THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA

( BẢN THUYẾT MINH )

Tên sản phẩm: Hộp đựng ngòi bút chì

NỘI  DUNG

1. Phân tích công dụng điều kiện làm việc của sản phẩm.

Công dụng: là một chi tiết được sử dụng để đựng ngòi bút chì nhằm mục đích tạo điều kiện làm việc thuận lợi.

Yêu cầu điều kiện làm việc:có thể làm việc trong mọi điệu kiên thời tiết tính chịu bền cao.

2.Chọn vật liệu cho sản phẩm:

1)   Tên vật liệu: Nhựa PS (Polystyrene)

2)   Đặc tính:

vLoại nhựa trong suốt không màu.

vTỉ trọng từ 1,95-1,1 g/cm³

vDễ gia công, nhiệt độ gia công khoảng 180 – 200^oC.

vDòn, dễ rạn nứt, chịu va đập kém.

vChịu hóa chất kém.

vNhiệt độ biến dạng thấp, tạo khí đen.

3)   Ứng dụng:

v  Dùng cho đồ gia dụng rẻ tiền như hộp cốc lọ….

3.Độ co ngót cùa nhựa: PS (Polystyrene) 0,3-0,6%

4. Nhiệt độ nóng chảy: ~165^oC

5.Thiết kế kết cấu sản phẩm

a) Độ dày T

Loại nhựa	Độ dầy min (mm)	Độ dầy max (mm)	Độ dầy đề nghị (mm)
PS	0.6	7.6	2.0

 

Độ dày min của chi tiết: 1mm > 0.6mm

Độ dày max của chi tiết: 3mm < 7.6mm

ðThỏa mãn yêu cầu

v8.Thiết kế góc của sản phẩm

+ Các sản phẩm được thiết kế hợp lý sẽ:

• Giảm khả năng cong vênh.
• Giảm sự cản dòng chảy của nhựa .
• Nhựa lỏng dễ điền đầy lòng khuôn.
• Giảm sự tập trung ứng suất.

 

+ Bán kính trong:

- Ta có độ dày T = 1                                                

         r   T

 Tốt nhất là r.T= 0.5x1=0.5

+Bán kính ngoài:

       R 0.5+T =1+3= 3.5

( T là độ dày sản phẩm)

+ Nếu không thỏa mãn điều kiện này thì sản phẩm dễ cong vênh bởi sự nguội không đều giữa phần nhựa bên trong và bên ngoài sản phẩm khiến sự co rút không đều tạo ra ứng suất.

 

 

vThiết kế góc thoát khuôn

+ giá trị góc thoát khuôn phụ thuộc vào tính co rút của nhựa và chiều cao mặt nghiêng. Thông thường gía trị này nằm trong khoảng  0,25^o - 3^oC cho mỗi mặt bên. Ta chọn góc thoát khuôn cho sản phẩm là 2^o.

 

vSự co ngót của sản phẩm nhựa

+ Tra  bảng 2.3/67: Độ co rút của một sản phẩm nhựa thường dùng, giáo trình cơ sở thiết kế khuôn phun ép nhựa của T.S. Võ Văn Cường, ta có:

+ Nhựa PS có độ co 0,5-0,7%

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến sự co rút:

• Áp suất  phun thấp
• Nhiệt độ của khuôn cao 
• Mệng phun đông đặc sớm
• Nhiệt độ nóng chảy của nhựa cao
• Thời gian duy trì áp suất ngắn

=> Ta có thể khắc phục được sự cố co ngót, để sản phẩm tránh bị hụt kích thước.

+ Cách khắc phục: trong quá trình phun ta có thể phun thêm để bù đắp sự co ngót của nhựa.

 

vDung sai của sản phẩm nhựa

+ Dung sai sản phẩm nhựa có liên quan chặt chẽ với sự co rút của vật liệu nhựa, nó phụ thuộc vào từng loại nhựa và kết cấu của sản phẩm.

+ Trọng lượng sản phẩm:±10% trên trọng lượng dự kiến (khoảng ±2%).

+ Độ dày ±0,03(trong trường hợp đặc biệt 0,013mm).

+ Phù hợp với đường kính:

• Đến Ø75 => ±0,2
• Đến Ø106 => ±0,25
• Đến Ø160 => ±0,3
• Đến Ø300 => ±0,64

+ Chiều cao tổng thể:±0,5% hoặc tối thiểu là 0,13.   

 

TRÌNH TỰ THIẾT KẾ KHUÔN PHUN ÉP NHỰA CHO SẢN PHẨM

HỘP ĐỰNG NGỒI BÚT CHÌ

I. Sản phẩm nhựa:

-Tên sản phẩm: hộp đựng ngòi bút chì

- Vật liệu: nhựa PS

- Kích thước: B = 128 mm

                      h =  126 mm

                      S =  3 mm

 

                                  Hình vẽ sơ bộ sản phẩm nhựa

- Sản lượng: 50.000 sản phẩm

- Hình dạng sản phẩm: dạng hộp

- Dung sai ±0.2 mm

- Lĩnh vực sản xuất: Gia dụng

- Bản vẽ sản phẩm kèm theo: A3

 

II. Máy phun nhựa

- Kiểu máy phun ép ngang

- Thể tích mỗi lần phun: 500 cm³

- Áp lực phun: 234 Mpa

- Áp lực kẹp: 140 kg/cm²

- Khoãng mở lớn nhất: 320 mm

- Kích thước tấm thớt máy: 1000 mm

Máy ép nhựa : SE-90 Model : SE-90				Model trục vít
				A	B	C
Đường kính trục vít xoắn			mm	32	36	40
Tỷ lệ chiều dài / đường kính trục vít			L/D	24.7	22	19.8
Dung lượng keo phun (theo lý thuyết)			Cm3	126	160	197
Trọng lượng phun ( PS)			G	115	146	179
Tỷ lệ phun (PS )			g/s	75	95	117
Tỷ lệ làm mềm dẻo (PS)			g/s	14.2	18	22.2
Áp lực phun			Mpa	234	185	150
Vòng xoay vít xoắn			rpm	0-245
Lực khóa kềm			KN	900
Hành trình mở Khuôn			mm	320
Khoảng cách trục láp			mm	360x360
Độ dầy khuôn tối đa			mm	330
Độ dầy khuôn tối thiểu			mm	110
Hành trình lói khuôn			mm	90
Lực lói khuôn			KN	28
Số lói khuôn			PC	5
Áp lực bơm tối đa			Mpa	16
Công suất động cơ			KW	11
Công suất nhiệt			KW	6.5
Kích thước máy (dài x rộng x cao)			M	4.2x1.2x1.6
Trọng lượng máy			Tấn	3.3
Dung lượng phễu sấy			Kg	25
Dung lượng dầu máy			L	220

 

III. Đường phân khuôn

 

 

Mặt phân khuôn được chọn ở vị trí tiết diện ngan lớn nhất theo phương vuông góc với chiều chuyển động mở khuôn và tốt nhất là trong cùng 1 mặt phẳng.

VI. Số lượng lòng khuôn – bố trí lòng khuôn

Tính số lồng khuôn theo năng suất phun của máy ép phun:

n=

Trong đó:

n:số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.

S:năng suất phun của máy.

W:trọng lượng của sản phẩm.

Ta có:

Năng suất phun của máy: S = 75(g/s).

Trọng lượng sản phẩm :W=45(g).

Thay vào công thức:

N= = (0,8.75)/45 = 1.35 (khuôn).

Tính số lồng khuôn theo năng suất làm dẻo của máy:

n=

Trong đó:

n:số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.

P:năng suất làm dẻo của máy.

X:tần số phun trong 1 phút.

W:trọng lượng của sản phẩm.

Ta có:

P=14,2 (g/s) =852 (g/ph).

Ta ước lượng thời gian của 1 chu kỳ ép phun:

tc=7s=0.116ph suy ra X=8,6(1/ph).

Năng suất làm dẻo của máy:

P=14,2(g/s)=852(g/ph).

Thay vào công thức:

n==852/(8,6.45)= 2.2 (khuôn).

- Ta chọn số lượng lòng khuôn là 2 lòng khuôn dựa vào số lượng sản phẩm, năng suất phun của máy, trọng lượng của sản phẩm, thời gian giao hàng, lực kẹp khuôn của máy.

Các yếu tố quyết định số lòng khuôn (số sản phẩm trên 1 khuôn):

• Kích thước đầu phun của máy ép
• Kích thước,hình dáng sản phẩm
• Tốc độ hóa dẻo
• Lực kẹp cần thiết để thắng áp lực phun của nhựa vào lòng khuôn
• Diện tích lớn nhất của thớt máy
• Yêu cầu của khác hàng về thời gian (sản lượng hàng tháng,hàng năm)
• Số lượng sản phẩm
• Trình độ sản xuất

 

V. Hệ thống cấp nhựa

vKênh nhựa:

- Thiết kế kênh dẫn nhựa hình tròn là tốt nhất vì tiết diện ngang hình tròn sẽ cho phép một lượng vật liệu tối đa chảy qua mà không bị mất nhiều nhiệt. Tốc độ nguội chậm, it ma sát, duy trì áp suất tốt. Tuy nhiên cũng tùy theo mục đích sử dụng mà ta chon loại kênh nhựa này vì chi phí chế tạo sẽ cao hơn (phải làm ở cả hai mặt phân khuôn, 2 nửa rảnh khó trùng khớp nhau).

D = S_max + 1.5 = 3+1.5 = 4.5 mm

R = D/2 = 4.5/2 = 2.25 mm

- Kích thước kênh dẫn chính: mỗi lần rẽ nhánh thì đường kính nhánh nên nhỏ hơn đường kính dẫn chính một chút vì sẽ kinh tế hơn nếu ta dùng ít vật liệu.

D_C = D_n x N^1/3 = 4.5 x 4^1/3 = 7,1 mm

vCuống phun:

Nối trực tiếp vòi phun với máy ép để đưa nhựa vào kênh dẫn, qua miệng phun vào các lòng khuôn.

-Cuống  phun  là  nơi  vật  liệu được  bơm  vào  khuôn. Béc  phun (đầu  lò)  của  máy  ép  phun tiếp xúc với bề mặt của cuống phun.Để sản phẩm và hệ thống rãnh dẫn dễ lấy ra khỏi khuôn thì cuốn phun phải được vuốt từ 1.5 – 3.5mm theo dọc chiều dài của cuống và phải được làm bóng.

-Đường  kính  của  cuống  phun  ở  vị  trí  giao  với  hệ  thống  rãnh  dẫn  chính  tới  thiểu  phải bằng hoặc lớn hơn đường kính hoặc độ sâu của rãnh

-Kích  thước  cuống  phun  phụ  thuộc  vào  kích  thước  sản  phẩm  và đặc  biệt  là  bề  dày  sản phẩm

 

Chọn kênh dẫn:

Chọn kênh dẫn kiểu tròn.

D=T_max+ 1,5 mm.

Với T_max là chiều dày lớn nhất của thành sản phẩm.

D=4=3+1,5=4.5 (mm).

Hoặc có thể tính theo công thức:

D_c=D’.Lf

L₁:chiều dài kênh dẫn chính.

L₂:chiều dài kênh dẫn phụ.

L₃:chiều dài miệng phun.

L=L₁₊L₂₊L₃ = 120+22+2=144 (mm).

Sản phẩm là  vật liệu nhựa PP.

G=21(g).

S=2 (mm).

Tra bảng sách CSTKKPEN/Tr.84 ta có D’=4 từ đó tra bảng ra Lf=1,1

Vậy:D_c=4.1,1=4,4 (mm).

Ta chọn D_c=5 (mm).

Đường kính kênh dẫn nhánh

D_c=D_n.N^1/3 suy ra D_n=== 3 (mm).

Tính cuống phun:

d_f ≥T_max + 1.5mm.

d_f ≥3+1,5mm=4,5mm.

Chọn d_f =4,5mm.

d_s ≥ d_n+1mm

d_s ≥ 2+1mm=3mm.

Chọn d_s=3mm.

α = (1÷4º).

Chọn α =2º.

r₂=(1÷2)

Chọn r=2 mm.

L=57mm.

 

Kích thước cuống phun (mm).

 

vThiết kế hệ thống rãnh dẫn

üThiết kế hệ thống rãnh dẫn là khâu rất quan trọng trong thiết kế khuôn.Các yêu cầu chính khi thiết kế hệ thống rãnh dẫn:

üGiảm  tối  thiểu  sự  hạn  chế  dòng  chảy  trong  hệ  thống  rãnh  dẫn,như  diện  tích  ngang  của rãnh không phù hợp

üChiều dài tổng cộng của hệ thống rãnh nên hạn chế tối đa nếu có thể để tránh hiện tượng giảm áp suất và nhiệt độ của vật liệu

üDiện  tích  ngang  của  hệ  thống  rãnh  phải đủ  lớn để  cho  thời  gian  nguội  của  nhựa  trong rãnh không vượt quá thời gian nguội của miệng phun.Điều này giúp cho áp suất duy trì đúng với tính toán

üKhoảng cách dòng chảy của nhựa từ tâm cuống phun đến mỗi sản phẩm phải bằng nhau Giảm tỉ lệ khối lượng nhựa trong rãnh dẫn mà không mâu thuẫn với các yêu cầu trên

Đuôi giật cuống phun dạng côn ngược

 

 

vThiết kế miệng phun:

Do  chúng  ta  áp  dụng  kiểu bơm  keo  gián  tiếp, khuôn  gồm  2  sản  phẩm  nên  cũng  sẽ  có  2 miệng phun (cổng vào keo tương ứng)

v1 số yêu cầu khi thiết kế miệng phun:

• Tránh thiết kế cổng gây ra dòng chảy dài hội tụ tạo thành bẫy khí,tại các vị trí đó có thể thiết kế các van thoát khí
• Nếu có thể thì thiết kế vị trí của cổng ở vùng sản phẩm dáy nhất
• Lựa chọn vị trí cổng để sán phẩm đạt độ bền cao nhất theo chiều dòng chảy,đặc biệt vật liệu có độn hoặc gia cường
• Miệng phun phải được đặt xa các phần sẽ chịu va chạm hay chịu  uốn.Khu vực miệng phun có khuynh hướng chịu ứng suốt dư do quá trình điền đầy khuôn và thường là vị trí yếu nhất
• Hạn chế các dòng chảy giao nhau,đặc biệt là tại các vị trí chịu ứng suất và va đập cao.Nên định hướng các dòng chảy giao nhau tại những chỗ dày của sản phẩm
• Với những khuôn có nhiều cốc khuôn,yêu cầu miệng phun của mỗi cốc phải có cùng kích thước (đường kính và bề dày).Điều này đảm bảo có sự cân bằng dòng chảy đến mỗi cốc khuôn
• Dòng chảy phun thẳng trực tiếp vào thành cốc khuôn để tránh sự ửng đỏ và phun tia
• Nếu có thể,nên đặt cổng tại những chỗ khuất của sản phẩm

- Chọn miệng phun kiểu cạnh là loại miệng phun thông dụng, có thể dùng cho nhiều loại sản phẩm bời hình dạng cửa đơn giản, dễ đạt độ chính xác cần thiết, tốc độ phun nhựa nhanh.

 

Chọn miệng phun:

Chọn miệng phun kiểu cạnh:

Kích thước cơ bản của miệng phun là chiều rộng W,chiều sâu T và chiều dài L.

Ta có:

L=(1÷2)mm.

Ta chọn: L=2mm.

T=(0,5÷0,8).t

Với t là bề dày của sản phẩm.

T=0,6.2=1,2 (mm).

W=(2÷4).T=2.1,2=2.4 (mm).

 

Kích thước miệng phun kiểu cạnh (mm)

VI. Hê thống thoát khí

Rãnh thoát khí được bố trí đều trên mặt phân khuôn,mỗi rãnh cách nhau 36º.

 

VII. Hệ thống làm nguội

- Nhựa lỏng sau khi vào khuôn phải được làm nguôi thật nhanh để định hình sản phẩm. Quyết định đến năng xuất và chất lượng sản phẩm.

- Bố trí hệ thống kênh làm nguội sao cho làm nguội khuôn thật nhanh càng gần lòng khuôn càng tốt nhưng không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của khuôn.

- Bố trí cách đều nhau

- Đường kính kênh dẫn: 4.5mm

Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế gồm:

W:Chiều dày sản phẩm (mm).

d:Đường kính kênh dẫn (mm).

a:Khoảng cách tâm kênh với vách khuôn.

b:Khoảng cách tâm 2 kênh nguội.

Tra bảng sách CSTKKPEN/Tr.110:

Ta có:

W= 3 (mm).

d=8-10 (mm). Chọn d = 8 (mm).

a=(2-2,5).d=2.8=16 (mm).

b=(2-3).d=3.8=21 (mm).

VIII. Kích thước các thớt khuôn

vVòng định vị

Khi lắp khuôn lên máy ép phun,để đầu lò máy ép và bạc keo được đồng tâm,người ta gắn thêm 1 vòng định vị phía trên cùng của khuôn,vòng định vị này sẽ được định tâm vào 1 lỗ định tâm có sẵn trên tấm thớt của máy ép.

Tùy lọai máy ép người ta sẽ gắn lên khuôn 1 vòng định vị có kích thước khác nhau

Ngoài ra vòng định vị còn có chức năng giữ chặt bạc keo không cho rớt ra ngoài

Đường kính ngoài của vòng định vị phải nhỏ hơn đường kính lỗ định tâm trên máy ép

- Tra sách sổ tay thiết kế khuôn phun ép nhựa trang 74, ta có các thông số sau

 

vLắp ráp các bộ phận

- Lắp ghép miếng ghép chày, cối khuôn kiểu ren vít với tấm khuôn trên và dưới qua trục dẫn hướng và bạc dẫn hướng

 

vBạc cuống phun và chốt giật cuống phun

Chốt giật cuống phun

- theo hình 10.1- 10.2 trang 88 - 89, sách sổ tay thiết kế khuôn phun ep nhựa, ta có các thông số sau

Bạc cuống phun

- Tính R_S = R_N+1= 13+1=14 mm

trong đó Rn là bán kính đầu vòi phung

- Tính D_g=S_max+1.5=2+1.5=3.5 mm

trong đó S_max: bề dày lớn nhất của sản phẩm

 

vPhương án đẩy sản phẩm

Hệ thống đẩy đóng vai trò quan trọng trong khuôn ép phun,việc bố trí hệ thống đẩy phù hợp sẽ  giúp  lấy  sản  phẩm  ra  khỏi  khuôn  dễ  dàng, đảm  bảo  phần  ngoại  quan  bên  ngoài  của  sản phẩm, nó còn góp phần giảm chu kỳ ép ra 1 sản phẩm.Những lưu ý khi thiết kế hệ thống đẩy đối với kiểu đẩy tấm như khuôn trên:

Phải đảm bảo độ cứng vững của chốt đẩy thẳng, tránh trường hợp khoảng đẩy quá dài mà đường kính chốt đẩy lại quá nhỏ. Bố trí độ lớn khoảng cách giữa các chốt phù hợp. Khoảng cách quá dài sẽ không đủ lực để đẩy sản phẩm, ngược lại khoảng cách ngắn sẽ tốn chi phí gia công và không đủ chỗ bố trí hệ thống làm nguội

Khoảng cách đẩy phải lớn hơn chiều cao sản phẩm ít nhất là 5mm

Chốt đẩy được  gắn  từ  tấm giữ chốt đến mặt  trên  cùng  của  tấm  dương  (hoặc  cục ghép dương). Ta không thể nào gia công chính xác hết các lỗ để gắn chốt qua nhiều tấm khuôn được.Vì vậy có những chỗ có thể gia công với sai số lớn được để có thể rút ngắn thời gian gia công

Chiều  cao gối đỡ  phải  tính  toán  sao  cho  khi  khuôn  lói  hết  khoảng  lói đã  tính  toán  thì giữa tấm đội trên và tấm đỡ phải có 1 khoảng hở an toàn

- Các chốt đẩy gia công cần chính xác và được chon theo tiêu chuẩn. Thông thường, các chốt đẩy chỉ được gia công chính xác ở phần dẫn hướng và được lắp theo hệ thống trục. Độ cứng của thân chốt khoãng 60-65Rc, độ cứng của đầu chốt khoãng 30-35HRC

 

- Kích  thước ti hồi theo tiêu chuẩn

vHệ thống dẫn hướng

- Gồm 4 trục dẫn hướng và 4 bạc dẫn hướng

+ Trục dẫn hướng: theo hình 5.3 trang 64 , sách sổ tay thiết kế khuôn phun ép nhựa, ta có các thông số sau

+ Bạc dẫn hướng: theo hình 5.7 trang 68, sách sổ tay thiết kế khuôn phun ép nhựa, ta có các thông số sau

 

 

 

vKích thước thớt, khuôn động

Kích thước thớt tĩnh theo tiêu chuẩn          

A = 500 mm

B = 300 mm

h = 55 mm

Kích thước lỗ bulong lắp: M16

 

                                                                  

v Kích thước tấm kẹp dưới

Kích thước tấm kẹp dưới theo tiêu chuẩn:

A=  500 mm

B = 300 mm

h =  50 mm

Kích thước bulong lắp: M16

vTấm đỡ

= 50 mm

trong đó:

p: là áp suất phun của máy (kg/cm²)

b: chiều rộng của chày cối (mm)

L: khoãng cách của 2 gối đỡ

E: modul đàn hồi của nhựa

d: độ võng cho phép là 0.1 (mm)  

 

 

IX. Các giai đoạn tạo ra sản phẩm bằng công nghệ ép phun.

- Ép phun nhựa là quá trình chuyển hóa nguyên liệu nhựa ở dạng hạt hoặc bột thành dạng lỏng lẻo và được đẩy vào khuôn dưới áp lực nén của máy. Sau đó khuôn được làm nguội, nhựa rắn lại, có hình dạng của lòng khuôn và cuối cùng mở khuôn lấy sản phẩm ra.

- Qúa trình thực hiện ép phun nhựa gồm 4 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Hóa lỏng hạt nhựa.

Khuôn được đóng lại, hạt nhựa nguyên liệu trong phiểu được tải vào buồn nung và hóa dẻo.

+ Giai đoạn 2: Phun nhựa.

Chất dẻo lỏng 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.

+ Giai đoạn 3: Làm nguội.

Khuôn được làm nguội, lúc này vẫn duy trì áp lực phun để cho những phần bị co rút trên sản phẩm tiếp tục được điền đầy. Quá trình làm nguội sẽ được kết thúc khi sảm phẩm đông đặc hoàn toàn.

+ Giai đoạn 4: Lấy sản phẩm ra.

Mở khuôn, sản phẩm và hệ thống các kênh nhựa sẽ được lấy ra ngoài nhờ các ti đẩy.