TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Trong bối cảnh hiện nay, sản phẩm nhựa ngày càng trở nên phổ biến và chiếm ưu thế trên thị trường, dẫn đến sự phát triển nhanh chóng và cải tiến liên tục của ngành nhựa Nhựa đã trở thành một phần quan trọng trong đời sống hàng ngày Cùng với sự phát triển này, ngành công nghệ khuôn mẫu, đặc biệt là công nghệ ép phun, cũng đang phát triển mạnh mẽ Nhiều công ty đã chế tạo máy ép phun phục vụ cho sản xuất các sản phẩm nhựa như đồ gia dụng, chai lọ mỹ phẩm, chai lọ y tế và thực phẩm.
Ngành Công nghệ chế tạo máy tại Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tập trung vào đào tạo CAD/CAM/CNC và khuôn mẫu, dẫn đến sự cải thiện rõ rệt trong chất lượng đào tạo trong những năm gần đây Nhằm nâng cao hiệu quả dạy – học và cung cấp kiến thức chuyên sâu về khuôn mẫu, nhóm sinh viên đã chọn đề tài đồ án “Thiết kế, chế tạo mô hình máy và bộ khuôn ép nhựa” Đề tài này giúp sinh viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động và các bộ phận của máy ép nhựa cũng như khuôn, từ đó hình dung rõ hơn những kiến thức đã học trên lớp.
Nhóm sẽ thu được nhiều kiến thức và kinh nghiệm thực tế về thiết kế, chế tạo và gia công mô hình máy ép nhựa cùng bộ khuôn hoàn chỉnh thông qua đề tài này.
Mục tiêu của đề tài
- Thiết kế và gia công mô hình máy ép nhựa
- Thiết kế và gia công bộ khuôn
- Ứng dụng phần mền Moldflow để phân tích dòng chảy nhựa trong khuôn và đồng thời phân tích các lỗi có thể xảy ra khi ép phun
- Ứng dụng phần mềm Creo Paramatric 3.0 để thiết kế - lập trình gia công cho bộ khuôn
- Vận hành máy ép phun
Yêu cầu đề tài
- Thiết kế hợp lí, tiết kiệm vật liệu nhưng vẫn đảm bảo chức năng
Sau khi gia công, các chi tiết của mô hình máy ép và bộ khuôn cần phải đáp ứng các yêu cầu quan trọng như độ chính xác về kích thước, độ bền, độ bóng và khả năng chịu lực.
Lắp ráp đầy đủ các bộ phận của mô hình máy ép và bộ khuôn, đảm bảo mô hình máy ép hoạt động hiệu quả và tuân thủ nguyên lý hoạt động của máy ép nhựa thông thường.
- Dung sai kích thước đạt yêu cầu tùy thuộc vào kích thước cụ thể (trong bảng dung sai kích thước).
Giới hạn đề tài
Do còn nhiều hạn chế về thời gian cũng như kiến thức chuyên môn nên đồ án chỉ tập trung thực hiện các vấn đề sau:
- Thiết kế, gia công, lắp ráp hoàn chỉnh và vận hành mô hình máy ép nhựa
- Thiết kế, gia công, lắp ráp bộ khuôn hoàn chỉnh
- Vật liệu để gia công bộ khuôn: Mica.
Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp sử dụng để thực hiện đồ án này:
Phương pháp quan sát bao gồm việc theo dõi thực tế máy ép nhựa SB-W120 tại trường, xem các đoạn video và các mô hình khuôn có sẵn Đồng thời, chúng tôi cũng quan sát quá trình gia công thực tế, lắp ráp mô hình máy ép cùng với bộ khuôn để hiểu rõ hơn về quy trình hoạt động.
- Phương pháp tham khảo tài liệu: Các tài liệu liên quan đến đồ án, nguồn từ thư viện sách, internet, thầy cô và bạn bè
Phương pháp dự đoán là việc đưa ra các giả thuyết về những hư hại và tổn thất có thể xảy ra trong quá trình thiết kế và gia công Mục tiêu của phương pháp này là loại bỏ những yếu tố nguy hiểm có thể ảnh hưởng đến quá trình sản xuất.
- Luôn đặt câu hỏi “Tại sao?” và “Như thế nào?” để giải quyết các vấn đề xảy ra trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Đối tƣợng nghiên cứu
- Thiết kế và lắp ráp mô hình máy ép nhựa và bộ khuôn hoàn chỉnh
- Vật liệu làm máy ép nhựa
- Vật liệu làm khuôn ép phun
- Ứng dụng phần mền Moldflow để phân tích dòng chảy nhựa trong khuôn và các lỗi sản phẩm
- Sử dụng máy phay CNC để gia công các bộ phận của mô hình và bộ khuôn
- Sử dụng máy nén khí để vận hành mô hình máy ép nhựa.
Kết quả dự kiến đạt đƣợc
- Mô hình máy ép nhựa hoàn chỉnh
- Vận hành mô hình đúng yêu cầu cơ bản của máy ép nhựa thực tế
- Lắp ráp bộ khuôn hoàn chỉnh
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về công nghệ ép phun
Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy vào khuôn để tạo hình sản phẩm Sau khi nhựa nguội và đông cứng, khuôn được mở ra và sản phẩm được lấy ra nhờ hệ thống đẩy Quá trình này hoàn toàn không có phản ứng hóa học nào xảy ra.
2.1.2 Nhu cầu thực tế và hiệu quả kinh tế của công nghệ ép phun
Sản phẩm nhựa hiện diện xung quanh chúng ta từ dụng cụ học tập đến đồ nội thất và linh kiện ô tô, góp phần làm cho cuộc sống trở nên tiện nghi và đẹp mắt Những sản phẩm này, chủ yếu được sản xuất bằng công nghệ ép phun, đã trở thành phần thiết yếu trong đời sống hàng ngày Với tính năng dẻo dai, nhẹ, có khả năng tái chế và không phản ứng hóa học với không khí, nhựa ngày càng thay thế các vật liệu tự nhiên như sắt, nhôm và đồng thau, vốn đang cạn kiệt Nhu cầu sử dụng vật liệu nhựa trong tương lai dự báo sẽ rất lớn, dẫn đến việc giá thành khuôn ép phun không còn được coi là cao, bởi lợi nhuận từ việc sản xuất hàng loạt sản phẩm là rất lớn.
Nhu cầu sử dụng sản phẩm nhựa sẽ tồn tại cho đến khi có vật liệu thay thế tốt hơn Tuy nhiên, bên cạnh nhu cầu này, việc sử dụng nhựa một cách hợp lý là rất quan trọng để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
- Tạo ra những sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý
- Trên cùng một sản phẩm, hình dáng giữa mặt trong và mặt ngoài có thể khác nhau
- Khả năng tự động khá cao
- Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt rất cao nên không cần gia công lại
- Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc (trong trường hợp đặc biệt)
2.1.4 Phân loại máy ép phun a) Phân loại máy ép phun theo kết cấu
- Theo lực đóng khuôn: 50 – 10000 tấn
- Theo khả năng một lần phun tối đa
- Theo kiểu cơ cấu cấu tạo phun
- Theo kiểu bố trí bộ phun b) Phân loại máy ép phun theo quá trình phát triển
- Máy ép phun có trục dẻo hóa sơ bộ
- Máy ép phun trục vít
2.1.5 Các yêu cầu kỹ thuật đối với một bộ khuôn
Khuôn ép nhựa cần đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng, bao gồm độ chính xác về hình dáng và kích thước, cũng như độ cứng và độ bóng của các chi tiết trong khuôn.
Độ chính xác về hình dạng của các chi tiết trong khuôn là yếu tố quan trọng trong quá trình ép sản phẩm nhựa Sự chính xác này ảnh hưởng lớn đến quy trình gia công bộ khuôn và quá trình ép Khi nâng cao độ chính xác hình dáng của khuôn, chất lượng sản phẩm nhựa sau khi ép sẽ được cải thiện đáng kể.
Độ chính xác về kích thước là yếu tố cực kỳ quan trọng trong bộ khuôn ép nhựa, vì bất kỳ sai số nào trong quá trình gia công các chi tiết khuôn đều có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến toàn bộ khuôn và sản phẩm cuối cùng Để đảm bảo chất lượng, cần thiết lập một quy trình công nghệ hợp lý cùng với chế độ cắt chính xác trong quá trình gia công.
Độ cứng của các chi tiết trong khuôn là yếu tố quyết định đến độ bền của khuôn Khuôn ép phải làm việc liên tục dưới áp suất lớn, dẫn đến nguy cơ mài mòn và hư hỏng cao Để nâng cao độ bền của khuôn, cần chú trọng đến việc cải thiện độ cứng của các chi tiết.
6 chọn các vật liệu tốt khi chế tạo còn có thể nhiệt luyện cho khuôn, thấm carbon, thấm nitơ
- Giai đoạn kẹp (Clamping phase): khuôn được đóng lại
- Giai đoạn phun (Injection phase): nhựa điền đầy vào khuôn
- Giai đoạn làm nguội (Cooling phase): nhựa đông đặc lại trong khuôn
- Giai đoạn đẩy (Ejector phase): Đẩy sản phẩm nhựa ra khỏi lòng khuôn
Hình 2.1: Chu kì ép phun a) Giai đoạn kẹp
Khi khuôn đóng, phần di động di chuyển nhanh đến phần cố định và sau đó chậm dần cho đến khi hoàn toàn khép kín, không phát ra tiếng động lớn Trong quá trình này, áp lực piston rất lớn được tạo ra để đối phó với áp lực cao từ dòng nhựa phun vào lòng khuôn, điều này rất quan trọng để tránh hư hại cho khuôn và khuyết tật cho sản phẩm Giai đoạn phun bắt đầu khi nhựa nóng chảy được phun vào lòng khuôn nhanh chóng nhờ trục vít tiến về phía trước Khi lòng khuôn gần đầy khoảng 95%, nhiệt độ trong khuôn giảm dần, dẫn đến hiện tượng co rút của nhựa nóng Để bù đắp cho sự co rút này, khoảng 5% nhựa sẽ được phun thêm cho đến khi hoàn tất quá trình.
7 phun đông cứng lại Quá trình này ngăn không cho dòng chảy ngược của nhựa qua miệng phun
Hình 2.2: Giai đoạn ép phun c) Giai đoạn làm nguội
Giai đoạn này bắt đầu sau khi quá trình định hình kết thúc, trong đó khuôn vẫn đóng và nhựa nóng được làm nguội cho đến khi đạt độ cứng cần thiết để có thể tách ra khỏi khuôn Trong suốt quá trình này, trục vít vẫn quay và lùi lại để chuẩn bị cho lần phun tiếp theo, với thời gian tiêu tốn phụ thuộc vào lượng nhựa được ép Giai đoạn cuối cùng của quá trình ép phun là giai đoạn đẩy, khi phần di động của khuôn mở ra và tấm đẩy sẽ đẩy sản phẩm ra ngoài Sau khi sản phẩm rời khỏi khuôn, tấm đẩy sẽ hồi về để sẵn sàng cho chu trình tiếp theo.
2.1.7 Vật liệu dùng trong công nghệ ép phun
Vật liệu nhựa ép sản phẩm- Polypropylen (PP)
Polypropylen là một loại polymer, là sản phẩm của phản ứng trùng hợp propylen
Danh pháp IUPAC: poly (1-methylethylene)
Tên khác: Polypropylene, polypropene Poliprope25 [USAN], Propene polymers, Propylene polymer, 1- Propene homopolymer
Tỷ trọng: PP vô định hình: 0.85 g/cm 3
Độ dai va đập: 3.28 -5.9 kJ/m 2
Chất liệu này có tính bên cơ học cao với độ bền xé và bền kéo đứt tốt, cứng vững và không mềm dẻo như PE Nó không bị kéo dãn dài, nhưng lại dễ bị xé rách khi có vết cắt hoặc thủng nhỏ.
Kháng lão hoá nhiệt thông thường, có phụ gia bôi trơn không hại về sinh học
Kháng lão hoá nhiệt cao, có ổn định quang, không ảnh hưởng về mặt sinh học
Kháng thời tiết - ổn định bằng than đen, dùng amine có cấu trúc không gian cồng kềnh cho các ứng dụng ngoài trời
Kháng lão hoá nhiệt cao với dung dịch tẩy rửa nóng, nước nóng, không độc
Trong suốt, độ bóng bề mặt cao cho khả năng in ấn cao, nét in rõ
PP là một loại nhựa không màu, không mùi, không vị và không độc hại Khi cháy, PP tạo ra ngọn lửa màu xanh nhạt, có dòng chảy dẻo và phát ra mùi cháy tương tự như mùi cao su.
Bao bì PP có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn 100 o C, nhưng nhiệt độ hàn dán mí bao bì PP lên tới 140 o C có thể gây hư hỏng lớp màng ghép cấu trúc bên ngoài, do đó ít được sử dụng làm lớp trong cùng.
Có tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác
+ Công nghệ sản xuất PP:
Có nhiều phương pháp sản xuất Polypropylene (PP), trong đó công nghệ Hypol II nổi bật với khả năng tạo ra sản phẩm chất lượng cao và ổn định Công nghệ Hypol II được coi là một trong những công nghệ tiên tiến trong ngành chế tạo PP.
Hypol II là quy trình sản xuất PP có phản ứng polymer hoá ở thể bùn (slurry/bulk phase), sử dụng lò phản ứng homopolymer dạng vòng (loop reactor) Công nghệ Hypol II cùng nhóm với công nghệ Spheripol (Basell) và công nghệ Exxon Mobile là nhóm công nghệ có phản ứng polymer hoá ở thể bùn Các công nghệ nhóm này có chi phí đầu tư cao hơn và cho sản phẩm tốt hơn các công nghệ có phản ứng polymer hoá ở thể khí (gas-phase processes) Công nghệ Hypol II tạo các mạch Polypropylene có tính đẳng hướng cũng như tỷ lệ kết tinh cao hơn các công nghệ phổ biến trên thế giới hiện nay (Hypol II cho ra polypropylene có II= 98%) Chỉ số Isotaticity cao này làm cho hạt nhựa PP có độ cứng, độ bền, độ chịu va đập và trong suốt cao
Công nghệ Hypol II áp dụng chất xúc tác hiệu suất cao, giúp giảm thiểu tối đa hàm lượng tro và tạp chất trong quá trình phản ứng Kết quả là hạt nhựa đạt được độ trong suốt và độ nguyên chất vượt trội.
Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm, không yêu cầu chống oxy hoá một cách nghiêm ngặt
Tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc có số lượng lớn
Các bộ phận cơ bản của máy ép phun
Máy ép phun gồm các bộ phận cơ bản sau:
- Hệ thống hỗ trợ phun ép
2.2.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun
Là hệ thống giúp vận hành ép phun, hệ thống này bao gốm:
- Hệ thống điện (Electrical system)
- Hệ thống thủy lực (Hydraulic system)
- Hệ thống làm nguội (Cooling system)
Hình 2.5: Hệ thống hỗ trợ ép phun
+ Thân máy: liên kết các hệ thống trên máy lại với nhau
Hệ thống thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp lực cần thiết để đóng và mở khuôn, duy trì lực kẹp, đồng thời làm cho trục vít quay và di chuyển tới lui Nó cũng tạo ra lực cho chốt đẩy và hỗ trợ sự trượt của lõi mặt bên Hệ thống này bao gồm các thành phần chính như bơm, van, động cơ, hệ thống ống dẫn và thùng chứa nhiên liệu.
Hệ thống điện cung cấp nguồn cho motor điện và hệ thống điều khiển khoang chứa vật liệu thông qua các băng gia nhiệt, đảm bảo an toàn điện cho người vận hành máy nhờ vào các công tắc Hệ thống này bao gồm tủ điện và hệ thống dây dẫn.
Hệ thống làm nguội sử dụng nước hoặc dung dịch ethylenglycol để làm mát khuôn và dầu thủy lực, giúp ngăn chặn tình trạng nhựa thô ở cuống phễu bị nóng chảy Nhiệt độ lý tưởng để nhựa thô phía trên chảy vào khoảng 90 – 120 độ F.
Bộ điều khiển nhiệt nước cung cấp 1 lượng nhiệt, áp suất, dòng chảy thích hợp để làm nhựa nóng trong lòng khuôn
Hệ thống phun nhựa hoạt động bằng cách đưa nhựa vào khuôn thông qua các quy trình cấp nhựa, nén, khử khí và gia nhiệt, giúp nhựa chảy dẻo trong xilanh Quá trình này tạo ra lực ép để dòng nhựa nóng chảy được đưa vào khuôn một cách chính xác, đồng thời đảm bảo áp lực đủ mạnh để ngăn chặn hiện tượng rò rỉ Hệ thống này không chỉ phun nhựa lỏng mà còn định hình sản phẩm hoàn chỉnh Các bộ phận chính của hệ thống bao gồm:
- Các băng gia nhiệt (Heater band)
- Van một chiều (Non-return-assembly)
Phễu cấp liệu chứa vật liệu dạng viên, cung cấp cho khoang trộn Khoang chứa liệu là ống bao quanh trục vít, được bao bởi các băng điện trở chia thành các vùng điều khiển tương ứng với các vùng trên trục vít Nó chứa nhựa và cho phép vít trộn di chuyển qua lại bên trong Khoang trộn được gia nhiệt nhờ các băng cấp nhiệt, với nhiệt độ xung quanh cung cấp từ 20% đến 30% nhiệt độ cần thiết để làm chảy lỏng vật liệu nhựa.
+ Trục vít: có chức năng nén, làm chảy nhựa và tạo áp lực để đẩy nhựa dẻo vào lòng khuôn Có một số đặc điểm sau:
Có khả năng trộn nóng chảy tốt, tự làm sạch nhanh
Có nhiều loại thiết kế khác nhau tùy vào loại nguyên liệu
Có cấu tạo gồm 3 vùng: vùng cấp liệu, vùng nén và vùng định lượng
Hình 2.7: Cấu tạo của trục vít
Vùng cấp liệu là khu vực gần phễu cấp liệu, chiếm khoảng 50% chiều dài hoạt động của trục vít Chức năng chính của vùng này là làm cho vật liệu đặc lại thành khối và chuyển chúng qua vùng nén Chiều sâu của các cánh vít trong vùng cấp liệu là lớn nhất và hầu như không thay đổi.
Vùng nén ép (Transition zone) chiếm khoảng 25% chiều dài hoạt động của trục vít, với đường kính ngoài không đổi nhưng chiều sâu các cánh vít giảm dần từ vùng cấp liệu đến cuối vùng định lượng Cấu trúc này giúp các cánh vít nén chặt nhựa vào thành khoang chứa liệu, tạo ra nhiệt ma sát Nhiệt ma sát này cung cấp khoảng 70% đến 80% lượng nhiệt cần thiết để làm chảy dẻo vật liệu.
Vùng định lượng (Metering zone) chiếm khoảng 25% chiều dài trục vít, có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiệt độ để vật liệu chảy dẻo một cách đồng nhất Khu vực này giúp bắn vật liệu chảy dẻo vào khuôn qua cuống phun Chiều sâu cánh vít tại vùng định lượng là nhỏ nhất và hầu như không thay đổi.
Bảng 2 4: Thông số thiết kế trục vít theo tiêu chuẩn Đường kính vis Chiều sâu ren Chiều sâu ren
Tỉ số nén Độ hở so với (mm) nạp liệu (mm) định lượng (mm) xylanh (mm)
+ Các băng gia nhiệt: giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu để nhựa bên trong luôn ở trạng thái dẻo
Bộ từ hồi, hay còn gọi là van một chiều, là một bộ phận quan trọng trong quá trình ép nhựa Nó bao gồm vòng chắn hình nêm và đầu trục vít, có nhiệm vụ tạo ra dòng nhựa bắn vào khuôn Khi trục vít lùi về trong quá trình nạp liệu, vòng chắn hình nêm di chuyển về hướng phễu, cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít Ngược lại, khi trục vít di chuyển về phía trước, vòng chắn sẽ tiến về vòi phun và đóng kín với seat, ngăn chặn nhựa chảy ngược lại.
Hình 2.9: Bộ hồi tự hở
Vòi phun có vai trò quan trọng trong việc kết nối khoang trộn với cuống phun, đồng thời cần đảm bảo kín giữa khoang trộn và khuôn Nhiệt độ tại vòi phun phải được cài đặt tối thiểu bằng nhiệt độ chảy của vật liệu Trong quá trình phun nhựa lỏng vào khuôn, vòi phun cần phải được căn chỉnh chính xác với bạc cuống phun, và đầu vòi phun nén phải được lắp chặt với phần lõm của bạc cuống phun thông qua vòng định vị, nhằm ngăn chặn việc nhựa phun ra ngoài và tránh mất áp suất.
Có nhiều loại vòi phun khác nhau, và việc lựa chọn loại vòi phun phù hợp phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể Thông thường, người ta chú ý đến một số thông số quan trọng để đảm bảo hiệu quả sử dụng.
Đường kính lỗ phun của đầu vòi phun cần phải nhỏ hơn đường kính lỗ của bạc cuống phun từ 0,125 đến 0,75mm Điều này giúp cuống phun dễ dàng thoát ra ngoài và ngăn chặn hiện tượng cản dòng.
- Chiều dài của vòi phun nên dài hơn chiều sâu của bạc cuống phun
- Độ côn tùy thuộc vào vật liệu phun
Hệ thống kẹp đóng vai trò quan trọng trong việc đóng mở khuôn, cung cấp lực kẹp để giữ khuôn trong quá trình làm nguội và giúp đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi kết thúc chu kỳ ép phun Hệ thống này bao gồm nhiều thành phần thiết yếu.
- Cụm đẩy của máy (Machine ejectors)
- Tấm di động (Movable platen)
- Tấm cố định (Station platen)
- Trục dẫn hướng (Tie bars)
Cụm đẩy của máy, bao gồm xilanh thủy lực, tấm đẩy và cần đẩy, có vai trò quan trọng trong việc tạo ra lực đẩy Lực này tác động lên tấm đẩy và khuôn, giúp đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn một cách hiệu quả.
Cụm kìm (Clamp cylinder) bao gồm hai loại chính: loại sử dụng cơ cấu khuỷu và loại sử dụng xilanh thủy lực Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp lực để mở và đóng khuôn, cũng như giữ cho khuôn được đóng chặt trong suốt quá trình phun.
Các thông số cơ bản của máy ép phun
Là hành chiếu bề mặt chi tiết lên mặt khuôn theo phương tác dụng của lực ép
Bàn kẹp ảnh hưởng đáng kể đến trọng lượng của máy, với trọng lượng của tấm phụ thuộc vào cấu trúc như đúc hay hàn, sự phân bố và cấu trúc lỗ kẹp, cũng như kích thước của lỗ trung tâm.
Khuôn được kẹp trên bàn nhờ các lỗ ren hoặc các rãnh dọc chữ T hoặc các phương tiện khác nhau phân bố trên bàn kẹp
Rãnh chữ T mang lại sự thuận tiện tối đa cho việc kẹp khuôn, đồng thời giúp giảm kích thước khuôn Tuy nhiên, sự hiện diện của rãnh này yêu cầu tấm phải tăng bề dày lên 40.
50 mm và do vậy tăng lượng tấm nhất là đối với các máy lớn Chính vì vậy phần
Có 24 loại bàn kẹp lớn được sử dụng cho tấm hàn, bao gồm cả lỗ kẹp và lỗ ren Đối với các máy không lớn, giải pháp tối ưu là kết hợp giữa rãnh kẹp và lỗ ren Lỗ kẹp thường nằm ở giữa bàn kẹp, trong khi rãnh kẹp được đặt ở vùng biên của bàn kẹp.
Lực kẹp khuôn của máy được xác định bởi diện tích ép và sự phân bố áp lực trong khuôn Có thể tính gần đúng lực kẹp khuôn bằng một biểu thức nhất định.
Sự tăng diện tích ép có thể dẫn đến việc gia tăng lực kẹp khuôn, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc của bộ phận kẹp trong máy Lực kẹp khuôn là yếu tố quyết định đến hiệu suất và độ chính xác của quá trình sản xuất.
Giá trị lực kẹp khuôn ảnh hưởng bởi công nghệ đúc, tính chất vật liệu và nhiều yếu tố khác trong quá trình ép Việc sử dụng máy có lực kẹp khuôn nhỏ vẫn có thể sản xuất chi tiết chất lượng cao nếu áp dụng chế độ công nghệ đặc biệt và có trình độ sản xuất tốt.
2.3.4 Khoảng cách giữa các tấm kẹp và hành trình tấm động
Các thông số kỹ thuật của máy ép phun phụ thuộc vào sản phẩm và mặt hàng cụ thể Khoảng cách tối đa giữa hai bàn kẹp khuôn và hành trình bàn di động quyết định chiều cao khuôn và chiều cao sản phẩm có thể sản xuất Việc điều chỉnh khoảng cách giữa hai bàn kẹp không chỉ ảnh hưởng đến chiều cao của khuôn mà còn giúp tối ưu hóa trọng lượng khuôn, từ đó giảm bớt sự cần thiết phải sử dụng các phần thêm đặc biệt và dễ dàng hơn trong vận hành.
Quy trình thiết kế khuôn ép nhựa
Khi thiết kế sản phẩm nhựa, cần chú ý đến các yếu tố quan trọng như bề dày, góc bo, góc thoát khuôn, gân và vấu lồi để đảm bảo tính thẩm mỹ và hiệu quả sử dụng.
Thiết kế khuôn hiệu quả yêu cầu một quy trình tổ chức rõ ràng, bao gồm danh mục kiểm tra cho từng bước và hệ thống các quy tắc thiết kế cơ bản Những yếu tố này sẽ hướng dẫn người thiết kế trong quá trình thực hiện, đảm bảo tính chính xác và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Khi tiếp nhận đơn đặt hàng, cần nắm rõ thông tin về vật liệu sản phẩm, độ bóng yêu cầu, dung sai và các thông tin quan trọng khác Đặc biệt, thông tin liên quan đến máy mà bộ khuôn sẽ được lắp lên đóng vai trò quan trọng trong thiết kế khuôn.
Sau khi thu thập số liệu về sản phẩm, người thiết kế tiến hành tạo kiểu khuôn cho sản phẩm Độ co rút của vật liệu sẽ được thảo luận với khách hàng, nhằm đảm bảo lựa chọn vật liệu phù hợp.
Để tối ưu hóa quá trình chế tạo khuôn, việc sử dụng các chi tiết được tiêu chuẩn hóa là rất quan trọng Các chi tiết lắp ghép, đầu nối, cùng với các thành phần phụ trợ và phụ tùng thay thế đều cần được chú trọng nhằm đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong sản xuất.
Sau khi hoàn tất thiết kế, việc sử dụng kỹ thuật CAE với các phần mềm chuyên dụng giúp mô phỏng và kiểm tra tính khả thi của thiết kế Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí sản xuất khuôn.
Hình 2.18: Quy trình thiết kế khuôn ép nhựa
Quy trình sản xuất khuôn ép nhựa
Hình 2.19: Quy trình sản xuất khuôn ép nhựa
Nhận đơn Thiết kế khuôn Gia công
Giao hàng Hoàn chỉnh Ép thử
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
Cơ sở thiết kế
Các công ty sản xuất máy ép phun chủ yếu tập trung ở những quốc gia có nền công nghiệp phát triển như Mỹ (Denison), Ấn Độ (Velan), Đài Loan (Chuan Lih Fa, YUKEN), và Đức (Krauss Maffei) Tại Việt Nam, các công ty hàng đầu trong lĩnh vực phân phối, lắp đặt, thiết kế và tư vấn hệ thống thủy lực khí nén bao gồm Công Nghệ Quỳnh, T.A.T tại TP HCM và Long Quân tại Hà Nội.
Máy ép phun thực tế có giá cao và kích thước lớn, khó di chuyển Mô hình máy ép phun giúp sinh viên quan sát trực tiếp cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy ép phun thông thường, từ đó cung cấp cái nhìn cụ thể hơn về các bộ phận và cơ cấu cơ bản Hệ thống điện khí nén trong mô hình cho phép vận hành tương tự như máy ép phun thực tế.
Phân tích ưu nhược điểm các phương án thiết kế
Các phương án thiết kế được đề xuất dựa trên các tiêu chí quan trọng như giá thành, kích thước mô hình, độ tin cậy của hệ thống, khả năng bảo trì, hệ số an toàn và chỉ số khả năng sẵn sàng.
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lí phương án 1
Mô hình máy ép phun trục vít với cơ cấu kẹp khuôn bằng trục khuỷu được thiết kế hoạt động bằng máy nén khí, giúp bơm khí từ máy khí nén đến hệ thống van điều khiển Tất cả các chức năng của máy được quản lý thông qua bảng điều khiển được lắp đặt trên thiết bị.
- Di chuyển cơ cấu kìm nhanh
- Tự hãm để giảm va đập
- Lực kìm không tập trung vào giữa tấm khuôn
- Tốn thời gian gia công và lắp đặt
- Cần bảo dưỡng thường xuyên
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lí phương án 2
Hình 3.4: Phương án thiết kế 2
Phương án này giữ nguyên hoạt động cơ học giống như máy ép, nhưng điểm khác biệt chính là cơ cấu kẹp khuôn sử dụng xylanh – piston trực tiếp vào tấm động.
- Ít làm võng tấm khuôn
- Lực kìm tập trung vào giữa tấm khuôn
- Không có khả năng tự hãm
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lí phương án 3
Máy ép phun trục vít trong thiết kế 3 sử dụng cơ cấu kẹp khuôn bằng trục khuỷu, hoạt động với một bơm piston duy nhất Bơm này được cấp năng lượng bởi động cơ điện không đồng bộ 3 pha, giúp bơm dầu từ bể chứa đến hệ thống van điều khiển Tất cả các hoạt động của máy được quản lý thông qua bảng điều khiển hiển thị trên màn hình.
- Di chuyển có cấu kìm nhanh
- Làm việc ồn ào vì máy bơm phải hoạt động với năng suất tối đa
- Lực kìm không tập trung vào giữa tấm khuôn
Chọn phương án thiết kế
Sau khi phân tích các ưu nhược điểm của các phương án thiết kế, chúng tôi quyết định chọn phương án 2 cho mô hình máy ép phun nhựa Lựa chọn này không chỉ phù hợp với giá thành mà còn đáp ứng tiêu chí ban đầu của nhóm, đó là sử dụng hệ thống khí nén đã được lựa chọn trước đó.
Ngoài 3 phương án này, ngày nay người ta đã chế tạo thành công và đưa vào sản xuất tại nhiều nước trên thế giới máy ép bằng điện thay cho thủy lực và khí nén bằng động cơ điện servo ở cả 2 cụm kẹp và cụm phun Đạt được rất nhiều ưu điểm vượt trội so với phương án ta chọn nhưng phạm vi sử dụng chưa rộng rãi ở Việt Nam và giá thành để chế tạo lại rất cao nên không phù hợp cho việc thiết kế hiện nay.
Chọn hệ thống điều khiển và cơ cấu truyền động cho mô hình máy ép
3.3.1 Chọn hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển khí nén đảm bảo mô hình hoạt động đúng theo yêu cầu đề ra, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tính chính xác của mô hình.
Thông dụng nhất của hệ thống là sử dụng điện khí để điều khiển các chuyển động của bộ phận trong mô hình
Hình 3.7: Hệ thống điều khiển điện khí nén
3.3.2 Chọn cơ cấu truyền động
Sử dụng hệ thống khí nén để truyền động các cơ cấu trong mô hình vì hệ thống
Khí nén là công nghệ phổ biến trong ngành công nghiệp lắp ráp và chế biến, đặc biệt trong các lĩnh vực yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao, chống cháy nổ hoặc làm việc trong môi trường độc hại Hệ thống khí nén nổi bật với khả năng di chuyển linh hoạt, tốc độ truyền động nhanh, dễ dàng điều khiển và độ tin cậy cao.
3.3.3 Chọn động cơ tạo chuyển động cho trục vít
Trục vít trong mô hình quay được điều khiển bởi động cơ điện kết nối với bộ giảm tốc bánh răng Động cơ truyền động cho trục vít có thể được lắp đặt giữa xylanh khí nén và trục vít, hoặc theo một phương án bố trí khác.
Tính toán hệ thống kẹp khuôn
M dd : trọng lượng của tấm di động (N) = 18kg = 180N
F mst : lực ma sát trượt (N)
M k : khối lượng của khuôn (N) = 20kg = 200N
M cd : khối lượng tấm cố định (N) = 37kg = 370N
Chọn P 826.3 = 2478N Vậy chọn lực kẹp khuôn P = 3000N
Lực đẩy tấm động cần thiết là P M dd + M kh
- M dd : khối lượng tấm di động (Kg)
- M kh : khối lượng khuôn (Kg)
Chọn P = 400N Đường kính của xylanh đẩy tấm động:
chọn xylanh có đường kính = 70 mm Đường kính cần piston: d = (0,35 – 0,85).D = (24,5 – 75)mm
Vậy ta chọn xylanh có các thông số sau:
- Hành trình xylanh đẩy: 200 mm
- Đường kính xylanh cần chọn D = 70 mm
- Đường kính cần piston d = 50 mm
Quá trình đẩy sản phẩm là giai đoạn cuối cùng trong chu kỳ ép phun Để tự động hóa hoàn toàn quy trình sản xuất, cần thiết kế hệ thống xilanh đẩy sản phẩm, giúp việc lấy sản phẩm trở nên dễ dàng hơn và nâng cao năng suất sản xuất.
Ta sử dụng một xylanh đẩy sản phẩm Khi xylanh chuyển động sẽ đẩy ty đẩy vào sản phẩm và đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn
Lực đẩy của mỗi sản phẩm có sự khác biệt, vì vậy chúng ta sẽ tính toán lực đẩy lớn nhất cho từng sản phẩm cụ thể và điều chỉnh cho phù hợp.
Để đáp ứng lực đẩy sản phẩm cần thiết là F = 100N, chúng ta sử dụng một xylanh đẩy sản phẩm được lắp đặt ngay sau tấm động của bộ phận kẹp khuôn, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí máy và quá trình làm việc của cơ cấu Đường kính của xylanh đẩy sản phẩm sẽ được xác định phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.
chọn xylanh có đường kính = 50 mm Đường kính cần piston: d = (0,35 – 0,85).D = (17,5 – 42.5)mm
Vậy ta chọn xylanh có các thông số sau:
- Hành trình xylanh đẩy: 50mm
- Đường kính xylanh cần chọn D = 50mm
- Đường kính cần piston d = 25 mm
3.4.3 Tính toán cho trục dẫn hướng và các tấm thép
Khi làm việc các trục dẫn hướng chịu lực bị kéo nên điều kiện bền của nó được tính bằng công thức sau: σ = P £ σ k Fc k
- k là ứng suất kéo xuất hiện khi làm việc
- k là ứng suất kéo cho phép của vật liệu làm trục
- F C là tổng diện tích mặt cắt ngang của các trục dẫn hướng
Diện tích của một trục: P
Với n là số trục chịu lực , thường thì trong máy ép phun số trục n = 4 Độ bền kéo thép C45: k = 200 (N/mm 2 )
Thay các số liệu vào ta có:
2) = 0,0375 cm 2 Các trục đều là hình trụ nên đường kính của mặt cắt ngang:
Đầu trục cần được tiện ren để điều chỉnh độ dày của khuôn, vì khuôn có độ dày khác nhau Khi chuyển động, tấm động trượt trên trục, nên đường kính ngoài ở các vị trí có ren phải bằng đường kính ở các vị trí không có ren Do đó, đường kính được tính là đường kính của chân ren Từ đó, đường kính ngoài của trục dẫn hướng được xác định bằng một công thức cụ thể.
Trong đó: D là đường kính ngoài của trục
D cr là đường kính của chân ren
Do đó đường kính ngoài trục dẫn hướng:
Mô hình thực tế sử dụng khuôn bằng mica và tấm di động làm bằng nhôm, dẫn đến lực ban đầu tính toán được nhỏ Do đó, đường kính trục theo lý thuyết cũng rất nhỏ Để phù hợp với mô hình thực tế, chúng tôi chọn đường kính ngoài của trục là D = 30 mm.
Các tấm kềm (tấm di động và tấm cố định)
Ngày nay, hầu như các tấm được chế tao có hình dáng là hình vuông và được lắp ngay sau tấm đỡ (hình 3.8)
Gọi H là kích thước tấm động, h là khoảng cách giữa 2 trục dẫn hướng
Ta chế tạo tấm di động có kích thước 40x40 (cm) là phù hợp
Ta có công thức sau: h = H – 2D – t Với t = ( ⁄ ).D
Vậy khoảng cách giữa 2 trục dẫn hướng: h = 40 ( ⁄ ).3 = 31(cm)
Tấm tĩnh là một khối hình vuông nằm ở phía cụm phun, với một lỗ tròn ở giữa để đài phun tiếp xúc với đầu béc, từ đó phun nhựa vào khuôn được cố định trên tấm tĩnh.
Các giá trị K và M được xác định để đo lượng dư phần bục của tấm tĩnh lắp cố định trên bàn máy, với K được chọn là 160 mm và M là 400 mm.
Tính toán độ dày cho các bảng kìm:
Trong quá trình làm việc, các bảng kìm phải chịu tác động từ cả nội lực và ngoại lực Do đó, việc chế tạo các bảng kìm cần đảm bảo độ bền cao để chúng có thể hoạt động hiệu quả và bền bỉ trong thời gian dài.
Trong thực tế người ta chế tạo sao cho bề dày các tấm bằng 25 chiều cao hoặc bề rộng tấm đó, 9 trang 200
- Tấm tĩnh: Bề dày = 400.25 = 100 (mm)
- Tấm động: Bề dày = 400.25 = 100 (mm)
- Tấm đỡ: Bề dày = 400.25 = 100 (mm) Để phù hợp với mô hình thực tế đồng thời tiết kiệm chi phí, ta thiết kế lại bề dày của các tấm:
- Tấm tĩnh: Bề dày = 28 (mm)
- Tấm động: Bề dày = 35 (mm)
- Tấm đỡ: Bề dày = 28 (mm)
Hầu như trọng lượng của các tấm kìm chiếm gần 50% trọng lượng của máy Do đó ta tính được trọng lượng của các tấm theo công thức:
- V là thể tích các tấm, m 3
- là khối lượng riêng của thép hoặc nhôm để chế tạo tấm Thép C45: 7850 kg/m 3 , nhôm: =( 2601-2701) kg/m 3
Khối lượng các tấm: M đ = V t = 0,4 0,4 0,028 7850 = 35,2 (kg)
Do đó, ta tính được tổng trọng lượng của các tấm:
Tính toán bộ phận trục vít
Các thông số quan trong về trục vít:
- Đường kính trục vít: DTV = 30 mm
- Chiều dài trục vít: L = 2.D = 2.30 = 60mm
Chiều dài vùng nạp liệu L 1 = 50%.L = 30mm
Chiều dài vùng nén L 2 = 25%.L = 15mm
Chiều dài vùng định lượng L 3 = 25%.L = 15mm
Số vòng quay: n = 42.m.cosα sin(α + θ).sinα D (vòng/phút) [8 – trang 159] Trong đó:
- D: Đường kính trục vít (cm)
- Góc ma sát giữa vật liệu và trục vít
- : Góc nghiêng của cánh vít
Với n = 81 (vòng/phút) phù hợp với số vòng quay trục vít ( 48 181) vòng/phút
- Bề dày cánh trục vít: e = 0,1.D = 0,1.30 = 3 (mm)
- Khe hở giữa trục vít và xylanh bơm nhựa: = 0,15mm
- Tốc độ hóa dẻo 30kg/h
Công suất tiêu hao làm quay trục vít được xác định bởi công thức:
Trong đó: m = 2,5- số mũ thực nghiệm
Môment xoắn trên trục vít:
3.5.2 Chọn động cơ làm quay trục vít
Với yêu cầu đơn giản là làm quay trục vít nên ta sẽ chọn động cơ DC 24V
3.5.3 Tính toán xylanh đẩy đài phun và xylanh đẩy trục vít
Tính toán xylanh đẩy đài phun:
Đài phun được thiết kế để di chuyển trượt trên hai thanh trượt, giúp quá trình đẩy diễn ra thuận lợi và dễ dàng trong việc bố trí xylanh trên máy Một xylanh được đặt dưới xylanh bơm nhựa của đài phun để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Khối lượng của đài phun được ước lượng là m kg, và khi trượt trên thanh trượt, sẽ phát sinh ma sát trượt Hệ số ma sát trong trường hợp này được xác định là f = 0,3.
Lực cần tác dụng để đẩy đài phun cần phải lớn hơn lực ma sát:
Chọn F = 200N Đường kính của xylanh đẩy đài phun:
Chọn đường kính xylanh D = 70mm. Đường kính cần piston d = (0,35 – 0,85).D = (24,5 – 59,5) mm
Vậy ta chọn xylanh có các thông số sau:
- Hành trình xylanh đẩy: 250mm
- Đường kính xylanh cần chọn D = 70mm
- Đường kính cần piston d = 40mm
Tính toán xylanh đẩy trục vít
Cơ cấu xylanh-piston ở cuối máy có vai trò quan trọng trong việc tạo ra chuyển động tịnh tiến cho trục vít Kết hợp với motor, cơ cấu này giúp quay trục vít, từ đó tạo ra áp suất cần thiết cho quá trình phun nhựa vào khuôn.
Lực đẩy sản phẩm cần thiết là P = 50N Đường kính của xylanh đẩy trục vít:
chọn xylanh có đường kính = 40 mm
40 Đường kính cần piston: d = (0,35 – 0,85).D = (14 – 34)mm
Vậy ta chọn xylanh có các thông số sau:
- Hành trình xylanh đẩy: 50mm
- Đường kính xylanh cần chọn D = 40mm
- Đường kính cần piston d = 25 mm.
Các bộ phận phụ trong máy ép phun
Bộ phận tiếp liệu có vai trò quan trọng trong việc định lượng nguyên liệu được nạp vào máy, và việc lựa chọn cơ cấu tiếp liệu phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu.
Nguyên liệu ở dạng hạt thì có khả năng rơi dễ dàng nên người ta dùng bộ phận tiếp liệu trực tiếp là phễu đáy hình côn
Thanh dẫn trượt kiểu đường ray được sử dụng trong quá trình chuyển động của cụm phun và trục vít nhờ vào những ưu điểm vượt trội như giảm ma sát, khả năng chịu tải trọng tốt và ít mài mòn.
Kiểm nghiệm độ bền uốn cho các tấm
Trong quá trình hoạt động của máy ép nhựa, các tấm kìm trên bàn máy là bộ phận chịu lực lớn nhất Để đảm bảo độ bền và tránh cong vênh, thiết kế của các tấm kìm cần được chú trọng, đặc biệt là khi chúng có khối lượng và kết cấu cồng kềnh Việc này không chỉ giúp máy hoạt động ổn định mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì trong thời gian dài.
Trong quá trình làm việc, các tấm phải chịu lực lớn, dẫn đến hiện tượng uốn Mô hình phân tích lực cho thấy lực ép đạt giá trị tối đa khi hai nửa khuôn áp sát nhau.
Hình 3.12: Mô hình phân tích lực lên các tấm lúc cân bằng
1- Tấm đỡ 2 - Tấm động 3 - Tấm tĩnh
42 Để thực hiện việc kiểm tra bền cho các tấm ta xem các tấm như những dầm đặt trên 2 gối đỡ tự do chịu uốn (hình 3)
Do các tấm hầu như thiết kế giống nhau, nên ta chọn tấm tĩnh để kiểm nghiệm với sơ đồ phân tích lực tác dụng lên dầm (hình 4)
Hình 3.13: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên dầm
Từ kết cấu máy ta có thể biễu diễn sơ đồ (hình 3) để kiểm nghiệm bền lên dầm
- Khoảng cách giữa trục dẫn hướng = AD
- Chiều cao tối đa đối khuôn của máy =3/4 Chiều cao khuôn 230 mm
Từ các giá trị tính được ta vẽ biểu đồ nội lực dầm cho tấm tĩnh
Hình 3.14: Biều đồ nội lực
Dựa vào biểu đồ ta tìm được tiết diện nguy hiểm nhất của dầm ở ngay trung điểm
Do đó, ta cần tính bền cho tấm tĩnh với momen uốn lớn nhất
Ta có công thức kiểm nghiệm độ bền uốn theo [ ] σ max =Mmax σu
Vậy tấm tĩnh đã thiết kế đảm bảo được độ bền uốn
Do đó các tấm được thiết kế đảm bảo độ bền uốn trong suốt quá trình làm việc
Kiểm nghiêm độ bền và tính toán chọn đường kính bulông:
1 Tính đường kính bulông theo cụm ( lực cắt ngang F ):
Z = 4 Suy ra: Lực tác dụng lên bulông:
Bulông lắp không có khe hở:
Với d 0 là đường kính lỗ i là số mặt chịu cắt của thân bulông
Suy ra: Đường kính đỉnh thân bulông:
Do đường kính đỉnh thân bulông theo lý thuyết quá nhỏ, cần điều chỉnh để phù hợp với mô hình thực tế và đảm bảo thân bulông có khả năng chịu lực cắt ngang Vì vậy, đường kính đỉnh thân bulông được chọn là d$ (mm).
2 Tính đường kính bulông theo cụm ( bulông được xiết chặt, chịu lực dọc trục không đổi ):
Lực tác dụng lên bulông sau khi có tải trọng F: F b = V + F 1 Để đảm bảo mặt ghép bulông không bị hở, điều kiện cần có:
V (1 ) F 1 , V là lực tác dụng lên tấm ghép Đối với các tấm ghép bằng gang hoặc thép, bulông bằng thép thì = (0,2 0,3)
Trường hợp bulông chịu tải trọng tĩnh thì điều kiện bền có dạng:
Với F b = 1,3V + F, Sở dĩ phải nhân thêm 1,3 vào V vì phải kể đến tác dụng của momen ren lúc xiết chặt đai ốc
Nếu bulông đạt độ bền 6,8 thì k = 600N/mm 2
N/mm 2 < 600 ( dư bền). Điều kiện bulông:
Đường kính đỉnh thân bulông theo lý thuyết thường quá nhỏ, vì vậy cần điều chỉnh để phù hợp với mô hình thực tế và đảm bảo thân bulông có khả năng chịu được lực xiết chặt cũng như lực dọc trục không đổi Do đó, chúng ta chọn đường kính thân đỉnh của bulông là d$ (mm).
Mối ghép bulông chịu tác dụng của mô men M, với tải trọng tác dụng lên mỗi bulông tỷ lệ thuận với khoảng cách từ tâm bulông đến trọng tâm ghép Cụ thể, nếu F M1 là tải trọng tác dụng lên bulông có khoảng cách xa nhất r1, thì F M2 tương ứng với khoảng cách r2, và các lực này có mối liên hệ chặt chẽ với vị trí của bulông trong mối ghép.
Từ (*) suy ra: F M 1 F M 2 F M 3 F M 4 750(N) Điều kiện cân bằng momen tác dụng:
Kiểm nghiệm độ bền cho thân máy
- Đơn giản hóa kết cấu thân máy, ta được biểu đồ sau:
Hình 3 15: Kết cấu thân máy
Chọn thân là thép CT3 có kích thước 580x580x50
Biểu đồ lực dọc trục N Z trên thân máy
Ta có lực tác dụng lên thân hệ thống :
Hình 3 16: Biểu đồ lực dọc trục N Z
Biểu đồ momen uốn trên thân máy
Hình 3 17: Biểu đồ lực tác dụng
Tương tự ta có N B = 87 KN.cm
Hình 3 18: Biểu đồ momen uốn
Với tiết diện thân như sau:
Ta có: x c = y c = 0 (do đối xứng) y max k n , 290mm , l= 580 mm
Với M x : momen uốn lấy từ biểu đồ
J x : momen quán tính của mặt cắt y max k n , : khoảng cách từ điểm tính ứng suất đến đường trung hòa
Vậy max < => Thân máy bền.
Tính toán thiết kế bộ khuôn cho mô hình máy ép phun
Quy trình thiết kế sản phẩm Logo Khoa trên phần mềm Creo Parametric 3.0 được tiến hành qua các bước sau:
Bước 1 : Extrude vòng tròn nhỏ có đường kính 35mm dày 0.5mm
Hình 3.20: Tạo bề dày vòng tròn nhỏ cho logo khoa
Bước 2 : Extrude hình tròn đường tròn 40mm tạo thành hình trụ dày 2mm
Hình 3.21: Tạo bề dày vòng tròn lớn cho logo khoa
Bước 3 : Round 0.5 vòng tròn trong
Hình 3 22: Tạo cung bo trên bề mặt vòng tròn nhỏ logo
Bước 4 : Extrude chi tiết logo khoa lên bề mặt vòng tròn nhỏ dày 0.5mm
Hình 3.23: Tạo hình chi tiết logo khoa
Bước 5 : Extrude chữ nổi lên logo
Hình 3.24: Tạo chữ cho logo khoa
Tính khối lƣợng và thể tích của sản phẩm
Sau khi hoàn tất thiết kế sản phẩm, phần mềm Creo Parametric 3.0 cung cấp công cụ kiểm tra khối lượng cho sản phẩm nhựa đã thiết kế Tính toán khối lượng dựa trên thể tích của khối rắn được tạo ra và thông số tỷ trọng (Density) của loại nhựa sử dụng.
Bước 1: Trong môi trường Part của sản phẩm đổi đơn vị mặc định của phần mềm
Chọn File → Frepare → Model Properties → trong phần Materials chọn Change tại mục Unit → xuất hiện hộp thoại Units Manager chọn milimeter Kilogram Sec (mmKs) → Set → OK → Close → Close
Hình 3.25: Chọn hệ thống đơn vị trong hộp thoại Units Manager
Bước 2: Kiểm tra khối lượng Để kiểm tra khối lượng chọn Asnalysis/Mass Properties
Hệ thống yêu cầu cung cấp các thông tin theo hộp thoại với yêu cầu:
CSYS : Chọn hệ trục toa độ bằng cách Click chuột vào hệ trục tọa độ trên màn hình
Density: Nhập tỷ trọng của loại nhựa sử dụng (chọn 1.15 là tỷ trọng của nhựa PP)
Chú ý: Tỷ trọng nhập vào ô Density có đơn vị là kg/mm 3
Sau đó chọn OK để hệ thống tính toán cho kết quả nhưa sau:
Hình 3.26: Hộp thoại Mass properties hiện thị khối lượng sản phẩm
Phần mềm Creo Parametric 3.0 hỗ trợ kiểm tra thể tích của sản phẩm bằng cách sử dụng công cụ Analysis/Volume
Thể tích của sản phẩm là V= 3147.01 mm 2
Hình 3.27: Tính toán thể tích của sản phẩm
3.8.2 Bề dày của sản phẩm
Trong kỹ thuật làm khuôn ép nhựa, việc đảm bảo chiều dày đồng đều của chi tiết là rất quan trọng để tránh cong vênh do co ngót không đồng đều Modul Mold Cavity cung cấp ứng dụng kiểm tra với tùy chọn Analysis/Thickness Check, cho phép người thiết kế xác định xem chiều dày của sản phẩm có nằm trong phạm vi cho phép hay không, từ đó quyết định cần chỉnh sửa hay không để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu.
Sản phẩm thiết kế logo khoa có bề dày lớn nhất là 4.3 mm và bề dày nhỏ nhất là 2 mm
3.8.3 Góc thoát khuôn của sản phẩm a) Các tính góc thoát khuôn theo lý thuyết
Đối với các sản phẩm có gân, vấu lồi và rãnh sâu, việc thiết kế góc vát theo hướng mở của khuôn là rất quan trọng Điều này đảm bảo rằng sản phẩm có thể được lấy ra khỏi khuôn một cách dễ dàng và thuận tiện.
Ta có thể dựa theo đồ thị sau để tính toán góc thoát khuôn
Hình 3.28: Góc vát và chiều cao vát b) Kiểm tra góc thoát khuôn
Góc nghiêng thoát khuôn là yếu tố quan trọng giúp chi tiết được rút ra dễ dàng khỏi khuôn Trong quá trình thiết kế sản phẩm, người thiết kế không nhất thiết phải là người thiết kế khuôn, nhưng cần phải lưu ý đến yêu cầu này Tuy nhiên, nhiều khi họ có thể quên điều này, dẫn đến các sai sót Do đó, việc kiểm tra và sửa chữa trước khi tiến hành các bước tiếp theo là rất cần thiết Ứng dụng Mold Analysis hỗ trợ kiểm tra góc nghiêng thoát khuôn thông qua màu sắc hiển thị trên chi tiết, với tùy chọn Analysis/ Draft Check.
Hình 3.29: Kiểm tra góc nghiêng thoát khuôn trên sản phẩm
Kết quả kiểm tra cho thấy các vùng có màu hồng và xanh nhạt có góc nghiêng thoát khuôn từ -3° đến 3°, đây là góc thoát khuôn hợp lý giúp dễ dàng lấy sản phẩm ra Để tháo sản phẩm khỏi khuôn một cách thuận lợi, cả mặt trong và ngoài sản phẩm cần có độ côn nhất định theo hướng mở khuôn Đối với khuôn có lõi ngắn hoặc lòng khuôn nông dưới 5mm, góc côn tối thiểu là 0.25° mỗi bên Khi chiều sâu lòng khuôn và lõi tăng từ 1 đến 2 inch (25.4 – 50.8mm), góc côn nên tăng lên 2° mỗi bên Đối với nhựa Polyolefins và Acetals, góc côn nhỏ khoảng 0.5°, trong khi sản phẩm lớn có thể yêu cầu góc côn lên tới 3° Đối với vật liệu cứng như Polystyrene và Acrylic, góc côn tối thiểu cho sản phẩm nhỏ cũng phải là 1.5° Cần lưu ý rằng góc côn càng nhỏ thì lực đẩy yêu cầu càng lớn, điều này có thể làm hỏng sản phẩm nếu chưa đông cứng hoàn toàn.
Góc thoát khuôn đóng vai trò quan trọng trong quá trình tách khuôn, giúp lấy sản phẩm ra dễ dàng mà không gây hư hại Đối với sản phẩm logo khoa, các bề mặt thoát khuôn được thiết kế trong phạm vi cho phép từ -3° đến 3°, đảm bảo việc lấy sản phẩm ra an toàn và hiệu quả.
3.8.4 Hệ số co rút của sản phẩm a) Ý nghĩa của hệ số co rút
Hệ số co rút vật liệu là tỷ lệ phần trăm thể tích mà vật liệu giảm khi được nung nóng so với khi làm nguội Việc hiểu rõ hệ số co rút của sản phẩm rất quan trọng, vì nó đảm bảo rằng sản phẩm được sản xuất có kích thước và hình dạng đúng như thiết kế ban đầu.
Khi sản phẩm nhựa được ép ở nhiệt độ cao, quá trình làm nguội sẽ dẫn đến hiện tượng co rút Do đó, việc nhập hệ số co rút của vật liệu là cần thiết để bù đắp cho sự co rút này, đảm bảo sản phẩm đạt được kích thước và chất lượng mong muốn.
Co rút là một yếu tố quan trọng trong quá trình đúc và ép sản phẩm, với mỗi loại vật liệu có hệ số co rút riêng Để xác định chính xác hệ số này, cần tham khảo hồ sơ liên quan đến vật liệu cụ thể Đối với các loại nhựa thông dụng, hệ số co rút đã được cung cấp trong bảng 2.3.
Khi tách khuôn sản phẩm, cần nhập hệ số co rút của vật liệu Để thực hiện điều này, hãy chọn mục Shrinkage trong menu Mold Sau đó, hệ số co rút sẽ được hiển thị.
By Dimension: Hệ số co rút theo kích thước
By Scaling: Hệ số co rút theo tỉ lệ b) Các áp dụng hệ số co rút cho sản phẩm logo khoa
Áp dụng hệ số co rút theo kích thước
Chọn Shink By Dimension Xuất hiện của sổ Shink By Dimension:
Hình 3.30: Hệ số co rút theo kích thước
Trong khung formula có hai tùy chọn:
Dùng kích thước sản phẩm làm kích thước tham chiếu để tính kích thước lòng khuôn Đây là tùy chọn mặc định
Khi tính kích thước sản phẩm, kích thước lòng khuôn được sử dụng làm kích thước tham chiếu với hệ số co rút của nhựa PP là 0.025 Theo công thức 1+S, kích thước khuôn sẽ lớn hơn kích thước chi tiết tham chiếu 1.025 lần, trong khi công thức 1/(1+S) cho thấy kích thước chi tiết tham chiếu bằng 0.995 lần kích thước khuôn Từ đó, kích thước khuôn có thể được tính bằng 1/(1-0.025) = 1.005025126 lần kích thước tham chiếu Mặc dù hai công thức này không khác biệt nhiều, nhưng chúng không thể thay thế cho nhau.
Trong khung Shinkage Option, tùy chọn "Change Dimensions of Design Part" cho phép thay đổi kích thước chi tiết nguyên thủy nếu được kiểm Khi tùy chọn này được kích hoạt, nó tương đương với việc chọn "Same Model" Ngược lại, nếu không chọn, kích thước chi tiết nguyên thủy sẽ không thay đổi, tương đương với các tùy chọn "Merge By Reference" hoặc "Inherited" Dưới khung Shinkage Ratio có ba biểu tượng.
: chọn kích thước để cho vào bảng
: cho tất cả các kích thước của một Feature được chọn và bảng
: chuyển đổi giữa giá trị số và giá trị kích thước
By default, the system selects "All Dimensions." Enter the plastic shrinkage coefficient in the Ratio field, for example, 0.025, and press Enter At this point, the Clear button becomes active; select Clear to proceed.
Khi chọn kích thước trên chi tiết, kích thước này sẽ hiển thị trong cột Dimension, hệ số co rút nhựa tự động sẽ xuất hiện trong cột Ratio, và kích thước cuối cùng sẽ có mặt trong cột Final Value Nếu chọn, các giá trị số sẽ chuyển thành ký hiệu, với kích thước được ghi trong ngoặc đơn bên cạnh Để xóa một kích thước trong bảng, hãy chọn dấu “_”.
Áp dụng hệ số co rút theo tỉ lệ
Chọn Shink By Scale , xuất hiện cửa sổ Shinkage By Scale như sau:
Hệ số co rút theo tỉ lệ được tính bằng công thức tương tự như Shink By Dimension Để thực hiện, người dùng cần chọn hệ tọa độ bằng cách chọn mũi tên và gốc tọa độ Trong phần Type, có hai tùy chọn để lựa chọn.
Thiết kế hệ thống điều khiển cho mô hình
Hệ thống điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định và tính lặp lại của quá trình vận hành máy Nó điều chỉnh hoạt động của các bộ phận trong mô hình, bao gồm hệ thống kẹp, khuôn, và các quá trình lùi, đẩy của xy-lanh và piston.
Sử dụng điều khiển điện - khí nén để điều khiển toàn bộ quá trình hoạt động của mô hình máy ép phun
Hình 3.121: Sơ đồ khí nén
Nguyên tắc hoạt động của máy ép nhựa:
- Đóng cửa máy hoạt động, mở cửa máy sẽ không hoạt động
- Xylanh A đi ra chạm S2: đẩy tấm di động vào
- Xylanh B đi ra chạm S4: đẩy trục vít đi vào
- Motor quay làm trục vít quay và bắt đầu quá trình gia nhiệt 10s
- Xylanh C đi ra chạm S6: đẩy trục vít đẩy nhựa vào trong khuôn 5s
- Xylanh C lùi về chạm S5 cùng với motor quay
- Motor dừng xylanh A đi về chạm S1
- Xylanh D chạm S8 đi ra đẩy sản phẩm
- Xylanh B đi về chạm S3 hoàn thành xong quá trình chạy của máy
Có 2 chế độ điều khiển chạy bằng tay hoặc tự động
