Đồ án tốt nghiệp: Tổng quan về công nghệ và gia công chất dẻo, ứng dụng phần mềm CAD, CAM trong việc thiết kế và chế tạo khuôn phun ép gia công sản phẩm cốc

Nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp 2014 I.Đề tài thiết kế: Tổng quan về cụng nghệ và gia cụng chất dẻo, ứng dụng phần mềm CAD, CAM trong việc thiết kế và chế tạo khuụn phun ộp gia cụng

Bộ giáo dục và đào tạo Cộng hoà xã hội chủ

nghĩa Trờng đhbk hà nội Độc lập - Tự do - Hạnh

phúc .

Nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp 2014

I.Đề tài thiết kế:

Tổng quan về cụng nghệ và gia cụng chất dẻo, ứng dụng phần mềm CAD, CAM trong việc thiết kế và chế tạo khuụn phun ộp gia cụng sản phẩm cốc

II.Cỏc số liệu ban đầu:

 Mẫu sản phẩm

 Vật liệu : Nhựa GPPS

 Dạnh sản xuất : loạt , khối

III.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

 Tỡm hiểu cụng nghệ gia cụng chất dẻo, phương phỏp thiết kế khuụn phun ộp

 Tớnh toỏn thiết kờ khuụn phun ộp cho sản phẩm cốc rượu

 Thiết kế quy trỡnh cụng nghệ chế tạo chày cối

IV.Các bản vẽ Ao

4.1 Bản vẽ sản phẩm

4.2 Bản vẽ kết cấu lắp khuụn

4.3 Bản vẽ chi tiết chày khuụn

4.4 Bản vẽ chi tiết cối khuụn

4.5 Bản vẽ nguyờn cụng chày khuụn

4.6 Bản vẽ nguyờn cụng cối khuụn

Giỏo viờn hướng dẫn

TS Phan Văn

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……….

Nhận xét của giáo viên duyệt đồ án ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LờI NóI ĐầU

Trớc đây, các sản phẩm đợc sản xuất nhờ công nghệ đúc áp lực,

ép phun, ép đùn, đột dập nói chung và các sản phẩm nhựa nóiriêng ít phát triển Do kiểu dáng mẫu mã đơn điệu, ít xuất hiệntrên thị trờng Bởi vì lúc đó lĩnh vực gia công chế tạo khuôn cha có

điều kiện phát triển do gặp phải khó khăn về trình độ khoa họccông nghệ của đội ngũ kỹ thuật

Ngày nay, con ngời không ngừng nghiên cứu khoa học nên đạt đợccác thành tự nhất định trong các lĩnh vực: Vật liệu, điều khiển

điện tử, cơ khí tự động hoá Cho nên đã chế tạo thành công đợcnhiều loại vật liệu mới có khả năng tạo hình nhanh nhờ phơng pháp

định hình) mang các u điểm vợt trội về mặt vật lý,hoá học và

kinh tế nên đợc sử dụng rất nhiều để phục vụ nhu cầu sinh hoạt củacon ngời Đồng thời nền cơ khí đã chế tạo thành công đợc nhiềuchủng loại máy khả năng gia công chế tạo linh hoạt hơn nh: Máyphay CNC, máy tiện CNC, máy gia công tia lửa điện EDM Các loạimáy này có các u điểm nổi trội hơn hẳn so với các loại máy gia côngtruyền thống nh: Phay, tiện, bào, ở các điểm sau:

- Chuyện động tạo hình của dụng cụ cắt phong phú hơn

- Độ chính xác gia công và định vị của dụng cụ tốt hơn

- Độ cứng của vật liệu cần gia công chế tạo luụn đỏp ứng được yờu cầu

- Việc thiết lâp chơng trình để máy gia công đợc các bề mặt

định hình một cách tự động diễn ra nhanh tróng và thuận lợi hơnnhờ sự hỗ trợ của máy tính điện tử

Cho nên, lĩnh vực khuôn mẫu đã có điều kiện phát triển nhanh

và mạnh, để đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng của con ngời trênthị trờng Đứng trớc tình hình đó các đơn vị sản xuất kinh doanhmuốn sản phẩm cạnh tranh tốt trên trên thị trờng thì ngoài việc

nâng cao chất lợng và giảm giá thành cho sản phẩm thì việc tạomẫu hay thay đổi mẫu mã cũng là công việc rất cần thiết.

Hơn nữa đây là công việc sáng tạo không lặp lại, đòi hỏi ngờithiết kế phải có kiến thức cơ bản và chắc chắn về công nghệ chếtạo gia công ra sản phẩm cơ khí Vậy vấn đề thiết kế và chế tạokhuôn mẫu là một đề tài rất phù hợp với nội dung đồ án tốt nghiệpcho một sinh viên năm cuối chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Sau một thời gian tìm hiểu và với sự chỉ bảo, giúp đỡ rất nhiệt

tình của Thầy giáo: TS Phan văn cùng các thầy cô giáo trong bộ

môn máy,ma sát của trờng đại học Bách Khoa – Hà Nội , đến nay

em đã hoàn thành xong toàn bộ nội dung của đồ án tốt nghiệp đã

đợc giao

Tuy nhiên trong quá trình tính toán và thiết kế vẫn có nhữngsai sót nhất định Em rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy cô giáotrong bộ môn

Sinh viên thựchiện

Nguyễn Tiến Anh

Hà Văn Bấng

Môc lôc

Lời nói đầu

Chương I: Tổng quan về vật liệu Polyme 8

Khái niệm và sự hình thành

1.1 Khái niệm 9

1.2 Sự hình thành 10

1.3 Phân loại 11

1.4 Các tính chất của polymer 12

1.5 Một số loại polyme thường gặp 14

A Nhựa nhiệt dẻo 14

B Nhựa nhiệt rắn 23

1.6 Các phương pháp gia công vật liệu polymer 27

Chương 2: Thiết kế khuôn để gia công vật liệu polyme bằng phương pháp phun ép 37

2.1 Cấu tạo chung 37

2.2 Các hệ thống cơ bản của khuôn 41

2.3 Quy trình thiết kế khuôn phun ép 76

Chương 3: Thiết kế khuôn phun ép cho sản phẩm cốc rượu 77

3.1 Giới thiệu chung 78

3.2 Xác định thông số kỹ thuật 79

3.3 Xác định kiểu khuôn 79

3.4 Chọn mặt phân khuôn 80

3.5 Kết cấu khuôn 81

3.6 Hệ thống dẫn nhựa 84

3.7 Hệ thống dẫn hướng 85

3.8 Hệ thống đẩy 86

3.9 Tấm kê và chống khuôn 88

3.10 Tấm kẹp cầu 89

3.11 Hệ thống làm mát 90

3.12 Vòng định vị 92

1.13 Lắp giáp các chi tiết vào khuôn 93

1.14 Nguyên lý hoạt động của khuôn 94

Chương 4: Thiết kế qui trình công nghệ gia công chày khuôn 96

4.1 Phương pháp tính toán 96

4.2 Qui trình công nghệ gia công chày khuôn 98

Chương 5:Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết cối khuôn 135

5.1 Phương pháp tính toán 135

5.2 Qui trình công nghệ gia công cối khuôn 135

Tài liệu tham khảo 162

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU POLYME

Khái niệm và sự hình thành:

1.1 Khái niệm

Khái niệm về vật liệu polyme:

Polyme là những hợp chất cao phân tử được hình thành do sự lặp lại nhiều lầnmột hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm phân tử (monome là đơn vị cấu tạo củapolyme) liên kế với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một số loại tính chất màchúng không thay đổi đáng kể khi lấy đi hoặc them vào vài đơn vị cấu tạo

Gốc tự do hình thành từ sự kết hợp của monome với gốc tự do ban đầu càng bền,

do hiệu ứng cộng hưởng thì monome này càng dễ kết hợp với các gốc tự do:

Có hai loại phản ứng tổng hợp copolyme là: phản ứng đồng trùng hợp và phảnứng đồng trùng ngưng:

Đồng trùng hợp (đồng trùng ngưng) được ứng dụng nhiều trong thực tế vì làmthay đổi, cải thiện tính chất của cao phân tử theo mục đích sử dụng

Các polyme thiên nhiên thông thường là các homopolyme, tuy nhiên protein vànucleit axit là copolyme Tương tự đa số polyme tổng hợp là homopolyme, tuy nhiên

ta cũng có các copolyme như SBR (tổng hợp từ Styren và Butadien), ABS(Acrylonnitrile Butadien Styren)

Ví dụ: PS chịu được nhiệt độ, giá thành rẻ, tuy nhiên có nhược điểm là giòn vàkhó nhuộm màu Để cải thiện tính chất của PS ta tiến hành như sau:

Giảm tính giòn, đồng trùng hợp PS với cao su butadien ta có được cao su SBR:nCH2=CH–CH=CH2 + mCH2=CH–C6H6 –(CH2–CH=CH–CH2–CH2–CH–C6H6)z –

Tăng khả năng nhuộm màu, đồng trùng hợp PS với vinyl pridil

Phản ứng đồng trùng hợp được sử dụng nhiều trong cao su tổng hợp

Cao su butadien-nitryl (NBR) có khả năng chịu được dung môi không phân cựcnhư xăng dầu:

1.2.3 Trùng ngưng

Chưa có những định nghĩa thống nhất

Trong hóa học hữu cơ, phản ứng trùng ngưng theo cơ chế cộng và có phân tử nhỏ.Tuy nhiên trong phản ứng trùng ngưng cao phân tử đôi khi không loại phân tử nhỏ.Phản ứng trùng ngưng là phản ứng tổng hợp các cao phân tử mà cơ sở phát triểnmạch là các phản ứng hóa học cổ điển giữa những nhóm chức hóa học mang ở hai

Hoạt độ của những phân tử trung gian (oligimer) giống như hoạt độ của cácmonome khởi đầu Giá trị phân tử mạch polyme sẽ gia tăng tuần tự và từ từ.

Polyme rất đa dạng và phong phú Tùy theo từng tính chất và khả năng ứng dụng ta

có thể chia ra như sau:

1.3.1 Phân loại dựa vào thành phần hóa học mạch chính

Polyme mạch cacbon (Polyme đồng mạch) la các Polyme trong mạch chính chỉ có các nguyên tử cacbon như PE, PS, PP

Polyme dị mạch là các Polyme mà trong mạch chính có chứa các nguyên tử khác khác cacbon như N, O…, polyester, polyamit…

1.3.2 Phân loại dựa vào cấu trúc

Polyme mạch thẳng: mạch phân tử dài, tính bất đẳng hướng rất cao

Polyme mạch nhánh: có các mạch chính dài và có những mạch nhánh ở 2 bên mạch chính

Polyme mạch không gian (Polyme mạng lưới): cấu tạo từ các mạch đại phân tử kết hỗp với nhau bằng liên kết hóa học ngang: nhựa rezolic, nhựa reformandehit…

Ba nhóm Polyme trên khác nhau về tính chất vật lý

1.3.3 Phân loại dựa vào thành phần của monome (mắt xích cơ bản)

Polyme đồng đẳng: khi mạch phân tử chỉ chứa một mắt xích cơ sở:

…-A-A-A-A-A-…

Polyme đồng trùng hợp: trong thành phần mạch phân tử chứa trên hai loại mắt xích

cơ sở:

…-A-A-B-A-B-A-B-B-B-A-…

1.3.4 Phân loại dựa vào cách sắp xếp các nhóm chức không gian

Polyme điều hòa lập thể: các nhóm thế chỉ ở 1 phía so với mạch chính (Isotactic), cácnhóm thế lần lượt ở 2 bên so với mạch chính (Syndiotactic)

Polyme không điều hòa: các nhóm thế phân bố một cách ngẫu nhiên trên mạch chính (atactic).

1.3.5 Phân loại dựa trên tính chất cơ lý:

Polyme nhiệt dẻo : polyme mạch thảng dưới tác dụng của nhiệt độ nó bị chảy ra , khi làm nguội nó rắn lại , loại polyme này có đặc điểm là có thể tái sinh lại , nên

người ta thường dùng để làm các đồ gia dụng

Polyme nhiệt rắn : hay còn gọi là polyme đặc nhiệt , là mạch không gian , dưới tác dụng của nhiệt độ hay chất đóng rắn nó chở nên cứng , quá trình này không lặp lại

ưu diểm của loại này là có cơ tính tốt , nên được dùng nhiều trong kí thuật

Vật liệu compozit - Ứng dụng của nhựa nhiệt rắn

1.3.6 Phân loại theo ứng dụng :

-polyme thông dụng : dùng để sản xuất các đồ dân dụng thông thường ví dụ :PE ,

PP ,PS, PMMA …

- polyme kỹ thuật : dùng để sản suất các chi tiết kĩ thuật đòi hỏi các tính chất cơ líhóa cao ví dụ : PA , PC , PF …

1.4 Các tính chất của polime

Các tính chất cơ bản chung của polyme là :

 Trọng lượng nhẹ , độ cứng bề mặt không cao

 Là vật liệu cách điện , cách nhiệt và cách âm

 Chảy tốt , có thể dùng nhiều phương pháp gia công

 Kháng nước và hóa chất

 Nhiều ứng dụng tùy thuộc vào công nghệ sản xuất

 Giá thành rẻ

 Có những tính chất đặc biệt tùy thuộc vào cấu trúc hóa học

 Không chịu nhiệt

 Độ kháng dung môi thấp - ứng suất nứt thấp

 Tính chất tĩnh điện thấp

1.4.1.Độ bền : được đặc trương bởi :

Độ bền nén : khả năng chống lại biến dạng theo phương lực tác dụng , là lực nén

Độ bền uốn : đặc trương cho khả năng chống lại biến dạng vuông góc với vớiphương lực tác dụng , là lực cần thiết để đặt nên một đơn vị diện tích để làm gẫy mẫuthử

Module đàn hồi của polyme nói chung là nhỏ , như EPE = 130 – 1000 N/mm2 ; cácchất khác khoảng 1500-4000 N/mm2 ( so với thép khoảng 2x104 N/mm2 )

Tuy nhiên , còn một tính chất mà ta cần chú ý ở nhiều polyme là ngoài khả năng biến dạng do nhiệt độ cao , do lực kéo nén chúng còn có khả năng chảy lạnh Đây là hiện tượng xảy ra khi polyme chịu mọt tải trọng không đổi trong một thời gian dài , mẫu thử dần dần bị biến dạng Hiện tượng chảy lạnh sẽ tăng theo thời gian chịu tải trọng

1.4.3.Độ cứng :

Độ cứng của chất dẻo được do bằng các phương pháp thông thường như kim loại Tuy nhiên người ta hay đo bằng phương pháp đo độ cứng brinell ( HB )

1.4.4.Độ bền hóa học : do đặc điểm cấu tạo bền vững nên polyme bền với các tác

nhân hóa học như kiềm ,axid …

ảnh hưởng của nhiệt độ :

Nhiệt độ ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất của polyme khi thay đổi nhiệt độ một loạt tính chất cơ bản thay đổi Ví dụ : độ bền nhiệt , độ bền lạnh , độ dẫn nhiệt , hệ số

ma sát , nhiệt dung …

Ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên :

Các yếu tố tự nhiên như thời gian có ảnh hưởng đến tính chất của chất dẻo gọi là

sự lão hóa của polyme – đây là hiện tượng giảm cơ tính hóa tính … của polyme khi tiếp xúc với tự nhiên như ánh sang , độ ẩm , oxy , bức xạ điện từ … Tùy từng loại màmức độ lão hóa cũng khác nhau Ví dụ : PMMA , PVC , PA … có độ bền khí hậu tốthơn PP

Để khắc phục hiện tượng này , các nhà sản xuất thường thêm vào các chất phụ gia, chất độn chống oxy hóa , áp dụng chế độ sản xuất riêng tùy theo mục đích sử dụng của từng sản phẩm

0.1 - 20

+ Ở nhiệt độ cao, PE cũng không tan trong nước, rượu béo, acid axetic, acetone,ête êtylic, glyxêrin, dầu lanh và một số dầu thảo mộc khác…

 Khi đốt với ngọn lửa có thể cháy và có mùi paraffin

 Cách điện tốt

 Độ kháng nước cao, không hút ẩm

 PE không phân cực nên có độ chống thấm cao đối với hơi của những chất lỏngphân cực

 Kháng hóa chất tốt

 Kháng thời tiết kém, bị lão hóa dưới tác dụng của oxi không khí, tia cực tím,nhiệt Trong quá trình lão hóa độ dãn dài tương đối và độ chịu lạnh của polymergiảm, xuất hiện tính giòn và nứt

 Độ bám dính kém

e, Ứng dụng

 Giấy cách điện, dây cáp và chi tiết điện, màng và tấm

 Sản phẩm kháng dung môi và dầu nhớt: thùng chứa dung môi, chai lọ, baobì…

 Sản phẩm công nghiệp: két nước ngọt, két bia (cần chất chống UV), nắpchai nước tương, nắp chai tương ớt (không cần chất chống UV)…

+ Lực kéo đứt : 250 – 400 kg/cm2

+ Độ dãn dài : 300 – 800%

c, Tính chất

+ Không màu, bán trong suốt

+ Độ bền kéo, độ cứng cao hơn PE

 Dùng cách điện tần số cao : tấm, vật kẹp cách điện…

3 , ABS (Arylonitrile Butadiene Styrene)

a, Công thức cấu tạo

 Khi hàm lượng acronitrile tăng thì:

 Giảm độ bền kéo, modun đàn hồi, độ cứng và độ cách điện tần số cao

 Tăng độ bền va đập, kháng dung môi, kháng nhiệt

 Khi hàm lượng Butadiene tăng thì:

 Giảm độ bền kéo, modun đàn hồi, độ cứng

 Tăng độ bền va đập, kháng mài, mòn độ dãn dài

 Khi hàm lượng Styrene tăng: độ chảy khi gia nhiệt tăng, cứng hơn nhưng giòn

4, PET (Polyethylene Terephtalate)

a, Công thức cấu tạo

b, Các thông số cơ bản

o Tỉ trọng : 1,33 – 1,4

o Nhiệt độ gia công: 240 - 260 oC

o Nhiệt độ hóa thủy tinh: 78 – 80 oC

 Khả năng chịu nhiệt kém (ở 70 oC chai PET đã bị biến dạng)

 Chu kỳ ép sản phẩm rất ngắn

d, Ứng dụng

 Chi tiết trong xe hơi, điện và điện tử

 Chai nước giải khát

 Màng bao gói thực phẩm, sợi…

o Không phân cực, độ kết tinh thấp, độ trong suốt cao, dễ nhuộm màu

o Độ bền cơ học thấp, độ dãn dài thấp, độ bền va đập kém, giòn

o Nhiệt độ biến dạng nhiệt thấp

o Cách điện tần số cao tốt

o Hòa tan trong benzen, aceton, MEK

o Chịu hóa chất (kiềm, H2SO4, HCl, các axit hữu cơ) và nước cao

d, Ứng dụng

o Sản phẩm nhựa tái sinh: ly, hộp…

o Cách điện tần số cao: vỏ hộp, thùng điện, ống, vật liệu cách điện…

o Sơn: nhựa Alkyd biến tính Styren, sơn Epoxy biến tính Styren…

o Nhựa kết tinh, màu trắng sữa, nhựa bán trong suốt

o Độ kéo càng căng, độ bền uốn và module đàn hồi cao

o Kéo sợi dật lưới đánh cá, sợi bàn chảy răng, sợi cho các loại dụng cụ thể

thao (thường dùng Nylon 6; Nylon 6,6)

o Sản xuất ống các loại ( Nylon 11 – 12 )

o Bọc dây cáp điện ( Nylon 6 – 10 )

Gia công ép phun: bánh răng hộp số, bánh xe nhựa, dụng cụ thể thao, vỏ ôtô, chi tiết quạt điện

B NHỰA NHIỆT RẮN

1 Khái niệm

Là loại Polyme khi bị tác động của nhiệt hoặc các giải pháp xử lí hóa học trở nên cứng rắn (định hình sản phẩm ) hay nói một cách khác dưới tác động của nhiệt, chất xúc tác hay chất đóng rắn và áp suất loại nhựa này xảy ra phản ứng hóa học và tạo bên trong mạng lưới các liên kết ngang (khâu mạch) tạo thành cấu trúc không gian ba chiều

2 Các loại nhựa nhiệt rắn thông dụng và ứng dụng

2.1 Nhựa UPE ( Unsaturated Polyester )

2.1.1 Giới thiệu

Nhựa polyester được sử dụng rộng ri trong cơng nghệ composite, polyesterloại này thường là loại không no, có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng hoặc ở dạng rắnnếu có điều kiện thích hợp Thông thường người ta gọi polyester không no là nhựapolyester hay ngắn gọn hơn là polyester

Về mặt hĩa học, nĩ cịn có khả năng tham gia phản ứng hóa học với cc nhĩm

Phụ thuộc vào loại và tỉ lệ hàm lượng nguyên liệu thô, người ta tạo ra nhiềuloại nhựa ( resin ) khác nhau có đặc tính cơ lí trội khác nhau cho nhiều mục đích sửdụng.

Ví dụ: Resin đa dụng, Resin chống cháy, Resin chịu hoá chất, Resin giảm mùiStyren, Resin đúc, Resin dẻo, Resin chảy…

2.1.1 Công thức cấu tạo: -R-COO-R-

Với R là nhóm có nối đôi,không no

 Ty thuộc vào nguyên liệu tổng hợp.Ví dụ như anhydrite maleic:

2.1.3 Phân loại

Polyester có nhiều loại, đi từ các acid, glycol và monomer khác nhau, mỗi loại cónhững tính chất khác nhau

Có hai loại polyester chính thường sử dụng trong công nghệ composite:

 Nhựa orthophthalic cho tính kinh tế cao, được sử dụng rộng ri, dùng làm cácsản phẩm compozit đa dụng chủ yếu đặt dưới mái che, ít chịu ảnh hưởng thời tiết vàánh sáng mặt trời

 Nhựa isophthalic có khả năng chịu môi trường ngoài trời,chịu hoá chất tốt hơnortho-resin Loại này ứng dụng làm Gelcoat, làm khuôn, các sản phẩm đặt ngoài trời(thùng chứa, bể bơi….)

2.1.4 Tính chất

Nó được hiểu là tính chất vật lý phụ thuộc nhiều vào các yếu tố:

+ Thành phần nguyên liệu (loại tỷ lệ tính chất sử dụng)

+ Phương pháp tổng hợp

+ Trọng lượng phân tử

+ Hệ đóng rắn (monomer, chất xúc tác, chất xúc tiến)

+ Hệ chất độn

Bằng cách thay đổi các yếu tố trên, người ta sẽ tạo ra nhiều loại nhựa UPE Đặc tính vật lí chủ yếu :

2.2 Nhựa Vinylester

2.2.1 Giới thiệu

Vinylester cấu trúc tương tự như polyester, nhưng điểm khác biệt chủ yếu của nóvới polyester là vị trí phản ứng, thường là ở cuối mạch phân tử do vinyl ester chỉ cókết đôi C=C ở hai đầu mạch

2.2.2 Tính chất

Toàn bộ chiều dài mạch phân tử đều sẵn chịu tải, nghĩa là vinylester dai và đànhồi, chịu ứng suất mỏi tốt hơn polyester Vinylester có ít nhóm ester hơn polyester(UPE), nhóm ester rất dễ bị thủy phân, tức là vinylester kháng nước tốt hơn cácpolyester khác, do vậy nó thường được ứng dụng làm ống dẫn và bồn chứa hố chất Vinylester chịu nhiệt tốt (chỉ biến dạng ở nhiệt độ cao)

2.2.3 Ứng dụng

Khi so snh với polyester thì số nhĩm ester trong vinyl ester ít hơn, nghĩa là vinylester ít bị ảnh hưởng bởi phản ứng thủy phân Thường dùng vật liệu này như là lớp

Giá thành Vinylester đắt gấp 2-3 lần UPE.

có tiết diện nhất định gọi là tiết diện tạo hình

Phương pháp đùn liên tục chỉ áp dụng cho nhựa nhiệt dẻo và vật liệu đàn hồi, cònđối với nhựa nhiệt rắn chỉ áp dụng được phương pháp đùn gián đoạn trên máy đùnpittông

Đặc điểm của phương pháp đùn là :

Năng suất rất cao

Sản phẩn được định hình theo 2 chiều Do đó mức độ chính xác phụ thuộc vàonhiều yếu tố như chế độ gia công ( nhiệt độ , áp suất …) chế độ sử lí sau khi sảnphẩm ra khỏi đầu tạo hình

Bằng cách thay đổi đầu tạo hình hoặc kết hợp với các bộ phận sử lí phôi đùn khácnhau , máy đùn có thể tạo ra nhiều mặt hành khác nhau như : màng mỏng , tấnphẳng , sợi , thanh , ống , bọc cáp dây dẫn , các sản phẩm rỗng , lưới …Ngoài ra ,

thiết bị đùn trục vít còn có thể sử dụng để nhựa hóa tạo hạt , trộn .

Hình 1.1 : Máy đùn trục vít

Hình 1.2 : Đầu tạo hình chi tiết dạng ống

Hình 1.3 : Đầu tạo hình chi tiết dạng màng mỏng

1.6.2 Phương pháp thổi (blowing molding)

Là phương pháp trong đó khí nén được thổi vào một “ống” nhựa dẻo để ép nhựa dẻo lên bề mặt của khuôn Đây là một phương pháp để tạo ra những sản phẩm có thành

mỏng như các loại chai, lọ và thùng, Những sản phẩm dùng cho ngành thực phẩm, dược phẩm.

Phương pháp thổi có thể chia thành hai bước:

- Bước thứ nhất là tạo ra một ống nhựa dẻo, hay thường gọi là parison

- Bước thứ hai là thổi khí nén vào ống nhựa đã nung nhiệt để ép nhựa dẻo lên bề mặt trong của khuôn tạo thành hình dáng theo mong muốn

Tuỳ theo loại sản phẩm (phụ thuộc vào loại vật liệu nhựa gia công) mà ta có hai

phương pháp thổi

- Phương pháp đùn – thổi (extrusion blow molding):

Phương pháp này được mô tả bằng hình vẽ sau:

Hình 1.4 Sơ đồ khuôn đùn thổi

Đây là một phương cho năng suất cao Thông thường, nó được tích hợp vào một dây chuyền sản xuất như: Thổi chai sau đó là cho sản phẩm cần đựng (nước có gas hoặc thuốc…) vào và cuối cùng là dán nhãn Nó yêu cầu sản phẩm sau khi thổi phải cứng và

độ cứng còn tuỳ thuộc vào tỷ lệ theo các phương

- Phương pháp phun – thổi (injection blow molding)

Nguyên lý của phương pháp này được mô tả như hình vẽ:

Hình 1.5 Nguyên lý đùn thổi

(1) Nhựa dẻo được phun vào xung quanh cần thổi

(2) Khuôn mở ra và cần thổi cùng với nhựa dẻo được di chuyển đặt vào khuôn

(3) Khí nén được đưa vào, làm ép nhựa dẻo vào bề mặt khuôn nhằm đạt được sản phẩm có hình dạng như mong muốn

(4) Khuôn mở ra và sản phẩm được lấy ra ngoài

So với phương pháp đùn, phương pháp này cho năng suất thấp hơn do chu trình dài hơn Điều đó lý giải tại sao phương pháp này ít được sử dụng trong sản xuất

Cả hai bước trên đều có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm

- Vật liệu và sản phẩm của phương pháp thổi:

Phương pháp thổi bị giới hạn trong loại nhựa nhiệt dẻo (là loại nhựa khi bị gia nhiệtthì nó chuyển từ dạng rắn sang dạng dẻo và khi thôi gia nhiệt thì nó chuyển lại dạng rắn) Polyethylene (PE) là loại nhựa được sử dụng phổ biến nhất trong phương pháp thổi, đặc biệt là PE mật độ cao (HDPE) và PE có khối lượng phân tử cao (HMWPE)

So với loại PE mật độ thấp (LDPE), khi cần độ cứng cao, HDPE và HMWPE cho hiệuquả kinh tế cao hơn do thành của sản phẩm có thể làm mỏng hơn Một số sản phẩm của phương pháp thổi còn dùng các loại chất dẻo như polypropylene (PP),

polyvinylchloride (PVC), and polyethylene terephthalate (PET)

Các loại bao bì, chai nhựa có kích thước nhỏ được sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày

là sản phẩm chính của phương pháp thổi Tuy nhiên, đó không phải là tất cả Trong sinh hoạt và sản xuất, ta còn cần những loại can, thùng có dung tích lớn từ vài lít đến vài nghìn lít như thùng xăng xe ôtô hoặc vỏ một số loại thuyền nhỏ…

Hình 1.6.Bộ khuôn thổi

- Phương pháp thổi quay (rotation molding):

Phương pháp này sử dụng trọng lực bên trong một bộ khuôn quay để nhận được chi tiết có cấu trúc rỗng Còn được gọi là motomolding, đây là một lựa chọn khác của phương pháp thổi để có được các loại sản phẩm có kích thước lớn Nó sử dụng chủ yếu nhựa nhiệt dẻo nhưng thermosets and elastomers đang trở nên phổ biến

Rotomolding có thể tạo được những chi tiết có cấu trúc hình học phức tạp, có kích thước lớn hơn nhưng có chất lượng thấp hơn phương pháp thổi Phương pháp này bao gồm những bước sau:

(1) Một lượng bột nhựa định trước được nạp vào trong khuôn.

(2) Khuôn sau đó được gia nhiệt đồng thời quay xung quanh hai trục vuông góc với nhau do đó, bột nhựa được đưa đến tất cả các bề mặt bên trong của khuôn và dần dần chảy ra tạo thành một lớp nhựa dẻo có độ dày bằng nhau trên bề mặt của khuôn

(3) Trong khi quay, khuôn được làm nguội, do đó làm cho nhựa cứng lại

(4) Khuôn mở ra và sản phẩm được lấy ra ngoài

Tốc độ quay của khuôn tương đối chậm Nó sử dụng trọng lượng của nhựa chứ không phải do ly tâm Điều đó tạo ra một chi tiết có độ dày đều

So với hai phương pháp trên thì khuôn của phương pháp quay đơn giản hơn và rẻ hơn Tuy nhiên, chu kỳ của một sản phẩm lại lâu hơn, có khi lên đến 10 phút mới xong một sản phẩm Để khắc phục hạn chế này, người ta thường tiến hành trên những máy có nhiều trạm, ví dụ như trên hình vẽ là máy có 3 trạm làm việc

1.6.3 gia công sản phẩm bằng phương pháp phun ép :

Đặc điểm :

Phương pháp gia công bằng ép khuôn đã có từ lâu , trước các phương pháp giacông khác Phương pháp này có thể áp dụng cho cả nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo.Nhưng ngày nay có những phương pháp gia công nhựa nhiệt dẻo có chất luợng vàlợi thế hơn như phương pháp đúc dưới áp suất Nên phương pháp này ngày nay dùng

để gia công nhựa nhiệt rắn và hỗn hợp cao su

Các loại nhựa nhiệt rắn thường thể gia công bằng phương pháp này là : PF ,UF ,melamin , các loại nhựa nhiệt dẻo được gia công bằng phương pháp này là các loạicelluloid như PS , PA , PE, ABS, PP…

Phương pháp này có những đặc điểm quan trọng sau :

 Nguyên liệu được hóa nhiệt và phun vào khuôn

 Sản phẩm được định hình và làm nguội trong lòng khuôn

 Vùng định hình của khuôn được tạo bởi chày và cối khuôn

 Thiết bị tạo áp suất để giúp nhựa biến dạng theo hình của lòng khuôn là máy

ép thường là loại thủy lực

 Trong quá trình gia công ở giai đoạn hình thành chất dẻo ở trạng thái chảy nhớt , đặc điểm này chỉ là tương đối

Trong quá trình gia công , việc tạo sản phẩm có thể chia ra làm 2 giai đoạn :

Giai đoạn thành hình : dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất nguyên liệu trong

khuôn sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái chảy nhớt và lấp đầy vùng tạo hìnhcủa khuôn

Giai đoạn định hình : nguyên liêu trong vùng tạo hình phải đạt đến trạng thái rắn

Đối với nhựa nhiệt rắn thì quá trình chuyển trạng thái này được thực hiện nhờ phảnứng hóa học xảy ra ở nhiệt độ gia công để tạo ra mạng lưới không gian, còn đối vớinhựa nhiệt dẻo thì quá trình này xảy ra bởi quá trình làm nguội đến nhiệt độ dưới Tgcủa nhựa

Tùy vào nhiệt độ của giai đoạn thành hình người ta chia phương pháp ép thànhhai loại :

 Ép nóng Nhiệt độ hình thành cao : 120 đến 180 °C

 Ép nguội : Nhiệt độ hình thành là nhiệt độ thường

1.6.4 Gia công sản phẩm bằng phương pháp đúc dưới áp suất

Đặc điểm :

Đúc dưới áp suất hay còn gọi là phương pháp đúc tiêm là phương pháp gia côngchủ yếu được sử dụng trong công nghiệp gia công các vật liệu polymer nhiệt dẻo Đốivới nhựa nhiệt rắn phương pháp này ít sử dụng hơn Tuy nhiên với kết cấu và điềukiện gia công thích hợp được kiểm soát chặt chẽ phương pháp này cũng có thể sửdụng để gia công nhựa nhiệt rắn mà không bị đóng rắn vật liệu khi vào khuôn

- Hoạt động gián đoạn

- Sản phẩm có kích thước chính xác theo 3 chiều vì được tạo hình trong khuôn kín

- Quá trình nhựa hóa tạo hình được thực hiện theo 2 giai đoạn riêng biệt trongnhững bộ phận khác nhau của máy Nhựa hóa trong xi lanh và tạo hình trongkhuôn đúc

- Quá trình tạo hình chỉ được thực hiện khi hai nửa khuôn được gép kín lại với

- Tùy theo nguyên liệu đúc mà chế độ nhiệt đúc là khác nhau Đối với nhựanhiệt dẻo nhiệt độ khuôn thấp hơn nhiệt độ nhựa lỏng Đối với nhựa nhiệt rắnthì nhiệt độ khuôn cao hơn nhiệt độ nhựa lỏng

- Khi vùng tạo hình của khuôn đã được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn chịu tácdụng của lực pitstong đúc gián tiếp qua nhựa lỏng

- Năng suất của phương pháp đúc dưới áp suất cao tùy theo kích thước sảnphẩm chu kì có thể dao động từ mấy giây đến mấy chục phút

- Tiết kiệm được nhiên liệu , đồng thời giai đoạn hoàn tất cũng tốn ít thời gian

- Không ổn đinh được nhiệt độ và áp suất đây là một một đặc điểm không thuậnlợi và chất lượng sản phẩm do đó cũng chịu ảnh hưởng của yếu tố này

Các loại máy đúc được sử dụng được chia thanh 3 loại :

- Máy đùn pistong

- Máy đùn trục vít

- Máy đùn trục vít pitston

Dưới đây là sơ đồ cơ bản của các loại máy trên :

Hình 1.8 Má đùn pitstong ( piston đơn )

Hình 1.9 Má đùn trục vít

Hình 1.10 : Máy đùn pitstong ( piston kép )

1.6.5 gia công sản phẩm chất dẻo bằng phương pháp tạo hình nhiệt

- phổ biến là phương pháp tạo hình chân không ra đời cho pháp sản xuấtnhững sản phẩm có chất lượng cao

CHƯƠNG 2:

THIẾT KẾ KHUÔN ĐỂ GIA CÔNG BẰNG VẬT LIỆU POLYME

2.1 Cấu tạo chung của khuôn gia công vật liệu polymer bằng phương pháp ép phun

2.1.1 Khái niệm chung

 Khuôn là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau, nhựa được phun vào lòngkhuôn,định hình, làm nguội rồi đẩy sản phẩm ra

 Sản phẩm được tạo hình giữa chày và cối khuôn Khoảng trống giữa hai phần

đó được điền đầy bởi nhựa và nó sẽ mang hình dạng của sản phẩm

 Phần tiếp xúc giữa lòng và lõi khuôn được gọi là đường phân khuôn

 Ngoài lòng và lõi khuôn còn có các bộ phận khác của khuôn

2.1.2 Yêu cầu kĩ thuật của khuôn

Đảm bảo độ chính xác về kích thước , hình dáng , biên dạng của sản phẩm

Đảm bảo độ bóng cần thiết của sản phẩm

Đảm bảo lấy được sản phẩm ra khỏi khuôn một cách dễ dàng

Khuôn đảm bảo độ cứng vững khi làm việc , tất cả các bộ phận của khuôn khôngđược biến dạng hay lệch khỏi vị trí cần thiết khi chịu lực ép lớn

Khuôn phải có hệ thống làm mát sao cho lòng khuôn có nhiệt độ ổn định để vậtliệu dễ điền đầy và định hình ,làm nguội nhanh

Khuôn phaỉ có kết cấu hợp lí không quá phức tạp sao cho phù hợp với khả năngcông nghệ hiện có

2.1.3 Các hệ thống cơ bản của khuôn

Cấu tạo chung :

1.Tấm kẹp khuôn phía sau: Dùng để kẹp phần chuyển động của khuôn vàomáy đúc phun

2.Tấm tạo không gian đẩy:để tạo không gian gian cho hệ thống đẩy làm việc 3.Tấm đẩy dưới : Dùng để đẩy chốt đẩy trong quá trình đẩy

4.Chốt đẩy: Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở

5.Tấm đẩy trên: để giữ cho hệ thống chốt đẩy không rơi ra và có tác dụng gắnkết với tấm đẩy dưới

6.Chốt giật cuống phun: Dùng để giật cuống phun ra khỏi khuôn khi khuônmở.

7.Chốt hồi khuôn: Làm cho chốt đẩy có thể quay trở lại khi khuôn đóng lại 8.Bu lông chìm :dùng để kẹp chặt các tấm : tấm kẹp khuôn phía sau , tấm tạokhông gian làm việc, tấm đệm khuôn và tấm khuôn động

9.Tấm khuôn đệm:có tác dụng chịu lực ép của nhựa xuống

10.Tấm khuôn động:chứa chày

11.Tấm khuôn tĩnh: chứa cối

12.Bu lông chìm để lắp khuôn tĩnh:dùng để lắp tấm khuôn tĩnh với tấm giữtrên

13.Đầu phun nhựa:dùng để phun nhựa

14.Bạc lắp đầu phun nhựa:dùng để dẫn hướng cho đầu phun , phun nhựa vào 15.chày:Cùng với tấm khuôn động và tĩnh tạo ra lòng khuôn sản phẩm

16.Chốt dẫn hướng :dẫn hướng cho hai tám khuôn tĩnh và động ra vào khớpnhau

17.Tấm giữ trên: Là tấm kẹp phần cố định của khuôn vào máy đúc phun

18.Bạc dân hướng:dẫn hướng cho chốt dẫn hướng

Hình 2.1 : Các bộ phận của khuôn

3 Tấm đẩy dưới 12 Bu lông chìm M16 lắp khuôn tĩnh

8 Bu lông chìm M16 17 Tấm kẹp khuôn phía trước

Bảng 2: Các bộ phận cơ bản của khuôn

Hình 2.3: Mô hình lắp ráp

Hình 2.4 : Bản vẽ 3D một bộ khuôn đúc phun chất dẻo

2.2 Các hệ thống cơ bản của khuôn

Bề mặt của khuôn tĩnh được gia công mài nhẵn để đảm bảo độ kín khít giữa haitấm khuôn

Trên tấm nửa khuôn tĩnh có các lỗ để lắp chốt dẫn hướng

2.2.2 Khuôn động

Một trong hai phần tạo thành long khuôn , cũng như tấm khuôn tĩnh thì tấmkhuôn đông cũng được gắn chặt nên tấm kẹp khuôn phía sau bằng các bu lông , bềmặt cũng được mài nhẵn , lòng khuôn cũng được gia công ứng với chi tiết sảnphẩm Trên tấm khuôn động cũng có thể gia công rãnh dẫn nhựa Cùng với tấn khuôntĩnh tạo thành lòng khuôn hoàn chỉnh , Yêu cầu đặt ra là sự đảm bảo trùng khít giữahai tấm khuôn sao cho sản phẩm tạo ra không bị lệch do vị trí tương quan của hailòng khuôn và không kín khít

Trên nửa khuôn động còn có các lỗ để lắp bạc dẫn hướng , các lỗ để lắp chốt đẩychốt hồi vị v.v

2.2.3 hệ thống dẫn nhựa hệ thống rãnh dẫn nhựa

Thường có hai loại

A- Cuống nóng ( Không phải lấy cuống) : Hệ thống dẫn nhựa được gia nhiệt liêntục trong quá trình gia công, có ưu điểm tiết kiệm nguyên liệu năng suất cao nhưngchế tạo phức tạp

B- Cuống nguội : Hệ thống dẫn nhựa được làm nguôi cùng với khuôn và được đẩy

ra ngoài cùng với SP

Nguyên liệu chảy vào long khuôn qua hệ thống cấp nhựa , hệ thống cấp nhựa baogồm : cuống phun , kênh nhựa , miệng phun

Hình 2.5: Hệ thống cấp nhựa cho khuôn

Hình 2.6: Cấp nhựa cho một lòng khuôn

a ) Cuống phun

Đối với một bộ khuôn thì hệ thống cuống phun được sử dụng thông thường nhất

là loại có bạc cuống phun Bạc cuống phun được tôi cứng để không bị vòi phun củamáy làm hỏng (Bạc cuống phun được nhà sản xuất tiêu chuẩn hóa) Kích thước củacuống phun được tiêu chuẩn hóa và phụ thuộc vào:

 Khối lượng và độ dày của sản phẩm cũng như loại nhựa được sử dụng để sảnxuất sản phẩm đó

 Kích thước của lỗ vòi phun (cuống phun > vòi phun)

Hình 2.7: Cuống phun

Bán kính trên bạc cuống phun và vòi phun phải tạo nên sự liên kết phù hợpgiữa chúng Bán kính trên bạc cuống phun phải lớn hơn 2 – 5 mm so với bán kínhcủa vòi phun để đảm bảo không có khe hở giữa vòi phun và cuống phun Nếu khe hởlớn sẽ làm rò rỉ vật liệu và làm giảm áp lực phun

Góc côn của cuống phun là rất quan trọng :

 Nếu góc côn nhỏ thì sẽ khó lấy cuống phun ra khỏi bạc cuống phun

 Góc côn lớn thì ảnh hưởng tới thời gian làm mát, tốn vật liệu, bề mặt sản phẩmxấu, tạo bọt khí ở phần tiếp giáp cuống phun với sản phẩm

Vật liệu chế tạo bạc cuống phun có ký hiệu SKD61 Bạc cuống phun phải đượcnhiệt luyện và ram để đạt độ cứng Sau đó nó được mài nghiềnbóng lỗ côn

b) Kênh nhựa

kênh nhựa là đoạn nối giữa cuống phun và miệng phun và đảm bảo đường nhựadẫn đến long khuôn sao cho ngắn nhất để tránh mất nhiều áp lực đẩ nhựa và đỡ tốnnhiên liệu kích thước của kênh dẫn nhựa phải đủ lớn để chuyển được vạt liệu vàolòng khuôn một cách nhanh nhất

Kênh nhựa là đoạn nối giữa cuống phun và miệng phun Kênh nhựa phải được thiết

kế ngắn sao cho có thể nhanh chóng điền đầy vào lòng khuôn mà không bị mất nhiều

áp lực kích thước của kênh nhựa phải đủ nhỏ để làm giảm phế liệu và lượng nhựatrong lòng khuôn nhưng phải đủ lớn để điền đầu nhựa vào lòng khuôn

Tổng chiều dài kênh dẫn càng nhỏ càng tốt để giảm lực cản trên đường đi và tăngkhả năng điền đầy cho khuôn cũng như tiết kiệm nguyên liệu

Lòng rãnh phải có độ nhẵn bóng cao nhằm làm giảm ma sát tăng khả năng điền đầycủa lòng khuôn.

Hình 2.8: Cách bố trí kênh nhựa

Để xác định diện tích kênh dẫn nhựa ta phải dựa vào thời gian điền đầy:

T =m/Q => Q = m/T =s.v

Trong đó:

m: khối lượng của sản phẩm

Q: lưu lượng phun

s: diện tích tiết diện

v: tốc độ phun

 s = m/t.v

Tốc độ phun phụ thuộc vào nhiều yếu tố như áp lực phun, độ bóng bề mặt kênh dẫnnhựa, nhiệt độ khuôn Như vậy việc tính toán chính xác diện tích tiết diện kênh dẫnnhựa là rất khó khăn và phức tạp mà trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp không thể hoànthành được mặt khác việc tính toán phải dựa trên giả thuyết do đó kết quả tính đượcchỉ ra là gần đúng