Giáo trình công nghệ khuôn mẫu

60 TRẦN MINH THẾ UYÊN PHẠM SƠN MINH GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ KHN MẪU NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRẦN MINH THẾ UN PHẠM SƠN MINH GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ KHN MẪU NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2022 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, ngành cơng nghiệp nhựa Việt Nam có bước tiến mạnh mẽ, với tốc độ tăng trưởng cao Sản phẩm nhựa đa dạng sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Tiếp nhận xu hướng chuyển dịch sản xuất sang Việt Nam phát triển mạnh mẽ công nghệ sản xuất Ngành công nghiệp nhựa bước khẳng định vị thị trường nội địa, hỗ trợ tốt cho ngành sản xuất lắp ráp Ngành nhựa Việt Nam ngành nhựa giới sử dụng ba cơng nghệ sản xuất ép thổi, ép đùn ép phun Trong số đó, ép phun coi linh hoạt phổ biến Ép phun tạo nhiều loại sản phẩm với tốc độ sản xuất nhanh, độ xác cao hình dạng phức tạp Với cơng nghệ ép phun, để sản phẩm hoàn thiện đến tay người tiêu dùng q trình phức tạp, giai đoạn thiết kế, chế tạo khuôn vô quan trọng Một khn đưa vào sản xuất địi hỏi q nhiều kiến thức kinh nghiệm Chính điều tạo nên thách thức coi hội cho đội ngũ kỹ sư lĩnh vực khn mẫu Với mục đích giúp người đọc làm quen có khả đưa định xác việc thiết kế, chế tạo, bảo dưỡng khn phun ép nhựa, nhóm tác giả biên soạn sách với giúp đỡ tận tình đồng nghiệp – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, nhằm dùng làm tài liệu học tập cho môn học THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA, dùng cho sinh viên Đại học học viên Cao học thuộc nhóm ngành Kỹ thuật Cơ khí Giáo trình Giáo trình Cơng nghệ khn mẫu hồn thành với đóng góp: • Chương 2: Phạm Sơn Minh • Chương 4: Trần Minh Thế Uyên • Chương 5: Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Un Trong q trình biên soạn, khơng thể tránh khỏi thiếu sót Nhóm tác giả mong nhận góp ý người đọc để lần biên soạn sau hoàn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin vui lịng gửi địa email: minhps@hcmute.edu.vn uyentmt@hcmute.edu.vn TP Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2022, Nhóm tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: CÔNG NGHỆ PHUN ÉP NHỰA 11 1.1 CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ KHUÔN CƠ BẢN 11 1.1.1 Dòng đồng hướng 11 1.1.2 Cân dòng 11 1.1.3 Phân bố áp suất 12 1.1.4 Ứng suất trượt cực đại .12 1.1.5 Vị trí đường hàn .12 1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP PHUN 12 1.2.1 Độ dày sản phẩm đồng 13 1.2.2 Cân hình học 13 1.2.3 Các góc nhọn bên 13 1.2.4 Góc nghiêng khn 13 1.2.5 Cạnh mỏng .13 1.2.6 Tỷ lệ hình học 14 1.2.7 Loại vị trí cổng vào nhựa 14 1.2.8 Diện tích bề mặt sản phẩm ép phun 14 1.2.9 Dung sai sản phẩm ép phun .15 1.2.10 Bề mặt hoàn thiện sản phẩm ép phun .15 1.3 QUY TRÌNH THIẾT KẾ .16 1.3.1 Quy trình sản xuất khuôn 16 1.3.2 Quy trình thiết kế khn 17 1.3.3 Quy trình thiết kế sản phẩm .18 1.3.4 Quy trình thiết kế hệ thống kênh dẫn 19 1.3.5 Quy trình thiết kế hệ thống làm nguội .20 1.4 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ KHUÔN 20 1.5 YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CHI TIẾT CỦA BỘ KHUÔN 22 1.5.1 Độ xác hình dáng 22 1.5.2 Độ xác kích thước .23 1.5.3 Độ cứng chi tiết khn 23 1.5.4 Độ bóng 23 Chương 2: THIẾT KẾ KHUÔN PHUN ÉP NHỰA .24 2.1 TỔNG QUÁT 24 2.1.1 Khái niệm khuôn 25 2.1.2 Phân loại khuôn ép phun 26 2.1.3 Kết cấu chung khuôn 29 2.2 MỘT SỐ LOẠI KHUÔN .30 2.2.1 Khuôn hai 30 2.2.2 Khuôn ba 31 2.2.3 Khuôn nhiều tầng .33 2.2.4 Khuôn cho sản phẩm nhiều màu 36 2.3 TÍNH SỐ LỊNG KHUÔN .36 2.3.1 Số lịng khn tính theo số lượng lơ sản phẩm .37 2.3.2 Số lịng khn tính theo suất phun máy 37 2.3.3 Số lòng khn tính theo suất làm dẻo máy 37 2.3.4 Số lịng khn tính theo lực kẹp khn máy 38 2.3.5 Số lịng khn theo kích thước gá đặt máy ép 39 2.4 HỆ THỐNG CẤP NHỰA NGUỘI 41 2.4.1 Tổng quan hệ thống cấp nhựa nguội 41 2.4.2 Đặc điểm chức phận hệ thống kênh dẫn nguội 43 2.4.3 Ví dụ 73 2.5 HỆ THỐNG KÊNH DẪN NHỰA NÓNG .75 2.5.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, lợi ích hạn chế .75 1.5.2 Cấu trúc chức hệ thống Hot Runner 78 2.5.3 Đặc điểm, cách tính bố trí thành phần 79 2.6 HỆ THỐNG LẤY SẢN PHẨM 104 2.6.1 Các cách lấy sản phẩm khỏi khuôn 104 2.6.2 Khái niệm hệ thống đẩy 104 2.6.3 Nguyên lý chung 105 2.6.4 Các hệ thống đẩy thường dùng 105 2.6.5 Điều khiển hệ thống đẩy 111 2.6.6 Một số điểm cần lưu ý thiết kế hệ thống đẩy 113 2.6.7 Ví dụ tính tốn hệ thống đẩy .113 2.7 HỆ THỐNG LÀM NGUỘI 118 2.7.1 Tầm quan trọng mục đích hệ thống làm nguội 118 2.7.2 Một số cách gia – giải nhiệt cho khuôn 119 2.7.3 Độ dẫn nhiệt kim loại 119 2.7.4 Các thành phần hệ thống làm nguội khuôn ép nhựa 119 2.7.5 Quy luật thiết kế kênh dẫn nguội 120 2.7.6 Thiết kế kênh làm nguội 123 2.7.7 Làm nguội lõi khuôn 124 2.7.8 Làm nguội lịng khn 130 2.7.9 Các chi tiết sử dụng hệ thống làm nguội 133 2.7.10 Tính lưu lượng nước làm nguội 138 2.7.11 Tính tốn thời gian làm nguội 140 2.7.12 Thời gian làm nguội số dạng chi tiết .142 2.7.13 Kiểm sốt nhiệt độ khn 143 2.8 HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG VÀ ĐỊNH VỊ 143 2.8.1 Chốt dẫn hướng bạc dẫn hướng 144 2.8.2 Cơ cấu định vị 148 2.8.3 Vị trí chốt bạc dẫn hướng 150 2.9 HỆ THỐNG THỐT KHÍ 150 2.9.1 Khái niệm .150 2.9.2 Các lưu ý thiết kế hệ thống khí 151 2.9.3 Phân tích hệ thống khí 153 2.9.4 Các kiểu khí 159 2.10 HỆ THỐNG THÁO UNDERCUT .172 2.10.1 Giới thiệu .172 2.10.2 Undercut mặt .174 2.10.3 Undercut mặt 181 2.10.4 Xylanh thủy lực tháo undercut 184 2.10.5 Ren (hoặc undercut dạng tròn xoay) 186 2.10.6 Ren ngồi (hoặc undercut ngồi dạng trịn xoay) 189 2.11 CAE .191 2.11.1 Giới thiệu CAE .191 2.11.2 Lợi ích ứng dụng CAE 192 2.11.3 Tổng quan CAE 193 2.11.4 Thông số đầu vào việc phân tích dịng chảy (CAE) công nghệ ép phun .195 2.11.5 Kết việc phân tích mơ dịng chảy 197 2.11.6 Sai số kết phân tích cae với thực tế ép sản phẩm .198 Chương 3: CHẾ TẠO KHUÔN 199 3.1 VẬT LIỆU LÀM KHUÔN ÉP NHỰA 199 3.1.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn vật liệu làm khn 199 3.1.2 Đặc tính vật liệu thép cơng cụ 200 3.1.3 Ảnh hưởng yếu tố hợp kim đến đặc tính thép cơng cụ 201 3.1.4 Hợp phần hóa học vật liệu thép sử dụng cho khuôn 201 3.1.5 Ảnh hưởng hợp kim lên thép công cụ .202 3.1.6 Quy trình lựa chọn vật liệu thép chung 205 3.1.7 Vật liệu đối với hệ thống dẫn hướng định vị 205 3.1.8 Vật liệu làm thân khuôn 206 3.1.9 Vật liệu cho miếng ghép khuôn cho khuôn âm khuôn dương 206 3.1.10 Đặc tính số loại thép dùng để làm khuôn ép phun 207 3.2 THAM KHẢO MỘT SỐ LOẠI THÉP CHẾ TẠO KHUÔN NHỰA 208 3.2.1 Thép 1055 208 3.2.2 Thép 2311 (thép chế tạo khuôn xử lý nhiệt) .209 3.2.3 Thép 2083 (thép không gỉ chế tạo khuôn) .209 3.2.4 Thép NAK 80 (thép chế tạo khuôn xử lý nhiệt) .210 3.2.5 Thép SKD11 211 3.2.6 Thép SKD61 (thép chế tạo khn dập nóng) 212 3.2.7 Nhơm .212 3.3 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO KHUÔN 214 3.3.1 Giới thiệu quy trình chế tạo khuôn 214 3.3.2 Quy trình thiết kế chế tạo khuôn ép phun 215 3.3.3 Giới thiệu công nghệ gia công 223 3.3.4 Gia công khuôn 225 3.4 XỬ LÝ BỀ MẶT LÒNG KHUÔN 235 3.4.1 Kỹ thuật đánh bóng khn .235 3.4.2 Quy trình hồn thiện bề mặt khuôn 240 3.5 QUY TRÌNH LẮP RÁP KHN 248 3.6 THỬ KHUÔN .252 3.6.1 Trình tự bước 252 3.6.2 Các thông số gia công số vật liệu nhựa 253 3.6.3 Các bước lắp đặt khuôn 255 3.6.4 Thiết lập thông số ép .257 3.6.5 Ép thử - Kiểm tra sản phẩm 258 3.6.6 Hiệu chỉnh thông số ép 259 3.6.7 Sửa chữa thay đổi khuôn ép 259 Chương 4: BẢO TRÌ KHN 265 4.1 CHĂM SĨC VÀ BẢO QUẢN KHN 265 4.1.1 Chăm sóc bảo quản khn .265 4.1.2 Lập kế hoạch bảo trì 270 4.2 SỬA CHỮA VÀ THAY THẾ KHUÔN ÉP .283 4.3 TRÌNH TỰ LẮP CÁC TẤM KHN 288 4.3.1 Mục đích .288 4.3.2 Dụng cụ sử dụng 288 4.3.3 Đo độ nghiêng Guide Pin .289 4.3.4 Lắp cố định M02 290 4.3.5 Lắp di động M03 292 4.3.6 Lắp khối định vị M03 294 4.4 QUY TRÌNH NHẬN BẢO TRÌ KHN .295 Chương 5: KHUYẾT TẬT SẢN PHẨM NHỰA VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 297 5.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG NGHỆ ÉP PHUN 297 5.1.1 Nhiệt độ 297 5.1.2 Tốc độ phun 297 5.1.3 Áp suất phun 299 5.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 300 5.3 SỰ CO RÚT 300 5.3.1 Hiện tượng co rút 300 5.3.2 Co rút sau ép phun 308 5.3.3 Cách xử lý co rút cong vênh 310 5.4 CÁC KHUYẾT TẬT SẢN PHẨM VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 311 5.4.1 Sản phẩm bị sai lệch kích thước lắp ghép 311 5.4.2 Sản phẩm bị cong vênh 317 5.4.3 Lỗ trống 323 5.4.4 Sản phẩm có vết lõm (Sink mark) 329 5.4.5 Sản phẩm thiếu nhựa 332 5.4.6 Sản phẩm bị ba via (Flash) 335 5.4.7 Sản phẩm có đường hàn .339 5.4.8 Sản phẩm có vết dòng chảy 342 5.4.9 Bề mặt bong tróc, có vết xước 346 5.4.10 Các vết rạn nứt (Cracking) 350 5.4.11 Sản phẩm có vết cháy đen 356 TÀI LIỆU THAM KHẢO 359  Bề mặt bị tách thành phiến, vảy cắt ngang  Rất khó nhận dạng bề mặt khơng bị nứt  Bề mặt thường hư dùng vật cứng cào nhẹ vào 5.4.9.2 Giải vấn đề Nguyên nhân gây vết xước bọt khí nhựa bề mặt sản phẩm nhựa điền đầy lịng khn, khí làm cho bề mặt sản phẩm nhựa bị trầy xước bạc màu Những bọt khí xuất do:  Hơi nước nhựa (nhựa ẩm) nhựa chưa sấy sấy chưa đủ  Nhựa bị biến chất nhựa để lâu tỷ lệ nhựa tái chế lớn  Nhựa bị nhiệt phận gia nhiệt gây tạo khí Khí tạo nhựa bị nhiệt phận gia nhiệt Hình 5.52: Gia nhiệt nhựa phận gia nhiệt Một số loại nhựa có tính hút ẩm, nên chúng hút ẩm khơng khí Những loại nhựa cần phải sấy nhựa trước ép phun Một số loại nhựa điển hình:     Nylon (ví dụ: PA6, PA46, PA66, …) Acetal (ví dụ: POM, …) Polycarbonate ABS 347  Acrylic (ví dụ: PMMA)  PET Khi vận hành máy ép để ép phun sản phẩm nhựa, người vận hành máy phải ý xem loại nhựa có tính hút ẩm hay khơng để sấy kỹ trước ép Ngồi ra, cần ý thơng số ép:  Nhựa bị nhiệt  Hơi ẩm xung quanh hạt nhựa Nhựa bị nhiệt cài đặt nhiệt độ phận gia nhiệt nhựa cao thời gian nhựa lưu lại phận gia nhiệt lâu, cài đặt khoảng lấy nhựa dài nên vùng đệm (cushion) lại dài, trộn tỷ lệ nhựa tái chế cao (do nhựa tái chế bị gia nhiệt nhiều lần nên sinh biến chất nên tạo khí) Dưới bảng tham khảo số lần nhựa ép phun lại (số lần gia nhiệt) tỷ lệ trộn nhựa nguyên sinh nhựa tái chế, để nhựa không bị biến chất: Bảng 5.53: Tỷ lệ trộn nhựa nguyên sinh tái sinh sau lần tái chế Tỷ lệ trộn nhựa nguyên sinh tái sinh sau lần tái chế % nhựa tái chế % tái chế 348 Chu kỳ Chu kỳ Chu kỳ Chu kỳ Nhựa có ẩm nguyên nhân gây lỗi xước bề mặt sản phẩm bị bạc màu, nhựa cần bảo quản kỹ nơi thoáng mát, chứa vật đựng kín để giảm hút ẩm phải sấy khơ trước ép phun, kể nhựa tái chế Các thiết bị sấy cần phải đặt nơi khô thống cần bảo trì thường xun Do đó, nguyên nhân làm cho nhựa có ẩm do:  Hơi nước ngưng tụ hạt nhựa  Nhựa bảo quản vật đựng khơng kín  Thiết bị sấy khơng bảo trì thường xun 5.4.9.3 Kết luận  Giảm tình trạng nhựa bị nhiệt  Chú ý bảo quản nhựa sấy nhựa kỹ trước ép phun Nhiệt độ nhựa (quá nóng) Vết xước Ngun liệu (độ ẩm) Hình 5.53 Hiệu chỉnh thơng số ép để khắc phục lỗi bề mặt có vết xước 349 5.4.10 Các vết rạn nứt (Cracking) Hình 5.54: Sản phẩm có vết rạn nứt 5.4.10.1 Đặt vấn đề Sản phẩm xuất vết nứt, vị trí xuất vết nứt: Hình 5.55: Sản phẩm có vết rạn nứt góc 350 Hình 5.56: Sản phẩm có vết rạn nứt ngang qua cổng vào nhựa Hình 5.57: Sản phẩm có vết rạn nứt bề mặt sản phẩm song song với hướng dịng chảy 351 Hình 5.58: Sản phẩm có vết rạn nứt bên sản phẩm Hình 5.59: Sản phẩm có vết rạn nứt nhỏ cịn gọi crazing 352 Những vị trí bị lỗi có nhiều nguyên nhân khác nhau, có nguyên nhân chung thiết kế thông số ép phun Khi sản phẩm bị nứt, tức ứng suất vượt giới hạn bền vật liệu nhựa 5.4.10.2 Giải vấn đề Trong sản phẩm, có loại ứng suất:  Ứng suất nội bên sản phẩm nhựa co rút tạo  Ứng suất lực tác động bên ngồi (lực đẩy sản phẩm khỏi khn) tạo Nếu tổng loại ứng suất vượt giới hạn bền vật liệu nhựa sản phẩm xuất vết nứt lấy khỏi khuôn  Do ứng suất dư tạo thành Ứng suất nội sản phẩm thông số ép khơng phù hợp  Do kết cấu sản phẩm có nhược điểm khó lấy sản phẩm khỏi khn sản phẩm dính phần vào khn Có ba lý khiến cho sản phẩm bị nứt:  Ứng suất nội sản phẩm tăng cao  Ứng suất ngoại lực tác động tăng cao  Giới hạn bền vật liệu nhựa giảm nhiều Giới hạn bền vật liệu nhựa bị giảm nhựa bị nhiệt, bị nhiễm bẩn Và ứng suất nội sản phẩm tăng thông số ép không phù hợp Để giảm tối thiểu giảm độ bền vật liệu nhựa nhựa bị suy thối phải tránh:  Nhựa bị q nhiệt  Dùng tỷ lệ vật liệu tái chế cao  Dùng nhựa bị nhiễm bẩn 5.4.10.3 Kết luận  Giảm lực tác động lên khn từ bên ngồi dùng nhựa nhiệt dẻo nhạy cảm với ứng suất  Xem lại thiết kế sản phẩm để cải thiện tính chảy  Tăng nhiệt độ bề mặt khn nhiệt độ chảy nhựa, giảm áp suất trì, cài lại thời gian tốc độ phun cho phù hợp, mục đích giảm ứng suất q trình ép, không lấy sản phẩm khỏi khuôn với ứng 353 suất dư, chọn cấu đẩy sản phẩm đảm bảo lấy sản phẩm mức độ đủ lớn mà không hư sản phẩm  Giảm áp suất phun, giảm áp suất nén ép  Giảm nhiệt khuôn, kiểm tra độ đồng nhiệt độ khuôn Nhiệt độ nhựa Tốc độ dòng chảy nhựa +Nhiệt độ khn +Tốc độ điền đầy Vết nứt theo dịng chảy Nhiệt độ khuôn Tốc độ làm nguội +Nhiệt độ phận gia nhiệt trục vít +Áp suất ngược Hình 5.60: Hiệu chỉnh thông số ép để khắc phục lỗi vết nứt theo dòng chảy Nhiệt độ nhựa Áp suất nhựa khuôn Áp suất phun Vết nứt sản phẩm Tốc độ làm nguội Nhiệt độ khuôn Áp suất khn Nhiệt độ khn Dịng làm mát Hình 5.61: Hiệu chỉnh thông số ép để khắc phục lỗi vết nứt sản phẩm 354 Nhiệt độ nóng chảy cao +Áp suất khuôn cao +Di chuyển phân tử xa Nhiệt độ nhựa Áp suất nhựa khuôn Co rút Áp suất phun Vết nứt góc sản phẩm Tốc độ làm nguội Nhiệt độ khn cao Áp suất khuôn tăng Tinh thể nhựa tăng Co rút Hình 5.62: Hiệu chỉnh thơng số ép để khắc phục lỗi vết nứt góc sản phẩm +Nhiệt độ phận gia nhiệt trục vít +Áp suất ngược Nhiệt độ nhựa Tốc độ dòng chảy nhựa +Tốc độ điền đầy +Tốc độ nén Vết nứt cổng vào nhựa Nhiệt độ khuôn Tốc độ làm nguội Áp suất nhựa khn Áp suất bão áp Hình 5.63: Hiệu chỉnh thông số ép để khắc phục lỗi vết nứt cổng vào nhựa 355 5.4.11 Sản phẩm có vết cháy đen Hình 5.64: Sản phẩm bị vết cháy 5.4.11.1 Mô tả Khi ép phun sản phẩm nhựa, sản phẩm có vết cháy cháy thường nhận biết vết màu bị thay đổi bề mặt sản phẩm khu vực có cạnh sắc, trung tâm mặt trước gân sản phẩm, ngun nhân khơng khí bên lịng khn chưa hồn tồn bị nén lại bên nhiệt độ tăng lên sau vật liệu nóng chảy đưa vào vùng gia nhiệt Hiện tượng cháy phịng tránh cách xếp thêm hệ thống khí vị trí khí dễ bị kẹt lại sử dụng hệ thống hút chân khơng để hút khơng khí hoàn toàn 5.4.11.2 Giải vấn đề       Áp suất phun cao Nhiệt độ nhựa q cao Khơng khí bị kẹt lại khuôn Giảm áp suất phun, tốc độ phun Kiểm tra hệ thống khí Phải sấy vật liệu trước ép, độ ẩm vật liệu