Đô án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy: Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun "Sản phẩm mẫu thử D638"

TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM MẪU THỬ D638 Trong xã hội hôm nay sản phẩm nhựa đóng vai trò vô cùng quan trọng từ vật dụng cá nhân đến máy móc công nghiệp đâu đâ

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Ngành khuôn mẫu tại Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, trở thành một trong những ngành công nghiệp then chốt đóng góp vào sự tăng trưởng kinh tế của đất nước Với sự gia tăng của các ngành sản xuất như điện tử, ô tô, nhựa và hàng tiêu dùng, nhu cầu về các sản phẩm khuôn mẫu ngày càng cao Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho ngành khuôn mẫu phát triển mạnh mẽ

Ngành công nghiệp khuôn mẫu là một trong những ngành tăng trưởng ổn định của thế giới kéo theo đó là nhu cầu về khuôn ép nhựa cũng ngày càng phát triển đa dạng mẫu mã, kích thước, vật liệu đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của thị trường

Hiện nay cùng với xu hướng phát triển chung của thế giới về ngành khuôn mẫu tại Việt Nam ngày càng đang phát triển khá mạnh mẽ, với nhiều công ty chuyên gia công sản xuất khuôn mẫu và có những công ty chế tạo khuôn và ép nhựa theo nhu cầu của thị trường Ngành sản xuất và gia công khuôn ép nhựa đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế và ngày càng được chú trọng và phát triển đáp ứng nhu cầu của xã hội là vai trò và là trách nhiệm của ngành Chính vì những lí do trên nên nhóm đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun Sản phẩm mẫu thử D638” Thông qua đề tài này nhóm sinh viên mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế góp phần phát triển nền công nghiệp khuôn mẫu của nước nhà

Trong quá trình thực hiện đề tài sinh viên cần vận dụng kiến thức đã học về:

- Dựng hình sản phẩm: Nắm vững các yêu cầu kĩ thuật cơ bản trong quá trình dựng hình và thiết kế

- Hiểu rõ tính chất, đặc tính của vật liệu, phương pháp thiết kế phù hợp với quy trình sản xuất

- Gia công: Hiểu rõ các máy công cụ, thiết bị hỗ trợ quá trình gia công để tạo khuôn cho sản phẩm

- Lắp ráp: Có kinh nghiệm, vẫn dụng kiến thức đã học áp dụng cho việc lắp ráp được chính xác tránh sai lệch

- Ép thử khuôn: Xác định thông số ép, vận hành máy ép hiệu quả, năng suất

- Mô phỏng dòng chảy tối ưu, hạn chế các khuyết tật, nguy có có thể xảy ra trong quá trình ép Ý nghĩa thực tiễn: sản phẩm mẫu thử nhựa là một phần quan trọng của ngành phun ép nhựa giúp xác định độ bền kéo của nhựa Thương mại bộ khuôn ép giúp giảm chi phí nghiên cứu, sản xuất của nhà trường và xã hội

Chế tạo được bộ khuôn ép phun cho mẫu thử phục vụ việc giảng dạy và nghiên cứu khoa học Quá trình thực hiện được cọ sát và mang lại những kinh nghiệm, trải nghiệm thực tế hỗ trợ công việc trong tương lai.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Thiết kế bộ khuôn ép phun hoàn chỉnh cho sản phẩm mẫu thử D638

- Sản phẩm sau khi ép ra phục vụ nghiên cứu khoa học và thử nghiệm

- Những thiếu sót và đạt được trong quá trình thực hiện đề tài và phương hướng phát triển đề tài.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Nghiên cứu về thông số, yêu cầu kĩ thuật của sản phẩm mẫu thử D638

+ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun cho sản phẩm mẫu thử D638

+ Thiết kế và gia công bộ khuôn phù hợp với yêu cầu và việc nghiên cứu khoa học.

Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích đưa ra các giải pháp thích hợp khi thiết kế lòng khuôn sử dụng insert có thể thay thế được giúp đa dạng mẫu thử và dễ dàng sửa chữa

- Phân tích các đề tài đã thực hiện để so sánh ưu nhược điểm và hướng phát triển

- Sử dụng phần mềm Creo panametric 9.0 để dựng hình và thiết kế khuôn cho sản phẩm

- Sử dụng phần mềm moldex 3D để mô phỏng dòng chảy tối ưu cho sản phẩm

- Nghiên cứu hệ thống đẩy hệ thống hỗ trợ giúp khuôn hoạt động ổn định tránh hư hỏng.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Nội dung của đề tài gồm 7 chương:

Chương 2 Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 3 Cơ sở lý thuyết

Chương 4 Phương hướng và giải pháp

Chương 5 Tính toán và dựng hình sản phẩm, thiết kế khuôn

Chương 6 Chế tạo, ép thử và đánh giá sản phẩm

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu

Đối tượng nghiên cứu của nhóm trong đồ án lần này là sản phẩm mẫu thử theo tiêu chuẩn ASTM D638 và D790 Gồm việc nghiên cứu thông số cấu tạo hình dáng, kích thước theo tiêu chuẩn ASTM của mẫu

Hình 2.2: Mẫu thử D790 Để hoàn thành được bộ khuôn sản phẩm cần thực hiện:

+ Dựng hình 3D sản phẩm theo thiêu chuẩn đã được kiểm định

+ Thiết kế bộ khuôn cho mẫu thử

+ Tiến hành lắp ráp và ép thử.

Cơ sở thiết kế

2.2.1 Cơ sở dựng hình sản phẩm

Dựa trên kích thước tiêu chuẩn ASTM của mẫu D638 và mẫu D790 Và từ đó tiến hành dựng hình mẫu thử

Sản phẩm mẫu D638 có kích thước tiêu chuẩn:

Bảng 2.1: Kích thước mẫu thử D638 [10]

W - Chiều rộng của phần hẹp 13 (0.50) ±0.5 (±0.02)

L - Chiều dài của phần hẹp 57 (2.25) ±0.5 (±0.02)

WO - Chiều rộng tổng thể, tối thiểu 19 (0.75) + 6.4 ( + 0.25)

LO - Chiều dài tổng thể, tối thiểu 165 (6.5) no max (no max)

D - Khoảng cách giữa các kẹp 115 (4.5) ±5 (±0.2)

Sản phẩm mẫu D790 có kích thước tiêu chuẩn:

Bảng 2.2: Kích thước mẫu thử D790 [11]

Yêu cầu chất lượng sản phẩm sau khi ép:

- Có kích thước nằm trong khoảng sai lệch cho phép của mẫu

- Sản phẩm sau khi ép ra không xuất hiện các lỗi bavia, bọt khí, sản phẩm điền đầy hoàn toàn,…

2.2.2 Cơ sở thiết kế khuôn

Với sản phẩm mẫu thử D638 và D790 hình dạng mẫu thử đơn giản, không có undercut thì khuôn hai tấm là lựa chọn hiệu quả nhất cho việc gia công, vận hành và sửa chửa

+ Dễ gia công, chế tạo

+ Đơn giản trong việc vận hành và sửa chữa

+ Nhiều phương án cho việc lựa chọn cổng phun phù hợp với mẫu

+ Khả năng tự động hóa thấp, tốn thời gian loại bỏ runner sau khi ép

+ Khuôn 2 tấm thường có phần đúc dư nhiều hơn so với các loại khuôn phức tạp hơn, dẫn đến tiêu hao nguyên liệu và tăng chi phí sản xuất

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tiêu chuẩn ASTM

- Tiêu chuẩn ASTM là bộ tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế cho vật liệu và sản phẩm, được tổ chức ASTM (Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ) ra mắt Những tiêu chuẩn này là kết quả của sự đồng thuận và sự chấp nhận từ cộng đồng quốc tế

- Tiêu chuẩn ASTM D638 mô tả phương pháp thử nghiệm để xác định các đặc tính kéo của nhựa gia cường và không gia cường Tiêu chuẩn này giúp xác định các đặc tính cơ học thiết yếu, bao gồm ứng suất kéo, biến dạng, mô đun kéo, độ bền kéo, độ bền kéo khi giới hạn chảy và độ bền kéo khi đứt

- Tiêu chuẩn ASTM D790 mô tả phương pháp thử nghiệm được sử dụng để xác định các đặc tính uốn của nhựa không gia cố và gia cố, bao gồm vật liệu composite có mô đun cao và vật liệu cách điện Các kết quả thử nghiệm điển hình theo ASTM D790 bao gồm mô đun uốn, ứng suất và biến dạng tại điểm giới hạn chảy, độ bền uốn và biến dạng uốn khi đứt.

Công nghệ ép phun

Công nghệ ép phun nhựa là phương pháp sản xuất sản phẩm nhựa hoàn chỉnh hoặc một phần cơ bản nhất hiện nay Là công nghệ sản xuất sản phẩm bằng cách phun vật liệu nóng chảy vào lòng khuôn Sau khi vật liệu nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì sản phẩm được đẩy ra nhờ hệ thống đẩy Được sử dụng phổ biến để chế tạo ra các bộ phận, sản phẩm, linh kiện, chi tiết bằng nhựa với nhiều kích thước, độ phức tạp, độ cứng, dẻo, độ chính xác khác nhau Ưu điểm của công nghệ ép phun:

- Sản xuất ra được nhiều sản phẩm trong thời gian ngắn

- Độ bóng bề mặt cao, đa dạng màu sắc

- Đa dạng về kiểu dáng

Hình 3.1: Cấu tạo máy ép nhựa

Một chu kì phun ép nhựa phải trải qua 4 giai đoạn:

Giai đoạn đầu tiên của chu kỳ ép phun là kẹp khuôn Trong giai đoạn này, hai nửa khuôn (khuôn trên và khuôn dưới) được đóng lại và kẹp chặt với nhau bằng lực kẹp của máy ép phun Việc kẹp chặt khuôn là cần thiết để đảm bảo không có sự rò rỉ nguyên liệu trong quá trình phun

Sau khi khuôn đã được kẹp chặt, nguyên liệu nóng chảy được phun vào khuôn thông qua một vòi phun Nguyên liệu được đẩy vào khuôn bằng một trục vít hoặc piston với áp suất cao để đảm bảo nguyên liệu lấp đầy tất cả các khoang và chi tiết của khuôn Giai đoạn này kết thúc khi toàn bộ khoang khuôn đã được lấp đầy

Khi nguyên liệu đã được phun vào khuôn, nó cần thời gian để làm mát và đông đặc lại trong khuôn Hệ thống làm mát (thường là các kênh làm mát bên trong khuôn) giúp duy trì nhiệt độ khuôn ổn định và làm nguội nguyên liệu một cách hiệu quả Thời gian làm mát phụ thuộc vào loại nguyên liệu và kích thước của sản phẩm

- Mở khuôn và lấy sản phẩm:

Sau khi nguyên liệu đã đông đặc và làm mát đủ, khuôn được mở ra và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn bằng các chốt đẩy hoặc cơ chế đẩy khác Việc đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn phải được thực hiện cẩn thận để tránh làm hỏng sản phẩm.

Khuôn ép nhựa

3.3.1 Kết cấu khuôn ép nhựa

Hình 3.2: Kết cấu cơ bản của một bộ khuôn ép phun

8: Tấm khuôn âm 9: Gối đỡ

10: Tấm giữ 11: Tấm đẩy 12: Tấm kẹp dưới 13: Ty đẩy

15: Chốt hồi 16: Bạc dẫn hướng 17: Chốt dẫn hướng

3.3.2 Phân loại khuôn ép phun

Theo cách bố trí hệ thống kênh dẫn có 2 loại khuôn ép phun:

- Khuôn hai tấm là loại khuôn phổ biến nhất, cấu tạo khuôn gồm có hai phần: khuôn âm và khuôn dương Khuôn 2 tấm dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa bên hông sản phẩm và khi mở khuôn thì chỉ có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa

- Đối với khuôn 2 tấm thì có thể thiết kế cổng vào nhựa sao cho sản phẩm và kênh dẫn nhựa tự động tách rời hoặc không tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa (xương keo) được lấy ra khỏi khuôn

- Phương pháp dùng khuôn hai tấm rất thông dụng trong ngành khuôn ép phun Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo nhưng khuôn hai tấm thường chỉ sử dụng để tạo ra những sản phẩm dễ bố trí cổng vào nhựa

Hình 3.3: Khuôn hai tấm Ưu điểm:

- Cấu trúc đơn giản hơn so với khuôn ba tấm hoặc khuôn không nhiều tấm

- Giá thành khuôn thường rẻ nhất trong tất cả loại khuôn ép phun

- Thời gian chu kỳ ép của khuôn ngắn hơn so với khuôn ba tấm, khuôn nhiều tấm

- Với cổng phun ngầm, ta có thể tách sản phẩm khỏi kênh dẫn giúp sản phẩm đúc không cần bước cắt bỏ cổng phun khỏi sản phẩm

- Cổng phun cạnh và cổng phun trực tiếp cần phải loại bỏ rãnh dẫn nên không phù hợp cho tự động hóa và không tiết kiệm năng lượng

- Điểm bơm keo bị giới hạn nên thường được bơm từ bên hông và mặt ngoài sản phẩm

- Khuôn ba tấm có hai mặt phân khuôn: một để tháo kênh dẫn nhựa và một để tháo sản phẩm, nó gồm ba phần: tấm cố định, tấm di động, và tấm để tháo rãnh dẫn Kênh dẫn được bố trí trên hai mặt phẳng và khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm và khoảng mở kia để lấy kênh dẫn nhựa Do đó, nếu lấy sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn dùng hệ thống đẩy thì phải bố trí hai hệ thống nên kết cấu khuôn sẽ phức tạp và lớn hơn khuôn hai tấm

Hình 3.4: Khuôn ba tấm Ưu điểm:

- Sản phẩm ép và kênh dẫn có thể tự động được tách ra, do vậy phù hợp cho tự động hóa và được áp dụng rộng rãi trong dạng sản suất hàng khối, số lượng lớn

- Sản xuất được các dạng sản phẩm có hình dạng phức tạp

- Do kênh dẫn nhựa dài nên thời gian ép dài và cần áp suất lớn để điền đầy nhựa vào lòng khuôn

- Kết cấu phức tạp hơn so với khuôn hai tấm Giá thành cũng cao hơn

- Khuôn nhiều tấm là khuôn ép phun do hai hay nhiều bộ khuôn ghép lại với nhau, để tăng số lượng sản phẩm trong một chu kì ép

- Khuôn nhiều tấm là khuôn ép phun có thể dùng kênh dẫn nguội hoặc kênh dẫn nóng Tuy nhiên, khuôn nhiều tấm dùng kênh dẫn nóng được sử dụng rộng rãi hơn vì khuôn nhiều tấm dùng kênh dẫn nguội sẽ có kênh dẫn quá dài nên khó điều chỉnh nhiệt độ và áp suất

- Khuôn nhiều tấm sử dụng hệ thống hot runner để dẫn nhựa vào tấm khuôn trung tâm Sau đó, nhựa nóng sẽ di chuyển theo những đường dẫn đi tới các lòng khuôn Hệ thống đẩy của khuôn sẽ nằm ở mỗi mặt của khuôn

Hình 3.5: Khuôn nhiều tấm Ưu điểm:

- Tạo ra số lượng sản phẩm lớn, làm tăng năng suất và chu kỳ sản xuất, tính tự động hóa cao

- Không có phế phẩm trong quá trình sản xuất Sản phẩm sản xuất ra được đưa đi sử dụng ngay lập tức

- Chi phí sản xuất khuôn cao, do kết cấu khuôn phức tạp, sử dụng các hệ thống có giá thành cao

- Hệ thống đẩy sản phẩm phải thiết kế đặc biệt vì hai chuyển động đẩy ngược nhau

- Khó khăn trong việc chế tạo và bảo dưỡng khuôn.

Vật liệu nhựa

Tính chất và ứng dụng của một số loại nhựa thường dùng trong ép nhựa, trên cơ sở đó có thể lựa chọn vật liệu phù hợp cho sản phẩm và nhu cầu sử dụng

- Là loại nhựa nhiệt dẻo có tên đầy đủ là Polyvinyl Clorua, PVC là loại nhựa rất quen thuộc và được sử dụng vô cùng phổ biến trong đời sống

- Nhờ đặc tính cách điện, độ bền và độ cứng cao, nên PVC thường được sử dụng để sản xuất các loại ống nhựa, vỏ bọc dây điện, vỏ cáp quang và còn dung để sản xuất bao bì thực phẩm, các loại thẻ từ, thẻ,…

- Thành phần PVC có chứa một số chất phụ gia độc hại như chì hay cadmium gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và PVC gần như không có khả năng tái chế nên ta cần hạn chế sử dụng hết mức

- Là loại nhựa nhiệt dẻo có tên đầy đủ là Polyehylene Terephthalate

- Nhựa PET là một trong những loại nhựa thông dụng và thường dung để sản xuất các loại chai nước, bình đựng nước, khay nhựa, hộp nhựa đựng thực phẩm,…

- Cơ quan y tế trên toàn thế đã kiểm chứng và chứng nhận nhựa PET đạt chuẩn an toàn khi sử dụng làm các sản phẩm đựng thức ăn và đồ uống

- Là loại nhựa nhiệt dẻo hay còn gọi là Polystyren

- Ứng dụng nổi của PS phải kể đến là dung để sản xuất các sản phẩm hộp xốp đựng thức ăn, chai, khay, dao, kéo dung một lần

- Trong thành phần PS có chứa styrene, styrene được coi là một chất gây ung thư và việc tiếp xúc với styrene cũng gây ra tác động nghiêm trọng cho sức khỏe thần kinh, Bên cạnh đó việc sản xuất PS cũng tạo ra ozon, gây ô nhiễm không khí Nhựa PS cũng là một nguyên liệu gần như không thể tái chế do khó thu gom

- Là một loại nhựa nhiệt dẻo, có tên đầy đủ là Acrylonbtrile Butadiene Styrene Nhựa ABS có nhiều đặc tính tốt như cứng, rắn, không giòn, không thấm nước và có tính cách điện tốt

- Nhựa ABS dễ dàng gia công nên được ứng dụng đa dạng trong sản xuất như sản xuất đồ chơi trẻ em, đồ điện tử, đồ gia dụng, công nghiệp ô tô, xe máy, ống gen, ống dẫn nước,…

- Nhựa ABS không phân hủy tự nhiên, và cần được xử lý đúng cách và có thể tái chế nhựa ABS để giảm thiểu các tác động xấu đến môi trường

- Là một loại nhựa nhiệt dẻo, có tên đầy đủ là Polypropylene Hạt nhựa PP không màu, không mùi, không vị và không gây độc hại Nhựa PP có độ dẻo và độ đàn hồi cao, có khả năng cách điện và chịu nhiệt tốt, được sử dụng nhiều trong đời sống hằng ngày và trong các ngành công nghiệp

- Ứng dụng phổ biến nhất của nhựa PP là sản xuất các chai nhựa, bình nước, hộp đựng thức ăn thực phẩm,…

- Là loại nhựa có giá thành rẻ và an toàn nên được các khuyến cáo sử dụng và có thể tái sử dụng nhiều lần Mặc dù có khả năng tái chế tuy nhiên chi phí tái chế cũng khá cao

Bảng 3.1: Độ co rút của một số loại nhựa

STT Nhựa Hệ số co rút

Tổng quan về CAE trong thiết kế khuôn ép nhựa

CAE là công cụ hỗ trợ được phát triển nhằm sử dụng trong việc cải thiện về mặt thiết kế hoặc hỗ trợ giải quyết các vấn đề kỹ thuật, được áp dụng nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau Một số công việc của nó bao gồm mô phỏng, tính toán, kiểm nghiệm, phân tích, tối ưu hóa các sản phẩm, quy trình và công cụ sản xuất Hệ thống CAE là công cụ đắc lực, đáng tin cậy, cho người sử dụng những thông tin cần thiết để họ có thể đưa ra các quyết định thiết kế

3.5.2 Lợi ích của việc ứng dụng CAE trong việc thiết kế khuôn mẫu

• Tối ưu hóa thiết kế khuôn

CAE cho phép mô phỏng và kiểm tra các thiết kế khuôn trước khi sản xuất thực tế Điều này giúp phát hiện sớm các lỗi thiết kế, đảm bảo khuôn mẫu hoạt động hiệu quả và giảm thiểu sự cố trong quá trình sản xuất

• Tiết kiệm thời gian và chi phí

Bằng cách mô phỏng các quá trình sản xuất, CAE giúp giảm thiểu thời gian thử nghiệm và điều chỉnh khuôn Việc phát hiện và khắc phục lỗi ngay từ giai đoạn thiết kế giúp giảm chi phí liên quan đến việc sửa chữa và sản xuất lại khuôn mẫu

• Nâng cao chất lượng sản phẩm

CAE cho phép kiểm tra và tối ưu hóa các yếu tố như áp suất phun, nhiệt độ, và thời gian làm mát, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt chất lượng cao nhất Các vấn đề như biến dạng, nứt gãy, và khuyết tật bề mặt có thể được dự đoán và khắc phục từ sớm

• Cải thiện hiệu suất sản xuất

CAE giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó cải thiện hiệu suất sản xuất và giảm thời gian chu kỳ Việc mô phỏng các kịch bản sản xuất khác nhau giúp tìm ra các thiết lập tối ưu, từ đó tăng năng suất và hiệu quả

• Phân tích ứng suất và biến dạng

CAE cung cấp khả năng phân tích ứng suất và biến dạng trong khuôn mẫu và sản phẩm, giúp đảm bảo độ bền và độ ổn định của sản phẩm Điều này đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao và chịu tải lớn

• Phát triển và kiểm tra các vật liệu mới

CAE cho phép thử nghiệm và đánh giá các vật liệu mới mà không cần phải sản xuất khuôn thực tế Điều này giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu và phát triển vật liệu mới, cũng như giảm chi phí liên quan đến việc thử nghiệm

• Tăng cường khả năng cạnh tranh

Việc sử dụng CAE trong thiết kế khuôn mẫu giúp các doanh nghiệp nâng cao khả năng cạnh tranh bằng cách cung cấp các sản phẩm chất lượng cao với chi phí thấp hơn và thời gian sản xuất ngắn hơn Điều này cũng giúp doanh nghiệp đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu thị trường và cải thiện dịch vụ khách hàng

PHƯƠNG HƯỚNG, GIẢI PHÁP THIẾT KẾ SẢN PHẨM

Giới thiệu yêu cầu kỹ thuật sản phẩm

- Có hình dáng và các kích thước nằm trong khoảng dung sai cho phép của mẫu

• Sản phẩm mẫu thử D638 (mm)

+ W - Chiều rộng của phần hẹp: 13 ± 0.5

+ L - Chiều dài của phần hẹp: 57 ± 0.5

+ WO - Chiều rộng tổng thể, tối thiểu: 19 + 6.4

+ LO - Chiều dài tổng thể, tối thiểu: 165 (no max)

+ D - Khoảng cách giữa các kẹp: 115 ± 5

• Sản phẩm mẫu thử D790 (mm)

- Sản phẩm điền đầy hoàn toàn

- Sản phẩm ép ra không có bavia và các lỗi xuất hiện trên sản phẩm nhựa.

Phương hướng và giải pháp thực hiện

Lòng khuôn âm được thiết kế trên tấm khuôn Ưu điểm:

- Dễ gia công trong 1 lần gá đặt, tiết kiệm thời gian, tiết kiệm vật liệu

- Khi hỏng hóc khó thay thế sửa chữa, phải thay hoặc gia công lại toàn bộ tấm khuôn gây lãng phí thời gian và vật liệu

- Không thể đa dạng mẫu sản phẩm

Sử dụng insert cho lòng khuôn âm Ưu điểm:

- Dễ dàng thay thế, sửa chữa khi cần thiết

- Có thể đa dạng mẫu sản phẩm

- Phải gia công lòng khuôn và gia công insert

- Dễ bị bavia nếu gia công và lắp ráp insert không chính xác.

Lựa chọn phương án

Sau khi phân tích những ưu điểm và nhược điểm của cả hai phương án, cũng như để thuận tiện cho việc thay thế, sữa chữa khi sử dụng, nhóm đã quyết định chọn phương án 2 để thực hiện.

Trình tự công việc tiến hành

Nội dung công việc thực hiện Kết quả đạt được

- Tìm hiểu về công nghệ ép phun

- Tìm hiểu về khuôn 2 tấm và các nội dung có liên quan

- Tìm hiểu về vật liệu thích hợp để gia công khuôn

- Hiểu rõ nguyên lí hoạt động của máy phun ép nhựa, các lỗi thường gặp trong quá trình ép

- Hiểu rõ cấu trúc và nguyên lí hoạt động của khuôn 2 tấm

- Hiểu rõ đặc tính loại vật liệu dùng để gia công

- Thiết kế khuôn cho sản phẩm - Dựng hình 3D sản phẩm

- Mô phỏng điền đầy, áp suất, nguy cơ xuất hiện lỗi, biến dạng sản phẩm

- Tính toán lòng khuôn, áo khuôn và các linh kiện tiêu chuẩn phù hợp

- Gia công và tiến hành lắp ráp khuôn - Gia công các chi tiết theo thiết kế

Tiến hành xử lí bề mặt sau khi gia công và lắp ráp

- Kiểm tra khuôn - Kiểm tra các mối lắp

- Tra mỡ cho hệ thống dẫn hướng hệ thống đẩy

- Khuôn hoạt động ổn định

- Tiến hành lắp ráp lên máy ép và ép thử khuôn

- Sản phẩm sau khi ép ra phải đạt yêu cầu

- Sản phẩm điển đầy, không xuất hiện bavia, rỗ khí

- Kích thước nằm trong khoảng dung sai cho phép

- Bảo quản khuôn - Sơn chống gỉ cho bề mặt

- Tra dầu cho hệ thống dẫn hướng

- Xịt chất bảo quản mặt phân khuôn và insert

- Để khuôn nơi khô ráo khi không sử dụng

TÍNH TOÁN VÀ DỰNG HÌNH SẢN PHẨM, THIẾT KẾ KHUÔN

Dựng hình 3D của sản phẩm

Các bước dựng hình mẫu thử D638 bằng phần mềm Creo panametric 9.0

Bước 1: Khởi động phần mềm Creo 9.0 → Chọn thư mục làm việc → Chọn New → Part → OK

Hình 5.1: Tạo file thiết kế trong Creo panametric 9.0

Bước 2: Tạo biên dạng 2D bằng sketch có kích thước của mẫu D638

Hình 5.2: Vẽ biên dạng 2D của mẫu

Bước 3: Tạo khối bằng lệnh Extrude

Hình 5.3: Sản phẩm sau khi dựng khối

Các bước dựng hình mẫu thử D638 bằng phần mềm Creo panametric 9.0

Bước 1: Khởi động phần mềm Creo 9.0 → Chọn thư mục làm việc → Chọn New → Part → OK

Hình 5.4: Tạo file thiết kế trong Creo panametric 9.0

Bước 2: Tạo biên dạng 2D bằng sketch có kích thước của mẫu D790

Hình 5.5: Vẽ biên dạng 2D của mẫu

Bước 3: Tạo khối bằng lệnh Extrude

Hình 5.6: Sản phẩm sau khi dựng khối

Tính khối lượng và phân tích góc thoát khuôn

5.2.1 Khối lượng của sản phẩm

Sau khi dựng hình xong mẫu thử, phần mềm Creo Parametric 9.0 hỗ trợ công cụ kiểm tra khối lượng của mẫu thử nhựa vừa thiết kế Cơ sở tính toán dựa trên thể tích khối rắn ta đã tạo ra mẫu thử và thông số về tỷ trọng (Density) của loại nhựa mà ta sử dụng

Bước 1: trong môi trường Part của mẫu thử đổi đơn vị mặc định của phần mềm Chọn File → Frepare → Model Properties → trong phần Materials chọn Change tại mục Unit → xuất hiện hộp thoại Units Manager chọn milimeter Kilogram Sec (mmKs) → Set → OK → Close → Close

Hình 5.7: Chọn hệ thống đơn vị trong hộp thoại Units Manage

Bước 2: Kiểm tra khối lượng Để kiểm tra khối lượng chọn Asnalysis/Mass Properties

Hệ thống yêu cầu cung cấp các thông tin theo hộp thoại với yêu cầu:

• CSYS: Chọn hệ trục toa độ bằng cách Click chuột vào hệ trục tọa độ trên màn hình

• Density: Nhập tỷ trọng của loại nhựa sử dụng (chọn 0.85 là tỷ trọng của nhựa PP) Chú ý: tỷ trọng nhập vào ô Density có đơn vị là: 𝑘𝑔/𝑚𝑚 3

- Sau đó chọn OK để hệ thống tính toán cho kết quả trong hộp thoại Mass properties sau:

Hình 5.8: Khối lượng mẫu thử D638, D790

- Khối lượng mẫu thử D638 là 7.14g

- Khối lượng mẫu thử D790 là 4.48g

5.2.2 Tính toán góc thoát khuôn cho sản phẩm

5.2.2.1 Góc thoát khuôn Để dễ dàng lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, sản phẩm phải có độ côn không đổi theo hướng mở khuôn

Hình 5.9: Biểu đồ góc thoát khuôn

Vì sản phẩm là mẫu thử nghiệm, yêu cầu về độ chính xác cao nên nhóm lựa chọn góc thoát khuôn nhỏ nhất là 0.3 độ để không ảnh hưởng nhiều đến hình dáng và kích thước sản phẩm nhờ đó mà việc thử nghiệm sản phẩm đạt được độ chính xác cao hơn

Hình 5.10: Góc thoát khuôn của sản phẩm

5.2.2.2 Ý nghĩa của việc kiểm tra góc thoát khuôn

- Dễ dàng tháo sản phẩm ra khỏi khuôn: Góc thoát giúp giảm lực cản khi tháo sản phẩm ra khỏi khuôn, tránh làm hỏng sản phẩm và khuôn

- Chất lượng sản phẩm: Góc thoát đúng cách giúp tránh hiện tượng bề mặt sản phẩm bị xước hoặc biến dạng khi tháo ra khỏi khuôn

- Tăng tuổi thọ của khuôn: Khi lực tháo khuôn giảm, sẽ ít gây hư hỏng cho khuôn, từ đó kéo dài tuổi thọ của khuôn

- Giảm chi phí và thời gian sản xuất: Thiết kế góc thoát đúng giúp quá trình sản xuất diễn ra suôn sẻ hơn, giảm thiểu lỗi sản phẩm và chi phí sửa chữa khuôn

- Cải thiện năng suất: Quá trình tháo khuôn nhanh chóng và hiệu quả hơn, từ đó tăng năng suất sản xuất

- Giảm thiểu lỗi kỹ thuật: Góc thoát đúng giúp tránh hiện tượng sản phẩm bị kẹt trong khuôn hoặc không thể tháo ra, dẫn đến gián đoạn trong quy trình sản xuất.

Hệ số co rút sản phẩm

5.3.1 Độ co rút của nhựa

Hệ số co rút của mẫu thử làm cho thể tích lòng khuôn nở ra thêm một phần để bù vào lượng nhựa bị giãn nở trong quá trình gia nhiệt Hệ số co rút bị ảnh hưởng bởi vật liệu và thông số của quá trình ép

Việc xác định độ co rút ảnh hưởng lớn đến kích thước và độ chính xác của mẫu thử sau khi ép Sau khi nhựa nóng chảy và phun điền đầy khuôn, lúc nguội sẽ bị co lại một lượng nhất định, mỗi loại nhựa khác nhau có độ co rút khác nhau Thông thường giá trị này dao động trong khoảng 1-3.5%

Bảng 5.1: Độ co rút của một số loại nhựa

STT Nhựa Tỉ trọng Hệ số co rút

5.3.2 Áp dụng hệ số co rút cho mẫu sản phẩm

Trong quá trình tính toán thiết kế do vật liệu mẫu là nhựa PP vì vậy nhóm quyết định chọn hệ số co rút là: 0.01

Vậy thể tích mẫu thử tăng lên tương ứng là: V = 1+S = 1.01.

Tính số lòng khuôn

5.4.1 Tính số lòng khuôn theo năng suất phun của máy

Dựa vào thông số của máy ép:

Năng suất phun của máy: Năng suất phun tối đa của máy ép nhựa Shinewell SW-120B là S = 267 g/lần phun

- Số lòng khuôn tính theo năng suất phun của máy đối với mẫu thử D638: n ≤ 0.8 × 𝑆

- Số lòng khuôn tính theo năng suất phun của máy đối với mẫu thử D790: n ≤ 0.8 × 𝑆

5.4.2 Tính số lòng khuôn dựa trên lực kẹp khuôn của máy n ≤ Fp

+ n: Số lòng khuôn tối đa trên khuôn

+ Fp: Lực kẹp khuôn tối đa của máy, Fp = 120 tấn = 1176798 (N)

+ S: Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm mẫu thử D638 theo hướng đóng khuôn (mm 2 ): 6426 (mm 2 )

Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm mẫu thử D638 theo hướng đóng khuôn (mm 2 ): 4175 (mm 2 )

+ P: Áp suất trong khuôn đối với mẫu thử D638 (MPa): 32.8 (MPa) Áp suất trong khuôn đối với mẫu thử D638 (MPa): 24.5 (MPa)

- Số lòng khuôn theo năng suất phun của máy, n ≤ 29 đối với mẫu D638 và n≤ 47 đối với mẫu D790

- Số lòng khuôn theo lực kẹp khuôn của máy, n ≤ 5.58 đối với mẫu D638 và n ≤ 11.5 đối với mẫu D780 Để thoả tất cả điều kiện trên: n ≤ 5

Theo kết quả tính toán trên và để phù hợp với nhu cầu sử dụng, điều kiện gia công nhóm thống nhất chọn số lòng khuôn n = 2.

Kênh dẫn nhựa

Cuống phun là nơi vật liệu được bơm vào khuôn Đầu phun (nozzle) của máy ép phun tiếp xúc với bề mặt của cuống phun Thường thì cuống phun được tạo hình từ bên trong của một chi tiết gọi là bạc cuống phun

Thiết kế đường kính lỗ của đầu phun (nozzle) nhỏ hơn đường kính trong bạc cuốn phun từ 0.125-0.75 mm Điều này đảm bảo vật liệu chuyển từ đầu phun vào bạc cuống phun êm, không tạo điều kiện trượt và không làm giảm áp giúp cho mẫu thử có độ bền nén thích hợp, không gây ra các khuyết tật trên bề mặt Đường kính của cuống phun ở vị trí giao với hệ thống kênh dẫn chính tối thiểu phải bằng hoặc lớn hơn đường kính hoặc độ sâu của kênh

Kích thước cuống phun phụ thuộc vào kích thước mẫu thử và đặc biệt là bề dày mẫu thử Đầu cuống phun càng nhỏ càng tốt nhưng vẫn phải đảm bảo sự điền đầy đồng đều giữa các lòng khuôn với nhau Góc côn của cuống phun cần phải đủ lớn để dễ thoát khuôn nhưng đường kính cuống phun không nên quá lớn vì sẽ làm tăng thời gian gia làm nguội và tốn vật liệu

Hình 5.11: Kích thước cuống phun [4]

Trên thực tế người ta ít khi gia công lỗ cuống phun liền trên khuôn (trừ trường hợp khuôn đơn giản) mà sử dụng bạc cuống phun để tiện việc gia công và thay thế

Hiện nay trên thị trường có 3 loại bạc cuống phun có các kích thước đường kính 12 mm, 16 mm, 20 mm Tuỳ thuộc vào từng loại mẫu thử mà ta chọn loại bạc cuống phun cho phù hợp

Dựa vào các yếu tố trên và dựa vào cấu trúc đầu phun của máy ép (Shine Well 120B), nhóm đã chọn ra một loại bạc cuống phun tiêu chuẩn có đường kính 20 mm

- Chọn bạc cuống phun có mã SJACE20 – 102 - SR10.5 - P3 - A3

- Thông số kích thước: H = 35 (mm), B = 25 (mm), A = 3 o , D = 20 (mm), P = 3 (mm),

Hình 5.12: Kích thước tiêu chuẩn của bạc cuống phun Misumi

5.5.2 Tính toán kênh dẫn nhựa

Kênh nhựa phải được thiết kế để điền đầy lòng khuôn đúng tỉ lệ quy định để tránh vượt quá lưu lượng dẫn đến sự cố, bị cong vênh Để tránh được điều này cần phải có sự cân bằng hệ thống kênh nhựa

Thiết kế cuối của kênh dẫn và cách sắp xếp mẫu thử vào lòng khuôn, trong thiết kế này chỉ sử dụng vị trí điểm phun tại cạnh bên mẫu thử Để dễ gia công cũng nhưa có dòng chảy êm nhất, thiết kế sử dụng kênh dẫn kết cấu tiết diện hình thang hiệu chỉnh

Ngoài thông số kết cấu, hình dạng mặt cắt ngang qua kênh dẫn là một yếu tố quyết định ảnh hưởng tới sự cản trở của dòng chảy Hình dưới đây trình bày và so sánh các tiết diện được dùng trong công nghệ ép phun

Bảng so sánh giữa các tiết diện kênh dẫn:

Bảng 5.2: So sánh ảnh hưởng của các mặt cắt ngang kênh dẫn [4]

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

- Chọn vật liệu nhựa PP (M = 0.85 g/cm3, độ co rút = 1-2.5 %)

- Nhóm chọn kênh dẫn có tiết diện hình thang hiệu chỉnh vì:

• Diện tích bề mặt cắt nhỏ nhất

• Ít mất nhiệt, ít ma sát

• Có lõi nguội chậm giúp duy trì nhiệt và áp suất

• Gia công trong một nửa khuôn Đối với các mẫu thử tiêu chuẩn các mẫu thử tiêu chuẩn ASTM có độ dày là 3.2 mm

Do đó đường kính kênh dẫn lần lượt cho các mẫu thử tiêu chuẩn ASTM là:

- Với Tmax là chiều dày sản phẩm

- Với W là chiều rộng của tiết diện kênh dẫn chính

Ta có: Dc = Dn * N 1/3 => Dn = Dc / N 1/3 = 4.7 / 2 1/3 ≈ 3.73 mm

- Với Wc là chiều rộng của tiết diện kênh dẫn phụ

Trong đó: Dc là đường kính kênh dẫn chính

Dn là đường kính kênh dẫn nhánh

Yêu cầu kỹ thuật với cổng vào nhựa:

- Tránh thiết kế cổng gây ra dòng chảy dài hội tụ tạo thành bẫy khí, tại các vị trí đó có thể thiết kế các van thoát khí Nếu có thể thì thiết kế vị trí của cổng ở vùng mẫu thử dày nhất

- Lựa chọn vị trí cổng phun để mẫu thử đạt độ bền cao nhất theo chiều dòng chảy, đặc biệt vật liệu có chất phụ gia độn hoặc gia cường

- Miệng phun phải được đặt xa các phần sẽ chịu va chạm hay chịu uốn Khu vực miệng phun có khuynh hướng chịu ứng suất dư do quá trình điền đầy khuôn và thường là vị trí yếu nhất

- Hạn chế các dòng chảy giao nhau, đặc biệt là tại các vị trí chịu ứng suất và va đập cao Nên định hướng các dòng chảy giao nhau tại những chỗ dày của mẫu thử

- Với những khuôn có nhiều lòng khuôn, yêu cầu miệng phun của mỗi lòng khuôn phải có cùng kích thước (đường kính và bề dày) Điều này đảm bảo có sự cân bằng dòng chảy đến mỗi lòng khuôn

- Dòng chảy phun thẳng trực tiếp vào thành lòng khuôn để tránh sự ửng đỏ và phun tia Nếu có thể, nên đặt cổng vào nhựa tại những chỗ không làm ảnh hưởng đến tính thẩm mĩ của mẫu thử

Thiết kế miệng phun kiểu quạt:

Hình 5.13: Kích thước miệng phun kiểu quạt khuyên dùng trong thực tế [4]

Hệ thống làm mát

5.6.1 Vai trò của hệ thống làm mát

Việc bố trí hệ thống làm mát cho khuôn rất cần thiết vì nó giúp giữ cho khuôn có nhiệt độ ổn định để nhựa nóng được làm nguội đều, tăng năng suất sản xuất và giảm thời gian chu kỳ ép phun Nếu thiếu hệ thống này sản phẩm có thể sẽ ra những biến dạng tạo ra các phế phẩm

Những lưu ý khi thiết kế kênh làm nguội:

+ Đảm bảo làm mát đồng đều: Hệ thống kênh làm nguội phải được thiết kế để cung cấp sự làm mát đồng đều cho toàn bộ khuôn Điều này giúp tránh hiện tượng co rút không đều và biến dạng sản phẩm

+ Vị trí và hình dạng kênh làm nguội: Kênh làm nguội nên được đặt gần các khu vực có nhiệt độ cao nhất, nhưng không nên quá gần để tránh làm hỏng bề mặt sản phẩm Hình dạng của kênh làm nguội cũng cần được thiết kế sao cho tối ưu hóa hiệu quả truyền nhiệt

+ Đường kính và chiều dài kênh: Đường kính và chiều dài của kênh làm nguội cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả làm nguội tốt nhất Kênh quá nhỏ hoặc quá dài có thể làm giảm tốc độ lưu thông của chất làm nguội

+ Bố trí kênh làm nguội: Cần có sự bố trí hợp lý giữa các kênh làm nguội để đảm bảo hiệu quả làm mát và tránh hiện tượng nóng cục bộ Bố trí phải dễ dàng để bảo trì và làm sạch

+ Tính toán nhiệt: Cần thực hiện các tính toán nhiệt để dự đoán nhiệt độ trong khuôn và xác định yêu cầu làm nguội cụ thể Điều này giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống kênh làm nguội

+ Thiết kế dự phòng: Dự phòng các kênh làm nguội bổ sung có thể giúp duy trì quá trình sản xuất ngay cả khi một số kênh bị tắc hoặc gặp sự cố

Kích thước của hệ thống làm nguội được tính toán dựa vào các công thức sau

Bảng 5.3: Bảng đường kính kênh làm nguội [4]

Bề dày thành sản phẩm (mm) Đường kính kênh làm nguội (mm)

Khoảng cách từ tấm kênh làm nguội đến thành sản phẩm

Khoảng cách giữa 2 tấm kênh dẫn nguội

Dựa vào bảng 5.2: Với bề dày sản phẩm là 3.2mm chọn đường kính kênh làm nguội Dmm

- Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc bố trí kênh làm nguội theo kích thước tính toán như: lòng khuôn sử dụng insert, vị trí các ty đẩy, bạc dẫn hướng, chốt hồi Trong quá trình thiết kế có thể bố trí kênh làm nguội sao cho phù hợp với khuôn và điều kiện gia công

- Kết nối hệ thống làm mát: Đầu nối đường nước dùng để kết nối các ống dẫn nước làm mát vào khuôn Điều này đảm bảo nước làm mát được dẫn vào và ra khỏi khuôn một cách hiệu quả, giúp duy trì nhiệt độ ổn định trong quá trình ép phun

- Đảm bảo lưu thông nước làm mát: Đầu nối giúp tạo ra dòng chảy liên tục của nước làm mát qua các kênh làm nguội trong khuôn Điều này giúp loại bỏ nhiệt dư thừa và đảm bảo khuôn không bị quá nóng, từ đó duy trì chất lượng sản phẩm nhựa

Hình 5.15: Đầu nối đường nước

Phân tích CAE

5.7.1 Vị trí cổng phun nhựa

Yêu cầu cổng vào nhựa:

- Đảm bảo dòng chảy lưu thông không bị cản trở

- Áp suất phun, thời gian làm nguội là tối ưu nhất

- Giảm các nguy cơ xuất hiện bọt khí, đường hàn trên sản phẩm

- Đảm bảo dễ gia công và sửa chữa

Các bước để mô phỏng công vào nhựa đã tính toán bằng phần mềm Moldex3D: Bước 1: Khởi động phần mềm Moldex3D

Bước 2: Tạo thư mục làm việc New project

Bước 3: Đưa chi tiết và kênh dẫn nhựa dưới dạng file stp vào môi trường làm việc Import → Chọn chi tiết, kênh dẫn nhựa

Hình 5.16: Import sản phẩm và kênh dẫn mẫu thử D638

Hình 5.17: Import sản phẩm và kênh dẫn mẫu thử D790

Bước 4: Chọn hướng mở khuôn

Hình 5.18: Chọn hướng mở khuôn cho sản phẩm mẫu thử D638

Hình 5.19: Chọn hướng mở khuôn cho sản phẩm mẫu thử D790

Bước 5: Tiến hành chia lưới Mesh → Generate → Chỉnh các thông số → Run

Hình 5.20: Kết quả sản phẩm được chia lưới mẫu thử D638

Hình 5.21: Kết quả sản phẩm được chia lưới mẫu thử D790

Nhập các thông số để tiến hành chạy thử và kiểm tra

+ Thời gian điền đầy: 1 giây

+ Thời gian bão áp: 5 giây

+ Thời gian làm nguội: 20 giây

+ Thời gian mở khuôn: 5 giây

Hình 5.22: Kết quả điển đầy sản phẩm mẫu thử D638

Hình 5.23: Kết quả điển đầy sản phẩm mẫu thử D790

Hình 5.24: Nhiệt độ bề mặt của sản phẩm mẫu thử D638

Hình 5.25: Nhiệt độ bề mặt của sản phẩm mẫu thử D790

Hình 5.26: Áp suất lớn nhất của sản phẩm D638 sau quá trình mô phỏng

Hình 5.27: Áp suất lớn nhất của sản phẩm D790 sau quá trình mô phỏng

Hình 5.28: Các bẫy khí xuất hiện ở cuối dòng chảy mẫu D638

Hình 5.29: Các bẫy khí xuất hiện ở cuối dòng chảy mẫu D790

Hình 5.30: Kiểm tra đường hàn mẫu D790

Hình 5.31: Kiểm tra đường hàn mẫu D790

Hình 5.32: Áp suất cuống phun mẫu D638

Hình 5.33: Áp suất cuống phun mẫu D790

Hình 5.34: Áp suất của quá trình Packing mẫu D638

Hình 5.35: Áp suất của quá trình Packing mẫu D790

Hình 5.36: Kết quả Molten Core quá trình Packing mẫu D638

Hình 5.37: Kết quả Molten Core quá trình Packing mẫu D790

Hình 5.38: Lực kẹp khuôn cần thiết mẫu D638

Hình 5.39: Lực kẹp khuôn cần thiết mẫu D790

Hình 5.40: Nhiệt độ cuối quá trình làm mát mẫu D790

Hình 5.41: Nhiệt độ cuối quá trình làm mát mẫu D790

Hình 5.42: Thời gian cần thiết để đạt nhiệt độ tách khuôn mẫu D638

Hình 5.43: Thời gian cần thiết để đạt nhiệt độ tách khuôn mẫu D790

Hình 5.44: Hiệu quả làm nguội của hệ thống làm nguội mẫu D638

Hình 5.45: Hiệu quả làm nguội của hệ thống làm nguội mẫu D790

Hình 5.46: Độ chuyển vị của sản phẩm D638

Hình 5.47: Độ chuyển vị của sản phẩm D790

❖ Nhận xét đối với sản phẩm mẫu thử D638:

Quá trình Filling: thời gian điền đầy của sản phẩm mẫu thử D638 là 1.001 (s) và cần áp suất phun là 32.805 (Mpa), xuất hiện các bẫy khí ở cuối dòng chảy

Quá trình Packing: giai đoạn Packing cần áp lực nén là 17.037 (Mpa), kết quả Molten Core chỉ ra các vị trí có nhiệt độ dưới (59.91 o C) thì nhựa đã đông, còn trên nhiệt độ đó thì nhựa chưa đông lại hoàn toàn và lực kẹp cần thiết cho quá trình ép là 1.337 (tấn)

Quá trình Cooling: Nhiệt độ sau quá trình làm mát của sản phẩm cao nhất ở vị trí kênh dẫn (144.78 o C) và thấp nhất là (59.9 o C), thời gian cần thiết để đạt tới nhiệt độ tách khuôn là 20.59 (s) và hiệu quả làm mát cao nhất (44.29%) và thấp nhất (30.05%)

Quá trình Warpage: độ chuyển vị sau quá trình ép có sự chênh lệch lớn, độ chuyển vị cao nhất (1.38 mm) và thấp nhất là (0.032 mm)

Trong quá trình thiết kế khuôn cần bố trí hệ thống thoát khí ở các vị trí có nhiều bẫy khí để không bị ảnh hưởng đến sản phẩm

❖ Nhận xét đối với sản phẩm mẫu thử D790:

Quá trình Filling: thời gian điền đầy của sản phẩm mẫu thử D638 là 1.003 (s) và cần áp suất phun là 24.54 (Mpa), xuất hiện các bẫy khí ở cuối dòng chảy

Quá trình Packing: giai đoạn Packing cần áp lực nén là 12.71 (Mpa), kết quả Molten Core chỉ ra các vị trí có nhiệt độ dưới (68.07 o C) thì nhựa đã đông, còn trên nhiệt độ đó thì nhựa chưa đông lại hoàn toàn và lực kẹp cần thiết cho quá trình ép là 1.868 (tấn)

Quá trình Cooling: Nhiệt độ sau quá trình làm mát của sản phẩm cao nhất ở vị trí kênh dẫn (151.87 o C) và thấp nhất là (62.01 o C), thời gian cần thiết để đạt tới nhiệt độ tách khuôn là 19.039 (s) và hiệu quả làm mát cao nhất (43.43%) và thấp nhất (28.99%)

Quá trình Warpage: độ chuyển vị sau quá trình ép có sự chênh lệch lớn, độ chuyển vị cao nhất (1.04 mm) và thấp nhất là (0.016 mm)

Trong quá trình thiết kế khuôn cần bố trí hệ thống thoát khí ở các vị trí có nhiều bẫy khí để không bị ảnh hưởng đến sản phẩm.

Thiết kế lòng khuôn

Sử dụng Modul Manufacturing - Mold cavity trong phần mềm PTC Creo Parametric 9.0 để tách khuôn cho sản phẩm Khởi động phần mềm, chọn New, chọn Manufacturing, Mold Cavity, chọn hệ đơn vị mmns_mfg_mold

Hình 5.48: Mở hộp thoại New

Bước 1: Đưa chi tiết vào môi trường tách khuôn Sau khi vào môi trường tách khuôn, để đưa chi tiết vào môi trường làm việc mở thẻ Mold, chọn Reference Model, Locate Reference Model

Hình 5.49: Hộp thoại New File Options

Bước 2: Nhập hệ số co rút của vật liệu làm sản phẩm Để nhập hệ số co rút của vật liệu làm sản phẩm, vào Shrinkage by scale, nhập hệ số co rút vào ô Shrink Ratio lấy hệ số co rút là 0.01

Hình 5.50: Lệnh Shrinkage by scale

Bước 3: Chọn lệnh Automatic Worpiece để tạo phôi tự động

Hình 5.51: Tạo phôi tự động

Bước 4: Tạo mặt phân khuôn

Hình 5.52: Tạo mặt phân khuôn

Thiết kế Insert cho khuôn âm

- Kích thước Insert phụ thuộc vào số lượng sản phẩm đã được bố trí sao cho phù hợp và tối ưu với kích thước vỏ khuôn

Hình 5.54: Hình ảnh Insert D638 sau khi thiết kế

Hình 5.55: Hình ảnh Insert D790 sau khi thiết kế

Thiết kế vỏ khuôn

Khi thiết kế vỏ khuôn, nhóm đã nghiên cứu đầy đủ các thông tin liên quan: kích thước máy ép, lực kẹp, khoảng đẩy, loại một số thông tin hỗ trợ quá trình thiết kế được tối ưu về thời gian gia công và vật liệu Độ dày của tấm khuôn: phù hợp với hệ thống làm mát và độ bền của khuôn phải chịu được độ bền uốn và chuyển vị trong quá trình ép sản phẩm

Vật liệu gia công phù hợp với nhu cầu sử dụng sao cho hiệu quả và kinh tế nhất Kích thước hộp khuôn phải phù hợp với insert của sản phẩm mà không ảnh hưởng tới hoạt động của các chi tiết khác như chốt, bạc dẫn hướng, chốt hồi, bạc cuống phun,…

5.10.1 Xác định kích thước tấm khuôn

Kích thước khuôn phù hợp với kích thước insert không quá rộng hoặc quá hẹp ảnh hưởng tới quá trình hoạt động

Kích thước tấm khuôn âm: 230x300x50 (mm)

Hình 5.56: Tấm khuôn âm sau khi thiết kế

Kích thước tấm khuôn dương: 230x300x30 (mm)

Hình 5.57: Tấm khuôn dương sau khi thiết kế

5.10.2 Thiết kế vỏ khuôn theo tiêu chuẩn Futaba

Sử dụng vỏ khuôn theo tiêu chuẩn của Futaba [8] Ở đây sẽ áp dụng tiêu chuẩn FUTABA Theo tiêu chuẩn FUTABA thì khuôn gồm có các loại sau:

- Kiểu S: Bơm keo trực tiếp

- Kiểu D: Bơm keo gián tiếp Trong đó gồm có các loại DA, DB, DC, DD, DE, DF giống kiểu S Ngoài ra còn có các kiểu E, F…

49 Để phù hợp với thiết kế và quá trình gia công lắp ráp, nhóm thống nhất chọn tiêu chuẩn khuôn Futaba kiểu SC

Hình 5.58: Tiêu chuẩn khuôn Futaba SC

Kích thước các tấm cơ bản:

+ Chiều dày tấm kẹp trên T = 25 mm

+ Chiều dày tấm khuôn dương A = 30mm

+ Chiều dày tấm khuôn âm B = 50mm

+ Chiều cao gối đỡ C = 90 mm

+ Chiều dày tấm giữ E = 15 mm

+ Chiều dày tấm đẩy F = 20 mm

+ Chiều dày tấm kẹp dưới L = 25mm.

Hệ thống đẩy sản phẩm

5.11.1 Khái niệm hệ thống đẩy

Hệ thống ty đẩy là hệ thống giúp lấy sản phẩm ra khỏi khuôn dễ dàng, đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm Nó còn góp phần giảm thời gian cho quy trình phun ép nhựa

Những lưu ý khi thiết kế hệ thống ty đẩy:

- Phải đảm bảo độ cứng vững của ty đẩy, tránh trường hợp ty đẩy quá dài mà đường kính ty đẩy lại quá nhỏ

- Bố trí khoảng cách giữa các ty đẩy phù hợp, khoảng cách quá dài sẽ không đủ lực để đẩy mẫu thử, khoảng cách quá ngắn làm tốn chi phí gia công và không đủ chỗ để bố trí hệ thống làm nguội Khoảng đẩy phải lớn hơn chiều cao mẫu thử ít nhất 5 – 10mm

- Ty đẩy được gắn từ tấm đẩy đến tấm lòng khuôn dưới Không thể nào gia công chính xác hết các lỗ để gắn ty đẩy qua nhiều tấm khuôn được Vì vậy, chỉ cần gia công gần

50 chính xác lỗ của lòng khuôn dưới, còn những lỗ còn lại có thể gia công với sai số lớn để rút ngắn thời gian gia công

- Chiều cao gối đỡ phải tính toán sao cho khi piston đẩy ty đẩy đi hết khoảng đã tính toán thì giữa tấm khuôn âm và tấm giữ phải có một khoảng hở an toàn

- Ty đẩy trong bộ khuôn của đồ án này được bố trí dọc theo runer để đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm mẫu thử Ty đẩy được sử dụng có kích thước tiêu chuẩn

- Trên bộ khuôn có 2 insert khác nhau để có thể ép 2 mẫu thử khác nhau nhưng cách bố trí ty đẩy hoàn toàn giống nhau để có thể lấp lẫn hoàn toàn Ty đẩy được bố trí trên Runer để đảm bảo tớnh thẩm mỹ và chất lượng sản phẩm với 2 ty đẩy ỉ5 trờn Runner

Thiết kế lỗ dẫn cho ty đẩy:

Thiết kế hệ thống đẩy còn có tác dụng làm rãnh thoát khí và để dễ dàng chuyển động giữa chốt đẩy và lỗ dẫn thường có dung sai lắp lỏng lớn

Nhóm thống nhất bố trí ty đẩy tại các vị trí runner vì sản phẩm không quá phức tạp, khi bố trí như vậy không ảnh hưởng đến bề mặt sản phẩm và có thể lói sản phẩm ra dễ dàng

Hình 5.60: Ty đẩy khi được lắp ráp vào khuôn

Ty giật đuôi keo trong khuôn hai tấm có chức năng giữ mẫu thử dính vào tấm khuôn di động khi hai nửa khuôn tách ra sau khi mẫu thử đã được làm nguội

Hình 5.61: Các thiết kế ty giật đuôi keo [4] a) Dạng cuốn phun được kéo nhờ côn ngược (tốt nhất) b) Dạng cuốn phun chữ “Z” (tốt) c) Dạng cuốn phun được kéo nhờ rãnh vòng (ít dùng) d) Dạng cuốn phun được kéo nhờ rãnh chốt đẩy đầu bi (ít dùng)

Nhóm quyết định chọn ty giật đuôi keo dạng chữ Z bởi loại này phổ biến trên các loại khuôn và dễ lấy được kênh nhựa khi lấy mẫu thử

Hình 5.62: Ty giật đuôi keo chứ “Z” [7]

Nguyên lý hoạt động của khuôn hai tấm: Đầu chữ “Z” kết hợp với lỗ suốt trong tấm khuôn di động tạo thành vùng nguội chậm cho kênh dẫn (đuôi nguội chậm) Khi nhựa đông đặc, tại vị trí vùng nguội chậm của kênh dẫn sẽ đông đặc thành hình chữ “Z” móc với hình chữ “Z” của ty giữ để giữ mẫu thử dính với tấm khuôn di động khi tách khuôn Sau khi tách khuôn ty đẩy và ty giật đuôi keo đẩy mẫu thử cùng với xương keo ra khỏi khuôn

Chốt hồi có chức năng đưa tấm đẩy trở lại vị trí ban đầu, và giữ cố định tấm đẩy trong khi khuôn đóng hoàn toàn

Hình 5.63: Chi tiết chốt hồi tiêu chuẩn [7] Để đảm bảo điều kiện bền, chọn loại chốt hồi với các thông số: D15, H20, T8, L85.

Hệ thống thoát khí

5.12.1 Khái niệm hệ thống thoát khí

Hệ thống thoát khí trong khuôn nhựa là một phần quan trọng trong quá trình ép nhựa, nhằm loại bỏ không khí bị kẹt bên trong khuôn khi nhựa nóng được đổ vào Nếu không có hệ

53 thống thoát khí hiệu quả, không khí bị kẹt có thể gây ra các vấn đề như bọt khí, vết lỗ, hoặc các khuyết tật khác trên sản phẩm nhựa

Các phương pháp thoát khí là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và hiệu quả của quá trình sản xuất Dưới đây là một số kiểu thoát khí phổ biến trong khuôn nhựa hiện nay:

+ Thoát khí qua rãnh thoát khí: Đây là phương pháp phổ biến nhất, trong đó các rãnh nhỏ được tạo ra trong khuôn để cho phép khí thoát ra ngoài khi nhựa được bơm vào Các rãnh này thường được đặt ở những vị trí mà khí có khả năng bị giữ lại cao nhất

+ Thoát khí qua lõi thoát khí: Các lõi thoát khí là những chi tiết nhỏ được lắp vào khuôn để giúp thoát khí ra ngoài Chúng thường được làm từ vật liệu có khả năng thoát khí tốt và được đặt tại các điểm cụ thể trong khuôn

+ Thoát khí qua vòng thoát khí: Các vòng thoát khí được lắp xung quanh các chi tiết lõi để tạo ra khoảng trống cho khí thoát ra ngoài Phương pháp này thường được sử dụng trong các khuôn có cấu trúc phức tạp.

5.12.3 Thiết kế rãnh thoát khí

Rãnh thoát khí phụ thuộc vào các yếu tố:

Cấu trúc và thiết kế của khuôn ảnh hưởng lớn đến vị trí và kích thước của rãnh thoát khí Các khu vực cần thoát khí thường được xác định dựa trên dòng chảy của nhựa lỏng

Loại nhựa: Mỗi loại nhựa có đặc tính riêng về độ nhớt, tốc độ chảy, và khí thải ra trong quá trình gia công Các loại nhựa khác nhau có yêu cầu khác nhau về rãnh thoát khí Áp lực và tốc độ tiêm nhựa: Áp lực và tốc độ tiêm nhựa vào khuôn sẽ ảnh hưởng đến lượng khí cần thoát ra Áp lực cao có thể tạo ra nhiều khí hơn, yêu cầu rãnh thoát khí lớn hơn hoặc nhiều hơn

Kích thước và hình dạng sản phẩm: Sản phẩm có kích thước và hình dạng phức tạp sẽ yêu cầu thiết kế rãnh thoát khí kỹ lưỡng để đảm bảo toàn bộ khí được thoát ra mà không làm hỏng sản phẩm

Chất lượng bề mặt sản phẩm: Để đảm bảo chất lượng bề mặt sản phẩm không bị ảnh hưởng bởi bọt khí, rãnh thoát khí cần được bố trí hợp lý

Bảng 5.4: Bảng chiều sâu vị trí rãnh dẫn một số loại nhựa

Loại nhựa Chiều sâu (mm)

Rảnh thoát khí được bố trí cuối dòng chảy nơi khả năng cao xuất hiện bọt khí

Hình 5.64: Hình ảnh rãnh thoát khí trên Insert mẫu D638

Hình 5.65: Hình ảnh rãnh thoát khí trên Insert mẫu D790.

Tính toán thiết kế các chi tiết tiêu chuẩn

Vị trí: chốt dẫn hướng được gắn vào tấm khuôn di động và trượt một cách chính xác vào bạc dẫn hướng gắn trên tấm khuôn cố định Kiểu lắp giữa bạc dẫn hướng và trục dẫn hướng là kiểu lắp có độ hở còn khi lắp bạc và trục dẫn hướng lên các tấm khuôn là kiểu lắp có độ dôi

Chức năng: chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng có chức năng đưa khuôn trước vào khuôn sau nhưng vẫn đảm bảo sự lắp ghép về vị trí

- Đối với chốt dẫn hướng vật liệu được chọn có khả năng đạt độ cứng cao bên ngoài để chống mài mòn đồng thời phải có tính dẻo bên trong nhằm tránh gãy trong quá trình làm việc

- Chiều dài của chốt dẫn hướng phụ thuộc vào chiều sâu của lòng khuôn và đồng thời phụ thuộc vào đường kính của nó Thường trục dẫn hướng dài từ 1.5 đến 3 lần đường kính của nó

- Phần đầu chốt dẫn hướng nên làm nhỏ hơn và có độ côn vào để lúc lắp ghép ban đầu được dễ dàng

Thiết kế: tổng hợp chốt, bạc dẫn hướng nên chế tạo theo tiêu chuẩn để đảm bảo độ chính xác cao trong các mối lắp, gắn kết chặt chẽ giữa các tấm khuôn với nhau

Bố trí: nếu không có cản trở gì đối với mẫu thử thì nên đặt chốt dẫn hướng ở tấm khuôn di động Cũng vì lý do trên mà nhiều trường hợp cần chốt dẫn hướng dài, điều này cũng làm tăng độ chính xác lắp ghép

- Để tránh trường hợp lắp nhầm gây hỏng hóc cho lòng khuôn và lõi nên đặt một chốt có đường kính và vị trí khác đi một chút Thường thì ta sử dụng bốn trục dẫn hướng tương đương với bốn bạc dẫn hướng trong một khuôn Bố trí sao cho hợp lý nhất, nằm ở bốn góc của khuôn và phù hợp tương ứng với hệ thống làm mát của khuôn

- Chốt dẫn hướng được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn, vật liệu sử dụng là thép SCM-415, bạc SUJ2 với độ cứng 60-62 HRC Chốt dẫn hướng có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau theo yêu cầu mà ta chọn lựa

Hình 5.66: Kích thước tiêu chuẩn chốt dẫn hướng [7]

Dựa vào kích thước dự đoán của các tấm khuôn thông qua kích thước lòng ta chọn chốt có vai với các thông số: L57, D25, H30, T8

Hình 5.67: Các loại bạc dẫn hướng [4]

- Thay vì làm các lỗ chính xác trên khuôn và phải gặp khó khăn sửa chữa khi lỗ bị mòn trong quá trình sử dụng thì người ta thay vào đó bằng bạc dẫn hướng

- Bạc dẫn hướng có tác dụng nâng cao độ chính xác và giảm sai số do mòn Ngoài ra bạc dẫn hướng còn giảm được tốc độ mòn, thay thế sửa chữa dễ dàng

- Vật liệu: vật liệu chế tạo thông thường là đồng, đồng thau Đối với quá trình sản xuất hàng loạt lớn thì ta dùng thép đã qua tôi

- Kích thước: bạc dẫn hướng được quy chuẩn Khi chế tạo, yêu cầu kỹ thuật quan trong nhất là độ đồng tâm giữa mặt ngoài và lòng trong của bạc (lỗ bạc) Độ đồng tâm này tuỳ từng điều kiện làm việc của bạc mà quy định cụ thể, thông thường độ không đồng tâm này lớn hơn 0.015 mm Đường kính mặt ngoài của bạc đạt cấp chính xác 7-10 Đường kính lòng trong của bạc đạt cấp chính xác 7, đối với các lòng trong của bạc cần lắp ghép chính xác có thể yêu cầu cấp 5 Bề dày thành bạc cho phép sai lệch trong khoảng 0.03-0.15 mm

- Bố trí bạc dẫn hướng: thông thường thì dùng bốn bạc dẫn hướng, trường hợp khuôn đơn giản thì dùng hai đến ba bạc dẫn hướng

Hình 5.68: Mẫu thử bạc dẫn hướng trên thị trường [7]

Căn cứ vào kích thước tấm khuôn thiết kế ta chọn loại bạc có vai với các thông số theo hình trên như sau: H40, d25, D35, T8

Chức năng: Định tâm giữa bạc cuống phun và đầu phun

Sự lắp ghép giữa bạc cuống phun và đầu phun được yêu cầu chính xác cao, đầu phun không thể bị bịt kín bởi bạc cuống phun, những rãnh hay khe hở xuất hiện chỗ tiếp xúc giữa đầu phun và bạc cuống phun có thể làm rò rỉ vật liệu

Vòng định vị giúp cho sự lắp ghép giữa bạc cuống phun và đầu phun trở nên đồng tâm và kín

Hình 5.69: Các loại vòng định vị được bán trên thị trường

Theo kết cấu của đầu phun máy ép phun SHINE WELL SW-120B được sử dụng ta thiết kế vũng định vị cú đường kớnh ngoài ỉ100 và dựa vào thiết kế bạc cuống phun, vũng định vị được thiết kế với thông số như hình sau:

Hình 5.70: Thiết kế vòng định vị [7]

Lò xo là chi tiết tiêu chuẩn nên chúng ta cần tính toán để lựa chọn lò xo phù hợp Như tớnh toỏn, để thoả món yờu cầu về khoảng đẩy, chọn lũ xo cú đường kớnh trong ỉ15, chiều dài 65 (mm), có độ nén là 40%, chiều dài khi ép là: 40%×65 = 26 (mm)

Hình 5.71: Lựa chọn lò xo [7]

Bộ khuôn hoàn thiện sau khi thiết kế

Hình 5.72:Hình ảnh Bộ khuôn hoàn thiện

CHẾ TẠO, ÉP THỬ VÀ ĐÁNH GIẢ SẢN PHẨM

Gia công khuôn

6.1.1 Chọn vật liệu làm khuôn và máy gia công

Quá trình lựa chọn vật liệu làm khuôn phải được tính toán phù hợp vì vật liệu khuôn còn liên quan đến độ bền của khuôn, chất lượng bề mặt của các tấm khuôn Khi lựa chọn, phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Độ bền và tuổi thọ của khuôn:

+ Chịu lực: Vật liệu khuôn cần phải đủ bền để chịu được áp lực cao trong quá trình ép phun

+ Chịu mài mòn: Quá trình gia công nhựa có thể gây mài mòn khuôn, do đó vật liệu cần có độ cứng và khả năng chống mài mòn tốt để kéo dài tuổi thọ khuôn

+ Dễ gia công: Vật liệu khuôn cần dễ gia công, dễ cắt gọt và dễ xử lý để giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất khuôn

+ Độ chính xác: Vật liệu cần có khả năng giữ được độ chính xác cao trong quá trình gia công để đảm bảo chất lượng sản phẩm

+ Tản nhiệt tốt: Vật liệu khuôn cần có khả năng dẫn nhiệt tốt để đảm bảo quá trình làm nguội nhựa diễn ra nhanh chóng và đồng đều, giúp giảm thời gian chu kỳ ép phun và cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm

- Khả năng chống ăn mòn:

+ Chống ăn mòn: Một số loại nhựa và phụ gia có thể gây ăn mòn khuôn Do đó, vật liệu khuôn cần có khả năng chống ăn mòn để duy trì độ bền và tuổi thọ

+ Chi phí vật liệu: Chọn vật liệu phù hợp với ngân sách là điều cần thiết Vật liệu cao cấp có thể có giá thành cao hơn, nhưng nếu đem lại hiệu quả và tuổi thọ khuôn cao, thì có thể tiết kiệm chi phí dài hạn

- Tính tương thích với nhựa:

+ Phù hợp với loại nhựa: Mỗi loại nhựa có yêu cầu riêng về vật liệu khuôn Ví dụ, nhựa nhiệt rắn yêu cầu vật liệu khuôn khác với nhựa nhiệt dẻo

- Yêu cầu bề mặt sản phẩm:

+ Độ mịn và hoàn thiện bề mặt: Vật liệu khuôn cần có khả năng tạo ra bề mặt sản phẩm mịn và đẹp, đáp ứng yêu cầu về chất lượng của sản phẩm cuối cùng

Khuôn của nhóm thực hiện phục vụ thí nhiệm và nghiên cứu có kích thước không quá lớn, chất liệu nhựa dùng để ép phun không gây ăn mòn đối với các loại thép Để đáp ứng nhu cầu sử dụng, nhóm quyết định sử dụng thép C45 để phù hợp với điều kiện gia công và sử dụng

Gia công bộ khuôn sử dụng máy phay MAZAK VQC-20/50B, thông số kĩ thuật tham khảo phụ lục 2

- 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

- 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

Hình 6.1: Máy phay MAZAK VQC-20/50B

❖ Các chi tiết cần gia công

Bảng 6.1: Các chi tiết cần gia công CNC

Tên chi tiết gia công Số lượng Vật liệu Kích thước (mm)

6.1.2 Gia công tấm kẹp trên

Hình 6.2: Gia công tấm kẹp trên

Bảng 6.2: Quy trình công nghệ gia công tấm kẹp trên

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG MẶT TRÊN TẤM KẸP

Chuẩn gia công Kích thước:

(mm) Vật liệu: Gá kẹp:

TT Bước Trình tự gia công Loại dao

1 Phay thô bề mặt End Mill ∅40 800 2000 1

2 Phay tinh bề mặt End Mill ∅40 500 3500 0.1

3 Khoan mồi 5 lỗ Spot Drill

Phay thô lỗ cuống phun và bậc định vị

Phay tinh lỗ cuống phun và bậc định vị

6 Phay thô lỗ bậc bulong End Mill ∅8 1500 1500 0.5

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG MẶT DƯỚI TẤM KẸP TRÊN

6.1.3 Gia công tấm khuôn dương

Hình 6.3: Gia công tấm khuôn dương

F (mm/ph) n (v/ph) t (mm) NC2

Bảng 6.3: Quy trình công nghệ gia công tấm khuôn dương

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG MẶT TRÊN TẤM KHUÔN DƯƠNG

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG TẤM KHUÔN DƯƠNG

Phay lỗ lắp bạc dẫn hướng và bạc cuống phun

Phay tinh lỗ bạc dẫn hướng và bạc cuống phun

F (mm/ph) n (v/ph) t (mm) NC2

NGUYÊN CÔNG 3: GIA CÔNG LỖ LẮP BULONG VÒNG VÀ HỆ THỐNG LÀM MÁT

6.1.4 Gia công insert khuôn âm mẫu thử D638

Hình 6.4: Gia công insert mẫu thử D638

1 Khoan mồi 3 lỗ Center Drill

4 Khoan 1 lỗ lắp bulong vòng Drill ∅10.5 50 1000 0.6

Bảng 6.4: Quy trình công nghệ gia công insert mẫu thử D638

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG LÒNG INSERT MẪU THỬ D638

3 Khoan mồi 9 lỗ Spot Drill ∅10 100 800 0.5

6 Khoan 3 lỗ ∅6 của ty đẩy Drill ∅5.8 60 1000 0.6

8 Phay thô lỗ bậc lắp bulong End Mill ∅6 800 3500 0.25

9 Khoan 4 lỗ ∅9 lắp bulong Drill ∅9 100 400

Phay thô biên dạng sản phẩm, cổng vào nhựa

Phay tinh biên dạng sản phẩm, cổng vào nhựa

12 Phay thô kênh dẫn nhựa Ball Mill ∅4 1200 1200 0.2

13 Phay tinh kênh dẫn nhựa Ball Mill ∅4 500 2500 0.05

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG MẶT SAU TẤM INSERT MẪU THỬ D638

6.1.5 Gia công insert mẫu thử D790

Hình 6.5: Gia công insert mẫu thử D790

Bảng 6.5: Quy trình công nghệ gia công insert mẫu thử D790

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG LÒNG INSERT MẪU THỬ D790

3 Khoan mồi 9 lỗ Spot Drill ∅10 100 800 0.5

6 Khoan 3 lỗ ∅5.8 ty đẩy Drill ∅5.8 60 1000 0.6

8 Phay thô 4 lỗ bậc lắp bulong End Mill ∅6 800 3500 0.25

9 Khoan 4 lỗ lắp bulong ∅9 Drill ∅9 100 400 0.5

Phay thô biên dạng sản phẩm, cổng vào nhựa

Phay tinh biên dạng sản phẩm, cổng vào nhựa

12 Phay thô kênh dẫn nhựa Ball Mill ∅4 1200 1200 0.2

13 Phay tinh kênh dẫn nhựa Ball Mill ∅4 500 2000 0.05

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG MẶT SAU TẤM INSERT MẪU THỬ D790

6.1.6 Gia công tấm khuôn âm

Hình 6.6: Gia công tấm khuôn âm

Bảng 6.6: Quy trình công nghệ gia công tấm khuôn âm

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG LÒNG TẤM KHUÔN ÂM

3 Phay thô hốc insert End Mill ∅14 1500 3500 1

4 Phay tinh hốc insert End Mill ∅14 500 3500 0.25

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG MẶT TRÊN TẤM KHUÔN ÂM

NGUYÊN CÔNG 3: GIA CÔNG HỆ THỐNG LÀM MÁT

5 Phay thô lỗ lắp bạc lót

6 Phay tinh lỗ lắp bạc lót End Mill ∅12 500 3500 0.25

Chuẩn gia công Kích thước

NGUYÊN CÔNG 4: GIA CÔNG BULONG VÒNG

6.1.7 Gia công tấm kẹp dưới

Hình 6.7: Gia công tấm kẹp dưới

2 Khoan 1 lỗ lắp bulong vòng Drill ∅10.5 50 1000 0.6

Bảng 6.7: Quy trình công nghệ gia công tấm kẹp dưới

NGUYÊN CÔNG 1: GIA CÔNG MẶT TRÊN TẤM KẸP DƯỚI

NGUYÊN CÔNG 2: GIA CÔNG MẶT DƯỚI TẤM KẸP DƯỚI

3 Phay thô hốc End Mill ∅14 1000 1500 1

5 Khoan mồi lỗ bậc Spot Drill

6 Phay thô lỗ bậc End Mill ∅8 1000 1500 0.5

TT Bước Trình tự gia công Loại dao Chế độ cắt

Insert mẫu thử D638 Insert mẫu thử D790

Tấm khuôn âm Tấm khuôn dương

Tấm kẹp trên Tấm kẹp dưới

Hình 6.8: Mô phỏng gia công

Lắp ráp khuôn

6.2.1 Kiểm tra và đánh bóng lòng khuôn

Sau khi gia công xong nhóm tiến hành kiểm tra làm nguội, làm sạch bavia, bề mặt và đánh bóng lòng khuôn

Hình 6.9: Các chi tiết cấu thành bộ khuôn

Hình 6.10: Lắp insert vào khuôn để kiểm tra

Lắp ráp lần lượt từng chi tiết thành bộ khuôn hoàn chỉnh

Hình 6.11: Lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn

Ép thử

- Chuẩn bị khuôn ép và máy ép nhựa:

+ Kiểm tra khuôn ép nhựa để đảm bảo không có hư hỏng

+ Làm sạch khuôn và lắp đặt vào máy ép nhựa

+ Cài đặt các thông số ban đầu cho máy ép nhựa (nhiệt độ, áp suất, thời gian chu kỳ, v.v.)

- Khởi động máy ép nhựa:

+ Khởi động máy ép và để máy đạt đến nhiệt độ làm việc mong muốn

+ Kiểm tra các hệ thống an toàn của máy

+ Thực hiện ép thử lần đầu để kiểm tra các thông số kỹ thuật và quá trình hoạt động của máy

+ Quan sát và ghi lại các thông số như áp suất, nhiệt độ, thời gian ép, v.v

- Kiểm tra sản phẩm sau ép thử:

+ Lấy mẫu sản phẩm từ khuôn ép

+ Kiểm tra các yếu tố chất lượng của sản phẩm như hình dáng, kích thước, bề mặt, độ bền, v.v

+ So sánh với các yêu cầu kỹ thuật ban đầu

+ Dựa trên kết quả kiểm tra sản phẩm, điều chỉnh các thông số ép như nhiệt độ, áp suất, thời gian ép, tốc độ phun, v.v

+ Thực hiện ép thử lại nếu cần thiết

- Lặp lại quá trình ép thử:

+ Tiếp tục điều chỉnh và ép thử cho đến khi đạt được sản phẩm đạt yêu cầu

- Xác nhận quy trình ép:

+ Sau khi đạt được sản phẩm đạt yêu cầu, xác nhận và lưu lại các thông số quy trình + Lập báo cáo kiểm tra và đánh giá khuôn ép

- Bắt đầu sản xuất hàng loạt:

+ Chuyển sang chế độ sản xuất hàng loạt sau khi quy trình ép thử đã được xác nhận + Giám sát quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng sản phẩm liên tục

Khuôn được ép trên máy ép nhựa SHINE WELL SW-120B

Hình 6.12: Máy ép nhựa SHINE WELL SW-120B

Loại nhựa được sử dụng để ép là nhựa PP( polypropylen)

+ Khối lượng riêng: Khoảng 0.905 - 0.910 g/cm³

+ Nhiệt độ làm việc tối đa: 100°C (liên tục), 120°C (ngắn hạn)

+ Độ giãn dài khi đứt: 200 - 700%

+ Độ bền va đập: 3 - 5 kJ/m²

+ Nhiệt độ biến dạng nhiệt (HDT): 90 - 100°C

+ Hệ số giãn nở nhiệt: 100 - 150 x 10⁻⁶ /°C

+ Ép phun: Nhiệt độ ép phun thường từ 180 - 240°C

+ Đùn: Nhiệt độ đùn từ 180 - 250°C

+ Thổi màng: Nhiệt độ từ 170 - 210°C

- Thông số phun ép nhựa:

+ Thời gian bão áp: 6.4 giây

+ Thời gian làm nguội: 25 giây

- Tiến hành lắp khuôn lên máy và ép thử

Hình 6.13: Tiến hành lắp khuôn lên máy và bắt đâu ép thử

Tiến hành ép thử lần đầu

- Sản phẩm ép thử lần đầu do không đủ áp nên sản phẩm có đọng bọt khí trong runner

Hình 6.14: Sản phẩm ép thử lần đầu mẫu thử D638

Hình 6.15: Sản phẩm ép thử lần đầu mẫu thử D790

- Tiếp tục ép và thay đổi áp suất ép

Sau khi điều áp sản phẩm ép được hoàn thiện, sản phẩm có hình dạng đúng như thiết kế, về thẩm mỹ sản phẩm không có lỗ bọt khí, không xuất hiện đường hàn trên sản phẩm

Hình 6.16: Sản phẩm sau khi điều chỉnh áp mẫu thử D638

Hình 6.17: Sản phẩm sau khi điều chỉnh áp mẫu thử D790

Một số lỗi khi ép thử:

- Sản phẩm xuất hiện bọt khí ở cuối dòng chảy

- Các lỗi xảy ra do quá trình ép không đủ áp

- Do hạt nhựa có độ ẩm cao

Kích thước thực tế mẫu ép và đánh giá kết quả

6.4.1 Kết quả kiểm tra mẫu thử D638

Bảng 6.8: Kết quả ép mẫu thử D638

STT Kích thước thiết kế

Kích thước thực tế khác kích thước thiết kế

Sản phẩm co rút không đạt

Sai lệch vẫn nằm trong dung sai cho phép

Gia công không chính xác

Sai lệch vẫn nằm trong dung sai cho phép Độ dày 3.2 ± 0,4 3,13

Hình 6.18: Kích thước thực tế sản phẩm mẫu thử D638

Từ bảng kết quả so sánh kích thước thực tế và kích thước thiết kế của mẫu thử D638 thấy được chiều dài của mẫu thử thực tế là 165,07mm, lớn hơn 165mm như yêu cầu thiết kế nên đạt yêu cầu Chiều rộng hai đầu, chiều rộng phần hẹp và bề dày của mẫu thử có sai lệch tương ứng là 0,08, 0,18 và 0,07 do gia công chưa chính xác, tuy nhiên độ sai lệch rất nhỏ và nằm trong dung sai cho phép Từ đó cho thấy sản phẩm đạt chuẩn và đáp ứng được yêu cầu về kích thước của mẫu thử D638

➔ Vậy sản phẩm mẫu thử D638 sau khi ép ra đủ tiêu chuẩn làm mẫu thử

6.4.2 Kết quả kiểm tra mẫu thử D790

Bảng 6.9: Kết quả ép mẫu thử D790

STT Kích thước thiết kế

Sai lệch vẫn nằm trong dung sai cho phép Độ dày 3,2 ± 0,2 3,22

Hình 6.19: Kích thước thực tế sản phẩm mẫu thử D790

Từ bảng kết quả so sánh kích thước thực tế và kích thước thiết kế của mẫu thử D790 thấy được chiều dài của mẫu thử thực tế bé hơn thiết kế 1,33mm do vật liệu nhựa co rút nhiều hơn so với như trong quá trình thiết kế ban đầu nhưng kích thước vẫn nằm trong dung sai cho phép Bên cạnh đó chiều rộng và bề dày của mẫu thử có sai lệch tương ứng là 0,19 và 0,02 do gia công chưa chính xác, tuy nhiên độ sai lệch rất nhỏ và nằm trong dung sai cho phép Từ đó cho thấy sản phẩm đạt chuẩn và đáp ứng được yêu cầu về kích thước của mẫu thử D790

➔ Vậy sản phẩm mẫu thử D790 sau khi ép ra đủ tiêu chuẩn làm mẫu thử

Tiêu đề	Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun “Sản phẩm mẫu thử D638”
Tác giả	Trần Đăng Hùng, Đặng Thiện Nhân
Người hướng dẫn	ThS. Trần Chí Thiên
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ chế tạo máy
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	10,81 MB