Bài giảng đồ án thiết kế khuôn mẫu

Cơ sở lý thuyết về thiết kế khuôn ép nhựa Trang 3 CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ HÌNH HỌC SẢN PHẨM NHỰA1.Yêu cầu hình học đối với sản phẩm nhựa trong khuôn épphun.2.Các nguyên tắc cơ bản để thiết kế

BÀI GIẢNG

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KHUÔN MẪU

TS NGUYỄN CÔNG NGUYÊN

NỘI DUNG

1 Thiết kế hình học sản phẩm nhựa

2 Cơ sở lý thuyết về thiết kế khuôn ép nhựa

3 Thiết kế khuôn ép nhựa bằng mold wizard NX

CHƯƠNG 1

THIẾT KẾ HÌNH HỌC SẢN PHẨM NHỰA

phun.

1 YÊU CẦU HÌNH HỌC ĐỐI VỚI SẢN PHẨM NHỰA

TRONG KHUÔN ÉP PHUN

• Trong quá trình phân tích sản phẩm, nếu áp suất cần cho quá trình điền đầy cao hay xuất hiện các khuyết tật như: sản phẩm không được điền đầy, bị bavia, xuất hiện đường hàn,… thì không nên sửa đổi ngay hình học sản phẩm mà nên ưu tiên thay đổi các thông số gia công hay chọn lại vật liệu nhựa.

• Nếu việc thay đổi các thông số gia công vẫn không cải thiện được các vấn đề trên thì mới nghĩ đến việc thay đổi hình học của chi tiết Vì khi thay đổi hình học sản phẩm có thể sẽ ảnh hưởng đến nhiều chi tiết lắp khác có liên quan, đồng thời phải xem xét đến tính thẩm mỹ và độ bền của chi tiết.

1.1 GÓC THOÁT KHUÔN

• Để dễ dàng tháo sản phẩm khỏi lòng khuôn, mặt trong cũng nhưmặt ngoài sản phẩm phải có độ côn nhất định theo hướng mở khuôn.Yêu cầu này cũng cần áp dụng đối với các chi tiết như gân gia cường,vấu lồi, rãnh,…

• Ở các khuôn có lõi ngắn hay lòng khuôn nông (nhỏ hơn 5 mm) góc côn ít nhất khoảng 0.25° mỗi bên,

• Khi chiều sâu lòng khuôn và lõi tăng từ 1 đến 2 inch (25.4 ÷ 50.8 mm) góc côn nên tăng lên là 2° mỗi bên

• Góc côn cần thiết đối với nhựa Polyolefins và Acetals và có kích thước nhỏ góc côn chỉ khoảng 0.5°,

• Đối với sản phẩm có kích thước lớn, góc côn yêu cầu có thể tới 3°.

• Với vật liệu cứng hơn như Polystyrene, Acrylic,… ngay cả đối với sản phẩm có kích

thước nhỏ, góc côn tối thiểu cũng phải là 1,5°.

➢ Chú ý: góc côn càng nhỏ, yêu cầu lực đẩy càng lớn; do đó, có thể làm hỏng sản phẩm nếu sản phẩm chưa đông cứng hoàn toàn.

1.1 GÓC THOÁT KHUÔN

1.2 BỀ DÀY SẢN PHẨM NHỰA

• Bề dày sản phẩm ảnh hưởng trực tiếp không chỉ tới độ cứng vững, tínhcách điện, tính chịu nhiệt, mà còn ảnh hưởng đến thẩm mỹ và giá thànhsản phẩm Tuy nhiên, cần tránh thiết kế thành chi tiết quá dày vì nhiều lýdo

• Khi thiết kế hình dáng hình học sản phẩm hợp lý (bề dày đồng nhất, cácđoạn chuyển tiếp, ) tránh được các lỗi trên sản phẩm và tăng thời gian điền đầy rút ngắn thời gian chu kì ép phun và chế tạo khuôn

1.2 BỀ DÀY SẢN PHẨM NHỰA

• Cần tránh thiết kế thành chi tiết quá dày vì nhiều lý do

• Thứ nhất, khi tăng bề dày thành sản phẩm thời gian chu kỳ nguội tăng

• Thứ hai, tiết diện quá dày sẽ tạo nên bọng rỗng, túi khí và vết lõm

• Thứ ba, sự truyền nhiệt sẽ tốt nhất khi sản phẩm có bề dày đồng đều Nếuphần vật liệu bên trong lõi sản phẩm nguội chậm hơn phần vật liệu trên bềmặt, sẽ tạo nên sự co rút không đồng đều trên sản phẩm, co rút không đồngđều và quá mức sẽ gây ra cong vênh

2 CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA

1. Làm cho dòng đồng hướng

2. Làm cân bằng dòng

3. Phân bố đều áp xuất trong khuôn

4. Ứng xuất trượt cực đại

5. Kiểm soát vị trí đường hàn, đường nối

6. Tránh nghẽn dòng

2 CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA

Dòng đồng hướng

Hướng của dòng chảy có ảnh hưởng đến sự co rút sản phẩm theo các hướng, dẫn đến sự co rút sản phẩm theo các hướng khác nhau Khi thiết kế sản phẩm nên bố trí cho dòng nhựa chảy theo cùng một hướng và cùng trên một đường thẳng.

Cân bằng dòng

Dòng chảy được gọi là cân bằng khi các điểm cuối cùng của khuôn được điền đầy trong cùng một thời gian Cân bằng dòng làm cho định hướng đồng đều, co rút đồng đều, ít bị ứng xuất nội

và cong vênh sản phẩm Điều đó cũng làm giảm chi phí do sử dụng ít nguyên liệu.

Vì vậy, khi thiết kế sản phẩm phải chú ý sao cho tất cả các dòng chảy (flowpath) cân bằng, có nghĩa là điền đầy với cùng áp xuất và thời gian.

2 CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA

Phân bố áp xuất

Phân bố áp xuất có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm do:

Phân bố áp suất có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Như vậy, muốn sản phẩm tốt phải tạo cho phân bố áp xuất đều từđầu dòng đến cuối dòng chảy

2 CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA

Ứng xuất trượt cực đại

Khi ép phun, ứng xuất trượt không vượt quá một giá trị cho phép, giátrị này phụ thuộc vào vật liệu ép phun

Vị trí đường hàn và đường nối

Đường hàn hay đường nối hình thành do sự gặp nhau của các dòngnhựa khác nhau khi chảy trong khuôn, có cả vùng dày lẫn vùng mỏng,nhựa sẽ điền đầy vùng dày trước điều này dẫn đến nghẽn dòng tại vùngmỏng

3 PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA SẢN PHẨM

• Phân tích kết cấu của sản phẩm nhựa nhằm mục đích xem xét kết cấuđảm bảo các yêu cầu cho khuôn nhựa Tránh thiết kế khuôn phức tạp, giáthành cao, thậm chí khó gia công hoặc phần mềm không tách được

khuôn…

• Khi thiết kế bằng phần mềm, dùng các lệnh để kiểm tra và phân tích sảnphẩm …

4 DỰNG HÌNH CHI TIẾT MẪU BẰNG PHẦN MỀM UNIGRAPHICS NX11

1 Tổng quan về Unigraphics siemens NX11.0

• NX, tên trước đây là NX Unigraphics hay thường được viết tắt là U–G, là một gói phần mềm CAD / CAM / CAE được phát triển đầu tiên bởi Unigraphics , nhưng từ năm 2007 thì

do Siemens PLM Software phát triển.

• NX là một trong những phần mềm nổi tiếng nhất hiện nay trong lĩnh vực thiết kế CAD,

mô phỏng CAE và tạo chương trình gia công CAM cho máy CNC – cung cấp giải pháp tổng thể CAD/CAM/CAE/PLM, tạo khả năng liên kết linh hoạt giữa các khâu trong quá trình sản xuất từ thiết kế CAD, phân tích CAE và mô phỏng gia công CAM.

4 DỰNG HÌNH CHI TIẾT MẪU BẰNG PHẦN MỀM UNIGRAPHICS NX11

• 2 Dùng các lệnh dựng hình 3D của chi tiết sản phẩm nhựa.

• Bước 1: Khởi tạo 1 file mới

• Vào New sau đó chọn Model, chọn đường dẫn lưu file, chọn OK

• Bước 2: Dùng các lệnh để tạo skecht

• ….

• Sau đây là ví dụ:

THE END OF CHAPTER 1

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA

2.1 Quy trình thiết kế 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với các chi tiết của khuôn 2.3 Tính số lòng khuôn, chọn loại khuôn

2.4 Tính toán ước lượng lực kẹp khuôn

2.5 Ước lượng áp suất trung bình của khuôn.

2.6 Chọn máy phun ép nhựa theo Catalo

2.1 QUY TRÌNH THIẾT KẾ

Quy trình sản xuất khuôn

2.1 QUY TRÌNH THIẾT KẾ

Quy trình thiết kế khuôn

2.2 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CÁC CHI TIẾT CỦA KHUÔN

Độ chính xác về hình dáng

Nâng cao độ chính xác về hình dáng là nhằm đảm bảo sản phẩm được

sản xuất ra có chất lượng cao, không cong vênh, có mỹ thuật theo yêu

cầu của người thiết kế sản phẩm, đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng

Độ chính xác về kích thước

Đối với những khuôn nhựa kỹ thuật cao, thì độ chính xác về mặt kích

thước rất quan trọng Thông thường các sản phẩm nhựa này được lắp

với nhau hoặc lắp với các phần khác, do đó các chi tiết khuôn ở phần

tạo hình cho việc lắp ráp này cần được chế tạo rất chính xác

2.2 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CÁC CHI TIẾT CỦA KHUÔN

Độ cứng của các chi tiết trong khuôn

Độ cứng của các chi tiết trong khuôn có liên quan chặt chẽ đến các yếu tố khác như khả năng chống mài mòn, khả năng chịu lực ép, không bị biến dạng… độ cứng cũng góp phần làm cho chi tiết dễ đánh bóng, chống hoen rỉ khi làm việc trong môi trường ẩm ướt.

2.3 TÍNH SỐ LÒNG KHUÔN, CHỌN LOẠI KHUÔN

Thông thường, có thể tính số lòng khuôn cần thiết trên khuôn theo cáccách sau:

- Tính theo số lượng lô sản phẩm

- Tính theo năng xuất phun của máy

- Tính theo năng xuất làm dẻo của máy

- Tính theo lực kẹp khuôn của máy

- Tính theo kích thước bàn kẹp của máy ép

2.4 TÍNH TOÁN ƯỚC LƯỢNG LỰC KẸP KHUÔN

• Trong một khuôn thì áp xuất cần thiết dùng để điền khuôn và nén ép sẽ là

áp xuất bên trong lòng khuôn Áp xuất trung bình tác động vuông góc vàolòng khuôn đến đường giáp mí khuôn là tổng lượng áp suất được dùng đểkẹp khuôn không gây ra hiện tượng bavia Lực kẹp khuôn cần phải thắngđược áp suất đẩy khuôn

• Việc tính toán cụ thể được hướng dẫn trong giáo trình và tra bảng

2.5 ƯỚC LƯỢNG ÁP SUẤT TRUNG BÌNH CỦA KHUÔN

Áp suất trung bình qua lòng khuôn phụ thuộc vào một số yếu tố sau Hai yếu

tố quan trọng nhất là loại vật liệu và độ nhớt lúc nhựa chảy lỏng Một yếu tốchính nữa là tỉ lệ độ dày và chiều dài của dòng chảy trong lòng khuôn (tỉ lệL/T) Tỉ lệ này được xác định bằng chiều dài từ cổng phun đến cuối sảnphẩm chia cho bề dày trung bình

2.5 ƯỚC LƯỢNG ÁP SUẤT TRUNG BÌNH CỦA KHUÔN

Thông thường thì áp suất trung bình của các loại nhựa thường là 2- 3 tấn/inch2 Với vật liệu khó chảy (có độ nhớt cao) thì áp xuất này là 4÷6 tấn/inch2 Điều này có nghĩa là áp suất lòng khuôn trung bình từ 8000÷12000 Psi Các loại vật liệu khó chảy là polycarbonate, polysulfone, polymide Khi tính toán lực kẹp khuôn thì cần dựa trên loại vật liệu gia công.

Một số lực kẹp khuôn tiêu chuẩn được đưa ra trong bảng sau Một số loại

nhựa đặc biệt có thể lấy từ nhà sản xuất.

Viết tắt Tên đầy đủ Maximum L/T

Ratio (0.040 inch)

Tonnage require (tons/inch 2 )

ABS

Acrylonitrile-Butadien-Stvrence 50-200:1 2.5-4

CAB Cellulose Acetate Butvrate 300-40:1 1-2

HDPE High Density Polyethylene 200-250 1.5-3

HIPS High Impact Polyethylene 200-250 2-3

LDPE Low Density Pelyethylene 250-300 1-2

PA-6 6 Polyamide Nylon 661 150-300 4-5

PA-6 Polyamide Nylon 61 150-300 4-5

PBT Polybutylene Tereph Thalate 150-200 3-5

PPS Polyphenylene Sulfide (Filled) 150-180 2-3

PS Polystyrene (Erystal) 200-250 1-3 PSI Poly Sulfone 60-120 4-6 PVC Polyyinyl Chloride 100-200 2-3 PVC Polyyinyl Chloride (Plasticized) 200-300 1.5-3 TPER Thermoplastic Polyurethane 200-250 1-2

2.6 CHỌN MÁY PHUN ÉP NHỰA THEO CATALO

Giới thiệu chung về máy ép phun nhựa

2.6 CHỌN MÁY PHUN ÉP NHỰA THEO CATALO

• Để chọn máy ép phun phù hợp đảm bảo kỹ thuật và kinh tế, cần dựa vào một số các thông số chính của máy:

• Kích thước của máy

• Năng suất làm dẻo

• Năng suất phun

• Tốc độ phun

• Áp suất phun…

2.6 CHỌN MÁY PHUN ÉP NHỰA THEO CATALO

• Nếu như cơ sở sản xuất có máy sẵn thì cần kiểm tra xem cácthông số của máy có phù hợp với khuôn không

• Nếu không phù hợ thì thay đổi khuôn hoặc chọn máy khác

• Việc chọn máy ép theo catalog của các hang sản xuất máy cungcấp

• Hiện nay có rất nhiều haãng cung cấp máy ép phun nhựa:

2.6 CHỌN MÁY PHUN ÉP NHỰA THEO CATALO

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA BẰNG MOLD WIZARD NX11

SAU ĐÂY LÀ VÍ DỤ VỀ THIẾT KẾ KHUÔN

CHO CHI TIẾT ĐÃ

ĐƯỢC THIẾT KẾ Ở

CHƯƠNG 2

BƯỚC 1

Trong phần mềm Unigraphis Simems NX11.0 vào Mold Wizard

để bắt đầu thiết kế khuôn.

Để chuyển từ môi trường Model sang môi trường thiết kế khuôn nhựa Mold Wizard ta vào Application/Mold

BƯỚC 2

• Chọn Initialize Project để khai báo các thông số cơ bản của khuôn

• Cửa sổ Initialize Project hiện lên:

- Path – chọn thư mục lưu trữ khuôn

- Name – đặt tên cho khuôn (không cách, không dấu)

- Material – chọn vật liệu, PS

- Shrinkage – hệ số co ngót của vật liệu; 1,006

BƯỚC 3

• Chọn Mold CSYS chọn gốc tọa độ cho khuôn

• Chọn gốc nằm ở tâm mặt phân khuôn

- Start distance: chiều cao core, –30

- End distance: chiều cao cavity, 95

BƯỚC 5

• Thiết lập số lòng khuôn trong bộ khuôn

• Chọn Cavity Layout để thiết kế số lòng khuôn

• Trong của sổ Cavity layout chọn

- Linear: để nhân số lòng khuôn theo hướng của trục Nhân

theo trục X 2, trục Y 2 ta được khuôn có 4 lòng khuôn

- Start Layout: để máy tính tính toán thiết đưa ra số lòng

khuôn

- Edit Insert Pocket: để chỉnh các kiểu định vị ngoài cho

khuôn khi lắp vào tấm kẹp khuôn

- Tranfom: để xoay, di chuyển các lòng khuôn

- Auto Center: Đưa gốc tọa độ về tâm 4 lòng khuôn

BƯỚC 6

• Lựa chọn các vùng thuộc cavity hoặc core

BƯỚC 7

Chọn mặt phân khuôn

Chọn Desing Parting Surface để chọn mặt phân khuôn

BƯỚC 8: CHỌN DEFINE REGION ĐỂ TẠO CÁC VÙNG KÍN THUỘC CAVITY, CORE

BƯỚC 9: TÁCH KHUÔN, CHỌN DEFINE CAVITY AND CORE

Bước 2: Thiết kế hệ thống cấp nhựa nguội

a) Chọn vòng định vị (Locating Ring)

• Chọn

BƯỚC

• C) Thiết kế kênh dẫn chính

• Bước 3: Thiết kế hệ thống làm nguội

• Bước 4: Thiết kế hệ thống đẩy lấy sản phẩm

• b) Bộ phận giật đuôi keo