Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện 2 pha từ nhựa pp

Lời mở đầu Ngày nay, giới nhu cầu chất dẻo kỹ thuật nh dân dụng ngày tăng Dựa sở khoa học kỹ thuật, thành tựu phát triển mạnh mẽ ngành vật liệu polyme, nhà sản xuất chất dẻo đà đa thị trờng lợng chất dẻo phong phú nhiều chủng loại với tính chất hẳn loại vật liệu khác nhẹ, bền, đẹp dễ gia công Do xuất lợng chất dẻo lớn nên hàng loạt sản phẩm đợc sản xuất từ vật liệu chất dẻo ngày đa dạng phong phú, giá trị sử dụng loại sản phẩm xâm nhập vào lĩnh vực kinh tế dân dụng Khi chất lợng sống ngày cao yêu cầu chất lợng giá thành sản phẩm từ nhựa khắt khe Điều thách thức nhà sản xuất gia công Cũng ngành công nghiệp khuôn mẫu đà đời để đáp ứng nhu cầu Hiện nay, giới ngành công nghiệp phát triển mạnh mẽ, đà cho nhiều sản phẩm chất lợng cao giá thành hạ Lĩnh vực thiết kế khuôn mẫu cho sản phẩm nhựa lĩnh vực kỹ thuật mẻ nớc ta Trong năm 1991-1994 Viện máy dụng cụ công nghiệp (IMI) đợc tiếp nhận dự án UNDP/UNIDO - VIE/87/021 "Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển chế tạo khuôn mẫu " Cho đến nay, lĩnh vực khuôn mẫu nớc ta đà phát triển mạnh, đà tạo đợc nhiều sản phẩm có chất lợng cao sử dụng ngành công nghiệp hàng dân dụng Trớc việc chế tạo khuôn mẫu phải nhờ vào bàn tay tài hoa ngời thợ, nhng nhờ phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật đà cho đời phơng pháp gia công nh lập trình gia công tự động máy CNC(công nghệ CAD/CAM-CNC), gia công máy xung EDM nhờ chế tạo lòng khuôn phức tạp có độ xác cao để tạo sản phẩm đáp ứng đợc với nhu cầu thị trờng Để tìm hiểu sâu công nghệ chất dẻo nh lĩnh vực khuôn mẫu đồ án tốt nghiệp em tìm hiểu công nghệ chế tạo sản phẩm chất dẻo cụ thể sản phẩm "nắp cầu dao điện pha từ nhựa PP" thiết kế khuôn cho sản phẩm Em đà hoàn thành đồ án với nội dung gồm chơng sau: Chơng 1: Tìm hiểu công nghệ tạo sản phẩm từ nhựa Chơng 2: Công nghệ gia công chất dẻo phơng pháp đúc áp lực Chơng 3: Thiết kế khuôn đúc áp lực tạo chi tiết nhựa Chơng 4: Phân tích sản phẩm nắp cầu dao điện pha, xây dựng vẽ sản phẩm Chơng 5: Thiết kế công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện pha Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện pha từ nhựa PP Chơng 6: Thiết kế khuôn đúc vỏ cầu dao điện pha, xây dựng vẽ lòng khuôn Chơng 7: Thiết kế công nghệ chế tạo lòng khuôn Để hoàn thành đồ án này, trớc hết em xin chân thành cảm ơn hớng dẫn tận tình thầy giáo-PGS.TS.Trần Xuân Việt, em xin gửi lời cảm ơn tới cán kỹ thuật phòng thiết kế thuộc Công ty Cổphần Khí cụ điện 1-VINAKIP, toàn thể thầy cô môn đà giúp đỡ em trình thực đồ án Nhân em xin cảm ơn động viên giúp đỡ nhiệt tình toàn thể bạn bè gia đình suốt thời gian qua Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện pha từ nhựa PP Chơng 1: Tìm hiểu công nghệ chế tạo sản phẩm từ chất dẻo 1.1.Khái niệm chất dẻo Trong thập niên gần đây, chất dẻo ngày hoà nhập với sống hàng ngày Chất dẻo đợc ứng dụng rộng rÃi ngành công nghiệp dân dụng phơc vơ cho sù ph¸t triĨn cđa x· héi VËy chất dẻo gì? Hiện loại vật liệu đợc gọi dới hai tên : Nhựa ( resin) chất dẻo (plastic) Chất dẻo loại vật liệu bao gồm: -Chất cao phân tử: hợp chất hữu mà tính chất lý thay đổi chút đại phân tử tiếp tục tăng -Các chất độn gia cờng ( dạng bột, dạng sợi ngắn ) nhằm tăng tính cho vật liệu -Các chất phụ gia tăng cờng phù hợp cho mục đích sử dụng ( chất ổn định, chất bôi trơn, chất hoá dẻo ) -Chất tạo màu Trong thành phần chủ yếu chất cao phân tử Vì ngời ta thờng lấy tên chất cao phân tử gọi tên cho vật liệu chất dẻo Polyetylen Đại phân tử: Là phân tử hợp chất hữu đợc tạo thành từ số lợng lớn nhóm nguyên tử loại, đợc gọi cụm đơn phân tử mối liên kết chúng mối liên kết điện hoá Nếu cụm đơn phân loại: Chất cao phân tử đồng chất ( polymer đồng nhất) Nếu cụm đơn phân tử khác loại: Chất đồng trùng hợp (Copolymer) 1.2.Phân loại chất dẻo a)Theo công nghệ gia công Ngời ta phân chất dẻo thành loại: chất dẻo nhiệt dẻo chất dẻo nhiệt rắn *.Chất dẻo nhiệt dẻo: Là loại vật liệu dới tác dụng nhiệt dung môi nóng chảy hoà tan Khi làm nguội cho bay dung môi trở lại trạng thái ban đầu Loai tái sinh đợc *.Chất dẻo nhiệt rắn: Là loại vật liệu mà nguyên liệu ban đầu nóng chảy hoà tan đợc có nhiệt dung môi tác dụng Nhng gia công thành sản phẩm bán sản phẩm chuyển sang trạng thái rắn Không nóng chảy hoà tan Sở dĩ có tợng trình gia công dới tác dụng nhiệt nhân tố hoá học đợc trộn nguyên liệu ban đầu, chúng gây phản ứng hoá học với đợc gọi phản ứng khâu mạch Loại không tái sinh đợc b)Theo cấu trúc phân tử *.Cấu trúc nhiệt dẻo dạng sợi: -Sợi trơn -Sợi phân nhánh : nhánh cân đối không cân đối Vì chúng đợc phân chất dẻo tinh thể chất dẻo vô định hình Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện pha từ nhựa PP *.Cấu trúc chất dẻo nhiệt rắn dạng lới: -Lới phẳng mềm, đàn hồi -Lới không gian: giòn cứng Bằng biện pháp hoá học vật lý tạo chất dẻo nhiệt rắn từ chất dẻo nhiệt dẻo -Bằng biện pháp kỹ thuật ngời ta trộn lẫn chất dẻo khác với tỷ lệ định tạo thành hỗn hợp chất dẻo, gọi Polyblend -Các chất dẻo đợc trộn thêm chất gia cờng sợi thuỷ tinh sợi cacbon ta đợc vật liệu tổ hợp chất dẻo, gọi composit plastic 1.3 Những tính chất chung chất dỴo Sù lùa chän vËt liƯu chÊt dỴo phơc vơ cho lĩnh vực sử dụng khác đợc dựa tính chất chúng Để có đợc vật liệu phù hợp với mục đích sử dụng dựa hiểu biết tính chất quan trọng vật liệu Sau số tính chÊt quan träng cđa vËt liƯu 1.3.1TÝnh chÊt vËt lý 1.3.1.1.Độ bền đứt Đặc trng cho chống lại lực kéo vật liệu Độ bền đứt tỷ số lùc kÐo vµ tiÕt diƯn ngang nhá nhÊt cđa mÉu thử vật liệu lúc cha kéo - Đơn vị: N/mm2 - Ký hiệu : K - Độ giÃn dài theo% Các giá trị bền đứt chất dẻo chiếm khoảng rộng Độ bền đứt PE cao áp từ 8-10N/mm2, chất dẻo thuỷ tinh vật liệu phân lớp từ 200-250 N/mm2 1.3.1.2.Độ giÃn dài đứt Đó tỷ lệ độ giÃn dài đo đợc kéo Giá trị độ giÃn dài đứt chất dẻo dai đạt 50-150% 1.3.1.3.Độ bền nén Là tỷ lệ lực nén cần thiết làm vỡ mẫu thử đặt dới quy trình chất tải nén -Đơn vị: N/mm2 -Ký hiệu: n 1.3.1.4.Độ bền uốn Đặc trng cho chống đối vật liệu với tác dụng phối hợp lực nén lực kéo Giá trị thờng độ bền nén độ bền kéo -Đơn vị: N/mm2 -Ký hiệu: u 1.3.1.5 Độ dai va đập Sự chống lại tải trọng động chất dẻo thờng phân tích kết thu nhận đợc thí nghiệm kiểm tra độ dai va đập Có nhiều phơng pháp sử dụng để kiểm tra,xác định độ dai va đập Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện pha từ nhựa PP -Đơn vị: KJ/mm2 1.3.1.6.Mô đun đàn hồi Mô đun đàn hồi đặc trng cho độ cứng vật liệu tính chất vật liệu mà dới tác dụng lực đà cho biến dạng mẫu thử xảy đến mức độ Vật liệu đàn hồi cách hoàn hảo trình chịu tảo giới hạn chảy độ giÃn dài tỉ lệ thuận với ứng suất Hệ số tỉ lệ mô đun đàn hồi -Ký hiệu: E -Đơn vị: N/mm2 Mô đun đàn hồi chất dẻo nhiệt dẻo nhỏ, PE: 130-1000 N/mm2, chất dẻo khác từ 1500 4000 N/mm2 1.3.1.7.Độ cứng Độ cứng tỷ lệ lực gây độ sâu bị lún có hình dạng vật liệu cứng hình cầu hình dạng khác với mặt phẳng bị ấn lún vật liệu -Đơn vị: N/mm2 1.3.1.8.Các tính chất phụ thuộc vào thời gian Hiện tợng xảy trình chịu tải chất dẻo có nhiều điều thể khác biệt với trạng vật liệu nh kim loại gỗ Trong trình kiểm tra tính chất chất dẻo có vài khái niệm thờng gặp dành riêng cho chất dẻo nh chảy lạnh Nừu vật thể chất dẻo thời gian chịu tải trọng không đổi, dới tác dụng tải trọng biến dạng xảy tăng lên theo kéo dài thời gian Hiện tợng gọi tợng chảy lạnh 1.3.2.Tính chất nhiệt học Trong hình thành tính chất học loạt tính chất sản phẩm chất dẻo, nhiệt độ đóng vai trò quan trọng Các tính chất nhiệt học vật liệu làm sản phẩm có ảnh hởng cách thực đến tuổi thọ nh sử dụng sản phẩm đợc chế tạo từ chất dẻo 1.3.2.1.Độ bền nhiệt Đó nhiệt độ mà mẫu thử vật liệu cần kiểm tra chịu biến dạng định dới tác dụng tải trọng học đà cho 1.3.2.2.Độ bền lạnh Về phơng diện ứng dụng sản phẩm chất dẻo đà biết vai trò quan trọng tính chất Giữa độ bền lạnh chất dẻo khác có khác lớn Đặc trng cho bền lạnh ngời ta thờng xác định nhiệt độ dạn vỡ 1.3.2.3.Độ giÃn nở nhiệt Hệ số gi·n në tun tÝnh cđa chÊt dỴo so víi thÐp lớn từ 15 lần Do việc sản xuất khuôn mẫu chất dẻo phải để ý đến điều -Đơn vị: mm/0K 1.3.2.4.Khả dẫn nhiệt Chất dẻo có khả dẫn nhiệt Việc đạt đợc nhiệt độ vật liệu đồng khắp đạt đợc nung nóng chậm 1.3.2.5.Nhiệt dung Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện pha từ nhựa PP Đó nhiệt độ cần thiết để nâng nhiệt độ 10K cho 1kg chÊt dỴo NhiƯt dung cđa chÊt dỴo phơ thuộc vào nhiệt độ -Đơn vị: J/kg0K 1.3.3.Tính chất điện Chất dẻo thờng có tính cách điện tốt -Độ kháng thể tích : Tức độ kháng điện thay đổi phụ thuộc vào loại chất độn Nhựa có độ kháng thể tích cao: PS, PE, PMMA, PTSE -Độ bền điện môi: Đo điện đánh thủng Nhựa có độ bền điện môi tốt: PPO, PE, PTFE 1.3.4.Tính chất hoá học chất dẻo a.Độ hấp thụ nớc Độ hấp thụ nớc cao nhựa có nhóm phân cực -Độ hấp thụ nớc thấp tốt nớc hấp thụ làm số tính chất lý -Polyme không phân cực nh: PVC, ABS, AS, PMMA, PC POM có độ hấp thụ nớc cao b.Độ kháng nớc Đô kháng nớc yếu co nối : -OH, -COOH, -NH Chất dẻo hoà tan nớc : PA, MC, CC, SA c.Độ kháng hoá chất Vật liệu không phân cực dễ hoà tan dung môi không phân cực nh: PS, Silicone, Resin tan benzen, toluene Vật liệu phân cực dễ hoà tan dung môi phân cực Độ hoà tan phân cực giảm độ trùng hợp phân tử cao có độ kÕt tinh cao d.§é bỊn thêi tiÕt BỊn víi thêi tiết thể qua chống lại bÃo hoà vật liệu ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại (UV) -Kháng UV kém: PE, PS, PP, Cao su thiên nhiên -Bền màu dới ánh sáng mặt trời: PVC, Polyeste -BÒn thêi tiÕt tèt: PC, Epoxy , PMMA 1.4 Các đặc trng gia công chất dẻo Những hiểu biết có liên quan đến việc sản xuất chất dẻo ;à đặc biệt quan trọng Việc gia công chất dẻo phải quan tâm đến kiện, thông tin đê làm sáng tỏ tính chất vật liệu sở nh sản phẩm đà sản xuất Với c¸c biƯn ph¸p kiĨm tra thư nghiƯm cã thĨ x¸c định đợc tính chất đó, dới vài phơng pháp kiểm tra 1.4.1.Phân tử lợng độ trùng hợp Hai đại lợng phụ thuộc lẫn M: Phân tử lợng trung bình P: Độ trùng hợp trung bình Mm: Phân tử lợng chất xét đến Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao ®iÖn pha tõ nhùa PP M Mm Ta có: P = Chất có nhiều thành phần hoá học nh với tăng phân tử lợng, tính chất học đợc hoàn thiện hơn, độ bền hoá học khí hậu tăng theo Phân tử lợng cao bất lợi cho trạng chảy Polyme độ nhớt chúng lớn 1.4.2 Trọng lợng thể tích hệ số bền chặt Sự định lợng vật liệu hạt bột lợng thể tích khối lợng định lợng thể tích đơn giản dễ , song định lợng trọng lợng xác Để sử dụng phép định lợng thể tích phải biết khối lợng thể tích vật liệu ( đơn vị : g/cm3) Cách xác định trọng lợng thể tích đợc dựa chuẩn hoá Trên thực tế để xác định khoang vật liệu, phải biết hệ số lèn chặt , tỷ lệ thể tích đơn vị khối lợng vật liệu hạt bột tơi xốp với thể tích sau đợc ép tạo lới giá trị khoảng từ: 2,2 2,4 1.4.3.Đặc trng chảy chất dẻo Hiện tợng chảy chất dẻo phụ thuộc vào cấu trúc riêng đại phân tử Ngoài đặc trng có liên quan đến vật liệu, trạng chảy phụ thuộc vào tốc độ chảy nhiệt độ dòng chảy 1.4.3.1.Đặc trng chảy chất dẻo nhiệt dẻo a.Chỉ số chảy( MFI melt flor index) Nguyên lý kiểm tra là: Với nhiệt độ, áp lực đà cho khoảng thời gian xác định, ngời ta ép chất dẻo chảy qua khe hở hình trụ có kích thớc chuẩn đo khối lợng vật liệu chảy qua với tăng giá trị MFI đợc đo đặc trng chảy đợc hoàn thiện Số đo MFI sử dụng cho việc kiểm tra đối chiếu nhóm vật liệu sở, nhng việc xác định thông số gia công đóng vai trò dẫn b.Thử nghiệm xoắn ốc Thử nghiệm kiểm tra, đối chiếu vật liệu sở Nguyên lý phép thử nghiệm bên cạnh thông số cố định nh nhiệt độ, áp suất, ngời ta đo khối lợng vật liệu chảy vào khuôn có rÃnh dài hình xoắn ốc sở số đo ngơi ta so sánh chất dẻo Vật liệu chảy nhiều vào khuôn đặc trng chảy hoàn thiện c.Giá trị K Giá trị K lớn phân tử lợng lớn Giá trị K thay đổi giống nh độ nhớt 1.4.3.2.Đặc trng chảy chất dẻo nhiệt cứng a.Đo độ dài đờng chảy Vật liệu từ trụ tròn đợc nung nóng bị ép vào kênh bị thu hẹp lại Trong trờng hợp kiểm tra đợc thực với điều kiện nh nhau, với chiều dài thành đợc ép sang ngời ta phân tích đặc trng chảy Đờng chảy dài dài, đặc trng chảy tốt b.Kiểm tra nhào trộn Với thử nghiệm này, ngời ta đo thay đổi trạng thái vật liệu phụ thuộc vào thời gian Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện pha từ nhựa PP Nguyên lý: Vật liệu đợc đặt vào khoang nung nóng đến nhiệt độ định, khoảng ngời ta cho quay cánh trộn đo mômen cần thiết để quay cánh trộn Sự thay đổi mômen đo đợc trình quay cho thông tin tạo lới không gian xảy với điều kiện định 1.5.Cách nhận biết loại chất dẻo 1.5.1.nhận biết Chất dẻo nhiệt dẻo 1.5.1.1.Polyetylen (PE) PE ch¸y víi ngän lưa xanh, mïi nÕn, chÊt dẻo chảy thành dòng nóng chảy 1.5.1.2.Polypropylen (PP) Cháy sáng, chân lửa màu xanh nhạt, có dòng chảy chất dẻo , mùi cao su mùi si gắn chai lä 1.5.1.3.Polystyren (PS) Ch¸y víi ngän lưa s¸ng rùc, cã mi, mïi h¾c ( nhùa mïi hoa phong tóc) 1.5.1.4.Polyvinylclorid (PVC) Cháy với lửa xanh sáng, rời lửa tắt Mùi khét hắc của khÝ axit HCl 1.5.1.5.Polyamid (PA) Ch¸y víi ngän lưa xanh nhạt, cạnh vàng Chất dẻo chảy nhỏ giọt, mùi song ch¸y 1.5.1.6.Polymetylmetacrilat (PMMA) Ch¸y víi ngän lưa ch¸y s¸ng, cã muội, mùi khét hắc mùi chua nồng 1.5.1.7.Polycarbonat (PC) Khó cháy, cháy có muội, đa lửa xa tắt chỗ vật liệu cháy giòn, có bụi than bay, mùi khét hắc 1.5.1.8.Polyformandehit (PF) Cháy nh cồn, có tiếng lép bép, Ngọn lửa xanh nhạt, không muội, sau cháy có mùi khét cay 1.5.1.9.Polyuretan( PUr) Cháy tốt, lửa xanh nhạt, cạnh vàng Mùi khét hắc axits izoxianat 1.5.2.Nhận biết chất dẻo nhiệt rắn 1.5.2.1.Chất dẻo Pheno Màu vàng nâu đến nâu sẫm, không chảy, khó cháy Khi cháy có mùi rợu phenol mùi formandehhid (cay) 1.5.2.2.Chất dẻo Amino Màu trắng ngà, khó cháy Than cháy có lớp trắng mỏng xung quanh, mùi khai ( mùi Amoniac) cay (formandehid) 1.5.2.3.Chất dẻo sở nhựa epoxy Chất cháy sáng có muội, mùi khét hắc 1.6.Các thông số kỹ thuật quan trọng chất dẻo cần thiết cho việc chế tạo chế tạo sản phẩm chất dẻo 1.6.1.Nhiệt độ gia công Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao ®iƯn pha tõ nhùa PP NhiƯt ®é gia công chất dẻo thông số cần thiết cho việc chế tạo sản phẩm từ nhựa Dựa vào ngời ta đa phơng án gia nhiệt gia công cách hợp lý phù hợp với loại vật liệu Nhiệt độ gia công đợc cho theo bảng sau: Nhiệt độ ë cuèi Piston-vÝt 0C TT Nhùa PP Polypropylen 10 - 80 220 - 235 PS Polystyren 10 - 75 200 - 280 ABS Styrene co-polymers 10 - 80 220 - 270 PVC Polyvinyle clorid 20 - 60 170 - 200 PMMA Polymetyl Metacrylate 30 - 70 190 - 240 PA 50 - 80 250 - 280 PA 6,6 Polyamid (nylon 6,6) 50 - 80 250 - 280 PPO Polyphenylene oxide 40 - 80 300 - 330 PC Poly cacbonat 70 - 115 300 - 350 10 POM Poly axetat Resins 60 - 90 190 - 210 75 - 110 12 LDPE Elastomer (nhựa đàn hồi cao sau) Nhiệt độ lu ho¸ Low density Polyetylen 50 - 70 13 HDPE High density Polyetylen 75 - 110 11 Tên gọi đầy đủ Nhiệt độ khuôn (0C) Polyamid (nylon 6) 30 - 70 160 - 260 Ghi chú: Nhựa ABS để bị oxy hoá khuôn gián đoạn sản xuất 15 phút 1.6.2.Độ co ngót Thông số quan trọng việc thiết kế khuôn độ co ngót vật liệu chất dẻo Độ co ngót đợc cho theo bảng sau: TT Nhựa Độ co (%) PS 0,3 - 0,6 MËt ®é (g/cm3) 1,05 Tû lƯ % sợi thuỷ tinh Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện pha từ nhựa PP 0,4 - 0,7 1,5 - 5,0 1,5 - 3,0 1,0 - 2,5 > 0,5 1,06 0,954 0,92 1,15 1,38 0,5 1,38 10 11 12 13 ABS LDPE HDPE PP PVC mÒm PVC cøng PMMA POM PPO PC PA PA 66 14 15 16 17 18 PF MF MPF UP EP 1,2 1,2 - 2,2 0,8 - 1,8 0,5 - 1,8 0,2 0,1 1,9 0,5 0,8 0,5 0,5 - 0,8 2,3 0,7 2,2 2,5 1,18 1,42 1,06 1,2 1,14 1,15 ChÊt dẻo đặt nhiệt 1,4 1,5 1,6 2,0 - 2,1 1,9 30 - 80 1.6.3.Chiều dày thành sản phẩm độ nghiêng thành sản phẩm Chiều dày thành sản phẩm nhựa nhiệt dẻo TT Vật liệu Chiều dày thành Chiều dày thành Chiều dày thành (mm) trung bình (mm) Max (mm) PA 0,38 1,6 3,2 PC 1,0 2,4 9,5 PELD 0,5 1,6 6,4 PEHD 0,9 1,6 6,4 PP 0,63 2,0 7,6 PS 0,76 1,6 6,4 PVC 1,0 2,4 9,5 ThiÕt kÕ quy tr×nh công nghệ chế tạo nắp cầu dao điện pha tõ nhùa PP