Chế tạo khuôn phun Ép cho mẫu thử Độ bền kéo và uốn với hệ thống gia và giải nhiệt dạng cooling layer

LỜI CẢM ƠN Trong suốt quãng thời gian học tập và hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Chế Tạo Khuôn Phun Ép Cho Mẫu Thử Độ Bền Kéo Và Uốn Với Hệ Thống Gia Và Giải Nhiệt Dạng Cooling Layer”, với

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, ngành sản xuất nhựa đang phát triển mạnh mẽ với nhu cầu ngày càng tăng về chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường, việc kiểm tra tính chất cơ học của vật liệu nhựa trở nên cực kỳ quan trọng Các bài kiểm tra độ bền kéo, uốn, va đập, được thực hiện thường xuyên nhằm đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe, từ đó nâng cao uy tín, khả năng cạnh tranh và đảm bảo an toàn cho người sử dụng

Mẫu thử độ bền kéo và uốn là công cụ không thể thiếu trong quy trình kiểm tra chất lượng vật liệu nhựa Chất lượng của mẫu thử ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác và tin cậy của kết quả kiểm tra, từ đó tác động đến đánh giá chất lượng vật liệu đầu vào và sản phẩm cuối cùng Để tạo ra những mẫu thử đạt chuẩn, khuôn ép phun đóng vai trò vô cùng quan trọng Một khuôn phun ép chất lượng cao dành cho sản xuất mẫu thử phải đảm bảo các yếu tố sau: Độ chính xác kích thước: Kích thước mẫu thử phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn, đảm bảo tính đồng nhất Sai số kích thước dù nhỏ cũng có thể dẫn đến kết quả thử nghiệm sai lệch, gây ảnh hưởng đến đánh giá chất lượng vật liệu

Bề mặt sản phẩm: Bề mặt mẫu thử phải nhẵn, không có khuyết tật như rỗ khí, vết lõm, vết nứt, đảm bảo tính đồng nhất của vật liệu và tránh gây ra ứng suất tập trung trong quá trình thử nghiệm

Hiệu quả làm mát: Quá trình làm mát mẫu thử sau khi phun ép ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc tinh thể, độ co ngót và biến dạng sản phẩm Hệ thống gia và giải nhiệt hiệu quả giúp kiểm soát quá trình làm mát, đảm bảo tính đồng nhất về cấu trúc và tính chất của mẫu thử

Chính vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ chế tạo khuôn tiên tiến, đặc biệt là hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt dạng Cooling Layer là hướng đi cần thiết Với ưu điểm vượt trội về khả năng làm mát nhanh, đồng đều, tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ khuôn, Cooling Layer góp phần nâng cao chất lượng mẫu thử, từ đó đảm bảo độ tin cậy của kết quả thử nghiệm và nâng cao hiệu quả sản xuất trong ngành công nghiệp nhựa.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần nghiên cứu, ứng dụng và phát triển công nghệ gia công hiện đại như gia công CNC, WEDM, vào chế tạo khuôn phun ép nhựa có độ chính xác và độ phức tạp cao

2 Đề tài cung cấp giải pháp gia nhiệt và giải nhiệt hiệu quả cho khuôn phun ép bằng việc ứng dụng hệ thống Cooling Layer, từ đó góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, rút ngắn chu kỳ ép phun, nâng cao hiệu quả sản xuất

Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực nghiệm cho việc đánh giá ảnh hưởng của hệ thống Cooling Layer đến chất lượng sản phẩm, từ đó tối ưu hóa thiết kế và chế tạo khuôn ép phun cho các sản phẩm nhựa có yêu cầu cơ tính cao Ý nghĩa thực tiễn:

Nâng cao chất lượng kiểm tra vật liệu: Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào chế tạo khuôn phun ép cho các sản phẩm nhựa có yêu cầu cao về cơ tính, đặc biệt là mẫu thử độ bền kéo và uốn, phục vụ cho quá trình kiểm tra, đánh giá chất lượng vật liệu

Tăng năng suất và hiệu quả sản xuất: Hệ thống Cooling Layer giúp rút ngắn thời gian chu kỳ phun ép, tăng năng suất sản xuất mẫu thử Bên cạnh đó, việc giảm thiểu khuyết tật sản phẩm nhờ hệ thống gia và giải nhiệt tối ưu góp phần giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế

Bảo vệ môi trường: Hệ thống Cooling Layer giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong quá trình phun ép, góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Thiết kế mô hình 3D của mẫu thử kéo và uốn theo tiêu chuẩn

- Tạo các lòng khuôn và hệ thống gia và giải nhiệt dạng cooling layer

- Hoàn thiện kết cấu khuôn

- Ép thử nghiệm sản phẩm

- Thống kê đánh giá kết quả thí nghiệm

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung vào hai đối tượng chính:

Khuôn phun ép: Đối tượng chính là khuôn phun ép hai tấm được thiết kế chuyên dụng cho việc chế tạo mẫu thử độ bền kéo và uốn Khuôn được tích hợp hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt dạng Cooling Layer để đảm bảo hiệu quả làm mát và chất lượng sản phẩm

Mẫu thử độ bền: Đề tài hướng đến việc tạo ra mẫu thử độ bền kéo và uốn từ vật liệu nhựa PP (Polypropylene) Loại nhựa này được lựa chọn do tính ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp, đồng thời cho phép đánh giá hiệu quả của hệ thống Cooling Layer trên vật liệu phổ thông

Phạm vi nghiên cứu: Đồ án tập trung vào việc thiết kế và chế tạo khuôn ép phun hai tấm có kích thước 350x190x180 (mm) cho mẫu thử độ bền kéo và uốn theo tiêu chuẩn ASTM D638 và ASTM D790, đồng thời đánh giá hiệu quả của hệ thống gia và giải nhiệt dạng Cooling Layer thông qua đánh giá mẫu ép thử Cụ thể, đồ án sẽ tập trung vào việc sử dụng phần

3 mềm Autocad, Creo, để thiết kế khuôn ép phun, bao gồm: thiết kế mẫu thử độ bền kéo và uốn theo tiêu chuẩn ASTM D638 và ASTM D790, thiết kế lòng khuôn, hệ thống kênh dẫn, hệ thống đẩy sản phẩm và thiết kế hệ thống gia và giải nhiệt dạng Cooling Layer với các viên bi đặt trong kênh dẫn nước nằm dưới tấm insert Tiếp theo, dựa trên bản vẽ thiết kế, tiến hành chế tạo khuôn bằng cách lựa chọn vật liệu chế tạo khuôn phù hợp, gia công các chi tiết khuôn bằng các phương pháp phù hợp (cắt gọt, WEDM, mài, ) và lắp ráp, hiệu chỉnh khuôn Sau khi hoàn thiện khuôn, tiến hành ép thử nghiệm trên máy ép nhựa Haitian, hiệu chỉnh thông số máy ép phun phù hợp để tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu Từ mẫu ép thử, đánh giá chất lượng khuôn và hiệu quả của hệ thống gia và giải nhiệt dạng Cooling Layer dựa trên chất lượng bề mặt, hình dạng, kích thước của mẫu thử ở các mức nhiệt độ ép phun khác nhau.

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu, tiêu chuẩn liên quan đến gia công khuôn ép phun, vật liệu khuôn, hệ thống gia và giải nhiệt dạng Cooling Layer

- Phân tích bản vẽ thiết kế khuôn, bao gồm: kết cấu khuôn, chức năng các chi tiết, vật liệu chế tạo, yêu cầu kỹ thuật,

Lập kế hoạch gia công:

- Lựa chọn phương pháp gia công phù hợp cho từng chi tiết khuôn (CNC, WEDM, mài, ), lựa chọn máy móc, dụng cụ gia công

- Lập quy trình gia công, chế tạo đồ gá (nếu cần) cho từng chi tiết khuôn Chế tạo khuôn ép phun:

- Tiến hành gia công các chi tiết khuôn theo bản vẽ và quy trình đã được lập

- Lắp ráp các chi tiết thành bộ khuôn hoàn chỉnh, kiểm tra độ chính xác, hiệu chỉnh khuôn

Thực nghiệm ép phun và đánh giá:

- Lựa chọn vật liệu nhựa phù hợp, thiết lập thông số máy ép phun, tiến hành ép thử nghiệm trên khuôn mẫu đã chế tạo

- Kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm nhựa (mẫu thử) theo tiêu chuẩn: độ chính xác kích thước, độ bóng bề mặt, cơ tính (độ bền kéo, độ uốn)

- Phân tích kết quả thực nghiệm, đánh giá chất lượng khuôn, hiệu quả hoạt động của hệ thống gia và giải nhiệt dạng Cooling Layer Đề xuất giải pháp khắc phục nếu có sai sót, khuyết tật

Kết cấu của ĐATN

Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương: Chương 1: Giới thiệu

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 5: Gia công và lắp ráp

TỔNG QUAN

Giới thiệu

Công nghệ phun ép nhựa đã và đang khẳng định vị thế quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất Nhu cầu ngày càng cao về sản phẩm nhựa có độ chính xác, tính thẩm mỹ và chất lượng đồng thời đòi hỏi công nghệ chế tạo khuôn ép phun phải không ngừng cải tiến và phát triển

Bên cạnh việc ứng dụng các công nghệ gia công hiện đại như gia công CNC, WEDM, doa, cho phép tạo ra khuôn có hình dạng phức tạp, độ chính xác cao, thì việc tối ưu hóa hệ thống gia nhiệt và giải nhiệt cũng đóng vai trò then chốt quyết định đến chất lượng sản phẩm ép phun Hệ thống Cooling Layer, với ưu điểm vượt trội về khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác và rút ngắn thời gian chu kỳ, đang được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng phổ biến

Hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt dạng Cooling Layer là một giải pháp tiên tiến khắc phục những hạn chế của hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt truyền thống Cooling Layer sử dụng các viên bi hoặc tấm kim loại dẫn nhiệt cao (thường là đồng hoặc hợp kim nhôm) được gia công chính xác với các kênh dẫn nước bên trong, được tích hợp vào khuôn ép Ưu điểm của Cooling Layer:

 Hiệu quả giải nhiệt cao: Diện tích tiếp xúc lớn giữa Cooling Layer và khuôn giúp tăng cường khả năng truyền nhiệt, rút ngắn thời gian làm nguội sản phẩm, tăng năng suất sản xuất

 Phân bố nhiệt độ đồng đều: Các kênh dẫn nước được thiết kế tối ưu, đảm bảo phân bố nhiệt độ đồng đều trên bề mặt khuôn, giảm thiểu biến dạng, cong vênh và co ngót không đều trong sản phẩm

 Tiết kiệm năng lượng: Thời gian làm nguội được rút ngắn giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ so với hệ thống gia và giải nhiệt truyền thống

 Tăng tuổi thọ khuôn: Phân bố nhiệt độ đồng đều giúp giảm thiểu ứng suất nhiệt trên khuôn, kéo dài tuổi thọ khuôn, giảm chi phí bảo trì

Một số vấn đề liên quan đến quá trình gia nhiệt và giải nhiệt khuôn

Phân bố nhiệt độ không đồng đều: Hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt truyền thống thường gặp vấn đề phân bố nhiệt độ không đồng đều, dẫn đến sản phẩm có chất lượng không ổn định, dễ bị biến dạng, cong vênh

Thời gian gia nhiệt, giải nhiệt kéo dài: Hệ thống truyền thống thường có thời gian gia nhiệt và giải nhiệt lâu, làm giảm năng suất sản xuất

Khó khăn trong việc kiểm soát nhiệt độ chính xác: Việc kiểm soát nhiệt độ chính xác là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Hệ thống gia nhiệt, giải nhiệt truyền thống thường khó khăn trong việc kiểm soát nhiệt độ chính xác, đặc biệt là đối với khuôn có hình dạng phức tạp

Tiêu tốn nhiều năng lượng: Hệ thống truyền thống thường tiêu tốn nhiều năng lượng, gây lãng phí và ảnh hưởng đến môi trường

Mẫu thử độ bền kéo và uốn

Mẫu thử độ bền kéo và uốn được sử dụng để đánh giá tính chất cơ học của vật liệu nhựa, phục vụ cho việc kiểm tra chất lượng sản phẩm, nghiên cứu và phát triển vật liệu mới Việc chế tạo khuôn chính xác cho mẫu thử độ bền là rất quan trọng để đảm bảo tính đồng nhất và độ tin cậy của kết quả thử nghiệm.

Tổng quan về công nghệ ép phun

2.2.1 Khái niệm về công nghệ phun ép

Công nghệ ép phun là phương pháp sản xuất hàng loạt những sản phẩm nhựa đa dạng về mặt vật liệu, cấu tạo, hình dạng và kích thước Sản phẩm ép được định hình thông qua lòng khuôn được gia công sẵn Vật liệu nhựa phun ép được gia nhiệt nóng chảy (dao động trong khoảng 150 – 300 o C) được đưa vào lòng khuôn định hình thông qua vòi phun của máy ép nhựa Sau khi điền đầy lòng khuôn, nhựa được làm nguội để tạo thành hình dạng sản phẩm mong muốn

2.2.2 Quy trình ép phun theo từng bước

Chuẩn bị khuôn: Khuôn được chuẩn bị cần phải sạch sẽ, không có tạp vật bên trong lòng khuôn; không có cát, bụi ở những vị trí các ty đẩy Các nửa khuôn phải được kẹp chặt với nhau để không bị chảy nhựa khi ép

Lựa chọn và nung chảy vật liệu nhựa: Việc chọn loại nhựa để ép chủ yếu dựa vào công dụng của sản phẩm sau ép Các hạt nhựa từ phễu chứa sau khi được gia nhiệt nóng chảy sẽ được trục vít của máy ép đưa vào lòng khuôn thông qua vòi phun

Bơm nhựa nóng chảy vào lòng khuôn: Khi vật liệu nhựa đạt đến trạng thái nóng chảy, nó được bơm vào để điền đầy lòng khuôn dưới áp suất từ vòi phun Áp suất này sẽ đảm bảo rằng nhựa nóng chảy sẽ điền đầy lòng khuôn và tạo hình sản phẩm

Làm nguội: Sau khi dòng nhựa điền đầy lòng khuôn, nó bắt đầu hạ nhiệt và đông lại Các kênh làm nguội giúp quá trình thoát nhiệt của khuôn và sản phẩm diễn ra đồng đều và nhanh chóng Giai đoạn này rất quan trọng để sản phẩm ổn định được hình dáng bên ngoài; tránh bị cong vênh, biến dạng

Mở khuôn và lấy sản phẩm: Sau khi hoàn tất quá trình làm nguội, khuôn sẽ được mở ra và sản phẩm sẽ được lấy ra nhờ hệ thống đẩy sản phẩm Hệ thống đẩy gồm các cơ chế đẩy, chẳng hạn như chốt đẩy, tấm đẩy hoặc lưỡi đẩy; hỗ trợ đẩy sản phẩm rơi ra khỏi lòng khuôn mà không làm hư hại cho sản phẩm

Hướng đóng khuôn Vật liệu ép

Hình 2.1 Mô hình máy ép thông dụng

2.2.3 Những yếu tố giúp tối ưu quá trình ép phun

Lựa chọn vật liệu: Việc lựa chọn nhựa phải phù hợp với các đặc tính công năng của sản phẩm dự kiến ép

Thiết kế khuôn mẫu: Thiết kế khuôn ép phun phù hợp, bao gồm hình dạng bộ phận, kênh làm mát và thoát khí, đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sản xuất sản phẩm hiệu quả và không có bị lỗi sản phẩm

Thiết kế khuôn phải hợp lý; bao gồm các hệ thống lòng khuôn, insert, các chi tiết tiêu chuẩn dễ dàng tìm thấy trên thị trường Hệ thống ty đẩy, chốt dẫn hướng – bạc dẫn hướng được thiết kế chính xác để tránh mài mòn, phải làm việc hiệu quả, thời gian sử dụng lâu dài

Tối ưu chu kỳ ép: Điều chỉnh tối ưu các thông số tốc độ phun, nhiệt độ và áp suất phun giúp đạt được kết quả tốt về chất lượng sản phẩm, thời gian và hiệu quả sản xuất trong quy trình ép phun

Kiểm soát chất lượng; Thực hiện các biện pháp kiểm soát chất lượng sản phẩm trong quá trình ép phun như kiểm tra và thử nghiệm các bộ phận của khuôn ép, đảm bảo rằng chúng đáp ứng các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn cần thiết Đồng thời cần kiểm tra, đánh giá sản phẩm ép được có đạt yêu cầu đã đề ra hay không; nếu chưa đạt thì cần tìm ra nguyên nhân để có phương hướng xử lý

Khái niệm về máy ép phun: Máy ép phun là một loại máy chuyên dụng được sử dụng trong ngành công nghiệp phun ép nhựa Chúng có công năng làm nóng chảy các hạt nhựa và bơm vào lòng khuôn dưới áp suất cao được duy trì ổn định ở vòi phun của máy ép Những máy này có vai trò rất quan trọng trong quá trình ép phun bằng việc trực tiếp tham gia vào quá trình nung chảy, bơm nhựa và điền đầy lòng khuôn để tạo ra sản phẩm nhựa có chất lượng cao

Cấu tạo của máy ép phun: Máy ép phun bao gồm một số bộ phận thiết yếu, bao gồm hệ thống trục vít gia nhiệt - vòi phun, bộ phận chờ kẹp gá khuôn, hệ thống các trục

8 đẩy và hệ thống máy tính điều khiển Hệ thống trục vít sau khi được gia nhiệt sẽ làm nóng chảy nhựa và nhờ vòi phun đưa vào lòng khuôn, trong khi bộ phận kẹp giữ khuôn sẽ cố định bộ khuôn trong suốt quá trình các trục đẩy đóng - mở khuôn để thực hiện chu kỳ ép phun

Chức năng của từng bộ phận trong máy ép phun: Bộ phận phun bao gồm phễu chứa, trục vít và vòi phun Phễu là lưu trữ hạt nhựa nguyên liệu, sau đó được vận chuyển bằng trục vít quay, gia nhiệt nóng chảy và bơm vào lòng khuôn thông qua vòi phun Bộ phận kẹp đảm bảo lực kẹp chính xác và đủ để giữ khuôn luôn cố định trong giai đoạn ép phun và làm nguội Hệ thống điều khiển giám sát và điều chỉnh toàn bộ quá trình, bao gồm nhiệt độ, áp suất phun và thời gian của một chu kỳ phun ép

2.2.5 Lợi thế của ép phun

 Tiết kiệm và hiệu quả

 Khả năng tạo ra các chi tiết có hình dạng, cấu tạo phức tạp, đa dạng nhờ hệ thống lòng khuôn, lõi khuôn

 Đảm bảo tính đồng bộ và độ chính xác trong sản xuất sản phẩm hàng loạt

 Khả năng sản xuất số lượng lớn

2.2.6 Hệ thống gia và giải nhiệt

Hạt nhựa sau khi được gia nhiệt đến ngưỡng 150°C ÷ 300°C sẽ được đưa vào lòng khuôn thông qua vòi phun từ máy ép kèm theo một lượng nhiệt lớn Để chất lượng sản phẩm không bị ảnh hưởng bởi lượng nhiệt này thì cần phải thiết kế hệ thống gia và giải nhiệt cho khuôn với mục đích là kiểm soát được nhiệt độ của bộ khuôn trong suốt quá trình phun ép Việc làm nguội phải đồng đều giữa các mặt của sản phẩm để tránh làm cong sản phẩm dưới tác dụng của nhiệt độ cao

Tổng quan về vật liệu Polymer

Polymer, hay còn được gọi với tên khác là nhựa; là những hợp chất cao phân tử được sử dụng rộng rãi trong thời hiện đại; từ đồ gia dụng cho tới bên trong các máy móc, thiết bị hiện đại,… Một đặc điểm dễ nhận thấy của Polymer đó chính là khả năng biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt độ, áp lực mà không bị mất đi sự biến dạng khi tác nhân gây biến dạng không còn [2]

Vật liệu nhựa có thể được sử dụng vào trong ngành công nghiệp phun ép nhựa nhờ những đặc tính đã nêu trên Nhựa được nung chảy thông qua kênh dẫn đi vào lòng khuôn sẽ được lòng khuôn định hình thành hình dạng mong muốn Hoặc nếu sản phẩm không đạt yêu cầu, nhựa được băm nhỏ, nghiền vụn lại (nhựa tái sinh) để lặp lại quá trình phun ép thêm một số lần nhất định Tuy nhiên, những đặc điểm cơ tính của vật liệu như độ bền, khả năng chịu nhiệt,… sẽ giảm dần tỷ lệ thuận với số lần tái chế [3]

 Polymer tự nhiên: là những loại polymer có sẵn trong tự nhiên như protein, tinh bột, xenlulozơ,

 Polymer tổng hợp: được tạo ra từ các phản ứng trùng ngưng hoặc trùng hợp:

 Polymer bán tổng hợp, nhân tạo: là những loại được chế biến từ polymer thiên nhiên Ví dự như tơ Axetat, Tơ visco,…

 Polymer mạch không phân nhánh: PE, PVC, xenlulozơ, cao su, tinh bột,

 Polymer mạch nhánh: Glicogen, amilopectin,

 Polymer mạng lưới: cao su lưu hóa, rezit, nhựa bakelit,

 Polymer thông dụng: Là những loại được sử dụng để sản xuất những chi tiết đòi hỏi tính chất vật lý cao như PP, PE, PMMA,…

 Polymer kỹ thuật: dùng để sản xuất những chi tiết đòi hỏi cơ tính cao hơn, ví dụ: PA, PC, PF (nhựa teflo),…

Dựa vào tính chịu nhiệt:

 Polymer nhiệt dẻo: Polymer nhiệt dẻo là những loại Polymer có cấu trúc mạch thẳng, dưới tác dụng của nhiệt độ cao bị nóng chảy dẻo ra, khi nguội thì đông rắn lại, quá trình này có thể lặp đi lặp lại nhiều lần Những loại Polymer này có ưu điểm lớn nhất là khả năng tái sinh, tái sử dụng mạnh nên thường được sử dụng để chế tạo đồ gia dụng

 Polymer nhiệt rắn (Polymer đặc nhiệt): Là những loại Polymer có mạng lưới không gian, dưới tác dụng của nhiệt độ cao nó trở nên đông cứng, quá trình này không thể xảy ra ngược lại nên khả năng tái sử dụng kém Ưu điểm của nhóm vật liệu này nằm ở cơ tính vật lý tốt, nên được sử dụng nhiều trong kỹ thuật

2.3.3 Những cơ tính cơ bản của Polymer

Vật liệu nhựa sở hữu nhiều tính chất cơ học độc đáo, biến chúng trở thành lựa chọn linh hoạt trong nhiều ứng dụng Dưới đây là một số tính chất cơ học quan trọng cần lưu ý:

 Độ bền cơ học: Là khả năng chống lại sử phá hủy dưới tác dụng của ngoại lực Độ bền của sản phẩm phụ thuộc vào các loại phụ gia có trong nhựa; chất xúc tác, công nghệ trong quá trình sản xuất nhựa; kết cấu hình dạng sản phẩm,… Thông số phản ánh lên độ bền của Polymer chính là giới hạn bền – là giá trị ứng suất mà mẫu bị phá hủy trong nhưng điều kiện thí nghiệm cho trước Ứng với các loại biến dạng kéo, biến dạng nén, biến dạng uốn tương ứng là độ bền kéo, độ bền nén, độ bền uốn

 Độ dai va đập: Là khả năng chịu tải trọng va đập của vật liệu Độ dai va đập được xác định thông qua lượng năng lượng bị hấp thụ trong quá trình va đập bởi vật liệu thí nghiệm Thử nghiệm va đập thường được áp dụng với các chi tiết/kết cấu chịu tải trọng động Thử nghiệm va đập còn được áp dụng trong việc xác định

13 hoặc dự báo nguy cơ suy giảm sức bền của kết cấu hay chi tiết khi làm việc ở môi trường khắc nghiệt

 Tỷ trọng của nhựa (g/cm 3 ): Tỷ trọng nhựa thể hiện phần nào tính chất của vật liệu nhựa Vật liệu nhựa có tỷ trọng tương đối nhẹ, dao động trong khoảng 0.9 – 2.0 (g/cm 3 )

 Chỉ số nóng chảy: phản ánh lên tính chảy của vật liệu Chỉ số nóng chảy càng lớn thì tính lưu động của nhựa càng cao; dễ dàng phun ép với nhiệt độ, áp suất thấp; dễ sản xuất và sản phẩm đạt chất lượng cao Chỉ số nóng chảy có đơn vị là g/10 phút Tiêu chuẩn dùng để đo chỉ số nóng chảy là ASTM D1238

 Độ co rút của nhựa: Là tỷ lệ chênh lệch kích thước (%) của sản phẩm sau khi lấy ra khỏi khuôn được định hình và ổn định hình dạng so với kích thước của lòng khuôn định hình

Bảng 2.1 Hệ số co rút các loại nhựa thông dụng [4]

STT Nhựa Mật độ (g/cm 3 ) Hệ số co rút

2.3.4 Một số loại Polymer thông dụng và ứng dụng

Hình 2.7 Hạt nhựa PE Đặc điểm:

 Dẻo, dai, bền, không độc hại: PE là lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm hoặc cần độ bền cao

 Chịu nước, hóa chất tốt: Khả năng chống thấm nước và hóa chất hiệu quả giúp PE phù hợp cho nhiều ứng dụng ngoài trời và tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt

 Có thể tái chế: Góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên

Phân loại: PE có nhiều loại khác nhau với mật độ khác nhau, dẫn đến tính chất khác nhau:

 PE mật độ thấp (LDPE): Dẻo, mềm, dễ uốn, thường được sử dụng để sản xuất túi nilon, màng bọc thực phẩm, bao bì

 PE mật độ cao (HDPE): Cứng hơn LDPE, chịu nhiệt tốt hơn, thường được sử dụng để sản xuất chai lọ, bình chứa, ống nước

 PE mật độ rất cao (UHMWPE): Cực kỳ cứng, dai, chịu mài mòn tốt, thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp nặng Ưu điểm:

 An toàn cho thực phẩm

 Chịu nhiệt kém (so với các loại nhựa khác)

 Không chịu được dung môi hữu cơ Ứng dụng:

 Túi nilon, màng bọc thực phẩm: Bảo quản thực phẩm, bảo vệ đồ vật

 Bình chứa, ống nước: Dẫn nước, lưu trữ chất lỏng

 Vỏ chai lọ, thùng rác: Đựng thực phẩm, đồ dùng, rác thải

 Sợi tổng hợp (như polyester, nylon): Quần áo, dệt may, thảm

Hình 2.8 Sản phảm làm từ nhựa PE

Hình 2.9 Hạt nhựa PVC màu đen

 Cứng, chịu hóa chất tốt: PVC là lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm cần độ cứng và khả năng chống hóa chất cao

 Có thể gia cố bằng sợi thủy tinh hoặc kim loại để tăng độ bền: Phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ cứng và chịu tải cao

 Giá thành rẻ: So với các loại nhựa khác như ABS, PC, PVC có giá thành tương đối rẻ, phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng

 Dễ gia công: PVC có thể dễ dàng gia công bằng nhiều phương pháp như cắt, uốn, ép, Ưu điểm:

 Độ bền cao: Nhờ độ cứng, khả năng chịu hóa chất và nước tốt, PVC có độ bền cao, sử dụng được lâu dài

 Chịu lửa: Một số loại PVC có khả năng chống cháy tốt, đảm bảo an toàn trong môi trường có nguy cơ hỏa hoạn

 Dễ tái chế: PVC có thể tái chế thành các sản phẩm mới, góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên

 Tính linh hoạt: PVC có thể được gia công thành nhiều hình dạng, kích thước và màu sắc khác nhau, đáp ứng đa dạng nhu cầu sử dụng

 Giá thành hợp lý: So với các loại nhựa có tính năng tương đương, PVC có giá thành rẻ hơn, giúp tiết kiệm chi phí sản xuất

 Khó bám dính: PVC khó bám dính với các vật liệu khác, cần sử dụng keo hoặc phụ gia để tăng độ bám dính

 Có thể giải phóng chất độc hại khi đốt cháy: Một số loại PVC có thể giải phóng chất độc hại khi đốt cháy, cần lưu ý xử lý đúng cách

 Ảnh hưởng đến môi trường: Quá trình sản xuất và phân hủy PVC có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được quản lý chặt chẽ

 PVC cứng: Đây là loại PVC phổ biến nhất, được sử dụng để sản xuất ống nước, cửa sổ, cửa ra vào,

 PVC mềm: PVC mềm có độ dẻo dai cao, được sử dụng để sản xuất dây điện, cáp điện, gioăng,

 PVC bọt: PVC bọt có cấu trúc xốp nhẹ, được sử dụng để sản xuất tấm cách nhiệt, nệm,

 Xây dựng: Ống nước, cửa sổ, cửa ra vào, vật liệu lợp mái,

 Điện: Dây điện, cáp điện, ổ cắm,

 Nội thất: Đồ nội thất gia đình, văn phòng,

 Giao thông vận tải: Ống dẫn nhiên liệu, phụ tùng ô tô,

 Y tế: Dụng cụ y tế, túi truyền dịch,

 Bao bì: Chai lọ, hộp đựng thực phẩm,

 Sản phẩm khác: Đồ chơi trẻ em, dụng cụ thể thao,

Hình 2.10 Sản phẩm nhựa PVC

 Cứng, dai, chịu va đập tốt: ABS là lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm cần độ cứng, độ dai và khả năng chịu va đập cao

 Có thể mạ kim loại: Mang đến vẻ ngoài sang trọng và thẩm mỹ cao

 Chịu nhiệt tốt: Khả năng chịu nhiệt cao giúp ABS phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường nóng

 Dễ gia công: Cho phép tạo hình và sản xuất đa dạng các sản phẩm Ưu điểm:

 Cứng, dai, chịu va đập tốt

 Có thể mạ kim loại

 Giá thành cao hơn so với PE, PP, PVC

 Có thể giải phóng chất độc hại khi đốt cháy Ứng dụng:

 Đồ chơi trẻ em: Xe hơi, búp bê,

 Vỏ thiết bị điện tử: Điện thoại, máy tính,

 Vali, cặp xách: Đựng đồ đạc, bảo vệ hành lý

 Ống dẫn khí, phụ kiện xe hơi: Dẫn khí, kết nối động cơ

 Các bộ phận máy móc, thiết bị công nghiệp: Cánh quạt, vỏ máy,

Hình 2.12 Keycap bàn phím làm từ ABS

Hình 2.13 Hạt nhựa PC Đặc điểm:

 Cứng, trong suốt, chịu nhiệt tốt: PC là lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm cần độ cứng, độ trong suốt và khả năng chịu nhiệt cao

 Chịu va đập tốt: Khả năng chống va đập tuyệt vời giúp PC an toàn cho người sử dụng

 Chịu hóa chất tốt: Khả năng chống hóa chất hiệu quả giúp PC phù hợp cho nhiều môi trường

 Có thể tái chế: Góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên Ưu điểm:

 Cứng, trong suốt, chịu nhiệt tốt

 Có thể giải phóng chất độc hại khi đốt cháy Ứng dụng:

 Kính chống đạn: Bảo vệ an ninh, chống trộm cắp

 Đĩa CD, DVD: Lưu trữ dữ liệu quang học

 Dụng cụ y tế: Kim tiêm, ống nghiệm,

 Vỏ thiết bị điện tử cao cấp: Điện thoại, máy tính bảng,

 Kính thể thao, kính bảo hộ: Bảo vệ mắt khỏi tác động ngoại lực

Hình 2.14 Vỏ điện thoại làm từ PC

Hình 2.15 Hạt nhựa PA6 Đặc điểm:

 Cứng, dai, chịu nhiệt tốt: PA là lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm cần độ cứng, độ dai và khả năng chịu nhiệt cao

 Chịu mài mòn tốt: Khả năng chống mài mòn hiệu quả giúp PA bền bỉ trong thời gian dài

 Có khả năng hút ẩm: PA có thể hấp thụ độ ẩm từ môi trường xung quanh

 Cứng, dai, chịu nhiệt tốt

 Có khả năng hút ẩm

 Khó tái chế Ứng dụng:

 Sợi tổng hợp: Quần áo, dệt may, thảm

 Bánh răng, ổ trục: Truyền động, chịu tải trọng

 Vỏ xe, vỏ máy móc: Bảo vệ động cơ, linh kiện

 Dây cước, dây câu: Dùng để câu cá, bện lưới

 Lốp xe, ống dẫn khí: Chịu tải trọng, dẫn khí nén

Hình 2.16 Các mô hình làm từ PA phục vụ cho STEM

Hình 2.17 Nhựa PP nguyên sinh

 Độ bền cơ học: PP có khả năng chịu lực tốt, khó bị kéo giãn hay xé rách, tạo ra sản phẩm bền chắc

 Khả năng chịu nhiệt: PP chịu được nhiệt độ cao lên đến 100°C, phù hợp để đựng thực phẩm nóng

 An toàn cho sức khỏe: PP được đánh giá là loại nhựa an toàn, không thôi nhiễm chất độc hại vào thực phẩm

 Bề mặt bóng mịn: PP có bề mặt nhẵn bóng, dễ dàng in ấn và tạo màu sắc đa dạng

 Khả năng chống thấm: Ngăn chặn không khí và hơi ẩm, giúp bảo quản thực phẩm tốt hơn Ưu điểm

 Dễ dàng gia công: Nhựa PP nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp, dễ dàng điền đầy khuôn, tạo hình sản phẩm phức tạp

 Thời gian chu kỳ ép ngắn: PP nguội nhanh chóng, rút ngắn thời gian sản xuất, tăng năng suất

 Ít bị biến dạng: Sản phẩm PP ít bị cong vênh hay biến dạng sau khi ép phun

 Giá thành hợp lý: PP có giá thành rẻ hơn nhiều loại nhựa khác, giúp giảm chi phí sản xuất

 Khả năng chịu nhiệt độ cao hạn chế

 Dễ bị lão hóa bởi tia UV

 Khả năng kết dính kém

 Dễ tích điện, dễ bám bụi

 Khả năng chịu va đập ở nhiệt độ thấp kém

 Khó phân hủy sinh học Ứng dụng của nhựa PP

Nhựa PP được ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực, điển hình như:

 Bao bì: Túi đựng, màng bọc thực phẩm, chai lọ,

 Sản phẩm gia dụng: Hộp đựng, rổ rá, ghế ngồi,

 Đồ chơi trẻ em: An toàn, bền đẹp và có màu sắc bắt mắt

 Linh kiện ô tô: Bảng điều khiển, cản xe, nội thất

 Y tế: Ống tiêm, chai lọ y tế, dụng cụ phẫu thuật

Hình 2.18 Các sản phẩm được ứng dụng từ nhựa PP

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng sản phẩm, việc kiểm soát nhiệt độ khuôn còn góp phần giảm thiểu các khuyết tật thường gặp trong quá trình ép phun Nghiên cứu của I Mawardi và cộng sự (2019) [5] trên sản phẩm nhựa PP đã chỉ ra rằng nhiệt độ ép phun thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của vật liệu sẽ làm gia tăng các khuyết tật như thiếu hụt vật liệu (short shot), dòng chảy không đều (jetting), bóng khí (flashing), vết lõm (sink marks) và co ngót Với hệ thống Cooling Layer, bằng cách đảm bảo kiểm soát nhiệt độ khuôn chính xác và đồng đều, có thể giúp giảm thiểu sự xuất hiện của các khuyết tật này, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm

Nhiệt độ ép phun không chỉ ảnh hưởng đến sự hình thành khuyết tật mà còn tác động đáng kể đến hình thái và cơ tính của sản phẩm Nghiên cứu của Maja Kuzmanović và cộng sự (2016) [6] đã chứng minh rằng nhiệt độ ép phun có ảnh hưởng rõ rệt đến hình thái và cơ tính của hỗn hợp PP/PET Kết quả cho thấy, việc tăng nhiệt độ ép phun dẫn đến sự thay đổi về đường kính hạt và sợi trong hỗn hợp, từ đó ảnh hưởng đến tính chất cơ học như độ bền uốn và độ va đập

Ngoài ra, nhiều nghiên cứu trong nước cũng tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ đến dòng chảy của nhựa trong khuôn Thầy Trần Minh Thế Uyên và cộng sự (2014) [7] đã thực nghiệm và mô phỏng để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến chiều dài dòng chảy của nhựa lỏng Kết quả cho thấy nhiệt độ khuôn càng cao thì chiều dài dòng chảy càng lớn, cho phép sản xuất các sản phẩm có hình dạng phức tạp và thành mỏng

Hình 2.19 Biểu đồ mối liện hệ giữa áp suất phun và chiều dài dòng chảy [7]

Hình 2.20 Biểu đồ mối liện hệ giữa nhiệt độ nhựa và chiều dài dòng chảy [7]

Nghiên cứu này càng khẳng định tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ khuôn chính xác, đồng đều - một ưu điểm vượt trội của hệ thống Cooling Layer

Thêm vào đó, nghiên cứu của thầy Đỗ Thành Trung và cộng sự (2023) [8] đã đánh giá hiệu quả của việc sử dụng không khí nóng để gia nhiệt khuôn Kết quả cho thấy hệ thống này có thể gia nhiệt tấm khuôn lên đến 171.6°C, cao hơn nhiệt độ chuyển thủy tinh của hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tốc độ gia nhiệt phụ thuộc vào độ dày sản phẩm và phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn không đồng đều Điều này cho thấy, so với phương pháp gia nhiệt bằng không khí nóng, hệ thống Cooling Layer sử dụng dung dịch tuần hoàn mang lại hiệu quả kiểm soát nhiệt độ chính xác và đồng đều hơn

Mo ld su rface tem pe ratu re (˚C )

Hình 2.21 Nhiệt độ bề mặt khuôn với khí nóng theo thời gian gia nhiệt [8]

Kết cấu của bộ khuôn

Hình 2.22 Mô hình khuôn sau khi được thiết kế

Hình 2.23 Mô hình phân rã khuôn

Chú thích: (1) vòng định vị, (2) bạc cuống phun, (3) đế khuôn âm, (4) khuôn âm, (5) tấm insert, (6) ron cao su, (7) khuôn dương, (8) tấm giữ ty đẩy, (9) gối đỡ, (10) tấm đẩy,

(11) đế khuôn dương, (12) bulong m12x90 mm, (13) bulong m6x10 mm, (14) bulong m12x35mm, (15) bạc dẫn hướng, (16) ống nối khí nén, (17) bulong vòng m10, (18) bulong m5x10 mm, (19) chốt dẫn hướng, (20) lò xo, (21) chốt dẫn hướng lò xo, (22) bulong m8x16 mm, (23) chốt giựt đuôi keo, (24) chốt đẩy sản phẩm

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về khuôn phun ép

Khuôn là thiết bị được thiết kế và chế tạo nhằm tạo hình sản phẩm bằng phương pháp định hình Mỗi khuôn được thiết kế cho một số lượng chu trình sản xuất nhất định, có thể là sử dụng một lần hoặc nhiều lần

Thiết kế và kích thước của khuôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

- Hình dáng, kích thước, chất lượng và số lượng sản phẩm cần sản xuất

- Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm (góc nghiêng, nhiệt độ khuôn, áp suất gia công)

- Tính chất vật liệu gia công (độ co rút, tính đàn hồi, độ cứng)

- Hiệu quả kinh tế của khuôn

Khuôn sản xuất sản phẩm nhựa là tập hợp của nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, chủ yếu bao gồm hai phần chính:

- Phần Cavity (khuôn cái, khuôn cố định): Được gắn trên tấm cố định của máy ép nhựa, có nhiệm vụ tạo hình dạng bên ngoài của sản phẩm

- Phần Core (khuôn đực, khuôn di động): Được gắn trên tấm di động của máy ép nhựa, có nhiệm vụ tạo hình dạng bên trong của sản phẩm

Ngoài ra, khuôn còn có các thành phần khác như hệ thống dẫn nhựa, hệ thống làm mát, hệ thống đẩy sản phẩm,

Trong quá trình ép phun, nhựa nóng chảy được phun vào khoảng trống giữa cavity và core Sau đó, nhựa được làm nguội và đông đặc lại, tạo thành sản phẩm có hình dạng giống với lòng khuôn Cuối cùng, sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn hoặc lấy sản phẩm ra khỏi khuôn bằng thao tác thủ công

Mặt phân khuôn Khuôn dương

Hình 3.1 Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng [1]

Khuôn ép phun có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, phục vụ cho các mục đích sản xuất và yêu cầu sản phẩm cụ thể Dưới đây là một số cách phân loại khuôn ép phun phổ biến:

- Theo số tầng lòng khuôn:

+ Khuôn 1 tầng: Chỉ có một lòng khuôn duy nhất, thích hợp sản xuất các sản phẩm đơn giản với số lượng lớn

+ Khuôn nhiều tầng: Có từ hai lòng khuôn trở lên, cho phép sản xuất đồng thời nhiều sản phẩm giống hệt nhau trong một chu kỳ ép, tăng năng suất sản xuất

+ Khuôn dùng kênh dẫn nóng: Nhựa được giữ nóng chảy liên tục trong kênh dẫn, giúp rút ngắn thời gian chu kỳ ép và giảm lượng nhựa thừa

+ Khuôn dùng kênh dẫn nguội: Nhựa chỉ nóng chảy khi được phun vào lòng khuôn, phù hợp sản xuất các sản phẩm nhỏ với số lượng ít

- Theo cách bố trí kênh dẫn:

+ Khuôn hai tấm: Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và bảo trì, thường dùng cho các sản phẩm đơn giản

+ Khuôn ba tấm: Có thêm một tấm đẩy sản phẩm, cho phép tạo hình các sản phẩm phức tạp hơn với nhiều chi tiết

- Theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm:

+ Khuôn cho sản phẩm một màu: Sử dụng một loại nhựa duy nhất cho một sản phẩm

+ Khuôn cho sản phẩm nhiều màu: Tích hợp nhiều lòng khuôn và hệ thống phun nhựa riêng biệt, cho phép tạo ra sản phẩm với nhiều màu sắc khác nhau

- Ngoài ra, khuôn ép phun còn được phân loại dựa trên:

+ Lực đóng khuôn: 7, 50, 100, , 8000 tấn, thể hiện khả năng chịu lực của khuôn khi ép nhựa

+ Lượng nguyên liệu phun tối đa: 1, 2, 3, , 120oz (ounce-1ounce = 28,349 gram), cho biết khả năng chứa nhựa của khuôn trong một lần ép

Bảng 3.1 Phân loại theo lực kẹp khuôn [1]

Lực kẹp khuôn Kích thước tương đối

+ Loại piston hay trục vít: Liên quan đến cơ cấu ép nhựa của máy ép phun + Phương đặt đầu phun nhựa: Nằm ngang hoặc thẳng đứng, ảnh hưởng đến cách bố trí khuôn và sản phẩm

+ Hãng sản xuất: Mỗi hãng có thể có những thiết kế và tiêu chuẩn riêng

3.1.3 Kết cấu chung của bộ khuôn

Bộ khuôn ép phun không chỉ đơn thuần bao gồm phần lõi (core) và lòng khuôn (cavity), mà còn là sự kết hợp của nhiều hệ thống chi tiết khác nhau, phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra trơn tru và hiệu quả Dưới đây là mô tả chi tiết về các hệ thống cơ bản cấu thành một bộ khuôn ép phun:

Hệ thống dẫn hướng và định vị:

Hệ thống này đóng vai trò như "bộ khung xương" của khuôn, đảm bảo hai nửa khuôn luôn khít sát và thẳng hàng với nhau trong quá trình ép phun Các chi tiết chính bao gồm:

+ Chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng: Đảm bảo chuyển động đóng mở khuôn chính xác, tránh lệch tâm hoặc xê dịch

+ Vòng định vị, bộ định vị: Giúp cố định vị trí tương đối giữa hai nửa khuôn khi đóng khuôn

+ Chốt hồi: Đưa phần di động của khuôn trở về vị trí ban đầu sau mỗi chu kỳ ép

Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: Đây là hệ thống có nhiệm vụ vận chuyển nhựa nóng chảy từ đầu phun của máy ép phun vào lòng khuôn một cách chính xác và hiệu quả Các thành phần chính gồm:

+ Bạc cuống phun: Nối giữa đầu phun của máy ép phun và kênh dẫn nhựa của khuôn

+ Kênh dẫn nhựa: Dẫn nhựa nóng chảy từ bạc cuống phun đến các miệng phun

+ Miệng phun: Điều tiết dòng chảy của nhựa vào lòng khuôn

Hệ thống đẩy sản phẩm:

Sau khi nhựa đông đặc, hệ thống này sẽ đảm nhận việc tách sản phẩm khỏi khuôn và đẩy ra ngoài Các chi tiết chính bao gồm:

+ Chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ: Tạo lực đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

+ Tấm đẩy, tấm giữ: Hỗ trợ quá trình đẩy sản phẩm

+ Khối đỡ: Tăng cường độ cứng cho hệ thống đẩy

Hệ thống lõi mặt bên: Đối với các sản phẩm có hình dạng phức tạp, hệ thống này giúp tạo hình các chi tiết lồi lõm, góc cạnh không thể tháo ra theo hướng mở khuôn thông thường Các thành phần chính gồm:

+ Lõi mặt bên, má lõi: Tạo hình dạng cho các chi tiết phức tạp trên sản phẩm

+ Thanh dẫn hướng: Đảm bảo chuyển động chính xác của lõi mặt bên

+ Cam chốt xiên, xy lanh thủy lực: Điều khiển cơ cấu chuyển động của lõi mặt bên

Trong quá trình ép phun, không khí có thể bị kẹt lại trong lòng khuôn, gây ra các khuyết tật trên sản phẩm Hệ thống thoát khí giúp loại bỏ lượng không khí này, đảm bảo sản phẩm hoàn thiện có chất lượng tốt

+ Rãnh thoát khí: Tạo đường dẫn cho không khí thoát ra ngoài

Nhiệt độ khuôn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Hệ thống làm nguội giúp duy trì nhiệt độ khuôn ổn định, đồng thời rút ngắn thời gian làm nguội sản phẩm, tăng năng suất sản xuất Các thành phần chính bao gồm:

+ Đường nước, rãnh, ống dẫn nhiệt: Dẫn nước hoặc dung dịch làm mát lưu thông trong khuôn

+ Đầu nối: Nối các đường ống dẫn nước

Hình 3.2 Kết cấu chung của một bộ khuôn [1]

5: Tấm khuôn âm 6: Tấm kẹp trước 7: Bạc cuống phun 8: Vòng định vị 9: Sản phẩm

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 18: Bạc mở rộng

Khuôn hai tấm là loại khuôn ép phun đơn giản và phổ biến, sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội Kênh dẫn nhựa được bố trí nằm ngang trên mặt phân khuôn, với cổng vào nhựa thường nằm bên hông sản phẩm Khi mở khuôn, chỉ có một khoảng trống duy nhất để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa (thường được gọi là "xương keo") Đặc điểm:

- Thiết kế đơn giản: Bao gồm hai phần chính là khuôn trước (khuôn âm) và khuôn sau (khuôn dương)

- Dễ chế tạo: Ít chi tiết phức tạp, quy trình gia công đơn giản hơn so với các loại khuôn khác

- Kênh dẫn nguội: Nhựa chỉ nóng chảy khi được phun vào lòng khuôn, có thể gây lãng phí nhựa thừa

- Cổng vào nhựa bên hông: Có thể được thiết kế để sản phẩm tự động tách khỏi xương keo hoặc không

Khuôn hai tấm có 1 lòng khuôn Khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn

Hình 3.3 Kết cấu khuôn 2 tấm [1] Ưu điểm:

- Thời gian chu kỳ ép phun ngắn: Giúp tăng năng suất sản xuất

- Chi phí sản xuất khuôn thấp: Phù hợp với các sản phẩm có số lượng sản xuất lớn

- Dễ dàng lựa chọn hình dáng và vị trí cổng phun: Tăng tính linh hoạt trong thiết kế sản phẩm

- Phần xương keo: Cần được loại bỏ sau khi lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, gây lãng phí nhựa và tốn công đoạn gia công thêm

- Khó ép các sản phẩm lớn: Do giới hạn về điểm bơm keo và khả năng điền đầy nhựa của khuôn Ứng dụng:

- Sản phẩm gia dụng đơn giản: Hộp đựng, nắp chai, đồ chơi,

- Sản phẩm có thiết kế đơn giản, yêu cầu ít miệng phun: Giúp giảm chi phí sản xuất khuôn

Khuôn ba tấm là loại khuôn ép phun sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội, nhưng phức tạp hơn khuôn hai tấm Kênh dẫn nhựa trong khuôn ba tấm được bố trí trên hai mặt phẳng riêng biệt Khi mở khuôn, ngoài khoảng trống để lấy sản phẩm, còn có thêm một khoảng trống khác để kênh dẫn nhựa (xương keo) tự động rơi ra Đặc điểm:

- Thiết kế phức tạp hơn khuôn hai tấm: Bao gồm ba phần chính, cho phép tách sản phẩm và xương keo riêng biệt

- Kênh dẫn nguội: Tương tự như khuôn hai tấm

- Tự động tách sản phẩm và xương keo: Không cần công đoạn cắt xương keo thủ công a)

Hình 3.4 Kết cấu khuôn 3 tấm [1] Ưu điểm:

- Chi phí chế tạo rẻ hơn khuôn kênh dẫn nóng: Tuy phức tạp hơn khuôn hai tấm nhưng vẫn tiết kiệm hơn so với khuôn kênh dẫn nóng

- Tăng năng suất sản xuất: Nhờ khả năng tự động tách sản phẩm và xương keo Nhược điểm:

- Giảm áp lực phun: Do khoảng cách từ vòi phun đến lòng khuôn dài hơn so với khuôn hai tấm

- Thời gian chu kỳ ép phun dài: Do cần thêm thời gian để tách và đẩy xương keo

- Khó khăn trong việc chọn vị trí phun: Cần tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo nhựa điền đầy lòng khuôn Ứng dụng:

- Sản phẩm có hình dạng phức tạp: Yêu cầu nhiều điểm phun nhựa để đảm bảo nhựa điền đầy

- Khuôn nhiều lòng khuôn: Sản xuất nhiều sản phẩm giống hệt nhau trong một chu kỳ ép

Khuôn nhiều tầng là loại khuôn ép phun được hình thành bằng cách ghép từ hai hoặc nhiều bộ khuôn riêng biệt lại với nhau Mục đích chính của việc sử dụng khuôn nhiều tầng là tăng năng suất sản xuất bằng cách tạo ra nhiều sản phẩm trong một chu kỳ ép phun duy nhất Đặc điểm:

- Kết cấu phức tạp: Bao gồm nhiều bộ khuôn độc lập được xếp chồng lên nhau

Tiêu chuẩn ASTM D638

Tiêu chuẩn ASTM D638 [9] do Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) ban hành, quy định phương pháp thử để xác định tính chất kéo của vật liệu nhựa Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhựa để đánh giá khả năng chịu tải, độ dẻo dai và các đặc tính quan trọng khác của vật liệu

Những nội dung chính của Tiêu chuẩn ASTM D638:

Phạm vi áp dụng: Tiêu chuẩn được áp dụng cho hầu hết các loại nhựa cứng và nhiệt dẻo, bao gồm cả các vật liệu dạng tấm, thanh, ống và đúc

Loại mẫu: Tiêu chuẩn quy định năm loại mẫu thử khác nhau, được đánh số từ I đến

V, với kích thước và hình dạng cụ thể cho từng loại Loại I là mẫu lớn nhất và loại V là mẫu nhỏ nhất Điều kiện thử nghiệm: Thử nghiệm được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tiêu chuẩn, trừ khi có quy định khác

 Mẫu thử được kẹp vào ngàm của máy kéo

 Máy kéo sẽ kéo dài mẫu với tốc độ nhất định cho đến khi đứt

 Trong quá trình thử nghiệm, độ dài của mẫu sẽ được theo dõi và ghi lại

Tính toán các đặc tính kéo: Dựa trên dữ liệu thu thập được, các đặc tính kéo sau đây sẽ được tính toán:

 Độ bền kéo: Lực tối đa mà mẫu có thể chịu được trước khi đứt, chia cho diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu

 Độ giãn dài: Tỷ lệ phần trăm tăng chiều dài của mẫu tại điểm đứt

 Mô đun đàn hồi: Khả năng chịu biến dạng đàn hồi của vật liệu dưới tác dụng của lực

 Độ dẻo dai: Khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu trước khi đứt

Báo cáo kết quả: Báo cáo kết quả thử nghiệm cần bao gồm tất cả các thông tin sau:

 Kích thước và hình dạng mẫu

 Giá trị độ bền kéo, độ giãn dài, mô đun đàn hồi và độ dẻo dai

 Biểu đồ ứng suất - biến dạng Ưu điểm của phương pháp thử ASTM D638:

 Dễ thực hiện và tương đối rẻ tiền

 Cung cấp dữ liệu định lượng về các đặc tính kéo của vật liệu

 Kết quả thử nghiệm có thể được sử dụng để đánh giá chất lượng vật liệu, kiểm soát quá trình sản xuất và thiết kế sản phẩm

Nhược điểm của phương pháp thử ASTM D638:

 Kết quả thử nghiệm có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như kích thước và hình dạng mẫu, tốc độ kéo và điều kiện nhiệt độ

 Phương pháp này không cung cấp thông tin về các đặc tính khác của vật liệu, chẳng hạn như tính chất chịu va đập hoặc tính chất hóa học Ứng dụng của phương pháp thử ASTM D638:

 Kiểm tra chất lượng vật liệu nhựa đầu vào

 Phát triển và đánh giá các vật liệu nhựa mới

 Kiểm soát quá trình sản xuất

 Giải quyết vấn đề về chất lượng sản phẩm

Tiêu chuẩn ASTM D638 là một phương pháp thử quan trọng để xác định tính chất kéo của vật liệu nhựa Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhựa để đánh giá chất lượng vật liệu, kiểm soát quá trình sản xuất và thiết kế sản phẩm

Tiêu chuẩn ASTM D790

Tiêu chuẩn ASTM D790 [10] do Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) ban hành, quy định phương pháp thử để xác định tính chất uốn của nhựa không gia cố và gia cố, cũng như vật liệu cách điện Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhựa để đánh giá khả năng chịu uốn, độ cứng và các đặc tính quan trọng khác của vật liệu

Những nội dung chính của tiêu chuẩn ASTM D790:

Phạm vi áp dụng: Tiêu chuẩn áp dụng cho hầu hết các loại nhựa cứng và nhiệt dẻo, bao gồm cả các vật liệu dạng tấm, thanh, ống và đúc

Loại mẫu: Tiêu chuẩn quy định hai loại mẫu thử khác nhau:

 Mẫu dầm: Có hình dạng chữ nhật, được sử dụng cho các vật liệu cứng và bán cứng

 Mẫu tấm: Có hình dạng tấm phẳng, được sử dụng cho các vật liệu mềm và dẻo

Kích thước mẫu: Kích thước mẫu phụ thuộc vào loại vật liệu và phương pháp thử nghiệm Điều kiện thử nghiệm: Thử nghiệm được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tiêu chuẩn, trừ khi có quy định khác

 Mẫu thử được đặt trên hai giá đỡ và chịu tải trọng tập trung tại điểm giữa

 Tải trọng được tăng dần cho đến khi mẫu bị gãy hoặc đạt đến độ biến dạng quy định

 Trong quá trình thử nghiệm, độ biến dạng của mẫu sẽ được theo dõi và ghi lại

Tính toán các đặc tính uốn: Dựa trên dữ liệu thu thập được, các đặc tính uốn sau đây sẽ được tính toán:

 Ứng suất uốn: Lực tối đa tác dụng lên mẫu tại điểm uốn, chia cho mô men quán tính của mặt cắt ngang mẫu

 Độ biến dạng uốn: Độ biến dạng tối đa của mẫu tại điểm uốn

 Mô đun uốn: Khả năng chịu biến dạng uốn đàn hồi của vật liệu dưới tác dụng của lực

 Độ bền uốn: Ứng suất uốn tại điểm đứt của mẫu

Báo cáo kết quả: Báo cáo kết quả thử nghiệm cần bao gồm tất cả các thông tin sau:

 Kích thước và hình dạng mẫu

 Giá trị ứng suất uốn, độ biến dạng uốn, mô đun uốn và độ bền uốn

 Biểu đồ ứng suất - biến dạng Ưu điểm của phương pháp thử ASTM D790:

 Dễ thực hiện và tương đối rẻ tiền

 Cung cấp dữ liệu định lượng về các đặc tính uốn của vật liệu

 Kết quả thử nghiệm có thể được sử dụng để đánh giá chất lượng vật liệu, kiểm soát quá trình sản xuất và thiết kế sản phẩm

Nhược điểm của phương pháp thử ASTM D790:

 Kết quả thử nghiệm có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như kích thước và hình dạng mẫu, tốc độ tải trọng và điều kiện nhiệt độ

 Phương pháp này không cung cấp thông tin về các đặc tính khác của vật liệu, chẳng hạn như tính chất chịu va đập hoặc tính chất hóa học Ứng dụng của phương pháp thử ASTM D790:

 Kiểm tra chất lượng vật liệu nhựa đầu vào

 Phát triển và đánh giá các vật liệu nhựa mới

 Kiểm soát quá trình sản xuất

 Giải quyết vấn đề về chất lượng sản phẩm

Tiêu chuẩn ASTM D790 là một phương pháp thử quan trọng để xác định tính chất uốn của nhựa không gia cố và gia cố, cũng như vật liệu cách điện Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhựa để đánh giá chất lượng vật liệu, kiểm soát quá trình sản xuất và thiết kế sản phẩm

THIẾT KẾ KHUÔN

Thiết kế mô hình 3D của mẫu thử kéo

Các bước thiết kế mô hình

Hình 4.2 Tạo khối cho mẫu kéo

Hình 4.3 Bo cạnh mẫu kéo

Thiết kế mô hình 3D của mẫu thử uốn

Các bước thiết kế mô hình

Hình 4.5 Tạo khối cho mẫu kéo

Hình 4.6 Bo cạnh mẫu uốn

Sau khi hoàn thiện 3D mẫu kéo – uốn, ta tiến hành việc tìm hiểu và thiết kế khuôn dựa trên mô hình 3D của sản phẩm.

Thiết kế tấm Insert

Để nghiên cứu về khả năng điền đầy của nhựa vào lòng khuôn, tấm Insert có hình dạng như bên dưới để đảm bảo nhựa điền đầy vào cả mẫu kéo và mẫu uốn Các tấm insert có biên dạng giống nhau, chỉ khác nhau về độ dày mẫu ép

Hình 4.7 Thiết kế 3D hình dạng các tấm lòng khuôn Insert

Sản phẩm sau khi hoàn thành quá trình phun ép với tấm Insert

Hình 4.8 Hình 3D của mẫu kéo và mẫu uốn

Hình 4.9 Kích thước mẫu kéo size nhỏ theo ASTM D638 type V

Hình 4.10 Kích thước mẫu nhựa uốn theo ASTM D790

Mẫu kéo và mẫu uốn được thiết kế bo cạnh nhằm tránh khuyết tật xảy ra trong quá trình ép nhựa, lòng khuôn được thiết kế với góc thoát khuôn 5 o rút mẫu dễ dàng, kích thước lòng khuôn được hiệu chỉnh để phù hợp với hệ số co rút của mẫu nhựa tiến hành ép.

Tính toán, thiết kế bộ khuôn

4.4.1 Loại khuôn và số lòng khuôn

Những yêu cầu về mẫu nhựa sau khi tiến hành ép đạt được:

 Mẫu ép ra phải có chất lượng đồng đều, không tồn tại những khuyết tật như cong vênh, bọt khí – rỗ khí, ba via, đường hàn nhựa,

 Nhựa phải đồng đều, không lẫn tạp chất, cặn bẩn

Do hai lý do trên, sản phẩm sau khi ép cần độ chính xác tương đối cao vì kích thước khá nhỏ, độ sai lệch về kích thước sẽ dẫn đến sản phẩm lỗi Cần phải đảm bảo sản phẩm ép không xảy ra các tình trạng khuyết tật đã nêu trên vì sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mẫu, làm giảm độ tin cậy khi tiến hành thí nghiệm

Với mục đích phục vụ cho việc nghiên cứu, phù hợp với quy mô Phòng thí nghiệm nên chọn khuôn ép là khuôn 2 tấm với 2 lòng khuôn

4.4.2 Tính toán thiết kế kênh dẫn nhựa

Cuống phun là chỗ nối vòi phun nhựa của máy và kênh nhựa, có tác dụng đưa nhựa đã được gia nhiệt vào kênh dẫn hoặc là vào trực tiếp lòng khuôn (đối với loại khuôn không có kênh dẫn) Hệ thống cuốn phun thông thường hay được sử dụng nhất là bạc cuống phun với ưu điểm là dễ thay thế và tìm mua trên thị trường

Vòng định vị được gắn ở phần đầu của bạc cuống phun để đảm bảo độ đồng tâm giữa vòi phun của máy và bạc cuống phun

Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước cuống phun:

 Loại nhựa, khối lượng và độ dày của mẫu ép

 Độ dài phải phù hợp với bề dày của tấm khuôn, đồng thời hạn chế tối đa việc mất áp của dòng nhựa

R = 1 – 2 mm Đầu phun máy ép

Hình 4.11 Các kích thước của cuống phun

 Mẫu dày nhất có độ dày Tmax = 2,5 mm

 C ≥ Tmax + 1,5 = 2,5 + 1,5 = 4 mm, ta chọn C = 8 mm

Thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa

Kênh dẫn nhựa là nơi nối giữa cuống phun và miệng phun, có nhiệm vụ đưa nhựa vào trực tiếp lòng khuôn Thiết kế kênh dẫn cần tuân thủ việc kênh dẫn phải đủ lớn để nhựa điền đầy lòng khuôn, hạn chế thay đổi tiết diện kênh dẫn, dòng nhựa trong kênh dẫn phải dễ dàng thoát khuôn, chiều dài của kênh dẫn càng ngắn càng tốt để hạn chế việc mất đi áp suất từ máy và nhiệt độ trong quá trình di chuyển của nhựa

Hình 4.13 Một số tiết diện kênh dẫn

Ta chọn kênh dẫn có tiết diện là hình thang hiệu chỉnh

Công thức tính đường kính kênh dẫn chính:

D = Tmax +1,5 = 2,5 + 1,5 = 4 (mm) Với D là đường kính kênh dẫn, Tmax là chiều dài tối đa của sản phẩm

 Chọn kênh dẫn có tiết diện hình thang hiệu chỉnh với ưu điểm là chỉ cần gia công trên một lòng khuôn

 Đường kính kênh dẫn: D = 4 (mm)

 Chiều dài kênh dẫn: L = 11, 5 (mm)

Thiết kế cổng vào nhựa

Miệng phun là phần nằm giữa kênh dẫn và lòng khuôn Khi thiết kế cần lưu ý phải đặt ở vị trí sao cho vật liệu có thể điền đầy sản phẩm, tạo được dòng chảy êm; miệng phun đặt ở vị trí không quan trọng của sản phẩm để tránh ứng suất dư; miệng phun đặt sao cho không để lại đường hàn trên sản phẩm,

Chọn miệng phun cho khuôn là loại miệng phun kiểu gối

Hình 4.14 Miệng phun kiểu gối

Kích thước dành cho thiết kế:

Hình 4.15 Kích thước thiết kế cổng vào nhựa

Kích thước bằng 10 – 80 % bề dày thành nên T = 20%x2,5 = 0,5 mm; bề rộng 1-12 mm, chọn 2,5 mm; chiều dài chọn bằng 1 mm

Hệ thống kênh giải nhiệt

Hình 4.16 Hệ thống giải nhiệt sử dụng trong khuôn

Hệ thống kênh giải nhiệt có mục đích đưa nước làm mát từ máy bơm đi tuần hoàn trong khuôn để làm mát, giúp hạ nhiệt độ và kiểm soát nhiệt độ khuôn trong quá trình ép Từ đó đảm bảo được chất lượng sản phẩm đầu ra nhằm nâng cao độ tin cậy của kết quả thí nghiệm các mẫu kéo – uốn

4.4.3 Các chi tiết tiểu chuẩn trong bộ khuôn

Vòng định vị có chức năng chính là dùng để định vị khuôn với thành máy, nó giúp cho đầu phun của máy ép được định vị chính xác với vị trí tương ứng của bạc cuống phun

Hình 4.17 Bạc cuống phun theo tiêu chuẩn Misumi

Ta chọn bạc cuống phun có kích thước đường kính ngoài D = 100 mm

Hình 4.18 Bạc cuống phun theo tiêu chuẩn Misumi

Ta chọn bạc cuống phun có đường kính D = 10 mm

Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng

Chốt dẫn hướng được chọn theo tiêu chuẩn Misumi

Hình 4.19 Tiêu chuẩn chốt dẫn hướng

Ta chọn chốt dẫn hướng có đường kính D = 20 mm, H = 25 mm, L = 70 mm

Hình 4.20 Bạc cuống phun thực tế sử dụng trong khuôn

Bạc dẫn hướng được chọn theo tiểu chuẩn Misumi

Hình 4.21 Kích thước tiêu chuẩn bạc dẫn hướng theo Misumi

Hình 4.22 Bảng chọn kích thước bạc dẫn hướng

Ta chọn bạc dẫn hướng có d = 20mm, T = 8 mm, D = 30 mm, H = 35 mm

Ty đẩy sản phẩm được chọn mua trên thị trường với kích thước đường kính ty đẩy

Hình 4.23 Ty đẩy được sử dụng trong khuôn

Ta sử dụng chốt giựt đôi keo hình chữ “Z”

Hình 4.24 Kích thước chốt giựt đuôi keo chữ “Z”

Ta thiết kế chốt giật đuôi keo với d = 5 mm, chiều dài đầu giật = 0,8.d = 4 mm, đường kính lớn đầu giật = 0,8.d = 4 mm

Bộ khuôn hoàn chỉnh

Hình 4.25 Tổng quan về bộ khuôn

(1) Tấm khuôn âm, (2) Tấm insert, (3) Tấm khuôn dương, (4) Tấm giữ ty đẩy,

Nhìn chung thì bộ khuôn vẫn có các thành phần cơ bản của khuôn hai tấm như vòng định vị, bạc cuống phun, các hệ thống chốt đẩy, chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, chốt hồi, tấm khuôn dương, tấm khuôn âm, nhưng có một số thay đổi và cải tiến để phục vụ cho quá trình nghiên cứu

Tấm insert Ron cao su

Hình 4.26 Kết cấu lòng khuôn

Lòng khuôn vẫn dựa trên nguyên lý của khuôn hai tấm thông thường Tuy nhiên thay vì có một lòng khuôn nguyên khối thì ở đây sẽ có tấm insert thay vào vị trí lòng khuôn, đảm nhận vai trò tạo hình cho sản phẩm được ép và truyền nhiệt lượng của khuôn ra ngoài

Tấm insert được gắn cố định với khuôn dương bằng các ốc lục giác Do đó có thể tháo lắp nhanh chóng và thay thế dễ dàng để phù hợp với việc nghiên cứu nhiều đối tượng Ngoài ra, còn có các ron cao su đảm bảo nước làm mát không rò rỉ ra ngoài trong suốt quá trình phun ép diễn ra

GIA CÔNG VÀ LẮP RÁP

Chuẩn bị trước khi gia công

Gia công bộ khuôn chủ yếu sử dụng máy phay CNC - trục đứng MAZAK VCN-

430, máy tiện, máy bắn điệc cực và máy mài

Hình 5.1 Máy phay CNC - trục đứng MAZAK VCN-430

Sử dụng các loại dụng cụ cắt sau:

Hình 5.2 Dao và Collet kẹp dao

5.1.3 Xác định chuẩn phôi và hiệu chỉnh dao

Giai đoạn xác định chuẩn và hiệu chỉnh dao đóng vai trò quan trọng, quyết định đến độ chính xác của toàn bộ quy trình gia công Dưới đây là quy trình chi tiết:

- Đo kiểm tra kích thước phôi thực tế, đối chiếu với bản vẽ thiết kế để đảm bảo phù hợp

- Vệ sinh phôi và ê-tô sạch sẽ trước khi gá đặt, loại bỏ bụi bẩn, phoi kim loại,

- Chú ý khoảng cách giữa phôi và ê-tô Phôi cần cao hơn ê-tô để tránh va chạm với dao trong quá trình gia công

- Sử dụng đồng hồ so để kiểm tra và đảm bảo mặt phôi được gá phẳng

- Gá đặt dao vào collet một cách chắc chắn trước khi lắp vào ổ dao của máy phay

Kiểm tra trước khi gia công:

Trước khi tiến hành gia công, cần thực hiện đầy đủ các bước:

- Xác định chuẩn phôi: Đảm bảo phôi được gá đặt chính xác theo hệ tọa độ của máy

- Hiệu chỉnh dao: Thiết lập điểm gốc của dao so với điểm gốc của phôi

- Kiểm tra chương trình gia công: Chạy thử chương trình mô phỏng trên máy tính hoặc ở chế độ chạy không tải để phát hiện và sửa lỗi (nếu có).

Gia công 6 mặt tấm khuôn

Tất cả các phôi trước khi gia công chi tiết đều được gia công 6 mặt để đạt kích thước theo bản vẽ Trường hợp lõi khuôn có kích thước lớn, có thể áp dụng phương pháp tiện để đạt kích thước ban đầu Tất cả các chi tiết được lấy chuẩn gia công ở vị trí trung tâm

Lý do gia công 6 mặt:

Tạo mặt chuẩn: Gia công 6 mặt giúp tạo ra các bề mặt phẳng, vuông góc với nhau, làm chuẩn cho các bước gia công tiếp theo Đảm bảo độ chính xác: Loại bỏ lớp vật liệu không đồng đều trên bề mặt phôi, nâng cao độ chính xác cho sản phẩm cuối cùng

Thuận tiện cho gá đặt: Các bề mặt phẳng giúp cố định phôi chắc chắn hơn trong quá trình gia công tiếp theo

Gia công các tấm khuôn

Công thức tính tốc độ cắt:

Tốc độ cắt (Vc) là tốc độ của dao phay khi cắt bề mặt vật liệu Đơn vị của Vc là mét trên phút (m/p) π: Hằng số Pi 3.14

D: Đường kính của dao phay (mm)

N: Số vòng quay của trục chính (vòng/phút)

Công thức tính số vòng quay

Vc: Tốc độ cắt (m/p) π: Hằng số Pi 3.14

D: Đường kính của dao phay (mm)

Từ các công thức trên, ta có thể tính ra được các thông số chế độ cắt để gia công các chi tiết Các giá trị được ghi rõ cụ thể ở các bảng nguyên công

 Nguyên công 1: Phay thô 5 mặt bên của tấm

 Nguyên công 2: Phay bán tinh 1 mặt còn lại

Bảng 5.1 Quy trình gia công đế khuôn âm

D x H = 350 x 180 x 20 mm Vật liệu C45 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Dao

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

1 Khoan mồi 4 lỗ ỉ14 Basic drill ỉ5 20 50 1273

Hình 5.3 Đế khuôn âm sau khi gia công

 Nguyên công 1: Gia công 6 mặt

 Nguyên công 2: Mài tinh hai mặt

 Nguyên công 3: Gia công các hốc, lỗ ở mặt 1

Bảng 5.2 Quy trình gia công tấm khuôn dương

Kích thước: 300x180x40mm Vật liệu: CT3 Gá kẹp: Ê-tô

TT Bước công nghệ Loại dao

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

2 Khoan mồi 25 lỗ ỉ6 Basic drill ỉ5 20 50 1273

4 Volume Milling đường nước Endmill ỉ6 100 800 4244 0.1

5 Volume Milling mặt trờn (thụ) Endmill ỉ6 80 800 3395 0.1

6 Volume Milling mặt trờn (tinh) Endmill ỉ6 100 800 4244 0.1

7 Phay hốc gắn ron cao su Endmill ỉ3 20 1000 2122 0.05

 Nguyên công 4: Phay các lỗ ở mặt 2

Kích thước: 300x180x40mm Vật liệu: CT3 Gá kẹp: Ê-tô

TT Bước công nghệ Loại dao

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

3 Khoan mồi các lỗ Basic drill ỉ5 20 50 1592

 Nguyên công 7: Khoan các đường nước

 Nguyên công 8: Taro đường nước

 Nguyên công 9: Khoan lỗ gắn bulong vòng

 Nguyên công 10: Taro lỗ gắn bulong vòng

 Nguyên công 11: Chamfer các cạnh

Hình 5.4 Tấm khuôn dương đã gia công xong

 Nguyên công 1: Gia công 6 mặt

 Nguyên công 2: Mài tinh hai mặt

 Nguyên công 3: Gia công các hốc, lỗ

Bảng 5.3 Quy trình gia công tấm khuôn âm

Kích thước: 300x180x34 mm Vật liệu: CT3 Gá kẹp: Ê-tô

TT Bước công nghệ Loại dao

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

1 Khoan mồi các lỗ Basic drill ỉ5 20 50 1592

4 Volume Milling kênh dẫn (thô)

5 Volume Milling kênh dẫn (tinh)

 Nguyên công 4: Phay các lỗ ở mặt 2

Kích thước: 300x180x40mm Vật liệu: CT3 Gá kẹp: Ê-tô

TT Bước công nghệ Loại dao

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

 Nguyên công 5: Khoan các đường nước

 Nguyên công 6: Taro đường nước

 Nguyên công 7: Khoan lỗ gắn bulong vòng

 Nguyên công 8: Taro lỗ gắn bulong vòng

 Nguyên công 9: Chamfer các cạnh

Hình 5.5 Tấm khuôn âm đã gia công xong

 Nguyên công 1: Gia công phay 6 mặt phẳng của tấm

 Nguyên công 2: Mài tinh 1 mặt

 Nguyên công 3: Gia công các lỗ bậc

Bảng 5.4 Quy trình gia công tấm giữ ty đẩy

Kích thước: 300x110x13mm Vật liệu: CT3 Gá kẹp: Ê-tô

TT Bước công nghệ Loại dao

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

- Nguyên công 4: Chamfer các cạnh

Hình 5.6 Tấm cố định sau khi gia công

 Nguyên công 1: Phay thô 5 mặt bên của tấm

 Nguyên công 2: Phay bán tinh 1 mặt còn lại

Bảng 5.5 Quy trình gia công tấm đẩy

Kích thước: 300x110x15mm Vật liệu: C45 Gá kẹp: Ê-tô

TT Bước công nghệ Loại dao

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

- Nguyên công 4: Chamfer các cạnh

Hình 5.7 Tấm đẩy sau khi gia công

 Nguyên công 1: Phay thô 5 mặt bên của tấm

 Nguyên công 2: Phay bán tinh 1 mặt còn lại

 Nguyên công 3: Phay các lỗ bậc

Bảng 5.6 Quy trình gia công tấm đế khuôn dương

Hình 5.8 Tấm đế khuôn dương sau khi gia công

 Nguyên công 1: Phay 6 mặt và tạo phôi

 Nguyên công 2: Tạo lỗ cho bulong

Kích thước: 300x110x13mm Vật liệu: C45 Gá kẹp: Ê-tô

TT Bước công nghệ Loại dao Chế độ cắt

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

Bảng 5.7 Quy trình gia công gối đỡ

Kích thước: 300x65x33mm Vật liệu: C45 Gá kẹp: Ê-tô

TT Bước công nghệ Loại dao Chế độ cắt

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

Hình 5.9 Gối đỡ sau khi gia công

Phôi được đặt gia công sẳn các lỗ

 Nguyên công 1: Mài tinh 1 mặt

 Nguyên công 2: Gia công lòng khuôn

Bảng 5.8 Quy trình gia công tấm insert

Kích thước: 190x100x3mm Vật liệu: CT3 Gá kẹp: Ê-tô

TT Bước công nghệ Loại dao Chế độ cắt

Vc (m/ph) F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

 Nguyên công 3: Sau khi gia công lòng insert, ta sử dụng đá mài CERATON để làm nguội lại phần lòng khuôn, sử dụng đá 1000 để tẩy đường dao, rồi sau đó dùng đá 700 để tiếp tục làm nguội lòng khuôn

Hình 5.10 Đá mài CERATON (Việc tẩy đường dao để sản phẩm ép ra không có đường dao trên sản phẩm, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt)

Hình 5.11 Tấm insert sau khi gia công

Gia công các chi tiết phụ

 Nguyên công 1: Vạt mặt và tiện tinh phôi, sau đó tiện rãnh sao cho phôi tròn có kích thước D x H là 100 x 10 (với D là đường kính hình tròn đáy)

 Nguyên công 2: Gia công lỗ

Bảng 5.8 Quy trình gia công vòng định vị

D x H = 100 x 10 mm Vật liệu GCr15 Gá kẹp: Ê tô

TT Bước công nghệ Loại dao

Chế độ cắt F(mm/ph) N(v/ph) t(mm)

1 Phay lỗ ỉ70 (Volume Rough) End mill ỉ20 250 2000 2

2 Khoan mồi lỗ ỉ6 Basic drill ỉ10 50 1500

3 Khoan lỗ ỉ6 (Deep Drilling) Drill ỉ6 50 600

4 Phay lỗ ỉ11 (Profile Milling) End mill ỉ4 150 3000 1

Hình 5.12 Vòng định vị sau khi gia công

Đánh bóng lòng khuôn

5.5.1 Vai trò của việc đánh bóng lòng khuôn Đánh bóng lòng khuôn là một công đoạn quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt và cơ tính của sản phẩm nhựa Quá trình này mang lại nhiều lợi ích thiết thực, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, kéo dài tuổi thọ khuôn và giảm thiểu rủi ro sản xuất Cụ thể, đánh bóng lòng khuôn giúp nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm, tạo ra bề mặt bóng đẹp, mịn màng, tăng giá trị thẩm mỹ Đồng thời, việc giảm ma sát giúp sản phẩm dễ dàng tách khỏi khuôn, hạn chế biến dạng, cong vênh, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất Bên cạnh đó, đánh bóng lòng khuôn còn giúp kéo dài tuổi thọ khuôn bằng cách hạn chế mài mòn, trầy xước bề mặt Hơn nữa, quá trình này loại bỏ các vết nứt nhỏ, lỗ khí trên bề mặt khuôn, góp phần giảm thiểu nguy cơ sản phẩm bị lỗi, đảm bảo tính ổn định cho quá trình sản xuất

5.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng

Hiệu quả đánh bóng lòng khuôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Chất lượng thép khuôn: Thép chất lượng cao, độ đồng nhất tốt sẽ dễ đánh bóng hơn

- Quá trình nhiệt luyện: Nhiệt luyện đúng cách giúp thép đạt độ cứng đồng đều, thuận lợi cho việc đánh bóng

- Kỹ thuật đánh bóng: Lựa chọn kỹ thuật phù hợp với vật liệu, hình dạng và yêu cầu độ bóng của sản phẩm

5.5.3 Phương pháp và quy trình đánh bóng lòng khuôn

Có nhiều phương pháp đánh bóng lòng khuôn, bao gồm đánh bóng thủ công và đánh bóng bằng máy

Phương pháp đánh bóng bằng máy mài:

- Chuẩn bị: Kiểm tra bề mặt khuôn, vệ sinh sạch sẽ Kiểm tra và hiệu chỉnh độ phẳng của đá mài

- Mài thô: Loại bỏ lớp vật liệu dư thừa, tạo độ phẳng ban đầu Độ dày mài mỗi lần tối đa 0.03mm

- Mài tinh: Tạo độ bóng mịn cho bề mặt khuôn Độ dày mài mỗi lần khoảng

5.5.4 Các lưu ý khi đánh bóng lòng khuôn

- Môi trường làm việc: Đảm bảo khu vực đánh bóng sạch sẽ, ít bụi bẩn

- Dụng cụ: Sử dụng dụng cụ và hạt mài phù hợp với từng giai đoạn và yêu cầu độ bóng

- Áp lực: Điều chỉnh áp lực đánh bóng phù hợp với độ cứng của vật liệu và cỡ hạt mài

- Hướng đánh bóng: Thực hiện theo một hướng nhất định để tạo bề mặt đồng đều

- Tránh đánh bóng mặt phân khuôn: Có thể ảnh hưởng đến độ khít của khuôn

- Ưu tiên đánh bóng góc cạnh: Loại bỏ các khuyết tật ở góc cạnh trước khi đánh bóng các bề mặt phẳng.

Lắp ráp khuôn

Sau khi hoàn thành gia công các tấm khuôn, tiến hành lắp ráp thành bộ khuôn hoàn chỉnh

- Phương pháp thử: Lắp ráp thử để kiểm tra sự ăn khớp giữa các chi tiết

- Phương pháp lắp từ trong ra ngoài: Lắp ráp các chi tiết bên trong trước, sau đó đến các chi tiết bên ngoài

Lưu ý trước khi lắp ráp:

- Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ: Vít, bulông, đai ốc, palăng, cần cẩu,

- Kiểm tra chi tiết: Đảm bảo đầy đủ các chi tiết, đạt độ chính xác theo yêu cầu

- Vệ sinh sạch sẽ: Loại bỏ bụi bẩn, phoi kim loại trên bề mặt các chi tiết trước khi lắp ráp

Quá trình lắp ráp được thực hiện theo các bước như sau:

Bước 1: Lắp các chốt dẫn hướng, ron, đầu nối ống nước vào tấm khuôn dương

Bước 2: Lắp bi, hoàn thiện phần khuôn dưới

Bước 3: Lắp tấm insert, hoàn thiện nửa khuôn dương

Hình 5.15 Lắp tấm insert vào tấm khuôn dương

Bước 4: Lắp hệ thống các lò xo – chốt hồi, các ty đẩy vào tấm giữ ty đẩy

Hình 5.16 Hệ thống ty đẩy

Bước 5: Lắp hoàn thiện hệ thống đẩy sản phẩm

Hình 5.17 Hệ thống đẩy sản phẩm

Bước 6: Lắp hệ thống đẩy, khối đỡ vào đế khuôn dương

Hình 5.18 Cụm hệ thống đẩy sản phẩm sau khi lắp với khối đỡ

Bước 7: Lắp bạc cuống phun vào đế khuôn âm

Hình 5.19 Bạc cuống phun và đế khuôn âm

Bước 8: Lắp vòng định vị vào đế khuôn âm, sau đó gắp vào tấm khuôn âm

Bước 9: Lắp bạc dẫn hướng, các đầu nối ống nước vào tấm khuôn âm, hoàn thiện được phần nửa khuôn trên

Hình 5.21 Nửa khuôn âm hoàn chỉnh

Bước 10: Lắp hoàn thiện bộ khuôn, phun sơn chống rỉ

Hình 5.22 Bộ khuôn hoàn chỉnh

Sau khi bộ khuôn ép xong, cần được sơn lại để bảo quản khuôn, tránh rỉ sét làm hư hại khuôn Bộ khuôn được bảo quản và cất giữ tại Phòng Thí nghiệm khuôn mẫu; Tòa E1 - HCMUTE

ÉP THỬ

Các bước chuẩn bị trước khi ép

Khới động máy ép nhựa Haitian

Hình 6.1 Máy ép nhựa Haitian

Khỏi động máy gia nhiệt nước

Hình 6.2 Máy gia nhiệt nước

Khỏi động máy làm lạnh nước

Hình 6.3 Máy làm lạnh nước

Chuẩn bị hạt nhựa PP

Các dụng cụ gá khuôn lên máy ép: Lục giác, cờ lê, pa-lăng gá khuôn

Quy trình ép

6.2.1 Các bước trong quy trình ép

- Bước 1: Sấy nhựa và gia nhiệt

- Bước 2: Gá khuôn lên máy

- Bước 3: Điều chỉnh lực kẹp khuôn

- Bước 5: Điều chỉnh thông số ép

Quá trình ép thực nghiệm

Hình 6.5 Bộ khuôn được gá và ép thử

6.2.2 Thông số ép sản phẩm

Bảng 6.1 Thông số ép phun cho ba trường hợp thử nghiệm

Nhiệt độ nóng chảy nhựa (độ C)

Thời gian làm nguội (Time)

Nhiệt độ nước thiết lập

Nhiệt độ nước thực tế

Hình 6.6 Thiết lập nhiệt độ nước

Sau khi nhiệt độ nước đã đạt tới nhiệt độ thiết lập sẵn, tiếp tục cài đặt các thông số ép trên máy ép nhựa Haitian

Hình 6.7 Thiết lập nhiệt độ nhựa

Gia nhiệt vòi phun nhựa tới nhiệt độ 220 o C Sau khi việc gia nhiệt diễn ra hoàn tất, màu ở ô nhiệt độ chuyển sang màu xanh dương, tiếp tục cài đặt các thông số

Hình 6.8 Thiết lập vị trí, áp lực, tốc độ

Tốc độ mở, đóng khuôn phải được thiết lập hợp lý để tránh tính trạng phá hỏng các hệ thống ty đẩy Vị trí đóng khuôn phải được cài đặt sau cho hai nửa khuôn đóng kín hoàn toàn với nhau “Cánh tay đòn” đẩy khuôn dương phải đi hết hành trình Vị trí đóng – mở khuôn phải được thực hiện một cách chính xác để đảm bảo quá trình ép diễn ra suôn sẻ

Cuối cùng, thiết lập thông số áp lực đẩy nhựa, tốc độ đẩy nhựa Sau khi thiết lập xong, máy đã sẵn sàng cho hoạt động ép thử, tối ưu lại các thông số ép và tiến hành ép sản phẩm hàng loạt

Hình 6.9 Cài đặt áp lực, tốc độ phun

6.2.3 Sản phẩm sau khi ép

Hình 6.10 Sản phẩm sau khi ép ở nhiệt độ 30°C

Hình 6.11 Sản phẩm sau khi ép ở nhiệt độ 50°C

Hình 6.12 Sản phẩm sau khi ép ở nhiệt độ 70°C

Đánh giá kết quả sau khi ép

Đánh giá chất lượng sản phẩm

Kết quả thử nghiệm cho thấy khuôn ép phun đã tạo ra các sản phẩm đạt yêu cầu về chất lượng Các mẫu thử sau khi ép phun không xuất hiện các khuyết tật như cong vênh, bọt khí – rỗ khí, ba via, đường hàn nhựa, điều này cho thấy hệ thống gia nhiệt và giải nhiệt của khuôn hoạt động hiệu quả, đảm bảo nhựa nóng chảy được phân phối và làm nguội đồng đều Bên cạnh đó, các sản phẩm ép ra có kích thước và màu sắc đồng nhất, chứng tỏ dòng chảy nhựa ổn định trong quá trình ép phun và vật liệu nhựa được phân

80 phối đều trong lòng khuôn Kích thước của các mẫu thử sau khi ép phun đạt tiêu chuẩn ASTM D638 và ASTM D790, cho phép sử dụng trực tiếp vào việc nghiên cứu mà không cần gia công thêm Đánh giá hiệu quả thiết kế khuôn

Kết quả thử nghiệm cho thấy quá trình điền đầy khuôn diễn ra chính xác, không có hiện tượng thiếu nhựa khi ép Điều này chứng tỏ thiết kế hệ thống kênh dẫn hợp lý, đảm bảo nhựa nóng chảy được phân phối đều đến các lòng khuôn Hệ số co rút được lựa chọn trong quá trình thiết kế là phù hợp, do đó kích thước mẫu thử sau khi ép phun trùng khớp với kích thước trên bản vẽ chi tiết Việc tính toán và lựa chọn hệ số co rút chính xác là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác cho sản phẩm Hệ thống đẩy sản phẩm cũng hoạt động hiệu quả, không gây ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt của sản phẩm Chốt đẩy được bố trí hợp lý, đảm bảo lực đẩy đồng đều và không làm biến dạng sản phẩm