CHƯƠNG 6
THIẾT KẾ SẢN PHẨM : NẮP ỐNG CỨNG
Để minh hoạ cho việc thiết kế sản phẩm nhựa đã nêu ở phần trước,ta thiết kế 1 sản phẩm làm mẫu.Ở đây ta chọn sản phẩm nắp để đậy vào ống đựng viên sủi bọt.Gọi là Nắp ống cứng (Hình 6.1)
Sản phẩm được làm từ vật liệu là PP (Polypropylene).Vật liệu này cĩ ưu điểm là cĩ tính chống oxi hĩa,các hĩa chất thơng dụng,cĩ độ đàn hồi tương đối cao,giá thành trung bình.
Phần địi hỏi độ chính xác nhất của nắp là ở đường kính ø24,16.Phần này dùng để đậy chặt vào miệng của ống cứng,đường kính ngồi của nĩ phải lớn hơn đường kính trong của ống 1 lượng nhất định để cĩ thể đậy chặt được
Ở các mặt trụ hoặc mặt phẳng cĩ độ cao lớn hơn 1mm (kích thước của sản phẩm chiếu song song so với hướng tách khuơn) ta phải làm cho chúng nghiêng 1 gĩc nhất định để sau này sản phẩm dễ lấy khỏi khuơn.Tuỳ theo độ chính xác của mặt làm việc đĩ mà ta chọn gĩc nghiêng lớn hay nhỏ
Thiết kế các gân dọc bên ngồi nắp để cĩ thể dùng tay vặn nắp ra khỏi phần ống dễ dàng,với các kích thước ở Detail B
Đối với sản phẩm này,ta chọn vi trí bơm keo vào chính giữa,phía trên của nắp.Do vậy,nếu làm mặt trên hồn tồn phẳng,sản phẩm khi ép ra sẽ cịn dấu của đuơi keo cộm lên gây mất thẩm mỹ,chưa kể đến việc khơng thể để nắp nằm trên 1 mặt phẳng được do cấn phần thừa của đuơi keo.Vì vậy ta phải tạo vết lõm ở mặt trên của sản phẩm,ngay tại vị trí bơm keo để hạn chế các khuyết điểm trên (Detal D)
Ngồi ra,để cho nhựa cĩ thể bơm vào đều,ta tạo thêm phần lồi ở bên trong nắp để làm giếng nguội,tránh sự cản trở dịng chảy (Detail D)
Ở dưới cùng của nắp phải làm thêm phần lưỡi gà để sau này khi bỏ vào những hạt hút ẩm,và miếng giấy chặn,thì phần lưỡi gà này sẽ ngăn khơng cho miếng giấy khơng bị rớt ra ngồi.Tuy nhiên phần lưỡi gà này khơng được dày quá,vì lúc đĩ sản phẩm sẽ bị cơn ngược (UnderCut) quá nhiều,khơng thể lĩi ra khỏi khuơn (Detail E)
Ta cịn phải thiết kế thêm các ở bên trong,dọc theo phần miệng lớn của nắp để chịu lực,giúp cho nắp được cứng vững.Ngồi ra,các gân này cịn tránh cho sản phẩm bị biến dạng do co rút nhựa.
CHƯƠNG 7
THIẾT KẾ KHUƠN CHO SẢN PHẨM NẮP ỐNG CỨNG 7.1. XÁC ĐỊNH KIỂU KHUƠN
Với cách thiết kế sản phẩm như lúc đầu (chọn vị trí bơm keo vào trên đầu sản phẩm),cho nên ta sẽ áp dụng kiểu khuơn bơm keo gián tiếp (bơn kim),và lĩi bằng ty lĩi.Vậy kiểu khuơn sẽ áp dụng là FUTABA DA
Sau khi xác định kiểu khuơn,dựa vào kích thước sản phẩm và việc bố trí sản phẩm,ta tiến hành vẽ bản vẽ phác,xác định kích thước bao của khuơn,độ dày các tấm để tiến hành đặt MOLDBASE (Hình 7.1).Các bước tính tốn cụ thể sẽ trình bày ở phần sau.
Về phần vật liệu làm khuơn.Ta lấy theo tiêu chuẩn Futaba là thép C45.Riêng tấm đực và tấm cái: 2 tấm này cần đạt độ bĩng bề mặt (theo yêu cầu của khác hàng).Vì vậy ta chọn vật liệu là thép 2083.Đây là loại thép khơng rỉ và cho khả năng đánh bĩng tuyệt vời sau khi gia cơng.
S TT TE ÂN G O ÏI TE ÂN G O ÏI K H A ÙC S L
1 Top P late Tấm trần 1 2 R unner P late Tấm giựt đuôi keo 1 3 C avity P late Tấm cái 1 4 C ore P late Tấm đực 1 5 S upport P late Tấm đỡ 1 6 S pacer G ối đỡ 2 7 E jector P late Tấm đội trên 1 8 E jector R etainner Tấm đội dưới 1 9 B ottom P late Tấm đáy 1 10 G uide P illar C hốt bung 4 11 G uide B ushing B ạc dẫn hướng 12 12 G uide P in C hốt dẫn hướng 4 13 R eturn P in C hốt lùi 4
Trong đĩ: chỉ chọn các kích thước:
Kích thước bao của khuơn (rộng x dài): 230x350mm Độ dày tấm cái: 30mm
Độ dày tấm đực: 35mm
Độ dày tấm đỡ: 35mm
Các kích thước khác: lấy theo tiêu chuẩn
7.2. TẠO MẶT PHÂN KHUƠN,TÁCH THÀNH PHẦN ÂM-DƯƠNG
Việc đầu tiên ta phải làm trước khi tách khuơn là xác định độ co rút của sản phẩm.Việc xác định độ co rút cĩ ảnh hưởng lớn đến kích thước và độ chính xác của sản phẩm sau này.Vì khi nhựa được điền đầy khuơn,khi nguội đi thì sẽ co lại 1 lượng nhất định (gọi là độ co rút),và mỗi loại nhựa cĩ độ co rút khác nhau.(Tham khảo bảng thơng số các loại nhựa trang 14)
Đối với loại nhựa PP thì độ co rút tương ứng là từ 0.012 đến 0.02.Ta sẽ lấy giá trị theo kinh nghiệm thực tế là 0.016.
Sau khi xác định độ co rút ta sẽ Scale sản phẩm lớn lên với tỷ lệ là 1.016 để tạo lịng khuơn.
Tiếp theo ta sẽ tạo mặt phân khuơn để tách sản phẩm ra thành 2 phần đực (Hình 7.3) và cái (Hình 7.2)
HÌNH 7.2 PHẦN CÁI
HÌNH 7.3 PHẦN ĐỰC
Đối với phần cái gồm nhiều gân sẽ ảnh hưởng tốc độ xử lý của máy khi thiết kế và lập trình gia cơng,ta cĩ thể cắt bớt các gân này đi,và sẽ tạo chúng riêng thành 1 điện cực để bắn tạo hình trên máy EDM (Hình 7.4) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với với chiều sâu rãnh tạo hình sản phẩm như vậy sẽ rất khĩ gia cơng hoặc thay thế,sửa chữa sau này.Nên ta sẽ tách phần lõi bên trong ra thành cục ghép (Hình 7.5).Phần cục ghép này bên trong lại chứa ty lĩi sản phẩm (sẽ trình bày ở phần hệ thống lĩi) nên ta chọn vật liệu là thép 2311 (P20).Đây là loại thép cĩ độ cứng cao,và chịu ma sát rất tốt.Tuy khơng khả năng đánh bĩng khơng bằng thép 2083 nhưng chi tiết này tạo hình phần bên trong của sản phẩm,nên ta ko cần quan tâm đến độ bĩng bề mặt.
Ø14
3
Ø10,56
HÌNH 7.5
7.3. XÁC ĐỊNH SỐ LỊNG KHUƠN
Các yếu tố quyết định số lịng khuơn (số sản phẩm trên 1 khuơn): Kích thước đầu phun của máy ép
Kích thước,hình dáng sản phẩm Tốc độ hĩa dẻo
Lực kẹp cần thiết để thắng áp lực phun của nhựa vào lịng khuơn Diện tích lớn nhất của thớt máy
Yêu cầu của khác hàng về thời gian (sản lượng hàng tháng,hàng năm) Số lượng sản phẩm
Trình độ sản xuất
7.3.1. Theo cơng suất phun của máy RD V + CP V + SP V Pmax V = cs n Trong đĩ: : max P
V Thể tích phun lớn nhất của máy (cm3) : VSP Thể tích sản phẩm (cm3) : VCP Thể tích cuống phun (cm3) : VRD Thể tích rãnh dẫn (cm3) 7.3.2. Theo tốc độ phun x V P n dn v = ntd Với 0,4ncs <ntd <0,8ncs Trong đĩ: : vdn tốc độ dịng nhựa (cm3/ph) : nP số phần phun (lần/ph) V: Thể tích sản phẩm + rãnh dẫn (cm3) 7.3.3. Dựa vào lực kẹp lớn nhất: i APo fF 10 = lk n Trong đĩ: : o F Lực kẹp lớn nhất của máy (KN)
:
f hệ số an tồn.Tường chọn f = 1.2 – 5
: i
P áp suất phun lớn nhất (MPA)
:
A tổng diện tích hình chiếu khuơn và rãnh dẫn
7.3.4. Cơng thức 7.3.3 cịn cĩ thể được tính theo cách đơn giản hơn như sau:
(tan) 10000×400 S = lk n Trong đĩ:
400: áp lực nhựa trung bình trong lịng khuơn (lấy theo giá trị thực nghiệm)
Như vậy,áp dụng cơng thức 7.3.4, ta sẽ tính được lực kẹp khuơn tối thiểu cho 1 lịng khuơn là: (tan) 6 , 2 = 100000 400 × 4 2 7 , 28 × 14 , 3 = lk n
Đối với máy ép hiện cĩ (90 tấn) dùng để ép ra sản phẩm này,ta tính ra được số lịng khuơn =90/2,6= 36 (lịng khuơn)
Tuy nhiên vì yêu cầu sản lượng hàng năm khơng nhiều (khoảng 20 ngàn SP/năm) nên ta chọn số lịng khuơn = 8 để tiết kiệm vật liệu và chi phí gia cơng
7.4. BỐ TRÍ LỊNG KHUƠN:
Để tối ưu cho việc bơm nhựa vào sản phẩm,ta bố trí lịng khuơn gồm 2 cột,mỗi cột 4 hàng và bố trí đối xứng nhau.
Chọn khoảng cách an tồn giữa 2 sản phẩm là 20mm,sau đĩ kết hợp với bản vẽ lắp của MOLDBASE chuẩn ta xác định được kích thước bao của khuơn là 230x350mm
Sau đĩ ghép các lịng khuơn vừa tạo thành vào tấm đực (Hình 7.6) và tấm cái (Hình 7.7) ,ta được:
HÌNH 7.6 TẤM ÂM (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HÌNH 7.7 TẤM DƯƠNG
7.5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN NHỰA7.5.1. Thiết kế cuống phun 7.5.1. Thiết kế cuống phun
-Cuống phun là nơi vật liệu được bơm vào khuơn.Béc phun (đầu lị) của máy ép phun tiếp xúc với bề mặt của cuống phun.Để sản phẩm và hệ thống rãnh dẫn dễ lĩi ra khỏi khuơn thì cuốn phun phải được vuốt từ 1.5 – 3.5mm theo dọc chiều dài của cuống và phải được làm bĩng.
-Thường thì cuốn phun được tạo hình từ bên trong của 1 chi tiết gọi là bạc bơm keo -Người ta thường thiết kế đường kính lỗ của đầu lị nhỏ hơn đường kính trong của bạc keo từ 0.125 – 0.75mm.Điều này đảm bảo vật liệu chuyển từ đầu lị vào bạc keo được êm,khơng tạo điều kiện trượt và giảm áp làm cho sản phẩm cĩ độ nén khơng thích hợp gây ra các khuyết tật trên bề mặt
-Đường kính của cuống phun ở vị trí giao với hệ thống rãnh dẫn chính tới thiểu phải bằng hoặc lớn hơn đường kính hoặc độ sâu của rãnh
-Kích thước cuống phun phụ thuộc vào kích thước sản phẩm và đặc biệt là bề dày sản phẩm
-Dựa vào các yêu cầu trên,ta chọn ra 1 loại bạc keo theo tiêu chuẩn với đường kính cuống phun bên ngồi là 16mm (Hình 7.8)
HÌNH 7.8
7.5.2. Thiết kế hệ thống rãnh dẫn
Thiết kế hệ thống rãnh dẫn là khâu rất quan trọng trong thiết kế khuơn.Các yêu cầu chính khi thiết kế hệ thống rãnh dẫn:
Giảm tối thiểu sự hạn chế dịng chảy trong hệ thống rãnh dẫn,như diện tích ngang của rãnh khơng phù hợp
Chiều dài tổng cộng của hệ thống rãnh nên hạn chế tối đa nếu cĩ thể để tránh hiện tượng giảm áp suất và nhiệt độ của vật liệu
Diện tích ngang của hệ thống rãnh phải đủ lớn để cho thời gian nguội của nhựa trong rãnh khơng vượt quá thời gian nguội của miệng phun.Điều này giúp cho áp suất duy trì đúng với tính tốn
Khoảng cách dịng chảy của nhựa từ tâm cuống phun đến mỗi sản phẩm phải bằng nhau Giảm tỉ lệ khối lượng nhựa trong rãnh dẫn mà khơng mâu thuẫn với các yêu cầu trên
Dựa vào các yêu cầu trên ta thiết kế rãnh dẫn trên tấm giựt đuơi keo như sau (Hình 7.9)
5
7
7
3,5
HÌNH7.9
7.5.3. Thiết kế miệng phun
Do chúng ta áp dụng kiểu bơm keo gián tiếp,khuơn gồm 8 sản phẩm nên cũng sẽ cĩ 8 miệng phun (cổng vào keo tương ứng)
1 số yêu cầu khi thiết kế miệng phun:
Tránh thiết kế cổng gây ra dịng chảy dài hội tụ tạo thành bẫy khí,tại các vị trí đĩ cĩ thể thiết kế các van thốt khí
Nếu cĩ thể thì thiết kế vị trí của cổng ở vùng sản phẩm dáy nhất
Lựa chọn vị trí cổng để sán phẩm đạt độ bền cao nhất theo chiều dịng chảy,đặc biệt vật liệu cĩ độn hoặc gia cường
Miệng phun phải được đặt xa các phần sẽ chịu va chạm hay chịu uốn.Khu vực miệng phun cĩ khuynh hướng chịu ứng suốt dư do quá trình điền đầy khuơn và thường là vị trí yếu nhất
Hạn chế các dịng chảy giao nhau,đặc biệt là tại các vị trí chịu ứng suất và va đập cao.Nên định hướng các dịng chảy giao nhau tại những chỗ dày của sản phẩm Với những khuơn cĩ nhiều cốc khuơn,yêu cầu miệng phun của mỗi cốc phải cĩ
cùng kích thước (đường kính và bề dày).Điều này đảm bảo cĩ sự cân bằng dịng chảy đến mỗi cốc khuơn
Dịng chảy phun thẳng trực tiếp vào thành cốc khuơn để tránh sự ửng đỏ và phun tia (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu cĩ thể,nên đặt cổng tại những chỗ khuất của sản phẩm
Với các yêu cầu trên,ta thiết kế 8 cổng vào keo bên tấm cái với kích thước như sau (Hình 7.10) 0.6 3 4° 1.5 1 HÌNH 7.10
Ngồi ra để cho 1 hệ thống bơm keo hồn chỉnh,ta cịn phải thiết kế thêm vịng định vị bạc keo
7.5.4. Vịng định vị bạc keo
Khi lắp khuơn lên máy ép phun,để đầu lị máy ép và bạc keo được đồng tâm,người ta gắn thêm 1 vịng định vị phía trên cùng của khuơn,vịng định vị này sẽ được định tâm vào 1 lỗ định tâm cĩ sẵn trên tấm thớt của máy ép.
Tùy lọai máy ép người ta sẽ gắn lên khuơn 1 vịng định vị cĩ kích thước khác nhau Ngồi ra vịng định vị cịn cĩ chức năng giữ chặt bạc keo khơng cho rớt ra ngồi Đường kính ngồi của vịng định vị phải nhỏ hơn đường kính lỗ định tâm trên máy ép Đối với máy ép đã chọn,với đường kính lỗ trên thớt máy = 100mm ,ta sử dụng vịng định vị sau (Hình 7.11)
HÌNH 7.11
7.6. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ỐNG GIẬT ĐUƠI KEO
1 yêu cầu nữa khi thiết kế hệ thống bơm keo kiểu gián tiếp như trên là khi mở khuơn,ta phải làm sao cho đường keo tách rời với sản phẩm và phần keo thừa ở chỗ rãnh dẫn và cổng phun phải tách ra khỏi khuơn để cĩ thể lấy ra dẽ dàng.Đĩ cũng chính là lý do ta chọn kiểu khuơn D vì các kiểu khác khơng làm được điều này.Hệ thống giật đuơi keo hoạt động như sau:
1 2 3 4 5 7 6 8 9 HÌNH 7.13
Đầu tiên ta phải đảm bảo khi mở khuơn,tấm dương (7) và tấm âm (6) khơng được tách ra trước,nếu khơng như vậy thì đuơi keo khơng thể lấy ra được.Do đĩ ta gắn vào giữa tấm dương và tấm âm 4 chốt nhựa (8),chốt này nằm cố định trên tấm đực và cĩ cơng dụng tạo lực ma sát khơng cho 2 tấm dương và âm tách ra trước.Tuy nhiên,sau 1 thời gian hoạt động,chốt này chịu lực ma sát rất nhiều nên chắc chắn sẽ bị mịn phần bên ngồi.Do đĩ bên trong chốt ta gắn vào 1 bạc cơn và 1 bulon điều chỉnh để khi xiết bulon cho bạc cơn đi vào chốt nhựa thì phần cơn của bạc sẽ nong cho chốt lớn ra 1 lượng nhất định,phần lớn ra này cĩ thể thay thế cho phần nhựa đã bị mất đi do lực ma sát. (Hình 7.14)
HÌNH 7.14
7.6.1. Quy trình mở khuơn như sau
1 2 3 4 5 7 6 8 9 HÌNH 7.15
Khi mở khuơn (Hình 7.15) ,tấm giật đuơi keo và tấm âm sẽ tách ra trước do lực liên kết giữa 2 tấm này là yếu nhất
Ta thiết kế 8 ty giật đuơi keo (4) ở 8 vị trí miện phun.Ty giật đuơi keo này được gắn cố định vào tấm trần (5) và cĩ thể trượt trong tấm giật đuơi keo.Nhiện vụ của nĩ là giữ chặt đuơi keo để khi mở khuơn,phần đầu đuơi keo,chỗ tiếp xúc với sản phẩm sẽ bị đứt ra.Phần keo thừa lúc này sẽ dính lại trên bề mặt tấm giựt đuơi keo
Ngồi ra,ta gắn 4 pat giật bên hơng khuơn.Pat này cĩ rãnh ỡ giữa đễ 2 bulon trên tấm giựt đuơi keo và tấm cái cĩ thể trượt bên trong.Vì hiện tại phần đầu ty giật đơi keo cịn nằm trong phần keo thừa nên khơng thể lấy phần này ra được.Do đĩ ta phải tiếp tục tách 2 tấm trần và tấm giật đuơi keo ra (Hình 7.16) để ty giật đuơi keo này rút ra khoải phần keo thừa.Vì vậy ta gắn 4 pat dẫn này là để khi phần thân bulon gắn trên tấm cái đụng vào cử chặn trên pat dẫn thì tấm giật đuơi keo và tấm cái khơng tiếp tục tách ra được nữa.Do mặt phân khuơn vẫn tiếp tục mở nên lúc này 2 tấm trần và tấm giựt đuơi keo sẽ bắt đầu tách ra
1 2 3 4 5 7 6 10 8 9 HÌNH 7.16
Ta gắn vào giữa 2 tấm trần và tấm giựt đuơi keo 4 lị xo (9) để đảm bảo chúng tách ra hồn tồn
Lúc này phần keo thừa (10) đã được thốt ra khỏi ty giật đuơi keo,chỉ cịn phần cuống cịn mằm trong bạc bơm keo.Do đĩ phần này cĩ thể lấy ra dễ dàng bằng tay,bằng Robot hoặc cho rớt tự động (Ở kiểu khuơn này chúng ta thiết kế lấy đuơi keo thừa bằng Robot)
Do hành trình mở khuơn vẫn tiếp tục,cho nên khuơn vẫm tiếp tục mở đến khi phần long đền (3) ở đầu 4 chốt bung chạm vào mặt tấm cái,khi đĩ 4 chốt bung này sẽ giữ nhiệm vụ tách tấm âm ra khỏi tấm dương,để sản phẩm cĩ thể lấy ra sau này (Hình 7.17)
1 2 3 4 5 7 6 10 8 9 HÌNH 7.17 7.6.2. Những điều cần lưu ý
Thiết kế cử hành trình của pat chặn dài hơn tổng chiều cao(tính cả phần cuống) của phần