Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2023 Nhóm sinh viên thực hiện Trang 7 ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM NẮP BẢO VỆ ĐẦU USB” Giới thiệu đề tài: Kỹ thuật khuô
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ ép phun đang phát triển mạnh mẽ trong ngành khuôn mẫu, nhưng thị trường nội địa chỉ chiếm 42% với khoảng 400 doanh nghiệp, trong khi phần lớn thuộc về doanh nghiệp FDI Doanh nghiệp trong nước chỉ sản xuất được sản phẩm cấp 3 và 4, còn cấp 1 và 2 vẫn phải nhập khẩu Do đó, cần cải tiến và phát triển công nghệ ép phun để đáp ứng nhu cầu của thị trường trong nước.
Khuôn ép ba tấm là một phương pháp phổ biến tại thị trường Việt Nam, được nhiều doanh nghiệp áp dụng nhờ vào những ưu điểm nổi bật Bài viết này nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu trúc và quy trình thiết kế đến sản xuất sản phẩm đầu tiên của khuôn ba tấm, giúp độc giả hiểu rõ hơn về phương pháp này.
Lĩnh vực điện – điện tử đang trải qua sự tăng trưởng mạnh mẽ, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ số và tác động của đại dịch Covid-19 Sự phát triển của viễn thông và điện tử là điều cần thiết để đáp ứng nhu cầu hiện tại Do đó, nhóm đã nghiên cứu và phát triển một sản phẩm từ nhựa nhằm phục vụ cho ngành điện tử.
Chính vì lẽ đó nhóm quyết định chọn đề tài “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ KHUÔN ÉP
PHUN SẢN PHẨM NẮP BẢO VỆ ĐẦU USB”
Nhóm mong muốn áp dụng kiến thức đã học và tiếp thu kiến thức mới để thực tiễn hóa việc tạo ra bộ khuôn nắp bảo vệ đầu USB hoàn chỉnh thông qua đề tài này.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Áp dụng kiến thức về khuôn ép nhựa cùng với phần mềm AutoCAD, Creo Parametric và Moldex3D Studio giúp thiết kế sản phẩm và khuôn ép phun hiệu quả Phân tích dòng chảy nhựa là một phần quan trọng trong quá trình này, cho phép nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa thiết kế bộ khuôn.
Bộ khuôn thương mại hóa mang đến sản phẩm với thiết kế bắt mắt, giúp người tiêu dùng có nhiều lựa chọn hơn trong việc bảo vệ thiết bị điện tử tại nhà.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu lý thuyết về thiết kế và chế tạo khuôn phun ép nhựa
- Thiết kế sản phẩm nắp bảo vệ đầu USB
- Thiết kế bộ khuôn ép nhựa cho sản phẩm
- Gia công, chế tạo bộ khuôn tạo ra bộ khuôn nắp bảo vệ đầu USB có thể đưa vào trong sản xuất
- Lắp ráp và ép thử nghiệm.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Kết cấu, chức năng của các chi tiết trong khuôn 3 tấm
Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC-CAE trong nghiên cứu và thiết kế giúp tối ưu hóa quá trình kiểm nghiệm, phân tích và chế tạo bộ khuôn cho sản phẩm “Nắp bảo vệ đầu USB”, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.
- Sử dụng máy phay CNC Mazatrol VQC 20/40 B và máy bắn điện EDM Sodick AP3L để gia công khuôn
- Sử dụng máy MA 1200/370 để ép phun
- Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết thiết kế và chế tạo khuôn ép phun nhựa
- Đo đạc kích thước đầu USB tiêu chuẩn Type – A, dùng trong thiết bị điện tử như chuột, bàn phím, cáp sạc…
- Tính toán, thiết kế sản phẩm dựa vào kích thước tiêu chuẩn USB Type – A
- Thiết kế và chế tạo bộ khuôn 3 tấm cho sản phẩm
- Lắp ráp và ép thử với nhựa ABS.
Phương pháp nghiên cứu đề tài
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Các cơ sở phương pháp luận được sử dụng trong đồ án
- Phương pháp thống kê số liệu
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Các phương pháp mà nhóm áp dụng để thực hiện đồ án này:
- Phương pháp khảo sát: khảo sát về hình dáng, kích thước của đầu USB thực tế
- Phương pháp tham khảo tài liệu: các tài liệu liên quan đến đồ án, nguồn từ các thư viện sách, catalog, internet, thầy cô và bạn bè
Phương pháp dự đoán là cách thức xác định các khả năng có thể xảy ra liên quan đến vấn đề cần giải quyết, từ đó đề xuất những giải pháp khắc phục hoặc biện pháp né tránh hiệu quả.
- Sử dụng phần mềm Creo Parametric 8.0 trong việc thiết kế mẫu và khuôn ép phun
- Sử dụng phần mềm Moldex3D Studio 2021 để phân tích dòng chảy của nhựa
- Sử dụng phần mềm AutoCAD để dựng layout khuôn, xuất bản vẽ.
Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương, trong đó:
Chương 1: Trình bày về tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa, đối tượng và phạm vi nghiên cứu cũng như các phương pháp nghiên cứu trong quá trình thực hiện đề tài
Chương 2: Trình bày về tổng quan đề tài mà nhóm thực hiện, giới thiệu sơ lược về các cổng kết nối, kết cấu khuôn ép phun cũng như các nghiên cứu trong và ngoài nước đối với sản phẩm
Chương 3: Trình bày về cơ sở lý thuyết được áp dụng để thực hiện đề tài nghiên cứu Chương 4: Trình bày về các phương án thiết kế sản phẩm, lựa chọn khuôn và phương hướng thực hiện phương án đã chọn
Chương 5: Trình bày về tính toán, thiết kế sản phẩm, các chi tiết của bộ khuôn cũng như phân tích dòng chảy và kiểm nghiệm bền cho bộ khuôn
Chương 6: Trình bày về quy trình gia công, ép thử sản phẩm, kết quả thực nghiệm và đánh giá, từ đó có những điều chỉnh, kết luận
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
2.1.1 Sơ lược về đầu USB [19] a) Lịch sử ra đời của đầu USB
Universal Serial Bus (USB) được phát triển vào năm 1995 bởi Ajay Bhatt của Intel với mục đích giúp vợ ông sử dụng máy in dễ dàng hơn Sau gần 30 năm phát triển, USB đã trải qua nhiều thế hệ, từ USB 1.0 và 2.0 đến USB 3.0 ra mắt vào tháng 8 năm 2008 Những thiết kế ban đầu này đã tạo nền tảng cho sự phát triển của các đầu nối USB Type-C hiện đại, nổi bật với khả năng truyền tải dữ liệu nhanh chóng và ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống hàng ngày.
Hình 2.1: Đầu USB type – A [19] b) Công dụng của đầu USB trong cuộc sống
Cổng USB đã trở thành tiêu chuẩn hàng đầu trong việc kết nối và truyền tải thông tin nhờ vào tính kinh tế, độ bền và sự tiện lợi trong sản xuất và sử dụng Đầu USB dần thay thế các cổng kết nối cũ như FireWire, PS/2 và Ethernet, mang lại khả năng truyền thông tin với độ chính xác và tốc độ cao Sản phẩm USB đã giúp tiêu chuẩn hóa việc kết nối, nhờ vào thiết kế đơn giản và hiệu quả.
Ngày nay, hầu hết các thiết bị ngoại vi như bàn phím, chuột, máy ảnh, máy in và ổ đĩa đều kết nối với máy tính qua cổng USB type A Ngoài ra, cổng USB type A cũng xuất hiện trong các loại cáp sạc điện thoại thông minh và tai nghe không dây.
Hình 2.2: Công dụng của đầu USB type - A hiện nay [18]
5 c) Các công ty sản xuất đầu USB type A [22]
1 Công ty Lexar Media Inc Được thành lập vào năm 1996 và có trụ sở chính tại San Jose, California, Hoa Kỳ Lexar Media là một trong những công ty nổi tiếng nhất về sản xuất các sản phẩm USB Các sản phẩm của Lexar Media luôn đảm bảo chất lượng và độ tin cậy Sản phẩm tiêu biểu: Lexar JumpDrive F35, JumpDrive Tough Sử dụng tiêu chuẩn USB 3.0, tiêu chuẩn 3.1, tiêu chuẩn 3.0 sử dụng cảm biến vân tay bảo mật
Kingston là nhà sản xuất bộ nhớ độc lập hàng đầu thế giới với hơn 25 năm kinh nghiệm Sản phẩm của Kingston chủ yếu phục vụ cho các thiết bị lưu trữ như máy tính để bàn, máy tính xách tay, chuột, điện thoại thông minh và máy ảnh kỹ thuật số Công ty nổi tiếng với các sản phẩm USB chất lượng cao và đáng tin cậy nhất toàn cầu.
Dòng sản phẩm của Simple Tech bao gồm ổ USB mini di động, ổ USB Pro Drive cho gia đình và ổ USB thân thiện với môi trường Được thành lập vào năm 1990, thương hiệu nổi tiếng này đã trở thành một trong những gã khổng lồ trong ngành sản xuất USB.
Dòng USB Sandick, ra đời từ một hãng điện tử với nhiều thăng trầm, đã nhận được sự tin tưởng từ người dùng am hiểu công nghệ Sản phẩm có thiết kế nhỏ gọn và tinh tế, ghi điểm trong mắt người tiêu dùng Ngoài ra, khả năng lưu trữ và truyền thông tin nhanh chóng, hiệu quả của Sandick cũng góp phần vào việc xếp hạng sản phẩm này vào danh sách những dòng USB tốt nhất thế giới.
1 Công ty sản xuất USB Đại Thắng
2 Công ty sản xuất USB Hai Ka
3 Công ty sản xuất USB Hưng Việt Phát
4 Công ty sản xuất USB EPVINA
2.1.2 Giới thiệu về nắp bảo vệ đầu USB a) Sơ lược về sản phẩm nắp bảo vệ đầu USB
Nắp bảo vệ đầu USB là một phụ kiện quan trọng giúp bảo vệ đầu kết nối USB trên các thiết bị hàng ngày như chuột, bàn phím và thiết bị sạc Khi không sử dụng, nắp này được gắn vào đầu USB để ngăn bụi bẩn và hư hỏng, đảm bảo hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Bảo vệ các thiết bị sử dụng đầu kết nối USB Type A hiện nay là rất quan trọng để tăng tuổi thọ sản phẩm, đặc biệt là những thiết bị có giá trị cao.
- Tạo thẩm mỹ cho sản phẩm
- Thay thế đầu bảo vệ của sản phẩm khi đầu bảo vệ cũ đã hư hỏng hoặc lạc mất
Nhiều sản phẩm trên thị trường hiện nay không chú trọng đến việc bảo vệ đầu kết nối, dẫn đến tình trạng dễ bị hư hỏng do tác động từ bên ngoài Điều này không chỉ gây ra sự bất tiện mà còn tốn thời gian và chi phí cho việc thay thế Tuy nhiên, việc khắc phục những điểm yếu này là hoàn toàn khả thi.
Đặc tính của sản phẩm và công nghệ khuôn mẫu
2.2.1 Đặc tính của sản phẩm
Nắp bảo vệ USB cần đáp ứng các yêu cầu về cơ tính như độ bền va đập và khả năng chịu nhiệt Hình dáng và màu sắc của nắp cũng phải bắt mắt và gần gũi để thu hút khách hàng Việc sử dụng và bảo quản nắp bảo vệ USB cần phải dễ dàng Ngoài ra, chi phí sản phẩm nên ở mức hợp lý để thu hút sự lựa chọn của khách hàng.
2.2.2 Đặc tính của khuôn ép nhựa
Khuôn ép nhựa là thiết bị thiết kế đặc biệt để sản xuất các sản phẩm nhựa, bao gồm nhiều bộ phận ghép lại tạo thành khoang chứa Trong khoang này, nhựa lỏng được phun vào và sau đó làm nguội, tạo ra sản phẩm cuối cùng theo hình dạng mong muốn.
Hình dạng và kích thước sản phẩm ảnh hưởng đến kích thước và kết cấu khuôn ép nhựa, trong khi năng suất và sản lượng cũng đóng vai trò quan trọng trong thiết kế khuôn Đối với sản xuất hàng loạt nhỏ, không cần khuôn nhiều lòng hay khuôn kết cấu cao cấp, nhưng khi quy mô sản xuất lớn, thiết kế khuôn ép nhựa cần trở nên phức tạp hơn.
2.3 Kết cấu của một bộ khuôn
Khuôn sản xuất sản phẩm nhựa bao gồm nhiều bộ phận lắp ghép, chủ yếu chia thành hai phần chính.
- Phần cavity (Phần khuôn cái, phần khuôn cố định): Được lắp đặt trên tấm cố định của máy ép nhựa
- Phần core (Phần khuôn đực, phần khuôn di động): Được lắp đặt trên tấm di động của máy ép nhựa
Nhựa nóng chảy điền đầy khoảng trống giữa cavity và core Sau khi làm nguội, nhựa đông đặc (thành phẩm) được lấy ra khỏi khuôn
Hình 2.3: Kết cấu bộ khuôn
2.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài thiết kế, chế tạo bộ khuôn ép phun sản phẩm nắp bảo vệ đầu USB
2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Hiện tại, nắp bảo vệ USB chỉ được phân phối tại thị trường Trung Quốc Mặc dù sản phẩm này có mặt trên thị trường, nhưng mẫu mã và kiểu dáng của nó chưa thu hút được sự chú ý của người tiêu dùng Sau khi trải nghiệm, khả năng bảo vệ của nắp cũng không đạt yêu cầu và có phần lỏng lẻo.
Hình 2.4: Sản phẩm ở thị trường Trung Quốc với chất liệu là nhựa PE, kích thước xấp xỉ
2.4.2 Các nghiên cứu trong nước Đối với trên thị trường Việt Nam hiện nay, sản phẩm đầu bảo vệ chưa có trên thị trường Với những tìm hiểu về thị trường sản phẩm (tại thị trường trong nước rất khó kiếm và cần phải nhập từ nước ngoài với kiểu mẫu khá hạn chế), chính vì vậy sản phẩm của nhóm hướng tới sẽ có phần bắt mắt hơn nhưng vẫn đảm bảo tính kỹ thuật đối với người sử dụng
Các tồn tại của sản phẩm
Hiện nay, sản phẩm nắp bảo vệ USB tại thị trường Việt Nam vẫn chưa xuất hiện, trong khi ở nước ngoài, đặc biệt là Trung Quốc, sản phẩm này có thiết kế kỹ thuật còn nhiều hạn chế và dễ hư hỏng Về mặt thẩm mỹ, nắp bảo vệ USB cũng thiếu sự đa dạng trong kiểu dáng và màu sắc chưa thật sự hấp dẫn.
Thiết kế lại cấu trúc sản phẩm nhựa nhằm phù hợp với các đặc tính kỹ thuật, đồng thời tạo ra những mẫu mã bắt mắt hơn để tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường trong và ngoài nước.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về công nghệ ép phun
3.1.1 Giới thiệu về công nghệ ép phun Ép phun là công nghệ sản xuất sản phẩm bằng cách bơm vật liệu nóng chảy vào khuôn Công nghệ Ép phun có thể được thực hiện trên nhiều loại vật liệu, chủ yếu là kim loại (hay được gọi là đúc áp lực), vật liệu đàn hồi, thủy tinh, hợp chất và phổ biến nhất là nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn [14]
Chu kỳ quy trình ép phun rất ngắn, thường từ 2 giây đến 2 phút và bao gồm bốn giai đoạn: Giai đoạn 1:
Trước khi tiến hành bơm vật liệu nhựa vào khuôn, việc kẹp chặt hai nửa khuôn là rất quan trọng Một nửa khuôn được gắn vào máy ép phun, trong khi nửa còn lại được thiết kế để trượt, đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra suôn sẻ và hiệu quả.
Tiêm là quá trình đưa nguyên liệu vào máy, nơi bộ phận phun đẩy chúng về phía trước Nhựa được nung nóng dưới nhiệt độ và áp suất cao, sau đó nhựa nóng chảy được bơm vào khuôn một cách nhanh chóng cho đến khi đầy lòng khuôn.
Hình 3.1: Giai đoạn kẹp và tiêm nhựa [16]
Làm mát là quá trình quan trọng giúp hạ nhiệt bộ phận khuôn, cho phép nhựa nóng chảy nguội đi và chuyển hóa thành trạng thái rắn Trong giai đoạn này, hệ thống làm mát của máy sẽ làm giảm nhiệt độ của nhựa trong khuôn, đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đạt được độ cứng và hình dạng mong muốn.
Tổng quan khuôn ép sản phẩm nhựa
Giai đoạn đẩy ra là bước cuối cùng trong chu trình ép, nơi hệ thống thủy lực mở và kéo nửa khuôn ra để tạo ra khoảng trống Sản phẩm được đẩy ra ngoài qua hệ thống đẩy của khuôn, sau đó khuôn sẽ được đóng lại và chuẩn bị cho chu trình ép tiếp theo.
Hình 3.2: Giai đoạn làm mát và lấy sản phẩm [16]
3.2 Tổng quan khuôn ép sản phẩm nhựa
Khuôn là thiết bị quan trọng trong quá trình sản xuất, giúp tạo hình sản phẩm một cách hiệu quả Phương pháp định hình không chỉ nâng cao năng suất mà còn đảm bảo chất lượng và độ ổn định của sản phẩm, đồng thời tiết kiệm chi phí.
3.2.2 Phân loại khuôn ép phun
❖ Phân loại theo số tầng lòng khuôn
❖ Phân loại theo cách bố trí kênh dẫn
Khuôn ép phun được thiết kế với hệ thống kênh dẫn nguội nằm ngang, kết nối trực tiếp với bề mặt phân khuôn Cổng vào nhựa được đặt bên hông sản phẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở khuôn Khi khuôn được mở ra, chỉ có một khoảng mở nhất định để lấy kênh dẫn và sản phẩm nhựa, đảm bảo tính hiệu quả trong quá trình sản xuất.
Khuôn được chia thành hai phần: khuôn trước (khuôn âm) và khuôn sau (khuôn dương) Cấu tạo của khuôn đơn giản và dễ chế tạo, tuy nhiên khuôn hai tấm thường chỉ được sử dụng để sản xuất các sản phẩm có cổng vào nhựa dễ bố trí.
Hình 3.3: Cấu tạo khuôn 2 tấm [20] Ưu điểm:
+ Tiết kiệm chi phí và thời gian trong sản xuất hàng loạt
+ Không dùng để sản xuất các sản phẩm có mức độ phức tạp lớn
+ Cần thêm công đoạn loại bỏ đuôi keo
Khuôn 3 là loại khuôn ép phun với hệ thống kênh dẫn nguội được bố trí ở hai mặt phẳng, bao gồm một khoảng mở để lấy sản phẩm và một khoảng mở để lấy kênh dẫn nhựa khi mở khuôn Việc sử dụng hai hệ thống đẩy để lấy sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn làm cho cấu trúc khuôn trở nên phức tạp và lớn hơn so với khuôn 2 tấm.
Hình 3.4: Cấu tạo khuôn 3 tấm [20]
+ Kênh dẫn và sản phẩm được tách riêng biệt
+ Được dùng trong sản xuất các sản phẩm có độ phức tạp
+ Máy ép yêu cầu phải có áp lực vòi phun cao
+ Cấu tạo phức tạp và chi phí đầu tư cao hơn so với loại khuôn 2 tấm
3.2.3 Kết cấu của một bộ khuôn
Hình 3.5: Kết cấu của một bộ khuôn
Vỏ khuôn được thiết kế theo tiêu chuẩn Futaba, đảm bảo chất lượng và hiệu suất Nhóm đã phát triển hệ thống lói và hệ thống tách kênh dẫn nhằm nâng cao độ ổn định cho hệ thống Đặc biệt, việc sử dụng lõi khuôn giúp lắp đặt vào các tấm khuôn trở nên thuận tiện, hỗ trợ dễ dàng trong bảo trì và sửa chữa.
Hệ thống tách kênh dẫn hoạt động dựa trên nguyên tắc lực mở khuôn, cho phép kéo tấm khuôn âm qua chốt khóa và giật tách kênh dẫn ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn Trong quá trình này, kênh dẫn được tách ra khỏi bạc cuống phun thông qua tấm tách kênh dẫn nhờ vào lực kéo của tấm khuôn âm.
Hệ thống dẫn nhựa trong khuôn 2 tấm cho phép phun vào cạnh bên của sản phẩm, trong khi khuôn 3 tấm có thể phun trực tiếp vào bề mặt bên trên Đặc biệt, với khuôn 3 tấm, hệ thống dẫn nhựa còn có khả năng phun trực tiếp vào mặt bên hông của sản phẩm, giúp giảm thiểu ảnh hưởng từ các yếu tố ngoại quan do miệng phun của kênh dẫn gây ra.
Nhưng với cổng phun bên hông sản phẩm sẽ làm cho khuôn được thiết kế phức tạp hơn, nên chi phí gia công lắp ráp sẽ cao hơn.
Sơ lược về vật liệu nhựa thường dùng
Phân loại theo phản ứng của polyme với nhiệt độ
Nhựa nhiệt dẻo là loại nhựa có khả năng hóa dẻo khi được nung nóng đến nhiệt độ chảy và sẽ đông đặc trở lại khi nhiệt độ giảm Các ví dụ điển hình của nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE, PP, PVC, PS, PC và PET.
+ Nhựa nhiệt rắn: Là loại nhựa sẽ rắn cứng khi gia nhiệt Ví dụ: PF, MF
Phân loại theo ứng dụng
Nhựa thông dụng là loại nhựa có chi phí thấp và được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày Các loại nhựa này bao gồm PS, PP, PE, PVC, PET, ABS, và chúng thường xuất hiện trong nhiều thiết bị và đồ dùng quen thuộc.
Nhựa kỹ thuật là loại nhựa chuyên dụng trong ngành công nghiệp, nổi bật với các tính chất cơ lý vượt trội so với nhựa thông dụng như PC và PA.
+ Nhựa chuyên dụng: Là loại nhựa tổng hợp sử dụng cho từng trường hợp riêng biệt
Phân loại theo cấu tạo hóa học
+ Polyme mạch carbon: Loại polyme có mạch chính được tạo thành từ các phân tử carbon liên kết với nhau
+ Polyme dị mạch: Mạch chính của polyme còn chứa các nguyên tố khác như O, N, S, thay vì chỉ có các nguyên tử cacbon Ví dụ: polyeste, polyoxymetylen, polyuretan và polysiloxan
3.3.2 Các tính chất cơ học và vật liệu của nhựa [24] a) Tính chất vật lý
Tỷ trọng của nhựa thường dao động từ 0,9 đến 2, với đặc điểm là vật liệu này tương đối nhẹ Tỷ trọng nhựa phụ thuộc vào mức độ kết tinh; khi độ kết tinh tăng, tỷ trọng cũng sẽ tăng theo.
Chỉ số nóng chảy (MI) là một chỉ số quan trọng thể hiện tính lưu động của vật liệu nhựa trong quá trình gia công Khi chỉ số này cao, nghĩa là nhựa có tính lưu động lớn, giúp quá trình gia công trở nên dễ dàng hơn.
Bảng 3.1: Tỷ trọng các loại nhựa thông dụng [24]
Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3) Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3)
- Tiêu chuẩn đo lường chỉ số nóng chảy là ASTM D 1238
Độ co rút của nhựa là phần trăm chênh lệch giữa kích thước sản phẩm và kích thước khuôn sau khi sản phẩm được lấy ra và ổn định Đặc biệt, độ co rút của nhựa kết tinh thường lớn hơn nhiều so với nhựa vô định hình.
Bảng 3.2: Độ co rút của các loại nhựa thông dụng [24]
Tên vật liệu Độ co rút (%)
Độ bền kéo là khả năng chịu đựng của vật liệu khi bị kéo căng, được đo bằng lực trên một đơn vị diện tích Đơn vị đo thường sử dụng cho độ bền kéo là KG/cm² hoặc N/m².
Chỉ số cường độ kéo càng lớn tức vật liệu có độ bền kéo càng cao
Độ dãn dài, được biểu thị bằng phần trăm, là tỷ lệ giữa độ dài khi lực kéo đạt đến điểm đứt so với độ dài ban đầu Vật liệu có độ dãn dài và độ bền kéo cao cho thấy độ dẻo tốt hơn so với vật liệu có độ bền kéo cao nhưng độ dãn dài thấp.
Cho biết khả năng của một vật rắn chịu được các tác động để không bị nứt, vỡ hoặc sứt mẻ bề mặt
Thiết bị để đo độ cứng: Shore A,D, thiết bị Rockwell, Brienne
Nhựa nhiệt dẻo là loại vật liệu phổ biến trong sản xuất và đời sống hàng ngày, được ưa chuộng nhờ khả năng tạo ra nhiều sản phẩm từ đơn giản đến phức tạp Với tính thẩm mỹ cao và giá thành phải chăng, nhựa nhiệt dẻo được sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng rộng rãi.
Nhựa PE (Polyethylene) là loại nhựa không màu với bề mặt nhẵn bóng, có khả năng chịu được môi trường axit và bazơ, cùng với nhiệt độ nóng chảy lên đến 80°C Loại nhựa này được ứng dụng phổ biến trong sản xuất ống dẫn, bao bì và bình chứa.
Nhựa PP (Polypropylene) là loại nhựa không biến dạng ở nhiệt độ dưới 130°C, thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất máy giặt, thùng nhiên liệu và ô tô.
Nhựa PVC (polyvinylchlorid): Không màu, phản ứng kém với hóa chất, bền và dẻo, được sử dụng rộng rãi trong vật liệu dây điện, ống dẫn nước
Cơ sở tính toán, thiết kế sản phẩm và các hệ thống trong khuôn mẫu
3.4.1 Cơ sở tính toán, thiết kế sản phẩm a) Góc thoát khuôn:
Góc thoát đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình làm khuôn:
• Xác định hướng mở khuôn (mặt phân khuôn)
• Giảm thiểu các vấn đề về ngoại quan khi ép mẫu (xước bề mặt khi lói)
• Khuôn không thể lói nếu không có góc thoát (khuôn có lòng khuôn sâu)
• Ma sát gây trầy xước bề mặt ảnh hưởng đến ngoại quan sản phẩm
Hình 3.6: Góc thoát khuôn trên sản phẩm [4] b) Chiều dày sản phẩm:
Giảm thời gian chu kỳ ép phun và chế tạo khuôn bằng cách thiết kế sản phẩm với hình dáng hình học hợp lý, đồng nhất về độ dày và các đoạn chuyển tiếp Điều này không chỉ tăng thời gian điền đầy mà còn rút ngắn thời gian chu kỳ ép phun và chế tạo khuôn, đồng thời giúp tránh các lỗi cho sản phẩm ép.
- Giảm giá thành cho khuôn và sản phẩm
- Tiết kiệm vật liệu đồng thời vẫn giữ được hiệu quả sử dụng của sản phẩm
Chiều dày của vật liệu có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình điền đầy khuôn và có thể gây ra nhiều lỗi như cong vênh, lỗ khí, vết lõm, đường hàn và co rút nhựa trong quá trình sản xuất.
Hình 3.7: Các khuyết tật do bề dày gây nên [4]
Nếu tiết diện quá dày sẽ xảy ra túi khí, bọng rỗng, vết lõm Ảnh hưởng đến ngoại quan với nhựa đòi hỏi tính trong suốt
Hình 3.8: Sản phẩm bị lỗ (bọng) khí khi thành sản phẩm quá dày [4]
Chiều dày tương đối đồng đều trên từng sản phẩm giúp cân bằng dòng chảy và rút ngắn thời gian chu kỳ, từ đó tối ưu hóa quá trình điền đầy và phát sinh kết cấu.
Co rút không đồng đều trên sản phẩm sẽ gây ra cong vênh (Thường gặp trên sản phẩm lớn và dày)
Hình 3.9: Sản phẩm bị cong vênh [4]
Tại những vị trí chuyển dòng sẽ gây cản trở dòng chảy cần phải có thiết kế phù hợp
Hình 3.10: Tạo vùng chuyển tiếp giữa hai vùng có bề dày khác nhau [4]
Thiết kế này là để giảm tập trung ứng suất và tránh cản trở dòng chảy c) Góc bo: Ưu điểm trong thiết kế góc bo:
• Sản phẩm giảm được sự tập trung ứng suất
• Làm nguội sản phẩm đồng đều hơn
• Giảm khả năng biến dạng của sản phẩm (bị cong vênh)
• Nhựa điền đầy lòng khuôn tốt hơn do dòng chảy ít bị cản trở hơn
Thiết kế góc bo không tối ưu có thể gây ra tình trạng nguội không đều giữa phần nhựa bên trong và bề mặt bên ngoài sản phẩm, dẫn đến co rút không đồng đều và làm sản phẩm dễ bị cong vênh Hơn nữa, việc này cũng làm gia tăng ứng suất tập trung, ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của sản phẩm.
Hình 3.11: Thiết kế góc bo không hợp lý [4]
Các khuyết tật thường gặp phải:
Hình 3.12: Các khuyết tật thường gặp [4] d) Thiết kế gân: Ưu điểm:
• Độ bền vững của sản phẩm sẽ tăng
• Sản phẩm cũng sẽ được tăng khả năng chống uốn
• Giảm trọng lượng nhựa nhưng vẫn đảm bảo tính bền
• Trong một vài trường hợp gân có tác dụng hỗ trợ dẫn dòng (mở thêm đường dẫn đến vị trí khó điền đầy)
• Gây vết lõm ở mặt đối diện
• Khó khăn trong việc gia công (phát sinh công nghệ bắn điện, tăng thời gian gia công khi lắp ghép)
Cản trở dòng chảy trong quá trình bơm nhựa có thể dẫn đến những vấn đề như không điền đầy, bí hơi và ố vàng Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điền đầy, đặc biệt là ở các khu vực đỉnh gân nhỏ.
Hình 3.13: Vết lõm bề mặt đối diện gân [4]
3.4.2 Ý nghĩa việc kiểm tra sản phẩm Ý nghĩa của việc kiểm tra bề dày sản phẩm:
Trong chế tạo khuôn ép nhựa, việc đảm bảo độ dày đồng đều của sản phẩm là rất quan trọng Điều này giúp duy trì dòng chảy nhựa ổn định, ngăn ngừa hiện tượng cong vênh do co ngót vật liệu, và đảm bảo sản phẩm được làm nguội một cách đồng đều.
Bề dày sản phẩm thay đổi theo từng loại sản phẩm và vật liệu ép, với vật liệu nhựa ABS, bề dày phù hợp là từ 1,1-3,5mm Việc kiểm tra góc thoát khuôn rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
+ Mặt trong và mặt ngoài của sản phẩm phải có độ côn về phía mở khuôn để dễ dàng lấy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn
Khi không thiết kế góc thoát khuôn đúng cách, ma sát giữa sản phẩm và khuôn sẽ tăng cao, dẫn đến tình trạng sản phẩm bị kẹt trong khuôn Nếu sản phẩm được đẩy ra, bề mặt sẽ bị hư hại do lực chốt đẩy quá mạnh Do đó, việc hiểu rõ hệ số co rút là rất quan trọng để đảm bảo quy trình sản xuất hiệu quả và tránh lỗi trên bề mặt sản phẩm.
+ Giúp sản phẩm cho ra đúng kích thước, hình dáng thiết kế ban đầu
Khi sản xuất sản phẩm nhựa, việc ép nhựa ở nhiệt độ nóng chảy và làm nguội bằng hệ thống làm nguội là rất quan trọng Để bù đắp cho sự co rút của vật liệu trong quá trình làm nguội, cần nhập hệ số co rút của sản phẩm Điều này giúp đảm bảo chất lượng và kích thước chính xác của sản phẩm nhựa sau khi hoàn thiện.
Hệ số co rút ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm; sản phẩm dày có độ co rút cao, dễ dẫn đến khuyết tật như sai lệch kích thước và cong vênh Đây chính là nguyên nhân chủ yếu gây ra tình trạng cong vênh sau khi ép.
3.4.3 Hệ thống làm mát a) Mục đích [4]
Thời gian làm nguội chiếm đến 60% chu kỳ khuôn, vì vậy việc giảm thời gian này mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là rất quan trọng.
- Giữ khuôn ở nhiệt độ ổn định để vật liệu nhựa được làm nguội đều
- Tản nhiệt nhanh, tránh tình trạng giải nhiệt không kịp gây biến dạng sản phẩm sinh ra phế phẩm gây lãng phí
- Tăng năng suất, giảm thời gian chu kỳ b) Thiết kế kênh làm nguội
- Kênh làm nguội cần được đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt, nhưng phải chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn
Để đảm bảo quá trình gia công hiệu quả, đường kính kênh làm nguội nên lớn hơn 8mm (chẳng hạn như 8 hoặc 10mm) và cần được giữ nguyên Việc thay đổi đường kính kênh làm nguội sẽ ảnh hưởng đến tốc độ chảy của chất lỏng làm nguội, dẫn đến sự không đồng nhất trong quá trình gia công.
- Nên chia hệ thống làm nguội thành nhiều vùng làm nguội để tránh gây chênh lệch nhiệt độ lớn do các kênh làm nguội quá dài
- Việc làm nguội phần dày của sản phẩm cần đặc biệt để ý đến
- Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng vô cùng quan trọng
- Lưu ý đến trường hợp cong vênh khi bề dày sản phẩm khác nhau do sự co rút khác nhau
Hình 3.14: Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế [4]
❖ Làm mát có vách ngăn: [11]
Vách ngăn là giải pháp hiệu quả cho những khu vực trong khuôn không thể làm mát bằng các kênh làm mát thông thường Chúng giúp hướng dòng nước làm mát đến những khu vực cần thiết, đảm bảo quá trình làm mát diễn ra đồng đều và hiệu quả hơn.
Vách ngăn là thành phần quan trọng trong hệ thống làm mát, bao gồm một tấm kim loại được lắp đặt trong các rãnh làm mát Chức năng của vách ngăn là hướng dẫn chất làm mát chảy vào một bên và thoát ra ở bên kia, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm mát.
3.4.4 Hệ thống thoát khí a) Rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn
Để thuận tiện cho việc gia công và vệ sinh, rãnh thoát khí được thiết kế ở mặt phân khuôn là lựa chọn hàng đầu Những rãnh này hoạt động như cầu nối giữa lòng khuôn và môi trường bên ngoài, giúp khí thoát ra hiệu quả khỏi lòng khuôn.
- Cấu tạo của rãnh thoát khí được chia làm hai phần chính: rãnh dẫn và rãnh thoát Được thể hiện ở hình dưới
Hình 3.16: Kích thước hệ thống thoát khí trên mặt phân khuôn
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM VÀ KHUÔN MẪU
Yêu cầu của đề tài / Thông số thiết kế
4.1.1 Yêu cầu của đề tài
Yêu cầu từ phía doanh nghiệp:
+ Khối lượng của sản phẩm: 1,5g
- Sản phẩm phải đảm bảo khả năng lắp ghép với đầu USB
- Đạt được các yêu cầu về độ bền, chống va đập tốt
+ Đảm bảo không bị cong vênh, uốn, bavia
+ Không có rỗ khí, rỗ bên trong, đảm bảo độ bóng bề mặt
+ Không bị cháy bề mặt, lõm bề mặt, nứt, đảm bảo điền đầy
Loại nhựa khi ép sản phẩm: Nhựa ABS (Acrylonitrin Butadien Styren)
Nhựa ABS, có công thức hóa học (C8H8ãC4H6ãC3H3N)n, là loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng tiêu dùng, đồ gia dụng và máy móc kỹ thuật Với độ bền va đập và độ dẻo dai cao, nhựa ABS trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Hình 4.1: Cấu trúc hóa học của nhựa ABS [12] Đặc tính của nhựa ABS
+ Cách điện tốt: ABS là chất cách điện rất tốt và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử
ABS có độ cứng cao nhờ vào sự cân bằng tốt giữa độ bền kéo và độ bền uốn, vượt trội hơn so với nhiều loại nhựa khác Chính vì vậy, ABS thường được ứng dụng trong các thiết bị bảo vệ.
+ Không độc hại: Sản phẩm ABS thường không có mùi nhựa và không gây loang màu nên có thể dùng làm đồ chơi trẻ em
+ Chịu nhiệt tốt: Nhựa ABS có khả năng chịu nhiệt ở mức tương đối tốt
Bảng 4.1: Thông số cơ bản của nhựa ABS
Cụng thức húa học (C8H8ãC4H6ãC3H3N)n Độ bền uốn 69 MPa
Giới hạn bền kéo 46 MPa
Kích thước tiêu chuẩn của đầu kết nối USB Type A 2.x theo quy định của IEC là 12mm x 4,5mm, đảm bảo tính tương thích với các sản phẩm sử dụng.
4.2 Phương hướng và giải pháp thực hiện
4.2.1 Phương án thiết kế sản phẩm a) Phương án 1:
Hình 4.2: Phương án 1 (Mặt trước)
Hình 4.3: Phương án 1 (Mặt sau)
+ Hình dáng: Khối trụ elip
+ Đặc điểm: Có phần chóp hình gấu dễ thương, kiểu dáng này đa phần các bạn nữ hay lựa chọn vì phù hợp với cá tính của các bạn
Gấu là loài động vật quen thuộc, ít được nhắc đến trong truyện cổ tích Việt Nam nhưng lại được trẻ em biết đến qua tranh truyện và phim hoạt hình nước ngoài Chúng thường được miêu tả là dễ thương và tốt bụng, mặc dù có phần ngốc nghếch, điều này khiến các bạn nữ và trẻ nhỏ yêu thích các sản phẩm thiết kế dễ thương theo phong cách hoạt hình.
• Kiểu dáng có tính thẩm mỹ cao, mang lại sự thích thú và ưa dùng cho người sử dụng
• Khó thao tác khi sử dụng
Kích thước bề dày của sản phẩm nhựa cần được thiết kế hợp lý để tránh khuyết tật trong quá trình sản xuất Bề dày không phù hợp có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng khi ép sản phẩm, ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của sản phẩm nhựa.
Hình 4.4: Phương án 2 (Mặt trước)
Hình 4.5: Phương án 2 (Mặt sau)
+ Hình dáng: Khối trụ elip
Chóp hình con ếch cá tính là đặc điểm nổi bật của sản phẩm, thu hút sự chú ý của giới trẻ năng động Thiết kế dễ thương này không chỉ phù hợp với nhiều lứa tuổi mà còn thích hợp cho cả nam và nữ.
Ếch là loài động vật phổ biến và dễ gặp ở Việt Nam, gần gũi với cuộc sống hàng ngày của người dân Chúng xuất hiện nhiều trong các câu chuyện dân gian và văn hóa địa phương, thể hiện sự gắn bó với môi trường sống.
26 truyện ngụ ngôn, lời ca tiếng hát của người Việt Nam Vì vậy mà kiểu dáng phù hợp với thị hiếu mọi người Ưu điểm:
• Kiểu dáng có tính thẩm mỹ cao, mang lại sự thích thú và ưa dùng cho người sử dụng
• Khó thao tác khi sử dụng
Kích thước bề dày của sản phẩm nhựa cần được điều chỉnh để đảm bảo tính hợp lý trong thiết kế Bề dày không phù hợp có thể dẫn đến các khuyết tật trong quá trình ép sản phẩm, ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của sản phẩm nhựa.
Hình 4.6: Phương án 3 (Mặt trước)
Hình 4.7: Phương án 3 (Mặt sau)
+ Đặc điểm: Có phần đáy được thiết kế theo hình dáng con rùa, mai rùa dựa theo hình dáng dạng hộp của phần lắp ghép với đầu USB
Rùa là biểu tượng quan trọng trong văn hóa Á Đông, đại diện cho sự trường tồn và vĩnh cửu Tại Việt Nam, rùa gắn liền với nhiều truyền thuyết và lịch sử, như sự tích Hồ Gươm và Mỵ Châu – Trọng Thủy, cũng như các công trình kiến trúc như Văn miếu Quốc tử giám Những câu chuyện này không chỉ thể hiện sức mạnh mà còn tôn vinh tri thức, khẳng định vị trí của loài rùa trong tâm thức người Việt.
• Kiểu dáng đơn giản, bắt mắt với người sử dụng
• Tận dụng được sự tương đồng với hình dáng của sản phẩm trong thiết kế sản phẩm nhựa
• Kiểu dáng không quá nổi bật
• Có nhiều cạnh nhỏ có thể gây khó khăn khi tháo lắp d) Phương án 4:
Hình 4.8: Phương án 4 (Mặt trước)
Hình 4.9: Phương án 4 (Mặt sau)
Hình hộp với thiết kế mô phỏng loài khủng long gai cổ đại, bao gồm các chi, đầu và đuôi, mang đến sự phá cách độc đáo Thiết kế này không chỉ thu hút sự chú ý mà còn thể hiện tính sáng tạo vượt trội.
• Kiểu dáng sản phẩm sinh động, bắt mắt
• Tận dụng được sự tương đồng với hình dáng của sản phẩm trong thiết kế sản phẩm nhựa
• Thiết kế có nhiều cạnh nhỏ có thể gây đau tay, khó khăn cho việc tháo lắp
• Sản phẩm có undercut nên yêu cầu khuôn có kết cấu phức tạp hơn e) Phương án 5:
Hình 4.10: Phương án 5 (Mặt trước)
Hình 4.11: Phương án 5 (Mặt sau)
+ Hình dáng: Hình dáng dạng hộp
+ Đặc điểm: Hình hộp, bốn mặt xung quanh được bo lõm vào phía trong thuận tiện cho việc cầm nắm Ưu điểm:
Sản phẩm áp dụng nhân trắc học trong thiết kế, giúp tạo ra kiểu dáng dễ dàng thao tác và sử dụng, phù hợp với thói quen của người tiêu dùng.
• Kiểu dáng sản phẩm chưa đẹp
• Để lấy sản phẩm yêu cầu khuôn cần có hệ thống trượt (slides) hoặc dùng phương pháp đẩy cưỡng bức Kết cấu khuôn phức tạp
4.2.2 Phương án thiết kế khuôn Đối với việc thiết kế khuôn với sản phẩm như trên, nhóm có 2 phương án như sau: Khuôn
Bảng 4.2: So sánh khuôn hai tấm và khuôn ba tấm
Khuôn 2 tấm Khuôn 3 tấm Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản, dễ thiết kế
Gia công với chi phí thấp
Chu kỳ ép thực hiện nhanh hơn
Dễ lắp ráp và bảo dưỡng
Dễ lấy đuôi keo và sản phẩm ra ngoài Ưu điểm:
Tính tự động hóa cao
Khi mở khuôn phần sản phẩm và kênh dẫn tự động tách rời nhau
Không có tính tự động cao
Giá thành gia công tương đối cao
Quá trình lắp ráp và bảo dưỡng sản phẩm rất phức tạp Mặc dù có tính năng tự động cắt kênh dẫn, nhưng vẫn cần sự hỗ trợ của cánh tay robot để loại bỏ kênh dẫn ra ngoài Hơn nữa, áp lực phun giảm do khoảng cách giữa vòi phun của máy và cổng phun quá dài.
Lựa chọn giải pháp / Phương án
4.3.1 Phương án thiết kế sản phẩm
Qua phân tích ưu nhược điểm giữa các phương án, nhóm sử dụng phương án 3 vì
+ Kiểu dáng đơn giản nhưng vẫn bắt mắt với người sử dụng
+ Tận dụng được sự tương đồng với hình dáng của sản phẩm trong thiết kế sản phẩm nhựa
Sau khi lựa chọn phương án 3, phương án đã được công ty thông qua để nhóm có thể tiếp tục thực hiện các công đoạn tiếp theo
4.3.2 Phương án thiết kế khuôn
Sau khi phân tích ưu nhược điểm của khuôn 2 tấm và khuôn 3 tấm, nhóm quyết định chọn khuôn 3 tấm mặc dù vẫn có một số nhược điểm Quyết định này được đưa ra vì Công ty hỗ trợ phần vỏ cho khuôn 3 tấm, giúp nhóm tiết kiệm chi phí cho đồ án tốt nghiệp.
Trình tự công việc tiến hành
+ Lên ý tưởng thiết kế mẫu
+ Lập phương án gia công
+ Đánh giá, kết luận và đề xuất hướng phát triển
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM, BỘ KHUÔN NẮP BẢO VỆ ĐẦU USB
Thiết kế và kiểm tra sản phẩm
Nhựa nói chung có đặc tính chung là dẻo, vì vậy khi lắp khá dễ so với kim loại
Nhựa ABS nổi bật với tính rắn chắc và cứng cáp, không bị giòn, đồng thời có khả năng cách điện ổn định và không thấm nước Chất liệu này cũng trơ với hóa chất và không bị biến dạng dưới nhiệt độ cao Với độ cứng đặc trưng, nhựa ABS có thể được xem như kim loại trong các ứng dụng lắp ghép.
Sản phẩm đầu bảo vệ USB-type A cần được lắp đặt chắc chắn với đầu USB, không để lại khe hở nào nhằm ngăn chặn nước và không khí ẩm xâm nhập trong quá trình sử dụng Để đáp ứng yêu cầu này, dung sai cho mối lắp phải được chọn lựa với độ dôi hợp lý.
Bảng 7-2_Trang 11 [5] đề cập một số kiểu lắp ghép thường dùng
Bảng 5.1: Một số kiểu lắp chặt thường dùng [5]
Chế tạo tinh Cách lắp ráp Đặc tính
H6/j5 H7/j6 Lắp bằng vỗ, gõ nhẹ
Có thể tháo lắp được không bị hỏng, không truyền lực được, lắp ghép với độ chính xác cao
H6/m5 H7/m6 Lắp bằng lực ép Có thể tháo lắp được không bị hỏng, truyền được lực nhỏ, lắp ghép với độ chính xác cao
Lắp ghép bằng lực ép lớn hay giãn nở
Không thể tháo được nếu không phá hỏng chi tiết, có thể truyền lực lớn (vành bánh, dui đồng…)
Với thiết kế lắp chặt, sản phẩm đảm bảo bảo vệ đầu USB với độ chính xác tối ưu Chúng tôi đã lựa chọn phương pháp lắp ghép trung gian để đạt được xác suất xuất hiện độ dôi trung bình.
+ Dung sai đối với USB type A là: 12ℎ7 và 4,5ℎ7
+ Dung sai ban đầu được đề xuất cho sản phẩm là 12𝑀8 và 4,5𝑀8
+ Tính xác suất xuất hiện độ dôi của mối lắp:
33 Đối với mối lắp 12M8/h7 ta có:
ES = 0,002àm; EI = -0,025àm; es = 0àm; ei = -0,018àm
Sai lệch trung bình của đại lượng độ hở và độ dôi Công thức: [3]
2 ≈ 5,4 àm (5.1) Miền phân bố độ hở và độ dôi của lắp ghép là:
Trung tâm phân bố độ hở và độ dôi được xác định bởi kích thước lỗ và kích thước trục có xác suất lắp ghép cao nhất Giá trị này tương ứng với kích thước lỗ trung bình Dtb và kích thước trục trung bình dtb, với W = 6 và = 6.5,4 = 32,4 àm (5.2).
Dtb = 11,9885mm và dtb = 11,991mm
Giá trị độ dôi của lắp ghép tương ứng với kích thước trung bình Dtb và dtb: [3]
N = dtb – Dtb = 11,991 – 11,9885= 0,0025 = 2,5 àm (5.3) Đường cong phân bố độ dôi và độ hở của lắp ghép 12M8/h7có dạng:
Hình 5.1: Đường cong phân bố độ dôi và độ hở của lắp ghép
Trục x – trục phân bố độ hở và độ dôi
Trục x’ – trục giá trị độ hở hoặc độ dôi với qui ước:
Dấu +: cho giá trị độ hở
Dấu –: cho giá trị độ dôi
Xác suất xuất hiện độ dôi của lắp ghép chính là diện tích của vùng gạch chéo trên đồ thị và được tính theo công thức (Trang 39, [3])
5,4 = −3 Tương tự với x2 = 2,5 Suy ra z2 = 0,46
Giới hạn độ hở và độ dôi ứng với miền phân bố là:
Kết luận: Vậy xác suất xuất hiện độ dôi của lắp ghép là 68% Lắp ghép thỏa yêu cầu mà nhóm đặt ra
5.1.2 Thiết kế sản phẩm trên phần mềm creo 8.0
Bảng 5.2: Các bước thiết kế sản phẩm nắp bảo vệ đầu cắm USB
Bước Nội dung Hình ảnh
Tạo sketch cho thân bảo vệ đầu cắm USB trên mặt phẳng
RIGHT, kích thước đầu bảo vệ
USB theo bản vẽ kỹ thuật
Dùng lệnh Extrude để tạo khối cho thân sản phẩm theo kích thước của bản vẽ kỹ thuật
3 Điều chỉnh khối và Round sao cho đúng biên dạng và kích thước của bản vẽ kỹ thuật
Tạo bề dày cho thành sản phẩm
Sử dụng lệnh Shell, để tạo lỗ cắm USB theo kích thước của bản vẽ kỹ thuật
Tạo sketch cho đế bảo vệ đầu cắm USB, kích thước của đế bảo vệ USB theo bản vẽ kỹ thuật
Dùng lệnh Extrude để tạo khối cho đế sản phẩm theo kích thước của bản vẽ kỹ thuật
Sử dụng lệnh Round để làm tròn các cạnh của đế, đảm bảo đúng hình dạng và kích thước theo bản vẽ kỹ thuật, từ đó tạo ra sự hài hòa giữa tính thẩm mỹ và kỹ thuật trong thiết kế.
Sử dụng lệnh Sweep và lệnh
Round để tạo rãnh phân chia theo kích thước của bản vẽ kỹ thuật Mục đích tạo ra sự tương quan về kiểu dáng của sản phẩm
Tạo hình lục giác cho phần trên của sản phẩm đầu bảo vệ đầu cắm USB theo kích thước trong bản vẽ kỹ thuật nhằm tạo sự tương quan về kiểu dáng sản phẩm.
Dùng lệnh Extrude để cắt khối cho sản phẩm theo kích thước của bản vẽ kỹ thuật
Sử dụng lệnh Round để làm tròn các cạnh của lưng sản phẩm, đảm bảo chính xác theo biên dạng và kích thước trong bản vẽ kỹ thuật Điều này giúp tạo ra sự hài hòa giữa tính thẩm mỹ và kỹ thuật trong thiết kế sản phẩm.
Tạo Sketch cho biên dạng gân của sản phẩm theo bản vẽ kỹ thuật Mục đích là vị trí lắp ráp của sản phẩm khi sử dụng
Dùng lệnh Extrude để dựng gân của sản phẩm theo kích thước bản vẽ kỹ thuật
Dùng lệnh Mirror dựng 6 gân với vị trí theo bản vẽ kỹ thuật
Tạo một bản phác thảo với biên dạng ngoài của hình lục giác trên bề mặt sản phẩm nhằm mục đích mang lại sự hài hòa về mặt thẩm mỹ cho sản phẩm.
Dùng lệnh Extrude để dựng biên dạng của mặt đáy sản phẩm theo bản vẽ kỹ thuật
Dùng lệnh Round để bo cung các cạnh bên trong bề mặt sản phẩm để đạt được yêu cầu về thẩm mỹ và kỹ thuật
5.1.3 Tính toán thiết kế sản phẩm a) Tính toán góc thoát khuôn: tan(𝐵) = 𝐴
A: Chiều rộng phần vác B: Góc vác
C: Chiều cao sản phẩm (hoặc vị trí cần vác)
Tính toán góc thoát khuôn:
Chiều cao sản phẩm là 15,5mm,
Chiều rộng góc vác là 0,8mm tan(𝐵) = 0.8
Hình 5.2: Góc thoát trên sản phẩm thiết kế b) Tính toán bề dày sản phẩm:
Chọn bề dày sản phẩm là 1.5mm, phù hợp với các đặc tính kỹ thuật và các điều kiện bền của sản phẩm
Hình 5.3: Bề dày sản phẩm c) Tính toán góc bo:
Bán kính bo trong nên đạt từ 0,25 đến 0,6 lần độ dày của sản phẩm, tối ưu nhất là 0,5 lần Bán kính ngoài được xác định bằng cách cộng bán kính trong với độ dày của sản phẩm, công thức tính là R = r + T.
Hình 5.4: Kích thước nên dùng để thiết kế góc bo [4]
Góc bo của sản phẩm r = 0,75mm
Bề dày sản phẩm t = 1,5mm Đường kính ngoài của góc bo: R = r + t = 0,75 + 1,5 = 2,25mm (5.5)
Hình 5.5: Thiết kế góc bo sản phẩm d) Tính toán thiết kế gân:
Gân tăng cứng cho các tấm phẳng chịu uốn: t = (0.5-0.8)T h ≤ 3T r = (0.25-0.5)T Φ = (0.5-1)°
Tính toán thiết kế gân cho sản phẩm:
Chọn độ nghiêng của gân là: ∅ = 1°
Bề dày của gân tăng cứng 0,8 lần bề dày sản phẩm là: t = 0,8.1,5 = 1,2mm
Bán kính bo tại các chân gân: r = (0,25-0,5)T = (0,25-0,5).1,5 = (0,375-0,75)mm
Hình 5.6: Thiết kế gân cho sản phẩm
Việc thiết kế gân trên sản phẩm nhằm giúp cho sản phẩm trở nên cứng vững hơn và còn dùng để lắp ghép sản phẩm
5.1.4 Tính khối lượng và thể tích của sản phẩm, các bước tính khối lượng và thể tích trên phần mềm Creo 8.0
=> Nhấp vào để khai báo vật liệu ABS
=> Nhấp vào để xem thông số Volume (thể tích), Mass (khối lượng)
Hình 5.7: Tính chất sản phẩm
Thể tích của sản phẩm: 1,43.10 3 𝑚𝑚 3
Tổng diện tích bề mặt sản phẩm: 1,99.10 3 𝑚𝑚 2
Trọng lượng riêng của sản phẩm: 1,04.10 −6 𝐾𝑔 𝑚𝑚⁄ 3
Khối lượng của sản phẩm: 1,488.10 −3 𝐾𝑔
5.1.5 Kiểm tra và phân tích sản phẩm
Sử dụng tiếp tục công cụ Moldflow Adviser 2019 để kiểm tra bề dày và góc thoát cho sản phẩm
=> Vào Home chọn
=> Chọn : Để tiến hành phân tích sản phẩm
Hình 5.8: Phân tích sản phẩm a) Kiểm tra bề dày sản phẩm
Tại Results => Chọn
=> Tích vào (để xem kết quả)
Hình 5.9: Kiểm tra bề dày sản phẩm - mặt trên
Hình 5.10: Kiểm tra bề dày sản phẩm - mặt dưới
+ Sản phẩm có bề dày lớn nhất tại các gân của sản phẩm là 2,414mm
+ Sản phẩm có bề dày nhỏ nhất tại các biên thành của sản phẩm là 1,005mm
Sản phẩm được thiết kế với bề dày đồng đều khoảng 1,5mm, giúp giảm thiểu các khuyết tật như cong vênh và đường hàn Đồng thời, việc kiểm tra góc thoát khuôn cũng là một bước quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Tại Results => Chọn => Tích vào (để xem kết quả)
Hình 5.11: Kiểm tra góc thoát - mặt trên
Hình 5.12: Kiểm tra góc thoát - mặt dưới
Góc thoát nhỏ nhất của sản phẩm nằm ở vị trí các đỉnh trên của gân, nơi không có rãnh thoát do bề mặt dùng để lắp ghép Chiều dài góc thoát bên trên bề mặt gân tương đối ngắn, vì vậy sản phẩm được đẩy ra ngoài một cách cưỡng bức.
+ Phần lớn bề mặt sản phẩm đều có bố trí góc thoát khuôn giúp sản phẩm được lấy ra ngoài dễ dàng khi mở lòng khuôn c) Kiểm tra Undercut
Ngoài ra, nhờ vào công cụ trên giúp kiểm tra sản phẩm có Undercut hay không, giúp cho việc thiết kế khuôn trở nên dễ dàng hơn
Hình 5.13: Kiểm tra Undercut cho sản phẩm d) Hệ số co rút của sản phẩm
Nhập hệ số co rút cho sản phẩm:
Hệ số co rút của từng loại nhựa khác nhau sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước sản phẩm sau khi đông đặc Do đó, trước khi thiết kế lòng khuôn, cần nhập hệ số co rút vào môi trường thiết kế sản phẩm để đảm bảo tính chính xác.
Hình 5.14: Nhập hệ số co rút cho sản phẩm
Vì chọn vật liệu nhựa là ABS nên chọn hệ số co rút theo tỷ lệ là: 0.005 (Trang 253, [4])
Thiết kế lòng khuôn
5.2.1 Bố trí sản phẩm và chọn phôi cho lòng khuôn
Số lòng khuôn được sử dụng là bốn, nên ta thiết kế và phân bố vị trí hướng sản phẩm theo các tọa độ như hình
Hình 5.15: Bố trí số lòng khuôn
Tạo phôi với kích thước: 90x120x112 (đơn vị: mm) để thiết kế lòng khuôn tối ưu nhất
Hình 5.16: Thiết kế phôi cho lòng khuôn
5.2.2 Tạo mặt phân khuôn cho lòng khuôn Để tạo mặt phân khuôn cho sản phẩm ta cần vận dụng các lệnh trong môi trường Mold ví dụ như: Extend Cure, Parting Surface, Boundary Blend, Remove, Fill, Merge…
Hình 5.17: Tạo mặt phân khuôn cho lòng khuôn
Mục đích của việc tạo mặt phân khuôn:
+ Để chia lòng khuôn thành nhiều bộ phận lắp ghép lại với nhau
Mỗi bộ phận tách ra từ mặt phân khuôn có khả năng thực hiện các nhiệm vụ riêng biệt, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất Việc tạo ra mặt phân khuôn tối ưu không chỉ làm cho sản phẩm trở nên đẹp hơn mà còn giúp việc lấy sản phẩm và kênh dẫn ra ngoài trong quá trình ép nhựa trở nên dễ dàng hơn.
5.2.3 Tính toán thiết kế kênh dẫn nhựa a) Tính toán cuống phun:
Hình 5.18: Kích thước cuống phun cho thiết kế [4]
Tính toán d S d N = 2 mm: Lấy ở máy ép
Tính góc côn cho cuống phun a ≥ 1−4° (Trang 17, [4])
Hình 5.19: Thiết kế cuống phun b) Tính toán kênh dẫn nhựa
Chọn tiết diện kênh dẫn là hình thang hiệu chỉnh:
Hình 5.20: Tiết diện hình thang hiệu chỉnh [4]
Tính toán theo tiết diện hình thang hiệu chỉnh:
T max = 1,5mm: Bề dày lớn nhất của thành chi tiết
Hình 5.21: Tiết diện kênh dẫn nhựa c) Tính toán đuôi nguội chậm:
Tính toán đuôi nguội chậm cho kênh dẫn
=> Đuôi nguội chậm là lấy theo D là 3,8 và kích thước lấy từ tâm là 3,8 + 2,5 = 6,3 mm
Hình 5.23: Tính toán đuôi nguội chậm
50 d) Tính toán miệng phun điểm chốt:
Hình 5.24: Kích thước cho thiết kế miệng phun điểm [4] s = 1,5mm : Bề dày sản phẩm Đường kính miệng phun: d = 0,6s = 0,6.1,5 = 0.9mm (5.10) Chọn đường kính của miệng phun 1mm
Chiều dài miệng phun: 0,8.d = 0,8 1 = 0.8mm (5.11)
Chọn chiều dài miệng phun là 0,75mm
Hình 5.25: Thiết kế miệng phun điểm chốt
Tại đây ta có thể thiết kế độ lệch mí trên các tấm khuôn là 0.2mm e) Thiết kế lỗ giật đuôi keo
Hình 5.26: Các kiểu lỗ chốt kéo kênh dẫn [4]
Chọn thiết kế chốt giật đuôi keo theo kiểu hình thứ 3
Hình 5.27: Vị trí chốt giật đuôi keo trong lòng khuôn
Hình 5.28: Vị trí chốt kéo trên khuôn
Kết luận: Hệ thống kênh dẫn nhựa sau khi thiết kế
Hình 5.29: Kênh dẫn nhựa cho sản phẩm
5.2.4 Tách lòng khuôn thành các chi tiết lắp ráp
Hình 5.30: Tách lòng khuôn bằng mặt phân khuôn
Hình 5.31: Lòng khuôn sau khi tách
Quá trình phân tích dòng chảy trên phần mềm Moldex
Bước 1: Khởi động Moldex3D Studio 2022 và tạo file mô phỏng dòng chảy nhựa
Bước 2: Đưa “Sản phẩm, kênh dẫn và đường nước” ra phần mềm để tiến hành mô phỏng dòng chảy
Vào Home => Import Geometry : Để đưa sản phẩm , kênh dẫn và đường nước ra ngoài
Hình 5.32: Sản phẩm, kênh dẫn và đường nước
Bước 3: Khai báo sản phẩm, kênh dẫn và đường nước trong phần mềm modex3D
Vào Model => Attribute Wizard tại đây chuyển 4 sản phẩm thành Part, chuyển đường nước thành Cooling Channel, chuyển kênh dẫn thành Cold Runner
Hình 5.33: Khai báo sản phẩm kênh dẫn và đường nước
Bước 4: Khai báo “điểm phun” cho sản phẩm
Vào Model => Melt Entrance: Chọn điểm phun tự động
Hình 5.34: Cổng phun nhựa trong moldex3D
Bước 5: Tạo Bộ khuôn cơ bản (Moldbase) cho sản phẩm:
Bước 6: Khai báo đầu ra - đầu vào cho đường ống hệ thống làm nguội
1: Khai báo đầu ra và đầu vào cho hệ thống làm nguội
2: Kiểm tra lỗi đường nước tự động:
Hình 5.36: Hệ thống làm mát sản phẩm
Bước 7: Chia lưới cho sản phẩm
Chọn loại lưới: Loại Solid
Vào Mesh => Seeding (Tại đây chọn Mesh size: 1.3 để cho lưới có độ chính xác cao hơn)
Hình 5.37: Thành phần cần chia lưới
- Nhấp Generate để chạy phân tích quá trình chia lưới
Hình 5.38: Chạy phân tích chia lưới
Hình 5.39: Kết quả sau khi chia lưới
Bước 9: Chọn loại vật liệu cho sản phẩm
Vào Home => Material: Chọn vật liệu cho sản phẩm là nhựa ABS
Hình 5.40: Chọn vật liệu cho sản phẩm là nhựa ABS
- Tiến hành điều chỉnh thông số máy ép
- Thiết lập thông máy ép
Hình 5.41: Thông số máy ép
Thiết lập áp suất nén: Packing pressure profile
Thời gian giữ áp là: 3.15s (ta có thể tăng hoặc giảm thời gian giữ áp để tạo ra được sản phẩm tốt nhất)
Hình 5.42: Thông số giữ áp, nhiệt độ của nhựa và khuôn
Bảng thông số tổng quan Summary, chọn Save để lưu Project
Hình 5.43: Bảng thông số tổng quan Summary
Bước 10: Vào Home => Chọn Analysis để chọn loại mô phỏng cần chạy: Filling-F,
Hình 5.44: Các quá trình chạy phân tích
Bước 11: Chọn Run để chạy phân tích mô phỏng.
Kết quả phân tích dòng chảy
5.4.1 Quá trình điền đầy a) Thời gian điền đầy (Melt Front Time)
Thời gian sẽ được ghi nhận trực tiếp trên đầu dòng chảy, cho phép Moldex theo dõi sự di chuyển của dòng chảy Kết quả này giúp xác định vị trí nào sẽ được lấp đầy nhanh chóng hay chậm chạp, cũng như những vị trí không thể được lấp đầy và tình trạng cân bằng của dòng chảy.
Hình 5.45: Biểu đồ thời gian điền đầy
Hình 5.46: Dòng nhựa trước khi vào lòng khuôn
+ Thời gian điền đầy tại các vị trí cách xa nhất của sản phẩm là 0.461s
+ Vì thiết kế kênh dẫn hợp lý, nên quá trình phun nhựa vào cả 4 sản phẩm là tương đối đồng đều nhau
Tại các vị trí cổng phun nhựa, tốc độ phun thường chậm do thiết kế cổng phun ở điểm đầu, giúp quá trình điền đầy sản phẩm hoàn tất hiệu quả Đánh giá và khắc phục là cần thiết để cải thiện quy trình này.
Để tăng khả năng điền đầy cho sản phẩm, chúng ta có thể điều chỉnh kích thước hệ thống kênh dẫn hoặc mở rộng cổng phun của bốn sản phẩm, giúp bơm nhựa vào nhanh hơn và nhiều hơn Đồng thời, cần chú ý đến việc xử lý bẫy khí (Air Trap) để đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt nhất.
Các vị trí cuối dòng chảy nhựa hoặc nơi có khí thoát không tốt có thể dẫn đến cháy nhựa khi nhiệt độ vượt quá 200°C Hiện tượng này tạo ra các vệt cháy trên bề mặt sản phẩm, ảnh hưởng tiêu cực đến ngoại quan của sản phẩm nhựa.
Hình 5.47: Rỗ khí trong quá trình điền đầy
Nghiên cứu cho thấy rằng tại những vị trí xa nhất của sản phẩm, thường xuất hiện nhiều bẫy khí Ở những khu vực này, dòng nhựa tích tụ khí và không cho phép khí thoát ra.
Việc thay đổi kích thước sản phẩm không gây ra sự thay đổi dòng chảy lớn tại các vị trí trên lưng sản phẩm, do đó, những rỗ khí xuất hiện tại đây không ảnh hưởng đến bề mặt sản phẩm Đánh giá và khắc phục tình trạng này là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, việc thiết kế hệ thống thoát khí tối ưu là rất quan trọng Nếu hệ thống không được tối ưu hóa, sản phẩm có thể gặp phải các khuyết tật như không được điền đầy hoặc xuất hiện vệt cháy trên bề mặt.
Để đảm bảo khí thoát ra bên ngoài hiệu quả, cần giảm tốc độ phun, nhưng trước tiên, việc bố trí và thiết kế rãnh thoát khí phù hợp là rất quan trọng Đường hàn (Weld Line) là khu vực nơi hai dòng chảy gặp nhau trong quá trình phun, được thể hiện bằng các đường màu đỏ.
Tại vị trí cuối của sản phẩm, thường xảy ra hiện tượng đường hàn yếu và xấu do nhiệt độ thấp ở cả hai đầu dòng chảy, dẫn đến tính hòa trộn kém Điều này không chỉ ảnh hưởng đến ngoại quan mà còn làm giảm chất lượng kết cấu của sản phẩm Một nguyên nhân khác gây ra đường hàn kém là khả năng thoát khí không hiệu quả, khiến không khí không thể thoát ra.
Hình 5.48: Đường hàn trong sản phẩm
Sản phẩm xuất hiện các đường hàn tại các vị trí 1, 2, 3, 4 do sự cản trở từ lỗ tại những vị trí này, dẫn đến việc tách thành hai dòng chảy nhựa Hai dòng chảy này gặp nhau tại điểm cuối cùng của sản phẩm Đánh giá cho thấy độ thẩm mỹ bề mặt không bị ảnh hưởng, vì khi phân tích, chúng ta nhận thấy hai dòng chảy nhựa gặp nhau ở nhiệt độ cao khoảng 232C đến 234.33C, lúc này nhựa vẫn ở thể lỏng và có khả năng hòa lỏng vào nhau Do đó, khả năng biến mất của đường hàn sau khi đông đặc lại là rất cao.
63 d) Phân bố dòng chảy (Gate Contribution)
Hình 5.49: Dòng chảy nhựa điền đầy đồng đều 4 lòng khuôn
Dòng chảy nhựa khi điểm đầy qua 4 lòng khuôn là rất đều nhau, tương ứng với mỗi lòng khuôn là 25% Đánh giá – khắc phục:
Việc bố trí các lòng khuôn và kênh dẫn là rất tối ưu e) Áp suất (Pressure) Áp suất trong lòng khuôn ở giai đoạn ở cuối giai đoạn điền đầy
Hình 5.50: Áp suất điền đầy sản phẩm
Hình 5.51: Áp suất rơi qua kênh dẫn
Hình 5.52: Áp suất rơi qua sản phẩm
Kết quả cho thấy áp suất điền đầy sản phẩm đạt 53.033Mpa, trong khi áp suất qua sản phẩm là 17.338Mpa và áp suất rơi qua kênh dẫn lên tới khoảng 37Mpa Đánh giá cho thấy áp suất rơi qua kênh dẫn quá lớn, do đó cần điều chỉnh kênh dẫn để quá trình điền đầy diễn ra nhanh hơn và giảm thiểu mất áp Đồ thị XY mô tả áp suất trong quá trình này.
Hình 5.53: Biểu đồ thể hiện áp suất phun
Biểu đồ trong Hình 5.54 cho thấy sự giảm áp suất trên kênh dẫn, với áp suất cực đại xuất hiện tại vị trí cổng vào nhựa Tại đây, cổng phun nhỏ yêu cầu một áp suất phun rất lớn để đẩy dòng nhựa qua Sau khi đạt áp suất cực đại, dòng nhựa sẽ chảy vào lòng khuôn và hoàn thiện quá trình điền đầy sản phẩm.
Kết quả cho thấy áp suất cực đại trong quá trình ép phun đạt 53.033 Mpa tại thời điểm t = 0.2s, tại điểm đầu của cuống phun Với áp suất này, 53.033 Mpa < 90 Mpa, cho thấy mức áp suất ổn định Để đảm bảo nhựa được điền đầy hiệu quả, cần lựa chọn máy ép phun cỡ trung phù hợp.
66 g) Lực kẹp khuôn: Đồ thị XY (Clamping Force: XY Curve)
Lực kẹp khuôn là lực cần thiết mà máy ép nhựa phải cung cấp để giữ chặt các tấm khuôn trong quá trình phun Lực này không chỉ duy trì sự liên kết giữa các tấm khuôn mà còn giữ áp lực cho đến khi sản phẩm được làm mát hoàn toàn.
Xác định lực kẹp cần thiết là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của khuôn và mức tiêu thụ năng lượng.
Tính toán, thiết kế và chọn phụ kiện cho khuôn ép nhựa
Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc khám phá kết cấu của khuôn ba tấm, từ giai đoạn thiết kế cho đến khi khuôn sản xuất sản phẩm đầu tiên Vì vậy, khuôn ba tấm được lựa chọn là loại khuôn chính cho nghiên cứu này.
Chọn chuẩn khuôn cho khuôn 3 tấm: Futaba_fg
Hình 5.68: Chuẩn khuôn 3 tấm Futaba_fg [7]
Sau khi tính toán lòng khuôn và các chi tiết để bố trí khuôn, nhóm quyết định chọn size cho khuôn là 200x200
Dựa vào kích thước, hình dáng của sản phẩm Nhóm bố trí khuôn phù hợp với điều kiện thực tế
5.5.2 Các bước tiến hành thiết kế khuôn 3D trên phần mềm Creo
Sau khi chọn chuẩn và size cho khuôn Nhóm sẽ tiến hành thiết kế khuôn 3D trên phần mềm Creo theo trình tự như sau:
Bảng 5.4: Trình tự thiết kế khuôn 3D
Hình ảnh thiết kế Trình tự thiết kế và chức năng của từng bộ phân
Bước 1: Tạo các tấm khuôn, gối đỡ và lắp ráp theo tiêu chuẩn của FUTABA
1 Tấm kẹp trên Kích thước:
Chức năng: Kẹp khuôn vào phần cố định của máy ép nhựa
2 Tấm tách kênh dẫn Kích thước:
Chức năng: Kéo kênh dẫn ra khỏi bạc cuống phun
3 Tấm vỏ khuôn âm Kích thước:
Chức năng: Bộ phận chứa lòng khuôn âm của khuôn
Chức năng: Bộ phận chứa lòng khuôn dương của khuôn
5 Gối đỡ chính Kích thước:
Chức năng: Gồm 2 chi tiết 2 bên của khuôn Trợ lực cho phần di động của khuôn đồng thời tạo khoảng trống để bố trí hệ thống đẩy sản phẩm
Chức năng: Giữ và kẹp hệ thống pin đẩy trong quá trình lói sản phẩm
Chức năng: Liên kết với hệ thống đẩy của máy ép nhựa nhằm đẩy sản phẩm ra bên ngoài
8 Tấm kẹp dưới Kích thước:
Chức năng: Kẹp nửa phần khuôn âm vào máy ép nhựa (phần di động của khuôn)
Bước 2: Tạo lỗ để lắp lòng khuôn
Khoét lỗ trên tấm vỏ khuôn âm có kích thước bằng kích thước của lõi khuôn âm
Chức năng: Lắp lõi khuôn âm vào tấm vỏ khuôn âm
Khoét lỗ trên tấm vỏ khuôn dương có kích thước bằng kích thước của lõi khuôn dương
Chức năng: Lắp lõi khuôn âm vào tấm vỏ khuôn âm
Bước 3: Đưa chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng vào vỏ khuôn
Bạc dẫn hướng và chốt dẫn hướng được chọn theo tiêu chuẩn của misumi
Chức năng: Dẫn hướng các tấm khuôn trong quá trình đóng mở khuôn
Bước 4: Đưa bulong liên kết vào tấm kẹp dưới Chọn 6 bulong M14 theo tiêu chuẩn misumi và lắp vào tấm kẹp dưới
Chức năng: Giữ chặt tấm khuôn dương so với tấm kẹp dưới
Chọn 4 bulong M10 theo tiêu chuẩn misumi và lắp vào tấm kẹp dưới
Chức năng: Hỗ trợ giữ 2 gối đỡ với tấm kẹp dưới vững chắc hơn
Bước 5: Lắp lòng khuôn vào vỏ khuôn vừa thiết kế
Lắp lòng khuôn đã thiết kế hoàn chỉnh vào áo khuôn
Chức năng: Dùng để ép ra sản phẩm theo lòng khuôn đã được thiết kế
Bước 6: Đưa chốt hồi và lò xo vào áo khuôn Chọn chốt hồi theo tiêu chuẩn của misumi và lắp vào hệ thống lói
Chức năng: Dùng đảm bảo hồi hệ thống lói về vị trí ban đầu
Chọn lò xo hồi theo tiêu chuẩn của misumi và lắp vào hệ thống lói
Chức năng: Giảm chấn trong quá trình lói sản phẩm dưới tác dụng ngoại lực và hỗ trợ hồi 2 tấm lói khi kết thúc hành trình lói
Bước 7: Đưa Pin đẩy vào áo khuôn Chọn Pin đẩy theo tiêu chuẩn của misumi và lắp vào hệ thống lói sản phẩm
Chức năng: Đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn sau khi nhựa được tạo hình và nguội lại một phần
Bước 8: Thiết kế và đưa gối đỡ phụ vào áo khuôn
Chọn gối đỡ phụ theo tiêu chuẩn của misumi và lắp vào tấm kẹp dưới
Chức năng: Hỗ trợ cho tấm vỏ khuôn dương không bị võng xuống trong quá trình phun ép nhựa
Bước 9: Đưa chốt và bạc dẫn hướng tấm lói vào hệ thống lói
Chốt và bạc dẫn hướng tấm lói được chọn theo tiêu chuẩn của misumi và được lắp vào tấm kẹp dưới, tấm đẩy và tấm giữ
Chức năng: Dẫn hướng hệ thống lói trong suốt quá trình làm việc
Bước 10: Đưa bạc cuống phun vào áo khuôn Bạc cuống phun được chọn theo tiêu chuẩn của misumi và được lắp vào tấm kẹp trên
Chức năng: Dẫn dòng nhựa lỏng từ đầu phun của máy ép nhựa đến kênh dẫn
Bước 11: Đưa vòng định vị và chốt giật đuôi keo vào áo khuôn
Vòng định vị được thiết kế theo linh kiện tiêu chuẩn của misumi và được lắp vào tắm kẹp trên
Chức năng: Định vị khuôn với máy ép Đảm bảo việc đầu phun máy ép định vị với vị trí của bạc cuống phun
Chốt giật kênh dẫn được chọn theo tiêu chuẩn của misumi và được lắp vào tấm kẹp trên
Chức năng: Dùng để giật kênh dẫn tách ra khỏi sản phẩm trong quá trình mở khuôn
Bước 12: Đưa thanh kéo tấm tách kênh dẫn và lò xo cắt kênh dẫn vào áo khuôn
Thanh kéo tấm tách kênh dẫn: Kích thước:
D = 12mm, L 163mm Đường kính vai: d 18mm, T = 8mm
Chức năng: Tạo hành trình kéo tấm tách kênh dẫn giật kênh dẫn ra khỏi bạc cuống phun
Lò xo cắt kênh dẫn chọn theo tiêu chuẩn của misumi là được lắp vào thanh kéo tấm tách kênh dẫn
Chức năng: Hỗ trợ đẩy tấm vỏ khuôn âm để cắt kênh dẫn ra khỏi sản phẩm trong hành trình mở khuôn
Bước 12: Lắp Bulong hành trình vào vỏ khuôn
Bulong hành trình được chọn theo tiêu chuẩn của misumi và được lắp vào tấm tách kênh dẫn
Chức năng: Tạo khoảng hành trình di chuyển của tấm tách kênh dẫn để giật kênh dẫn ra khỏi bạc cuống phun
Bước 13: Đưa co nước vào áo khuôn và lòng khuôn
Co nước được chọn theo tiêu chuẩn của misumi và lắp vào đường nước trên tấm vỏ khuôn dương và lòng khuôn âm
Chức năng: Đưa nước vào khuôn ép nhựa để làm mát sản phẩm và giảm nhiệt độ của các tấm khuôn
Bước 14: Đưa Pin chặn vào hệ thống đẩy Pin chặn được chọn theo theo tiêu chuẩn của misumi và được lắp vào bên dưới tấm đẩy
Chức năng: Giảm va đập khi tấm đẩy lùi về vị trí ban đầu Đồng thời dễ dàng hiệu chỉnh chiều dài của Pin đẩy cho phù hợp
Bước 15: Đưa Chốt khóa khuôn vào vỏ khuôn dương
Chốt khóa khuôn được chọn theo tiêu chuẩn của misumi và được lắp vào tấm vỏ khuôn dương
Khóa mặt khuôn có chức năng giữ cho mặt khuôn trong trạng thái đóng dưới tác động của lực ma sát Khi mở khuôn, cần đảm bảo khoảng cách mở giữa vỏ khuôn âm và tấm tách kênh dẫn để tách kênh dẫn khỏi sản phẩm Sau đó, mới tiến hành mở khoảng giữa vỏ khuôn dương và vỏ khuôn âm để lấy sản phẩm ra.
Bước 16: Lắp móc cẩu khuôn vào vỏ khuôn
Chọn móc M12 theo tiêu chuẩn của misumi
Chức năng: Di chuyển khuôn trong quá trình lắp ráp, sửa chữa và lên khuôn máy ép
Kết quả khuôn sau khi hoàn thành thiết kế
5.5.3 Chọn và mua một số phụ kiện khuôn mẫu theo tiêu chuẩn misumi
Khi lựa chọn phụ kiện theo tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường, chúng ta cần tính toán kỹ lưỡng theo thiết kế để chọn sản phẩm phù hợp cho các chi tiết, đặc biệt là chốt dẫn hướng có rãnh dầu.
Chức năng: Dẫn hướng quá trình đóng mở khuôn
• Mã mua hàng: GPJL16-100-25 (D = 16, L = 100, N = 25) (T = 6, H = 21, E = 5) Vật liệu sử dụng: SUJ2 Độ cứng: 58HRC b) Bạc dẫn hướng lói
Hình 5.71: Bạc dẫn hướng lói [8]
Chức năng: Dẫn hướng hoạt động 2 tấm lói, giúp bảo vệ hệ thống lói trong suốt quá trình làm việc
Vật liệu: SUJ2 Độ cứng: 58 HRC c) Chốt hồi
Chức năng: Hồi tấm lói về vị trí ban đầu khi đóng khuôn, và dẫn hướng lò xo tránh dao động ngang trong quá trình làm việc
• Mã phụ kiện: RP8TL [8]
• Mã mua hàng: RP8TL 12-100 (D = 12, L = 100) (T = 8, H = 17)
Vật liệu: SUJ2 Độ cứng: 58 HRC d) Lò xo hồi
Chức năng: Hỗ trợ hồi 2 tấm lói khi kết thúc quá trình lói sản phẩm và giúp giảm chấn trong quá trình lói dưới tác dụng ngoại lực
- Tính toán kích thước lò xo:
Tổng khối lượng tấm đẩy và tấm giữ là: 4,5 kg
Chọn lò xo có lực phục hồi lớn hơn 2 lần tổng trọng lượng 2 tấm
Khoảng cách từ tấm giữ đến tấm vỏ dương là 27mm
Tra theo tiêu chuẩn trong Catalog của Misumi ta chọn được lò xo có các kích thước: L 60mm, D = 25mm, d = 13.5mm, F = 27 > 9.177 kgf
Tính toán tương tự với lò xo hồi Tra theo Catalog của Misumi ta chọn được lò xo có kích thước sau: L = 30mm, D = 20mm, d = 13mm e) Ty lói thẳng
Chức năng: Đẩy sản phẩm theo khoảng hành trình, đưa sản phẩm ra ngoài theo tính toán thiết kế
Vật liệu: SKH51 Độ cứng: (58-60HRC) f) Bulong hành trình
Chức năng: Giữ tấm tách kênh dẫn lại trong hành trình giật kênh dẫn ra khỏi bạc cuống phun
• Mã mua hàng: MSP 10-20 (A = 16, B = 6, C = 4, E = 8, F = 12, MXP = 8x1.25,T
Vật liệu: SCM435 Độ cứng: (30-35HRC) g) Bạc không vai
Vật liệu: SUJ2 Độ cứng: 58HRC h) Chốt dẫn hướng 3 tấm có rãnh dầu
Hình 5.77: Chốt dẫn hướng ba tấm [8]
Chức năng: Dẫn hướng quá trình đóng mở khuôn
• Mã phụ kiện: SPP-OC [8]
• Mã mua hàng: SPP-OC 20-240-20 (D = 20, L = 240, N = 20, F = 19, H = 23, M12x1.75, l = 24)
Vật liệu: SUJ2 Độ cứng: 58HRC i) Bạc cuống phun
Chức năng: Chuyển liệu từ máy ép đến kênh dẫn phân phối nhựa
Do có tham gia vào quá trình đóng mở khi giật đuôi keo tự động, nên phần côn sẽ xuất hiện trong khuôn 3 tấm để đóng mở dễ hơn
Tính toán chọn bạc cuống phun:
- Bạc cuống phun được chọn dựa theo thông số của đầu phun máy ép Haitian MA 1200- 370G có bán kính cong là 10mm và đường kính miệng phun là 2mm
+ Bán kính lõm (SR) phải lớn hơn bán kính vòi phun của máy ép
+ Đường kính đầu phun 𝑃 ± 0,1 lớn hơn đường kính đầu phun của máy ép
• Mã mua hàng: SBBET 40-12-3.5-2-12-10-5 (L = 40, SR = 12, P = 3.5, A = 2, D
Vật liệu: S45C Độ cứng: (38-42HRC)
Sau khi mua về, gia công lại theo bảng vẽ để phù hợp với thiết kế của khuôn
Hình 5.79: Bạc cuống phun thực tế [8] j) Chốt giật kênh dẫn
Hình 5.80: Chật giật kênh dẫn [8]
Chức năng: Giữ và giật kênh dẫn tách khỏi sản phẩm trong quá trình mở khuôn 3 tấm
Vật liệu: SKH51 Độ cứng: (58-60) HRC k) Gối đỡ phụ
Chức năng: Hỗ trợ đỡ tấm vỏ khuôn dương để không bị võng trong quá trình phun nhựa với áp lực cao
• Mã mua hàng: SPL 25-60 (D = 25mm, L = 60mm, M8, l = 16mm, C = 0,5mm) Vật liệu: S45C l) Bulong liên kết
Chức năng: Liên kết các tấm khuôn, trong nhiều trường hợp là cữ hành trình
Vật liệu: SCM435 Độ cứng: (38-43HRC) m) Bulong vòng
Chức năng: Dùng để di chuyển khuôn trong quá trình lắp ráp, sửa chữa và lên khuôn máy ép
Chọn Bulong vòng M12x1.75 với các kích thước: a = 50mm, b = 30mm, C = 10mm, D 25mm, H = 51mm, l = 22mm…
*) Kiểm tra tính bền bulong đã chọn theo công thức: [2]
- M: Mô men uốn tác dụng lên 1 bulong
- []: Ứng suất cho phép (giới hạn bền) của vật liệu làm bulong, chọn vật liệu làm bulong là thép CT3 có ứng suất cho phép là [] = 2100 kg/cm 2
*) Tính đường kính của bulong:
Mô men uốn tác dụng lên một bulong là M = m.g.l (N.mm) (5.13) Với:
- m: Tổng khối lượng của các tấm tác dụng lên bulong m = 100 (kg)
Chọn bulong có d = 12 mm n) Chốt khóa khuôn
Chức năng: Khóa mặt khuôn giữ cho mặt khuôn trạng thái đóng dưới sự tác động của lực ma sát
Tính toán: Theo cân nặng của khuôn Chọn 4 Chốt khóa khuôn, loại PL10 o) Co nước
Chức năng: Nối dẫn dòng nước từ bên ngoài Chốt khóa khuôn trong khuôn
Chọn: B = 21, T = 17, D = 17.3, d1 = 10, L = 12, S = 6.35, d = 16.662, Rc(PT) = 3/8, R(PT) = 3/8, L p) Pít chặn nước
Chức năng: Chặn dòng nước để không bị chảy ra ngoài
Chọn: D = 13.157, a = 0.7, L = 8.9, B = 6, R(PT) = 1/4 (Trang 1135, Trang PDF 573) Vật liệu: SCM435 Độ cứng: (32-42HRC) q) Vách ngăn
Chức năng: Chia dòng nước thành 2 nửa
Vật liệu: S45C Độ cứng: (32-42HRC) r) (O – ring)
Chức năng: Giữ cho nước không bị xì ra, khi lắp ghép 2 đường nước với nhau
Vật liệu: Cao su s) Đệm chặn
Chức năng: Giảm va đập khi hệ thống đẩy lùi về vị trí ban đầu và dễ dàng hiệu chỉnh ty đẩy theo mong muốn
Vật liệu: S45C t) Đệm cao su
Chức năng: Giảm va đập, bảo vệ cho đầu bulong hành trình
5.5.4 Thiết kế hệ thống làm mát
Vì chiều dày W của sản phẩm nhỏ hơn 2mm nên ta chọn đường kính d của đường nước là 8mm
Khoảng cách giữa hai tâm ống nước cách nhau là: b (3d < b