7. Kết cấu đồ án tốt nghiệp
2.2 Các phƣơng án thiết kế
2.2.1 Theo vị trí đặt khn
2.2.1.1 Máy ép nhựa mini nằm dọc
Một phần của máy, bộ phận khuôn và các bộ phận vòi phun nằm trên trục trung tâm theo chiều dọc và khuôn đƣợc mở ra theo hƣớng thẳng đứng.
Ƣu điểm:
+ Bệ máy nhỏ, dễ dàng đặt chèn , thuận tiện trong việc lắp khuôn. + Vật liệu từ phễu vào các sản phẩm nhựa có thể đƣợc đồng đều hơn. Nhƣợc điểm:
+ Sản phẩm lấy ra không dễ dàng và phải lấy ra bằng tay do đó khó thực hiện đƣợc hoạt động tự động với máy ép.
2.2.1.2 Máy ép nhựa mini nằm ngang
Đây là loại phổ biến nhất. một phần của máy, bộ phận khn và các bộ phận vịi phun nằm trên trục trung tâm và khuôn đƣợc mở ra theo hƣớng nằm ngang.
20 Ƣu điểm:
+ Máy có kích thƣớc ngang, trọng tâm đặt thấp nên dễ vận hành và bảo trì. + Máy vận hành ổn định.
+ Sản phẩm nhựa sau ép phun cũng dễ dàng lấy ra nên dễ dàng để tự động hóa.
Nhƣợc điểm:
+ Máy ép nhựa ngang chiếm nhiều không gian về chiều rộng.
2.2.2 Theo cơ cấu hệ thống ép
2.2.2.1 Máy ép nhựa mini sử dụng hệ thống ép bằng thủy lực
Là máy sử dụng hệ thống thủy lực để mở-đóng khn và duy trì lực kẹp khuôn.
Ƣu điểm:
+ Có tốc độ đóng mở khn nhanh, tiết kiệm thời gian chu trình ép. + Lực kẹp khn lớn, không gây nên bo vớ mặt phân khuôn.
Nhƣợc điểm:
+ Trọng lƣợng lớn, thiết kế cồng kềnh.
+ Tốn thêm chi phí vận hành do sử dụng máy ép thủy lực. + Gây ra tiếng ồn do hệ thống thủy lực.
2.2.2.2 Máy ép nhựa mini sử dụng hệ thống kẹp bằng Motor và vít me
- Là máy sử dụng động cơ Servo để chiều chỉnh khn, đóng–mở khn, duy trì lực kẹp khn và đẩy chốt.
- Động cơ Servo là cung cấp lực chuyển động cần thiết cho thiết bị máy móc khi vận hành. Các máy ép phun chạy điện trang bị động cơ Servo có vai trị hồn tồn giống với hệ thống thủy lực của máy ép phun thủy lực. Tƣơng tự, nó có khả năng điều khiển tốc độ chuyển động tới lui của trục vít.
Ƣu điểm:
+ Trọng lƣợng nhỏ vì khơng có bơm, van, đƣờng ống dẫn nên thiết kế của máy khá gọn gàng.
21
+ Hành trình đóng-mở khn đa dạng, chính xác và an tồn, hoạt động êm ái.
+ Điện năng tiêu thụ ít hơn so với máy sử dụng thủy lực. Nhƣợc điểm:
+ Lực kẹp khuôn nhỏ hơn so với sử dụng thủy lực.
2.2.3 Kết luận
Sau khi xem xét và đánh giá tất cả những ƣu nhƣợc điểm của tất những phƣơng án trên, nhóm chúng em quyết định chọn ra phƣơng án phù hợp với khả năng thiết kế và chế tạo của nhóm nhất. Đó chính là phƣơng án “Máy ép nhựa mini nằm ngang sử dụng hệ thống ép khn bằng motor và vít me” vì:
+ Máy dễ dàng vận hành và bảo trì. + Dễ dàng lấy sản phẩm.
+ Kích thƣớc nhỏ gọn giúp cho việc thiết kế và chế tạo dễ dàng hơn. + Chi phí vận hành thấp.
+ Hoạt động êm ái.
+ Sử dụng động cơ step giúp máy vận hành chính xác và êm ái. + Dễ dàng lập trình.
22
CHƢƠNG 3
PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ TỐI ƢU 3.1 Ngun lí hoạt động
- Máy ép khn nhựa hoạt động tƣơng tự nhƣ một bơm tiêm. Nhựa ở trạng thái lỏng đƣợc bơm vào khuôn để điền đầy lịng khn. Sau đó hệ thống làm mát sẽ làm nguội để lấy sản phẩm ra ngoài.
- Đầu tiên nguyên liệu đƣợc đƣa vào phễu chứa nguyên liệu. Nguyên liệu đƣợc làm nóng chảy nhờ các thanh gia nhiệt ở nhiệt độ thích hợp và chuyển sang thể lỏng. Nhựa nóng chảy sẽ đƣợc dẫn lên phía trƣớc nhờ trục vít đùn, Sau đó nhựa nóng chảy đƣợc bơm vào khuôn nhờ áp lực đẩy của trục vít đùn.
- Sau khi nhựa đƣợc điền đầy lịng khn. Hệ thống làm mát sẽ chuyển hóa nhựa từ thể lỏng sang thể rắn để định hình sản phẩm trong lịng khn. Phần kẹp khuôn di động sẽ mở khuôn ra một khoảng đƣợc định trƣớc. Sau đó đẩy sản phẩm ra ngồi nhờ trục lói của máy ép. Tác động một lực đẩy lên hệ thống pin đẩy của khuôn một khoảng cách đƣợc định trƣớc.
3.2 Cấu tạo của máy ép nhựa mini và chức năng của từng bộ phận
23
Máy ép nhựa mini đƣợc cấu thành từ những bộ phận chính nhƣ sau:
Khung máy: Đảm nhận nhiệm vụ nâng đỡ và liên kết các bộ phận
khác của máy lại.
Bộ khuôn ép: Đƣợc dùng để tạo hình cho sản phẩm và đƣợc gia cơng
tạo hinh dựa trên hình dạng sản phẩm.
Bộ ép khn: Giữ nhiệm vụ đóng, mở khn, tạo lực kẹp giữ khn
trong quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm ra thốt khỏi khn khi kết thúc một chu kỳ ép.
Bộ đùn nhựa: Làm nhiệm vụ đƣa nhựa vào khuôn thông qua các
trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy, phun nhựa lỏng và các định hình sản phẩm.
24
CHƢƠNG 4
TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY ÉP NHỰA MINI
4.1 Sơ đồ động
4.2 Thiết kế cơ khí
4.2.1 Thiết kế bộ khn 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 yêu 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 khn 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: Khn 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 dòng nhựa từ vòi 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 khuôn 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 nhô 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 khuôn 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 không trƣợt ra ngoài 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 khn
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 khuôn 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 q 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 khuôn 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 khn 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 ngồi 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 trị của áp lực kẹp khn:
- 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