GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngành nhựa tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với sự đa dạng trong các sản phẩm và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Các sản phẩm nhựa được ưa chuộng nhờ vào tính nhẹ, bền, giá thành hợp lý và khả năng tái chế Chúng ta dễ dàng thấy nhựa trong bao bì, đồ gia dụng, văn phòng phẩm, đồ chơi, cũng như trong các linh kiện điện tử và thiết bị máy móc với nhiều hình dáng và màu sắc khác nhau Sự phát triển của ngành nhựa đã thúc đẩy sự hình thành của ngành công nghiệp khuôn mẫu, yêu cầu nâng cao năng lực kỹ thuật trong lĩnh vực này.
Có nhiều phương pháp sản xuất sản phẩm nhựa, trong đó công nghệ ép phun là phổ biến nhất Nhóm đã chọn đề tài thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa để áp dụng kiến thức vào thực tế Đề tài “Chế tạo khuôn ép chữ cái ABC (dùng insert thay thế cho mỗi lòng khuôn)” mang tính thực tiễn cao trong đời sống và kinh tế Qua quá trình thực hiện, nhóm sẽ nâng cao kiến thức và kỹ năng, giúp tự tin hơn trong công việc sau này.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc dạy trẻ làm quen với bảng chữ cái trước khi vào lớp một hay mẫu giáo là rất quan trọng, giúp trẻ phát triển vốn ngôn ngữ Trong lớp học đông học sinh, giáo viên khó có thể chú ý đến từng bé, vì vậy cha mẹ cần dành thời gian rèn luyện cho trẻ tại nhà để hỗ trợ quá trình học tập hiệu quả hơn.
Cho trẻ học và chơi với bộ chữ cái giúp các bé nhận biết chữ cái sớm, tránh cảm giác bỡ ngỡ khi bắt đầu học chữ Việc này không chỉ tăng cường sự tự tin cho trẻ mà còn tạo ra hứng thú trong quá trình học tập.
Bảng chữ cái bằng nhựa có giá thành thấp, dễ vệ sinh và bảo quản hơn so với vật liệu khác Sản phẩm nhựa đa dạng màu sắc không chỉ tạo sự hứng thú cho trẻ em trong việc học mà còn đảm bảo an toàn cho các bé Do đó, sản xuất bộ khuôn ép chữ sẽ mang lại lợi nhuận cao và dễ được thị trường đón nhận.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Thiết kế và chế tạo được bộ khuôn cho sản phẩm bộ chữ cái
- Bộ khuôn ép ra được sản phẩm, sản phẩm có thể ứng dụng vào thực tế
- Rút ra được những điều đã làm được và những thiếu sót, hạn chế sau khi hoàn thành đề tài, từ đó đưa ra hướng phát triển
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Nghiên cứu về thị trường sử dụng của sản phẩm
+ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ khuôn ép phun cho sản phẩm bộ chữ cái
- Phạm vi nghiên cứu: việc thiết kế và gia công bộ khuôn sẽ được giới hạn trong phạm vi kiến thức, kinh tế của nhóm.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu và phân tích các phương pháp thiết kế insert và hệ thống đẩy cho insert là rất quan trọng để xác định phương pháp tối ưu nhất cho đề tài Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ đảm bảo hiệu quả và tính khả thi trong quá trình triển khai.
- Phân tích các đề tài đi trước để tìm hiểu những điểm nổi bật và hình thành ý tưởng
- Sử dụng phần mềm PTC Creo Parametric để thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn
- Sử dụng phần mềm Moldex3D để mô phỏng dòng chảy nhựa.
Kết cấu của ĐATN
Nội dung của đề tài được trình bày trong 6 chương:
- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu sản phẩm
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
- Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về thiết kế insert, hệ thống đẩy
- Chương 5: Tính toán thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn
- Chương 6: Chế tạo, ép thử và đánh giá sản phẩm.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU SẢN PHẨM
Giới thiệu
Bộ sản phẩm chữ cái và dấu trong đồ án này được thiết kế dành cho trẻ em trong độ tuổi học chữ, phù hợp làm đồ chơi và dụng cụ học tập.
Hình 2.1: Bộ sản phẩm với nhiều màu sắc
- Để hoàn thành được bộ sản phẩm, các bước cần thực hiện là:
+ Thiết kế tạo dáng sản phẩm
+ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép nhựa cho sản phẩm
Cơ sở thiết kế
2.2.1 Cơ sở thiết kế sản phẩm
Sản phẩm khuôn ép chữ cái được thiết kế với khả năng ghép 33 chữ cái và 5 dấu thanh, đáp ứng đầy đủ các tiêu chí chất lượng và tính năng cần thiết.
+ Sản phẩm có hình dáng thon gọn, thiết kế đơn giản, có tính thẩm mỹ
- Bộ sản phẩm này có kiểu dáng được thiết kế dựa theo bảng chữ cái trong hình 2.2, tuy thiết kế đơn giản nhưng khá bắt mắt
Hình 2.2: Bảng chữ cái tham khảo (nguồn: Freepik.com)
- Sản phẩm các chữ cái có kích thước:
- Yêu cầu về chất lượng sản phẩm sau khi ép:
+ Có hình dáng và kích thước gần giống với thiết kế 3D
+ Không có các lỗi xuất hiện trên sản phẩm nhựa như bavia, vệt cháy, rỗ khí, …
+ Đạt độ bóng và tính thẩm mỹ theo yêu cầu
+ Sản phẩm đạt được độ bền tốt
2.2.2 Cơ sở thiết kế khuôn
Với sản phẩm ép phun là bộ chữ cái có thiết kế đơn giản thì khuôn hai tấm là sự lựa chọn tốt nhất
Khuôn hai tấm là loại khuôn thông dụng nhất, so với khuôn ba tấm thì khuôn hai tấm đơn giản hơn, rẻ hơn và chu kỳ ép ngắn hơn
+ Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo, vận hành trong sản xuất
+ Chi phí chế tạo thấp hơn với các loại khuôn khác
+ Dễ lắp ráp và sửa chữa
+ Có nhiều phương án trong việc lựa chọn kiểu và vị trí cổng phun
Khả năng tự động hóa hạn chế không phù hợp cho sản xuất hàng loạt với quy mô lớn, như trong trường hợp của khuôn ba tấm hoặc khuôn sử dụng kênh dẫn nóng.
+ Khó ép được các sản phẩm có kích thước lớn do giới hạn điểm bơm keo
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Vật liệu nhựa
Tính chất của một số loại nhựa thông dụng trong ép phun bao gồm độ bền, khả năng chống va đập, và tính linh hoạt, giúp xác định ứng dụng phù hợp cho từng sản phẩm Việc lựa chọn vật liệu ép phù hợp dựa trên các đặc tính này là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.
+ Độ bền nhiệt thấp, mềm dẻo khi dùng thêm chất hóa dẻo
+ Chịu được điều kiện khí hậu khắc nghiệt
+ Ổn định kích thước tốt
+ Độ bền sử dụng cao, sự chống lão hóa cao
+ Độ bền va đập kém
+ Sản phẩm cứng: ống nước, màng mỏng cứng, tấm cứng, …
+ Sản phẩm mềm: ống nước, tấm, …
+ Mờ và màu trắng, nhiệt độ mềm thấp và lực kéo thấp
+ Dễ cháy và có mùi parafin
+ Độ kháng nước cao, kháng hóa chất và tính cách nhiệt và điện tốt
+ Độ giãn dài lớn và giòn ở nhiệt độ thấp, hệ số giãn nở cao
+ Những sản phẩm cần có độ bền kéo cơ học: búa nhựa, vật liệu cách điện và nhiệt, bồn tắm, ống dẫn nước, …
+ Sản phẩm cần kháng dung môi và dầu nhớt: thùng chứa dung môi, chai lọ, màng mỏng bao bì, …
+ Sản phẩm dùng cho cách điện: làm vật liệu chịu tần số cao, băng keo cách điện, …
Nhựa ABS (Acrylonitrin butadien styren):
+ Tính chất cơ học: có màu trắng đục, bán trong suốt, có độ nhớt và độ bền va đập cao hơn PS
+ Tính chất nhiệt: nhiệt độ biến dạng do nhiệt là 60 - 120 o C, cháy được
+ Trong các sản phẩm cách điện, trong kỹ thuật và thông tin liên lạc (vỏ và các linh kiện bên trong)
+ Trong kỹ thuật nhiệt lạnh, là các vỏ bên trong, các cửa trong và vỏ bọc bên ngoài chịu va đập ở nhiệt độ lạnh
+ Các sản phẩm ép phun như các vỏ bọc, bàn phím, sử dụng trong các máy văn phòng, máy ảnh, …
+ Không màu, bán trong suốt
+ Là chất dẻo có trọng lượng nhẹ
+ Độ bền kéo, độ cứng cao hơn PE
+ Kháng nhiệt tốt hơn PE, đặc biệt tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao
+ Dễ cháy, tính chất cách điện tần số cao tốt
+ Tính ứng suất nứt tốt, tính chất bám dính kém
+ Tính chất gia công ép phun tốt
Độ cứng của vật liệu được ứng dụng trong nhiều sản phẩm như nắp chai nước ngọt, thân nắp bút mực, hộp nữ trang và két bia Bên cạnh đó, khả năng kháng hóa chất của vật liệu cũng rất quan trọng, được sử dụng trong các chai lọ thuốc y tế, màng mỏng bao bì, ống dẫn và nắp thùng chứa dung môi.
+ Dùng cách điện tần số cao: vật liệu cách điện tần số cao, vật kẹp cách điện
+ Dùng trong ngành dệt: sợi dệt PP
+ Độ bền cao, chịu va đập kém
+ Tính chất cơ học: không màu, trong suốt, dễ tạo màu, độ cơ bền thấp, độ giãn dài tốt, độ bền va đập kém
+ Tính chất điện: nhiệt độ biến dạng thấp, tạo khí đen
+ Sản phẩm rẻ tiền, sản phẩm nhựa tái sinh như ly, hộp, …
+ Cách điện tần số cao dùng làm vỏ hộp điện, ống, vật liệu cách điện
+ Tính chống thấm khí, hơi cao
+ Trong suốt, tính bền cơ và độ cứng vững rất cao Khả năng chống mài mòn và không bị tác động bởi các thành phần của thực phẩm
+ Với khả năng chịu được nhiệt độ cao nên PC được dùng làm bình, chai, nắp chứa thực phẩm cần tiệt trùng, …
+ Màng PC có tính chống thấm khí, hơi kém Giá thành PC cao nên ít được sử dụng
Bảng 3.1: Độ co rút của một số loại nhựa [8]
STT Nhựa Hệ số co rút
Khuôn ép nhựa
3.2.1 Kết cấu của bộ khuôn ép nhựa
Hình 3.1: Kết cấu cơ cản của một bộ khuôn [1]
5: Tấm khuôn âm 6: Tấm kẹp trước 7: Bạc cuống phun 8: Vòng định vị 9: Sản phẩm
10: Bộ định vị 11: Tấm đỡ 12: Gối đỡ 13: Tấm giữ
14: Tấm đẩy 15: Chốt đỡ 16: Bạc lót 17: Chốt hồi 18: Bạc mở rộng
3.2.2 Phân loại khuôn ép phun
Theo cách bố trí kênh dẫn có hai loại: khuôn hai tấm và khuôn ba tấm
Khuôn hai tấm là loại khuôn ép phun sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội với kênh dẫn nằm ngang trên mặt phân khuôn Cổng vào nhựa được đặt bên hông sản phẩm, và khi mở khuôn, chỉ có một khoảng mở để lấy sản phẩm cùng với kênh dẫn nhựa.
+ Cấu tạo đơn giản, dễ dàng vận hành
+ Chi phí sản xuất rẻ hơn so với cái loại khuôn khác
+ Thời gian chu kì ngắn, tiết kiệm thời gian
+ Chọn vị trí cổng phun dễ dàng
+ Phần đuôi keo được thả rơi theo sản phẩm
+ Khó ép được các sản phẩm lớn do giới hạn điểm bơm keo
Vòng định vị Bạc cuống phun
Tấm khuôn âm Chốt dẫn hướng Tấm khuôn dương
Bạc dẫn hướng Tấm đỡ Tấm giữ
Hình 3.2: Kết cấu bộ khuôn hai tấm [7]
Khuôn ba tấm là loại khuôn ép phun sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội, với kênh dẫn được bố trí trên hai mặt phẳng Khi mở khuôn, có một khoảng mở để lấy sản phẩm và một khoảng mở khác để lấy kênh nhựa Để lấy cả sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn bằng hệ thống đẩy, cần phải bố trí hai hệ thống, khiến kết cấu khuôn trở nên phức tạp và lớn hơn so với khuôn hai tấm.
+ Chọn vị trí cổng phun dễ dàng
+ Sản xuất được các dạng sản phẩm phức tạp
+ Sản phẩm và kênh dẫn nhựa luôn tự động tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa được lấy ra khỏi khuôn
+ Giá thành chế tạo cao hơn so với khuôn hai tấm
+ Máy ép phun cần hành trình lớn
+ Kết cấu phức tạp hơn so với khuôn hai tấm
+ Khoảng cách giữa vòi phun của máy và lòng khuôn dài nên có thể làm giảm áp lực phun khi nhựa vào lòng khuôn
Tấm di động Tấm giữa Tấm cố định
Hình 3.3: Kết cấu bộ khuôn ba tấm [7]
Hệ thống cấp nhựa nguội
Hệ thống kênh dẫn nhựa đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối nhựa chảy dẻo từ vòi phun đến lòng khuôn Thiết kế, hình dạng và kích thước của kênh dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điền đầy khuôn và chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Đối với khuôn có một lòng khuôn, hệ thống cấp nhựa thường chỉ cần sử dụng cuống phun Nhựa được cung cấp từ máy ép phun đến cuống phun thông qua bạc cuống phun, sau đó được dẫn trực tiếp vào lòng khuôn.
Khi sử dụng khuôn nhiều lòng, nhựa được cung cấp từ vòi phun qua cuống phun và hệ thống kênh dẫn, sau đó được bơm vào các lòng khuôn thông qua các cổng vào nhựa.
Hình 3.4: Hệ thống cấp nhựa nguội cơ bản
Tổng quan về CAE trong thiết kế khuôn ép nhựa
CAE, viết tắt của Kỹ thuật Phân tích Có Trợ Giúp Máy Vi Tính, tận dụng khả năng phân tích và tính toán nhanh chóng của máy vi tính để hiểu mô hình nguyên lý của hệ thống Bằng cách kết hợp chức năng đồ họa vi tính, CAE giúp người dùng thu được kết quả phân tích một cách nhanh chóng, từ đó sử dụng kết quả này để tối ưu hóa các tham số thiết kế và quy trình ép phun.
CAE kết hợp giữa thiết kế đồ họa và chế tạo với sự hỗ trợ của máy tính, bao gồm CAD và CAM Ứng dụng của CAE trong các ngành công nghiệp rất đa dạng, bao gồm hàng không, quốc phòng, không gian vũ trụ, năng lượng, kiến trúc, cơ khí, xây dựng và thiết bị công nghiệp.
12 hàng tiêu dùng, công nghệ cao, vận tải, khoa học đời sống, …thậm chí là trong các quy trình, tiện ích và dịch vụ, giáo dục, …[1]
3.4.2 Lợi ích của việc ứng dụng CAE trong việc thiết kế khuôn
CAE trong giai đoạn thiết kế trên máy tính giúp tối ưu hóa thiết kế, giảm thời gian và chi phí thử khuôn, đồng thời rút ngắn chu trình thử nghiệm Việc này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí, mang lại hiệu quả cao hơn trong quy trình sản xuất.
CAE giúp người dùng dự đoán và hiểu rõ các thông số phun ép ảnh hưởng đến sản phẩm, từ đó đưa ra phương án xử lý hiệu quả và lựa chọn thông số phun ép tối ưu nhất.
CAE giúp xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng ép phun, từ đó cung cấp các tham số để điều chỉnh thiết kế, tham số ép phun và tiêu chí định lượng.
CAE hỗ trợ người dùng tiếp cận các vật liệu, quy trình và phương pháp ép phun tiên tiến, từ đó nâng cao nhanh chóng kinh nghiệm trong thiết kế khuôn.
- CAE cho phép người thiết kế và chế tạo khuôn rút ngắn được thời gian thiết kế cũng như chi phí trong việc sản xuất khuôn [1]
Quy trình thiết kế khuôn có CAE:
Thiết kế chi tiết Thiết kế khuôn Mô phỏng trên máy tính
Sơ đồ 3.1: Quy trình thiết kế khuôn có CAE [1]
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT KẾ INSERT, HỆ THỐNG ĐẨY
Phương hướng và giải pháp thực hiện
Hình 4.1: Phương án 1 Ở phương án 1, mỗi tấm insert sẽ gồm 4 chữ cái, hệ thống đẩy dùng ty đẩy Ưu điểm:
- Dễ dàng thay thế insert mà không cần phải tháo rời bộ khuôn, giúp tiết kiệm thời gian và công sức
- Giá thành gia công bộ khuôn rẻ
- Để lại dấu ty đẩy trên sản phẩm gây mất thẩm mỹ
4.1.2 Phương án 2 Ở phương án 2, mỗi insert sẽ gồm 8 chữ cái và hệ thống đẩy dùng tấm đẩy Ưu điểm:
- Khi ép cho ra được nhiều sản phẩm hơn
- Sản phẩm không để lại vết như ty đẩy, tính thẩm mỹ của sản phẩm cao
- Gia công phức tạp, chi phí hoàn thành bộ khuôn cao
- Phải tháo khuôn mỗi khi thay thế insert
Lựa chọn phương án
Sau khi đánh giá kỹ lưỡng ưu và nhược điểm của hai phương án, cùng với việc xem xét chi phí thực hiện dự án, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án 1 để triển khai.
Trình tự công việc tiến hành
Các bước cần thực hiện để triển khai phương án 1:
- Bố trí sắp xếp các chữ cái trên insert
- Tìm hiểu hệ thống đẩy sản phẩm bằng ty đẩy
- Thiết kế hệ thống đẩy sao cho tất cả các insert đều dùng chung một hệ ty đẩy
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM, THIẾT KẾ KHUÔN
Thiết kế hình dáng 3D của sản phẩm
Dưới đây là các bước thiết kế chữ cái A trên phần mềm PTC Creo Parametric 8.0:
- Sử dụng lệnh Extrude với Depth = 3 mm để tạo bề dày cho sản phẩm:
Hình 5.2: Extrude biên dạng sketch
- Sử dụng lệnh Draft với Angle = 1° để tạo góc thoát khuôn cho sản phẩm:
Hình 5.3: Draft tạo góc thoát khuôn
- Hoàn thành các bước trên ta được 3D sản phẩm:
Hình 5.4: Thiết kế 3D của chữ cái A
- Thực hiện tương tự các bước trên ta được thiết kế 3D của tất cả các chữ cái và dấu:
Hình 5.5: Thiết kế 3D chữ cái và dấu
Xác định số lòng khuôn, hệ số co rút
5.2.1 Xác định số lòng khuôn
Khối lượng của sản phẩm:
- Gán vật liệu và xem khối lượng của sản phẩm trong bảng Model Properties: File → Prepare → Model Properties
Hình 5.6: Hộp thoại Model Properties
- Sản phẩm có khối lượng lớn nhất sau khi kiểm tra là hai chữ cái M và W (dùng chung kiểu chữ), khối lượng: 2.68 (g)
Hình 5.7: Hộp thoại Mass Properties
- Năng suất phun của máy:
Năng suất phun tối đa của máy ép nhựa Haitian MA1200III/400eeco là S = 246 g/1 lần phun
- Số lòng khuôn tính theo năng xuất phun của máy: n ≤ 0.8 ×
+ n: số lòng khuôn tối đa trên khuôn
+ S: năng xuất phun của máy (g/1 lần phun)
+ W: trọng lượng của sản phẩm (g), W = 2.68 (g)
Dựa trên kết quả tính toán, chúng ta có thể chọn số lòng khuôn nhỏ hơn 73 Việc lựa chọn số lòng khuôn 4 hoặc 5 là phương án phù hợp.
5.2.2 Xác định hệ số co rút
Sự co rút của nhựa ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và độ chính xác của sản phẩm sau khi ép Yếu tố này phụ thuộc vào loại vật liệu và các thông số trong quá trình ép.
Nhựa nóng chảy và được phun vào khuôn, sau khi nguội sẽ co lại một lượng nhất định, với mỗi loại nhựa có độ co rút khác nhau Đối với nhựa PP, hệ số co rút nằm trong khoảng 1% - 3%.
Sắp xếp chữ cái trên các insert
Các chữ cái và dấu được sắp xếp trên nhiều insert và các insert dùng chung một hệ thống đẩy dùng ty đẩy
Các chữ cái có hình dáng tương đồng sẽ được phân loại vào cùng một nhóm Sau đó, chúng sẽ được xếp chồng lên nhau để tạo ra thiết kế cho hệ thống ty đẩy.
- Qua nhiều lần thử, nhóm đã sắp xếp được các nhóm chữ và dấu cho từng insert:
Hình 5.9: Nhóm các chữ và dấu
Như vậy, có tổng 10 tấm insert, bộ sản phẩm sau khi ép sẽ ghép được 33 chữ cái và 5 dấu thanh
Hình 5.10: Thiết kế 3D của bảng chữ cái
Tính toán hệ thống kênh dẫn nhựa
Để đảm bảo sự đồng tâm giữa vòi phun và cuống phun, cần sử dụng vòng định vị gắn ở đầu bạc cuống phun Vòng định vị này thường được tôi cứng nhằm tránh bị hư hỏng do vòi phun của máy gây ra.
- Kích thước của cuống phun phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Khối lượng, độ dày thành của sản phẩm, loại vật liệu nhựa được sử dụng
+ Độ dài của cuống phun phải phù hợp với bề dày của các tấm khuôn
Cuống phun được thiết kế với độ dài hợp lý để giảm thiểu sự mất áp lực của dòng nhựa trong quá trình vận chuyển Việc tính toán kích thước của cuống phun rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Hình 5.11: Chọn kích thước cuống phun [1]
- Sản phẩm các chữ cái có bề dày lớn nhất là 3 mm
5.4.2 Tính toán kênh dẫn nhựa
Một số nguyên tắc khi thiết kế kênh dẫn nhựa:
- Giảm đến mức tối thiểu sự thay đổi tiết diện kênh dẫn
- Nhựa trong kênh dẫn phải thoát khuôn dễ dàng
Chiều dài kênh dẫn nên được tối ưu hóa để ngắn nhất có thể, giúp quá trình điền đầy lòng khuôn diễn ra nhanh chóng và giảm thiểu áp lực cũng như mất nhiệt Kích thước của kênh nhựa sẽ thay đổi tùy thuộc vào loại sản phẩm và vật liệu sử dụng.
Hình 5.12: Một số tiết diện kênh dẫn
Có 3 cách tính kích thước kênh dẫn chính như sau:
+ D: đường kính kênh dẫn (mm)
+ L: chiều dài kênh dẫn (mm)
+ D’: đường kính kênh dẫn tham khảo
+ fL: hệ số chiều dài
+ Tmax: chiều dày tối đa của sản phẩm
Sản phẩm chữ cái với hai mặt phẳng cần sử dụng kênh dẫn nhựa nguội có tiết diện hình thang hiệu chỉnh để đạt hiệu quả tối ưu Kênh dẫn này cho phép dẫn nhựa hiệu quả và chỉ cần gia công trên một nửa khuôn.
Hình 5.13: Kênh dẫn có tiết diện hình thang hiệu chỉnh [1]
→ Kích thước kênh dẫn:
+ Đường kính kênh dẫn: D = Tmax +1.5= 3 + 1.5= 4.5 (mm)
Sau khi mô phỏng Moldex với D = 4 mm thì sản phẩm vẫn đảm bảo được điền đầy nên nhóm đã chọn D = 4 mm
+ Với góc vát 10˚ ta tính được W = 4.77 (mm)
Công thức thể hiện mối quan hệ giữa đường kính kênh dẫn chính và kênh dẫn nhánh:
Dc: đường kính kênh dẫn chính (mm)
Dn: đường kính kênh dẫn nhánh (mm)
1/3= 2.52 (mm) Nhóm chọn kênh dẫn nhánh có đường kính 3 mm
Hình 5.14: Kênh dẫn có tiết diện hình thang hiệu chỉnh
5.4.3 Tính toán cổng vào nhựa
Với sản phẩm có dạng thành mỏng và cấu trúc đơn giản thì miệng phun cạnh là lựa chọn tối ưu
Miệng phun cạnh được đặt ở mặt phân khuôn và điền đầy từ cạnh hông lên
+ I = 0.6 → 0.7 bề dày thành sản phẩm
Như vậy ta có các kích thước của miệng phun:
+ Sản phẩm có bề dày đồng nhất là 3 mm nên chọn I = 1 mm
5.4.4 Thiết kế đuôi nguôi chậm Để phần vật liệu ở chỗ rẽ nhánh không bị đông đặc sớm gây nghẽn dòng nên thiết kế thêm đuôi nguội chậm Đuôi nguội chậm sẽ giúp quá trình điền đầy diễn ra nhanh và tốt hơn Thường nằm ở những nhánh giao nhau của kênh dẫn
Chọn chiều dài đuôi nguội chậm bằng với đường kính kênh dẫn
Thiết kế kênh làm nguội
Thời gian làm nguội chiếm 60% chu kỳ khuôn, do đó, việc giảm thời gian này mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là rất quan trọng Mục đích của kênh làm nguội là tối ưu hóa quy trình này để nâng cao hiệu suất sản xuất.
- Giữ cho khuôn có nhiệt độ ổn định để nguyên liệu nhựa có thể giải nhiệt đều
- Giải nhiệt nhanh, tránh trường hợp nhiệt giải không kịp, gây nên hiện tượng biến dạng sản phẩm gây ra phế phẩm
- Giảm thời gian chu kỳ, tăng năng suất sản xuất
Kênh làm nguội được thiết kế bao quanh sản phẩm, giúp duy trì nhiệt độ khuôn và quá trình làm mát hiệu quả Việc này không chỉ giảm thời gian phun ép mà còn đảm bảo sự đồng nhất trong quá trình làm nguội Đường kính kênh làm nguội cần lớn hơn 8 mm (8 hoặc 10 mm) để dễ gia công, đồng thời kích thước phải đồng nhất nhằm tránh sự khác biệt về tốc độ chảy của chất lỏng làm nguội.
Bảng 5.1: Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế [6]
Bề dày thành sản phẩm mm Đường kính kênh làm nguội mm
Khoảng cách từ kênh làm nguội đến sản phẩm
Khoảng cách giữa 2 kênh làm nguội
Hình 5.18: Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế [1]
Dựa vào bảng 5.1, với bề dày sản phẩm là 3 mm chọn đường kính kênh làm nguội bằng
Các khoảng cách a = 12 - 16 (mm), b = 16 - 24 (mm)
Kích thước kênh dẫn nguội bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như lòng khuôn, vị trí các lỗ của chốt đẩy, chốt hồi và lỗ taro Do đó, việc bố trí kênh làm nguội một cách hợp lý là rất quan trọng, cho phép linh hoạt tăng hoặc giảm đường kính để phù hợp với yêu cầu sản xuất.
Phân tích CAE sản phẩm
5.6.1 Ứng dụng phần mềm Moldex 3D vào mô phỏng dòng chảy nhựa
Sau khi thiết kế chi tiết với các thông số và kích thước đã được tính toán, file sẽ được lưu dưới định dạng STEP để tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Moldex 3D.
Để đảm bảo quá trình mô phỏng diễn ra nhanh chóng và chính xác, việc lựa chọn loại vật liệu nhựa ép phù hợp trong phần mềm là rất quan trọng Chọn vật liệu càng gần gũi với thực tế, kết quả phân tích sẽ càng chính xác Trong trường hợp này, vật liệu ép được sử dụng là nhựa PP với mã Moplen HP500N.
Hình 5.20: Chọn vật liệu nhựa
Hình 5.21: Thiết lập thông số ép
5.6.2 Phân tích dòng chảy sản phẩm các chữ cái T, O, H, L
Kết quả tính toán từ phần mềm cho thấy áp suất tối đa đạt 11.345 MPa, với áp suất cao nhất tại vị trí đầu cuống phun và giảm dần khi điền đầy xuống lòng khuôn Giá trị này có thể được sử dụng làm thông số ép trên máy ép nhựa trong quá trình ép khuôn.
Áp suất bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ của vật liệu và kích thước sản phẩm, do đó đây chỉ là áp suất tham khảo Trong quá trình ép thực nghiệm, chúng ta có thể điều chỉnh áp suất để đạt được sản phẩm hoàn chỉnh hơn.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ nhựa quá trình ép phun:
+ Nhiệt độ thay đổi sẽ làm thay đổi độ nhớt của nhựa
+ Nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến khả năng nén ép vật liệu vào khuôn
+ Nhiệt độ ảnh hưởng đến thời gian làm nguội sản phẩm
Sản phẩm đạt nhiệt độ cao nhất lên đến 237.504°C, với sự phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn khá đồng đều Mặt cắt của sản phẩm cho thấy quá trình nguội dần từ bề mặt ra phía trong.
Hình 5.24: Vị trí các rỗ khí trên sản phẩm
Rỗ khí (Air trap) là khuyết tật xuất hiện ở các vị trí như hình 5.7, gây cản trở cho nhựa trong việc lấp đầy hoàn toàn lòng khuôn, dẫn đến bề mặt sản phẩm bị xấu.
+ Lực kẹp khuôn không đủ
+ Nguyên liệu có độ ẩm cao nhưng không được sấy trước khi đưa vào ép
+ Cuống phun, kênh dẫn nhựa, và cổng vào nhựa có độ bóng không cao, gồ ghề rất dễ hình thành các bọt khí khi nhựa nóng chảy đi qua
+ Sấy khô nhựa trước khi gia nhiệt
+ Đảm bảo lực kẹp đủ
+ Bề mặt kênh dẫn, cuống phun và cổng rót nhựa gia công có độ bóng đạt mức cho phép, không ba via hay gồ ghề bề mặt
Phân tích đường hàn:
Các vết đen ở cuối dòng chảy, hình chữ V hoặc các đường màu khác nhau có thể ảnh hưởng đến cơ tính và tính thẩm mỹ của sản phẩm, đặc biệt tại các vị trí có đường hàn.
- Hình 5.8 cho thấy đường hàn xuất hiện ở chữ cái O, nguyên nhân có thể là do dòng chảy bị chia làm hai hướng và gặp lại nhau
Hình 5.25: Vị trí đường hàn xuất hiện trên sản phẩm
+ Thiết kế cổng vào nhựa không hợp lý, các dòng chảy gặp nhau
+ Không khí không có chỗ thoát ra
+ Áp suất phun không đủ
+ Thay đổi vị trí, hình dạng, kích thước hoặc số lượng miệng phun để thay đổi các hướng chảy của nhựa
+ Kiểm tra hệ thống thoát khí của khuôn hoặc bổ sung thêm rãnh thoát khí
5.6.3 Phân tích dòng chảy sản phẩm các chữ cái còn lại
Để tối ưu hóa thiết kế sản phẩm, chúng ta cần tiến hành mô phỏng các insert còn lại, từ đó đánh giá kết quả và dự đoán các khuyết tật nhằm thực hiện các chỉnh sửa và cải tiến cần thiết.
Dưới đây là một số kết quả mô phỏng cho các sản phẩm còn lại:
Hình 5.26: Kết quả mô phỏng các sản phẩm A, C, X, R
Hình 5.27: Kết quả mô phỏng các sản phẩm Y, Q, U, B
Hình 5.28: Kết quả mô phỏng các sản phẩm V, P, K, I
Hình 5.29: Kết quả mô phỏng các sản phẩm S, G, Z, E
Hình 5.30: Kết quả mô phỏng các sản phẩm M, D, N, F
Hình 5.31: Kết quả mô phỏng các sản phẩm A, Đ, E và dấu mũ
Hình 5.32: Kết quả mô phỏng các sản phẩm A, Ơ, Ư và dấu mũ
Hình 5.33: Kết quả mô phỏng các sản phẩm W, O, J và dấu mũ
Hình 5.34: Kết quả mô phỏng các sản phẩm dấu thanh
5.6.4 Kết quả của việc phân tích mô phỏng dòng chảy
Kết quả phân tích và thực tế ép có thể khác nhau do nhiều nguyên nhân, bao gồm sai sót trong quá trình phân tích CAE, cũng như sai số trong chế tạo khuôn và máy ép Tuy nhiên, việc ứng dụng CAE trong thiết kế và chế tạo vẫn giúp dự đoán kết quả, nhận diện các lỗi tiềm ẩn trên sản phẩm, từ đó điều chỉnh thiết kế và tối ưu hóa thông số ép phun.
Tách khuôn
Bước 1: Tạo môi trường tách khuôn
Chọn File → New → Manufacturing → Mold cavity → File name → OK
Hình 5.35: Tạo môi trường làm việc
Bước 2: Đưa sản phẩm vào môi trường làm việc
Chọn Mold → Assemble Reference Model (trong mục Reference Model) → Open
Hình 5.36: Đưa sản phẩm vào môi trường làm việc
Bước 3: Nhập hệ số co rút
Chọn Shrink by scale → chọn sản phẩm → Coordinate system: chọn gốc tọa độ của sản phẩm → nhập hệ số co rút của nhựa vào ô Shrink Ratio
Hình 5.37: Nhập hệ số co rút
Chọn Workpiece → Automatic Workpiece để tạo phôi tự động → chọn gốc tọa độ tại Mold Origin → nhập các giá trị → Preview → OK
Hình 5.38: Tạo phôi cho sản phẩm
Bước 5: Vẽ sketch cho kênh dẫn
Chọn Sketch → chọn mặt phân khuôn để tiến hành vẽ
Bước 6: Tạo mặt phân khuôn
Chọn Parting Surface → Fill → Sketch → chọn mặt phẳng để vẽ mặt phân khuôn
Hình 5.40: Tạo mặt phân khuôn
Bước 7: Tách rời sản phẩm và phôi
Chọn Refpart Cutout → kích chọn phôi trong ô Workpiece → chọn sản phẩm trong ô Reference Parts → OK
Hình 5.41: Tách rời sản phẩm và phôi
Bước 8: Tách hai nửa khuôn
Chọn Mold Volume → Volume Split → trong phần Reference volume chọn phôi trong Mold volume và chọn mặt phân khuôn trong Splitting suraces → Chọn Individual Volumes trong Volume Output → OK
Hình 5.42: Tách hai nửa khuôn
Chọn Runner → Round Trapeziod → Kích thước → Select path Chọn sketch đã vẽ trước đó → Done → Automatic update → chọn nửa khuôn → OK → OK
Bước 10: Tạo hai nửa khuôn
Chọn Mold Component → chọn ISLAND_1 và ISLAND_2 → OK
Hình 5.44: Tạo hai nửa khuôn
Mở tấm khuôn dương và Extrude cut tạo miệng phun
Thiết kế vỏ khuôn và lựa chọn các chi tiết tiêu chuẩn
5.8.1 Vỏ khuôn Để tiêu chuẩn hóa các loại khuôn, các nhà sản xuất đã tính toán và đưa chúng vào những tiêu chuẩn nhất định Do đó, tùy theo loại khuôn và kích thước khuôn mà cách bố trí các chi tiết khuôn như chốt, bạc, bulong, …sẽ khác nhau Ở đây vỏ khuôn sẽ áp dụng tiêu chuẩn Futaba [4] Theo tiêu chuẩn Futaba thì khuôn hai tấm gồm có các loại sau:
Hình 5.46: Các kiểu khuôn hai tấm loại S tiêu chuẩn Futaba
- T: Tấm kẹp trên (Top clamping plate)
- A: Tấm khuôn âm (Cavity plate)
- B: Tấm khuôn dương (Core plate)
- E: Tấm giữ (Ejector retainer plate)
- F: Tấm đẩy (Ejector base plate)
- L: Tấm kẹp dưới (Bottom clamping plate)
- S: Tấm lói bửng (Stripper plate)
- GBA, GBB: Bạc dẫn hướng (Guide bushing)
- GPA: Chốt dẫn hướng (Guide pin)
- RPN: Chốt hồi (Return pin)
Để thiết kế sản phẩm hiệu quả, nên lựa chọn bơm nhựa thông qua kênh dẫn và lói bằng ty đẩy Vỏ khuôn phù hợp cho thiết kế này là kiểu Futaba SC.
Hình 5.47: Chọn kích thước vỏ khuôn theo kiểu SC
Với các kích thước được chọn như hình 5.12 ta có các kích thước của vỏ khuôn như sau:
- Kích thước tổng: 250 x 200 x 165 mm
- Độ dày tấm kẹp trên: T = 25 mm
- Độ dày tấm âm: A = 25 mm
- Độ dày tấm dương: B = 30 mm
- Độ dày tấm giữ: E = 13 mm
- Độ dày tấm đẩy: F = 15 mm
- Độ cao gối đỡ: C = 60 mm
- Độ dày tấm kẹp dưới: L = 25 mm
5.8.2 Chọn các chi tiết tiêu chuẩn
Chọn các chi tiết theo tiêu chuẩn của Misumi [5]
Hình 5.48: Tiêu chuẩn bạc cuống phun
- Chọn bạc cuống phun có mã SJAC10-50-SR11-P3-A3-BN
- Các thông số kích thước cụ thể như sau: H = 35 mm, B = 25 mm, A = 3°, D = 10 mm,
Hình 5.49: Tiêu chuẩn vòng định vị
- Chọn vòng định vị có mã LRBS100-10
- Các thông số kích thước cụ thể như sau: dùng ốc lục giác M6, d2 = 6.5 mm, d1 = 11 mm, t = 8 mm, d = 70 mm, A = 85 mm, D = 100 mm, T = 10 mm
Hình 5.50: Tiêu chuẩn chốt hồi
- Chọn vòng chốt hồi có mã: RP8TL12-77
- Các thông số kích thước cụ thể như sau: T = 8 mm, H = 17 mm, D = 12 mm, L = 77 mm
Hình 5.51: Tiêu chuẩn chốt dẫn hướng
- Chọn chốt dẫn hướng có mã: GPJ20-55
- Các thông số kích thước cụ thể như sau: H = 25 mm, D = 20 mm, L = 55 mm, T 6mm
Hình 5.52: Tiêu chuẩn bạc dẫn hướng
- Chọn bạc dẫn hướng có mã: GBHE20-25
- Các thông số kích thước cụ thể như sau: d = 20 mm, H = 35 mm, D = 30 mm, T = 8 mm, L = 25 mm
- Ta có lực đẩy cần thiết:
+ Chọn hệ số an toàn [1.5 - 2.5], chọn 2
Vậy mỗi lò xo phải chịu được 107.2÷4 = 26.8 (N)
Hình 5.53: Tiêu chuẩn lò xo
- Chọn lò xo có mã: TF25x40
- Các thông số kích thước cụ thể như sau: đường kính ngoài D = 25 mm, đường kính trong d = 13.5 mm, chiều dài L = 40 mm
Hình 5.54: Tiêu chuẩn ty đẩy
- Chọn ty đẩy có mã: CPP-L4-74
- Các thông số kích thước cụ thể như sau: H = 7 mm, D = 4 mm, L = 74 mm
Các chi tiết còn lại: bulong lục giác chìm, đầu nối đường nước, bulong vòng lựa chọn theo các loại có sẵn trên thị trường.
Thiết kế hệ thống đẩy
Hệ thống đẩy sử dụng ty đẩy theo phương án ban đầu đã chọn, được bố trí để phục vụ cho tất cả các insert và đảm bảo khả năng đẩy sản phẩm ra ngoài hiệu quả Dưới đây là kích thước giữa các ty đẩy trên insert.
Hình 5.55: Kích thước giữa các ty đẩy trên insert
Hoàn thiện thiết kế khuôn
Lắp ghép tất cả các chi tiết lại với nhau ta được bộ khuôn hoàn chỉnh
Hình 5.57: Thiết kế 3D của bộ khuôn
CHẾ TẠO, ÉP THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM
Chế tạo khuôn
Thép là vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong sản xuất khuôn, nhờ vào tuổi thọ cao và khả năng gia công dễ dàng Nó có độ cứng vững cao, biến dạng tương đối thấp, khả năng chịu mài mòn tốt và hiệu suất truyền nhiệt vượt trội.
Nhóm nghiên cứu đã chọn khuôn có kích thước nhỏ, sử dụng vật liệu nhựa không ăn mòn hóa học với thép và mẫu thử, do đó không yêu cầu độ bóng và độ chính xác cao Tuy nhiên, khuôn vẫn cần có độ bền trung bình Sau khi khảo sát các loại thép cho khuôn ép phun, nhóm quyết định sử dụng thép CT3 cho vỏ khuôn và thép 2311 (thép chế tạo khuôn đã qua xử lý nhiệt) cho phần insert.
6.1.2 Gia công các chi tiết của bộ khuôn
Máy phay CNC sử dụng để gia công các chi tiết:
Hình 6.1: Máy phay Mitsubishi M-V5CN
Bảng 6.1: Thông số máy phay CNC
Kích thước máy (DxRxC) 3.2x3.8x3.2 m
Kích thước bàn 520x1100 mm
Tốc độ trục chính 12.000 rpm
Các bước cần chuẩn bị khi gia công:
- Vệ sinh sạch sẽ bàn máy và ê-tô
- Kiểm tra nước làm mát, dầu máy, áp suất khí
- Kiểm tra kích thước phôi, kiểm tra bản vẽ
- Gá phôi lên bàn máy
- Dùng đồng hồ so rà phẳng mặt phôi
- Gá dao vào các ổ dao
- Kiểm tra dao, chương trình gia công
- Sản phẩm thiết kế và gia công:
- Phiếu gia công tấm kẹp trên:
Nguyên công 1 bao gồm các bước phay mặt đầu và phay biên dạng, khoan lỗ bắt bu lông cùng với lỗ gắn bạc cuống phun Ngoài ra, quy trình còn thực hiện phay hốc gắn vòng định vị, phay bậc gắn bạc cuống phun và phay bậc gắn bu lông, cùng với việc vạt cạnh và thực hiện Taro.
Bảng 6.2: Nguyên công 1 gia công tấm kẹp trên
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
5 Khoan mồi Mũi khoan mồi
8 Khoan lỗ bạc cuống phun
Phay thô hốc chứa vòng định vị
Phay thô hốc chứa bạc cuống phun
11 Phay 4 lỗ ỉ18 Dao Endmill ỉ10 800 1200 0.5 Lượng dư
14 Taro lỗ cố định vòng định vị
Mũi Taro ren M6x1 + Nguyên công 2: Phay mặt đáy và vạt cạnh
Bảng 6.3: Nguyên công 2 gia công tấm kẹp trên
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
- Sản phẩm thiết kế và gia công:
Hình 6.3: Mặt trên tấm khuôn âm
Hình 6.4: Mặt dưới tấm khuôn âm
- Phiếu gia công tấm khuôn âm:
Nguyên công 1 bao gồm các bước phay mặt đầu và phay hai cạnh bên, khoan mồi, khoan lỗ M10, khoan lỗ bạc cuống phun, phay lỗ gắn bạc hướng dẫn, vạt canh, khoan lỗ đường nước và thực hiện Taro.
Bảng 6.4: Nguyên công 1 gia công tấm khuôn âm
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
5 Khoan mồi Mũi khoan mồi
7 Khoan lỗ bạc cuống phun
Phay thô lỗ gắn bạc hướng dẫn có bậc
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.5 Lượng dư
Phay tinh lỗ gắn bạc hướng dẫn có bậc
+ Nguyên công 2: Phay mặt đáy, phay 2 cạnh bên còn lại, vạt cạnh
Bảng 6.5: Nguyên công 2 gia công tấm khuôn âm
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Phay thô 2 cạnh bên còn lại
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
Phay tinh 2 cạnh bên còn lại
+ Nguyên công 3: Khoan đường nước, khoan và taro lỗ gắn đầu nối
Bảng 6.6: Nguyên công 3 gia công tấm khuôn âm
TT Bước công nghệ Loại dao
1 Khoan lỗ đường nước Mũi khoan ỉ8 120 400 1
2 Khoan lỗ gắn đầu nối
3 Taro lỗ gắn đầu nối Mũi taro M10
- Sản phẩm thiết kế và gia công:
Hình 6.5: Mặt trên tấm khuôn dương
Hình 6.6: Mặt dưới tấm khuôn dương
- Phiếu gia công tấm khuôn dương:
Nguyên công 1 bao gồm các bước phay mặt đầu và phay hai cạnh bên, khoan mồi cùng với khoan bốn lỗ góc trong lòng khuôn Tiếp theo, thực hiện khoan lỗ chốt hồi, khoan lỗ cố định insert, phay lòng khuôn, phay lỗ chốt dẫn hướng, và khoan lỗ ti lói Cuối cùng, tiến hành vạt cạnh và taro để hoàn thiện quy trình gia công.
Bảng 6.7: Nguyên công 1 gia công tấm khuôn dương
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
5 Khoan mồi Mũi khoan mồi
Khoan 4 lỗ góc trong lòng khuôn
8 Khoan lỗ cố định insert M6 Mũi khoan ỉ5 120 500 1
11 Phay thô lỗ gắn chốt dẫn hướng
Phay tinh lỗ gắn chốt dẫn hướng
13 Phay tinh lỗ chốt hồi
16 Taro lỗ cố định insert
Mũi Taro ren M6x1 được sử dụng trong quy trình gia công bao gồm phay mặt đáy, phay hai cạnh bên còn lại, khoan mồi và khoan bốn lỗ M10 Ngoài ra, quy trình còn bao gồm phay bậc để gắn chốt dẫn hướng, phay bậc định vị lò xo, vạt cạnh và thực hiện Taro.
Bảng 6.8: Nguyên công 2 gia công tấm khuôn dương
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Phay thô 2 cạnh bên còn lại
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
Phay tinh 2 cạnh bên còn lại
5 Khoan mồi Mũi khoan mồi
Phay thô lỗ bậc gắn chốt dẫn hướng
Phay tinh lỗ bậc gắn chốt dẫn hướng
+ Nguyên công 3: Khoan đường nước, khoan lỗ gắn đầu nối, khoan lỗ gắn bu lông vòng, taro
Bảng 6.9: Nguyên công 3 gia công tấm khuôn dương
TT Bước công nghệ Loại dao
1 Khoan lỗ đường nước Mũi khoan ỉ8 120 400 1
2 Khoan lỗ gắn đầu nối
3 Khoan lỗ gắn bu lông vòng
Taro lỗ gắn đầu nối và lỗ gắn bu lông vòng
- Sản phẩm thiết kế và gia công:
+ Nguyờn cụng 1: Phay mặt đầu, phay 2 mặt bờn, khoan mồi, khoan lỗ ỉ12, vạt cạnh
Bảng 6.10: Nguyên công 1 gia công gối đỡ
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
5 Khoan mồi Mũi khoan mồi
+ Nguyên công 2: Phay mặt đáy, phay 2 mặt bên còn lại, vạt cạnh
Bảng 6.11: Nguyên công 2 gia công gối đỡ
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
3 Phay thô 2 mặt bên còn lại
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
4 Phay tinh 2 mặt bên còn lại
- Sản phẩm thiết kế và gia công:
Nguyên công 1 bao gồm các bước phay mặt đầu, phay hai mặt bên, khoan mồi, khoan lỗ ti lói, khoan lỗ M8, phay lỗ gắn chốt hồi, phay lỗ bậc giữ ti đẩy, vạt cạnh và thực hiện Taro.
Bảng 6.12: Nguyên công 1 gia công tấm giữ
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
5 Khoan mồi Mũi khoan mồi
8 Phay thô lỗ gắn chốt hồi Dao Endmill 8 800 1200 0.5 Lượng dư
9 Phay tinh lỗ gắn chốt hồi Dao Endmill 8 500 1500 0.1
10 Phay bậc giữ ty đẩy Dao Endmill 4 500 1500 0.2
+ Nguyên công 2: Phay mặt đáy, phay 2 mặt bên còn lại, vạt cạnh
Bảng 6.13: Nguyên công 2 gia công tấm giữ
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
3 Phay thô 2 mặt bên còn lại
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
4 Phay tinh 2 mặt bên còn lại
- Sản phẩm thiết kế và gia công:
+ Nguyên công 1: Phay mặt đầu, phay 2 mặt bên, khoan mồi, khoan 4 lỗ, phay bậc 4 lỗ, vạt cạnh
Bảng 6.14: Nguyên công 1 gia công tấm đẩy
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
5 Khoan mồi Mũi khoan mồi 60 400
7 Phay thô bậc của 4 lỗ Dao Endmill 8 800 1500 0.5 Lượng dư
8 Phay tinh bậc của 4 lỗ Dao Endmill 8 500 1800 0.1
+ Nguyên công 2: Phay mặt đáy, phay 2 mặt bên còn lại, vạt cạnh
Bảng 6.15: Nguyên công 2 gia công tấm đẩy
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
3 Phay thô 2 mặt bên còn lại
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
4 Phay tinh 2 mặt bên còn lại
- Sản phẩm thiết kế và gia công:
+ Nguyên công 1: Phay mặt đầu, phay 2 mặt bên, khoan mồi, khoan lỗ, phay bậc của
4 lỗ, phay lỗ ỉ50, vạt cạnh
Bảng 6.16: Nguyên công 1 gia công tấm kẹp dưới
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
5 Khoan mồi Mũi khoan mồi
7 Phay thô bậc 4 lỗ Dao Endmill 8 800 1200 0.5 Lượng dư
8 Phay tinh bậc 4 lỗ Dao Endmill 8 500 1500 0.1
Dao phay gắn mảnh ỉ32 600 1500 0.5 Lượng dư
+ Nguyên công 2: Phay mặt đáy, phay 2 mặt bên còn lại, vạt cạnh
Bảng 6.17: Nguyên công 2 gia công tấm kẹp dưới
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
3 Phay thô 2 mặt bên còn lại
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
4 Phay tinh 2 mặt bên còn lại
- Sản phẩm thiết kế và gia công:
Hình 6.12: Tấm insert AƠƯ và dấu mũ
Hình 6.13: Tấm insert AĐE và dấu mũ
Hình 6.14: Tấm insert WOJ và dấu mũ
Hình 6.20: Tấm insert dấu thanh
+ Nguyên công 1: Phay mặt đầu, phay 2 mặt bên, khoan mồi, khoan lỗ ti đẩy, khoan lỗ M6, phay các chữ, phay kênh dẫn, vạt cạnh
Bảng 6.18: Nguyên công 1 gia công các tấm insert
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
5 Khoan mồi Mũi khoan mồi 60 400
8 Phay thô chữ Dao Endmill 4 600 1200 0.5 Lượng dư
8 Phay tinh chữ Dao Endmill 4 500 1500 0.1
Phay kênh dẫn nguội cuống phun
12 Phay cuống phun Dao Endmill 2 100 1500 0.1
+ Nguyên công 2: Phay mặt đáy, phay 2 mặt bên còn lại, vạt cạnh
Bảng 6.19: Nguyên công 2 gia công các tấm insert
TT Bước công nghệ Loại dao
Dao phay mặt ỉ60 500 800 0.2 Lượng dư
3 Phay thô 2 mặt bên còn lại
Dao phay gắn mảnh ỉ25 800 1200 0.4 Lượng dư
4 Phay tinh 2 mặt bên còn lại
Trước khi lắp ráp khuôn cần chuẩn bị đầy đủ những dụng cụ, thiết bị sau:
- Có đầy đủ dụng cụ cho quá trình lắp ghép như: bộ lục giác, bulong, đai ốc, pa-lăng, …
- Chuẩn bị đầy đủ các bộ phận của khuôn
- Các thiết bị vệ sinh các tấm khuôn khi lắp rắp
- Bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết các bộ phận của khuôn
- Bước 1: Lắp phần khuôn cố định:
+ Lắp bạc dẫn hướng vào tấm khuôn âm
+ Lắp tấm khuôn âm vào tấm kẹp trên
+ Lắp bạc cuống phun vào tấm kẹp trên và vặn bulong cố định
+ Lắp vòng định vị với tấm kẹp trên và vặn bulong cố định
- Bước 2: Lắp phần khuôn di động:
+ Lắp chốt dẫn hướng vào tấm khuôn dương
+ Lắp bốn lò xo và hai gối đỡ vào tấm khuôn dương
+ Lắp bốn chốt hồi, ty đẩy và tấm giữ
+ Lắp tấm đẩy và bốn bulong liên kết tấm đẩy và tấm giữ
+ Lắp tấm kẹp dưới và bốn bulong liên kết phần khuôn di động
+ Lắp tấm insert vào tấm khuôn dương và vặn bulong cố định
- Bước 3: Lắp hai phần khuôn cố định và di động vào với nhau, lắp các đầu nối đường nước và bulong vòng để được bộ khuôn hoàn chỉnh
Hình 6.21: Bộ khuôn lắp hoàn chỉnh
Ép thử
Đánh bóng lòng khuôn trên các tấm insert:
Sau quá trình gia công, lòng khuôn thường để lại các vết chạy dao và bề mặt nhám, vì vậy việc đánh bóng là cần thiết Quá trình này giúp dễ dàng lấy sản phẩm ra, giảm thiểu tác hại do mài mòn và nâng cao tính thẩm mỹ cho sản phẩm.
Có nhiều phương pháp đánh bóng khuôn khác nhau, ở đây nhóm chọn đánh bóng khuôn bằng đá mài dầu và giấy nhám để tiết kiệm chi phí
Hình 6.22: Vật liệu đánh bóng khuôn
Khuôn được ép trên máy ép nhựa HAITIAN:
Hình 6.23: Máy ép nhựa HAITIAN MA1200III/400eeco
Hiệu chỉnh thông số ép Giao hàng
Lắp khuôn lên máy ép
Thiết lập thông số ép Ép thử và kiểm tra sản phẩm
Sản phẩm đạt Sản phẩm chưa đạt
Sơ đồ 6.1: Quy trình ép thử
Bảng 6.20: Thông số lấy nhựa
Vị trí 10 20 30 Áp suất (MPa) 45 45 45
Bảng 6.21: Thông số phun nhựa
Vị trí 22 10 Áp suất (MPa) 12 12 12
Bảng 6.22: Thông số nhiệt độ
Bảng 6.23: Thông số của vật liệu ép
Vật liệu Tính chất Đơn vị Giá trị
Tốc độ dòng chảy (230 °C/2.16 kg) g/10min 10
Mô-đun kéo MPa 1400 Ứng suất kéo MPa 35
Nhiệt độ nóng chảy tối đa ºC 250
Nhiệt độ nóng chảy tối thiểu ºC 220
Sản phẩm sau khi ép:
Một số lỗi gặp phải trên sản phẩm trong quá trình ép:
Hình 6.24: Sản phẩm bị thiếu nhựa
- Các biện pháp khắc phục:
+ Kiểm tra khoảng lấy nhựa
+ Tăng nhiệt độ bộ phận gia nhiệt hoặc nhiệt độ khuôn cùng với tốc độ phun + Tăng nhiệt độ khuôn
Hình 6.25: Sản phẩm bị ba via
- Các biện pháp khắc phục:
+ Giảm áp suất phun, tốc độ phun hoặc áp suất giữ
+ Giảm nhiệt độ bộ phận gia nhiệt và nhiệt độ khuôn
Hình 6.26: Sản phẩm có đường hàn
- Các biện pháp khắc phục:
+ Tăng tốc độ phun, áp suất phun
+ Tăng nhiệt độ bộ phận gia nhiệt
- Các bộ sản phẩm chữ cái hoàn chỉnh sau khi ép:
Hình 6.27: Bộ sản phẩm màu xanh dương
Hình 6.28: Bộ sản phẩm màu nâu
Hình 6.29: Bộ sản phẩm màu vàng
Hình 6.30: Bộ sản phẩm màu xanh lá cây
Đánh giá
Nhận xét sản phẩm sau khi ép:
- Sản phẩm có kích thước và hình dáng tương đồng với thiết kế 3D
- Độ dày của sản phẩm khá đồng đều
- Sản phẩm có vết của mặt phân khuôn do tấm khuôn âm gia công còn để lại vết dao
- Tính thẩm mỹ của sản phẩm chưa cao vì lòng khuôn chưa được đánh bóng kỹ, sản phẩm còn vết của ty đẩy
Sản phẩm có độ sắc cạnh do bavia và góc thoát khuôn lớn, dẫn đến việc một bên mặt sản phẩm hình thành góc nhọn.