Để thiết kế ra một hệ thống dẫn hướng thì có nhiều phương pháp để định vị hai tấm khuôn, việc lựa chọn phương pháp cần phụ thuộc vào hình dạng của chi tiết, độ chính xác của sản phẩm, còn cả tuổi thọ của khuôn. Đối với sản phẩm phôi chai PET đang thiết kế, ta chọn hệ thống chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng.
Chức năng của chốt và bạc dẫn hướng là đưa hai tấm khuôn thẳng hàng vớ nhau.
34
Vị trí của chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng cũng khá là quan trọng. Khuôn ta đang thiết kế thì ta nên chon vị trí đặt chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng tại vị trí 4 gốc của khuôn.
Đối với khuôn Futaba type FC, chốt dẫn hướng được sử dụng là chốt dẫn hướng thẳng và có vai. Kích thước của chốt phụ thuộc vào kích thước của khuôn.
Hình 3. 35. Chốt dẫn hướng thẳng có vai [4, trang 118]
Dựa vào kích thước tiêu chuẩn của hãng, có kích thước sơ bộ của chốt dẫn hướng như sau:
∅𝐻 = 45 mm ∅𝐷 = 40 mm K = 18 mm L = 460 mm
Bạc dẫn hướng sử dụng cho khuôn này là bạc dẫn hướng có vai.
Hình 3. 36. Bạc dẫn hướng có vai [4, trang 119]
35 ∅𝐻 = 61 mm ∅𝐸 = 55 mm ∅𝐷 = 40 mm L = 60 mm 3.2.9 Thiết kế hệ thống thoát khí
Hệ thống thoát khí rất quan trọng đối với khuôn. Nó giúp cho không khí kẹt trong lòng khuôn thoát ra ngoài giúp hạn chế một số khuyết tật cho sản phẩm cần thiết kếnhư: đốm cháy, điền đầy không hoàn toàn,…Khi thiết kế hệ thống thoát khí cần đảm bảo cho không khí dễ thoát ra nhưng vật liệu không thểđi ra được.
Đối với sản phẩm này, ta chọn phương án chạy các rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn. Rãnh thoát khí bao gồm: rãnh dẫn và rãnh thoát. Chiều sâu vị trí đầu rãnh dẫn đối với vật liệu PET là 0.0127 [4, bảng 1.7.3.1, trang 127]. Độ rộng rãnh là 3.2 mm, chiều dài rãnh là 1 mm.
3.2.10 Thiết kế hệ thống tháo lõi
Đối với chi tiết phôi chai PET là chi tiết dạng trụ tròn có ren ngoài, cho nên việc lấy chi tiết ra kho khăn. Do dó, ta tách phần lõi và phần ren ra làm 2 phần. Đểtháo được chi tiết ta dùng hệ thống như sau:
Hình 3. 37. Khuôn phôi chai PET
36
3.2.11 Thiết kế hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát là một trong những bộ phận quan trọng nhất của khuôn. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm. Thời gian làm nguội chiếm khoảng 60% thời gian của chu kỳ khuôn, vì thế việc làm sao để có thể giảm thời gian làm nguội nhưng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là quan trọng.
Đối với chi tiết phôi chai PET có lõi bên trong nên ta làm nguội khuôn cố định (cavity) và phần lõi. Các bề mặt làm nguội cùng lúc, bố trí kênh làm mát quanh sản phẩm.
Dựa vào bệ dày thành sản phẩm, ta chon đường kính kênh làm mát là ∅8 [4,bảng 1.5.6.1, trang 96].
Dựa vào nhiệt độ làm việc, ta chon chất làm nguội là nước chống làm lạnh hoặc nước gia nhiệt [4, bảng 1.5.2.1, trang 91].
Ta có đường kính lõi sản phẩm là ∅22 nằm trong khoảng 8÷40 mm [4, bảng 1.5.7.1, trang 102], nên ta chon kiểu làm mát bằng vòi phun.
Lưu lượng nước được bơm vào để làm mát cho khuôn bịảnh hưởng bởi nhiều yếu tốnhư: đường kính, chiều dài đường làm mát, nhiệt độ khuôn nhiệt độđầu vào, tạp chất trong nước,…Thế nên, việc tích toán lưu lượng cho hệ thống làm mát là vô cùng phức tạp và khó khăn. Thông thường chọn lưu lượng nước tưng ứng với đường kính kênh dẫn. với đường kính kênh làm mát là ∅8, ta chọn lưu lượng nước tối thiểu là 2,84 (lít/phút) [4, bảng 1.5.10.1, trang 113].
Thời gian làm nguội với độ dày thành sản phẩm từ 1÷ 4, nhiệt độ thành khuôn dưới 600c được tính theo công thức sau:
Tc = Smax x(1+2xSmax) = 3.5x(1+2x3.5) = 28 (s), Với Smax, thành sản phẩm dày nhất
37
Hình 3. 38. Nhiệt độ sản phẩm
Hình 3. 39. Nhiệt độ làm mát 3.2.12 Chọn bulông và mối ghép
Một khuôn hoàn chỉnh là gồm nhiều tấm ghép lại, vì vậy cần cac bulông lắp ghép các tấm lại với nhau. Thông thường kích thước của bulong được tiêu chuẩn theo kích thước của khuôn tùy theo nhà sản xuất. Theo tiêu chuẩn Futabar loại FC thì bulông lắp đặc được chọn là bulông đầu lục giác chìm ∅16.
Trên lý thuyết, đường kính bulông được tính theo công thức:
38 S = F/[𝜎] = 1,3.V/[𝜎]
Trong đó: F – lực toàn phần tác dụng lên bu lông theo hướng dọc trục (kN). V – lực xiết bulông (kN). Chọn V = 15 kN.
[𝜎] = 16 kN/cm2 - ứng xuất kéo cho phép của vật liệu.
Khi đó: d = √4(1,3.1516 )
𝜇 = 12,5 mm < 16 mm Vậy ta chọn bulông đầu lục giác chìm ∅16.
3.3 THIẾT KẾ KHUÔN VỚI SỰ HỔ TRỢ PHẦN MỀM CAD/CAE 3.3.1 Lựa chọn phần mềm CAD/CAE hổ trợ cho quá trình thiết kế khuôn 3.3.1 Lựa chọn phần mềm CAD/CAE hổ trợ cho quá trình thiết kế khuôn
Thiết kế nói chung và thiết kế khuôn nói riêng là một trong những bước quan trọng trong quá trình sản xuất và chế tạo. Mặt dù tầm quan trọng của nó là rất lớn nhưng thiết kế vô cùng hạn chế khi không chính xác trong việc sử dụng bản vẽ truyền thống và các công cụthông thường. Do đó, để giảm thiểu thời gian và tăng đô chính xác cho quá trình thiết kế thì sử dụng các phần mềm CAD/CAE chuyên dụng là cực kỳ cần thiết. Hiện nay, có rất nhiều phần mềm thiết kế hiện đại như: SolidWorks, Autocad, Catia, Inventor, Creo Parametric,…Để đảm bảo quá trình thiết kế dễ dàng, ta chọn phần mềm SolidWorks hổ trợ cho quá trình thiết kế. Đây là phần mềm thông dụng, quen thuộc trong quá trình học tập.
3.3.2 Tạo lòng khuôn cho sản phẩm trong Mold Tools của SoidWorks
Dựa vào bản vẽ 2D và sản phẩm thực tế, ta tạo nên mô hình 3D trên SoidWorks (hình 3.2). Sản phẩm này có ren và có lõi khá phức tạp. Nên ta không thả tạo lòng khuôn một cách tựđộng. Do đó, lòng khuôn của sản phẩm phôi chai PET ta làm một cách thủ công treeb Mold Tools.
3.3.2.1 Tạo lòng khuôn cho một sản phẩm trên Mold Tools
- Đầu tiên, ta đưa chi tiết vào môi trường phân khuôn. Chọn Parting line, chọn mặt phẳng đầu của sản phẩm (hình 3.40). Sau đó, chọn Draft Analysis để kiểm tra gốc nghiên của sản phẩm và chọn đường tròn ngoài sản phẩm vào mục Parting Line sau đó nhấn ok.
39
Hình 3. 40. Đường Parting line
Hình 3. 41
Hình 3. 42
- Tiếp tục ta chọn Parting Surfaces để tạo mặt phân khuôn và nhập kích thước cho mặt phân khuôn (hình 3.42) sau đó bấm Ok.
40
Hình 3. 43. Mặt phân khuôn
- Tiếp theo ta tạo lòng khuôn cho sản phẩm. + Tạo Sketch và chọn kích thước cho khuôn.
Hình 3. 44. Tạo Skectch
+ Vào Tooling Split, chọn vào Sketch (hình 3.45). HIệu chỉnh kích thước cho 2 tấm khuôn và đổi đối tượng Core và cavity để cho phần mềm không hiểu nhầm lõi và lòng khuôn với nhau.
41
- Việc tạo mặt phân khuôn và sơ bộkích thước khuôn đã được hình thành. Tiếp tục ta tách phần ren ra khỏi Cavity. Sau đó tách phần ren ra làm hai.
Hình 3. 46. Tách phần ren làm hai
- Sau khi tách phần ren ra làm hai. Tiếp tục ta tạo thêm 2 tấm đỡ cho phần ren với lỗ có góc côn 100 . Sau đó ghép hai tấm với phần ren bằng lệnh Move/Copy Bodies.
Hình 3. 47. Tạo hai tấm đỡ cho ren
- Tiếp tục tạo mặt côn 100 cho phần Core như hình vẽ.
42
3.3.2.2 Tạo lòng khuôn cho 16 chi tiết
Như vậy, là đã hoàn thành lòng khuôn cho một phôi chai PET. Tiếp theo ta tiến hành làm lòng khuôn 15 phôi chai còn lại.
- Đầu tiên, ta sử dụng lệnh Move/Copy Bodies để tạo ra thêm 7 mặt Core, Cavity, ren và hai tấm đỡ.
Hình 3. 49
- Sau đó ta liên kết các tấm lại thành một tấm Core, Cavyti,ren và hai tấm đỡ. Tấm đỡ liên kết trực tiếp với ren ta chia ra làm hai phần.
Hình 3. 50
- phần ren: tạo một Sketch. Từ mặt phẳng Skech đó ta Extruded Cut để tạo ta phần liên kết giữa Cavity với ren.
43
- Cavity: Ta cũng tạo một Sketch với các kích thước như bên tấm ren. Sau đó dùng lệnh Boss-Extruded để tạo phần liên kết với ren.
Hình 3. 51. Extruded Cut phần ren
Hình 3. 52
Hình 3. 53. Extruded Boss phần Cavity
- Core: Làm Sketch trên mặt phẳng Core. Tiến hành tạo ra biên dạng của các rãnh dẫn làm mát với đường kính ∅10. Sau đó ta dùng lệnh Extrude – Cut.
44
Hình 3. 54.Rãnh dẫn làm mát∅𝟏𝟎
Hình 3. 55. Rãnh dẫn
- Như vậy ta đã hoàn thành xong 8 lòng khuôn cho 8 phôi chai. Tiếp tục ta dùng lệnh Move/Copy Bodies để tạo ra 8 lòng khuôn còn lại.
+ Cavity (hình 3.56).
+ Ren và tấm đỡ ( hình 3.57). + Core (hình 3.58).
45
Hình 3. 56. Move/Copy Cavity
Hình 3. 57. Move/Copy ren
46
- Đểđịnh vị tấm đỡ liên kết với ren ta tiếp tục tạo thêm một tấm đểđịnh vị tấm đỡ chỉ xê dịch trên một hướng thuận tiện cho việc lấy sản phẩm ra ngoài, như hình vẽ.
Hình 3. 59. Tấm định vị
- Để cho khuôn không bị xê dịch hoặc lệch hướng trong quá trình đóng khuôn thì ta cần hệ thống định vị các tấm khuôn lại. Vì thế, ta tiến hành tạo ra hệ thống dẫn hướng cho khuôn. Hình 3.59. Các lỗ dẫn hướng Hình 3. 60. Lỗ dẫn hướng Hình 3. 61. Chốt dẫn hướng Lỗ dẫn hướng với đường kính ∅10
47
- Tạo trên tấm dẫn hướng với các hệ thống lỗ ∅8 và chiều sâu là 15 mm đễ tiến hành làm mát cho khuôn Core. Mặt bên của tấm dẫn hướng ta khoan hai lỗ∅12 qua cac lỗ mặt trên tấm dẫn hướng.
Hình 3. 62. Các lỗ mặt trên của tấm dẫn hướng
Hình 3. 63. Hai lỗ mặt của tấm dẫn hướng
- Sau đó ta tiến hành thiết kế hệ thống tháo lõi cho 16 sản phẩm phôi chai PET như hình 3.37, với các kích thước 2D đã chọn như hình 3.64. Tiếp tục dùng lệnh Boss-Extruded để tạo ra khối 3D cho chi tiết tháo lõi như hình 3.65.
48
Hình 3. 64. Kích thước của hệ thống tháo lõi
Hình 3. 65. Boss-Extruded
49
Hình 3. 66
- Vào Mold Tools, chọn Move/Copy Bodies để di chuyển chi tiết tháo lõi bên phải vào khuôn như trong hình. Chi tiết tháo lõi bên trái làm giống như chi tiết tháo lõi bên phải.
Hình 3. 67
3.3.2.2 Thiết kế các bộ phận khác trong môi trường Imold V13 trong SolidWorks
Imold for SolidWorks là một công cụ tích hợp mạnh mẽđơn giản và tựđộng hóa trong quá trình thiết kế khuôn mẫu. Đồng thời, Imold đưa ra hướng dẫn từng bước cho quá trình thiết kế khuôn hoàn chỉnh. Với những tính năng vượt trội của Imold, ta lựa chon Imold để thiết kế các bộ phận của khuôn.
a) Chọn gốc tọa độ cho khuôn
Ban đầu gốc tọa độ của khuôn không nằm ở tâm của khuôn. Do đó, cần phải tạo ra gốc tọa độ mới nằm ở tâm của khuôn đểđảm bảo sựcân đối trong quá trình thiết kế.
50
Vào Imold, chọn Data Preparation. Sau đó, hiệu chỉnh lại gốc tọa độ như trong hình. Và nhấn Ok.
Hình 3. 68. Hiệu chỉnh gốc tọa độ cho khuôn
Sau khi hiểu chỉnh xong tọa độ cho khuôn, tạo một dự án mới cho Imold. Vào Project Control, chọn New Project. Hộp thoại Project xuất hiện, đặt tên cho dự án trong mục Project Name. ở mục Plastic Parts, đưa lòng khuôn Derived vào ô Add Parts. Sau đó nhấn OK để tạo Project mới.
b) Tạo miệng phun và kênh dẫn
Sau khi tạo dự án Project xong. Ta tiếng hành tạo các miệng phun (Gate) như sau: - Vào Imold, chọn Feed Designer, chọn Add Gate. Cửa sổ Add Gate hiện lên, trong ô Gate Type chọn Pin, sau đó ta hiệu chỉnh kích thước cho miệng phun trong Parameters như hình sau. Chọn điểm cần đặt miệng phun ngay tại đỉnh của phôi chai PET.
- Tiếp tục vào Feed Designer, chọn Transform Gate. Trong ô Gate Selection ta chọn vào miệng phun vừa tạo. Trong ô Options chọn Copy. Tích vào ô point to point chọn vịtrí điểm đầu của đỉnh phôi chai. Những phôi chai còn lại ta cũng làm tương tự.
51
Hình 3. 69 Hình 3. 70
Hình 3. 71
- Tương tự như miệng phun ở trên. Vào Feed designer chọn Add Gate, trong ô Gate Type chọn Vertical runner , sau đó ta hiệu chỉnh kích thước cho Vertical runner trong Parameters như hình sau. Chọn điểm cần đặt Vertical runner ngay tại đỉnh của miệng phun.
- Tiếp tục vào Feed Designer, chọn Transform Gate. Trong ô Gate Selection ta chọn vào Vertical runner vừa tạo. Trong ô Options chọn Copy. Tích vào ô point to point chọn vị trí điểm đầu của đỉnh miệng phun. Những phôi chai còn lại ta cũng làm tương tự.
52
Hình 3. 72 Hình 3. 73
Hình 3. 74 - Để thiết kế kênh dẫn nhựa ta làm như sau:
+ Tạo các Sketch đi qua Vertical runner (hình 3.75)
+ Vào Feed Designer, chọn Add runner. Trong ô Path Type ta chọn UDF Sketch. Click vào Sketch đã tạo. Trong ô Section Type, chọn Trapezoid. Sau đó ta hiệu chỉnh kích thước cho kênh dẫn nhựa.
53
Hình 3. 75. Tạo Sketch qua Vertical runner
Hình 3. 76
Hình 3. 77
54
c) Thiết kế áo khuôn
Để thiết kế áo khuôn ta vào tab Moldbase Designer, chọn Add Designer để thiết kế áo khuôn theo tiêu chuẩn FUTABAR mã 4560.
Hình 3. 79. Thiết kế áo khuôn
Hình 3. 80. Kích thước của các tấm khuôn
d) Thiết kế hệ thống đẩy
Hệ thống đẩy được thiết kế một cách tự động trên Imold và theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất.
55
Trên thanh công cụ ta chọn Ejector Designer chọn Add Ejector. Hộp thoại Set Working Assembly xuất hiện nhấn Ok.
Hình 3. 81. hộp thoại Set Working Assembly
Thiết lập các thông sốđã chọn. Chọn các điểm đểđặt tọa độ.
Hình 3. 82. Thông số và vịtrí đặt chốt đẩy
56
e)Thiết kế hệ thống Hot Runner
Dựa vào hình vẽ 2D và các kích thước ở trên ta xây dựng hình vẽ 3D theo tiêu chuẩn kích thước của khuôn.
Tạo một Sketch với hình dáng của Manifold sau đó dùng lênh Boss-Extruded để tao ra biên dạng 3D của Manifold.
Hình 3. 84
Sau khi tạo xong biên dạng của Manifold, dựa vào dình dáng kích thước của vòi phun (hình 3.24-3.25) tiếp tục tạo tiếp 4 miệng phun (Nozzle).
- đầu tiên tạo ra một vòi phun Nozzle sau đó dùng lệnh Move/Copy Bodies trong Mold Tools để tạo ra thêm 3 vòi phun nữa như (hình 3.85-3.86).
- Dùng Move/Copy Bodies đểđưa lõi vòi phun vào bên trong vỏvòi phun, sau đó tạo mối liên kết giữa vỏ và lõi vòi phun bằng 2 chốt.
57
Hình 3. 87
- Tiếp tục dùng Extruded-Cut trong Features đễ tạo 4 lỗtrên Manifold đểđưa vòi phun vào Manifold (hình 3.88).
- Sau đó ta tạo kênh dẫn chung cho 4 vòi phun (hình 3.89). - Tạo rãnh dẫn trong Manifold đểđưa kênh dẫn vào (hình 3.90).
- Tiếp tục tạo 4 miếng đệm và 8 Bulông để cốđịnh vòi phun không bị di chuyển ra khỏi Manifold (hình 3.91).
- tạo rãnh dẫn mặt trên của Manifold để gắn đường làm nóng chon lõi (hình 3.92), sau đó tạo đường làm nóng (hình 3.93). Dùng lệnh Move/Copy Bodies để đưa đường làm nóng và rãnh dẫn, tạo mối liên kết giữa vòi phun và đường làm nóng, tạo 4 chốt để