phay thô mặt đáy:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 3000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 10000 (vòng/phút).
- Phay tinh mặt đáy:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 2000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 12000 (vòng/phút).
4.4.1.3 Bước 4,5: Gia công mặt trước, sau
* Chọn dao: Nhưu hình 4.59.
* Chọn chế độ cắt:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1 (mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 3000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 10000 (vòng/phút).
4.4.1.7 Bước 7: Gia công 4 lỗ bậc ∅22
* Chọn dao: Như hình 4.65.
* Chọn chế độ cắt:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,07(mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 2000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 10000 (vòng/phút).
4.4.1.10 Bước 10: Gia công 4 lỗ M10x0,5
* Chọn dao: Nhưu hình 4.74.
* Chọn chế độ cắt:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,05(mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 50 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 500 (vòng/phút).
4.4.1.12 Bước 12: Gia công lỗ M21x1.0
* Chọn dao: Như hình 4.80.
* Chọn chế độ cắt:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1(mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 3000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n = 10000 (vòng/phút).
4.4.2 Lần gá 2
4.4.2.1 Bước 1: Gia công mặt đầu
* Chọn chế độ cắt:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,1(mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 3000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n =10000 (vòng/phút).
4.4.2.3 Bước 3: Gia công rãnh runner
* Chọn chế độ cắt:
+ Lượng cắt dao: fz = 0,07(mm/răng).
+ Vận tốc cắt: Vc = 2000 (m/ph).
+ Số vòng quay: n =8000 (vòng/phút).
Chương 5: HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG KHUÔN
5.1 Vận hành khuôn.
Để vận hành tốt một bộ khuôn trước tiên cần phải thức hiện các bước sau:
* Bước 1: Chuẩn bị trước khi vận hành.
+ Kiểm tra khuôn ép phun: Đảm bảo khuôn không bị hỏng, vết nứt, hoặc bất kỳ lỗi nào.
+ Làm sạch khuôn: Đảm bảo khuôn sạch sẽ giúp sản phẩm đạt chất lượng tốt hơn.
* Bước 2: Lắp khuôn vào máy ép phun.
+ Lắp khuôn đúng cách: Đảm bảo khuôn được đặt chính xác trong máy ép phun, tuân theo hướng dẫn của nhà sản xuất máy.
+ Kiểm tra độ kín của khuôn: Đảm bảo khuôn được gắn chặt để tránh rò rỉ vật liệu hoặc lỗi trong quá trình ép phun.
* Bước 4: Vận hành và kiểm tra.
+ Chạy thử máy: Khởi động máy ép phun ở chế độ thấp nhất trước khi chuyển sang chế độ hoạt động đầy đủ.
+ Kiểm tra sản phẩm đầu ra: Đánh giá sản phẩm đầu ra để xác định chất lượng và đảm bảo nó đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng.
+ Theo dõi quá trình sản xuất: Quan sát quá trình vận hành để xác định các vấn đề có thể xảy ra và sửa chữa kịp thời.
* Bước 6: Ghi chép và cải thiện.
+ Ghi chép thông tin: Ghi lại các thông số vận hành để theo dõi hiệu suất máy.
+ Tối ưu hoá quá trình: Dựa vào dữ liệu ghi chép để cải thiện quá trình sản xuất và tối ưu hoá hiệu suất máy.
Ngoài ra, đảm bảo các kỹ sư được đào tạo đẩy đủ về cách vận hành khuôn ép phun để nâng cao an toàn và hiệu suất cao nhất.
5.2 Bảo dưỡng khuôn.
Bảo dưỡng khuôn là quy trình quan trọng, không thể thiếu trong quá trình làm việc với máy ép nhựa. Quy trình gồm các bước như sau:
* Bước 1: Tắt máy và an toàn.
+ Tắt nguồn điện: Đảm bảo máy ép phun không hoạt động và đang trong trạng thái an toàn.
+ Đảm bảo an toàn: Xác định và thực hiện các biện pháp an toàn như khoá máy để ngăn ngừa tai nạn.
* Bước 3: Kiểm tra kỹ thuật.
+ Kiểm tra vết nứt và hỏng hóc: Thẩm tra khuôn để xác định nếu có vết nứt, hỏng hóc hoặc các vấn đề kỹ thuật khác.
+ Đo lường kích thước: Sử dụng dụng cụ đo lường chính xác để kiểm tra kích thước của khuôn so với thông số kỹ thuật.
* Bước 6: Huấn luyện nhân viên.
+ Đào tạo nhân viên: Đảm bảo nhân viên được đào tạo về quy trình bảo dưỡng và sử dụng kỹ thuật đúng để bảo quản khuôn.
+ Kiểm tra định kỳ: Thực hiện kiểm tra định kỳ để đảm bảo quy trình bảo dưỡng được thực hiện đúng cách và hiệu quả.
Quy trình bảo dưỡng khuôn ép phun cần phù hợp với từng loại khuôn và thiết bị cụ thể đang sử dụng. Hãy tham khảo hướng dẫn của nhà sản xuất và điều chỉnh quy trình bảo dưỡng theo nhu cầu cụ thể của quá trình sản xuất..
Chương 6: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN
6.1 Kết quả đạt được.
Qua quá trình tìm hiểu và thực hiện luận án tốt nghiệp, các nhiệm vụ đề ra ban đầu đối với đề tài đã được hoàn thành. Một số kết quả đạt được như sau:
- Thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn bằng phần mềm solidworks.
- Mô phỏng gia công bằng phần mềm Mastercam.
- Sử dụng phần mềm Model3D để phân tích tối ưu các yếu tố khuôn đúc, máy đúc.
6.2 Nhận xét.
Về các nội dung, em đã hoàn thành các nhiệm vụ mà đồ án đề ra. Tuy nhiên, trong quá trình làm cũng không tránh những sai sót và hạn chế nhất định.
- Phân tích tối ưu sản phẩm còn gặp nhiều sai sót, kết quả phân tích chưa đi đến tối ưu như mong đợi.
- Khuôn có độ chính xác chưa cao.
Nguyên nhân:
- Kiến thức học còn hạn hẹp, tài liệu còn hạn chế.
- Kinh phí nhóm còn hạn chế.
6.3 Cách khắc phục.
- Chế tạo, lắp ráp các chi tiết máy cần độ chính xác cao hơn.
- Nghiên cứu về tối ưu sản phẩm.
KẾT LUẬN
Sau khi nhận nhiệm vụ tốt nghiệp “Thiết kế và mô phỏng khuôn đúc ép nhựa cho các chi tiết điển hình”. Em đã tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu rồi đi đến thiết kế và gia công. Dưới sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy : TS. …………… cùng với sự cố gắng nổ lực của em và các bạn trong nhóm máy đúc, em đã hòa thành nội dung nhiệm vụ được giao trong đồ án tốt nghiệp này.
Nội dung đồ án gồm:
- Phần thuyết minh
- Phần các bản vẽ cần thiết.
Tất cả nội dung của đồ án đã trình bày và tính toán, chọn lựa dựa trên các cơ sở và sự hướng dẫn của thầy hướng dẫn.
Qua đồ án ngoài việc được học lại những kiến thức đã học ở các môn học cơ sở và chuyên ngành em còn được trực tiếp tiếp xúc với các kiến thức mới về công nghệ gia công chế tạo khuôn mẫu. Tuy nhiên do thời gian và kinh nghiệm thực tiển bản thân còn hạn chế nên có thể đề tài chưa được như mong muốn.
Mặc dù đồ án đã hoàn thành, nhưng em tự đánh giá chưa được hoàn hiện lắm, mặc dù thời gian thực hiện đồ án không phải là ít và điều kiện thực tế để thực hiện đồ án là tốt. Nhưng do một số nguyên nhân khách quan và chủ quan: Chưa thực sự tập trung hết thời gian và tâm trí vào việc thực hiện đồ án.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn Thầy : TS. …………… cùng các Thầy trong khoa đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Injection Mold Design Engineering- David O Kazmer
2. Nguyễn Hữu Lộc - Giáo trình Quy hoạc và phân tích thực nghiệm, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2021,
3. Giáo trình Thiết kế và chế tạo khuôn phun ép nhựa - TS. Phạm Sơn Minh, ThS. Trần Minh Thế Uyên.
4. https://www.soft4c.com/tinh-toan-thiet-ke-bac-cuong-phun-trong
5. https://cokhihth.com.vn/chot-day-epj3
6. Thiết kế máy đúc ép nhựa có độ chính xác điều khiển cao - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Cao Thanh Khánh.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"