Kết quả của mục 2.21 và 2.22 cho ta kết quả là một mô hình lõi và một mô hình hoàn chỉnh của một chiếc bàn chải đánh răng nguyên vẹn. Để thấy được phần ghép của phần vật liệu thứ hai phun vào ta dùng công cụ khá tiện lợi trong Creo để tách riêng các phần với nhau, các bước thực hiện như sau:
Bước 1: Tạo một New Assembly:
Hình 2.22: Tạo một Assembly
Bước2: Trên thanh công cụ Ribbon chọn ModelAssemble để tạo một lắp ghép giữa hai chi tiết phanloịprt và hoanchinh.prt với nhau, lắp hai chi tiết cùng chung gốc tạo độ Component Operations Chọn Cut Out như hình 2.23
Hình 2.23: Chọn Cut Out
Kích chọn chi tiết hoanchinh.prt > Ok, chọn chi tiết phanloịprt > Ok >
Done > Yes. Hệ thống bắt đầu tính toán, sau một thời gian cho kết quả trên Model tree (hình 2.24), biểu tượng chi tiết hoanchinh.prt xuất hiện thêm một ô hình thoi ở phía góc dướị
Hình 2.24: Thanh Model tree
Để thấy phần ghép, kích chọn chi tiết hoanchinh.prt trên Model tree, kích phải chuột chọn open, kết quả phần ghép như trên hình 2.25
Hình 2.25: Mô hình miếng ghép
Lưu chi tiết bằng chức năng Save as Coppy để đặt tên mới là: phanghep.prt
2.2.4 Tính một số thông số kỹ thuật của phần lõi
Trên thanh công cụ Ribbon chọn Analysis > Mass Properties > kích chọn gốc tọa độ của phần lõi, hệ thống tính toán được các thông số như sau:
- Thể tích : 9,19.103 mm3 - Diện tích về mặt : 6,74 mm2.
- Tỉ trọng của nhựa : 1,03.10-6 kg/mm3 - Khối lượng : 9,47.10-3 kg Kết quả như trên hình 2.26
Hình 2.26: Kết quả tính toán phần lõị
2.2.5 Tính một số thông số kỹ thuật của phần ghép
Trên thanh công cụ Ribbon chọn Analysis > Mass Properties > kích chọn gốc tọa độ của phần lõi, hệ thống tính toán được các thông số như sau:
- Thể tích : 1,125.103 mm3 - Diện tích về mặt : 3,09.103 mm2 - Tỉ trọng của nhựa : 9,19 .10-7 kg/mm3 - Khối lượng : 1,16.10-3 kg Kết quả như trên hình 2.27
Chương 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN CHO SẢN PHẨM
3.1 Phân tích và lựa chọn phương pháp ép sản phẩm
Đối với bàn chải được làm từ hai vật liệu này, chúng ta có thể làm bằng hai phương pháp: Đúc bắn nhiều lần bằng tấm phân độ và đúc đè.
3.1.1 Đúc bắn nhiều lần bằng tấm phân độ
Tấm chia độ có chức năng xoay lòng khuôn để thực hiện các lần phun khác nhaụ Đúc nhiều lần bắn sử dụng mâm chia độ đòi hỏi kết cấu khuôn phức tạp hơn. Điều này làm tăng giá khuôn và chu kì thời gian, nhưng nó cho phép chế tạo các chi tiết phức tạp hơn.
Đối với phương pháp này chỉ phù hợp cho sản xuất hàng loạt lớn và hàng khốị Nếu áp dụng phương pháp này cho sản xuất sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ thì chi phí làm khuôn được khấu trừ vào sản phẩm rất caọ Điều này làm tăng giá thành sản phẩm.
3.1.2 Đúc đè
Sử dụng phương pháp đúc một loại vật liệu để chế tạo ra phôi, sau đó chuyển nó đến một cái khuôn khác sau khi nó đã đông cứng ít nhất một phần. Sau đó vật liệu thứ hai được phun vào trong một khuôn mới với phôi ở bên trong. Phôi thì thường được làm sẵn trên một bộ phận phun riêng biệt.
Đúc đè có khả năng sản xuất đa dạng nhiều sản phẩm.
So sánh giữa hai phương pháp trên chúng ta chọn phương pháp “đúc đè ” cho sản xuất. Vì :
- Hiện trong nước ta việc đúc sản phẩm bàn chải chỉ mới sử dụng phương pháp đúc đè
- Đúc đè làm gia thành sản phẩm giảm do việc chế tạo khuôn đơn giản, không yêu cầu độ chính xác cao như phương pháp đúc bán nhiều lần bằng tấm phân độ.
- Do sản phẩm thường phải thay đổi mẫu mã để phù hợp với yêu cầu của thị trường nên việc phương pháp đúc đè giảm được chi phí trong việc chế tạo khuôn.
3.2. Tính chọn các thông số của khuôn 3.2.1. Xác định kiểu khuôn. 3.2.1. Xác định kiểu khuôn.
ạ Các kiểu khuôn tiêu chuẩn.
Để tiêu chuẩn hóa các loại khuôn, người ta tính toán và đưa chúng vào những tiêu chuẩn nhất định. Do đó, tùy theo loại khuôn và kích thước khuôn mà cách bố trí các chi tiết khuôn như chốt, bạc, bulong… sẽ khác nhaụ Các tiêu chuẩn khuôn thường được áp dụng ở Việt Nam như FUTABA, HASCO, MITSUMI…. Ở đây chúng ta sẽ áp dụng tiêu chuẩn FUTABA của Nhật.
Theo tiêu chuẩn FTABA thì khuôn gồm có các loại sau: - Kiểu S: bơm keo trực tiếp. Trong đó gồm có:
o SA: có tấm đỡ phía dưới tấm đực. o SB: có thêm tấm bửng để lói sản phẩm. o SC: giống SA, nhưng không có tấm đỡ. o SD: giống SB, nhưng không có tấm đỡ.
o SE, SF: kiểu khuôn dùng cho việc lấy đuôi keo bằng Robot.
- Kiểu D: bơm keo gián tiếp. Trong đó gồm có các loại DA, DB, DC, Đ, DE, DF giống kiểu S
- Ngoài ra còn có các kiểu E, F…. nhưng chúng không thông dụng nên tạm thời không bàn tới ở đây
Sau đây là ví dụ về 1 số kiểu khuôn thông dụng:
Kiểu SC
Hình 3.1: Kiểu khuôn SC.
T1: tấm trên (Top Plate)
A: tấm cái (Cavity Plate)
B: tấm đực (Core Plate)
C: gối đỡ (Spacer)
E: tấm đội trên (Ejector Retainer)
F: tấm đội dưới (Ejector Plate)
KIỂU SA KIỂU DA
U: Tấm đỡ (Support Plate) R: Tấm giựt đuôi keo (Runner Plate) Hình 3.2: Kiểu khuôn SA và DẠ
Kiểu DB
S: tấm lói bửng (Stripper Plate) Hình 3.3: Kiểu khuôn DB.
b. Chọn kiểu khuôn.
Đối với lòng khuôn 1 chi tiết đơn giản nên ta chọn kiểu khuôn là FUTABA SC. Đối với lòng khuôn 2 chi tiết khá phức tạp cho nên ta sẽ áp dụng kiểu khuôn bơm keo gián tiếp (bơm kim), và lói bằng ty lóị Vậy kiểu khuôn sẽ áp dụng là FUTABA DẠ
Sau khi xác định kiểu khuôn, dựa vào kích thước sản phẩm và việc bố trí sản phẩm, ta tiến hành vẽ bản vẽ phác, xác định kích thước bao của khuôn, độ dày các tấm để tiến hành đặt MOLDBASẸ Các bước tính toán cụ thể sẽ trình bày ở phần saụ
Về phần vật liệu làm khuôn. Đối với lòng khuôn phải làm việc ở áp suất, nhiệt độ cao nên yêu cầu độ chính xác, độ bóng bề mặt caọ Do đó, chọn vật liệu làm lòn khuôn là thép P20 (tiêu chuẩn Nhật Bản). Còn các tấm khác của khuôn thì chọn loại thép chế tạo C45.
Lòng khuôn 1.
Kích thước bao của khuôn (rộng x dài): 300x600 mm.
Hình 3.4: Kiểu khuôn SC dùng cho lòng khuôn 1.
Tấm T1: 30mm Tấm A:40 mm. Tấm B:50 mm. Tấm C:90 mm. Lòng khuôn 2.
Kích thước bao của khuôn (rộng x dài): 300x600 mm.
Hình 3.5: Kiểu khuôn DA dùng cho lòng khuôn 2.
Tấm T1: 30mm Tấm R: 30 mm. Tấm A: 40 mm. Tấm B: 50 mm. Tấm U: 45 mm 3.2.2. Xác định số lòng khuôn.
Ta có thể cân nhắc để chọn số lòng khuôn phù hợp với các thông tin sau: + Kích cỡ của máy ép phun (năng suất phun lớn nhất và lực kẹp lớn nhất). + Thời gian giao hàng.
Tấm C: 100 mm. Tấm E: 20 mm. Tấm F: 25 mm. Tấm T2: 30 mm. Tấm E:20 mm. Tấm F: 25 mm. Tấm T2:30 mm.
+ Yêu cầu chất lượng sản phẩm. + Kết cấu và kích thước khuôn. + Giá thành khuôn.
Số lòng khuôn thông thường được thiết kế theo dãy: 2, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 45, 64, 96, 128 vì các lòng khuôn sẽ dễ dàng được xếp theo hình chữ nhật hoặc hình tròn.
Thông thường, ta có thể tính số lòng khuôn cần thiết trên khuôn bằng cách dựa vào:
+ Số lượng sản phẩm.
+ Năng suất phun và năng suất làm dẻo của máy phun. + Lực kẹp khuôn của máỵ
Số lòng khuôn được tính theo công suất phun của máỵ [2 ,trang 104 ]
RD CP SP P nc V V V V n + + = max (3.1) Trong đó:
: thể tích phun lớn nhất của máy (cm3). : thể tích sản phẩm (cm3).
: thể tích cuống phun (cm3). : thể tích rãnh dẫn (cm3).
Theo tốc độ phun. [2 – trang 105]
V n v ntd p dn . = (3.2) Trong đó: vdn : tốc độ dòng nhựa (cm3 / ph) nP : số phần phun (lần/ph) V: Thể tích sản phẩm + rãnh dẫn (cm3)
Dựa vào lực kẹp lớn nhất. [2, trang 104] i lk AP fF n 10 0 = (3.3) Trong đó: Fo : Lực kẹp lớn nhất của máy (KN) f :hệ số an toàn.Tường chọn f = 1.2 – 5
Pi : áp suất phun lớn nhất (MPA)
A : tổng diện tích hình chiếu khuôn và rãnh dẫn.
Công thức trên còn có thể tính đơn giản hơn như saụ [2, trang 104]).
(tan) 10000 400 . S nlk = (3.4) Trong đó:
400: áp lực nhựa trung bình trong lòng khuôn (lấy theo giá trị thực nghiệm).
Tính số lòng khuôn theo sản lượng sản phẩm. [2, trang 104]
n = L x K x / (24 x 3600 x ) (3.5) = 500,000.1,05.180/(24.3600.104) = 7.29 Chọn n = 8.
n : số lòng khuôn tối thiểụ
L : số sản phẩm trong một lô sản xuất (500000).
K : 1,05 hệ số phế phẩm. K =1/(1 – k). Với k là tỉ lệ phế phẩm. : 180s thời gian của một chu kỳ ép (s).
: 104 ngày thời gian hoàn tất lô sản phẩm (ngày).
3.2.3 Bố trí lòng khuôn
Như trên tính được số lòng khuôn 8. Nên có được các phương pháp bố trí các lòng khuôn theo các sơ đồ như trên hình 3.8 và hình 3.9.
Hình 3.7: Kiểu bố trí lòng khuôn dạng hình tròn
Trong cách bố trí hình chữ nhật có các cách bố trí như sau:
Khuôn 1:
Do hình dạng của sản phẩm đồng thời để đơn giản trong thiết kế, chế tạo và tổng chiều dài kênh dẫn ngắn chọn phương pháp bố trĩ theo dãỵ
Hình 3.8 : Bố trí khoang tạo hình theo dãy
Khuôn 2:
Do kích thước của lõi khá nhỏ nên chọn cách bố trí đối xứng để có thể đảm bảo các kênh dẫn và miệng phun đều giống nhau, áp lực trong tất cả các sản phẩm như nhaụ
3.2.4 Thiết kế hệ thống dẫn nhựa
Hệ thống dẫn nhựa trong khuôn làm nhiệm vụ đưa nhựa từ vòi phun của máy ép phun vào các lòng khuôn. Hệ thống này gồm: cuống phun, kênh dẫn và miệng phun. Thông thường trong thiết kế người ta thiết kế kênh dẫn và miệng phun trước rồi mới đến cuống phun vì kích thước của cuống phun phụ thuộc vào kích thước kênh dẫn và miệng phun.
Hình 3.10 : Hệ thống dẫn nhựạ
3.2.4.1 Tìm vị trí miệng phun
Miệng phun là ngõ nối kênh dẫn và lòng khuôn. Miệng phun có chức năng rất quan trọng là đưa nhựa lỏng điền đầy khuôn vì thế việc tính toán kích thước và bố trí miệng phun có ý nghĩa quyết định đến chất lượng sản phẩm.
Vị trí miệng phun có thể xác định thông qua việc mô phỏng trên phần mềm MOLDFLOW.
Phần mềm MOLDFLOW là một phần mềm CAE chuyên dụng, dùng để mô phỏng quá trình ép phun nhựa trước khi đưa sản phẩm vào gia công thực tế. Kết quả phân tích này cho ta một bức tranh tổng quát về quá trình gia công sản phẩm: sự phân bố nhiệt độ, áp suất, thời gian điền đầy… cũng như sản phẩm sau khi gia công như: độ cong vênh, rỗ khí, đường hàn…, từ đó giúp ta quyết định thay đổi thiết kế sản phẩm hợp lý hơn cũng như nên dặt vị trí miệng phun tại đâu, cách bố trí đường nước là hợp lý.
Trình tự thực hiện mô phỏng quá trình phun.
Nhập mô hình
Chia lưới cho mô hình sản phẩm. Chọn phương pháp phun ép Chọn vật liệu nhựa
Chọn chức năng phân tích. Chọn vị trí miệng phun. Chọn chế độ ép phun
Chạy và nghi lại các kết quả phân tích
ạ Các phương pháp tìm vị trí miệng phun.
- Tìm vị trí miệng phun theo chế độ tự động
Ưng dụng dựa vào biểu hiện màu trên mẫụ Thang màu biểu hiện từ 0,1-1. Nếu trên mẫu biểu hiện sự cân đối màu sắc thì tại chỗ đặt miệng phun đó là tốt nhất
- Tìm vị trí miệng phun theo phương pháp dò tìm
Đó là việc lần lượt đặt miệng phun tại các vị trí khác nhaụ Sau đó tiến hành phân tích dựa vào bảng kết quả như: thời gian điền đầy, áp suất; nhiệt độ , rỗ khí, đường hàn, biểu đồ lực kẹp…từ đó ta tìm được vị trí đặt miệng phun tốt nhất.
- Lựa chọn phương pháp tìm vị trí miệng phun
Do việc bố trí 8 lòng khuôn và đặc điểm của chi tiết nên việc bố trí miệng phun phụ thuộc vào cách bố trí các lòng khuôn, do đó không thể bố trí miệng phun ở mọi vị trí bất kỳ trên khuôn được. Vì vậy ta chọn phương pháp tìm miệng phun bằng phương pháp do tìm.
b. Chi tiết nền (khuôn 1)
Khuôn sử dụng là loại khuôn 2 tấm và bố trí 8 lòng khuôn nên để đơn giản kết cấu khuôn nên bố trí các miệng phun có thể đặt thẳng hàng với các lòng khuôn để quá trình thiết kế đơn giản hơn. Do đó chọn vị trí phun keo ở phần cuối đuôi và phần đầu của chi tiết nền phân tích để chọn vị trí miệng phun phù hợp.
Thông số của vật liệu
Vật liệu nhựa ABS: tên thương mại là Stylac A3941 do nhà sản xuất Ashaki
Corporation
Nhiệt độ khuôn: 500C
Nhiệt độ chảy: 2300C
Phạm vi nhiệt độ khuôn: 250C−800C
Phạm vi nhiệt độ chảy: 2000C−2800C
Nhiệt độ chảy max tuyệt đối: 3200C
Nhiệt độ phun: 880C
Tỉ trọng nhựa dạng chảy: 0,9655g/cm3
Tỉ trọng nhựa khối rắn: 1,0644g/cm3
Thời gian điền đầy (s) Nhiệt độ (oC) Áp suất (MPa) Rỗ khí
Đường hàn
Biểu đồ lực kẹp vị trí đầu
Hình 3.11: Biểu đồ lực kẹp vị trí đầu
Vị trí cuối
Biểu đồ lực kẹp vị trí đuôi
Hình 3.12: Biểu đồ lực kẹp vị trí đuôi Kết luận:
Từ kết quả phân tích trên, ta thấy vị trí miệng phun ở phần cuối là tốt hơn. Thời gian điền đầy ngắn hơn. Nhiệt độ lòng khuôn là 230,4 oC nhỏ hơn so với vị trí đầụ Ở vị trí cuối không có khuyết tật về đường hàn và hiện tượng rỗ khí sảy ra ít hơn so với vị trí đầụ Áp suất ở vị trí đầu có nhỏ hơn nhưng xét về tổng thể ta chọn vị trí cuối
Do công dụng của sản phẩm bàn chải đánh răng và đảm bảo tính thẩm mỹ cao hơn nên chọn vị trí miệng phun ở phần cuốị
c. Chi tiết lõi (khuôn 2)
Đặc điểm của chi tiết lõi sản phẩm và cách bố trí 8 lòng khuôn nên đặt vị trí miệng phun tốt nhất là ở mặt trước và mặt sau của chi tiết lõị Nhưng để đảm bảo tính thẩm mỹ của sản phẩm nên ta chọn vị trí miệng phun ở phía sau của chi tiết lõị Vì vậy ta phân tích 2 vị trí miệng phun ở phía sau của sản phẩm để lựa chọn vị trí miệng phun phù hợp cho khuôn 2.
Thông số của vật liệu
Vật liệu nhựa SBS: tên thương mại là Styrolux 656C, của nhà sản xuất BASF (Germany)
Nhiệt độ chảy: 2100C
Phạm vi nhiệt độ khuôn: 200C−570C
Phạm vi nhiệt độ chảy: 1900C−2300C
Nhiệt độ chảy max tuyệt đối: 2500C
Nhiệt độ phun: 650C Tỉ trọng nhựa dạng chảy: 3 / 91982 , 0 g cm Tỉ trọng nhựa khối rắn: 1,0188g/cm3
Thời gian điền
đầy (s) Nhiệt độ (
oC) Áp suất (MPa) Rỗ khí Đường hàn
Vị trí giữa
Vị trí cuối
Biểu đồ lực kẹp vị trí giữa
Biểu đồ lực kẹp vị trí cuối
Hình 3.14: Biểu đồ lực kẹp vị trí cuối Kết luận:
Từ các kết quả phân tích trên, ta thấy vị trí miệng phun ở giữa thân của chi tiết là tốt hơn. Thời gian điền đầy ít hơn. Áp suất phun là 41,32 Mpa trong khi vị trí còn lại là 55,55 Mpạ Về nhiệt độ phun , đường hàn, rỗ khí cả hai trường hợp đều như nhaụ Các đường hàn tập trung tại các mép cạnh, nơi có các gân nguyên nhân là chỗ giao nhau gữa các dòng nhựạ
3.2.4.2 Thiết kế miệng phun
Với các yêu cầu trên, ta thiết kế 8 cổng vào keo bên tấm cái với kích thước như sau:
Khuôn 1: Chọn loại miệng phun cạnh.