thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa chi tiết battery handling strap cho công ty tnhh real time robottics việt nam

Nội dung chính của đồ án: - Thiết kế lại chi tiết 3D trên phần mềm Inventor từ file mẫu của công ty - Tính toán các thông số kỹ thuật của khuôn ép nhựa, thiết kế và mô phỏng mô hình khu

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Khuôn mẫu là một thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất của các sản phẩm công nghiệp Là nền tảng cho các ngành công nghiệp chế tạo như cơ khí, điện tử,nhựa, …

Do đó, tầm quan trọng của khuôn mẫu trong sản xuất là không thể bỏ qua

Một khuôn mẫu tốt sẽ giúp sản xuất ra các sản phẩm đạt chất lượng cao, đồng đều và đáp ứng được tiêu chuẩn chất lượng Đồng thời, việc sử dụng khuôn mẫu cũng giúp giảm thiểu thời gian sản xuất, tăng năng suất và giảm chi phí Các sản phẩm được sản xuất từ khuôn mẫu cũng sẽ đáp ứng được yêu cầu của thị trường, tạo ra giá trị cho doanh nghiệp và người tiêu dùng

Cùng với sự phát triển mạnh trong ngành sản xuất công nghiệp và gia dụng, ngành công nghiệp sản xuất tay cầm, quai xách các linh kiện phụ kiện bằng nhựa lại được lựa chọn sử dụng nhiều cũng như tính thiết yếu, tiện lợi và thực tế của nó Dường như các mẫu tay cầm, quai xách xuất hiện ở mọi nơi trong cuộc sống sống hằng ngày Tuy được lựa chọn nhiều nhưng lại là ngành sản xuất phải có độ chuyên sâu nhất định với tính toán kỹ lưỡng với những kết cấu undercut trên sản phẩm

Công ty TNHH REAL-TIME ROBOTICS VIỆT NAM đã sản xuất được những mẫu Drone (máy bay không người lái) sang Mỹ Qua đó, ta thấy được Drone là sản phẩm công nghệ cao nên cần nguồn năng lượng lớn để duy trì hoạt động Pin sẽ to và nặng nên sẽ có tay cầm quai xách cho chúng ta dễ cầm để thay thế và mang theo Là bộ phận được công ty sản xuất gia công bằng công nghệ in 3D cho ra sản phẩm khó đáp ứng được độ bền, độ cứng và thiếu tính hàng loạt Nhận ra được vấn đề, công ty và nhóm đưa ra giải pháp đó là áp dụng công nghệ ép phun thay cho công nghệ in 3D mà vẫn đảm bảo được các yêu cầu cần thiết Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn cũng như là thử thách bản thân, cả nhóm cùng cô Dương Thị Vân Anh đã liên kết với doanh nghiệp thực hiện đồ án “THIẾT

KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA CHO CHI TIẾT BATTERY HANDLING STRAP CHO CÔNG TY TNHH REAL-TIME ROBOTICS VIỆT NAM”.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: vận dụng những kiến thức về khuôn ép nhựa, nghiên cứu và thiết kế bộ khuôn đạt hiệu quả

- Ý nghĩa thực tiễn: là một đề tài mang tính ứng dụng thực tế cao để đáp ứng nhu cầu của doanh nghiệp.

Mục tiêu đề tài

- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lí hoạt động của khuôn ép phun và máy ép phun

- Đưa ra các phương án thiết kế phù hợp

- Nghiên cứu thiết kế sản phẩm và bộ khuôn ép với các giáo trình và phần mềm hỗ trợ

- Từ đó thiết kế bộ khuôn cho sản phẩm đáp ứng được yều cầu tiêu chuẩn của doanh nghiệp đề ra:

 Tăng hiệu suất sản xuất

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Khuôn ép phun 2 tấm 1 lòng khuôn với cơ cấu undercut

- Vật liệu ép phun Polypropylene (PP)

- Công nghệ gia công CNC

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ ép phun, máy ép nhựa và khuôn ép nhựa 2 tấm có cơ cấu undercut

- Nghiên cứu tổng quan về vật liệu polymer trên thị trường

- Nghiên cứu tổng quan về máy CNC, công nghệ gia công CNC.

Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo tài liệu về khuôn mẫu, ứng dụng những kiến thức đã được học

- Tham khảo giáo trình, các nghiên cứu có liên quan và trên internet

- Sử dụng phần mềm PTC Creo Parametric 8.0 để thiết kế sản phẩm, thiết kế bộ khuôn cho sản phẩm và phân tích dòng chảy quá trình ép phun

- Tìm hiểu các thông số và đặc tính của vật liệu mà doanh nghiệp yêu cầu để thiết lập các thông số cho quá trình thiết kế khuôn cho phù hợp nhất

- Gia công các chi tiết khuôn đúng như các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra

- Lắp ráp và hiệu chỉnh khuôn đúng với bản vẽ đã đề ra

- Tiến hành ép phun sản phẩm mẫu.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết về công nghệ ép phun

- Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về khuôn 2 tấm có undercut

- Chương 5: Tính toán thiết kế khuôn

- Chương 6: Chế tạo – Thực nghiệm – Đánh giá

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu

Đối tượng nghiên cứu của đồ án này là sản phẩm tay xách nguồn năng lượng của Drone Bao gồm việc nghiên cứu, thiết kế sản phẩm và thiết kế chế tạo khuôn ép phun cho chi tiết tay xách có undercut.

Cơ sở thiết kế sản phẩm

- Sản phẩm được thiết kế lại dựa trên sản phẩm mẫu từ công ty

- Sử dụng vật liệu nhựa PP (Polypropylene)

- Sản phẩm được thiết kế đúng với kích thước của sản phẩm mẫu

- Lỗ trên sản phẩm được lắp với trục trên hộp nguồn năng lượng vừa khít nên chọn kiểu lắp hở với dung sai là G7/h6 để sản phẩm được tháo lắp dễ dàng.

Khuôn ép phun của sản phẩm có Undercut

 Khuôn ép phun của sản phẩm có Undercut

Hình 2.1: Khuôn 2 tấm có undercut [12]

Khuôn ép nhựa 2 tấm là loại khuôn phổ biến nhất trong ngành công nghiệp sản xuất nhựa Tuy nhiên, loại khuôn này có hạn chế là không thể tạo ra các sản phẩm có

5 undercut Undercut là những chi tiết, kết cấu trên sản phẩm có những lỗ, hốc, bậc… có hướng tháo khuôn riêng biệt, khác với hướng tháo khuôn của sản phẩm Muốn lấy được sản phẩm cần phải tháo các lỗ, các hốc ra trước Để giải quyết vấn đề này, người ta đã phát triển ra khuôn ép nhựa 2 tấm có undercut Loại khuôn này có cấu tạo phức tạp hơn so với khuôn 2 tấm thông thường, nhưng nó có thể tạo ra các sản phẩm có undercut với độ chính xác cao

 Tháo Undercut bằng hệ thống trượt

Hình 2.2: Tháo undercut mặt ngoài sử dụng lõi trượt[1]

Một hệ thống trượt cơ bản gồm các thành phần sau:

Chốt xiên là bộ phận có góc nghiêng thường dao động từ 5° đến 28°, đóng vai trò quan trọng trong việc tác động lên khối trượt để chúng di chuyển Góc nghiêng và chiều dài của chốt xiên sẽ quyết định hành trình trượt của lõi mặt bên.

- Lõi trượt: là một phần của khuôn tạo hình chi tiết, thường trượt trên tấm chống mòn và được giữ trong hệ thống ray dẫn hướng

- Ray dẫn: giữ lõi trượt, đảm bảo cho lõi trượt chuyển động chính xác và nhẹ nhàng không có bất kì sự xê dịch nào

- Tấm chống mòn: tạo bề mặt cho lõi trượt di chuyển, chống mài mòn trong suốt vòng đời của bộ khuôn

- Cơ cấu giữ: giữ lõi trượt tại thời điểm khuôn mở hoàn toàn

- Khối nêm: khóa lõi trượt đứng yên trong quá trình phun ép Nêm chịu toàn bộ lực ép, chốt xiên không chạm vào lõi trượt trong suốt quá trình này.[1]

Tổng quan về ngành công nghiệp khuôn mẫu

2.4.1 Tình hình nghiên cứu hiện nay

Trên thế giới nói chung, hiện nay đã đạt được rất nhiều những thành tựu về ngành công nghiệp khuôn mẫu, từ những sản phẩm đơn giản đến phức tạp, hay khuôn cho những sản phẩm to nhỏ bất kì Trên thế giới áp dụng các phần mềm tự động hoá cho các nguyên công thiết kế, vì vậy thời gian thiết kế bộ khuôn khá nhanh so với Việt Nam, giá thành làm ra sản phẩm củng giảm bớt và chất lượng sản phẩm củng tốt hơn do áp dụng những công nghệ tiên tiến Ở nước ta, thời gian gần đây mặc dù ngành công nghiệp khuôn mẫu phát triển rất mạnh nhưng so với thế giới thì còn khá non trẻ và đang tiếp cận dần với tốc độ phát triển của ngành công nghiệp thế giới Tại Việt Nam, do còn hạn chế về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp chỉ mới đáp ứng được một phần sản xuất khuôn mẫu phục vụ cho các sản phẩm tiêu dùng và một phần cho các công ty nước ngoài Với những sản phẩm có yêu cầu kĩ thuật cao hầu hết đều phải nhập bán thành phẩm hoặc khuôn từ nước ngoài về để sản xuất

Mặt khác, công ty TNHH REAL-TIME ROBOTICS VIỆT NAM là công ty chuyên sản xuất những mẫu Drone Cùng với đó là những mẫu tay xách được lắp trên nguồn năng lượng của những mẫu Drone cần được sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu cầu thực tế Chính vì vậy, nhiệm vụ cấp thiết cần phải thực hiện là nghiên cứu thiết kế, chế tạo khuôn ép nhựa cho chi tiết tay xách, nhằm đáp ứng được những yêu cầu sau:

- Chủ động trong sản xuất

- Thay thế cho công nghệ gia công sản xuất bằng phương pháp in 3D

- Mở rộng thị trường tiêu thụ trong nước và ngoài nước

- Nâng cao năng lực, làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo khuôn ép nhựa

2.4.2 Tình hình nghiên cứu đề tài

Có một số nghiên cứu về thiết kế chế tạo khuôn có undercut như: Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun nhựa chi tiết mặt ga lăng xe tải[3], Thiết kế và chế tạo khuôn cho sản phẩm khớp chuyển động bánh xe đẩy hàng trong sân bay[4],

Hiện tại, nhóm vẫn chưa tìm thấy nghiên cứu nào về đề tài thiết kế, chế tạo khuôn ép nhựa cho chi tiết quai xách này Xuất phát từ thực tế trên, nên nhóm chúng em đã

7 chọn đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA CHI TIẾT BATTERY HANDLING STRAP CHO CÔNG TY TNHH REAL-TIME ROBOTICS VIỆT NAM” Với mục tiêu ứng dụng công nghệ CAD, CAE, CAM, CNC để thiết kế khuôn, mô phỏng quá trình ép phun, gia công và thử nghiệm khuôn ép phun để xác định các thông số tối ưu cho sản phẩm

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

Tổng quan về vật liệu ép phun

Chất dẻo, còn được gọi là nhựa polymer Là các hợp chất cao phân tử, được dùng làm vật liệu sản xuất cho những sản phẩm trong công nghiệp cũng như các sản phẩm vật dụng hằng ngày mà chúng ta sử dụng Khi bị tác dụng bởi nhiệt độ, áp suất thì chất dẻo sẽ bị biến dạng và chúng vẫn giữ được hình dạng đó khi ngừng tác dụng Đa số các chất dẻo chứa các chất hữu cơ hoặc hợp chất vô cơ khác Và thành phần các chất phụ gia trung bình 20% theo khối lượng của chất dẻo Điển hình các chất phụ gia hay có trong chất dẻo:

- Chất ổn định: kéo dài tuổi thọ cho chất dẻo

- Chất làm đầy: cải thiện hiệu suất hoặc giảm chi phí sản xuất

- Chất dẻo: cải thiện tính lưu biến

- Phẩm màu: Thay đổi màu sắc [16]

Polymer được phân loại theo các tiêu chí sau:

- Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ

Nhựa nhiệt dẻo là loại polymer sở hữu khả năng chảy mềm nhiều lần khi chịu tác động của nhiệt, không xảy ra phản ứng hóa học và có thể định hình lại khi làm nguội Đặc tính tái sinh nhiều lần của loại nhựa này khiến chúng trở thành lựa chọn tối ưu cho mục đích sản xuất đồ gia dụng.

Ví dụ: polyethylen (PE), polypropylene (PP), polyvinylchloride (PVC), …

 Nhựa nhiệt rắn: là polymer khi bị tác dụng bởi nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác sẽ xảy ra phản ứng hóa học chuyển sang cấu trúc không gian 3 chiều Sau đó không còn nóng chảy hay hòa tan được như cũ nữa và không có khả năng tái sinh Vì thế thường được sử dụng trong kỹ thuật thô

Ví dụ: Nhựa epoxy, nhựa melamin, poly este không no,…

 Vật liệu đàn hồi: Điển hình là cao su

- Phân loại theo ứng dụng:

 Polymer thông dụng: vì có tính cơ lý cao nên được dùng nhiều trong đời sống hằng ngày và giá rẻ

Ví dụ: Polypropylene (PP), polyethylen (PE), polystyrene (PS), Acrylonitrile butadiene styrene (ABS),…

 Nhựa kỹ thuật: Có tính cơ lý trội hơn so với polyme thông dụng, thường được dùng trong công nghiệp

Ví dụ: Polycacbonat (PC), polyamide (PA),…

 Nhựa chuyên dụng: là các polymer tổng hợp được sử dụng riêng cho từng trường hợp

Ví dụ: Polyepoxit (epoxy), Phenolics ( PF),…

- Phân loại theo cấu trúc hình học

 Polyme mạch không phân nhánh

3.1.3 Tính chất cơ bản của Polymer

Nhựa có tính chất cơ bản sau:

- Cách điện tốt, cách nhiệt và cách âm

- Không rỉ, khó phân hủy

- Tính chảy tốt, dễ định hình với thời gian ngắn

3.1.4 Ứng dụng của một số Polymer thường gặp

 Cấu trúc: (CH[C6H5]-CH2)n, được tạo thành bởi phản ứng trùng hợp stiren

 Đặc điểm: Trong suốt dễ tạo màu, kháng hóa chất kém, khả năng chống lại dung môi, cứng giòn dễ gãy, không bền dưới tác dụng của thời tiết

 Ứng dụng: Dùng làm hộp đựng trang sức, đồ chơi, vỏ các thiết bị điện, chi tiết bánh răng cam, vật liệu cách nhiệt

Polyethylen được điều chế bằng phản ứng trùng hợp các monomer ethylen (C2H4)

 Đặc điểm: Màu trắng hơi trong, không dẫn nhiệt và điện, chống thấm nước và khí, không hòa tan trong nước và trên 70 o thì hòa tan kém trong một vài dung môi

 Ứng dụng: Dùng làm bao bì, vỏ boc dây điện, chai lọ, chế tạo các thiết bị trong ngành sản xuất hóa học

 Được sản xuất giữa phản ứng bisphenol A (BPA) và Phosgene (COCl2)

 Đặc điểm: Đặc tính cơ học tốt, bền và chịu lực cao

 Ứng dụng: Làm nguyên liệu được sử dụng trong các linh kiện điện tử, tấm nhà kính, kính, …

 Cấu trúc: (-CH2=CHCl)- , được tạo thành bởi phản ứng trùng hợp nylchoride

 Đặc điểm: Độ bền cơ học cao, chống cháy tốt, cách điện, chống thấm ẩm và bám bụi chống ăn mòn và khả năng tái chế xử lí dễ dàng

 Ứng dụng: Làm mái che, ống nhựa, áo mưa, găng tay,…

 Đặc điểm: Cứng, nhẹ, rắn, dễ uốn, bền với hóa chất, chịu nhiệt tốt, không thấm và cách điện

 Ứng dụng: Là nguyên liệu để sản xuất đồ chơi, vỏ các thiết bị điện, ống, mũ bải hiểm,…

 Đặc điểm: Trong suốt, chịu nhiệt thấp, cách điện, nhẹ, độ bền cao

 Ứng dụng: Làm kính áp tròng, làm viền đèn hậu của xe, trong ngành xây dựng thì còn được sử dụng làm các gian hàng trưng bày

Công nghệ ép phun

3.2.1 Khái niệm Ép phun là công nghệ sản xuất sản phẩm bằng quá trình phun nguyên vật liệu đang nóng chảy vào khuôn và ép vào khuôn định hình cho ra sản phẩm Trong công nghiệp gia công Polymer thì đây là công nghệ được ưa chuộng nhất

Nhiệt độ thích hợp được áp dụng cho từng loại nguyên liệu trong quá trình làm nóng bằng máy ép nhựa Nguyên liệu thô dưới dạng hạt nhựa cứng được nạp vào phễu cấp liệu Trước khi được đẩy về phía trước, nhựa được trộn đều và làm nóng trong xilanh nhờ hệ thống trục vít cùng hệ thống gia nhiệt.

Bước 2: Một áp lực lớn được tạo ra bởi hệ thống trục vít để bơm nhựa đang nóng chảy vào khuôn đang đóng kín bằng máy ép Lòng khuôn đang ở trạng thái đóng đang điền đầy bởi nhựa được bơm từ phễu qua trục vít rồi đến vòi phun

Bước 3: Hệ thống làm mát sẽ tiến hành làm mát khuôn đồng thời nhựa đang ở trạng thái nóng chảy chuyển qua trạng thái rắn ( định hình sản phẩm)

Bước 4: Đây là bước cuối cùng Khuôn mở ra từ từ đến khi đạt khoảng cách và sản phẩm sẽ được hệ thống đẩy đẩy ra để lấy sản phẩm Tiếp đó, khuôn sẽ được đóng lại và tiếp tục quá trình như cũ [7]

3.2.3 Ứng dụng của công nghệ ép phun

Bằng phương pháp sử dụng công nghệ ép phun với độ chính xác cao, ổn định và có tính hàng loạt thì ngành công nghiệp gia công nhựa đã và đang chế tạo ra nhiều sản phẩm đáp ứng được nhu cầu thiết yếu ở nhiều lĩnh vực khác nhau Điển hình như là vỏ tivi, vỏ nồi cơm điện, vỏ hộp đựng, các thiết bị điện tử, đồ chơi, đồ gia dụng, vỏ chai, linh kiện thiết bị y tế, linh kiện ô tô, … Những sản phẩm được làm ra từ công nghệ ép phun từ đơn giản đến cầu kỳ đều rất phong phú về mẫu mã, kiểu dáng, màu sắc

Hình 3.2: Một số sản phẩm từ công nghệ ép phun

Máy ép nhựa

Máy ép nhựa có tác dụng cố định khuôn trong suốt quá trình nhựa nóng chảy đang được điền đầy vào trong lòng khuôn Sau khi điền đẩy và nguội thì máy ép mở khuôn ra cho sản phẩm được đẩy ra ngoài bằng hệ thống lõi [9]

Hình 3.3: Một số máy ép nhựa

Hình 3.4: Một sốt máy ép nhựa

3.3.1 Cấu tạo máy ép nhựa

Hình 3.5: Cấu tạo máy ép nhựa [9]

Hầu hết tất cả máy ép nhựa đều có 2 thành phần chính đó là phần cơ cấu ( phần kẹp khuôn, phần phun nhựa ) và phần nguồn cấp ( thủy lực hoặc động cơ điện ) Ngoài ra còn được trang bị thêm hệ thống làm nguội, hệ thống lõi, hệ thống hỗ trợ và cánh tay robot

 Phần kẹp khuôn cố định: kẹp và giữ phần khuôn cái ở một vị trí chính xác và cố định

 Phần kẹp khuôn di động: kẹp và giữ phần khuôn đực, phần này sẽ di chuyển theo phương song song với hướng đóng khuôn và hướng mở khuôn

 Khoảng trống giữa 2 phần kẹp là nơi nhựa được điền đẩy tạo hình sản phẩm

 Đây là phần sẽ hóa lỏng nhựa bằng nhiệt độ rồi đẩy nhựa đang nóng chảy vào khuôn bằng hệ thống vít xoắn và áp lực của vòi phun [9]

Hình 3.6: Nguyên lí hoạt động của máy ép nhựa [9]

Theo thứ tự như hình trên, ban đầu nhựa sẽ được đong vào phễu chứa dưới dạng hạt cứng Tiếp đó nhựa sẽ được các thanh gia nhiệt làm nóng chảy và tiến dần lên phía trước do trục vít vừa xoay vừa tiến lên phía trước dần dần để dẫn nhựa vào khoang chứa liệu Đồng thời trục vít sẽ lùi lại để tạo khoảng trống cho nhựa được bơm tới cuốn phun rồi qua lòng khuôn

Khi nhựa trong lòng khuôn được điền đầy thì hệ thống làm mát sẽ hoạt động để làm nguội nhựa định hình sản phẩm Phần kẹp khuôn di động ( phần Core) sẽ mở ra một khoảng đủ để lấy sản phẩm bằng hệ thống lấy sản phẩm và đóng lại tiếp tục quá trình ép phun tạo sản phẩm tiếp theo.

Khuôn ép phun

Khuôn là dụng cụ tạo hình sản phẩm nhờ khả năng chứa nguyên liệu lỏng, giúp tạo hình và làm nguội nguyên liệu để tạo thành sản phẩm cuối cùng Khuôn gồm nhiều bộ phận, cụm chi tiết lắp ráp với nhau, đáp ứng nhu cầu sử dụng của người dùng.

16 dụng cho một số lượng chu trình nhiều lần lặp lại cũng như là một lần với độ chính xác cao Để thiết kế và chế tạo khuôn thì kết cấu và kích thước sẽ được quyết định bởi hình dáng, kích thước, số lượng và chất lượng của sản phẩm Ngoài ra, cần phải quan tâm đến một số công nghệ của sản phẩm ( Nhiệt độ, áp suất gia công, góc nghiêng,….), tính chất nguyên liệu ( hệ số co rút, tính đàn hồi, độ cứng,…), tính kinh tế của bộ khuôn

Khuôn được chia thành hai phần chính: Cavity và Core

- Phần cavity (khuôn cái): là phần khuôn cố định được gá trên tấm cố định của máy ép nhựa

- Phần core (khuôn đực): là phần khuôn di động được gá trên tấm di động của máy ép nhựa

Khoang giữa phần cavity và phần core là nơi chứa nhựa ở dạng lỏng Khi nhựa được đun nóng đến trạng thái nóng chảy thì được đưa vào khoang này Sau đó, hệ thống làm nguội bắt đầu hoạt động, làm cho nhựa đông đặc lại và tạo thành hình dạng theo khuôn mẫu đã thiết kế Cuối cùng, hệ thống lấy sản phẩm sẽ đưa sản phẩm ra khỏi khuôn.

Ngoài ra, một số bộ khuôn có lòng khuôn (khuôn âm, khuôn cái, cavity) là phần lõm vào sẽ xác định hình dạng của bên ngoài của sản phẩm, còn phần lồi ra là lõi (khuôn dương, khuôn đực, core) sẽ xác định hình dạng bên trong của sản phẩm Tùy vào sản phẩm và nhu cầu chúng ta sẽ chọn một khuôn có một hoặc nhiều lòng khuôn và lõi Phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi được gọi là mặt phân khuôn [1]

Hình 3.7: Khuôn dương và khuôn âm đang ở trạng thái đóng [1]

- Theo số tầng lòng khuôn;

 Khuôn dùng kênh dẫn nóng

 Khuôn dùng kênh dẫn nguội

- Theo cách bố trí kênh dẫn:

- Theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm:

 Khuôn cho sản phẩm một màu

 Khuôn cho sản phẩm nhiều màu

- Theo lực kẹp khuôn: 7, … 50, … 100, … 8000 tấn

- Theo lượng nguyên liệu cho một lần phun tối đa: 1, 2, 3, 5, 8, …, 56, 120oz ( ounce-1 ounce = 28,349 gram)

Lực kẹp khuôn (tấn) 25 – 100 100 – 500 500 – 1000 Trên 1000

Kích thước tương đối Nhỏ Vừa Lớn Rất lớn

Bảng 3.1: Phân loại theo lực kẹp khuôn [1]

- Theo loại pitton hay trục vít

- Theo phương đặt đầu phun nhựa:

- Theo tên gọi của hãng sản xuất

3.4.3 Kết cấu chung của một bộ khuôn

Ngoài cavity và core thì trong bộ khuôn còn có nhiều bộ phận khác Các bộ phận này lắp ráp lại tạo thành hệ thống cơ bản của bộ khuôn, bao gồm:

- Hệ thống dẫn hướng và định vị: chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị, chốt hồi, …

- Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: bạc cuống phun, kênh dẫn, miệng phun

- Hệ thống lõi mặt bên: lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam, chốt xiên, xialnh thủy lực, …

- Hệ thống đẩy sản phẩm: chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ, khối đỡ,…

- Hệ thống làm nguội: đường nước, rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối, …

- Hệ thống thoát khí: rãnh thoát khí

Hình 3.8: Kết cấu chung của một bộ khuôn [1]

- Kết cấu của bộ khuôn hai tấm

Khuôn hai tấm là loại khuôn ép phun có cấu tạo đơn giản và được ứng dụng rộng rãi do chi phí thấp và chu kỳ sản xuất ngắn Đặc điểm nổi bật của khuôn này là khi mở khuôn, mặt phân khuôn sẽ chia khuôn thành hai phần riêng biệt, với kênh dẫn và sản phẩm nằm cùng một phía.

Hình 3.9: Kết cấu bộ khuôn 2 tấm

10: Bộ định vị 11: Tấm đỡ 12: Khối đỡ 13: Tấm giữ 14: Tấm đẩy 15: Chốt đỡ 16: Bạc dẫn hướng 17: Chốt hồi về

1 Tấm kẹp trước: kẹp vào phần kẹp cố định của máy ép

2 Tấm cố định: khuôn cái

3 Bạc cuốn phun: dẫn nhựa từ đầu phun vào khuôn

4 Vòng định vị: định vị khuôn với thành máy

5 Vít lục giác: cố định tấm kẹp và tấm cố định

6 Đường nước: làm mát khuôn và giữ nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt

7 Tấm di động: khuôn đực

8 Tấm lót: tăng độ cứng vững cho khuôn phía di động

9 Gối đỡ: thường là 1 cặp, trợ lực cho tấm di động đồng thời tạo khoản hở cần thiết ở giữa để bố trí tấm kẹp pin đẩy và tấm đẩy cùng hệ thống pin đẩy

10 Tấm kẹp pin: giữ hệ thống pin đẩy không bị trượt ra ngoài trong quá trình khuôn hoạt động

11 Tấm đẩy pin: nối với lõi đẩy, đẩy hệ thống pin đẩy qua đó gián tiếp đẩy sản phẩm ra ngoài

12 Tấm kẹp sau: dùng để kẹp vào phần di động của máy ép nhựa

13 Pin đẩy: đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

14 Lò xò: đẩy cụm tấm kẹp và tấm đẩy lùi về phía sau để kéo dàn pin đẩy về chuẩn bị chu kỳ ép tiếp theo

15 Chốt hồi: dẫn cụm tấm kẹp và tấm đẩy di chuyển theo một đường thẳng tịnh tiến nhằm giữ cho chúng không trượt ra ngoài và bảo vệ dàn pin đẩy không bị cong trong quá trình đẩy sản phẩm và lùi về

16 Bạc dẫn hướng: giúp chốt dẫn hướng dễ dàng di chuyển và định vị

17 Chốt dẫn hướng: giúp 2 phần khuôn được định hình chính xác trong quá trình đóng mở khuôn

* Với một số sản phẩm có yêu cầu, độ khó cao cần thêm một số bộ phận khác như xilanh, chốt xiên, undercut,…

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ KHUÔN 2 TẤM CÓ UNDER

Tổng quan về công ty

Công ty TNHH Real-time Robotics (RtR) Việt Nam đã sản xuất được máy bay không người lái ( Drone ) sang Mỹ Điển hình là chiếc drone HERA đã làm mưa làm gió giới công nghệ được các kỹ sư người Việt thiết kế và chế tạo từ thân vỏ, cánh tay, bo mạch, linh kiện điện tử, … cho đến phần mềm điều khiển

Drone HERA có nhiều tính năng hơn hẳn những drone khác về mặt công tác quân sự, tìm kiếm và cứu hộ, mang tải nặng với công suất hơn hẳn Với kích thước nhỏ gọn có thể nhét về balo nhưng công suất thì ngược lại với kích thước mà có thể nâng tải tới tận 15kg, mang được 4 tải cùng lúc với tầm quan sát 360 o

Với những công dụng như trên, giá của HERA lên tới 25.000 – 30.000 USD/chiếc

So với thị trường cao hơn hẳn 20-30% thì vẫn được Mỹ chấp nhận và đầu tư hẳn 3 chiếc

Hình 4.1: Một trong những kỹ sư thiết kế và chế tạo drone của công ty

Hình 4.2: Drone HERA hoàn chỉnh

Hình 4.3: Sản phẩm tay xách được gắn trên nguồn năng lượng

Hình 4.4: CEO của Real-time Robotics – TS Lương Việt Quốc [10]

Tổng quan về sản phẩm

Tay cầm, quai xách bằng nhựa hiện nay đang rất phổ biến bởi sự tiên dụng và đa dạng trong ứng dụng Được làm từ nhiều loại nhựa khác nhau cũng như có nhiều kiểu dáng khác nhau ( chữ U, chữ L, vòng, dẹt, tròn) Mỗi kiểu dáng mang đến sự tiện lợi và thẩm mỹ cho từng sản phẩm cụ thể

Tay cầm quai xách bằng nhựa tưởng chừng đơn giản nhưng chúng lại có nhiều ưu điểm nổi bật là nhẹ, bền, chịu lực tốt, chống nước, chống ẩm, dễ dàng vệ sinh và giá thành rẻ nên được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực trong thực tế:

 Hộp nhựa đựng thực phẩm: Tay cầm giúp di chuyển hộp dễ dàng hơn, đảm bảo an toàn vệ sinh

 Hộp carton: Tay cầm giúp di chuyển balo dễ dàng, quai xách giúp treo hoặc móc balo

- Túi xách và balo: Tay cầm, quai xách giúp mang vác, di chuyển dễ dàng tiện lợi và giảm áp lực lên tay

 Máy móc, thiết bị: Tay cầm quai xách giúp di chuyển, thao tác máy móc dễ dàng hơn

 Dụng cụ: Tay cầm quai xách giúp cầm nắm dụng cụ chắc chắn, an toàn khi sử dụng

 Linh kiện điện tử: Tay cầm quai xách giúp thao tác, lắp đặt linh kiện dễ dàng

 Giường bệnh: Tay cầm giúp bệnh nhân di chuyển ra vào giường dễ dàng

 Dụng cụ y tế: Tay cầm giúp thao tác dụng cụ y tế chính xác, an toàn

- Ngoài những ứng dụng trên, tay cầm quai xách bằng nhựa còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như:

 Ngành công nghiệp may mặc

Hình 4.5: Mốt số sản phẩm tay cầm quai xách bằng nhựa [8]

Qua đó, ta thấy được Drone HERA là sản phẩm công nghệ cao nên cần nguồn năng lượng lớn để duy trì hoạt động Pin sẽ to bự và nặng nên sẽ có tay cầm quai xách cho chúng ta dễ cầm để thay thế và mang theo Là bộ phận được công ty sản xuất gia công bằng công nghệ in 3D cho ra sản phẩm khó đáp ứng được độ bền, độ cứng và thiếu tính hàng loạt Nhận ra được vấn đề, công ty và nhóm đưa ra giải pháp đó là áp dụng công nghệ ép phun thay cho công nghệ in 3D mà vẫn đảm bảo được các yêu cầu cần thiết.

Yêu cầu kĩ thuật

- Sản phẩm sau khi ép đạt được kích thước yêu cầu

- Sản phẩm không bị bavia, không bị rỗ khí, cháy bề mặt, co ngót

- Khuôn đảm bảo ép được liên tục

- Tỉ lệ sinh ra phế phẩm thấp

- Các linh kiện trong khuôn dễ dàng sửa chữa, thay thế khi có hư hỏng xảy ra.

Phương án và giải pháp thực hiện

Phương án này sử dụng khuôn 2 tấm 1 lòng khuôn có cơ cấu undercut

 Hệ thống mở lấy sản phẩm hoàn toàn tự động nhờ vào cơ cấu của con trượt và chốt xiên, không cần thêm yếu tố khác để mở khuôn

 Tốn nhiều diện tích trong tấm khuôn

 Khó gia công chế tạo

 Giá thành gia công đắt do độ phức tạp

Phương án này củng sử dụng khuôn 2 tấm 1 lòng khuôn có cơ cấu undercut, nhưng khác với phương án 1 thay vì sử dụng 4 con trượt và chốt xiên để mở khuôn thì phương án 2 chỉ sử dụng 2 con trượt để mở khuôn

 Hệ thống mở lấy sản phẩm hoàn toàn tự động nhờ vào cơ cấu của con trượt và chốt xiên, không cần thêm yếu tố khác để mở khuôn

 Bộ khuôn gọn gàng, linh hoạt tăng năng suất

 Giá thành gia công rẻ hơn

Củng tương tự giống như phương án 2 nhưng sẽ thiết kế 2 lòng khuôn đối xứng

Hình 4.8: Hình ảnh minh hoạ

Phương án này sử dụng khuôn 3 tấm 2 lòng khuôn có undercut

 Quá trình tự động hoá của khuôn 3 tấm sẽ cao hơn khuôn 2 tấm vì có thể tự động tách đuôi keo

 Phù hợp cho dạng sản xuất lớn

 Kết cấu phức tạp hơn khuôn 2 tấm

 Chi phí gia công cao

 Gia công, lắp ráp và bảo trì khuôn củng sẽ phức tạp hơn khuôn 2 tấm Dựa vào những ưu nhược điểm của 4 phương án trên, sau khi tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn và tài chính của nhóm, nhóm chúng em quyết định lựa chọn phương án 2 để tiến hành thực nghiệm.

Trình tự công việc thực hiện

- Tìm các nguồn tài liệu tham khảo về khuôn 2 tấm có undercut

- Thiết kế khuôn ép phun 2 tấm 1 lòng khuôn

- Gia công và lắp ráp các chi tiết khuôn

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN

Thiết kế sản phẩm

Mở phần mềm Creo Parametric 8.0, chọn Select Working Directory để chọn thư mục làm việc, sau đó chọn New để tạo một file thiết kế mới

- Import chi tiết mẫu của công ty

Hình 5.1: Import chi tiết mẫu

- Vì sản phẩm có hình dạng đối xứng nên sẽ thiết kế một nữa và lấy đối xứng

Hình 5.2: Thiết kế sơ bộ và lấy đối xứng

- Lấy đối xứng toàn bộ chi tiết

Hình 5.3: Chi tiết hoàn chỉnh

Vật liệu và kiểm tra sản phẩm

Lựa chọn nhựa PP (Polyprolylene) làm vật liệu cho nghiên cứu Vật liệu này có ưu điểm là có tính chống thấm nước và thấm khí, chống oxi hóa và độ bóng bề mặt tốt, có độ đàn hồi tương đối cao, giá thành trung bình

Khối lượng riêng Dạng vô định hình: 0.85 g/cm 3

Dạng tinh thể: 0.95 g/cm 3 Độ bền kéo 30 – 40 N/mm 2 Độ dãn dài 250 – 700 % Điểm nóng chảy ~ 165 °C

Bảng 5.1: Đặc tính của nhựa PP [11] Điều kiện xử lý nhiệt đối với ép phun:

- Sấy khô là không cần thiết nếu được bảo quản đúng cách

- Nhiệt độ khuôn cao sẽ cải thiện độ sáng và vẻ ngoài của bộ phận Độ co ngót của khuôn nằm trong khoảng từ 1,5 đến 3%, tùy thuộc vào điều kiện xử lý, tính lưu biến của polymervà độ dày của miếng cuối cùng [11]

5.2.2 Khối lượng và thể tích sản phẩm

Khối lượng của sản phẩm là 17.86 gram ở dòng Mass và thể tích là 19805.403 mm 3 ở dòng Volume

Hình 5.4: Hộp thoại Mass Properties 5.2.3 Kiểm tra bề dày sản phẩm

Hình 5.5: Kiểm tra bề dày sản phẩm

Trong thiết kế sản phẩm, mục đích của việc kiểm tra bề dày là đảm bảo bề dày sản phẩm đồng nhất, tránh xảy ra các khuyết tật khi có các vị trí quá dày hoặc quá mỏng trên sản phẩm sau khi ép như: bóng khí, vết nứt, hay sản phẩm bị cong vênh… Đối với sản phẩm trong trường hợp này có một số chỗ bề dày không đồng đều, phải thiết kế đoạn chuyển tiếp và các góc bo mục đích là tránh ứng xuất tập trung và các khuyết tật để phù hợp và an toàn khi ép sản phẩm [1]

5.2.4 Kiểm tra góc thoát khuôn

Vì sao phải kiểm tra góc thoát khuôn? Góc thoát khuôn sẽ giúp dễ dàng tháo lắp sản phẩm ra khỏi lòng khuôn, mặt trong và mặt ngoài phải có độ côn nhất định theo lòng khuôn Khi không thiết kế góc thoát khuôn hay thiết kế không đúng thì ma sát giữa bề mặt sản phẩm và lòng khuôn rất lớn Khi đó sản phẩm sẽ bị kẹt lại trong khuôn hoặc nếu được đẩy ra ngoài đi chăng nữa thì bề mặt sản phẩm cũng sẽ bị lỗi bởi lực chốt đẩy quá lớn làm thủng bề mặt Do đó, cần phải kiểm tra để sửa chữa các sai sót trước khi thực hiện các công việc tiếp theo [1]

Hình 5.6: Hộp thoại Draft Analysis

Hình 5.7: Kiểm tra góc thoát

Thông qua màu sắc thể hiện trên sản phẩm, phần ranh giới giao giữa 2 màu đỏ và xanh chính là mặt phân khuôn

ผลิตภัณฑ์นี้ไม่จำเป็นต้องสร้างมุมเอียงเพื่อปล่อยจากแม่พิมพ์อีกต่อไป เนื่องจากผลิตภัณฑ์มีมุมเอียงที่เพียงพอในการดันผลิตภัณฑ์ออกได้อย่างง่ายดาย โดยไม่ทำให้ผลิตภัณฑ์เสียหาย

Tách mặt phân khuôn

Sử dụng Modul Manufacturing - Mold cavity trong phần mềm PTC Creo Parametric 8.0 để tách khuôn cho sản phẩm Khởi động phần mềm, chọn New, chọn Manufacturing, Mold Cavity, chọn hệ đơn vị mmns_mfg_mold

Nhập hệ số co rút của vật liệu làm sản phẩm, vào Shrinkage by scale, nhập hệ số co rút vào ô Shrink Ratio Chọn vật liệu PP và lấy hệ số co rút là 0.015

Hình 5.8: Tách khuôn sản phẩm

Hệ thống kênh dẫn nhựa

Hình 5.9: Kích thước cuống phun cho thiết kế [1]

Hình 5.10: Thiết kế cuống phun 5.4.2 Thiết kế kênh dẫn

Kênh dẫn nhựa có nhiều dạng tiết diện: tiết diện tròn, tiết diện hình thang hiệu chỉnh, tiết diện hình thang, tiết diện hình chữ nhật và nữa hình tròn Để dòng chảy ổn định

36 cũng như thuận lợi cho việc gia công, nhóm chọn kênh dẫn có tiết diện hình tròn với dường kính D = 5 mm

Loại kênh dẫn Ưu điểm Nhược điểm

Tmax: bề dày thành lớn nhất của chi tiết

- Diện tích bề mặt cắt nhỏ nhất

- Ít mất nhiệt, ít ma sát

- Có lõi nguội chậm giúp duy trì nhiệt và áp xuất

- Khó vì phải gia công trên hai nửa khuôn nhưng hiện nay máy gia công CNC đã khắc phục được nhược điểm này

Tiết diện hình thang hiệu chỉnh

- Chỉ xếp sau kênh dẫn tiết diện tròn về tính năng

- Gia công trên một nửa khuôn

- Tốn nhiều vật liệu hơn

- Mất nhiệt nhanh hơn kênh tròn do diện tích bề mặt lớn hơn

- Gia công trên một nửa khuôn - Tốn nhiều vật liệu

Tiết diện hình chữ nhật và nửa hình tròn

- Do tiết diện nguội không đều nên làm tăng ma sát, áp xuất không đều

- Khó thoát khuôn, ma sát lớn

Bảng 5.2: Bảng so sánh tiết diện của một số kênh dẫn [1]

Sử dụng miệng phun cạnh cho sản phẩm vì là kiểu miệng rất thông dụng, nó có thể sử dụng cho các loại sản phẩm có thành mỏng hoặc trung bình bởi kết cấu đơn giản và không cần độ chính xác cao

Miệng phun kiểu cạnh được đặt trên mặt phân khuôn, và điền đầy lòng khuôn từ bên hông, trên hay dưới [1]

Hình 5.12: Kích thước khuyên dùng cho thiết kế [1]

Hình 5.13: Thiết kế miệng phun cạnh

I = 0.6 →0.7 bề dày thành sản phẩm

Hệ thống làm nguội

Hình 5.15: Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế [1]

Bảng 5.3: Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế [1]

- Đường kính của kênh làm nguội: chọn d = 10 mm

- Khoảng cách từ tấm kênh làm nguội đến thành sản phẩm: a = 20 ÷ 25 mm

- Khoảng cách giữa 2 tấm kênh dẫn nguội: b = 20 ÷ 30 mm

Hệ thống tháo Undercut

Hình 5.16: Các thông số cơ bản của lõi trượt [1]

Các thông số cơ bản: S1 = S + 5 = 5 + 5 = 10 (mm) α = β + (2 0 ÷ 5 0 ) = 18 + 2 = 20 0 Trong đó:

S: độ sâu undercut S1: hành trình khoảng trượt α: góc nghiêng của khối khoá β: góc nghiêng của chốt xiên S1 = S + 5mm α = β + (2 0 ÷ 5 0 )

Khe hở giữa lỗ và chốt xiên thường: 0.5 mm

Chốt xiên thường sử dụng thép C45, độ cứng sau khi tôi là 35HRC Hay vật liệu T8, T10, độ cứng sau khi tôi trên 55HRC Lắp ghép giữa chốt xiên và tấm giữ là lắp chặt H7/m6.

Thiết kế các tấm khuôn

Bảng 5.4: Các tấm khuôn thiết kế

Thiết kế các linh kiện cho khuôn

Hình 5.17: Kích thước bạc cuống phun [17]

Chọn bạc cuống phun SJAC có D = 13mm, P = 4mm, SR = 10.5mm, L = 70mm, α = 2 0

Hình 5.18: Kích thước vòng định vị [17]

Chọn vòng định vị LRBS với D = 100mm, T = 15mm, d = 70mm, cố định với hai bulong M6

Hình 5.19: Kích thước chốt dẫn hướng [17]

Chọn chốt dẫn hướng GPJL với D = 20mm, H = 25mm, T = 6mm, L = 120mm

Hình 5.20: Kích thước bạc dẫn hướng [17]

Chọn bạc dẫn hướng GBH với d = 20mm, D = 30mm, T = 8mm, H = 35mm, L = 50mm

Hình 5.21: Kích thước chốt hồi [17]

Chọn chốt hồi RP8TZ với D = 12mm, T = 8mm, H = 17mm, L = 90mm

Hình 5.22: Kích thước lò xo [17]

Chọn lò xo SWY có D = 24.5mm, d = 16.5mm, L = 60mm

Hình 5.23: Kích thước ty đẩy [17]

Chọn 4 ty đẩy EPHJB có P = 6mm, T = 6mm, H = 10mm, L = 102.5mm

Chọn 8 ty đẩy EPHB có P = 3mm, T = 4mm, H = 6mm, L = 91mm

Hình 5.24: Kích thước chốt xiên [17]

Chọn chốt xiên AP với D = 10mm, T = 10mm, H = 13mm, S = 5mm, L = 90mm, góc nghiêng α = 18 0

Hình 5.25: Kích thước bulong vòng [17]

Chọn bulong vòng M12 cho khuôn

Hình 5.26: Bộ khuôn hoàn chỉnh

Phân tích mô phỏng dòng chảy

Phân tích mô phỏng dòng chảy với Creo Parametric

Khởi động Creo, thêm sản phẩm vào môi trường làm việc Chọn Applications => Mold Analysis Khai báo vật liệu, chọn vị trí cổng phun và tiến hành phân tích

Hình 5.28: Các thông số ban đầu

Kết quả mô phỏng

Phần màu xanh cho thấy sản phẩm có thể ép được hoàn toàn

Hình 5.29: Sản phẩm có thể ép được hoàn toàn

Thời gian để điền đầy sản phẩm là 7,122 s

Hình 5.30: Thời gian điền đầy

Dòng chảy tập trung đã dồn khí vào một chỗ và gây ra bọt khí

Nơi dòng chảy gặp nhau và tạo ra đường hàn

Hình 5.35: Thời gian làm nguội

Hình 5.36: Giải pháp đề xuất cho khuyết tật rỗ khí

Biện pháp khắc phục cho khuyết tật rỗ khí:

- Thiết kế sản phẩm có bề dày tại các vị trí phù hợp

- Đổi vị trí cổng phun

- Giảm tốc độ phun, vì nếu phun với tốc độ cao thì bọt khí không thoát được

- Tuy nhiên, trước hết phải tối ưu hệ thống thoát khí, sau đó mới tính đến việc giảm tốc độ phun

- Giảm sự mất áp suất của trục vít hoặc giảm lực ép bằng cách giảm tốc độ (đặc biệt khi bọt khí được hình thành ngay gần cổng phun)

- Nếu có bọt khí thì cần phải đưa chúng vào vùng dễ thoát khí hoặc thêm các thanh lói vào để thoát khí

Hình 5.37: Giải pháp đề xuất cho khuyết tật đường hàn

Biện pháp khắc phục cho khuyết tật đường hàn:

- Giải quyết các giải pháp giống như khuyết tật sản phẩm không điền đầy khuôn

- Kiểm tra hệ thống thoát khí của khuôn hoặc bổ sung thêm rãnh thoát khí

- Có thể thiết kế để đưa các đường weldline vào các vị trí không thấy được và không chịu lực (cải thiện dòng chảy, hạn chế dòng chảy), kiểm tra thiết kế nếu cần thiết thì mở rộng cuống phun, tránh thay đổi bề dày sản phẩm đột ngột và điền khuôn không đồng nhất

- Dùng vật liệu có độ nhớt thấp hơn

CHẾ TẠO – THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ

Vật liệu làm khuôn

Việc lựa chọn vật liệu làm khuôn là quyết định quan trọng ảnh hưởng đến độ bền, chất lượng bề mặt và công nghệ chế tạo khuôn Các yếu tố cần cân nhắc bao gồm khả năng gia công, độ bóng có thể đạt được và các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng Do đó, việc lựa chọn vật liệu làm khuôn phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo độ bền, tính thẩm mỹ và hiệu suất hoạt động tối ưu của khuôn.

- Loại nhựa sẽ phun vào khuôn, vì có những loại nhựa có hại cho thép làm khuôn

- Độ bóng của bề mặt, độ phức tạp, chức năng của sản phẩm ép ra

- Số lượng sản phẩm yêu cầu

- Công nghệ dùng để gia công sản phẩm nhựa (phun, ép thổi, …)

- Khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn hóa học

- Biến dạng kích thước và hình dạng khi nhiệt luyện

- Các tính chất công nghệ như: cắt gọt, đánh bóng

- Tính hàn và khả năng phục hồi chi tiết

Thông thường yêu cầu đặc tính chung của vật liệu làm khuôn nhựa phải có:

- Hàm lượng Crôm (chống mòn) [1]

Tham khảo một số vật liệu chế tạo khuôn:

SUS420J2 là loại thép không gỉ Martensitic (hay Mactenxit) có chứa khoảng 13% hàm lượng Crom Nhờ vậy, loại thép này có khả năng chống ăn mòn và chống oxy hóa cao, giúp tăng chất lượng và tuổi thọ của các thành phẩm làm từ vật liệu này

Hình 6.1: Thành phần thép SUS420J2 Tính chất:

- Khả năng chống ăn mòn cao, đặc biệt là trong môi trường axit nhẹ và dung dịch muối

- Độ cứng cao (sau khi xử lý nhiệt)

- Khả năng chịu nhiệt tốt

- SUS420J2 có thể bị gỉ nếu không được bảo quản đúng cách

- SUS420J2 không được khuyến khích sử dụng trong môi trường axit nitric

Thép NAK55 là loại thép Crôm-Niken-Molipđen (Cr-Ni-Mo) được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu

Hình 6.2: Thành phần thép NAK55 Tính chất:

- Khả năng chống ăn mòn tốt

- Độ bền cao, chịu được tải trọng lớn

- Độ cứng cao (sau khi xử lý nhiệt)

- Khả năng đánh bóng tốt

- NAK55 cần được xử lý nhiệt để đạt được độ cứng và độ bền tối ưu

- NAK55 không được khuyến khích sử dụng trong môi trường axit nitric

Thép NAK80 là loại thép Cr-Ni-Mo-Cu-Al (Cr-Ni-Mo-Cu-Al) được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu, đặc biệt là khuôn ép nhựa

Hình 6.3: Thành phần thép NAK80 Tính chất:

- Khả năng chống ăn mòn tốt

- Độ bền cao, chịu được tải trọng lớn

- Độ cứng cao (sau khi xử lý nhiệt)

- Khả năng đánh bóng tốt

- NAK80 cần được xử lý nhiệt để đạt được độ cứng và độ bền tối ưu

- NAK80 không được khuyến khích sử dụng trong môi trường axit nitric

Thép C45 thuộc dòng thép hợp kim với hàm lượng carbon chiếm tới 0,45% Ngoài ra, thành phần của loại thép này còn chứa thêm các tạp chất khác với hàm lượng nhỏ như silic, lưu huỳnh, mangan, crom.

57 cứng, độ kéo phù hợp cho việc chế tạo khuôn mẫu Ứng dụng trong cơ khí chế tạo máy, các chi tiết chịu tải trọng cao và sự va đập mạnh [13]

Hình 6.4: Thành phần thép C45 [13] Đặc điểm cơ tính của thép C45

Hình 6.5: Đặc điểm cơ tính của thép C45 [13]

Dựa vào các đặc điểm của các loại thép trên, cùng với tình hình kinh tế của nhóm, nhóm đã lựa chọn mác thép C45 làm vật liệu chế tạo khuôn Tuy nhiên, thép C45 không phải là lựa chọn tốt nhất cho tất cả các ứng dụng khuôn ép nhựa Nếu cần một khuôn có tuổi thọ cao hơn hoặc có khả năng chống ăn mòn tốt hơn nên xem xét sử dụng loại thép khác như: SUS420J2, NAK55, NAK80

Tuổi thọ sử dụng của thép C45 trong khuôn ép nhựa phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

- Loại nhựa được sử dụng: Nhựa có tính ăn mòn cao có thể làm giảm tuổi thọ của khuôn

- Thiết kế khuôn: Thiết kế khuôn tốt sẽ giúp phân phối lực đều hơn và giảm thiểu mài mòn

- Quy trình sản xuất: Quy trình sản xuất tốt sẽ giúp đảm bảo rằng khuôn được làm đúng cách và không có lỗi

- Điều kiện vận hành: Điều kiện vận hành tốt sẽ giúp giảm thiểu mài mòn và kéo dài tuổi thọ của khuôn

Nhìn chung, thép C45 trong khuôn ép nhựa có tuổi thọ dao động từ 100.000 đến 500.000 lần ép, nhưng độ bền thực tế có thể phụ thuộc vào các yếu tố như thiết kế khuôn, chất lượng vật liệu, điều kiện hoạt động và bảo trì.

Dưới đây là một số mẹo để kéo dài tuổi thọ của khuôn ép nhựa bằng thép C45:

- Sử dụng nhựa có tính ăn mòn thấp

- Thiết kế khuôn cẩn thận

- Làm theo quy trình sản xuất tốt

- Vận hành khuôn đúng cách

- Bảo dưỡng khuôn thường xuyên.

Gia công trên máy phay CNC

‒ Kiểm tra kích thước phôi, kiểm tra bản vẽ

‒ Phôi và ê-tô phải được vệ sinh sạch trước khi gá, cần chú ý khoảng cách phôi cao hơn ê-tô để dao không va vào ê-tô trong quá trình gia công

‒ Dùng đồng hồ so rà phẳng mặt phôi

‒ Chuẩn bị, kiểm tra dao cụ

‒ Dao được gá vào Collet trước khi gắn vào ổ dao của máy phay

‒ Trước khi gia công cần xét chuẩn phôi, đo dao và kiểm tra chương trình gia công

‒ Các phôi đã được gia công các mặt đạt kích thước như bản vẽ.

Gia công

6.3.1 Gia công tấm kẹp cố định

- Nguyên công 1: gia công 6 mặt và chamfer các cạnh

- Nguyên công 2: gia công các lỗ

Phôi: 300x250x25 mm Vật liệu C45 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Dao Chế độ cắt

1 Phay thô biên dạng lỗ ỉ100, ỉ76 và ỉ36

2 Khoan mồi lỗ ỉ13 và lỗ ỉ5.2

5 Phay 4 lỗ bậc ỉ21 END MILL ỉ10 800 2500 1

7 Phay tinh biên dạng lỗ ỉ100, ỉ76 và ỉ36

Hình 6.7: Tấm kẹp cố định sau khi gia công 6.3.2 Gia công tấm kẹp di động

- Nguyên công 1: gia công các mặt và chamfer các cạnh

- Nguyên công 2: gia công các lỗ

Phôi: 300x250x25 mm Vật liệu C45 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Dao

Chế độ cắt F(mm/ph) S(v/ph) t(mm)

1 Phay lỗ suốt ỉ35 END MILL ỉ16 800 2500 1

4 Phay 4 lỗ bậc ỉ22 END MILL ỉ10 800 2500 1

Hình 6.8: Tấm kẹp di động sau khi gia công 6.3.3 Gia công tấm khuôn âm

- Nguyên công 1: gia công các mặt

- Nguyên công 2: gia công biên dạng và các lỗ

Phôi: 300x200x55 mm Vật liệu C45 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Dao Chế độ cắt

1 Phay thô hốc Insert END MILL ỉ25 1000 1800 1

2 Phay bán tinh hốc Insert END MILL ỉ16 1000 2300 0.5

3 Phay tinh hốc Insert END MILL ỉ6 900 3000 0.1

4 Khoan mồi lỗ ỉ13 và 4 lỗ bậc

5 Khoan lỗ ỉ13 và 4 lỗ bậc

7 Phay thụ 4 lỗ suốt ỉ25 END MILL ỉ16 900 2200 1

8 Phay thụ 4 lỗ bậc ỉ30 END MILL ỉ16 900 2200 1

9 Phay tinh 4 lỗ bậc ỉ30 END MILL ỉ10 600 2500 0.3

10 Phay tinh 4 lỗ bậc ỉ25 END MILL ỉ10 600 2500 0.3

- Nguyên công 3: khoan và taro 4 lỗ M12x1.5 ở mặt dưới

- Nguyên công 4: bắn điện cực

Hình 6.9: Tấm khuôn âm sau khi gia công 6.3.4 Gia công tấm khuôn dương

- Nguyên công 1: gia công các mặt

- Nguyên công 2: gia công các lỗ mặt dưới

Phôi: 300x200x60 mm Vật liệu C45 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Dao Chế độ cắt

1 Khoan mồi các lỗ CENTER

7 Phay 4 lỗ bậc lỗ ỉ27 END MILL ỉ10 600 3000 1

8 Phay 4 lỗ bậc lỗ ỉ26 END MILL ỉ10 600 3000 1

9 Phay 4 lỗ bậc lỗ ỉ22 END MILL ỉ10 600 3000 1

10 Phay 4 lỗ bậc lỗ ỉ20 END MILL ỉ10 600 3000 1

- Nguyên công 3: gia công mặt trên

Phôi: 300x200x60 mm Vật liệu C45 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Dao

Chế độ cắt F(mm/ph) S(v/ph) t(mm)

1 Phay thô biên dạng END MILL ỉ25 1000 1800 1

2 Phay bán tinh biên dạng END MILL ỉ8 800 3000 0.5

3 Phay bán tinh biên dạng END MILL ỉ4 800 3000 0.3

4 Phay tinh biên dạng END MILL ỉ2.5 400 3500 0.1

- Nguyên công 4: bắn điện cực

Hình 6.10: Tấm khuôn dương sau khi gia công 6.3.5 Gia công tấm đẩy

- Nguyên công 1: gia công các mặt và chamfer

- Nguyên công 2: gia công các lỗ

Phôi: 300x115x15 mm Vật liệu C45 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Dao

Chế độ cắt F(mm/ph) S(v/ph) t(mm)

1 Khoan mồi các lỗ CENTER

6 Phay 4 lỗ bậc ỉ18 END MILL ỉ6 800 3000 0.5

7 Phay 5 lỗ bậc ỉ10.5 END MILL ỉ6 600 3000 0.5

8 Phay 8 lỗ bậc ỉ6.5 END MILL ỉ6 600 3000 0.5

Hình 6.11: Tấm đẩy sau khi gia công 6.3.6 Gia công tấm đỡ

- Nguyên công 1: gia công các mặt và chamfer cạnh

- Nguyên công 2: gia công các lỗ

Phôi: 300x115x15 mm Vật liệu C45 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Dao Chế độ cắt

3 Phay 4 lỗ bậc ỉ14 END MILL ỉ10 800 3000 0.5

Hình 6.12: Tấm đỡ sau khi gia công 6.3.7 Gia công gối đỡ

- Nguyên công 1: gia công các mặt và chamfer các cạnh

- Nguyên công 2: gia công các lỗ

Phôi: 300x40x60 mm Vật liệu C45 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Dao Chế độ cắt

Hình 6.13: Gối đỡ sau khi gia công

Hình 6.14: Các linh kiện của khuôn

Đánh bóng khuôn

Khuôn mẫu trong công nghệ ép phun cần phải có các thông số kỹ thuật chính xác, yêu cầu độ bóng bề mặt cao Việc đánh bóng bề mặt lòng khuôn theo đúng yêu cầu kỹ thuật là thật sự cần thiết, là cơ sở nâng cao chất lượng khuôn mẫu, lợi ích của nó được thể hiện rõ ràng, giúp thuận lợi cho quá trình gia công ép nhựa:

- Đẩy sản phẩm nhựa thành phẩm ra khuôn ép một cách đơn giản

- Hạn chế sự mài mòn khuôn trong quá trình gia công ép nhựa

- Giảm thiểu sự nứt gãy sản phẩm nhựa khi chịu tác động của nhiệt độ cao trong quá trình ép nhựa

- Đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm nhựa

6.4.1 Yêu cầu kỹ thuật đánh bóng khuôn ép nhựa

- Xử lý bề mặt khuôn đảm bảo chất lượng cho các giai đoạn gia công sau này

- Nắm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến việc đánh bóng khuôn: kỹ thuật đánh bóng từng loại khuôn, chất lượng thép, nhiệt luyện

Khi đánh bóng khuôn ép nhựa, hãy lựa chọn nơi làm việc ít bụi bặm để đảm bảo bề mặt khuôn sạch sẽ Các công cụ đánh bóng cần phù hợp với từng chi tiết, bộ phận cụ thể của khuôn để đạt hiệu quả đánh bóng tốt nhất.

- Dung sai bề mặt đánh bóng phải nằm trong khoảng cho phép được quy định trong bản vẽ công nghệ ban đầu

- Các bộ phận, chi tiết khuôn ép nhựa của sản phẩm nhựa quang học, CD sẽ đòi hỏi tính chính xác cao hơn rất nhiều lần trong kỹ thuật đánh bóng

6.4.2 Các phương pháp đánh bóng khuôn ép nhựa

Sử dụng thao tác cắt và loại bỏ các phần nhô để có được bề mặt nhẵn Đánh bóng cơ học chủ yếu được thực hiện thủ công và thường sử dụng đá mài, bánh xe len, giấy nhám… Đối với bộ phận đặc biệt có bề mặt cánh quạt cần sử dụng bàn xoay, các chi tiết trong khuôn nếu yêu cầu chất lượng bề mặt cao, sẽ cần cần đánh bóng siêu chính xác Đánh bóng siêu chính xác có thể đạt được độ nhám bề mặt là 0.008μm, là phương pháp đánh bóng có độ chính xác cao nhất, thường sử dụng cho khuôn ép

73 ống kính quang học Đánh bóng siêu chính xác sử dụng chất lỏng đánh bóng có chứa chất mài mòn đặc biệt ép vào bề mặt phôi và gia công với tốc độ quay cao

Là phương pháp sử dụng dung dịch hóa học bào mòn phần nhô ra ở bề mặt khuôn để có được bề mặt nhẵn bóng Đánh bóng hóa học sẽ tạo ra độ nhám bề mặt chung ở sản phẩm khuôn là 10μm Ưu điểm chính của phương pháp đánh bóng hóa học:

- Sử dụng thiết bị đơn giản

- Đánh bóng tốt ngay cả đối các phôi với có hình dạng phức tạp

- Có thể đánh bóng đồng thời các phôi khuôn khác nhau nhưng vẫn đem lại hiệu quả cao

 Đánh bóng điện phân Đánh bóng điện phân hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ bản đó là làm phẳng bề mặt bằng cách hòa tan có chọn lọc phần lồi nhỏ trên bề mặt chi tiết hay lòng khuôn

Quá trình đánh bóng khuôn ép nhựa điện phân gồm hai bước:

- Bước 1: San lấp vĩ mô: Độ hòa tan lan sang vật liệu điện phân, tinh chỉnh hình học bề mặt thô, Ra > 1μm

- Bước 2: Vi phẳng: anodizing, tăng độ sáng bề mặt, Ra < 1μm

Phôi được ngâm vào dung dịch mài mòn và đặt trong cùng một trường siêu âm Đối với dao động siêu âm, chất mài mòn tiến hành mài và đánh bóng trên bề mặt phôi Lực gia công siêu âm nhỏ sẽ không gây biến dạng phôi, nhưng việc có hạn chế trong việc chế tạo và lắp đặt dụng cụ gặp nhiều khó khăn

Đánh bóng chất lỏng là kỹ thuật sử dụng chất lỏng phun ở tốc độ cao lên bề mặt cần làm sạch để đánh bóng bề mặt Kỹ thuật này bao gồm các phương pháp đánh bóng riêng biệt như:

- Đánh bóng phun mài mòn

- Đánh bóng phun chất lỏng

- Đánh bóng mài thủy động lực

Là phương pháp đánh bóng sử dụng hình thức mài mòn từ tính bàn chải mài mòn trong từ trường của phôi gia công Phương pháp này đem lại hiệu quả xử lý cao, chất lượng tốt, kiểm soát các điều kiện xử lý dễ dàng Với việc lựa chọn độ mài mòn phù hợp, đánh bóng từ tính có thể đạt được độ nhám bề mặt Ra 0.1μm [14]

Lắp ráp khuôn

Sau khi gia công xong, ta tiến hành làm nguội và vệ sinh các tấm khuôn và lõi khuôn Tiếp theo, ta chuẩn bị các linh kiện và công cụ để lắp ráp khuôn Sử dụng chất bôi trơn cho các linh kiện dẫn hướng Tiến hành lắp ráp phần vỏ khuôn, lõi khuôn và các linh kiện tiêu chuẩn lại với nhau để tạo thành một bộ khuôn hoàn chỉnh

Bước 1: Lắp các ty đẩy, lò xo, chốt hồi, chốt dẫn hướng vào tấm khuôn dương và tấm đẩy, tấm đỡ

Hình 6.16: Lắp các ty và lò xo vào tấm khuôn

Bước 2: Lắp 2 gối đỡ và tấm kẹp dưới vào tấm khuôn dương

Hình 6.17: Lắp 2 gối đỡ và tấm kẹp dưới vào tấm khuôn dương Bước 3: Lắp 2 con trượt vào tấm khuôn dương

Hình 6.18: 2 con trượt sau khi được lắp vào tấm khuôn dương

Bước 4: Lắp 2 chốt xiên vào tấm khuôn âm

Hình 6.19: 2 chốt xiên sau khi được lắp vào tấm khuôn âm

Bước 5: Lắp tấm khuôn âm đã lắp bạc cuống phun và chốt xiên vào phần khuôn dương

Hình 6.20: Lắp tấm khuôn âm vào phần khuôn dương

Bước 6: Lắp tấm kẹp trên và vòng định vị

Hình 6.21: Tấm kẹp trên và vòng định vị được lắp vào khuôn

Hình 6.22: Bộ khuôn sau khi lắp hoàn chỉnh

Ép sản phẩm

Hình 6.23: Máy ép nhựa HAITIAN Bảng 6.1: Các thông số máy ép nhựa HAITIAN MA1200III

A B C Đường kính trục vít (mm) 32 36 40

Thể tích ép phun (cm 3 ) 121 153 188

Tỉ lệ phun (g/s) 104 132 162 Áp suất phun tối đa (Mpa) 234 185 150

Tỉ lệ nung dẻo (GPPS) (g/s) 12.5 16.5 20

Tốc độ quay trục vít (rpm) 0-285

Lực kẹp khuôn tối đa (kN) 900

Khoảng cách các trục nối (mm) 360*360

Chiều cao khuôn max (mm) 390

Chiều cao khuôn min (mm) 150

Hình 6.24: Gá khuôn lên máy ép nhựa

Hình 6.25: Tiến hành ép mẫu

Bảng 6.2: Thông số ép thử với nhựa PP

Thông số điều chỉnh Vị trí (mm) Thông số lần

Nhiệt độ gia nhiệt trục vít ( 0 C)

Thời gian làm nguội (s) 20 20 Đánh giá kết quả:

- Thông số lần 1: Với nhiệt độ nhựa ép phun 205℃ , áp suất phun lớn nhất là 65MPa, tốc độ phun 20 cm 3 /s và thời gian điền đầy là 8 giây, thì sản phẩm ép ra bị co rút Nguyên nhân do nhiệt độ của nhựa trong quá trình ép và áp suất cao

- Thông số lần 2: Ta tiến hành giảm nhiệt độ nóng chảy nhựa, áp lực phun xuống 60MPa và tốc độ phun 15cm 3 /s, giữ nguyên các thông số còn lại Kết quả ở lần này, sản phẩm tuy vẫn còn co rút nhẹ nhưng không ảnh hưởng quá nhiều tới chất lượng và công dụng của sản phẩm

- Sản phẩm ép ra được điền đầy đồng nhất

- Tuy nhiên, sản phẫm vẫn còn bavia và co rút nhẹ Cần phải điều chỉnh thiết kế và tối ưu hoá thông số ép

- Kích thước sau khi ép:

 Chiều dài tổng thể: 163mm

 Lỗ trên sản phẩm lắp với hộp nguồn năng lượng: D = 7mm, độ côn 1 0