Chế tạo mô hình nghiên cứu phân bố nhiệt Độ của lòng khuôn phun Ép khi dùng cooling layer dạng 3d

Trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa, nhiệt độ của lòngkhuôn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng..  Hiện nay, nhiều doanh nghiệp trong nước vẫn đan

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

 Trong bối cảnh nền công nghiệp Việt Nam đang ngày càng phát triển và hội nhập quốc tế, ngành công nghiệp sản xuất nhựa đóng một vai trò quan trọng Với sự gia tăng nhanh chóng của các ngành công nghiệp như ô tô, điện tử, và hàng tiêu dùng, nhu cầu về các sản phẩm nhựa chất lượng cao cũng tăng lên tương ứng Việc tối ưu hóa quá trình sản xuất nhựa, đặc biệt là quá trình phun nhựa, trở thành một yêu cầu cấp thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu lỗi sản xuất và tăng cường hiệu quả sản xuất.

 Hiện nay, nhiều doanh nghiệp trong nước vẫn đang sử dụng các phương pháp làm mát khuôn truyền thống, dẫn đến việc không kiểm soát tốt được nhiệt độ trong lòng khuôn, gây ra các vấn đề như biến dạng sản phẩm, độ chính xác kích thước không đạt yêu cầu, và thời gian chu kỳ sản xuất kéo dài Nghiên cứu và áp dụng các giải pháp làm mát hiện đại, như kênh giải nhiệt dạng 3D, sẽ giúp các doanh nghiệp cải thiện chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa quy trình sản xuất và cạnh tranh tốt hơn trên thị trường.

 Trên thế giới, ngành công nghiệp sản xuất nhựa đang không ngừng đổi mới và phát triển, với nhiều công nghệ tiên tiến được áp dụng để nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm Các quốc gia phát triển đã và đang đầu tư mạnh vào nghiên cứu và phát triển các giải pháp làm mát khuôn hiện đại nhằm giải quyết các vấn đề về nhiệt độ trong quá trình phun nhựa.

 Việc nghiên cứu và phát triển mô hình phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn phun nhựa khi sử dụng kênh giải nhiệt dạng 3D không chỉ mang lại lợi ích cho ngành công nghiệp sản xuất nhựa trong nước mà còn có tiềm năng ứng dụng quốc tế Các kết quả nghiên cứu từ đề tài này có thể góp phần vào việc nâng cao kiến thức và công nghệ trong lĩnh vực làm mát khuôn, đồng thời mở ra cơ hội hợp tác, trao đổi kinh nghiệm và chuyển giao công nghệ với các quốc gia khác.

 Hơn nữa, việc tiếp cận và áp dụng các công nghệ làm mát hiện đại còn giúp ngành công nghiệp sản xuất nhựa Việt Nam bắt kịp với xu hướng phát triển của thế giới,tăng cường năng lực cạnh tranh và mở rộng thị trường quốc tế Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh toàn cầu hóa và hội nhập kinh tế quốc tế ngày càng sâu rộng.

Vì vậy nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Chế tạo mô hình phân bố nhiệt độ của lòng khuôn phun nhựa khi dùng cooling layer dạng 3D” Qua đề tài này nhóm chúng em mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế chế tạo để đóng góp một phần nào đó vào sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu Việt Nam.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Nâng cao hiểu biết về quá trình làm mát trong khuôn phun nhựa: Nghiên cứu sẽ giúp phân tích và hiểu rõ hơn về cơ chế làm mát trong quá trình sản xuất nhựa, đặc biệt là khi áp dụng công nghệ làm mát dạng 3D Điều này có thể dẫn đến việc phát triển các phương pháp làm mát mới, tiết kiệm năng lượng và hiệu quả hơn.

 Mở rộng kiến thức về mô hình hóa và mô phỏng: Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng nhiệt độ trong khuôn sẽ được cải tiến và áp dụng rộng rãi hơn trong nghiên cứu kỹ thuật và sản xuất.

 Cải thiện chất lượng sản phẩm và quy trình sản xuất: Những kết quả nghiên cứu từ đề tài có thể cung cấp cho các nhà sản xuất nhựa những giải pháp cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm thiểu lỗi sản xuất và tối ưu hóa thời gian sản xuất.

 Áp dụng công nghệ làm mát dạng 3D trong sản xuất: Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trực tiếp vào thực tiễn sản xuất, giúp cải thiện hiệu quả làm mát, giảm chi phí vận hành và tăng cường tính cạnh tranh của các doanh nghiệp.

 Thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp khuôn mẫu nhựa: Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong sản xuất nhựa không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp khuôn mẫu nhựa, đóng góp vào sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.

 Giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường: Việc tối ưu hóa quá trình sản xuất nhựa cũng đồng nghĩa với việc giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, bảo vệ tài nguyên và môi trường sống.

Mục tiêu đề tài

 Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống làm mát khuôn: Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến phân bố nhiệt độ trong khuôn phun nhựa, cùng với các phương pháp làm mát hiện tại và những ưu điểm, nhược điểm của từng phương pháp.

 Thiết kế mô hình 3D của khuôn và kênh giải nhiệt dạng 3D: Sử dụng công cụ thiết kế và mô phỏng để tạo ra một mô hình chi tiết của khuôn và kênh giải nhiệt dạng 3D, nhằm tối ưu hóa việc phân bố nhiệt độ trong quá trình sản xuất.

 Thực nghiệm kiểm chứng mô hình: Chế tạo mô hình vật lý dựa trên thiết kế 3D và tiến hành thực nghiệm để đo đạc và phân tích nhiệt độ tại các vị trí khác nhau trong lòng khuôn So sánh kết quả thực nghiệm với mô hình mô phỏng để đánh giá và cải tiến hiệu quả của kênh giải nhiệt dạng 3D.

Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp lý thuyết: Tìm hiểu và tổng hợp các nghiên cứu, tài liệu khoa học về hệ thống làm mát khuôn và quá trình phun nhựa.

 Phương pháp thiết kế: Sử dụng phần mềm Creo Parametric để thiết kế chi tiết mô hình khuôn và hệ thống làm mát dạng 3D.

 Phương pháp thực nghiệm: Thực hiện các thí nghiệm trên mẫu khuôn thực tế để kiểm chứng và so sánh kết quả mô phỏng với thực tế.

Kết cấu đồ án

Kết cấu đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương:

 Chương 2: Tổng quan về vật liệu chất dẻo polymer và cơ sở lý thuyết về khuôn ép nhựa.

 Chương 3: Cơ sở lý thuyết về thiết kế khuôn ép nhựa

 Chương 4: Thiết kế sản phẩm và khuôn ép nhựa đường nước có hình dạng cooling layer 3D.

 Chương 5: Quy trình gia công, lắp ghép và ép thử khuôn ép nhựa

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CHẤT DẺO POLYMER VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHUÔN ÉP NHỰA

Tổng quan về vật liệu chất dẻo polymer

2.1.1 Khải niệm về vật liệu chất dẻo polymer

Chất dẻo hay còn gọi là nhựa polymer, là các hợp chất có phân tử chứa các nhóm nguyên tử liên kết với nhau qua các liên kết hóa học, tạo thành các chuỗi dài và có khối lượng phân tử lớn Trong chuỗi chính của polymer, các nhóm nguyên tử này được lặp lại nhiều lần.

 Polymer thiên nhiên: Được tìm thấy trong tự nhiên.

 Polymer nhân tạo: Được con người sản xuất bằng cách biến đổi các polymer thiên nhiên.

 Polymer tổng hợp: Được tạo ra hoàn toàn từ các quá trình hóa học.

 Dựa vào tính chất cơ lý:

 Chất dẻo: Bao gồm các vật liệu có tính dẻo và có thể thay đổi hình dạng khi chịu lực.

 Chất đàn hồi: Bao gồm các vật liệu có khả năng đàn hồi và trở lại hình dạng ban đầu sau khi bị kéo dãn.

 Nhựa nhiệt dẻo: Nhựa nhiệt dẻo là một nhóm quan trọng trong các polymer tổng hợp, bao gồm các phân tử cao có kích thước xác định và có thể là mạch thẳng hoặc phân nhánh Đặc điểm của nhựa nhiệt dẻo là có thể chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái dẻo khi tăng nhiệt độ và quá trình này có thể lặp lại nhiều lần Do đó, nhựa nhiệt dẻo có thể tái chế được (trừ PTFE - polytetraflouroethylene) Ví dụ: PE, PP, PVC, PS, PMMA. Trong kỹ thuật, nhựa nhiệt dẻo ám chỉ tất cả các polymer mà lực liên kết giữa các phân tử là các liên kết thứ cấp như lực Van der Waals và liên kết hydro Loại nhựa này nhạy cảm với nhiệt độ và dung môi.

 Cao su, chất đàn hồi: Cao su là các polymer mạch thẳng có liên kết thứ cấp rất yếu, tồn tại ở dạng chất lỏng rất nhớt Để sử dụng, cần tạo liên kết ngang giữa các mạch phân tử để hình thành mạng lưới không gian ba chiều Cao su có khả năng dãn dài lên đến 1.000% (ví dụ: cao su tự nhiên lưu hóa) Tuy nhiên, do có liên kết ngang nên không thể tái chế được.

 Nhựa nhiệt rắn: Nhựa nhiệt rắn có mật độ liên kết ngang dày đặc, cao hơn từ 10 đến1.000 lần so với cao su, tạo thành mạng lưới không gian ba chiều với kích thước phân tử năng chịu nhiệt, không tan, không chảy và không tái chế được Ví dụ: PF, PU, nhựa epoxy, silicone.

 Nhựa thông dụng: Bao gồm PE, PP, PVC, PS, ABS, HIPS.

 Nhựa kỹ thuật: Bao gồm PA, PC, POM, Teflon.

 Nhựa chuyên dụng: Bao gồm PE khối lượng phân tử cực cao, PTFE, PPS, PPO.

2.1.3.1 Độ bền cơ học Độ bền cơ học là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hủy khi chịu tác động của các lực cơ học Độ bền của một sản phẩm làm từ vật liệu polymer phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

 Chế độ trùng hợp, loại xúc tác, phụ gia,

 Kết cấu và hình dạng của sản phẩm.

2.1.3.2 Các Thông Số Cơ Bản về Độ Bền

Có hai thông số cơ bản phản ánh độ bền của polymer:

 Giới hạn bền (σb): Là giá trị ứng suất mà tại đó mẫu bị phá hủy dưới những điều kiện nhất định Giới hạn bền có thể xác định theo nhiều loại biến dạng khác nhau như kéo đứt, nén, uốn, tương ứng là độ bền kéo đứt, độ bền nén, và độ bền uốn.

 Độ bền kéo đứt: Khả năng chịu lực của vật liệu khi bị kéo dãn bởi một lực xác định cho đến khi đứt.

 Độ bền uốn: Khả năng chịu lực của vật liệu khi bị uốn.

 Độ bền nén: Khả năng chịu lực của vật liệu khi bị nén.

Giới hạn bền của polymer phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường thử nghiệm và thời gian tác động của lực, do đó khi so sánh độ bền giữa các polymer, cần thực hiện ở cùng điều kiện thử nghiệm.

 Độ biến dạng cực đại tương đối (ε): Là giá trị biến dạng tại thời điểm mẫu bị đứt Độ biến dạng cực đại tương đối cũng phụ thuộc vào loại biến dạng, tốc độ biến dạng và nhiệt độ Nó cho phép suy luận về trạng thái của vật liệu khi đứt Ví dụ, khi vật liệu giòn bị đứt, độ biến dạng cực đại tương đối không vượt quá vài phần trăm, trong khi ở trạng thái mềm, độ biến dạng có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn phần trăm.

Trong trường hợp kéo đơn trục (một phương), độ biến dạng tương đối cực đại có thể là độ dãn dài khi đứt.

2.1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bề cơ học

Những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu nhựa như:

 Sự định hướng: Do mạch phân tử có chiều dài rất lớn so với chiều ngang, polymer có độ bền cao hơn khi chịu lực theo chiều định hướng.

 Cấu trúc polymer: Polymer kết tinh có độ bền cao hơn polymer vô định hình Cấu trúc sợi bền hơn cấu trúc cầu.

 Phụ gia: Phụ gia được thêm vào để cải thiện tính chất cơ lý của nhựa theo yêu cầu sản xuất Tuy nhiên, lượng phụ gia thêm vào chỉ cải thiện tính chất cơ học đến một mức độ nhất định; nếu dùng quá nhiều, có thể gây tác dụng ngược.

Chỉ số chảy là một thông số kỹ thuật quan trọng thể hiện tính chảy hay khả năng chảy của vật liệu, rất cần thiết trong quá trình chọn lựa nguyên vật liệu và công nghệ gia công.

Chỉ số chảy được ký hiệu là: i2.

 Đơn vị tính: Đơn vị tính của chỉ số chảy là: g/10 phút.

Chỉ số này được đo ở điều kiện áp suất (tải trọng) và nhiệt độ nhất định theo tiêu chuẩn đo.

 Ý nghĩa của chỉ số chảy:

 Trọng lượng phân tử thấp, dễ chảy.

 Sử dụng nhiệt độ và áp suất gia công thấp.

 Chu kỳ sản xuất ngắn.

 Dễ gia công và sản phẩm đạt chất lượng cao hơn.

 Vật liệu khó chảy, sản phẩm dễ bị khuyết tật.

 Tăng thời gian điền đầy khuôn.

 Tăng thời gian duy trì áp suất.

 Áp suất điền đầy khuôn phải cao.

 Đôi khi đòi hỏi nhiệt độ gia công cao.

Tỷ trọng thể hiện một phần tính chất của nguyên liệu nhựa.

 Đơn vị tính: Đơn vị tính của tỷ trọng là: g/cm³.

 Nhiệt độ biến mềm tăng.

 Độ kháng hóa chất tăng.

Những thay đổi trong tỷ trọng của nguyên liệu nhựa ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học và khả năng gia công của vật liệu, do đó cần được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình sản xuất.

Bảng 2.1 Bảng tỷ trọng của một số loại nhựa thông dụng [10]

2.1.5 Gia công và áp dụng một số loại nhựa thông dụng

 i2: Chỉ số chảy (MFR) đo ở điều kiện 190°C, 2160 g (theo tiêu chuẩn ASTM D1248). Trong quá trình ép phun, loại PE dễ chảy (i2 > 25) được sử dụng để gia công các sản phẩm có khối lượng lớn Độ co ngót (liên quan đến tỷ trọng của sản phẩm) chịu tác động của nhiệt độ trong quá trình hóa dẻo và làm nguội.

 PE có tỷ trọng cao và chỉ số chảy thấp: Để đạt được sản phẩm có độ bóng cao, nhiệt độ khuôn cần duy trì từ 40 đến 70°C Tuy nhiên, loại PE này dễ bị rạn nứt do tập trung ứng suất, đặc biệt với chỉ số chảy i2 từ 2,5 đến 4.

 Khắc phục hiện tượng giòn: Do tính định hướng phân tử mạnh, PE có thể trở nên giòn. Để khắc phục, cần tăng nhiệt độ phun và sử dụng loại nhựa có chỉ số chảy cao phù hợp.

 Ứng dụng của Polyethylene (PE):

 Polyethylene tỷ trọng thấp (LDPE): Sử dụng để sản xuất túi nhựa, màng bọc thực phẩm, và các loại bao bì mềm dẻo.

 Polyethylene tỷ trọng cao (HDPE): Sử dụng cho các sản phẩm cần độ bền cao như chai lọ, ống dẫn nước, và thùng chứa.

Nhờ tính chất dễ gia công và khả năng điều chỉnh các thông số để phù hợp với nhiều yêu cầu kỹ thuật, PE là một trong những loại nhựa được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp.

Bảng 2.2 Bảng gia công và áp dụng PE dùng cho ép phun [10]

Cơ sở lý về khuôn ép nhựa

Cấu tạo máy phun ép nhựa bao gồm các bộ phận chính như sau: hệ thống phun, hệ thống kẹp, hệ thống khuôn, hệ thống hỗ trợ phun ép, hệ thống điều khiển.

Hình 2.1 Cấu tạo máy phun ép nhựa dạng trục vít

Hệ thống phun bao gồm ba bộ phận chính: phễu cấp liệu, xi lanh nhiệt, trục vít, đầu trục vít và đầu phun.

 Chứa nhựa nhiệt dẻo dưới dạng những viên nhỏ.

 Được thiết kế để giữ và cấp liệu vào hệ thống.

 Hạt nhựa từ phễu đi vào xi lanh nhiệt để chuẩn bị quá trình phun.

 Gia nhiệt cho vật liệu nhựa, làm cho nhựa chảy ra.

 Được nung nóng bởi các may xo nhiệt, tạo điều kiện để nhựa trở thành dạng lỏng.

 Trục vít bao gồm ba đoạn:

 Đoạn nhập liệu: Chuyển nguyên liệu từ phễu đến vùng nén ép, nơi nhựa bắt đầu chảy.

 Vùng nén ép: Nén và ép nhựa lỏng để chuẩn bị cho vùng định lượng.

 Vùng định lượng: Trộn và đồng nhất vật liệu trước khi phun vào khuôn.

 Gắn giữa đầu xi lanh và cuống phun của khuôn.

 Có hình dạng thích hợp để đảm bảo sự chảy mượt mà của nhựa.

 Lỗ đầu phun nhỏ hơn lỗ cuống phun ở khuôn.

 Có thể điều chỉnh và có vòng nhiệt riêng.

 Đối với từng loại nhựa khác nhau, đầu phun có kết cấu tương ứng để tối ưu hóa quá trình phun vào khuôn.

Hình 2.2 Hệ thống phun của máy ép nhựa

Hệ thống kẹp trong quá trình ép phun nhựa có chức năng mở và đóng khuôn đồng thời hỗ trợ di chuyển phần khuôn và tạo ra lực cần thiết để giữ khuôn trong quá trình làm đầy khuôn và rút sản phẩm ra khỏi khuôn Cụm này thường thực hiện chuyển động tịnh tiến, vì vậy các cơ cấu tạo ra chuyển động này có thể được áp dụng Các loại cụm kẹp khuôn thường gặp bao gồm:

 Cụm kẹp cơ khí: Sử dụng cơ cấu cơ khí như bánh răng, piston, và trục vít để tạo ra lực kẹp và di chuyển khuôn Điều này thường được thực hiện bằng cách áp dụng lực từ các hệ thống cơ khí hoặc điều khiển bằng tay.

 Cụm kẹp thủy lực: Sử dụng lực thủy lực từ dầu hoặc chất lỏng để tạo ra lực cần thiết.

Hệ thống này bao gồm bơm thủy lực, van, và xi lanh thủy lực để điều khiển chuyển động của kẹp khuôn.

 Cụm kẹp kết hợp cơ khí và thủy lực: Kết hợp cả hai công nghệ cơ khí và thủy lực để tận dụng ưu điểm của cả hai Việc này có thể cung cấp lực kẹp mạnh mẽ hơn và kiểm soát chính xác hơn.

Mỗi loại cụm kẹp có ưu và nhược điểm riêng, và sự lựa chọn giữa chúng phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của quy trình sản xuất và ngành công nghiệp sử dụng.

Khuôn trong quá trình ép phun nhựa bao gồm hai thành phần cơ bản: nửa cố định và nửa khuôn di động Nửa khuôn di động thường mang theo phần lõi của khuôn hay còn gọi là khuôn dương hoặc phần core, trong khi nửa khuôn cố định thường chứa phần lỗ của khuôn hay còn gọi là khuôn âm hoặc phần cavity.

Trong các tấm khuôn, người ta thường bố trí hệ thống làm mát và các kênh dẫn nhựa Hệ thống làm mát giúp làm nguội nhanh chóng các sản phẩm nhựa sau khi đúc, trong khi các kênh dẫn nhựa được thiết kế để đảm bảo sự truyền đạt nhựa đồng đều vào khuôn.

Ngoài ra, các thành phần khác như các thanh nổi và các hệ thống gia nhiệt cũng được sử dụng trong quá trình ép phun nhựa để tối ưu hóa quá trình sản xuất Các chi tiết này là các yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu suất của quá trình ép phun nhựa, và việc thiết kế chính xác của chúng đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được sản phẩm cuối cùng mong muốn.

 Hệ thống hỗ trợ phun ép

Hệ thống hỗ trợ phun ép có nhiệm vụ cung cấp năng lượng để thực hiện các hoạt động như mở và đóng khuôn, giữ kẹp chặt, vận hành trục vít và tạo lực cho chốt đẩy để tách khuôn. Thông thường, hệ thống hỗ trợ phun ép bao gồm các thành phần sau:

 Bơm: Tạo ra áp suất hoặc lưu lượng dầu hoặc chất lỏng thủy lực cần thiết để vận hành các thiết bị khác trong hệ thống.

 Van: Điều khiển dòng chảy của dầu hoặc chất lỏng thủy lực để điều chỉnh và kiểm soát các hoạt động của hệ thống.

 Động cơ: Cung cấp năng lượng cho bơm và các thiết bị khác trong hệ thống để thực hiện các hoạt động như mở và đóng khuôn, giữ kẹp chặt và vận hành trục vít.

 Hệ thống ống dẫn: Dẫn chất lỏng thủy lực từ bơm đến các thiết bị khác nhau trong hệ thống, như van và xi lanh thủy lực.

 Hệ thống chứa: Chứa dầu hoặc chất lỏng thủy lực và giúp duy trì áp suất và lưu lượng ổn định trong hệ thống.

Các thành phần này hoạt động cùng nhau để đảm bảo hoạt động mượt mà và hiệu quả của máy phun ép nhựa trong quá trình sản xuất Điều chỉnh và bảo dưỡng hệ thống này là cần thiết để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của máy phun ép.

Hệ thống điều khiển trong quá trình ép phun nhựa có tác dụng quan trọng là đảm bảo hoạt động của máy ổn định và lặp lại Hệ thống này bao gồm các thành phần như bảng điều khiển và các thiết bị điều khiển, chúng được sử dụng để theo dõi và điều chỉnh các thông số quan trọng của quá trình ép phun như:

 Nhiệt độ: Kiểm soát nhiệt độ của các thành phần quan trọng như xi lanh nhiệt, khuôn và vật liệu nhựa để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và quá trình ép phun diễn ra như mong muốn.

 Áp suất: Điều chỉnh áp suất trong hệ thống để đảm bảo lưu lượng nhựa đúng và ổn định, đồng thời giữ cho quá trình ép phun diễn ra một cách chính xác.

 Tốc độ phun: Điều chỉnh tốc độ phun nhựa vào khuôn để kiểm soát lượng nhựa được chảy vào khuôn một cách đồng đều và chính xác.

 Vị trí và tốc độ quay của trục vít: Điều chỉnh vị trí và tốc độ quay của trục vít để kiểm soát quá trình nén ép và trộn vật liệu nhựa.

Xác định số lòng khuôn

Việc xác định số lòng khuôn phù hợp là một yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế khuôn, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, chi phí sản xuất và chất lượng sản phẩm Để chọn số lòng khuôn phù hợp, ta cần xem xét các yếu tố sau:

 Kích cỡ của máy ép phun: Bao gồm năng suất phun lớn nhất và lực kẹp lớn nhất của máy.

 Thời gian giao hàng: Thời gian yêu cầu để hoàn thành sản xuất sản phẩm.

 Yêu cầu về chất lượng sản phẩm: Độ chính xác, độ bền, và các yêu cầu kỹ thuật khác của sản phẩm.

 Kết cấu và kích thước khuôn: Sự phức tạp và kích thước của khuôn sẽ ảnh hưởng đến việc bố trí và số lượng lòng khuôn.

 Giá thành khuôn: Chi phí chế tạo và vận hành khuôn.

Các dãy số thông dụng cho số lòng khuôn bao gồm số lòng khuôn thông thường được thiết kế theo dãy số 2, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 96, 128 Điều này giúp dễ dàng bố trí các lòng khuôn theo hình chữ nhật hoặc hình tròn, tối ưu hóa không gian và cân bằng lực kẹp. Bên cạnh đó, số lượng lòng khuôn cần thiết có thể được tính dựa vào các yếu tố sau:

 Số lượng sản phẩm yêu cầu: Sản lượng cần đạt được trong một khoảng thời gian nhất định.

 Năng suất phun và năng suất làm dẻo của máy ép phun: Khả năng phun nhựa và tốc độ làm dẻo nhựa của máy.

 Lực kẹp khuôn của máy: Khả năng giữ chặt khuôn trong quá trình phun nhựa để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

 Tính số lòng khuôn theo số lượng lô sản phẩm ta dựa vào công thức sau: n = L × K × t t c m

K= 1 / (1 - k) Trong đó: n: Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.

L: Số sản phẩm trong một lô sản phẩm.

K: Hệ số do phế phẩm (%). k: Tỷ lệ phế phẩm (tùy từng công ty) (%). tc: Thời gian chu kỳ ép phun của một sản phẩm (s). tm: Thời gian yêu cầu phải hoàn thành 1 lô sản phẩm (ngày).

 Tính số lòng khuôn theo năng suất phun của máy ta dựa vào công thức sau: n = 0.8× W S Trong đó: n: Số lòng khuôn tối đa trên khuôn.

S: Năng suất phun của máy (g/1 lần phun).

W: Trọng lượng của sản phẩm (g).

 Tính số lòng khuôn theo lực kẹp của máy ta dựa vào công thức sau: n = S x P F p

Trong đó: n: Số lòng khuôn tối đa trên khuôn.

Fp: Lực kẹp khuôn tối đa của máy (N).

S: Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm theo hướng đóng khuôn (mm²). P: Áp suất trong khuôn (Mpa).

Hình 3.1 Một số ví dụ về cách bố trí lòng khuôn

Hệ thống dẫn nhựa nguội

Hệ thống dẫn nhựa nguội là một phần quan trọng trong thiết kế khuôn ép nhựa, chịu trách nhiệm dẫn nhựa nóng chảy từ vòi phun của máy ép vào các lòng khuôn Hệ thống này bao gồm nhiều thành phần, mỗi thành phần có vai trò cụ thể trong việc đảm bảo nhựa được phân phối đều và đúng vị trí trong lòng khuôn.

Hình 3.2 Cấu tạo hệ thống dẫn nhựa nguội của khuôn hai tấm và ba tấm

 Bạc cuống phun (Sprue bushing):

Là nơi tiếp nhận nhựa nóng chảy từ vòi phun của máy ép và dẫn vào kênh dẫn chính.

Hình 3.3 Lắp ghép bạc cuống phun

Thường có hình nón hoặc hình trụ, được làm từ vật liệu chịu nhiệt và áp lực cao để tránh hư hỏng do nhiệt độ và áp lực của nhựa.

Hình 3.4 Cách chọn bạc cuống phun hợp lý

 Kênh dẫn chính (Main runner):

Dẫn nhựa từ bạc cuống phun đến các kênh dẫn phụ hoặc trực tiếp đến các miệng phun.

Hình 3.5 Một số tiết diện của kênh dẫn nhựa chính và thông số thiết kế

Thường có tiết diện tròn hoặc nửa tròn để giảm thiểu tổn thất áp suất và đảm bảo dòng chảy ổn định.

Bảng 3.1 Bảng so sánh chi tiết giữa các tiết diện kênh dẫn [1]

 Công thức tính đường kính kênh dẫn nhựa:

D: Đường kính kênh dẫn (mm).

L: Chiều dài kênh dẫn (mm)

Bảng 3.2 Bảng chọn đường kính của kênh dẫn nhựa theo độ dài của rảnh và bề dày sản phẩm [1]

 Kênh dẫn phụ (Sub runner):

Phân phối nhựa từ kênh dẫn chính đến các miệng phun.

Tiết diện và chiều dài của kênh dẫn phụ được thiết kế để đảm bảo cân bằng dòng chảy và điền đầy đều các lòng khuôn.

 Công thức tính đường kính kênh dẫn phụ thông qua kênh dẫn chính:

D c : Đường kính kênh dẫn chính (mm).

D n : Đường kính kênh dẫn phụ (mm).

N: số nhánh rẽ của kênh dẫn phụ từ kênh dẫn chính.

 Chức năng: Điều khiển dòng chảy của nhựa từ kênh dẫn vào lòng khuôn.

Có nhiều loại miệng phun như miệng phun cuống phun (miệng phun trực tiếp), miệng phun cạnh, miệng phun kiểu băng, miệng phun kiểu đường ngầm, miệng phun dạng chốt, miệng phun kiểu cái quạt, miệng phun hình đĩa, miệng phun vòng tròn,… Mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng tùy thuộc vào yêu cầu sản xuất.

Hình 3.6 Một số loại miệng phun phổ biến

Hệ thống làm nguội

Hệ thống làm nguội là một phần quan trọng của khuôn ép nhựa, giúp kiểm soát nhiệt độ khuôn và đảm bảo chất lượng sản phẩm Một hệ thống làm nguội hiệu quả không chỉ cải thiện thời gian chu kỳ mà còn nâng cao tính ổn định kích thước và bề mặt của sản phẩm.

Hình 3.7 Hệ thống làm nguội trên khuôn

3.3.1 Vai trò của hệ thống làm nguội

 Giảm nhiệt độ khuôn: Sau khi nhựa nóng chảy điền đầy khuôn, hệ thống làm nguội giúp hạ nhiệt khuôn để nhựa cứng lại và đạt được hình dạng mong muốn.

 Kiểm soát tốc độ nguội: Tốc độ nguội ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính cơ học và hình dạng của sản phẩm Nguội nhanh có thể gây co ngót và tạo ứng suất nội, trong khi nguội chậm có thể cải thiện độ bền cơ học nhưng kéo dài thời gian chu kỳ.

 Tăng hiệu quả sản xuất: Làm nguội nhanh chóng và đều đặn giúp rút ngắn thời gian chu kỳ (thời gian làm nguội chiếm 60% chu kỳ), tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.

 Đảm bảo chất lượng sản phẩm: Hệ thống nguội mát hiệu quả giúp giảm thiểu các khuyết tật như biến dạng, co ngót, và đảm bảo bề mặt sản phẩm mịn màng, không có vết lõm hoặc lỗ khí.

3.3.2 Các thành phần của hệ thống làm nguội

 Kênh làm nguội (Cooling channels):

 Chức năng: Dẫn nước làm mát qua các phần khác nhau của khuôn để hạ nhiệt.

 Đặc điểm: Thường là các ống dẫn hoặc rãnh được khoan hoặc đúc trong khuôn, bố trí sao cho tối ưu hóa sự tiếp xúc giữa nước làm mát và khuôn.

 Ống dẫn nước (Water manifolds):

 Chức năng: Phân phối và thu hồi nước làm mát đến và từ các kênh làm nguội.

 Đặc điểm: Hệ thống các ống dẫn kết nối với các kênh làm nguội, thường được làm từ kim loại chịu ăn mòn như đồng hoặc thép không gỉ.

 Chức năng: Cung cấp nước làm mát ở nhiệt độ ổn định cho hệ thống làm nguội.

 Đặc điểm: Máy làm mát công nghiệp có thể kiểm soát nhiệt độ và lưu lượng nước làm mát, đảm bảo hiệu quả làm nguội.

 Van điều khiển (Control valves):

 Chức năng: Điều chỉnh lưu lượng và áp suất nước làm mát trong hệ thống.

 Đặc điểm: Có thể là van cơ học hoặc van điện tử, cho phép kiểm soát chính xác quá trình làm nguội.

3.3.3 Các phương pháp làm nguội

 Ưu điểm: Hiệu quả cao, dễ kiểm soát nhiệt độ và lưu lượng.

 Nhược điểm: Cần hệ thống xử lý nước để tránh tắc nghẽn và ăn mòn.

 Ưu điểm: Khả năng truyền nhiệt tốt hơn nước, phù hợp cho các khuôn yêu cầu nhiệt độ làm nguội cao.

 Nhược điểm: Chi phí cao hơn, cần bảo dưỡng thường xuyên.

 Ưu điểm: Tránh ăn mòn và tắc nghẽn, phù hợp với khuôn phức tạp.

 Nhược điểm: Hiệu quả làm nguội thấp hơn nước và dầu, cần hệ thống bơm khí công suất lớn.

Bảng 3.3 Một số chất ổn định nhiệt [1]

3.3.4 Thiết kế hệ thống đường nước theo dạng cooling layer 3D

3.3.4.1 Định nghĩa và đặc điểm của đường nước cooling layer 3D

Hệ thống đường nước làm nguội theo dạng Cooling Layer 3D là một kỹ thuật tiên tiến trong thiết kế khuôn ép nhựa, nhằm mục đích tối ưu hóa quá trình làm nguội và nâng cao chất lượng sản phẩm Thiết kế này yêu cầu sản phẩm đầu ra phải có dạng 3D, và các đường nước sẽ được bố trí theo biên dạng của sản phẩm, cách bề mặt sản phẩm một khoảng cách nhất định để đạt hiệu quả làm nguội tối ưu.

Quy trình thiết kế hệ thống đường nước theo dạng cooling layer 3D dành cho sản phẩm 3D được tiến hành theo các bước sau đây:

 Xác định Biên Dạng Sản Phẩm: Bắt đầu với mô hình 3D của sản phẩm cần gia công và sử dụng phần mềm Creo Parametric để thiết kế sản phẩm.

 Thiết kế Đường Nước: Thiết kế các đường nước làm nguội được offset theo biên dạng sản phẩm Khoảng cách offset phải đủ để đảm bảo hiệu quả làm nguội mà không ảnh hưởng đến cấu trúc của sản phẩm Thông thường, khoảng cách này phụ thuộc vào kích thước sản phẩm và yêu cầu làm nguội cụ thể.

 Tạo Phần Rỗng Bên Trong Đường Nước: Thiết kế phần rỗng bên trong các đường nước để nước có thể lưu thông Phần rỗng này cần được định hình chính xác để tránh các điểm nóng và đảm bảo làm nguội đồng đều.

 Nhét Bi Chống Lún: Để ngăn ngừa sự lún trong quá trình ép phun, các bi sẽ được nhét vào phần rỗng bên trong các đường nước Các bi này có chức năng chống lại lực ép và duy trì hình dạng của đường nước Vật liệu bi phải chịu được áp suất và nhiệt độ cao.

 Kiểm Tra và Tối Ưu Hóa: Sử dụng phần mềm mô phỏng nhiệt và dòng chảy để kiểm tra hiệu quả của hệ thống đường nước Điều chỉnh thiết kế nếu cần để đảm bảo rằng hệ thống làm nguội hoạt động hiệu quả nhất.

Hình 3.8 Mô phỏng hệ thống đường nước theo dạng cooling layer 3D dưới dạng góc nhìn 2D

3.3.4.3 Ưu điểm của cooling layer 3D

 Hiệu quả làm nguội cao: Thiết kế theo biên dạng sản phẩm giúp tối ưu hóa việc truyền nhiệt, giảm thiểu thời gian làm nguội.

 Chất lượng sản phẩm cao: Làm nguội đồng đều giúp giảm thiểu biến dạng, co ngót và các khuyết tật bề mặt.

 Tiết kiệm vật liệu và năng lượng: Giảm thời gian chu kỳ ép phun và tiết kiệm năng lượng do quá trình làm nguội hiệu quả.

Hệ thống dẫn hướng và định vị

Hệ thống dẫn hướng là một phần quan trọng của khuôn ép nhựa, giúp đảm bảo sự căn chỉnh chính xác giữa các phần của khuôn trong suốt quá trình ép phun.

Hình 3.9 Hệ thống dẫn hướng trên khuôn

Hệ thống này bao gồm các thành phần sau:

 Chốt dẫn hướng (Guide Pins):

 Chức năng: Chốt dẫn hướng giúp giữ hai nửa khuôn căn chỉnh đúng vị trí khi khuôn đóng lại.

Hình 3.10 Chốt dẫn hướng và thông số thiết kế chốt dẫn hướng

 Cấu tạo: Chốt dẫn hướng thường được làm từ thép cứng, có độ bền cao và khả năng chống mài mòn tốt.

 Lắp đặt: Chốt dẫn hướng được gắn vào một nửa khuôn (thường là nửa cố định) và khớp với ống dẫn hướng trên nửa khuôn còn lại.

Chức năng: Bạc dẫn hướng khớp với chốt dẫn hướng để đảm bảo sự chính xác trong quá trình đóng khuôn.

Hình 3.11 Bạc dẫn hướng và thông số thiết kế bạc dẫn hướng

 Cấu tạo: Thường được làm từ thép cứng hoặc hợp kim chịu lực, có thể có lớp phủ bề mặt để giảm ma sát và tăng tuổi thọ.

 Lắp đặt: Bạc dẫn hướng được gắn vào nửa khuôn di động, tương ứng với vị trí của chốt dẫn hướng.

Hình 3.12 Thông số kích thước lắp chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng trên tấm khuôn

Hệ thống định vị giúp giữ khuôn cố định và căn chỉnh chính xác trên máy ép phun, đảm bảo nhựa được phun vào khuôn một cách đồng đều và chính xác Thành phần chính của hệ thống định vị là vòng định vị (locating ring), chốt dẫn hướng (Guide Pins), bạc dẫn hướng (Bushings).

 Vòng định vị: Vòng định vị giúp cố định khuôn tại vị trí đúng trên bàn máy ép phun, đảm bảo rằng nhựa được phun vào khuôn chính xác và đồng đều.

Hình 3.13 Thông số thiết kế vòng định vị

 Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng: Giữ vai trò định vị tấm khuôn âm và khuôn dương đúng vị trí khi đóng lại cũng như mở ra.

Hình 3.14 Định vị khuôn trên máy

THIẾT KẾ SẢN PHẨM DẠNG 3D VÀ KHUÔN ÉP NHỰA VỚI ĐƯỜNG NƯỚC COOLING LAYER 3D

Tổng quan về phần mềm thiết kế Creo Parametric 8.0.0.0

Hình 4.1 Phần mềm Creo Parametric 8.0.0.0

Creo Parametric, được phát triển bởi PTC (Parametric Technology Corporation), là một phần mềm thiết kế CAD 3D mạnh mẽ và toàn diện, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như cơ khí, hàng không vũ trụ, ô tô, và nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác Phần mềm này hỗ trợ các kỹ sư và nhà thiết kế trong việc tạo ra các mô hình sản phẩm chính xác và phức tạp, từ giai đoạn ý tưởng đến sản xuất.

4.1.1 Chức năng của phần mềm

Với phần mềm Creo Parametric, người dùng có thể thiết kế được tất cả các sản phẩm từ đơn giản đến phức tạp bằng những công cụ có sẵn như:

 Extrude: Tạo khối 3D bằng cách kéo dài biên dạng 2D theo một chiều cố định.

 Revolve: Tạo khối 3D bằng cách quay biên dạng 2D xung quanh một trục.

 Sweep: Tạo khối 3D bằng cách di chuyển biên dạng 2D dọc theo một đường dẫn.

 Blend: Tạo khối 3D bằng cách chuyển tiếp mượt mà giữa hai hoặc nhiều mặt cắt khác nhau.

 Warp: Thay đổi hình dạng của mô hình 3D bằng cách uốn cong, xoắn, kéo dài, hoặc nén các phần của mô hình.

 Section Sweep: Tạo khối 3D bằng cách di chuyển biên dạng 2D theo một đường dẫn và đồng thời thay đổi hình dạng mặt cắt dọc theo đường dẫn.

 Sweep Blend: Kết hợp cả hai phương pháp quét và pha trộn để tạo khối 3D từ nhiều biên dạng và đường dẫn.

Trong module này, phần mềm Creo Parametric cung cấp khả năng mô phỏng các quá trình lắp ghép khuôn và tách khuôn để tạo sản phẩm Điều này giúp các kỹ sư và nhà thiết kế đảm bảo rằng các chi tiết được sản xuất chính xác và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Dưới đây là các tính năng chính liên quan đến thiết kế khuôn trong Creo:

 Mô phỏng lắp ghép khuôn và tách khuôn: Phần mềm cho phép người dùng mô phỏng các quá trình lắp ghép khuôn và tách khuôn Điều này giúp kiểm tra và xác nhận rằng các chi tiết sẽ được tách khuôn một cách dễ dàng và không gặp vấn đề gì trong quá trình sản xuất.

 Tính toán độ co rút của vật liệu: Creo cung cấp tính năng tính toán độ co rút của vật liệu, giúp dự đoán sự thay đổi kích thước của chi tiết sau khi làm nguội và đông đặc.

 Thiết kế tự động hình dạng lòng khuôn: Phần mềm tự động thiết kế hình dạng lòng khuôn cho các chi tiết mẫu dựa trên các thông số kỹ thuật và yêu cầu sản xuất.

 Mô phỏng quá trình tách khuôn bằng chức năng mold cavity: Tính năng Mold Cavity trong Creo cho phép mô phỏng quá trình tách khuôn, bao gồm việc xác định các điểm tách khuôn, hướng tách khuôn, và kiểm tra khả năng tách khuôn của các chi tiết phức tạp.

 Thiết kế 3D với Creo Parametric

Phần mềm Creo Parametric cung cấp một loạt các công cụ và tính năng mạnh mẽ để thiết kế các mô hình 3D chi tiết, từ đơn giản đến phức tạp Dưới đây là một số tính năng chính của thiết kế 3D trong Creo:

 Tham số và tự do:

 Tham số: Cho phép tạo các mô hình với các tham số có thể điều chỉnh, giúp dễ dàng thay đổi kích thước và hình dạng mà không cần phải thiết kế lại từ đầu.

 Tự do: Cung cấp khả năng thiết kế linh hoạt không bị ràng buộc bởi các tham số cố định.

 Thực tế mở rộng: Tích hợp công nghệ AR (Augmented Reality) để trực quan hóa và chia sẻ các mô hình 3D trong môi trường thực tế.

 Mô hình trực tiếp: Cho phép chỉnh sửa mô hình 3D trực tiếp một cách dễ dàng và nhanh chóng mà không cần phải theo dõi lại lịch sử thiết kế.

 Vẽ 2D: Cung cấp các công cụ vẽ 2D mạnh mẽ để hỗ trợ quá trình thiết kế và tạo ra các bản vẽ kỹ thuật chính xác.

 Định nghĩa dựa trên mô hình: Cho phép định nghĩa các thông tin kỹ thuật, như dung sai và chú thích, trực tiếp trên mô hình 3D để đảm bảo độ chính xác và thống nhất.

 Thăm dò thiết kế: Cung cấp các công cụ để thử nghiệm và khám phá nhiều phương án thiết kế khác nhau, tối ưu hóa hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

 Thiết kế kim loại tấm: Các công cụ chuyên dụng cho việc thiết kế và sản xuất các chi tiết từ kim loại tấm, bao gồm tạo hình, uốn và gia công.

 Thiết kế cơ chế: Cho phép thiết kế và mô phỏng các cơ chế chuyển động để kiểm tra và tối ưu hóa các hệ thống cơ khí.

 Khung kết cấu và thiết kế mối hàn: Cung cấp các công cụ để thiết kế các kết cấu khung và các mối hàn, đảm bảo độ bền và tính an toàn cho sản phẩm.

 Thiết kế kết nối thông minh: Tự động tạo ra các kết nối như bu lông, đai ốc và các liên kết khác để đảm bảo sự chắc chắn và ổn định của mô hình.

 Thiết kế ý tưởng: Hỗ trợ quá trình phác thảo và tạo mẫu ý tưởng nhanh chóng, giúp dễ dàng chuyển từ ý tưởng ban đầu sang thiết kế chi tiết.

 Thiết kế phần nhựa: Cung cấp các công cụ chuyên dụng để thiết kế các chi tiết nhựa, bao gồm các tính năng như kênh dẫn và miệng phun.

 Kiểu dáng công nghiệp: Tích hợp các công cụ để thiết kế các sản phẩm với hình dáng đẹp mắt và công thái học.

 Kỹ thuật đảo ngược: Cho phép nhập và chỉnh sửa các dữ liệu từ quét 3D hoặc các nguồn khác để tạo lại mô hình 3D chính xác.

 Đa CAD: Hỗ trợ nhập và xuất dữ liệu từ nhiều phần mềm CAD khác nhau, giúp tương tác dễ dàng với các hệ thống thiết kế khác.

Thiết kế sản phẩm dạng 3D trên phần mềm Creo Parametric 8.0.0.0

Vào giao diện chính của Creo Parametric 8.0.0.0, chọn New, chọn loại file Part và thuộc tínhSolidđể vẽ sản phẩm dạng 2D.

Hình 4.2 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 1)

Bỏ tích Use default template rồi nhấn OK, sau đó chọn loại thuộc tính đơn vị mmns_part_solid_absvà nhấnOK.

Hình 4.3 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 2)

 Bước 3: Tạo Sketchở mặt Plane Right để vẽ khung sườn sản phẩm theo phương thẳng đứng.

Hình 4.4 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 3)

 Bước 4: Dùng lệnh Sweep để vẽ biên dạng cho khung sườn sản phẩm cùng với Sketch biên dạng.

Hình 4.5 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 4)

 Bước 5: Sau khi Sketchbiên dạng xong thì sẽ Sweepbiên dạng dựa trên khung sườn ở bước 3 để tạo hình với thuộc tínhSurface.

Hình 4.6 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 5)

 Bước 6:Dùng lệnhBoundary Blendđể nối kính các mặt bên hông sản phẩm.

Hình 4.7 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 6)

 Bước 7:Dùng lệnhFillđể tạo biên dạng mặt phẳng đế cho sản phẩm.

Hình 4.8 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 7)

 Bước 8:Dùng lệnhMergeđể gộp cácSurface phần trên.

Hình 4.9 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 8)

 Bước 9:Dùng lệnhMergeđể gộp cácSurface còn lại và cắt phần thừa.

Hình 4.10 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 9)

 Bước 10:Dùng lệnhRoundđể bo góc cho sản phẩm với bán kính 10mm.

Hình 4.11 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 10)

 Bước 11:Dùng lệnhThickenđể tạo bề dày 1,5 mm cho sản phẩm với thuộc tính solid.

Hình 4.12 Vẽ sản phẩm dạng 3D (bước 11)

Hình 4.13 Sản phẩm dạng 3D sau khi được thiết kế

Thiết kế khuôn với đường nước cooling layer 3D

4.3.1 Tách khuôn từ sản phẩm dạng 3D

Dựa vào sản phẩm có dạng 3D đã thiết kế trên phần mềm Creo Parametric 8.0.0.0 để tiếp tục tách khuôn cho sản phẩm. Để tách khuôn cho sản phẩm trên phần mềm Creo Parametric 8.0.0.0, đầu tiên chọnNew ở giao diện chính của phần mềm, chọn loại file Manufacturing và thuộc tính Mold cavity để thực hiện tách khuôn cho sản phẩm dạng 3D.

Hình 4.14 Các bước thực hiện tạo file tách khuôn cho sản phẩm dạng 3D

Khuôn sản phẩm dạng 3D được thiết kế với:

 Tổng kích thước của khuôn âm và khuôn dương: 300x300x74 mm.

Hình 4.15 Thiết kế lòng khuôn và kích thước tổng của khuôn

Sau khi tách khuôn và ép thử trên phần mềm Creo Parametric 8.0.0.0 ta thu được sản phẩm như hình bên dưới

Hình 4.16 Sản phẩm ép thử trên phần mềm Creo Parametric 8.0.0.0

4.3.2 Mô phỏng phân tích dòng chảy nhựa trong khuôn

Phần mềm Creo Parametric 8.0.0.0 sẽ sử dụng để phân tích dòng nhựa chảy trong khuôn.

Hình 4.17 Mô phỏng phân tích khả năng điền đầy của lòng khuôn

 Dựa vào phần mô phỏng phân tích Moldability ở hình trên sẽ thấy không có phần màu đỏ hay vàng xuất hiện trên sản phẩm, chứng tỏa sản phẩm đã đạt yêu cầu về mặt điền đầy lòng khuôn.

Hình 4.18 Mô phỏng phân tích dòng chảy ở lòng khuôn

Hình 4.19 Mô phỏng kiểm tra vị trí xuất hiện bọt khí khi ép

 Nhìn vào hình trên có thể thấy bọt khí xuất hiện dày đặt phần đuôi keo và tương đối ít ở phần cạnh ngoài sản phẩm, dựa vào mô phòng này có thể thiết kế hệ thống thoát khí ở những vị trí xuất hiện bọt khí để tối ưu quá trình ép sản phẩm.

Hình 4.20 Mô phỏng kiểm tra lỗi đường hàn

 Dựa vào hình trên dễ dàng thấy được không có lỗi đường hàn xuất hiện trên sản phẩm.

Hình 4.21 Mô phỏng kiểm tra lỗi lõm bề mặt

4.3.3 Thiết kế đường nước cooling layer 3D

4.3.3.1 Lên ý tưởng thiết kế biên dạng đường nước cooling layer 3D

 Bước 1: Copybiên dạng Surfacecủa lòng khuôn.

Hình 4.22 Thiết kế đường nước cooling layer 3D (bước 1)

 Bước 2: Offset biên dạngSurfacevừacopyxuống 3mm.

Hình 4.23 Thiết kế đường nước cooling layer 3D (bước 2)

 Bước 3: Thickenbiên dạng Surface vừa Offset xuống 3mm và chọn thuộc tính Remove Materialđể cắt biên dạng đường nước cooling layer 3D.

Hình 4.24 Thiết kế đường nước cooling layer 3D (bước 3)

 Bước 4:Tạo lỗ để cho để nước ra vào đường nước cooling layer 3D.

Hình 4.25 Thiết kế đường nước cooling layer 3D (bước 4)

Hình 4.26 Góc nhìn đường nước 3D thông qua hình cắt

4.3.3.2 Hoàn thiện thiết kế dựa trên ý tưởng đường nước cooling layer 3D

Dựa vào ý tưởng thiết kế đường nước cần chia từng tấm khuôn dương và khuôn âm thành ba tấm với các mục đích:

 Chống lún trong quá trình ép.

 Làm kín nước trong quá trình ép.

 Dễ thi công và lắp ghép.

Hình 4.27 Mặt trên và mặt dưới của tấm khuôn dương thứ nhất

Hình 4.28 Mặt trên và mặt dưới của tấm khuôn dương thứ hai

Hình 4.29 Tấm vỏ khuôn dương

Khi lắp 3 tấm ghép lại với nhau sẽ tạo thành tấm khuôn dương hoàn thiện.

Hình 4.30 Cụm tấm khuôn dương hoàn thiện

Hình 4.31 Mặt trên và mặt dưới của tấm khuôn âm thứ nhất

Hình 4.32 Mặt trên và mặt dưới của tấm khuôn âm thứ hai

Hình 4.33 Tấm vỏ khuôn âm

Khi lắp 3 tấm ghép lại với nhau sẽ tạo thành tấm khuôn dương hoàn thiện.

Hình 4.34 Tấm khuôn âm hoàn thiện

Thiết kế áo khuôn

Áo khuôn được thiết kế với thông số:

 Tiêu chuẩn khuôn: futaba_s – type SD.

Hình 4.35 Thông số áo khuôn

Hoàn thiện thiết kế áo khuôn dựa trên thiết kế của tấm khuôn dương, tấm khuôn âm cùng và kích thước chuẩn thực tế của các chi tiết khác thông qua hình bên dưới.

Hình 4.36 Mặt trước và mặt bên của áo khuôn được thiết kế

QUY TRÌNH GIA CÔNG, LẮP GHÉP VÀ ÉP THỬ KHUÔN ÉP NHỰA58

Quy trình gia công và lắp ghép

 Bước 1: CNC nguyên khối các chi tiết áo khuôn, biên dạng đường nước cooling layer 3D tấm thứ nhất, thứ hai của tấm khuôn dương và khuôn âm:

Hình 5.1 Mặt trước và sau của tấm kẹp trên

Hình 5.2 Mặt trước và sau của tấm kẹp dưới

 Tấm đẩy và tấm giữ.

Hình 5.3 Tấm đẩy và tấm giữ

Hình 5.4 Tấm đỡ khuôn dương

 CNC đường nước cooling layer 3D tấm thứ nhất và thứ hai của khuôn âm.

Hình 5.6 CNC đường nước cooling layer 3D tấm thứ nhất và thứ hai khuôn âm

 Biên dạng đường nước cooling layer 3D tấm thứ nhất và thứ hai của khuôn dương.

Hình 5.7 CNC đường nước cooling layer 3D tấm thứ nhất và thứ hai khuôn dương

 Bước 2: Gá đặt và CNC lòng khuôn trên tấm thứ hai của tấm khuôn âm và khuôn dương.

Hình 5.8 Gá đặt tấm khuôn âm và tấm khuôn dương để CNC lòng khuôn

Hình 5.9 Lòng khuôn của tấm khuôn dương và khuôn âm sau khi CNC

 Bước 3:Gia công tấm vỏ của khuôn dương và khuôn âm.

 Hàn các các tấm kim loại có kích thước 300x300 mm với bề dày từ 3 mm đến 4 mm để tạo thành tấm vỏ của khuôn âm và khuôn dương.

Hình 5.10 Quá trình gá đặt và hàn các tấm kim loại

 Lắp và hàn trụ đặc.

Hình 5.11 Lắp và hàn trụ đặc

 Phay lỗ và phay 6 mặt.

Hình 5.12 Quá trình phay lỗ và phay 6 mặt

Hình 5.13 Hoàn thiện tấm vỏ của khuôn âm và khuôn dương

 Bước 4: Thả bi vào đường nước cooling layer 3D để chống lún và lắp ron cao su ngăn xì nước trong quá trình ép sản phẩm.

Hình 5.14 Quá trình thả bi và lắp ron cao su

 Bước 5: Lắp và hoàn thiện các tấm khuôn âm và khuôn dương cùng với các chi tiết áo khuôn.

Hình 5.15 Lắp và hoàn thiện bộ khuôn

Ép thử khuôn

 Vật liệu nhựa thử nghiệm: LDPE

 Tốc độ phun: 70 mm/giây.

Hình 5.16 Quá trình ép sản phẩm

Hình 5.17 Sản phẩm thu được sau khi ép

Phân tích đánh giá kết quả

Kết quả thực nghiệm được so sánh với mô hình mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình Kết quả cho thấy:

 Mô hình mô phỏng đã phản ánh khá chính xác so với mô hình thực tế từ sản phẩm thu được đến kênh giải nhiệt dạng 3D sau khi được hoàn thiện.

 Có một số sai lệch nhỏ trong quá trình thực nghiệm, nhưng không đáng kể và có thể điều chỉnh trong các lần thực nghiệm tiếp theo.

5.3.2 Đánh giá hiệu quả của cooling layer dạng 3D

Dựa trên các kết quả thu được, có thể khẳng định rằng kênh giải nhiệt cooling layer dạng 3D mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp làm mát truyền thống qua một vài điểm sau:

 Giảm thiểu nhiệt độ tại các vị trí quan trọng, giúp tăng chất lượng sản phẩm.

 Tối ưu hóa sự phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn, giảm thiểu các lỗi do nhiệt độ không đồng đều.

 Tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất nhờ việc giảm thời gian chu kỳ và tăng hiệu suất sản xuất.