Việc tính toán để có một đƣờng kính và chiều dài kênh dẫn hợp lý là rất quan trọng vì khi một kênh dẫn quá lớn hay quá dài sẽ làm cản trở dòng chảy và gây ra: mất áp trên chính nó, tốn nhiều vật liệu và làm tăng chu kỳ. Cho nên ta nên thiết kế kênh dẫn nhỏ ở mức có thể để có thể lợi dụng nhiệt ma sát trên nó gia nhiệt cho nhựa lỏng giúp quá trình điền đầy lòng khuôn thuận lợi hơn và sản phẩm ít bị quá nhiệt.
Hình 3.15 Kích thước cho thiết kế kênh dẫn
Để thuận lợi cho việc dẫn nhựa điền đầy lòng khuôn, và dể gia công chế tạo, ta chọn kênh dẫn nhựa hình thang đáy tròn có bo tròn các góc.
Ta có kích thƣớc kênh dẫn đƣợc tính nhƣ sau: B= 50- 100, WC = 1,25 DC (3.8) DC= TMAX+ 0,06” ( 1,5 mm) ( với 0 06”= 25,4mm) (3.9) (tài liệu thiết kế khuôn ép phun – chƣơng 3 /31)
Mặt khác ta có thể tính kích thƣớc kênh dẫn theo công thức sau:
7 , 3 . 1/4 2 / 1 L W Dc (3.10) Trong đó: Dc: đƣờng kính kênh dẫn chính(mm)
W = 4,85 g: Khối lƣợng sản phẩm (g) ( tính bằng phần mềm Creo Parametric)
L=108 mm chiều dài kênh dẫn (mm) Dc= 2 (mm) Chọn Dc= 4 => Wc=5 (mm) , chọn B=100 , bo tròn góc R = 0,50 Hình 3.16 Kích thước kênh dẫn chính 3.7.2.2 Kích thƣớc kênh dẫn nhánh Áp dụng công thức : 3 / 1 .N D Dc n (3.11) Trong đó: Dc: là đƣơng kính kênh dẫn chính (mm)
Dn: là đƣờng kính kênh dẫn nhánh (mm) N: là số nhánh rẽ Vậy Dn= 3 (mm) => Wn= 3,75 , chọn B=100, R=0,5 Hình 3.17 Kích thước kênh dẫn nhánh
3.7.2.3 Đuôi nguội chậm cho kênh dẫn
Để phần vật liệu ở chổ rẻ nhánh không bị đông đặc sớm gây nghẽn dòng, ta nên thiết kế thêm đuôi nguội chậm. đuôi nguội chậm sẽ giúp cho quá trình điền đầy diễn ra nhanh và tốt hơn. Với thiết kế nhƣ trên ta chọn D =6.
Hình 3.18 Kích thước thiết kế đuôi nguội chậm
3.7.3 Thiết kế miệng phun
Do ta áp dụng kiểu bơm keo gián tiếp, khuôn gồm 4 sản phẩm và là nắp chụp hai nửa nên ta thiết kế có 8 miệng phun (cổng vào keo tƣơng ứng).
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 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 dày nhất.
- Lựa chọn vị trí cổng để sản phẩm đạt độ bền cao nhất theo chiều dòng chảy, đặc biệt vật liệu có độn hoặc gia cƣờng.
- Miệng phun phải đƣợc đặt xa các phần phải chịu va đập hay chịu uốn. Khu vực miệng phun có xu hƣớng chịu ứng suất dƣ do quá trình điền đầy khuôn và thƣờng là vị trí yếu nhất.
- Hạn chế các dòng chảy giao nhau, đặc biệt là tại các vị trí chịu ứng suất và va đập cao. Nên định hƣớng các dòng chảy giao nhau tại những chổ dày của sản phẩm.
- Với những khuôn có nhiều cốc khuôn, yêu cầu miệng phun của mỗi cốc phải có cùng kích thƣớc ( đƣờng 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 chổ khuất của sản phẩm.
Với yêu cầu trên, ta thiết kế 8 cổng vào keo bên tấm cái với kiểu miệng phun điểm .
Ƣu điểm: Giúp bố trí nhiều miệng phun vào cùng một lòng khuôn khi lòng khuôn có kích thƣớc lớn. điều này giúp quá trình điền đầy đồng thời giữa các vùng khác nhau trên sản phẩm diễn ra nhanh chóng và tốt hơn.
Nhƣợc điểm: Cần lƣu ý khuôn có thể bị tăng nhiệt gây quá nhiệt đối với những vật liệu có cấu trúc sợi dài và độ nhớt thấp do miệng phun có kích thƣớc nhỏ.
Kích thƣớc khuyên dùng cho thiết kế : s =1,5 mm
Hình 3.20 Kích thước cho thiết kế miệng phun điểm
Ngoài ra để cho một hệ thống bơm keo hoàn chỉnh, ta còn phải thiết kế thêm vòng định vị bạc keo.
3.7.4 Vòng định vị bạc keo
Khi lắp khuôn lên máy ép phun, để đầu lò máy ép và bạc phun đƣợc đồng tâm, ngƣời ta gắn thêm một vòng định vị phía trên cùng của khuôn, vòng định vị này sẽ đƣợc định tâm vào một lỗ định tâm có sẵn trên tấm thớt của máy ép.
Tùy loại máy ép mà ngƣời ta gắn lên khuôn một vòng định vị có kích thƣớc khác nhau.
Ngoài ra vòng định vị còn có chức năng giữ chặt bạc keo không cho rớt ra ngoài. Đƣờng kính ngoài của vòng định vị phải nhỏ hơn đƣờng kính lỗ định tâm trên máy ép.
Đối với máy ép đã chọn , với đƣờng kính lỗ trên thớt máy =100mm, ta sử dụng vòng định vị sau:
Dựa vào Catalogue của hãng MISUMI, ta chọn kích thƣớc của vòng định vị bạc keo:
Hình 3.21 Vòng định vị bạc keo
3.8 Thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm:
Chức năng của hệ thống đẩy là lấy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi khuôn mở ra. Các thành phần của hệ thống đẩy đƣợc thể hiện trên hình dƣới.
1. Tấm kẹp 5. Sản phẩm 2. Nửa khuôn di động 6. Lõi khuôn
3. Gối đỡ 7. Chốt đẩy sản phẩm 4. Chốt hồi 8. Tấm đẩy
9. Tấm giữ
L: là khoảng đẩy, khoảng đẩy không nên làm quá dài và cũng không nên làm quá ngắn. Nên làm khoảng đẩy L ≥ ½ lõi khuôn.
Vậy chọn khoảng cách đẩy: L = 80 mm.
Hệ thống đẩy có nhiều loại bao gồm: chốt đẩy tròn, lƣỡi đẩy, ống đẩy, thanh đẩy, tấm đẩy, các van đẩy..Đối với sản phẩm này, ta chọn hệ thống đẩy là các chốt đẩy tròn và ống đẩy.
Vị trí đặt chốt đẩy
Chốt đẩy không nên đặt ở những vị trí ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm (độ bền, thẩm mĩ), những vùng có bề dày bé, bề mặt trang trí của sản phẩm, vùng yêu cầu độ bóng cao.
Nên đặt chốt đẩy ở những nơi không quan trọng nhƣ những bề mặt phía trong, trên những gân tăng bền, trên hệ thống dẫn nhựa,…
Với chi tiết nắp van chỉnh áp, ta đặt các chốt đẩy ở vị trí kênh dẫn nhựa, đảm bảo không ảnh hƣởng tới chất lƣợng bề mặt của chi tiết và phù hợp với kết cấu khuôn.
Chọn và xác định kích thƣớc chốt đẩy và chốt hồi
Kích thƣớc chốt đẩy:
Dựa vào Catalogue của hãng MISUMI, chọn chốt đẩy dạng tiết diện tròn, vì các chốt đẩy tròn là kiểu đơn giản để đƣa vào trong khuôn, với những lỗ tròn và chốt tròn rất dễ gia công.
Kích thƣớc của chốt đẩy phụ thuộc vào kích thƣớc của sản phẩm, nhƣng để chế tạo khuôn cố gắng tránh có đƣờng kính nhỏ hơn 3 mm.
Dựa vào kích thƣớc và vị trí đặt chốt đẩy, ta chọn kích thƣớc của 4 chốt đẩy tại 4 nhánh của kênh dẫn có đƣờng kính là 4mm và chốt có đƣờng kính 6mm tại vị trí giữa kênh dẫn chính.
Hình 3.23 Kích thước chốt đẩy
Hình 3.24 Vị trí các chốt đẩy
Các vị trí đƣợc tô màu đen là vị trí đƣợc đặt chốt đẩy. Trên 4 nhánh của kênh dẫn có 4 chốt, một chốt trên kênh dẫn chính. Vậy tổng số lƣợng chốt đẩy là 5 chốt đẩy. Phía ngoài vỏ khuôn cái còn có 4 chốt hồi đƣợc đặt ở 4 góc.
Các kích thƣớc còn lại của chốt đẩy phụ thuộc vào đƣờng kính. Tuy nhiên, phần đỉnh của chốt đẩy về lý thuyết chỉ nằm ngang mức so với lòng khuôn nhƣng trong thực tế, có thể là trên hoặc dƣới 0,05 – 0,01 mm, có thể cho phép 1 chỗ lồi lõm nhỏ trên sản phẩm.
Chốt đẩy làm từ thép SKD61, có độ cứng bề mặt 65HRC, độ cứng lõi 40HRC, thấm nitơ bề mặt.
H ình 3.25 Ống đẩy
3.9 Thiết kế hệ thống ống giật đuôi keo và lói sản phẩm
Một yêu cầu nữa khi thiết kế hệ thống bơm keo kiểu gián tiếp nhƣ trên là khi mở khuôn, ta phải làm sao cho đƣờng keo tách rời với sản phẩm vì phần keo thừa ở chổ rãnh dẫn và cổng phun phải tách ra khỏi khuôn để có thể lấy ra dể dàng. Đó cũng chính là lý do ta chọn kiểu khuôn D vì các kiểu khác không làm đƣợc điều này.
Căn cứ vào hình dạng của kết cấu khuôn, vị trí của các rãnh dẫn và miệng phun, ta đã xác đƣợc vị trí của 5 chốt đẩy
Hệ thống giật đuôi keo hoạt động nhƣ sau:
Sau khi tấm đực tách ra khỏi khuôn, lúc này sản phẩm còn nằm trong tấm khuôn cái. Hệ thống xy lanh đẩy của máy ép phun hoạt động đẩy hệ thống lói sản phẩm, cùng lúc đó, 5 chốt đẩy bố trí trên đƣờng rãnh dẫn cũng hoạt động theo. Lúc này phần keo thừa ở rãnh
dẫn đứt ra khỏi sản phẩm tại vị trí miệng phun đƣợc đƣa ra ngoài cùng với sản phẩm. Ta có hành trình lói sản phẩm nhƣ sau:
3.9.1 Trạng thái ban đầu
Ở đây, 4 chi tiết hỗ trợ phân khuôn (đóng luôn vai trò là ty lói) và 4 ống đẩy đã đƣợc đƣa vào khuôn đúng vị trí. Nhƣ hình 3.26
Ở giữa tấm đáy, ta gia công lỗ 50 để xy lanh đẩy trên máy ép phun có thể đẩy 4 tấm đội lên.
3.9.2 Trạng thái lói 1
Để lói sản phẩm, xy lanh đẩy trên máy ép phun đẩy 4 tấm đội lên một đoạn 15cm , theo đó, 4 ống đẩy và 4 cơ cấu sẽ lói sản phẩm ra , sản phẩm lúc này vẫn chƣa thực ra chƣa lấy ra khỏi khuôn đƣợc. Kết quả nhƣ hình 3.27
3.9.3 Trạng thái lói 2
Xy lanh của máy ép tiếp tục đẩy làm cho trục đẩy tăng tốc 4 chạm vào cơ cấu đẩy 7, làm cho hai tấm trên đƣợc nâng lên thêm một đoạn 9cm, lúc này sản phẩm đƣợc lói ra hoàn toàn. Kết quả nhƣ hình 3.28
Hình 3.27 Hành trình lói 1
Hình 3.29 Trạng thái lói ban đầu
Ta bố trí 4 lò xo 14 lồng trong 4 chốt lùi 13, chúng có công dụng sau khi xi lanh lói trên máy ép phun rút về thì dƣới lực đẩu của lò xo, bốn tấm đội cũng tự lui về.
3.10. Thiết kế hệ thống dẫn hƣớng
Với kiểu khuôn này, chúng ta chọn các cơ cấu dẫn hƣớng: chốt dẫn hƣớng và bạc dẫn hƣớng.
Hình 3.30 Chốt dẫn hướng
Chọn kích thƣớc của bạc dẫn hƣớng:
Hình 3.31 Kích thước bạc dẫn được sử dụng
3.11 Thiết kế hệ thống thoát khí
Việc bố trí thêm hệ thống thoát khí cho khuôn rất quan trọng. trên bề mặt phân khuôn ta thiết kế thêm các rãnh thoát khí, độ rộng của đƣờng dẫn khí ta chọn là 6mm sâu 0,2mm cách mép sản phẩm 8mm. đƣờng thoát khí dẫn ra ngoài có độ rộng 6mm và sâu 0,02mm.
3.12 Thiết kế hệ thống làm nguội
Để điều khiển nhiệt độ khuôn và để thời gian làm nguội ngắn, cần phải biết đặt hệ thống làm nguội chổ nào và dùng hệ thống làm nguội gì. Điều này rất quan trọng vì hệ
thống làm nguội chiếm 50-60% toàn bộ thời gian của chu kỳ khuôn. Do đó quá trình làm lạnh rất quan trọng để làm giảm thời gian của cả chu kỳ.
Ở khuôn trên ta thiết kế hệ thống làm nguội cho ba chi tiết chịu nhiệt nhiều nhất là tấm khuôn đực, tấm cái và tấm trần. Ở hai tấm khuôn đực và cái, để tránh đụng chạm đến các hệ thống khác, ta bố trí các đƣờng nƣớc chạy quanh khuôn qua các vùng chịu nhiệt nhiều nhất.
Chọn kích thƣớc đƣờng nƣớc hai tấm khuôn là Ø8, kích thƣớc đƣờng nƣớc tấm trần là Ø10.
Ta bố trí nhƣ sau:
Hình 3.33 Hệ thống làm nguội trên tấm cái
Hệ thống làm nguội của tấm trần đƣợc bố trí gồm những lỗ tròn xuyên suốt từ đầu này đến đầu kia của tấm.
Hình 3.34 Hệ thống làm gội trên tấm trần
3.13 Chọn bulông cho các mối ghép
Vì khuôn gồm nhiều tấm ghép lại với nhau nên khi lắp ta chọn các bulông lắp ghép chúng với nhau,các bulong đƣợc chế tạo theo tiêu chuẩn và tùy thuộc và hình dạng, kích thƣớc khuôn mà chế tạo cho phù hợp. thép chọn để chế tạo bulong là thép cacbon có ứng suất kéo cho phép là 16 kN/cm2.
Khi khuôn đƣợc gắn lên hệ thống làm việc thì các mối ghép bulông chỉ chịu lực dọc trục và lực mở khuôn.
Lực xiết bulông đƣợc chọn là :
V = 15 kN ( tƣơng đƣơng với lực đặt vào chìa khóa vặn là 200N)
Do đó lực toàn phần tác dụng lên bulông theo hƣớng dọc trục là : [3, trang 110] F0= 1,3 xV = 19,5 kN (3.12)
Vật liệu dùng để chế tạo bulông là thép cacbon có ứng suất kéo cho phép là: []=16 kN/cm2, do đó diện tích mặt cắt ngang của bulông là :
S=F/[]=19,5/16= 1,22 cm2 = 122 mm2 (3.13) Diện tích mặt cắt ngang của bulong đƣợc xác định theo công thức :
S = π.d2/4 (3.14) Suy ra đƣờng kính thân bulong là:
S
d 4 = 12,5 (mm) (3.15) Vậy ta chọn bu lông lắp ghép có kích thƣớc lớn hơn là M16.
CHƢƠNG 4
THIẾT KẾ KHUÔN BẰNG PHẦN MỀM CREO PARAMETRIC
4.1 Mở đầu
Chi tiết nắp dầu đƣợc xây dựng ở trên chƣa thể dùng ngay để thực hiện việc tách khuôn. Do đó, để xây dựng đƣợc kết cấu của khuôn ta phải thực hiện các bƣớc chính nhƣ sau:
Tạo mặt phân khuôn
+ Tạo vật thể mặt bên ngoài chi tiết + Tạo mặt hỗ trợ bên trong
Tách khuôn
+ Mô hình hóa các vật thể mặt đã tạo ở trên thành các hệ thống của khuôn.
4.2 Thiết kế khuôn cho chi tiết bằng phần mềm Creo Parametric
4.2.1 Tạo mặt phân khuôn
4.2.1.1 Tạo khuôn từ các mặt ngoài chi tiết
Ban đầu, khởi động phần mềm, mở file nap.prt đã vẽ, copy tất cả các bề mặt ngoài của chi tiết bằng cách chọn một bề mặt bên ngoài bất kì nhƣ hình 4.1. Sau đó kết hợp với phím Shift chọn các bề mặt cần thiết.
Hình 4.1
Chọn Edit > Copy > Paste để tạo bề mặt bên ngoài cho chi tiết, trên Model tree xuất hiện thêm phần tử Copy. Kết quả nhƣ hình 4.2
New- Part > Copy Geometry , kết quả bề mặt bên ngoài chi tiết đã đƣợc tạo. Kết quả nhƣ hình 4.3.
Hình 4.2 Hình 4.3
Tƣơng tự với mặt phân khuôn thứ hai. Kết quả nhƣ hình 4.4
Hình 4.4 Hình 4.5
4.2.1.2 Tạo cơ cấu khuôn từ các mặt hỗ trợ bên trong
Tƣơng tự cách tạo mặt phân khuôn từ các mặt ngoài, chúng ta chọn đƣợc mặt phân khuôn từ các bề mặt trong của chi tiết. Kết quả thể hiện nhƣ hình 4.6 - 6.11.
:
Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8
Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11
4.2.2 Tách khuôn
4.2.2.1 Tạo nửa khuôn cái
- Sau khi Copy Geometry có đƣợc tiết diện bề mặt sản phẩm trên lõi cái , ta tiến hành Extrude thành khối với kích thƣớc 90x60 x30. Kết quả nhƣ hình 4.12
- Khuôn có 4 lòng khuôn với vị trí các lõi cách nhau một khoảng. Kết quả nhƣ hình 4.14.
Hình 4.12 Hình 4.13
Hình 4.14 Hình 4.15
Kích thƣớc và hình dạng cụ thể của lõi khuôn cái đƣợc thể hiện trong bản vẽ chi tiết.
4.2.2.2 Tạo nửa khuôn đực
Hình 4.16 Kích thước lõi khuôn đực
Kích thƣớc và hình dạng cụ thể của lõi khuôn cái đƣợc thể hiện trong bản vẽ chi tiết.
4.2.2.3 Tạo các cơ cấu hỗ trợ phân khuôn bề mặt sản phẩm
Bằng cách sử dụng công cụ Copy Geometry, ta đã tạo ra đƣợc các mặt phân khuôn để hỗ trợ việc tạo các cơ cấu hỗ trợ phân khuôn. Sau đó chúng ta mô hình hóa các mặt phân khuôn trên cơ cấu hỗ trợ phân khuôn.
Hình 4.17 các mặt trong của chi tiết sẽ có các cơ cấu hỗ trợ phân khuôn tƣơng ứng nhƣ hình 4.18 - 4.20.
Hình 4.18 Hình 4.19 Hình 4.20
Hình 4.21 các mặt trong lõi của chi tiết sẽ có các cơ cấu hỗ trợ phân khuôn tƣơng