Đối vớinhững sản phẩm có dạng thànhhay vách mỏng, việc tìm đặt miệng phun có vai trò rất quan trọng. Vị trí miệng phun quyết định đến chất lượng sản phẩm: độ cong vênh, rỗ khí, đường hàn,... Từ việcthay đổi thiết kế sản phẩm hợp lý hơn cũng như đặt miệng phun ở vị trí nào trên sản phẩm để hợp lý nhất.
Hiện nay, để xác địnhvị trímiệng phun sao cho hợp lý nhất, ta có 2 cách xác định vị trímiệng phun là: phương pháp thủ công và phương pháp phần mềm.
- Phương pháp thủ công:
Kĩ sưthiết kế sẽthao tácchọn ngẫu nhiên 1 số vị trí đặt miệng phun. Sau đó dùng phần mềm phân tích, kết quả cho ra như: thời gian điền đầy,áp suất phun, đường hàn, rỗ khí... Từ các kết quả phân tích đó, ta chọn vị trí miệng phun hợp lý nhất, đảm bảo yêu cầu về áp suất, thời gianđiền đầyvà đặc tính yêu cầu kĩ thuật của sản phẩm.
- Phương pháp phần mềm:
Đưa chi tiết vào môi trường của phần mềm, chọn các thông số của vật liệu. Sau đó, phần mềm sẽ tính toán, lựa chọn một điểm tối ưu trên sản phẩm là vị trí miệng phun.
Trên thực tế hiện nay, người ta ít khi tìm vị trí miệng phun tối ưu nhất trân phần mềm. Mà căn cứ vào chức năng hình dáng, yêu cầu kĩ thuật của sản phẩm, sau đó chọn ra một số vị trí miệng phun cho phù hợp, cuối cùng mới dùng các phần mềm mô phỏng như SolidWorks plastic, Creo Parametric, NX, Moldex 3D, Moldflow... phân tích ra và lựa chọn ra được vị trí nào là lý tưởng nhất trong số các vị trí đó.
Với đồ án này, ta sử dụngmô đunMoldflow để mô phỏng áp suất phun, đo áp suất phun và thời gian điền đầy...
2.8.2 Sử dụng phầm mềm Moldflow 2012 tìm vịtrí miệng phun
Để tiến hành phân tích được trên Moldflow, mẫu thiết kế phải được lưu dưới dạng
24
Việc dò tìm miệng phun tối ưu nhất bằng phầm mềm Moldflow 2012 có thể thực hiện theo 2 cách sau:
- Tìm vị trí miệng phun theo chế độ tự động: Dựa vào biểu hiện vào màu sắc sau khi phân tích sản phẩm. Nếu sản phẩm có màu sắc tương đối tại 1 vùng nhỏ nhất, thì đó là nơi đặt miệng phun tốt nhất. Ở phương pháp này, 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, nhưng phương pháp này phù hợp với những sản phẩm có kết cấu đơn giản.
- Tìm vị trí miệng phun theo phương pháp dò tìm: Lần lượt đặt miệng phun ở những chổkhác nhau theo cách tối ưu phù hợp để điền đầy khuôn hợp lý. Sau đó phân tích, dựa vào các bảng kết quả như: thời gian điền đầy, áp suất phun, đường hàn, lực kẹp, rỗ khí, phân bố nhiệt, dòng chảy... Từ đó, tìm ra được vị trí miệng phun tốt nhất.
Đối với đồ án này, em dùng phương pháp dò tìm vị trí miệng phun. Và quá trình tìm vị trí miệng phun được thực hiện các bước như sau:
- Chọn dạng bài toán cần phân tích.
- Đưa chi tiết vào môi trường Moldflow để mô phỏng.
- Chia lưới mô hình sản phẩm để phân tích.
+ Đối với đặc điểm kết cấu của sản phẩm ghế nhựa: có các gân, thành mỏng, góc nhọn, các góc bo to và nhỏ... ta nên chia lưới bề mặt sản phẩm với giá trị chiều dài cạnh là 8mm và giá trị dung sai là 0.1mm. Để sau khi chia lưới, vẫn thể hiện rõ các đặc điểm kết cấu của sản phẩm, kết quả phân tích chính xác hơn. Nhưng ngược lại, thời gian phân tích lâu hơn.
- Thiết lập hệ thống bơm keo.
+ Chọn phương pháp ép phun là: khuôn nhựa nhiệt dẻo. + Chọn chế độ phun: nhập nhiệt độ và nhiệt độ khuôn.
+ Chọn vị trí miệng phun: Đối với tìm vị trí miệng phun tự động thì ta không đặt bất kỳ miệng phun nào. Còn với vị trí miệng phun dò tìm, thì đặt lần lượt các vị trí miệng phun rồi mô phỏng, đọc kết quả phân tích của phần mềm.
- Chọn loại vật liệu nhựa: nhựa PP trong thư viện của phần mềm.
- Đọc kết quả phân tích và đánh giá kết quả phân tích (thời gian điền đầy, áp suất phun, rỗ khi, đường hàn...)
Chia lưới sản phẩm trên phần mềm Moldflow Insight 2012 để phân tích tìm vị trí miệng phun tối ưu nhất.
25
Hình 2.7. Chia lưới bề mặt sản phẩm
Sau khi phân tích ta được kết quả:
Hình 2.8. Vị trí phun tối ưu
Từ hình 2.8, những vùng có màu xanh da trời là những vùng có thể đặt vị trí cổng phun tốt nhất và ngược lại những vùng màu đỏ là vùng có vị trí không tốt.
Tuy nhiên, với vị trí trên sẽ gây khó khăn trong quá trình thiết kế khuôn. Do vậy, em lựa chọn vị trí cổng phun theo kinh nghiệm thực tế và đáp ứng yêu cầu điền đầy, tính thẩm mỹ và dễ dàng trong công tác thiết kế và chết tạo khuôn.
+ Vị trí được lựa chọn: Tại vị trí cạnh trong của lỗ ghế nhựa, tại vị trí đó đảm bảo thời gian điền đầy nhanh cũng như dễ dàng trong việc tách khuôn sau này.
26
Hình 2.9. Chia lưới bề mặt sản phẩm có cuống phun
27
Như kết quả trên hình, cho thấy vùng màu xanh da trời đậm là vùng đặt vị trí miệng phun thích hợp nhất, thứ tự giảm dần khi qua các vùng lân cận. Vùng màu đỏ là vùng đặt vị trí miệng phun kém nhất và xuất hiện các khuyết tật sẽ xuất hiện nhiều nhất. Thứ tự ưu tiên đặt vị trí cổngvào nhựa là từ màu xanh da trời cho đến màu đỏ. Vậy với chi tiết này ta đặt vị trí miệng phun ở chính giữa chi tiết là hợp lí nhất.
Sau khi phân tích ta chọn vị trí miệng phun như hình 2.11.
Hình 2.11 Vị trí miệng phun đặt ở tâm của chi tiết
2.9 CHỌN MẶT PHÂN KHUÔN
Với đặc thù là 4 mặt bên của chi tiết được vát và bo tròn, bên trong có các gân mỏng, độ dày của chi tiết không đều từ 1mm đến 4mm bề mặt, ta chọn mặt phân khuôn là phầntiếp xúc giữa các nửa khuôn với nhau xác định vị trí đúc ở trong khuôn. Bề mặt khuôn là mặt phẳng dọc theo viền chân ghế nhựa để thuận lợi cho việc lựa chọn kiểu khuôn và gia công khuôn sau này.
- Mặt phânkhuônphải khuôn phải đáp ứngcác yêu cầu sau:
+ Sau khi ép phun cóthể rút mẫu dễ dàng, định vị lõi và lắp ráp khuôn.
+ Các dấuở mặt phân khuôn không ảnh hưởng đến kích thước, hình dáng và tính thẩm mỹ của sản phẩm.
+ Mặt phân khuôn nên chọn mặt phẳng tránh chọn mặt cong, mặt bậc.
+ Kết cấu khuônđơn giản, trực quan, dễ dàng cho quá trình phân khuôn sau này. + Dễ dàng thay thế, bảo trì và bảo dưỡng các bộ phận của khuôn khi gặp sự cố.
- Mặt phân khuônlà phần để phân chia Core và Cavity:
+ Màu xanh là phần thể hiện Cavity. + Màu hồng là phần thể hiện Core.
28
Hình 2.12. Mặt phân khuôn của chi tiết
2.10 NGUYÊN LÝ TÁCH KHUÔN
Bước 1: Lấy xương keo
Khi nhựa trong lòng khuôn được điền đầy và đông cứng, thì bàn kìm của máy ép kéo tấm kẹp dưới ra, xương keo được cắt đứt khỏi sản phẩm nhờ chốt giật xương keo lắp trên tấm kẹp trên. Đến khi hết hành trình của trục dẫn hướng, nhờ chốt giới hạn lắp trên tấm khuôn âm, kéo tấm giật xương keo ra 1 đoạn, đẩy xương keo ra khỏi chốt giật xương keo. Xương keo được lấy khỏi khuôn hoàn toàn.
Hình 2. 13. Mở khuôn bước 1
Bước 2: Mở khuôn dương và khuôn âm.
Sau khi lấy xương keo ra khỏi khuôn. Bàn kìm của máy tiếp tục dịch chuyển, kéo lõi khuôn dương và sản phẩm ra khỏi khuôn âm, đến một khoảng bằng hành trình của chốt giới hạn được lắp giữa khuôn âm và khuôn dương thì dừng lại. Sản phẩm được lộ hoàn toàn.
29
Hình 2.14. Mở khuôn bước 2
Bước 3: Đẩy sản phẩm ra khỏi lõi khuôn dương.
Sau khi khuôn dương dừng lại. Bàn kìm của máy tiếp tục dịch chuyển, nhờ thanh
giới hạn được lắp bên ngoài khuôn. Kéo các lõi khuôn dương ra khỏi tấm đẩy. Đồng thời, sản phẩm được giữ lại nhờ lõi khuôn trên lắp trên tấm đẩy. Cho đến hết hành trình, không có gì giữ được sản phẩm nữa, thì sản phẩm rơi ra khỏi máy.
Hình 2.15. Mở khuôn bước 3
2.11 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN NHỰA 2.11.1 Thiết kế cuống phun 2.11.1 Thiết kế cuống phun
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
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)
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.