Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật cơ khí: Chế tạo mô hình khuôn phun ép nhựa có thành mỏng dùng hệ thống giải nhiệt dạng lớp (layer)

Nội dung chính của đồ án: - Thiết kế và chế tạo mô hình khuôn phun ép nhựa có thành mỏng dùng hệ thống giải nhiệt dạng lớp layer... Hệ thống làm nguội khuôn ép nhựa là một thành phần qu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

GVHD: TS TRẦN MINH THẾ UYÊN SVTH: TRẦN QUANG ĐẠI

TRẦN KIẾN NGHỊ

CHẾ TẠO MÔ HÌNH KHUÔN PHUN ÉP NHỰA

CÓ THÀNH MỎNG DÙNG HỆ THỐNG GIẢI NHIỆT

DẠNG LỚP (LAYER)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Trần Kiến Nghị 20144288

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Trần Kiến Nghị 20144288

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2024

BẢNG PHÂN CHIA NHIỆM VỤ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Phúc Nghĩa MSSV: 20144290

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Tài liệu về khuôn phun ép nhựa

- Tài liệu về công nghệ chế tạo máy

3 Nội dung chính của đồ án:

- Thiết kế và chế tạo mô hình khuôn phun ép nhựa có thành mỏng dùng hệ thống giải nhiệt dạng lớp (layer)

- Viết báo cáo

6 Ngày nộp đồ án:

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

 Được phép bảo vệ ………

(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: Chế tạo mô hình khuôn phun ép nhựa có thành mỏng dùng hệ thống giải

nhiệt dạng lớp (layer)

- Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Minh Thế Uyên

- Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Phúc Nghĩa MSSV: 20144290

- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện Chúng tôi không sao chép bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kì một sự vi phạm nào, chúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm”

TP Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Năm 2024

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm đã cố gắng thực hiện một cách tốt nhất nhưng do kinh nghiệm cùng kiến thức hạn hẹp nên còn nhiều sai xót về đề tài Do đó, chúng em mong được sự góp ý của quý thầy cô, bạn bè và gia đình góp ý để chúng em hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất

Cuối cùng nhóm xin kính chúc Ban giám hiệu và thầy cô Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy phát triễn vững mạnh để đào tạo ngày càng nhiều sinh viên ưu tú góp phần đóng góp vào xây dựng đất nước, xã hội Chúc gia đình, bạn bè và quý thầy cô luôn khỏe mạnh, vui vẻ và thành công trong công việc và cuộc sống

Nhóm xin chân thành cảm ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án

Trần Quang Đại

Trần Kiến Nghị

Nguyễn Hữu Phúc Nghĩa

TÓM TẮT

Với mong muốn áp dụng các kiến thức đã học và kinh nghiệm thực tập Vì thế,

nhóm đã quyết định nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện đề tài: " Chế tạo mô hình khuôn phun ép nhựa có thành mỏng dùng hệ thống giải nhiệt dạng lớp (layer)" Dự án này nhằm thử thách bản thân, củng cố kiến thức đã học và nâng cao kỹ năng thực hành

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

- Thiết kế mô hình khuôn phun ép nhựa có thành mỏng giải nhiệt dạng lớp (layer)

- Chế tạo mô hình khuôn phun ép nhựa có thành mỏng giải nhiệt dạng lớp (layer)

- Khảo sát, nghiên cứu kích thước và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

- Phân tích mô phỏng trên phần mềm mô phỏng Moldex 3D

- Ép thử sản phẩm và hoàn thiện

- Đánh giá, kết luận và viết báo cáo

Kết luận: Với việc áp dụng những kiến thức về khuôn nhựa, sử dụng các phần

mềm thiết kế và mô phỏng, gia công, dung sai, phun ép nhựa trong quá trình thực hiện đề tài là một kho báo vô cùng quý giá giúp nhóm thực hiện đề tài vững kiến thức để áp dụng vào thực tế, những kinh nghiệm khi bước vào môi trường làm việc

ABSTRACT

With the desire to apply the knowledge learned and internship experience

Therefore, the team decided to research, learn and implement the topic:" Manufacturing

a model of a thin-walled plastic injection mold using a layer cooling system" This project aims to challenge yourself, consolidate the knowledge you have learned, and improve your practical skills

The main contents of the project include:

- Design a plastic injection mold model with thin walls for cooling in layers

- Manufacturing a model of a plastic injection mold with thin walls for cooling in layers (layers)

- Survey, study the size and technical requirements of the product

- Simulation analysis on Moldex 3D simulation software

- Test press the product and finish

- Evaluation, conclusion and report writing

Conclusion: With the application of knowledge about plastic molds, the use of design

and simulation software, processing, tolerances, and plastic injection molding in the process of implementing the project is an extremely valuable repository to help the team implement the project with solid knowledge to apply in practice experiences when entering the working environment

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU 18

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 18

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 19

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 20

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 21

1.5 Nội dung nghiên cứu 21

1.6 Phương pháp nghiên cứu 21

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHUÔN ÉP NHỰA 23

2.1 Tầm quan trọng và mục đích của hệ thống làm nguội 23

2.2 Độ dẫn nhiệt của kim loại : 24

2.3 Quy luật thiết kế kênh dẫn nguội 25

2.4 Thiết kế kênh làm nguội 29

2.5 Tổng quan về khuôn ép nhựa 30

2.5.1 Khái niệm về khuôn 30

2.5.2 Phân loại khuôn ép nhựa 31

2.6 Kết cấu chung của bộ khuôn 35

2.7 Xác định kiểu khuôn ( khuôn 3 tấm ) 37

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KHUÔN CHO SẢN PHẨM 39

3.1 Cơ sở thiết kế sản phẩm 39

3.2 Thiết kế tấm insert và sản phẩm 39

3.3 Hệ thống định vị 44

3.3.1 Bạc cuống phun 44

3.3.2 Vòng định vị 46

3.3.3 Bạc dẫn hướng 49

3.3.4 Chốt dẫn hướng 50

3.4 Tấm kẹp di động 53

3.5 Tấm kênh dẫn (Runner) 55

3.6 Tấm khuôn âm 56

3.7 Chốt hồi 58

3.8 Gối đỡ 59

3.9 Tấm kẹp cố định 60

3.10 Hệ thống làm nguội cooling layer 62

3.11 Hình dạng 3D của hệ thống nguội chạy qua sản phẩm 69

3.12 Mô phỏng nhiệt độ sản phẩm bằng phần mềm moldex 3D 69

3.12.1 Thời gian điền đầy sản phẩm 69

3.12.2 Áp xuất phun 70

3.12.3 Nhiệt độ sản phẩm sau khi giải nhiệt 71

3.12.4 Thời gian làm nguội của khuôn 72

CHƯƠNG 4: GIA CÔNG VÀ LẮP RÁP BỘ KHUÔN 73

4.1 Tính toán gia công 73

4.1.1 Kế hoạch chuẩn bị 73

4.1.2 Phần mềm gia công 73

4.2 Gia công 73

4.2.1 Gia công 6 mặt của các tấm khuôn 73

4.2.2 Tấm kẹp cố định 75

4.2.3 Tấm runner 77

4.2.4 Tấm khuôn âm 79

4.2.5 Tấm khuôn dương 82

4.2.6 Tấm lòng khuôn và tấm lót 85

4.2.7 Gối đỡ 86

4.2.8 Tấm kẹp di động 87

4.3 Khuôn sau khi gia công và sản phẩm 89

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 90

5.1 Kết luận 90

5.2.Hướng phát triển 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các chất làm lạnh thường sử dụng nhất 24

Bảng 2.2: Giá trị độ dẫn nhiệt của các kim loại làm khuôn thông dụng 24

Sơ đồ 2.1: Thành phần Hệ thống làm nguội.[1] 24

Sơ đồ 2.2 Kênh dẫn nguội không nên quá dài [1] 26

Biểu đồ 2.1.So sánh dòng chảy rối và dòng chảy tầng[1] 28

Bảng 2.3 Trạng thái dòng chảy dựa trên số Raynold 28

Sơ đồ 2.3: Kích thước kênh dẫn làm nguội cho thiết kế [1] 29

Bảng 4.1: Bảng kê phôi 73

Bảng 4.2: Chế độ cắt khi gia công kích thước bao 74

Bảng 4.3: Chế độ cắt khi gia công kích thước bao 74

Bảng 4.4: Thông số tấm kẹp cố định 75

Bảng 4.5: Chế độ cắt khi gia công tấm kẹp cố định nguyên công 1 76

Bảng 4.6: Chế độ cắt khi gia công tấm kẹp cố định nguyên công 2 76

Bảng 4.7: Thông số tấm runner 77

Bảng 4.8: Chế độ cắt khi gia công tấm runner nguyên công 1 78

Bảng 4.9: Thông số tấm khuôn âm 79

Bảng 4.10: Chế độ cắt khi gia công tấm khuôn âm nguyên công 2 80

Bảng 4.11: Chế độ cắt khi gia công tấm khuôn âm nguyên công 3 80

Bảng 4.12: Chế độ cắt khi gia công tấm khuôn âm nguyên công 4 81

Bảng 4.13: Thông số của khuôn dương 82

Bảng 4.14: Chế độ cắt khi gia công tấm khuôn dương nguyên công 2 83

Bảng 4.15: Chế độ cắt khi gia công tấm khuôn dương nguyên công 3 84

Bảng 4.16: Chế độ cắt khi gia công tấm khuôn dương nguyên công 4 84

Bảng 4.15: Thông số của tấm lòng khuôn và tấm lót 85

Bảng 4.16: Thông số của gối đỡ 86

Bảng 4.17: Chế độ cắt khi gia công gối đỡ nguyên công 1 87

Bảng 4.18: Thông số của tấm kẹp di động 87

Bảng 4.19: Chế độ cắt khi gia công tấm kẹp di động nguyên công 1 88

Bảng 4.20: Chế độ cắt khi gia công tấm kẹp di động nguyên công 2 88

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Một số chất làm nguội 23

Hình 2.2 : Hệ thống làm nguội trên khuôn [1] 25

Hình 2.3: Làm nguội đều [1] 25

Hình 2.3: Làm nguội không đều [1] 26

Hình 2.4: khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng [1] 31

Hình 2.5: Khuôn 2 tấm và khuôn 3 tấm 34

Hình 2.6: Khuôn Undercut 35

Hình 2.7: Cơ cấu chung của một bộ khuôn 36

Hình 2.8: Cơ cấu khuôn 3 tấm 38

Hình 3.1.Thiết kế chiều dài và chiều rộng sản phẩm 39

Hình 3.2.Thiết kế độ dày sản phẩm 39

Hình 3.3 Sản phẩm thiết kế 40

Hình 3.4 Chiều dài và rộng của tấm lót 40

Hình 3.5 Chiều dày của tấm lót 41

Hình 3.6 Khoan lỗ M5 tấm lót 41

Hình 3.7 Kích thước tấm lồng khuôn 42

Hình 3.8 Độ dày tấm lòng khuôn 42

Hình 3.9 Tạo sản phẩm trên tấm lồng khuôn 43

Hình 3.10 Khoan lỗ M5 tấm lồng khuôn 43

Hình 3.11 Tấm insert và tấm lồng khuôn sau khi thiết kế 44

Hình 3.12: Vòng định, bạc cuống phun vị trong khuôn ép nhựa 45

Hình 3.13: Thiết kế hợp lí cho bạc cuống phun 46

Hình 3.14: Bạc cuống phun 46

Hình 3.15: Một số loại vòng định vị 47

Hình 3.16: Vòng định vị côn bên trong 48

Hình 3.17: Một số loại bạc dẫn hướng 49

Hình 3.18: Bạc dẫn hướng 50

Hình 3.19: Chốt dẫn hướng có vai 52

Hình 3.20: Chốt dẫn hướng không có vai 52

Hình 3.21: Chốt dẫn hướng 53

Hình 3.22: Vị trí tấm kẹp cố định trên bộ khuôn 54

Hình 3.23: Bản vẽ tấm kẹp cố định 54

Hình 3.24: Tấm kênh dẫn và các bộ phận gắn trên tấm khuôn 55

Hình 3.25: Bản vẽ tấm kênh dẫn 56

Hình 3.26: Tấm khuôn âm 57

Hình 3.27: Bản vẽ tấm khuôn âm 58

Hình 3.28: Chốt hồi 59

Hình 3.29: Bản vẽ gối đỡ 60

Hình 3.30: Mặt dưới của tấm kẹp di động 61

Hình 3.31: Bản vẽ tấm kẹp di động 61

Hình 3.32 : Kích thước phay tấm lót vào khuôn dương 63

Hình 3.33 : Kích thước phay hóc nước vào khuôn dương 64

Hình 3.34 : Rãnh ron 64

Hình 3.35 : Tấm khuôn dương có tấm lòng khuôn và tấm lót 65

Hình 3.36: Tấm khuôn dương khi tháo tấm lòng khuôn và tấm lót 66

Hình 3.37: Bản vẽ tấm khuôn dương 67

Hình 3.38: Một số loại ron cao su 68

Hình 3.39: Bi sắt 68

Hình 3.40: Vít lục giác 68

Hình 3.41: Hệ thống làm nguội layer theo sản phẩm 69

Hình 3.42 Thời gian điền đầy sản phẩm 70

Hình 3.43 Áp xuất phun 70

Hình 3.44 Nhiệt độ sản phẩm của tấm khuôn cooling layer 71

Hình 3.45 Nhiệt độ sản phẩm của tấm khuôn thường 71

Hình 3.46 Thời gian làm nguội của tấm khuôn cooling layer 72

Hình 3.47 Thời gian làm nguội của tấm khuôn thường 72

Hình 4.1: Thiết kế và xét chuẩn gia công tấm kẹp cố định 75

Hình 4.2: Tấm kẹp cố định đã gia công 77

Hình 4.3: Thiết kế chuẩn gia công tấm runner 78

Hình 4.4: Mặt của tấm khuôn âm 79

Hình 4.5: Mặc dưới của tấm khuôn âm đã gia công 81

Hình 4.6: Xét chuẩn gia công mặt trên và mặt dưới của tấm khuôn dương 82

Hình 4.7: Tấm khuôn dương đã gia công 85

Hình 4.8: Tấm lòng khuôn và tấm lót 86

Hình 4.9: Gối đỡ 86

Hình 4.10: Gối đỡ sau khi gia công 87

Hình 4.11: Tấm kẹp di động đã gia công 88

Hình 4.12:Khuôn sau khi gia công 89

Hình 4.13: Sản phẩm hoàn thiện 89

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CAE Computer Aided Engineering

CNC Computerized Numerical Control CAD Computer Aided Design

CAM Computer Aided Manufacturing CFD Computational Fluid Dynamics GVHD Giảng Viên Hướng Dẫn

MSSV Mã Số Sinh Viên

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong lĩnh vực khuôn mẫu, hệ thống làm nguôi là đặc trưng riêng của khuôn ép nhựa, thực hiện vai trò quan trọng chu trình ép phun chiếm 60% tổng thời gian

Hệ thống làm nguội khuôn ép nhựa là một thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa bằng phương pháp ép nhựa Hệ thống này có nhiệm vụ làm giảm nhiệt độ của khuôn sau khi nhựa được bơm vào và định hình, giúp sản phẩm nguội nhanh chóng và đạt được hình dạng, kích thước như mong muốn Nhiệt độ nóng chảy của nhựa được đưa vào khuôn thường ở khoảng 150oC – 300oC Với mức nhiệt độ này khi tiên nhựa vào lòng khuôn sẽ làm khuôn nóng lên Lúc này, hệ thống làm mát có vai trò giải nhiệt khuôn và làm cho nhựa dần dần cứng lại

Cụ thể vai trò chính của hệ thống làm nguội là :

• Làm giảm nhiệt độ của khuôn sau khi nhựa nóng được bơm vào để định hình sản phẩm Giúp nhựa nguội nhanh và đông đặc, từ đó định hình sản phẩm một cách chính xác và ổn định

• Kiểm soát nhiệt độ khuôn để tránh các hiện tượng như co rút, biến dạng, cong vênh của sản phẩm nhựa Sản phẩm nhựa có chất lượng cao, đúng kích thước và hình dáng theo yêu cầu kỹ thuật

• Rút ngắn thời gian chu kỳ ép nhựa bằng cách làm nguội khuôn nhanh chóng và đều đặn Tăng số lượng sản phẩm được sản xuất trong một khoảng thời gian nhất định, tối ưu hóa hiệu quả sản xuất

• Giảm tiêu thụ năng lượng và nguyên vật liệu bằng cách sử dụng hệ thống làm nguội hiệu quả Giảm chi phí sản xuất, tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp

• Duy trì nhiệt độ khuôn ổn định, tránh hiện tượng quá nhiệt gây hư hỏng khuôn Kéo dài tuổi thọ của khuôn ép, giảm chi phí bảo trì và thay thế khuôn

Vì vậy, việc làm mát hiệu quả sẽ làm giảm tối ưu thời gian của chu trình và chi phí của quá trình vận hành ép phun, làm nguội chậm và không đều sẽ dẫn đến những bề mặt không được làm mát đều nhau, xuất hiện hiện tượng cong vênh vì sự co rút khác nhau do làm nguội không đều

Do đó, nhóm đã tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo khuôn phun ép nhựa có thành mỏng dùng hệ thống giải nhiệt dạng lớp (cooling layer)

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Hệ thống giải nhiệt khuôn ép nhựa có ý nghĩa khoa học quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm kỹ thuật cơ khí, công nghệ sản xuất và vật liệu học.Tối ưu hóa quá trình làm nguội, giảm thiệu thời gian và hạn chế các lỗi về làm nguội mang ý nghĩa vô cùng quan trọng vì nó chiếm khoảng 60% tổng thời gian ép phun Dưới đây là một số ý nghĩa khoa học chính:

Nghiên cứu về truyền nhiệt

• Ý nghĩa: Hệ thống giải nhiệt khuôn ép nhựa là một ví dụ thực tế về truyền nhiệt

trong các quy trình công nghiệp

• Ứng dụng: Hiểu biết về cơ chế truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt, và các hiện tượng

liên quan giúp cải tiến thiết kế hệ thống giải nhiệt, nâng cao hiệu quả và tiết kiệm năng lượng

Phát triển vật liệu mới

• Ý nghĩa: Nghiên cứu về hệ thống giải nhiệt giúp đánh giá và phát triển các vật

liệu mới cho khuôn ép nhựa và chất làm nguội

• Ứng dụng: Tạo ra các vật liệu có độ dẫn nhiệt cao, khả năng chịu nhiệt tốt và bền

vững trong môi trường sản xuất khắc nghiệt

Tối ưu hóa quá trình sản xuất

• Ý nghĩa: Hiểu biết về hệ thống giải nhiệt giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, từ

đó giảm thời gian chu kỳ ép nhựa và nâng cao chất lượng sản phẩm

• Ứng dụng: Ứng dụng các phương pháp toán học và mô hình hóa để dự đoán và

kiểm soát nhiệt độ khuôn một cách chính xác

Bảo vệ môi trường

• Ý nghĩa: Các hệ thống giải nhiệt tiên tiến giúp giảm lượng phế liệu nhựa và tiêu

thụ năng lượng, góp phần bảo vệ môi trường

• Ứng dụng: Phát triển các quy trình sản xuất bền vững, thân thiện với môi trường,

và giảm thiểu khí thải công nghiệp

Hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ

• Ý nghĩa: Hệ thống giải nhiệt là một phần quan trọng trong việc nghiên cứu và

phát triển các công nghệ mới trong sản xuất nhựa

• Ứng dụng: Nghiên cứu và phát triển các phương pháp làm nguội hiệu quả, ứng

dụng công nghệ tiên tiến để cải thiện quy trình sản xuất

Khi nhiệt độ làm nguội không đồng đều sẽ dẫn đến sản phẩm bị biến dạng, cong vênh Hệ thống giải nhiệt khuôn mà không phù hợp sẽ làm nhiệt độ bề mặt khuôn chênh lệch và sản phẩm có sự khác biệt về bề dày, dẫn đến áp xuất khuôn khác nhau, co rút khác nhau

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- So sánh và phân tích các kết quả

- Viết báo cáo

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Do những điều kiện khách quan cũng như chủ quan mà đề tài chỉ nghiên cứu trong phạm vi giới hạn sau:

- Tổng quan về khuôn ép nhựa và hệ thống làm nguội của khuôn ép nhựa

- Thiết kế sản phẩm, hệ thống làm mát dạng lớp (layer)

- Tính toán tách khuôn có hệ thống làm mát dạng lớp (layer)

- Thiết kế khuôn trên phần mềm Creo Parametric 9.0

- Mô phỏng ép và phân tích sản phẩm trên Moldex3D

- Gia công bộ khuôn

- Lắp ráp khuôn, và ép thử sản phẩm trên máy ép

1.5 Nội dung nghiên cứu

Ứng dụng và phát huy tối đa những kiến thức đã học trong mãng khuôn mẫu nói

riêng và cơ khí nói chung Nhóm đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra bộ khuôn phun ép nhựa có thành mỏng dùng hệ thống giải nhiệt dạng lớp Đồ án bao gốm những nội dung chính:

- Chương 1: Tổng quan đề tài (Giới thiệu, mục tiêu, Phương pháp nghiên cứu)

- Chương 2: Cơ sở lí thuyết: Kiến thức về khuôn phun ép

- Chương 3: Thiết kế khuôn (Thiết kế trên phần mềm Creo, Ứng dụng Moldex 3D

để mô phỏng và tối ưu thiết kế)

- Chương 4: Quá trình chế tạo và lắp ráp khuôn (Xuất bản vẽ trên Autocad)

- Chương 5: Thử nghiệm, đánh giá và kết luận

1.6 Phương pháp nghiên cứu

- Chú ý lắng nghe hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn

- Tham khảo tài liệu: Các quá trình giải nhiệt cho khuôn, hệ thống giải nhiệt và phân loại

- Truy cập mạng Internet: Internet là tài liệu phong phú và hữu ích cho mọi người

Là nơi có nhiều thông tin mới nhất, những tiến bộ của khoa học kỹ thuật

Tự nghiên cứu: Sau khi tham khảo tài liệu, ý kiến của giảng viên hướng dẫn và thông tin trên internet, nhóm nghiên cứu sẽ tự đưa ra phương pháp thiết kế, chế tạo phù hợp với khả năng và hình thành một mô hình khuôn có hệ thống giải nhiệt dạng lớp (layer)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀ CƠ

SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHUÔN ÉP NHỰA 2.1 Tầm quan trọng và mục đích của hệ thống làm nguội

2.1.1 Tầm quan trọng

Thời gian làm nguội chiếm 60% thời gian cuả chu kì khuôn, vì thế việc làm sao

để giảm thời gian làm nguội nhưng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là quan trọng, nhiệt độ chảy của nhựa đưa vào khuôn thường vào khoảng 150oC -300oC, khi nguyên liệu nhựa được đưa vào khuôn ở nhiệt độ cao này, một lượng nhiệt lớn từ nguyên liệu được truyền vào khuôn và thông qua hệ thống làm nguội giảm nhiệt độ khuôn Nếu hệ thống làm nguội vì một nguyên nhân nào đó chưa đưa được nhiệt ra khuôn một cách hữu hiệu, làm nhiệt độ trong khuôn không ngừng tăng lên, làm tắng chu kì sản xuất

2.1.2 Mục đích

- Giữ cho khuôn có nhiệt độ ổn định để nguyên liệu nhựa giải nhiệt đều

- Giải nhiệt nhanh, tranh trường hợp giải nhiệt không kịp, gây nên hiện tượng biến dạng sản phẩm gây phế phẩm

- Giảm thời gian chu kì, tăng năng xuất sản xuất

Thời gian đóng

mở khuôn Thời gian phun

Thời gian làm nguội Bão áp

Hình 2.1: Một số chất làm nguội

2.2 Độ dẫn nhiệt của kim loại :

Bảng 2.2: Giá trị độ dẫn nhiệt của các kim loại làm khuôn thông dụng

C: Ống cung cấp chất làm nguội (Supply manifold ) D: Bơm ( Pump )

E: kênh làm nguội (Regular cooling channels ) F: Ống dẫn ( Hoses )

G: vách làm nguội ( Baffle ) H: Bộ điều khiển nhiệt độ ( temperature controller )

Ống chứa dịch làm nguội

(Collection Manifold) Khuôn dương

Ống cung cấp Khuôn âm

Hình 2.2 : Hệ thống làm nguội trên khuôn [1]

2.3 Quy luật thiết kế kênh dẫn nguội

- Để đảm bảo làm nguội đồng đều toàn bộ sản phẩm cần chú ý đến những phần dày nhất của sản phẩm.( sơ đồ 2.2 )

b a

Hình 2.3: Làm nguội đều [1]

a- Đường đẳng nhiệt b- Kênh dẫn nguội

c a

b

Hình 2.3: Làm nguội không đều [1]

a- Đường đẳng nhiệt b- Kênh dẫn nguội c- Đóm nóng

- Bố trí kênh dẫn gần mặt khuôn đề có giá trị giải nhiệt tốt hơn

- Đường kính rảnh làm nguội không nên thay đổi trên toàn bộ chiều dài để tránh ngắt dòng làm nguội làm quá trình giải nhiệt không được tối ưu

- Nên chia kênh dẫn làm nguội thành nhiều vòng làm nguội Không nên thiết kế chiều dài kênh dẫn nguội quá dài dẫn đến mất áp xuất và tăng nhiệt độ làm độ chênh lệch vào và ra tăng quá 30 oC.( sơ đồ 2.3 )

Không tốt Không tốt Tốt

Sơ đồ 2.2 Kênh dẫn nguội không nên quá dài [1]

- Dòng chảy chất làm mát phải chảy liên tục và chảy từ nơi có nhiệt độ cao đến nới

chiếm diện tích nên việc thiết kế kênh làm nguội ở core gặp khó khăn, thường phải nghĩ đến việc đặt các kênh làm nguội chéo nhau Mục tiêu của việc thiết kế

là phải đảm bảo lượng chất làm nguội đi qua giữa cavity và core phải bằng nhau

- Nhiệt độ ở đầu vào và đầu ra càng ít chênh lệch càng tốt (ΔT = Tra - Tvào), ΔT đảm bảo trong khoảng từ 1 ÷ 5°C Lượng nhiệt được giải tỏa ra khỏi khuôn tỷ lệ với vận tốc dòng chảy, muốn lượng nhiệt giải toả ra nhiều và nhanh chóng, phải làm sao tăng vận tốc dòng chảy thông qua hệ thống bơm thuỷ lực

- Việc bố trí đường nước theo kiểu nối tiếp hoặc song song hay vừa nối tiếp vừa song song là không quan trọng, mà quan trọng là bố trí sao cho phù hợp với quy luật dòng chảy

- Cần ưu tiên thiết kế đường nước cho những vị trí trên sản phẩm có thành dày đột ngột, khi thiết kế cần liên hệ với khách hàng, để nếu có thể thì giảm bớt độ dày của thành cho cân đối Những trường hợp gặp những chỗ trên Cavity dạng tấm mỏng, nếu có khoan đường nước thì tính hiệu quả cũng không cao, phải chọn giải pháp khác, đó là chọn hợp kim khác thay thế, có khả năng giải nhiệt nhanh hơn

- Cần lưu ý làm mát cả những tấm khuôn quan trọng, mặc dù nơi đó không có sản phẩm (ví dụ như khuôn ba tấm thì nên thiết kế đường nước giải nhiệt cho cả tấm lấy xương keo, vì trong khuôn ba tấm, tấm lấy xương keo thường mỏng hơn tấm kẹp, nên chịu ảnh hưởng nhiệt nhiều hơn, giãn nở nhiều hơn so với tấm kẹp nên

dễ gây biến dạng chốt; do đó, khó mở khuôn

- Kênh làm nguội phải được khoan có độ nhám để tạo dòng chảy rối sẽ giúp trao đội nhiệt tốt hơn dòng chảy tầng 3-5 lần

a b c d

63°C 43°C 23°C 20°C

Dòng chảy tầng Dòng chảy rối

a – Chất làm nguội; b – Bề mặt nước/kim loại; c – Thành khuôn; d – Chi tiết nhựa

Biểu đồ 2.1.So sánh dòng chảy rối và dòng chảy tầng[1]

- Dòng chảy rối được đặc trưng bởi số Raynold (Re) Theo bảng:

Bảng 2.3 Trạng thái dòng chảy dựa trên số Raynold

- Số Reynold có thể tính theo công thức sau:

Trong đó: ρ: tỷ trọng riêng của chất làm nguội(kg/m3)

U: vận tốc trung bình của dòng chất làm nguội(m/s) d:

đường kính kênh làm nguội(m) л: hệ số nhớt kênh làm nguội(m2/s)

- Cần xem xét độ bền cơ học của tấm khuôn khi khoan các kênh làm nguội

2.4 Thiết kế kênh làm nguội

- Các kênh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt nhưng cần chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn

- Đường kính kênh làm nguội phải lớn hơn 8mm (8 hoặc 10) để dễ gia công và phải giữ nguyên như vậy để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau

do đường kính các kênh làm nguội khác nhau

- Nên chia hệ thống làm nguội ra nhiều vùng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn

- Đặc biệt chú ý đến việc làm nguội những phần dày của sản phẩm

- Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng, lưu ý đến hiện tượng cong vênh do sự co rút khác nhau khi bề dày sản phẩm khác nhau

Sơ đồ 2.3: Kích thước kênh dẫn làm nguội cho thiết kế [1]

Bề dày thành sản

phẩm (mm)

Đường kính kênh làm nguội (mm)

Khoảng cách từ tấm kênh làm nguội đến thành sản phẩm

Khoảng cách giữa 2 tấm kênh dẫn nguội

2.5 Tổng quan về khuôn ép nhựa

2.5.1 Khái niệm về khuôn

- Khuôn là một dạng thiết bị dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình, khuôn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần hay nhiều lần

- Kết cấu và kích thước của khuôn được thiết kế và chế tạo phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, chất lượng và số lượng của sản phẩm cần tạo ra Ngoài ra, còn có rất nhiều vấn đề khác cần phải quan tâm đến như các thông số công nghệ của sản phẩm (góc nghiêng, nhiệt độ khuôn, áp xuất gia công,…), tính chất vật liệu gia công (độ co rút, tính đàn hồi, độ cứng,…), các chỉ tiêu về tính kinh tế của bộ khuôn Khuôn sản xuất sản phẩm nhựa là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, được chia ra làm hai phần khuôn chính là:

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

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

- Ngoài ra, khoảng trống giữa cavity và core được điền đầy bởi nhựa nóng chảy Sau đó, nhựa được làm nguội, đông đặc rồi lấy ra khỏi khuôn bằng hệ thống

ty đẩy hoặc thao tác bằng tay Sản phẩm thu được sẽ có hình dạng của lòng khuôn

- Trong một bộ khuôn phần lõm vào sẽ xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm được gọi là lòng khuôn, còn phần lồi ra sẽ xác định hình dạng bên trong của sản phẩm được gọi là lõi) một bộ khuôn có thể có một hoặc nhiều lòng khuôn và lõi Phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi được gọi là mặt phân khuôn

Khuôn âm

Lòng khuôn

Khuôn dương Mặt phân khuôn

Hình 2.4: khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng [1]

2.5.2 Phân loại khuôn ép nhựa

- Theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm:

+ Khuôn cho sản phẩm một màu

+ Khuôn cho sản phẩm nhiều màu

- Tóm lại, có các loại khuôn ép phun sau: khuôn hai tấm (two plate mold), khuôn

ba tấm (three plate mold), khuôn có kênh dẫn nóng (hot runner system), khuôn nhiều tầng (stack mold- tích hợp nhiều lòng khuôn giống nhau lên một bộ khuôn) và khuôn cho sản phẩm nhiều màu (tích hợp nhiều lòng khuôn khác nhau lên một bộ khuôn), loại khuôn này đòi hỏi máy ép có nhiều đầu phun Ngoài ra còn có các cách phân loại như sau:

- Theo lực đóng khuôn chia ra loại: 7, 50,… 100, … 8000 tấn

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

Bảng 2.5 Phân loại theo lực kẹp khuôn

- Theo loại pitton hay trục vít

- Phân loại theo phương đặt đầu phun nhựa: nằm ngang hay thẳng đứng

- Phân loại theo tên gọi của hãng sản xuất

+ So với khuôn 3 tấm thì khuôn 2 tấm đơn giản hơn do không cần có tấm giựt cuống keo như khuôn 3 tấm, rẻ hơn, chu kỳ ép ngắn hơn

+ Thời gian để gia công và chế tạo khuôn cũng ngắn hơn

+ Giá thành thấp hơn khuôn 3 tấm hay khuôn nhiều tầng

- Khuyết điểm :

+ Khuôn 2 tấm chỉ sử dụng được cho các chi tiết đòi hỏi có độ chính xác thấp hơn

so với các loại khuôn nhiều

+ Phải tốn nhiều nhiên liệu hơn so với kênh dẫn nóng vì phần xương keo không được

sử dụng cho lần phun tiếp theo như trong kênh dẫn nóng

- Tính ứng dụng :

+ Ứng dụng với những sản phẩm có vòng đời ngắn như những mặt hàng điện tử dân

dụng( thời gian sử dụng trong vài tháng) Sử dụng thích hợp cho các sản phẩm đòi hỏi ít miệng phun

+ Ứng dụng khuôn 2 tấm rẻ tiền để làm các sản phẩm dân dụng các đồ dùng cá nhân,

các sản phẩm phục vụ cho gia đình không đòi hỏi độ chính xác cao và rẻ tiền

b Khuôn 3 tấm ( khuôn bơm điểm )

- Khuôn 3 tấm là khuôn có 2 khoảng mở khuôn , ngoài khoảng mở khuôn

âm và khuôn dương để lấy sản phẩm còn khoảng mở ở tấm giật keo để lấy xương keo , khuôn 3 tấm là khuôn bơm điểm trên sảm phẩm nhựa

- Ưu điểm :

+ Giá thành thấp hơn so với khuôn kênh dẫn nóng

+ Ít bị hỏng hóc hơn khuôn có kênh dẫn nóng

+ Có thể phù hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém

+ Năng suất cao do hệ thống dẫn nhựa tự động tách ra khỏi sản phẩm khi mở

khuôn

+ Cho khả năng phân phối nhựa tốt hơn và đồng đều hơn do các nhánh kênh dẫn được bố trí cách đều nhau

- Khuyết điểm :

+ Chu kỳ ép phun tăng và cần áp suất phun lớn để điền đầy do hành trình của

của dòng nhựa để đến được lòng khuôn dài

+ Lãng phí nhiều vật liệu do có thêm tấm stripper plate chứa hệ thống kênh dẫn

- Tính ứng dụng :

+ Khuôn có nhiều lòng khuôn

+ Khuôn có một lòng khuôn nhưng phức tạp nên cần hơn một vị trí phun nhựa

+ Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác

+ Vì phải cân bằng dòng nhựa giữa các kênh dẫn khác với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn

Hình 2.5: Khuôn 2 tấm và khuôn 3 tấm

c Khuôn hot runner

- Khuôn hot runner là khuôn có thiết bị gia nhiệt để nguyên liệu luôn nóng , không bị động lại , khuôn bơm trưic tiếp một đầu hay nhiều đầu ( khi đó phải có manifold )

d Khuôn undercut

- Sản phẩm có undercut không thể lói sản phẩm ra được theo hướng mở khuôn thông thường Khi nào sẽ dùng trượt , hoặc lói xiên để thoát undercut

Hình 2.6: Khuôn Undercut

2.6 Kết cấu chung của bộ khuôn

- Để thiết kế được một bộ khuôn ép nhựa hoàn chỉnh thì đòi hỏi người thiết kế khuôn phải hiểu được kết cấu của khuôn ép nhựa Tùy theo yêu cầu sản phẩm mà

ta sẽ có các kết cấu khuôn khác nhau như: Khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm, khuôn có slide…

- Ngoài core và cavity thì trong khuôn còn rất nhiều bộ phận khác Các bộ phận này lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn

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

chốt hồi…

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

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

12 13

14 15 16

Hình 2.7: Cơ cấu chung của một bộ khuôn

3 – Đường làm nguội 8 – Khóa khuôn đực 13 – Tấm kẹp sau 18 – Lò xo

2.7 Xác định kiểu khuôn ( khuôn 3 tấm )

- Khuôn 3 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn được

bố trí trên hai mặt phẳng và khi mở khuôn thì có 1 khoảng mở để lấy sản phẩm

ra và khoảng mở kia để lấy khuôn nhựa Do đó, nếu lấy sản phẩm và kênh dẫn

ra khỏi khuôn dùng hệ thống đẩy thì phải bố trí 2 hệ thống Đối với khuôn 3 tấm thì sản phẩm và kênh dẫn nhựa luôn tự động tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa được lấy ra khỏi khuôn

- Hệ thống kết cấu khuôn sẽ phức tạp hơn khuôn 2 tấm, đổi lại với yêu cầu kĩ thuật thì khuôn 3 tấm sẽ đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật:

+ Sản phẩm và kênh dẫn tách rời nhau sau khi ép

+ Khuôn 3 tấm có thể giúp điều chỉnh và tạo ra các chi tiết phức tạp như lỗ, rãnh, và các đặc tính bề mặt phức tạp khác mà khuôn 2 tấm không thể đạt được

- Nhưng khuôn 3 tấm có nhược điểm:

+ Thời gian thiết kế và sản xuất: việc thiết kế và chế tạo khuôn 3 tấm có thể

tốn nhiều thời gian hơn so với khuôn 2 tấm, đặc biệt là trong các ứng dụng có yêu cầu sản xuất thấp

+ Máy ép nhựa cần hành trình lớn và chu kì ép phun dài

+ Chi phí cao: khuôn 3 tấm thường có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn do cấu

trúc phức tạp và khả năng điều chỉnh linh hoạt

- Với việc chế tạo mô hình khuôn phun ép nhựa có thành mỏng dùng hệ thống giải nhiệt dạng lớp (layer) thì ta chọn khuôn 3 tấm có khả năng tách rời sản phẩm và kênh là sự lựa chọn tốt nhất

Tấm kênh dẫn

Tấm cố định

Tấm di động

Part

Tấm chày

Khóa mặt PL Tấm cối

Mặt PL đẩy kênh dẫn

Tấm đẩy kênh dẫn

Cuống nhựa

Kênh dẫn

Hình 2.8: Cơ cấu khuôn 3 tấm

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KHUÔN CHO SẢN PHẨM

3.1 Cơ sở thiết kế sản phẩm

Việc tối ưu hóa làm nguội sản phẩm và thời gian làm nguội, cần 1 sản phẩm để chứng minh điều đó rõ ràng, sản phẩm dạng phẳng sẽ cho chúng ta thấy rõ nhất những thay đổi và nhiệt độ trong bộ khuôn tác động lên sản phẩm

Để chứng minh điều đó, nhóm đã tập trung vào việc thiết kế khuôn để nghiên cứu

về nhiệt và thời gian tác động lên sản phẩm nên sẽ chọn ra 1 sản phẩm đơn giản để làm, mục đích là giảm chi phí những vẫn có hiệu quả cao