Mặt phân khuôn của chi tiết phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Sản phẩm thoát ra dễ dàng sau khi ép phun xong.
- Mặt phân khuôn phải đi qua tiết diện lớn nhất của chi tiết. - Mặt phân khuôn nên là mặt phẳng, tránh mặt bậc, mặt cong.
- Các vết phân khuôn không ảnh hưởng lớn đến tính thẩm mỹcũng như chức năng của sản phẩm.
- Mặt phân khuôn được chọn sao cho lòng khuôn để điền đầy khi ép. - Kết cấu khuôn nhỏ nhất có thể, nhỏ gọn, tuổi thọ cao.
- Dễ dàng cho việc chế tạo, xử lý các bề mặt, cũng như việc bảo trì thay thế các bộ phận của khuôn khi gặp trục trặc.
Đểđáp ứng các yêu cầu trên ta chọn mặt phân khuôn như sau: + Tách mặt Core ra khỏi chi tiết
18 + Tách mặt Cavity ra khỏi chi tiết Hình 3. 4 + Tách phần ren ra khỏi Cavity Hình 3. 5 3.2.2 Chọn khuôn
Dựa vào hình dáng, kết cấu của khuôn ta chọn loại khuôn hai tấm.
Kết cấu khuôn ta chon theo tiêu chuẩn Futaba FC, mã 4560 (Catolog FUTABA, trang 666-667).
19
Hình 3. 6. Khuôn tiêu chuẩn FUTABA
Hình 3. 7. Kết cấu khuôn FC
Chọn vật liệu làm khuôn theo tiêu chuẩn Futaba là thép C45. Riêng tấm đực và tấm cái: hai tấm này cần đạt độ bóng về bề mặt vì vậy ta chọn vật liệu thép là P20. Đây là thép có độ cứng cao và cho khảnăng đánh bóng tuyệt vời sau khi gia công
Độ dày các tấm khuôn: - T tấm kẹp trên: 60mm - R tấm giựt đuôi keo: 30mm
20 - A tấm khuôn âm: 68mm - B tấm khuôn dương: 120mm - C khối đỡ: 150mm - E tấm giữ: 25mm - F tấm đẩy: 30mm - L tấm kẹp sau: 35mm 3.2.3 Chọn hệ thống cấp nhựa 3.2.3.1 Hệ thống dẫn kênh nóng
Ưu điểm: Loại khuôn này có khảnăng tự bỏđuôi keo, giảm lượng nhựa tiêu thụ trong khuôn, rút ngắn được việc lãng phí nhựa trong tiến trình tuần hoàn (phân loại, nghiền lại, lưu trữ), tiết kiệm lao động và giảm năng lượng tiêu thụ, giảm áp suất phun.
Nhược điểm: khuôn phức tạp, chi phí sữa chửa cao.
3.2.3.2 Hệ thống kênh dẫn nguội
Ưu điểm: Giá thành thấp và kết cấu đơn giản.
Nhược điểm: Chu kỳép phun tăng do hành trình dòng nhựa điền khuôn dài, lãng phí vật liệu và cần máy có áp suất phun lớn.
Từcác ưu nhược điểm của 2 loại hệ thống kênh dẫn, và đặc điểm, tính chất của sản phẩm, nên ta chọn hệ thống cung cấp nhựa cho khuôn là hệ thống kênh dẫn nóng.
3.2.3 Xác định vị trí miệng phun
Để tối ưu trong việc phun nhựa nhằm nâng cao chất lượng cũng như yêu cầu và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Việc đặt vị trí miệng phun đóng vai trò hết sức quan trọng.
Ta dùng Moldflow để xác định miệng phun tối ưu , đối với chi tiết này em dùng phương pháp kiểm tra tựđộng. Dựa vào biểu hiện màu trên sản phẩm. Nếu sản phẩm có màu sắc tương đối tại một vùng nhỏ, thì đó là nơi đặt miệng phun tối ưu nhất. Đối vơi phương pháp này, việc tìm vị trí miệng phun sẽ rút ngắn thời gian phân tích bởi không cần thiết lập các thông số cho quá trình phân tích.
21
Chia lưới để sản phẩm trên Moldflow 2012 để phân tích tìm một sốvùng đặt miệng phun tối ưu.
Hình 3. 8. Tiến hành chia lưới bề mặt chi tiết
22
Theo kết quả phân tích trên hình cho thấy phân vùng ưu tiên đặt vị trí miệng phun, vùng có màu xanh đậm sẽlà nơi đặt miệng phun tốt nhất giảm dần đến màu đỏ. Nhưng theo tính thẩm mỹ của chi tiết ta thấy, nên đặt vị trí miệng phun như hình sau:
Hình 3. 10
Ta tiến hành phân tích tại ví trí như trên hình đểxác định thời gian phun và áp suất phun.
- Thời gian điền đầy: 0.73 s (hình 3.10). - Áp suất phun lớn nhất: 3.4 Mpa (hình 3.11).
Hình 3. 11. Mô phỏng thời gian điền đầy
23
Hình 3. 12. Mô phỏng phân bố áp suất phun
Sau khi đặt miệng phun và phân tích quá trình điền đầy nhựa, căn cứ vào kết quả thu được ta thấy, vị trí đặt miệng phun như trên đảm bảo được yêu cầu điền đầy toàn bộ sản phẩm và cho thời gian điền đầy ngắn nhất và yêu cầu áp suất phun cũng nhỏ nhất.
3.2.4 Tính số lòng khuôn
Số lòng khuôn thông thường được thiết kế theo dãy số sau: 2, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 96, 128. Vì các lòng khuôn sẽ dễdàng được sắp xếp theo hình chữ nhật hoặc hình tròn.
Thông thường ta có thể tính số lòng khuôn cần thiết trên khuôn dựa vào: Số lượng sản phẩm, năng suất phun và năng suất làm dẻo của máy phun, lực kẹp khuôn của máy.
Số lòng khuôn tính theo sốlượng sản phẩm trong đơn đặt hàng: [5, trang 4] 𝑛 = 21.3600.𝑡𝑚L.tc
Trong đó:
n: Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.
L: Số sản phẩm trong một lô sản xuất (L = 13.000.000 sản phẩm/năm) tc: Thời gian ép phun (s), (10s)
tm: Thời gian hoàn thành sản phẩm (ngày), (305) vì (360 ngày – 60 ngày lễ + chủ nhật = 305 ngày)
24 𝑛 = 21.3600.𝑡𝑚L.tc = 13000000.10
21.3600.305 = 15.7 (cavity) Vậy n = 16 (cavity)
Vậy sốlượng chi tiết đúc được xác định là 16 chi tiết, vịtrí sơ bộ
Hình 3. 13. Cách bố trí chi tiết 3.2.5 Thiết kế hệ thống kênh dẫn nóng
Hệ thống này gồm: bạc cuống phun, kênh dẫn, vòi phun và miệng vòi phun.
3.2.5.1 Bạc cuống phun
Đây là chỗ nối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, là nơi mà vật liệu được bơm vào khuôn. Để cho sản phẩm và hệ thống rãnh dẫn dể lói ra khỏi khuôn thì cuống phun phải từ 1.5-3.5 mm theo dọc chiều dài của cuống và được làm bóng.
Hệ thống cuống phun được sử dụng thông thường nhất có bạc cuống phun, thường dùng bạc cuống phun để dễ thay thế gia công.
Các yếu tố mà cuống phun cần đạt được như sau:
+ Khối lượng, độ dày thành sản phẩm, sử dụng vật liệu nhựa nào. + Độ dài của cuống phun phù hợp với bề dày các tấm khuôn. + Thiết kếsao cho độ dài hợp lý.
Xác định kích thước của cuống phun [4, trang 16] R = 1-2 mm
dF≥ Smax + 1mm dS≥ dN + 1.5 mm 𝛼≥ 1-40
25
Hình 3. 14. Kích thước cuống phun [4, trang 16]
Dựa vào điều kiện trên ta chọn một loại bạc cuống phun như sau:
Hình 3. 15. Cuống phun
Với các kích thước như sau: D = 40 mm d1 = 2.5 mm L = 38 mm A = 1.50 Hình 3. 16. Vòng định vị
26
Với các kích thước như sau: D = 100 mm, d = 40 mm, d1 = 32 mm
3.2.5.2 Thiết kế kênh dẫn Manifold
Kênh dẫn manifold được sử dụng khi phun gián tiếp qua nhiều miệng phun. Việc tính toán có được kích thước và chiều dài kênh dẫn hợp lý là rất quan trọng vì khi một kênh dẫn quá lớn hoặc quá dài sẽ làm cản trờ dòng chảy
Hình 3. 17. Một số vị trí vòi phun trên Manifold
Hình 3. 18. Kênh dẫn Manifold [7, trang 46] Bảng 3. 1. Thông số kênh dẫn [7,trang 46]
MANIFOLD TYPE MANIFOLD KIT ITEM NO. NL
MIN. MAX. NL O.A.L A B TC
IN-LINE
27
Hình 3. 19. Kênh dẫn Manifold 3D
3.2.5.3 Thiết kế vòi phun (Nozzle)
Các thông số quan trọng của một Nozzle: Chiều dài L.
Hình 3. 20. Chiều dài L của vòi phun Nozzle [4, trang 65]
Chiều dài J.
28
Đường kính D.
Hình 3. 22. Đường kính ngoài D của vòi phun [4, trang 66]
Khoảng cách Xc.
29
Ta có kích thước sơ bộ của vòi phun Nozzle như hình sau:
Hình 3. 24. Vòi phun Nozzle 2D [7, trang 74]
Hình 3. 25. Vòi phun 3D
Ta có bộ phận gia nhiệt ngoài như hình vẽ sau:
30
Hình 3. 27
Hình 3. 28
Sơ bộ về kênh dẫn nóng (Hot Runner) như hình sau.
31
3.2.6 Thiết kế miệng phun (Gate)
Khuôn gồm 16 chi tiết nên ta thiết kế 16 miệng phun và cổng vào tương ứng. Vì vậy ta cần phải lưu ý một sốđiểm sau đây:
- Nếu có thể thì thiết kế vị trí cổng ở vùng sản phẩm dày nhất. - Tránh thiết kế cổng gay ra dòng chảy dài hội tụ tạo thành bầy khí. - Lựa chọn vị trí cổng để sản phẩm có độ bền cao nhất theo dòng chảy. - Miệng phun nên đặt xa các vùng va đập hay chịu uốn.
- Hạn chế các dòng chảy dao nhau.
- Nếu có thểđặt cổng phun ở những chỗ khuất của sản phẩm.
Với yêu cầu trên, ta thiết kế 16 cổng vào bên tấm cái với kiểu điểm. Ta có các kích thước của miệng phun điểm như bảng sau:
Hình 3. 30. Thiết kế miệng phun kiểu điểm [4, trang 29]
Chọn các kích thước như sau:
- d = 0.6 x 3.5 = 2.1 mm → d = 3 mm
- Chiều dài miệng phun: l = 0.8 x d = 0.8 x 3 = 2.4 mm → l = 3 mm
3.2.7 Thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm
Hệ thống lấy sản phẩm thường dùng và phổ biến nhất đó là dùng hệ thống đẩy sản phẩm.
Hệ thống này có chức năng đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi khuôn mở. Các thành phần cấu tào của hệ thống đẩy được thể hiện trên hình dưới.
32
Hình 3. 31. Cấu tạo của hệ thống đẩy [4, trang 76]
Hệ thống đẩy có nhiều loại bao gồm các hệ thống sau: chốt đẩy, lưỡi đẩy, ống đẩy, thanh đẩy, tấm đẩy, các van đẩy. Đối với sản phẩm này, ta chon hệ thống chốt đẩy là thích hợp nhất.
Hình 3. 32. Hệ thống đẩy và hình dáng của chốt đẩy thường sử dụng
(1) . Tấm di động (2). Tấm đẩy (3). Chốt đẩy (4). Chốt hồi (5). Tấm khuôn di động (6). Tấm giữ
Chọn vật liệu cho hệ thống đẩy là T10A, được tôi cứng hơn 50HRC và nhám bề mặt yêu cầu 0,8 𝜇𝑚; lắp chặt H8/f8. Chốt đẩy là chi tiết tiêu chuẩn với đường kính, chiều dài, hình dạng khác nhau tùy theo người sử dụng.
33
Hình 3. 33. Hình dáng của chốt đẩy tròn
Kích thước chốt đẩy phụ thuộc vào kích thước sản phẩm, kích thước sản phẩm đang thiết kế không quá lớn nên ta chọn đường kính chốt đẩy d1 = 4 mm.
Theo tiêu chuẩn của hãng DME, ta có: d2 = 8 mm, k = 3 mm, R = 0,3 mm. Sau ki đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn thì hệ thống đẩy cần phải trở về vị trí ban đầu. Do đó, ta cần phải có hệ thống hồi để thực hiện nhiệm vụ này. Phổ biến nhất là sử dụng chốt hồi. Kích thước của chốt hồi cũng phụ thuộc vào kích thước khuôn và tiêu chuẩn của từng hãng sản xuất.
3.2.8 Thiết kế hệ thống dẫn hướng
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