4.1.1.1 Thực chất công nghệ ép phun
- Quá trình ép là quá trình gia công vật liệu đã dẻo hoá sơ bộ hoặc nung nóng sơ bộ để tạo viên và định lượng sản phẩm vào trong khuôn. Sau đó ở nhiệt độ đủ xác định sau khi khuôn đóng, dưới áp lực sẽ ép vật liệu thành sản phẩm.
- Công nghệ ép phun thì vật liệu sẽ được đưa vào nung nóng trong các khoang nung nóng riêng đến khi vật liệu nhựa chảy ra, dưới tác dụng của Piston vật liệu sẽ được đẩy ra qua miệng phun vào khoang khuôn kín định hình sản phẩm. Sau khi nhựa định hình và đóng rắn, khuôn mở ra và đẩy sản phẩm ra ngoài. Máy gia công gọi là máy ép phun (Injection Machine).
- Cả 2 phương pháp trên hiện nay được sử dụng rất rộng rãi đặc biệt là công nghệ ép phun, có thể gia công các chi tiết từ nhỏ đến lớn. Thường dùng các loại nhựa là PE; PP.
4.1.1.2. Các thành phần cơ bản trong công nghệ ép phun
a. Máy ép phun và các thông số cơ bản
- Cấu tạo: Máy ép phun gồm các bộ phận cơ bản sau :
Hình 4.1- Các hệ thống của máy ép phun
- 32 -
+ Lực kẹp (tấn): Được tính bởi số tấn của lực khoá khuôn.Lực kẹp khuôn Fc được tính bằng công thức: Fc = 1,15.Pi.A với Pi(Kg/cm2) là áp lực phun; A(cm2) là diên tích bề mặt.
+ Dung tích phun: Được quy định cho dung tích mỗi lần bắn.
+ Tỷ lệ hoá dẻo: Thể tích của vật liệu được hoá dẻo trong thời gian cho trước.
+ Mức độ phun: Đó là tốc độ lớn nhất Max mà toàn bộ chất dẻo dự kiến có thể được phun qua ống mỏ vịt ở áp suất cho trước.
+ Áp lực phun: Đối với máy Piston thì đây là áp lực ở Piston phun. Đối với vít chuyển động qua lại áp lực này là ở vật liệu phía trước của vít.
+ Khoảng mở của máy: Khoảng mở cho phép của máy khi mở khuôn. - Quá trình ép phun : chu trình ép phun gồm bốn giai đoạn :
+ Giai đoạn kẹp (Claming phase): Khuôn đóng lại
+ Giai đoạn phun (Injection phase): Nhựa điền đầy vào khuôn.
+ Giai đoạn làm nguội (Cooling phase): Nhựa đông đặc lại trong khuôn. + Giai đoạn đẩy (Ejector phase) : Đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn.
b. Các bộ phận cơ bản trong công nghệ ép phun
- Bộ phận kẹp khuôn:
Hệ thống kẹp có chức năng đóng mở khuôn tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm rời ra khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép phun.
Hệ thống này bao gồm các bộ phận: Cụm đẩy của máy (Machanis ejectors); Cụm kẹp (Clamp cylinder); Tấm di động (Moveable platen); Tấm cố định (Stationary platen); Những thanh nối (Tie bars).
- 33 -
Hình 4.2- Bộ phận kẹp của máy ép phun
- Bộ phận phun nhựa:
Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua hệ thống cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và định hình sản phẩm. Hệ thống này gồm các bộ phận.
Hình 4.3- Bộ phun của máy ép phun
- Phiểu cấp liệu (Hopper): Chứa vật liệu dạng viên để cấp cho khoang trộn.
- Khoang chứa liệu (Baress): Chứa nhựa và để vít trộn chuyển động qua lại bên trong nó. Khoang trộn được gia nhiệt nhờ các băng cấp nhiệt. Nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệu cung cấp từ 20% đến 30% nhiệt độ cần thiết để làm chảy lỏng vật liệu nhựa.
- Băng gia nhiệt.(Heater band): Giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu để nhựa bên trong khoang luôn ở trạng thái dẻo.
- 34 -
- Trục vít(Screw): Nằm trong lòng, khoang chứa liệu và là bộ phận hóa dẻo và đẩy nguyên liệu trong lòng vào khuôn.
Trục vít có cấu tạo gồm 3 vùng:
Hình 4.4- Cấu tạo trục vít
+ Vùng nhập liệu(feed zone): Ở gần phễu nhập liệu dùng để chuyển nguyên
liệu về phía trước, nguyên liệu mềm và bắt đầu chảy (50%L).
+ Vùng nén ép (transition zone): Ở giữa trục vít, dùng để nén nguyên liệu
dòng (25%L).
+ Vùng định lượng ( Metering zone): Trộn vào và tạo đồng nhất trước khi
phun vào khuôn (25% L).
- Bộ hồi tự mở hay van tự mở (Non – return – assemdly or non – return
– valve): Bộ phận này gồm có vòng chắn hình nêm đầu trục vít nó có chức năng tạo
ra dòng nhựa bắn vào khuôn. Khi trục vít lùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển về hướng vòi phun và cho phép nhựa chảy về phía đầu trục vít. Còn trục vít di chuyển về phía trước thì vòng chắn hình nêm xẽ di chuyển về phía phễu và đóng kín với seat không cho nhựa chảy về phía sau.
- Vòi phun (Hình 4.5): Có chức năng nối khoang trộn với cuống phun và phải có hình dạng bịt kín khoang trộn và khuôn. Trong quá trình phun nhựa lỏng
- 35 -
vào khuôn vòi phun phải thẳng hàng với bạc cuống phun và đầu vòi phun nên được lắp kín với phần lõm của bạc cuống phun thông qua vòng định vị để đảm bảo nhựa không bị phun ra ngoài và tránh mất áp.
Hình 4.5- Cấu tạo Vòi phun
4.1.2. Khuôn ép nhựa
4.1.2.1. Phân loại khuôn ép nhựaa. Khuôn hai tấm(Hình 4.6) a. Khuôn hai tấm(Hình 4.6)
Phương pháp dùng hai tấm rất thông dụng trong hệ thống khuôn, vì nó đơn giản. Tuy nhiên, đối với sản phẩm loại lớn không bố trí được miệng khuôn ở tâm, hoặc sản phẩm có nhiều miệng phun hoặc khuôn nhiều lòng khuôn, cần nhiều miệng phun ở tâm thì kết cấu khuôn có thể thay bằng hệ thống khuôn ba tấm.
- 36 -
b. Khuôn ba tấm (Hình 4.7)
Khuôn 3 tấm được sử dụng khi cần thiết khi bố trí cổng nhựa ở trung tâm hoặc nhiều cổng nhựa cho các đường chảy riêng vào trong lòng khuôn. Đối với những chi tiết vách mỏng có dòng chảy nhựa rộng và dài. Hai hoặc nhiều cổng nhựa có hướng vào trong chi tiết có thể tạo nên lưu lượng dòng chảy bằng nhau, tránh được phân luồng dòng chảy. Khuôn 3 tấm phù hợp với nhiều trường hợp.
Khuôn ba tấm gồm: - Khuôn sau
- Khuôn trước - Hệ thống thanh đỡ
Nó sẽ tạo ra hai khoảng sáng khi nó mở ra, một khoảng sáng để lấy sản phẩm ra và khoảng sáng kia để lấy kênh nhựa ra.Nhược điểm của hệ thống khuôn 3 tấm là khoảng cách giữa vòi phun của máy và lòng khuôn rất dài, nó làm giảm áp lực khi phun khuôn và tạo ra nhiều phế liệu của hệ thống kênh nhựa.
c. Khuôn nhiều tầng (Hình 4.8)
Khi yêu cầu một số lượng sản phẩm lớn và để giữ giá thành sản phẩm thấp, hệ thống khuôn nhiều tầng được chế tạo để giữ lực kẹp của máy thấp (nghĩa là sử
- 37 -
dụng cho loại máy có kích thước nhỏ). Với loại hệ thống khuôn này chúng ta có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn.
Hình 4.8- Kết cấu khuôn nhiều tầng
4.1.2.2. Các bộ phận cơ bản của một khuôn ép phun
Hình 4.9-Kết cấu cơ bản của khuôn ép phun
- Hệ thống cấp nhựa (Hình 4.10):
- 38 -
- Hệ thống đẩy (Hình 4.11):
Hình 4.11-Hệ thống đẩy
Hệ thống làm mát (Hình 4.12):
- Kênh làm mát càng đặt gần bề mặt khuôn thì càng tốt khi đó cần chú ý đến độ bền cơ học của chi tiết.
- Các kênh làm mát cần đặt gần nhau.
- Đường kính kênh làm mát phải > 8 mm và giữ nguyên như vậy để tránh làm thay đổi tốc độ dòng chảy khi thay đổi tiết diện dòng chảy.
- Chia hệ thống làm mát làm nhiều vòng để tránh các kênh nhựa kéo dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ.
Chú ý đặc biệt đến việc làm mát những phần dầy của sản phẩm
- 39 -
- Hệ thống thoát khí
Khi nhựa được phun vào trong lòng khuôn thì toàn bộ khí trong lòng khuôn phải được thoát ra ngoài. Nếu bố trí hệ thống thoát khí không tốt sẽ làm cho sản phẩm sau khi ép phun có thể bị rỗ khí, các vết cháy trên bề mặt, không điền đầy hoàn toàn và đường hàn. Như vậy hệ thống thoát khí rất quan trọng vì nó cũng giúp định hình và tính thẩm mỹ cho sản phẩm
Hệ thống thoát khí được dùng phổ biến nhất là các rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn và mài quanh ti lói (ti đẩy) sản phẩm…
- Quy trình thiết kế khuôn ép phun (Hình 4.13):
Quá trình thiết kế khuôn có thể được mô tả như hình.
Hình 4.13-Quá trình thiết kế khuôn
4.2. Ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế khuôn vỏ điện thoại
Sam Sung Galaxy I5700
4.2.1. Giới thiệu chi tiết nắpvỏ điện thoại Sam Sung Galaxy I5700
Vỏ điện thoại SAM SUNG được sản xuất từ loại nhựa ABS (Arylonitrile Butadiene Styrene) có công thức cấu tạo:
- 40 - + Các thông số cơ bản - Tỉ trọng: 1,04 – 1,06 - Nhiệt độ biến dạng nhiệt: 60 – 1200C - Độ bền đứt: 350 – 600 Kg/cm2 - Độ dãn dài: 10 – 50% + Tính chất: Đồng trùng hợp, độ kết tinh thấp. - Độ bền nhiệt, độ bền va đập tốt hơn PS. - Tính chất phụ thuộc vào các thành phần đồng trùng hợp. + Ứng dụng
Làm suốt chỉ, nút tivi, vỏ tivi, vỏ máy giặt, vỏđiện thoại, cánh quạt điện, vỏ máy ảnh, vỏ vali,…
Ép đùn ra các loại tấm sử dụng cho nhiều phương pháp gia công khác nhau cho ra nhiều sản phẩm khác nhau.
Với tính chất của vật liệu nhựa ABS như vậy nên sau khi thiết kế xong theo kích thước đo được ta cần Scale sản phẩm thiết kế theo tỷ lệ co ngót nhựa trước khi thiết kế khuôn cho nó.
4.2.2. Phương pháptruy nhập phần mềm CATIA
Để truy nhập vào môi trường phần mềm CATIA có 3 phương pháp: - Kích đúp chuột vào biểu tượng CATIA V5R trên màn hình. - Kích chuột phải vào biểu tượng sau đó chọn Open.
- 41 -
Hình 4.14 –Phương thức truy nhập môi trường CATIA
Trong CATIA, mỗi một module sẽ bao gồm nhiều workbench thực hiện các nhiệm vụ khác nhau. Việc truy nhập vào một workbench bất kỳ được minh hoạ như trong hình 4.15:
Hình 4.15- Truy cập Workbench Part Design
Chi tiết vỏ điện thoại được thiết kế bởi các công cụ và đặc tính nằm trong hai workbenh: Part Design và Generative Shape Design. Part Design hỗ trợ thiết kế các mô hình 3D dạng khối solid còn Generative Shape Design hỗ trợ thiết kế các dạng bề mặt.
- 42 -
Giao diện workbenh Part Design (Hình 4.16) và Generative Shape Design
(Hình 4.17):
Hình 4.16 –Giao diện workbenh Part Design
Hình 4.17 –Giao diện workbenh Generative Shape Design
Quá trình thiết kế tổng quát trong môi trường Workbench Part Design được thể hiện như hình 4.18:
- 43 -
Hình 4.18 –Quá trình thiết kế mô hình
Quá trình này gồm có 5 bước:
- Bước 1: Phác thảo biên dạng cơ sở của chi tiết
- Bước 2: Hình thành chi tiết cơ sở từ biên dạng đã phác thảo với việc sử dụng các đặc tính cung cấp bởi Workbench.
- Bước 3: Sử dụng các đặc tính tạo dựng bổ sung. - Bước 4: Sử dụng các đặc tính chỉnh sửa.
- Bước 5: Chèn thêm các đặc tính mới để hoàn thiện chi tiết.
4.2.3 Thiết kế mô hình khuôn nhựa cho chi tiết vỏ điện thoại Sam Sung
Galaxy I5700
4.2.3.1 Thiết kế mô hình chi tiết vỏ điện thoại Sam Sung Galaxy I5700
Tương tự các phần mềm CAD/CAM khác, CATIA thực hiện việc thiết kế một chi tiết, vật thể khối 3D xuất phát từ việc phác họa biên dạng chi tiết đó trên mặt phẳng 2D sau đó sử dụng các công cụ và các đặc tính để có thể tạo lập chi tiết 3D từ biên dạng được phác thảo. Người thiết kế có thể sử dụng các công cụ tạo lập các thực thể hình học như: tạo điểm (point), đường thẳng (line), đường cong (spline), đường tròn và cung tròn (circle, arc),… trong môi trường phác thảo (Sketcher) để xây dựng hình vẽ phác thảo. Các hình vẽ này sau khi được thực hiện một cách khái quát, tổng thể theo hình dạng và mong muốn của người thiết kế sẽ được gán các ràng buộc (Contrains) để chính xác hóa về mặt kích thước hình học
- 44 -
các thực thể cũng như các mối liên hệ hình học giữa các thực thể đó. Trong CATIA, để truy cập vào môi trường phác thảo, trước hết cần chọn một mặt phẳng phác thảo, mặt phẳng phác thảo có thể là các mặt chuẩn XOY, YOZ, ZOX hoặc người thiết kế có thể tạo ra các mặt phẳng bằng các công cụ tạo mặt (Plane) mà phần mềm hỗ trợ.
Hình 4.19a. Bản vẽ 2D chi tiết
Trước hết, chọn mặt phẳng YZ làm mặt phác thảo (Hình 4.19b):
Hình 4.19b- Chọn mặt YZ làm mặt vẽ phác
- Kích chọn vào biểu tượng sketch trên thanh công cụ để thực hiện việc truy nhập vào môi trường phác thảo. Phác thảo sơ bộ như thể hiện (hình 4.20):
- 45 -
Hình 4.20- Vẽ biên dạng thứ nhất chi tiết
Sử dụng các công cụ ràng buộc nhằm chính xác hoá phác thảo dựa trên các thông số đã có trong bản vẽ kỹ thuật (Hình 4.21):
Hình 4.21-Vẽ biên dạng thứ hai của chi tiết
Sau khi đã thực hiện xong công việc phác thảo, thoát khỏi môi trường phác thảo bằng cách kích chuột vào biểu tượng Exit workbench trở lại môi trường làm việc 3D. Trong môi trường này, CATIA cũng hỗ trợ đầy đủ tất cả các công cụ và các đặc tính thiết kế (Design Features), các đặc tính chỉnh sửa (Modify Features) cùng các đặc tính chuyển đổi (Transfomation features) chi tiết 3D từ phác thảo đã tạo lập.
- 46 -
Sử dụng công cụ Multi-section áp dụng cho 2 biên dạng vừa phác thảo để tạo khối cơ sở với các thông số xác nhập trong hộp thoại Multi-section Definition, sau khi thực hiện xong đặc tính bất kỳ, trên cây thự mục sẽ tự động cập nhật đặc tính đó
(Hình 4.22):
Hình 4.22- Sử dụng lệnh Multi-section Definition nối 2 biên dạng
Sử dụng công cụ Fillet để bo cung các góc cạnh như sau (Hình 4.23), chọn cạnh cần fillet nhập bán kính fillet:
Hình 4.23-Sử dụng lệnh Fillet để tạo góc tròn trên các cạnh
Dùng công cụ Variable Fillet ( fillet cạnh với bán kính thay đổi) để fillet các cạnh còn lại, chọn cạnh sau đó chọn vào các điểm cần thay đổi bán kính:
- 47 -
Hình 4.24-Sử dụng lệnh Variable Fillet để tạo góc tròn có bán kính khác nhau trên các cạnh
Tạo thành mỏng cho chi tiết bằng lệnh Shell , sau khi chọn lệnh xuất hiện hộp thoại, cho phép chọn lựa mặt cần bỏ đi và chiều dày chi tiết sau khi shell
Hình 4.25-Sử dụng lệnh Shell để tạo chiều dày cho chi tiết
Hình 4.26a- Trước khi dùng lệnh Shell Hình 4.26b- Sau khi dùng lệnh Shell
Dùng lệnh Sketch Phác thảo biên dạng 2D với kích thước như sau:
- 48 -
Sau đósử dụng lệnhPocket tạo hốc cho khối solidvừa hình thành (Hình 4.28):
Hình 4.28- Sử dụng lệnh Pocket để tạo lỗ
Thực hiện tương tư ta có kết quả sau:
Hình 4.29- Vẽ biên dạng Sketch để khoét lỗ
Hình 4.30- Sử dụng lệnh Pocket để tạo lỗ
- 49 -
Hình 4.32- Sử dụng lệnh Pocket để tạo lỗ
Hình 4.33- Vẽ biên dạng Sketch để khoét lỗ
Hình 4.34- Sử dụng lệnh Pocket để tạo lỗ
- 50 -
Hình 4.36- Sử dụng lệnh Pocket để tạo lỗ
4.2.3.2. Thiết kế mô hình khuôn ép phun cho chi tiết
a.Tạo mặt phân khuôn cho chi tiết
Từ môi trường thiết kế Pad Design ta thực hiện như sau để vào môi trường thiết kế lòng lõi khuôn Shape->Genarative Shape Design:
Hình 4.37- Chuyển sang môi trường thiết kế Surface
- Tạo mặt phân khuôn lòng, từ menu chọn Insert->Geometry set, xuất hiện