7. Kết cấu đồ án tốt nghiệp
4.2 Thiết kế cơ khí
4.2.1 Thiết kế bộ khuôn ép
4.2.1.1 Sản phẩm của khn
25
Hình 4.1: Vỏ phích cắm điện
4.2.1.2 Chọn loại khuôn thiết kế
- Khn là dụng cụ để định hình một sản phẩm nhựa, nó đƣợc thiết kế chế tạo sao cho có thể đƣợc sử dụng cho một số lƣợng u cầu chu trình sản xuất, kích thƣớc và kết cấu của khn phụ thuộc và kích thƣớc và hình dạng của sản phẩm, tùy theo số lƣợng sản phẩm, yêu cầu chất lƣợng sản phẩm cần sản xuất mà ngƣời ta thiết kế cho khuôn cho nhiều sản phẩm trên cho khuôn làm việc thủ công, bán tự động hoặc tự động. Những yêu cầu trên ảnh hƣởng đến giá thành sản phẩm.
- Cấu tạo chung của bộ khuôn trên máy ép phun gồm có 2 phần: khn cố định và khn di động.
- Sản phẩm có tính thẩm mỹ ở bề mặt, độ chính xác cao, sản phẩm khơng có undercut nên chọn kết cấu và loại khuôn đơn giản cho phù hợp với sản phẩm
- Khuôn ép cho sản phẩm là khuôn hai tấm dùng kênh dẫn nhựa nguội. - Chọn khuôn theo tiêu chuẩn của FUTABA
- Tên khuôn: FUTABA MDC SC 1212 30 30 40 S V B N/S20/#FK/#EH - Chiều dài khuôn: 120mm
26 - Chiều rộng khuôn: 120mm
- Chiều dày khuôn âm: 30mm - Chiều dày khuôn dƣơng: 30mm - Chiều dày gối đỡ: 40mm
- Chiều dày tấm kẹp trên và dƣới: 20mm
27
4.2.1.3 Khn tĩnh
Hình 4.3: Khuôn tĩnh
4.2.1.4 Khuôn động
28
4.2.1.5 Một số linh kiện khác
Cuống phun
- Cuống phun là chỗ nối giữa vịi phun của máy và kênh nhựa, có nhiệm vụ đƣa dịng nhựa từ vịi phun của máy đến kênh dẫn hoặc trực tiếp đến lịng khn (đối với khn khơng có kênh dẫn).
- Để tăng tuổi thọ của khn, gắn lị xo dƣới cuống phun để giảm va chạm có hại cho khn và vịi phun.
- Dùng vòng định vị gắn ở đầu bạc cuống phun để bảo đảm sự đồng tâm giữa vòi phun và cuống phun. Vịng định vị thƣờng đƣợc tơi cứng để khơng bị vịi phun của máy làm hỏng
- Kích thƣớc của cuống phun phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Khối lƣợng, độ dày thành của sản phẩm, loại vật liệu nhựa đƣợc sử dụng. + Độ dài của cuống phun phải phù hợp với bề dày của các tấm khuôn.
+ Cuống phun đƣợc thiết kế sao cho có độ dài hợp lý, đảm bảo dịng nhựa ít bị mất áp lực nhất trên đƣờng đi.
- Hệ thống cuống phun đƣợc sử dụng thơng thƣờng nhất có bạc cuống phun, thƣờng dùng bạc cuống phun để dễ thay thế và gia công
29 Vòng định vị
Vòng định vị là linh kiện khuôn mẫu dùng trong khuôn dùng để định vị khuôn với đầu vịi phun của máy ép nhựa sao cho chính xác.
Hình 4.6: Vịng định vị
Tấm kẹp trên
Tấm này có chức năng dùng để kẹp vào phần cố định của thành máy. Tấm này có chiều rộng nhơ ra so với các tấm khn khác. Phần nhơ ra đó chính là dùng để kẹp.
30
Hình 4.7: Tấm kẹp khn trên
Tấm kẹp dƣới
Tấm này có chức năng dùng để kẹp vào phần cố định của thành máy. Tấm này có chiều rộng nhô ra so với các tấm khuôn khác. Phần nhơ ra đó chính là dùng để kẹp.
31 Chốt dẫn hƣớng
Giúp 2 phần của khn đƣợc định chính xác trong suốt qua trình đóng khn, có rãnh bơi trơn.
Hình 4.9: Chốt dẫn hướng
Bạc dẫn hƣớng
Đƣợc gia cơng chính xác cùng với chốt dẫn hƣớng giúp chốt dẫn hƣớng dễ dàng di chuyển và định vị có rãnh bơi trơn.
Hình 4.10: Bạc dẫn hướng
Gối đỡ
Gối đỡ này gồm 2 tấm 2 bên đƣợc gọi là một cặp. Gối đỡ dùng để trợ lực cho tấm di động đồng thời tạo khoản hở cần thiết ở giữa để bố trí tấm kẹp pin đẩy và tấm đẩy cùng hệ thống pin.
32
Hình 4.11: Gối đỡ
Tấm kẹp lói trên
Giữ cho hệ thống ty lói khơng trƣợt ra ngồi trong q trình khn hoạt động.
33
Hình 4.12: Tấm kẹp lói trên
Tấm kẹp lói dƣới
Tấm này nối với lói đẩy của máy ép, nó có chức năng đẩy hệ thống pin đẩy qua đó gián tiếp lói sản phẩm ra ngồi.
Hình 4.13: Tấm kẹp lói dưới
34
- Sau khi sản phẩm trong khuôn đƣợc làm nguội, khuôn đƣợc mở ra, lúc này sản phẩm cịn dính trên lịng khn do sự hút của chân không và sản phẩm có xu hƣớng co lại sau khi đƣợc làm nguội nên cần hệ thống đẩy để đẩy sản phẩm ra ngoài.
- Khoảng đẩy cao hơn bề dày sản phẩm 5-10mm và bề dày lớn nhất của sản phẩm là 10mm nên ta chọn khoảng đẩy 20mm.
- Hệ thống đẩy trong bộ khuôn ép sản phẩm quân cờ tƣớng gồm chốt hồi và chốt đẩy.
+ Chốt hồi: Dẫn hƣớng cụm tấm kẹp và tấm đẩy di chuyển theo một đƣờng thẳng tịnh tiến nhằm giử cho chúng khơng trƣợt ra ngồi và bảo vệ dàn pin dẩy khơng bị cong trong qua trình đẩy sản phẩm và lùi về.
Hình 4.14: Chốt hồi
+ Chốt giật xƣơng keo:
35 + Ty lói:
Hình 4.16: Ty lói
+ Lị xo: Đẩy cụm tấm kẹp và tấm đẩy lùi về phía sau để kéo dàn pin đẩy về chuẩn bị chu kỳ ép phun kế tiếp.
Hình 4.17: Lị xo 4.2.2 Thiết kế khung máy
4.2.2.1 Bộ chân máy
- Chức năng của bộ chân máy: là bộ phần chịu trọng lực của máy đồng thời cũng là nơi để lắp ráp động cơ truyền động lên máy ép nhựa.
- Kích thƣớc của bộ chân: + Chiều dài là 935mm + Chiều rộng là 266mm + Chiều cao máy là 315mm
36 + Dung sai cho phép ±0.5mm
- Kích thƣớc các thanh cấu tạo nên bộ chân máy :
+ Thanh thép hộp vuông 30, chiều dài 285mm, số lƣợng 4 + Thanh thép hộp vuông 30, chiều dài 935mm, số lƣợng 2 + Thanh thép hộp vuông 30, chiều dài 266mm, số lƣợng 2
Hình 4.18: Bộ chân máy
4.2.2.2 Bộ ép khuôn
Chức năng của bộ ép khn: Có chức năng đóng , mở khn, tạo lực kẹp giữ khn trong q trình làm nguội và đẩy sản phẩm ra thốt khỏi khn khi kết thúc một chu kỳ ép.
Hình 4.19: Bộ ép khn
37
Hình 4.20: Tấm gá bộ đẩy
Tấm đẩy bộ ép và xích nối: Tấm đẩy bộ ép đƣợc nối trực tiếp từ chuyển động tịnh tiến của vítme và thơng qua truyền động bộ xích, tạo chuyển động tịnh tiến của khuôn và lực ép khn mong muốn.
Hình 4.21: Tấm đẩy bộ ép và xích nối
38
Hình 4.22: Q trình mở khn
Hình 4.23: Q trình đóng khn
Tấm gá khn di động: Là tấm có kích thƣớc dày, bề mặt lắp khuôn phẳng, đƣợc trƣợc tịnh tiến ổn định trên 4 trục chính của máy và dùng để lắp phần khuôn động cố định lên bàn gá, giúp quá trình ép khn đƣợc chính xác, khơng làm sản phẩm phun bị lỗi.
39
Hình 4.24: Tấm gá khn di động
Tấm gá khuôn cố định: Cũng là một tấm thép lớn, có bề mặt lắp khuôn phẳng và song song thẳng hàng với bề mặt lắp khuôn phần động giúp gá khn tỉnh đạt đƣợc độ ăn khớp chính xác với khn động. Và cũng là tấm chịu lực ép của xilanh đùn tên khn tĩnh.
40
Hình 4.25: Tấm gá khuôn cố định
Tấm tăng đƣa bộ ép: Có tác dụng tinh chỉnh khoảng cách của bộ ép sao cho phù hợp với kích thƣớc của mỗi bộ khn khác nhau. Giúp đa dạng kích thƣớc khn hơn.
41
Hình 4.26: Tấm tăng đưa bộ ép
Xích chữ U và Y:
42 Xích nối tấm gá khn và bộ ép:
Hình 4.28: Xích nối tấm gá khn và bộ ép
4.2.2.3 Bộ đùn nhựa
Hệ thống đùn làm nhiệm vụ đƣa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy, đùn nhựa lỏng và các định hình sản phẩm nhờ khn mẫu.
Hình 4.29: Bộ đùn nhựa
43
Hình 4.30: Tấm đỡ và gối đỡ bộ đùn
Chốt tăng đƣa và tấm đỡ xilanh đùn: Chốt tăng đƣa bộ đùn giúp việc tháo
lắp độ đùn dễ dàng và định vị đƣợc chính xác đầu kim phun với bạc phun keo của khn mẫu.
Hình 4.31: Chốt tăng đưa và tấm đỡ xylanh đùn
Xylanh đẫn nhựa và đầu phun: là xilanh tạo đƣợc áp suất dòng chảy của
44
đủ dày để chiệu đƣợc áp lực bên trong và cả lực ép bên ngoài để tránh bị cong làm hƣ hỏng đến vít đùn và giảm hiệu xuất làm việc.
Hình 4.32: Xylanh dẫn nhựa và đầu phun
Vít đùn và phễu cấp liệu: vít đùn đƣợc làm bề mặt láng giúp giảm ma sát
trong quá trình đùn nhựa và làm tăng hiệu xuất làm viêc. Vật liệu cứng giúp q trình đùn khơng bị cong để giảm ma sát giữa vít đùn và xilanh gây tổn thất do mịn vít đùn và xilanh.
Hình 4.33: Vít đùn và phễu cấp liệu 4.2.3 Tính chọn động cơ bộ ép khn 4.2.3 Tính chọn động cơ bộ ép khn
4.2.3.1 Khảo sát lực ép khuôn
45
- Áp lực kẹp khuôn (Áp suất kẹp) là một động lực cần thiết để giữ khn đóng trong q trình ép phun nhựa. Áp suất kẹp trong khn ln ln rất lớn vì nếu áp suất khơng lớn khuôn sẽ bị mở sớm hơn thời gian dự kiến cho một chu kỳ ép. Các sản phẩm nhựa trong khn bị ép ra ngồi sớm hơn trong khi có thể hệ thống làm mát chƣa làm đơng cứng nhựa hồn tồn và gây nên những sai hỏng về chất lƣợng chi tiết ép trong khuôn.
- Khuôn ép nhựa đƣợc cố định trong máy ép, nhựa nóng đƣợc hóa lỏng và tiến hành điền đầy lịng khn bởi một áp lực tiêm phun cực lớn 95% cơng suất. Khi đó bề mặt phân khn sẽ có xu hƣớng mở rộng ra ngoài do áp suất tiêm phun, nên chúng ta cần phải kẹp khn để nó khơng bị mở ra ngay lập tức. Lỗi bavia trên sản phẩm sẽ hình thành ngay dù mặt phân khn bị mở ra vơ cùng ít.
Ý nghĩa vai trò của áp lực kẹp khuôn:
- Làm thế nào để một khn mở và đóng, giữ khn trong khoảng thời gian nhất định của chu kỳ ép? Nó nhờ vào một động lực lớn mà ngƣời ta gọi là áp lực kẹp.
- Việc mở-đóng khn đƣợc điều khiển bởi một động cơ đƣợc gắn ở phía sau máy ép. Phần di động của khn đƣợc gọi là mặt B và nó đƣợc gắn trên một tấm di động gọi là trục lăn .
- Để cài đặt áp suất kẹp trong quá trình chạy khn, các kỹ thuật viên phải tính tốn kỹ lƣỡng cơng suất để có đƣợc kết quả hoạt động tốt nhất. Điều này rất quan trọng trong sản xuất cũng nhƣ đơn vị gia công ép nhựa.
46 Vai trị áp lực kẹp khn trong sản xuất:
- Trong quá trình sản xuất, chỉ nên lựa chọn sử dụng máy móc tạo nên lực kẹp khuôn tối đa phù hợp với loại khuôn mẫu cần dùng. Nếu lựa chọn loại máy có cơng suất ép lớn hơn so với khn điều đó chỉ gân nên sự lãng phí cơng suất và cũng nhƣ tiêu tốn hơn năng lƣợng cùng các yếu tố khác.
- Yêu cầu của ngƣời kỹ thuật viên ép nhựa trong sản xuất phải nắm rõ các thông tin về máy ép và trọng tải khn để tính tốn, xác định điều chỉnh các áp suất hợp lý.
Vai trị áp lực kẹp khn đối với đơn vị gia công ép phun nhựa:
- Áp suất kẹp là một trong những biến số sẽ ảnh hƣởng đến kích thƣớc của các Cavity nhựa đƣợc ép, tốc độ của máy có thể hoạt động. Thậm chí là trƣợc tiếp gây nên những lỗi sai hỏng sản phẩm nếu không đƣợc điều chỉnh đúng.
- Và các yếu tố này lần lƣợt sẽ xác định các chi phí hoạt động liên quan. Đơn vị gia công ép phun nhựa biết và kiểm sốt đƣợc điều này sẽ tối đa hóa chi phí đầu tƣ, tăng năng suất ép nhựa và nâng cao giá trị hàng hóa.
4.2.3.2 Tính tốn chọn vít me ép khn
Hình 4.35: Bảng tra tiêu chuẩn vitme đai ốc bi (Nguồn Internet)
47 - Chọn đƣờng kính vitme D=32 mm - Bƣớc ren P=10 mm - Khả năng tải dộng lớn nhất F=11 kN - Khả năng tải tỉnh lớn nhất F= 26.7 kN - Chịu đƣợc số vòng quay lớn nhất 1560 vịng/phút - Mơmen xoắn cho phép 7.2 N.m
Ta chọn vít me có model SFU03210-4
Hình 4.36: Bảng tra vitme ổ bi (Nguồn Internet)
4.2.3.3 Tính tốn chọn động cơ cho bộ ép khuôn
- Với lực ép khuôn mong muốn F=4000N
48 Hình 4.37 Hình 4.38 - Nhƣ hình ta có: Cosa1 = F/FAB FAB = F/Cosa1
49 Hình 4.39 - Từ lực trên ta có: Cos(180-a2) = FBC/FAB FBC = Cos(180-a2).FAB Hình 4.40
50 - Lực tác dụng lên thanh C:
Cosß = FXC/FBC FXC = Cosß.FBC
Khảo sát chuyển động theo thiết kế:
Trƣờng hợp 1: a1 = 5˚ ,a2 = 118˚, ß = 67˚ Cosa1 = F/FAB FAB = F/Cosa1 = 2000/Cos5 = 2007 N Cos(180-a2) = FBC/FAB FBC = Cos(180-a2).FAB = Cos62.2007 = 942 N Cosß = FXC/FBC FXC = Cosß.FBC = Cos67.942 = 368 N Trƣờng hợp 2: Xét góc a1 = 45˚ , a2 = 25˚, ß = 20˚ Cosa1 = F/FAB FAB = F/Cosa1 = 2000/cos45 = 2828 N Cos(180-a2)= FBC/FAB FBC = Cos(180-a2). FAB = Cos25.2828 = 2563 N Cosß = FXC/FBC FXC = Cosß.FBC = Cos20.1327 = 2408 N Từ khảo sát ta nhận định đƣợc góc a càng lớn thì lực dọc trục Fa càng lớn và ngƣợc lại. - Điều kiện để chọn góc a: a > 0 ˚ - Ta chọn góc a = 5˚ Fa= 2FXC = 2.368 = 736 N
Các thông số đầu vào
- Trục vitme có bƣớc vít: p = 10 mm - Lực tải vitme: 730N
- Vận tốc tối đa vitme: Vmax = 5 m/phút
- Hiệu suất bộ truyền của đai ốc vitme bi: µ=0.12 - Gia tốc trọng trƣờng: g =9,8 m/
51 - Hành trình vitme: L=130 mm
- Công suất của cần thiết của động cơ: P = =
= 509 W Ta có 5 m/phút = 5000mm/phút - Số vịng quay trục vít là: nv = =
= 500 v/p - Mô men động cơ cần thiết:
M= =
= 9.7 N/m Chọn động cơ cần cho trục vitme
Bảng 4.1: Thông số động cơ bộ ép khuôn
Thông số động cơ step Số liệu
Model NEMA34 SUMTOR
Momen động cơ 12 N/m
Nguồn điện 24V DC
Cƣờng độ dịng điện 6A
52 4.2.4 Tính chọn động cơ bộ đùn nhựa Lƣu lƣợng vít đùn: - Ta có cơng thức: Q = V.n - Trong đó: Q là lƣu lƣợng vít đùn (cm3/s) V là thể tích một bƣớc xoắn vít ( ) n số vịng quay trục vít (v/s) Hình 4.42: Thơng số kỹ thuật vít đùn Các thơng số cơ bản:
- KL riêng của nhựa PE = 0.95g/ - L Chiều dài vít đùn: 300 mm. - D (đƣờng kính vít đùn) = 20 mm.
- H (chiều sâu rãnh vít đùn) = 7 mm = 0.7cm. - n (số vịng quay của vít đùn) = 60 vịng/phút. - t (bƣớc vít) = 24 mm.
- φ (góc nghiêng của răng vít) = 31º. Thể tích một bƣớc xoắn: V = S.L
- S: diện tích của mặt cắt rãnh vít: S= 0,7.1,2 = 0.84 cm 2