3.2.1. Cỏc bước thiết kế một bộ khuụn nhựa ộp phun.
Khi thiết kế một bộ khuụn ộp phun cho sản phẩm nhựa ta cú thể theo chu trỡnh thiết kế như sau:
Bước 1: Cỏc số liệu về chi tiết (Job order data).
Số lượng, bề mặt sản phẩm, dung sai, ngày giao hàng phải đảm bảo như sau: - Đảm bảo độ chớnh xỏc về kớch thước, hỡnh dỏng, biến dạng của sản phẩm.
- Đảm bảo độ búng cần thiết cho cả bề mặt của lũng khuụn và lừi để đảm bảo độ búng của sản phẩm.
- Đảm bảo độ chớnh xỏc về vị trớ tương quan giữa hai nửa khuụn. - Đảm bảo lấy được sản phẩm ra khỏi khuụn một cỏch dễ dàng.
- Vật liệu chế tạo khuụn phải cú tớnh chống mũn cao và dễ gia cụng. - Khuụn phải đảm bảo độ cứng vững khi làm việc, tất cả cỏc bộ phận của khuụn khụng được biến dạng hay lệch khỏi vị trớ cần thiết khi chịu lực ộp lớn (vài trăm tấn).
- Khuụn phải cú hệ thống làm lạnh bao quanh lũng khuụn sao cho lũng khuụn phải cú một nhiệt độổn định để vật liệu dễđiền đầy vào lũng khuụn và
định hỡnh nhanh chúng trong lũng khuụn từ đú rỳt ngắn chu kỳ ộp và tăng năng suất.
- Khuụn phải cú kết cấu hợp lý khụng quỏ phức tạp sao cho phự hợp với khả năng cụng nghệ hiện cú.
Bước 2: Số liệu về mỏy phun nhựa (Moulding machine data )
Ta phải kiểm tra cỏc thụng số lực phun, lực kẹp, mũi phun, kớch thước bệ
khuụn tối đa và tối thiếu, khoảng mở của mỏy phun do nhà cung cấp đưa cho như vậy mới cú thể chọn bộ khuụn phự hợp.
Bước 3: Chọn loại khuụn (Type of mould)
Chọn ra một loại khuụn phự hợp với sản phẩm được giao ta phải dựa theo mỏy ộp phun đú cú, phõn tớch cỏc đặc điểm về chi tiết kớch thước sản lượng…
Bước 4: Thiết kế cơ khớ và chọn mặt phõn khuụn (Mechanical design)
a. Cỏc nguyờn tắc thiết kế như độ dầy thành, bố trớ cỏc lỗ, cỏch lắp ghộp phải theo cỏc tiờu chuẩn cơ khớ.
+ Chốt dẫn hướng : nguyờn tắc đỳng là chốt dẫn hướng phải dài hơn miếng ghộp cao nhất để trỏnh hỏng húc khi đúng khuụn đặc biệt là khi lắp rỏp, phần đầu chốt dẫn hướng cú thể làm nhỏ hơn 0,1mm, chốt dẫn hướng thường là 4 chốt. + Bạc dẫn hướng: cú thể làm bằng đồng hoặc đồng thau hoặc đối với quỏ trỡnh sản xuất hàng loạt thỡ dựng thộp đó tụi. + Bộ định vị: đối với sản phẩm lớn nhất định phải cú bộ định vị thỡ khuụn mới đúng mở chớnh xỏc được.
+ Vũng định vị: Kớch thước của vũng phải lớn hơn lỗ mở của mỏy gia cụng nhựa là 0.1mm với dung sai nhỏ nhất 0.05mm
b. Chọn mặt phõn khuụn đơn giản nhất, trỏnh những mặt cong, lồi lừm. Nhỡn chung khi chọn mặt phõn khuụn ta cần xem xột vấn đề sau:
+ Chọn mặt phõn khuụn sao cho dễđẩy sản phẩm ra khỏi khuụn. + Chọn mặt phõn khuụn sao cho kết cấu khuụn đơn giản nhất
Bước 5: Xem xột đến độ co (Shrinkage)
Bước 6: Chọn vật liệu làm khuụn (Moulding material)
Bước 7: Bố trớ cỏc lũng khuụn (Arrangement of cavity)
Phải bố trớ số lượng lũng khuụn, vị trớ cỏc lũng khuụn sao cho hợp lý. - Lũng khuụn được bố trớ sao cho dễ rút nhựa vào nhất
- Số lượng lũng khuụn phụ thuộc vào năng suất và số lượng sản phẩm - Cỏc sản phẩm loại nhỏ và số lượng lớn ta nờn bố trớ nhiều lũng khuụn. - Số lượng lũng khuụn cũn phụ thuộc vào độ phức tạp của bề mặt sản phẩm vỡ nếu sản phẩm quỏ phức tạp mặc dự kớch thước nhỏ và sản lượng lớn ta vẫn nờn bố trớ một lũng khuụn như vậy giỏ thành sản xuất sẽ giảm nhiều.
Bước 8: Thiết kế hệ thống dẫn nhựa (Sprue design).
Bước 9: Chọn vị trớ vũi phun.
Bước 10: Thiết kế hệ thống cửa phun vào lũng khuụn.
Hệ thống cửa là phần nối giữa hệ thống kờnh dẫn nhựa và lũng khuụn. Nú phụ thuộc vào cỏc nhõn tố sau:
• Đặc tớnh chảy của nhiờn liệu.
• Nhiệt độ của dũng chất lỏng.
• Nhiệt độ của khuụn.
Bước 11: Thiết kế hệ thống làm mỏt.
Để điều khiển nhiệt độ khuụn và để thời gian làm nguội ngắn, cần phải biết đặt hệ thống làm nguội chỗ nào và dựng hệ thống làm nguội nào. Điều này rất quan trọng vỡ thực tế là thời gian làm nguội chiếm 50%-60% toàn bộ
thời gian của chu kỳ phun khuụn. Do đú, làm cho quỏ trỡnh làm lạnh cú hiệu quả rất quan trọng để làm giảm thời gian của cả chu kỳ.
Phải điều khiển nhiệt độ lũng khuụn để cú dũng nhựa chảy ờm vào khuụn. Để trỏnh làm nguội quỏ nhanh, về lý thuyết tốt nhất là giữ nhiệt độ
khuụn cao ở cuối dũng chảy.
Đểđiều khiển nhiệt độ trong khuụn tốt cần chỳ ý tới những vấn đề sau:
• Những kờnh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuụn càng tốt, nhưng chỳ ý tới độ bền cơ học của khuụn
• Cỏc kờnh làm nguội phải đặt gần nhau, cũng phải chỳ ý đến độ bền cơ
học của khuụn.
• Nờn chia hệ thống làm nguội ra làm nhiều vũng làm nguội để trỏnh cỏc kờnh làm nguội quỏ dài dẫn đến sự chờnh lệch nhiệt độ lớn.
• Chỳ ý tới việc làm nguội phần dầy của sản phẩm.
• Chỳ ý tới tớnh dẫn nhiệt của vật liệu làm khuụn.
Bước 12: Thiết kế hệ thống đẩy.
Bước 13: Thiết kế hệ thống dẫn hướng và định tõm.
Bước 14: Thiết kế hệ thống thoỏt khớ.
Khi nhựa phun vào khuụn và làm đầy hệ thống dẫn cũng như lũng khuụn, nú đẩy khụng khớ ra ngoài lũng khuụn qua bề mặt phõn khuụn. Nhưng khi tốc độ phun cao, khụng khớ khụng thể thoỏt ra nhanh và bị tắc lại trong lũng khuụn và gõy ra phế phẩm.
Để trỏnh điều này phải cú rónh thoỏt khớ, rónh thoỏt khớ phải đặt đỳng nơi mà khụng khớ (luồng khớ) bị tắc lại. Thường rónh thoỏt khớ được xẻ trờn
đường phõn khuụn.
Tuy nhiờn để trỏnh cho nhựa khỏi bị đẩy ra rónh thoỏt khớ, người ta làm rónh thoỏt khớ khoảng 0,02mm ữ 0.04mm.
Bước 15. Xuất ra cỏc tài liệu kỹ thuật cuối cựng phục vụ cho gia cụng
bộ khuụn
- Tạo bản vẽ kết cấu (bản vẽ lắp của khuụn)
- Đưa ra cỏc bản vẽ kỹ thuật cỏc chi tiết của khuụn.
- Gia cụng cỏc chi tiết đó lập quy trỡnh cụng nghệở trờn. - Kiểm tra độ chớnh xỏc cỏc chi tiết đó chế tạo.
- Lắp cỏc chi tiết đó chế tạo thành bộ khuụn. - Đổ nhựa sản xuất thử sản phẩm
- Chỉnh sửa cỏc sai xút nếu cú.
- Bề mặt lũng khuụn được bụi dầu để bảo quản chống rỉ.
Bước 16: Cỏc phần tử cho lắp rỏp khuụn vào mỏy (Connecting
elements)
3.2.2. Ứng dụng phần mềm Cimatron thiết kế hoàn chỉnh bộ khuụn 3.2.2.1. Phõn tớch đặc điểm cụng nghệ của sản phẩm
Để chế tạo hoàn chỉnh một bộ vỏ bỡnh ắc quy, cần phải thiết kế 03 bộ
khuụn mẫu đú là:
- Khuụn nắp bỡnh; - Khuụn thõn bỡnh; - Khuụn nỳt bỡnh.
Đối với mỗi bộ khuụn lại cú một đặc điểm khỏc nhau, tuy nhiờn bộ
khuụn chế tạo nắp bỡnh là cú tớnh phức tạp hơn cả. Vỡ vậy đề tài đi sõu vào phõn tớch bộ khuụn chế tạo nắp bỡnh. Để làm được bộ khuụn ộp ra chi tiết như
nắp bỡnh thỡ bộ khuụn đú phải rất phức tạp, chi phớ tốn kộm. Bởi vỡ, 4 lỗ bờn cạnh làm gờ lừm vào trong (cắt sõu phớa trong) và lỗ ở giữa được làm ren trong . Muốn rỳt được sản phẩm ra ta phải làm hệ thống lừi phụ rất phức tạp phớa trong sản phẩm và hệ thống thỏo ren trong.
Ta xột đến yờu cầu của sự thỏo ren trong để thấy tớnh phức tạp của bộ
khuụn này
Thụng thường để thỏo được ren ta phải dựng hệ thống truyền động sau. a.Truyền động bỏnh răng.
b.Truyền động xớch và đĩa răng. c.Thanh răng và bỏnh răng. d.Trục vớt và bỏnh vớt.
Hỡnh 3 - 6: Truyền động bằng bỏnh răng- bỏnh răng.
Hỡnh 3 - 7: Truyền động trục vớt – bỏnh vớt
Nguồn lực dựng để thỏo lừi ren trong cú thể bằng tay hoặc bằng mỏy. Khi thỏo sản phẩm ta cú thể chọn cỏc cỏch thiết kế như sau:
a. Lừi quay cốđịnh hướng trục.
Kết cấu rất phự hợp cho phần tử cú hỡnh dạng bờn ngoài cho phộp đặt lũng khuụn ở cựng một nửa khuụn với ren. Khi lừi ren được quay ở vị trớ cố định chiều trục sản phẩm sẽ bịđẩy ra ngoài.
b. Sự thỏo lừi quay.
Nguyờn tắc của kết cấu này để thỏo lừi ren ra khỏi sản phẩm nhờ sự thỏo lừi qua một tấm khuụn quay. Đầu phớa sau của cỏn lừi được làm ren cú bước bằng bước ren của sản phẩm. Một bỏnh răng di trượt được lắp vào cỏn lừi và
được lắp then. Khi bỏnh răng di trượt thỡ đầu cuối cú ren của cỏn lừi sẽăn vào vớt ở bạc ren, do đú ren được thỏo ra khỏi sản phẩm, chuyển động này phải dài hơn một chỳt so với độ dài của ren sản phẩm.
c. Lũng khuụn quay.
Hỡnh 3 - 8: Thỏo sản phẩm bằng cỏch quay lũng khuụn
Khi điểm miệng phun khụng được phộp ở mặt ngoài của sản phẩm thỡ cú thể dựng lũng khuụn quay. Lừi thường lắp ở nửa khuụn phun. Kiểu của hệ
thống phun nhựa cú thể dựng kết cấu phun từ dưới hoặc kết cấu khụng cú kờnh nhựa.
Qua phõn tớch ở trờn ta thấy để chế tạo bộ khuụn cho nắp thỡ rất phức tạp. Dưới đõy trỡnh bày việc ứng dụng phần mềm Cimatron để thiết kế hoàn chỉnh cỏc bộ khuụn.
3.2.2.2. Quy trỡnh thiết kế cỏc bộ khuụn vỏ bỡnh ắc quy
* Bước1: Nhập chi tiết cần thiết kế và cỏc yờu cầu kỹ thuật.
- Bản vẽ chi tiết vỏ bỡnh ắc quy (Thõn, nắp, nỳt) được thiết kế ngay trong mụi trường Cimatron, ngoài ra Cimatron cũn cú thể sử lý được cỏc bản vẽ tạo ra từ: CATIA; UG; AutoCad/DWG hay Pro/Engineer...
Yờu cầu kỹ thuật của nắp và thõn bỡnh:
- Sản phẩm tạo ra khụng được cong vờnh quỏ mức cho phộp cụ thể như
sau:
+ Nắp bỡnh cú độ cong vờnh phải ≤ 1(mm). + Thõn bỡnh cú độ cong vờnh phải ≤ 1(mm).
- Chiều cao của thành được làm nghiờng đi 10 đểđảm bảo cho việc đẩy sản phẩm được tốt hơn.
- Nắp và thõn bỡnh làm bằng nhựa PE cú đặc tớnh như sau: + Nhiệt độ gia cụng trong khoảng 2200C đến 3500C. + Độ co rỳt của nhựa PE 2%.
* Bước 2: Cỏc thụng số về mỏy ộp phun.
Nhưđó trỡnh bày ở trờn, để chế tạo hoàn chỉnh 01 bộ vỏ bỡnh ắc quy tàu
điện cần 03 bộ khuụn, sau khi chế tạo được 03 bộ khuụn này thỡ việc lựa chọn mỏy để ộp phun tạo sản phẩm nhựa cũng là vấn đề quan trọng. Mỏy cần đảm bảo cỏc khả năng kỹ thuật quan trọng là: ỏp suất phun; khối lượng nhựa trong một lần phun; vận tốc phun; chiều dài hành trỡnh...
Để ộp phun sản phẩm nắp và nỳt bỡnh cú kớch thước và khối lượng khụng lớn, việc chọn mỏy rất đơn giản và dễ dàng bởi vỡ lượng mỏy hiện cú trờn thị trường cú thể ộp được 02 loại sản phẩm này là rất nhiều. Ở đõy chỉ
nờu ra cỏc yờu cầu kỹ thuật chớnh đối với việc chọn mỏy ộp phun để ộp được chi tiết thõn bỡnh:
+ Chiều dài hành trỡnh tối thiểu: 1300mm + Khối lượng nhựa tối thiểu cho một lần phun: 1100g
Từ cỏc yờu cầu trờn ta tiến hành lựa chọn loại mỏy CLF400T là mỏy của Cụng ty TNHH Cụng nghiệp Quang Nam đầu tư, thoả món được cỏc yờu cầu đặt ra
Hỡnh 3 - 9: Sơ đồ mỏy ộp CLF 400T.
STT Đặc tớnh kỹ thuật Đơn vị
1 Áp suất phun lớn nhất 500(MPa) 2 Khối lượng nhựa trong 1 lần phun 2500(g)
3 Lực kẹp khuụn 400(tấn)
4 Đường kớnh trục vớt 50(mm)
5 Vận tốc phun lớn nhất 200(cc/s)
6 Cụng suất động cơ 30(Kw)
* Bước 3: Chọn loại khuụn.
Theo cỏc phõn tớch trong mục 3.1 và theo yờu cầu cụ thể của chi tiết ta chọn loại khuụn 2 tấm và dựng cỏc lừi phụ.
* Bước 4: Chọn mặt phõn khuụn.
Chọn mặt phõn khuụn cần đảm bảo cho việc bố trớ khuụn được thuận lợi, đảm bảo cỏc yờu cầu kỹ thuật của khuụn đồng thời việc lấy sản phẩm
được dễ dàng. Từ cỏc yờu cầu chung của mặt phõn khuụn và chi tiết cụ thể, ta chọn mặt phõn khuụn như sau (xem hỡnh 3-10 và hỡnh 3-11):
Hỡnh 3 - 10: Chọn bề mặt phõn khuụn của nắp bỡnh. * Bước 5: Xem xột đến độ co.
Khi tớnh độ co của sản phẩm, giỏ trị độ co được dựng là giỏ trị đo trung bỡnh do người cung cấp vật liệu nhựa cung cấp. Sau khi sản phẩm đó được phun khuụn, khụng phải ở mọi chỗđộ co đều như nhau. Do tớnh thớch ứng của cỏc phần tử nhựa, rất khú biết được độ co thật vỡ thế độ co trung bỡnh phải tớnh đến trường hợp ngoại lệđối với vật liệu nhựa tổng hợp nở ra vài giờ sau khi phun khuụn vỡ nú hỳt hơi ẩm. Trong trường hợp đú độ co ước tớnh phải thấp hơn 0,1% so với độ co trung bỡnh. Do vật liệu dựng là PE cú độ co ngút là 2% nờn tất cả cỏc kớch thước phải được nhõn lờn 1,02(mm).
Khi xỏc định độ co ta cú vài chỳ ý như sau:
Trong nhiều trường hợp khụng cú độ nghiờng, đú là ý định của người thiết kế sản phẩm tận dụng dung sai thu được để thay cho độ nghiờng.
Để xỏc định kớch thước phần lồi trong khuụn, nhà thiết kế khuụn phải xỏc định kớch thước với sốđo lớn nhất và dung sai dương. Vỡ nếu nhụ lờn, nú cú thể dễ dàng làm nhỏ hơn hoặc thấp hơn, nhưng để bổ sung vào thỡ sẽ khú.
Để xỏc định kớch thước cho cỏc lỗ, phương phỏp là xỏc định kớch thước chiều dài, chiều rộng với số đo nhỏ nhất cú dung sai õm để sau đú dễ dàng làm to ra.
Hỡnh 3 - 11: Chọn bề mặt phõn khuụn của thõn bỡnh * Bước 6: Chọn vật liệu làm khuụn.
Chọn vật liệu làm khuụn là thộp C45, đõy là loại thộp dễ gia cụng, cú thể tạo ra được cỏc bề mặt phức tạp đồng thời cũng cú thể nhiệt luyện đảm bảo được được độ bền của khuụn.
Bước 7: Bố trớ lũng khuụn.
Tất cả cỏc bộ khuụn ởđõy ta đều chọn loại một lũng khuụn. Bước 8: Thiết kế hệ thống kờnh dẫn nhựa.
Ở đõy ta khụng dựng kờnh dẫn nhựa, nhựa được phun trực tiếp vào lũng khuụn.
Bước 9: Chọn loại bạc cuống phun.
Trong phần mềm CIMATRON cú cỏc loại bạc cuống phun tiờu chuẩn. Do đú, ta chọn loại bạc cuống phun và vũng định vị cho khuụn cho nắp và thõn bỡnh theo cỏc tiờu chuẩn trong thư viện của Cimatron.
Bước 10: Hệ thống cửa phun.
Vỡ nhựa được phun trực tiếp vào lũng khuụn nờn ta khụng dựng cửa phun.
Bước 11: Hệ thống làm mỏt.
Một yờu cầu trong thiết kế khuụn là phải thiết kế hệ thống làm mỏt, hệ
thống này cú tỏc dụng làm mỏt khuụn khi tiến hành ộp sản phẩm, nhằm đảm bảo sản phẩm khụng bị cong vờnh. Trong phầm mềm Cimatron cú đưa ra cỏc mẫu hệ thống làm mỏt đối với cỏc loại khuụn khỏc nhau. Sau khi nghiờn cứu thư viện Cimatron kết hợp với tỡm hiểu theo kinh nghiệm của cỏc chuyờn gia làm khuụn, nhúm đề tài đó thiết kế hệ thống làm mỏt như sau (xem hỡnh 2-12 và 2-13).
Hỡnh 3 - 13: Thiết kế hệ thống làm mỏt khuụn thõn bỡnh * Bước 12: Thiết kế hệ thống đẩy.
Hệ thống đẩy cỏc chi tiết đó được tiờu chuẩn, ta chỉ cần lấy trong thư
viện của CIMATRON. Dưới đõy, là hệ thống đẩy mà đó được thiết kế trong CIMATRON cho hai bộ khuụn như sau: