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

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Trong ngành khuôn mẫu, hệ thống làm nguội là đặc trưng quan trọng của khuôn ép nhựa, đóng vai trò quyết định trong chu trình ép phun, chiếm tới 60% tổng thời gian thực hiện.

Hệ thống làm nguội khuôn ép nhựa là yếu tố thiết yếu trong sản xuất sản phẩm nhựa, giúp giảm nhiệt độ khuôn sau khi nhựa được bơm vào Quá trình này đảm bảo sản phẩm nguội nhanh và đạt hình dạng, kích thước mong muốn Nhiệt độ nóng chảy của nhựa thường từ 150°C đến 300°C, khiến khuôn nóng lên khi nhựa được đưa vào Do đó, hệ thống làm mát có vai trò quan trọng trong việc giải nhiệt cho khuôn và giúp nhựa cứng lại dần.

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

Giảm nhiệt độ khuôn sau khi nhựa nóng được bơm vào là rất quan trọng, giúp nhựa nguội nhanh chóng và đông đặc Điều này đảm bảo sản phẩm được định hình một cách chính xác và ổn định.

Kiểm soát nhiệt độ khuôn là yếu tố quan trọng giúp ngăn ngừa các vấn đề như co rút, biến dạng và cong vênh ở sản phẩm nhựa Việc duy trì nhiệt độ ổn định không chỉ đảm bảo sản phẩm nhựa đạt chất lượng cao mà còn giữ 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 đồng đều giúp tăng số lượng sản phẩm sản xuất trong một khoảng thời gian nhất định, từ đó tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.

Sử dụng hệ thống làm nguội hiệu quả giúp giảm tiêu thụ năng lượng và nguyên vật liệu, từ đó giảm chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp.

Để đảm bảo tuổi thọ của khuôn ép, việc duy trì nhiệt độ ổn định là rất quan trọng, giúp tránh hiện tượng quá nhiệt có thể gây hư hỏng khuôn Điều này không chỉ kéo dài tuổi thọ của khuôn mà còn giảm chi phí bảo trì và thay thế khuôn hiệu quả.

Việc làm mát hiệu quả trong quá trình ép phun là rất quan trọng, vì nó giúp giảm thời gian chu trình và chi phí vận hành Ngược lại, nếu làm nguội chậm và không đều, sẽ dẫn đến bề mặt sản phẩm không đồng nhất và gây ra hiện tượng cong vênh do sự co rút không đồng 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).

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Hệ thống giải nhiệt khuôn ép nhựa đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như kỹ thuật cơ khí, công nghệ sản xuất và vật liệu học Tối ưu hóa quá trình làm nguội không chỉ giúp giảm thiểu thời gian mà còn hạn chế các lỗi liên quan đến làm nguội, điều này rất quan trọng vì nó chiếm khoảng 60% tổng thời gian ép phun.

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

Hiểu biết về cơ chế truyền nhiệt và hệ số dẫn nhiệt là yếu tố quan trọng trong việc cải tiến thiết kế hệ thống giải nhiệt Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động mà còn giúp tiết kiệm năng lượng Các hiện tượng liên quan cũng đóng vai trò thiết yếu trong việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

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

Hiểu biết về hệ thống giải nhiệt là yếu tố quan trọng giúp tối ưu hóa quy 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

• 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

Nhiệt độ làm nguội không đồng đều có thể gây ra biến dạng và cong vênh cho sản phẩm Hệ thống giải nhiệt khuôn không phù hợp sẽ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ bề mặt khuôn, dẫn đến sự khác biệt về độ dày sản phẩm, gây ra áp suất khuôn không đồng nhất và mức độ co rút khác nhau.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

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

- Thực nghiệm giải nhiệt cho bề mặt khuôn

- So sánh và phân tích các kết quả

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

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

Nội dung nghiên cứu

Nhóm nghiên cứu đã ứng dụng và phát huy kiến thức trong lĩnh vực khuôn mẫu và cơ khí để thiết kế và chế tạo bộ khuôn phun ép nhựa có thành mỏng, sử dụng hệ thống giải nhiệt dạng lớp Đồ án này bao gồm những nội dung chính quan trọng.

- 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

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

Sau khi tham khảo tài liệu, ý kiến từ giảng viên hướng dẫn và thông tin trên internet, nhóm nghiên cứu sẽ tự phát triển phương pháp thiết kế và chế tạo phù hợp với khả năng của mình, nhằm hình thành một mô hình khuôn có hệ thống giải nhiệt dạng lớp.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHUÔN ÉP NHỰA

Tầm quan trọng và mục đích của hệ thống làm nguội

Thời gian làm nguội chiếm 60% chu kỳ khuôn, do đó việc giảm thời gian này mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là rất quan trọng Nhiệt độ chảy của nhựa khi đưa vào khuôn thường dao động từ 150°C đến 300°C Khi nhựa ở nhiệt độ cao được đưa vào khuôn, một lượng lớn nhiệt sẽ truyền vào khuôn và hệ thống làm nguội sẽ giảm nhiệt độ này Nếu hệ thống làm nguội không hoạt động hiệu quả, nhiệt độ trong khuôn sẽ tăng lên, dẫn đến việc kéo dài chu kỳ sản xuất.

- 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

Bảng 2.1: Các chất làm lạnh thường sử dụng nhất

Chất làm nguội thông dụng

Chất làm nguội Nhiệt độ làm việc o C

Nước chống làm lạnh hoặc nước gia nhiệt

Độ dẫn nhiệt của kim loại

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

Vật liệu khuôn Độ dẫn nhiệt (W/m.K)

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

A: Bể chứa dung dịch làm nguội (Collection manifold ) B: khuôn ( mold )

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]

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

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 để đảm bảo hiệu quả làm nguội Tránh thiết kế kênh dẫn nguội quá dài, vì điều này có thể dẫn đến mất áp suất và tăng nhiệt độ, làm cho độ chênh lệch nhiệt độ vào và ra vượt quá 30°C.

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 có nhiệt độ thấp

Hệ thống làm nguội cần được thiết kế đồng đều cho cả khuôn âm và khuôn dương Thông thường, khuôn âm có nhiều diện tích trống hơn, giúp việc bố trí đường nước dễ dàng hơn, trong khi khuôn dương lại có ít diện tích trống do sự hiện diện của hệ thống ty.

Việc thiết kế kênh làm nguội cho core có diện tích hạn chế là một thách thức lớn, thường phải xem xét việc bố trí các kênh làm nguội chéo nhau Mục tiêu chính của thiết kế là đảm bảo rằng lượng chất làm nguội lưu thông giữa cavity và core là đồng đều.

Để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống, nhiệt độ chênh lệch giữa đầu vào và đầu ra (ΔT = Tra - Tvào) nên duy trì trong khoảng từ 1 đến 5°C Lượng nhiệt giải tỏa ra khỏi khuôn tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy; do đó, để tăng cường lượng nhiệt giải tỏa nhanh chóng, cần nâng cao vận tốc dòng chảy thông qua hệ thống bơm thủy lực.

Việc bố trí đường nước không phụ thuộc vào kiểu nối tiếp hay song song, mà quan trọng là phải phù hợp với quy luật dòng chảy để đảm bảo hiệu quả.

Khi thiết kế đường nước cho sản phẩm, cần ưu tiên cho những vị trí có thành dày đột ngột, đồng thời liên hệ với khách hàng để có thể giảm bớt độ dày của thành cho cân đối Đối với những khu vực trên Cavity dạng tấm mỏng, nếu khoan đường nước thì hiệu quả sẽ không cao; vì vậy, cần lựa chọn giải pháp khác, như sử dụng hợp kim thay thế có khả năng giải nhiệt nhanh hơn.

Cần chú ý làm mát tất cả các tấm khuôn quan trọng, ngay cả khi không có sản phẩm Ví dụ, trong khuôn ba tấm, cần thiết kế hệ thống làm mát cho cả tấm lấy xương keo, vì tấm này thường mỏng hơn tấm kẹp Điều này khiến tấm lấy xương keo dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, dẫn đến giãn nở nhiều hơn và có nguy cơ gây biến dạng chốt, làm cho việc mở khuôn trở nên khó khăn.

- 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

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:

Số Reynold Trạng thái dòng chảy

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/m 3 )

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(m 2 /s)

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

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 cần phải lớn hơn 8mm (có thể là 8 hoặc 10mm) để thuận tiện cho quá trình gia công Việc giữ nguyên kích thước này là rất quan trọng để đảm bảo tốc độ chảy của chất lỏng làm nguội không bị biến đổi do sự khác biệt về đường kính của các kênh.

- 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 đóng vai trò quan trọng, đặc biệt khi xem xét hiện tượng cong vênh do sự co rút khác nhau ở các 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(0.08) 8÷10(0.30÷0.40)

Bảng 2.4: Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế

Tổng quan về khuôn ép nhựa

Khuôn là thiết bị chuyên dụng để tạo hình sản phẩm thông qua phương pháp định hình Nó được thiết kế và chế tạo để phục vụ cho một số lượng chu trình nhất định, có thể là một lần hoặc nhiều lần.

Kết cấu và kích thước của khuôn sản xuất phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, chất lượng và số lượng sản phẩm cần tạo ra Ngoài ra, cần xem xét các thông số công nghệ như góc nghiêng, nhiệt độ khuôn và áp suất gia công, cùng với tính chất vật liệu như độ co rút, tính đàn hồi và độ cứng Các chỉ tiêu kinh tế của bộ khuôn cũng rất quan trọng Khuôn sản xuất sản phẩm nhựa bao gồm nhiều chi tiết lắp ghép, được chia thành hai phần chính.

+ 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

Khoảng trống giữa cavity và core được lấp đầy bằng nhựa nóng chảy, sau đó nhựa được làm nguội và đông đặc Cuối cùng, sản phẩm được lấy ra khỏi khuôn bằng hệ thống ty đẩy hoặc thao tác thủ công, tạo ra sản phẩm có hình dạng tương ứng với lòng khuôn.

Trong một bộ khuôn, lòng khuôn xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm, trong khi lõi xác định hình dạng bên trong Một bộ khuôn có thể bao gồm một hoặc nhiều lòng khuôn và lõi, và phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi được gọi là mặt phân 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 tầng lòng khuôn:

+ Khuôn dùng kênh dẫn nóng

+ Khuôn dùng kênh dẫn nguội

- Theo cách bố trí kênh dẫn:

- Theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm:

+ Khuôn cho sản phẩm một màu

+ Khuôn cho sản phẩm nhiều màu

Có nhiều loại khuôn ép phun, bao gồm khuôn hai tấm, khuôn ba tấm, khuôn có kênh dẫn nóng, khuôn nhiều tầng và khuôn cho sản phẩm nhiều màu Khuôn nhiều tầng tích hợp nhiều lòng khuôn giống nhau, trong khi khuôn cho sản phẩm nhiều màu yêu cầu máy ép có nhiều đầu phun Các loại khuôn này có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau.

- 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)

Lực kẹp khuôn Kích thước tương đối

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 a Khuôn 2 tấm và khuôn 3 tấm

- Khuôn 2 tấm : là khuôn có kết cấu đơn giản nhất , gồm 2 tấm khuôn âm và dương đóng mở

+ Khuôn 2 tấm tiết kiệm vật liệu hơn,do kênh dẫn nhựa ở bên hông

+ 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

+ 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

Ứng dụng cho các sản phẩm có vòng đời ngắn, như thiết bị điện tử gia dụng, thường chỉ sử dụng trong vài tháng Phương pháp này phù hợp với những sản phẩm yêu cầu ít miệng phun.

Ứng dụng khuôn 2 tấm giá rẻ rất phù hợp để sản xuất các sản phẩm dân dụng và đồ dùng cá nhân, đặc biệt cho những sản phẩm phục vụ gia đình không yêu cầu độ chính xác cao Ngoài ra, khuôn 3 tấm (khuôn bơm điểm) cũng là một lựa chọn hiệu quả cho các ứng dụng tương tự.

Khuôn 3 tấm là loại khuôn có hai khoảng mở, bao gồm khoảng mở âm và khoảng mở dương để lấy sản phẩm, cùng với khoảng mở ở tấm giật keo để thu hồi xương keo Đây là khuôn bơm điểm được sử dụng cho sản phẩm nhựa.

+ 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

+ 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

+ 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 loại khuôn được trang bị thiết bị gia nhiệt, giúp duy trì nhiệt độ của nguyên liệu luôn ở mức cao, ngăn chặn tình trạng đông đặc Khuôn này có khả năng bơm nguyên liệu trực tiếp qua một hoặc nhiều đầu, và trong trường hợp sử dụng nhiều đầu, cần có hệ thống manifold để phân phối nguyên liệu hiệu quả.

- 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

Kết cấu chung của bộ khuôn

Để thiết kế một bộ khuôn ép nhựa hoàn chỉnh, người thiết kế cần nắm vững cấu trúc của khuôn Tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm, có thể sử dụng các loại khuôn khác nhau như khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm hoặc khuôn có slide.

Ngoài core và cavity, khuôn còn bao gồm nhiều bộ phận khác, các bộ phận này kết hợp với nhau để tạo thành các 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 giữ…

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

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

Hình 2.7: Cơ cấu chung của một bộ khuôn

1 – Tấm kẹp trước 6 – Bạc cuống phun 11 – Chốt hồi 16 – Tấm giữ

2 – Sản phẩm nhựa 7 – Khóa khuôn cái 12 – Gối đỡ 17 – Chốt định vị

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

4 – Vòng định vị 9 – Bạc dẫn hướng 14 – Ty lói 19 – Đấu nối

5 – Kênh dẫn nhựa 10 – Chốt dẫn hướng 15 – Tấm đẩy 20– Tấm kẹp sau

Xác định kiểu khuôn ( khuôn 3 tấm )

Khuôn 3 tấm là loại khuôn ép phun sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội, với kênh dẫn được bố trí trên hai mặt phẳng Khi mở khuôn, có một khoảng mở để lấy sản phẩm và một khoảng mở khác để lấy khuôn nhựa Để lấy sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn bằng hệ thống đẩy, cần bố trí hai hệ thống Đặc biệt, trong khuôn 3 tấm, sản phẩm và kênh dẫn nhựa sẽ tự động tách rời khi 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:

+ Đảm bảo được tính thẩm mĩ (Trên đỉnh và lòng trong sản phẩm) Khuôn 2 tấm không làm được điều này

- Ưu điểm khi chọn khuôn 3 tấm:

+ Dễ chọn vị trí của cổng phun

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

Khuôn 3 tấm mang lại khả năng điều chỉnh và sản xuất các chi tiết phức tạp như lỗ, rãnh và các đặc tính bề mặt tinh vi mà khuôn 2 tấm không thể thực hiện.

- Nhưng khuôn 3 tấm có nhược điểm:

Việc thiết kế và chế tạo khuôn 3 tấm thường tốn nhiều thời gian hơn so với khuôn 2 tấm, đặc biệt 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

Chế tạo mô hình khuôn phun ép nhựa có thành mỏng bằng hệ thống giải nhiệt dạng lớp, khuôn 3 tấm với khả năng tách rời sản phẩm và kênh là lựa chọn tối ưu nhất.

Khóa mặt PL Tấm cối

Mặt PL đẩy kênh dẫn

Hình 2.8: Cơ cấu khuôn 3 tấm

THIẾT KẾ KHUÔN CHO SẢN PHẨM

Cơ sở thiết kế sản phẩm

Việc tối ưu hóa quá trình làm nguội sản phẩm và thời gian làm nguội là rất quan trọng, đặc biệt với các sản phẩm dạng phẳng, giúp thể hiện rõ ràng sự thay đổi nhiệt độ và ảnh hưởng của bộ khuôn lên sản phẩm Nhóm nghiên cứu đã tập trung thiết kế khuôn để khảo sát tác động của nhiệt và thời gian, từ đó lựa chọn một sản phẩm đơn giản nhằm giảm chi phí nhưng vẫn đạt hiệu quả cao.

Thiết kế tấm insert và sản phẩm

Dựa trên phần mềm PTC creo 9.0 tiến hành thiết kế sản phẩm với kích thước 200 x 100 x 1mm

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

Hình 3.2.Thiết kế độ dày sản phẩm

Hình 3.3 Sản phẩm thiết kế

Sau khi thiết kế sản phẩm, tiến hành thiết kế tấm insert

- Tấm lót có kích thước 301 x 252 x 2mm, tấm lót vừa có khả năng chóng võng cũng như sẽ ngăn nước tràn ra ngoài của hệ thống làm mát

- Khoan các lỗ để cố định tấm insert vào lòng khuôn bằng bulong M5

Hình 3.4 Chiều dài và rộng của tấm lót

Hình 3.5 Chiều dày của tấm lót

Hình 3.6 Khoan lỗ M5 tấm lót

- Tiếp đến là tấm lồng khuôn với hai sản phẩm để tiện cho việc so sánh nhiệt độ giữa hai hệ thống làm mát

- Kích thước tấm lồng khuôn 301 x 252 x 1mm

- Khoan các lỗ để cố định tấm insert vào lồng khuôn bằng bulong M5

Hình 3.7 Kích thước tấm lồng khuôn

Hình 3.8 Độ dày tấm lòng khuôn

- Tạo sản phẩm trên tấm lồng khuôn bằng lệnh Extrude và khoan lỗ M5

Hình 3.9 Tạo sản phẩm trên tấm lồng khuôn

Hình 3.10 Khoan lỗ M5 tấm lồng khuôn

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

Hệ thống định vị

Bộ khuôn gồm 4 bộ phận định vị:

Vòi phun của máy ép phun đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối giữa máy và khoang khuôn, giúp chuyển nhựa nóng chảy từ máy vào khuôn một cách thuận lợi.

Sự kết hợp giữa bạc và đầu phun cao không cho phép có khe hở, giúp ngăn chặn tình trạng nhựa chảy ra Điều này đảm bảo áp suất phun đủ và duy trì liên tục quá trình ép phun.

Cuống phun Vòng định vị

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

Bạc cuống phun thường được chế tạo từ các vật liệu chịu nhiệt và áp lực cao như thép hợp kim và thép không gỉ Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của quá trình ép và loại nhựa sử dụng Các bạc cuống phun được sản xuất theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất khuôn ép nhựa và có sẵn trên thị trường, vì vậy cần chọn loại phù hợp với máy ép đang sử dụng.

Để tránh hiện tượng xì nhựa tại đầu bơm, cần đảm bảo không có khe hở giữa bạc cuống phun và đầu bơm khi tiếp xúc Khe hở này có thể dẫn đến mòn và tăng kích thước theo thời gian Do đó, khi thiết kế bạc cuống phun, bạn nên tham khảo kích thước đầu phun của máy ép nhựa.

Góc côn của cuống phun cần được thiết kế với kích thước hợp lý, đủ lớn để dễ dàng thoát khuôn nhưng không quá lớn để tránh làm tăng thời gian làm nguội và lãng phí vật liệu Nếu góc côn quá nhỏ, việc tháo cuống phun khi mở khuôn sẽ gặp khó khăn Do đó, góc côn lý tưởng nên được chọn trong khoảng từ 1° đến 4°.

Bán kính tiếp xúc giữa vòi phun và phần lõm của cuống phun không hợp lý Đường kính vòi phun lớn hơn cuống phun không hợp lý

Hình 3.13: Thiết kế hợp lí cho bạc cuống phun

❖ Bạc cuống phun nhóm chọn

Vòng định vị có chức năng chính là đảm bảo các thành phần của khuôn được căn chỉnh chính xác và duy trì ổn định trong suốt quá trình lắp đặt và sử dụng.

Xác định chính xác vị trí của các thành phần khuôn, bao gồm khuôn chính và khuôn phụ, là điều cần thiết để đảm bảo lắp đặt đúng cách Việc này không chỉ giúp tránh sai lệch trong quá trình sản xuất mà còn giảm thiểu tình trạng lỏng lẻo hoặc di chuyển không mong muốn của các bộ phận khuôn.

Cung cấp một điểm cố định giúp lắp ráp khuôn nhanh chóng và hiệu quả, điều này đặc biệt quan trọng khi cần tháo lắp và vệ sinh khuôn định kỳ trong quá trình sản xuất.

- Đảm bảo rằng các chi tiết nhựa được sản xuất sẽ có kích thước và hình dạng chính xác theo yêu cầu kỹ thuật

- Giảm thiểu các lỗi do sai lệch vị trí khuôn trong quá trình sản xuất, bảo đảm chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng

Hình 3.15: Một số loại vòng định vị

The positioning ring is manufactured according to the standards set by the plastic injection mold producer It is made from case-hardening steel and water-quenched unalloyed tool steel, commonly known as carbon steel.

Vòng định vị được chế tạo từ các vật liệu cứng và bền, có khả năng chịu mài mòn và ổn định trong môi trường nhiệt độ cao Những vật liệu phổ biến bao gồm thép hợp kim như P20 và H13, thép không gỉ 420, cùng với các loại thép đã qua xử lý nhiệt để nâng cao độ cứng và độ bền.

Để đảm bảo độ chính xác cao về kích thước và hình dạng, các thành phần của khuôn, bao gồm khuôn chính và khuôn phụ, cần được căn chỉnh một cách chính xác Việc này rất quan trọng nhằm tránh sai lệch trong quá trình lắp ráp khuôn và sản xuất sản phẩm cuối cùng.

Vòng định vị có khả năng chịu áp lực và nhiệt độ cao trong quá trình ép nhựa phun mà không bị biến dạng hay hư hỏng, đảm bảo tính ổn định và chức năng của nó trong suốt vòng đời của khuôn.

Bề mặt của vòng định vị cần được mài mòn hoặc xử lý để đạt độ bóng và độ chính xác tối ưu Quá trình này không chỉ giúp làm sạch và bôi trơn mà còn đảm bảo độ trơn tru của bề mặt khuôn, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Để đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm cuối cùng, cần tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định của ngành công nghiệp liên quan đến vật liệu, kích thước và hiệu suất.

- Vòng định vị có cấu tạo côn ở mặt trong để cho phép đầu phun nhựa trên máy ép gắn vào tạo nên mối ghép kín

❖ Vòng định vị nhóm chọn

Theo thiết kế của đầu phun máy ép phun SW-120B, vòng định vị cần có đường kính ngoài tối đa là ∅100 Bên cạnh đó, việc thiết kế bạc cuống phun cũng phải dựa trên các thông số cụ thể để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Hình 3.16: Vòng định vị côn bên trong

- Bạc dẫn hướng được lắp chặt với tấm khuôn đồng thời với chốt dẫn hướng đảm bảo cho quá trình đóng mở khuôn được dễ dàng và an toàn

- Nâng cao độ chính xác và giảm sai số mòn Ngoài ra, bạc dẫn hướng còn giảm được mài mòn và dễ dàng thay thế và sử dụng

- Bạc dẫn hướng có 2 loại là loại có vai và loại không có vai

- Bạc dẫn hướng lả một thành phần rất quan trọng và không thể thiếu trong khuôn ép nhưa

Hình 3.17: Một số loại bạc dẫn hướng

Tấm kẹp di động

Tấm kẹp trước đóng vai trò quan trọng trong việc định vị và gắn kết khuôn chính và khuôn phụ một cách chính xác khi lắp đặt Việc này đảm bảo các bộ phận của khuôn được căn chỉnh đúng vị trí và không bị di chuyển trong suốt quá trình hoạt động.

Tấm kẹp trước đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điểm mắc và gắn khuôn, giúp quá trình lắp ráp và tháo lắp diễn ra dễ dàng hơn Nhờ đó, thời gian cài đặt khuôn được rút ngắn, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất.

Tấm kẹp trước phải đảm bảo khả năng chịu lực nén và áp lực trong quá trình ép nhựa mà không bị biến dạng hay hư hỏng, nhằm duy trì sự ổn định và an toàn cho khuôn.

- Tấm này có chức năng dùng để kẹp vào phần cố định của thành máy

- Như hình thấy rằng tấm này có chiều rộng nhô ra so với các tấm khuôn khác Phần nhô ra đó chính là dùng để kẹp

- Tấm kẹp trước còn dùng để gắn vòng định vị và bạc cuống phun

Phần dư ra để kẹp

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

Hình 3.23: Bản vẽ tấm kẹp cố định

- Là tấm khuôn giúp đảm bảo kênh dẫn và sản phẩm sẽ tách rời khi tách khuôn

- Được bố trí trên hai mặt phẳng của khuôn, khi mở khuôn có một khoảng mở để lấy kênh dẫn nhựa

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

Hình 3.25: Bản vẽ tấm kênh dẫn

Tấm khuôn âm là thành phần quan trọng trong khuôn ép nhựa, đóng vai trò then chốt trong quy trình sản xuất nhựa ép phun, nơi hình dạng và chi tiết của sản phẩm nhựa được định hình.

- Là tấm khuôn bên phần cố định được gắn trên tấm kẹp trước và có gắn 4 bạc dẫn hướng ở 4 góc của tấm khuôn

Tấm khuôn âm đóng vai trò quan trọng trong việc định hình và tạo ra chi tiết cho sản phẩm nhựa, với các đường chạy nước, khuôn, rãnh và các yếu tố khác nhằm đáp ứng yêu cầu thiết kế.

- Có mặt phân khuôn để hợp với tấm khuôn dương tạo ra bề mặt của sản phẩm

- Còn là cổng cho bạc cuống phun đi qua để phun nhựa vào lòng khuôn hoặc kênh dẫn

Tấm khuôn âm không chỉ đóng vai trò trong việc tạo hình sản phẩm mà còn tham gia vào quá trình làm mát và đông sản phẩm Bằng cách truyền nhiệt từ nhựa nóng chảy sang khuôn, tấm khuôn âm đảm bảo sản phẩm được làm mát đồng đều, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

Tấm khuôn âm cần đạt độ chính xác cao để đảm bảo sản phẩm được sản xuất có kích thước và hình dạng đúng theo yêu cầu kỹ thuật Bên cạnh đó, độ bền của khuôn cũng rất quan trọng, giúp nó chịu được áp lực và lực tác động trong quá trình sản xuất.

- Tùy vào từng loại khuôn và sản phẩm để làm hệ thống nguội trên tấm khuôn âm

Hình 3.27: Bản vẽ tấm khuôn âm

Chốt hồi là thiết bị quan trọng trong quá trình rút khuôn, giúp định vị và giữ cố định bộ phận nhựa Sau khi hoàn tất quá trình ép nhựa, chốt hồi thực hiện chức năng đẩy bộ phận nhựa ra khỏi khuôn, đồng thời đảm bảo vị trí chính xác cho các bước sản xuất tiếp theo.

Chốt hồi là yếu tố quan trọng trong quy trình rút khuôn, giúp đẩy sản phẩm nhựa ra khỏi khuôn sau khi đã đông cứng Nhờ vào chốt hồi, quá trình tách sản phẩm khỏi khuôn diễn ra chính xác và nhanh chóng, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất.

Chốt hồi được thiết kế nhằm bảo vệ khuôn và sản phẩm trong quá trình rút khuôn, đảm bảo không gây ra vết xước hay mài mòn không mong muốn trên bề mặt.

Chốt hồi cần đạt độ chính xác cao để đảm bảo vị trí và quá trình rút khuôn các bộ phận nhựa diễn ra chính xác và đồng nhất Bên cạnh đó, chúng phải có độ bền cao để chịu đựng áp lực và lực tác động trong suốt quá trình hoạt động của khuôn.

Gối đỡ đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ và giữ khuôn ở vị trí chính xác và ổn định trong quá trình sản xuất Chúng giúp ngăn chặn sự lệch lạc hoặc di chuyển của khuôn trong suốt quá trình ép phun, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Trong quá trình ép nhựa, việc thiết kế gối đỡ có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ và giảm sốc, giúp khuôn chịu được áp lực lớn khi đóng và mở.

- Gối đỡ giúp bảo vệ bề mặt của khuôn tránh hao mòn và tổn hại do va đập và ma sát trong quá trình hoạt động

Gối đỡ cần được thiết kế phù hợp với kích thước và hình dạng của khuôn cụ thể, nhằm đảm bảo hỗ trợ hiệu quả và bảo vệ khuôn trong suốt quá trình sản xuất.

Hình 3.29: Bản vẽ gối đỡ

- Tấm này có chức năng dùng để kẹp vào phần di động của thành máy

- Như hình vẽ cũng thấy rằng tấm này có chiều rộng nhô ra so với các tấm khuôn khác Phần nhô ra đó chính là dùng để kẹp

- Cùng với gối đỡ và tấm khuôn dương đã tạo ra 1 khoảng đẩy cho hệ thống đẩy sản phẩm của khuôn

Hình 3.30: Mặt dưới của tấm kẹp di động

Hình 3.31: Bản vẽ tấm kẹp di động

3.10 Hệ thống làm nguội cooling layer

Hệ thống làm nguội có vai trò quan trọng trong việc hạ nhiệt độ khuôn sau mỗi chu kỳ ép nhựa, giúp giảm nhanh chóng nhiệt độ để chuẩn bị cho chu kỳ sản xuất tiếp theo Việc này không chỉ đảm bảo hiệu suất sản xuất mà còn ngăn ngừa tình trạng biến dạng sản phẩm do nhiệt độ quá cao.

Tấm khuôn âm

Tấm khuôn âm là một trong những thành phần quan trọng nhất của khuôn ép nhựa, đóng vai trò thiết yếu trong quy trình sản xuất nhựa ép phun Đây chính là nơi hình dạng và chi tiết của sản phẩm nhựa được định hình một cách chính xác.

- Là tấm khuôn bên phần cố định được gắn trên tấm kẹp trước và có gắn 4 bạc dẫn hướng ở 4 góc của tấm khuôn

Tấm khuôn âm đóng vai trò quan trọng trong việc định hình và chi tiết hóa sản phẩm nhựa, với các đường chạy nước, khuôn, rãnh và các chi tiết khác giúp tạo ra sản phẩm theo yêu cầu thiết kế.

- Có mặt phân khuôn để hợp với tấm khuôn dương tạo ra bề mặt của sản phẩm

- Còn là cổng cho bạc cuống phun đi qua để phun nhựa vào lòng khuôn hoặc kênh dẫn

Tấm khuôn âm không chỉ đóng vai trò trong việc tạo hình sản phẩm mà còn tham gia vào quá trình làm mát và đông sản phẩm bằng cách truyền nhiệt từ nhựa nóng chảy sang khuôn Điều này giúp đảm bảo sản phẩm được làm mát đồng đều, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

Tấm khuôn âm cần đạt độ chính xác cao để đảm bảo sản phẩm được sản xuất có kích thước và hình dạng đúng theo yêu cầu kỹ thuật Bên cạnh đó, độ bền của khuôn cũng rất quan trọng để chịu được áp lực và lực tác động trong quá trình sản xuất.

- Tùy vào từng loại khuôn và sản phẩm để làm hệ thống nguội trên tấm khuôn âm

Hình 3.27: Bản vẽ tấm khuôn âm.

Chốt hồi

Chốt hồi là thiết bị quan trọng dùng để định vị và giữ vị trí cho bộ phận nhựa trong quá trình rút khuôn Sau khi ép nhựa hoàn tất, chốt hồi không chỉ giúp đẩy bộ phận nhựa ra khỏi khuôn mà còn đảm bảo định vị chính xác cho các bước sản xuất tiếp theo.

Chốt hồi là thành phần thiết yếu trong quy trình rút khuôn, giúp đẩy sản phẩm nhựa ra khỏi khuôn sau khi đã đông cứng Điều này không chỉ đảm bảo việc tách sản phẩm ra khỏi khuôn diễn ra chính xác mà còn tăng cường hiệu suất sản xuất.

Chốt hồi thường được thiết kế nhằm bảo vệ khuôn và sản phẩm khỏi tổn thương trong quá trình rút khuôn Thiết kế này giúp ngăn ngừa vết xước và mài mòn không mong muốn trên bề mặt sản phẩm và khuôn, đảm bảo chất lượng và độ bền của chúng.

Chốt hồi cần đạt độ chính xác cao để đảm bảo định vị và rút khuôn các bộ phận nhựa một cách chính xác và đồng nhất Bên cạnh đó, chúng cũng phải có độ bền cao để chịu được áp lực và lực tác động trong quá trình hoạt động của khuôn.

Gối đỡ

Gối đỡ là thiết bị quan trọng trong sản xuất, giúp hỗ trợ và giữ khuôn ở vị trí chính xác và ổn định Việc sử dụng gối đỡ đảm bảo khuôn không bị lệch hay di chuyển trong quá trình ép phun, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

Trong quá trình ép nhựa, gối đỡ được thiết kế nhằm hấp thụ và giảm sốc, giúp khuôn chịu áp lực lớn trong các giai đoạn đóng và mở.

- Gối đỡ giúp bảo vệ bề mặt của khuôn tránh hao mòn và tổn hại do va đập và ma sát trong quá trình hoạt động

Gối đỡ cần được thiết kế phù hợp với kích thước và hình dạng của khuôn cụ thể, nhằm đảm bảo hỗ trợ hiệu quả và bảo vệ khuôn trong suốt quá trình sản xuất.

Hình 3.29: Bản vẽ gối đỡ.

Tấm kẹp cố định

- Tấm này có chức năng dùng để kẹp vào phần di động của thành máy

- Như hình vẽ cũng thấy rằng tấm này có chiều rộng nhô ra so với các tấm khuôn khác Phần nhô ra đó chính là dùng để kẹp

- Cùng với gối đỡ và tấm khuôn dương đã tạo ra 1 khoảng đẩy cho hệ thống đẩy sản phẩm của khuôn

Hình 3.30: Mặt dưới của tấm kẹp di động

Hình 3.31: Bản vẽ tấm kẹp di động

Hệ thống làm nguội cooling layer

Hệ thống làm nguội đóng vai trò quan trọng trong việc hạ nhiệt độ khuôn sau mỗi chu kỳ ép nhựa, giúp giảm nhanh chóng nhiệt độ và chuẩn bị cho chu kỳ sản xuất tiếp theo Điều này không chỉ ngăn ngừa sự biến dạng của sản phẩm do nhiệt độ quá cao mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất.

Hệ thống không chỉ làm mát khuôn mà còn giúp làm lạnh nhanh chóng sản phẩm nhựa sau quá trình ép phun, đảm bảo sản phẩm đạt được độ cứng và hình dạng cuối cùng như mong muốn.

Nhựa lỏng cần được làm nguội nhanh chóng sau khi vào khuôn để đạt hình dạng mong muốn Nếu quá trình làm nguội không hiệu quả, nhựa nóng sẽ làm nóng khuôn, kéo dài thời gian định hình và tăng chu kỳ ép phun, gây lãng phí Vì vậy, hệ thống làm nguội khuôn đóng vai trò quan trọng, quyết định chất lượng toàn bộ chu kỳ ép phun.

Nhóm đã thiết kế hệ thống làm nguội với yêu cầu đường nước làm mát phù hợp theo hình dạng sản phẩm, đảm bảo rằng tất cả các mặt của sản phẩm được làm mát đồng đều Mục tiêu là nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thời gian chu kỳ ép.

Hệ thống làm nguội cần hiệu quả trong việc hạ nhiệt độ khuôn xuống mức an toàn sau mỗi chu kỳ ép nhựa Đồng thời, nó phải có khả năng điều chỉnh và duy trì nhiệt độ ổn định để đảm bảo quá trình làm mát tối ưu cho bề mặt sản phẩm.

Hệ thống làm nguội cần được thiết kế phù hợp với kích thước và cấu trúc của khuôn cụ thể Các ống dẫn nước làm mát và các bộ phận liên quan phải được điều chỉnh để đảm bảo nước làm mát được phân phối đồng đều và hiệu quả trên toàn bộ khuôn.

Các bộ phận trong hệ thống làm nguội, bao gồm ống dẫn nước, bơm làm mát và van điều khiển, cần được chế tạo từ vật liệu có khả năng chịu đựng áp suất và nhiệt độ cao Việc này không chỉ đảm bảo tính bền vững mà còn tăng cường an toàn cho toàn bộ hệ thống trong suốt quá trình vận hành.

- Nước nguội không được rỏ rỉ ra bên ngoài

- Không ảnh hưởng đến kết cấu khuôn

- Phải tiện lợi, nhanh chóng, và có thể bảo trì

❖ Cơ sở thiết kế hệ thống làm mát (layer)

Hiện nay, hầu hết các tấm khuôn đều được trang bị hệ thống làm nguội với kênh dẫn thẳng Tuy nhiên, quá trình làm nguội không đều có thể xảy ra, dẫn đến các lỗi không mong muốn trên bề mặt khuôn Để khắc phục tình trạng này, nhóm đã thiết kế một hệ thống làm nguội mới (layer) nhằm đảm bảo hiệu quả và đồng đều trong quá trình làm nguội.

- Thiết kế trên phần mềm PTC Creo 9.0

Tấm lòng khuôn dương sẽ được thiết kế với độ phay xuống 1mm, đồng thời phay một bên tấm khuôn xuống 8mm theo dạng hóc nước hình chữ nhật bao quanh sản phẩm.

Hình 3.32 : Kích thước phay tấm lót vào khuôn dương

Hình 3.33 : Kích thước phay hóc nước vào khuôn dương

- Để ngăn nước không chảy ra ngoài từ hóc nước bằng việc phay thêm 1 rãnh ron

Hệ thống nguội cooling layer gồm các bộ phận :

Tấm lòng khuôn Tấm insert

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

- Đây là hình dạng của khuôn dương, dưới của tấm lót trên gồm hình dạng để nước chảy qua

- Các bi là bi chống cho lòng khuôn nhằm không bị áp suất phun làm móp mặt phân khuôn

- Còn các đường xung quanh hóc là rãnh để ron cao su không cho nước chảy ra ngoài

- Hóc để chứa các viên bi để bơm nước vào làm nguội sản phẩm

- Các bulong M5 để cố định tấm lót lòng khuôn

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

Hình 3.37: Bản vẽ tấm khuôn dương

- 2 tấm gồm tấm lót và tấm lòng khuôn, khuôn dương được giữ chặt với nhau nhờ ốc lục giác

- Xung quanh hốc có ron cao su để nước không bị rỏ rỉ ra trong quá trình ép phun và làm nguội

Hình 3.38: Một số loại ron cao su

Ngoài ra để giữ chặt được tấm khuôn này với nhau dùng vít lục giác vặn từ tấm kẹp dưới lên:

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

Hình 3.41: Hệ thống làm nguội layer theo sản phẩm

- Hình dạng của hệ thống làm nguội có hình dạng hóc

- Hóc nước được thêm bi sắt vào để hạn chế võng khi phun nhựa và ngăn áp lực nước

- Ngăn hóc nước với sản phẩm là tấm lót dày 2mm

- Trên tấm lót là lòng khuôn sản phẩm dày 1mm.

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

3.12.1 Thời gian điền đầy sản phẩm

Mất 1.5s để cho nhựa có thể điền đầy sản phẩm

Hình 3.42 Thời gian điền đầy sản phẩm

Áp suất phun là yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất nhựa, ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định kích thước và cơ tính của sản phẩm Khi áp suất quá cao, sản phẩm có thể bị biến dạng, xuất hiện hở rỗng hoặc vết cháy Ngược lại, áp suất quá thấp có thể dẫn đến tình trạng sản phẩm không đầy đủ và có sự xuất hiện của các hạt nhựa.

- Áp xuất phun của sản phẩm cao nhất khoảng 105.854 MPa

3.12.3 Nhiệt độ sản phẩm sau khi giải nhiệt

Nhiệt độ sản phẩm sau khi giải nhiệt của tấm khuôn cải tiến (cooling layer) thấp hơn so với tấm khuôn thường, mặc dù tất cả các thông số ép của hai bộ khuôn đều giống nhau Sự khác biệt này cho thấy hiệu quả vượt trội của tấm khuôn cải tiến trong việc giảm nhiệt độ sản phẩm.

- Hình phân tích nhiệt độ của sẩn phẩm sau quá trình làm nguội có thể thấy nhiệt độ bề mặt sản phẩm ở mức gần 60 o C

Hình 3.44 Nhiệt độ sản phẩm của tấm khuôn cooling layer

Hình 3.45 Nhiệt độ sản phẩm của tấm khuôn thường

3.12.4 Thời gian làm nguội của khuôn

Hệ thống làm mát dạng lớp (cooling layer) cho thấy thời gian làm nguội ngắn hơn so với hệ thống làm mát truyền thống.

Hình 3.46 Thời gian làm nguội của tấm khuôn cooling layer

Hình 3.47 Thời gian làm nguội của tấm khuôn thường

GIA CÔNG VÀ LẮP RÁP BỘ KHUÔN

Tính toán gia công

STT Chi tiết Kích thước phôi

(mm) Vật liệu Số lượng

1 Tấm kẹp cố định 435x405x35mm Thép CT3 1

2 Tấm kẹp di động 435x405x35mm Thép CT3 1

3 Tấm runner 405x395x30mm Thép CT3 1

4 Tấm khuôn âm 405x395x30mm Thép CT3 1

5 Tấm khuôn dương 405x395x45mm Thép CT3 1

6 Gối đỡ 405x70x105mm Thép CT3 2

Những lưu ý trước và khi gia công :

- Kiểm tra kích thước phôi đã chính xác về kích thước, hình dáng biên dạng so với bản vẽ

- Phôi và ê-tô phải được vệ sinh sạch trước khi gá

- Dùng đồng hồ so rà phẳng mặt phôi cũng như dò lại độ song song giữa các mặt phẳng trên đồ gá

- Gá dao và xét chuẩn

Ta sử dụng Modul Manufacturing – NC Assembly trong phần mềm PTC Creo Parametric để mô phỏng gia công khuôn.

Gia công

4.2.1 Gia công 6 mặt của các tấm khuôn

• Nguyên công 1: Phay mặt đáy và 2 mặt bên

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

TT Bước công nghệ Loại dao

Chế độ cắt F(mm/ph) S(v/ph) t(mm)

1 Phay thô mặt đáy Dao phay mặt đầu ỉ120 200 400 1.8

2 Phay tinh mặt đáy Dao phay mặt đầu ỉ120 150 400 0.5

3 Phay thô 2 mặt bên Dao phay ngón ỉ25 400 1500 2

4 Phay tinh 2 mặt bên Dao phay ngón ỉ25 400 2000 0.5

• Nguyên công 2: Phay mặt đầu và 2 mặt bên còn lại

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

1 Phay thô mặt đầu Dao phay mặt đầu ỉ120 200 400 1.8

2 Phay tinh mặt đầu Dao phay mặt đầu ỉ120 150 400 0.5

3 Phay thô 2 mặt bên còn lại

4.2.2 Tấm kẹp cố định a) Thông số tấm kẹp cố định

Bảng 4.4: Thông số tấm kẹp cố định

Kích thước sản phẩm (mm) Vật Liệu Loại dao Máy gia công

Mũi khoan Dao phay mặt đầu Dao phay ngón

Máy phay CNC OKK MCV-520

-Thiết kế và xét chuẩn gia công: z x x y

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

• Nguyên công 1: Gia công các hốc lỗ ở mặt trên

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

1 Khoan mồi 4 lỗ Mũi khoan mồi 50 800 -

2 Khoan 4 lỗ suốt ỉ17 Mũi khoan ỉ17 50 800 3

3 Phay 4 lỗ bậc ỉ26 Dao phay ngún ỉ12 1000 2200 0.2

4 Phay lỗ 4 lỗ ỉ41 Dao phay ngún ỉ20 500 2000 0.3

5 Phay bậc vũng định vị Dao phay ngún ỉ30 600 1500 1

6 Phay tinh bậc vòng định vị

7 Phay hốc ỉ100 Dao phay ngún ỉ30 600 1500 3

10 Phay 2 lỗ bậc ỉ11 Dao phay ngún ỉ4 1000 2200 0.2

11 Khoan 2 lỗ ren M6 Mũi khoan ỉ5 50 800 3

12 Taro mũi ren M6 Mũi taro M6 - - -

• Nguyên công 2: Gia công các hốc lỗ ở mặt dưới

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

3 Phay 4 lỗ ỉ35 Dao phay ngún ỉ12 1000 2200 0.2

77 c) Chi tiết sau khi gia công

Hình 4.2: Tấm kẹp cố định đã gia công

4.2.3 Tấm runner a) Thông số tấm runner

Bảng 4.7: Thông số tấm runner

Mũi khoan Dao phay mặt đầu Dao phay ngón

Máy phay CNC OKK MCV-520

78 b) Thiết kế và xét chuẩn gia công z x x y

Hình 4.3: Thiết kế chuẩn gia công tấm runner c) Quy trình gia công

• Nguyên công 1: Gia công các hóc lỗ mặt trên

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

2 Khoan lỗ lắp bạc dẫn hướng Mũi khoan ỉ13 50 800 3

3 Khoan lỗ lắp bạc dẫn hướng Mũi khoan ỉ16 50 800 3

4 Phay thô 4 lỗ lắp bạc dẫn hướng Dao phay ngún ỉ12 1000 2200 0.2

5 Phay tinh 4 lỗ lắp bạc dẫn hướng Dao phay ngún ỉ12 900 3000 0.1

7 Phay lỗ bậc ỉ17 Dao phay ngún ỉ4 1000 2200 0.2

10 Phay lỗ bậc ỉ12 Dao phay ngún ỉ4 1000 2200 0.2

4.2.4 Tấm khuôn âm a) Thông số tấm khuôn âm

Bảng 4.9: Thông số tấm khuôn âm

Mũi khoan Dao phay mặt đầu Dao phay cầu

Máy phay CNC OKK MCV-520 b) Thiết kế và xét chuẩn gia công z x y x

Hình 4.4: Mặt của tấm khuôn âm

• Nguyên công 1: Phay mặt phân khuôn

• Nguyên công 2: Gia công mặt trên của tấm khuôn âm

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

2 Khoan 4 lỗ lắp bạc dẫn hướng Mũi khoan ỉ13 50 800 3

6 Phay thô biên dạng kờnh dẫn Dao phay ngún ỉ4 1000 2200 0.2

7 Phay tinh biên dạng kờnh dẫn Dao phay cầu ỉ4 400 2500 0.3

• Nguyên công 3: Gia công mặt dưới của tấm khuôn âm

1 Phay thô biên dạng lũng khuụn Dao phay ngún ỉ12 1000 2200 0.2

2 Phay tinh biên dạng lũng khuụn Dao phay ngún ỉ12 900 3000 0.1

3 Khoan mồi Mũi khoan mồi 60 400 -

4 Phay bậc lỗ ỉ8 Dao phay ngún ỉ8 600 4000 0.2

• Nguyên công 4: Khoan đường nước và bulong vòng

2 Khoan lỗ đường nước ỉ8 Mũi khoan ỉ8 30 350 5

3 Taro lắp đầu nối Mũi taro M9 - - -

4 Khoan lỗ bulong vũng Mũi khoan ỉ10.5 30 350 5

5 Taro lỗ lắp bulong vòng Mũi taro M12 - - - d) Chi tiết sau khi gia công

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

4.2.5 Tấm khuôn dương a) Thông số ban đầu

Bảng 4.13: Thông số của khuôn dương

Mũi khoan Dao phay mặt đầu Dao phay cầu

Máy phay CNC OKK MCV-520 b) Thiết kế và xét chuẩn gia công z x y x

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

• Nguyên công 1: Mài mặt phân khuôn

• Nguyên công 2: Gia công mặt trên tấm khuôn dương

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

1 Khoan mồi lỗ Mũi khoan mồi 50 800 -

5 Khoan lỗ lắp chốt khúa khuụn Mũi khoan ỉ9 50 800 3

6 Taro lỗ lắp chốt khóa khuôn M10 Mũi taro M10 - - -

8 Phay thô biên dạng lũng khuụn Dao phay ngún ỉ12 1000 2200 0.2

9 Phay tinh biên dạng lũng khuụn Dao phay ngún ỉ12 900 3000 0.1

10 Phay biên dạng ron nước Dao phay ngún ỉ3 1000 2200 0.1

11 Phay thô biên dạng hốc nước Dao phay ngún ỉ8 500 600 1.8

12 Phay tinh biên dạng hốc nước Dao phay ngún ỉ4 600 2000 0.5

14 Taro lỗ lắp bulong M5 Mũi taro M5 - - -

• Nguyên công 3: Gia công mặt dưới tấm khuôn dương

1 Khoan lỗ ỉ16 lắp bulong Mũi khoan ỉ16 50 500 3

• Nguyên công 4: Khoan đường nước, taro bulong vòng

2 Khoan lỗ đường nước ỉ8 Mũi khoan ỉ8 30 350 5

3 Taro lắp đầu nối Mũi taro M9 - - -

4 Khoan lỗ bulong vũng Mũi khoan ỉ10.5 30 350 5

5 Taro lỗ lắp bulong vòng Mũi taro M12 - - -

85 d) Chi tiết sau khi gia công

Hình 4.7: Tấm khuôn dương đã gia công

4.2.6 Tấm lòng khuôn và tấm lót a) Thông số ban đầu

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

Cắt lazer Máy cắt lazer

86 b) Chi tiết sau khi gia công

Hình 4.8: Tấm lòng khuôn và tấm lót

4.2.7 Gối đỡ a) Thông số ban đầu

Bảng 4.16: Thông số của gối đỡ

Mũi khoan Dao phay mặt đầu

Máy phay CNC OKK MCV-520 b) Thiết kế gối đỡ z x y x

• Nguyên công 1: Gia công các hốc, lỗ

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

1 Phay lỗ ỉ18 Dao phay ngún ỉ16 500 2000 0.3

2 Phay lỗ ỉ36 Dao phay ngún ỉ12 1000 2200 0.2 d) Chí tiết sau khi gia công

Hình 4.10: Gối đỡ sau khi gia công

4.2.8 Tấm kẹp di động a) Thông số ban đầu

Bảng 4.18: Thông số của tấm kẹp di động

Mũi khoan Dao phay mặt đầu

Máy phay CNC OKK MCV-520 b) Quy trình gia công

• Nguyên công 1: Gia công mắt trên tấm kẹp dưới, lỗ của mặt trên

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

• Nguyên công 2: Gia công mặt dưới, lỗ của mặt trên của tấm kẹp

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

2 Phay lỗ ỉ18 Dao phay ngún ỉ6 500 2000 0.3 c) Chí tiết sau khi gia công

Hình 4.11: Tấm kẹp di động đã gia công

Khuôn sau khi gia công và sản phẩm

Hình 4.12:Khuôn sau khi gia công

Hình 4.13: Sản phẩm hoàn thiện

Tiêu đề	Chế Tạo Mô Hình Khuôn Phun Ép Nhựa Có Thành Mỏng Dùng Hệ Thống Giải Nhiệt Dạng Lớp (Layer)
Tác giả	Trần Quang Đại, Trần Kiến Nghị, Nguyễn Hữu Phúc Nghĩa
Người hướng dẫn	TS. Trần Minh Thế Uyên
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	93
Dung lượng	5,2 MB