Giáo trình Công nghệ khuôn mẫu: Phần 1

Chia sẻ: Túcc Vânn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:264

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Công nghệ khuôn mẫu được biên soạn nhằm giúp người đọc làm quen và có khả năng đưa ra các quyết định chính xác trong việc thiết kế, chế tạo, bảo dưỡng khuôn phun ép nhựa. Giáo trình được chia thành 2 phần, mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Công nghệ khuôn mẫu: Phần 1

TRẦN MINH THẾ UYÊN PHẠM SƠN MINH GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KHUÔN MẪU NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2022
2
LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp nhựa Việt Nam đã có những bước tiến mạnh mẽ, với tốc độ tăng trưởng khá cao. Sản phẩm nhựa rất đa dạng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Tiếp nhận xu hướng chuyển dịch sản xuất sang Việt Nam cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sản xuất. Ngành công nghiệp nhựa đã và đang từng bước khẳng định vị thế trên nền thị trường nội địa, hỗ trợ tốt cho các ngành sản xuất và lắp ráp. Ngành nhựa Việt Nam cũng như ngành nhựa thế giới sử dụng ba công nghệ sản xuất chính là ép thổi, ép đùn và ép phun. Trong số đó, ép phun được coi là linh hoạt và phổ biến nhất. Ép phun có thể tạo ra nhiều loại sản phẩm với tốc độ sản xuất nhanh, độ chính xác cao và hình dạng phức tạp. Với công nghệ ép phun, để một sản phẩm hoàn thiện đến tay người tiêu dùng là một quá trình phức tạp, trong đó giai đoạn thiết kế, chế tạo khuôn là vô cùng quan trọng. Một bộ khuôn đưa vào sản xuất đòi hỏi quá nhiều kiến thức cũng như kinh nghiệm. Chính điều này đã tạo nên những thách thức và cũng được coi như một cơ hội cho đội ngũ các kỹ sư trong lĩnh vực khuôn mẫu. Với mục đích giúp người đọc làm quen và có khả năng đưa ra các quyết định chính xác trong việc thiết kế, chế tạo, bảo dưỡng khuôn phun ép nhựa, nhóm tác giả đã biên soạn cuốn sách này với sự giúp đỡ tận tình của các đồng nghiệp – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, nhằm dùng làm tài liệu học tập cho môn học THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA, dùng cho sinh viên Đại học và học viên Cao học thuộc nhóm ngành Kỹ thuật Cơ khí. Giáo trình Giáo trình Công nghệ khuôn mẫu được hoàn thành với sự đóng góp: • Chương 1 và 2: Phạm Sơn Minh • Chương 3 và 4: Trần Minh Thế Uyên • Chương 5: Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Uyên Trong quá trình biên soạn, không thể tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm tác giả rất mong nhận được sự góp ý của người đọc để các lần biên soạn sau được hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin vui lòng gửi về địa chỉ email: minhps@hcmute.edu.vn hoặc uyentmt@hcmute.edu.vn. TP Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2022, Nhóm tác giả 3
4
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................3 Chương 1: CÔNG NGHỆ PHUN ÉP NHỰA...................................11 1.1 CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ KHUÔN CƠ BẢN...................11 1.1.1 Dòng đồng hướng......................................................................11 1.1.2 Cân bằng dòng...........................................................................11 1.1.3 Phân bố áp suất..........................................................................12 1.1.4 Ứng suất trượt cực đại...............................................................12 1.1.5 Vị trí đường hàn.........................................................................12 1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP PHUN...................................................................................12 1.2.1 Độ dày sản phẩm đồng nhất......................................................13 1.2.2 Cân bằng hình học.....................................................................13 1.2.3 Các góc nhọn bên trong.............................................................13 1.2.4 Góc nghiêng thoát khuôn...........................................................13 1.2.5 Cạnh mỏng.................................................................................13 1.2.6 Tỷ lệ hình học............................................................................14 1.2.7 Loại và vị trí cổng vào nhựa......................................................14 1.2.8 Diện tích bề mặt sản phẩm ép phun...........................................14 1.2.9 Dung sai sản phẩm ép phun.......................................................15 1.2.10 Bề mặt hoàn thiện của sản phẩm ép phun...............................15 1.3 QUY TRÌNH THIẾT KẾ.................................................................16 1.3.1 Quy trình sản xuất khuôn...........................................................16 1.3.2 Quy trình thiết kế khuôn............................................................17 1.3.3 Quy trình thiết kế sản phẩm.......................................................18 1.3.4 Quy trình thiết kế hệ thống kênh dẫn........................................19 1.3.5 Quy trình thiết kế hệ thống làm nguội.......................................20 1.4 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ KHUÔN....................................................20 1.5 YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CHI TIẾT CỦA BỘ KHUÔN...................................................................................................22 1.5.1 Độ chính xác về hình dáng........................................................22 1.5.2 Độ chính xác về kích thước.......................................................23 1.5.3 Độ cứng của các chi tiết trong khuôn........................................23 1.5.4 Độ bóng.....................................................................................23 5
Chương 2: THIẾT KẾ KHUÔN PHUN ÉP NHỰA.........................24 2.1 TỔNG QUÁT....................................................................................24 2.1.1 Khái niệm về khuôn...................................................................25 2.1.2 Phân loại khuôn ép phun...........................................................26 2.1.3 Kết cấu chung của một bộ khuôn..............................................29 2.2 MỘT SỐ LOẠI KHUÔN.................................................................30 2.2.1 Khuôn hai tấm...........................................................................30 2.2.2 Khuôn ba tấm.............................................................................31 2.2.3 Khuôn nhiều tầng.......................................................................33 2.2.4 Khuôn cho sản phẩm nhiều màu................................................36 2.3 TÍNH SỐ LÒNG KHUÔN...............................................................36 2.3.1 Số lòng khuôn tính theo số lượng lô sản phẩm.........................37 2.3.2 Số lòng khuôn tính theo năng suất phun của máy.....................37 2.3.3 Số lòng khuôn tính theo năng suất làm dẻo của máy................37 2.3.4 Số lòng khuôn tính theo lực kẹp khuôn của máy......................38 2.3.5 Số lòng khuôn theo kích thước tấm gá đặt trên máy ép............39 2.4 HỆ THỐNG CẤP NHỰA NGUỘI..................................................41 2.4.1 Tổng quan về hệ thống cấp nhựa nguội.....................................41 2.4.2 Đặc điểm và chức năng các bộ phận của hệ thống kênh dẫn nguội...................................................................................................43 2.4.3 Ví dụ..........................................................................................73 2.5 HỆ THỐNG KÊNH DẪN NHỰA NÓNG.......................................75 2.5.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, lợi ích và hạn chế.......................................75 1.5.2 Cấu trúc và chức năng của hệ thống Hot Runner......................78 2.5.3 Đặc điểm, cách tính và bố trí các thành phần............................79 2.6 HỆ THỐNG LẤY SẢN PHẨM.....................................................104 2.6.1 Các cách lấy sản phẩm ra khỏi khuôn.....................................104 2.6.2 Khái niệm hệ thống đẩy...........................................................104 2.6.3 Nguyên lý chung......................................................................105 2.6.4 Các hệ thống đẩy thường dùng................................................105 2.6.5 Điều khiển hệ thống đẩy..........................................................111 2.6.6 Một số điểm cần lưu ý khi thiết kế hệ thống đẩy....................113 2.6.7 Ví dụ về tính toán hệ thống đẩy...............................................113 2.7 HỆ THỐNG LÀM NGUỘI............................................................118 2.7.1 Tầm quan trọng và mục đích của hệ thống làm nguội.............118 2.7.2 Một số cách gia – giải nhiệt cho khuôn...................................119 2.7.3 Độ dẫn nhiệt của kim loại........................................................119 2.7.4 Các thành phần của hệ thống làm nguội trong khuôn ép nhựa....................................................................................................119 6
2.7.5 Quy luật thiết kế kênh dẫn nguội.............................................120 2.7.6 Thiết kế kênh làm nguội..........................................................123 2.7.7 Làm nguội lõi khuôn................................................................124 2.7.8 Làm nguội lòng khuôn.............................................................130 2.7.9 Các chi tiết sử dụng trong hệ thống làm nguội........................133 2.7.10 Tính lưu lượng nước làm nguội.............................................138 2.7.11 Tính toán thời gian làm nguội................................................140 2.7.12 Thời gian làm nguội của một số dạng chi tiết.......................142 2.7.13 Kiểm soát nhiệt độ khuôn......................................................143 2.8 HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG VÀ ĐỊNH VỊ...................................143 2.8.1 Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng..........................................144 2.8.2 Cơ cấu định vị..........................................................................148 2.8.3 Vị trí của chốt và bạc dẫn hướng.............................................150 2.9 HỆ THỐNG THOÁT KHÍ.............................................................150 2.9.1 Khái niệm ...............................................................................150 2.9.2 Các lưu ý khi thiết kế hệ thống thoát khí ................................151 2.9.3 Phân tích hệ thống thoát khí ...................................................153 2.9.4 Các kiểu thoát khí ...................................................................159 2.10 HỆ THỐNG THÁO UNDERCUT...............................................172 2.10.1 Giới thiệu...............................................................................172 2.10.2 Undercut mặt ngoài...............................................................174 2.10.3 Undercut mặt trong................................................................181 2.10.4 Xylanh thủy lực tháo undercut..............................................184 2.10.5 Ren trong (hoặc undercut trong dạng tròn xoay)...................186 2.10.6 Ren ngoài (hoặc undercut ngoài dạng tròn xoay)..................189 2.11. CAE...............................................................................................191 2.11.1 Giới thiệu về CAE.................................................................191 2.11.2 Lợi ích của ứng dụng CAE....................................................192 2.11.3 Tổng quan về CAE................................................................193 2.11.4 Thông số đầu vào của việc phân tích dòng chảy (CAE) trong công nghệ ép phun.........................................................................195 2.11.5 Kết quả của việc phân tích mô phỏng dòng chảy..................197 2.11.6 Sai số giữa kết quả phân tích cae với thực tế ép sản phẩm.........198 Chương 3: CHẾ TẠO KHUÔN........................................................199 3.1 VẬT LIỆU LÀM KHUÔN ÉP NHỰA..........................................199 3.1.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn vật liệu làm khuôn........199 3.1.2 Đặc tính của vật liệu thép công cụ...........................................200 7
3.1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố hợp kim đến đặc tính của thép công cụ....................................................................................................201 3.1.4 Hợp phần hóa học của vật liệu thép được sử dụng cho khuôn......................................................................................................201 3.1.5 Ảnh hưởng của hợp kim lên thép công cụ...............................202 3.1.6 Quy trình lựa chọn vật liệu thép chung...................................205 3.1.7 Vật liệu đối với hệ thống dẫn hướng và định vị......................205 3.1.8 Vật liệu làm thân khuôn...........................................................206 3.1.9 Vật liệu cho các miếng ghép và tấm khuôn cho khuôn âm và khuôn dương......................................................................................206 3.1.10 Đặc tính của một số loại thép dùng để làm khuôn ép phun........207 3.2 THAM KHẢO MỘT SỐ LOẠI THÉP CHẾ TẠO KHUÔN NHỰA....................................................................................................208 3.2.1 Thép 1055................................................................................208 3.2.2 Thép 2311 (thép chế tạo khuôn đã xử lý nhiệt).......................209 3.2.3 Thép 2083 (thép không gỉ chế tạo khuôn)...............................209 3.2.4 Thép NAK 80 (thép chế tạo khuôn đã xử lý nhiệt).................210 3.2.5 Thép SKD11............................................................................211 3.2.6 Thép SKD61 (thép chế tạo khuôn dập nóng)..........................212 3.2.7 Nhôm.......................................................................................212 3.3 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO KHUÔN..............................................214 3.3.1 Giới thiệu về quy trình chế tạo khuôn.....................................214 3.3.2 Quy trình thiết kế chế tạo khuôn ép phun................................215 3.3.3 Giới thiệu các công nghệ gia công..........................................223 3.3.4 Gia công các tấm khuôn..........................................................225 3.4 XỬ LÝ BỀ MẶT LÒNG KHUÔN................................................235 3.4.1 Kỹ thuật đánh bóng khuôn.......................................................235 3.4.2. Quy trình hoàn thiện bề mặt khuôn........................................240 3.5 QUY TRÌNH LẮP RÁP KHUÔN..................................................248 3.6 THỬ KHUÔN.................................................................................252 3.6.1 Trình tự các bước.....................................................................252 3.6.2 Các thông số gia công của một số vật liệu nhựa.....................253 3.6.3 Các bước lắp đặt khuôn...........................................................255 3.6.4 Thiết lập thông số ép...............................................................257 3.6.5 Ép thử - Kiểm tra sản phẩm.....................................................258 3.6.6 Hiệu chỉnh thông số ép............................................................259 3.6.7 Sửa chữa và thay đổi khuôn ép................................................259 8
Chương 4: BẢO TRÌ KHUÔN..........................................................265 4.1. CHĂM SÓC VÀ BẢO QUẢN KHUÔN....................................265 4.1.1. Chăm sóc và bảo quản khuôn.................................................265 4.1.2. Lập kế hoạch bảo trì ..............................................................270 4.2. SỬA CHỮA VÀ THAY THẾ KHUÔN ÉP...............................283 4.3. TRÌNH TỰ LẮP CÁC TẤM KHUÔN......................................288 4.3.1. Mục đích.................................................................................288 4.3.2. Dụng cụ sử dụng.....................................................................288 4.3.3. Đo độ nghiêng của Guide Pin.................................................289 4.3.4. Lắp tấm cố định M02..............................................................290 4.3.5. Lắp tấm di động M03.............................................................292 4.3.6. Lắp khối định vị của tấm M03................................................294 4.4. QUY TRÌNH NHẬN BẢO TRÌ KHUÔN.................................295 Chương 5: KHUYẾT TẬT SẢN PHẨM NHỰA VÀ CÁCH KHẮC PHỤC........................................................................................297 5.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG NGHỆ ÉP PHUN...........297 5.1.1. Nhiệt độ..................................................................................297 5.1.2. Tốc độ phun............................................................................297 5.1.3. Áp suất phun...........................................................................299 5.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM...........................................................................................300 5.3. SỰ CO RÚT...................................................................................300 5.3.1. Hiện tượng co rút....................................................................300 5.3.2. Co rút sau khi ép phun............................................................308 5.3.3. Cách xử lý co rút và cong vênh..............................................310 5.4. CÁC KHUYẾT TẬT SẢN PHẨM VÀ CÁCH KHẮC PHỤC....................................................................................................................................311 5.4.1. Sản phẩm bị sai lệch kích thước lắp ghép..............................311 5.4.2. Sản phẩm bị cong vênh...........................................................317 5.4.3. Lỗ trống..................................................................................323 5.4.4. Sản phẩm có các vết lõm (Sink mark)....................................329 5.4.5. Sản phẩm thiếu nhựa..............................................................332 5.4.6. Sản phẩm bị ba via (Flash).....................................................335 5.4.7. Sản phẩm có đường hàn.........................................................339 5.4.8. Sản phẩm có vết dòng chảy....................................................342 5.4.9. Bề mặt bong tróc, có vết xước................................................346 5.4.10. Các vết rạn nứt (Cracking)...................................................350 5.4.11. Sản phẩm có vết cháy đen....................................................356 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................... 359 9
10
Chƣơng 1 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP NHỰA Mục tiêu chương 1: Giới thiệu công nghệ ép phun Sau khi học xong chương này, người học có khả năng trình bày: 1) Các nguyên tắc thiết kế khuôn cơ bản. 2) Ảnh hưởng của thiết kế sản phẩm đến chất lượng sản phẩm. 3) Quy trình thiết kế, chế tạo khuôn 1.1 CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ KHUÔN CƠ BẢN  Làm cho dòng đồng hướng  Làm cân bằng dòng chảy nhựa  Phân bố đều áp suất trong khuôn  Kiểm soát vị trí đường hàn, tụ khí  Tránh nghẽn dòng 1.1.1 Dòng đồng hƣớng Hướng của dòng chảy có ảnh hưởng đến sự co rút sản phẩm theo các hướng, dẫn đến sự co rút sản phẩm theo các hướng khác nhau. Khi thiết kế sản phẩm nên bố trí cho dòng nhựa chảy theo cùng một hướng và cùng trên một đường thẳng. 1.1.2 Cân bằng dòng Dòng chảy được gọi là cân bằng khi các điểm cuối cùng của khuôn được điền đầy trong cùng một thời gian. Cân bằng dòng làm cho định hướng đồng đều, co rút đồng đều, ít bị ứng xuất nội và cong vênh sản phẩm. Điều đó cũng làm giảm chi phí do sử dụng ít nguyên liệu. Vì vậy, khi thiết kế sản phẩm phải chú ý sao cho tất cả các dòng chảy cân bằng, có nghĩa là điền đầy với cùng áp suất và thời gian. 1.1.3 Phân bố áp suất Phân bố áp xuất có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm do: 11
Phân bố áp Vận tốc Ứng suất Định Co ngót, suất điền khuôn trượt hướng chịu lực Hình 1.1. Phân bố áp suất có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Như vậy, muốn sản phẩm tốt phải tạo cho phân bố áp xuất đều từ đầu đến cuối dòng chảy. 1.1.4 Ứng suất trƣợt cực đại Khi ép phun, ứng suất trượt không vượt quá một giá trị cho phép, giá trị này phụ thuộc vào vật liệu ép phun. 1.1.5 Vị trí đƣờng hàn Đường hàn hình thành do sự gặp nhau của các dòng nhựa khác nhau khi chảy trong khuôn, có cả vùng dày lẫn vùng mỏng, nhựa sẽ điền đầy vùng dày trước điều này dẫn đến nghẽn dòng tại vùng mỏng. 1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP PHUN Xem thêm trong sách Giáo trình Thiết kế cơ cấu đàn hồi trên sản phẩm nhựa và Thiết kế phát triển sản phẩm phun ép nhựa. Người thiết kế sản phẩm phải có kiến thức về thiết kế sản phẩm sản xuất bằng công nghệ ép phun, bởi vì nó có thể tạo ra các vấn đề trong quá trình ép phun; đồng thời, cũng phải biết các tính chất của vật liệu nhựa nhiệt dẻo, quy trình ép phun nói chung, thiết kế khuôn và chất lượng chế tạo khuôn và thiết kế sản phẩm cần thiết để sản xuất sản phẩm ép phun nhựa nhiệt dẻo theo nhu cầu khách hàng. Sản xuất các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo có chất lượng cao đòi hỏi phải thực hiện đúng ngay từ khâu thiết kế. Khi thiết kế các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo, người thiết kế sản phẩm phải dự đoán được một số vấn đề tiềm ẩn có thể xuất hiện trong quá trình ép phun. Các yêu cầu thiết kế sản phẩm bao gồm độ dày đồng đều, vị trí đường phân khuôn để cân bằng việc loại bỏ nhiệt từ cả hai bên của các long khuôn, các góc bên trong phải liên tục, loại bỏ các cạnh sắc, loại bỏ các lỗ sâu (lõi mỏng dài), lựa chọn vị trí cổng vào nhựa và xác định dung sai kích thước. 12
1.2.1 Độ dày sản phẩm đồng nhất Với sự thay đổi đột ngột về độ dày của thành sẽ tạo ra các vấn đề về thiết kế khuôn đối với hệ thống kiểm soát nhiệt độ của khuôn. Thay đổi độ dày của thành làm cho việc duy trì nhiệt độ đồng đều trong các lòng khuôn trong chu kỳ ép phun, sự thay đổi độ dày của một phần sản phẩm sẽ không cho phép các thành làm mát với tỷ lệ phù hợp, thành dày sẽ co lại nhiều hơn thành mỏng, gây cong vênh một phần, lỗ rỗng dễ xuất hiện trên mặt cắt thành dày hơn, kiểm soát kích thước kém, thời gian chu kỳ dài. 1.2.2 Cân bằng hình học Vị trí của lòng khuôn phải được cân bằng trên cả hai mặt của đường phân chia khuôn. Cả hai nửa của lòng khuôn phải cùng một thể tích nhựa nóng chảy để làm mát đồng đều trong lòng khuôn. Nếu một bên của lòng khuôn được phun nhiều nhựa hơn bên còn lại, bên này sẽ trở nên nóng hơn. Mặt nóng hơn của lòng khuôn sẽ có xu hướng dính vào các điểm nóng sâu, gây cong vênh và thời gian chu kỳ dài. 1.2.3 Các góc nhọn bên trong Góc nhọn tạo ra ứng suất cao trên phần nhựa nhiệt dẻo; chúng cũng tập trung ứng suất trong lòng khuôn. Nên thay thế các góc nhọn trong thiết kế bằng bán kính bo trong ít nhất 0,8 mm. Nếu một góc nhọn là không thể tránh khỏi, hãy giảm bán kính và đánh bóng khu vực bề mặt này; Ngoài ra, các khu vực lòng khuôn này phải được thiết kế với các insert để có thể tháo rời để dễ dàng sửa chữa. 1.2.4 Góc nghiêng thoát khuôn Các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo nên được thiết kế có góc nghiêng thoát khuôn cho thành bên. Cần có góc nghiêng thoát khuôn trên tất cả các thành bên theo hướng mở khuôn hoặc kéo lõi. Nếu không có góc nghiêng thoát khuôn, các sản phẩm ép phun bằng nhựa nhiệt dẻo dính vào bề mặt lòng khuôn, gây ra xước bề mặt hoặc sản phẩm bị biến dạng khi được lấy ra khỏi khuôn. Trong nhiều trường hợp, sản phẩm sẽ không được đẩy ra hết, vì vậy khuôn đóng lại trên sản phẩm và gây ra hư hỏng. 1.2.5 Cạnh mỏng Tránh việc sử dụng cạnh mỏng, do đòi hỏi thép mỏng và dễ gãy. Trong lòng khuôn, các cạnh mỏng có xu hướng bị vỡ và sứt mẻ, dẫn đến bảo trì khuôn và thời gian chết. Các cạnh mỏng bị gãy và sứt mẻ không 13
được phát hiện sẽ gây ra các vấn đề ba via khi nhựa nhiệt dẻo chảy vào khe hở. Các cạnh mỏng trở nên cực kỳ nóng và mất nhiều thời gian hơn để làm mát vì các kênh nước làm mát không thể được đưa đến đây, do đó, làm tăng thời gian chu kỳ phun ép. 1.2.6 Tỷ lệ hình học Tránh sử dụng lõi nhỏ dài. Chiều cao của lõi không không nên vượt quá 4 lần độ dày cơ sở lõi. Trong quá trình ép phun, áp suất phun sẽ làm biến dạng (chệch hướng) các lõi hẹp dài, bởi vì chúng đóng vai trò là dầm ép phun, gây ra hiện tượng hở dòng và có thể làm hư hại khuôn. Trong các trường hợp quan trọng, một phân tích cấu trúc của khuôn có thể được thực hiện dựa trên mô phỏng lực và độ võng cho phép. Lõi có chiều cao lớn phải được thiết kế lại bằng cách sử dụng các lõi insert để giảm khả năng bị hỏng và dễ dàng sửa chữa. 1.2.7 Loại và vị trí cổng vào nhựa Cổng vào nhựa là một thành phần quan trọng trong quá trình ép phun. Cổng ảnh hưởng đến loại khuôn cần thiết cho ứng dụng (hai tấm, ba tấm, kênh dẫn nóng và khuôn nhiều tầng). Vị trí của cổng xác định độ co rút của sản phẩm, dòng chảy, kích thước sản phẩm, độ cong vênh và đường hàn. Cổng có chức năng như một van nhiệt giữa kênh dẫn nhựa và lòng khuôn. Nhiệt độ được tăng xung quanh khu vực cổng bằng tốc độ phun, áp suất và nhiệt độ nóng chảy. Cổng cho phép nhựa chảy vào lòng khuôn; cổng nguội đi khi nhựa ngừng di chuyển, đóng cổng trong khi nhựa bên trong lòng khuôn nguội đi dưới áp lực bão áp. 1.2.8 Diện tích bề mặt sản phẩm ép phun Hệ thống đẩy khuôn cung cấp một lực đồng nhất để đẩy sản phẩm ép phun ra khỏi khuôn. Lực đẩy phá vỡ chân không giữa thành bề mặt bên trong của sản phẩm và lòng khuôn và đẩy các sản phẩm ra khỏi khuôn. Diện tích bề mặt đẩy của sản phẩm nên được đặt theo hướng di chuyển của khuôn, nơi thường đặt hệ thống đẩy. Người thiết kế sản phẩm nên chỉ định các khu vực bề mặt đẩy có tiết diện lớn không quan trọng đối với chức năng của sản phẩm. Loại hệ thống đẩy phụ thuộc vào cấu hình hình học của sản phẩm ép phun và độ dày thành, độ cứng, tốc độ kết tinh và nhiệt độ nóng chảy của nhựa nhiệt dẻo. Ví dụ, các lỗ hoặc dấu vết khuyết tật trên bề mặt bên ngoài của sản phẩm ép phun có thể xuất hiện bởi các chốt đẩy có đường kính nhỏ đẩy vào mặt cắt ngang có thành 14
mỏng của sản phẩm ép phun nhựa nhiệt dẻo khi đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn. 1.2.9 Dung sai sản phẩm ép phun Một cái nhìn thực tế về chi phí dung sai thường giúp tránh chi phí ép phun cao mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm. Có thể không hợp lý khi chỉ định dung sai nhỏ (độ chính xác cao) trong khi nó được thiết kế để hoạt động trong một loạt các điều kiện bình thường. Thay đổi kích thước do nhiệt độ gây ra có thể lớn gấp 3 đến 4 lần. Dung sai cho các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo đã được phát triển bởi ngành công nghiệp ép phun nhựa. Mục đích của các thông số kỹ thuật này là để hỗ trợ nhà thiết kế sản phẩm có được một phân tích nhanh và sơ bộ cho các yếu tố dung sai ép phun khác nhau. Hiểu được những hạn chế của quy trình này và biết cách kiểm soát dung sai tốt là kết quả của việc áp dụng các nguyên tắc thiết kế sản phẩm nhựa nhiệt dẻo, làm việc với các nhà thiết kế khuôn và khuôn, nhận thức được các quy tắc quản lý trong công nghệ nhựa và áp dụng các công nghệ mới nhất cho quá trình ép phun. 1.2.10 Bề mặt hoàn thiện của sản phẩm ép phun Bề mặt hoàn thiện ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, chi phí khuôn, chu kỳ khuôn và thời gian giao hàng. Hoàn thiện bề mặt được sử dụng để nâng cao tính thẩm mỹ bề mặt của sản phẩm ép phun. Bất kỳ thông số kỹ thuật đánh bóng nào phải tham khảo sản phẩm ép phun chứ không phải bản thân khuôn. Chỉ định hoàn thiện bề mặt khuôn không nhất thiết tạo ra kết quả mong đợi trên thành phẩm ép phun. Mặc dù yêu cầu đối với sản phẩm có độ bóng cao đòi hỏi phải có độ bóng cao trên bề mặt lòng khuôn, các yếu tố khác, chẳng hạn như nhựa, cổng vào nhựa, nhiệt độ nóng chảy của nhựa và khuôn, tốc độ phun và thoát khí trong khuôn ảnh hưởng đến bề mặt của sản phẩm. Để sản phẩm hoàn thiện có độ bóng cực cao, các loại thép được sử dụng để gia công lòng khuôn cần được chỉ định để đảm bảo tuổi thọ hợp lý của lòng khuôn đánh bóng trong sản xuất. 15
1.3 QUY TRÌNH THIẾT KẾ 1.3.1 Quy trình sản xuất khuôn Hình 1.2. Quy trình sản xuất khuôn Chu trình layout trong thiết kế khuôn mẫu ép nhựa: a) Xác định sản phẩm - Sản phẩm lắp ngoài hay lắp trong? - Độ bóng phía khuôn âm và khuôn dương bằng bao nhiêu? - Phạm vi ứng dụng của sản phẩm? (sản phẩm tiêu dùng hay sản phẩm kỹ thuật?) - Để chọn loại nhựa sử dụng phù hợp, tránh độc hại,… b) Xác định năng suất khuôn - Tính số lượng sản phẩm trong khuôn? - Kích thước sản phẩm? - Kích thước khuôn? - Thời gian sử dụng? - Chu kỳ ép? c) Xác định cách bố trí sản phẩm Dọc, ngang, tròn xoay,…? d) Xác định kích thước sơ bộ vỏ khuôn 16
Từ cách bố trí sản phẩm và kích thước sản phẩm. Tính ra kích thước sơ bộ lõi khuôn. Tính ra kích thước sơ bộ vỏ khuôn. e) Xác định cỡ máy ép Chọn máy ép phải căn cứ vào kích cỡ khuôn, khoảng mở máy ép, khoảng mở khuôn, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, khả năng của công ty (hiện tại công ty có những loại máy ép nào…?). 1.3.2 Quy trình thiết kế khuôn Nhu cầu thực tế Thiết kế sản phẩm Tính số lòng khuôn Thiết kế hệ thống Bố trí các kênh dẫn lòng khuôn Chọn loại khuôn Thiết kế hệ thống Thiết kế hệ thống Thiết kế hệ thống làm nguội đẩy sản phẩm thoát khí Mô phỏng phân Tính toán sức bền Thiết kế hệ thống tích (CAE) khuôn dẫn hướng và định vị Chọn vật liệu làm khuôn Hoàn chỉnh thiết kế Hình 1.3. Quy trình thiết kế khuôn Trong quá trình thiết kế khuôn, các bước trên không nhất thiết tiến hành độc lập mà phải phối hợp linh hoạt với nhau để đạt kết quả tốt nhất. Trong thực tế sản xuất, quy trình thiết kế khuôn được tiến hành như sau: Nhận bản vẽ (giấy hoặc file: 2D, 3D) > Layout > Thuyết minh phương án > Xử lý sản phẩm > Tách khuôn ra các thành phần > Xử lý lõi khuôn > Tạo bản vẽ lắp ráp > Tạo bản vẽ chi tiết > Thiết kế và chế tạo bản vẽ điện cực dùng EDM > Duyệt > Kiểm tra bản vẽ > Phát hành bản vẽ > Xuất file. 1.3.3 Quy trình thiết kế sản phẩm 17
Hình 1.4. Quy trình thiết kế sản phẩm Trong quá trình phân tích sản phẩm, nếu áp suất cần cho quá trình điền đầy cao hay xuất hiện các khuyết tật như: sản phẩm không được điền đầy, bị bavia, xuất hiện đường hàn... không nên sửa đổi ngay hình học sản phẩm mà nên ưu tiên thay đổi các thông số ép hay chọn loại vật liệu nhựa. Nếu việc thay đổi các thông số gia công vẫn không cải thiện được các vấn đề trên thì nghĩ đến việc thay đổi hình học của chi tiết. Vì khi thay đổi hình học sản phẩm có thể sẽ ảnh hưởng đến nhiều chi tiết lắp khác có liên quan, đồng thời phải xem xét đến tính thẩm mỹ và độ bền của chi tiết. 18
1.3.4 Quy trình thiết kế hệ thống kênh dẫn Mô hình sản phẩm 3D Yêu cầu thẩm mỹ Xác định vị trí miệng phun CAE Các chỉ tiêu kỹ thuật:  Rỗ khí  Đường hàn  Độ cong vênh Đạt Kích thước, kiểu miệng phun Số lòng khuôn Bố trí các lòng khuôn Thiết kế hệ thống kênh dẫn:  Cuống phun  Kênh dẫn  Cổng vào nhựa Mô hình hóa 3D Các thông số ép CAE Các yêu cầu kỹ thuật: Không đạt  Áp suất, thời gian điền đầy Không đạt  Phân bố nhiệt độ đồng đều  Cong vênh trong giới hạn Đạt Hoàn chỉnh thiết kế Hình 1.5. Quy trình thiết kế hệ thống kênh dẫn 19
1.3.5 Quy trình thiết kế hệ thống làm nguội Sản phẩm Hệ thống dẫn nhựa Hệ thống đẩy Thiết kế hệ thống làm nguội CAE Yêu cầu kỹ thuật:  Phân bố nhiệt độ Không đạt  Độ cong vênh  Chênh lệch nhiệt độ Đạt Hoàn chỉnh hệ thống làm nguội Hình 1.6. Quy trình thiết kế hệ thống làm nguội 1.4 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ KHUÔN Thiết kế sản phẩm và Nhu cầu thực tế nhập hệ số co rút Tính số lòng khuôn Thiết kế hệ Bố trí thống kênh dẫn các lòng khuôn Chọn loại khuôn Thiết kế hệ Thiết kế hệ thống Thiết kế hệ thống thống làm nguội đẩy sản phẩm thoát khí Chọn vật liệu Yêu cầu kỹ thuật Thiết kế hệ thống làm khuôn của các tấm khuôn dẫn hướng, định vị và các chi tiết tiêu chuẩn Hoàn chỉnh thiết kế Hình 1.7. Trình tự thiết kế khuôn - Công việc, các số liệu đặt hàng như thiết kế từng phần, số lượng, vật liệu sản phẩm. 20