TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
VIỆN CƠ KHÍ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Bộ môn GCVL & DCCN
NHIỆM VỤĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
1 MAI VĂN TUẤN Lớp CTM3 – K51
2 NGUYỄN TRƯỜNG XUÂN Lớp CTM3 – K51
3 HOÀNG VĂN QUANG Lớp CTM3 – K51
4 NGUYỄN QUỐC THẮNG Lớp CĐT3 – K51
I. ĐỀ TÀI: Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo
và kiểm nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ.
II. Các số liệu ban đầu:
- Thiết kế mẫu của sản phẩm nhựa- Công nghệ sử dụng: ép phun- Điều kiện sản xuất: tự chọn
III. Nội dung đồ án
Chương 1: Tổng quan về công nghệ ép phunChương 2: Thiết kế sản phẩm
Chương 3: Thiết kế bộ khuôn cho sản phẩmChương 4: Kiểm nghiệm trên CAE
Chương 5: Gia công
Chương 6: Lắp răp và kiểm tra khuônChương 7: Kết luận
IV. Phần bản vẽ:
1 Bản tóm tắt Đồ án
2 Các bản vẽ quy trình thiết kế3 Các bản vẽ quy trình kiểm nghiệm4 Các bản vẽ quy trình cơng nghệ gia cơng
Hà nội, ngày 05-1-2011
Người nhậnCán bộ hướng dẫn
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
VIỆN CƠ KHÍ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Bộ môn GCVL & DCCN
NHẬN XÉTĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo và kiểmnghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ
NỘI DUNG NHẬN XÉT
I KHỐI LƯỢNG CÔNG VIỆC
1 Phần thuyết minh :…….trang
2 Phần bản vẽ : ……….
Trang 3…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………KẾT LUẬN:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Hà nội, ngày …/06/2011
Đánh giá Giáo viên hướng dẫn
Trang 4TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
VIỆN CƠ KHÍ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Bộ môn GCVL & DCCN
NHẬN XÉTĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo và kiểmnghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ
NỘI DUNG NHẬN XÉT
I KHỐI LƯỢNG CÔNG VIỆC
1 Phần thuyết minh :…….trang
2 Phần bản vẽ : ……….
Trang 5………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………KẾT LUẬN:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Hà nội, ngày …/06/2011
Trang 6MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ ÉP PHUN .4
1.1 Giới thiệu về cơng nghệ ép phun 4
1.1.1.Giới thiệu chung về công nghệ ép phun 4
1.1.2.Kết cấu và phân loại cơng nghệ ép phun 5
1.1.3.Quy trình thiết kế sản phẩm 12
1.2 Quy trình thiết kế khn 12
1.2.1Chọn vật liệu làm khn 121.2.2Bố trí lịng khn 131.2.3Hình dạng và vị trí miệng phun .131.2.4Hệ thống cấp nhựa .151.2.5Hệ thống HotRunner 161.2.6Hệ thống dẫn hướng 221.2.7Các hệ thống đẩy 251.2.8Hệ thống thốt khí 281.2.9Các kết cấu phụ 29
1.3 Quy trình kiểm nghiệm khn 29
1.4 Quy trình gia cơng khn 29
1.5 Đặt vấn đề và giới hạn 30
1.5.1Quy trình thực tế thiết kế và kiểm nghiệm trong sản xuất hiện tại 30
1.5.2Hạn chế của quá trình sản xuất hiện tại 31
1.5.3Phương pháp nghiên cứu 31
1.5.4Giới hạn của đề tài 32
1.6 Tóm tắt nội dung 33
CHƯƠNG 2 : TÍNH TỐN THIẾT KẾ SẢN PHẨM 34
2.1 Mơ hình hóa chi tiết 35
2.2 Chọn phương án bố trí lịng khn .42
2.3 Chọn máy ép phun 46
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ KHN .48
3.1 Chọn loại khn cho sản phẩm 48
3.2 Thiết kế lịng khn và lõi khn 49
3.3 Thiết kế cơ khí bộ khn 53
3.3.1Thiết kế bộ áo khn 54
3.3.2Thiết kế hệ thống hot runner 59
3.3.3Hệ thống làm mát 65
3.3.4Thiết kế hệ thống dẫn hướng 70
3.3.5 Hệ thống đẩy sản phẩm .72
Trang 84.1 Ứng dụng CAE trong khuôn mẫu .77
4.2 Tổng quan về phần mềm CAE Moldex 3D 77
4.3 Yếu tố đầu vào cho q trình ép phun 80
4.3.1.Nhựa PC 80
4.3.2.Máy ép phun 81
4.3.3.Thơng số kết cấu khuôn .81
4.3.4.Dải giá trị thông số phun đối với sản phẩm nhựa PC 82
4.4 Quá trình kiểm tra trên Moldex 3D 82
4.4.1Xây dựng bài toán kiểm tra .82
4.4.2Các bước thực hiên trên Moldex 3D .84
4.5 Phân tích và đánh giá kết quả 91
4.5.1Các chỉ tiêu đánh giá 92
4.5.2Đánh giá về chất lượng sản phẩm 93
4.5.3Đánh giá về độ chính xác sản phẩm .94
4.5.4Đánh giá về năng suất 99
4.6 Kết quả đạt được 99
CHƯƠNG 5: GIA CÔNG 100
5.1 Bản vẽ thiết kế .101
5.1.1 Bản vẽ thiết kế sản phẩm 101
5.1.2 Bản vẽ thiết kế bộ khn sản phẩm 102
5.1.3 u cầu kỹ thuật 102
5.2 Lập quy trình cơng nghệ gia cơng tấm áo khn cái .103
5.2.1Quy trình cơng nghệ gia công tấm áo khuôn cái 103
5.2.2Tiến hành gia công tấm áo khn cái 104
5.3 Lập quy trình gia cơng lịng khn 118
5.3.1Máy gia cơng 118
5.3.2Lập quy trình cơng nghệ gia cơng lịng khn 121
5.4 Q trình mơ phỏng gia cơng trên Mastercam 134
5.4.1Các bước tiến hành mơ phỏng .134
5.4.2Kết quả của q trình mơ phỏng gia cơng trên Mastercam .136
CHƯƠNG 6: CHU TRÌNH LẮP RẮP VÀ KIỂM TRA KHN 1386.1 Quy trình lắp ráp khn 138
6.2 Kiểm tra khuôn 139
6.3 Bảo dưỡng khuôn 139
6.4 Lưu giữ khuôn 140
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 141
7.1 Các kết quả đạt được 141
7.2 Những vấn đề còn hạn chế 142
7.3 Kết luận .142
Trang 9LỜI MỞ ĐẦU
Ứng dụng CAD/CAM/CAE vào q trình sản xuất cơ khí hiện đã trở nênrất phổ biến Những thành tựu qua việc ứng dụng CAD/CAM/CAE vào quá trìnhsản xuất thực sự đã và đang tạo nên những giá trị rất lớn cho những nhà sản xuất cósử dụng cơng cụ này Giá trị ấy vẫn sẽ còn khả năng tăng lên cao nữa theo cùng sựphát triển hoàn thiện của các ứng dụng này.
Trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo khuôn mẫu ép phun cho các sản phẩmnhựa CAD/CAM/CAE hiện đang tạo nên sức mạnh và sự vượt trội cho những côngty sở hữu những ứng dụng này Những lợi ích mà bộ cơng cụ này mang lại có thể kểđến như: Giảm thời gian một chu kỳ sản xuất, giảm chi phí đầu tư máy móc, thiếtbị, giảm lượng nhân lực vật lực so với công nghệ sản xuất cũ, tăng chất lượng sảnphẩm, đa dạng hóa mẫu mã và giảm giá thành sản phẩm …Vì những lợi ích nhưvậy, việc nghiên cứu và hướng tới ứng dụng trong sản xuất là vô cùng cần thiết.
ĐỀ TÀI: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo vàkiểm nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ’’ Là một đề tài có tính ứng dụng
thực tế cao và có thể ứng dụng vào sản xuất Trong quá trình thực hiện, mỗi thànhviên trong nhóm đều có ý thức phấn đấu tiếp cận và học tập cao để hoàn thành mụctiêu của đồ án Hầu hết các vấn đề của đồ án đã được nỗ lực giải quyết tới mức tốtnhất với khả năng của nhóm Tuy vậy, sẽ vẫn cịn những vấn đề giới hạn chưa thểgiải quyết trọn vẹn trong một đề tài đồ án tốt nghiệp của sinh viên Chúng em mongmuốn sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ để có thể hồn thiện thêmkiến thức, hiểu biết về ngành nghề này.
Để có được kết quả ngày hôm nay, chúng em vô cùng cảm ơn sự giúp đỡ, chỉbảo nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Gia Công Vật Liệu Và Dụng Cụ Công
Nghiệp Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tâm của TS Nguyễn Thị Hồng Minh cùngvới sự chỉ bảo, giúp đỡ của các thầy PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh và ThS Phạm
Trang 10CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ ÉP PHUN
Chương mở đầu trình bày về hai vấn đề sau đây: Giới thiệu những kiến thức cơbản về công nghệ ép phun và giới thiệu quy trình các bước làm việc để có thể thiếtkế và chế tạo ra một bộ khuôn ép phun hồn chỉnh.
1.1.Giới thiệu về cơng nghệ ép phun
1.1.1 Giới thiệu chung về công nghệ ép phun
Là công nghệ hiện đang được sử dụng rộng rãi Các sản phẩm nhựa hiện naychiếm đa số được tạo ra từ công nghệ ép phun nhựa:
Hình 1.1:Cơng nghệ ép phun- Quy trình Cơng Nghệ
Trang 11phẩm Làm nguội để đóng rắn nhựa nóng chảy trong khn Đẩy sản phẩm ra khỏikhn nhờ các chốt đẩy.
- Ưu điểm:
Có thể đúc hầu hết các nhựa nhiệt dẻo và một số nhựa nhiệt rắn.
Có thể đúc các chi tiết có chất lượng cao, giá thành hạ và thời gian phunngắn.
Chu trình đúc có thể được tự động hóa.
Cấu trúc của khn có thể được thay đổi tùy theo hình dáng hoặc vật liệucủa chi tiết.
- Nhược điểm:
Nếu lượng vật liệu đúc khơng được cấp chính xác thì có thể gây ra khuyết tậtđúc.
1.1.2 Kết cấu và phân loại công nghệ ép phun
Về kết cấu,có thể chia kết cấu của một hệ thống công nghệ ép phun ra làm haithành phần chính là máy ép phun và bộ khn ép phun.
1.1.2.1 Cấu tạo hệ thống ép phun
Máy Ép Phun
Trang 12Hình 1.2:Hình ảnh minh họa máy ép phun- Kết cấu Máy ép phun.
Hình 1.3:Sơ đồ kết cấu Máy ép phun
Cốc Rót (Feed hopper).
Là phần chứa hạt nhựa nguội nguyên liệu chuẩn bị cho quá trình ép phun Từđây nhựa được đưa đến bộ phận gia nhiệt làm nóng chảy
Bộ phận gia nhiệt (Heaters)
Trang 13 Vít cuốn (Screw)
Đẩy nhựa lỏng vào lịng khn và thực hiện nhiệm vụ giữ để điền đầy lịng
khn nhờ van khơng hồi (Nonreturn valve)
Xilanh vít cuốn (Cylinder for Screw-ram).
Tạo hành trình tịnh tiến tiến hoặc lùi của vít cuốn
Xilanh kẹp chặt (Clamping cylinder).
Phần tạo ra lực kẹp, giữ tạo hình cho sản phẩm và tháo sản phẩm khỏi khuôn
- Bộ khuôn
Đây là phần quan trọng của máy ép phun, là phần trực tiếp tạo ra mẫu mã hìnhdạng của sản phẩm Cơng nghệ tháo lắp bộ khn cũng chính là cơng nghệ chế tạosản phẩm nhựa của máy ép phun nhựa.
Có thể mơ tả kết cấu của một bộ khuôn như sau:
Trang 14- Chức Năng các Phần như sau:
Vòng định vị : Định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun
Bạc Cuống Phun: Dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựaKhn Cái: Tạo hình cho sản phẩm
Bạc định vị: Đảm bảo vị trí tương quan giữa khn đực và khuôn cáiTấm kẹp trước: Giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép nhựa
Vỏ khuôn cái và khuôn đực: Thường làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với lỏikhuôn, để tiết kiệm giá thành
Chốt hồi: Hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khn đóngKhn đực: Tạo hình cho sản phẩm
Chốt định vị : Dẫn hướng cho khuôn đực và khuôn cái lắp vào nhau một cáchchính xác
Tấm đỡ: Tăng bền cho khn trong quá trình ép phunGối đỡ: Tạo khoảng trống cho tấm đẩy hoạt độngTấm giữ: Giữ các chốt đẩy
Tấm đẩy: Đẩy các chốt đẩy để đẩy sản phẩm ra khỏi khuônTấm kẹp sau: Giữ chặt phần di động của khuôn trên máy ép nhựaGối đỡ phụ: Tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun
Trang 16a) Khn hai tấm.
Khn 2 tấm là khn có 1 đường phân khuôn, đường này chia khuôn thành2 phần: Cố định và di động Khuôn hai tấm lại chia ra làm hai loại là khn hai tấmcó sử dụng kênh dẫn nóng( Hot runner) và khn chỉ dùng kênh dẫn nguội.
- Khuôn hai tấm kênh dẫn nguội
Đây là loại khn có kết cấu đơn giản nhất và có giá thành rẻ so với các loạikhuôn khác Loại khuôn này cần thiết phải có cơng đoạn tách phần kênh dẫn nguộira khỏi sản phẩm khi mở khn.
Hình 1.5:Hoạt động của khuôn 2 tấm
- Ưu điểm: Giá thành làm khuôn rẻ, kết cấu đơn giản- Nhược điểm
Vấn đề cân bằng dòng chảy và phải bố trí miệng phun trên mặt phân khuônnên gặp nhiều hạn chế đối với một số sản phẩm nhựa nhất định.
Khơng điều khiển được nhiệt độ dịng nhựa trong kênh dẫn.
Trang 17- Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng( Hot runner)
Khn hai tấm dùng kênh dẫn nóng ln giữ cho nhựa nóng chảy trong bạccuống phun, kênh dẫn và miệng phun Nhựa chỉ đơng đặc khi nào nó chảy vào lịngkhn Khi khn mở ra, sản phẩm được lấy ra ngồi Khi khn đóng lại thì nhựatrong kênh dẫn vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lịng khn một cách trực tiếp
Hình 1.6:Khn hai tấm có kênh dẫn nóng.
- Ưu điểm
Tiết kiệm vật liệu.
Khơng có vết của miệng phun trên sản phẩm. Giảm thời gian chu kỳ.
Điều khiển được nhiệt độ của dòng chảy nhựa.- Nhược điểm
Trang 18 Bộ phận Hot runner dễ bị hỏng.
b) Khn ba tấm.
So với khn hai tấm thì hệ thống kênh dẫn của khuôn ba tấm được đặt trêntấm thứ hai song song với mặt phân khn chính Nhờ tấm thứ hai này mà kênh dẫnvà cuống phun có thể rời ra khỏi sản phẩm khi mở khn.
Hình 1.7:Hoạt động của khn 3 tấm
Khn ba tấm được dùng khi tồn bộ hệ thống kênh dẫn khơng thể bố trí trêncùng một mặt phẳng như ở khuôn hai tấm, điều này có thể do
- Khn có nhiều lịng khn
- Khn có một lịng khn nhưng phức tạp cần hơn một vị trí phun nhựa- Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác
- Vì phải cân bằng dòng nhựa giữa các kênh dẫn với nhau nên buộc phải thiếtkế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn
- Ưu điểm
Trang 20- Nhược điểm
Chu kỳ ép phun tăng.Lãng phí vật liệu.
Cần áp suất phun lớn để điền đầy.
1.1.3 Quy trình thiết kế sản phẩm
- Xác định rõ ràng sản phẩm thiết kế để là gì? Nhằm mục đích gì Từ đó cóu có u cầu như thế nào về hình thức và mẫu mã.
- Xác định nhu cầu thị trường về dòng sản phẩm nào?đánh giá khả năngcơng nghệ chế tạo hiện có của cơ sở sản xuất và khả năng cạnh tranh của sản phẩmmới so với sản phẩm đang có trên thị trường Từ đó có quyết định đầu tư nghiêncứu chế tạo và sản xuất hay khơng
- Tìm kiếm tham khảo mẫu sản phẩm trong thực tế, quan sát và đo đạc đểlấy thơng tin về sản phẩm về dạng hình học, màu sắc, kích thước, trọng lượng, chấtliệu, yêu cầu chất lượng, độ an tồn theo tính năng sử dụng của sản phẩm ấy Từ đóxác định các yêu cầu cụ thể cho sản phẩm của mình.
- Mơ hình hóa sản phẩm trên phần mềm Solidworks cải tiến mẫu sản phẩmhiện có hoặc thiết kế mẫu sản phẩm mới riêng cho mình.
1.2.Quy trình thiết kế khn
Trong phần này ta sẽ đi vào giới thiệu các bước thiết kế các thành phần củahệ thống khuôn ép phun bao gồm các bộ phận chế tạo và các bộ phận lựa chọn theotiêu chuẩn Quy trình thiết kế như sau:
1.2.1 Chọn vật liệu làm khuôn
Trang 21- Đối với hai nửa lịng khn trực tiếp phun nhựa ta cần chọn vật liệu đảm bảođộ cứng để chịu lực kẹp của khuôn, áp suất điền đầy của nhựa Ví dụ như : SKD61,P20, PX4, PX5, SCM4…đối với sản phẩm cần độ bóng cao thì dùng 2083,NAK80…Ở Việt Nam thường hay dùng thép CT3, CT, CT45, P20, HPM7, 9CrSi…
- Vòng định vị S45C- Bạc cống phun HPM7- Chốt hồi SUJ, S45C
- Áo khn có thể làm bằng thép C45, CD, CT…rồi sau đó nhiệt luyện nhằmtiết kiệm hạ giá thành
1.2.2Bố trí lịng khn
- Số lịng khn được bố trí sao cho dễ rót nhựa vào sản phẩm nhất và nhựachảy đến từng sản phẩm cùng một lúc
- Số lịng khn phụ thuộc vào năng suất và sản lượng sản phẩm chế tạo, dạngsản xuất, phụ thuộc và tính chất phức tạp của sản phẩm, phụ vào công suất của tùngmáy ép phun
1.2.3Hình dạng và vị trí miệng phun
Miệng phun: Là chỗ nối giữa kênh dẫn nhựa và lịng khn để tạo hình sảnphẩm
Trang 22Hình 1.8:Các loại miêng phun
Chọn vị trí cổng phun
Điểm 1: Đặt vị trí cổng phân phốiở nơi mà nhựa lỏng kết thúc việcđiền các lịng khn đồng thời Điểm 2
Đặt vị trí cổng tại nơi chi tiết cóchiều dầy lớn nhất Để tránh cácvết lõm khi vật liệu co ngót
Điểm 3
Điểm đặt cổng nơi ít thấy vết củanó hoặc nơi dễ xử lý vết này khihoàn thiện sản phẩm.
Điểm 4
Trang 23khoang hoặc khí sinh ra từ nhựalỏng.
Điểm 5
Trang 241.2.4 Hệ thống cấp nhựa
Hình 1.9:Hệ thống cấp nhựa
Hệ thống cấp nhựa gồm 3 phần chính
- Cuống phun : Là phần dẫn nhựa từ đầu trục vít của máy ép phun vào kênh
dẫn nhựa để nhựa từ đấy đi vào sản phẩm
Ta có thể chọn và tính tốn cuống phun theo cơng thức sau
Hình 1.10: cuống phun
- Kênh dẫn nhựa : Là phần dẫn nhựa đi tới từng sản phẩm trong lịng khn.
Trang 25về khả năng gia cơng mà ta có thể chọn kênh dẫn nhựa kiểu hình trịn, hình bánnguyệt, hình thang hoặc hình nửa trịn nửa thang như hình dưới đây
Hình 1.11: Các loại kênh dẫn
Kênh dẫn nhựa được thiết kế làm sao ngắn nhất tới sản phẩm Có thể sửdụng kênh dẫn nóng (hot runner) hoặc kênh dẫn nguội (cold runner) tùy theo yêucầu tính chất của sản phẩm mà người ta dùng loại kênh dẫn nào cho phù hợp.
1.2.5Hệ thống HotRunner
- Cấu Tạo Của Hệ Thống Hot Runnera Cấu tạo chung
Hệ thống Hot Runner được cấu tạo bởi ba bộ phận chính sau đâyBộ phận điều khiển: Controller
Tấm phân phối nhựa(Với khn nhiều lịng khn): Manifold Vòi Phun: Nozzle
b Hoạt động: Nhựa chảy lỏng được máy ép nhựa phun vào khuôn sẽ đi đến
Trang 26nóng Chỉ khác là trong suốt q trình này, nhựa ln được gia nhiệt nhờ bộ phậngia nhiệt có trong cả tấm phân phối và cả các vòi phun Sự điều khiển nhiệt độ nhựatrong các bộ phận này được điều khiển và giám sát bằng bộ phận điều khiển Nhờvậy mà luôn đảm bảo nhiệt độ nhựa đủ nhiệt khi vào khuôn và hạn chế tổn hao nhựavà giảm thời gian đúc.
Người ta có thể phân loại các hệ thống Hot runner dựa vào sự khác nhauchính trong cách thức hoạt động của vịi phun Trên cơ sở đó có thể chia ra các hệthống theo hai loại vòi phun như sau: Vòi phun dùng cổng phun kiểu valve(ValveGate) và vòi phun dùng cổng phun kiểu open ( Open Gate)
Kiểu Valve Gate Kiểu Open Gate
Hình 1.12: Kiểu valve gate – open gate
- Vòi phun kiểu valve
Trang 27lên đi xuống để đóng hay mở miệng phun được tạo ra nhờ lực đẩy của hệ thốngpitton-xilanh thủy khí lắp riêng cho mỗi vòi phun
- Vòi phun kiểu Open
Miệng phun mở cho nhựa áp suất cao điền đầy lòng khn Ở cuối q trìnhphun, nhựa khơng được gia nhiệt nữa, cùng với đó là q trình làm nguội lịngkhn Điều đó làm cho một phần nhựa ở đầu miệng phun đơng đặc và bịt kínmiệng phun khơng cho nhựa nóng thốt ra ngồi Điểm yếu của vịi phun kiểu nàylà nhựa đông đặc ở đầu miệng phun nên sau khi tháo sản phẩm sẽ để lại vết trên sảnphẩm lớn và xấu hơn so với miệng phun kiểu gate Vết miệng phun to hay nhỏ sẽphụ thuộc vào hình dạng của cổng phun Đến quá trình đúc loạt sản phẩm tiếp theo,nhựa nóng được gia nhiệt làm mở miệng phun và q trình điền đầy nhựa vào lịngkhn lại diễn ra.
Với sản phẩm như hộp đựng chỉ nha khoa.Nhận thấy đây là sản phẩm dùngtrong y khoa nên hình thức bao bì sạch sẽ là cần thiết Bởi vậy ta chọn kiểu Nozzleđể đúc ra sản phẩm của mình là kiểu Nozzle dùng Valve Gate.
Để tiện cho trình bày và theo dõi,Trước khi xây dựng kết cấu của hệ thốngHot runner được dùng, nhóm xin trình bày sơ qua về hệ thống hot runner với kiểuNozzle là valve gate như sau đây Ở đây việc xây dựng sẽ dựa trên cơ sở dữ liệu củaCông ty Yudo-Công ty chuyên sản xuất các bộ phận trong hệ thống Hot runner đangcó mặt tại Việt Nam.
c Ưu điểm và nhực điểm của hệ thống Hot runner
Sử dụng một hệ thống Hot runer ln địi hỏi phải tính tốn tỉ mỉ và xem xétđến chi phí Tuy nhiên bắt đầu phải tìm hiểu về những thơng tin kỹ thuật chung theonguyên lý cấu trúc của khuôn kênh dẫn nóng, những ưu điểm và giới hạn củachúng Cùng với những ưu điểm chắc chắn thì hệ thống HR cũng tồn tại những giớihạn của nó khi sử dụng.
Trang 28 Làm cho đơn giản hóa thiết kế những loại khuôn Việc sử dụng khuôn vớihệ thống cold runner với mặt phân khuôn phụ (với khuôn ba tấm) có những hạn chếchính Những khn loại đó thì rất khó khăn cho việc tự động hóa bởi vì chúng cócuống phun Một tấm di động lớn của khn có thể làm mịn nhanh chóng hệ thốngdẫn hướng Bên cạnh đó thời gian mở và đóng khn loại này thì ln lâu hơn sovới những khn có một mặt phân khn Tỉ lệ của cuốn phun trên tồn bộ khốilượng phun trong khn ba tấm thì cũng lớn hơn
Loại trừ sự mất mát nhiệt gây ra trong hệ thống kênh dẫn nguội, cho phépđường nhựa chảy dài hơn trong lịng khn.
Dịng chảy nhựa vào lịng khn được điều khiển nhiệt độ chính xác tronghệ thống kênh dẫn nóng
Áp suất rơi trong hệ thống kênh dẫn nóng nhỏ hơn có nghĩa là áp suất điềnđầy trong lịng khn sẽ cao hơn.
Trong những khn cho sản phẩm lớn, thì với hệ thống kênh dẫn nóng ta cónhiều khả năng lựa chọn vị trí phun tối ưu, đảm bảo điền đầy cùng lúc và mất mátnhiệt độ, áp suất trong lịng khn nhỏ hơn Trong kỹ thuật khn thì cho thấy sự corút khác nhau ít hơn và ứng suất trong cũng thấp hơn.
Việc giảm áp suất phun trong quá trình điền đầy sẽ cho phép lực kẹp củamáy ép nhỏ lại
Khả năng điều chỉnh thời gian giữ bằng cách điều chỉnh thời gian mà miệngphun mở hoặc bằng cơ cấu đóng nó Sự mất mát áp suất giữ ít hơn hệ thống coldrunner, ở vị trí miệng phun có một tiết diện ngang lớn hơn vì nó khơng bị thu hẹplại do sự hình thành lớp nhựa cách ly.
Với khả năng phát triển hơn nữa của stack mold và của thiết kế khuôn vớimiệng phun qua một lõi dài.
Trang 29 Một hệ thống HR phải được lựa chọn cho những ứng dụng và loại nhựariêng biệt Sự thay đổi màu sắc của nhựa rất khó khăn Một sự thay đổi vật liệu cũngkhó khăn tương tự hoặc khơng thể thực hiện, ví dụ như sử dụng loại vòi phun kháccho một loại nhựa mới
Làm tăng rủi ro phá hủy đối với các vật liệu nhạy nhiệt, những loại chất dẻotrong xylanh ép phải chóng lại sự quá nhiệt trong hệ thống HR Những khu vực chết(dead space) có thể gây ra sự ứ động hoặc là phá hủy nhựa Nhiệt truyền cho nhựaphải đáng kể, đặc biệt là trong suốt giai đoạn dừng hoạt động.
Hệ thống có nhược điểm là phần nhiễm của vật liệu thơ có thể gây cản trởtại miệng phun Điều này có thể khắc phục bằng cách thêm bộ lọc tại vòi phun hoặctại bạc cuống phun.
Cần phải có kinh nghiệm để tránh cho miệng phun khơng bị xước hoặc nhỏgiọt tại vòi phun.
Kênh phân phối và số lượng nhỏ của các lồng khuôn bị giới hạn bởi đườngkính của vịi phun.
Sự dụng hệ thống HR có một vịng lớn làm gia tăng chiều cao của khn, nóphải khơng được vượt q giới hạn cho phép về chiều cao khuôn của máy ép.
Hệ thống HR phải được hoạt động cho đến khi không thể Việc khởi động hệthống HR, thay đổi loại nhựa, dừng lại hoặc nếu cần thiết làm sạch hệ thống HR thìkhơng thể thực hiện được nếu không đủ kiến thức và phải tuân theo những nguyênlý tất yếu nào đó Thiếu những kinh nghiệm và kỹ năng thao tác sẽ gây ra phá hủykhuôn dẫn đến tổn thất kinh khủng.
d .Thành Phần Cơ Bản Của Một Hệ Thống Hot runner Dùng Valve Gate
- Controller- Manifold
Trang 30- Nozzle
Nozzle Tip (Đỉnh vòi phun)
Đỉnh vòi phun chứa miệng phun Cùng với chốt đóng mở miệng phun trongqua trình ép phun.
Valve Pin (Chốt đóng mở)
Được điều khiển bởi hệ thống pitton-xilanh làm nhiệm vụ đóng mở miệngphun
union (phần liên kết)
Liên kết Nozzle Tip vào thân Nozzle
Heater (bộ phận gia nhiệt)
Nhận sự điều khiển từ Controller, chịu trách nhiệm duy trì nhiệt độ nhựa theoyêu cầu trước khi nhựa được đưa vào lịng khn.
Thermocouple (cặp nhiệt điện)
Trang 31Hình 1.13: Hệ thống HotRunner
1.2.6Hệ thống dẫn hướng
Gồm bạc dẫn hướng và chốt dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng cho nửakhuôn trên và nửa khuôn dưới ăn khíp vào nhau trong q trình ép phun.
Bạc dẫn hướng: Có thể làm bằng đồng hoặc đồng thau trong sản xuất hàngloạt có thể dùng thép.
Chốt dẫn hướng: Phải dài hơn miếng ghép cao nhất để tránh hỏng hóc khiđóng khuôn đặc biệt là khi lắp ráp, phần đầu chốt dẫn hướng có thể nhỏ hơn 0,1mm, chốt dẫn hướng thường là 4 chốt Với khn có 3 chốt thì một chốt có đườngkính khác hoặc chốt dẫn hướng đó phải xê dịch đi một chút.
Hình 1.14: Hệ thống dẫn hướng
e Hệ thống làm mát: Là bộ phận rất quan trọng Việc làm nguội khn có
ảnh hưởng tốt hay xấu đến việc lấy sản phẩm ra khỏi khuônNhững điều cần lưu ý khi thiết kế hệ thống làm mát
Trang 32- Kênh làm nguội nên được đặt gần mặt lịng khn khi có thể để làm nguộitốt hơn
- Đường kính kênh làm nguội(thường lớn hơn 8mm) nên khơng đổi trên tồnbộ chiều dài kênh để tránh cản dịng vì sự ngắt nghẽn sẽ làm cho trao đổi nhiệtkhông tốt
- Nhiệt chênh lệch giữa đầu vào và đầu ra (Ut) nên nằm trong khoảng từ 2-30
C Thông thường, nhiệt độ đầu vào nên thấp hơn nhiệt độ khuôn mà ta mong muốnlà 10-200 Nhiệt chênh lệch giữa chất làm nguội và thành kênh làm nguội nên nằmtrong khoảng từ 2-50C là tốt nhất
- Nên chia kênh làm nguội thành nhiều vòng làm nguội Không nên thiết kếchiều dài kênh làm nguội quá dài vì dễ dẫn đến mất áp và tăng nhiệt trên nó khiếnUt vượt quá 30C.
- Kênh làm nguội phải được khoan để có độ nhám tạo ra sự chảy rối bên trongkênh Dòng chảy rối sẽ trao đổi nhiệt tốt hơn dịng chảy khơng rối (chảy tầng) từ 3-5 lần.
Hình 1.15: Hệ thống làm mát
- Cách bố trí, tính số đường làm nguội, đường kính đường làm nguội phải phụthuộc vào kích thước của sản phẩm và số lịng khn
Trang 33Hình 1.16: Các kiểu làm mát
Cơ sở để xác định các thông số làm nguội.
Dựa vào sự tỏa nhiệt từ nhựa nóng vào khn và sự lấy nhiệt từ nước làmmát để giảm nhiệt độ trong khuôn
Nhiệt lượng cần trao đổi trong khuôn là: Q1 = C1.G1.(To – Ttb) (kcal)
Trong đó
C1: Nhiệt dung diêng của vật đúc. G1: Trọng lượng của vật đúc.
Q1: Nhiệt lượng cần lấy ra khỏi vật đúc.
To: Nhiệt độ ra khỏi đầu phun của vật liệu nhựa oC. Ttb: Nhiệt độ trung bình của vật đúc sau khi làm lạnh.
Trang 34Q2 = α.S.(tk – tn).τ (kcal)Trong đó :
α: Hệ số cấp nhiệt của nước (kcal/m2
.h.oC).
S: Diện tích bề mặt trao đổi ống nhiệt của các ống làm lạnh (m2
) tk: Nhiệt độ khn (oC)
có thể tk = tn
tn: Nhiệt độ trung bình của nước tn = (tv + tr)/2
tv: Nhiệt độ của nước khi vào tr: Nhiệt độ của nước khi ra. τ: Thời gian làm nguội.
Vậy lưu lượng nước làm lạnh cần thiết phải dẫn vào khuôn là
(kg/h)
C2: Nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg.oC) Thời gian làm lạnh cần thiết là
(giờ)
1.2.7Các hệ thống đẩy
Trang 35 Khi thiết kế chốt đẩy: Khoảng đẩy phải lớn hơn từ 5 ÷ 10 mm so với chiềucao của sản phẩm được lấy ra từ khuôn.
Sau khi sản phẩm được lấy ra thì chốt đẩy phải trở về vị trí ban đầu khơnglàm hỏng hay vướng vào lịng khn.
Đỉnh của chốt đẩy nằm ngang mức so với lòng khn nhưng có thể trênhoặc dưới 0,05÷0,1 mm.
Kích thước chốt đẩy rất quan trọng nó phải đảm bảo đủ cứng vững đễ lấysản phẩm ra khởi khn, kích thước của chốt đẩy phải phụ thuộc vào độ dầy hìnhdáng của sản phẩm nhưng theo thức tế đường kính chốt đẩy không nhỏ hơn 3mm
Thiết kế hệ thống đẩy không làm yếu khuôn đi.- Hệ thống đẩy bao gồm:
Các chốt đẩy trịn: Là kiểu đẩy thơng dụng nhất, nó rất đơn giản để đưa vàtrong khn Những lỗ trịn và chốt trịn rất dễ gia cơng nhưng để gia cơng lỗ dài vàcần đảm bảo độ chính xác thì rất tốn kém.
Hình 1.17: Kích thước chốt đẩy
Trang 36
Hình 1.18: Kích thước lưởi đẩy
Ống đẩy: Rất thuận lợi cho việc đẩy quanh các chốt lõi Khi dùng hệ thốngđẩy này góc thốt có thể giảm xuống đến 5o để tránh các vết chìm để lại trên bề mặtphía trên.
Hình 1.19: Kích thước ống đẩy
Trang 37Hình 1.20: Chốt đẩy ngày, tháng, năm
Hệ thống chốt hồiCó hai kiểu chốt hồi về :
Kiểu hồi khuôn tự động: Sau khi đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn, dưới tác dụngchốt hồi của lị xo được lắp trên các chốt hồi tồn bộ một nửa phần khn được đẩylùi về phía sau để thực hiện q trình ép phun tiếp theo.
Kiểu hồi khn cưỡng bức: Sau khi đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khn, thớtkhn động sẽ chuyển động dần về phía chốt tĩnh đễ lịng khn Hệ thống chốt tỳvào mặt thớt tĩnh đưa toàn bộ hệ thống chày đẩy về vị trí ban đầu chuẩn bị cho chukỳ ép phun tiếp theo.
Hệ thống chốt hồi về cần đảm bảo các yêu cầu sau :
Số lượng và vị trí của chốt hồi khn phải bố trí sao cho cân xứng, đảm bảohệ thống bàn đẩy di chuyển một các dễ dàng không bị kẹt
Các lỗ và chốt được doa tinh và mài nhằm đảm bảo hệ thống di chuyển nhẹnhàng khi làm việc và khơng cho nhựa chui vào khe.
Hình 1.21: Chốt dẫn hướng
Trang 38- Khi nhựa phun vào khn làm đầy hệ thống kênh dẫn và lịng khn, nó đẩykhơng khí ra ngồi lịng khn qua bề mặt khn Nhưng khi tốc độ phun cao,khơng khí khơng thể thốt ra nhanh và bị tắc lại trong lịng khn làm cho sản phẩmbị rỗ khí.
- Để tránh điều này người ta thiết kế thốt khí qua khe hở của chốt đẩy hoặcgia cơng thêm rãnh thốt khí, rãnh thốt khí phải đặt đúng nơi mà khơng khí bị tắclại Thường rãnh thốt khí được rẽ trên mặt phân khuôn.
- Tuy nhiên để tránh nhựa bị đẩy vào rãnh người ta thường làm rãnh thốt khítừ 0,02 ÷0,04 mm
1.2.9 Các kết cấu phụ
Bulong để lắp các tấm khn với nhau, bulong vịng có tác dụng trong vậnchuyển tháo lắp khuôn
Hình 1.22: Bulong móc cẩu
1.3.Quy trình kiểm nghiệm khn
Trong quy trình này, nhờ ứng dụng phần mềm CAE mơ phỏng dịng chảytrong khn nhựa để mơ phỏng và kiểm tra q trình ép phun Quá trình kiểm tranhờ ứng dụng phần mềm CAE sẽ cho kết quả gần sát với thực tế Trong quá trìnhnày ta sẽ làm được những việc như sau:
Trang 39- Kiểm tra các phương án bố trí hệ thống kênh dẫn, sau đó chọn lựa phương ántốt nhất
- Thử nghiệm quá trình ép phun trên mô phỏng với các giá trị đầu vào máy épphun khác nhau của các biến: Áp suất phun, áp suất giữ, nhiệt độ nhựa, thời giangiữ áp, nhiệt độ khuôn…Sau khi chạy phân tích cho các kết quả khác nhau về chấtlượng sản phẩm Từ đó chọn được bộ thơng số tối ưu cho máy ép phun.
1.4.Quy trình gia cơng khn
Trong kết cấu bộ khn, có những phần đã được chọn tiêu chuẩn, người sửdụng chỉ việc chọn lựa và liên hệ với nhà sản xuất để mua về Nhưng có nhữngphần thuộc đặc tính riêng của từng sản phẩm nên u cầu phải gia cơng chế tạoriêng Ví dụ như: Tấm gắn hốc và tấm gắn lõi khuôn, bộ hốc và lõi khuôn, lỗ chốtđẩy trên các tấm.
Trong đó tùy theo u cầu về độ chính xác gia cơng và chất lượng bề mặt màcó thể chọn phương pháp gia công hợp lý nhằm đạt kết quả mong muốn và giảm giáthành chế tạo khuôn.
1.5.Đặt vấn đề và giới hạn
Trong thực tế khi thiết kế và chế tạo sản phẩm khn ép nhựa, q trình sảnxuất thử nghiệm tiêu tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc khi việc thử khuôn tiến hànhbằng ép phun trên khuôn và máy thật Khơng chỉ tốn kém cho q trình thử, việcthiết kế khn mà khơng được kiểm nghiệm trước có thể dẫn đến lỗi từ thiết kếhoặc từ tham số ép phun khi sản xuất hàng loạt Đề tài nghiên cứu sử dụng công cụCAD/CAM/CAE để giải quyết hai vấn đề lớn của thiết kế và chế tạo:
1- Lựa chọn phương án thiết kế và đưa ra bộ thông số tối ưu cho q
trình ép phun Thơng qua việc chạy mơ phỏng q trình phun dưới dự trợ
giúp của máy tính với cơng cụ CAE Moldex3D, các phương án thiết kế kênh dẫnnóng hotrunner khác nhau được kiểm tra so sánh trong điều kiện đồng tham số
2- Lựa chọn tham số ép phun tối ưu Các tham số của phương án tối ưu
Trang 401.5.1 Quy trình thực tế thiết kế và kiểm nghiệm trong sản xuất hiện tại
Các bước thiết kế được diễn đạt như sau:
- Bước 1: Thiết kế sản phẩm Trong quá trình này nhân viên thiết kế sản phẩmtrên bản vẽ CAD
- Bước 2: Sau khi thiết kế sản phẩm chúng ta phải lựa chọn bộ khuôn và kếtcấu khuôn cho sản phẩm một cách hợp lý với sản phẩm
- Bước 3: Các chi tiết của bộ khuôn được thiết kế tac xuất sang bản vẻ đễ talập quy trình cơng nghệ gia cơng sản xuất bộ khuôn
- Bước 4: Sản xuất thử: với bộ khuôn được xây dựng từ bước 2, nhà sản xuấttiến hành cho sản xuất thử nghiệm, phân tích lỗi sản phẩm và đưa ra phương ánkhắc phục lỗi ở bước 1 hoặc bước 2 của quá trình sản xuất Khi đã đảm bảo các lỗikhông phải từ bước 1 hay bước 2 của quá trình thì quá trình sản xuất thử sẽ tiếp tụcđể chọn ra các thông số đầu vào máy ép phun hợp lý nhất cho quá trình sản xuất.Vậy đối với quá trình sản xuất này tốt rất nhiều thời gian tiền bạc vì cứ mỗi lần thửthì phải tạo ra một bộ khn để thử vì vậy rất tốn kém.