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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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.
Đây là loại miệng phun thông dụng và có kết cấu đơn giản trong thiết kế. [ 2, trang 91]
Hình 3.15: Kích thước miệng phun thiết kế.
Có các kích thước: chiều dài là 1mm đến 1.5 mm và đường kính là 0.5–2.5 mm nhằm giảm thấp nhất tổn thất áp suất qua miệng phun.
Khuôn 2: chọn miệng phun điểm
Do khuôn dạng khuôn 3 tấm, bố trí nhiều lòng nên phương pháp miệng phun điểm đảm bảo quá trình điền đầy diễn ra nhanh hơn và tốt hơn. Với kích thước khuyên dùng trong thiết kế. [ 2, trang 99 ]
Hình 3.16: Kích thước cho miệng phun điểm Chiều dày của sản phẩm: s= 2 mm
3.2.4.3 Thiết kế kênh dẫn nhựa
Các kênh dẫn nhựa là cầu nối giữa các miệng phun. Chúng làm nhiệm vụ đưa nhựa vào các lòng khuôn. Vì thế khi thiết kế chúng ta phải tuân thủ các nguyên tắc kỹ thuật để đảm bảo chất lượng cho hầu hết sản phẩm. Sau đây là một số nguyên tắc mà ta cần phải tuân thủ:
Giảm đến mức tối thiểu sự thay đổi tiết diện kênh dẫn. Nhựa kênh dẫn phải thoát khuôn dễ dàng.
Toàn bộ chiều dài kênh dẫn nên càng ngắn nếu có thể để tránh mất áp và mất nhiệt trong quá trình điền đầỵ
Mặt cắt kênh dẫn phải đủ lớn để đảm bảo sự điền đầy cho toàn bộ sản phẩm mà không làm thời gian chu kì quá dài, tốn nhiều vật liệu và lực kẹp lớn.
ạ Chọn loại kênh dẫn nhựạ
Kênh dẫn có nhiều dạng mặt cắt khác nhau nhưng phổ biến là các loại có mặt cắt hình tròn, hình thang hiệu chỉnh, hình thang, hình chữ nhật và hình bán nguyệt.
Hình 3.17 : Tiết diện ngang của một số loại kênh dẫn.
Ta chọn kênh dẫn có mặt cắt ngang là hình tròn :
- Tỷ lệ thể tích qua mặt cát ngang là lớn nhất
- Ít mất nhiệt, ít ma sát.
- Tâm kênh dẫn nguội sau cùng và duy trì áp suất giữ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Dễ thoát khuôn
b. Kích thước của kênh dẫn.
Việc tính toán để có được đường kính và chiều dài kênh dẫn hợp lí là rất quan trọng vì khi một kênh dẫn quá lớn hay quá dài sẽ làm cản trở dòng chảỵ
Hình 3.18 : Kích thước cho thiết kế kênh dẫn.
Ngoài ra, có thể tính toán kích thước kênh dẫn theo công thức sau:
(3.6) Trong đó:
D: đường kích kênh dẫn (mm). W: khối lượng sản phẩm (g). L: chiều dài kênh dẫn (mm).
Từ bảng trên có: Dn= Tmax + 1.5 (mm) (3.7)
Mỗi lần rẽ nhánh thì đường kính kênh dẫn nhánh nên nhỏ hơn đường kính kênh dẫn chính một chút vì sẽ kinh tế hơn nếu ta dùng ít vật liệụ Công thức tính đường kính kênh dẫn chính: [ 2, trang 77 ]
(3.8) Trong đó:
Dc: đường kính kênh dẫn chính (mm). Dn: đường kính kênh dẫn nhánh (mm). N: số nhánh rẽ.
Với các thông tin trên ta chọn kênh dẫn nhánh và kênh dẫn chính cho lõi và miếng ghép. Hình tròn Hình thang hiệu chỉnh Hình thang Hình chữ nhật Hình bán nguyệt Tmax = chiều dày lớn nhất của sản phẩm
Lõi (khuôn 1) :
Chiều dày lớn nhất của sản phẩm Tmax là 7 mm do đó Dn= 7+1.5= 8,5mm, ta chọn Dn=8mm.
Dc= = 8x81/3 = 10 mm, ta chọn Dc = 10 mm.
Miếng ghép (khuôn 2):
Chiều dày lớn nhất của sản phẩm Tmax là 2 mm do đó Dn= 2+1.5= 3,5mm, ta chọn Dn=4mm.
Dc= = 4 x81/3 = 6 mm, ta chọn Dc = 6 mm.
3.2.4.5 Đuôi nguội chậm trên kênh dẫn và cuống phun
Để phần vật liệu ở chỗ rẽ nhánh không bị đông đặc sớm gây nghẽn dòng nên ta thiết kế thêm nguội chậm. Đuôi nguội chậm sẽ giúp cho quá trình điền đầy diễn ra nhanh và tốt hơn.
Hình 3.19 : Kích thước thiết kế đuôi nguội chậm.
Dựa vào các yêu cầu trên ta thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa có kích thước như sau: Lòng khuôn 1. Ø 8 50 3 5 1 0 Ø 10
Lòng khuôn 2. 6 Ø 6 Ø 4 3 5 20 80
Hình 3.21: Sơ đồ kênh dẫn nhựa lòng 2.
3.2.4.6 Thiết kế cuống phun
Cuống phun là nơi vật liệu được bơm vào khuôn. Béc phun (đầu lò) của máy ép phun tiếp xúc với bề mặt của cuống phun.
Kích thước cuống phun phụ thuộc vào kích thước sản phẩm và đặc biệt là bề