Kênh dẫn nhựa là thành phần nối cuốn phun và miệng phun. Làm nhiệm vụ đưa nhựa vào lòng khuôn.
Trong quá trình thiết kế kênh dẫn nhựa cần đảm bảo một số nguyên tắc cơ bản như sau:
- Giảm đến mức tối thiểu sự thay đổi tiết diện kênh dẫn.
- Nhựa trong kênh dẫn phải thoát khuôn dễ dàng.
- Chiều dài kênh dẫn càng ngắn càng tốt.
20
- Kích thước kênh dẫn tùy thuộc vào từng loại vật liệu khác nhau và kích thước
chưa chi tiết nhưng phải bảo đảm đủ vật liệu đáng kể để điền đầy khuôn một cách nhanh chóng, ít bị mất áp lực.
Để thuận tiện và thỏa mãn các nguyên tắc trong thiết kế kênh dẫn, ta chọn kênh dẫn nhựa hình tròn.
Loại kênh dẫn hình tròn có diện tích bề mặt cắt nhỏ nhất, ít nhất nhiệt, ít ma sát, có lõi nguội chậm giúp duy trì nhiệt và áp suất. Nhược điểm lớn nhất là khó gia công nhưng hiện nay máy gia công CNC có thể giải quyết được nhược điểm này.
Ta có kích thước kênh dẫn như sau:
D = Tmax + 1,5 mm = 6 + 1,5 = 7,5 mm. Chọn D = 12 mm
Trong đó: Tmax – Bề dày thành lớn nhất của chi tiết.
3.3.2 Miệng phun
Miệng phun là thành phần nằm giữa kênh dẫn nhựa và lòng khuôn. Có các kiểu miệng phun thông dụng:
- Miệng phun trực tiếp: vật liệu được điền đầy vào khuôn một cách trực tiếp mà
không qua hệ thống kênh dẫn, thường dùng cho khuôn có một lòng khuôn.
Hình 3.5. Một số tiết diện kênh dẫn
21
- Miệng phun điểm chốt: thông dụng với cấu trúc khuôn ba tấm hoặc những lòng
khuôn lớn cần nhiều miệng phun, hoặc loại khuôn có nhiều lòng khuôn. Có thể bố trí nhiều miệng phun vào lòng khuôn đối với những lòng khuôn lớn, giúp việc điền đầy nhanh chóng và tốt hơn. Hệ thống kênh dẫn nhựa thường là hình thang hoặc hình thang hiệu chỉnh.
- Miệng phun cạnh: là kiểu miệng phun rất thông dụng nó có thể sử dụng cho các
loại sản phẩm có thành mỏng hoặc trung bình bởi kết cấu đơn giản và không cần dộ chính xác cao. Miệng phun kiểu cạnh được đặt trên mặt phân khuôn, và điền đầy lòng khuôn từ bên hông, trên hay dưới.
Hình 3.7. Miệng phun điểm chốt
22
- Miệng phun kiểu gối: tương tự như miệng phun kiểu cạnh, chỉ khác là miệng
phun nằm lấp trên bề mặt sản phẩm.
- Miệng phun kiểu then, miệng phun kiểu đường hầm, miệng phun kiểu băng,
miệng phun kiểu quạt, miệng phun kiểu vòng,…
Mỗi kiểu miệng phun đều có ưu và nhược điểm khác nhau, tùy vào hình dánhg, kích thước chi tiết cũng như vật liệu, số lòng khuôn… để chọn kiểu miệng phun phù hợp. Đối với chi tiết này, chọn miệng phun kiểu điểm là phù hợp nhất vì khuôn thiết kế theo yêu cầu có 4 lòng khuôn, chi tiết là hình trụ tròn nên việc cấp nhựa trực tiếp vào giữa mặt phân khuôn thứ hai đảm bảo nhựa chung cấp đều cho cả bên trên và bên dưới. Vì chiều dài dòng chảy khá lớn và vị trí cổng phun ở ngay nơi gần phần dày nhất của sản phẩm nên chọn đường kính kênh dẫn chính là 12mm, đường kích kênh dẫn phụ là 10mm để đảm bảo khả năng điền đầy cho các sản phẩm.
Chọn các kích thước như sau:
- d = 0,7.s = 0,7.3 = 2,1mm → Chọn d = 4 mm.
- Chiều dài miệng phun: l = 0,8.d = 0,8.4 = 3,2 mm
3.3.3 Đuôi nguội chậm
Vật liệu ở ngã rẽ của kênh dẫn có thể đông đặc sớm gây tắc nghẽn dòng. Vậy nên việc thiết kế thêm đuội nguội chậm là cực kỳ cần thiết. Hơn nữa, đuôi nguội chậm còn giúp quá trình điền đầy diễn ra nhanh hơn và tốt hơn.
Hình 3.9. Kích thước cho thiết kế miệng phun kiểu điểm [1, trang 29]
23
Từ đó, chọn kích thước đuôi nguội chậm là 12mm.
3.3.4 Cuốn phun
Cuốn phun là vị trí nối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, có nhiệm vụ đưa dòng nhựa từ vòi phun của máy đến kênh dẫn. Hệ thống cuốn phun thường được sử dụng thông dụng nhất có bạc cuốn phun, thường dùng bạc cuốn phun để dễ thay thế và gia công.
Cuốn phun thường được gắn lò xo bên dưới để tăng tuổi thọ đồng thời để giảm chạm có hại cho khuôn và vòi phun. Đồng thời, dùng vòng định vị gắn ở đầu bạc cuốn phun để đảm bảo sự đồng tâm giữa vòi phun và cuốn phun.
Hình 3.11. Kích thước thiết kế đuôi nguội châm [1, trang 45]
Hình 3.12. Bố trí đuôi nguội chậm
24
Kích thước của cuốn phun phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm và đặc biệt là bề dày sản phẩm.
Ta có:
- Thể tích sản phẩm nhựa, kênh dẫn chính và kênh dẫn phụ:
V1 = 235972 mm3 (được tính bằng phần mềm Solidworks 2016)
- Hệ số co rút của nhựa uPVC là: 0,5%
- Thể tích nhựa cần điền đầy:
V2 = (1 + 0,5%).V1 = 237152 mm3
- Thời gian điền đầy tại miệng phun được xác định bằng phần mềm Moldflow 2012
là: t = 2,979 s (được tính bằng phần mềm Moldflow). Do đó, thể tích nhựa chảy
qua cuốn phun tối đa là: 79607 mm3/s.
- Khi vận tốc tại miệng phun là 1m/s thì diện tích nhỏ nhất của cuốn phun là: 79,607
mm2.
Lại có: S = 𝜇.r2 → r = √𝜇𝑆 = √79,607𝜇 = 5 mm.
- Theo tiêu chuẩn của hãng HASCO, ta chọn cuốn phun có kích thước sơ bộ như
sau: dN = 6,5 mm, 𝛼 = 1,50, dF = 16,8 mm, r = 3 mm, l = 173 mm.
- Vì dF > D = 12 mm nên chọn lại đường kính kênh dẫn dẫn D = 18 mm, đường
kính kênh dẫn phụ ∅12 và kích thước đuội nguội chậm là 18 mm.
3.3.5 Xác định số lòng khuôn
25
Do yêu cầu cần đạt 4 sản phẩm nên số lòng khuôn cần có là 4 lòng khuôn. Như vậy, dựa vào tất cả các thành phần đã được thiết kế cho hệ thống cấp nhựa thì cách bố trí của hệ thống cấp nhựa như sau:
3.4 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ MIỆNG PHUN
Vị trí miệng phun đóng vai trò rất quan trọng trong thiết kế khuôn. Nó ảnh hưởng
trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, đảm bảo sản phẩm hạn chế tối thiểu các khuyết tật: công vênh, rỗ khí, đương hàn… Để xác định vị trí miệng phun có nhiều cách, để tự động hóa cũng như chuyên nghiệp trong quá trình thiết kế thì tìm vị trí miệng phun và mức độ tối ưu của vị trí miệng phun bằng phần mềm Moldflow 2012.
Theo hình 3.16, kết quả phân tích của quá trình tìm miệng phun tự động cho thấy sự khác biệt về màu sắc của từng vị trí. Tại vị trí có màu xanh dương cho ta vị trí miệng phun tối ưu nhất. Tuy nhiên, do mức độ thẩm mỹ của sản phẩm, kết cầu khuôn hay để dễ dàng trong việc thiết kế các như mặt phân khuôn, slider,… thì kết quả này không khả thi.
Hình 3.15. Cách bố trí hệ thống dẫn nhựa
26
Theo kinh nghiệm và thực tế, ta chọn miệng phun như hình 3.17. Miệng phun tại vị trí nào đảm bảo được nhựa có thể chảy nơi có bề dày lớn nhất đến nhỏ nhất của sản phẩm. Bố trí vị trí miệng phun tại đây giúp dòng chảy nhựa êm. Đồng thời, theo như cách bố trí hệ thống dẫn nhựa ở hình 3.18 kết hợp với hai yếu tố vừa nêu cho thấy việc bố trí miệng phun như đã chọn so với miệng phun trong thực tế là cực kỳ phù hợp. Miệng phun được chọn có các điểm tối ưu hơn với vị trí miệng phun như kết quả mô phỏng như: độ thẩm mỹ, dễ dàng mở khuôn, chọn mặt phân khuôn cũng đơn giản hơn, kết cấu của hệ thống dẫn nhựa, số lương lòng khuôn,… Đồng thời, vị trí miệng phun này so với kết quả mô phỏng là sử dụng được.
Hình 3.18. Vị trí miệng phun của sản phẩm trong thực tế
27
Đặt vị trí miệng phun như trên, thực hiện mô phỏng để xác đinh các thông số. Sau khi thực hiện mô phỏng, ta có các kết quả như sau:
- Thời gian điền đầu cực đại: 2,979 s
- Áp suất phun cực đại: 21,73 Mpa
28
3.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẤY SẢN PHẨM
Hệ thống lấy sản phẩm thường dùng và phổ biến nhất đó là dùng hệ thống đẩy sản phẩm.
Hệ thống đẩy sản phẩm là hệ thống để đẩy sản phẩm ra ngoài sau khi được làm nguội. Do sau quá trình là nguội, trong quá trình mở khuôn thì sản phẩm sẽ có hiện tượng co lại bởi sức hút chân không và sản phẩm gây ra.
Hình 3.20. Kết quả mô phỏng áp suất phun cực đại
29
Một sốt loại hệ thống đẩy phổ biến hiện nay:
- Hệ thống đẩy dùng chốt.
- Hệ thống đẩy dùng lưỡi đẩy.
- Hệ thống đẩy dùng ống đẩy.
- Hệ thống đẩy dùng tấm tháo.
- Hệ thống đẩy dùng khí nén.
Đối với sản phẩm này, dùng hệ thống đẩy dùng chốt là phù hợp nhất bởi hệ đẩy này là hệ thống đẩy phổ biến nhất, kết cấu thì không quá phức tạp nhưng vẫn đảm bảo thực hiện tốt chức năng của hệ thống đẩy. Chọn vật liệu cho hệ thống đẩy là T10A,
được qua nhiệt luyện với độ cứng hớn 50 HRC và độ nhám bề mặt 0,8 𝜇m. Chốt đẩy là
chi tiết đã được tiêu chuẩn với đường kính, chiều dài, hình dạng khác nhau tùy theo từng hãng.
Kích thước chốt đẩy phụ thuộc vào kích thước sản phẩm, do kích thước sản phẩm đang thiết kế không quá lớn nên chọn đường kính chốt đẩy d1 = 3 mm.
Theo tiêu chuẩn của hãng Hasco có: d2 = 6 mm, R = 0,3 mm, k = 4 mm.
Sau khi đẩy sản phẩm thì hệ thống đẩy sản phẩm cần phải trở về vị trí ban đầu. Do đó, cần phải có hệ thống hồi để thực hiện nhiệm vụ này. Hệ thống hồi phổ biến nhất đó là dùng chốt hồi. Kích thước chốt hồi sẽ phụ thuộc vào kích thước khuôn cũng như tiêu chuẩn của từng hãng làm khuôn.
3.6 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG
Để thiết kệ một hệ thống dẫn hướng có nhiều phương pháp, việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào hình dáng sản phẩm, độ chính xác của sản phẩm, còn cả tuổi thọ của khuôn. Đối với sản phẩm đang thiết kế, ta chọn hệ thống dẫn hướng dùng chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng.
30
Chức năng chính của chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng là đưa hai tấm khuôn thẳng hàng với nhau.
Vị trí của chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng cũng khá là quan trong. Đối với bộ khuôn ta đang thiết kế có kích thước lớn nên đặt 4 vị trí ở 4 góc của khuôn.
Đối với khuôn Futaba type FC, chốt dẫn hướng được sửa dụng là chốt dẫn hướng thẳng có vai. Kích thước chốt dẫn hướng của phụ thuộc vào kích thước của khuôn.
Dựa vào kích thước và tiêu chuẩn của hãng, có kích thước sơ bộ chốt dẫn hướng như sau:
- ∅H = 45 mm
- ∅D = 40 mm
- K = 18 mm
Hình 3.23. Hệ thống dẫn hướng dùng chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng
31
- L = 360 mm
Bạc dẫn hướng được sử dụng cho loại khuôn này bạc dẫn hướng có vai.
Kích thước sơ bộ của bạc dẫn hướng có sai như sau:
- ∅H = 61 mm
- ∅E = 55 mm
- L = 99 mm
- ∅D = 40 mm
3.7 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THOÁT KHÍ
Hệ thống thoát khí là thành phần quan trọng của khuôn. Nó làm nhiệm tạo nên con đường giúp cho không khí kẹt trong lòng khuôn thoát ra ngoài giúp hạn chế được một khuyết tất trên sản phẩm như: đốm cháy, điền đầy không hoàn toàn,…Khi thiết kế hệ thông thoát khí cần đảm bảo cho không khí dễ thoát ra nhưng không cho vật liệu chảy qua được.
Đối với sản phẩm này, ta chọn dùng 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 uPVC là 0,013mm [1, bảng 1.7.3.1, trang 127]. Độ rộng rãnh là 3,2 mm. Chiều dài rãnh là 1mm.