TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Hiện nay, sản phẩm nhựa đã trở thành một phần thiết yếu trong nhiều lĩnh vực như quốc phòng, điện tử, ô tô, giao thông vận tải, vật liệu xây dựng, và bao bì nông nghiệp Nhờ vào khả năng linh hoạt trong việc thay đổi kiểu dáng và màu sắc, nhựa được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày Ngành công nghiệp sản xuất và gia công ép nhựa tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với hầu hết các sản phẩm từ công nghiệp đến tiêu dùng đều được làm từ nhựa.
Các sản phẩm nhựa gia dụng Các sản phẩm nhựa kỹ thuật
Nhóm thực hiện đánh giá tiềm năng phát triển của ngành công nghệ ép nhựa và quyết định chọn đề tài thiết kế chế tạo bộ khuôn ép phun cho sản phẩm đế điều chỉnh chân bàn Mục tiêu là củng cố kiến thức, áp dụng lý thuyết chuyên môn vào thực tế, đồng thời tạo cơ sở cho công việc và quá trình nghiên cứu trong tương lai.
Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Sản phẩm đế điều chỉnh chân bàn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chiều cao bàn ghế một cách nhanh chóng và ổn định Với tiềm năng phát triển cao, sản phẩm này phù hợp với sự đa dạng của các loại bàn ghế nội thất Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại đế điều chỉnh chân bàn với kiểu dáng, màu sắc và kích thước khác nhau, giúp tương thích với từng loại bàn ghế hoặc thiết bị cần điều chỉnh chiều cao để đạt được sự cân bằng tối ưu.
Hình 1.2: Các loại đế điều chỉnh chiều cao chân bàn
Nhóm đã quyết định thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun cho chi tiết nút điều chỉnh chiều cao hình oval thông qua sự hướng dẫn của giáo viên.
Hình 1.3: Nút điều chỉnh chiều cao chân bàn hình oval
Sau khi đánh giá tổng quan về hình dáng sản phẩm, nhóm nhận thấy cần thay đổi thiết kế ren trong bằng đai ốc M10 để tăng độ bền và giảm độ phức tạp của bộ khuôn ép, trong khi vẫn giữ nguyên hình dáng và kích thước nguyên bản của sản phẩm.
Kiểm tra độ bền của sản phẩm khi thay đổi thiết kế theo quan điểm ứng suất cho phép
Yêu cầu kỹ thuật: Sản phẩm chịu đƣợc tải trọng 50 kg/1 chi tiết Điều kiện bền: | | [ ]
| | : Ứng suất lớn nhất sinh ra trong quá trình làm việc
N z : Lực tác dụng lên sản phẩm
F: Diện tích bề mặt chịu lực
: Ứng suất nguy hiểm n: Hệ số an toàn, chọn n = 2
Vật liệu Ứng suất kéo (kg/cm 2 )
Melamineformaldehyde 500÷900 Unsaturated 210÷700 Epoxy, epoxide 3200÷4300 High density PE 220÷390 Low density PE 80÷160
Bảng 1.1: Giá trị ứng suất kéo các loại vật liệu nhựa
Hình 1.4: Tiết diện phần vật liệu nhựa chịu lực bao quanh đai ốc M10
Kiểm tra trên phần mềm Creo Parametric, diện tích bề mặt sản phẩm chịu ảnh hưởng của lực tác dụng gần bằng 1.41 cm 2
Tải trọng cho phép tác động lên sản phẩm khi có sự thay đổi thiết kế đạt khoảng 155 kilogam, gấp ba lần so với yêu cầu kỹ thuật đã được đề ra.
Kết luận: Sản phẩm hoạt động ổn định trong giới hạn tải trọng cho phép khi thiết kế ren nhựa được thay thế bằng ren đai ốc M10.
Kết quả dự kiến đạt đƣợc
Tạo bản vẽ thiết kế cho bộ khuôn ép
Thiết kế, chế tạo đƣợc bộ khuôn ép phun hoàn chỉnh
Tiến hành ép thử khuôn tạo ra sản phẩm
Đánh giá mức độ hoàn thiện của khuôn ép và chất lƣợng của sản phẩm sau khi ép
Điều chỉnh lại thiết kế để cải thiện chất lƣợng bộ khuôn cũng nhƣ sản phẩm.
Giới hạn đề tài
Do hạn chế về thời gian và kinh phí, nhóm nghiên cứu tập trung vào việc chế tạo hệ thống chốt xiên và lõi trượt nhằm tháo gỡ undercut trên sản phẩm Lòng khuôn được gia công hoàn toàn bằng phương pháp phay, tuy nhiên, chất lượng một số bề mặt sản phẩm chưa được hoàn thiện tốt.
Phương pháp nghiên cứu
Kế thừa có chọn lọc tài liệu và các đề tài nghiên cứu ở trong nước cũng như nước ngoài có liên quan đến đề tài thực hiện
Vận dụng kiến thức thu thập đƣợc từ môn học thiết kế chế tạo khuôn mẫu và thực tập thiết kế chế tạo khuôn mẫu
Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Chí Thiên, giảng viên khoa Cơ khí chế tạo máy tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, nhóm đã thực hiện đề tài và chọn ra phương án thiết kế hợp lý nhất.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về công nghệ ép phun
Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy vào khuôn, sau đó làm nguội và đông cứng để tạo ra sản phẩm Khi nhựa đã đông cứng, khuôn sẽ được mở ra và sản phẩm được đẩy ra ngoài bằng hệ thống đẩy, mà không xảy ra bất kỳ phản ứng hóa học nào trong quá trình này.
Công nghệ ép phun hiện nay mang lại hiệu quả kinh tế cao và rút ngắn thời gian sản xuất, rất phù hợp cho sản xuất hàng loạt Sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ này, cùng với việc ứng dụng CAD/CAM/CNC-CAE trong thiết kế và quy trình sản xuất, đang giúp ngành công nghiệp nhựa khẳng định vị thế của mình trong nền công nghiệp Việt Nam.
Các yếu tố cơ bản của công nghệ ép phun là máy ép, khuôn ép và nguyên liệu hạt nhựa.
Giới thiệu chung về máy ép phun
Nguyên tắc hoạt động của máy ép phun là phun nhựa nóng chảy với áp lực lớn vào khuôn định hình, đảm bảo nhựa được lấp đầy hoàn toàn và sau đó được làm nguội để tạo ra hình dạng sản phẩm mong muốn.
Theo phương thức truyền dẫn máy có thể được chia làm nhiều loại: điện, thủy lực, cơ khí-thủy lực (kết hợp)
Theo cơ chế vận hành đƣợc chia làm tự động và bán tự động
Máy ép được phân loại theo hướng chuyển động của trục vít thành hai loại chính: máy ép ngang và máy ép đứng Bên cạnh đó, còn có máy ép nghiêng và máy ép phun với nhiều chế độ quay, mặc dù chúng ít phổ biến hơn.
Máy ép ngang là loại máy phổ biến nhất trong ngành công nghiệp chế biến nhựa, với hệ thống trục ép thủy lực và các bộ phận vòi phun được bố trí trên trục trung tâm, khuôn mở theo hướng nằm ngang Đặc điểm nổi bật của máy là kích thước ngắn gọn, dễ vận hành và bảo trì, cùng với trọng tâm thấp giúp cài đặt ổn định Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể dễ dàng lấy ra nhờ trọng lượng, hỗ trợ cho quá trình tự động hóa hoàn toàn (full auto) Hiện nay, hầu hết các máy ép phun đều sử dụng loại máy này.
Hình 2.1: Máy ép ngang YIZUMI UN200SM
Máy ép dọc (ép đứng):
Hệ thống trục thủy lực và vòi phun được thiết kế theo chiều dọc với khuôn mở theo hướng thẳng đứng, mang lại nhiều ưu điểm Bệ máy nhỏ gọn giúp việc đặt chèn dễ dàng, đồng thời thuận tiện cho việc tháo lắp khuôn Hệ thống này cũng cho phép vật liệu từ phễu vào các sản phẩm nhựa một cách đồng đều hơn Tuy nhiên, sản phẩm sau khi được lấy ra không dễ dàng và thường phải thực hiện bằng tay, điều này gây khó khăn trong việc tự động hóa quy trình.
Hình 2.2: Máy ép đứng JY-250ST
Những loại vật liệu nhựa thích hợp sử dụng cho máy ép phun
Vật liệu chính trong công nghệ ép phun là nhựa, thường được bổ sung chất độn và các phụ gia nhằm cải thiện cơ tính của sản phẩm.
Phân loại nhựa: gồm hai loại là nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn
Nhựa nhiệt dẻo được chia thành hai loại: tinh thể và phi tinh thể Trong nhựa tinh thể, các phân tử được sắp xếp đều theo một kiểu mạng, trong khi nhựa phi tinh thể có cấu trúc không đồng đều khi ở trạng thái rắn Đặc điểm nổi bật của nhựa nhiệt dẻo là khả năng chảy lỏng trở lại khi được gia nhiệt, cho phép nó được ép phun lại sau khi đã làm nguội và đông đặc Điều này giúp nhựa nhiệt dẻo có thể tái sử dụng hiệu quả trong quá trình sản xuất.
Nhựa nhiệt rắn là loại nhựa có khả năng chảy lỏng trở lại một lần sau khi được gia nhiệt, nhưng quá trình này có thể dẫn đến sự biến đổi hóa học của các phân tử, khiến chúng trở thành chất không tan trong bất kỳ dung môi nào.
Tính chất một số loại nhựa nhiệt dẻo kết tinh:
PE (Polyethylene) là một loại vật liệu có khả năng chảy lỏng tốt và có khoảng nhiệt độ khuôn rộng, đồng thời bền với nhiệt Tuy nhiên, nó có độ co rút cao, dễ bị cong vênh và biến dạng.
PP (Polypropylene) có đặc tính tương tự như PE, với khả năng chảy lỏng tốt và độ co rút lớn Tuy nhiên, khi ép phun ở áp suất thấp, nhựa PP dễ bị cong vênh và biến dạng.
Polyamide (PA hay Nylon) có tính chất khác biệt so với các loại nhựa nhiệt dẻo khác, với độ nhớt nhạy cảm với nhiệt độ Điểm nóng chảy của PA rất rõ ràng và chính xác, đồng thời nhiệt độ định hình cũng cao hơn so với các vật liệu khác Đặc biệt, PA là vật liệu nhựa có khả năng hút ẩm cao, do đó cần thời gian sấy khô đủ lâu để đạt được hiệu quả tối ưu.
Tính chất một số loại nhựa nhiệt dẻo không kết tinh:
Nhựa styrene bao gồm các loại như PS, AS, và ABS, với phạm vi ứng dụng rộng rãi và khả năng ép phun dễ dàng Trong số đó, PS (GPPS) là loại được sử dụng phổ biến nhất nhờ khả năng chảy lỏng tốt PS tổng hợp (HIPS) nổi bật với khả năng chảy lỏng tốt nhất trong các loại nhựa này.
PS cường lực có độ chảy kém hơn và chứa nhiều cao su hơn, trong khi GPPS giòn và dễ bị phá vỡ khi thoát khuôn ABS, do chứa Acrylonitrile, có khả năng thay đổi màu sắc dễ dàng Mặc dù khả năng chảy lỏng của ABS kém hơn PS, nó thường được sử dụng để ép các sản phẩm yêu cầu mạ điện.
Hình 2.5: Hạt nhựa PS và ABS
PMMA (Poly methyl methacrylate) có độ nhớt khi nóng chảy cao hơn PS, dẫn đến khả năng ép kém hơn Mặc dù một số loại PMMA có độ chảy lỏng cao hơn, nhưng chúng vẫn giữ được đặc tính chịu nhiệt và khả năng chống lại tác động bên ngoài tốt.
12 không tốt bằng PMMA thường, bởi vì rất dễ đạt đến điểm phân hủy trong điều kiện nhiệt độ cao
PPO (Polypropylene oxide) có tính chất vật lý và khả năng ép tương tự như PC Nhiệt độ trong quá trình ép phun hầu như không ảnh hưởng đến độ chảy lỏng của vật liệu Tuy nhiên, nhiệt độ khuôn cần được điều chỉnh phù hợp với hình dạng và độ dày của sản phẩm để giảm thiểu ứng suất dư.
Sấy nhựa là một bước quan trọng trong quá trình ép phun nhựa nhiệt dẻo, giúp loại bỏ độ ẩm và nước trên bề mặt vật liệu Nếu không được sấy khô, sản phẩm ép có thể gặp phải các khuyết tật như vết bạc, bọt khí, vết đục và đường hàn không hoàn hảo Đặc biệt, những vật liệu nhựa có khả năng hút ẩm cao cần phải được sấy khô hoàn toàn trước khi tiến hành ép phun, trong khi các vật liệu có độ hút ẩm thấp cũng nên trải qua quy trình sấy để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Sấy nhựa cơ bản có hai chức năng quan trọng Đầu tiên, quá trình này giúp nhựa đạt được độ ổn định cần thiết trước khi gia công, vì sự thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình lưu trữ có thể làm ảnh hưởng đến tính chảy lỏng của nhựa Thứ hai, sấy nhựa còn giúp làm nóng nguyên liệu trước khi ép, từ đó rút ngắn chu kỳ ép và cho phép điều chỉnh nhiệt độ của xylanh một cách chính xác hơn.
Phương pháp sấy nhựa phổ biến bao gồm việc sử dụng tủ khí nóng hoặc máy sấy hình phễu Nhiệt độ sấy cần được điều chỉnh phù hợp với từng loại vật liệu, nhưng nên đạt mức cao nhất có thể Thời gian sấy cũng phải đủ lâu để đảm bảo đạt được độ ẩm cho phép.
Vật liệu Độ ẩm (%) Nhiệt độ sấy ( o C) Thời gian sấy
Bảng 2.1: Điều kiện sấy của các loại nhựa
Khuôn ép phun
2.4.1 Quy trình thiết kế khuôn
Ngoài khuôn âm và khuôn dương, bộ khuôn còn bao gồm nhiều bộ phận khác Những bộ phận này được lắp ghép với nhau để tạo thành các hệ thống cơ bản của bộ khuôn.
Hệ thống dẫn hướng và định vị bao gồm các chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị và chốt hồi, có vai trò quan trọng trong việc giữ cho hai phần khuôn được ghép chính xác, đảm bảo lòng khuôn được hình thành đúng vị trí.
Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn bao gồm bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa và miệng phun, có nhiệm vụ cung cấp nhựa từ đầu phun của máy ép vào trong lòng khuôn.
Hệ thống đẩy sản phẩm bao gồm các thành phần như chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ và khối đỡ Chức năng chính của hệ thống này là đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi quá trình ép hoàn tất.
Hệ thống lõi mặt bên bao gồm các thành phần như lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên và xy lanh thủy lực, có chức năng tháo gỡ các phần không thể tháo (undercut) theo hướng mở của khuôn một cách hiệu quả.
Hệ thống thoát khí bao gồm các rãnh thoát khí, có chức năng đưa không khí tồn đọng trong lòng khuôn ra ngoài Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho nhựa điền đầy lòng khuôn một cách dễ dàng, đồng thời giúp sản phẩm tránh được tình trạng bọt khí và hiện tượng cháy.
Hệ thống làm nguội bao gồm các đường nước, rãnh, ống dẫn nhiệt và đầu nối, có chức năng ổn định nhiệt độ khuôn và làm nguội sản phẩm nhanh chóng.
Hình 2.6: Kết cấu chung của một bộ khuôn
5: Tấm khuôn âm 6: Tấm kẹp trước 7: Bạc cuống phun 8: Vòng định vị 9: Sản phẩm
10: Bộ định vị 11: Tấm đỡ 12: Gối đỡ 13: Tấm giữ
14: Tấm đẩy 15: Chốt đỡ 16: Bạc dẫn hướng 17: Chốt hồi
Hình 2.7: Sơ đồ quy trình thiết kế khuôn 2.4.2 Thiết kế sản phẩm
Khi thiết kế sản phẩm cho khuôn ép phun cần chú ý các yếu tố sau:
Góc thoát khuôn là yếu tố quan trọng trong thiết kế sản phẩm ép phun, cần được tính toán theo hướng mở khuôn Việc này không chỉ giúp quá trình lấy sản phẩm ra dễ dàng mà còn bảo vệ bề mặt sản phẩm khỏi hư hại.
Khi thiết kế sản phẩm, cần tránh sự thay đổi bề dày quá lớn và đột ngột Việc áp dụng các cạnh vát và góc bo ở những vùng chuyển tiếp sẽ giúp giảm tập trung ứng suất, tạo dòng chảy êm và hạn chế khuyết tật trên sản phẩm.
Nhu cầu thực tế Thiết kế sản phẩm Tính số lòng khuôn
Bố trí các lòng khuôn
Thiết kế hệ thống kênh dẫn
Mô phỏng, phân tích CAE
Thiết kế hệ thống làm nguội
Thiết kế hệ thống lấy sản phẩm
Thiết kế hệ thống thoát khí
Thiết kế hệ thống dẫn hướng và định vị
Tính toán sức bền khuôn
Chọn vật liệu làm khuôn
Gân tăng cứng là một giải pháp hiệu quả để nâng cao độ bền cho sản phẩm Việc thiết kế gân thay vì sử dụng cấu trúc nguyên khối không chỉ giúp tiết kiệm vật liệu mà còn đảm bảo sản phẩm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật.
Ren trên sản phẩm nhựa thường không tuân theo tiêu chuẩn mà phụ thuộc vào đặc tính làm việc của sản phẩm Để đảm bảo hiệu quả, nên hạn chế thiết kế ren có bước nhỏ hơn 1 mm.
Undercut là những chi tiết và kết cấu trên sản phẩm có hướng tháo khuôn khác với hướng tháo khuôn chính của sản phẩm Để đảm bảo quy trình sản xuất hiệu quả, nên hạn chế thiết kế các sản phẩm có undercut hoặc điều chỉnh thiết kế nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo sản phẩm.
Thông thường, có thể tính số lòng khuôn cần thiết trên khuôn theo các cách sau:
Tính theo số lƣợng lô sản phẩm
Tính theo năng xuất phun của máy
Tính theo năng xuất làm dẻo của máy
Tính theo lực kẹp khuôn của máy
Tính theo kích thước bàn kẹp của máy ép
2.4.4 Quy trình thiết kế hệ thống kênh dẫn
Hệ thống kênh dẫn nhựa có vai trò quan trọng trong việc phân phối nhựa chảy từ vòi phun đến các lòng khuôn, ảnh hưởng đến quá trình điền đầy khuôn và chất lượng sản phẩm Đối với khuôn đơn, chỉ cần sử dụng cuống phun để cung cấp nhựa từ máy ép phun Trong khi đó, với khuôn nhiều lòng, nhựa sẽ được dẫn qua cuống phun và hệ thống kênh dẫn, sau đó được bơm vào từng lòng khuôn qua các cổng vào nhựa.
Hình 2.8: Các thành phần cơ bản của một hệ thống kênh dẫn
Cuống phun là bộ phận kết nối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, có chức năng chuyển dòng nhựa từ vòi phun đến kênh dẫn hoặc trực tiếp vào lòng khuôn Trong thiết kế sản phẩm hiện tại, cuống phun đảm nhiệm việc dẫn dòng nhựa trực tiếp vào lòng khuôn vì sản phẩm đã được trang bị kênh dẫn.
Kênh dẫn nhựa là phần nối giữa cuống phun và miệng phun, có chức năng chuyển nhựa vào lòng khuôn Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, việc thiết kế kênh dẫn nhựa cần tuân thủ một số nguyên tắc kỹ thuật quan trọng Dưới đây là những nguyên tắc cần lưu ý khi thiết kế kênh dẫn nhựa.
Giảm đến mức tối thiểu sự thay đổi tiết diện kênh dẫn
Nhựa trong kênh dẫn phải thoát khuôn dễ dàng
QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
Thiết kế sản phẩm
Hình 3.1: Nút điều chỉnh chiều cao chân bàn hình oval
Độ cứng và độ dẻo phù hợp, chịu đƣợc tải trọng ≤ 50Kg/1 chi tiết
Lắp ghép với chân bàn oval
3.1.2 Thiết kế sản phẩm bằng phần mềm PTC Creo Parametric 3.0 M50
Bước 1: Vẽ sơ lược hình dáng sản phẩm
Vẽ khối Extrude bề dày 3.05mm với Sketch nhƣ hình vẽ:
Hình 3.2: Lệnh extrude đế sản phẩm
Bước 2: Thực hiện lệnh sweep 360 o với S etch như hình vẽ
Hình 3.3: Lệnh sweep thành sản phẩm Bước 3: Vẽ khối Extrude bề dày 13.3mm với S etch như hình vẽ
Hình 3.4: Lệnh extrude lõi sản phẩm Bước 4: Tạo góc nghiêng 1.5 0 cho sản phẩm bằng lệnh Draft
Hình 3.5: Lệnh draft lõi sản phẩm
Bước 5: Tạo gân cho sản phẩm bằng lệnh Trajectory rip
Hình 3.6: Lệnh Trajectory rip tạo gân cho sản phẩm Bước 6: Tạo hình cho chi tiết bắng lệnh revolve
Hình 3.7: Lệnh revolve tạo hóc cho sản phẩm Bước 7: Tạo lỗ cho sản phẩm bằng lệnh extrude
Hình 3.8: Lệnh extrude tạo lỗ cho sản phẩm
Bước 8: Tiến hành bo cung R0.5 các cạnh bằng lệnh Round
Hình 3.9: Lệnh round tạo cung lƣợn cho sản phẩm 3.1.3 Vật liệu, khối lƣợng và thể tích sản phẩm
Vật liệu nhựa dùng cho sản phẩm là nhựa PE (Polyetylene)
Polyethylene là một hợp chất hữu cơ được hình thành từ nhiều nhóm etylen CH2-CH2 liên kết với nhau qua các liên kết hydro no Nó được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp các monome etylen (C2H4) Nhựa PE có nhiều đặc tính nổi bật, bao gồm tính linh hoạt, độ bền và khả năng chống hóa chất, làm cho nó trở thành một vật liệu phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp và tiêu dùng.
Nhẹ hơn nước, mềm, chịu nhiệt kém, kháng hóa chất, chống nước, cách điện
PE có tính ngăn cản nước và độ ẩm rất tốt, tính này càng tốt khi mật độ của
PE cũng có tính hàn nhiệt rất tốt và vẫn giữ đƣợc tính mềm dẻo ở mật độ rất thấp nó có thể đƣợc sử dụng ở điều kiện đông lạnh –50 o C
PE chỉ trong suốt khi nó đƣợc làm lạnh nhanh sau khi đun, tính trong suốt này do cấu trúc dạng tinh thể
Có tính chảy lỏng tốt, khoảng nhiệt độ khuôn rộng, bền nhiệt Độ co rút cao, dễ bị cong vênh và biến dạng
Nhiệt độ khuôn ( O C) Áp suất phun (Kg/cm2)
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của nhựa PE khi ép phun Nhựa PE được phân loại thành các nhóm chính sau:
LDPE: PE mật độ thấp, tỉ trọng = 0.91- 0.925 g/cm 3 , hệ số co rút = 1.5-5 %
MDPE: PE mật độ trung bình, tỉ trọng = 0.926 - 0.940 g/cm 3
HDPE: PE mật độ cao, tỉ trọng = 0.941- 0.965 g/cm 3 , hệ số co rút = 1.5-3 %
Kiểm tra khối lƣợng trên creo parametric 3.0: Chọn thanh Analysis/Mass Properties xuất hiện hộp thoại MassProperties
Hình 3.10: Kiểm tra khối lƣợng sản phẩm
Hình 3.11: Thông số khối lƣợng và thể tích sản phẩm
Khối lƣợng sản phẩm kiểm tra đƣợc là 13 gram Khối lƣợng sản phẩm thiết kế chấp nhận
STT Vật liệu Chiều dày min (mm) Chiều dày max (mm)
Bảng 3.2: Chiều dày thành sản phẩm nhựa dẻo
Sản phẩm có bề dày nhỏ nhất là 1.2mm, lớn nhất 3.05mm trong giới hạn cho phép của nhựa PE Ý nghĩa của việc kiểm tra bề dày:
Rút ngắn thời gian chu kỳ ép phun và chế tạo khuôn
Giảm giá thành sản phẩm và khuôn
Tiết kiệm vật liệu mà vẫn mang lại hiệu quả sử dụng cho sản phẩm
Tránh được các khuyết tật như: cong vênh, rỗ khí, vết lõm, đường hàn, …
Góc thoát khuôn là yếu tố quan trọng trong thiết kế khuôn, đặc biệt là ở những khuôn có lõi ngắn hoặc lòng khuôn nông dưới 5mm, cần đảm bảo góc côn ít nhất khoảng 2 độ mỗi bên Khi chiều sâu lòng khuôn và lõi tăng từ 1 đến 2 inch, góc côn cũng nên tăng lên tương ứng 2 độ mỗi bên Cần lưu ý rằng góc côn càng nhỏ thì yêu cầu lực càng lớn, điều này có thể dẫn đến hỏng hóc sản phẩm nếu sản phẩm chưa đông cứng hoàn toàn.
Do chi tiết không quá lớn nên chọn thiết kế góc thoát khuôn cho tất cả các mặt là 1.5 o
Hình 3.12: Đồ thị chọn góc vác theo chiều cao sản phẩm
34 Ý nghĩa của việc kiểm tra góc thoát khuôn: để dễ dàng tháo sản phẩm khỏi lòng khuôn
Kết luận: Cả mặt trong lẫn mặt ngoài của sản phẩm cần đảm bảo độ côn nhất định theo hướng mở khuôn Yêu cầu này cũng áp dụng cho các chi tiết như gân gia cường lồi và rãnh.
Hệ số co rút của nhựa là phần trăm chênh lệch kích thước giữa sản phẩm sau khi được lấy ra khỏi khuôn và kích thước của khuôn Đây là chỉ số quan trọng trong thiết kế khuôn để đảm bảo sản phẩm đạt độ chính xác cao Ngay cả với các sản phẩm thông thường có sự lắp ghép, việc tính toán hệ số co rút cũng cần thiết để tránh sản phẩm không đạt yêu cầu.
Hệ số co rút đóng vai trò quan trọng trong chất lượng sản phẩm, gây ra các khuyết tật như cong vênh và vết lõm bề mặt Do đó, người thiết kế khuôn cần chú ý đến hệ số co rút của từng loại nhựa và các vị trí khác nhau trong khuôn, bao gồm vùng tập trung vật liệu và vùng có độ dày khác nhau Việc hiểu rõ ý nghĩa của hệ số co rút phôi là rất cần thiết để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng.
Giúp người thiết kế tính toán thiết kế chính xác khuôn ép phun
Sản phẩm nhựa ép ra có kích thước chính xác cao
STT Vật liệu Tỷ trọng Hệ số co rút
Bảng 3.3: Hệ số co rút của một số loại nhựa thông dụng
Với vật liệu là nhựa PE, nhập hệ số co rút là 1%
Tách khuôn cho sản phẩm trên phần mềm Creo Parametric 3.0
Creo Parametric là phần mềm CAD/CAM hàng đầu của công ty Parametric Technology Corporation (PTC), nổi bật trong lĩnh vực thiết kế và gia công khuôn mẫu.
Phần mềm Creo có tính năng Mold Cavity trong lĩnh vực Manufacturing, giúp thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa Để truy cập vào module này, người dùng chỉ cần thực hiện các bước: File > New > Manufacturing > Mold Cavity > Ok.
Hình 3.13: Thẻ chọn modul tách khuôn trong Creo Parametric 3.0
3.2.1 Tách khuôn cho sản phẩn điều chỉnh chân bàn
Hình 3.14: Bố trí chi tiết trong lòng khuôn Bước 2: Tạo phôi Tạo phôi tự động, chọn Workpiece > Automatic Workpiece
Hình 3.15: Tạo phôi tự động trong Creo Parametric Bước 3: Nhập hệ số co rút
Hình 3.16: Hộp thoại nhập hệ số co rút
Bước 4: Tạo mặt phân khuôn(4 mặt phân khuôn)
Hình 3.17: Mặt phân khuôn cho hai tấm khuôn trên và khuôn dưới
Hình 3.18: Mặt phân khuôn cho các lõi trƣợt Bước 5: Tiến hành tách khuôn
Chọn Volume Split Trong menu chọn Two Volume/All Workpiece
Hình 3.19: Chọn chế độ tách phôi thành hai tấm khuôn
Chọn các mặt phân khuôn như hình bên dưới:
Hình 3.20: Chọn các mặt phân khuôn
Chọn OK > chọn Shade để xem hình dáng từng tấm khuôn và đặt tên cho tấm khuôn OK
Hình 3.21: Hình dạng phần khuôn dưới sau khi tách khuôn
Làm tương tự với tấm khuôn còn lại
Hình 3.22: Hình dạng phần khuôn trên sau khi tách khuôn
Tiếp tục vào Mold Volume, chọn One volume để tạo tấm khuôn trên:
Hình 3.23: Chọn chế độ tách khuôn từ phần khuôn trước đó
Chọn tấm khuôn MOLD_VOLUME để tách tấm khuôn trên Close:
Hình 3.24: Chọn phần khuôn cần tách
Chọn mặt phân khuôn cho tấm khuôn trên OK:
Hình 3.25: Chọn mặt phân khuôn cho quá trình tách tấm khuôn trên
Chọn vùng giữ lại cho tấm khuôn trên:
Hình 3.26: Chọn vùng giữ cho tấm khuôn trên
Chọn Shade để xem hình dáng và đặt tên cho tấm khuôn trên:
Hình 3.27: Xem hình dạng tấm khuôn trên sau khi tách
Tương tự, chọn One volume để tạo slide 1:
Bước 7: Vào Mold Component Cavity Insert chọn tất cả và OK
Hình 3.29: Bảng chuyển đổi các phôi vừa tách thành các thành phần trong khuôn Bước 8: Dùng Open Mold Component để mở huôn ta được như hình bên dưới
Chọn Mold Opening Define Step Define Move Chọn tấm khuôn OK Chọn cạnh tham chiếu Nhập giá trị Done
Hình 3.30: Tạo hướng mở khuôn
Làm tương tự như Bước 8 đối với tấm Core và các Insert
Hình 3.31: Các tấm khuôn và insert có trong khuôn
3.2.2 Ứng dụng Moldflow 2016 tìm vị trí cổng vào nhựa thích hợp
Sản phẩm đơn giản nên chỉ cần dùng 1 cổng phun
Chọn loại cổng phun kiểu cạnh
Từ những yêu cầu ở trên nên ta thực hiện quá trình phân tích trên phần mềm moldflow 2016 kiểu phân tích Gate Location để tìm vị trí cổng phun
Hình 3.32: Kết quả phân tích Gate Location trên phần mềm Moldflow 2016
Phân tích vị trí Gate Location chỉ ra rằng vị trí tối ưu để đặt miệng phun là khu vực trung tâm của sản phẩm, được đánh dấu bằng màu xanh dương và có chỉ số Gating suitability đạt giá trị 1.
Để tối ưu hóa thiết kế kênh dẫn và các chi tiết trong khuôn, vị trí miệng phun nên được đặt theo hình ảnh minh họa bên dưới Tại vị trí này, giá trị Gating suitability đạt 0.6568/1, cho thấy sự phù hợp cao cho việc đặt miệng phun.
Tính số lòng khuôn
3.3.1 Tính theo số lƣợng lô sản phẩm
K = 1/(1-k) Trong đó: n: Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn
L: Số sản phẩm trong một lô sản phẩm L = 1000 sản phẩm
K: Hệ số do phế phẩm (%) K = 20/19 k: Tỷ lệ phế phẩm (tùy từng công ty) (%) k = 5% tc: Thời gian chu kỳ ép phun của một sản phẩm (s) t c = 10s tm : Thời gian yêu cầu phải hoàn thành 1 lô sản phẩm (ngày) t m = 100 ngày
Vậy số lòng khuôn tối thiểu tính theo số lƣợng lô sản phẩm là 105 lòng khuôn
3.3.2 Tính theo năng suất phun của máy
Trong đó: n: Số lòng khuôn tối đa trên khuôn
S: Năng xuất phun của máy (g/1lần phun) S = 267 g
6 Plasticizing Capacity (PS) 74 (kg/1 hour)
Bảng 3.4: Thông số máy ép Shini 120B
W: Trọng lƣợng của sản phẩm (g) W = 13 g
Vậy số lòng khuôn tối đa tính theo năng suất phun của máy là 16 lòng khuôn
3.3.3 Tính theo năng suất làm dẻo của máy
Trong đó: n: Số lòng khuôn tối đa trên khuôn
P: Năng xuất làm dẻo của máy (g/phút) P = 74 (kg/hour) = 1233 (g/phút)
X: Tần số phun (ƣớc lƣợng) trong mỗi phút (1/phút) X = 4
W: Trọng lƣợng của sản phẩm (g) W = 13 g
Vậy số lòng khuôn tối đa tính theo năng suất làm dẻo của máy là 23 lòng khuôn
3.3.4 Tính theo lực kẹp khuôn của máy
Trong đó: n: Số lòng khuôn tối đa trên khuôn
Fp: Lực kẹp khuôn tối đa của máy (N) Fp = 1200000 N
S: Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm theo hướng đóng khuôn (mm 2 )
P: Áp xuất trong khuôn (Mpa) P = 70 (MPa)
Vậy số lòng khuôn tối đa tính theo lực kẹp khuôn của máy là 8 lòng khuôn
3.3.5 Tính theo kích thước bàn kẹp của máy ép
Dựa trên kết quả tính toán số lòng khuôn theo các công thức đã nêu và thông số kích thước bàn kẹp của máy ép, chúng tôi đã thiết kế bộ khuôn gồm 4 lòng khuôn Thiết kế này giúp thuận tiện trong việc bố trí lòng khuôn cũng như các hệ thống khác trong khuôn.
2 Space Between Tie Bars 395x395 (mm)
4 Mold Height (min÷max) 180÷440 (mm)
Bảng 3.5: Thông số kích thước khuôn cho máy ép Shini 120B
Thiết kế kênh dẫn
Hình 3.35: Kích thước cuống phun cho thiết kế
Trong thực tế kích thước cuống phun phụ thuộc vào bạc cuống phun
Thiết kế bạc cuống phun theo tiêu chuẩn FUTABA, đƣợc các thông số cuống phun: ds = 3.5 (mm), L = 51 (mm), góc côn 2 o
Hình 3.36: Một số loại tiết diện kênh dẫn Tiết diện tròn
Hình 3.37: Kênh dẫn tiết diện tròn Ưu điểm:
Diện tích bề mặt cắt nhỏ nhất
Ít mất nhiệt, ít ma sát
Có lõi nguội chậm giúp duy trì nhiệt và áp xuất
Khó vì phải gia công trên hai nửa khuôn
Tiết diện hình thang hiệu chỉnh
Hình 3.38: Kênh dẫn tiết diện hình thang hiệu chỉnh Ưu điểm:
Chỉ xếp sau kênh dẫn tiết diện tròn về tính năng
Gia công trên một nửa khuôn
Tốn nhiều vật liệu hơn
Mất nhiệt nhanh hơn kênh tròn do diện tích bề mặt lớn hơn
Tiết diện hình chữ nhật và nửa hình tròn
Hình 3.39: Kênh dẫn hình chữ nhật và nữa hình tròn Ƣu điểm:
Do tiết diện nguội không đều nên làm tăng ma sát, áp xuất không đều
Khó thoát khuôn, ma sát lớn
Chọn kênh dẫn có tiết diện hình thang hiệu chỉnh mang lại hiệu quả cao, chỉ đứng sau tiết diện hình tròn và yêu cầu gia công trên một nửa khuôn Để giảm thiểu ảnh hưởng của mất nhiệt, có thể tăng nhiệt độ một cách vừa phải.
Tính kích thước kênh dẫn:
T max : chiều dày lớn nhất của sản phẩm (mm)
L: chiều dài kênh dẫn (mm)
W: khối lƣợng sản phẩm (kg)
Chọn D = 4.6 (mm), W = 6 (mm) Đường kính rãnh dẫn (mm) Chiều dài tối đa (mm) Độ dày tối đa (mm)
Bảng 3.6: Đường kính của rãnh dẫn theo độ dài của rãnh và bề dày sản phẩm
Thiết kế kênh dẫn có 4 miệng phun:
Hình 3.40: Hình dạng kênh dẫn
Mối quan hệ giữa đường kính kênh dẫn chính và kênh dẫn nhánh như sau:
D c : đường kính kênh dẫn chính (mm)
D n : đường kính kênh dẫn nhánh (mm)
=> D n = 2.89 (mm) chọn thiết kế D n = 2.2 (mm), W n = 4 (mm)
3.4.3 Cổng vào nhựa (Miệng phun)
Các kiểu miệng phun thông dụng:
Thường dùng cho các khuôn có một lòng khuôn, nơi mà vật liệu được điền vào khuôn một cách trực tiếp mà không qua hệ thống kênh dẫn
Kiểu này thông dụng với cấu trúc khuôn ba tấm hoặc những lòng khuôn lớn cần nhiều miệng phun, hoặc cho loại khuôn có nhiều lòng khuôn
Miệng phun kiểu cạnh là một giải pháp phổ biến cho các sản phẩm có thành mỏng hoặc trung bình, nhờ vào kết cấu đơn giản và không yêu cầu độ chính xác cao Kiểu miệng này được lắp đặt trên mặt phân khuôn và cho phép điền đầy lòng khuôn từ các hướng bên hông, trên hoặc dưới.
Tương tự như miệng phun kiểu cạnh, chỉ khác là miệng phun nằm lấp trên bề mặt sản phẩm
Sản phẩm mỏng và phẳng thường được thiết kế để giảm ứng suất cắt trong khuôn Lực cắt cao, tập trung quanh miệng phun, được hạn chế nhờ vào then, và then này sẽ được cắt bỏ sau khi mở khuôn.
Miệng phun kiểu đường ngầm
Loại miệng phun này rất thông dụng, với ưu điểm tự động cắt khi sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn Đặc biệt, kiểu miệng này có thể được đặt trên các đường hoa văn hoặc đường gân, giúp ẩn đi dấu vết của miệng phun một cách hiệu quả.
Loại này có kích thước mỏng nhất so với các loại khác, tuy không phổ biến, nhưng rất hữu ích cho các chi tiết có cạnh thẳng và có thể khắc phục hiện tượng tạo đuôi.
Miệng phun kiểu quạt là loại miệng phun cạnh với bề rộng biến đổi, tạo ra dòng chảy êm ái và giúp điền đầy lòng khuôn nhanh chóng, rất thích hợp cho các sản phẩm lớn và dày Tuy nhiên, việc cắt miệng phun kiểu này có chi phí cao.
Thường được sử dụng cho các chi tiết dạng trụ rỗng với yêu cầu cao về độ đồng tấm, phương pháp này không có đường hàn miệng phun Thực chất, kiểu này là miệng phun màng bao quanh thành sản phẩm.
Miệng phun kiểu vòng lý tưởng cho các sản phẩm có hình dạng trụ dài và tiết diện mỏng, giúp giảm thiểu vết hàn, ngăn chặn không khí bị kẹt trong quá trình điền đầy và giảm ứng suất tập trung quanh miệng phun.
Miệng phun kiểu nan hoa
Còn được biết đến với tên gọi "nhiều miệng phun", loại sản phẩm này thường được áp dụng cho các sản phẩm hình ống, giúp dễ dàng cắt bỏ và tiết kiệm vật liệu Tuy nhiên, nhược điểm của nó là sản phẩm có thể gặp phải vấn đề về đường hàn và không đảm bảo hình dạng tròn hoàn toàn.
Chọn kiểu miệng phun cạnh cho cổng vào nhựa giúp sản phẩm có bề mặt không yêu cầu cao về tính thẩm mỹ Thiết kế này cho phép nhựa điền đầy vào lòng khuôn từ bên hông, đảm bảo tính phù hợp và hiệu quả trong sản xuất.
Mô phỏng, phân tích dòng chảy của nhựa trong lòng khuôn
3.5.1 Khai báo dữ liệu đầu vào
Bước 1: Chèn sản phẩm vào môi trường phân tích Chọn Import > Chọn thư mục chứa file part của sản phẩm Trong thẻ Import chọn Dual Domain > OK
Hình 3.42: Thẻ chọn sản phẩm vào môi trường phân tích
Hình 3.43: Sản phẩm cùng kênh dẫn nhựa trong môi trường phân tích
Bước 2: Mô hình lưới hóa sản phẩm, chọn kiểu chia lưới Dual Domain Chọn Mesh
> Generate Mesh Nhập chiều dài cạnh trong lưới ở Global edge length on surface
Bước 3: Kiểm tra kết quả chia lưới và chỉnh sửa lưới cho phù hợp Chọn Mesh Statistics kiểm tra lỗi
Hình 3.45: Thẻ chọn Mesh Statistics Bước 4: Chuyển đổi kiểu lưới thành 3D từ mô hình lưới Dual Domain đ chỉnh sữa
Hình 3.46: Thẻ chuyển đổi kiểu chia lưới Bước 5: Chọn kiểu phân tích Chọn Thẻ Analysis Sequence > chọn kiểu phân tích Fill + Park + Warp
Trong bước 6, người dùng cần nhập các thông số liên quan đến vật liệu, khuôn ép và máy ép Để thực hiện điều này, hãy chọn thẻ "Process Settings" và nhập các thông số nhiệt độ cho nhựa cũng như nhiệt độ của khuôn.
Hình 3.49: Thẻ cài đặt thông số ép
Nhiệt độ lòng khuôn khi ép: 60
Bước 7: Chọn điểm vào nhựa Chọn thẻ Injection Locations > chọn vị trí vào nhựa (vị trí trên cuống phun)
Hình 3.51: Vị trí điểm vào nhựa Bước 8: Bắt đ u chạy phân tích Chọn Thẻ Start Analysis
Hình 3.52: Thẻ chọn bắt đầu phân tích 3.5.2 Kết quả phân tích
Kết quả phân tích cho thấy nhựa sẽ đƣợc điền đầy vào lòng khuôn trong khoảng 3 giây
Hình 3.53: Kết quả phân tích thời gian nhựa điền đầy lòng khuôn
Kết quả phân tích cho thấy nhiệt độ tối đa của sản phẩm khi nhựa được đổ đầy vào khuôn đạt khoảng 224 o C, với sự phân bố nhiệt độ đồng đều trên cả 4 sản phẩm Giá trị nhiệt độ được đề xuất từ phần mềm nằm trong khoảng nhiệt độ làm việc của vật liệu, vì vậy giá trị này được chấp nhận.
Hình 3.54: Nhiệt độ trên sản phẩm khi nhựa đƣợc điền đầy vào lòng khuôn
Áp suất khuôn khi nhựa được điền đầy dao động từ 9 Mpa trong lòng khuôn đến 17 Mpa tại cổng vào nhựa, thấp hơn nhiều so với khả năng của máy ép Do đó, để đảm bảo nhựa được điền đầy vào lòng khuôn, chỉ cần cài đặt thông số áp suất phun của máy ép ở mức 17 Mpa cộng thêm 5%.
Hình 3.55: Áp suất trong lòng khuôn khi nhựa đƣợc điền đầy
Co rút thể tích trên sản phẩm
Co rút thể tích trên sản phẩm đạt tối đa 10.51% ở bề mặt sản phẩm, đối diện với gân tăng cứng và thành cao Để hạn chế hiện tượng co rút, có thể tăng áp suất phun và thời gian giữ áp, đồng thời kết hợp với quá trình giải nhiệt.
Hình 3.56: Kết quả co rút thể tích khi kết thúc quá trình giữ áp
Khuyết tật rỗ khí xuất hiện khi không khí trong khuôn không thoát ra kịp thời Phân tích cho thấy mật độ rỗ khí trên sản phẩm không cao, vì trong quá trình ép khuôn, lượng khí này sẽ được giải phóng qua hệ thống đẩy và các bề mặt tiếp xúc của chốt xiên cùng lõi trượt.
Hình 3.57: Rỗ khí trên sản phẩm
Khuyết tật đường hàn thường xuất hiện tại các điểm giao nhau của dòng chảy nhựa Phân tích cho thấy mật độ đường hàn trên sản phẩm không cao, và vì sản phẩm không yêu cầu tính thẩm mỹ cao, nên việc chú trọng đến khuyết tật này không cần thiết.
Hình 3.58: Đường hàn trên sản phẩm
Kết quả phân tích đƣa ra giá trị cong vênh lớn nhất trên sản phẩm là xấp xỉ 2 mm
Có thể hạn chế độ công vênh bằng cách tăng áp suất giữ và thời gia bão áp kết hợp với giảm nhiệt độ làm việc của nhựa
Hình 3.59: Độ cong vênh trên sản phẩm
Biểu đồ áp suất ở đầu vòi phun
Trong quá trình phun ép, giá trị áp suất phun không cố định mà thay đổi theo từng giai đoạn Ban đầu, áp suất tăng dần và đạt cực đại vào giây thứ 3 khi kết thúc quá trình phun nhựa (Filling) Sau đó, trong giai đoạn bão áp (Parking) từ giây thứ 3 đến giây thứ 7, áp suất sẽ được giữ nguyên hoặc chỉ giảm không đáng kể Từ giây thứ 7 trở đi, trong quá trình nguội và co rút (Cooling and Warp), áp suất sẽ giảm dần đến giá trị thấp nhất.
Hình 3.60: Biểu đồ áp suất tại đầu vòi phun
Lực kẹp khuôn là yếu tố quan trọng giữ cho hai nửa khuôn được đóng kín trong quá trình phun nhựa nóng chảy Lực này sẽ thay đổi theo áp suất phun nhằm đảm bảo rằng hai nửa khuôn được ép chặt với nhau, góp phần vào chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Hình 3.61: Biểu đồ lực kẹp khuôn
Thiết kế các hệ thống trong khuôn
=> Chọn giải nhiệt bằng nước
Hệ thống kênh làm mát trên tấm khuôn âm:
Đường kính kênh làm mát d = 6(mm)
Khoảng cách giữa các kênh làm mát b = 44 (mm)
Khoảng cách từ kênh làm mát tới bề mặt cần giải nhiệt a = 14 (mm)
Hình 3.62: Hệ thống kênh làm mát trên tấm khuôn âm
Hệ thống kênh làm mát trên tấm khuôn dương:
Đường kính kênh làm mát d = 6 (mm)
Khoảng cách giữa các kênh làm mát b = 35 (mm)
Khoảng cách từ kênh làm mát tới bề mặt cần giải nhiệt a = 12 (mm)
Hình 3.63: Hệ thống kênh làm nguội trên tấm khuôn dương
Bề dày trung bình của sản phẩm W = 2 (mm), thiết kế kênh làm mát với d = 6 (mm)
Thời gian làm nguội tối thiểu với độ dày thành sản phẩm từ 1÷4 (mm), nhiệt độ thành khuôn dưới 60ºC có thể sử dụng công thức:
S max : Thành dày nhất của sản phẩm
Các loại rãnh thoát khí:
Thoát khí qua rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn
Thoát khí qua hệ thống đẩy trên khuôn
Thoát khí qua hệ thống hút chân không
Thoát khí qua hệ thống làm mát, insert, slide,…
Không khí trong lòng khuôn sẽ thoát ra ngoài thông qua hệ thống đẩy và các mặt của lõi trƣợt Khe hở cho phép trong khoảng 0.0127÷0.03048(mm)
Loại nhựa Khe hở cho phép d (mm)
Bảng 3.7: Khe hở thoát khí của các loại vật liệu 3.6.3 Hệ thống lấy sản phẩm
Thiết kế hệ thống đẩy bằng chốt đẩy để lấy sản phẩm trong khuôn ra ngoài sau khi ép
Hình 3.64: Cấu tạo chung của hệ thống đẩy bằng chốt đẩy Chốt đẩy:
Hình 3.65: Kích thước chốt đẩy theo chuẩn FUTABA
Chọn kích thước chốt đẩy: L0 (mm), d=5 (mm), D=8 (mm), H= 5 (mm)
Hình 3.66: Bố trí chốt đẩy trong lòng khuôn
Hành trình đẩy = 13 (chiều sâu gân tăng cứng) + (5÷10) = 18÷23 (mm)
Chọn khoảng đẩy bằng 20 (mm)
Hình 3.67: Các dạng chốt giật đuôi keo
Hình 3.68: Hình dạng chốt giật đuôi keo trong thiết kế
Kích thước chốt giật đuôi keo d = 8 (mm), D = 15 (mm), H = 5 (mm), L 103(mm)
Mặt chóp của chốt hồi cần phải ngang hàng với đường phân khuôn, trong khi tấm khuôn cố định điều khiển chốt hồi trong quá trình đóng khuôn Khi thực hiện quá trình đóng khuôn, nửa khuôn còn lại sẽ tác động lên chốt hồi nhờ lực đóng khuôn, đưa hệ thống đẩy trở về vị trí ban đầu.
Hình 3.69: Kích thước chốt hồi theo chuẩn FUTABA
Chọn chốt hồi có kích thước: L = 108 (mm), H=8 (mm), D (mm), d (mm)
Bảng 3.70: Các kích thước gối đỡ phụ theo chuẩn FUTABA
Chọn thiết kế gối đỡ phụ với kích thước d = 20 (mm), F = 16 (mm), L = 80 (mm), M8
Hình 3.71: Gối đỡ phụ trong thiết kế 3.6.4 Hệ thống tháo undercut
S: Độ sâu undercut trên sản phẩm S = 2.3 (mm)
Hình 3.72: Độ sâu undercut trên sản phẩm
Khe hở giữa lỗ và chốt xiên thường bằng 0.5 (mm) β: góc nghiêng của chốt xiên Chọn thiết kế chốt xiên với góc nghiêng là 20 o
Hình 3.73: Góc nghiêng của lỗ chốt xiên trên lõi trƣợt Thiết kế chốt xiên:
Các tính toán liên quan đến thông số chốt xiên chủ yếu dựa trên mối quan hệ giữa góc nghiêng và hành trình rút lõi, chiều dài chốt xiên cũng như hành trình mở khuôn Ngoài ra, các thông số khác như lực rút và đường kính của chốt xiên cũng được xác định.
67 đinh dựa trên cơ sở kinh nghiệm Thường sử dụng thép C45, nhiệt luyện để đạt độ cứng từ 40÷45HRC Đường kính của chốt xiên d = 12 (mm)
Kéo lõi ra khỏi khuôn đến vị trí không còn bị ảnh hưởng bởi lực đẩy, khoảng cách này được gọi là khoảng cách trượt Khoảng cách trượt thường được tính bằng chiều sâu của lỗ cộng với khoảng cách an toàn, thường là từ 2 đến 3 mm.
Công thức: S = H*tan α + (2 ÷3) = 50*tan 20 o + (2÷3) = 20 (mm)
H: Hành trình mở khuôn đƣợc yêu cầu bởi chốt xiên để hoàn thành khoảng cách trƣợt (mm)
α: Góc nghiêng của chốt xiên
Tính toán chiều dài của chốt xiên:
Chiều dài làm việc của chốt xiên L phụ thuộc vào hành trình rút lõi S, góc nghiêng α của chốt xiên và góc nghiêng β do trượt và đường phân khuôn tạo ra.
L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = (d2 / 2tan α) + (h / cos α) + (d / 2tan α) + (s/sin α) + (5÷10) = 95 (mm)
Với: d2 = 12 (mm), h = 30 (mm), d = 12 (mm), s = 7.64 (mm)
Hình 3.74: Chiều dài của chốt xiên Lõi trượt:
Lõi trƣợt đƣợc thiết kế nguyên khối
Hình 3.75: Hình dạng lõi trƣợt
Hình 3.76: Hình dạng thiết kế của ray dẫn Khối nêm:
Hình 3.77: Hình dạng khối nêm 3.6.5 Thiết kế các chi tiết tiêu chuẩn
Chọn chuẩn khuôn theo chuẩn FUTABA
Khi chọn vật liệu làm khuôn, cần xem xét giá trị và tuổi thọ của bộ khuôn để lựa chọn loại vật liệu phù hợp Thép thấm cacbon là lựa chọn phổ biến nhất, chiếm 80% tổng số thép làm khuôn nhờ giá thành hợp lý Thép CT3 thường được sử dụng để gia công các tấm kẹp, trong khi lõi insert, lõi trượt, tấm khuôn âm và tấm khuôn dương thường được làm từ thép S55C.
Kích thước và khối lượng các tấm khuôn(khối lượng phôi chưa gia công):
Tên Kích thước(mm) Số lượng Thể tích(dm 3 )
Bảng 3.8: Tính sơ bộ khối lƣợng các tấm khuôn Vít lục giác(Screws):
Vị trí Screw Lenght Số lƣợng
Vòng định vị, Top plate M4 10mm 4
Top plate, Tấm khuôn trên M12 25mm 4
Runner, Tấm khuôn dưới M4 25mm 2
Ray dẫn, Tấm khuôn dưới M4 25mm 6
Score, Tấm khuôn dưới M3 16mm 16
Bottom plate, Gối đỡ, Tấm khuôn dưới
Bottom plate, Gối đỡ phụ M8 20mm 4
Tấm đẩy, Tấm giữ M8 12mm 4
Bảng 3.9: Vít lục giác dùng trong khuôn Vòng định vị(Locating Rings):
Vòng định vị dùng để định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun
Để phù hợp với vòi phun của máy ép có kích thước 100mm, cần chọn vòng định vị với đường kính ngoài D = 100mm Vòng định vị này nên được lấy theo tiêu chuẩn FUTABA, với các kích thước chuẩn được cung cấp trong bảng tham khảo.
Bảng 3.10: Các kích thước của vòng định vị số hiệu M-LRJ tiêu chuẩn FUTABA
Tra bảng, chọn vũng định vị cú kớch thước D = ỉ100mm, d = 35mm
Chọn bạc dẫn hướng không vai
Hình 3.79: Hình dạng và các kích thước bạc dẫn hướng
Bảng 3.11: Các kích thước của bạc dẫn hướng theo tiêu chuẩn FUTABA
Tra bảng, chọn thiết kế bạc dẫn hướng có các kích thước d = 25mm, d 1 = 35mm, M
Hình 3.80: Chốt dẫn hướng theo tiêu chuẩn FUTABA
Bảng 3.12: Các kích thước chốt dẫn hướng theo tiêu chuẩn FUTABA
Tra bảng, chọn thiết kế chốt dẫn hướng có các kích thước d = 25mm, D = 35mm, H
Hình 3.81: Bu long vòng theo tiêu chuẩn FUTABA
Bảng 3.13: Các kích thước của bu long vòng theo tiêu chuẩn FUTABA
Tra bảng, chọn bu long vòng M10
Kiểm tra tính bền của bu lông đã chọn theo lý thuyết:
n là hệ số an toàn = 1
M : moment uốn tác dụng lên 1 bu lông
Ứng suất cho phép (giới hạn bền) của vật liệu làm bu lông được xác định, trong đó vật liệu được chọn là thép CT3 với ứng suất cho phép cụ thể Moment uốn tác dụng lên một bu lông được tính dựa trên tổng khối lượng các tấm tác động lên bu lông và chiều dài của bu lông.
Ở đây chọn bu lông có đường kính D = 20 mm nên thỏa mãn yêu cầu về độ bền
Lò xo phục hồi giúp đưa hệ thống trở về vị trí ban đầu và thường được lắp vào chốt hồi Kích thước của lò xo được xác định theo tiêu chuẩn có sẵn.
Các chú ý khi thiết kế:
Tổng chiều dài nén của lò xo không đƣợc vƣợt quá 50% tổng chiều dài tự do của lò xo
Để chọn lò xo có độ cứng phù hợp, cần tính toán tải trọng của hệ thống đẩy Nếu lò xo quá cứng, việc lắp ráp sẽ trở nên khó khăn, trong khi nếu quá mềm, nó sẽ không cung cấp đủ lực đàn hồi cần thiết.
Để tránh trường hợp bị kẹt thì lò xo thường được lắp cố định với tấm đỡ, bao lấy chốt hồi và hạn chế ma sát với chốt
Hình 3.82: Lò xo theo chuẩn FUTABA
Bảng 3.14: Các kích thước của lò xo theo chuẩn FUTABA
Chọn lò xo có thông số nhƣ sau: D = 26.5mm, d = 15.5mm, L = 50mm, F = 25mm,
Kiểm tra khả năng làm việc của lò xo:
Chọn loại lò xo có lực phục hồi > 2 lần tổng trọng lƣợng tấm giữ và tấm đẩy:
Lực N> 2*(5.5+8.3)*9.8= 270.5(N) < 559 nên thỏa điều kiện làm việc của lò xo.
