Thiết kết khuôn ép nhựa 2 tấm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA TẤM Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS TÀO QUANG BẢNG ĐINH VĂN HUY Đà Nẵng, 2017 TĨM TẮT Chất dẻo, hay cịn gọi polymer xuất từ lâu đời dùng làm vật liệu phục vụ đời sống người với nhiều loại vật phẩm khác Với phát triển mạnh mẽ ngành nhựa nhu cầu sản phẩm chất lượng, số lượng, độ bền sản phẩm cao Chúng ta dùng phương pháp Công nghệ ép đùn giải vấn đề ngành nhựa khuôn ép nhựa trở nên quan hết ngành nhựa Khuôn dụng cụ dùng để định hình sản phẩm nhựa Nó thiết kế cho sử dụng cho số lượng chu trình u cầu Kích thước kết cấu khn phụ thuộc vào kích thước hình dáng sản phẩm Khuôn khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm C C ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa bên hơng sản phẩm mở khn có khoảng mở để lấy sản phẩm kênh dẫn nhựa Đối với khn thiết kế cổng vào nhựa cho sản phẩm R L T kênh dẫn nhựa tự động tách rời không tách rời sản phẩm kênh dẫn nhựa (xương keo) lấy khỏi khuôn Phương pháp dùng khuôn hai thông dụng hệ thống khuôn ép phun Khn gồm có hai phần: khn trước (khn âm) khuôn sau (khuôn dương) Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo khuôn hai thường sử dụng để tạo sản phẩm dễ bố trí cổng vào nhựa tâm, sản phẩm có nhiều miệng phun nhiều lịng khn có nhiều miệng phun tâm U D Khi chế tạo khuôn ta cần phải ý thành phần khuôn, việc gia công phần khuôn quan trọng máy CNC để đảm bảo xác có thể, việc phân tích sản phẩm nhựa phần mền CAE quan trọng với việc phân tích ta tính tốn xác chất lượng khuôn tăng khả tạo thành thành phẩm Tóm lại sau đến với chi tiết bước để tạo thành khuôn ép nhựa hồn chỉnh LỜI NĨI ĐẦU Trong vòng mười năm trở lại đây, ngành nhựa trở thành ngành có tốc độ tăng trưởng nhanh nước Sản phẩm nhựa Việt Nam có mặt 40 quốc gia không ngừng tăng trưởng Ngành nhựa phát triển lớn mạnh kéo theo đời công nghiệp khuôn mẫu để hỗ trợ điều tất yếu Chính điều tạo nên hội thách thức cho đội ngũ kỹ sư lĩnh vực khuôn mẫu Sản phẩm nhựa chế tạo nhiều phương pháp khác nhau, đó, phổ biến cơng nghệ ép phun Công nghệ mang lại hiệu kinh tế cao, tốn thời gian tạo sản sản phẩm, thích hợp cho sản xuất hàng loạt Hiện nay, ngành cơng nghệ ép phun có nhiều phát triển vượt bậc, với phát triển mạnh mẽ việc ứng dụng CAD/CAM/CNC-CAE vào thiết kế lập quy trình sản xuất, C C R L ngành cơng nghiệp nhựa dần khẳng định vị trí cơng T nghiệp nước nhà Nay em thực đồ án Thiết kết khuôn ép nhựa hướng dẫn giảng viên Tào Quang Bảng Trong q trình thực cịn nhiều sai sót mong thầy bỏ qua Vì đồ án cuối em thực hiện, em xin cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng tích cực giảng dạy cho em biết thêm nhiều kiến thức bổ ích năm qua, giúp em có tảng vững để sau tìm U D cơng việc tốt Một lần em xin cảm ơn! Sinh viên thực Đinh Văn Huy i CAM ĐOAN Trong trình thực đồ án tốt nghiệp em có tham khỏa số tài liệu mạng tài liệu từ trình giảng dạy học tập em suốt năm qua Từ nguồi tài liệu em làm phần lý thuyết Đồ án tốt nghiệp em phần vẽ em xin cam đoan em tự nghiên cứu làm Sinh viên thực Đinh Văn Huy C C R L T U D ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH VẼ, BẢNG ix DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU xiii Chương 1: THIẾT KẾ SẢN PHẨM CHO KHUÔN ÉP NHỰA 1.1 Yêu cầu hình học với sản phẩm nhựa khuôn ép C C 1.1.1 Góc khn 1.1.2 Bề dày 1.1.2.1 Hiệu kinh tế R L 1.1.2.2 Một số điều cần ý 1.1.3 Góc bo 1.1.3.1 Hiệu thiết kế T U D 1.1.3.2 Giải pháp thiết kế góc bo 1.1.3.3 Một số ý thiết kế góc bo 1.1.4 Gân 1.1.4.1 Hiệu kinh tế 1.1.4.2 Các loại sản phẩm cần gân tăng bền 1.1.4.3 Thiết kế gân tăng cứng .8 1.1.4.4 Một số điều ý 1.1.5 Vấu lồi 10 1.1.6 Lỗ sản phẩm 11 1.1.6.1 Lỗ không suốt 11 1.1.6.2 Lỗ suốt 12 1.2 Thiết kế chi tiết cho khuôn ép nhựa 13 Chương 2: CẤU TẠO KHUÔN ÉP PHUN 14 2.1 Tổng quan khuôn ép nhựa 14 2.1.1 Khái niệm 14 2.1.2 Phân loại khuôn ép 15 2.1.3 Kết cấu chung khuôn 15 iii 2.2 Hệ thống cấp nhựa nguội( Cool runner) 17 2.2.1 Tổng quan hệ thống cấp nhựa nguội 17 2.2.1.1 Đặc điểm 17 2.2.1.2 Nguyên tắc hoạt động 17 2.2.1.3 Nguyên tắc thiết kế 17 2.2.2 Đặc điểm chức hệ thống dẫn nguội 18 2.2.2.1 Cuống phun 18 2.2.2.2 Kênh dẫn nhựa: 20 2.2.2.3 Miệng phun .25 2.2.2.4 Đuôi nguội chậm 31 2.3 Hệ thống lấy sản phẩm khỏi khuôn 31 2.3.1 Các lấy sản phẩm khỏi khuôn 31 2.3.2 Khái niệm hệ thống đẩy 31 2.3.3 Nguyên lý chung 32 2.3.4 Các hệ thống đẩy thường dùng 32 2.3.4.1 Hệ thống đẩy dùng chốt đẩy .32 C C R L 2.3.4.2 Hệ thống đẩy dùng lưỡi đẩy: 35 T 2.3.4.3 Hệ thống đẩy dùng đẩy 35 2.3.5 Điều khiển hệ thống đẩy 36 2.3.5.1 Gia tốc thêm cho đẩy 36 2.3.5.2 Gia tốc thêm cho đẩy 36 2.3.5.3 Tấm đẩy có địn bẩy 36 U D 2.3.6.Một số điểm cần lưu ý thiết kế hệ thống đẩy 37 2.4.Hệ thống làm nguội 37 2.4.1.Tầm quan trọng mục đích hệ thống làm nguội 37 2.4.1.1.Tầm quan trọng 37 2.4.1.2.Mục đích 37 2.4.2.Một số chất làm nguội 38 2.4.3.Độ dẫn nhiệt kim loại .38 2.4.4.Các thành phần khuôn ép nhựa 38 2.4.5.Quy luật thiết kế kênh dẫn nguội 39 2.4.6 Thiết kế kênh làm nguội 41 2.4.7 Làm nguội lõi khuôn 42 2.4.7.1 Hệ thống làm lạnh có vách ngăn (Beffle system) 42 2.4.7.3 Hệ thống dạng góc (Angle holed) 44 2.4.7.4 Hệ thống làm lạnh dạng lỗ bước (Stepped hole) 44 iv 2.4.7.5 Hệ thống làm nguội dạng xoắn ốc (Spiral cooling) 44 2.4.7.6 Các dạng giải nhiệt khác 45 2.4.8 Làm nguội lịng khn 46 2.4.8.1 Hệ thống làm nguội nối tiếp (Series circuit) 47 2.4.8.2 Hệ thống làm nguội song song (Parallel circuit) 48 2.4.8.3 Hệ thống làm nguội nhiều tầng 49 2.4.9 Các chi tiết sử dụng hệ thống làm nguội 49 2.4.9.1 Các nút chỉnh dòng (pressure plugs) 49 2.4.9.2 Nút que làm chệch hướng dòng (diverting plug and rod) 50 2.4.9.3 Cascade water junction .50 2.4.9.4 Vách tròn (Bubbler tube) 50 2.4.9.5 Vách phẳng vách xoắn (Baffle or spiral baffle) .51 2.4.9.6 Ỗng dẫn nhiệt 51 2.4.9.7.Đầu nối chuyển tiếp (elbow) .52 2.4.9.8 Đầu nối (connector) 52 2.4.9.9 Ống phân phối chất làm nguội 53 C C R L 2.5 Hệ thống dẫn hướng định vị 53 T 2.5.1 Chốt dẫn hướng bạc dẫn hướng 53 2.5.1.1 Các loại chốt dẫn hướng 54 2.5.1.2 Các loại bạc dẫn hướng 54 2.5.1.3 Cách lắp bạc dẫn hướng vào chốt dẫn hướng 55 2.5.2 Cơ cấu định vị 57 U D 2.6 Hệ thống thoát khí 57 2.6.1 Khái quát 57 2.6.1.1 Khái niệm 57 2.6.1.2 Những khuyết tật sản phẩm nhựa 57 2.6.2 Các kiểu khí 58 2.6.3 Rãnh khí mặt phân khuôn 59 2.6.3.1 Rãnh dẫn (vent land) 59 1.6.3.2 Rãnh thoát (relief slot) 61 2.6.4 Hệ thống khí kênh dẫn 62 2.6.4.1 Ưu điểm 63 2.6.4.2 Nhược điểm 63 2.6.5 Thốt khí qua hệ thơng đẩy khuôn 63 2.6.5.1 Ưu điểm 64 2.6.5.2 Nhược điểm 64 v 2.6.5.3 Các hệ thống khí khác .64 2.6.6 So sánh kiểu khí 64 Chương 3: CÁC KHUYẾT TẬT TRÊN SẢN PHẨM ÉP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 65 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ ép phun 65 3.1.1 Nhiệt độ .65 3.1.1.1 Sự không đồng nhiệt độ .65 3.1.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ trình phun ép .65 3.1.2 Tốc độ phun 65 3.1.2.1 Tầm quan trọng tốc độ phun 65 3.1.2.2 Các khuyết tật tốc độ phun gây 65 3.1.2.3 Các vùng thường tập trung bọt khí 65 3.1.2.4 Các nguyên nhân dẫn đến tượng tạo bọt khí 65 3.1.2.5 Phun với tốc độ cao 66 3.1.2.6 Phun với tốc độ khác sản phẩm 66 3.1.2.7 Phun với tốc độ cao với sản phẩm thành mỏng 66 C C R L 3.1.2.8 Cài tốc độ phun thay đổi 66 T 3.1.3 Áp suất phun 66 3.1.3.1 Áp suất nén (giữ) 66 3.1.3.2 Áp suất trì vào thời gian trì áp suất 66 3.1.3.3 Sự thất áp suất khn .66 3.1.3.4 Tầm quan trọng áp suất khuôn 67 U D 3.1.3.5 Đường cong áp suất khuôn .67 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm 67 3.3 Các khuyết tật sản phẩm cách khắc phục .67 3.3.1 Sản phẩm bị sai lệch kích thước lắp ghép (Hình 3.1) 67 3.3.1.1 Phân loại co ngót 67 3.3.1.2 Các biến số ảnh hưởng đến dộ co ngót 67 3.3.2 Sản phẩm bị cong vênh 68 3.3.2.1 Mô tả 68 3.3.2.2 Các biến số ảnh hưởng đến cong vênh 68 3.3.2.3 Các nguyên nhân gây cong vênh 69 3.3.2.4 Biện pháp khắc phục 69 3.3.3.1 Mô tả 69 3.3.3.2 Nguyên nhân .70 3.3.3.3 Biện pháp khắc phục 70 vi 3.3.4 Sản phẩm có vết lõm .70 3.3.4.1 Nguyên nhân .70 3.3.4.2 Cách khắc phục vết lõm .70 3.3.5 Hiện tượng phun thiếu 71 3.3.5.1 Mô tả 71 3.3.5.2 Nguyên nhân .71 3.3.5.3 Cách khắc phục .71 3.3.6 Sản phẩm bị bavia 71 3.3.6.1 Mô tả 71 3.3.6.2 Nguyên nhân .72 3.3.7 Sản phẩm có đường hàn nối 72 3.3.7.1 Mô tả 72 3.3.7.2 Nguyên nhân .73 3.3.7.3 Cách khắc phục .73 3.3.8 Sản phẩm có nhiều nếp nhăn (Hình 3.8) 73 3.3.8.1 Nguyên nhân .73 C C R L 3.3.8.2 Biện pháp khắc phục 73 T 3.3.9 Bề mặt bị bong tróc, có vết xước, khơng phẳng 73 3.3.9.1 Mô tả 73 3.3.9.2 Nguyên nhân .74 3.3.9.3 Cách khắc phục .74 3.3.10 Các vết rạn nứt 74 U D 3.3.10.1 Mô tả .74 3.3.10.2 Nguyên nhân 74 3.3.10.3 Cách khắc phục 74 3.3.11 Sản phẩm có vết cháy đen 75 3.3.11.1 Mô tả .75 3.3.11.2 Nguyên nhân 75 3.3.11.3 Biện pháp khắc phục 75 Chương 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHN 76 4.1 Tính số lịng khn 76 4.1.1 Số lịng khn tính theo số lượng lô sản phẩm 76 4.1.2 Số lịng khn tính theo suất phun máy .76 4.1.3 Số lịng khn tính theo suất làm dẻo máy 76 4.1.4 Số lịng khn tính theo lực kẹp khn máy 77 4.1.5 Chọn phương pháp tính số lịng khn 77 vii 4.1.5.1 Chọn máy ép .77 4.1.5.2 Tính tốn sơ lịng khn theo suất làm dẻo máy 78 4.2 Chọn chi tiết dẫn nhựa vào lịng khn 78 4.2.1 Cuống phun 78 4.2.1.1 Chọn cuống phun bạc cuống phun 78 4.2.1.2 Vị trí đặt miệng phun 78 4.2.2 Phân tích yếu tố khuôn 79 4.3 Gia công kẹp 81 4.3.1 Các bước nguyên công 81 4.3.2 Chọn thơng số bước tính thời gian To .82 4.3.2.1 Nguyên công 82 4.3.2.2 Nguyên công 82 4.3.2.3 Nguyên công 83 4.3.2.5 Nguyên công 84 4.3.2.6 Nguyên công 84 4.3.2.7 Nguyên công 84 C C R L T 4.3.2.8 Nguyên công 84 4.4 Thiết kế đồ gá 84 4.4.1 Thành phần đồ gá 84 4.4.1.1 Cơ cấu định vị 84 4.4.1.2 Cơ cấu kẹp chặt 84 4.4.1.3 Cơ cấu dẫn hướng 84 U D 4.4.1.4 Cơ cấu so dao 85 4.4.1.5 Cơ cấu phân độ 85 4.4.1.6 Thân gá, đế gá 85 4.4.1.7 Các chi tiết nối ghép gồm bulong đai ốc 85 4.4.1.8 Cơ cấu định vị kẹp chặt đồ gá bàn máy 85 4.4.2 Lực cắt momen cắt 85 4.4.3 Lực siết bulong 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 viii Thiết kế khn ép nhựa Hình 3.6 Sản phẩm bị bavia 3.3.6.2 Ngun nhân - Chế tạo khn khơng xác, sai số hai nửa khuôn lớn khuôn bị dư - Lực kẹp khuôn thấp - Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ xylanh, tốc độ phun áp suất khn q cao - Khn đóng khơng kín do: khn ghép chưa khớp, bị kênh (do bị bẩn, bị gỉ sét) 3.3.6.3 Cách khắc phục - Điều chỉnh khuôn cho phù hợp điều chỉnh lại chỗ hư hỏng - Cài lực kẹp khuôn cao thay đổi máy lớn - Giảm áp suất phun thấp, tốc độ phun áp suất giữ nhỏ - Giảm nhiệt độ chảy nhiệt độ khn - Kiểm tra chế tạo xác bề mặt khép khuôn, cần cho rà lại - Chọn vị trí cổng phù hợp C C R L T U D 3.3.7 Sản phẩm có đường hàn nối 3.3.7.1 Mơ tả - Các vết đen cuối dịng chảy (khơng khí bị giữ lại), vết hình chữ V, đường màu khác nhau, đặc biệt dùng màu vơ đường hàn (weldline) xuất đường màu xám Dể thấy bóng tối sản phẩm có bề mặt bóng (hình 3.7) Hình 3.7 Sản phẩm có đường hàn SVTH: Đinh Văn Huy Hướng dẫn: TS Tào Quang Bảng 72 Thiết kế khuôn ép nhựa 3.3.7.2 Nguyên nhân - Gần với tượng sản phẩm không điều đầy khuôn - Thiết kế cổng vào đường dẫn nhựa khơng hợp lý Các dịng chảy gặp Khơng khí khơng có chỗ Ảnh hưởng màu, vị trí weldline thường ảnh hưởng đến tinh 3.3.7.3 Cách khắc phục - Giải giải pháp giống khuyết tập sản phẩm không điều đầy khn - Kiểm tra hệ thống khí khn bổ sung thêm rãnh khí - Có thể thiết kế để đưa đường weldline vào vị trí khơng thấy khơng chịu lực (cải thiện dòng chảy, hạn chế dòng chảy), kiểm tra thiết kế cần thiết mở rống phun, tránh thay đổi bề dày sản phẩm đột ngột điền khuôn khơng đồng - Dùng vật liệu có độ nhớt cao C C 3.3.8 Sản phẩm có nhiều nếp nhăn (Hình 3.8) R L T U D Hình 3.8 Sản phẩm có gợn sóng bề mặt 3.3.8.1 Nguyên nhân - Thành sản phẩm dày không - Áp suất phun thấp Nhiệt độ không cao - Kênh dẫn nhựa, cổng phun có kích thước q nhỏ kích thước cổng vào lớn 3.3.8.2 Biện pháp khắc phục - Thành sản phẩm không cần thiết nên làm thành mỏng, cần làm nhiều gân, tránh thay đổi bề dày đột ngột chiều dày thành sản phẩm 3.3.9 Bề mặt bị bong tróc, có vết xước, không phẳng 3.3.9.1 Mô tả - Bề mặt bị tách thành phiến, vảy bị cắt ngang - Rất khó nhận dạnh bề mặt khơng bị nứt - Bề mặt thường hư dùng vật cứng cào nhẹ vào (Hình 3.9) SVTH: Đinh Văn Huy Hướng dẫn: TS Tào Quang Bảng 73 Thiết kế khn ép nhựa Hình 3.9 Sản phẩm bị vết xước bề mặt 3.3.9.2 Nguyên nhân - Ứng suất trượt cao hình thành lớp - Các chất bẩn không tương hợp với nhựa dẻo 3.3.9.3 Cách khắc phục - Tăng nhiệt độ chảy giảm nhiệt độ phun C C 3.3.10 Các vết rạn nứt 3.3.10.1 Mô tả - Dạng vân trắng khuyết tán ảnh sáng (Hình 3.10) R L T U D Hình 3.10 Sản phẩm có vết rạn nứt 3.3.10.2 Nguyên nhân - Tác động từ bên ngoài, xuất lực lấy sản phẩm lớn - Do ứng suất dư tạo thành Ứng suất nội sản phẩm thông số ép không phù hợp - Do kết cấu sản phẩm có nhược điểm khó lấy sản phẩm khỏi khn sản phẩm dính phần vào khn 3.3.10.3 Cách khắc phục - Giảm lực tác động lên khn từ bên ngồi dùng nhựa nhiệt dẻo nhạy cảm với ứng suất - Xem lại thiết kế sản phẩm để cải thiện tính chảy - Tăng nhiệt độ bề mặt khuôn tăng nhiệt độ chảy nhựa, giảm áp suất trì, cài lại thời gian tốc độ phun cho phù hợp, mục đích giảm ứng suất q trình ép, khơng lấy sản phẩm khỏi khuôn với ứng suất dư, chọn cấu lấy sản phẩm mà đảm bảo sản phẩm mức độ lớn không hư hại sản phẩm SVTH: Đinh Văn Huy Hướng dẫn: TS Tào Quang Bảng 74 Thiết kế khuôn ép nhựa - Giảm áp suất phun, giảm áp suất nén ép Giảm nhiệt khuôn, kiểm tra độ đồng nhiệt độ khuôn 3.3.11 Sản phẩm có vết cháy đen 3.3.11.1 Mơ tả - Sản phẩm có chỗ bị cháy đen (Hình 3.11) Hình 3.11 Sản phẩm bị vết cháy C C 3.3.11.2 Nguyên nhân - Áp suất phun cao Nhiệt độ nhựa q cao - Khơng khí bị kẹp lại khuôn R L T 3.3.11.3 Biện pháp khắc phục - Giảm áp suất phun, tốc độ phun - Kiểm tra hệ thống khí - Phải sấy vật liệu trước ép, độ ẩm vật liệu