NỘI DUNG
THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA VỎ ĐIỆN THOẠI SAMSUNG S7500
|
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN GCVL & DCCN
|
Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
|
NHIỆM VỤ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
|
|
Nguyễn Ngọc Sơn |
Chế Tạo Máy 2-K54 |
- ĐỀ TÀI: Thiết kế, kiểm nghiệm và chế tạo khuôn ép phun cho chi tiết vỏ điện thoại SAMSUNG GALAXY ACE PLUS S7500
- Các số liệu ban đầu:
- Thiết kế theo mẫu sản phẩm vỏ điện thoại SAMSUNG GALAXY ACE PLUS S7500.
- Công nghệ sử dụng: ép phun
- Điều kiện sản xuất: tự chọn
- Nội dung đồ án:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Tính toán thiết kế chi tiết
Chương 3: Ứng dụng CAE để kiểm nghiệm khuôn
Chương 4: Gia công khuôn mẫu
Chương 5: Kết luận
- Phần bản vẽ:
Bản vẽ thiết kế sản phẩm (A0)
Bản vẽ bộ khuôn sản phẩm (A0)
Sơ đồ quy trình công nghệ gia công lòng khuôn (A0)
Sơ đồ quy trình công nghệ gia công áo khuôn (A0)
Sơ đồ tháo mở khuôn trên máy (A0)
.......................................
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NĂM HỌC 2013-2014
- THIẾT KẾ,KIỂM NGHIỆM VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP PHUN CHO CHI TIẾT VỎ ĐIỆN THOẠI SAMSUNG GALAXY ACE PLUS S7500
Sinh viên: Nguyễn Ngọc Sơn.
Lớp: CTM2-K54.
Viện: Cơ Khí
Điện thoại: 01656227505
GVHD: PGS.Nguyễn Thị Hồng Minh
TÓM TẮT NỘI DUNG
Cimatron là một trong những phần mềm thiết kế khuôn rất mạnh, ngoài thiết kế khuôn cimatron có thể thiết kế mô hình sản phẩm dễ dàng và lập trình gia công CAM xuất file NC cho máy CNC để gia công. Đồ án đã sử dụng phần mềm cimatron E10 để thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn và lập trình gia công xuất file NC cho máy CNC gia công các thành phần của khuôn. Để kiểm tra được thiết kế đã đạt hay chưa trước khi đem ra sản xuất thì công cụ Moldex3D đã giải quyết được bài toán mô phỏng quá trình ép phun ra sản phẩm trên bộ khuôn vừa thiết kế, đưa ra được phương án thiết kế cổng phun tốt nhất, tìm ra miền thông số tối ưu phục vụ sản xuất thực tế, tiết kiệm được thời gian và tiền bạc và nâng cao tính cạnh tranh cho sản phẩm.
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.. 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.. 11
1.1 Đặt vấn đề. 11
1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài:. 11
1.1.2 Định hướng chọn đề tài11
1.1.3 Mục đích nghiên cứu.12
1.2 Giới thiệu về đề tài đồ án tốt nghiệp:. 13
1.2.1 Giới thiệu chung về đề tài.13
1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.13
1.3 Giới thiệu về công nghệ ép phun.14
1.3.1 Giới thiệu chung về công nghệ ép phun. 14
1.3.2 Cấu tạo và phân loại máy ép phun.15
1.3.3 Cấu tạo và phân loại công nghệ ép phun.19
1.3.4 Quy trình thiết kế sản phẩm.22
1.4 Quy trình thiết kế khuôn.22
1.4.1 Chọn vật liệu làm khuôn. 22
1.4.2 Bố trí lòng khuôn. 23
1.4.3 Bố trí miệng phun.23
1.4.4 Bố trí cổng phun và kênh dẫn nhựa.25
1.4.5 Kênh dẫn nóng (hot runer).28
1.4.6 Kênh dẫn nguội ( cool runer).29
1.4.6 Hệ thống làm mát.32
1.5 Quy trình kiểm nghiệm khuôn.35
1.6 Quy trình gia công khuôn. 36
1.7 Đặt vấn đề và giới hạn vấn đề.36
1.7.1 Quy trinh thiết kế và kiểm nghiệm trong sản xuất hiện tại.37
1.7.1 Hạn chế của quá trình sản xuất hiện tại.38
1.7.2 Phương pháp nghiên cứu.38
1.7.3 Giới hạn của đề tài.39
1.8 Tóm tắt nội dung.39
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT.. 41
2.1 Thiết kế sản phẩm.41
2.1.1 Các yêu cầu kĩ thuật của sản phẩm.41
2.1.2 Bản vẽ thiết kế sản phẩm.42
2.1.3 Mô hình hóa sản phẩm.42
2.2 Chọn phương án bố trí lòng khuôn.43
2.3 Các loại khuôn phổ biến.47
2.4 Chọn loại khuôn cho chi tiết.49
2.5 Thiết kế lòng khuôn và lõi khuôn.50
2.5.1 Thiết kế lòng khuôn và lõi khuôn.51
2.5.2 Thiết kế hệ thống Slider. 52
2.6 Thiết kế các hệ thống cho bộ khuôn.54
2.6.1 Thiết kế bộ áo khuôn.54
2.6.2 Thiết kế hệ thống làm mát56
2.6.3 Thiết kế cổng phun kênh dẫn của chi tiết60
2.6.4 Thiết kế hệ thống dẫn hướng.63
2.6.5 Thiết kế hệ thống chốt đẩy sản phẩm.65
2.6.6 Các hệ thống phụ khác. 66
2.7 Bộ khuôn sau khi thiết kế.68
2.8 Sơ đồ mở khuôn sản phẩm trên máy. 68
2.9 Tiểu kết chương. 69
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CAE ĐỂ KIỂM NGHIỆM KHUÔN.. 70
3.1 Tổng quan về CAE.. 70
3.2 Phương pháp ứng dụng CAE trong khuôn mẫu. 71
3.2.1 Giai đoạn khai thác sản phẩm:. 72
3.2.2 Lợi ích đạt được. 73
3.3 Các thông số đầu vào trong quá trình ép phun. 74
3.3.1 Vật liệu nhựa. 74
3.3.2 Máy ép phun. 75
3.3.3 Miền giá trị thông số phun cho nhựa PC.. 76
3.4 Ứng dụng cho sản phẩm vỏ điện thoại Samsung. 77
3.4.1 Nhập mô hình và thông tin vật liệu.77
3.4.2 Kết quả phân tích. 78
CHƯƠNG 4 : GIA CÔNG SẢN PHẨM... 84
4.1 Thiết kế sản phẩm... 85
4.1.1 Bản vẽ thiết kế sản phẩm.. 85
4.1.2 Bản vẽ thiết kế bộ khuôn sản phẩm.. 85
4.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật86
4.2 Quy trình công nghệ gia công áo khuôn. 86
4.3 Quy trình công nghệ gia công lõi khuôn. 105
4.4 Lập trình gia công CNC trên Cimatron E10. 121
4.4.1 Triển khai quá trình mô phỏng. 121
4.4.2 Kết quả của quá trình mô phỏng và xuất file Code. 124
4.5 Gia công xung điện EDM... 124
4.5.1 Nguyên lý hoạt động. 125
4.5.2 Ưu nhược điểm.. 126
4.5.3 Tiến hành thiết kế điện cực trên Cimatron E10. 126
4.6 Tiểu kết chương. 127
4.7 Kết quả đạt được.128
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN.. 129
5.1 Các kết quả đạt được. 129
5.2 Những vấn đề còn hạn chế.130
5.3 Kết luận .130
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 132
PHỤ LỤC.. 133
1 Các vẽ sản phẩm bằng phần mềm Cimatron E10.133
2 Các tách khuôn trên phần mêm Cimatron E10. 135
LỜI MỞ ĐẦU
Nước ta đang đang trên đà công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước để tiến đến đưa Việt Nam trở thành một nước văn minh và hiện đại. Quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa ngày càng cao đòi hỏi chúng ta phải có những đội ngũ kỹ thuật phải được đào tạo cơ bản tương đối rộng, đồng thời biết vận dụng các kỹ thuật đó vào để giải quyết các vấn đề trong sản xuất.
Ngày nay với ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE đã giải quyết được nhiều các vấn đề mà công nghệ khuôn mẫu truyền thống chưa giải quyết được, đã làm cho nghành nhựa trở nên rất phát triển, nhiều sản phẩm trước kia chỉ làm bằng thép và gỗ thì giờ đã được thay thế bằng sản phẩm nhựa, năng suất cao và giá thành sản phẩm giảm xuống, chất lượng đảm bảo yêu cầu đề ra,đa dạng mẫu mã. Với những lợi ích nổi trội như vậy việc nghiên cứu công nghệ CAD/CAM/CAE là vô cùng cần thiết trong quá trình sản xuất.
Với mong muốn có được những kiến thức về ngành công nghiệp quan trọng này khi ra trường và trực tiếp tham gia sản xuất, em đã tiến hành tìm hiểu và thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế, kiểm nghiệm và chế tạo khuôn mẫu cho chi tiết vỏ điện thoại SAMSUNG GALAXY ACE PLUS S7500“.
Đây là lần đầu thực hiện toàn bộ công việc với vai trò như một người kỹ sư thiết kế nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện hơn kiến thức và tạo tiền đề cho công việc sau này của em.
Để có được kết quả ngày hôm nay, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô trong bộ mônGia Công Vật Liệu Và Dụng Cụ Công Nghiệp. Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tâm của giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thị Hồng Minh. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1Đặt vấn đề
1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài:
Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của ngành công nghiệp đồ nhựa,nhìn đâu đâu quanh chúng ta cũng thấy đồ nhựa.Từ hàng gia dụng cho tới hàng yêu cầu chất lượng cao như: vỏ điện thoại, vỏ máy tính hay linh kiện điện tử… Những gì mà trước kia chỉ có thể làm bằng thép thì giờ với sự phát triển ngành công nghiệp này mà nó có thể làm được bằng nhựa.Ngành công nghiệp này phát triển khiến cho mẫu mã sản phẩm phong phú và đa dạng, giá thành hạ và chất lượng cao. Các mặt hàng phong phú và đa dạng khiến cho sự cạnh tranh giữa các doanh nghiệp và nhà sản xuất gia tăng, đòi hỏi đội ngũ nghiên cứu và sản xuất làm thế nào để sản phẩm của họ cạnh tranh được trên thị trường. Để đáp ứng được những yêu cầu của xã hội nhà tuyển dụng họ cần những đội ngũ kỹ thuật nắm bắt chuyên môn vững vàng và biết giải quyết những vấn đề trong sản xuất.Đáp ứng yêu cầu đó của nhà tuyển dụng nhà trường đã đào tạo sinh viên những kiến thức cơ bản nhất để có thể đáp ứng được với sinh viên khi ra trường.
Cũng chính bởi lý do đó mà tôi đã lựa chọn đề tài: “ Thiết kế, kiểm nghiệm và chế tạo khuôn ép phun cho chi tiết vỏ điện thoại SAMSUNG GALAXY ACE PLUS S7500.”
1.1.2 Định hướng chọn đề tài
Có thể nói,Việt Nam đang là một trong những thị trường điện thoại di động phát triển và sôi động nhất trên toàn thế giới,Với sự phát triển của công nghệ hiện nay,chúng ta đã dần nghiên cứu và tự chế tạo ra các thiết bị ,công cụ phục vụ cho ngành sản xuất điện thoại nên hạ được giá thành sản phẩm.Đặc biệt là các nhà máy sản xuất đã và đang khai thác tối đa phân khúc điện thoại phổ thông giá rẻ nhằm đưa điện thoại tới mọi thành phần và tầng lớp trong xã hội Việt Nam ta.Chính vì nhu cầu sử dụng cao nên Việt Nam đã có được sự đầu của nước ngoài rất lớn vào lĩnh vực truyền thông này,điển hình như Hàn Quốc,Nhật Bản,Hồng Kông..v..v.
Cũng chính bởi lý do đó mà em đã lựa chọn đề tài :” Ứng dụng công nghệ CAM/CAM/CAE trong việc thiết kế,kiểm nghiệm và chế tạo khuôn mẫu cho chi tiết nhựa”.
Cụ thể, Chiếc điện thoại hãng Samsung ,một trong những dòng tập đoàn có sản phẩm bán chạy nhất tại Việt Nam và nhiều nước trên thế giới,được người Việt sử dụng rất nhiều.
Hình 1.1 Vỏ điện thoại dòng Samsung galaxy ace plus S7500
Về cơ bản thì số lượng người dùng SAMSUNG GALAXY ACE PLUS S7500đã giảm,nhưng do nhu cầu thị trường rất lớn và giá thành khá rẻ,nên sẽ còn rất nhiều các tầng lớp có thu nhập trung bình hoạc thu nhập thấp sẽ dùng,đặc biệt là các bạn sinh viên.Thì SAMSUNG GALAXY ACE PLUS S7500chắc chắn sẽ vẫn còn được nhiều người tìn dùng.
1.1.3 Mục đích nghiên cứu.
-Tìm hiểu và làm rõ một số vấn đề cơ bản về phương pháp thiết kế khuôn ép phun
-Đánh giá thực trạng sản xuất và sử dụng khuôn ép phun ở nước ta hiện nay
-Trên cơ sở những vấn đề lý luận và thực tiễn trên đưa ra một số đề xuất quan trọng tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ so với các khuôn nhập ngoại.
1.2 Giới thiệu về đề tài đồ án tốt nghiệp:
1.2.1 Giới thiệu chung về đề tài.
Ngày nay, ai cũng sở hữu một hoặc 2 chiếc điện thoại di động cho riêng mình,vấn đề được mọi người quan tâm là: điện thoại vừa bền, vừa tốt, đẹp mà lại giá cả phù hợp với túi tiền của mỗi người.
Đáp ứng nhu cầu đó của khách hàng, các nhà sản xuất điện thoại di động luôn luôn tìm cách đáp ứng được các nhu cầu đó và cạnh tranh với nhau để đưa ra những dòng sản phẩm bền, đẹp mà lại rẻ nhất có thể. Thường thì chúng ta sẽ thấy nếu như dòng sản phẩm gần nhau như: Samsung sẽ chẳng thay đổi phần mềm là bao, trừ trước tới này đều cháy trên phần mềm android.Nhưng nó thay đổi hình dáng trông đẹp hơn, dễ bấm hơn và bền hơn. Vậy thì các nhà sản xuất rất quan tâm tới đến mẫu mã sản phẩm theo thời gian, trong đó sản phẩm vỏ là một trong những vấn đề quan tâm nóng bỏng để cạnh tranh.
Đề tài tốt nghiệp này, chọn dòng sản phẩm của Samsung, ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE/CNC để nghiên cứu, thiết kế, kiểm nghiệm, và chế tạo khuôn cho sản phẩm vỏ điện thoại SAMSUNG GALAXY ACE PLUS S7500.
Đề tài là thiết kế lại mẫu sản phẩm của hãng điện thoại Samsung. Đề tài sẽ được triển khai với các nội dung như sau:
- Tìm hiểu công nghệ ép phun ngày nay
- Các quy trình thiết kế sản phẩm và thiết khuôn cho sản phẩm
- Ứng dụng công nghệ CAE _Phần mềm Moldflow để kiểm nghiệm các vấn đề khi ép phun
- Ứng dụng công nghệ CAM của phầm mềm Cimatron E10 để lập trình gia công cho Lòng và Áo khuôn.
1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.
-Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE/CNC để nghiên cứu, thiết kế, kiểm nghiệm, và chế tạo khuôn cho sản phẩm vỏ điện thoạiĐIỆN THOẠI SAMSUNG GALAXY ACE PLUS S7500
- Lập quy trình công nghệ gia công khuôn kết hợp gia công truyền thống và gia công trên máy CNC
- Mô phỏng quá trình gia công và xuất chương trình NC cho máy CNC.
1.3 Giới thiệu về công nghệ ép phun.
1.3.1 Giới thiệu chung về công nghệ ép phun
Công nghệ ép phun hiện nay đã tạo ra những sản phẩm nhựa đa dạng về mẫu mã và kích cỡ gắn liền với cuộc sống chúng ta. Công cụ này cũng tạo ra những sản phẩm có hình dáng phức tạp và trong mọi lĩnh vực của đời sống: tiêu dùng, công nghệ thực phẩm, y tế, công nghệ cao.
Hình 1.2 Công nghệ ép phun
- Quy trình Công Nghệ:
- Nhựa được nung nóng và trộn đều nhờ vít tải trong xi lanh có gia nhiệt và nó sẽ được dẻo hóa dưới tác dụng của nhiệt để trở thành nhựa nóng chảy.
- Nhựa nóng chảy được phun từ xi lanh gia nhiệt vào khuôn với áp lực cao và đầy vào lòng khuôn tạo hình sản phẩm.
- Làm nguội để đóng rắn nhựa nóng chảy trong khuôn.
- Đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn bởi các chốt đẩy.
- Ưu điểm:
+ Chu trình đúc có thể được tự động hóa cho nâng suất cao và hạ giá thành sản phẩm.
+ Sản phẩm của công nghệ ép phun có màu sắc phong phú, có thể không cần phải sơn.
+ Độ nhẵn bóng bề mặt cao nên không cần gia công lại.
+ Những sản phẩm của công nghệ ép phun có độ dẻo, dai, nhẹ, đa dạng về hình dạng và thân thiện với con người.
+ Có thể tái chế giúp tiết kiệm vật liệu.
- Nhược điểm:
+ Cần tính toán chế độ ép phun kỹ lưỡng trước khi sản xuất để tránh các khuyết tật cho sản phẩm.
1.3.2 Cấu tạo và phân loại máy ép phun.
Kết cấu của một hệ thống công nghệ ép phun bao gồm hai thành phần chính là máy ép phun và bộ khuôn ép phun.
1.3.2.1 Cấu tạo hệ thống ép phun.
- Máy Ép phun:
Máy ép phun thực hiện nhiệm vụ cấp nhựa, cấp nhiệt cho bộ khuôn, đóng mở, tạo ra lực phun, lực ép, lực giữ để tạo hình sản phẩm và sau đó cung cấp dung môi làm mát bộ khuôn và sản phẩm, đẩy sản phẩm ra sau khi hoàn thành quá trình ép phun.
Hình 1.3 Mô hình máy ép phun
- Kết cấu của Máy ép phun:
Hình 1.4 Sơ đồ kết cấu Máy ép phun
+Cốc Rót (Feed hopper)
Là phần chứa hạt nhựa nguyên liệu nguội chuẩn bị cho quá trình ép phun.Sau đó nhựa sẽ chảy xuống phần trục vít gia nhiệt phía dưới để trở thành nhựa nóng chảy.
+Bộ phận gia nhiệt (Heaters)
Gia nhiệt làm chảy nhựa nguyên liệu và giữ nhiệt ở nhiệt độ phù hợp trước khi được đưa vào lòng khuôn.
+Vít cuốn (Screw)
Đẩy nhựa lỏng vào lòng khuôn và tiếp tục nhiệm vụ giữ thông qua áp suất giữ do máy tạo ra để điền đầy nhựa vào lòng khuôn.
+Xilanh vít cuốn (Cylinder for Screw-ram)
Tạo hành trình tịnh tiến hoặc lùi của vít cuốn.
+Xilanh kẹp chặt (Clamping cylinder)
Tạo ra lực kẹp, giữ tạo hình cho sản phẩm và tháo sản phẩm khỏi khuôn.
Bộ khuôn:
Bộ khuôn là phần quan trọng của máy ép phun, là phần trực tiếp tạo nên chất lượng và hình dạng của sản phẩm.Công nghệ tháo lắp bộ khuôn cũng chính là công nghệ chế tạo sản phẩm nhựa của máy ép phun nhựa.
Có thể mô tả kết cấu của một bộ khuôn như sau:
Hình 1.5 Cấu tạo bộ khuôn
|
1. Tấm kẹp trước |
7. Tấm khuôn đực |
13. Chốt đẩy |
|
2. Tấm khuôn cái |
8. Tấm lót |
14. Lò xo |
|
3. Bạc cuống phun |
9. Gối đỡ |
15. Chốt hồi |
|
4. Bạc định vị |
10. Tấm giữ |
16. Bạc dẫn hướng |
|
5. Vít lục giác |
11. Tấm đẩy |
17. Lòng khuôn |
|
6. Hệ thống làm mát |
12. Tấm kẹp sau |
18. Chốt dẫn hướng |
Chức năng của các bộ phận trong hệ thống khuôn:
- Tấm kẹp trước: Kẹp phần cố định của khuôn với tấm cố định của máy ép nhựa.
- Tấm khuôn cái: Chứa lòng khuôn hoặc phần insert để định hình sản phẩm, được lắp vào tấm kẹp trước.
- Bạc cuống phun: Nhựa được đưa vào khuôn thông qua hệ thống này, thông thường nó nắm trên tấm kẹp trước.
- Bạc định vị: Đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái.
- Vít lục giác: Kẹp chặt hai nửa khuôn với nhau.
- Hệ thống làm mát: Cung cấp dung dịch làm mát như: nước, dầu,..với mục đích điều chỉnh nhiệt độ của khuôn.
- Tấm khuôn đực: Là phần kết hợp với nửa khuôn cái tạo hình cho sản phẩm.
- Tấm lót: Giữ cho tấm khuôn không bị uốn.
- Gối đỡ: Tạo khoảng trống cho tấm đẩy hoạt động
- Tấm giữ: Giữ các chốt đẩy
- Tấm đẩy: Kết hợp với tấm giữ và chốt đẩy để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.
- Tấm kẹp sau: Kẹp phần di động của khuôn với tấm di động của máy ép nhựa.
- Chốt đẩy: Đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.
- Lò xo: Giúp tấm giữ và tấm đẩy hồi về vị trí cũ.
- Chốt hồi: Hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng.
- Bạc dẫn hướng: Dẫn hướng cho trục dẫn hướng, hạn chế mòn khi khuôn hoạt động.
- Lòng khuôn: Tạo nên hình dáng của chi tiết.
- Chốt dẫn hướng: Dẫn hướng cho tấm khuôn cái và khuôn đực.
1.3.2.2 Phân loại máy ép phun.
-Phân loại theo vật liệu sử dụng.
+Máy ép phun nhựa dẻo.
+Máy ép phun nhựa rắn.
-Phân loại theo hệ thống kẹp.
+Máy dùng hệ thống kép thủy lực.
+Máy dùng hệ thống kẹp đòn khuỷu.
-Phân loại máy theo lực kẹp.
+Có các loại máy 50,80,100,150,180 ,…. (tấn).
-Phân loại theo hướng trục vít.
+Máy ép phun đứng.
+Máy ép phun ngang.
-Phân loại theo công nghệ ép phun.
+Máy ép phun lệch tâm.
+Máy ép phun nhiều màu.
+Máy ép phun nhiều nguyên liệu.
+Máy ép phun thổi khí.
+Máy ép phun nhựa nhiệt rắn.
+Máy ép phung cao su.
1.3.3 Cấu tạo và phân loại công nghệ ép phun.
- Khuôn 2 tấm
Khuôn 2 tấm có 1 đường phân khuôn , đường này chia khuôn thành 2 phần: cố định và di động
- Ưu điểm:
+ Cấu trúc đơn giản hơn là khuôn 3 tấm hoặc khuôn không rãnh dẫn.
+ Giá thành khuôn có thể giảm.
+ Hệ thống rót bao gồm cổng phân phối (miệng phun) cạnh (side gate), và cổng phân phối trực tiếp (direct gate), cổng phân phối ngầm (submarine gate), và trực tiếp thường sử dụng nhiều hơn.
Nhược điểm:
+ Cổng phân phối cạnh và cổng phân phối trực tiếp cần phải loại bỏ rãnh dẫn, nên chúng khó tự động hóa và không tiết kiệm.
|
|
|
|
Hình 1.6 Khuôn 2 tấm
|
Khuôn 3 tấm có 2 đường phân khuôn ,một để tháo rãnh dẫn và một để tháo chi tiết, nó gồm 3 phần: tấm cố định, tấm di chuyển và tấm dùng để tháo khuôn.
- Ưu điểm:
Chi tiết và rãnh dẫn cú thể tự động tách riờng ra, nú dễ tự động húa và được áp dụng rộngrãi trong dạng sản xuất lớn.
- Nhược điểm:
+ Cấu trúc phức tạp hơn khuôn 2 tấm.
+ Giá thành khuôn cũng cao hơn.
Hinh 1.7 Khuôn 3 tấm
|
|
cc.Khuôn không dãnh dẫn |
- Khái niệm.
Khuôn không rãnh dẫn là khuôn có đặt bộ gia nhiệt vào vùng đậu rót hoặc rãnh dẫn, làm cho vật liệu luôn ở trạng thái lưu động, không đông cứng.
Ở khuôn 2 tấm và khuôn 3 tấm cần tháo các chi tiết và rãnh dẫn (runners), khuôn không rãnh dẫn chỉ cần tháo chi tiết để lại rãnh dẫn ở trong khuôn.
Có 4 kiểu chủ yếu:
- Kiểu họng phun kéo dài
- Kiểu giếng
- Kiểu rãnh dẫn cách ly
- Kiểu rãnh dẫn nóng (được dùng nhiều nhất)
Trong hai kiểu đầu là loại không có đậu rót nên cũng gọi là không rãnh dẫn. Còn hai kiểu sau mới thực sự là khuôn không rãnh dẫn.
- Ưu điểm:
+ Do rãnh dẫn không được lấy ra mà chỉ có phần chi tiết được tháo ra nên không cần có bộ phận tháo rãnh dẫn. Không phải loại bỏ rãnh dẫn.
+ Đậu rót hoặc rãnh dẫn luôn được nung nóng bởi bộ gia nhiệt, do đó nhựa nóng chảy điền đầy tốt.
+ Nó phù hợp cho quá trình tự động hóa và có hiệu quả cao khi sản xuất với sản lượng lớn;
- Nhược điểm:
+ Kết cấu khuôn phức tąp.
+ Giá thành khuôn cao.
+ Nạp liệu mất nhiều thời gian.
Hình 1.8 Khuôn không dãnh dẫn
1.3.4 Quy trình thiết kế sản phẩm.
-Định hướng rõ ràng sản phẩm thiết kế dự kiến?. Mục đích, các yêu cầu kỹ thuật và phương pháp để thực hiện được các yêu cầu đó.
-Xác định nhu cầu thị trường về dòng sản phẩm?. Đánh giá khả năng công nghệ chế tạo hiện có và khả năng cạnh tranh của sản phẩm mới so với sản phẩm đang có trên thị trường. Từ đó có quyết định đầu tư nghiên cứu chế tạo và sản xuất hay không.
-Tìm kiếm tham khảo mẫu sản phẩm trong thực tế, quan sát và đo đạc để lấy thông tin về sản phẩm về dạng hình học, màu sắc, kích thước, trọng lượng, chất liệu, yêu cầu chất lượng, độ an toàn theo tính năng sử dụng của sản phẩm. Từ đó xác định các yêu cầu kỹ thuật cụ thể cho sản phẩm của mình.
-Mô hình hóa sản phẩm trên phần mềm Cimatron E10 và tiến hành cải tiến mẫu sản phẩm hiện tại.
1.4 Quy trình thiết kế khuôn.
1.4.1 Chọn vật liệu làm khuôn
Công nghệ chế tạo khuôn ép phun hiện đang phải đối mặt với yêu cầu cao hơn về thiết kế và vật liệu để tạo ra những sản phẩm có tốt hơn cả về chất lượng lẫn thẩm Công nghệ chế tạo khuôn ép phun hiện đang phải đối mặt với yêu cầu cao hơn về thiết mỹ, đồng thời giá cả phải có tính cạnh tranh cao. Điều này hoàn toàn khả thi nếu các nhà chế tạo khuôn có thể kiểm soát được các quá trình ép phun và vật liệu làm khuôn. Nếu hình dạng của chi tiết phù hợp với các đặc tính của vật liệu khuôn và công nghệ tương ứng thì nó sẽ tạo ra được những sản phẩm có chất lượng sử dụng cao. Do khuôn ép phun phải chịu một chế độ làm việc khắc nghiệt và tải trọng lớn trong suốt quá trình phun. Do vậy khuôn sẽ phải được chế tạo với độ chính xác cao nhất có thể và vật liệu phù hợp nhất.
Khuôn ép phun phải có độ bền cao và thường được chế tạo từ thép và các hợp chất của nó. Trong khi áo khuôn được chế tạo bằng thép C45, CD, CT thì phần lòng khuôn lại được chế tạo bằng vật liệu có chất lượng cao hơn và được chèn vào trong tấm áo khuôn. Do vậy vật liệu chế tạo lòng khuôn phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
- Có khả năng chịu nhiệt tốt, không bị ảnh hưởng nhiều ở nhiệt độ cao.
- Đủ bền và dẻo dai khi chịu lực tác dụng lớn.
- Chịu mài mòn tốt.
- Tính dẫn nhiệt cao.
Với các yêu cầu như vậy thì vât liệu lòng khuôn thường đươc làm từ các loại thép như SKD61, P20, PX4, SCM4 và một số loại thép khác.
1.4.2 Bố trí lòng khuôn
-Số lòng khuôn được bố trí sao cho dễ rót nhựa vào sản phẩm nhất và nhựa chảy đều tới từng sản phẩm.
-Số lòng khuôn được chọn phù hợp vào năng suất và sản lượng sản phẩm chế tạo, dạng sản xuất, tính chất phức tạp của sản phẩm và công suất của từng máy ép phun.
1.4.3 Bố trí miệng phun.
Miệng phun là ngõ nối kênh dẫn và lòng khuôn. Nó có chức năng rất quan trọng là đưa nhựa lỏng điền đầy lòng khuôn. Vì thế việc tính toán kích thước và bố trí miệng phun có ý nghĩa quyết định đến chất lượng sản phẩm.
Khi thiết kế miệng phun cần lưu ý một số vấn đề sau:
- Nếu có thể nên đặt miệng phun ở chỗ dày nhất của sản phẩm, không nên đặt miệng phun ở chỗ chuyển tiếp từ dày sang mỏng để tránh sự ngắc ngứ dòng chảy và vết lõm hay lỗ trống trên sản phẩm.
- Nếu có thể nên bố trí miệng phun đối diện với các rãnh thoát khí để khí trong lòng khuôn bị đẩy ra ngoài hoàn toàn.
- Đảm bảo hướng dòng chảy tạo ra sự đồng bộ trên toàn bộ sản phẩm, điều này tránh được hiện tượng rỗ khí trong quá trình điền đầy.
- Không nên đặt miệng phun tại những vùng chịu lực trên sản phẩm vì vùng gần miệng phun sau quá trình ép phun còn tồn tại ứng suất dư nên rất dễ bị hỏng khi chịu lực.
Miệng phun của kênh dẫn nóng được tiêu chuẩn hóa cùng với hệ thống kênh dẫn và cuống phun. Có hai loại miệng phun phổ biến hay được sử dụng đó là: miệng phun không có valve và loại có valve:
- Loại không có valve(Open Gate)
Miệng phun kiểu này sẽ bị ngắt khi khuôn mở ra vì nhựa miệng phun rất nóng.Sự định hình sản phẩm được định hình bởi phần nhựa đông cứng ở gần miệng phun.
Hình 1.9 Miệng phun không có valve
- Loại miệng phun có valve
Là loại miệng phun mà trong kênh dẫn có thêm vào một chốt có tác dụng như một valve có thể đóng miệng phun ngay trước khi nhựa gần miệng phun đông đặc. Điều này cho phép tăng đường kính miệng phun lớn hơn và điều khiển quá trình định hình tốt hơn.
Hình 1.10 Miệng phun có valve
1.4.4 Bố trí cổng phun và kênh dẫn nhựa.
a.Kênh dẫn:
- Giảm được tối thiểu sự thay đổi nhiệt độ
- Nhựa dẫn phải thoát khuôn dễ dàng
- Chiều dài kênh dẫn phải càng ngắn càng tốt để tránh mất áp và đủ lớn để có thể điền đầy sản phẩm.
Hình 1.11 Mặt cắt ngang của các kênh dẫn nguội
Hình 1.12 Tiêu chuẩn thiết kế kênh dẫn
Qua phân tích ưu nhược điểm của các kênh dẫn trên ta chọn ra kênh dẫn thang bán nguyệt với số liệu thiết kế như sau:
Hình 1.13 Kênh dẫn nguội
Phân tích các ưu nhược điểm của từng kênh dẫn:
Cổng phun:
Là ngõ nối kênh dẫn vào lòng khuôn, nó có chức năng đưa nhựa lỏng vào điền đầy lòng khuôn vì thế việc tính toán kích thước, bố trí miệng có ý nghĩa rất quan trọng đến chất lượng của sản phẩm.
Hình 1.14 Sơ đồ cổng phun và rãnh dẫn
Hình 1.15 Cổng phun kiểu quạt
Hình 1.16 Cổng phun ngầm
1.4.5 Kênh dẫn nóng (hot runer).
Hình 1.17 Hệ thống kênh dẫn nóng
- Khái niệm:
Hot runner là hệ thống kênh dẫn mà vật liệu nhựa trong các kênh phân phối được giữ ở trạng thái chảy suốt quá trình ép phun. Vật liệu nhựa trong hệ thống luôn giữ ở trạng thái chảy dẻo trong tấm manifold nóng được gia nhiệt bởi các dây điện trở. Áp suất đẩy vật liệu qua tấm manifold nóng và miệng phun để điền đầy chi tiết.một hệ thống kênh dẫn nóng một đầu nối với vòi phun của máy ép phun còn đầu kia phân phối nhựa tới các lòng khuôn.
- Cấu tạo:
Hệ thống Hot Runner được cấu tạo bởi ba bộ phận chính sau:
- Bộ phận điều khiển: Controller
- Tấm phân phối nhựa (Với khuôn nhiều lòng khuôn): Manifold
- Vòi Phun: Nozzle
- Nguyên tắc hoạt động
Nhựa chảy lỏng được máy ép nhựa phun vào khuôn sẽ đi đến tấm phân phối nhựa, từ đây nhựa được chia ra làm nhiều hướng đi đến các vòi phun và từ vòi phun vào trong lòng khuôn. Trong quá trình xảy ra, tấm phân phối và vòi phun cũng đóng vai trò như những kênh dẫn trong khuôn 2 tấm không có kênh dẫn nóng. Chỉ khác là trong suốt quá trình này, nhựa luôn được gia nhiệt nhờ bộ phận gia nhiệt có trong cả tấm phân phối và cả các vòi phun. Sự điều khiển nhiệt độ nhựa trong các bộ phận này được điều khiển và giám sát bằng bộ phận điều khiển. Nhờ vậy mà luôn đảm bảo nhiệt độ nhựa đủ nhiệt khi vào khuôn và hạn chế tổn hao nhựa và giảm thời gian đúc.
1.4.6 Kênh dẫn nguội ( cool runer).
1.4.5.1 Nguyên lý hoạt động của kênh dẫn nguội.
Nguyênliệunhựachảyvàolòngkhuônquahệthốngcấpnhựalàmộtquá
trìnhcóhoạtđộngnhưsau:
Trướctiênnguyênliệunhựađượcbơmvàocuốngphunvàhệthốngkênh nhựadẫnđếnlòngkhuôn.Khinhựanóngchảychạmvàokhuônlạnhnhanhchóng bịđônglại,tạothànhmộtlớpvỏtrongkhiphầnchínhvẫncònlànhựanóngchảy.
Hình1.18 Kênh dẫn nguội.
Lúcđầulớpnhựađônglạirấtmỏngvìthếnhiệtmấtđirấtnhanh,sauđó càngnhiềunhiệtbịmấtđikhiđiqualớpnhựamỏngtạonênlớpnhựađôngdày hơn.Saumộtthờigian,lớpnhựađôngsẽđạtđượcđộdàynhấtđịnhthìnhiệtđộ củanhựavànhiệtsinhratừ dòngchảysẽcânbằngvớilượngnhiệtđãmất.Ởthời điểm này,đãđạtđượctrạngtháicânbằng.
Hình 1.19 Dòng chảy kênh dẫn nguội
Vìnhựadẫnnhiệtkémnênlớpvỏngoàisẽđóngvaitròlàlớpcáchnhiệt cholõitrongcủanhựanóngchảyvàgiữnhiệtcholõitrong. Dođónguyênliệu nhựavẫncóthểchạyqualõigiữatrongquátrìnhphun.Nếutốcđộphuntăngthì lớpnhựađônglạisẽbịmỏngđidonhiệtmasátsinhracaohơn. Tươngtựnhưthế, độnóngchảyvànhiệtđộcủakhuôncaosẽlàmgiảm độdàycủalớpnhựađônglại.Đểcóđượclớpnhựacáchnhiệtbằngphẳngkhôngnênđểcógócnhọnlàm cản trởdòngchảy.
1.4.5.2 Cấu tạo hệ thống kênh dẫn nguội.
Hình 1.20.Hệ thống kênh dẫn nguội.
Hệthốngkênhdẫnnguộidẫnnhựanóngchảytừvòiphuncủamáyépphunqua.
cuốngphun, kênhdẫn,miệngphunrồivàolòngkhuônmàkhôngcóbấtkỳtác
độngnàovềnhiệtđốivớidòngnhựanàytrênđườngđicủanó.Khácvớihệthống
kênhdẫnnóngcóbộphậngianhiệtchodòngnhựanày.
Hình 1.21 Hệ thông kênh dẫn nóng.
Hệthốngdẫnnhựanguộibaogồmcácbộphậnsauđây:cuốngphun,kênh dẫn,miệngphun,đuôinguộichậm.
Hinh 1.22 Cấutạocủahệthốngkênhdẫnnguội
Kíchthướccủahệthốngdẫnnhựađóngvaitròrấtquantrọngđốivớimột bộkhuôn.Nguyêntắcchungthiếtkếhệthốngkênhdẫnlàsaochotổngkhoảng cáchtừvòiphuncủamáyđếnlòngkhuônlàngắnnhấtcóthể.Tuynhiêncũngcó nhữngyếutốảnhhưởnglàmtaphảicânnhắcđếnviệcthiếtkếkênhnhựa, chẳng hạnnhưsốlòngkhuôn,độphứctạpcủasảnphẩm,…Việcthiếtkếhệthốngdẫn nhựahợplýgópphầnrútngắnchukỳépphun,sảnphẩm saukhiép tránhđược nhữngkhuyếttậtvàdễdàngchoviệcthiếtkếcáchệthốngkháctrongbộkhuôn nhưhệthốnglàm mát.
1.4.6 Hệ thống làm mát.
a.Khái quát chung.
Nhựa lỏng sau khi vào khuôn phải được làm lạnh nhanh để đạt được hình dạng mà ta mong muốn.nếu làm nguội khuôn không tốt thì nhựa nóng sẽ gia nhiệt cho khuôn và thế là quá trình định hình sẽ kéo dài làm tăng thời gian chu kỳ ép phun. Do vậy hệ thống làm nguội khuôn có vai trò hết sức quan trọng vì nó quyết định toàn bộ chu kỳ ép phun.
b.Các phương pháp làm nguội
- Làm nguội bằng khí: khuôn được làm nguội bằng khí dựa vào bức xạ nhiệt của thép làm khuôn ra môi trường xung quanh
Hình 1.23 Khuôn được làm nguội bằng khí
- Làm nguội bằng nước hoặc hỗn hợp ethylene glycol và nước
Đây là phương án được dùng rộng rãi nhất hiện nay. Theo phương án này khuôn được làm nguội nhờ vào các kênh dẫn chứa chất làm nguội được bố trí bên trong tấm khuôn
Hình 1.24 Khuôn được làm nguội bằng nước
- Thiết kế hệ thống kênh làm nguội
Hình 1.25 Kiểu bố trí kênh làm mát theo từng kênh riêng biệt
Hình 1.26 Bố trí theo dạng vòng 1 cấp.
Hình 1.27Bố trí dạng nhiều cấp.
- Các thông số cho kênh làm nguội.
Căn cứ vào bảng số liệu ta chọn kích thước kênh làm mát
Do sản phẩm có bề dày lớn nhất là 5.6mm Nên ta chọn :
+ Đường kính kênh làm mát là 12mm
+ Khoảng cách giữa kênh làm mát và chi tiết là a=2d= 24 mm
+ Khoảng cách giữa hai kênh làm mát là b=3d=36mm
Chú ý: Khi thiết kế hệ thống làm mát cần chú ý:
- Khi thiết kế hệ thống làm mát cần đảm bảo làm mát đồng đều toàn bộ sản phẩm.Do đó cần chú ý đến việc làm nguội những phần dày nhất của sản phẩm
- Kênh làm nguội nên đặt gần mặt lòng khuôn khi có thể để làm nguội tốt hơn.
- Đường kính kênh làm nguội nên không đổi trên toàn bộ chiều dài kênh để tránh cản trở vì sự ngắt nghẽn sẽ làm trao đổi nhiệt không tốt.
- Nhiệt chênh lệch gữa đầu vào và đầu ra nên nằm trong khoảng 2-3 độ.
- Nên chia kênh làm nguội thành nhiều vòng làm nguội.Không nên thiết kế chiều dài kênh làm nguội quá dài vì dễ dẫn đến mất áp và tăng nhiệt trên nó khiến nhiệt độ chênh lệch giữa đầu ra và vào vượt quá 3 độ.
- Kênh làm nguội phải được khoan để có độ nhám tạo ra sự chảy rối bên trong kênh.Dòng chảy rối sẽ trao đổi nhiệt jtoos hơn dòng chảy tầng 3-5 lần.
1.5 Quy trình kiểm nghiệm khuôn.
Ứng dụng phần mềm CAE để mô phỏng và phân tích dòng chảy trong khuôn nhựa để kiểm soát quá trình ép phun chi tiết. Quá trình kiểm tra nhờ ứng dụng phần mềm CAE sẽ cho kết quả gần sát với thực tế, cụ thể trong quá trình này em sẽ tiến hành:
-Lựa chọn vị trí cổng phun tối ưu nhất trong nhiều phương án đề xuất.
-Kiểm tra các phương án bố trí hệ thống kênh dẫn, sau đó chọn lựa phương án tốt nhất.
-Thử nghiệm quá trình ép phun với các giá trị đầu vào máy ép phun khác nhau của các biến số: Áp suất phun, áp suất giữ, nhiệt độ nhựa, thời gian giữ áp, nhiệt độ khuôn…Sau đó tiến hành chạy phân tích cho các kết quả khác nhau về chất lượng sản phẩm. Từ đó chọn được bộ thông số tối ưu cho quá trình ép phun.
1.6 Quy trình gia công khuôn
Trong kết cấu bộ khuôn, có những phần đã được tiêu chuẩn hóa, người sử dụng chỉ việc chọn lựa và liên hệ với nhà sản xuất để mua về. Nhưng có những phần thuộc đặc tính riêng của từng sản phẩm nên yêu cầu phải gia công chế tạo riêng.
Trong đó tùy theo yêu cầu về độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt mà có thể chọn phương pháp gia công hợp lý nhằm đạt kết quả mong muốn và giảm giá thành chế tạo khuôn.
1.7 Đặt vấn đề và giới hạn vấn đề.
Trong quá trình chế tạo sản phẩm khuôn ép nhựa, quá trình sản xuất thử nghiệm tiêu tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc khi việc thử khuôn tiến hành bằng ép phun trên khuôn và máy thật. Không chỉ tốn kém cho quá trình thử, việc thiết kế khuôn mà không được kiểm nghiệm trước có thể dẫn đến lỗi từ thiết kế hoặc từ tham số ép phun khi sản xuất hàng loạt dẫn đến mất thêm thời gian để thay đổi thiết kế và thử nghiệm. Đề tài nghiên cứu sử dụng công cụ CAD/CAM/CAE để giải quyết hai vấn đề lớn của thiết kế và chế tạo:
-Lựa chọn phương án thiết kế và đưa ra bộ thông số tối ưu cho quá trình ép phun.
-Thông qua việc chạy mô phỏng quá trình ép phun dưới dự trợ giúp của máy tính với công cụ CAE Moldflow, các phương án thiết kế kênh dẫn nóng hotrunner khác nhau được kiểm tra so sánh trong điều kiện đồng tham số.
9) TÀI LIỆU THAM KHẢO
v[1]: PTS. Vũ Hoài Ân, Thiết Kế Khuôn Cho Sản Phẩm Nhựa, 1994.
v[2]: Nguyễn Đắc Lộc, Lê văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt (2003) . Sổ tay Công nghệ chế tạo máy 2 .Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội
v[3]: Trịnh Chất – Lê Văn Uyên, Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Cơ Khí, tập 2, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, 2003.
v[4]: Peter Unger, Hot Runner Technology, 2006.
v[5]: Lê Trung Thực (2007) . Hướng dẫn thực hành ProE Wildfire 3.0 . T.p Hồ Chí Minh.
v[6]: Hoàng Xuân Nguyên, Dung Sai Lắp Ghép và Đo Lường Kĩ Thuật, Nhất Xuất Bản Giáo Dục, 1994.
v[7]: Gunter Mennig, Klaus Stoeckert (1998). Mold-making handbook.
v [8]: Nguyễn Đắc Lộc, Lê văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt (2003) . Sổ tay Công nghệ chế tạo máy 1 .Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội.
v[9]: Nguyễn Hữu Lộc . Cơ sở thiết kế máy.
