Cuống phun là phầnnối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, làm nhiệm vụ đưa dòng nhựa từ vòi phun của máy đến kênh dẫn hoặc trực tiếp đến lòng khuôn (đối với khuôn không có kênh dẫn). Hệ thống cuống phun được sử dụng thông thường nhất có bạc cuống phun đểdễ thay thế và gia công.
Kích thước cuống phun phụ thuộc vào các yếu tố:
+ Khối lượng, độ dày sản phẩm, đường kính hoặc chiều sâu rãnh dẫn, loại vật liệu được sử dụng.
30
Cuống phun được thiết kế sao cho có độ dài hợp lý, đảm bảo dòng nhựa ít bị mất áp lực nhất trên đường đi.
Cách xác định các kích thước của cuống phun [2, trang 16]
R=1-2 mm Df ≥ Smax + 1 mm Ds ≥ Dn + 1.5 mm Φ≥ 1- 40 Chọn R = 2 mm Df = 8 mm Ds = 4.5 mm
Hình 2.16. Tiêu chuẩn cuống phun
Dựa vào các điều kiện trên ta chọn một loại bạc cuống phun theo tiêu chuẩn
MISUMI.
31
Với các kích thước được chọn cho bạc cuốn phun:
D= 10mm A= 20 P= 4.5 mm
L= 128 mm (Df=5.5 mm, phù hợp với chiều sâu rãnh dẫn được xác định tại ). Khi đặt khuôn vào máy ép phun, để đầu lò máy ép và bạc cuống phun được đồng
tâm, người ta gắn thêm một vòng định vịphía trên cùng của khuôn, vòng định vịnày sẽ được định tâm vào một lỗđịnh tâm có sẵn trên tấm thớt của máy ép. Ngoài ra vòng định vị còn có chức năng giữ chặt bạc keo không cho rớt ra ngoài. Đường kính ngoài của
vòng định vị phải nhỏhơn đường kính lỗđịnh tâm trên máy ép. Nói chung, đường kính ngoài bạc định vị nên bằng đường kính lỗ trừđi (0,1 – 0,3 mm). Đường kính lỗ được lấy theo tiêu chuẩn từ: 40, 60, 100, 120, 150 và chiều dầy là 10, 15 mm (Tiêu chuẩn Nhật Bản).
Với các kích thước được chọn cho vòng định vị như sau:
D= 100mm d= 38 mm d1= 32mm
Hình 2.18. Vòng định vị
2.11.2 Thiết kếkênh dẫn
Kênh dẫn nhựa càng ngắn càng tốt để nhanh chóng điền đầy khuôn mà không bị mất nhiều áp lực.
32
Kích thước kênh dẫn phải phù hợp với quá trình phun ép để giảm phế liệu, lượng nhựa trong lòng khuôn phải đủ lớn để chuyển một lượng vật liệu đáng kể để điền đầy lòng khuôn và sự giảm mất áp lực ở kênh nhựa và các miệng phun.
Việc lựa chọn rãnh dẫn sao cho sự cản trở dòng chảy và tổn hao nhiệt độ là nhỏ nhất khi nhựa lỏng chảy vào lòng khuôn.Ta nên chọn kênh dẫn có mặt cắt hình thang là thuận lợi nhất.
Việc tính toán để có đường kính và chiều dài kênh dẫn hợp lý là rất quan trọng vì một kênh dẫn quá lớn hay quá dài sẽ làm cản trở dòngchảy và gây ra: mất áp trên chính nó, thời gian điền đầy lâu, tốn nhiều vật liệu và làm tăng chu kì phun ép. Do đó, ta nên thiết kế kênh dẫn nhỏ ở mức có thể lợi dụng nhiệt ma sát trên nó gia nhiệt cho nhựa lỏng để giúp quá trình điền đầy khuôn thuận lợi hơn và sản phẩm ít bị quá nhiệt.
Ở khuôn này vì khuôn hai tấm và do đặc thù sản phẩm chỉ có một lòng khuôn nên ta không cần bố trí hệ thống kênh nhựa, mà thay vào đó là bạc cuống nối trực tiếp sản phẩm và đầu phun của máy ép.
Hình 2. 19. Mặt cắt ngang các kiểu kênh dẫn
2.11.3 Thiết kế cuống phun
Cuốngphun là cổng nối kênh dẫn vào lòng khuôn. Cuống phun có chức năng rất quan trọng là đưa nhựa lỏng điền đầy lòng khuôn vì thế việc tính toán kích thước và bố trí miệng phun hợplý sẽ tăng caochất lượng sản phẩm.
Ta sử dụng khuôn hai tấm, nên chọn vị trí cuống phun kiểu đĩa, vì có một lòng khuôn nên không có kênh dẫn vậy việc gia công khuôn trở nên đơn giản hơn.
Vì sản phẩm có kích thước tương đối lớn và việc thích hợp đặt vị trí cuống phun (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tại tâm sản phẩm nên kiểu phun là cuống phun kiểu đĩa. Cuống phun dạng đĩa thường dùng cho các chi tiết dạng trụ rỗng mà có yêu cầu cao về độ đồng tâm và không có đường hàn cuốngphun, kiểu này thực chất là miệng phun màng bao vòng quanh thành sản thẩm (lỗ của ghế nhựa). Khi nhựa qua cuống phun, nhờ màng phun vòng quanh
33
thành sản phẩm mà lòng khuôn được điền đầy mộtcách đồng đều. Các kích thước dành cho việc thiết kế [2, trang 42]:
L ≤ 1 mm. Chọn L = 1 mm
T = 1.5 – 3 mm. T = 1 mm
Hình 2.20. Cuống phun dạng đĩa
2.11.4 Tính toán lưu lượng nhựa cần cung cấp
Khi ta đặt bạc cuống phun vào khuôn thì phía trong cuống phun chiếm một phần thể tích như hình
34
Vậy thể tích tổng thể của dự án bằng thể tích chi tiết cộng với thể tích phần cuống phun là 275287.55 mm3.
Khối lượng nhựa cần cung cấp được xác định bằng công thức:
P= d x V (3.1)
Trong đó:
d: Khối lượng riêng của nhựa. Nhựa PP có khối lượng riêng là 0.91 g/cm3 V: Thể tích hệ thốngcuống phun và sản phẩm
Thay số liệu vào công thức (3.1):
P= d x V= 275287.55 x 10-3 x 0.91 = 250.51 g Vậy lượng nhựa cần cung cấp cho 1 lần phun là 250.51 g.
2.12 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI
Không đạt
Đạt
Sơ đồ 2.3. Quy trình thiết kế hệ thống làm nguội
2.12.1 Các thành phần của hệ thống làm nguội trong khuôn ép nhựa
Sản phẩm Hệ thống dẫn nhựa Hệ thống đẩy
Thiết kế hệ thống làm nguội
CAE
Yêu câu kỹ thuật:
- Phân bố sản phẩm - Độ cong vênh - Chênh lệch nhiệt độ Hoàn chỉnh hệ thống làm nguội Hình 2.22. Thành phần hệ thống làm nguội
35
A: Bể chứa dung dịch làm nguội(Collection manifold)
B: Khuôn (Mold)
C: Ống cung cấp chất làm nguội (Supply manifold) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
D: Bơm (Pump)
E: Kênh làm nguội (Regular Cooling Channels) F: Ống dẫn (Hoses)
G: Vách ngăn (Baffle)
H: Bộđiều khiển nhiệt độ (Temperature Controller)
2.12.2 Định vịtrí hệ thống làm mát
Để hiệu chỉnh nhiệt độ khuôn và để thời gian làm mát thấp, ta phải biết đặt hệ thống làm nguội tại vị trí nào để thuận tiện cho việc thiết kế, làm nguội cho sản phẩm và phải 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 kì khuôn. Vì thế quá trình làm nguội rất quan trọng để làm giảm thời gian của cả chu kỳ.
Mục đích của hệ thống làm nguội:
- Ổn địnhnhiệt cho khuôn để nguyên liệu nhựa có thể giải nhiệt đều.
- Giải nhiệt nhanh, tránh trường hợp nhiệt giải không kịp, gây nên hiện tượng biến dạng sản phẩm gây ra phế phẩm
- Giảm thời gian chu kì đúc và tăng năng suất sản xuất. Chọn kích thước kênh nguội: [2, trang 96]
36
Hình 2.24 Kích thước kênh làm nguội
Bảng 2.1. Kích thước làm nguội thiết kế [2, Bảng 1.5.6.1, Trang 96]
W D a b Bề dày thành sản phẩm mm (inch) Đường kính kênh làm nguội mm (inch) Khoảng cách từ tấm kênh làm nguội đến thành sản phẩm Khoảng cách giữa 2 tấm kênh dẫn nguội 2(0.08) 8÷10(0.30÷0.40) 2÷4(0.08÷0.16) 10÷12(0.40÷0.47) 2÷2.5d 2÷3d 4÷6(0.16÷0.24) 12÷14(0.47÷0.55)
Dựa vào bảng 2.1 ta chọn các kích thước kênh làm nguội:
+ Theo chiều dày (w) của thành sản phẩm là 2mm ta chọn được đường kính kênh làm nguội d = 8 mm.
+ Khoảng cách từ tấm kênh làm nguội đến thành sản phẩm chọn (a) là 20mm và (b) là 45 mm.
+ Chất làm nguội được sử dụng là nước ở nhiệt độ 250C.
- Ở phần khuôn âm ta khoan lỗ làm mát bình thường dạng xen kẽ. Còn ở phần lõi ta không thể khoan thủng bề mặt cho nên ta sử dụng vách ngăn. Vách ngăn đặt chân của chi tiết. Kích thước vách ngăn: L = 127 mm. L1 = 7 mm. S = 1.5 mm. B = 16 mm.
37
Lỗ vít lục giác có đường kính là 5 mm.
Hình 2.25. Vách ngăn phẳng
Hình 2.26. Vách ngăn phẳng 2D
- Kênh làm nguội phải được khoan tạo độ nhám để tạo ra sự chảy rối bên trong kênh. Dòng chảy rối trao đổi nhiệt tốt hơn không rối (chảy tầng) từ 3 5 ÷ lần
. - Dòng chảy rối trao đổi nhiệt tốt hơn.
- Dòng chảy rối đặt trưng bởi số Reynold. Khi số Reynold > 10000 ta có dòng chảy rối. Trạng thái dòng chảy tra theo:
- Số Reynold có thể được tính theo công thức sau: [3, trang 95]
𝑅𝑒 = 𝑝 𝑥 𝑈 𝑥 𝑑𝑛 Trong đó:
ρ –Tỉ trọng riêng của chất làm nguội ( kg/m3 ). U–Vận tốc trung bình của dòng chất làm nguội (m/s).
d –Đường kính kênh làm nguội (m). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
η –Hệ số nhớt của chất làm nguội (m/s2 ).
38
𝑅𝑒 = 1000.5.0,01
0.897. 10−6 = 557413 > 10000 Vậy trạng thái chảy của nước làm mát là chảy rối.
2.12.3 Tính toán lượng nước cho quá trình làm mát
Lưu lượng nước được bơm vào hệ thống làm lạnh cho khuôn trong quá trình ép
phun phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư: đường kính kênh dẫn, chiều dài kênh dẫn, nhiệt
độkhuôn…Dựa vào thực nghiệm, chọn lưu lượng nước tương ứng với đường kính kênh
dẫn. Với đường kình kênh dẫn là 10mm, ta chọn lưu lượng nước cho hệ thống làm nguội
là 3,41 (lít/phút) [11, trang 113].
2.12.4 Tính toán thời gian làm nguội
Thời gian làm nguội là thời gian từlúc khuôn bắt đầu chịu tác động của áp suất giữkhuôn cho đến trước khi mở khuôn ra. Thời gian làm nguội được xem như là một
hàm số của: nhiệt độkhuôn, nhiệt độ chảy dẻo, tính chất vật liệu đem phun ép, và chiều
dày của sản phẩm.
Thời gian làm nguội tối thiểu được tính theo công thức sau [1, trang114]: 𝑡𝑐 =∝ × 𝜋ℎ22 × ln (𝜋4 × (𝑡𝑀 − 𝑡𝑊
𝑡𝐸 − 𝑡𝑊) (3.2) Trong đó:
h: chiều dày của sản phẩm (m) α: độ khuếch tán nhiệt
Sản phẩm ghế nhựa được chế tạo bằng nhựa PP. Tra thông số vật liệu từcơ sở dữ
liệu của phần mềm Modex 3D, chúng ta có được các đặc tính của nhựa PP ở nhiệt độ
2300C như sau:
- Nhiệt dung riêng: Cp = 3200 (J/kg0C)
- Khối lượng riêng: p = 0.91 (g/cm3) = 910 (kg/m3)
- Hệ số dẫn nhiệt: k = 0.16 (W/m0C)
Các thông số kĩ thuật ảnh hưởng đến quá trình phun ép của sản phẩm nhựa:
- Nhiệt độ sản phẩm: TE = 930C - Nhiệt độ khuôn: TW = 500C - Nhiệt độ chảy dẻo: TM = 2300C
39
Độ khuếch tán nhiệt được tính toán theo công thức sau [11, trang114]: ∝ = 𝜌 × 𝐶𝐾 𝑝 = 910 × 32000.16 = 5.5 x 10-8
Sản phẩm có chiều dày lớn nhất là 4mm ta tính được thời gian làm nguội tối thiểu,
thay vào công thức (3.2) ta được:
𝑡𝑐 =∝ × 𝜋ℎ2 2 × ln (𝜋4 × (𝑡𝑀 − 𝑡𝑊 𝑡𝐸 − 𝑡𝑊) = (5.5×10(4×10−8−3)× 𝜋)2 2 × ln (4𝜋 × (230−5093−50)) = 50 (𝑠) 𝑡 = 𝑡𝑐+ 30%. 𝑡𝑐 = 50 + 30%. 50 = 65(𝑠) Vậy thời gian làm nguội tối thiểu của sản phẩm là 65(s) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.13 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐẨY SẢN PHẨM
Hệ thống lói đóng vai trò quan trọng trong khuôn ép phun, việc bố trí hệ thống lói phù hợp sẽ giúp lấy sản phẩm ra khỏi khuôn dễ dàng, đảm bảo phần ngoại quan bên ngoài của sản phẩm, nó còn góp phần giảm chu kì ép ra một sản phẩm.Nhưng lưu ý khi thiết kế hệ thống lói đối với kiểu lói ty như khuôn trên:
+ Phải đảm bảo độ cứng vững của ty lói, tránh trường hợp khoảng lói quá dài mà đườngkính ty lói lại quá nhỏ.
+ Bố trí độ lớn khoảng cách giữa các ty lói cho phù hợp. Khoảng cách quá dài sẽ không đủ lực để lói sản phẩm, ngược lại khoảng cách ngắn sẽ tốn chi phí gia công và không đủ chổ bố trí hệ thống làm nguội.
+ Chiều cao gối đỡ phải tính toán sao cho khi khuôn lói hết khoảng lói đã tính toán thì giữa tấm đội trên cà tấm đỡ phải có một khoảng hở an toàn.
40
Hình 2.27. Hệ thống đẩy sản phẩm
1. Tấm kẹp 6. Lõi khuôn
2. Nữa khuôn di động 7. Chốt đẩy sản phẩm
3. Gối đỡ 8. Tấm đẩy
4. Chốt hồi 9. Tấm giữ
5. Sản phẩm
L: là khoảng đẩy, khoảng đẩy không nên làm quá dài và cũng không nên làm quá ngắn. Nên làm khoảng đẩy L > lõi khuôn.Vậy chọn khoảng cách đẩy: L = 268 (mm)
Hệ thống đẩy có nhiều loại bao gồm: chốt đẩy tròn, lưỡi đẩy, ống đẩy, thanh đẩy, tấm đẩy, các van đẩy... Đối với sản phẩm ghế nhựa này, ta chọn hệ thống đẩy là các chốt đẩy tròn.
Sản phẩm ghế nhựa ta chọn vị trí đặt chốt ở phía trong, trên những gân phía dưới mặt ghế.
Thông số kích thước của chốt đẩy tiêu chuẩn
Hình 2.28. Chốt đẩy
Khuôn 2 tấm có quá trình ló sản phẩm nên ta lựa chọn các chốt đẩy có kích thước bằng nhau d= 4mm, D= 8mm, H= 4mm, R = 0.3mm
2.14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THOÁT KHÍ
Dựa vào kết cấu khuôn đúc sản phẩm ghế nhựa, với chỉ một lòng khuôn trong một khuôn thì ta có thể chọn được phương pháp thiết kế hệ thoát khí qua rảnh thoát khí trên mặt phân khuôn.
41
- Một số hệ thống thoát khí rộng rãi hiện nay:
+ Thoát khí bằng rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn. + Thoát khí bằng hệ thống đẩy trên khuôn.
+ Thoát khí bằng hệ thống hút chân không.
+ Thoát khí bằng hệ thống làm mát, insert, slide,…
Rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn được bố trí giúp việc gia công và vệ sinh sau này được dễ dàng và thuận tiện hơn. Chúng đóng vai trò như cầu nối giữa lòng khuôn và không khí bên ngoài, giúp việc thoát khí từ trong khuôn ra ngoài được dễ dàng hơn.
Thể tích chí chiếm lòng khuôn là 270417.30 mm3 (được tính bằng phần mềm SolidWorks). Tại mặt khuôn của khuôn âm, chính là nơi nhựa được điền đầy cuối cùng nên chọn hệ thống thoát khí tại đây là hợp lý nhất. Ta thiết kế các đường dẫn khí xung quanh mặt phân khuôn, vì áp lực phun lớn và diện tích tiếp xúc của 2 mặt phân khuôn có khe hở nhỏ, nên khi ra từ đó, được các dường dẫn khí chui ra ngoài.
Dựa vào tài liệu: [6, trang 127].
Chọn chiều sâu của hệ thống thoát khí là 0.03 mm. Chọn chiều rộng thực tế: 6 mm.
Đặcbiệt, phải luôn luôn mở thoát hơi tại những vị trí đối diện vớicổng nhựa nóng được phun vào. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dựa trên kết quả phân tích của phần mềm Moldflow ta thấy hầu hết lôc khí tập trung ở góc đáy và mép của sản phẩm. Nên ta lợi dụng mặt phân khuôn làm lỗ thoát khí,
bằng cách xẻ những đường rãnh trên đường phân khuôn nhằm thoát khí ra được (chú ý không được để có bavia), kết hợp lắp chốt đẩy với cối khuôn để tạo khoảng hở đủ cho khí thoát ra ngoài tánh bị rỗ khí cho sản phẩm mặt khác cũng phải đảm bảo cho nhựa
không lọt vào khoảng trống đó.
42
Chương 3: THIẾT KẾCÁC BỘ PHẬN CỦA KHUÔN, MÔ PHỎNG
QUÁ TRÌNH ĐÚC ÉP SẢN PHẨM.
3.1 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐÚC SẢN PHẨM
Mô phỏng quá trình đúc sản phẩm bằng phần mềm Moldflow Insight 2012, phần này thể hiện quá trình mô phỏng vàcác kết quả đo được.
3.1.1 Quá trình thực hiện mô phỏng
- Đưa đối tượng vào môi trường mô phỏng
Trước khi tiến hành mô phỏng ta cần chuẩn bị chi tiết, ta có thể chuẩn bị chi tiết trên các phần mềm như SolidWorks, Revit, Inventor... và file được lưu dưới dạng
File.igs .
Bước đầu tiên mô phỏng ta tạo 1 dự án mới bằng cách nhấp chuột vào biểu tượng
New Project .
Cửa sổ Create New Project hiện lên như hình, đặt tên cho dự án và lưu vào thư mục mà chúng ta có thể dể dàng tìm lại sau này, đồng thời ta củng copy chi tiết đã chuẩn bị vào thư mục này.
Hình 3.1. Cửa sổ Creat New Project
Project name: Đặt tên dự án. Create in: Thư mục lưu
Sau khi tạo dự án ta đưa chi tiết vào bằng cách nhấp chuột vào Import và