ĐỒ ÁN tốt nghiệp thiết kế hệ thống khuôn Nắp Và Hộp Đựng Socola thiết kế 2D trên phần mềm AutoCAD 2D

Thiết kế khuôn: Nắp Và Hộp Đựng Socola

Với các yêu cầu sau:

1. PHẦN BẢN VẼ

-        Bản vẽ  sản phẩm  (2D, 3D)

-        Bản vẽ lắp và lắp cụm khuôn

-        Bản vẽ các chi tiết của khuôn

-        Bản vẽ sơ đồ nguyên công của qui trình công nghệ gia công 1 chi tiết của khuôn

1. PHẦN THUYẾT MINH

1- Tổng quan.

2 - Phân tích sản phẩm cần thiết kế khuônHộp Đựng Socola.

3 - Thiết kế khuôn.

4 - Ứng dụng phần mềm Pro/CREO để thiết kế khuôn.

5 - Ứng dụng phần mềm PRO/CREO để gia công chi tiết khuôn cái.

6- Lập qui trình công nghệ gia công  chi tiết khuôn cái(Tấm Chịu Lực).

7 -Hướng dẫn lắp đặt, sử dụng, bảo quản khuôn.

Mục Lục

Nội dung:   ..................................................................... Trang

1)    CHƯƠNG I: Tổng quan Về Sản Phầm .............................................. 5

1.1 Tổng quan về tình hình ngành công nghiệp nhựa................ 5

1.2  Đặc điểm của sản phẩm ....................................................... 6

1.3 .Giới thiệu công nghệ ép nhựa............................................... 6

1.4 .Quá trình Mở Khuôn Lấy Sản Phẩm................................. 16

2)    CHƯƠNG II:   Phân tích sản phẩm cần thiết kế khuôn.................. 24

2.1.Công dụng,hình dáng và đặc điểm của sản phẩm.............. 24

2.2.Yêu cầu kỹ thuật sản phẩm cho sản phẩm......................... 24

2.3.Vật liệu cho sản phẩm nhựa................................................ 24

2.4.Chọn mặt phân khuôn......................................................... 26

2.5.Dạng khuôn thiết kế............................................................. 27

     2.6.Thông số sản phẩm và số lòng khuôn.................................. 29

     2.7 .Tính Toán Lực Kẹp............................................................. 31

     2.8. Thiết kế hệ thống làm nguội............................................... 34

     2.9. Thiết kế kênh dẫn nhựa...................................................... 35

     2.10 Phát họa sơ bộ khuôn......................................................... 36

3)    CHƯƠNG III:   Dùng phần mềm Moldflow để phân tích sản phẩm............................................................................................................. 39

          3.1. Giới thiệu phần mềm Moldflow.......................................... 39

3.2. Xác định điều kiện tối ưu.................................................... 40

4)    CHƯƠNG IV :Ứng Dung Phần Mền PRO/CREO thiết kế Khuôn. 46

5)    CHƯƠNG V : Lập quy trình công nghệ gia công tấm ghép lõi và Ứng

Dụng Phần Mềm PRO/CREO đề gia công  ...................................... 58

6)    CHƯƠNG VI:  Thiết kế đồ gá để gia công chi tiết tấm chịu lực ..... 74

7)    CHƯƠNG VII:    Lắp dặt và bảo quản khuôn................................. 86

8)    CHƯƠNG VIII:    Kết luận................................................................ 87

 

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM

1. Tổng Quan Về Sản Phầm.

  1.1. Tổng quan về tình hình ngành công nghiệp nhựa.

  1.1.1. Khái quát tình hình:

-            Ngành nhựa ra đời sau thế chiến thứ hai.

-             Ngành nhựa có ưu điểm là công nghệ cập nhật hiện đại, tốc độ quay vòng nhanh, sử dụng lao động kỹ thuật là chính, sản phẩm đa dạng, phục vụ được nhiều đối tượng, lĩnh vực công nghiệp, cũng như trong tiêu dùng hằng ngày của xã hội. Theo hiệp hội nhưa Việt Nam, hiện nay nhu cầu sử dụng hàng nhựa của người dân trong nước chỉ đạt 40kg nhựa/người/năm, Thái Lan là 60kg, Nhật Bản là 114kg.

-            Sản xuất bao bì30%, xây dựng 12%, điện tử 11%, điện gia dụng 8%, vận tải 6%, may mặc 5%, nông nghiệp 3%, và các ngành khác 15%.

-            Trên thế giới hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp đều có sử dụng vật liệu nhựa.

-            Ngành nhựa ở nước ta thực chất là một ngành kinh tế kỹ thuật về gia công chất dẻo, hiện chưa có khả năng sản xuất ra nguyên vật liệu nhựa, gần như nguyên vật liệu sản xuất phải nhập khẩu từ nước ngoài.

-            Từ năm 1975 đến năm 1989, ngành nhựa của Việt Nam đang chứng tỏ tiềm lực của mình không chỉ ở thị trường trong nước mà cả trên thị trường quốc tế.

-            Theo hiệp hội nhựa Tp.HCM, trong 14 năm (1988-2002) ngành nhựa Việt Nam đã tăng 24 lần.

-            Sản phẩm nhựa của Việt Nam hiện c1o mặt tại hơn 55 nước trên toàn thế giới, bao gồm các nước ở Châu Á, Châu Mỹ, Châu Phi, Châu Âu và Trung Đông. Trong đó 10 thị trường Xuất khảu lớn nhất cùa Việt Nam là Hoa Kỳ, Nhật Bản, Campuchia, Đức, Anh, Hà Lan, Pháp, Đài Loan, Malaysia và Philippines. Hiện có khoảng 530 công ty nhựa tại Việt Nam hoạt động trong lĩnh lực xuất khẩu. Ngoài việc nhập khẩu từ 70%-80% nguyên liệu nhựa đầu vào mỗi năm, Nước ta phải nhập khẩu hầu như tất cả các sản phẩm và máy móc cần thiết để sản xuất các sản phẩm nhựa.

 

1.2 .Đặc điểm của sản phẩm.

1.2.1 Chất lượng của sản phẩm:

-      Sản phẩm được làm bằng nhựa Polystyren(PS).Có đặc tính bền cơ học và độ chịu va đập cao, được sử dụng trong các môi trường có độ ăn mòn cao. Do có Clo trong thành phần cấu tạo của PS nên PS có tính chất kìm hãm sự cháy

-      Và nhựa PS mặt trong, hệ số ma sát nhỏ, chịu được ẩm mốc bụi bẫn.

-      Là chất dẻo trong suốt không màu, không vị.

-      Khối lượng riêng 1,08g/cm³.

-      Độ bền kéo và độ bền nén của PS là khoảng 450kg/cm².

1.2.2 Nên nhựa PS có công Dụng:

-      PS chịu được áp lực cao, độ bền cao nên được dùng làm ống nước, PS có tính cách điện cũng như khả năng chống cháy.

-        Với đặc tính của nhựa PS như vậy nên sẽ tạo cho sản phẩm có độ bền tốt hơn, an toàn hơn với những tính năng của PS.

1.3.Giới thiệu công nghệ ép nhựa.

1.3.1)Tổng Quan Về Máy Ép Nhựa.

 

a)Phân loại.

• Máy ép nhựa là thiết bị chuyên dùng để hoá dẻo nhựa và phun ép vào khuôn tạo ra sản phẩm. Tuỳ theo cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy mà người ta chia theo nhiều loại :

    Theo lực đóng khuôn: loại 50,100,…8000 tấn.

    Theo loại piston hay trục vis.

    Theo loại trục vis nằm ngang hay thẳng đứng.

              Theo trọng lượng sản phẩm trong 1 lần phun tối đa:1,2,3,5,8,..56,120 oz(ounces). Đơn vị trọng lượng 1oz = 23,349 g.

1.3.2) Các bộ phận cơ bản của máy ép nhựa.

  a) Phễu nạp liệu.

Quy trình bắt đầu bằng cách đổ hạt nhựa vào trong phễu. Phễu là một thiết bị đơn giản dùng để cấp liệu cho trục vis và xylanh. Ngoài ra phễu nạp liệu còn được gắn thêm hệ thống sấy nguyên liệu.

 b)Cụm phun và các kiểu cụm phun thông dụng.

Cụm phun là một trong những bộ phận quan trọng của máy ép nhựa.Nó có nhiêm vụ hóa dẻo nguyên liệu và đẩy vào lòng khuôn. Sau đây là nguyên lí hoạt động của 1 số loại cụm phun thông dụng :

Piston phun 1 giàn:

     Đây là loại cũ nhất, hoạt động theo nguyên tắc sau :

Từ phễu các hạt nguyên liệu được đưa xuống xylanh phun, chuyển động lên phía trước của piston đẩy các hạt đi tới bộ phận mở rộng (màng phun). Xung quanh các spreader sẽ là những băng nhiệt, nó sẽ làm chảy hạt thành nhựa dẻo, từ đó nhựa sẽ được ép vào khuôn.

Piston 2 giàn.

     Gồm 2 cụm pittông trong đó cụm này được đặt trên cụm kia. Một cái để dẻo hoá vật liệu và dẫn vật liệu đến xylanh kia mà ở đó piston thứ 2 sẽ hoạt động như một piston bắn đạn và đẩy vật liệu dẻo vào khuôn.Vít chuyển động qua lại theo đường.

               Sự phun nhựa được thực hiện bởi 1 vis quay mà nó chuyển động lùi và tiến trong xylanh nung nóng, là 1 vis quay nó tạo sự chuyển động của vật liệu hạt từ phễu nguyên liệu và buộc nguyên liệu đi dọc theo thùng xylanh nóng. Khi vật liệu đến cuối vis thì vis chuyển động ngược lại để tích vật liệu, sau đó nó lại tiến lên để đẩy nhựa như 1 piston.

Piston vis 2 giàn:

               Hoạt động qua lại của vis sẽ hạn chế lượng vật liệu có thể được dẻo hoá. Tuy nhiên, sự hạn chế này có thể khắc phục được bằng việc sử dụng piston vis 2 giàn. Ở đây vật liệu di chuyển trên toàn bộ chiều dài vis, qua 1 van nạp và vào trong khoang phun. Cũng ở đây, piston phun bắt buộc phải lùi lại.Van bắn đạn sẽ được mở ra khi piston phun tiến lên phía trước và vật liệu được phun vào khuôn.

C). Cơ cấu kẹp.

Cơ cấu kẹp bao gồm đầu xylanh thủy lực chính và cơ cấu cánh tay đòn. Trong máy ép nhựa cơ cấu này có nhiệm vụ cung cấp các lực rất lớn để thực hiện đóng mở khuôn.Trong thực tế, đối với từng bộ khuôn cụ thể việc xác định lực kẹp đòi hỏi phải tính toán rất kỹ càng.Nếu lực kẹp lớn quá sẽ làm giảm tuổi thọ của khuôn còn nếu lực kẹp nhỏ qúa sẽ làm nhựa trong qúa trình ép phun bị xì ra tạo bavia cho sản phẩm.

d). Bảng điều khiển trung tâm.

Bảng điều khiển trung tâm bao gồm : Van kiểm tra thủy lực (áp suất ), hệ thống kiểm tra nhiệt độ (Nhiệt độ ) và hệ thống kiểm tra thời gian chu kỳ. Đây là những thông số gia công quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm.

E). Trục vis.

Trục vis là một chi tiết quan trọng và điển hình của cụm phun mà đa số các loại máy ép nhựa hiện nay đều sử dụng. Trục vis là loại có dạng ren, bước ren không đổi và có biên dạng giảm dần. Nó có 2 chức năng khác nhau là chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến trong quá trình ép. Khi trục vis ở chế độ quay, nó có tác dụng làm dẻo hoá nguyên liệu và lấy keo, lúc này trục vis chuyển động về sau và nhựa được đưa đến trước đầu xilanh, lượng keo lấy phù hợp cho một lần phun.

*Trục vis có 3 vùng chính:

D :Đường kính trục vis .

P :Bước ren .

H1 : Chiều cao ren ở đầu trục vis .

H2 : Chiều cao ren ở cuối trục vis

                                          Hình 1.2 Trục vis.

Vùng nhập liệu: Ở gần phễu nhập liệu dùng để chuyển nguyên liệu về phía trước.Ở cuối vùng này nguyên liệu mềm và bắt đầu chảy.Vùng này chiếm khoảng 50% chiều dài trục.

Vùng nén ép: Ở giữa vis, dùng để nén ép nguyên liệu nóng. Vùng này chiếm 25% chiều dài trục.

Vùng định lượng: Có công dụng trộn và tạo nguyên liệu đồng nhất trước khi phun vào khuôn. Vùng này chiếm 25% chiều dài trục.

Bảng Nhiệt Độ Gia Công Các Loại Nhựa Thông Dụng.

Nguyên liệu	Nhiệt độ vòi phun (0C)				Nhiệt độ khuôn (0C)
	Béc phun	Đầu trục vis	Giữa trục vis	Cuối trục vis
HD PE	200	190	180	170	40-60
LD PE	180	170	160	150	40-60
PP,PS	200	190	180	170	55-65
APS	210	200	190	280	40-60
PVC- cứng	220	210	200	110	50-60
PVE-mềm	180	170	160	150	45-60

Nhiệt độ khuôn: được làm nguội bằng các đường nước, nhiệt độ bề mặt khuôn có ảnh hưởng đến áp suất trong khuôn, nhiệt độ khuôn phải đồng nhất.

 F) Xylanh.

Trục vis được đặt tronh xylanh, nó được làm bằng thép cứng chịu được áp suất trong suốt quá trình phun. Xylanh được lắp các hệ thống điện trở gia nhiệt dọc theo chiều dài của nó và được điều khiển bằng các đầu dò nhiệt.

 1.3.3.Các giai đoạn ép nhựa: Gồm 4 giai đoạn

1. Hoá lỏng hạt nhựa .

2. Phun nhựa .

3. Làm nguội .

4. Lấy sản phẩm ra ngoài                         

Hình 1.3 Các phần và bộ phận chính của máy

. Giai đoạn 1:Hoá lỏng hạt nhựa.

Khuôn được đóng lại, hạt nhựa nguyên liệu có sẵn trong phễu được rớt xuống và bắt đầu quá trình hoá dẻo. Chất dẻo thông qua băng nung nóng và trục vis bị chảy lỏng, hoà trộn vào nhau chuẩn bị được phun ép vào trong khuôn. Giai đoạn này cần phải tác dụng vào khuôn một lực lớn để không có một chút chất dẻo lỏng nào chảy ra từ các khe hở của khuôn.

                                        Hình 1.4 Giai đoạn hóa lỏng hạt nhựa.

. Giai đoạn 2: Phun nhựa.

Giai đoạn này chất dẻo lỏng sẽ được phun ép vào khuôn. Thông qua các cuống  phun, kênh nhựa và miệng phun, nhựa lỏng sẽ được điền đầy vào lòng khuôn. Áp lực phun trong giai đoạn này cần phải được đảm bảo đủ để nhựa lỏng có thể điền đầy khắp lòng khuôn.

Hình 1.5 Giai đoạn phun nhựa và điền đầy lòng khuôn

. Giai đoạn 3:Làm nguội

Sau khi phun ép định hình được sản phẩm, áp lực phun tiếp tục được duy trì. Điều này làm cho những phần bị co rút trên sản phẩm tiếp tục được điền đầy... Qúa trình làm nguội sẽ được kết thúc khi chi tiết đông đặc hoàn toàn.

Hình 1.6 Giai đoạn làm nguội với áp lực đuổi theo.

Giai đoạn 4:Lấy sản phẩm.

Dưới sự điều khiển của hệ thống thuỷ lực_khí nén khuôn sẽ đựơc mở.Chi tiết và hệ thống các kênh nhựa sẽ được lấy ra ngoài thông qua các chốt đẩy.

Hình 1.7 Giai đoạn lấy sản phẩm ra  ngoài.

Sự lập đi lập lại của một chuỗi các sản phẩm gọi là chu trình khuôn. Mỗi khuôn và mỗi loại vật liệu gia công trong đó sẽ có một thời gian cho một chu trình tối ưu. Điều này bắt buộc người điều khiển máy phải điều chỉnh thời gian của một chu kỳ máy tối ưu để đạt sản phẩm có chất lượng cao.

1.3.4. Nguyên lý hoạt động của khuôn ép nhựa.

                   Ta  biết rằng khuôn là một dụng cụ dùng để định hình cho một chủng loại sản phẩm nhất định (hình dáng và vật liệu...), ở đây là sản phẩm nhựa. Nó được lắp ráp từ nhiều chi tiết cơ khí khác nhau. Khi khuôn được lắp với các bộ phận cung cấp chuyển động thích hợp (máy ép nhựa…),nó sẽ có khả năng thực hiện đóng mở khuôn theo một chu kỳ xác định, để tạo ra được những khoảng không gian hợp lý có tác dụng tạo hình cho sản phẩm hoặc tạo khoảng không gian cần thiết để sản phẩm thoát ra khỏi khuôn một cách dễ dàng (không phải ngừng máy, sản phẩm ra một cách tự động…) sau khi có hình dạng đạt yêu cầu. Nhờ đó mà năng suất ép ra sản phẩm nhựa rất cao.

1.3.5.Quy trình ép ra một sản phẩm nhựa trên máy ép nhựa như sau:

         Trình tự ép sản phẩm trên máy ép nhựa nằm ngang.

• Ban đầu hệ thống thuỷ lực của máy ép nhựa thực hiện chuyển động đóng khuôn để tạo ra khoảng không gian đóng kín, lúc này dòng nhựa  được cụm hoá dẻo (Xylanh hoặc Piston) hoá lỏng bơm vào có nhiệt độ và áp suất cao chảy qua cuống phun vào khuôn thực hiện công việc điền đầy lòng khuôn. Cụm đóng khuôn của máy ép vẫn phải tác dụng vào khuôn một lực lớn (lực kẹp khuôn) để không có một chút chất dẻo nào được chảy ra tại bề mặt phân khuôn (gây tổn thất nhựa và tạo phế phẩm).
• Trên cơ sở phân cách nhiệt độ giữa lòng khuôn và cụm hoá dẻo, cả hai đều có mức nhiệt độ rất khác nhau. Liên kết này chỉ được duy trì một lúc cho đến khi chất dẻo lỏng không còn khả năng chảy nữa. Bởi vì sau khi nhựa  được bơm vào lòng khuôn thì hệ thống làm mát ( không khí, nước, dung dịch làm mát…) hoạt động thực hiện công việc làm nguội nhựa, làm cho quá trình nhựa từ trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái rắn nhanh hơn (nâng cao năng suất làm việc). Do đó mà sau khi điền đầy khuôn nhựa bắt đầu đông cứng lại, khi đó thể tích của sản phẩm sẽ bị co lại (phụ thuộc vào hệ số co ngót của vật liệu). Do đó đểtạo ra sản phẩm có hình dạng đúng theo yêu cầu thì bằng cách ép tiếp và bơm nhựa điền đầy tiếp thì thể tích thiếu hụt do co ngốt nhựa sẽ được bổ xung thêm. Cho nên phải duy trì áp lực lên chất dẻo cho đến lúc nó đông cứng lại.
• Vì quá trình hoá dẻo nhựa từ trạng thái rắn sang lỏng cần một thời gian nhất định, trục xoắn vít thực hiện việc ép chất dẻo vào lòng khuôn nhờ thực hiện chuyển động quay. Do đó để tạo ra từng liều lượng nhằm làm chảy nó và xếp đặt trước khi bơm vào khuôn, trục xoắn tạo ra khoảng không gian trống bằng cách trượt lùi lại trong lòng Xylanh phun bằng chuyển động tịnh tiến dọc trục. Khi sản phẩm được làm đông lại cụm hoá dẻo sẽ chuyển động rời khỏi khuôn nhờ đó mà chất dẻo ở đầu vòi phun không bị đông đặc lại.Cụm đóng khuôn vẫn tiếp tục duy trì lực ép khuôn cho đến khi sản phẩm đông đặc tới mức có thể tống ra ngoài được chuyển động mở khuôn kết hợp với hệ thống chốt đẩy. Quá trình được tiếp tục để chế tạo sản phẩm tiếp theo.

* Tóm lại chu kỳ hoạt động của máy ép tạo ra một sản phẩm như sau:

• Khung kẹp thực hiện đóng chặt khuôn.
• Vật liệu dẻo được hoá dẻo từ trước được bơm vào lòng khuôn.
• Áp lực tiếp tục duy trì (áp lực giữ).
• Tại thời điểm này trục vít tiếp tục chuyển động quay để hoá dẻo vật liệu chuẩn bị cho lần bơm tiếp theo.
• Khi đó chất dẻo bắt đầu nguội nhờ hệ thống làm mát của khuôn.
• Mở khuôn và đẩy sản phẩm ra ngoài.

1.3.6.Các loại khuôn nhựa phổ biến.

Kết cấu của khuôn thường gồm hai phần, một phần ở phía vòi phun nó được bắt chặt, cố định với máy ép nhựa gọi là tấm khuôn trước, phần còn lại được ở phía hệ thống đẩy, khi hoạt động nó thực hiện chuyển động đóng mở khuôn gọi là tấm khuôn sau. Tuỳ theo kết cấu của tấm khuôn trước và sau cũng như là cách thực hiện chuyển động đóng mở khuôn khi làm việc mà có các loại khuôn phổ biến sau:

 

1. Kết cấu của khuôn ép nhựa hai tấm.

       -Khuôn hai tấm: Là loại khuôn chỉ gồm hai phần khuôn trước (phần khuôn được lắp cố định trên máy ép nhựa) và khuôn sau (phần thực hiện chuyển động tịnh tiến thực hiện công việc đóng mở khuôn). Đây là loại khuôn có kết cấu đơn giản (giá thành thấp) được sử dụng rộng rãi để chế tạo các sản phẩm có kích thước nhỏ, sử dụng ít miệng phun, hình dạng đơn giản, sản lượng chế tạo ít…

      b. Kết cấu khuôn ép nhựa ba tấm.

 - Khuôn ba tấm: Hệ thống này gồm có các bộ phận sau: Khuôn trước, khuôn sau và hệ thống thanh đỡ. Nó có khả năng tạo ra hai vùng không gian khi đóng mở khuôn.Một vị trí mở để lấy ra sản phẩm còn một vị trí mở dùng để lấy kênh nhựa.

-Nhược điểm của dạng khuôn này là khoảng cách giữa vòi phun của máy ép nhựa với lòng khuôn cần bơm nhựa vào khá dài, làm giảm áp lực của dòng nhựa từ vòi phun vào lòng khuôn và lượng nhựa phế phẩm tiêu tốn ở hệ thống kênh dẫn nhựa lớn.

       c. Kết cấu khuôn ép nhựa nhiều tầng.

         -  Khuôn nhiều tầng được chế tạo để giữ lực kẹp của máy thấp (nghĩa là sử           dụng cho các loại máy có kích thước nhỏ giảm tiền vốn đầu tư vào máy), nhờ sử dụng được hệ thống đẩy ở cả hai nửa khuôn. Do đó vẫn giữ được giá thành sản phẩm hạ trong khi có thể sản xuất được một số lượng sản phẩm lớn.

1.4 ) Quá trình Lấy Sản Phẩm

Bước 1: Khi Sản Phẩm Khuôn Được Làm Nguội Hoàn Tất Ta Tiến Hành Mở Khuôn Để Lấy Sản Phẩm.

Bước 2 : Tiến hành mở khuôn.

Máy sẽ Dùng Lực Kéo để Tác Khuôn lấy sản phẩm Làm tách Tấm Giật Cuốn Phun

Và Tấm Áo Khuôn Trên (Tấm Khuôn Trên ).

Đồng thời giật đứt phân kênh nhựa dư ra khỏi sản phẩm .

Khuôn sẽ Được máy tiếp tục kéo cho đến khi hết độ dài Bulong m12 L= 140

Bước 2.2 : Mở Tấm giật Cuốn Phun và Tấm Kẹp Trên

Khuôn tiếp tục được máy kéo xuống và đồng theo kéo tấm giật cuốn phun xuống nhờ 4 bulong M12 và đẩy kênh nhựa dư ra khỏi Cuốn Phun và rớt ra ngoài .

Bước 3.1 : Khuôn Tiếp Tục được Kéo Xuống để Làm Mở Tấm Khuôn trên và Khuôn Dưới Để Lộ Sản Phẩm.

Bước 3.2 Khuôn tiếp tục đi xuống lúc Này Piston Của máy sẽ đẩy tấm đẩy ty vs tấm giữ ty đi lên đồng thời ty đẩy sẽ đẩy tấm đẩy sản phẩm đi lên làm sản phẩm rớt ra ngoài.

Bước 4 : Tiến hành đóng khuôn lại.

 

CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA

2. Phân tích sản phẩm cần thiết kế khuôn.

2.1. Công dụng,hình dáng và đặc điểm của sản phẩm.

-        Hôp đựng socola kiểu hình hộp bát giác ghép nhau bởi ngàm .

-        Chi tiết này lắp ghép lỏng.

2.2. Yêu cầu kỹ thuật sản phẩm cho sản phẩm:

- Sản phẩm sau ép đạt hình dạng tốt nhất mà tốn ít công sửa lại nhất.

- Sản phẩm sau ép ít tồn tại khuyết tật nhất như: cong vênh, rỗ khí, vật phun bị ngắn, có tồn tại đường hàn, hõm co…

- Cơ tính ổn định ở nhiệt độ khoảng 30-60⁰

-Căn cứ vào các đặc tính đó ta chọn vật liệu để chế tạo Hôp Đựng SoCola là nhựa PS có độ co ngót là 0,5 %.

- Căn cứ vào đó để thiết kế hình dạng khuôn để sau khi ép tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu.

2.3. Vật liệu cho sản phẩm nhựa.

a.Đặc điểm nhựa Ps ( Polystyren)

o   PS là đặc biệt rõ ràng và tự nhiên thủy tinh

o   Có mật độ khoảng 1,05 g / cm3.

o   Bỏng với ngọn lửa màu vàng cam, với bồ hóng đen

o   Polystyrene cứng và giòn với cường độ va đập thấp (dễ bị gãy)

o   Kháng hóa chất kém.

o   Khả năng thời tiết kém.

o   Polystyrene có thể được sửa đổi để cải thiện sức mạnh tác động. 

o   Nhựa PS (Polystyren) cứng trong suốt, không có mùi vị, cháy cho ngọn lửa không ổn định.

o   Không màu và dễ tạo màu, hình thức đẹp, dễ gia công bằng phương pháp ép và ép phun (Nhiệt độ gia công vào khoảng (180 – 200)°C).

b. Ứng dụng:

o   -Nhựa PS (Polystyren) được sử dụng trong sản xuất hộp xốp nhựa đựng thực phẩm, vỏ nhựa CD, DVD, đồ chơi trẻ em, máy vi tính, máy sấy tóc, thiết bị nhà bếp.

o   Nhựa PS (Polystyren) trong lĩnh vực nhựa định hình PS thường được dùng sản xuất hộp nhựa, ly nhựa, tô chén nhựa, khay nhựa bánh kẹo nhờ vào đặc tính cứng và giòn, rất nhẹ, dễ tạo hình, sản phẩm cho ra đẹp.

o   Tuy nhiên, đối với sản phẩm từ nhựa PS tốt nhất là không nên dùng PS để đựng thức ăn nóng (trên 70 độ C) vì ở nhiệt độ cao lượng Monostyren giải phóng ra lượng lớn sẽ tổn hại đến gan.

o   Do đó, không dùng dùng khay nhựa từ PS để đựng nước sôi, thức ăn nhiều dầu mỡ, dưa muối, giấm.

-Điều kiện gia công:

-   Sấy khô:không cần nếu được bảo quản tốt.

-   Nhiệt độ chảy: T_m=180-200 độ C và không vượt quá 280 dộ C.

-   Nhiệt độ đóng rắn:10 – 20 độ C.

-   Nhiệt độ khuôn: Từ 20- 80 độ C,thường là 50 độ C, mức độ kết tinh đượcxác định theo nhiệt độ khuôn.

-   Áp suất phun: 150 bar.

-   Tốc độ phun: Theo nguyên tắc thì tốc độ phun phải nhanh để giảm ứng suất nội, nhưng nếu bề mặt phun xuất hiện khuyết tật thì phải dùng tốc độ phun chậm nhưng nhiệt độ cao.

-   Nhiệt độ ở cuối piston-vít: 280-200 độ C.

-   Hệ số co rút: 0.5%, mật độ: 1.05 (g/), nhiệt độ phá hủy: 280.

2.4. Chọn mặt phân khuôn.

-Việc chọn mặt phân khuôn cũng quan trọng trong hình dáng của sản phẩm,vì nếu chọn mặt phân khuôn không hợp lý,sẽ tạo bavia cho sản phẩm.

- Đối với chi tiết nắp ta chọn mặt phân khuôn 1 là cái ngàm vì nếu chon ở cái ngàm thì khi mở khuôn ta có thể dễ lấy sản phẩm bằng tấm lói sản phẩm mà chỉ để lại lượng bavia ít nhất có thể .

- Đối Với Chi Tiết Hộp thì mặt phân khuôn 2 nằm ở vành của chi tiết để có thể đẩy chi tiết ra dễ dàng ra khỏi khuôn mà không vướn và không xảy ra hiện tượng bavia . Ưu điểm không cần độ chính xác cao mà vẫn giữ đươc độ chính xác của sản phẩm.

+      Mặt phân khuôn chi tiết nắp:

• Mặt phân khuôn chi tiết hộp:

2.5. Dạng khuôn thiết kế.

2.5.1. Thiết kế khuôn 2 tấm có kênh dẫn nguội.

         - Khuônhaitấmdùngkênhdẫnnguộicho phép nhựa di chuyển từ vòi phun của máy ép nhựa sang cuốn phun đến hệ thống kênh dẫn (kênh dẫn chính, kênh dẫn nhựa, đến miệng phun) và sau đó sẽ điền đầy sản phẩm. Sau khi được điền đầy vào sản phẩm sẽ được làm nguội để chi tiết được định hình.Khikhuôn  mởracósảnphẩmđược  lấyrangoài.  Khikhuôn đónglạithì sẽ tiếp tục thực hiền quá trình ép.

 2.5.2. Kếtcấu sơ bộ khuônhaitấmcó kênh dẫn nóng.

Đối với loại khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn thì ta cần quan tâm đến việc thiết kế kênh dẫn và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy vào các lòng khuôn cùng lúc.Trước khi bắt đầu thiết kế miệng phun thì ta cần dùng phần mềm để phân tích vị trì đặt miệng phun thích hợp nhất. Khi thấy các miệng phun có thể đặt thẳng(ngang) hàng với các lòng khuôn thì việc dùng khuôn 2 tấm là thích hợp.

o   Ưu điểm:

v  Giá thành chế tạo khuôn rẻ.

v  Thiết kế khuôn đơn giản.

v  So với khuôn 3 tấm thì khuôn 2 tấm đơn giản, rẻ hơnchu kỳ ép ngắn hơn.

v  Kết cấu khuôn không đòi hỏi độ phức tạp.

o   Nhượcđiểm:

v  Khuôn 2 tấm chỉ được sử dụng được cho các chi tiết đòi hỏi độ chình xác thấp hơn các loại khuôn nhiều tấm.

v  Quá trình tự động hóa hoàn toàn trong quá trình làm việc thấp hơn do không có hệ thống cắt đuôi keo, hệ thống này tự động tách ra trong quá trình tách khuôn nên đuôi keo vẫn còn lớn (do đó cần phải thuê nhân công để cắt đuôi keo).

v  Phải tốn nhiều nguyên liệu ( do sản phẩm khi sử dụng tới đuôi keo vì vậy lượng đuôi keo phế phẩm tái chế khá nhiều).

v  Khuôn 2 tấm thì không thẻ dủng để gia công những sản phẩm đòi hỏi có độ phức tạp cao. Vì sự điền đầy nhựa trong khuôn 2 tấm là không thể kiểm soát được, và các sản phẩm của khuôn 2 tấm có rất ít miệng phun nên quá trình đưa nhựa vào sản phẩm thì lâu nên có thể gây ra nhiều biến dạng cho sản phẩm.

2.6. Thông số sản phẩm và số lòng khuôn.

2.6.1. Thông Số Sản Phẩm.

- Ứng dụng phần mềm Moldfold tính được các thông số của sản phẩm:

- Thể tích sản phẩm: 375534 mm³

- Tổng diện tích bề mặt: 77021mm²

- Khối lượng sản phẩm : 38.86 g

2.6.2. Số lòng khuôn:

Ta có thể cân nhắc để chọn số lòng khuôn phù hợp với các thông tin sau:

v Kích thước máy ép phun(năng suất phun lớn nhất và lực kẹp lớn nhất).

v Thời gian dao hàng.

v Yêu cầu về chất lượng sản phẩm.

v Kết cấu và kích thước khuôn.

v Giá thành khuôn.

Sốlòng khuôn thông thường được thiết kế theo dãy số sau :2,4,6,8,12,16,24,32,48,64,96,128. Vì các lòng khuôn sẽ dể dàng được sắp xếp theo hình chử nhật hoặc hình tròn.

Thông thường ta có thể tính số lòng khuôn cần thiết trên khuôn nhựa dựa vào số lượng sản phẩm, năng suất phun và năng suất làm dẻo của máy phun, lực kẹp khuôn của máy.

• ...

n= SxP/FP

Trong đó:

n: Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.

S: Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm kể cả các rãnh dòng tính theo hướngđóng khuôn(mm²).

Fp: Lực kẹp khuôn tối đa của của máy (N).

P: Áp suất trong khuôn (Mpa).

• Số lòng khuôn.

Tính số lòng khuôn theo năng suất phun của máy:

N=(sản phẩm)

    Do số lòng khuôn là 2,4,8,16,32,…..nên chọn số lòng khuôn là n=2.

• Tính toán khối lượng sản phẩm :

Theo thông số thiết kế ta có thể tích cửa sản phẩm : V = 375534 mm³ = 37.5534 cm³

Mật độ của nhựa PP là 1,03 g/cm³

Vậy khối lượng của sản phẩm là : M = 37.5534 x 1.03 = 38.86 g.

• Tính toán tấm khuôn chịu lực :

Ta có công thức :

h =

-        Trong đó :

+ H : Chiều dầy tấm khuôn chịu lực (mm) .

+ p : Áp suất phun : 2500 (kg/cm²)

+ b : Bề rộng của lõi : 33 (mm).

+ B : Bề rộng của tấm khuôn 180 (mm).

+ L : Chiều dài khu vực chiệu tải 250 (mm).

+ E : Module 2,1x10⁶ (kg/cm² ).

+ d : Độ lệch cho phép 0.1 .

Theo công thức tính bề dầy tấm khuôn ( tài liệu của Carl A Reies 1990, Plastic Injection mould design and making.

h =  =   = 30,44 mm.

ð Vậy tấm khuôn có bề dầy30,44 mm trở lên là chịu lực tốt.

2.7. Tính Toán Lực Tác Dụng Của Khuôn.

2.7.1. Tính toán lực kẹp tối thiểu và chọn máy.

Các thông số xuất ra từ phần mềm moldflow về lực kẹp như sau:

-        Lực kẹp lớn nhất của máy:150 tấn.

-        Thể tích ép cực đại : 384 cm³.

-        Áp suất ép lớn nhất : 164 Mpa.

-        Tốc độ ép lớn nhất của máy : 144 cm³/s.

-        Thời gian kẹp giữ : 10s.

-        Nhiệt độkhuôn : 60 ⁰C .

-        Nhiệt độ hóa dẻo nhựa là : 190⁰C.

-        Thời gian ép thực tế: 5,2 s.

-        Thời gian làm lạnh: 20s.

         -Tính toán lực kẹp khuôn:

         - Lực kẹp khuôn cần thiết :

F_K > (S xP).

        Trong đó :

        S : diện tích hình chiếu của sản phẩm theo hướng kẹp của khuôn.

        P: áp suất trung bình của khuôn.

                        S = 150 × 215 =  322 cm².

                        P = 4.6 Mpa = 420 N/cm².

                  F_k>322 × 420 = 135720 N =13,5 tấn.

-        Mà lực kẹp của moldflow khi xuất ra là 13,7 tấn,vậy ta thấy giá trị tính toán gần bằng với giá trị của moldflow,nên ta chọn lực kẹp tính toán là 14 tấn.

• Lực mở khuôn : theo hiểu biết,thì lực mở khuôn phải nhỏ hơn lực đóng khuôn khoảng 15% :

   F_m= F_k – 15%F_k = 14 × 85% = 12tấn.

• Khoảng mở khuôn: lấy bằng 1.5 lần chiều dài của chi tiết theo hướng mở khuôn .

H_mở = 100 × 1.5 = 150mm.

• Tính thời gian chu ky ước lượng sản phẩm :

 Thời gian đóng , mở khuôn: thời gian đóng mở khuôn ngắn nhất là 1(s), lấy theo kinh nghiệm .

            T_đm = 2 x 1 = 2(s)

-        Thời gian ép sản phẩm : Tép = 1(s)

-        Thời gian làm nguội   :  Tng = 10 (s)

-        Thời gian duy trì :

T_dt-lm = 20(s)

-        Thời gian mở và lấy sản phẩm: tùy thuộc vào tay nghề người công nhân, có thể lấy Tphụ = 5(s)

• Thời gian 1 chu kỳ ước lượng sản phẩm là :

T = 2 + 1,5+10+ 20 + 5 = 38 (s)

Dựa vào số liệu trên và kết quả tính toán, em chọn máy VS- 50K của hãng VICTOR  sản xuất.với thông số máy như sau:

-        Hệ thống ép:

• Vít có đường kính : 36mm.
• Áp suất phun lớn nhất : 1590 kg/cm­3.
• Trọng lượng mỗi lần phun : 102g.
• Dung tích hồ chứa: 250 lít.

-        Hệ thống kẹp:

• Khoảng cách giữa cách thanh tie bar : 360×310mm.
• Kích thước của plantens khuôn : 500× 500
• Chiều cao khuôn nhỏ nhất:150mm.
• Chiều cao khuôn tối đa: 350mm.
• Khoảng mở khuôn : 620mm.
• Lực kẹp : 50 tấn.
• Khoảng đẩy :160mm.
• Lực đẩy : 2 tấn.

-     Kích thước của máy : 3,6m × 1,2m × 1,5m.

-     Tổng trọng lượng máy:2,8 tấn.

2.8. Thiết kế hệ thống làm nguội.

          Để thời gian làm nguội ngắn, cần phải biết đặt hệ thống làm nguội chổ nào và hệ thống nào. Điều này rất quan trọng vì thực tế thời gian làm nguội chiếm 50 ¸ 60% toàn bộ thời gian của chu kỳ phun khuôn.

             Để điều khiển tốt nhiệt độ trong khuôn, cần lưu ý các điểm sau:

-        Những kênh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt, nhưng chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn.

-        Các kênh làm nguội phải đặt gần nhau, cũng phải chú ý đến độ bền Cơ học của vật liệu khuôn.

-        Đường kính kênh làm nguội phải lớn hơn 8 mm và giữ nguyên như vậy để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau do đường kính kênh làm nguội khác nhau.

-        Nên chia hệ thống làm nguội ra làm nhiều vòng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn, ở ngoài cùng nhiệt độ sẽ là quá cao để làm lạnh có hiệu quả.

-        Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng.

• Ta thiết kế đường nước ϕ=10 mm quanh khuôn trên và Khuôn dưới Gia công lổ ren M12x10 để bắt co nước.Khoảng cách bề dày vách > 5mm.
• Dùng theo kinh nghiệm sản xuất khuôn đường kính kênh dẫn nguội được đa số các nhà sản xuất dùng theo bảng sau :

• Với bề dày thành sản phẩm s = 2→mm nên ta chọn đường kính kênh dẫn chất lỏng làm nguội là D = 7mm.
• Với kiểu làm nguội như sau  là tối ưu và tốt nhất nên ta chọn để có thể điều khiển nhiệt độ của lòng khuôn.
• Với kiểu này phù hợp với sản phẩm dan ống với những ưu điểm như sau:
• Làm nguội khá đồng đều trên bề mặt của sản phẩm.
• Đường nước đi vào tại vị trí nóng nhất ( vị trí gần miệng phun) nên hiệu quả làm nguội tốt hơn.
• Dễ gia công đường nước.
• Có thể điều chỉnh vị trí làm nguội tại những vị trí bề dày khác nhau.

Hoặc với công thức:

          D==6.05

Vậy ta chọn là D=7

2.9. Thiết kế kênh dẫn nhựa.

2.9.1 Xây dựng một hệ thống kênh dẫn nóng:

- Khi chọn một hệ thống kênh dẫn nóng thì chiều dày,hình dạng, thời gian điền đầy yêu cầu phải được xem xét đầu tiên sau đó lựa chọn miệng phun thiết kế miệng phun, chọn vật liệu và thiết kế khuôn.

  Những thông số của sản phẩm để lựa chọn hệ thống kênh dẫn nóng:

-     Vật liệu nhựa sử dụng:PS( polysteren)

-     Bề dày sản phẩm không đồng đều dao động từ:2 – 5 mm.

-      Thời gian điền đầy qua phân tích moldflow trên 6 sản phẩm sử dụng hệ thống Kênh dẫn nóng khoảng: 5,02giây.

     Những lưu ý khi thiết kế hệ thống kênh dẫn nguội:

-        Kênh dẫn nhựa nối liền các miệng phun và cuốn phun. Chúng làm nhiệm vụ đưa nhựa vào các lòng khuôn. Khi thiệt kế kênh dẫn nhựa ta cần phải tuân thủ các nguyên tắc sau:

• Hạn chế sự thay đổi tiết diện kênh dẫn.
• Nhựa kênh dẫn phải dể thoát khuôn.
• Chiều dài kênh dẫn càng ngắn càng tốt để tránh mất áp và mất nhiệt trong quá trình phun nhựa.
• Tiết diện kênh nhựa phải đủ lớn để đảm bảo sự điền đầy cho toàn bộ sản phẩm trong quá trình đểkhông kéo dài thời gianchu kì, mặt khác, không quá lớn gây tốn vật liện và đòi hỏi lực kẹp lớn.

-        Người ta thường sử dụng kênh dẫn nhựa có tiết diện tròn,parapol, hình tahng và hình bán nguyệt.

ðĐối với khuôn ép co nước em sử dụng kênh dẫn nhựa tròn.

2.10. Phác Họa Sơ Bộ Khuôn.

      - Thông thường, ta phải tính toán sơ bộ thể tích lòng khuôn, bề dày sản phẩm để tính toán sơ bộ các điều kiện bền cho các bề dày thành khuôn, ….

   - Hiện nay, các chi tiết khuôn và các tấm khuôn đã được tiêu chuẩn hoá rất cao và cũng để giảm đi mức độ phức tạp khi chế tạo khuôn, các cơ sở chế tạo khuôn thông thường chọn đặt mua các chi tiết khuôn và chỉ thực hiện gia công phần tạo hình sản phẩm sau đó lắp vào các kết cấu khuôn có sẵn theo các tiêu chuẩn lấy ví dụ như HASCO, FUTABA, MISUMI, … việc này làm giảm khối lượng công việc xuống đáng kể tránh mất thời gian tính toán sức bền cho khuôn và họ chỉ việc gia công tạo hình lòng khuôn tỷ mỷ mà vẫn đạt thời gian giao hàng sớm.

          Những chi tiết trong khuôn được chọn theo các tiêu chuẩn có sẵn, sau đó được gia công thêm đối với một số chi tiết để đạt các kích thước theo yêu cầu kỹ thuật, việc này làm giảm đáng kể thời gian, chi phí gia công nhưng vẫn đảm bảo có một bộ khuôn phù hợp, đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật.

Cụm khuôn Trên

Cụm khuôn dưới

Phát họa khuôn khi cắt ½