Đây là luận văn thiết kế khuôn ép phun cho két nước ngọt. -CHƯƠNG 1: Tổng quan -CHƯƠNG 2: Tìm hiểu về khuôn ép phun -CHƯƠNG 3: Quy trình thiết kế khuôn trên phần mềm Creo 2.0 -CHƯƠNG 4: Mô phỏng phân tích dòng chảy của nhựa trên phần mềm MoldFlow Plastic Insight 3.1 -CHƯƠNG 5: Chế tạo khuôn -CHƯƠNG 6: Phương pháp thử khuôn, bảo dưỡng khuôn và những biện pháp khắc phục các khuyết tật trên sản phẩm Đây là một kết cấu khuôn rất thực tế trên thị trường khuôn ép hiện nay. Những điểm nổi bật trên khuôn: cách chọn vật liệu cho khuôn, khuôn sử dụng ty xiên, xuppap hơi, nêm trượt, khoá trượt, keo bung và khung keo bung.
Tổng quan
Thị trường của ngành nhựa ở Việt Nam và trên thế giới
1.1.1 Ngành nhựa trên thế giới
Ngành nhựa toàn cầu hiện đang trong giai đoạn bão hòa, với tốc độ sản xuất và tiêu thụ giảm xuống còn khoảng 4% trong giai đoạn 2013 – 2017 Chỉ số tiêu thụ nhựa bình quân đầu người ở các khu vực như NAFTA, EU và Nhật Bản cao hơn mức trung bình toàn cầu từ 200 – 300%, trong khi mức tiêu thụ toàn cầu là 45kg/người/năm và tăng trưởng trung bình khoảng 3% mỗi năm.
Cơ cấu sản xuất nguyên liệu nhựa toàn cầu đang chuyển dịch mạnh mẽ sang châu Á, đặc biệt là Trung Quốc, nơi được kỳ vọng sẽ ghi nhận mức tăng trưởng nhanh về nhu cầu sản phẩm nhựa trong tương lai Tiềm năng tăng trưởng của khu vực này rất lớn, với nền kinh tế đang dần chuyển hướng sang các ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều vật liệu nhựa.
Xu hướng chuyển dịch sang các sản phẩm nhựa thân thiện với môi trường đang ngày càng trở nên quan trọng, phản ánh nhu cầu của con người về sự bền vững Yếu tố thân thiện với môi trường không chỉ là một tiêu chí mà còn là yêu cầu thiết yếu trong sản xuất hiện đại Ngành nhựa tại Việt Nam cũng đang thích ứng với xu hướng toàn cầu này bằng cách chuyển đổi sang các sản phẩm nhựa có khả năng phân hủy tốt, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường và bảo vệ môi trường.
Nguyên liệu nhựa nguyên sinh tại Việt Nam chủ yếu phụ thuộc vào nhập khẩu, trong khi quy mô và tốc độ tăng trưởng của ngành nhựa hạ nguồn đang gia tăng Do đó, nguồn cung vật liệu nhựa trong nước vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu.
Tại thành phố Hồ Chí Minh, có nhiều công ty nhựa lớn, nổi bật trong số đó là Công Ty Cổ Phần Sản Xuất Thương Mại Nhựa Hiệp Thành, Công Ty Cổ Phần Đại Đồng Tiến và Công Ty Cổ Phần Sản.
Vật liệu nhựa có một số tính chất ưu việt hơn các vật liệu khác như:
- Khả năng chống ăn mòn, chống thấm.
- Dễ tạo hình và sản xuất.
- Khả năng tái sinh và tính đa dạng lớn.
Phân loại vật liệu nhựa thành 2 nhóm cơ bản
Nhựa nhiệt dẻo là loại vật liệu nhựa có khả năng biến đổi hình dạng khi được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy và giữ lại hình dạng đó khi nguội Một số loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến bao gồm PolyEthylene (PE), PolyPropylene (PP) và PolyStyren (PS) Đặc biệt, nhựa nhiệt dẻo còn có khả năng tái sinh, góp phần bảo vệ môi trường.
Nhựa nhiệt rắn là loại vật liệu nhựa không thể tái chế, khi được nung nóng đến nhiệt độ nhất định sẽ biến đổi cả về hình dạng và cấu trúc hóa học, tạo ra không gian ba chiều Một số loại nhựa nhiệt rắn phổ biến bao gồm Epoxy và Vinyl Este.
Thị trường của ngành nước giải khát ở Việt Nam và trên thế giới
Mặc dù bị ảnh hưởng bởi đại dịch COVID-19 và doanh thu có sự sụt giảm nhẹ so với năm 2019, các ông trùm ngành nước giải khát không cồn của Mỹ cùng một số sản phẩm nội địa vẫn duy trì vị thế quan trọng tại thị trường Việt Nam.
Hiện nay, một số doanh nghiệp hàng đầu trong thị trường Việt Nam bao gồm Công ty TNHH Nước giải khát SUNTORY PEPSICO Việt Nam, Công ty TNHH Lavie và Tập đoàn Tân Hiệp Phát.
Hình 1.1: Doanh thu các thương hiệu đồ uống lớn tại Việt Nam
Thị trường của ngành khuôn mẫu ở Việt Nam và trên thế giới
1.3.1 Xu hướng phát triển của công nghệ sản xuất khuôn mẫu trên thế giới
Phát triển khuôn cỡ lớn là giải pháp hiệu quả để đáp ứng nhu cầu gia công các chi tiết liền khối và chi tiết lớn Đồng thời, việc sử dụng khuôn nhiều lõi không chỉ nâng cao năng suất mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất.
- Độ chính xác ngày càng tăng.
- Phát triển các khuôn có kênh dẫn nóng để nâng cao chất lượng và giảm mức tiêu hao vật liệu.
- Tăng cường sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn trong thiết kế, chế tạo khuôn nhằm rút ngắn thời gian và tăng chất lượng sản phẩm.
- Tăng số lượng các khuôn phức tạp nhằm đáp ứng các yêu cầu cao của ngành công nghiệp xe hơi.
- Phát triển các khuôn phục vụ luyện kim bột nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, giảm tối đa tiêu hao vật liệu.
- Phát triển công nghệ nhằm chế tạo khuôn trong chế tạo vật liệu mới như thủy tinh, kim loại.1.3.2 Thị trường khuôn mẫu trong nước và trên thê giới
Việt Nam hiện có hơn 383 công ty sản xuất khuôn mẫu, chủ yếu là các doanh nghiệp nhỏ và vừa, với 90% trong số đó có dưới 50 lao động Các công ty này chủ yếu tập trung tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đồng Nai và Bình Dương.
Hình 1.2: Phân bố doanh nghiệp khuôn mẫu ở các địa phương
Các quốc gia có nền kinh tế phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan đã xây dựng các mô hình liên kết tổ hợp nhằm chuyên môn hóa sản xuất khuôn mẫu chất lượng cao cho từng lĩnh vực công nghệ khác nhau.
Giữa sự gia tăng nhu cầu từ các tập đoàn quốc tế như Samsung và Canon đang đầu tư tại Việt Nam, doanh thu trong giai đoạn 2011 – 2014 đã ghi nhận sự bứt phá mạnh mẽ, đạt đỉnh 21 nghìn tỷ đồng vào năm 2014 và thấp nhất là 13 nghìn tỷ đồng vào năm 2012.
Hình 1.3: Tăng trưởng thị trường khuôn mẫu Việt Nam giai đoạn 2011 – 2014(nghìn tỷ VND)
Lý do chọn đề tài
Ngành nhựa, nước giải khát và khuôn mẫu đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam Với nền kinh tế đang trên đà tăng trưởng, đầu tư vào các lĩnh vực này hứa hẹn mang lại nhiều cơ hội và tiềm năng sinh lời.
Các loại nước giải khát ngày càng phong phú, do đó việc phát triển các sản phẩm chứa đựng chúng, như két nước ngọt, trở thành một lĩnh vực tiềm năng Sự phát triển của két nước ngọt cần được đồng hành cùng với sự đa dạng của các loại nước giải khát để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Công nghệ ép phun trong sản xuất két nước ngọt mang lại năng suất cao, thời gian sản xuất ngắn và độ ổn định vượt trội, đáp ứng hiệu quả nhu cầu thị trường.
Tên đề tài
- Tiếng Việt: Thiết Kế Và Lập Trình Gia Công Khuôn Ép Phun Cho Sản Phẩm Két Nước
- Tiếng Anh: Designing And Machining Programming The Injection Mold For Soft DrinkTank.
Tìm hiểu về khuôn ép phun
Khái niệm
Khuôn là dụng cụ thiết yếu trong quá trình sản xuất sản phẩm nhựa, được thiết kế để đáp ứng nhiều chu trình sản xuất Nó bao gồm một cụm chi tiết lắp ghép, nơi nhựa được phun vào, làm nguội và cuối cùng sản phẩm hoàn chỉnh được đẩy ra.
Kích thước và kết cấu của khuôn được xác định bởi kích thước và hình dáng của sản phẩm Sản lượng sản phẩm là yếu tố quan trọng trong thiết kế khuôn; nếu yêu cầu sản xuất hàng loạt nhỏ, không cần sử dụng khuôn nhiều lòng hoặc khuôn có kết cấu phức tạp.
Hai bước quan trọng nhất trong thiết kế khuôn là thiết kế sản phẩm và thiết kế khuôn Đầu tiên, cần có bản vẽ hoàn chỉnh của sản phẩm, bao gồm dung sai, phác thảo các góc độ, yêu cầu kỹ thuật bề mặt và vật liệu Polymer Việc tạo mẫu ban đầu hoặc mô hình 3D sẽ hỗ trợ tốt cho thiết kế Nếu chi tiết phức tạp, có thể sử dụng phần mềm máy tính hiện có Bước tiếp theo là lựa chọn kiểu máy và kiểu khuôn, ảnh hưởng đến số lượng sản phẩm trong một lần đúc, từ đó quyết định năng suất và sản lượng Khi lựa chọn, cần chú ý đến khối lượng phun của máy và thể tích lòng khuôn Dựa trên kiểu khuôn đã chọn, tiến hành thiết kế chi tiết như vị trí mặt phân khuôn, các tấm, cổng phun, kênh dẫn nhựa, hệ thống đẩy sản phẩm và lõi.
Phân loại
a Theo số tầng lòng khuôn
- Khuôn nhiều tầng b Theo loại kênh dẫn
- Khuôn dùng kênh dẫn nóng(Hot Runner)
- Khuôn dùng kênh dẫn nguội(Cool Runner) c Theo cách bố trí kênh dẫn
- Khuôn 3 tấm d Theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm
- Khuôn cho sản phẩm một màu
- Khuôn cho sản phẩm nhiều màu
Bên cạnh khuôn ép phun thì trên thị trường hiện nay có khuôn dập liên hoàn và khuôn thổi cũng rất phổ biến.
Hình 2.1: Ví dụ về cấu tạo khuôn ép phun
Hình 2.2: Ví dụ về cấu tạo khuôn dập liên hoàn
Hình 2.3: Ví dụ về cấu tạo khuôn thổi
Kết cấu chung của một bộ khuôn
a Các bộ phận chính của một bộ khuôn
- Phần Cavity(phần khuôn cái, phần khuôn cố định): được gá trên tấm cố định của máy ép nhựa.
- Phần Core(phần khuôn đực, phần khuôn di động): được gá trên tấm di động của máy ép nhựa.
- Phần nằm giữa Cavity và Core là nơi tạo sản phẩm được điền đầy bởi nhựa nóng chảy. b Hệ thống dẫn hướng và định vị
- Chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị,
Hệ thống dẫn hướng và định vị có nhiệm vụ quan trọng trong việc giữ đúng vị trí làm việc của hai phần khuôn khi ghép lại, nhằm tạo ra lòng khuôn chính xác Đồng thời, hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn cũng đóng vai trò thiết yếu trong quá trình sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
- Bạc cuốn phun, miệng phun và kênh dẫn nhựa.
- Nhiệm vụ là cung cấp nhựa từ đầu phun máy ép vào trong lòng khuôn. d Hệ thống đẩy sản phẩm
- Ty đẩy, ty hồi, tấm đẩy, tấm giữ, gối đỡ,
- Nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi ép xong. e Hệ thống lõi mặt bên
- Lõi mặt bên, cam chốt xiên, xylanh thủy lực,…
- Nhiệm vụ tháo những phần không thể tháo(undercut) ra được ngay theo hướng mở của khuôn. f Hệ thống rãnh thoát khí
Hệ thống rãnh thoát khí có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ không khí tồn đọng trong khuôn, giúp nhựa dễ dàng điền đầy lòng khuôn Điều này không chỉ tạo điều kiện cho quá trình sản xuất mà còn ngăn ngừa sự hình thành bọt khí và hiện tượng cháy sản phẩm Đồng thời, hệ thống làm nguội cũng góp phần vào việc duy trì chất lượng sản phẩm.
- Các đường nước, các rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối,…
- Nhiệm vụ ổn định nhiệt độ khuôn và làm nguội sản phẩm một cách nhanh chóng.
Yêu cầu kĩ thuật của một bộ khuôn
a Độ chính xác về hình dáng
Để đảm bảo sản phẩm có chất lượng cao, không bị cong vênh và đạt tính thẩm mỹ theo yêu cầu của nhà thiết kế, cần đáp ứng đầy đủ nhu cầu của người tiêu dùng.
Để nâng cao năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm, việc thiết kế khuôn với góc nghiêng chính xác và bề mặt đạt độ nhám theo yêu cầu là rất quan trọng Điều này không chỉ giúp nhựa dễ dàng chảy vào khuôn mà còn thuận lợi cho việc lấy sản phẩm ra, đồng thời góp phần kéo dài tuổi thọ của khuôn Độ chính xác về kích thước cũng là yếu tố then chốt trong quá trình này.
- Các chi tiết khuôn ở phần tạo hình cho việc lắp ráp cần được chế tạo rất chính xác.
Độ chính xác cao trong kích thước giúp lắp ráp dễ dàng, đảm bảo các mặt phân khuôn khớp nhau, từ đó sản phẩm nhựa không bị bavia hay biến dạng do sự khác biệt về độ dày Đồng thời, độ cứng của các chi tiết trong khuôn cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất.
- Độ cứng liên quan đến khả năng chống mài mòn, khả năng chịu lực ép, không bị biến dạng.
- Ngoài ra, độ cứng cũng góp phần cho chi tiết dễ đánh bóng, chống hoen rỉ khi làm việc trong môi trường ẩm ướt. d Độ bóng
- Ta quan tâm đến chỉ tiêu độ bóng đối với các chi tiết tạo hình sản phẩm(phần chày, phần cối, các miếng ghép, ).
Độ bóng của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần Crom Do đó, khi lựa chọn vật liệu để chế tạo các chi tiết tạo hình, việc chú ý đến hàm lượng Crom là rất quan trọng.
Những vật liệu nhựa được dùng để chế tạo sản phẩm
a Các điểm cần biết khi chọn vật liệu nhựa
- Độ co rút của vật liệu.
- Áp suất trung bình của các vật liệu nhựa thông dụng trong khuôn.
Loại nhựa Các sản phẩm chính Áp suất phun
Nhiệt độ khuôn()Polypropylen(PP) Bao bì chứa thực phẩm, 600 – 1400 200 – 300 40 – 60 khay nhựa, ly nhựa,…
Polyetilen(PE) Chai lọ, thùng chứa,… 600 – 1400 180 – 300 15 – 75 Polystyren(PS) Đồ chơi, đồ điện, ly nhựa,…
Thiết bị hồ bơi, đồ chơi trẻ em, đồ điện tử,
Tem nhãn, ống nước, vỏ bọc dây cáp, …
Polycacbonat(PC) Vali du lịch, cốc uống nước, bảng điều khiển,
Polyamide(PA) Lưới lọc nhiên liệu, bình đựng nước tản nhiệt, cước câu cá, áo mựa, …
Loại nhựa Khối lượng riêng
HDPE 0.95 1.5 – 4 b Phân biệt các kí hiệu vật liệu nhựa thông dụng trên sản phẩm
Ký hiệu vật liệu trên Tên đầy đủ Khả năng ứng dụng sản phẩm
Nhựa PET là loại nhựa phổ biến nhất trong sản xuất đồ uống đóng chai một lần, nhờ vào giá thành rẻ, trọng lượng nhẹ và khả năng tái chế dễ dàng Tuy nhiên, tỷ lệ tái chế của nhựa PET vẫn còn thấp, chỉ khoảng 20%, mặc dù nhu cầu sử dụng loại nhựa này trong các nhà máy sản xuất vẫn rất cao.
HDPE – Polyethylene tỷ trọng cao
Nhựa đa năng là một vật liệu nổi bật với nhiều công dụng và tính năng ưu việt như khả năng bền nhiệt, độ kéo dãn và đàn hồi tốt, cũng như khả năng chống ăn mòn Nhựa này được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày, điển hình là các chai nhựa dẻo dùng để đựng mỹ phẩm như chai dầu gội.
PVC (Polyvinyl Cloride) là loại nhựa bền và chất lượng cao, thường được sử dụng cho đường ống, vách ngoài và các ứng dụng tương tự Với chi phí thấp, PVC xuất hiện trong nhiều sản phẩm và bao bì Tuy nhiên, cần lưu ý không đốt PVC vì nó có thể giải phóng các chất độc hại.
LDPE – Polyethylene tỷ trọng thấp
Nhựa dẻo là một loại vật liệu đa năng, thường được sử dụng trong bao bì thực phẩm đông lạnh, túi mua sắm và đồ nội thất Ngoài ra, nhựa dẻo còn có thể được tái chế thành các sản phẩm như thùng rác nhựa, thùng ủ nhựa, bao bì nhựa và tấm nhựa làm biển quảng cáo.
PP – Polypropylene có nhiệt độ nóng chảy cao, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các thùng chứa chất lỏng nóng Các sản phẩm từ nhựa PP tái chế rất phong phú, bao gồm đèn tín hiệu, chổi quét nhựa, hộp xốp đựng thức ăn nhanh, thùng nhựa và pallet.
Polystyrene (xốp) là loại nhựa số 6 thường được sử dụng để sản xuất đĩa và ly dùng một lần Tuy nhiên, việc tái chế nhựa số 6 rất khó khăn, do đó, nên hạn chế sử dụng loại nhựa này để bảo vệ môi trường.
Nhựa Polycarbonat (PC) thuộc nhóm nhựa số 7 và có thể gây hại nghiêm trọng đến sức khỏe con người Thêm vào đó, loại nhựa này thường không được chấp nhận trong hầu hết các chương trình tái chế.
Khi lựa chọn đồ gia dụng, cần lưu ý rằng nhựa số 2, 4 và 5 thường được xem là an toàn, trong khi nhựa số 1 chỉ an toàn khi sử dụng một lần Do đó, tốt nhất là nên tránh các loại nhựa không có nhãn mác để đảm bảo sức khỏe.
Những vật liệu kim loại dùng để chế tạo khuôn
Tiêu chuẩn lựa chọn thép khuôn mẫu
Khi chọn thép cho các mục đích cụ thể, điều quan trọng đầu tiên là phải đánh giá xem vật liệu có đáp ứng được nhu cầu sử dụng hay không Đặc biệt, khi lựa chọn thép để làm khuôn mẫu, yêu cầu về chất lượng thép là rất cao Dưới đây là những tiêu chuẩn cơ lý cần thiết cho thép gia công khuôn.
Để đảm bảo chất lượng khuôn ép nhựa, độ cứng và khả năng chống va đập của vật liệu thép là rất quan trọng Lực khép khuôn lớn và tốc độ khép nhanh có thể tạo ra những va đập mạnh, ảnh hưởng đến hình dạng của khuôn nếu chất liệu không đạt tiêu chuẩn.
Nhựa có khả năng chống mài mòn và ăn mòn hóa học, được coi là một chất hóa học sau khi hóa lỏng Do đó, khi sử dụng khuôn ép nhựa trong thời gian dài, việc lựa chọn thép có tính năng chống ăn mòn là rất quan trọng.
Khuôn mẫu được chế tạo để chịu được nhiệt độ cao, trong đó phôi sau khi gia công thô sẽ được nhiệt luyện nhằm nâng cao độ bền và kéo dài thời gian làm việc Quá trình này giúp giảm thiểu dung sai sản phẩm, phục vụ cho mục đích ép nhựa ở nhiệt độ cao với số lượng lớn và thời gian kéo dài liên tục.
Khả năng chống gỉ và bảo dưỡng khuôn là yếu tố quan trọng trong ngành đúc ép, vì kim loại dễ bị oxy hóa trong môi trường không khí, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt sản phẩm Do đó, việc lựa chọn thép có khả năng chống gỉ là tiêu chuẩn không thể thiếu để đảm bảo độ bền và hiệu quả của khuôn.
- Tính chất dễ gia công: thép khuôn mẫu phải đảm bảo được yếu tố dễ gia công, phù hợp với dụng cụ gia công.
Một số loại thép thông dụng: a Thép kết cấu thông thường – Tiêu chuẩn JIS: SS400 Ưu điểm: Giá rẻ và dễ tìm.
Thép cacbon kết cấu theo tiêu chuẩn JIS S25C – S55C có ưu điểm là giá rẻ, dễ tìm và chất lượng cao Tuy nhiên, nhược điểm của loại thép này là mềm và có thể xuất hiện những vết lõm (rỗ khí) Loại thép này thường được ứng dụng trong các phần không yêu cầu độ bền hoặc độ cứng cao, chẳng hạn như tấm đẩy và gối đỡ Ngoài ra, thép cacbon còn có thể được xử lý qua các phương pháp như thường hóa, tôi hoặc ram.
Thép cacbon dụng cụ, theo tiêu chuẩn JIS như SK3 và SK7, có nhược điểm là thường không có bề mặt nhẵn khi tôi luyện Tuy nhiên, loại thép này được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các chi tiết như tấm đỡ, vòng định vị và bạc cuống phun.
Thép cacbon dụng cụ với độ cứng HRC50 – 60 có khả năng chống mài mòn tốt và giá thành tương đối thấp, thường được sử dụng cho các bộ phận trượt như chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng hoặc chốt hồi Thép hợp kim dụng cụ theo tiêu chuẩn JIS như SK3, SKD11, SKD61 có ưu điểm vượt trội về độ thấm tôi và khả năng chống mài mòn, đồng thời ít bị biến dạng trong quá trình nhiệt luyện Loại thép này thường được ứng dụng trong lòng khuôn và các khối ghép insert.
Chất làm nguội
Một số chất làm nguội thông dụng
Chất làm nguội Nhiệt độ làm việc()
Chất chống đóng băng(glycol/nước) -20 – 0
Nước chống làm lạnh hoặc nước gia nhiệt 0 – 90
Phương án dùng nước để giải nhiệt là phương án được xét đến hàng đầu vì tính kinh tế của nó mang lại.
Thiết kế khuôn trên phần mềm Creo 2.0
Thiết kế sản phẩm
3.1.1 Chọn vật liệu nhựa cho sản phẩm
Việc chọn vật liệu dựa vào các tiêu chí sau:
- Chống ăn mòn hóa học.
- Sản phẩm cần có độ cứng và chịu va đập tốt.
HDPE là một lựa chọn lý tưởng nhờ vào khả năng chống nhiệt vượt trội so với các loại nhựa khác Hệ số co rút của HDPE được xác định là 2%, làm cho nó trở thành một vật liệu đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng.
Bên cạnh đó, nhựa PP cũng là một phương án tốt khi ta muốn sử dụng vật liệu khác.
- Vật liệu: nhựa HDPE nguyên sinh.
- Quy cách: 4 ngăn x 6 ngăn = 24 chai.
- Sản phẩm có chất kháng tia UV nên khi ở thời tiết nắng mưa cũng không bị bạc màu.
Chúng tôi chọn nhựa nguyên sinh thay vì nhựa tái sinh vì nhựa nguyên sinh mang lại chất lượng tối ưu cho sản phẩm Loại nhựa này có đặc tính mềm dẻo, độ đàn hồi cao, khả năng chống cong vênh và chịu áp lực tốt Hơn nữa, sản phẩm từ nhựa nguyên sinh có tính thẩm mỹ vượt trội với bề mặt bóng mịn và màu sắc tươi sáng.
3.1.2 Yêu cầu hình học đối với sản phẩm nhựa trong khuôn ép phun
- Góc thoát khuôn: để giảm lực đẩy, nếu không có góc thoát khuôn có thể làm hỏng sản phẩm nếu sản phẩm chưa được làm nguội hoàn toàn.
Khi thiết kế sản phẩm, nên tránh việc sử dụng các phần có độ dày khác nhau để giảm thiểu chi phí và nâng cao chất lượng Việc giữ độ dày đồng đều không chỉ giúp cải thiện khả năng làm nguội mà còn hạn chế biến dạng hình học, đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn.
Việc thiết kế gân trong sản phẩm không chỉ giúp tăng cường độ bền và khả năng chống uốn mà còn góp phần giảm khối lượng nhựa sử dụng.
Để tối ưu hóa hiệu suất sản phẩm, thiết kế khuôn và quá trình ép phun, cần tránh sử dụng các góc sắc nhọn trong thiết kế Thay vào đó, nên áp dụng các góc bo để cải thiện tính năng và độ bền của sản phẩm.
Undercut là những phần có hướng tháo khác với hướng tháo khuôn của sản phẩm, dẫn đến việc tăng số lượng chi tiết và độ phức tạp của khuôn, từ đó làm tăng chi phí sản xuất Do đó, cần tránh thiết kế sản phẩm với undercut quá phức tạp để giảm thiểu chi phí và đơn giản hóa quy trình sản xuất.
3.1.3 Các bước vẽ sản phẩm a Tạo khối thể tích hình hộp ban đầu
Hình 3.1 Với độ cao như trên thì két sẽ cao hơn chai nước ngọt Bao vệ chai khi xếp chồng các két lên nhau b Tạo bề dày sản phẩm
Hình 3.2 c Tạo các ô trống để đặt các chai nước ngọt
Bề dày vách 2mm, chiều cao khống chế vừa đủ để cố định chai trong từng ngăn. d Bo tròn thành trong và thành ngoài của két
Hình 3.4 Tạo góc bo để dễ gia công, tạo cảm giác mềm mại và tăng tính thẩm mỹ e Tạo phần rỗng cho đáy két nước ngọt
Hình 3.5 f Tạo phần chân đỡ của két nằm ở 4 góc ở phần đáy
- Sau đó dùng Mirror cho 4 góc
Công dụng của sản phẩm là ngăn chặn ma sát gây hư hại cho mặt đáy và giữ cố định két nước ngọt khi xếp chồng Đồng thời, sản phẩm còn được thiết kế với các gân tăng cứng theo chiều ngang, giúp tăng cường độ bền và khả năng chịu lực.
Hình 3.8 Mục đích tăng cứng cho sản phẩm và tăng cảm giác chắc chắn khi cầm nắm. h Tạo gân tăng cứng theo chiều đứng của sản phẩm
Hình 3.9 i Tạo các lỗ 4 phía làm chức năng tay nắm
Hình 3.11 Tạo 4 vị trí như thế để ta dễ dàng nhấc lên khi ở mọi hướng. j Tạo thêm các lỗ mặt bên sản phẩm để giảm vật liệu
Hình 3.12 thể hiện công dụng của việc giảm bớt vật liệu cho sản phẩm, giúp tiết kiệm chi phí Tạo điểm nhấn cho sản phẩm là một phương pháp hiệu quả để tạo sự khác biệt Ngoài ra, việc bo tròn tại các vị trí giao nhau của các gân tăng cứng cũng đóng vai trò quan trọng trong thiết kế.
Việc bo tròn với bán kính như vậy giúp ta giảm thiểu thời gian gia công khi sử dụng số lượng dao ít hơn.
Thiết kế khuôn
Với kích thước bao của sản phẩm là 445x303x363 với bề dày sản phẩm là 3mm Lựa chọn kết cấu khuôn hai tấm vì:
Khuôn hai tấm là một trong những loại khuôn ép phun phổ biến, nổi bật với kết cấu đơn giản và đầy đủ các thành phần cũng như chức năng cơ bản của bộ khuôn ép Loại khuôn này dễ dàng trong việc thiết kế, mang lại hiệu quả cao cho quá trình sản xuất.
Để đáp ứng các yêu cầu đặc biệt về sản phẩm như tính thẩm mỹ cao, sản lượng lớn và giảm thiểu lượng nhựa phế thải, cần sử dụng các kết cấu khuôn phức tạp hơn Các loại khuôn phức tạp này bao gồm khuôn ba tấm, khuôn sử dụng kênh dẫn nóng, khuôn nhiều tầng và nhiều loại khác.
3.2.2 Chọn phương án cho hệ thống cấp nhựa
So sánh hệ thống cấp nhựa nóng và hệ thống cấp nhựa nguội
Cool runner Hot runner Đa dạng về miệng phun.
Dễ thiết kế và gia công kênh dẫn.
Thiết kế hệ thống làm mát đơn giản.
Chi phí đầu tư thiết kế chế tạo khuôn thấp
Lượng nhựa phế thải cao
Vị trí miệng phun chỉ có thể đặt ở vị trí tối ưu.
Phải tính toán về nhiệt độ mất mát và cân bằng dòng.
Năng suất ép không cao vì có công đoạn hậu xử lí.
Hạn chế về miệng phun và kiểu phun.
Tính toán thiết kế và gia công kênh dẫn rất phức tạp Ở Việt Nam có ít công ty làm được.
Hệ thống làm mát yêu cầu người có trình độ và kinh nghiệm thực tiễn cao.
Chi phí đầu tư cho sản xuất và bảo dưỡng cao. Lượng nhựa phế thải rất ít.
Vị trí miệng phun có thể bố trí nhiều nơi.
Loại bỏ sự mất mát nhiệt trong hệ thống kênh dẫn và cân bằng dòng chảy tốt.
Năng suất ép phun hiệu quả cao.
Đối với sản phẩm két nước ngọt có thiết kế đơn giản và không yêu cầu đặc biệt, hệ thống cấp nhựa nguội (Cool runner) là lựa chọn tối ưu Hệ thống này không chỉ tiết kiệm chi phí ban đầu cho việc chế tạo khuôn mà còn phù hợp với khả năng công nghệ hiện tại tại Việt Nam Chúng ta sẽ sử dụng hệ thống cấp nhựa trực tiếp để đảm bảo hiệu quả sản xuất.
Tính toán kích thước bạc cuống phun:
Hình 3.14: Kích thước bạc cuống phun cho thiết kếVới bề dày sản phẩm lớn nhất là 10mm thì > 11mm.
Bạc cuống phun phụ thuộc vào các yếu tố như:
- Khối lượng, độ dày thành của sản phẩm, loại vật liệu nhựa được sử dụng.
- Độ dài của cuống phun phải phụ hợp với bề dày của các tấm khuôn.
- Cuống phun phải thiết kế sao cho có độ dài hợp lý, đảm bảo nhựa ít bị mất áp lực nhất trên đường đi.
- Kích thước đầu phun của máy ép nhựa.
3.2.3 Chọn phương án cho hệ thống làm nguội
Thời gian làm nguội chiếm khoảng 60% chu kỳ ép phun, vì vậy việc giảm thời gian này mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là một thách thức kỹ thuật quan trọng cần được giải quyết hiệu quả.
Vai trò chính của hệ thống làm nguội là:
- Giữ nhiệt độ khuôn ổn định, đảm bảo nguyên liệu nhựa giải nhiệt đều.
- Giải nhiệt nhanh để tránh trường hợp giải nhiệt không kịp gây nên hiện tượng biến dạng sản phẩm.
- Rút ngắn chu kì ép phun và tăng năng suất ép phun.
Kỹ thuật thiết kế kênh làm nguội:
- Kênh làm nguội cần thiết kế càng gần bề mặt khuôn càng tốt Bên cạnh đó, ta phải chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn.
- Chia hệ thống làm nguội thành nhiều vùng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ.
Hiện tượng cong vênh xảy ra do sự co rút không đồng nhất trên bề dày sản phẩm Do đó, việc thiết kế đường kính kênh làm nguội phù hợp với độ dày của sản phẩm là rất quan trọng.
Bài toán làm nguội trong đề tài này sẽ bao gồm:
Để chọn phương án làm nguội các tấm bung một cách chính xác, việc phân tích trên phần mềm CAE là cần thiết nhằm thu được những kết quả hữu ích, đặc biệt khi chưa có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực này.
Hình 3.16: Công thức thực nghiệm khi thiết kế kênh làm nguội
Dựa vào công thức đã nêu, với khuôn lớn có không gian bố trí rộng rãi, chúng ta chọn đường kính kênh dẫn sơ bộ là D = 12mm Từ đó, các thông số được xác định là khoảng cách giữa hai kênh dẫn B = 35mm và khoảng cách từ tâm kênh dẫn đến thành A = 45mm.
Hệ thống làm nguội lõi khuôn có thể được thiết kế theo một số phương án hiệu quả, bao gồm hệ thống làm lạnh có vách ngăn (Baffle system), hệ thống làm lạnh kiểu vòi phun (Fountain system) và hệ thống làm nguội kiểu xoắn ốc (Spiral cooling) Những phương án này giúp tối ưu hóa quá trình làm nguội, đảm bảo chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu suất sản xuất.
Một số phương án cho hệ thống làm nguội lòng khuôn như: hệ thống làm nguội nối tiếp, song song và nhiều tầng.
3.2.4 Chọn phương án cho hệ thống đẩy
Một số điểm lưu ý khi thiết kế hệ thống đẩy:
- Luôn được lắp ở nửa khuôn di động, trừ một số trường hợp đặt biệt thì hệ thống đẩy được lắp ở nửa khuôn cố định.
- Bố trí các chốt đẩy hay lưỡi đẩy ở góc, cạnh hoặc gân của sản phẩm.
- Các đỉnh chốt đẩy nên nằm ngang so với mặt phân khuôn để đảm bảo không để lại vết trên bề mặt sản phẩm.
- Đặt chốt đẩy tại những vị trí không yêu cầu về tính thẩm mỹ.
- Lực đẩy là hết sức quan trọng đối với thiết kế khuôn, làm cho sản phẩm rơi ra mà không ảnh hưởng đến sản phẩm cũng như khuôn.
Lợi dụng các lõi bên trượt ra để nâng sản phẩm lên, cùng với sự hỗ trợ của hệ thống khí, giúp quá trình đẩy sản phẩm diễn ra hiệu quả hơn.
3.2.5 Chọn phương án cho hệ thống tháo undercut a Chọn phương án
Hệ thống trượt(slides): Chuyển động trượt được tác động bởi cơ cấu cơ khí.
Hình 3.17: Ví dụ minh họa cho hệ thống trượt b Thiết kế
Phương án sử dụng chốt xiên
Hình 3.18: Các thông số cơ bản của hệ thống dùng chốt xiên
– góc nghiêng của khối khóa
– góc nghiêng của chốt xiên(từ 12)
Ta có các số liệu ban đầu: Độ sâu undercut: S = 16mm
Hành trình khoảng trượt: S1 = 21mm
Chiều dài làm việc tối thiểu của ty xiên trong phần chày của khuôn với góc nghiêng của ty xiên là: S’ = 21/sin() = 81mm.
Chiều dài lỗ cho ty xiên ở lõi trượt được tạo là 100mm, với đường kính lớn lỗ lớn hơn đường kính ty 1mm Đối với khuôn này, ty 30mm được chọn do kích thước lớn.
Tạo các khối nêm để tăng tuổi thọ các khối trượt, dễ thay thế, giảm chi phí sửa chữa.
Hình 3.19 3.2.6 Chọn phương án cho hệ thống thoát khí
Chọn phương án thoát khí hiệu quả để loại bỏ khí tồn đọng trong khuôn khi nhựa được đổ đầy, đồng thời đảm bảo rằng nhựa vẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu Thiết kế hệ thống thoát khí hợp lý giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Một số hình ảnh cho các kiểu thoát khí:
Hình 3.20: Thoát khí qua rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn
Hình 3.21: Thoát khí qua hệ thống kênh dẫn
Hình 3.22: Thoát khí qua hệ thống đẩy trên khuôn
Hình a: Cách bố trí rãnh thoát khí chỗ miếng ghép
Hình b: Cách bố trí qua hệ thống làm mát
Hình 3.23: Thoát khí qua hệ thống làm mát, insert, slide, …
So sánh các kiểu thoát khí
Thoát khí qua mặt phân khuôn
Thoát khí qua hệ thống đầy
Thoát khí dùng hệ thống hút chân không
Thoát khí qua hệ thống làm mát, insert, slide, …
Vị trí Bố trí tại mặt phân khuôn của chi tiết
Bố trí tích hợp vào hệ thống đẩy
Bố trí tại nhiều vị trí trong lòng khuôn
Thường bố trí cho những chi tiết có gân không thể bố trí tại mặt phân khuôn. Khả năng thoát khí
Chỉ thoát khí tốt khi bố trí tại mặt phân khuôn
Chỉ thoát khí ở những vị trí đặt hệ thống đẩy
Hầu như thoát khí được toàn bộ vị trí trong lòng khuôn
Thoát khí đặc biệt tốt cho sản phẩm có gân, lòng khuôn kiểu insert Khả năng gia công
Dễ gia công Dễ gia công Khó gia công các rãnh dẫn và lỗ thông nối máy bơm chân không
Không phải gia công nhiều do lợi dụng khe hở trong khuôn dạng insert
Chi phí Rẻ tiền Rẻ tiền Đắt tiền do khó gia công và sử dụng máy bơm chân không
Với đặc thù sản phẩm có nhiều gân tăng cứng, lựa chọn phương án thoát khí qua hệ thống làm mát, insert và slide là hợp lý và tiết kiệm chi phí.
Việc lựa chọn phương án cho hệ thống dẫn hướng và định vị phải dựa trên các yếu tố quan trọng như hình dạng của chi tiết, độ chính xác sản phẩm và tuổi thọ dự kiến của khuôn.
Một số phương án thông dụng như:
- Không sử dụng định vị trong khuôn
- Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng
- Khóa côn giữa lòng khuôn và lõi khuôn
- Khóa côn giữa nhóm lòng khuôn và lõi khuôn
Dựa vào bảng tra khuôn tiêu chuẩn của FUTABA trang 232:
Khi lắp ráp khuôn, cần lưu ý rằng việc đặt hai phần khuôn ngược nhau có thể dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng cho lòng khuôn và lõi Để ngăn chặn tình trạng này, có thể điều chỉnh đường kính của một chốt khác hoặc thay đổi vị trí của một chốt.
Lưu ý: về chiều dài chốt để đảm bảo an toàn trong quá trình đóng mở khuôn thì chiều dài chốt thường cao hơn chiều cao của lõi.
Hình 3.25: Chiều dài chốt dẫn hướng
Hình 3.26: Chốt dẫn hướng có vai
Hình 3.27: Bạc dẫn hướng không vai
Chọn phương án sử dụng chốt và bạc để thiết lập hệ thống dẫn hướng và định vị chính, đồng thời áp dụng khóa trượt nhằm đảm bảo rằng trong quá trình đóng mở khuôn, 4 tấm bung sẽ di chuyển đồng thời.
3.3 Hoàn thiện sơ bộ kết cấu khuôn
Tiến trình thiết kế khuôn trên Creo 2.0: a Tạo file làm việc trong môi trường khuôn
Hình 3.28 b Chọn hệ đơn vị
Hình 3.30 c Đưa chi tiết vào môi trường khuôn và định nghĩa kích thước phôi
Hình 3.31 d Xác định lại kích thước sản phẩm theo hệ số co rút
Hình 3.32 e Xác định mặt phân khuôn
Dùng Parting Surface để xác định mặt phân khuôn.
Hình 3.34 Mặt phân khuôn chính:
Hình 3.35Sau đó, ta dùng mặt phân khuôn vừa tạo để tách phôi thành chày và cối. f Tạo mẫu ép thử
- Sử dụng Create Molding để tạo mẫu ép thử Có thể đặt tên tùy thích
Hình 3.36 Mẫu thử được tạo ra từ chính sản phẩm sau khi thêm hệ số co rút.
Tạo mặt phân khuôn phụ.
Hoàn chỉnh kết cấu khuôn sơ bộ
Chọn máy ép
Để lựa chọn máy ép phù hợp với khuôn và sản phẩm, cần xem xét các thông số quan trọng như kích thước kềm, độ dày khuôn, mở kềm, thể tích bơm keo và khối lượng bơm keo.
Từ việc dùng tính năng phân tích Mass Properties và đo kích thước khuôn ta được:
- Thể tích bơm keo: 2336(ml)
Vì thế, ta có thể chọn máy ép có các thông số như sau
Bảng 3.3: Thông số cơ bản của máy ép
Thông số CLF – 750 TOSHIBA IS1300DEW– 1050emII
Kích thước kềm(mm) 1480x1480 1300x1300 Độ dày khuôn(mm) 3501150 5001100
Thể tích bơm keo(ml) 2702 4540
Hình 3.50: Hình ảnh máy CLF – 750
Hình 3.51: Hình ảnh máy TOSHIBA IS1300DEW – 1050emII
Mô phỏng phân tích dòng chảy của nhựa trên phần mềm Moldflow Plastic Insight 3.155 4.1 Tổng quan về CAE
Ưu nhược điểm và ứng dụng của CAE
Mặc dù công nghệ CAE mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm thời gian, chi phí và nguyên liệu, giảm phế liệu, cải thiện chất lượng sản phẩm và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm mới ra thị trường, nhưng nó không phải là giải pháp duy nhất để giải quyết mọi vấn đề liên quan đến khuôn đúc.
Phân tích CAE là một công cụ hỗ trợ kỹ sư, không phải để thay thế họ Tính hữu ích của công nghệ CAE phụ thuộc vào trình độ người sử dụng và chỉ mang lại lợi ích khi được sử dụng đúng cách Đặc biệt, độ chính xác của phân tích CAE phụ thuộc nhiều vào dữ liệu đầu vào mà người dùng cung cấp.
Kết quả từ phân tích CAE cần được người dùng giải thích một cách chính xác và thông minh để đưa ra quyết định hợp lý Nếu không, người dùng có thể bị choáng ngợp bởi khối lượng dữ liệu lớn mà không thu được thông tin hữu ích nào.
- Phân tích động lực học các thành phần của bộ phận lắp ráp bằng cách phân tích phần tử hữu hạn FEA(Finite Element Analysis).
- Phân tích nhiệt và chất lỏng sử dụng động lực học chất lỏng CFD(Computational Fluid
- Phân tích chuyển động và động lực học của cơ cấu máy móc.
- Mô phỏng hệ thống điều khiển.
- Tối ưu hóa các sản phẩm hoặc quy trình.
Mô phỏng phân tích trên phần mềm
a Chuyển file sản phẩm về định dạng file trung gian(IGES) b Nhập sản phẩm vào phần mềm phân tích với dạng lưới Fusion
Hình 4.1: Mô hình sản phẩm Lưu ý: Chiều mở khuôn phải trùng với trục Z trong phần mềm. c Chia lưới cho sản phẩm
Hình 4.2: Mô hình được chia ở dạng lưới Fusion d Xác định vị trí miệng phun bằng chức năng Gate Location
Hình 4.3: Chọn vật liệu nhựa
Hình 4.4: Các thông số của vật liệu nhựa
Vị trí lý tưởng để đặt miệng phun là ở giữa bề mặt đáy sản phẩm, trong khi khu vực trung tâm của bốn mặt bên nên được tránh Việc này giúp tối ưu hóa quá trình điền đầy nhựa.
- Kết quả điền đầy được tối ưu sau quá trình phân tích
Hình 4.7: Thời gian điền đầy
Kết quả phân tích quá trình điền đầy của nhựa cho thấy thời gian là 2,716 giây với nhiệt độ nhựa đạt 260 độ C Đây là thông số nhiệt độ nằm trong vùng giới hạn của bảng thông số vật liệu mà phần mềm cung cấp.
Quá trình V/P là điều khiển vận tốc dòng chảy thông qua áp suất ép Khi lòng khuôn đạt 95.76% đầy, áp suất phun và lực kẹp khuôn đạt mức tối đa Tại thời điểm này, vận tốc dòng chảy của nhựa bắt đầu giảm dần cho đến khi lòng khuôn được điền đầy hoàn toàn.
Hình 4.8: Áp suất điền đầy Với điều kiện trên thì áp suất phun tối đa dùng cho quá trình ép phun là 87,48 MPa.
Lực kẹp là yếu tố quan trọng để giữ cho khuôn luôn đóng chặt khi áp suất ngược từ chất dẻo được bơm vào bên trong khuôn.
Hình 4.10: Nhiệt độ phân bố sau khi điền đầy
Theo phân bố nhiệt độ sau khi điền đầy, chúng ta cần chú trọng vào việc giải nhiệt ở những vùng màu đỏ đậm Chênh lệch nhiệt độ giữa khu vực cao nhất và thấp nhất là gần.
50 Ta bố trí hệ thống giải nhiệt cho các mặt bên, mặt trên và trong lòng sản phẩm.
- Nhiệt độ chênh lệch có thể gây co ngót và cong vênh không đồng đều Sự phân bố nhiệt đồng đều là điều mong muốn cho thiết kế khuôn.
Hình 4.11: Phân bố lỗ khí trên sản phẩm Đánh giá và nhận xét:
- Nhiệt độ nhựa càng cao thì độ chảy loãng càng cao giúp quá trình điền đầy diễn ra nhanh.
Bên cạnh đó, nhiệt độ nhựa càng cao thì áp suất phun càng giảm.
Khi sử dụng một miệng phun, kết quả cho thấy rằng khoảng cách giữa miệng phun và vị trí phân tích ảnh hưởng đến thời gian điền đầy Cụ thể, nếu miệng phun được đặt xa vị trí phân tích, thời gian điền đầy sẽ tăng lên, ngay cả khi điều kiện ép phun được giữ nguyên.
Để tránh khuyết tật trên sản phẩm, việc bố trí hệ thống thoát khí cho các lỗ khí là rất cần thiết Nếu các khuyết tật này xuất hiện trên bề mặt của bộ phận không yêu cầu hoàn hảo về mặt thị giác, thì chúng có thể được chấp nhận.
Càng có nhiều phương án được đưa ra, chúng ta sẽ có nhiều dữ liệu để so sánh và lựa chọn phương án tối ưu nhất Việc phân tích hệ thống làm nguội là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và chất lượng trong quá trình sản xuất.
Chọn nước làm chất làm nguội giúp giảm chi phí sản xuất; nếu không đạt hiệu quả mong muốn, cần xem xét các phương án thay thế Phân tích này dựa trên các thông số đã được điền đầy trong dữ liệu ban đầu.
Sử dụng tính năng phân tích tổng hợp Fill + Cool + Flow + Warp để đánh giá đồng thời các yếu tố quan trọng như quá trình điền đầy, làm nguội và hiện tượng cong vênh biến dạng.
Kết quả phân tích làm nguội cho phương án bố trí kênh làm nguội thứ nhất
Hình 4.12: Kết quả làm nguội ở phương án 1
Cách bố trí kênh làm nguội không hợp lý có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình làm nguội sản phẩm Nhiệt độ cao thường tập trung ở giữa các mặt bên, trong khi các góc của vành két nước ngọt đã nguội trước Sự chênh lệch nhiệt độ giữa điểm cao nhất và thấp nhất lên tới hơn 80 độ, điều này không đáp ứng được yêu cầu làm nguội của bộ khuôn.
Để tối ưu hóa quá trình làm nguội sản phẩm, cần điều chỉnh thiết kế liên quan đến khoảng cách giữa các kênh dẫn và khoảng cách từ kênh dẫn đến bề mặt sản phẩm Ngoài ra, việc thay đổi kích thước và hình dạng của kênh dẫn cũng nên được xem xét Qua nhiều phương án và phân tích, chúng ta có thể xác định được giải pháp tối ưu nhất trong số các lựa chọn đã đề ra.
Kết quả phân tích làm nguội cho phương án bố trí kênh làm nguội thứ hai
Hình 4.13: Kết quả làm nguội ở phương án 2
Sự chênh lệch nhiệt độ tối đa giữa các vùng trên sản phẩm hiện tại là 30 độ, cho thấy kết quả chưa đạt yêu cầu của hệ thống làm nguội trong khuôn Cần điều chỉnh một số yếu tố để cải thiện hiệu suất và đạt kết quả tốt hơn.
Kết quả phân tích làm nguội cho phương án bố trí kênh làm nguội thứ ba
Hình 4.14: Kết quả làm nguội ở phương án 3
Sau nhiều lần phân tích, phương án làm nguội thứ ba cho thấy khoảng chênh lệch nhiệt độ giữa vùng cao nhất và thấp nhất là 11 độ Mặc dù khoảng chênh lệch này chưa đạt tiêu chuẩn dưới 10 độ, nhưng đây là kết quả tốt nhất từ các phân tích trên phần mềm hiện tại Kết quả này có thể có sai số, và độ sai lệch phụ thuộc vào cách chia lưới; kích thước lưới càng nhỏ thì độ chính xác càng cao Do đó, việc cân nhắc giữa kết quả phân tích và khả năng xử lý của máy tính là điều cần lưu ý.
Hoàn chỉnh toàn bộ các thông số của bộ khuôn
Hình 4.15: Kết cấu khuôn hoàn chỉnh
Chế tạo khuôn
Giới thiệu về các công nghệ khuôn mẫu
Công nghệ khuôn mẫu bao gồm: công nghệ thiết kế, gia công, nhiệt luyện, đo kiểm và lắp ráp.
Công nghệ thiết kế được chia thành các công đoạn như lấy mẫu, thiết kế, thẩm định, tối ưu và hoàn thiện theo mô phỏng Hiện nay, việc thực hiện các công đoạn thiết kế chủ yếu nhờ vào phần mềm thiết kế chuyên biệt, điều này giúp phân tách và đánh giá năng lực sản xuất một cách hiệu quả.
Công nghệ gia công khuôn mẫu bao gồm nhiều phương pháp hiện đại như công nghệ tạo chương trình gia công (CAM), gia công không phôi, gia công cắt gọt và các dạng gia công đặc biệt khác Các công nghệ gia công chính bao gồm gia công đúc, biến dạng dẻo, phay, tiện, gia công lỗ, gia công mặt phẳng, gia công nguội, tia lửa điện, cắt dây, tia nước cùng với các công nghệ gia công đặc biệt khác, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong sản xuất.
- Công nghệ nhiệt luyện và xử lý bề mặt bao gồm 3 nhánh công nghệ chính là phun phủ, nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện
- Công nghệ đo kiểm đối với ngành sản xuất khuôn mẫu bao gồm 3 công nghệ thành phần chính là độ bền, hình dạng và tính chất vật lý
- Công nghệ lắp ráp và sử dụng các thông số công nghệ để so sánh và đánh giá năng lực sản xuất – vận hành.
Hiện nay, các công ty có thể đảm nhiệm một hay nhiều quy trình Thậm chí là toàn bộ quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm cuối.
Chọn vật liệu cho từng tấm khuôn để chế tạo
a Phân loại thép làm khuôn theo tiêu chuẩn sản xuất
- Tiêu chuẩn GB của Trung Quốc(viết tắt của GuoBiao)
- Tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản(viết tắt của Japan Industrial Standard)
- Tiêu chuẩn ASTM của Mỹ(viết tắt của American Society for Testing and Materials)
- Tiêu chuẩn DIN của Đức(viết tắt của Deutsches Institut für Normung)
- Tiêu chuẩn ISO là tiêu chuẩn Quốc tế(viết tắt của International Organization for
Tiêu chuẩn EN là tiêu chuẩn quan trọng của châu Âu, chỉ cho phép những sản phẩm đạt tiêu chuẩn này mới được lưu hành trên thị trường EU Do đó, việc lựa chọn vật liệu cho các chi tiết sản phẩm cần tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chí này để đảm bảo chất lượng và tính hợp pháp khi đưa ra thị trường.
- Thép C50: tấm đế trên, tấm đế dưới, keo bung, khung keo bung, tấm chày, vòng định vị và khoá trượt
Ưu điểm của thép C50: giá thành tương đối rẻ so với các vật liệu khác và khả năng chịu nhiệt cao, bề mặt kháng lực tốt.
- Thép P20: tấm cối và chèn đực
Ưu điểm của thép P20: có khả năng đánh bóng và gia công tia lửa điện tốt.
- Thép SKD11: bạc dẫn hướng, chốt dẫn hướng, ty xiên và các tấm nêm trượt
Ưu điểm của thép SKD11: có độ cứng phù hợp, không bị biến dạng khi sử dụng và có khả năng chịu mài mòn cao
- Thép SKD61: bạc cuống phun và bốn tấm bung tương ứng với bốn mặt bên của sản phẩm.
Ưu điểm của thép SKD61: Khả năng chống mài mòn cao và cân bằng được nhiệt độ cao cùng với độ dẻo.
Ưu điểm của thép SCM435: tính kháng mỏi, chống va đập tốt và độ bền kéo cao.
Thép SUS304 là loại thép không gỉ nổi bật với khả năng chống ăn mòn cao và chịu nhiệt tốt Đặc biệt, thép SUS304 còn có tính trơ và bền vững trước tác động oxy hóa của môi trường, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng.
Ứng dụng khả năng của phần mềm Creo 6.0 để lập trình gia công một tấm khuôn trong bộ khuôn ép phun
ép phun a Thiết lập Mapkeys
Mapkeys là một tính năng hữu ích cho các nhà thiết kế, cho phép tạo phím tắt để tăng tốc độ thao tác khi chọn công cụ vẽ Nhờ vào Mapkeys, quá trình thiết kế trở nên hiệu quả và gọn gàng hơn.
Một ví dụ cho việc thiết lập Mapkeys tạo môi trường gia công mới theo chuản ISO trải qua các bước như sau:
- Vào môi trường lập trình gia công, sau đó chọn File -> Options -> Environment
Chọn Mapkeys settings -> New Sau đó ta đặt tên phím tắt ở ô Keyboard Shortcut, tên lệnh ở ô Name và mô tả lệnh đó ở ô Description Nhấn Record để bắt đầu.
Để tạo môi trường làm việc đạt tiêu chuẩn ISO, chúng ta cần thực hiện các bước thủ công Sau khi hoàn tất, hãy nhấn Stop để kết thúc quá trình tạo Mapkeys Quy trình công nghệ gia công một tấm khuôn sẽ được tiến hành theo các bước đã được xác định.
Bước 1: Bản vẽ 3D của tấm khuôn
Hình 5.3: Quy ước mặt gia công
Mặt gia công đánh giá theo cặp(mặt được đánh dấu và mặt đối diện): Mặt A-B, mặt C-D, mặt E-F.
Bước 2: Lập bảng các nguyên công(bao gồm sử dụng máy CNC và máy cơ).
Khoả mặt phôi và tạo chuẩn gia công
Bảng 5.1: Các bước gia công thô mặt A ST
Tên nguyên công Máy gia công Dụng cụ cắt
Máy phay CNC AGMA BDO - 3223
Khi chuyển sang gia công mặt B, cần giữ chiều Y và thay đổi chiều X để đảm bảo độ chính xác của phôi Ngoài ra, có thể lựa chọn giữ chiều X và thay đổi chiều Y Tuy nhiên, trong một phân xưởng, nên áp dụng đồng nhất một phương án để tránh nhầm lẫn.
- Gia công phôi giảm xuống vừa đủ cho lượng dư gia công thô ở mặt B.
Bảng 5.2: Các bước gia công thô mặt B
Tên bước gia công Máy gia công Dụng cụ cắt
Máy phay CNC AGMA BDO - 3223
Lưu ý: Sau khi gia công thô thì ta để phôi nguội trong không khí trong vòng 24h để phôi giãn nở vì nhiệt.
Bán tinh và tinh mặt A và phay rãnh lắp vòng O-ring
Bảng 5.3: Các bước gia công bán tinh và tinh mặt A ST
Tên bước gia công Máy gia công Dụng cụ cắt
Máy phay CNC AGMA BDO - 3223
3 2A-1-TINH-19LY97TRU End Mill D20
4 2A-2-TINH-19LY94TRU End Mill D20
5 2A-3-TINH-19LY91TRU End Mill D20
6 2A-4-TINH-19LY88TRU End Mill D20
Bán tinh và tinh mặt B
Bảng 5.4: Các bước gia công bán tinh và tinh mặt B ST
Tên bước gia công Máy gia công Dụng cụ cắt
Máy phay CNC AGMA BDO-3223
Bước 3: Lập bảng thông số gia công của các dao
Bảng 5.5: Thông số gia công của dao phay có R Dao phay có R(Bull
Bảng 5.6: Thông số gia công của dao phay trụ
Dao phay trụ (End Mill)
Bảng 5.7: Thông số gia công của mũi khoan
Mũi khoan F S Lượng ăn/1 lần D6(Mũi chống tâm) 20
Bước 5: Thiết lập phần mềm trước khi lập trình
Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm
Kiểm tra độ chính xác gia công c Lập trình gia công
Thiết lập cho quá trình lập trình:
Để tạo file làm việc mới trong môi trường lập trình gia công, trước tiên bạn cần ẩn các mặt phẳng và hệ trục mặc định của phần mềm Sau đó, hãy đưa chi tiết vào môi trường lập trình để bắt đầu quá trình gia công hiệu quả.
Tạo mặt phẳng và gốc toạ độ gia công mới
Hình 5.5 Tạo trung tâm gia công
Thiết lập trung tâm gia công theo hệ trục ta vừa tạo Bên cạnh đó ta thiết lập mặt phẳng an toàn.
Dùng Mill Volume để tạo vùng gia công Ngoài ra, ta có thể dùng Mill Volume cho mục đích tương tự.
Tạo vùng gia công là phần lòng của chi tiết
Tạo dùng dao Bull Mill 80R8 để tiến hành phay phá lòng chi tiết
Hình 5.9: 1A-THO-80R8 Gia công ở bốn góc bằng dao 20R08 vì lượng dư phôi của nguyên công trước để lại.
Hình 5.10: 2A-THO-20R08Giữ nguyên dao và thực hiện tương tự cho vùng bên dưới
Hình 5.11: 3A-THO-20R08 Giữ nguyên dao và thực hiện loại bỏ lượng dư thành ở mặt trên
Sau đó, ta gia công tiếp lượng dư thành ở phía dưới
Khoan chống tâm cho các lỗ
Hình 5.14: 1B-CTAM-D6 Khoan thoát lỗ chốt lần lượt với mũi D14 và D28
Hình 5.15: 3B-KHOANLOCHOT-D28 Gia công mở rộng lỗ chốt
Hình 5.17: 5B-THOVAI-20R08 Khoan 10 lỗ lắp bu lông
Khoan thoát lỗ lắp bu lông giữa tấm chày và tấm chèn đực
Hình 5.19: 7B-KHOAN-D17 Khoan thoát các lỗ lắp vách ngăn
Hình 5.21: 9B-KHOAN-D6 Gia công vai của 6 lỗ lắp bu lông
Gia công vai của 24 lỗ lắp vách ngăn
Sau đó để phôi nguội ngoài không khí trong khoảng 24h rồi tiếp tục tiến hành gia công bán tinh và tinh.
Thiết lập bản vẽ
Chế độ Explode View rất hữu ích trong việc thể hiện chi tiết bên trong sản phẩm cũng như cách lắp ráp hoặc tháo rời của nó Tính năng này hỗ trợ hiệu quả cho việc tạo ra các bản vẽ phân rã, giúp người dùng dễ dàng hiểu cấu trúc và quy trình lắp ghép.
Các bước tạo Explode View như sau:
Bước 1: Nhấp vào View Manager từ thanh công cụ
Bước 3: Chọn New và nhấn Enter
Bước 6: Lựa chọn đối tượng cần thiết lập
Bước 7: Di chuyển đối tượng theo ý muốn và nhấn OK
Bước 8: Chọn Explode View để xem kết quả
Hình 5.24: Giao diện tính năng Explode View trên Creo
Hình 5.25: Phân rã khuôn thành từng nhóm chi tiết
5.5 Một số dụng cụ hỗ trợ chế tạo, lắp ghép và vận chuyển
Phương pháp thử khuôn, bảo dưỡng khuôn và những biện pháp khắc phục các khuyết tật trên sản phẩm
Trình tự các bước thử khuôn
- Chuẩn bị nhựa, khuôn và máy ép Nếu trước đó máy ép dùng nhựa khác thì ta phải vệ sinh hết nhựa cũ
- Gá khuôn lên máy ép
Để thiết lập thông số máy ép, cần chú ý đến các yếu tố quan trọng như nhiệt độ hóa dẻo của vật liệu nhựa, nhiệt độ khuôn, vị trí đầu phun của vít, tốc độ quay của vít, áp suất ngược, áp suất phun, áp suất ban đầu, thời gian giữ áp suất, thời gian làm mát và thời gian mở khuôn Những thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu suất của quá trình ép nhựa.
- Ép thử và kiểm tra sản phẩm.
- Hiệu chỉnh thông số ép.
Những hạng mục cần bảo dưỡng trên khuôn
- Vệ sinh làm sạch chi tiết lõi khuôn
- Bôi trơn các bộ phận cho các bộ phận như: chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, ty xiên và rãnh trên khối nêm trượt
- Vặn chặt bu lông, kiểm tra trạng thái vặn chặt bu lông.
- Vệ sinh sạch sẽ đầu phun.
- Kiểm tra rò rỉ: bao gồm hệ thống làm mát và hệ thống dẫn khí Bên cạnh đó, ta kiểm tra chất lượng của vòng O-ring.
- Xử lý chống gỉ khuôn không sử dụng trong thời gian dài Bảo dưỡng trước khi ngừng sử dụng khuôn.
Việc thực hiện đầy đủ các hạng mục bảo dưỡng sẽ đảm bảo rằng khuôn gá lên máy trong quá trình ép mới đạt chất lượng hoàn hảo.
Những khuyết tật trên sản phẩm và cách khắc phục
Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm:
- Thiết bị: năng suất, tính năng máy.
- Chế độ ép phun: nhiệt độ, áp suất, vận tốc và thời gian.
- Chất lượng khuôn: vật liệu và thiết kế sản phẩm, khuôn.
Bảng 6.1: Các khuyết tật trên sản phẩm và cách khắc phục
Loại khuyết tật Nguyên nhân Cách khắc phục
Lõm bề mặt Do yếu tố co rút của nhựa gây ra Co rút thường tập trung ở các khu vực chứa vật liệu
Hạn chế tập trung quá nhiều vật liệu ở các vị trí nhất định trong quá trình sản xuất để tránh hiện tượng co rút đột ngột khi làm nguội Thiết kế sản phẩm nên đảm bảo độ dày đồng nhất, với bề dày gân chỉ nên bằng 1/2 đến 2/3 bề dày của thành chính Khi xuất hiện hiện tượng lõm bề mặt, cần thử điều chỉnh các điều kiện máy thành hình như tăng thời gian bảo áp, tăng áp suất phun, tăng tốc độ phun, hoặc thay đổi nhiệt độ phun.
Nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nóng chảy nhựa quá thấp
Vận tốc và áp suất phun chưa đạt
Bề dày thành sản phẩm quá nhỏ
Cổng phun quá nhỏ, chưa đạt
Để cải thiện quy trình sản xuất, cần thay đổi các điều kiện máy như tăng nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nóng chảy của nhựa, cũng như tăng tốc độ và áp suất phun Nếu việc điều chỉnh này không đạt hiệu quả, có thể thêm rảnh thoát khí để cải thiện khả năng thoát khí trong lòng khuôn Bên cạnh đó, việc đánh bóng bề mặt gia công sẽ giúp dòng chảy nhựa thuận lợi hơn Ngoài ra, cần tăng kích thước cổng phun, cuống phun và kênh dẫn, đồng thời tăng độ dày của thành sản phẩm.
Bavia Chế tạo khuôn không chính xác Lực kẹp khuôn quá thấp Nhiệt độ chảy, tốc độ phun hay áp suất trong khuôn quá cao.
Không đóng không kín(gắn
Cài đặt lực kẹp khuôn cao hơn, đổi máy lớn hơn Giảm áp suất phun, tốc độ phun hoặc áp suất giữ nhỏ hơn
Giảm nhiệt độ chảy, nhiệt chưa khớp, bị kênh có thể do bẩn hoặc gỉ sét) độ khuôn Kiểm tra việc chế tạo chính xác bề mặt khép khuôn
Vết cháy đen Áp suất phun quá cao
Nhiệt độ phun quá cao Không khí bị kẹt lại trong khuôn
Giảm áp suất phun, tốc độ phun
Kiểm tra hệ thống thoát khí
Phải sấy vật liệu trước khi ép
Lỗ khí Khi sản phẩm có các dòng tập trung thường dồn khí lại một chỗ gây ra bọt khí tại chỗ đó.
Trong quá trình điền đầy sản phẩm, không khí thường bị giữ lại ở những vùng cuối cùng Để cải thiện tình trạng này, cần đổi vị trí cổng phun và giảm tốc độ phun, vì phun với tốc độ cao sẽ khiến không khí không thể thoát ra Ưu tiên hàng đầu là tối ưu hóa hệ thống thoát khí Ngoài ra, cần đưa các bọt khí về vùng dễ thoát khí hoặc thêm các thanh lói vào để hỗ trợ quá trình thoát khí hiệu quả hơn.
