Thiết kế và chế tạo khuôn phun Ép sản phẩm tay cầm ly

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ GVHD: NGUYỄN VĂN THỨC SVTH: PHẠM THANH PHONG NGUYỄN TRÀ GIANG PHẠM NGỌC TRIỂN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN PHUN ÉP SẢN

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Ngành khuôn mẫu tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với hai lĩnh vực chính là khuôn ép nhựa và khuôn dập Nhận thức được tầm quan trọng của ngành này, các trường đại học kỹ thuật đã đưa môn học về khuôn mẫu vào chương trình đào tạo Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nổi bật là một trong những trường tiên phong trong việc đào tạo kỹ sư khuôn mẫu chất lượng cao, nhằm phát triển nền công nghiệp trong nước.

Ngành công nghiệp khuôn mẫu đóng vai trò thiết yếu trong sản xuất, giúp tạo ra sản phẩm với kích thước, hình dạng và kết cấu mong muốn Kỹ sư khuôn mẫu chịu trách nhiệm thiết kế, chế tạo và sửa chữa khuôn để đảm bảo chất lượng sản phẩm Để đáp ứng nhu cầu phát triển, cần chú trọng đào tạo kỹ sư khuôn mẫu có kiến thức và kỹ năng chuyên môn vững chắc Việc kết hợp đào tạo lý thuyết với thực hành là rất quan trọng, giúp sinh viên áp dụng kiến thức và kỹ năng vào thực tế.

Công nghệ ép phun là phương pháp phổ biến nhất trong sản xuất sản phẩm nhựa Nhóm nghiên cứu đã chọn tìm hiểu sâu về thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa, ứng dụng các kiến thức đã học Mục tiêu là thiết kế và sản xuất một bộ khuôn ép nhựa hoàn chỉnh và thực tiễn, do đó, đề tài nghiên cứu được xác định là “Thiết kế và chế tạo khuôn phun ép sản phẩm.”

Nghiên cứu này sẽ hỗ trợ các doanh nghiệp nhựa nội địa cải thiện năng lực sản xuất và đa dạng hóa sản phẩm, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu thị trường Đây là một hướng đi thực tiễn, phù hợp với xu hướng phát triển của ngành nhựa tại Việt Nam.

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

- Tạo dáng sản phẩm: Nắm vững kỹ thuật thiết kế sản phẩm dựa trên nhu cầu sử dụng, yêu cầu kỹ thuật và nguyên tắc thiết kế

- Khối lượng nhựa: Hiểu rõ tính chất vật liệu, phương pháp khuôn ép và gia công để chọn vật liệu phù hợp với yêu cầu sản phẩm

- Gia công: Có kỹ năng thao tác các thiết bị gia công như máy tiện, máy CNC, máy EDM, để chế tạo chi tiết sản phẩm

- Lắp ráp: Thành thạo, vững tay nghề trong việc lắp ráp sản phẩm từ các chi tiết gia công

- Ép thử: Xác định được thông số ép thử phù hợp để kiểm tra tính bền vững và tính cộng hưởng của sản phẩm

Ngoài ra, sinh viên còn cần biết sử dụng thành thạo các phần mềm thiết kế 3D như Creo Parametric, Moldex3D và Siemens NX để:

- Hỗ trợ thiết kế sản phẩm

- Mô phỏng dòng chảy của vật liệu để tối ưu hóa cấu trúc sản phẩm

- Lập trình, gia công hoàn thành bộ khuôn

Chế tạo bộ khuôn ép nhựa hoàn chỉnh giúp thử nghiệm sản phẩm có ứng dụng thực tiễn, góp phần cải thiện cuộc sống Qua quá trình này, người học sẽ tích lũy kiến thức quý giá để áp dụng vào công việc tương lai.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Thiết kế và chế tạo được bộ khuôn cho sản phẩm “Tay cầm ly”

- Bộ khuôn ép ra được sản phẩm hoàn thiện, sản phẩm có thể ứng dụng vào thực tế

- Rút ra được những điều đã làm được và những thiếu sót, hạn chế sau khi hoàn thành đề tài, từ đó đưa ra hướng phát triển.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Nghiên cứu về thị trường sử dụng của sản phẩm

+ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun cho sản phẩm “Tay cầm ly”

- Phạm vi nghiên cứu: việc thiết kế và gia công bộ khuôn sẽ được giới hạn trong phạm vi kiến thức và kinh tế của nhóm.

Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích nghiên cứu các phương pháp về thiết kế các insert, thiết kế hệ thống đẩy để đưa ra phương pháp phù hợp nhất với đề tài

- Phân tích các đề tài đi trước để tìm hiểu những điểm nổi bật và hình thành ý tưởng

- Sử dụng phần mềm NX 12 để thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn

- Sử dụng phần mềm Moldex3D để mô phỏng dòng chảy nhựa

Kết cấu của Đồ Án Tốt Nghiệp

Nội dung của đề tài được trình bày trong 7 chương:

- Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết

- Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về thiết kế sản phẩm

- Chương 5: Tính toán thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn

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

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu

Sản phẩm nhóm nghiên cứu trong đồ án này là sản phẩm tay cầm ly trà thủy tinh Bộ sản phẩm có nhiều màu sắc rực rỡ, bắt mắt

Hình 2.1: Bộ ấm trà với tay cầm ly bằng nhựa độc đáo Để hoàn thành được bộ sản phẩm, các bước cần thực hiện là:

+ Thiết kế tạo dáng sản phẩm

+ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép nhựa cho sản phẩm

Cơ sở thiết kế

2.2.1 Cơ sở thiết kế sản phẩm

Việc thiết kế sản phẩm khuôn ép ly này được thiết kế dựa trên các tiêu chí sau:

- Bộ sản phẩm hoàn thiện sẽ có nhiều màu sắc, có logo của trường

- Sản phẩm có thiết kế đơn giản, có tính thẩm mỹ

Sản phẩm tay cầm ly có kích thước:

Yêu cầu chất lượng sản phẩm sau khi ép:

- Nó có hình dạng và kích thước tương tự như thiết kế 3D

- Không có các lỗi xuất hiện trên sản phẩm nhựa như bavia, vệt cháy, rỗ khí, …

- Đảm bảo độ bóng và tính thẩm mỹ theo yêu cầu

- Sản phẩm này có độ bền cao và có thể chịu được nhiệt độ 100 o C trong hơn 5 phút

2.2.2 Cơ sở thiết kế khuôn

Với sản phẩm ép phun là tay cầm ly thì khuôn hai tấm là sự lựa chọn tốt nhất

Khuôn hai tấm là loại khuôn thông dụng nhất, so với khuôn ba tấm thì khuôn hai tấm đơn giản hơn, rẻ hơn và chu kỳ ép ngắn hơn

+ Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo, vận hành trong sản xuất

+ Chi phí chế tạo thấp hơn với các loại khuôn khác

+ Dễ lắp ráp và sửa chữa

+ Có nhiều phương án trong việc lựa chọn kiểu và vị trí cổng phun

Khả năng tự động hóa hạn chế không phù hợp cho sản xuất hàng loạt quy mô lớn, chẳng hạn như với khuôn ba tấm hoặc khuôn sử dụng kênh dẫn nóng.

+ Khó ép được các sản phẩm có kích thước lớn do giới hạn điểm bơm keo

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Công nghệ ép phun

Công nghệ ép phun là một phương pháp sản xuất hiệu quả, trong đó nhựa nóng được đẩy vào khuôn mẫu dưới áp lực cao Quá trình này đảm bảo nhựa chảy được nén chặt vào từng chi tiết của khuôn, mang lại độ chính xác cao cho sản phẩm Sau khi hoàn thành, sản phẩm sẽ giữ nguyên hình dạng của khuôn thiết kế, tạo ra các sản phẩm đồng nhất và chất lượng cao.

Phương pháp ép phun mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các kỹ thuật chế tạo khác Đầu tiên, nó cho phép tạo ra sản phẩm với độ chính xác cao Thứ hai, phương pháp này có khả năng sản xuất các sản phẩm có kích thước và hình dạng phức tạp Cuối cùng, việc tái sử dụng khuôn nhiều lần giúp giảm chi phí sản xuất một cách hiệu quả.

Công nghệ ép phun được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất linh kiện điện tử, linh kiện cơ khí và đồ gia dụng

Thiết bị dẫn động trục vít

Băng gia nhiệt Van an toàn Nhựa nóng chảy

Hình 3.1: Công nghệ ép phun

Một chu kỳ ép phun phải trải qua 4 giai đoạn:

Giai đoạn đóng khuôn: Sau khi lói sản phẩm, để bắt đầu chu kì mới máy ép sẽ đưa phần di động trở về vị trí khuôn đóng

Hình 3.2: Quá trình đóng khuôn

Giai đoạn phun: Nhựa được nung chảy bằng hệ thống gia nhiệt của máy ép và được bơm vào lòng khuôn

Nhựa đã được điền đầy

Hình 3.3: Quá trình điền đầy nhựa

Giai đoạn làm mát là bước quan trọng sau khi quá trình đẩy, nén và giữ nhựa hoàn tất Khi nhiệt độ của nhựa và khuôn vẫn cao, hệ thống làm mát sẽ được kích hoạt, sử dụng đường nước để giải nhiệt cho khuôn Quá trình làm mát hiệu quả giúp nhựa nguội nhanh chóng, từ đó đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Hình 3.4: Quá trình làm mát

Giai đoạn mở khuôn và lói sản phẩm là bước cuối cùng trong quy trình ép phun, nơi cụm kìm mở khuôn một cách nhanh chóng và an toàn Ban đầu, kìm mở khuôn từ từ, sau đó giảm tốc độ để tránh va đập mạnh Khi khuôn được mở, tấm đẩy được thanh đẩy của máy đẩy về phía trước, giúp sản phẩm thoát ra khỏi khuôn Sau khi sản phẩm được lói ra, cần đẩy sẽ quay trở lại để chuẩn bị cho chu kỳ ép phun tiếp theo.

Chỉ chiều chuyển động của khuôn

Hình 3.5: Quá trình mở khuôn, lói sản phẩm

Khuôn ép nhựa

3.2.1 Kết cấu của bộ khuôn ép nhựa

Hình 3.6: Kết cấu cơ bản của một bộ khuôn

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

10: Bộ định vị 11: Tấm đỡ 12: Gối đỡ 13: Tấm giữ

14: Tấm đẩy 15: Chốt đỡ 16: Bạc lót 17: Chốt hồi 18: Bạc mở rộng

3.2.2 Phân loại khuôn ép phun

Theo cách bố trí kênh dẫn có hai loại: khuôn hai tấm và khuôn ba tấm

Khuôn hai tấm là loại khuôn ép phun được thiết kế với hệ thống kênh dẫn nguội nằm ngang, kết nối trực tiếp với bề mặt chia khuôn Cổng vào bằng nhựa được đặt ở mặt bên của sản phẩm, và khi mở khuôn, chỉ có một khoảng mở duy nhất để lấy cả sản phẩm và kênh dẫn nhựa ra ngoài.

+ Cấu tạo đơn giản, dễ dàng vận hành

+ Giá thành sản xuất thấp hơn các loại khuôn khác

+ Thời gian chu kì ngắn giúp tiết kiệm được thời gian

+ Chọn vị trí cổng phun dễ dàng

+ Phần đuôi keo được thả rơi theo sản phẩm

+ Việc ép các sản phẩm lớn gặp khó khăn do điểm phun keo hạn chế

Vòng định vị Bạc cuống phun

Tấm khuôn âm Chốt dẫn hướng Tấm khuôn dương

Bạc dẫn hướng Tấm đỡ Tấm giữ

Trụ đỡ Tấm kẹp dưới

Hình 3.7: Kết cấu bộ khuôn hai tấm

Khuôn ba tấm là loại khuôn ép phun sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội 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 kênh dẫn nhựa Do đó, việc lấy sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn bằng hệ thống đẩy yêu cầu bố trí hai hệ thống, dẫn đến kết cấu khuôn phức tạp và lớn hơn so với khuôn hai tấm.

+ Chọn vị trí cổng phun dễ dàng

+ Sản xuất được các dạng sản phẩm phức tạp

+ Sản phẩm và kênh dẫn nhựa luôn tự động tách rời khi kênh dẫn nhựa và sản phẩm được lấy ra khỏi khuôn

+ Giá thành chế tạo cao hơn so với khuôn hai tấm

+ Máy ép phun cần hành trình lớn

+ Kết cấu phức tạp hơn so với khuôn hai tấm

+ Khoảng cách giữa đầu phun của máy và lòng khuôn dài có thể làm giảm áp suất phun khi nhựa đi vào lòng khuôn

Tấm di động Tấm giữa

Hình 3.8: Kết cấu bộ khuôn ba tấm

Hệ thống cấp nhựa nguội

Hệ thống kênh dẫn nhựa đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối nhựa chảy từ vòi phun đến lòng khuôn Thiết kế, hình dạng và kích thước của hệ thống này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điền đầy khuôn và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Trong các khuôn có một lòng khuôn, hệ thống cấp nhựa thường chỉ cần sử dụng cuống phun Nhựa được chuyển từ máy ép phun đến cuống phun thông qua bạc cuống phun, sau đó được dẫn trực tiếp vào lòng khuôn.

Khuôn có nhiều lòng giúp nhựa được cung cấp từ vòi phun qua cuống phun và hệ thống kênh dẫn, sau đó bơm vào các lòng khuôn thông qua các cổng vào nhựa.

Hình 3.9: Hệ thống cấp nhựa nguội cơ bản

Vật liệu nhựa

Tính chất và ứng dụng của các loại nhựa phổ biến trong ép phun rất quan trọng để lựa chọn vật liệu phù hợp cho sản phẩm Các loại nhựa này không chỉ có tính năng cơ học tốt mà còn đáp ứng yêu cầu về độ bền, khả năng chịu nhiệt và tính linh hoạt Việc hiểu rõ đặc điểm của từng loại nhựa giúp nhà sản xuất tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

+ Độ bền nhiệt thấp, khi bổ sung chất hóa dẻo thì có độ mềm dẻo hơn

+ Có khả năng chịu được những điều kiện khí hậu khắc nghiệt

+ Ổn định kích thước tốt

+ Sự chống lão hóa và độ bền sử dụng cao

+ Khả năng chống va đập kém

+ Sản phẩm cứng: tấm cứng, ống nước, màng cứng,

+ Sản phẩm mềm: ống nước, panel,

+ Màu trắng mờ, nhiệt độ mềm thấp và lực kéo thấp

+ Dễ cháy và có mùi parafin

+ Độ chống nước cao, kháng được hóa chất

+ Tính cách nhiệt và điện tốt

+ Độ giãn dài lớn và giòn ở nhiệt độ thấp, hệ số giãn nở cao

+ Sản phẩm yêu cầu độ bền kéo cơ học: búa nhựa, vật liệu cách điện, cách điện, bồn tắm, ống nước, …

Sản phẩm cần có khả năng chịu được dung môi và dầu nhớt, bao gồm bình chứa dung môi, chai lọ và màng bao bì mỏng Đồng thời, các sản phẩm này cũng được sử dụng làm vật liệu cách điện, như vật liệu cách điện cao tần và băng keo cách điện.

⚫ Nhựa ABS (Acrylonitrin butadien styren):

+ Tính chất vật lý: màu trắng đục, trong mờ, độ nhớt và khả năng chống va đập cao hơn PS

+ Tính chất nhiệt: nhiệt độ biến dạng do nhiệt là 60 – 120 ( o C), cháy được

+ Trong các sản phẩm cách điện, trong kỹ thuật và thông tin liên lạc (vỏ và các linh kiện bên trong)

+ Trong kỹ thuật điện lạnh, vỏ bên trong, cửa bên trong và vỏ bên ngoài phải chịu va đập ở nhiệt độ thấp

+ Các sản phẩm phun ép như đồ chơi trẻ em, bàn phím, các thiết bị dùng trong văn phòng, máy ảnh, …

+ Không màu, bán trong suốt

+ Là chất dẻo có trọng lượng nhẹ

+ Độ bền kéo và độ cứng cao hơn PE

+ Có khả năng chịu nhiệt tốt hơn PE và có tính chất cơ lý rất tốt, đặc biệt ở nhiệt độ cao

+ Tính dễ cháy, cách điện cao tần cực tốt

+ Đặc tính ép phun tuyệt vời

+ Sản phẩm có độ cứng cao: nắp chai nước ngọt, thân nắp bút mực, hộp nữ trang, két bia, …

+ Sản phẩm kháng được hóa chất: lọ y tế, màng bao bì mỏng, ống dẫn, nắp thùng đựng dung môi,

+ Dùng trong cách điện tần số cao: vật liệu cách điện tần số cao, vật liệu kẹp cách điện

+ Dùng trong ngành dệt: sợi dệt PP

+ Độ bền cao nhưng khả năng chống va đập kém

+ Đặc tính vật lý: trong suốt, không màu, dễ bị nhuộm màu, độ bền cơ học thấp, độ co giãn tốt, khả năng chống va đập thấp

+ Tính chất điện: nhiệt độ biến dạng thấp, tạo khí đen

+ Các sản phẩm có thể tái chế như hộp, ly với giá cả phải chăng …

+ Chất cách điện tần số cao được sử dụng trong hộp điện, đường ống và vật liệu cách nhiệt

+ Tính chống thấm khí, hơi cao

+ Chống mài mòn và không bị ảnh hưởng bởi các thành phần thực phẩm

+ PC có khả năng chịu được nhiệt độ cao nên được dùng làm lọ, chai, nắp đậy đựng thực phẩm cần tiệt trùng, …

+ Màng PC có độ thấm khí kém PC đắt tiền và do đó hiếm khi được sử dụng

Bảng 3.1: Độ co rút của một số loại nhựa

STT Nhựa Hệ số co rút

Tổng quan về CAE trong thiết kế khuôn ép nhựa

CAE, hay Kỹ thuật Phân tích Có Trợ Giúp Máy Vi Tính, tận dụng khả năng phân tích và tính toán chính xác của máy tính để hiểu mô hình nguyên lý của hệ thống Kết hợp với chức năng đồ họa vi tính, CAE giúp người dùng nhanh chóng thu được kết quả phân tích, từ đó tối ưu hóa tham số thiết kế và quy trình ép phun.

CAE kết hợp giữa đồ họa và thiết kế có trợ giúp máy vi tính (CAD) cùng với chế tạo hỗ trợ máy vi tính (CAM), mang lại nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp đa dạng như hàng không, quốc phòng, không gian vũ trụ, năng lượng, kiến trúc, cơ khí, xây dựng, thiết bị công nghiệp, hàng tiêu dùng, công nghệ cao, vận tải, và khoa học đời sống Ngoài ra, CAE còn được áp dụng trong các quy trình, tiện ích, dịch vụ và giáo dục.

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

CAE trong giai đoạn thiết kế trên máy tính giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế, giảm thời gian và chi phí thử khuôn Việc sửa đổi thiết kế không chỉ rút ngắn chu trình thử mà còn tiết kiệm đáng kể thời gian và tiền bạc cho các dự án.

CAE giúp người dùng dự đoán và xác định các thông số phun ép ảnh hưởng đến sản phẩm, từ đó đưa ra phương án xử lý và lựa chọn thông số phun ép tối ưu Ngoài ra, CAE còn chỉ ra các yếu tố chính tác động đến chất lượng ép phun, cung cấp tham số sửa đổi thiết kế, tham số ép phun và các chỉ tiêu định lượng cần thiết.

CAE giúp người dùng tiếp cận các vật liệu, quy trình và phương pháp ép phun tiên tiến, từ đó nâng cao nhanh chóng kinh nghiệm trong thiết kế khuôn.

CAE cho phép người thiết kế và chế tạo khuôn rút ngắn được thời gian thiết kế cũng như chi phí trong việc sản xuất khuôn [1]

Quy trình thiết kế khuôn có CAE:

Thiết kế chi tiết Thiết kế khuôn

Mô phỏng trên máy tính

Sơ đồ 3.1: Quy trình thiết kế khuôn có CAE [1]

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM

Yêu cầu của đề tài

4.1.1 Độ chính xác về hình dáng

Sản phẩm tay cầm ly cần được sản xuất với chất lượng cao, đảm bảo không cong vênh và có tính thẩm mỹ Ngoài ra, sản phẩm phải không có bavia và không bị biến dạng do sự không đồng đều về biên dạng, nhằm đáp ứng tốt nhất nhu cầu sử dụng để đựng ly.

4.1.2 Độ chính xác về kích thước

Sản phẩm tay cầm ly cần được chế tạo chính xác vì sau khi ép sản phẩm sẽ được lắp với một chi tiết khác

4.1.3 Độ cứng của sản phẩm

Sản phẩm đạt độ cứng tiêu chuẩn của nhựa ABS là: 106

Phương hướng và giải pháp thực hiện

Hình 4.1: Phương án 1 Ở phương án 1, lòng khuôn dương sẽ được thiết kế insert trên khuôn Ưu điểm:

- Dễ dàng thay thế insert khi hư hỏng mà không cần phải tháo rời bộ khuôn, giúp tiết kiệm thời gian và công sức

- Giá thành gia công bộ khuôn rẻ do tiết kiệm được chi phí vật liệu gia công

- Thuận tiện cho việc bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa sau quá trình làm việc

- Khi phun ép lâu sẽ dẫn đến sự biến dạng của insert dẫn đến không đảm bảo được độ chính xác của khuôn và sản phẩm

Hình 4.2: Phương án 2 Ở phương án 2, lòng khuôn dương sẽ được thiết kế nguyên khối: Ưu điểm:

- Có thể gia công chi tiết luôn một lần, không bị sai lệch kích thước quá nhiều trong quá trình gia công

- Đảm bảo được độ chính xác của khuôn, tăng thời gian phun ép và đảm bảo được chất lượng của sản phẩm

Khoảng cách lớn giữa mặt phân khuôn và mặt đáy khuôn dương (37 mm) dẫn đến việc gia công tốn nhiều thời gian, từ đó làm tăng chi phí gia công và vật liệu.

- Ảnh hưởng đến quá trình gia công do dao không thể vào được những khu vực có các cung bo nhỏ.

Lựa chọn phương án

Sau khi xem xét kỹ lưỡng các ưu điểm và nhược điểm của hai phương án, cùng với việc đánh giá phương pháp gia công và kinh phí thực hiện dự án, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án 1 để tiến hành.

Trình tự công việc tiến hành

Bảng 4.1: Nội dung cần thực hiện

Các nội dung công việc cần thực hiện Kết quả cần đạt

- Tìm tài liệu tham khảo, tìm hiểu các cơ cấu có liên quan đến khuôn 2 tấm

- Tìm hiểu về công nghệ ép phun trong sản xuất

- Tìm hiểu về vật liệu nhựa, vật liệu làm khuôn

- Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của khuôn 2 tấm

- Biết được các lỗi khi ép nhựa và cách khắc phục

- Biết các thông số cần thiết cho quá trình ép nhựa, các loại thép thường dùng cho khuôn nhựa

- Thiết kế khuôn ép phun - Thiết kế sản phẩm “Tay cầm ly” và tách lòng khuôn của sản phẩm

- Mô phỏng dòng chảy bằng Moldex3D để tìm thông số ép hợp lý

- Tính toán thông số thiết kế khuôn

- Thiết kế khuôn theo các thông số đã tính toán

- Gia công và lắp ráp khuôn - Gia công các chi tiết theo đúng yêu cầu kỹ thuật

- Lắp ráp các chi tiết thành công theo đúng kết cấu đã thiết kế

- Kiểm tra khả năng hoạt động của khuôn

- Khuôn ép phun hoạt động một cách trơn tru

- Tiến hành ép thử khuôn - Sản phẩm sau khi ép phải đạt yêu cầu kỹ thuật, hình dáng giống với thiết kế 3D

- Bảo quản khuôn sau khi ép xong - Sơn phần bề mặt ngoài của vỏ khuôn để chống rỉ sét

- Bôi dầu vào lòng khuôn và đặt sản phẩm vào để tránh va chạm với các vật khác làm hư lòng khuôn

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM, THIẾT KẾ KHUÔN

Thiết kế hình dáng 3D của sản phẩm

5.1.1 Thiết kế 3D của sản phẩm

Các bước thiết kế sản phẩm tay cầm ly dựa trên phần mềm NX 12

Hình 5.1: Hình dạng tổng quan của sản phẩm

Bước 1: Khởi động phần mềm NX 12.0 →Tạo file thiết kế 3D→ Chọn vị trí lưu file thiết kế → OK

Hình 5.2: Tạo file thiết kế trong NX 12

Bước 2: Tạo khối Revovel bằng Sketch có kích thước như hình

Tạo biên dạng khối trụ đường kính 50 mm

Hình 5.3: Vẽ phác thảo biên dạng ngoài của ly

Bước 3: Vẽ tay cầm của ly theo kích thước như dưới

Hình 5.4: Biên dạng phần tay cầm

Bước 4: Tạo khối Extrude bằng Sketch có kích thước như hình để làm đế của tay cầm

Hình 5.5: Kích thước của đế tay cầm

Bước 5: Tạo gân tăng cứng

Bước 6: Hoàn thiện sản phẩm

Hình 5.7: Dùng lệnh Edge Blend với R = 0.5 bo quanh sản phẩm

5.1.2 Thiết kế phần Logo của sản phẩm Để tạo được phần logo của trường bên thành của sản phẩm, cần dùng đến công cụ tách tấm của phần mềm NX12

Bước 1: Dùng lệnh offset surface để lấy biên dạng bên ngoài của sản phẩm

Hình 5.8: Lấy biên dạng cần thiết kế logo

Bước 2: Lấy biên dạng lớn nhất để làm đường góc độ tham chiếu

Hình 5.9: Đường góc độ tham chiếu

Bước 3: Dùng lệnh Flattening and Forming để trải phẳng tấm

Tính khối lượng và phân tích góc thoát khuôn

5.2.1 Khối lượng, thể tích của sản phẩm

Thực hiện việc kiểm tra khối lượng và thể tích trên phần mềm NX 12

Hình 5.12: Giá trị khối lượng và thể tích của sản phẩm

Sản phẩm có khối lượng là 16 (g) và có thể tích là 15227 (mm 3 )

5.2.2 Tính toán góc thoát khuôn của sản phẩm

5.2.2.1 Góc thoát khuôn và tính toán góc thoát khuôn Để dễ dàng lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, mặt trong và mặt ngoài của sản phẩm phải có độ côn không đổi theo hướng mở khuôn Yêu cầu này cũng áp dụng cho các chi tiết như gân tang cứng, vấu nhô ra, rãnh, … Ở các khuôn có lõi ngắn hay lòng khuôn nông (nhỏ hơn 5mm) góc côn ít nhất khoảng 0.25 o mỗi bên Đối với vật liệu cứng hơn như Polystyrene, Acrylic… ngay cả đối với sản phẩm có kích thước nhỏ, góc côn tối thiểu cũng là 1.5 o

Mỗi bề rộng A (mm) khác nhau có góc vát B o và chiều sâu C (mm) tương ứng Có thể tính theo công thức: tanβ = A

C: chiều cao vát (mm); A: bề rộng vát (mm)

Với chi tiết tay cầm ly có: A = 1.5 (mm), C = 42 (mm) tanβ = A

Hình 5.13: Biểu đồ góc thoát khuôn

5.2.2.2 Kiểm tra góc thoát khuôn sau khi thiết kế trên phần mềm

Vào phần mềm NX 12 mở chi tiết lên → Đo các vị trí cần kiểm tra

Hình 5.14: Góc thoát khuôn của sản phẩm

Hình 5.15: Vị trí cần kiểm tra góc thoát khuôn

5.2.2.3 Ý nghĩa của việc kiểm tra góc thoát khuôn

Kiểm tra góc thoát khuôn sau khi thiết kế trên phần mềm là bước quan trọng trong sản xuất, nhằm so sánh giữa tính toán lý thuyết và thiết kế thực tế để đảm bảo độ chính xác Quá trình này giúp đưa ra các phương án điều chỉnh phù hợp.

Việc kiểm tra góc thoát khuôn là cần thiết vì:

Để ngăn ngừa lỗi kẹt sản phẩm trong khuôn, cần thiết phải thiết kế góc tách khuôn hợp lý Nếu góc tách không phù hợp, ma sát giữa bề mặt sản phẩm và khuôn sẽ tăng lên, dẫn đến nguy cơ sản phẩm bị kẹt Tình trạng này không chỉ gây khó khăn trong việc lấy sản phẩm ra khỏi khuôn mà còn làm chậm trễ quá trình sản xuất.

Để tránh lỗi trên bề mặt sản phẩm, cần lưu ý rằng ma sát lớn có thể tạo ra lực chốt đẩy mạnh, gây tổn thương hoặc hư hại cho sản phẩm.

- Cải thiện chất lượng sản phẩm: Bằng cách kiểm tra góc thoát khuôn, có thể đảm bảo sản phẩm được sản xuất ra với chất lượng tốt nhất

Kiểm tra góc thoát khuôn là rất quan trọng để tránh hư hỏng sản phẩm và bộ khuôn Một góc thoát khuôn không hợp lý có thể gây ra nhiều lỗi, dẫn đến chi phí sản xuất tăng cao Do đó, việc điều chỉnh và tối ưu hóa góc thoát khuôn không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro mà còn tiết kiệm chi phí đáng kể cho quy trình sản xuất.

Kiểm tra bề dày sản phẩm

Dùng phần mềm NX 12 để tiến hành kiểm tra bề dày của toàn bộ chi tiết Mở chi tiết trong phần mềm, chọn Analysis trên thanh công cụ

Hình 5.16: Mô phỏng độ dày của sản phẩm

Kết quả kiểm tra cho thấy chi tiết có độ cao bề mặt ổn định theo hướng mở khuôn, với bề dày tương đối đồng đều Bề dày nhỏ nhất khoảng 1 mm và bề dày lớn nhất đạt 4 mm.

5.3.2 Ý nghĩa của việc kiểm tra bề dày sản phẩm

Giảm thời gian chu kỳ ép phun và chế tạo khuôn là điều cần thiết Việc thiết kế sản phẩm với hình dáng hình học hợp lý, bao gồm bề dày đồng nhất và các đoạn chuyển tiếp mượt mà, giúp ngăn ngừa các lỗi trong quá trình sản xuất.

25 trên sản phẩm, tăng thời gian điền đầy và rút ngắn thời gian chu kỳ ép phun

Giảm giá thành sản phẩm và khuôn

Tiết kiệm vật liệu mà vẫn mang lại hiệu quả sử dụng cao cho sản phẩm

Tránh được các khuyết tật như: cong, vênh, lỗ khí, vết lõm, đường hàn, …

Không tốt Tốt Vết lõm Lỗ trống

Hình 5.17: Các khuyết tật do bề dày gây nên Độ dày của sản phẩm có tác động trực tiếp đến nhiều đặc tính quan trọng của sản phẩm

Độ dày của sản phẩm không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng, khả năng cách điện và khả năng chịu nhiệt mà còn tác động đến thẩm mỹ và giá thành của sản phẩm.

Khi tăng bề dày thành sản phẩm, thời gian chu kỳ nguội sẽ kéo dài để đảm bảo sản phẩm ổn định và không bị biến dạng Tuy nhiên, thời gian nguội lâu sẽ làm giảm năng suất sản xuất Ngoài ra, việc sử dụng lượng nhựa lớn hơn cho sản phẩm bề dày cũng dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn, do đó, việc tăng bề dày thành sản phẩm sẽ làm gia tăng giá thành sản phẩm.

Nếu mặt cắt ngang quá dày, sẽ dễ hình thành các bọng khí và vết lõm Do đó, cần đảm bảo độ dày của sản phẩm được duy trì đồng đều.

Hình 5.18: Sản phẩm bị lỗ khí khi thành sản phẩm quá dày

Sự truyền nhiệt hiệu quả nhất xảy ra khi sản phẩm có bề dày đồng đều, và điều này cũng phụ thuộc vào sự phân bố nhiệt trong sản phẩm Nếu lõi sản phẩm nguội chậm hơn bề mặt, sẽ gây ra hiện tượng co rút không đồng đều.

Sự co rút không đồng đều có thể dẫn đến hiện tượng cong vênh Để tối ưu hóa khả năng truyền nhiệt, sản phẩm cần có bề dày đồng đều Bề dày đồng đều giúp phân bố nhiệt một cách đồng nhất trong sản phẩm, từ đó ngăn chặn hiện tượng co rút.

Hình 5.19: Sản phẩm bị cong vênh

Bề dày sản phẩm nên được làm càng mỏng càng tốt, thường từ 0.5 - 4 mm, và cần đồng đều để tối ưu hóa việc điền đầy lòng khuôn và giảm thiểu sự co rút của nhựa lỏng Việc đảm bảo bề dày đồng nhất là rất quan trọng, vì thời gian đông cứng khác nhau ở các phần bề dày khác nhau có thể dẫn đến khuyết tật Thiết kế các đoạn chuyển tiếp có thể giúp hạn chế hiện tượng cong vênh, nhưng để tránh vấn đề này, bề dày đồng nhất là cần thiết Chất lượng sản phẩm không đồng đều sẽ gây ra cong vênh, do đó, bề dày đồng nhất là yêu cầu tối ưu để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Hệ số co rút của sản phẩm

5.4.1 Độ co rút nhựa Độ co rút nhựa hay tỷ lệ co rút nhựa (Shrinkage) là yếu tố quan trọng hàng đầu trong thiết kế khuôn nhựa Đây là hiện tượng vật lý mà thể tích của nhựa thay đổi khi nó chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn Đối với khuôn ép nhựa, sự co ngót của nhựa trong khuôn là quá trình trong đó thể tích của sản phẩm thay đổi trước và sau quá trình làm nguội

Mức độ co ngót của khuôn ép nhựa phụ thuộc vào các thông số vật lý của nhựa và kinh nghiệm của người thiết kế Để sản xuất sản phẩm bằng công nghệ ép phun, lòng khuôn cần được thiết kế lớn hơn sản phẩm mong muốn một tỷ lệ nhất định Điều này giúp đảm bảo rằng khi sản phẩm được ép ra, nó sẽ co lại đúng kích thước mà người thiết kế đã định Độ co ngót của nhựa thường dao động từ 0.002 đến 0.02.

Bảng 5.1: Độ co rút của một số loại nhựa

STT Nhựa Tỉ trọng Hệ số co rút

5.4.2 Áp dụng hệ số co rút vào sản phẩm

Mở môi trường Part, chọn tỉ lệ Scale của nhựa ABS là 0.006

Hình 5.20: Tỷ lệ co rút của sản phẩm

Tính số lòng khuôn

5.5.1 Tính số lòng khuôn tính theo năng suất phun của máy

- Sản phẩm có khối lượng là 16 (g) (Hình 5.21)

Khối lượng của sản phẩm

Hình 5.21: Khối lượng của sản phẩm “Tay cầm ly”

- Năng suất phun của máy: Năng suất phun tối đa của máy ép nhựa Haitian MA1200III là

- Số lòng khuôn tính theo năng suất phun của máy: n ≤ 0.8 × 𝑆

+ n: số lòng khuôn tối đa trên khuôn

+ S: năng suất phun của máy (g/lần phun)

+ W: trọng lượng của sản phẩm (g), W = 16 (g)

5.5.2 Tính số lòng khuôn theo công suất làm dẻo của máy n ≤ 𝑃

+ n: Số lòng khuôn tối đa trên khuôn

+ P: Năng suất làm dẻo của máy (g/phút): 18.4×60 = 1104 (g/s)

+ X: Tần số phun trong 1 phút (lần/phút): 1 lần

+ W: Trọng lượng của sản phẩm (g): 16 (g)

5.5.3 Tính Số lòng khuôn theo lực kẹp khuôn của máy n ≤ Fp

+ n: Số lòng khuôn tối đa trên khuôn

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

+ S: Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm theo hướng đóng khuôn (mm 2 ): 15740.6 (mm 2 )

+ P: Áp suất trong khuôn (MPa): 45 (MPa)

Hình 5.22: Diện tích của sản phẩm theo hướng đóng khuôn

- Số lòng khuôn theo năng suất phun của máy, n ≤ 7.85

- Số lòng khuôn theo công suất làm dẻo của máy, n ≤ 69

- Số lòng khuôn theo lực kẹp khuôn của máy, n ≤ 1.66

Giải bất phương trình được nghiệm n = 1

Theo kết quả tính toán, lựa chọn phương án với số lòng khuôn n = 1 là hợp lý, vừa tiết kiệm chi phí vừa tối ưu kích thước bộ khuôn.

Kênh dẫn nhựa

Cuống phun là phần kết nối giữa vòi phun của máy ép phun và kênh dẫn nhựa, có nhiệm vụ chuyển dòng nhựa từ vòi phun vào kênh nhựa hoặc trực tiếp vào lòng khuôn Hệ thống vòi phun phổ biến nhất hiện nay là bạc cuống phun, giúp thuận tiện trong việc thay thế và gia công.

Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước của cuống phun:

- Đảm bảo khả năng thoát khuôn

- Chiều dài cuống phun phù hợp với độ dày của các tấm khuôn

- Cuống phun được thiết kế có độ dài hợp lý, đảm bảo dòng nhựa ít bị mất áp lực nhất trên đường đi

- Khối lượng, độ dày thành sản phẩm, loại vật liệu nhựa

B A + 1mm α 1.5 o tan α (C -B)/2L Đầu phun máy ép

Sản phẩm “Tay cầm ly” có bề dày lớn nhất là 4 (mm) (Hình 5.16)

Từ kết quả kích thước cuống phun, chọn bạc cuống phun có kích thước như sau:

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

- Thông số kích thước: H = 35 (mm), B = 25 (mm), A = 3 o , D = 10 (mm), P = 3 (mm),

Hình 5.24: Các kích thước tiêu chuẩn của bạc cuống phun Misumi

Kênh dẫn nhựa là đoạn nối giữa cuống phun và miệng phun Có nhiệm vụ là đưa nhựa vào lòng khuôn

Vì thế, khi thiết kế cần phải tuân thủ một sô nguyên tắc kỹ thuật để đảm bảo chất lượng

31 cho hầu hết sản phẩm Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước kênh dẫn:

Chiều dài kênh dẫn nên được tối ưu hóa để ngắn nhất có thể, nhằm đảm bảo quá trình điền đầy lòng khuôn diễn ra nhanh chóng, đồng thời tránh mất áp lực và nhiệt độ trong suốt quá trình này.

Kênh nhựa cần được thiết kế với kích thước nhỏ để giảm thiểu phế liệu, rút ngắn thời gian nguội và giảm lực kẹp Đồng thời, kích thước cũng phải đủ lớn để có thể chuyển tải một lượng vật liệu đáng kể, giúp điền đầy lòng khuôn nhanh chóng mà không làm mất áp suất.

- Kênh dẫn có tiết diện tròn

- Kênh dẫn có tiết diện hình thang hiệu chỉnh

- Kênh dẫn có tiết diện hình thang

- Kênh dẫn có tiết diện hình chữ nhật và nửa hình tròn

Chọn kênh dẫn có tiết diện nửa hình thang hiệu chỉnh giúp tối ưu hóa hiệu quả trong quá trình dẫn nhựa, đồng thời chỉ cần gia công trên một nửa khuôn.

Hình 5.25: Một số loại kênh dẫn

Tính kích thước kênh dẫn:

Hình 5.26: Kênh dẫn hình thang hiệu chỉnh

+ D: đường kính kênh dẫn (mm)

+ L: chiều dài kênh dẫn (mm)

+ D’: đường kính kênh dẫn tham khảo

+ fL: hệ số chiều dài

+ Tmax: chiều dày tối đa của sản phẩm

Kích thước kênh dẫn: Đường kính kênh dẫn: D = Tmax + 1.5 = 4 + 1.5 = 5.5 (mm)

- Sau khi mô phỏng phân tích trên phần mềm Moldex3D với D = 5.5 (mm), kết quả sản phẩm đã điền đầy 100% với áp suất là 50.6 (MPa), chọn D = 5.5 (mm)

- Góc vát từ 5 o – 10 o , chọn góc vát 10 o , suy ra W = 1.25 × D = 6.875, chọn W = 7 (mm)

- Miệng phun là phần nằm giữa lòng khuôn và kênh dẫn nhựa

- Những điều cần lưu ý khi thiết kế miệng phun:

Miệng phun cần được sắp xếp để nhựa chảy từ khu vực có độ dày lớn nhất đến khu vực có độ dày nhỏ nhất, nhằm đảm bảo vật liệu lấp đầy sản phẩm một cách hiệu quả.

+ Vị trí miệng phun tối ưu tạo ra dòng chảy êm ái

+ Đặt miệng phun ở vị trí không quan trọng của sản phẩm vì nơi đặt miệng phun có hướng tồn tồn tại ứng suất dư trong quá trình gia công

+ Miệng phun phải được bố trí sao cho tất cả không khí có thể thoát ra khỏi lỗ thông hơi mà không tạo ra bọt khí trong sản phẩm

+ Đặt miệng phun sao cho không để lại vết đường hàn

Miệng phun thường có kích thước nhỏ nhất và chỉ mở rộng khi cần thiết Tuy nhiên, cần lưu ý hạn chế thời gian thực hiện các nguyên công cắt để tránh tạo ra vết trên sản phẩm.

+ Miệng phun kiểu đường ngầm

Chọn cổng vào nhựa kiểu cạnh là lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm có thành mỏng hoặc trung bình Kiểu miệng phun này thích hợp cho những sản phẩm có kết cấu đơn giản và không yêu cầu độ chính xác cao.

Hình 5.27: Miệng phun kiểu cạnh

+ I = 0.6 → 0.7 bề dày thành sản phẩm

Bề dày thành sản phẩm 2 (mm):

Hình 5.28: Kích thước miệng phun

5.6.4 Đuôi nguội chậm Để phần vật liệu ở chỗ rẽ nhánh không bị đông đặc sớm gây nghẽn dòng nên thiết kế thêm đuôi nguội chậm Đuôi nguội chậm sẽ giúp quá trình điền đầy diễn ra nhanh và tốt hơn Thường nằm ở những nhánh giao nhau của kênh dẫn

Chọn chiều dài đuôi nguội chậm bằng với đường kính kênh dẫn

Hình 5.29: Đuôi nguội chậm lý thuyết

Hình 5.30: Đuôi nguội chậm thiết kế

Hệ thống làm nguội

5.7.1 Vai trò của hệ thống làm nguội

Việc làm nguội cho bộ khuôn là yếu tố quan trọng trong quy trình ép Biểu đồ dưới đây minh họa thời gian của từng giai đoạn trong quá trình ép.

Hình 5.31: Biểu đồ tỉ trọng thời gian trong một chu kỳ ép phun

Quá trình làm nguội chiếm khoảng 60% thời gian trong một chu kỳ ép, do đó việc giảm thời gian làm nguội mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là rất quan trọng Nếu hệ thống làm nguội không hiệu quả trong việc loại bỏ nhiệt khỏi khuôn, nhiệt độ trong khuôn sẽ tiếp tục tăng, dẫn đến tăng thời gian sản xuất trong chu kỳ.

5.7.2 Thiết kế kênh làm nguội

Mục đích chính là duy trì nhiệt độ ổn định cho khuôn, giúp nguyên liệu nhựa giải nhiệt đều Việc giải nhiệt nhanh chóng tránh hiện tượng biến dạng sản phẩm, từ đó giảm thiểu phế phẩm Điều này không chỉ rút ngắn thời gian chu kỳ mà còn tăng năng suất sản xuất hiệu quả.

Các lưu ý khi thiết kế kênh làm nguội:

+ Đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt nhưng phải chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu làm khuôn

+ Đường kính kênh làm nguội phải lớn hơn 8 (mm)

+ Nên chia kênh làm nguội ra nhiều vùng làm nguội để tránh các kênh làm nguội dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ

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

Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Đồng thời, cần chú ý đến hiện tượng cong vênh do sự co rút không đồng đều khi bề dày sản phẩm khác nhau.

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

Bảng 5.2: Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế

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

Khoảng cách từ tấm kênh làm nguội đến thành sản phẩm (mm)

2 tấm kênh dẫn nguội (mm)

Dựa vào bảng 5.2: Với bề dày thành sản phẩm là 2 (mm), và bề dày của phần tay cầm là

4 (mm), chọn đường kính kênh làm nguội bằng 10 (mm)

Bề dày lớn nhất của sản phẩm

Bề dày nhỏ nhất của sản phẩm

Hình 5.33: Bề dày lớn nhất và nhỏ nhất của sản phẩm

Bố trí kênh làm nguội trong thiết kế khuôn chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như lòng khuôn, vị trí các chốt đẩy, bạc định vị, chốt hồi và đặc biệt là ty đẩy Việc sắp xếp kênh làm nguội cần linh hoạt để phù hợp với kích thước tính toán mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm.

Công dụng: Dùng để nối ống dẫn chất lỏng làm nguội với kênh làm nguội

Phân tích CAE

5.8.1 Vị trí cổng phun nhựa

Yêu cầu cổng vào nhựa:

- Cân bằng dòng chảy nhựa

- Đảm bảo tính thẩm mỹ của sản phẩm

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

- Tối thiểu được các khuyết tật như: rỗ khí, đường hàn, cháy Đặc biệt là không điền đầy

- Đảm bảo điều kiện gia công, khả năng gia công được dễ dàng, chiếm ít thời gian

Các bước để mô phỏng cổng vào nhựa đã tính toán bằng phần mềm Moldex3D:

Bước 1: Khởi động phần mềm Moldex3D

Bước 2: Tạo thư mục làm việc New project

Bước 3: Đưa chi tiết dưới dạng file stp vào môi trường làm việc Import → Chọn chi tiết

Import file STP vào phần mềm

Hình 5.36: Sản phẩm cần mô phỏng

Bước 4: Tiến hành vẽ cổng phun theo thông số đã tính toán

Hình 5.37: Kích thước cuống phun

Hình 5.38: Kích thước đuôi nguội chậm

Hình 5.39: Kích thước kênh dẫn nhựa

Hình 5.40: Kích thước cổng vào nhựa

Bước 5: Chọn hướng mở khuôn

Hướng vào nhựa Đường đi của hệ thống làm nguội

Hình 5.41: Chọn hướng mở khuôn cho sản phẩm

Bước 6: Tiến hành chia lưới Mesh → Generate → Chỉnh các thông số → Run

Hình 5.42: Chọn các thông số chia lưới cho sản phẩm

Hình 5.43: Kết quả sản phẩm được chia lưới

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

Hình 5.44: Thông số thử nghiệm

Thời gian điền đầy sản phẩm

Hình 5.45: Kết quả điền đầy của sản phẩm khi thời gian phun là 2(s)

Vị trí nhiệt độ thấp nhất

Vị trí nhiệt độ cao nhất

Hình 5.46: Nhiệt độ bề mặt của chi tiết Áp suất cần thiết để điền đầy sản phẩm

Hình 5.47: Áp suất lớn nhất của sản phẩm sau quá trình phân tích

Vị trí xuất hiện bẫy khí

Hình 5.48: Các bẫy khí xuất hiện ở cuối dòng chảy

Vị trí xuất hiện đường hàn

Hình 5.49: Vị trí xuất hiện đường hàn ở cuối dòng chảy

Hình 5.50: Góc độ giao nhau của 2 dòng chảy nhựa

Nhiệt độ lúc giao nhau của 2 dòng chảy nhựa.

Hình 5.51: Nhiệt độ giao nhau của 2 dòng chảy nhựa

43 Áp suất cao nhất của cuống phun

Hình 5.52: Áp suất cuống phun

Vị trí áp suất cao nhất trong quá trình Packing

Vị trí áp suất thấp nhất trong quá trình Packing

Hình 5.53: Áp suất của quá trình Packing

Vị trí nhựa chưa đông (Nhiệt độ cao)

Vị trí nhựa đã đông (Nhiệt độ thấp) 61.939

Hình 5.54: Kết quả Molten Core quá trình Packing

Lực kẹp khuôn cần thiết: 10.785 tấn/m

Hình 5.55: Lực kẹp khuôn cần thiết

Nhiệt độ cao nhất cuối quá trình làm mát Nhiệt độ thấp nhất cuối quá trình làm mát

Hình 5.56: Nhiệt độ cuối quá trình làm mát

Thời gian cần thiết để đạt tới nhiệt độ tách khuôn

Hình 5.57: Thời gian cần thiết để đạt nhiệt độ tách khuôn

Hiệu quả làm mát cao nhất

Hiệu quả làm mát thấp nhất 16.628

Hình 5.58: Hiệu quả làm nguội của hệ thống làm nguội Độ chuyển vị thấp nhất của sản phẩm Độ chuyển vị cao nhất của sản phẩm 0.069

Hình 5.59: Độ chuyển vị của sản phẩm

Large weld meeting angle Small weld meeting angle

Hình 5.60: Góc độ đường hàn

Quá trình Filling yêu cầu thời gian điền đầy sản phẩm là 2 giây và áp suất phun đạt 51 Mpa Trong quá trình này, nhiều bẫy khí xuất hiện ở cuối dòng chảy, đặc biệt tại vị trí giao nhau của hai dòng chảy nhựa tạo thành một góc 142 độ Nhiệt độ đường hàn đạt 235 độ C sẽ hỗ trợ cho việc hòa trộn hai dòng chảy một cách dễ dàng.

Quá trình Packing diễn ra sau giai đoạn Filling, yêu cầu áp lực nén là 28.7 Mpa Kết quả từ Molten Core cho thấy các vị trí có nhiệt độ dưới 119.8 o C thì nhựa đã đông, trong khi ở nhiệt độ cao hơn, nhựa vẫn chưa đông hoàn toàn Ngoài ra, lực kẹp cần thiết cho quá trình ép là 10.8 tấn.

Quá trình làm mát sản phẩm cho thấy nhiệt độ cao nhất đạt 214.8 o C tại vị trí kênh dẫn và thấp nhất là 54 o C Thời gian để đạt nhiệt độ tách khuôn là 17.5 giây, với hiệu quả làm mát cao nhất là 16.6% và thấp nhất là 2.8%.

Quá trình Warpage: độ chuyển vị sau quá trình ép có sự chênh lệch lớn, độ chuyển vị cao nhất (0.5 mm) và thấp nhất là (0.06 mm)

Trong quá trình thiết kế khuôn, việc bố trí hệ thống thoát khí ở những vị trí có nhiều bẫy khí là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm Giai đoạn Packing cần được điều chỉnh bằng cách tăng thời gian bão áp, vì kết quả từ Molten Core cho thấy vẫn còn nhiều vị trí nhựa chưa đông lại sau quá trình này Ngoài ra, việc tăng thời gian làm mát cũng cần thiết để tránh tình trạng co ngót của sản phẩm sau khi mở khuôn.

Kết quả phân tích và thực tế ép có thể khác nhau do nhiều nguyên nhân, bao gồm sai sót trong quá trình phân tích CAE, cũng như các sai số trong chế tạo khuôn và máy ép Tuy nhiên, việc ứng dụng CAE trong thiết kế và chế tạo vẫn giúp dự đoán kết quả, nhận diện các lỗi có thể xảy ra trên sản phẩm, từ đó điều chỉnh thiết kế và tối ưu hóa thông số ép phun.

Thiết kế lòng khuôn

Bước 1: Khởi động phần mềm NX 12

Bước 2: Đưa chi tiết vào môi trường tách khuôn

Chọn đường dẫn chi tiết cần tách khuôn

Hình 5.61: Import file cần tách khuôn

Bước 3: Lấy biên dạng lớn nhất của sản phẩm

Hướng mở khuôn Biên dạng lớn nhất của sản phẩm theo hướng mở khuôn

Hình 5.62: Chọn biên dạng lớn nhất của sản phẩm theo hướng mở khuôn

Bước 4: Tạo mặt phân khuôn theo biên dạng lớn nhất

Mặt phân khuôn của sản phẩm

Hình 5.63: Mặt phân khuôn của sản phẩm

Bước 6: Tách hai nửa khuôn

Sử dụng lệnh Split Body để chia 2 mặt khuôn

Hình 5.65: Tách thành 2 nửa khuôn

Move object → Chọn tấm khuôn → Chọn hướng mở khuôn → Nhập khoảng cách →

Hướng mở khuôn Khuôn âm

5.9.2 Thiết kế insert cho khuôn dương

Kích thước của insert phụ thuộc vào biên dạng bên trong của sản phẩm; đặc biệt, phần mặt đáy có cung bo nhỏ (R1) sẽ ảnh hưởng đến quá trình gia công, chế tạo và đánh bóng sản phẩm.

Có chiều cao từ mặt phân khuôn đến đỉnh của khuôn dương là 37 (mm), phần đáy có đường kính là ∅77.3 (mm)

Biên dạng cung bo R1 nhỏ khó gia công

Hình 5.67: Cung bo mặt đáy sản phẩm

Bước 1: Chia khuôn dương thành 2 phần:

Hình 5.68: Khuôn dương sau khi tách insert

Bước 2: Tạo phần định vị cho insert ỉ60mm

Hình 5.69: Tạo phần định vị cho insert

Hình 5.70: Lỗ gắn bạc cuống phun và 2 bulong M6 trên insert

Hốc lắp Insert lên khuôn dương

Hình 5.71: Lỗ gắn bạc cuống phun và 2 bulong M6 trên khuôn

Hình 5.72: Mặt cắt hiển thị giữa khuôn dương và insert

Thiết kế vỏ khuôn

Trước khi tiến hành thiết kế khuôn, nhóm đã thu thập đầy đủ thông tin cần thiết, bao gồm bản vẽ, thông số sản phẩm, loại nhựa (ABS) và máy ép nhựa Haitian MA1200III Sau khi thảo luận với giáo viên hướng dẫn, nhóm xác định vị trí mặt phân khuôn, cổng vào nhựa, hệ thống ty đẩy và quyết định sử dụng một lòng khuôn nhằm tối ưu hóa chi phí và kích thước.

Khi thiết kế kích thước cho vỏ khuôn, cần xem xét các yếu tố quan trọng để đảm bảo tính ổn định và độ bền của bộ khuôn.

Kích thước và hình dạng của vỏ khuôn cần phải tương thích với sản phẩm để đảm bảo hiệu quả Việc thiết kế vỏ khuôn phải đảm bảo khoảng cách hợp lý, giúp tách sản phẩm ra khỏi khuôn một cách tối ưu.

Độ dày của vỏ khuôn cần đủ để chịu áp lực trong quá trình ép và duy trì độ bền trong suốt thời gian sử dụng Cấu trúc của bộ khuôn cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính ổn định và chính xác trong quá trình sản xuất Vỏ khuôn mỏng có nguy cơ biến dạng do áp suất phun, dẫn đến việc tạo ra nhiều bavia không mong muốn trên sản phẩm Ngược lại, thiết kế vỏ khuôn dày có thể làm tăng chi phí và khối lượng của bộ khuôn.

Khi chọn vật liệu cho vỏ khuôn, cần xem xét công nghệ gia công phù hợp để đảm bảo sản xuất hiệu quả Nên lựa chọn vật liệu có giá thành hợp lý và chất lượng ổn định, cùng với công nghệ gia công tối ưu để tăng độ bền cho bộ khuôn Ngoài ra, chiều dài và chiều rộng của vỏ khuôn cần được xác định chính xác để bố trí các chi tiết như bạc dẫn hướng, bulong, bạc cuống phun, vòng định vị và chốt hồi một cách hợp lý.

5.10.1 Xác định kích thước khuôn dương

Kích thước của lõi khuôn phụ thuộc chủ yếu vào kích thước sản phẩm, hệ thống đẩy, hệ thống làm mát, và cách bố trí các linh kiện tiêu chuẩn Đối với khuôn có một lòng khuôn và kích thước sản phẩm nhỏ, nó được phân loại vào nhóm khuôn có kích thước nhỏ.

Để đảm bảo đủ không gian cho việc bố trí các linh kiện tiêu chuẩn như bạc định vị và chốt định vị, cũng như thuận tiện cho quá trình gia công, kích thước chiều dài và chiều rộng của khuôn đã được tăng lên 250×250 mm.

Hình 5.74: Kích thước chiều dài và chiều rộng của khuôn dương

Chiều dày của khuôn dương được xác định theo kích thước và số tầng của hệ thống làm mát Trong thiết kế này, chỉ sử dụng một tầng làm mát với đường kính lỗ khoan được xác định cụ thể.

Khuôn dương có chiều cao tổng cộng là 77 mm, được tính từ các khoảng cách: 15 mm từ hệ thống làm mát đến bề mặt sản phẩm, 37 mm từ bề mặt sản phẩm đến mặt đáy của lõi khuôn dương, và thêm 25 mm Hình 5.75 minh họa rõ ràng các kích thước này.

Hình 5.75: Khoảng cách từ mặt đáy sản phẩm đến mặt đáy của khuôn dương

Hình 5.76: Khoảng cách từ hệ thống làm mát đến bề mặt sản phẩm

Vậy kích thước của khuôn dương được xác định là 250×250×77 (mm)

5.10.2 Xác định kích thước khuôn âm Đối với khuôn âm, vì kích thước chiều dài và chiều rộng sẽ tương tự như kích thước của khuôn dương đã được xác định ở trên, các kích thước chiều dài và chiều rộng lần lược là 250×250 (mm) Chiều dày của khuôn âm cũng sẽ được xác định thông qua hệ thống làm mát với số tầng làm mát là 1 và có đường kính lỗ khoan ∅10 (mm) thì chiều dày từ mặt đáy của sản phẩm đến mặt đáy của khuôn dương là 23 (mm) (Hình 5.77), khoảng cách từ mặt phân khuôn đến mặt đáy sản phẩm là 41 (mm) (Hình 5.78) khoảng cách từ mặt đáy sản phẩm đến đường làm mát khoảng 12 (mm) (Hình 5.79)

Từ các kích thước có được, chiều dày tấm khuôn âm là 41 + 23 = 64 (mm), chọn kích thước tấm khuôn âm là 65 (mm)

Mặt đáy của sản phẩm Mặt đáy khuôn âm

Hình 5.77: Khoảng cách từ mặt đáy khuôn âm đến mặt đáy sản phẩm

Mặt phân khuôn của sản phẩm

Hình 5.78: Khoảng cách từ mặt phân khuôn đến mặt đáy sản phẩm

Hình 5.79: Khoảng cách từ đường làm mát đến mặt đáy của sản phẩm

Vậy kích thước của khuôn âm được xác định là 250×250×65 (mm)

5.10.3 Thiết kế vỏ khuôn theo tiêu chuẩn Futaba

Trong bộ khuôn này nhóm sử dụng tiêu chuẩn vỏ khuôn Futaba [8]

Theo tiêu chuẩn Futaba vỏ khuôn 2 tấm gồm các loại sau:

Hình 5.80: Các loại vỏ khuôn theo chuẩn Futaba

+ T: Tấm kẹp trên (Top clamping plate)

+ A: Tấm khuôn âm (Cavity plate)

+ B: Tấm khuôn dương (Core plate)

+ E: Tấm giữ (Ejector retainer plate)

+ F: Tấm đẩy (Ejector base plate)

+ L: Tấm kẹp dưới (Bottom clamping plate)

+ S: Tấm lói bửng (Stripper plate)

+ GBA, GBB: Bạc dẫn hướng (Guide bushing)

+ RPN: Chốt hồi (Return pin)

Sau khi hoàn tất thiết kế và tính toán cho sản phẩm, chúng tôi đã thống nhất phương án sử dụng bơm nhựa qua kênh dẫn và hệ thống lối sản phẩm bằng ty đẩy, do đó quyết định chọn kiểu khuôn Futaba SC.

Hình 5.81: Tiêu chuẩn vỏ khuôn Futaba SC

Xác định các kích thước:

+ Chiều dày tấm khuôn dương A = 40 (mm)

+ Chiều dày tấm khuôn âm B = 65 (mm)

+ Chiều cao gối đỡ C = 20 + 15 + h1 + h2, trong đó h1 là khoảng lấy sản phẩm, h2 là khoảng cách an toàn (Hình 5.82)

Hình 5.82: Chiều cao gối đỡ

Hình 5.83: Khoảng cách để lấy sản phẩm

Vậy chiều cao của gối đỡ là C = 20 + 15 + 15 + 30 = 80 (mm)

Bảng 5.3: Tóm tắt kích thước vỏ khuôn

STT Chi tiết Đơn vị Kích thước

Hệ thống đẩy

5.11.1 Khái niệm hệ thống đẩy

Là hệ thống dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau mỗi chu kỳ ép

Phân loại hệ thống đẩy:

+ Hệ thống đẩy dùng chốt đẩy

+ Hệ thống đẩy dùng lưỡi đẩy

+ Hệ thống đẩy dùng ống đẩy

+ Hệ thống đẩy dùng tấm tháo

+ Hệ thống đẩy dùng khí nén

Sản phẩm tay cầm ly được thiết kế với hệ thống đẩy bằng chốt đẩy mang lại kết cấu đơn giản hóa, không phức tạp, giúp sản phẩm nhỏ gọn, nhẹ và hiệu quả.

+ Có thể lấy sản phẩm ra dễ dàng và ít ảnh hưởng đến hình dạng và tính thẩm mỹ của sản phẩm [2]

Chốt đẩy có độ cứng từ 40 đến 45 HRC, được gia công chính xác và lắp đặt theo hệ thống trục Đặc biệt, chốt này có khả năng chịu mài mòn tốt nhờ vào quy trình phun ép với chu kỳ rất nhỏ.

Hình 5.84: Chốt đẩy tiêu chuẩn Misumi

Bảng 5.4: Kích thước chốt đẩy chuẩn Misumi

Chọn các chốt đẩy có kích thước như sau:

- Một chốt đẩy: D = 6 (mm), L = 100 (mm), H = 9 (mm), T = (4mm)

- Bốn chốt đẩy: D = 4 (mm), L = 150 (mm), H = 7 (mm), T = (4mm)

Hình 5.85: Các chốt đẩy ở khuôn âm

Thiết kế lỗ dẫn cho chốt đẩy:

Thiết kế hệ thống đẩy còn có tác dụng làm rãnh thoát khí và để dễ dàng chuyển động

57 giữa chốt đẩy và lỗ dẫn thường có dung sai lắp lỏng lớn

Hình 5.86: Dung sai giữa chốt dẫn và rãnh dẫn

Công dụng: Dùng để lấy cuống phun ra khỏi bạc cuống phun

+ Dạng rãnh chốt đẩy bi

→ Chọn chốt giật dạng chữ Z

Hình 5.87: Các loại chốt giật đuôi keo

Tính toán chốt giật đuôi keo chữ Z:

+ Có d = 6 (mm), suy ra (0.1÷0.2) × d (Hình 5.88) = (0.1÷0.2) × 6 = 0.6 ÷ 1.2 (mm) + Chọn khoảng cách 1.2 (mm) và góc nghiêng là 20 o

+ Dạng rãnh chốt đẩy bi.

Chọn chốt giật dạng chữ Z.

Hình 5.88: Phần đầu giựt đuôi keo

Hình 5.89: Phần đầu giật đuôi keo được thiết kế

Chốt hồi có công dụng dẫn hướng cho lò xo, giúp tấm đẩy và tấm giữa trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo Khi thiết kế chốt hồi, cần đảm bảo bố trí đối xứng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

→ Chọn hồi khuôn tự động

Tra theo chuẩn Misumi được: Chọn chốt hồi RP8TL-125

Thông số kích thước: T = 8 (mm), H = 20 (mm), L = 125 (mm), D = 15 (mm)

Hình 5.90: Chốt hồi theo chuẩn Misumi

Bảng 5.5: Kích thước chốt hồi chuẩn Misumi

5.11.5 Tính toán lò xo Đo khối lượng hệ thống đẩy

Khối lượng của hệ thống đẩy

Hình 5.91: Khối lượng hệ thống đẩy

Từ phần mềm Siemens NX 12, lệnh Measure Body cho phép đo khối lượng hệ thống đẩy đạt 11 kg Hệ số an toàn được áp dụng trong trường hợp này dao động từ 1.3 đến 1.5, và chúng ta chọn hệ số an toàn là 1.5.

Khối lượng sau khi nhân với hệ số an toàn là 11 × 1.5 = 16.5 (kg)

Hệ thống đẩy với 4 lò xo, lực đẩy cần thiết trên mỗi lò xo là 16.5/4  4.1 (kg)

Khoảng cách cần thiết để lấy sản phẩm

Hình 5.92: Khoảng cách cần thiết để lấy sản phẩm

Có đường kính chốt hồi là ∅15 theo tiêu chuẩn khuôn Futaba SC, chọn đường kính trong của lò xo d = ∅16 (mm) Theo tiêu chuẩn linh kiện khuôn MISUMI có:

Bảng 5.6: Tiêu chuẩn lò xo MISUMI loại SWF

D (mm) d (mm) L (mm) Spring constant

Lực nén ban đầu của lò xo là 2.5 mm, với hệ số an toàn K = 2.22, dẫn đến lực nén của mỗi lò xo đạt 5.55 kg, vượt quá yêu cầu tối thiểu 4.1 kg, do đó đủ điều kiện sử dụng.

Lượng làm việc Nén ban đầu

Hình 5.93: Tam giác lực làm việc của lò xo

Có chiều dài lò xo L = 65 (mm) khoảng cách giữa tấm giữ và tấm khuôn âm là 45 (mm)

Lò xo được chọn có trạng thái nén ban đầu là 2.5 mm, do đó khoảng cách tạo hốc trên tấm khuôn âm cần để chứa lò xo là 17.5 mm, tính từ công thức 65 – 45 – 2.5 Hốc cần được tạo với kích thước ∅32 mm và chiều sâu 17.5 mm.

Hình 5.94: Hốc chứa lò xo

Hệ thống thoát khí

5.12.1 Khái niệm hệ thống thoát khí

Trong quá trình điền đầy khuôn, không khí bên trong cần được đẩy ra ngoài một cách nhanh chóng Hệ thống thoát khí đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiều con đường để không khí mắc kẹt thoát ra dễ dàng Thiết kế của hệ thống thoát khí cần đảm bảo rằng không khí có thể thoát ra mà không cho nhựa nóng chảy đi qua, nhằm tránh việc hình thành bavia.

Khi hệ thống thoát khí không được thiết kế tốt hoặc không có, sản phẩm sẽ gặp phải nhiều khuyết tật nghiêm trọng như đường hàn kém, rỗ khí, vết cháy và nhựa không được điền đầy.

Hệ thống thoát khí phổ biến nhất bao gồm các rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn và mặt mài xung quanh ti đẩy sản phẩm Bên cạnh đó, khí trong khuôn cũng có thể thoát ra ngoài qua đường nước làm nguội và các khe hở của hệ thống trượt.

Có nhiều phương án thoát khí khác nhau có thể áp dụng, tùy thuộc vào cấu trúc của lòng khuôn, vị trí cổng phun, khả năng gia công và áp suất phun.

Một số phương án được sử dụng phổ biến hiện hay bao gồm:

+ Thoát khí qua rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn

+ Thoát khí qua hệ thống đẩy trên khuôn

+ Thoát khí qua hệ thống hút chân không

+ Thoát khí qua hệ thống làm mát, insert, slide, … Để dễ dàng gia công và vệ sinh, nhóm chọn rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn và rãnh dẫn

5.12.3 Thiết kế rãnh thoát khí

Những rãnh này đóng vai trò như một cầu nối giữa lòng khuôn và môi trường ngoài giúp đưa không khí thoát ra khỏi lòng khuôn

Cấu tạo rãnh thoát khí được chia làm hai phần chính:

+ Rãnh dẫn: nằm ở phần đầu rãnh thoát khí

Rãnh thoát là cấu trúc giúp đưa không khí từ rãnh dẫn ra ngoài, với chiều sâu và bề rộng lớn hơn rãnh dẫn để giảm áp suất và đảm bảo không khí thoát ra hoàn toàn Kích thước thường gặp của rãnh thoát là 20×d, trong đó d là chiều sâu của rãnh dẫn.

VENT AREA for ESCAPE of GASES = d× w

Hình 5.96: Kích thước hệ thống thoát khí trên mặt phân khuôn

Bảng 5.7: Bảng chiều sâu vị trí rãnh dẫn một số loại nhựa

Loại nhựa Chiều sâu (mm)

Các thông số của rãnh thoát khí:

+ Độ sâu của rãnh dẫn: d (mm)

+ Chiều rộng của rãnh dẫn: W

+ Độ sâu của rãnh thoát D = 20×d

Tính toán rãnh thoát khí cần thiết:

+ Sản phẩm sử dụng nhựa ABS nên 0.0254 ≤ d ≤ 0.381 (mm)

Các thông số W và l lấy theo khoảng kích thước thực tế:

+ Chiều dài rãnh (l): 0.762 (mm) ≤ l ≤ 3.175 (mm), chọn L = 1.5 (mm) + Chiều rộng rãnh (W): 3.175 ≤ W ≤ 12.7 (mm), chọn W = 3.2 (mm) + Chu vi của 1 rãnh thoát: a = 2(W + d) = 2(3.2 + 0.1) = 6.6 (mm)

Cách bố trí rãnh thoát khí bao gồm việc đặt 2 rãnh trên mặt phân khuôn của sản phẩm với thông số kỹ thuật như sau: đường kính nhỏ (d) là 0.1 mm, đường kính lớn (D) là 2 mm, chiều dài (L) là 1.5 mm, và chiều rộng (W) là 3.2 mm Độ sâu của rãnh thoát khí là D, trong khi độ sâu của rãnh dẫn là d.

Hình 5.97: Rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn

Hình 5.98: Rãnh thoát khí trên khuôn âm

Tính toán thiết kế các chi tiết tiêu chuẩn

Công dụng: Dẫn hướng cho chốt dẫn hướng, để đưa khuôn dương và khuôn âm thẳng hàng với nhau

+ Bạc dẫn hướng có vai

+ Bạc dẫn hướng không có vai

Chọn bạc dẫn hướng có vai

Hình 5.99: Bạc dẫn hướng chuẩn Misumi

Bảng 5.8: Kích thước bạc dẫn hướng chuẩn Misumi

Tra theo chuẩn Misumi chọn: D = 30 (mm), T = 8 (mm), d = 20 (mm), H = 35 (mm)

Công dụng: Dùng định vị cụm cố định và cụm di động trong quá trình đóng và mở khuôn

+ Chốt dẫn hướng bậc không có vai

+ Chốt dẫn hướng thẳng có vai

Hình 5.100: Chốt dẫn hướng chuẩn Misumi

Bảng 5.9: Kích thước chốt dẫn hướng chuẩn Misumi

Chọn chốt dẫn hướng có kích thước: D = 20 (mm), L = 90 (mm), T = 6 (mm), H = 25 (mm), E = 5 (mm)

Hình 5.101: Bulong vòng chuẩn Misumi

Bảng 5.10: Bảng kích thước bulong vòng chuẩn Misumi

Kiểm tra tính bền của bulong đã chọn theo lý thuyết: d = √ 𝑛×𝑀

+ M: Moment uốn tác dụng lên 1 bulong

+ [𝜎]: Ứng suất cho phép (giới hạn bền) của vật liệu là bulong Chọn vật liệu làm bulong là thép CT3 có ứng suất cho phép = 2100 (kg/cm 2 )

Tính đường kính bulong giữa vòng định vị và tấm kẹp:

Moment uốn tác dụng lên 1 bulong: M = m×g×l

+ m: Tổng khối lượng các tấm tác dụng lên 1 bulong

→ Chọn bulong có đường kính d = 12 (mm) (Thỏa điều kiện về độ bền).

Bộ khuôn hoàn thiện sau khi thiết kế

Hình 5.102: Bộ khuôn thiết kế hoàn thiện

CHẾ TẠO, ÉP THỬ VÀ ĐÁNH GIẢ SẢN PHẨM

Gia công khuôn

6.1.1 Chọn vật liệu làm khuôn và máy gia công

Quá trình lựa chọn vật liệu cho khuôn là rất quan trọng, ảnh hưởng đến độ bền, chất lượng bề mặt và công nghệ sản xuất khuôn Việc lựa chọn vật liệu cần dựa vào nhiều yếu tố khác nhau để đảm bảo hiệu quả và độ bền cho sản phẩm cuối cùng.

- Loại nhựa cần bơm vào khuôn vì có những loại nhựa gây hại cho khuôn thép

- Độ bóng bề mặt, độ phức tạp, công năng của sản phẩm ép

- Số lượng sản phẩm yêu cầu

- Công nghệ gia công sản phẩm nhựa (ép phun, đúc thổi…)

- Chống mài mòn và chống ăn mòn hóa học

- Biến dạng về kích thước và hình dạng trong quá trình xử lý nhiệt

- Đặc tính kỹ thuật như cắt, đánh bóng

- Khả năng hàn và phục hồi chi tiết

Khuôn thí nghiệm có kích thước nhỏ gọn, bao gồm một lòng khuôn, được làm từ chất liệu nhựa chuyên dụng cho ép phun, đảm bảo không gây ăn mòn hóa học đối với các loại thép.

Vì đây là sản phẩm không yêu cầu độ bóng cao hay độ chính xác cao nên không cần phải lựa chọn những chất liệu quá đắt tiền

Nhóm nghiên cứu quyết định sử dụng thép C45 để đáp ứng yêu cầu gia công tấm khuôn, trong khi đó, mác thép C45 cũng sẽ được áp dụng cho việc gia công các hốc khuôn và các bộ phận chịu ma sát cao.

Một số thông tin về mác thép C45:

Thành phần hóa học: Silicon (Si): 0,15~0,35%, Mangan (Mn): 0,50~0,80., Phốt pho (P):

- Giới hạn chảy (SCH): 36 kg/mm 2

- Độ bền kéo(sb): 61 kg/mm 2

- Độ dãn dài tương đối (d5): 16%

- Độ dai va đập: 5 kg m/cm 2

- Độ cứng sau thường hóa (HB): ≤ 229

- Độ cứng sau ủ hoặc Ram cao (HB): ≤ 197

Bảng 6.1: Thông số chỉ số cấp bền của thép C45

Mác thép Tiêu chuẩn Độ bền đứt σb (Mpa) Độ bền đứt σc (Mpa) Độ giãn dài tương đối δ (%) Độ cứng HRC

6.1.1.2 Tính toán chế độ cắt

Hầu hết các chi tiết được bán trên thị trường đều được tiêu chuẩn hóa nên không cần phải gia công lại các chi tiết sau đây:

- Chốt dẫn hướng - Bạc dẫn hướng

- Lò xo - Bạc cuống phun

- Hệ thống chốt đẩy – Chốt hồi

Bảng 6.2: Các linh kiện cần gia công CNC Tên chi tiết gia công Số lượng Vật liệu Kích thước (mm)

Tấm khuôn di động 1 Thép C45 300×250×25

Tấm khuôn cố định 1 Thép C45 300×250×25

Công thức sơ bộ để tính toán và chọn S, F đối với máy phay:

+ Lt (mm): Lượng ăn dao

+ S - Spindle speed (rpm): Tốc độ quay trục chính (1000 - 3000 v/ph)

+ F - Feed rate (mm/ph): Tốc độ di chuyển của bàn máy

+ t - Step deep (mm): Chiều sâu cắt

Khi giá trị F tăng, thời gian gia công sẽ giảm, nhưng chất lượng bề mặt của chi tiết có thể bị ảnh hưởng tiêu cực Để khắc phục tình trạng này, cần tăng giá trị S đến mức tối đa, phù hợp với khả năng của máy gia công.

Các loại dao phổ biến trong gia công bao gồm dao carbide nguyên khối, dao gắn mãnh hợp kim (dao gắn insert), dao khoan và doa Khi chọn dao, cần xác định đường kính dao, góc corner Radius (cr) của insert với các kích thước như 0.8, 1.2, 1.6, 3.1, v.v Tiếp theo, cần xem xét số lượng insert trên mỗi dao (số lưỡi cắt trên một dao insert) và đối với dao carbide nguyên khối, số lưỡi cắt cũng cần được xác định Cuối cùng, chiều dài dao, tức là khoảng cách từ đỉnh dao đến holder (kẹp dao), cũng là yếu tố quan trọng trong quá trình lựa chọn.

Công thức sơ bộ để tính toán và chọn S, V đối với máy tiện:

+ Dm(mm): Đường kính chi tiết gia công

+ Vc (m/ph): Tốc độ cắt

+ N (v/ph): Số vòng quay của trục chính

Các máy CNC được sử dụng để gia công các chi tiết Thông số kỹ thuật máy phay CNC Mitsubishi M-V5CN tham khảo Phụ lục 2

Hình 6.1: Máy phay CNC Mitsubishi M-V5CN

Thông số kỹ thuật máy tiện CNC Charles JG-100 tham khảo phụ lục 3

Hình 6.2: Máy tiện CNC Charles JG-100

6.1.2 Gia công tấm kẹp dưới

Bảng 6.3: Nguyên công 1 gia công tấm kẹp di động

Phôi Vật liệu: Thép C45 Kích thước: 300×250×25 (mm) Đồ gá Ê tô

Bước Nội dung gia công Loại dao Dao Chế độ cắt

3 Khoan lỗ xỏ bulong M14 Drill ỉ15 60 400 0.6 Lỗ suốt

4 Phay lỗ trục hệ thống đẩy Endmill ỉ16 500 2500 0.5 Lỗ suốt

5 Phay lỗ bậc Endmill ỉ16 500 2500 0.5 Lỗ bậc 11mm

6.1.3 Gia công tấm kẹp trên

Bảng 6.4: Nguyên công 2 gia công tấm kẹp cố định

4 Khoan lỗ bạc cuống phun Drill ỉ20 50 300 0.5 Lỗ suốt

5 Khoan 4 lỗ bulong M14 Drill ỉ15 60 400 0.6 Lỗ suốt

6 Phay bậc Endmill ỉ16 500 2500 0.5 Lỗ bậc 15mm

7 Phay bậc vòng định vị Endmill ỉ16 500 2500 0.5 Lỗ bậc 5mm

9 Taro ren Tapping M5 Taro thủ công

Bảng 6.5: Nguyên công 3 gia công gối đỡ

3 Khoan 4 lỗ bulong M14 Drill ỉ15 60 400 0.6 Lỗ suốt

Bảng 6.6: Nguyên công 4 gia công tấm đẩy

2 Khoan mồi 4 lỗ Center drill ỉ6 100 1200 1

3 Khoan lỗ bulong M8 Drill ỉ9 100 1200 1 Lỗ suốt

3 Phay bậc lỗ bulong Endmill ỉ8 500 2500 0.2 Lỗ bậc

Bảng 6.7: Nguyên công 5 gia công tấm giữ

Bước Nội dung gia công Loại dao Dao Chế độ cắt Ghi chú

2 Khoan 4 lỗ ty đẩy ỉ4.5 Drill ỉ4.5 100 1200 1 Lỗ suốt

Khoan 1 lỗ ty đẩy ỉ6.5 và ty giật đuôi keo

4 Khoan lỗ bắt bulong M8 Drill ỉ6.5 100 1200 1 Lỗ suốt

5 Phay 4 lỗ chốt hồi Endmill ỉ6 1000 3000 0.1

6 Phay bậc lỗ ty hồi Endmill ỉ6 1000 3000 0.1 Lỗ bậc

Phay bậc lỗ ty đẩy, chốt giựt đuôi keo

9 Taro ren M8 Tapping M8 Taro thủ công

6.1.7 Gia công lòng khuôn âm

Bảng 6.8: Nguyên công 6 gia công mặt 1 lòng khuôn âm

3 Khoan 4 lỗ ty đẩy ỉ4 Drill ỉ4 50 1000 0.5 Sõu 35mm

4 Khoan 2 lỗ ỉ6 Drill ỉ6 50 800 0.5 Sõu 35mm

5 Khoan 4 lỗ bulong M14 Drill ỉ15 60 400 0.6 Sõu 35mm

6 Phay bậc 4 chốt dẫn hướng Endmill ỉ10 1200 3000 0.15 Bậc 6mm

7 Phay 4 hốc lò xo Endmill ỉ10 1200 3000 0.15 Sõu

8 Phay lỗ chốt Endmill ỉ10 1200 3000 0.15 Sõu 20mm

Bảng 6.9: Nguyên công 7 gia công mặt bên lòng khuôn âm

2 Khoan lỗ ỉ10 Drill ỉ4 50 1000 0.5 Lỗ suốt

Bảng 6.10: Nguyên công 8 gia công mặt 2 lòng khuôn âm

3 Khoan 4 lỗ ty đẩy ỉ4 Drill ỉ4 50 1000 0.5 Lỗ suốt

4 Khoan 2 lỗ ỉ6 Drill ỉ6 50 800 0.5 Lỗ suốt

5 Phá thô biên dạng Endmill ỉ12 1200 2500 0.15

10 Phá thô biên dạng kờnh dẫn Bullmill ỉ1.7

11 Phá thô biên dạng kờnh dẫn Endmill ỉ1.5 1200 4000 0.02 Dài

12 Phay bán tinh mặt Ballmill ỉ2 1000 4000 0.01 Dài

14 Phay 4 lỗ chốt dẫn hướng Endmill ỉ12 1200 2200 0.15 Lỗ suốt

16 Phay tinh cung bo Ballmill ỉ2 1000 4000 0.01 Dài

17 Phay bậc tháo khuụn Endmill ỉ10 1200 3000 0.15 Bậc

6.1.8 Gia công lòng khuôn dương

Bảng 6.11: Nguyên công 9 gia công mặt 1 lòng khuôn dương

2 Khoan mồi 7 lỗ Center drill ỉ6 100 1200 1 Lỗ suốt

3 Khoan lỗ bulong M6 Drill ỉ5 50 1000 0.5 Lỗ suốt

5 Phay vai bạc dẫn hướng Endmill ỉ12 1200 3000 0.15 Lỗ bậc

6 Phay 4 lỗ bạc dẫn hướng Endmill ỉ12 1200 3000 0.15 Lỗ suốt

7 Phay 2 lỗ bậc bulong M6 Endmill ỉ8 1200 3000 0.15 Lỗ suốt

Bảng 6.12: Nguyên công 10 gia công mặt bên lòng khuôn dương

2 Khoan lỗ ỉ10 Drill ỉ10 50 1000 0.5 Lỗ suốt

Bảng 6.13: Nguyên công 11 gia công mặt 2 lòng khuôn dương

1 Phá thô biên dạng Bullmill ỉ30

3 Phay bán tinh biờn dạng Endmill ỉ12 1200 2500 0.1

5 Phay bán tinh biờn dạng Endmill ỉ8 1200 3000 0.1

6 Phay tinh biên dạng Endmill ỉ8 1200 3200 0.05

7 Phay bậc lỗ lắp insert Endmill ỉ8 1200 3200 0.05 Sõu 5mm

8 Phay lỗ lắp bạc cuống phun Endmill ỉ8 1200 3200 0.05 Lỗ suốt

9 Phay bán tinh biờn dạng Ballmill ỉ4 1000 4000 0.05

10 Phay tinh biên dạng Ballmill ỉ4 1000 4000 0.02

11 Phay bỏn tinh Ballmill ỉ1.5 700 4500 0.03 Dài 5mm

12 Phay tinh biên dạng Ballmill ỉ1.5 1000 4500 0.01 Dài 5mm

13 Phay bán tinh biờn dạng Ballmill ỉ2 1000 4500 0.03 Dài 5mm

14 Phay tinh biên dạng Ballmill ỉ2 1000 4500 0.01 Dài 5mm

6.1.9 Gia công insert khuôn dương

Bảng 6.14: Nguyên công 12 gia công mặt 1 insert khuôn dương

Phụi Vật liệu: Thộp C45 Kớch thước: ỉ80x80 (mm)

88 Đồ gá Mâm cặp 3 chấu

Bước Nội dung gia công Loại dao Dao

Bảng 6.15: Nguyên công 13 gia công mặt 2 insert khuôn dương

Phụi Vật liệu: Thộp C45 Kớch thước: ỉ80x80 (mm) Đồ gá Mâm cặp 3 chấu

Bước Nội dung gia công Loại dao Dao

Quá trình làm nguội

Sau khi gia công các tấm của bộ khuôn trên máy CNC tiến hành làm nguội

Chức năng của quá trình làm nguội:

+ Loại bỏ những vùng ba via

+ Làm sạch bề mặt gia công

Để cải thiện chất lượng sản phẩm, cần loại bỏ các đường chạy dao do quy trình lập trình gia công chưa hoàn thiện Bên cạnh đó, các chi tiết mua từ thị trường thường không đạt độ chính xác cao, vì vậy cần tiến hành làm nguội lại để đảm bảo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.

+ Đánh bóng các bề mặt khuôn, các rãnh dẫn, vai

Đánh bóng bộ khuôn

Sau quá trình gia công, lòng khuôn thường xuất hiện các vết chạy dao và bề mặt nhám Do đó, việc đánh bóng là cần thiết để dễ dàng lấy sản phẩm ra, giảm thiểu tác hại do mài mòn và tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm.

Có nhiều phương pháp đánh bóng khuôn khác nhau, ở đây nhóm chọn đánh bóng khuôn bằng đá mài dầu và giấy nhám để tiết kiệm chi phí

Quá trình làm nguội bộ khuôn của nhóm được thực hiện qua các giai đoạn sau:

- Loại bỏ những bavia, vùng sắc bén trên các tấm Các dụng cụ được sử dụng:

- Quá trình dũa được thực hiện theo thứ tự như trên hình:

+ Sử dụng dũa kim loại để dũa thô

+ Sử dụng dũa kim cương để dũa tinh lại các bề mặt

- Dùng máy mài kết hợp với đá mài để nới rộng những vùng lỗ

Sử dụng giấy nhám, sáp mài và hóa chất đánh bóng giúp tạo ra bề mặt bóng láng cho lòng khuôn, từ đó nâng cao tính thẩm mỹ cho sản phẩm sau khi ép.

Lắp ráp khuôn

Trước khi lắp ráp khuôn cần chuẩn bị đầy đủ những dụng cụ, thiết bị sau:

- Có đầy đủ dụng cụ cho quá trình lắp ghép như: bộ lục giác, bulong, đai ốc, pa-lăng, …

- Chuẩn bị đầy đủ các bộ phận của khuôn

- Các thiết bị vệ sinh các tấm khuôn khi lắp rắp

- Bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết các bộ phận của khuôn

- Bước 1: Lắp phần khuôn cố định:

+ Lắp bạc dẫn hướng vào tấm khuôn âm

+ Lắp tấm khuôn âm vào tấm kẹp trên

+ Lắp bạc cuống phun vào tấm kẹp trên và vặn bulong cố định

+ Lắp vòng định vị với tấm kẹp trên và vặn bulong cố định

- Bước 2: Lắp phần khuôn di động:

+ Lắp chốt dẫn hướng vào tấm khuôn dương

+ Lắp bốn lò xo và hai gối đỡ vào tấm khuôn dương

+ Lắp bốn chốt hồi, ty đẩy và tấm giữ

+ Lắp tấm đẩy và bốn bulong liên kết tấm đẩy và tấm giữ

+ Lắp tấm kẹp dưới và bốn bulong liên kết phần khuôn di động

+ Lắp tấm insert vào tấm khuôn dương và vặn bulong cố định

- Bước 3: Lắp hai phần khuôn cố định và di động vào với nhau, lắp các đầu nối đường nước và bulong vòng để được bộ khuôn hoàn chỉnh.

Bộ khuôn hoàn chỉnh

Sau khi hoàn tất quá trình gia công và lắp ráp, bước tiếp theo là sơn màu và gắn bảng tên cho bộ khuôn, nhằm mục đích phân biệt và nhận diện bộ khuôn một cách dễ dàng.

Hình 6.16: Phần cố định của bộ khuôn

Hình 6.17: Phần di động của bộ khuôn

Hình 6.18: Bộ khuôn được gia công và lắp ráp hoàn chỉnh

Ép thử

Hiệu chỉnh thông số ép Giao hàng

Lắp khuôn lên máy ép

Thiết lập thông số ép Ép thử và kiểm tra sản phẩm

Sản phẩm đạt Sản phẩm chưa đạt

Hình 6.19: Quy trình ép thử sản phẩm

Khuôn được ép trên máy ép nhựa Haitian

Hình 6.20: Máy ép nhựa HAITIAN MA1200III/400eeco

Lọai nhựa đã chọn mô phỏng là ABS (Polyflam RABS 90000 UV5)

Bảng 6.16: Thông số của nhựa Polyflam RABS 90000 UV5 Туре ABS

Grade Name POLYFLAM RABS 90000 UV5

Comment MVR (220, 10) 0 cm3/10 min, D=1.2 g/cm3

Bảng 6.17: Thông số lấy nhựa

Vị trí 10 25 40 Áp suất (MPa) 60 80 80

Bảng 6.18: Thông số phun nhựa

Vị trí 10 5 Áp suất (MPa) 50 48 24

Bảng 6.19: Thông số nhiệt độ

Sản phẩm sau khi ép:

- Một số lỗi gặp phải trên sản phẩm trong quá trình ép

Hình 6.21: Sản phẩm bị thiếu nhựa

- Những biện pháp khắc phục:

+ Kiểm tra khoảng lấy nhựa

+ Tăng nhiệt độ bộ phận gia nhiệt hoặc nhiệt độ khuôn cùng với tốc độ phun

Hình 6.22: Sản phẩm có đường hàn

- Các biện pháp khắc phục:

+ Tăng tốc độ phun, áp suất phun

+ Tăng nhiệt độ bộ phận gia nhiệt

- Các sản phẩm hoàn chỉnh sau khi ép:

Hình 6.23: Sản phẩm màu xanh lá

Hình 6.24: Sản phẩm màu xanh dương

Hình 6.25: Sản phẩm màu đỏ

Hình 6.26: Bộ sản phẩm tay cầm ly

Hình 6.27: Bộ sản phẩm hoàn thiện với logo của trường

Hình 6.28: Bộ sản phẩm hoàn thiện với tên viết tắt của ngành

Đánh giá

Nhận xét sản phẩm sau khi ép:

- Sản phẩm có kích thước và hình dáng tương đồng với thiết kế 3D

- Độ dày của sản phẩm khá đồng đều

- Sản phẩm có vết của mặt phân khuôn do tấm khuôn âm gia công còn để lại vết dao

- Tính thẩm mỹ của sản phẩm chưa cao vì lòng khuôn chưa được đánh bóng kỹ, sản phẩm còn vết của ty đẩy

Tiêu đề	Thiết Kế Và Chế Tạo Khuôn Phun Ép Sản Phẩm 'Tay Cầm Ly'
Tác giả	Phạm Thanh Phong, Nguyễn Trà Giang, Phạm Ngọc Triển
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Văn Thức
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	2023 - 2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	126
Dung lượng	9,81 MB