Quy trình ép phun nhựa như sau:
- Ở một nhiệt độ thích hợp để làm nguyên liệu bị nóng chảy bằng hệ thống gia nhiệt.
- Bước tiếp theo của quá trình ép phun là kẹp. Khuôn ép thường được làm thành hai mảnh kiểu vỏ sò. Trong giai đoạn kẹp, hai tấm kim loại của khuôn được đẩy lên áp vào nhau.
- Khi hai tấm của khuôn được kẹp với nhau, q trình phun có thể bắt đầu. Nhựa, thường ở dạng hạt hoặc viên, trước tiên được nấu chảy thành chất lỏng
hồn chỉnh. Sau đó, chất lỏng đó được bơm vào khn. Bước này nên cẩn thận để đảm bảo nhiệt độ không đổi.
- Tiếp theo nhựa nóng chảy được lấp đầy tồn bộ khn. Áp lực được đặt trực tiếp vào khuôn để đảm bảo chất lỏng lấp đầy mọi khoang và sản phẩm ra ngồi giống hệt khn.
- Tiếp theo là làm mát, khn nên được để n để nhựa nóng bên trong có thể nguội và đơng đặc lại thành một sản phẩm có thể sử dụng được và có thể lấy ra khỏi khn một cách an tồn. Khi bộ phận đã nguội, một động cơ kẹp sẽ từ từ mở hai phần của khuôn để tháo sản phẩm cuối cùng một cách an toàn và đơn giản.
- Khi khuôn mở, một thanh đẩy sẽ từ từ đẩy sản phẩm đông đặc ra khỏi khoang khuôn mở. Sau đó, nhà chế tạo nên sử dụng máy cắt để loại bỏ bất kỳ chất thải nào và hoàn thiện sản phẩm cuối cùng cho khách hàng sử dụng. Vật liệu thải thường có thể được tái chế và tái sử dụng cho phần tiếp theo, giảm chi phí vật liệu.
Ưu điểm
- Sản phẩm được ép ra có nhiều chi tiết cũng như độ chính xác cao. - Sản phẩm tạo ra có chất lượng khá ổn định.
- Sản phẩm với nhiều kích cỡ và trọng lượng khác nhau. - Chu kỳ ép nhanh.
Nhược điểm
- Phương pháp này tốn chi phí đầu tư khá cao.
- Phải theo sát cơ chế vận hành, để bảo đảm nhiệt độ trong lịng khn khơng bị thay đổi và sản phẩm khác sẽ bị ảnh hưởng.
Hình 2.12: Khn và sản phẩm từ phương pháp ép phun nhựa
b.Phương pháp ép đùn nhựa
quay quanh trục của nó, nó sẽ vận chuyển làm nóng chảy và tạo áp suất cho nhựa. Được ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực thiết kế sản phẩm. Các sản phẩm điển hình được tạo ra từ phương pháp này như: Ống nước, thanh, dây, đai phẳng, khung cửa, thùng chứa rỗng và một số loại khác.
Hình 2.13: Nguyên lý vận hành ép đùn nhựa
Quy trình ép đùn nhựa.
- Nguyên liệu nhựa thô như hạt, viên hoặc bột được nạp vào phễu và sau đó được đưa vào một buồng hình trụ dài được nung nóng. Sau đó di chuyển qua buồng này bằng một vít quay. Một số máy đùn có thể có một hoặc hai vít quay.
- Ngun liệu thô chảy từ phễu xuống qua thùng cấp liệu và đến trục vít quay lớn hoạt động trong thùng nằm ngang.
- Không phải tất cả các ngun liệu đều có tính chất giống nhau, vì vậy ngun liệu được xử lý bằng nhiệt độ gia nhiệt đặc trưng cho từng loại nguyên liệu được đưa qua. Ở cuối buồng đốt nóng, nhựa nóng chảy được ép qua một lỗ nhỏ gọi là khn để tạo hình dạng của thành phẩm.
- Khi nhựa được ép ra từ khn, nó được đưa vào băng tải để làm mát bằng khơng khí hoặc nước. Q trình này tương tự như quá trình ép phun ngoại trừ việc nhựa nóng chảy được ép qua khn thay vì vào khn.
- Khuôn dập được thiết kế sao cho nhựa chảy trơn tru và đồng đều từ mặt hình trụ đến hình dạng mặt cắt của sản phẩm. Sự nhất quán trong quy trình này là rất quan trọng để đạt được sản phẩm cuối cùng với tính tồn vẹn.
Ưu điểm
- Thiết bị sản xuất có chi phí thấp.
- Q trình dễ kiểm sốt, có thể thực hiện hoạt động sản xuất liên tục. - Hiệu quả sản xuất cao, sản phẩm được tạo ra có chất lượng đồng nhất. - Sản phẩm có thể tái chế sản xuất lại, giảm chi phí vật liệu.
Nhược điểm
Hình 2.14: Sản phẩm từ phương pháp ép đùn nhựa
c.Phương pháp ép thổi nhựa
Một giải thích đơn giản về nguyên tắc thổi đúc là một quả bóng bay. Nếu bạn thổi khơng khí vào một ống nhựa được đóng ở tất cả các phía ngoại trừ điểm mà khơng khí đi vào, ống sẽ nở ra và có hình dạng của khn bao quanh ống. Như trong trường hợp của quả bóng bay, ống càng bị kéo căng ra thì nó càng mỏng [1]. Nhựa được dùng cho phương pháp ép thổi như: PVC, PP, PBT, PET, HDPE…
Hình 2.15: Nguyên lý vận hành ép thổi nhựa [1]
Quy trình ép thổi nhựa.
- Q trình bắt đầu với một ống nóng bằng nhựa dẻo được gọi là parison hoặc pre-form (Hình 2.7). Khn được đặt trong khn tách với một khoang rỗng. - Các mặt khn sau đó được kẹp lại với nhau, kẹp chặt và bịt kín ống parison. - Khơng khí được thổi vào ống, làm nở thành nhựa nóng thành hình dạng của
khoang.
- Khuôn được làm nguội bằng nước làm đơng đặc nhựa thành hình dạng của bộ phận. Sau khi nguội, chi tiết được đẩy ra khỏi khuôn và được cắt [1].
Ưu điểm
- Chi phí đầu vào thấp, độ dày sản phẩm sau khi hoàn thành đồng nhất. - Chu kỳ nhanh do đó tạo sản phẩm nhanh, hiệu quả trong sản xuất hàng loạt. - Tạo hình dễ dàng, sản phẩm phế liệu khơng nhiều sau sản xuất.
Nhược điểm
- Sản phẩm có thành mỏng, ruột rỗng thích hợp cho phương pháp này.
- Phôi phải được tạo trước, khối lượng phôi phải đúng và đồng đều trước khi bắt đầu quy trình thổi.
- Khả năng kiểm sốt độ dày thành kém. - Bề mặt cuối được hoàn thiện kém.
Hình 2.16: Các sản phẩm về ép thổi nhựa
d.Phương pháp ép nhựa định hình
Các sản phẩm có vỏ nhựa mỏng trong cơng nghiệp là một trong những sản phẩm được ứng dụng phương pháp ép nhựa định hình. Là một phương pháp quan trọng trong các ngành sản xuất nhựa ngày nay. Các loại thường được sử dụng như: PVC, PET, PP, AB. Khuôn nhôm, khuôn thép được sử dụng trong phương pháp này. Nhưng khn nhơm vì giá thành rẻ nên sẽ được sử dụng nhiều hơn.
Hình 2.17: Nguyên lý vận hành ép định hình [11]
Quy trình ép nhựa định hình
- Thiết bị gá sẽ giữ cố định các tấm nhựa nhiệt. Tiếp theo là lò sử dụng nhiệt độ bức xạ hoặc khuếch tán để đốt nóng cho đến khi mềm hẳn ra [11].
- Sau đó làm các tấm nhựa ơm sát vào chi tiết khuôn bằng cách sử dụng áp suất cơ học, khơng khí hoặc là áp suất chân khơng.
- Bước tiếp theo là làm mát để giảm nhiệt bằng cách sẽ phun hơi nước hoặc gió. Giữ cho sản phẩm có biên dạng đúng như khn đã có sẵn [11].
- Cuối cùng là tách nhựa ra khỏi khn bằng cách phun khơng khí.
Ưu điểm
- Sản phẩm sau khi ép có thành đồng nhất.
- Trọng lượng sản phẩm ép ra nhẹ và chi phí sản xuất thấp. - Chu kì ép nhanh, hiệu quả trong sản xuất hàng loạt. - Sản phẩm ép ra có bề mặt chi tiết cao.
Nhược điểm
- Hình dạng sản phẩm đơn giản khuyến khích dùng phương pháp này. - Sản phẩm phế liệu nhiều sau sản xuất.
Hình 2.18: Sản phẩm về ép nhựa định hình
2.3. Tổng quan về điều khiển số và dạng điều khiển số 2.3.1.Các hệ điều khiển số 2.3.1.Các hệ điều khiển số
a.Hệ điều khiển NC
Với hệ điều khiển này các thơng số hình học của các lệnh điều khiển máy và chi tiết gia công được cho dưới dạng dãy các con số. Tất cả được ghi vào băng đục lỗ dưới dạng các câu lệnh của chương trình. Các thơng tin này được đưa vào hệ điều khiển, nó được mã hố và tách thành các thơng tin hình học và thơng tin cơng nghệ [9].
Thơng tin hình học có nhiệm vụ điều khiển các chuyển động giữa chi tiết và dao. Trực tiếp ảnh hướng quá trình tạo hình bề mặt (lúc này đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học được hình thành) [9].
Thơng tin công nghệ là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều sâu cắt… [9]
- Các chi tiết sau được gia cơng thì phải thực hiện đọc lại tất cả lệnh từ đầu. Điều này khiến cho bộ tính tốn trong hệ điều khiển dễ xảy ra hiện tượng sai sót, nhầm lẫn. Do đó các chi tiết gia cơng ra sẽ khơng đúng và dễ trở thành phế phẩm.
- Băng đục lỗ khiến chương trình dễ bị lỗi, băng từ bị mịn hoặc nhiễm bẩn [9]. - Chương trình khó thay đổi.
b.Hệ điều khiển CNC
Có sự tham gia của máy tính chính là đặc điểm dễ nhận thấy của hệ điều khiển CNC. Các chương trình điều khiển riêng biệt sẽ được các nhà chế tạo cài đặt tương ứng với những loại máy CNC khác nhau [9].
Với hệ điều khiển này chương trình hoạt động được phép thay đổi và hiệu chỉnh. Tồn bộ chương trình sẽ được nạp vào và nhớ một lúc hoặc nhớ theo từng câu lệnh. Các lệnh điều khiển không chỉ viết được cho nhiều chuyển động khác nhau cùng một lúc mà cịn viết cho từng lệnh riêng lẽ [9]. Vì vậy mà số câu lệnh của chương trình cũng sẽ được rút ngắn, cho thấy khả năng làm việc cũng như độ tin cậy của máy được nâng cao. So sánh với hệ điều khiển NC thì thấy rằng là hệ điều khiển CNC khơng những có kích thước nhỏ, giá thành thấp hơn mà hiệu quả mang lại thì rất cao.
c.Hệ điều khiển DNC
Hệ điều khiển DNC được hiểu như sau: khi các máy CNC riêng lẽ kết nối với nhau, lúc này một trung tâm gia cơng được hình thành và sẽ bị chi phối bởi các máy tính trung tâm.
Đĩa cứng của máy tính sẽ lưu trữ tồn bộ chương trình của các máy CNC và có thể gọi trực tiếp theo nhu cầu của từng máy. Tùy từng trường hợp mà việc máy CNC nào sẽ gia công chi tiết nào cũng như thứ tự ưu tiên sẽ được lựa chọn và quyết định bởi máy tính [9]. Ngồi ra, cịn có khả năng truyền dữ liệu nhanh và nối ghép vào hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System)
d.Điều khiển thích nghi AC
Là hệ thống điều khiển mà các tác động bên ngồi hệ thống cơng nghệ cũng sẽ được tính đến để điều chỉnh chu kì gia công. Điều này giúp loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác khi gia cơng như: lượng chạy dao, độ mịn dụng cụ, lượng dư gia công [9]. …Thực tế hệ thống điều khiển này ngày càng được phát triển, điều này làm cho q trình gia cơng cắt gọt trên các máy công cụ cũng mang lại hiệu quả cao hơn. Bao gồm 2 loại:
- ACC: điều khiển thích nghi cưỡng bức mục đích chủ yếu là điều khiển các thơng số cắt gọt trong giới hạn cho phép.
- ACO: điều khiển thích nghi tối ưu dùng cho việc tối ưu hóa q trình gia cơng nhằm giảm giá thành sản phẩm và giảm thời gian gia công xuống mức thấp nhất.
e.Hệ thống gia công linh hoạt FMS
Hệ thống gia công linh hoạt (FMS) là một hệ thống có đủ tính linh hoạt để cho phép hệ thống phản ứng nhanh chóng với những thay đổi trong lúc gia công. Điều này cho phép thay đổi hệ thống để gia công các loại sản phẩm mới và thay đổi thứ tự hoạt động được sử dụng trên một bộ phận, bao gồm cả khả năng sử dụng nhiều máy để thực hiện cùng một hoạt động trên một bộ phận cũng như khả năng của hệ thống trong việc thích nghi với các thay đổi lớn, chẳng hạn như về khối lượng và công suất [9]. Một hệ thống gia công linh hoạt thường có 3 yếu tố cơ bản sau:
- Các trạm gia công.
- Vận chuyển và lưu trữ nguyên vật liệu. - Hệ thống điều khiển máy tính.
Một yếu tố quan trọng khơng thể thiếu trong hệ thống gia công linh hoạt FMS đó là con người có vai trị điều hành và quản lí hệ thống. Cịn từng ngun cơng do máy thực hiện một cách tự động theo chương trình cài đặt sẵn [9].
2.3.2.Các dạng điều khiển số
Trong các loại máy CNC sự chuyển động tương đối giữa chi tiết gia cơng và dao sẽ hình thành ra nhiều bề mặt khác nhau như: mặt phẳng, mặt định hình, lỗ…Do đó các máy được chia thành 3 dạng điều khiển như sau:
- Điều khiển theo điểm.
- Điều khiển theo đường thẳng.
- Điều khiển theo biên dạng (Contour).
a.Điều khiển theo điểm
Điều khiển theo điểm được ứng dụng để gia công các lỗ bằng nhiều phương pháp khác nhau như: khoét, doa, khoan…Trên bàn máy chi tiết gia công sẽ được cố định trong suốt q trình gia cơng và dụng cụ thực hiện việc chạy dao đến vị trí đã được lập trình sẵn. Trong quá trình dụng cụ di chuyển dao đến vị trí thì việc cắt gọt sẽ khơng được thực hiện. Khi đã đúng vị trí cũng như là tọa độ đã được lập trình trước đó thì các chuyển động cắt gọt mới được thực hiện [9].
Hình 2.19: Điều khiển điểm [9]
Ví dụ:
Ta có thể điều khiển gia công hai lỗ M (xM, yM) và N (xN, yN) trong hệ toạ độ Oxy như sau (Hình 2.19).
Đầu tiên cho dao di chuyển nhanh đến điểm M. Lúc này lỗ M sẽ được gia cơng. Sau đó tiến hành rút dao khi đã gia công xong điểm M và dao sẽ di chuyển đến điểm N tiếp tục việc gia công.
- MKN chính là quỹ đạo chuyển động tối ưu trong ví dụ này.
- Trục Oy, Ox sẽ song song với quỹ đạo dịch chuyển theo trình tự MM1KN.
b.Điều khiển theo đường thằng
Là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt được thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó (Hình 2.20) [9].
Hình 2.20: Điều khiển theo đường thẳng [9]
c.Điều khiển theo biên dạng (Contour)
Nhiều trục chạy dao sẽ được phép thực hiện cùng một lúc trong dạng điều khiển này, nghĩa là trên mặt phẳng hay trong khơng gian thì có thể gia cơng một đường cong bất kì. (Hình 2.21).
Hình 2.21: Điều khiển theo biên dạng [9]
2.4.Tổng quan về Gcode
G-code là tên của ngơn ngữ lập trình phổ biến nhất cho điều khiển số máy tính (CNC) trong thiết kế và sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAD / CAM). Ngơn ngữ điều khiển máy tính số đầu tiên được MIT phát triển vào cuối những năm 1950. Phiên bản sớm nhất của G-Code đã được Liên minh Cơng nghiệp Điện tử tiêu chuẩn hóa vào đầu những năm 1960. Ngày nay, q trình sản xuất chính xác có thể tái tạo được nhờ mã G và các ngôn ngữ tương tự được sử dụng trong việc tạo ra tất cả các loại thiết bị quân sự và khoa học cũng như hàng tiêu dùng.
Điều khiển chi tiết được kích hoạt bởi mã G và các ngơn ngữ CNC khác mang lại độ chính xác cho việc chế tạo dựa trên phụ gia và giảm thiểu sử dụng nhiều vật liệu. Mã được sử dụng trong mã G và mã CNC khác cho máy tính điều khiển các động cơ của thiết bị sản xuất di chuyển bao xa và ở tốc độ nào. Ví dụ, một máy nghiền có một đầu quay để chạm khắc một khối kim loại thành một bộ phận được gia cơng phức tạp. G-code có thể cung cấp hướng dẫn cho thiết bị điều khiển bằng máy tính để di chuyển đầu qua các thao tác 3D ở các tốc độ khác nhau để tạo ra một trục cam, chẳng hạn, có thể được sử dụng để điều khiển thời gian van trong động cơ chạy bằng