đồ án kỹ thuật cơ khí Ứng dụng phần mềm Auocad Mechanical Desktop 3D, proengineer, moldex 3D thiết kế khuôn chậu dùng trong gia đình

Nhu cầu thực tế và hiệu quả kinh tế mà công nghệ ép phun mang lại.Xung quanh chúng ta từ các vận dụng trong gia đình, đến các chi tiết trong các chi tiết máy đều có sản phẩm hay chi tiết

5 Nguyễn Công Hiếu

6 Nguyễn Văn Trường

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

Vinh, Tháng 10 năm 2010

Trần Thanh Hòa

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện tại ở Việt Nam, nghành nhựa đang phát triển rất mạnh và theo đó là sự ứng dụng rộng rãi công nghệ ép phun để tạo ra những sản phẩm có kiểu dáng phong phú và chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu ngày càng khó tính của người tiêu dùng Một trong những khâu quan trọng nhất trong công nghệ ép phun là thiết kế sản phẩm và khuôn Sản phẩm tạo ra phải có kiếu mẫu đẹp, đạt chất lượng cao, giá thành rẻ và đáp ứng đượcnhững yêu cầu của người tiêu dùng

Thông qua bài tập lớn môn học “ Thiết kế gia công khuôn mẫu”, nhóm đã ứng dụng phần mềm “ Auocad Mechanical Desktop 3D,phần mềm proengineer,phan mem moldex 3D” để thiết kế khuôn chậu dùng trong gia đình Nhóm mong rằng sẽ đưa đến cho người đọc những cái nhìn cơ bản, sơ khai nhất về quá trình làm ra một sản phẩm nhựa cụ thể

Trong thời gian làm bài tập này với sự cố gắng của các thành viên trong nhóm đã tìm hiểu tài liệu và xây dựng bài tậpp lớn này Cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Trần Thanh Hòa, bài tập lớn đã hoàn thành đúng thời gian quy định

Do kiến thức, kinh nghiệm, thời gian còn hạn chế, nên chắc chắn bài tập vẫn còn nhiều thiếu sót Rất mong các thày cô giáo, cùng các bạn đóng góp ý kiến để bài tập lớnnày được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

2 Nhu cầu thực tế và hiệu quả kinh tế mà công nghệ ép phun mang lại.

Xung quanh chúng ta từ các vận dụng trong gia đình, đến các chi tiết trong các chi tiết máy đều có sản phẩm hay chi tiết được làm bằng vật liệu nhựa

Hầu hết các sản phẩm này đều có hình dáng và màu sác rất phong phú, chúng đã góp phần cho cuộc sống của chúng ta trở nên đẹp và tiện nghi hơn Đều này chứng tỏ việc sản phẩm nhựa mà phần lớn được tạo bằng công nghệ ép phun đã chở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống sản phẩm nhựa đã và đang thay thế cho các vật liệu kim loại đang một bi cạn kiệt

Tóm lại Nhu cầu về sản phẩm nhựa của con người là mãi mãi cho đến khi người

ta tìm ra một vất liệu mới có đặc tính tương tự và tôt hơn có thể thay thế cho nhựa

3 Khả năng công nghệ

- Tạo ra những sản phẩm có hình dáng phức tạp:Công nghệ ép phun có thể tạo ra sản phẩm có hình dạng không giới hạn,có thể phức tạp hoặc lớn và được điền đầy bằng mộtlần phun

- Trên cùng một sản phẩm hình dáng giữa bề mặt trong và mặt ngoài có thể khác nhau Sản phẩm thiết kế có nhiều lỗ, gân và mặt cắt giao nhau trên thành

- Khả năng tự động hóa trong quá trình sản xuất và có tính lặp lại cao

Phần II Thiết kế sản phẩm và sản lượng.

1.Điều kiện làm việc.

Với đề tài này nhóm chọn phương án thiết kế và chế tạo sản phẩm chậu nhựa dùng trong gia đình, nó phục vụ cho sinh hoạt, nên chi tiết hoàn thành phải đạt được các yêu cầu sau:

+ Phải đảm bảo chất lượng, chịu được nhiệt độ và đọ ẩm với khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam

+ Vị trí cầm nắm để di chuyển phải an toàn, và không làm ảnh hưởng tới người sử dụng

+ Vật liệu chế tạo phải an toài cho người sử dụng, không tự phân hủy, không bị ăn mònhóa học trong môi trương nước vàc các hợp chất tẩy rữa ( bột giặt, nước rữa chén, chất tẩy vải….)

2 Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.

a) Bề dày của sản phẩm

Khi chọn bề dày chính, mục tiêu của nhà thiết kế là cần phải tối thiểu bề dày đồng thời thoả mãn các yêu cầu về chức năng sản phẩm Khi tăng bề dày thành, sẽ làm tăng co rút sản phẩm Co rút nhiều nghĩa là nguy cơ cong vênh lớn Mặt khác,sản phẩm thành mỏng sẽ làm tăng sản xuất, do ít sử dụng nguyên liệu và thời gian chu kỳ ép Theo tính toán người ta nhận thấy rằng nguyên liệu sử dụng và thời gian làm nguội chiếm 70% giá thành sản phẩm Bề dày tối thiểu của sản phẩm được giới hạn bởi quá trình chảy của vật liệu và áp suất điền khuôn, áp suất điền khuôn không được vượt quá 500bar Khi thiết kế, phải sử dụng hệ thống dẫn dòng và hạn chế dòng nhằm mục đích cân bằng dòng trong quá trình điền khuôn Vì vậy làm cho sản phẩm được nén ép đều

các phần rỗng tại các vị trí này Các phần dày có thể tránh bằng cách thay đổi thiết kế hoặc tạo lỗ, khoét lõm, tạo gân thay vì làm thành dạng nguyên khối.

b) Các lỗi khi sản phẩm có bề dày không đồng nhất

Sản phẩm có bề dày không đồng nhất trong quá trình ép gây ra các khuyết tật như: tạo bọt khí, cong, vênh, bề mặt không bằng phẳng và tạo ứng suất nội

Với cách thiết kế này, khi ép nhựa vào khuôn, nhựa sẽ chảy theo đường có lực cản ít nhất Vì vậy, phần sản phẩm dày sẽ điền khuôn trước rồi sau đó phần sản phẩm mỏng mới điền khuôn nên tạo lỗ khí trong sản phẩm

c) Thiết kế các góc

Với các cấu trúc cho dù đó là kim loại hay là nhựa,thì tốt nhất các góc của sản phẩm nên được bo tròn Khi bo tròn các góc cạnh của sản phẩm thì sẽ giảm đi sự tập trung ứng suất, không những giảm các vết rạn gây hư hại cho sản phẩm trong quá trình

sử dụng mà còn dễ dàng gia công với nhiều loại nhựa khác nhau

Bán kính cong càng lớn thì càng tốt,nhưng tối thiểu bán kính cong phải bằng 25% bề dầy thành sản phẩm

Chi tiết có hình dạng tròn nên có các góc lượn, tại vị trí cầm nắm hoạc góc bo giữa đáy và thành bên

d) Thiết kế gân

Gân được sử dụng khi sản phẩm cần độ cứng và bền Độ dày cơ bản của gân khoảng 50-75% độ dày thành chính và phụ thuộc co rút của vật liệu Độ dày gân bằng khoảng 50% độ dày thành chính đối với vật liệu co rút cao và 75% cho vật liệu có độ corút thấp.vật liệu có độ co rút cao(thường lớn hơn 1.5% như PE,PP) những vật liệu có độ

co rut thấp (thường nhỏ hơn 1.0% nhu ABS,PC)

Để đảm bảo sản phẩm có độ chịu lực,người ta thiết kế nhiều gân nhỏ hơn là sử dụng một gân lớn.Khoảng cách tối thiểu giửa các gân bằng hai lần bề dày thành sản

Dưới đáy của chi tiết được thiết kế có các vành gân, có tác dụng làm tăng độ bền của đáy sản phẩm.Tuy nhiên, việc thiết kế đúng là rất quan trọng bởi vì đôi khi nó sẽ gây ra các vết lõm.

3) Vật liệu chế tạo chi tiết.

Vật liệu chi tiết: Sản phẩm được chế tạo bằng vật liệu Nhựa Polyvinyl

4) Cấu tạo chi tiết

Chi tiết được cấu tạo gồm các phần sau:

- Dáy: Có dường kính Ø140

- Miệng: Có dường kính Ø 294, và góc bo Ø300, dùng để di chuyển dễ dàng và tạo độ bền cho miệng chi tiết

- Thân có mặt nghiêng Là phần tạo ra trể tích chính của chi tiết

- Gân vòng tròn ở đáy Tạo cho đáy có độ cứng vững tốt

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

Hình ảnh cái chậu

5) Sản lượng chi tiết hàng năm.

Sản phẩm là vật dụng phục vụ cho mỗi gia đình, nên sản lượng hàng năm được sản xuất là khá lớn Với lượng hàng ngàn chiếc hàng năm Dạng sản xuất hàng loạt lớn

Phần III: Thiết kế khuôn

1 Một số vấn đề khi thiết kế khuôn.

Một thiết kế khuôn được bắt đầu khi nhà thiết kế ngận được bản vẽ hoạc mẫu sản phẩm chế tạo Các thông tin cỏ bản lúc này sẽ là: Máy gia công khuôn, có bao nhiêu lòng khuôn trong một khuôn, loại nhựa dùng cho chế tạo sản phẩm, và các yêu cầu kỹ thuật khách hàng cung cấp, từ đó nhà thiết kế dựa vào đó để thiết kế khuôn

2 Tạo mặt phân khuôn

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

Việc đầu tiên ta phải làm trước khi tách khuôn là xác định độ co rút của sản phẩm Việc xác định độ co rút có ảnh hưởng lớn đến kích thước và độ chính xác của sản phẩm sau này Vì khi nhựa được điền đầy khuôn,khi nguội đi thì sẽ co lại 1 lượng nhất định (gọi là độ co rút),và mỗi loại nhựa có độ co rút khác nhau.

Tiếp theo ta sẽ tạo mặt phân khuôn để tách sản phẩm ra thành 2 phần nữa khuôn cố định và nữa khuôn di động

a) Thiết kế nữa khuôn cố định

Nữa khuôn cố định được thiết kế như bản bẽ gồm:

- Biên dạng ngoài của sản phẩm

- Hệ thống làm nguội

- Lỗ lắp ghép chốt đẩy

- Lỗ lắp bạc đầu rót

- Lỗ lắp chốt định vị với nữa khuôn di động

b) Nữa khuôn di động

Nữa khuôn di động được thiết kế như bản vẽ gồm:

- Biên dạng trong của sản phẩm

- Lỗ định vị ( 3 lỗ Ø20)

- Lỗ ren lắp trục dẫn hướng ( 3 lỗ M20)

- Lỗ lắp mặt bích trục đẩy

3 Hệ thống kẹp chặt và định vị

- Ta tạo mặt phân khuôn để tách sản phẩm ra thành 2 phần cố định và phần di động

- Hệ thống kẹp chặt: Là hệ thống tạo ra lực ép nữa khuôn cố định và khuôn di động Bao gồm xi lanh khí nén, trục đẩy, hệ thống cấp khí khi cần kẹp chặt và xã khí cần tách

2 nữa khuôn

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

XI LANH

PIS TONG

MẶT BÍCH XI LANH

- Cơ cấu định vị: 2 nữa khuôn được định vị bằng 3 chốt, có đầu tự lựa

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

4 Xác định số lòng khuôn.

Các yếu tố quyết định số lòng khuôn (số sản phẩm trên 1 khuôn):

- Kích thước đầu phun của máy ép

- Kích thước,hình dáng sản phẩm

- Tốc độ hóa dẻo

- Lực kẹp cần thiết để thắng áp lực phun của nhựa vào lòng khuôn

- Diện tích lớn nhất của thớt máy

- Yêu cầu của khác hàng về thời gian (sản lượng hàng tháng,hàng năm)

V cs

n

CPVPmaxV

Pi: Áp suất phun lớn nhất (MPA)

A: Tổng diện tích hình chiếu khuôn và rãnh dẫn

Công thức số còn có thể được tính theo cách đơn giản hơn như sau:

(tan) 10000

400S



lk

n

Trong đó:

400: Áp lực nhựa trung bình trong lòng khuôn (lấy theo giá trị thực nghiệm)

5.Thiết kế cuống phun

- Cuống phun là nơi vật liệu được bơm vào khuôn Bạc phun (đầu lò) của máy ép phun tiếp xúc với bề mặt của cuống phun Để sản phẩm và hệ thống rãnh dẫn dễ lói ra khỏi khuôn thì cuốn phun phải được vuốt từ 1.5 – 3.5mm theo dọc chiều dài của cuống

và phải được làm bóng

- Thường thì cuốn phun được tạo hình từ bên trong của 1 chi tiết gọi là bạc bơm keo

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

- Người ta thường thiết kế đường kính lỗ của đầu lò nhỏ hơn đường kính trong của bạc keo từ 0.125 – 0.75mm.Điều này đảm bảo vật liệu chuyển từ đầu lò vào bạc keo được êm,không tạo điều kiện trượt và giảm áp làm cho sản phẩm có độ nén không thíchhợp gây ra các khuyết tật trên bề mặt

- Đường kính của cuống phun ở vị trí giao với hệ thống rãnh dẫn chính tới thiểu phải bằng hoặc lớn hơn đường kính hoặc độ sâu của rãnh

- Kích thước cuống phun phụ thuộc vào kích thước sản phẩm và đặc biệt là bề dày sản phẩm

- Dựa vào các yêu cầu trên, ta chọn ra 1 loại bạc keo theo tiêu chuẩn với đường kính cuống phun bên ngoài

6 Thiết kế miệng phun

- Do chúng ta áp dụng kiểu bơm keo gián tiếp, khuôn gồm một sản phẩm nên cũng

sẽ có một miệng phun

- Một số yêu cầu khi thiết kế miệng phun:

+ Tránh thiết kế cổng gây ra dòng chảy dài hội tụ tạo thành bẫy khí,tại các vị trí đó có thể thiết kế các van thoát khí

+ Nếu có thể thì thiết kế vị trí của cổng ở vùng sản phẩm dáy nhất

+ Lựa chọn vị trí cổng để sán phẩm đạt độ bền cao nhất theo chiều dòng chảy,đặc biệt vật liệu có độn hoặc gia cường

+ Miệng phun phải được đặt xa các phần sẽ chịu va chạm hay chịu uốn.Khu vực miệng phun có khuynh hướng chịu ứng suốt dư do quá trình điền đầy khuôn và thường là vị tríyếu nhất

+ Hạn chế các dòng chảy giao nhau,đặc biệt là tại các vị trí chịu ứng suất và va đập cao.Nên định hướng các dòng chảy giao nhau tại những chỗ dày của sản phẩm

+ Với những khuôn có nhiều cốc khuôn,yêu cầu miệng phun của mỗi cốc phải có cùng kích thước (đường kính và bề dày).Điều này đảm bảo có sự cân bằng dòng chảy đến mỗi cốc khuôn.

+ Dòng chảy phun thẳng trực tiếp vào thành cốc khuôn để tránh sự ửng đỏ và phun tia

- Nếu có thể nên đặt cổng tại những chỗ khuất của sản phẩm

Sau đây em ứng dụng phần mêm moldlow vào để tìm nơi đặt miệng phun

Kết quả phân tích vói anlysis ta đặt hệ thống phân tích như sau

Đây là hình ảnh phân tích ban đầu

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

Ta tiến hành chọn vật liệu:

Chọn vật liệu là nhựa có 10% cao su

Ta tiến hành phân tích,để tìm ra chổ đặt cuống phun hợp lý nhất

Ta tìm nơi đặt cuống phun tự động

Và phân tích.ta được kết quả như hình

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

Vị trí đặt miệng phun tốt nhất là tại đáy của chậu.từ ngoài vào.

Sau đây là các hình ảnh mô tả hệ thống phun như sau

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

7 Thiết kế kênh dẫn nhựa và mô hình tách khuôn

Tạo mặt phân khuôn

Dung phần mềm proengineer ta phân khuôn

Hướng tách khuôn như sau

mủi tên đi lên là hướng tách khuôn của chi tiết

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

Ta phân tích được mô hình khuôn cái như sau

Mô hình khuôn đực như sau

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

Đối với khuôn 2 tấm có một lòng khuôn nên không cần đến kênh dẫn nhựa mà nhựa được điền đầy trực tiếp vào lông khuôn thông qua bạc cuống phun.

Ta có mô hình lắp khuôn như sau

Đối với khuôn 2 tấm có một lòng khuôn nên không cần đến kênh dẫn nhựa mà nhựa được điền đầy trực tiếp vào lông khuôn thông qua bạc cuống phun

Ta có mô hình cụ thể như sau của khuôn đực

Hệ thống rót nhựa được đổ trực tiếp qua bạc cuống phun lắp trong tấm khuôn đực

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

8 Hệ thống điều khiển nhiệt độ.

Để điều khiển nhiệt độ khuôn và để thời gian làm nguội ngắn,cần phải biết đặt hệ thống làm nguội chỗ nào và dùng hệ thống làm nguội nào.Điều này rất quan trọng vì thực tế làthời gian làm nguội chiếm khoảng 50 ÷ 60 % toàn bộ thời gian của chu kỳ khuôn.Do đólàm cho quá trình

giữ nhiệt độ khuôn

cao ở cuối dòng chảy

Để điều khiển tốt nhiệt độ trong khuôn cần lưu ý những điểm sau:

- Kênh làm nguội phải đặt gần bề mặt khuôn càng tốt,nhưng chú ý đế độ bền cơ học củavật liệu khuôn

- Các kênh làm nguội phải đặt gần nhau 1 khoảng nhất định

- Nên chia hệ thống làm nguội ra làm nhiều vòng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dần đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa đầu vào và đầu ra

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

- Dù hệ thống làm nguội đóng vai trò quan trọng như vậy nhưng ta vẫn phải thiết kế chúng sau cùng để tránh đụng chạm với hệ thống lói sản phẩm và các hệ thống khác

- Ở khuôn trên ta thiết kế hệ thống làm nguội cho chi tiết, chịu nhiệt nhiều nhất là nữa khuôn cố định.Vì kích thước khuôn tương đối nhỏ nên ta bố trí hệ thống làm nguội gồmnhững lỗ tròn xuyên suốt từ đầu này đến đầu kia của tấm gồm: đầu vào, đầu ra, cùng với dường dẫn

- Dung dịch được cấp vào đường dẫn từ lỗ trên, thu nhiệt ở khuôn và thoát ra ở lỗ dưới.theo hình vẽ bên

9 Bạc cuống phun.

- Là chi tiết được lắp trên phần nữa khuôn cố định, và được

nối trực tiếp với vòi phun của máy ép phun để đưa nhựa vào

kênh dẫn qua miệng phun vào long khuôn

- Đầu cuống phun càng nhỏ cáng tốt, nhưng vẫn phải bảo đảm

sự điền đầy đồng đều giữa các lòng khuôn với nhau Góc côn

của cuống phun cần phải đủ lớn để thoát khuôn

Phần IV: Chọn máy

1 Giới thiệu các loại máy ép phun.

a) Máy ép phun piston một giàn

Là loại gồm một cụm piston, nó hoạt động như sau: Các hạt nhựa từ phễu được đưa đến xi lanh phun, chuyễn động lên phía trước của piston buộc các hạt đi tới bộ phận mở rộng Xung quanh Spreader sẽ là băng nhiệt nó sẽ làm chảy các hạt nhựa thành nhựa lỏng đi qua giữa xilanh và màng phun vào mỏ vít

b) Máy ép phun piston 2 giàn

BTL: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU

Là loại gồm có hai cụm piston cái này đặt phía trên cái kia, một cái để dẻo hóa vật liệu và dẫn vật liệu đến xi lanh kia mà ở đó piston thứ hai sẽ hoạt động như một piston bắn đạn và đẩy vật liệu dẻo vào khuôn.

c) Máy piston vít chuyển động qua lại theo đường

Sự phun nhựa được thực hiện bởi một vít quay mà nó chuyển động lùi và tiến đến trong xi lanh nung nóng, là một vít qua, nó tọa ra sự chuyển động của vật liệu hạt từ phễu nguyên liệu đi dọc theo thùng xi lanh nóng Khi vật liệu đến cuối của mỏ vít thì vítchuyển động ngược lại để tích vật liệu lại Lúc đó vít lại tiến lên mạnh mẽ, hoạt động như một piston

d) Máy Piston vít 2 giàn

Hoạt động của vít chuyển động qua lại sẽ hạn chế lượng vật liệu có thể được dẻo hóa Tuy nhiên sự hạn chế có thể khác phục được băng piston vít 2 giàn Ở đây vật liệu

di động trên toàn bộ chiều dài của vít qua 1 van nạp vào trong khoang phun Cũng ở đây piston phun củng bắt đầu lùi lái, van bắn đạn sẽ được mở ra khi piston phun tiến lênphía trước