Định vị trí bộ phận làm nguội
Vị trí bộ phận này phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm và sự khác nhau về độ dày thành, nói chung bộ phận làm nguội đặt ở chỗ mà nhiệt khó truyền từ nhựa nóng qua thân khuôn. Việc làm nguội phải như nhau trên toàn bộ sản phẩm.
Như vậy, phải đặt bộ phận làm nguội tại hai vị trí: khuôn dương và khuôn âm.
Tính toán lưu lượng nước cần cung cấp cho quá trình làm mát
Nhiệt độ tại bề mặt của sản phẩm là t1 = 1250C. Dạng truyền nhiệt là truyền nhiệt qua vách trụ.
Mật độ dòng truyền nhiệt qua vách là q = 8000 W/m2, λ = 40 W/m0C (đối với khuôn làm bằng thép), từ đó ta xác định được nhiệt độ tại bề mặt ống dẫn nước [2, trang 114]: 1 2 1 2 ( ) 1 ln w t t q d d π λ − = ( 3.2 )
Suy ra tw = 480C.
Nhiệt độ vào trong ống là tf’ = 270C, nhiệt độ nước ra khỏi ống là tf’ = 310C, nhiệt độ nước trung bình là tf = 290C, vận tốc nước chảy trong ống là ω = 2 m/s. Từ tf = 290C tra bảng thông số nhiệt của nước ta được [2]:
3 998, 2 / t kg m ρ = Cp= 4,183 kJ/kg độ λf = 59,9 × 10-2 Wm/độ 6 2 1,006 10 / f m s ν = × − Prf = 7,02 Từ tw = 480C ta tìm được Prw = 3,50 Ref = ωd/νf =9940 ( 3.3 ) Trị số Nuxen [2, trang 115]: Nuf = 0,021Ref0,8Prf0,43(Prf / Prw)0,25 = 91 ( 3.4 ) / 10800 f f Nu d α = λ = W/m2độ. ( 3.5 )
G: lưu lượng nước chảy trong ống (kg/s). Cp: nhiệt dung riêng của nước (kJ/kg độ). α : mật độ dòng nhiệt (W/m2 độ).
Stp: diện tích toàn phần của ống Stp = πdl m( 2)
l: chiều dài ống.
Lưu lượng nước chảy trong ống [2]:
G = αStp(tw−tf) / (c tp f''−tf') 0,3 /= lit s ( 3.6 ) Vậy ta chọn bơm có lưu lượng là 18 lít/phút để cung cấp nước làm nguội. Hệ thống này hoạt động nhờ vào một đường dẫn nước từ bên ngoài vào qua lỗ có đường kính là 10 mm chảy vào hệ thống làm nguội được khoang song song với nhau có đường kính là 20 mm, dòng chất lỏng được chảy theo hình zig zắc.
Thời gian làm nguội
tc = 22 .π α h .ln − − W E W M t t t t . 4 π (3.7) Trong đó:
- h: chiều dày của sản phẩm (m). - α: độ khuếch tán nhiệt.
- tW: nhiệt độ khuôn, có thể chọn theo bảng 3.1
Bảng 3.1 Nhiệt độ khuôn một số nhựa thông dụng.
Loại nhựa ABS PC PC/ABS PBT Nylon
tW[oC] 57 82 79 41 85
- tM: nhiệt độ chảy dẻo, được chọn theo bảng 3.2
Bảng 3.2 Nhiệt độ chảy dẻo một số nhựa thông dụng.
Loại nhựa ABS PC PC/ABS PBT Nylon
tM[oC] 238 302 260 243 260
- tE: nhiệt độ của sản phẩm và được chọn theo bảng 3.3
Bảng 3.3 Nhiệt độ của sản phẩm một số nhựa thông dụng.
Loại nhựa ABS PC PC/ABS PBT Nylon
tE[oC] 82 118 93 116 170
- Độ khuếch tán nhiệt được tính toán theo công thức sau [10, 7-13]:
p C K . ρ α = (3.8) Trong đó: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
K: độ dẫn nhiệt của nhựa. Hệ số K của nhựa được chọn theo bảng 3.4: Bảng 3.4 Hệ số dẫn nhựa một số nhựa thông dụng.
Loại nhựa ABS PC PC/ABS PBT Nylon
K[W/m.oK] 0,264 0,190 0,246 0,264 0,250
Bảng 3.5 Nhiệt dung riêng một số loại nhựa.
Loại nhựa ABS PC PC/ABS PBT Nylon
Cp[J/kg.oK] 1314 1298 1252 1741 4400
+ ρ: khối lượng riêng của nhựa, được chọn theo bảng 3.6 Bảng 3.6 Khối lượng riêng một số loại nhựa.
Loại nhựa ABS PC PC/ABS PBT Nylon
ρ[kg/m3] 1040 1200 1120 1310 961 - Sản phẩm có chiều dày lớn nhất là 3mm ta tính được thời gian làm nguội tối thiểu là: tC = ( ) − − − − 57 82 57 238 . 14 , 3 4 ln . 14 , 3 . 10 . 186 . 193 10 . 3 2 9 2 3 = 10,5 s. 3.7. Tính lực kẹp khuôn
- Bộ phận đóng khuôn có nhiệm vụ đóng khuôn và kẹp chặt khuôn trong quá trình phun, mở khuôn và đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.
- Bộ phận đóng khuôn có thể dùng cơ hay thuỷ lực để tác động đóng và mở khuôn. - Trong quá trình gia công, lực đóng khuôn phải lớn hơn áp suất phun nhựa lỏng.
Theo công thức thì ta có thể xác định lực kẹp khuôn và mở khuôn như sau: Lực kẹp khuôn (kN) > Lực mở khuôn (kN) > 1/100 (diện tích hình chiếu x áp suất trung bình) (cm2.bar).
Diện tích hình chiếu bằng tổng tất cả các diện tích của vật chịu tác động của áp suất từ mặt phẳng giữ khuôn.
Ở đây, máy ép mà ta sử dụng có áp suất ép là 600N/cm2 = 6.106 N/m2 = 60 bar. Diện tích hình chiếu sản phẩm chịu tác động của áp suất từ mặt phẳng giữ khuôn là (12,7)2 x 3,14/4 = 126,6 cm2.
Do đó:
Lực giữ khuôn > Lực mở khuôn > 1/100 x (126,6 x 60) = 75,96 kN.
Vậy ta chọn lực mở khuôn tối thiểu là 80 kN và lực giữ khuôn là 100 kN là phù hợp.
3.8. Chọn bulông cho các mối ghép
Vì khuôn gồm nhiều tấm ghép lại với nhau nên khi lắp ghép ta chọn các bulông lắp ghép chúng. Khi khuôn được gắn lên hệ thống làm việc thì các mối ghép bulông chỉ chịu lực dọc trục là lực mở khuôn.
Lực xiết bulông được chọn là:
V = 15 kN (tương đương với lực đặt vào chìa khoá vặn là 200N). Do đó lực toàn phần tác dụng lên bulông theo hướng dọc trục là: [3, trang 110]
F0 = 1,3 x V = 1,3 x 15 = 19,5 kN. ( 3.9 ) Vật liệu dùng để chế tạo bulông là thép cacbon có ứng suất kéo cho phép là: [σ ] = 16 kN/cm2, do đó diện tích mặt cắt ngang của bulông là:
S = F/[σ] = 19,5/16 = 1,22 cm2 = 122 mm2. ( 3.10) Diện tích mặt cắt ngang của bulông được xác định theo công thức:
S = πd2/ 4 ( 3.11) Suy ra đường kính thân bulông là:
5 , 11 4 = = π S d (mm). ( 3.12) Vậy ta chọn bulông lắp ghép là M16.
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ KHUÔN BẰNG PHẦN MỀM Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 4.1. Mởđầu
Chi tiết vỏ đồng hồ đã được xây dựng ở trên chưa thể dùng ngay để thực hiện việc tách khuôn. Do đó, để xây dựng được kết cấu của khuôn ta phải thực hiện các bước chính như sau:
- Tạo mặt phân khuôn.
+ Tạo vật thể mặt bên ngoài chi tiết. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Tạo mặt hỗ trợ bên trong và liên kết các mặt.
+ Che các lỗ trống tạo mặt kín thống nhất cho chi tiết. - Tách khuôn.
+ Thực hiện lắp chi tiết lên hệ thống. + Tạo phôi bao trùm chi tiết.
+ Tạo mặt phân khuôn chi tiết.
+ Tạo thể tích khuôn và Extract khuôn. + Mở khuôn.
- Thiết kế các hệ thống của khuôn.
4.2. Thiết kế khuôn cho chi tiết bằng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 4.2.1. Tạo mặt phân khuôn 4.2.1. Tạo mặt phân khuôn
4.2.1.1. Tạo vật thể mặt bên ngoài chi tiết
- Copy tất cả các bề mặt ngoài của chi tiết bằng cách chọn một bề mặt bên
ngoài bất kỳ như hình 4.1, sau đó kết hợp với phím Shift chọn các bề mặt phía trong như hình 4.2 để loại trừ các bề mặt bên trong.
Hình 4.1 Hình 4.2
- Chọn Edit > Copy > Paste để tạo bề mặt bên ngoài cho chi tiết, trên Model tree xuất hiện thêm phần tử Copy như hình 4.4 bên dưới.
Hình 4.3 Hình 4.4
4.2.1.2. Tạo mặt hỗ trợ bên trong và liên kết các mặt
- Chọn Edit > Fill > Placement > chọn mặt phẳng rồi sau đó dùng lệnh Use với tùy chọn Loop chọn tiết diện như hình 4.5. Chấp nhận OK kết quả mặt Fill bên trong được tạo ra như hình 4.6.
- Chọn mặt Fill vừa tạo và mặt Copy ở trên, sau đó vào Edit > Merge để liên kết
các mặt lại.
Hình 4.5 Hình 4.6 4.2.1.3. Che các lỗ trống tạo mặt kín thống nhất cho chi tiết
- Tương tự ta dùng lệnh Fill để tạo các mặt che các lỗ trống tại vị trí các ô cửa
- Tại vị trí các ô cửa sổ, chọn mặt vẽ phác ở phía mặt sau chi tiết, còn ở vị trí
các họa tiết trang trí và các lỗ hai bên ta chọn mặt phẳng vẽ phác nằm ở mặt phía trước của chi tiết.
- Sau khi các mặt Fill được tạo ra, chọn các mặt vừa tạo và liên kết chúng lại với nhau thành một bề mặt thống nhất bằng cách vào Edit > Merge.
- Kết quả ta được chi tiết như hình 4.7.
Hình 4.7
Chi tiết được tạo đến đây đã có thể phục vụ cho việc tách khuôn. Ta tiến hành Save lưu lại chi tiết.
4.2.2. Tách khuôn
4.2.2.1. Thực hiện lắp chi tiết lên hệ thống
Cách thực hiện như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đầu tiên ta thiết lập các thông số trong file cấu hình như sau: Enable_absolute_accuracy Yes
Accuracy_lower_bound 0.000001
- Nhấp vào New hoặc Create a new object trên màn hình làm việc. Hộp thoại New xuất hiện, chọn Manufacturing ở khung Type và Mold Cavity ở khung Sub- type. Nhập tên file là “tachkhuon” và hủy dấu chọn tại mục Use defaut template, sau đó nhấp OK (hình 4.8).
- Chọn đơn vị đo là mms_mfg_mold tại hộp thoại New File Option (hình 4.9), xong chọn OK để vào môi trường Pro/Mold.
Hình 4.8 Hình 4.9
- Thực hiện lệnh gọi chi tiết lên hệ thống bằng cách chọn Mold Model > Assembly > Ref Model. Hộp thoại Open xuất hiện, chọn đường dẫn đến và chọn chi tiết “votachkhuon”.
- Hộp thoại Create Reference Mold xuất hiện, chọn tùy chọn Merge By Ref (hình 4.10) sau đó nhấp OK. Chi tiết xuất hiện như hình 4.11 bên dưới.
Hình 4.10 Hình 4.11
4.2.2.2. Tạo phôi bao trùm chi tiết
- Trên menu Mold Model chọn Create > Workpiece > Manual để tạo phôi cho
chi tiết.
- Lựa chọn các mục trên hộp thoại Component Create và trên hộp thoại Creation Option, sau đó chọn OK như hình 4.13.
Hình 4.12 Hình 4.13
- Trên menu Mold Model chọn Solid > Protrusion > Extrude > Solid > Done > Placement > chọn mặt phẳng Mold Front làm mặt vẽ phác, vẽ tiết diện như hình 4.14 với chiều sâu đùn bằng 80.
- Tiếp tục chọn Solid > Protrusion > Extrude > Solid > Done, tiến hành tương tự cho phía còn lại với chiều sâu đùn bằng 70, kết quả chi tiết phôi được tạo ra với kích thước 750 x 420 x 150 (hình 4.16).
Hình 4.14 Hình 4.15 Hình 4.16
4.2.2.3. Tạo mặt phân khuôn chi tiết
- Để tiến hành tạo mặt phân khuôn cho chi tiết, ta nhấp chuột vào biểu tượng
Parting Surt trên thanh công cụ để vào môi trường tạo mặt phân khuôn.
- Trong môi trường tạo mặt phân khuôn, chọn mặt bên ngoài chi tiết như hình 4.17, sau đó vào Edit > Copy > Paste, trên Model tree sẽ xuất hiện thêm phần tử Copy như hình 4.18 bên dưới.
Hình 4.17 Hình 4.18
- Vào Edit > Fill để tạo mặt bao trùm ra ngoài chi tiết phôi nằm trên mặt phẳng Front (hình 4.19), sau đó chọn mặt Fill vừa tạo và mặt Copy ở trên liên kết lại với nhau bằng cách vào Edit > Merge.
- Kết quả ta được mặt phân khuôn như hình 4.20, mặt phân khuôn này sẽ được sử dụng để tách khuôn trong các bước tiếp theo. Chọn OK để thoát ra khỏi môi trường tạo mặt phân khuôn.
Hình 4.19 Hình 4.20 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.2.2.4. Tạo thể tích khuôn và Extract khuôn
- Chọn biểu tượng Volume Split trên thanh công cụ, chọn Two Volume > All
Wrkpcs > Done. Xuất hiện dòng nhắc “Select parting surface for splitting the
Hình 4.21 Hình 4.22
- Xuất hiện hộp thoại Properties yêu cầu đặt tên cho hai nửa khuôn, ta đặt tên lần lượt là KA và KD và chọn OK như hình 4.23 và 4.24.
Hình 4.23 Hình 4.24
- Trên Menu Mold chọn Mold Component > Extract. Xuất hiện hộp thoại Create Mold Component, ta chọn hai thể tích KA và KD xong chọn OK. Lúc này trên Model tree sẽ xuất hiện hai đối tượng vật thể đặc là KA.PRT và KD.PRT.
- Các Mold Component đã được tạo ra, chọn Done/Return để trở về Menu Mold.
4.2.2.5. Mở khuôn
- Chọn Mold Opening trên Menu Mold > Define Step > Define Move > chọn
Component KA trên model tree > chọn một cạnh thẳng đứng thuộc chi tiết theo hướng tách khuôn > nhập khoảng mở khuôn bằng 150.
Hình 4.27 Hình 4.28 Hình 4.29
- Thực hiện các bước tương tự cho nửa khuôn còn lại với khoảng mở khuôn cũng bằng 150 và hướng mở khuôn ngược với KA ở trên.
- Cuối cùng ta được kết quả như hình 4.30.
Hình 4.30
- Tiến hành ẩn các phần tử để dễ dàng quan sát khuôn trên và khuôn dưới bằng cách chọn vào biểu tượng Blank/Unblank phía trên thanh công cụ, xuất hiện hộp thoại Blank/Unblank. Thực hiện giấu phôi, chi tiết và mặt phân khuôn bằng cách
chọn các phần tử trong hộp thoại sau đó chọn Blank để ẩn các phần tử trên, xong chọn Close như hình 4.32.
Hình 4.31 Hình 4.32
- Hình dạng hai tấm khuôn sau khi được tách ra như sau.
Hình 4.33 Hình 4.34
4.2.3. Thiết kế các hệ thống khuôn 4.2.3.1. Tạo lỗ cho hệ thống dẫn hướng 4.2.3.1. Tạo lỗ cho hệ thống dẫn hướng
- Sử dụng lệnh Extrude với tùy chọn Cut, vẽ các tiết diện tròn với đường kính
bằng 42 như hình bên dưới (hình 4.35), nhập vào ô giá trị chiều sâu cắt là 36, kết quả ta được như hình 4.36.
- Tạo các lỗ đồng tâm tại các lỗ vừa tạo ở trên với đường kính lỗ bằng 31, ta được kết quả như hình 4.37. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tiến hành tương tự đối với tấm khuôn dương, ta cũng có kết quả như hình bên dưới (hình 4.38). Hình 4.35 Hình 4.36 Hình 4.37 Hình 4.38 4.2.3.2. Tạo lỗ cho hệ thống hồi
- Hệ thống hồi có tác dụng đưa tấm đẩy trở về vị trí ban đầu khi khuôn đóng, các lỗ cho hệ thống hồi được bố trí trên tấm khuôn dương.
- Chọn Insert > Extrude > chọn mặt phẳng ở mặt phân khuôn > chọn tùy chọn Cut trên dashboard > vẽ bốn tiết diện tròn với đường kính 35 như hình 4.39 > nhập chiều sâu cắt bằng 26 sau đó chấp nhận OK.
- Tương tự, ta tạo lỗ đồng tâm có đường kính bằng 26 tại các lỗ vừa tạo ở trên
Hình 4.39 Hình 4.40
4.2.3.3. Tạo lỗ cho hệ thống đẩy sản phẩm
- Sử dụng lệnh Extrude với tùy chọn Cut through để tạo các lỗ cho hệ thống đẩy của khuôn trên tấm khuôn dương, các lỗ được bố trí ở những vị trí đảm bảo những nguyên tắc của việc thiết kế khuôn và tính thẩm mỹ của sản phẩm.
- Các lỗ cho hệ thống đẩy gồm 6 lỗ đường kính bằng 10mm và 3 lỗ đường kính 6mm được bố trí ở phần phía dưới của khuôn (hình 4.41); 4 lỗ đường kính 10mm và 6 lỗ đường kính 6mm được bố trí ở phần phía trên của khuôn (hình 4.42).
Hình 4.41 Hình 4.42
4.2.3.4. Tạo hệ thống dẫn nhựa cho khuôn
- Hệ thống dẫn nhựa bao gồm bạc cuống phun, kênh dẫn và đầu phun được bố
trí trên tấm khuôn âm.
- Thực hiện giấu hết các phần tử trừ chi tiết tham chiếu.
- Chọn Insert > Runner > chọn Half Round từ menu Shape > nhập giá trị đường kính cho Runner là 8, sau đó chấp nhận Enter.
- Chọn mặt phẳng MOLD FRONT làm mặt vẽ phác, vẽ các đoạn thẳng với các