III. Công nghệ đúc phun gia công sản phẩm nhựa
3.4.7. Các chi tiết khuôn cơ bản
3.4.7.1. Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng
Chức năng chính của chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng là đưa khuôn sau vào khuôn trước và làm cho hai phần thẳng hàng. Chốt dẫn hướng nằm ở khuôn trước còn bạc dẫn hướng nằm ở khuôn sau để dễ dàng đẩy sản phẩm ra.
Nguyên tắc của chốt dẫn hướng là phải dài hơn miếng ghép cao nhất để tránh hỏng hóc khi đóng khuôn, đặc bịêt là khi lắp ráp. Nếu không có gì cản trở chuyển động của sản phẩm thì nên đặt chốt dẫn hướng ở khuôn sau.
Kiểu bạc dẫn hướng rẻ nhất là khoan lỗ chính xác vào tấm khuôn. Tuy nhiên nó sẽ khó sửa chữa khi bị mòn. Người ta đưa ra giải pháp tốt hơn là dùng bạc dẫn hướng dưới dạng miếng ghép. Cần khoan rộng bạc dẫn hướng dài để giảm yêu cầu đối với lỗ dài chính xác.
Việc đặt các chốt dẫn hướng trong khuôn rất quan trọng. Bình thường cần có bốn chốt dẫn hướng trong khuôn. Tuy nhiên đối với các loại khuôn đơn giản thì chỉ cần từ 2 đến 3 chốt là đủ. Để tránh việc lắp nhầm chiều cho hai phần khuôn, người ta thường dùng các chốt dẫn hướng có đường kính khác nhau hoặc đặt một chốt lệch so với các chốt kia.
3.4.7.2. Bộ định vị
Thông thường các chốt dẫn hướng có thể giữ được một độ thẳng hàng sơ bộ nhưng với khuôn chính xác thì dung sai của chốt dẫn hướng và các bạc dẫn
hướng là quá lớn vì thế cần có bộ định vị. Đối với các sản phẩm lớn, nhất thiết cần có bộ định vị.
3.4.7.3. Vòng định vị
Chức năng của vòng định vị là đặt khuôn đúng tâm vào máy gia công nhựa. Vòng định vị thường đặt ở khuôn trước nhưng cũng có một số trường hợp nó là phần bổ sung ở khuôn sau. Kích thước của vòng phải nhỏ hơn lỗ mở của máy gia công nhựa là 0,1 mm.
3.4.7.4. Miếng ghép
Miếng ghép dùng để đơn giản hoá quá trình gia công hoặc tạo nên mảng cứng trong khuôn tương đối mềm. Việc sử dụng miếng ghép đỡ được quá trình gia công và khi hỏng để thay. Ví dụ như khi gia
công các chỗ lồi tròn không đơn giản, ta có thể thay thế bằng một miếng ghép tròn.
Khi cần lòng khuôn cứng, không nên dùng tấm tôi cứng
liền trong tất cả các lòng khuôn. Nó có thể bị méo sau khi nhiệt luyện hoặc nếu một lòng khuôn bị hỏng thì phải sửa toàn bộ tấm hoặc một trong các lòng khuôn cần được che chắn để khuôn tiếp tục hoạt động. Lỗ để lắp miếng ghép được làm bằng các phương pháp khác nhau như khoan, phay hoặc gia công bằng tia lửa điện.
3.4.7.5. Rãnh thoát khí
Khi nhựa vào khuôn làm đầy hệ thống cũng như lòng khuôn, nó đẩy không khí ra ngoài lòng khuôn qua bề mặt phân khuôn. Khi tốc độ phun cao, nó không thể đẩy kịp không khí ra ngoài do vậy khí bị tắc trong lòng khuôn. Đẩy gọi là hiện tượng cản khí. Dòng khí nén này có thể chặn dòng nhựa hoặc đốt cháy nhựa khi tiếp xúc với nó. Để tránh điều này cần phải có rãnh thoát hơi.
3.5. Các khuyết tật của sản phẩm đúc phun và cách khắc phục
3.5.1. Đường hàn và đường hợp
Đường hợp và đường hàn làm tăng ứng suất dư trong chi tiết đúc. Sự khác nhau cơ bản giữa đường hợp và đường hàn là độ lớn của góc hội tụ của hai dòng chất lỏng khi gặp nhau.
Gọi θ là góc tạo thành giữa 2 phương của dòng chảy. Nếu
θ>135°, đường hợp được tạo ra, nếu θ<135°, đường hàn sẽ xuất hiện. Khi đường hàn được hình thành, lớp nhựa đông mỏng ở trước mỗi dòng nhựa gặp nhau, hòa trộn và đông đặc lại. Vì thế hướng của đường hàn vuông góc với dòng nhựa, nó sẽ làm giảm sức bền của vật đúc tại điểm 2 dòng gặp nhau.
các phân tử nhựa khi đó sẽ đồng nhất hơn so với trường hợp đường hàn. Vì vậy đường hợp chịu bền tốt hơn so với đường hàn và khó nhìn thấy hơn.
Các cách khắc phục: thay đổi vị trí miệng phun, tăng tốc độ pittông, tăng nhiệt độ khuôn và nhiệt độ làm chảy…Trong trường hợp không loại bỏ được đường hàn hay đường hợp, nên thiết kế chúng ở vị trí ít “nhạy cảm” nhất như khó nhìn thấy, không hoặc chịu lực nhỏ …
3.5.2.Cản khí
Cản khí xảy ra khi các dòng chảy nhựa chảy quanh rồi tạo nên nút khi khi gặp nhau. Cản khí khiến quá trình điền đầy và nén đặc không hoàn thiện và thường gây khuyết tật trên bề mặt của sản phẩm. Cản khí có thể bị nén, đốt nóng và tạo vết cháy trên sản phẩm.
Sự thiếu lỗ thoát hơi hoặc lỗ thoát hơi quá nhỏ trong khu vực được điền đầy cuối cùng thường là nguyên nhân gây cản khí.
Cách khắc phục:
+ Làm cân bằng dòng chảy.
+ Loại bỏ những vị trí khó điền đầy.
+ Thay đổi hệ thống kênh nhựa để vùng điền đầy cuối cùng có chứa lỗ hay rãnh thoát hơi. + Thêm rãnh thoát hơi ở nơi có khả năng xuất hiện cản khí.
Vết nứt làm hỏng, giảm tuổi thọ của chi tiết. Vết nứt có thể không thấy ngay cho đến vài ngày hay vài tuần sau khi sản xuất. Vì vậy, cần nhận diện và loại bỏ nguy cơ nứt trước khi sản xuất.
Nguyên nhân gây nứt: Ứng suất dư lớn (đường hàn quá yếu hay độ co rút nhựa không đều).
Cách khắc phục:
+ tăng tốc độ piston (hay trục vít) hoặc chiều dày thành chi tiết để giảm ứng suất dư. + Giảm sự thay đổi độ co nhiệt.
3.5.4. Sự cong vênh
Cong vênh là kết quả của ứng suất không đều bên trong vật đúc khi ứng suất đủ mạnh để làm biến dạng giãn hoặc xoắn.
Nguyên nhân: bản chất của vật liệu, thiết kế khuôn không tốt và điều kiện đúc không hợp lý.
Nguyên nhân thường gặp: Sự thay đổi độ co nhiệt của chi tiết.
Giải pháp: Giảm sự thay đổi độ co nhiệt (làm mát đồng đều, chọn lại vị trí phun), thay đổi cấu trúc hình học của chi tiết (thiết kế chi tiết có chiều dày không đổi…)
3.5.5. Sự tạo đuôi
“Đuôi” hình thành khi nhựa lỏng bị đẩy với tốc độ cao qua những vùng hạn chế về không gian, như đầu phun, kênh nhựa hay miệng phun vào vùng có kích thước dày mà không kịp tiếp xúc với thành khuôn. Dòng chảy hình con rắn này làm yếu sản phẩm, xấu bề mặt.
Nguyên nhân của hiện tượng này là do tốc độ trục vít quá cao, vị trí phun không hợp lý Giải pháp: Thiết kế lại kích thước và vị trí miệng phun và tối ưu tốc độ trục vít (tốc độ lúc đầu chậm khi nhựa qua miệng phun và tăng dần).
3.5.6. Lõm co và rỗ co
Lõm co xuất hiện trên bề mặt của chi tiết. Độ lõm thường rất nhỏ nhưng có thể thấy được bởi chúng phản chiếu ánh sáng từ những hướng khác nhau tới chi tiết. Mặc dù vết lõm không ảnh hưởng tới chức năng hay sức bền của chi tiết, chúng vẫn được coi là một khuyết tật ảnh hưởng tới chất lượng. Vết lõm hình thành trên bề mặt chi tiết đúc do sự thay đổi cục bộ chiều dày thành. Nó thường xuất hiện ở những nơi có gân tăng cứng, cánh tản nhiệt , mấu lồi hoặc rãnh cắt dưới.
Nguyên nhân: nhựa co nhiệt khi làm mát.
Rỗ co là những lỗ bên trong chi tiết. Rỗ co xuất hiện do bề mặt chi tiết đủ cứng để chống lại lực co nhiệt, ngăn không cho chi tiết bị lõm xuống; khiến lõi của chi tiết bị co lại. Rỗ co ảnh hưởng tới cấu trúc vận hành của sản phẩm.
Giải pháp:
+ Tối ưu hóa quá trình nén đặc vì lõm co, rỗ co thường xuất hiện trong quá trình này. + Thay đổi cấu trúc hình học của chi tiết: thay những thành dày bằng những thành mỏng hơn.
+ Chọn lại vị trí miệng phun.
3.5.7. Sản phẩm thiếu nhựa
Hiện tượng thiếu nhựa sau khi đúc xảy ra khi nhựa chưa điền đầy toàn độ lòng khuôn mà đã đông đặc lại.
Nguyên nhân:
Dòng chảy bị hạn chế do thiết kế kênh nhựa không hợp lý
Dòng nhựa quá dài
Thiếu rãnh thoát hơi Cách khắc phục:
+ Nếu nguyên nhân do cản khí, vị trí có thể bị cản khí nên được thiết kế ở nơi dễ làm rãnh thoát khí.
+ Tăng tốc độ trục vít phun, qua đó làm tăng nhiệt cắt, giảm độ nhớt của nhựa lỏng, giúp nó dễ dàng chảy qua chi tiết.
+ Thay đổi mô hình hình học của chi tiết.
+ Thay đổi loại vật liệu: chọn vật liệu có độ nhớt thấp. + Tăng áp lực trong lòng khuôn đúc.
Thực tế cho thấy, giải quyết khuyết tật này lại phát sinh khuyết tật khác. Vì vậy ta cần phải tính toán thử nghiệm nhiều lần để tìm ra kết quả tối ưu trên cho mọi chỉ tiêu, trong đó có những chỉ tiêu được ưu tiên hơn (phụ thuộc vào người thiết kế sản phẩm). Hiện nay những vấn đề này được giải bằng các phầm mềm tính toán mô phỏng đem lại năng suất và hiệu quả cao.
CHƯƠNG 2
KỸ THUẬT CAD/CAM – CNC &
GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM MASTERCAM X, SOLIDWORKS 2005, MOLDFLOW PLASTICS INSIGHTS 5.0