TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ÉP PHUN
Giới thiệu về công 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 nay chiếm đa số được tạo ra từ công nghệ ép phun nhựa:
Hình 1.1: Công nghệ ép phun
Nhựa được nung nóng và trộn đều nhờ vít tải trong xi lanh có gia nhiệt và nó sẽ được dẻo hóa vì nhiệt để trở thành nhựa nóng chảy Phun nhựa nóng chảy từ xi lanh gia nhiệt vào khuôn với áp lực cao Nhựa điền đầy vào lòng khuôn tạo hình sản phẩm Làm nguội để đóng rắn nhựa nóng chảy trong khuôn Đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn nhờ các chốt đẩy.
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 phun ngắn.
Chu trình đúc có thể được tự động hóa.
Cấu trúc của khuôn có thể được thay đổi tùy theo hình dáng hoặc vật liệu của chi tiết.
Nếu lượng vật liệu đúc không được cấp chính xác thì có thể gây ra khuyết tật đúc.
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 hai thành phần chính là máy ép phun và bộ khuôn ép phun.
1.1.2.1 Cấu tạo hệ thống ép phun
Máy ép phun là phần để gắn bộ khuôn Máy ép phun thực hiện nhiệm vụ cấp nhựa, cấp nhiệt cho bộ khuôn, đóng mở, tạo ra lực phun, lực ép, lực giữ để tạo hình sản phẩm và sau đó cung cấp dung môi làm mát bộ khuôn và sản phẩm, đẩy sản phẩm ra sau khi hoàn thành quá trình ép phun.
Hình 1.2: Hình ảnh minh họa máy ép phun
- Kết cấu Máy ép phun.
Hình 1.3: Sơ đồ kết cấu Máy ép phun
Là phần chứa hạt nhựa nguội nguyên liệu chuẩn bị cho quá trình ép phun Từ đây nhựa được đưa đến bộ phận gia nhiệt làm nóng chảy
Bộ phận gia nhiệt (Heaters)
Gia nhiệt làm chảy nhựa nguyên liệu và giữ nhiệt ở nhiệt độ nhất định phù hợp trước khi được đưa vào lòng khuôn
Vít cuốn (Screw) Đẩy nhựa lỏng vào lòng khuôn và thực hiện nhiệm vụ giữ để điền đầy lòng khuôn nhờ van không 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 hình dạng của sản phẩm Công nghệ tháo lắp bộ khuôn cũng chính là công nghệ chế tạo sản phẩm nhựa của máy ép phun nhựa.
Có thể mô tả kết cấu của một bộ khuôn như sau:
Hình 1.4: Sơ Đồ Một Bộ Lòng Khuôn
-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 nhựa
Khuôn Cái: Tạo hình cho sản phẩm
Bạc định vị: Đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái
Tấm 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 lỏi khuôn, để tiết kiệm giá thành
Chốt hồi: Hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng
Khuôn đực: Tạo hình cho sản phẩm
Chốt định vị : Dẫn hướng cho khuôn đực và khuôn cái lắp vào nhau một cách chính xác
Tấm đỡ: Tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun
Gối đỡ: Tạo khoảng trống cho tấm đẩy hoạt động
Tấm giữ: Giữ các chốt đẩy
Tấm đẩy: Đẩy các chốt đẩy để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn
Tấm kẹp sau: Giữ chặt phần di động của khuôn trên máy ép nhựa
Gối đỡ phụ: Tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun
1.1.2.2 Phân loại công nghệ ép phun
Sự khác nhau giữa các dạng công nghệ ép phun là sự khác nhau về cấu tạo và cách thức hoạt động của bộ khuôn Các dạng khuôn ép phun được chia ra như sau a) Khuôn hai tấm
Khuôn 2 tấm là khuôn có 1 đường phân khuôn, đường này chia khuôn thành
2 phần: Cố định và di động Khuôn hai tấm lại chia ra làm hai loại là khuôn hai tấm có sử dụng kênh dẫn nóng( Hot runner) và khuôn chỉ dùng kênh dẫn nguội.
- Khuôn hai tấm kênh dẫn nguội Đây là loại khuôn có kết cấu đơn giản nhất và có giá thành rẻ so với các loại khuôn khác Loại khuôn này cần thiết phải có công đoạn tách phần kênh dẫn nguội ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn.
Hình 1.5: Hoạt động của khuôn 2 tấm
-Ưu điểm: Giá thành làm khuôn rẻ, kết cấu đơn giản
Vấn đề cân bằng dòng chảy và phải bố trí miệng phun trên mặt phân khuôn nên gặp nhiều hạn chế đối với một số sản phẩm nhựa nhất định.
Không điều khiển được nhiệt độ dòng nhựa trong kênh dẫn.
Cần có quá trình cắt đuôi keo nhựa, tăng thời gian sản xuất và có thể tạo vết không đẹp trên sản phẩm.
- Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng( Hot runner)
Khuôn hai tấm dùng kênh dẫn nóng luôn giữ cho nhựa nóng chảy trong bạc cuống phun, kênh dẫn và miệng phun Nhựa chỉ đông đặc khi nào nó chảy vào lòng khuôn Khi khuôn mở ra, sản phẩm được lấy ra ngoài Khi khuôn đóng lại thì nhựa trong kênh dẫn vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lòng khuôn một cách trực tiếp
Hình 1.6: Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng.
Không có vết của miệng phun trên sản phẩm.
Giảm thời gian chu kỳ.
Điều khiển được nhiệt độ của dòng chảy nhựa.
Giá thành cao hơn khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội.
Không thích hợp với vật liệu chịu nhiệt kém.
Bộ phận Hot runner dễ bị hỏng. b) Khuôn ba tấm
So với khuôn hai tấm thì hệ thống kênh dẫn của khuôn ba tấm được đặt trên tấm thứ hai song song với mặt phân khuôn chính Nhờ tấm thứ hai này mà kênh dẫn và cuống phun có thể rời ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn.
Hình 1.7: Hoạt động của khuôn 3 tấm
Khuôn ba tấm được dùng khi toàn bộ hệ thống kênh dẫn không thể bố trí trên cùng một mặt phẳng như ở khuôn hai tấm, điều này có thể do
- Khuôn có nhiều lòng khuôn
- Khuôn có một lòng khuôn 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 thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn
Giá thành thấp hơn so với khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng
Ít bị hỏng hóc hơn khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng
Có thể phù hợp với vật liệu chịu nhiệt kém
Chu kỳ ép phun tăng.
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 có yêu có yêu cầu như thế nào về hình thức và mẫu mã.
- Xác định nhu cầu thị trường về dòng sản phẩm nào?đánh giá khả năng công nghệ chế tạo hiện có của cơ sở sản xuất và khả năng cạnh tranh của sản phẩm mới so với sản phẩm đang có trên thị trường Từ đó có quyết định đầu tư nghiên cứu chế tạo và sản xuất hay không
- Tìm kiếm tham khảo mẫu sản phẩm trong thực tế, quan sát và đo đạc để lấy thông tin về sản phẩm về dạng hình học, màu sắc, kích thước, trọng lượng, chất liệu, yêu cầu chất lượng, độ an toàn theo tính năng sử dụng của sản phẩm ấy Từ đó xác định các yêu cầu cụ thể cho sản phẩm của mình.
- Mô hình hóa sản phẩm trên phần mềm Solidworks cải tiến mẫu sản phẩm hiện có hoặc thiết kế mẫu sản phẩm mới riêng cho mình.
Quy trình thiết kế khuôn
Trong phần này ta sẽ đi vào giới thiệu các bước thiết kế các thành phần của hệ thống khuôn ép phun bao gồm các bộ phận chế tạo và các bộ phận lựa chọn theo tiêu chuẩn Quy trình thiết kế như sau:
1.2.1 Chọn vật liệu làm khuôn
Chọn vật liệu làm khuôn phải phù hợp với chất lượng của sản phẩm, phải làm sao giảm giá thành cũng như khối lượng của bộ khuôn một cách tốt nhất.
- Đối với hai nửa lòng khuôn trực tiếp phun nhựa ta cần chọn vật liệu đảm bảo độ 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…
- Áo khuôn có thể làm bằng thép C45, CD, CT…rồi sau đó nhiệt luyện nhằm tiết kiệm hạ giá thành
- Số lòng khuôn được bố trí sao cho dễ rót nhựa vào sản phẩm nhất và nhựa chảy đến từng sản phẩm cùng một lúc
- Số lòng khuôn phụ thuộc vào năng suất và sản lượng sản phẩm chế tạo, dạng sản xuất, phụ thuộc và tính chất phức tạp của sản phẩm, phụ vào công suất của tùng máy ép phun
1.2.3 Hình dạng và vị trí miệng phun
Miệng phun: Là chỗ nối giữa kênh dẫn nhựa và lòng khuôn để tạo hình sản phẩm
Miệng phun có nhiều kiểu như kiểu phun trực tiếp, phun kiểu bằng, phun kiểu cạnh, phun kiểu cánh quạt… tùy thuộc vào hình dáng kết cấu của sản phẩm mà người ta đạt miệng phun kiều nào cho hợp lý
Hình 1.8: Các loại miêng phun
Chọn vị trí cổng phun Điểm 1: Đặt vị trí cổng phân phối ở nơi mà nhựa lỏng kết thúc việc điền các lòng khuôn đồng thời Điểm 2 Đặt vị trí cổng tại nơi chi tiết có chiều dầy lớn nhất Để tránh các vết lõm khi vật liệu co ngót Điểm 3 Điểm đặt cổng nơi ít thấy vết của nó hoặc nơi dễ xử lý vết này khi hoàn thiện sản phẩm. Điểm 4 Tránh phun từ phía dễ tạo xu h- ướng tích tụ không khí trong khoang hoặc khí sinh ra từ nhựa lỏng. Điểm 5 Điền đầy nhựa lỏng sử dụng bề mặt tầng để không bị tạo đuôi
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 toán cuống phun theo công thức sau
-Kênh dẫn nhựa : Là phần dẫn nhựa đi tới từng sản phẩm trong lòng khuôn.
Kênh dẫn nhựa có nhiều hình dáng khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm về khả năng gia công mà ta có thể chọn kênh dẫn nhựa kiểu hình tròn, hình bán nguyệt, hình thang hoặc hình nửa tròn 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 sử dụng kênh dẫn nóng (hot runner) hoặc kênh dẫn nguội (cold runner) tùy theo yêu cầu tính chất của sản phẩm mà người ta dùng loại kênh dẫn nào cho phù hợp.
- Cấu Tạo Của Hệ Thống Hot Runner a Cấu tạo chung
Hệ thống Hot Runner được cấu tạo bởi ba bộ phận chính sau đây
Bộ phận điều khiển: Controller
Tấm phân phối nhựa(Với khuôn nhiều lòng khuôn): Manifold
Vòi Phun: Nozzle b Hoạt động: Nhựa chảy lỏng được máy ép nhựa phun vào khuôn sẽ đi đến tấm phân phối nhựa, từ đây nhựa được chia ra làm nhiều hướng đi đến các vòi phun và từ vòi phun vào trong lòng khuôn Trong quá trình xảy ra, tấm phân phối và vòi phun cũng đóng vai trò như những kênh dẫn trong khuôn 2 tấm không có kênh dẫn nóng Chỉ khác là trong suốt quá trình này, nhựa luôn được gia nhiệt nhờ bộ phận gia nhiệt có trong cả tấm phân phối và cả các vòi phun Sự điều khiển nhiệt độ nhựa trong các bộ phận này được điều khiển và giám sát bằng bộ phận điều khiển Nhờ vậy mà luôn đảm bảo nhiệt độ nhựa đủ nhiệt khi vào khuôn và hạn chế tổn hao nhựa và giảm thời gian đúc.
Người ta có thể phân loại các hệ thống Hot runner dựa vào sự khác nhau chính trong cách thức hoạt động của vòi phun Trên cơ sở đó có thể chia ra các hệ thống theo hai loại vòi phun như sau: Vòi phun dùng cổng phun kiểu valve(Valve Gate) và vòi phun dùng cổng phun kiểu open ( Open Gate)
Kiểu Valve Gate Kiểu Open Gate
Hình 1.12: Kiểu valve gate – open gate
Là loại vòi phun trong đó việc đóng mở miệng phun được thực hiện bằng một chốt đóng mở được điều khiển đóng mở Khi bắt đầu quá trình phun chốt được đẩy lên, miệng phun mở ra cho nhựa chịu áp suất điền đầy lòng khuôn Cuối giai đoạn này, chốt được đẩy xuống bịt kín miệng phun không cho nhựa tràn ra Sự đi lên đi xuống để đóng hay mở miệng phun được tạo ra nhờ lực đẩy của hệ thống pitton-xilanh thủy khí lắp riêng cho mỗi vòi phun
Miệng phun mở cho nhựa áp suất cao điền đầy lòng khuôn Ở cuối quá trình phun, nhựa không được gia nhiệt nữa, cùng với đó là quá trình làm nguội lòng khuôn Điều đó làm cho một phần nhựa ở đầu miệng phun đông đặc và bịt kín miệng phun không cho nhựa nóng thoát ra ngoài Điểm yếu của vòi phun kiểu này là nhựa đông đặc ở đầu miệng phun nên sau khi tháo sản phẩm sẽ để lại vết trên sản phẩm lớn và xấu hơn so với miệng phun kiểu gate Vết miệng phun to hay nhỏ sẽ phụ 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 quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn lại diễn ra.
Với sản phẩm như hộp đựng chỉ nha khoa.Nhận thấy đây là sản phẩm dùng trong y khoa nên hình thức bao bì sạch sẽ là cần thiết Bởi vậy ta chọn kiểu Nozzle để 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 thống Hot runner được dùng, nhóm xin trình bày sơ qua về hệ thống hot runner với kiểu Nozzle là valve gate như sau đây Ở đây việc xây dựng sẽ dựa trên cơ sở dữ liệu của Công ty Yudo-Công ty chuyên sản xuất các bộ phận trong hệ thống Hot runner đang có mặt tại Việt Nam. c Ưu điểm và nhực điểm của hệ thống Hot runner
Sử dụng một hệ thống Hot runer luôn đòi hỏi phải tính toán tỉ mỉ và xem xét đến chi phí Tuy nhiên bắt đầu phải tìm hiểu về những thông tin kỹ thuật chung theo nguyên lý cấu trúc của khuôn kênh dẫn nóng, những ưu điểm và giới hạn của chúng Cùng với những ưu điểm chắc chắn thì hệ thống HR cũng tồn tại những giới hạn của nó khi sử dụng.
- Những lợi ích kỹ thuật từ việc sử dụng hệ thống Hot runner
Làm cho đơn giản hóa thiết kế những loại khuôn Việc sử dụng khuôn với hệ thống cold runner với mặt phân khuôn phụ (với khuôn ba tấm) có những hạn chế chính Những khuôn loại đó thì rất khó khăn cho việc tự động hóa bởi vì chúng có cuống phun Một tấm di động lớn của khuôn có thể làm mòn nhanh chóng hệ thống dẫn hướng Bên cạnh đó thời gian mở và đóng khuôn loại này thì luôn lâu hơn so với những khuôn có một mặt phân khuôn Tỉ lệ của cuốn phun trên toàn bộ khối lượng phun trong khuôn ba tấm thì cũng lớn hơn
Loại trừ sự mất mát nhiệt gây ra trong hệ thống kênh dẫn nguội, cho phép đường nhựa chảy dài hơn trong lòng khuôn.
Dòng chảy nhựa vào lòng khuôn được điều khiển nhiệt độ chính xác trong hệ thống kênh dẫn nóng
Áp suất rơi trong hệ thống kênh dẫn nóng nhỏ hơn có nghĩa là áp suất điền đầy trong lòng khuôn sẽ cao hơn.
Quy trình kiểm nghiệm khuôn
Trong quy trình này, nhờ ứng dụng phần mềm CAE mô phỏng dòng chảy trong khuôn nhựa để mô phỏng và kiểm tra quá trình ép phun Quá trình kiểm tra nhờ ứng dụng phần mềm CAE sẽ cho kết quả gần sát với thực tế Trong quá trình này ta sẽ làm được những việc như sau:
- Lựa chọn vị trí cổng phun phù hợp nhất trong nhiều phương án đề xuất.
- Kiểm tra các phương án bố trí hệ thống kênh dẫn, sau đó chọn lựa phương án tốt nhất
- Thử nghiệm quá trình ép phun trên mô phỏng với các giá trị đầu vào máy ép phun khác nhau của các biến: Áp suất phun, áp suất giữ, nhiệt độ nhựa, thời gian giữ áp, nhiệt độ khuôn…Sau khi chạy phân tích cho các kết quả khác nhau về chất lượng sản phẩm Từ đó chọn được bộ thông số tối ưu cho máy ép phun.
Quy trình gia công khuôn
Trong kết cấu bộ khuôn, có những phần đã được chọn tiêu chuẩn, người sử dụng chỉ việc chọn lựa và liên hệ với nhà sản xuất để mua về Nhưng có những phần thuộc đặc tính riêng của từng sản phẩm nên yêu cầu phải gia công chế tạo riêng Ví dụ như: Tấm gắn hốc và tấm gắn lõi khuôn, bộ hốc và lõi khuôn, lỗ chốt đẩy trên các tấm.
Trong đó tùy theo yêu cầu về độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt mà có thể chọn phương pháp gia công hợp lý nhằm đạt kết quả mong muốn và giảm giá thành chế tạo khuôn.
Đặt vấn đề và giới hạn
Trong thực tế khi thiết kế và chế tạo sản phẩm khuôn ép nhựa, quá trình sản xuất thử nghiệm tiêu tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc khi việc thử khuôn tiến hành bằng ép phun trên khuôn và máy thật Không chỉ tốn kém cho quá trình thử, việc thiết kế khuôn mà không được kiểm nghiệm trước có thể dẫn đến lỗi từ thiết kế hoặc từ tham số ép phun khi sản xuất hàng loạt Đề tài nghiên cứu sử dụng công cụ CAD/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 quá trình ép phun Thông qua việc chạy mô phỏng quá trình phun dưới dự trợ giúp của máy tính với công cụ CAE Moldex3D, các phương án thiết kế kênh dẫn nóng 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 được điều chỉnh và tối ưu để đạt được chi tiết với những thông số hình học theo yêu cầu của thiết kế ban đầu Đề tài cho thấy sử dụng CAE giúp nâng cao chất lượng, năng suất và tính cạnh tranh cho sản phẩm.
1.5.1 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 phẩm trên bản vẽ CAD
- Bước 2: Sau khi thiết kế sản phẩm chúng ta phải lựa chọn bộ khuôn và kết cấu 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 ta lập quy trình công nghệ gia công sản xuất bộ khuôn
- Bước 4: Sản xuất thử: với bộ khuôn được xây dựng từ bước 2, nhà sản xuất tiến hành cho sản xuất thử nghiệm, phân tích lỗi sản phẩm và đưa ra phương án khắc phục lỗi ở bước 1 hoặc bước 2 của quá trình sản xuất Khi đã đảm bảo các lỗi không phải từ bước 1 hay bước 2 của quá trình thì quá trình sản xuất thử sẽ tiếp tục để 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 thử thì phải tạo ra một bộ khuôn để thử vì vậy rất tốn kém.
- Bước 5: Đúc ép sản xuất ra sản phẩm.
1.5.2 Hạn chế của quá trình sản xuất hiện tại
- Tiêu tốn nhiều thời gian, sức lực cho quá trình thiết kế, chế tạo và kiểm tra
- Chi phí cho quá trình sản xuất thừ là rất lớn
- Sản phẩm ít đa dạng về mẫu mã do chi phí kiểm tra thiết kế tốn kém và mất thời gian
Thông qua bài toán cụ thể là: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ’’ Nhóm đồ án sẽ:
Giải quyết thấu đáo trình tự quy trình thiết kế và chế tạo sản phẩm
- Thiết kế sản phẩm và bộ khuôn cho sản phẩm:
Sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế
Các chi tiết của bộ khuôn được thiết kế và chọn theo catalog của các nhà máy chuyên sản xuất khuôn
- Trong quá trình gia công :
Sử dụng phần mềm Mastercam để chạy mô phỏng
Sử dụng các máy vạn năng, CNC để gia công các chi tiết của bộ khuôn
Xây dựng quy trình mô phỏng định lượng cho tham số phun
- Sử dụng phẩm mềm Moldex 3D để kiềm nghiệm:
Hệ thống kênh dẫn nhụa
Đưa ra bộ thông số tố ưu cho quá trình ép phun
Nhiệt độ Áp suất Thời gian
1.5.4 Giới hạn của đề tài
- Đề tài chỉ thiết kế sản phẩm và bộ khuôn trên lý thuyết Quá trình mô phỏng kiểm nghiệm CAE chỉ mang tính chất định tính chưa định lượng.
- Do điều kiện thực tế không cho phép nên đề tài không chế tạo và gia công thực tế bộ khuôn, không ép thử sản phẩm thực tế.
Tóm tắt nội dung
Nội dung của quá trình thiết kế:
- Tham khảo nhu cầu thị trường, chọn lựa loại hình sản phẩm và dựa vào khả năng công nghệ hiện có để đánh giá, đầu tư sản xuất.
- Sau khi đã chọn được loại sản phẩm thì tiến hành đi vào thiết kế mẫu mã, chất lượng sản phẩm với các chỉ tiêu thiết kế: Thông số hình học, màu sắc, chất liệu, độ an toàn, hình thức đẹp, độ bền, khả năng tái sử dụng Trong đó việc thiết kế mô hình sử dụng phần mềm CAD là Solidworks.
- Tính toán thiết kế bộ khuôn cho sản phẩm: Dựa trên những hiểu biết và tìm tòi kiến thức khuôn mẫu sau đó áp dụng vào thực tế sản phẩm Quá trình này đi vào thiết kế đầy đủ các bộ phận của khuôn với điều kiện hiện có tại Việt Nam như chọn nhà sản xuất, chọn công nghệ hiện có.
- Kiểm nghiệm thiết kế và chọn chế độ cho máy ép phun: Kiểm tra lại thiết kế trên cơ sở ứng dụng phần mềm mô phỏng quá trình mô phỏng trên phần mềm sẽ cho ta những lựa chọn tối ưu Trong quá trình này, nhờ thử nhiều lần các điều kiện đầu vào máy ép phun ta sẽ thu được các thông số đầu vào máy ép phun hợp lý nhất đảm bảo chất lượng sản phẩm Quá trình này sử dụng phần mềm CAE Moldex 3D.
- Gia Công khuôn: Những bộ phận chính của khuôn thiết kế riêng sẽ được tính toán và gia công chế tạo Trong phần này, bộ lòng khuôn sẽ được gia công trên máy CNC và việc tính toán mô phỏng sau đó trích xuất file G-code sẽ có được nhờ ứng dụng phần mềm CAM Mastercam X4
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM
Mô hình hóa chi tiết
Với sự hỗ trợ về phần mêm CAD như: Solidworks, catia, cimatron, pro/E … nhóm đồ án đã chọn phần mền CAD solidwork để thiết kế mô hình của sản phẩm dưới dạng 3D với những yêu cầu của đề tài đặt ra.
Trên sản phẩm mô hình (hình 2.1) hóa đã thể hiện hình dáng và các góc lượn , góc vát các đường cong.
Do sản phẩm đòi hỏi sự lắp khít vào nhau nên ta quan tâm tới cách vẽ của sản phẩm một cách chính xác để các biên dạng khi đóng hộp sẽ ăn khít vào nhau.
Hình 2.1: bản mở và đóng chi tiết
- Cách vẽ sản phẩm bằng Solidworks 2010
Ta chia sản phẩm thành 4 khối để vẽ đó là: Khối nắp trên, khối nắp giữa, khối nắp dưới và khối thanh nối (Hình 2.2) dưới đây
Hình 2.2: các vẽ sản phẩm Đầu tiên ta vẽ Sketch có biên dạng như chi tiết (Hình 2.3)
Hình 2.3: Kích thước Sketch trong Solidwoks của chi tiết
Extruded thành khối dầy 20 mm
Hình 2.4: Extruded khối chi tiết
Tạo ra khối nắp dưới
Hình 2.5: Nửa dưới chi tiêt
Sau khi ta cắt lấy được phần nắp dưới ta lưu thành 2 file Một file chỉ có nắp dưới rồi ta vẽ hoàn chỉnh nắp dưới như hình, một file cả nắp trên và nắp giữa
Hình 2.6: Kích thước hoàn chỉnh nửa dưới
Tiếp tục ta thiết kế nắp trên lấy file lưu thứ 2 rồi ta cắt tạo thành nắp trên
Sau khi cắt xong ta lưu thành một file và vẽ hoàn chỉnh nắp trên của sản phẩm
Hình 2.8: Kích thước đầy đủ nắp
Ta thiết kế nắp giữa
Hình 2.9: Kích thước nửa trên
Sau đó ta hoàn thiện nắp dưới như hình vẽ
Hình 2.10: Kích thước đầy đủ nửa trên
Và cuối cùng ta vẽ thanh nối giữa nắp dưới và nắp giửa
Hình 2.11: Kích thước miếng ghép
Sau khi vẽ xong các phần part trong Solidworks ta mở bản assembly để lắp các phần part lại với nhau thành sản phẩm như hình vẽ
Hình 2.12: Sản phẩm Đây là bản vẽ chi tiết của sản phẩm
Hình 2.13: Kích thước chi tiết a Chọn nhựa cho sản phẩm.
Do yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm thì ta chọn nhưa PC
Nhựa tên đầy đủ là POLYCACBONAT được thu nhận trên cơ sở trùng ngưng giữa hợp chất dioxit mạch vòng và axit cacbonic Nhựa PC có cấu trúc hóa học
Trong đó: R - Gốc ankan mạnh thẳng hoặc mạch cấu trúc mạch nhánh
PC là loại vật liệu nhựa vô định hình có rất ít cấu trúc tinh thể lẫn vào Phân tử lượng PC dao động khoảng 25000 – 150000 đơn vị cacbon, song trong kỹ thuật những loại nhựa có phân tử lượng lớn hơn 75000 đơn vị ít được sử dụng do có độ nhớt cao nên khó gia công
-Tính chất của nhựa PC
PC là loại nhựa có tính chất cơ lý phối hợp một cách tuyệt vời : Độ bền cơ học cao, bền ở nhiệt độ cao, chịu nhiệt lạnh tốt, độ hút ẩm cao, khó cháy Sản phẩm của PC có thể làm việc lâu ở nhiệt độ gần với nhiệt độ làm mềm mà không thay đổi kích thước sau khi làm nguội Tất cả các tính chất trên nên PC được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật.
Các chi tiết từ nhựa PC có thể được gia công bằng phương pháp đùn, đúc, phun, ép đều có sự co ngót như nhau 0,5 – 0,7 % hệ số co ngót nhỏ.
Ở nhiệt độ bình thường khi kéo mẫu thử PC, nó bắt đầu biến dạng ở ứng suất
Các chỉ số cơ lý của PC
Tỷ trọng ρ (g/cm 3 ) 1,2 Ứng suất kéo σk (N/mm 2 ) 60 ÷ 70 Ứng suất nén σn (N/mm 2 ) 100÷ 110 Ứng suất uốn σu (N/mm 2 ) 80÷ 90 Moodun đàn hồi E (N/cm 2 ) 2200 ÷ 2400 Độ dai va đập (Ncm/mm 2 ) 120 ÷ 140 Biến dạng ε (%) 20 ÷ 100 Độ cứng bề mặt (N/mm 2 ) 150 ÷ 160
-Các tính chất về nhiệt
Nhiệt độ nóng chảy là 235 o C – 275 o C, nhiệt độ làm mềm
Hệ số dẫn nhiệt là 0,17( kcal/kG o C)
Hệ số giãn nở nhiệt là 6.10 -6 ( 1/ o C)
Nhiệt độ tự bốc cháy là 500 o C
Nhiệt độ làm việc cao nhất là 135 o C – 137 o C
Hệ số giãn nở nhiệt của PC ở nhiệt độ -70 o C – 140 o C là hầu như không đổi.
PC có thể gia công trên bất kỳ loại máy đúc phun nào Phễu cấp vật liệu nhựa phải được nung nóng ở nhiệt độ 110 o C – 120 o C Vòi phun luôn mở, xilanh và vòi phun cũng cần được nung nóng, áp suất phun từ 9000 -13000 N/cm 3 , nhiệt độ khuôn khoảng 80 – 120 o C
Chọn phương án bố trí lòng khuôn
Tính khối lượng cho sản phẩm
Do sản phẩm có biên dạng phúc tạp nên ta sử dụng công cụ tiện ích của solidworks ta tính khối lượng của sản phẩm Khối lượng riêng của của nhựa PC là
Hình 2.14: Tính khối lượng chi tiết trong Solidworks
Ta tính được khối lượng của sản phẩm là 9,5524 g.
Dạng sản xuất xác định theo các thông số:
Khối lượng của sản phẩm.
Phục thuộc và đơn đặt hàng và nhu cầu của thị trường của người tiêu dùng ở việt nam Theo thống kê của thì dân số việt nam năm 2010 là 87 triệu người thì khoảng 10% số dân dùng chỉ nha khoa Chủ yếu tập trung ở các thành phố lớn và trung tâm của các tỉnh Vậy khoảng 8,7 triệu người dùng chỉ nha khoa trên cả nước.
Với sản lượng hàng năm và khối lượng sản phẩm như trên ta có thể chọn dạng sản xuất hàng loạt lớn, sản xuất trong một năm.
Trung bình 20 giây một chu trình sản phẩm.
Gọi n là số sản phẩm 1 lần ép, được xác định theo công thức sau:
n: Số sản phẩm trong 1 lần ép phun.
N: Tổng sản phẩm hàng năm.
T : Tổng số lần mở khuôn ra để lấy sản phẩm trong 1 năm. Trong một năm có 365 ngày, 52 tuần
Công nhân được nghỉ thứ 7 và chủ nhật, tổng cộng ngày nghỉ thứ bảy và chủ nhật sẽ là: 52*24(ngày)
Các ngày lễ được nghỉ:
Giỗ tổ Hùng Vương: 1 ngày.
Như vậy tổng số lần mở khuôn để lấy sản phẩm trong một năm là:
Từ đó suy ra lượng sản phẩm cần trong một lần mở khuôn là : n= N
Với sản lượng cần thiết như thế này ta có thể chọn phương pháp đúc đồng thời trên nhiều máy để đạt năng suất như yêu cầu Nhiều lòng khuôn trong một bộ khuôn sẽ cần thiết lực kẹp khuôn lớn hơn, công suất phun lớn, chi phí lớn hơn Nếu chọn số lòng khuôn ít hơn thì lại cần thiết phải đâu tư nhiều máy cùng làm việc.
Với đề tài này ta chọn phương án số lòng khuôn là 4, chọn số máy làm việc đồng thời là 6 máy Như vậy sẽ vừa đạt năng suất lại thuận lợi cho việc gia công chính xác và cân bằng dòng chảy trong khuôn.
Với số lòng khuôn là 4, áp suất phun lớn nhất cho phép đối với nhựa PC là
240 Mpa Từ đó áp dụng công thức sau để tính lực kẹp cần thiết
+ f là hệ số an toàn thường lấy f = 1.5 5.
+ Fo là lực kẹp của máy ép phun.
+ A là tổng diện tích hình chiếu của chi tiết và kênh dẫn.
+ Pi là áp suất phun lớn nhất.
Pi = 240 Mpa Thay vào công thức (2) ta có:
Chọn máy ép phun
Dựa vào các điều kiện đầu vào sau đây:
Thể tích nhựa lớn nhất trong một lần phun.
Chọn máy ép phun tấm khuôn cho phép.
- Với lực kep khuôn yêu cầu F
- Khoảng mở khuôn phải lớn hơn chiều dầy sản phẩm là 35mm.
- Kích thước tấm khuôn nhỏ nhất tính với 4 sản phẩm là 400x450.
- Dưạ vào yêu cầu như vậy, chọn máy ép phun theo hãng Fanuc có các thông số như sau:
- Chọn máy ép phun hãng của FANNUC loại S – 2000i100B
Hình 2.15: Máy ép phun nhựa
Các thông số của máy do nhà sản xuất FANUC cung cấp
Các thông số Đơn vị đo FANUC S-2000 i100B
Kích thước tấm khuôn cho phép (HxV) mm 620x610
Lực mở khuôn Tấn 50 Đường kính trục vit mm 28
Lưu Lượng phun cm 3 /s 357 Áp suất phun lớn nhất MPa 240 Áp suất giữ lớn nhất MPa 220
Thể tích một lần phun cm 3 58
THIẾT KẾ BỘ KHUÔN
Chọn loại khuôn cho sản phẩm
Với kết cấu và yêu cầu của sản phẩm được thiết kế ở chương 2 thì nhóm chọn bộ khuôn cho sản phẩm là khuôn 2 tấm dùng kênh dẫn nóng.
Vì: Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng luôn duy trì được nhiệt độ của nhựa từ đầu cổng phun vào trong tận sản phẩm mà không bị mất nhiệt Sở dĩ nhựa được duy trì được nhiệt độ như vậy là do hệ thống gia nhiệt bên trong hot runner Do vậy chất lượng nhựa được điền đầy tốt hơn dẫn đến chất lượng sản phẩm tốt Khi khuôn mở ra thì chỉ có sản phẩm được lấy ra (hoặc còn một chút kênh dẫn nhỏ) khi khuôn đóng lại thì nhựa các kênh dẫn nóng vẫn tiếp tục điền đầy vào lòng khuôn.
Tiết kiệm vật liệu nhựa.
Không thấy vết của miêng phun trên sản phẩm.
Giảm được thời gian chu kỳ
Điều khiển được sự điền đầy và dòng chảy, nhiệt độ của nhựa.
Giá thành cao hơn so với khuôn 2 tấm có hệ thống kênh dẫn nguội.
Điều khiển bộ phận gia nhiệt dễ bị hỏng.
Kết cấu khuôn phúc tạp hơn.
Không phù hợp đối với các loại nhựa có nhiệt độ gia công thấp kém chịu nhiệt
Sơ bộ ta đã có bộ khuôn cần thiết kế là khuôn 2 tấm cho 4 lòng khuôn có hệ thống hot runner, có hệ thống làm mát.
Hình 3.1: Khuôn 2 tấm cho 4 lòng khuôn có hot runner và hệ thống làm mát
Thiết kế lòng khuôn và lõi khuôn
-Tách khuôn trên phần mềm solidworks
Bước 1: Phác thảo mặt phân chia và kiểm tra độ dốc góc thoát khuôn cho sản phẩm
Dùng lệnh: Draft Analysis trong thanh công cụ Molds.
Khi kiểm thấy trên sản phẩm thể hiện hai màu với góc rút khuôn là 1 o là được như hình minh họa dưới đây.
Bước 2: Cho tỷ lệ Scale để lòng khuôn to hơn nhỏ hơn so với sản phẩm thiết kế Đối với nhựa PC độ co ngót từ 0,5÷0,7% nhỏ nên ta chọn tỷ lệ Scale khoảng 1,01.
Hình 3.3: Tạo tỷ lệ cho lòng khuôn
Bước 3: Sử dụng lênh Parting line Chọn đường phân khuôn là đường cong theo biên dang của sản phẩm.
Hình 3.4: Đường phân khuôn Bước 4: Sử dụng lệnh Tooling Split để tạo ra hai phần cavity – core
Bước 5: Sử dụng lệnh Body-Move/Copy ta vào Insret/Features/Body-Move để di chuyển cavity – core một khoảng
Hình 3.6: Sau khi tách khuôn
Vậy ta thu được hai nửa khuôn
Thiết kế cơ khí bộ khuôn
Với những dự liệu đã tính toán ở trên, ta lựa chọn được kết cấu của bộ khuôn cho sản phẩm.
Sử dụng phần mềm Solidworks, xây dựng vẽ lắp khuôn và các chi tiết đã chọn.
Bộ khuôn sau khi thiết kế có dạng
Hình 3.8: Kết cấu bộ khuôn
Theo phần 2.1.4 ta chọn làm 4 sản phẩm trên bộ khuôn theo tính toán ta chọn bộ khuôn cho sản phẩm theo tiêu chuẩn khuôn của Futaba (TC của hãng khuôn Nhật Bản) Đây là mô hình thể hiện các bộ phận chính của khuôn
Hình 3.9: Cấu tạo của bộ khuôn 3.3.1 Thiết kế bộ áo khuôn
Từng tấm của bộ khuôn được nhóm thiết kế theo tiêu chuẩn.
- Vật liệu: Tất cả các tấm áo khuôn ta chọn thép C45 thông dụng với ở Việt Nam để giảm giá thành của khuôn
- Chọn phôi dạng tấm vừa đủ để gia công được tấm
- Tấm khuôn cái (tấm cavity)
Hình 3.10: Kích thước tấm chứa cavity
Cách bố trí lòng khuôn: Ta bố trí 4 lòng khuôn sao cho vị trí phù hợp với hệ thống hot runner chọn để phun cho 4 sản phẩm.
Hình 3.11: Lắp cavity trên tấm chứa lòng khuôn
Tấm khuôn đực (tấm core)
Hình 3.12: Tấm chứa lõi khuôn
Cách bố trí lõi khuôn trên tấm core
Hình 3.13: Bố trí lõi khuôn trên tấm core
Hình 3.14: Kích thước tấm kẹp trên
Tấm đỡ có tác dụng đỡ tấm khuôn đực để tăng độ cứng vững cho bộ khuôn.
Hình 3.15: Kích thước tấm đỡ
Tấm đẩy – tấm giữ được thiết kế sao cho đủ độ cứng có thế đẩy sản phẩm ra được trên tấm đẩy được đục các lỗ để lắp các gối đỡ phụ nhằm tăng thêm độ cứng vững cho tấm đỡ lắp dưới tấm khuôn đực Một mặt giảm bớt khối lượng của tấm và bộ khuôn
Hình 3.16: kích thước tấm đẩy
Gối đỡ được đặt giữa tấm đỡ và tấm đáy nhằm tạo ra không gian để tấm đẩy di chuyển Độ cao của tấm đẩy được tính phải lớn hơn kích thước tổng cộng của tấm giữ cộng tấm đẩy Với bộ khuôn thiết kế thì ta đã tính chọn được kích thước như sau:
Hình 3.17: Kích thước gối đỡ
Hình 3.18: Kích thước tấm đáy 3.3.2 Thiết kế hệ thống hot runner
Tính Toán Lựa Chọn Kết Cấu Hot Runner Cho Sản Phẩm
Trên cơ sở Catalog của công ty Yudo ta có phương hướng lựa chọn như sau:
Xác Định kích thước của Runner
Dựa theo bảng lựa chọn sau:
Kích thước chi tiết Lượng phun/miệng phun Đường kính kênh dẫn (mm)
Dạng Tip/sprue Dạng valve
Với trọng lượng chi tiết là 9,5524 g Ta chọn đường kính kênh dẫn phù hợp là 4mm
Tra theo catalog của hãng Yudo Dạng sản phẩm được chia ra theo các loại và tương ứng là kiểu Hot runner khuyên dùng như sau:
Lựa chọn dạng Nozzle nên dùng là loại YUEN, dùng cho các dạng sản phẩm nhựa sau:
Hình 3.19: Các loại sản phẩm tạo ra từ kiểu vòi phun YUEN
Trong những dạng sản phẩm trên, sản phẩm hộp đựng chỉ nha khoa thuộc loại Packaging (bao bì).
Chọn theo catalog YUEN với đường kính kênh dẫn là 4mm, chọn được chính xác kiểu Nozzle là kiểu YUEN 12
Với kiểu YUEN 12, tương ứng sẽ có là kiểu Đỉnh vòi phun VS như sau:
Hình 3.20: Các kiểu Valve của Valve gate
Tính Công nghệ so sánh giữa các kiểu valve:
Hình 3.21: So sánh khả ưu khuyết điểm của các loại van
Cả 3 kiểu valve đều đạt tính công nghệ tốt với nhựa PC Nên có thể chọn một trong 3 loại.
Ta chọn kiểu valve là VS
- Cấu tạo chung của hệ thống hot runner
Hình 3.22: Mô hình một hệ thống Hot runner
Hình 3.23: Bảng Kích thước để chọn Nozzle
Từ đó ta có bảng thông số như sau:
L ỉM1 ỉM2 ỉ P ỉN ỉG ỉD ỉC MT CT(min) ST
- Để phân phôi cho 4 lòng khuôn trong một lần phun ta phải chọn bốn van phun được vào tấm phân phối nhựa hình dạng dấu cộng
Hình 3.24: Hình dạng monifold chọn cho bộ khuôn
- Chọn cơ cấu pitton-xilanh
Chọn kiểu piton-xilanh xử dụng khí nén để có chuyển động êm và sạch Theo đó ta chọn được kiểu piton-xilanh như sau:
Bảng thông số cho biết đường kính xilanh là 50mm
Theo Catalog còn biết được sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống pitton- xilanh như sau:
Hình 3.25: Nguyên lý hoạt động của pittong – xilanh
Lựa chọn bộ điều khiển nhiệt độ cần chú ý những điều sau:
Phải có nhiều miền điều khiển.
Có nhiều nguồn điều khiển nhiệt độ kết hợp trong hệ thống kênh dẫn nóng.
Mỗi một Nozzle đòi hỏi phải có một miệng điều khiển nhiệt độ riêng Một manifold cũng đòi hỏi phải có ít nhất một miền điều khiển Nếu Manifold lớn hơn thì cần nhiều miền điều khiển hơn
Lựa chọn bộ điều khiển nhiệt độ dựa trên số miền điều khiển nhiệt độ cần thiết đã tính toán trong hệ thống kênh dẫn nóng
Vì vậy, theo catalog Controller ta chọn loại Controller là TW 700 với 8 miền điều khiển riêng biệt Phù hợp để điều khiển cả 4 Nozzle và Manifold đồng thời hay riêng biệt
Hình 3.26: Bộ điều khiển hot runner 3.3.3 Hệ thống làm mát
Dựa vào bảng sau ta chọn kích thước kênh làm mát Ở đây sản phẩm thiết kế của chúng em có độ dày lớn nhất là 1mm nên chọn
- Đường kính kênh nhỏ nhất là 10 mm.
- Khoảng cách giữa hai tâm hai đường kênh là bU mm.
- Khoảng cách từ tâm kênh đến bề mặt sản phẩm là a mm.
Vì sản phẩm có kích thước không lớn nên có thể dùng hệ thống làm mát tương đối đơn giản để làm mát, không nhất thiết phải tạo đường làm mát ăn sâu vào hốc và lõi để làm mát hai bộ phận này Với sản phẩm ở đây có chiều rộng lớn nhất là 45 mm, chúng ta sẽ bố trí 2 đường làm mát trên mỗi phần hốc và lõi của mỗi lòng khuôn, mô phỏng như hình sau:
Hình 3.27: Bố trí hệ thống làm mát
Nhiệt độ làm mát khuôn
Theo Tài liệu The Mould Design Guide Dựa vào bảng sau chọn nhiệt độ của khuôn sau khi làm mát, chú ý với sản phẩm vỏ mỏng thì nhiệt độ càng lấy thấp xuống.
Hình 3.28: Bảng Lựa chọn nhiệt độ khuôn làm mát với một số loại nhựa thông dụng (The Mould Design Guide)
Theo bảng ta chọn nhiệt độ khuôn làm mát là 91.5 0 C nằm trong dải nhiệt từ
Dùng môi chất làm mát là nước với nhiệt độ đầu vào thấp hơn nhiệt độ khuôn sau khi làm mát từ 10 0 C-25 0 C Chọn nhiệt độ đầu vào của nước là 25 0 C.
Vận tốc dòng nước trong kênh
Kênh làm nguội phải được khoan để có độ nhám tạo ra sự chảy rối bên trong kênh dẫn Dòng chảy rối sẽ trao đổi nhiệt tốt hơn dòng chảy không rối (chảy tầng ) từ 3-5 lần.
Cần xem xét độ bền của tấm khuôn khi khoan các kênh làm nguội
Dòng chảy rối được đặc trưng bởi số Reynold Khi số Reynold >10000 ta có dòng chảy rối Ta có thể tham khảo bảng sau để xác định trạng thái dòng chảy Để đảm bảo được quá trình làm mát cho lòng khuôn và lỏi khuôn thì dòng nước làm mát bơm vào phải là dòng chảy rối Re >10000 theo bảng trên ta chọn Re 12000 từ đó ta tính được vận tốc dòng chảy của nước qua hệ thống làm mát theo công thước Reynold
ρ: Tỷ trọng riêng của chất làm nguội (kg/m 3 ).
U: Vận tốc trung bình của dòng chất lỏng nguội (m/s)
d: Đường kính kênh làm nguội(m)
η: Độ nhớt động lực học.
υ: Độ nhớt động học chất lỏng (m²/s).
Từ đó ta tính được được
=1(m/s) Thời gian làm nguội: Thời gian làm nguội chiếm từ 70-80% chu kỳ ép phun, vì vậy để giảm chu kỳ người ta giảm thời gian làm nguội.
Bề dầy lớn nhất của sản phẩm là 1mm
Cp= 0,28kcal/kg o C tnguội =8 giây
3.3.4 Thiết kế hệ thống dẫn hướng
Trục dẫn hướng: Dùng dẫn hướng hai nửa khuôn trên vào khuôn dưới trong quá trình đóng mở khuôn.
+ Trục dẫn hướng được làm vật liệu SUJ để chống va đập mài mòn trong quá trình làm việc.
+ Độ cứng của trục dẫn hướng từ 30÷58 HRC
+ Độ nhám đạt cấp chính xác 6÷5 ứng với R a =0,2 m
Hình 3.29: kích thước trục dẫn hướng
Bạc dẫn hướng dùng để dẫn hướng cho các chốt dẫn hướng
+ Bạc dẫn hướng có mũ
Dùng thép SUJ chịu mài mòn, chống va đập Độ nhám bề mặt bên trong làm việc đạt cấp 6÷5 ứng với R a =0,2 mặt ngoài bạc R a = 1,2 m Độ cứng từ 35÷58 HRC
Số lượng 8 chiếc dùng trên hai tấm khuôn cái và khuôn đực
Hình 3.30: kích thước bạc dẫn hướng có mũ
+ Bạc dẫn hướng thẳng dùng cho tấm chứa hot runner, số lượng 8 chiếc, các yêu cầu kỹ thuật cũng giống như bạc dẫn hướng có mũ
Hình 3.31: kích thước bạc dẫn hướng thẳng
3.3.5 Hệ thống đẩy sản phẩm
- Chức năng của hệ thống đẩy là lấy sản phẩm ra khỏi sau khi mở khuôn.
- Hệ thống đẩy bao gồm chốt đẩy, lò xo hồi, bạc chặn lò xo, chốt hồi.
- Vị trí đặt chốt đẩy trong một sản phẩm.
Hình 3.32: vị trí chốt đẩy
- Đối với sản phẩm có biên dạng phức tạp này trên mỗi lòng khuôn ta đặt 12 chốt đẩy có đường kính đầu đẩy là 3mm Cách bố trí chốt đẩy bao quanh chi tiết.
- Vậy với 4 lòng khuôn ta cần 48 chốt đẩy
Hình 3.33: kích thước chốt đẩy
- Chốt đẩy được làm bằng thép SUJ được tôi đến độ cứng 58÷60HRC.
- Chốt đẩy được vát cạnh để thoát khí thể hiện ở mặt cắt A-A.
Lò xo hồi được lắp vào trục hồi có tác dụng hồi chốt đẩy về vị trí ban đầu sau khi đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn để thực hiện quá trình phu tiếp theo.
- Độ cứng của lò xo phụ thuộc vào khối lượng của hai tấm đẩy, tấm giữ và lực đẩy của trục máy.
- Chiều dài của lò xo được tính theo khoảng đẩy chi tiết, thông thường chi tiết được đẩy lên khỏi mặt phân khuôn khoảng 5mm đến 10mm.
- Số lượng: 4 chiếc Độ cứng: K=7,99 kg/mm
Hình 3.34: Kích thước lò xo
Chốt hồi được lắp vào tấm đẩy nhờ lò xo hồi được lắp trên nó để đẩy tấm đẩy về vị trí ban đầu
- Độ bóng đạt cấp 7÷8 tương ứng R a = 1,6 m
Hình 3.35: kích thước chốt hồi
Hình 3.36: Bạc chặn lò xo
- Được lắp vào đầu của lò xo để tránh sự xây sát của lò xo với các tấm.
3.3.6 Các chi tiết phụ khác
Móc cẩu M20 được lắp vào hai tấm khuôn cái và khuôn đực có tác dụng trong vận chuyển khuôn và trong lắp ghép, số lượng 8 chiếc.
Hình 3.37: kích thước Móc cẩu
Vành khuôn: Có tác dụng giữ chặt lõi khuôn và lòng khuôn trong áo khuôn
- Được thiết kế để nhằm tiết kiệm vật liệu đắt tiền làm lòng khuôn và lõi khuôn mà vẫn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật của khuôn Làm tăng tính công nghệ của khuôn.
- Làm bằng thép C45 được mài đánh bóng cấp 5÷6 ứng với R a =0,2÷0,4 m
Hình 3.38: Kích thước vành khuôn
Cuống phun: Có tác dụng dẫn nhựa từ trục vít máy ép phun qua hệ thống cấp nhựa(Hot runner) để vào sảo phẩm
Hình 3.39: Kích thước cuống phun
Bạc định vị: Tác dụng định vị cuống phun trên tấm kẹp trên
Hình 3.40: Kích thước bạc định vị
Ứng dụng CAE trong khuôn mẫu
Ngày nay, CAE đã được ứng dụng vào rất nhiều vào nhưng lĩnh vực khác nhau Nhưng trong lĩnh vực khuôn mẫu CAE được ứng dụng rất nhiều và có một vai trò rất quan trọng trong quá trình tạo ra một sản phẩm đảm bảo chất lượng, kỹ thuật, mỹ thuật và năng xuất CAE giúp các nhà thiết kế và nhà sản xuất
- Có thể tiến hành sửa đổi, đánh giá, nhận định và tối ưu hóa bản thiết kế sản phẩm.
- Giảm thời gian, giá thành thử khuôn, sửa khuôn thực tế, rút ngắn chu trình sản xuất thử.
- Dự đoán và chỉ ra các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng chất lượng ép phun, từ đó cung cấp tham số sửa đổi thiết kế và tối ưu các tham số ép phun
Tổng quan về phần mềm CAE Moldex 3D
Trong phần đồ án tốt nghiệp này, chúng ta sử dụng phần mềm MOLDEX 3D vào để kiểm tra trong quá trình ép phun sản phẩm Đây là một phần mềm của công ty CoreTech (Đài Loan) đã được úng dụng rất nhiều trong ngành khuôn nhựa
MOLDEX 3D có thể liên kết với các phần mềm thiết kế về khuôn như : Solidworks, Rhinoceros, Cimatron…Qua đó giúp các nhà thiết kế có thể dễ dàng trong quá trình kiểm tra cũng như thiết kế sản phẩm để từ đó có thể đưa ra được những phương án thiết kế tối ưu nhất và chính xác nhất.
Ngân hàng thư viện nhựa của MOLDEX 3D được xây dựng rất đầy đủ,cung cấp đầy đủ các thông tin, tính chất của từng loại nhựa
Hình 4.1: Ngân hàng thư viện nhựa.
Sử dụng MOLDEX 3D có thể mô phỏng quá trình điền đầy (filling), giữ áp ( packing), làm nguội (cooling) Ngoài ra nó còn kiểm tra các hiện tượng cong vênh, rỗ khí, đường hàn… xảy ra trong quá trình ép phun
Phân tích dòng chảy có thể dự đoán các thông tin quan trọng vị trí tiếp giáp 2 dòng chảy, vị trí có bọt khí, áp suất ép phun, lực khóa khuôn, trọng lượng máy, hệ thống đường dẫn… Đồng thời có hình ảnh kèm theo cho phép quan sát tình hình dòng chảy.
Phân tích bão áp có thể dự đoán co rút thể tích, phân bố nhiệt độ, phân bố mật độ trợ giúp để tránh các vấn đề về quá bão áp và co rút thể tích
Phân tích quá trình làm lạnh có thể dự đoán các vấn đề như thời gian làm lạnh, sự chênh lệch nhiệt độ bề mặt khuôn, phân bố lượng truyền nhiệt Moldex3D-Cool có thể thiết kế, chỉnh sửa, lắp đặt nhanh chóng, chính xác đường nước….
Phân tích cong vênh có thể dự đoán sản phẩm sau khi tách khỏi khuôn sẽ xuất hiện biến dạng cong vênh, và giúp người sử dụng tìm ra nguyên nhân cong vênh để ngăn xảy ra cong
Yếu tố đầu vào cho quá trình ép phun
Theo tính toán thiết kế ở Chương 2
Ta có bảng thông số các đặc tính của nhựa PC
Hình 4.6: Bảng thông số nhựa
Các thông số Đơn vị đ o
Kích thước tấm khuôn cho phép (HxV) mm 620x610
Lực mở khuôn Tấn 50 Đường kính trục vit mm 28
Lưu Lượng phun cm 3 /s 357 Áp suất phun lớn nhất MPa 240 Áp suất giữ lớn nhất MPa 220
Thể tích một lần phun cm 3 58
4.3.3 Thông số kết cấu khuôn Áo Khuôn Cổng Phun Kênh Dẫn Làm Mát
Cavity 300x450x50 Đường kính Gate 0,6-0,8 mm Chọn d=0,6 (mm)
Sử dụng kênh dẫn nóng Hot runner Đường kính D=4 mm Đường kính D=8 mm
4.3.4 Dải giá trị thông số phun đối với sản phẩm nhựa PC
Nhiệt Nhiệt độ Áp suất Thời gian giữ Áp suất giữ Thời gian Nhiệt độ đẩy sp Nhiệt độ không khí độ phun khuôn phun áp làm mất 235-315
Quá trình kiểm tra trên Moldex 3D
4.4.1 Xây dựng bài toán kiểm tra
- Hệ thống kênh dẫn nóng ( hot runner) Đối với sản phẩm này ta đưa ra 2 phương bố trí kênh dẫn Từ đó tiến hành kiểm tra so sánh 2 trường hợp này trong điều kiện đồng tham số
Cách bố trí kênh dẫn
Hình 4.8: Cách bố trí vị trí kênh dẫn kiểu 1
Nhiệt độ Nhiệt độ Áp suất Thời gian Áp suất Thời gian Nhiệt độ Nhiệt độ phun khuôn phun giữ áp giữ làm mất đẩy sp không khí
Cách bố trí kênh dẫn:
Hình 4.9: Cách bố trí kếnh dẫn kiêu 2
Nhiệt độ khuôn Áp suất phun
Thời gian giữ áp Áp suất giữ
Phương án tối ưu các thông số ép phun
Từ bảng giá trị miền giới hạn các thông số ép phun ta xây dựng các test kiểm tra đối với từng thông số :
+ Nhiệt độ phun + Áp xuất giữ
+ Áp xuất phun + Thời gian giữ
+ Thời gian phun + Thời gian làm mát
4.4.2 Các bước thực hiên trên Moldex 3D Ở đây chúng em xin trình bày thứ tự các bước thực hiện trên Moldex 3D với test kiểm tra 1
Chúng ta sẽ tiến hành thiết kế :
Bước 1: Nhập bản vẽ sản phẩm được thiết kế bằng phần mềm Solidworks (lưu dưới dạng stm)
Hình 4.10:Vị trí đặt các lòng khuôn trong khuôn
Bước 2: Xây dựng hệ thống kênh dẫn
Hình 4.11:Thiết lập hệ thống kênh dẫn trong Moldex
Việc xây dựng hệ thống kênh dẫn có thể được làm theo 2 cách
Cách 1: Chúng ta sẽ thiết kế trong các phần mềm vẽ CAD sau đó chúng ta sẽ inport vào trong Moldex 3D/design và gán thuộc tính cho nó là runner.
Cách 2: Chúng ta sẽ làm theo thứ tự các bước trong Moldex từ đặt vị trí miệng phun, cổng gate, kênh dẫn, miệng phun Làm theo cách này thì kênh dãn được thiết kế tự động trong Moldex và chúng ta chỉ việc điền các thông số đường kính.
Hình 4.12:Hệ thống kênh dẫn sau khi thiết kế trên Moldex
Bước 3: Ta tiến hành lấy điểm mẫu để đo.
Việc lấy các điểm mẫu này sẽ phục vụ cho việc đo đạc và kiểm tra về kích thước, lắp ghép của sản phẩm sau quá trình Filling,Warking.
Hình 4.13:Các điểm đo trên sản phẩm
Bước 4: Xây dựng hệ thống áo khuôn và hệ thống làm mát
Hình 4.14:Hệ thống làm mát
Bước 5: Chia lưới sản phẩm
Khi điều chỉnh mức độ có 2 điều mà chúng ta cần quân tâm đó là: Làm thế nào để kết quả chính xác và mất bao nhiêu thời gian mô phỏng Trong Moldex/meshing có 5 mức chia lưới để bạn có thể chọn Nói chung, chúng ta có thể chuyển bảng điều khiển về phía trái để giảm số làn từ đó tăng tốc độ tính toán Mặt khác, nếu ta muốn có kết quả chính xác hơn thì ta chuyển bảng điều khiển về phía bên phải.
Hình 4.15:Cách chia lưới cho sản phẩm
Bước 1: Thiết lập Project/ nhập bản thiết kế từ Moldex/design vào
Hình 4.16:Nhập file từ Moldex design sang Moldex edesign
Bước 2: Chọn nhựa ép phun
Nhựa mà sản phẩm chúng ta chọn là nhựa PC
Hình 4.17:Chọn nhựa cho sản phẩm
Hình 4.18:Thông số nhựa PC
Bước 3: Thiết lập các thông số trong quá trình phun
Hình 4.19:Bảng thông số phun
Bước 4: Tính toán và chạy kiểm tra
Hình 4.20:Kết quả phân tích
Phân tích và đánh giá kết quả
Kết quả thu được sau khi ta chạy Moldex 3D là sự tổng hợp của các quá trình Filling, Packing, Cooling, Wapage dựa trên sự mô phỏng bằng hình ảnh và cụ thể hóa số liệu.
Hình 4.21:Hình ảnh mô phỏng quá trình phun
Bảng thông số kết quả phun
4.5.1Các chỉ tiêu đánh giá
+ Độ co ngót, cong vênh
Độ chính xác sản phẩm
Tổng thời gian cho một chu trình ép sản phẩm:
4.5.2 Đánh giá về chất lượng sản phẩm Đây là tiêu chí quan trọng nhất đối với quá trình phun ép sản phẩm Đầu tiên ta phải quan tâm xem là đối với mỗi trường hợp kiểm tra, ở một điều kiện cụ thể về áp suất phun, nhiệt độ phun, áp suất dữ, thời gian làm mát…thì nhựa có được điền đầy vào lòng khuôn hay không Sau đó ta cần quan tâm tới chất lượng của quá trình điền đầy đó có gây ra các biến dang như: Nhiệt độ cháy cao, quá áp, rỗ khí, đường hàn, co ngót, cong vênh Nếu có những hiện tương này xảy ra ta cần xác định vị trí, phân tích tìm ra các nguyên nhân để từ đó đưa ra các phương án khắc phục cho các test kiểm tra sau Việc thay đổi các thông số ở các test kiểm tra sau sẽ dựa trên kết quả của test kiểm tra trước đó, để có thể khác phục được các khuyết tật và đưa ra được bộ thông số tối ưu cho quá trình ép phun sản phẩm.
Quá trình này sẽ được đánh giá qua những con số cụ thể và các hình ảnh từ kết quả thu được ở quá trình Filling, Packing, Cooling
4.5.3 Đánh giá về độ chính xác sản phẩm
4.5.3.1 Các vấn đề cần kiểm tra
- Xác định kích thước dài rộng của sản phẩm trước khi phun và sau khi phun.
- Sản phẩm tạo ra lắp ghép lại có tuân theo yêu cầu về dung sai lắp ghép khi thiết kế hay không.
- Xác định các điểm cần đo trên Molsex 3D/ design
Hình 4.22:Vị trí các điểm kiểm tra trên Moldex
- Xác đinh tọa độ các điểm trước và sau khi phun.
- Nhập tọa độ các điểm trong CAD, từ đó dựng lại các biên dạng cần kiểm tra.
Hình 4.23:Tọa độ các điểm kiểm tra được nhập vào CAD
4.5.3.3 Phân tích và đánh giá kết quả
Đánh giá lắp ghép của sản phẩm
- Lắp ghép của hai mép đường cong biên dạng sản phẩm
- Lắp ghép giữa hai khối trụ
Bằng cách ta xoay biên dạng của 2 đường cong và biên dạng của khối trụ phần dưới một góc 180 0 theo phương của trục Z.
Hình 4.24:Dung sai của chi tiết sau khi phun
Từ đó xác định được dung sai của 2 mép và khối trụ tròn của sản phẩm ở mỗi test kiểm tra
Hình 4.25:Kết quả dung sai lắp nghép sản phẩm
Dựa trên dung sai lắp nghép đối với sản phẩm nhựa PC, ta có thể đánh giá được sự lắp ghép của sản phẩm
Hình 4.26:Bảng dung sai nhựa
Đánh giá độ hở khi đóng nắp sản phẩm.
Sản phẩm tạo ra trong quá trình gập đóng lại sẽ thấy hiện tượng biên dạng của các phần sẽ không khít lại với nhau tạo ra các khe hở Điều đó ảnh hưởng tới tính năng sử dụng và tính thẩm mỹ của sản phẩm Vì vậy chúng ta cần quan tâm để có thể tránh tình trạng này xảy ra đối với sản phẩm.
Hình 4.27:Xác định độ hở khi lắp hộp Đầu tiên, ta nhập tọa độ Y của các điểm đo đối với trước và sau khi phun. Sau đó, tiến hành lập các biểu đồ đánh giá lắp nghép giữa 2 thành sản phẩm ở từng test kiểm tra.
Hình 4.28:Độ hở của sản phẩm sau khi lắp nghép
Qua bảng phân tích về sự phẳng của các mép sản phẩm ta có thể đánh giá được độ hở khi lắp hộp.
4.5.4 Đánh giá về năng suất Để đạt được năng suất tốt cao trong quá trình sản xuất ta phải rút ngắn tối đa thời gian chu kỳ một lần ép phun:
Kết quả đạt được
Từ việc phân tích đánh giá dựa trên các kết quả và dựa trên các tiêu chí đánh giá chúng ta đã :
- Đánh giá kiểm tra kết cấu bộ khuôn cho sản phẩm
- Đưa ra được bộ thông số tối ưu cho sản phẩm.
- Đánh giá đước chất lượng của quá trình phun cũng như chất lượng sản phẩm sau khi ép.
GIA CÔNG
Bản vẽ thiết kế
5.1.1 Bản vẽ thiết kế sản phẩm
Hình 5.1: Bản vẽ chi tiết sản phẩm
5.1.2 Bản vẽ thiết kế bộ khuôn sản phẩm
Hình 5.2: Bản vẽ thiết kế bộ khuôn sản phẩm 5.1.3 Yêu cầu kỹ thuật
-Ngoài tính thẩm mỹ cần cho sản phẫm thì khuôn còn đòi hỏi độ chính xác cao, đảm bảo kín khít, hạn chế tạo bavia trên sản phẩm tạo thành
-Trên khuôn có các lỗ dẫn hướng yêu cầu phải gia công đạt độ chính xác cao để đảm bảo khuôn đóng mở dễ dàng, chính xác Các lỗ dẫn hướng cần được gia công đạt độ chính xác cấp 6, độ nhám bề mặt Ra = 0,2 μ m Bề mặt khuôn được tạo thành bằng phương pháp phay cần đạt độ chính xác cấp 8-10, độ nhám Ra = 1,6 - 3,2 μ m Bề mặt lòng khuôn sau khi gia công cần đạt độ chính xác cấp 7 và được đánh bóng để có thể đạt độ nhám bề mặt Ra = 0,16 μm
- Dạng sản xuất đơn chiếc Phôi dùng để gia công tấm khuôn là các tấm phôi dạng tấm hình chữ nhật đã được cắt gọt theo kích thước yêu cầu
+ Kích thước lòng khuôn 150x70x40 chọn phôi 145x80x50
+ Kích thước tấm ( cavity+core) 450x400x60 chọn phôi 455x405x65
-Vật liệu sử dụng để gia công:
Lập quy trình công nghệ gia công tấm áo khuôn cái
Hình 5.3: Kích thước tấm cavity 5.2.1 Quy trình công nghệ gia công tấm áo khuôn cái
Nguyên công 1: Gia công 2 mặt đáy
Nguyên công 2: Gia công 4 mặt bên
Nguyên công 3: Gia công hệ lỗ ( Lỗ bạc dẫn hướng, lỗ chốt hồi )
Nguyên công 4: Gia công hệ thống kênh dẫn nước
Nguyên công 5: Gia công hạ bậc
Nguyên công 6: Tôi và ram
Nguyên công 7: Tổng kiểm tra
5.2.2 Tiến hành gia công tấm áo khuôn cái
Nguyên công 1: Gia công 2 mặt đáy
Kích thước cần đạt: 450x400x60 (mm).
Cấp chính xác 7, độ nhám bề mặt.
Hình 5.4: Độ nhám bề mặt gia công tấm cavity
Sơ đồ định vị phôi: Phôi được định vị mặt đáy 3 bậc tự do và mặt bên 2 bậc tự do
Hình 5.5: Sơ đồ định vị phay hai mặt đáy tấm cavity
Hình 5.6: Sơ đồ gá đặt phay hai mặt đáy tấm cavity
- Các thông số gia công
Chọn máy phay đứng 6H12, công suất máy 7 KW.
Chọn dao phay mặt đầu
Hình 5.7: dao phay mặt đầu
- Chế độ cắt: Xác định chế độ cắt cho một lần ăn dao
Tốc độ cắt tính toán V t V b K 1 K 2 K 3
Các hệ số hiệu chỉnh
K1: Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào cơ tính của thép cho trong bảng 5-225 (ST CNCTM2) k1=1
K2: Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào trạng thái bề mặt gia công và chu kỳ bền của dao bảng 5-225 (ST CNCTM2) K2=0,86
K 3 : Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào dạng gia công bảng 5-132 (ST CNCTM2) K 3 =1
Số vòng quay của trục chính theo tốc độ tính toán n t d v t
= 1000 3 , 14 100 37 , 8 0 vong/ph chọn n = 120 vong/ph tốc độ cắt thực: v 1000
3 7,7 m/ph lượng chạy dao phút S 0 =0,13.10.1206 mm/phut.
Ta có bảng thông số
Máy dao t(mm) S(mm/ph) V(ms/ph) N(vòng/ph)
Nguyên công 2: Gia công 4 mặt cạnh
Kích thước cần đạt: 450x400x60 (mm).
Độ nhám bề mặt Ra = 3,2 μm, cấp chính xác 10
Sai số vị trí tương quan tương quan Độ không song song Độ không vuông góc
Sơ đồ định vị phôi: Phôi được định vị mặt đáy 3 bậc tự do và mặt bên 2 bậc tự do 3 bậc tự do.
Hình 5.8: Sơ đồ định vị phay tấm cavity
Hình 5.9: Sơ đồ gá đặt phay tấm cavity
- Các thông số gia công
Chọn máy phay ngang 6H13, công suất máy 7 KW.
Chọn dao phay mặt đầu hợp kim cứng
Chế độ cắt: Xác định chế độ cắt cho một lần ăn dao
Phay thô: Chiều sâu cắt t= 2 mmLượng chạy dao S z = 0,13mmPhay tinh: Chiều sâu cắt t= 0,5 mmLượng chạy dao S z = 0,1 mm
Ta có bảng thông số
Máy dao t(mm) S 0 (mm/ ph) V(m/ph) N(vòng/ph)
Nguyên công 3: Gia công hệ thống lỗ bạc dẫn hướng, hệ thống lỗ chốt hồi
Cấp chính xác CCX 7 độ nhám Ra= 1,6
Hình 5.10:Hệ thống dẫn hướng ở tấm cavity
Sơ đồ định vị phôi: Phôi được định vị mặt đáy 3 bậc tự do và 2 mặt bên 3 bậc tự do n
Hình 5.11:Sơ đồ định vị gia công hệ thống dẫn hướng
Hình 5.12:Sơ đồ gá đặt gia công hệ thống dẫn hướngBước 1: Gia công 4 lỗ chốt dẫn hướng
Các thông số gia công
Chọn máy: Máy khoan đứng 2A135
Mũi khoan ruột gà thép gió
D Chiều dài Chiều dài phần làm viêc
Khoét có mảnh hợp kim cứng
D Chiều dài Chiều dài phần làm viêc
D Chiều dài Chiều dài phần làm viêc
T(mm) V(m/ph) S(mm/vong) N(Vong/phut) Công suất cắt N(Kw) khoan 5 23,8 0.38 200 1.7 khoét 1,5 31,2 0.9 250 doa 0.1 19 1,4 150
Bước 2: Gia công 4 lỗ chốt hồi
- Các thông số gia công
Chọn máy: Máy khoan đứng 2A135
Chọn dao: Mũi khoan ruột gà thép gió
D Chiều dài Chiều dài phần làm viêc
Khoét có mảnh hợp kim cứng
D Chiều dài Chiều dài phần làm viêc
D Chiều dài Chiều dài phần làm viêc
T (mm) V (m/ph) S(mm/vòng) N(Vong/phú)t Công suất cắt N(Kw) khoan 5 26,7 0.38 370 1.7 khoét 1 35,1 0.75 450 doa 0.1 19,6 0,9 250
Nguyên công 4: Gia công hệ thống làm mát
Kích thước cần đạt: 10 (mm).
Yêu cầu có độ nhám để dòng làm mát chảy tầng
Sơ đồ định vị phôi: Phôi được định vị mặt đáy 3 bậc tự do và mặt bên 2 bậc tự do
Hình 5.13:Sơ đồ định vị gia công hệ thống làm mát
Hình 5.14:Sơ đồ gá đặt gia công hệ thống làm mát
- Chọn dao: Mũi khoan ruột gà thép gió
D Chiều dài Chiều dài phần làm viêc
V(m/ph) S(mm/vòng) N(Vòng/phút) Công suất cắt N(Kw) khoan 5 13,2 0.36 420 0.8
Nguyên công 5: Nguyên công hạ bậc tạo lòng khuôn
Kích thước cần đạt : 150x90x23 (mm).
Sơ đồ định vị phôi: Phôi được định vị mặt đáy 3 bậc tự do và mặt bên 2 bậc tự do 3 bậc tự do.
Hình 5.15:Sơ đồ định vị phay hạ bậc tạo lòng khuôn
Hình 5.16:Sơ đồ gá đặt phay hạ bậc tạo lòng khuôn
- Các thông số gia công
Chọn máy phay đứng 6H12, công suất máy 7 KW.
Chọn dao phay ngón d L l Số răng
- Chế độ cắt: Xác định chế độ cắt cho một lần ăn dao
phay thô: Chiều sâu cắt t= 1.5 mmma
phay tinh: Chiều sâu cắt t= 0,3 mm
Ta có bảng thông số
Máy dao t(mm) S 0 (mm/ ph) V(mm/ph) N(vòng/ph)
Nguyên công 6: Tôi và ram
- Chọn nhiệt độ tôi thép
- Nhiệt độ tôi chỉ láy cao hơn Ac1 tức nung nóng tới trạng thái không hoàn toàn là austenit ( Xe II ) Tôi không hoàn toàn
- Tốc độ tôi tới hạn
+ Tốc độ tôi là tốc độ nhỏ nhất cần thiết để austenit chuyển biến thành mactenxit
Môi trường tôi phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Phải làm nguội nhanh thép sao cho thép đạt được tổ chức mactenxit.
Không làm thép bị nứt hay biến dạng
- Ta chọn môi trường tôi nguội chậm mà vẫn đạt được mactenxit như tôi trong dầu, trong muối nóng chảy điều đó dẫn đến ưu việt sau:
+ Chi tiết với hình dạng phức tạp, khi tôi không sợ gãy nứt.
+ Ít biến dạng, không cong vênh.
- Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi thành Mactenxit đến các nhiệt độ thấp hơn Ac1 để mactenxit và austenit dư phân hoá thành các tổ chức có cơ tính phù hợp với điều kiện làm việc qui định, tiếp đó là làm nguội với tốc độ qui định ( thường là làm nguội trong không khí ).
- Vì là thép C45 nên ta chọn phương pháp ram ở nhiệt độ 500650 0 C, tổ chức đạt được là troxtit ram
- So với tôi, sau khi ram trung bình nói chung độ cứng giảm đi rõ rệt song ứng suất bên trong khử hoàn toàn do đó có tính dẻo, dai tốt hơn, khó bị phá huỷ giòn hơn Thông thường thời gian ram là 12,5 giờ
Nguyên công 7: Tổng kiểm tra
- Kiểm tra các kích thước cần thiết.
- Kiểm tra độ vuông góc của bề mặt lắp lắp khuôn trên với lỗ dẫn hướng
- Kiểm tra độ vuông góc của bề mặt lắp lắp khuôn trên với các lỗ chốt đẩy
- Kiểm tra độ song song của 2 mặt khuôn
Lập quy trình gia công lòng khuôn
Xuất xứ Japan Hãng sản xuất MAZAK Kích thước bàn máy 900 x 410 mm
Hành trình dịch chuyển các trục XYZ
560 / 410 / 510 mm ĐẦU TRỤC CHÍNH Tốc độ trục chính(Vòng/phút) 12000 Hành trình dịch chuyển trục chính 36000 mm/min
TỐC ĐỘ ĂN DAO NHANH ĐỘNG CƠ Động cơ trục chính(W) 18
KÍCH THƯƠC Kích thước máy 2093.5 x 2600 mm
Kích thước bàn làm việc mm 800x500 1100x650
Kích thước két dầu làm việc mm 1200x740x480 1760x960x560
Hành trình bàn làm việc mm 500x400 650x550
Hành trình làm việc đầu xung mm 830 950
Khả năng mang tải của bàn máy kg 1300 2800
Khả năng xung lớn nhất àm/ph 500 1000
Công suất máy kw 5/ 7.5/ 11 11/ 15 Độ bóng bề mặt xung Ra≤0.8 Ra≤0.8
Lượng hao mũn cực xung àm/h 150 200
Bước di chuyển nhỏ nhất mm ±0.0005
Kích thước máy mm 2100x1620x2600 2300x2130x2800 Kích thước bộ điều khiển mm 1400x900x440 2000x1250x520
Khả năng kết nối Đĩa mềm, cáp nối, v v…
Hệ thống điều khiển ZNC EMD-2000
5.3.2Lập quy trình công nghệ gia công lòng khuôn
Hình 5.19:Lòng khuôn và lõi khuôn
- Vì yêu cầu sản phẩm tạo ra yêu cầu độ bóng và số lần ép nhiều Chọn phôi sử dụng là thép 9CrSi được qua gia công cắt gọt trước
- Phôi sử dụng để gia công lòng khuôn phải đảm bảo cứng của khuôn, độ bền cơ học, ngoài ra vì thép làm khuôn nên phải có tính chịu nóng cao, khả năng chống mài mòn và độ dẻo dai cao, chịu áp lực lớn và có khả năng chống lại biến dạng, khả năng đánh bóng bề mặt sản phẩm cao, và cuối cùng là tính công nghệ để đảm bảo cho quá trình gia công Ta chọn phôi sử dụng là thép 9CrSi, Kích thước phôi là: 145 x 80 x 50 mm.
-Gia công lòng khuôn trên các máy phay CNC, máy xung, máy cắt dây.
-Mô phỏng quá trình gia công trên phần mêm Mastercam
Hình 5.20:Kích thước cần đặt được khi gia công lòng và lõi khuôn
Hình 5.21:Bản vẽ lòng khuôn 5.3.2.1Quy trình công nghệ
Nguyên công 2: Gia công 6 mặt của phôi
Nguyên công 3: Gia công mặt trên 3
Nguyên công 4: Gia công lòng khuôn
Nguyên công 5: Tôi và ram
Nguyên công 6: Mài và đánh bóng bề mặt
Nguyên công 7: Tổng kiểm tra.
Nguyên công 1: Ủ không hoàn toàn
- Thép sử dụng cho quá trình gia công lòng khuôn là 9CrSi Đây là thép hợp kim, để dễ cắt gọt ta tiến hành ủ không hoàn toàn Tổ chức tạo thành khi ủ không hoàn toàn là peclit hạt
180 phút ng u? i tr on g lò
Nguyên công 2: Gia công 6 mặt của phôi
Kích thước cần đạt : 60x125x40 (mm).
Sai số vị trí tương quan tương quan Độ không song song Độ không vuông góc
Gia công trên máy Phay CNC sử dụng cơ cấu kẹp chặt bằng eto
Hình 5.22:Gá kẹp trên êtô
Dùng dao phay mặt đầu (R220.69-0040-12-4AN)
Hình 5.23:Bảng thông số dao phay mặt đầu
Máy phay Dao t(mm) S(mm/ph) V(m/ph) n(vòng/ph) Phay thô VCN 410A-II SE545 1.5 400 180 1200
Phay tinh VCN 410A-II SE545 0.5 350 194 1500
Nguyên công 3: Gia công thô và tinh mặt 3
Gia công trên máy CNC, kẹp chặt bằng êtô bàn máy
Hình 5.24:Sơ đồ phay hai mặt đáy trên êto
Gia công thô: Ta chọn dao phay cầu D=6 mm
Gia công bán tinh và tinh: Chọn dao cầu
Máy phay Dao t(mm) S(mm/ph) V(m/ph) n(vòng/ph)
Phay bán tinh VCN 410A-II 0.5 400 150 1200
Nguyên công 4: Gia công lòng khuôn
Do lòng sản phẩm là một khối hình học rất phức tạp đươc cấu tạo bởi nhiều mặt phẳng, kich thước khác nhau Nên trong ra công lòng khuôn ta có thể chia ra làm nhiều bước để có thể gia công được tất cả các bề mặt, cho chất lượng bề mặt tốt và năng suât cao
Độ nhám bề mặt R a =1,25 ( m ) Đạt cấp chính xác 7.
Hình 5.25:Bản vẽ lòng khuôn
Gia công trên máy CNC, kẹp chặt bằng êtô bàn máy
+ Gia công thô: Chọn dao phay ngón D= 10 mm.
Gia công các mặt cong.
MS2XLBR075N3000,75 1.5 1,5 20 1,44 55 4 2 MS2XLBR0150N3501.5 3 3 35 2.9 80 6 2 MS2XLBR050N3500,3 0.6 0.6 20 0.55 55 4 2
Gia công các mặt phẳng
MS4XLD0100N0601 1 6 0,94 50 4 2MS4XLD0300N2503 4,5 25 2,85 70 6 2MS4XLD0050N250 0.5 1 6 0.45 40 4 2
Máy phay Dao T(mm) S(mm/ph) V(m/ph) N(vòng/ph)
Phay thô VCN 410A-II MS2JSD 1000 1.5 450 250 1500
Phay bán tinh VCN 410A-II 0.5 350 200 1200
Phay Tinh 1 VCN 410A-II MS2XLBR0150N350 0.3 300 120 800 Phay Tinh 2 VCN 410A-II MS2XLBR075N300 0.1 150 100 600 Phay Tinh 3 VCN 410A-II MS4XLD0300N250 0.3 300 120 800 Phay Tinh 4 VCN 410A-II MS4XLD0100N060 0.1 150 100 600
Nguyên công 5: Tôi và ram
- Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm: nung nóng thép cao quá nhiệt độ tới hạn Ac1 để làm xuất hiện austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để biến nó thành Mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao hơn
- Chọn nhiệt độ tôi thép
Nhiệt độ tôi chỉ láy cao hơn Ac1 tức nung nóng tới trạng thái không hoàn toàn là austenit ( Xe II ) Tôi không hoàn toàn
- Tốc độ tôi tới hạn
+ Tốc độ tôi là tốc độ nhỏ nhất cần thiết để austenit chuyển biến thành mactenxit
Môi trường tôi phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Phải làm nguội nhanh thép sao cho thép đạt được tổ chức mactenxit.
Không làm thép bị nứt hay biến dạng
Do là thép hợp kim nên ta chọn môi trường tôi nguội chậm mà vẫn đạt được mactenxit như tôi trong dầu, trong muối nóng chảy điều đó dẫn đến ưu việt sau:
+ Chi tiết với hình dạng phức tạp, khi tôi không sợ gãy nứt.
+ Ít biến dạng, không cong vênh.
- Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi thành Mactenxit đến các nhiệt độ thấp hơn Ac1 để mactenxit và austenit dư phân hoá thành các tổ chức có cơ tính phù hợp với điều kiện làm việc qui định, tiếp đó là làm nguội với tốc độ qui định ( thường là làm nguội trong không khí ).
- Vì là thép hợp kim nên ta chọn phương pháp ram 400450oC, tổ chức đạt được là troxtit ram
- So với tôi, sau khi ram trung bình nói chung độ cứng giảm đi rõ rệt song ứng suất bên trong khử hoàn toàn do đó có tính dẻo, dai tốt hơn, khó bị phá huỷ giòn hơn Thông thường thời gian ram là 12,5 giờ
Nguyên công 6: Mài, đánh bóng
-Việc đánh bóng lòng khuôn là mặt nguyên công quan trọng đối với độ bóng của sản phẩm Ở đay ta dùng 2 phương pháp:
+ Dùng đá mài để có thể gia công các bề mặt
+ Dùng máy cung tia lửa điện để ra công các mép, các góc cạnh
Hạt mài kim cương Chất dính kết Phạm vi sử dụng
Mài thô 250/200 Chất kết dính hữu cơ có phần kim loai phụ độn B156
-đạt cấp chính xác 7, độ nhám bề mặt
Mài tinh 125/100 Chất kết dính hữu cơ có phần kim loai phụ độn B156
-Đạt cấp chính xác 6, độ nhám bề mặt
40/28 Chất kết dính kim loại năng suất cao
-Đạt cấp chính xác 5, độ nhám bề mặt
Bảng thông số mài Đường kính đá mài D (mm)
Số vòng quay chi tiết n ct
Lượng chạy dao ngang S ct
Lượng chạy dao dọc theo vòng quay chi tiết.
Nguyên công 7: Tổng kiểm tra
- Kiểm tra các kích thước cần thiết.
- Kiểm tra độ lắp ghép của 2 lòng khuôn.
- Kiểm tra độ độ hở giữa 2 lòng khuôn khi lắp ghép lại với nhau
- Kiểm tra độ song song của mặt đáy với mặt phân khuôn.
Quá trình mô phỏng gia công trên Mastercam
Quá trình mô phỏng gia công trên mastercam nhằm mục đích kiểm tra các bước gia công, chất lượng của quá trình gia công, kiểm tra đường chạy dao để từ đó có thể suất ra flie Gcosh nhập vào máy CNC để thục hiện quá trình gia công thực tế.
5.4.1Các bước tiến hành mô phỏng
- Sau khi hoàn thành bản vẽ thiết kế cũng như lập quay trình công nghệ cho từng nguyên công Ta xuất file thiết kế từ Solidworks sang phần mềm Mastercam.
Hình 5.26:Nhập bản vẽ vào trong Mastercam
- Ta tiến chuẩn bị cho quá trình gia công:
+ Nhập kích thước của phôi
+ Chọn gốc gia công ,các bề mặt giới hạn vùng gia công.
+ Chọn dao và các thông số cho quá trình cắt.
Hình 5.27:Thiết lập các thông số gia công
Sau khi hoàn thành quá trình chuẩn bị, ta tiến hành mô phỏng quá trình gia công.
Hình 5.28:Quá trình chạy mô phỏng gia công trên Mastercam 5.4.2 Kết quả của quá trình mô phỏng gia công trên Mastercam
- Qua việc chạy mô phỏng ta có thể:
Kiểm tra chất lượng bề mặt đạt được sau khi gia công, quỹ đạo đường chạy dao xem có xảy ra các hiện tường vào dao, va chạm dao với các bề mặt.
Đánh giá quá trình chuẩn bị gia công, lập quy trình công nghệ để từ đó có thể đưa ra các phương án tối ưu gia công.
Nâng cao năng suất cho quá trình gia công thực tế
Hình 5.29:Sản phẩm đạt được sau khi gia công
- Sau khi hoàn thành quá trình chạy mô phỏng gia công trên Mastercam, ta xuất file G-code nhập vào máy CNC để tiến hành gia công thực tế.
Hình 5.30:Xuất file G-code vào máy CNC
CHU TRÌNH LẮP RẮP VÀ KIỂM TRA KHUÔN 138
Quy trình lắp ráp khuôn
Trình tự kiểm tra lắp ráp các bộ phận của khuôn
T Hạng mục Nội dung Dụng cụ cần thiết
1 Trạng thái lắp các loại core và pin
Chưa cố định, bị đổi vị trí hoắc rơi phụ tùng Mỏ lết Bằng mắt thường
2 Dây có hở nước hay không
Thiết bị test dây làm mát
3 Trạng thái lắp chốt đẩy
Bị đổi vị trí và phương hướng, rơi phụ tùng - Bằng mắt thường
4 Trạng thái dây nhiệt Chấm chấm, đứt dây hoặc quá tải Máy test chống điện
5 rạng thái lắp của móc Không kết nối hoặc rơi lông Mỏ lết Bằng mắt thường
6 Trạng thái hoạt động của nozzle Nozzle không hoạt động Bằng mắt thường
7 Trạng thái kết nối tấm cố định Bulong không kết nối Mỏ lết Bằng mắt thường Biểu hiện vị trí
Trạng thái hoạt động phần chốt đẩy
Kiểm tra phần trước sau chốt đẩy tốt không?có dị vật không
9 Trạng thái kết nối khuôn
Chống oil, loại bỏ các vết đông dầu
Thông thường phải kiểm tra các điểm sau đây trước khi lắp đặt khuôn
Kiểm tra đầu vào và ra của kênh nước bằng cách thổi khí nén để chắc chắn rằng kênh nước thông và sạch.
Chắc chắn vòng định vị ăn khớp chính xác với lỗ ở tâm của tấm khuôn cố định Điều đó sẽ đảm bảo độ thẳng hàng của cuống phun và vòi phun. Điều quan trọng là kiểm tra độ song song của hai tấm khuôn trước khi lắp đặt khuôn Kiểm tra các bulong kẹp vòng an toàn có kẹp chắc không, các trụ đỡ có bám bụi bẩn hay không hoặc phoi kim loại hay không Đặt khuôn vào hai nửa đóng vào nhau Điều đó ngăn ngừa hai nửa khuôn khỏi bị các hư hỏng có thể xảy ra trong khi lắp khuôn.
Không nên cố gắng lắp khuôn nặng bằng tay Cần sử dụng máy nâng cần cẩu phù hợp hoặc cơ cấu xích ròng rọc Giữ cho xích cùng với khuôn cho đến khi cả hai nửa đã gắn chặt vào tấm khuôn Đối với khuôn nặng, đó là một thực tế tốt để tránh kẹp bulong lắp ở tấm di động để tránh bất kỳ một chuyển động nào đi xuống của khuôn trong quá trình Trong lúc tháo khuôn, không bao giờ được gõ búa vào khuôn trong khi các bulong an toàn vẫn còn chặt Nếu không sẽ làm hỏng khuôn và bộ phận máy nối với khuôn Trong khi khuôn còn được giữ bởi xich chỉ nới lỏng một nửa bulong an toàn và làm các điều chỉnh cần thiết thông qua bulong.
Kiểm tra khuôn
Khuôn là loại sản phẩm đòi hỏi cần đo chính xác cao do vậy sau khi gia công cần kiêm tra khuôn và các chi tiết trong khuôn để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Các hình thức kiểm tra như sau:
- Đo độ chính xác các chi tiết khuôn.
- Đo kích thước các chi tiết lắp ráp.
- Đo độ chính xác lắp ráp khuôn.
Bảo dưỡng khuôn
Kết thúc kiểm tra khuôn: Sau mỗi lần chạy, khuôn nên được mang tới phòng chứa dụng cụ để thực hiện kiểm tra hoàn toàn Các mục cần được thay thế hoặc sữa chữa là:
- mòn gate và lỗ thông khí
- Mức độ hỏng của core và cavity
- Sứt mẻ hoặc hư hỏng đường phân khuôn.
- Mòn hoặc hỏng cuống phun
Các phần sau cũng nên được kiểm tra và sữa chữa khi cần thiết:
- Làm sạch Bavia ra khỏi khuôn bộ phận chuyển động của khuôn
- Các vết làm bẩn trong hốc, lõi và lỗ thông khí
- Khi đúc vật liệu nhiệt rắn, điều quan trọng là giữ cho các mặt khuôn xung quang đường phân khuôn được sạch tránh gây thiệt hại cho khuôn.Do đó, cặn bám phải được lấy ra trước lần đúc tiếp theo
- Cẩn thận thổi bề mặt khuôn, lau sạch bằng vải mềm, sạch bắt đầu từ cạnh bên ngoài của cavity
- Không được sờ tay vào bề mặt nhẵn bóng của khuôn để không để lại dấu vết để gây ăn mòn kim loại.
- Khi không làm việc, tất cả các khuôn có phần tử lò xo cần được ở vị trí thả lỏng Khuôn không hoạt động cần phải để mở nhưng phải phủ bằng vải khô.
- Trước khi nghỉ cần để cho hệ thống làm nguội liên tục được tuần hoàn cho đến khi khuôn nguội.
Lưu giữ khuôn
Cần phải giữ sản phẩm cuối cùng được tháo ra khỏi khuôn để làm tham khảo cho quá trình sữa chữa sau Tất cả các bộ phận của khuôn cần được kiểm tra và sữa chữa trước khi đưa vào kho để sẵn sàng cho đợt sản xuất tiếp theo.
Di chuyển tất cả các đầu lắp kênh nước vì chúng dễ bị hư hỏng khi lưu trữ. Thổi khí nén vào đầu vào của các kênh nước cho đến khi nước ra hết và hơ cho nó khô Đậy kín một đầu kênh nước cho đến khi nước ra hết và hơ cho nó khô Đậy kín một đầu kênh và rót vào kênh nước một loại dầu thích hợp.
Bôi mỡ tất cả các chi tiết của khuôn và giữ kín chúng trong thời gian lưu trữ.
