Bài giảng Công nghệ khuôn mẫu - Nguyễn Quận

t cắt trong khuôn. Lực cắt cao tập trung xung quanh miệng phun bị hạn chế bởi then, then này được cắt sau khi mở khuôn. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  27 Hình 2.21. Miệng phung kiểu then. Kích thước thiết kế: Bề rộng nhỏ nhất là 6mm, bề dày nhỏ nhất bằng 75% chiều sâu lòng khuôn - Miệng phun kiểu đường ngầm (Hình 2.22) Loại này cũng rất thông dụng, có ưu điểm là nó tự cắt khi sản phẩm bị đẩy ra khỏi khuôn. Đặc biệt với kiểu miệng này có thể đặt nó trên các đường hoa văn, đường gân để ẩn đi các dấu vết của miệng phun. Hình 2.22. Miệng phun kiểu đường ngầm. - Miệng phun kiểu bang (Hình 2.23) Có kích thước mỏng nhất so với các loại khác, loại này không thông dụng lắm, sử dụng cho các chi tiết có cạnh thẳng, có thể dùng để khắc phục hiện tượng Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  28 tạo đuôi. Dấu vết của miệng phun rất lớn và chi phí cắt bỏ miệng phun được tính vào sản phẩm. Phù hợp cho sản phẩm lớn và phẳng (đặc biệt là sản phẩm làm bằng nhựa Acrylic) vì nó giúp giảm độ cong vênh cho sản phẩm nhờ sự phân bố đồng đều Hình 2.23. Miệng phun kiểu băng Kích thước của miệng phun kiểu này mỏng, khoảng 0.2→0.6mm, đường kính của kênh dẫn song song thường 0.6→1mm. Miệng phun kích thước nhỏ, dày 0.25→0.5mm. chiều dài của miệng phun ngắn, tốt nhất từ 0.5→1mm. - Miệng phun kiểu quạt (hình 2.24) Miệng phun kiểu quạt thực chất cũng là miệng phun cạnh có bề rộng bị biến đổi. Miệng phun kiểu này tạo dòng chảy êm và cho phép điền đầy lòng khuôn một cách nhanh chóng nên rất phù hợp với những sản phẩm lớn và dày. Tuy nhiên, phải chi phí cao khi cắt miệng phun. Hình 2.24. Miệng phun kiểu quạt Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  29 Bề dày của quạt tương đối mỏng có mối quan hệ với bề dày của sản phẩm. Thông thường, bề dày tối đa của cổng hình quạt không vượt quá 80% bề dày của sản phẩm. Nếu sản phẩm quá mỏng - 0.8mm - thì bề dày của cổng phun có thể chọn là 0.7mm. Bề rộng của cổng quạt thường từ 6mm đến 25% chiều rộng của tấm khuôn. Đối với những sản phẩm lớn bề rộng thường bằng chiều rộng của lòng khuôn. - Miệng phun kiểu nan hoa (Hình 2.25) Để phần vật liệu ở chỗ rẽ nhánh không bị đông đặc sớm gây nghẽn dòng nên thiết kế thêm đuôi nguội chậm. Đuôi nguội chậm sẽ giúp quá trình điền đầy diễn ra nhanh và tốt hơn. Thường nằm ở những nhánh giao nhau của kênh dẫn Hình 2.25. Miệng phun kiểu nan hoa 2.3 HỆ THỐNG TY ĐẨY SẢN PHẨM 2.3.1 Khái niệm hệ thống đẩy Sau khi sản phẩm trong khuôn được làm nguội, khuôn được mở ra, lúc này sản phẩm còn dính trên lòng khuôn do sự hút của chân không và sản phẩm có xu hướng co lại sau khi được làm nguội nên cần hệ thống đẩy để đẩy sản phẩm ra ngoài (Hình 2.26). Sau khi sản phẩm được đẩy ra, người công nhân sẽ lấy sản phẩm, kiểm tra sản phẩm và cắt đuôi keo (nếu có) sau mỗi chu kỳ ép phun. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  30 Hình 2.26. Hệ thống đẩy sản phẩm 2.3.2 Nguyên lý hoạt động Sau khi kết thúc quá trình nhựa điền đầy lòng khuôn và quá trình làm mát thì máy ép sẽ mở khuôn và trục đẩy của máy ép (ejector rod) sẽ đẩy hai tấm đẩy (ejector plate) và thông qua các chi tiết đẩy (chốt đẩy, lưỡi đẩy, ống đẩy, tấm tháo, ) đẩy sản phẩm ra ngoài. Trong quá trình đẩy thì tấm đẩy làm lò xo của khuôn nén lại. Khi trục đẩy của máy ép trở về vị trí ban đầu, lực tác ộđ ng lên tấm đẩy không còn nữa, lúc này lực nén lò xo sẽ giúp tấm đẩy trở về vị trí ban đầu, quá trình này có sự tham gia dẫn hướng của chốt hồi. 2.3.3 Các hệ thống đẩy thường dùng a. Hệ thống đẩy dùng chốt đẩy Đây là hệ thống đẩy được dùng phổ biến nhất. Vật liệu thường dùng là T8A hoặc T10A, được tôi cứng hơn 50HRC và nhám bề mặt yêu cầu Ra=0.8. Chốt đẩy là chi tiết tiêu chuẩn với đường kính, chiều dài, hình dạng khác nhau (Hình 2.27). Những lỗ tròn dễ gia công, nên hệ thống này khá đơn ảgi n dễ thực hiện. Tuy Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  31 nhiên để gia công những lỗ tròn dài và chính xác thì vẫn khó khăn, do đó nên cần doa rộng các lỗ chốt đẩy một khoảng chiều dài nhất định. Hình 2.27. Hệ thống dùng chốt đẩy. b. Hệ thống đẩy dùng lưỡi đẩy Lưỡi đẩy thường dùng để đẩy những chi tiết có thành mỏng và hình dáng phức tạp vì khi sử dụng các chốt đẩy tròn đối với chi tiết có thành mỏng dễ làm cho chi tiết bị lún vào trong (Hình 2.28). Hình 2.28. Hệ thống dùng lưỡi đẩy Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  32 Hệ thống đẩy sử dụng lưỡi đẩy sẽ có lực đẩy lớn hơn do cấu tạo lưỡi đẩy lớn hơn và diện tích tiếp xúc của lưỡi đẩy lên sản phẩm lớn hơn chốt đẩy c. Hệ thống đẩy dùng ống đẩy Ống đẩy dùng để đẩy các chi tiết dạng tròn xoay. Hệ thống đẩy dùng ống đẩy gồm có chốt được gắn cố định, có nhiệm vụ dẫn hướng ống đẩy di trượt tịnh tiến khi tấm đẩy được tác động. Chốt cố định còn có nhiệm vụ làm lõi tạo hình cho sản phẩm dạng tròn xoay (Hình 2.29). Hình 2.29. Hệ thống ống đẩy. d. Hệ thống đẩy sử dụng tấm tháo Dùng để đẩy những chi tiết có dạng trụ tròn hay hình hộp chữ nhật có bề dày thành mỏng. Hệ thống này thì sản phẩm luôn đạt được tính thẩm mỹ do không có vết chốt đẩy (Hình 2.30). Nhược điểm của hệ thống này là sử dụng lực đẩy lớn hơn so với các phương pháp khác, do tấm tháo có trọng lượng lớn hơn. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  33 Hình 2.30. Hệ thống dung tấm tháo. e. Hệ thống đẩy dùng khí nén Dùng cho các sản phẩm có lòng khuôn sâu như: xô, chậu, bởi vì khi sản phẩm nguội thì độ chân không trong lòng khuôn và lõi khuôn rất lớn nên sản phẩm khó có thể thoát khuôn. Do đó, cần một lực đẩy lớn và phân bố đều để đẩy sản phẩm thoát khuôn. Lời khuyên là sử dụng khí nén kết hợp tấm tháo để lấy sản phẩm. Hình 2.31. Hệ thống dùng khí nén. 2.4 HỆ THỐNG LÀM NGUỘI KHUÔN 2.4.1 Mục đích Thời gian làm nguội chiếm khoảng 60% thời gian của chu kỳ khuôn,vì thế việc làm sao để có thể giảm thời gian làm nguội nhưng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là quan trọng, nhiệt độ chảy của nhựa đưa vào khuôn thường vào khoảng 150°C ÷ 300°C, khi nguyên liệu nhựa được đưa vào khuônở nhiệt độ cao này, một lượng nhiệt lớn từ nguyên liệu nhựa được truyền vào khuôn và thông qua hệ thống làm nguội giải nhiệt khuôn. Nếu hệ thống làm nguội vì một nguyên nhân nào đó Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  34 chưa đưa được nhiệt ra khuôn một cách hữu hiệu, làm nhiệt độ trong khuôn không ngừng tăng lên, làm tăng chu kỳ sản xuất. Do vậy, hệ thống này dùng để: - Giữ cho khuôn có nhiệt độ ổn định để nguyên liệu nhựa có thể giải nhiệt đều. - Giải nhiệt nhanh, tránh trường hợp nhiệt giải không kịp, gây nên hiện tượng biến dạng sản phẩm gây ra phế phẩm. - Giảm thời gian chu kỳ, tăng năng xuất sản xuất 2.4.2 Cấu tạo Hệ thống làm nguội có cấu tạo cơ bản được thể hiện ở Hình 2.32. Hình 2.32. Thành phần hệ thống làm nguội Thành phần hệ thống làm nguội gồm: A: Bể chứa dung dịch làm nguội(Collection manifold) B: Khuôn (Mold) C: Ống cung cấp chất làm nguội (Supply manifold) D: Bơm (Pump) E: Kênh làm nguội (Regular Cooling Channels) F: Ống dẫn (Hoses) G: Vách làm nguội (Baffle) H: Bộ điều khiển nhiệt độ (TemperatureController) Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  35 Hình 2.33. Hệ thống làm nguội trên khuôn 2.4.3 Các qui luật khi thiết kế kênh làm nguội Đảm bảo làm nguội đồng đều toàn sản phẩm. Do đó, cần chú ý đến những phần dày nhất của sản phẩm. Hình 2.34 thể hiện các dạng làm nguồi đều và không đều. Làm nguội đều Làm nguội không đều Làm nguội đều Làm nguội không đều a - Đường đẳng nhiệt b - Kênh dẫn nguội c - Đốm nóng Hình 2.34. Các trường hợp làm nguội. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  36 Khi thiết kế hệ thống làm nguội, cần lưu ý: - Kênh dẫn nguội nên để gần mặt lòng khuôn để có thể giải nhiệt tốt hơn. - Đường kính của rãnh dẫn nguội nên không đổi trên toàn bộ chiều dài kênh để tránh sự ngắt dòng sẽ làm trao đổi nhiệt không tốt. - Thiết kế đường nước sao cho có 1 đầu vào và 1 đầu ra - Nên chia kênh làm nguội thành nhiều vòng làm nguội. Không nên thiết kế chiều dài kênh dẫn nguội quá dài dẫn đến mất áp và tăng nhiệt độ làm độ chênh lệch nhiệt độ đầu vào và đầu ra tăng quá 3°C. Không tốt Không tốt Tốt Hình 2.35. Kênh dẫn nguội không nên quá dài Dòng nước làm mát phải chảy liên tục và mang nhiệt độ từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp. Hệ thống làm mát phải đồng đều cả 2 phía khuôn âm (Cavity) và khuôn dương (Core): vì thường thì ở phía Cavity dễ bố trí đường nước hơn do có nhiều diện tích trống hơn, trong khi phía core có ít diện tích trống vì bị hệ thống ty đẩy chiếm chỗ, nên việc thiết kế đường nước phía Core gặp nhiều khó khăn hơn, thường phải nghĩ đến việc đặt những đường nước chéo nhau. Mục tiêu của việc thiết kế là làm sao cho lượng nước chảy qua Core và Cavity phải bằng nhau. Nhiệt độ ở đầu vào và đầu ra càng ít chênh lệch càng tốt (T = Tra – Tvào), T đảm bảo trong khoảng từ 1 ÷ 5°C. Lượng nhiệt được giải tỏa ra khỏi khuôn tỷ lệ với vận tốc dòng chảy, muốn lượng nhiệt giải toả ra nhiều và nhanh chóng, phải làm sao tăng vận tốc dòng chảy thông qua hệ thống bơm thuỷ lực. Việc bố trí đường nước theo kiểu nối tiếp hoặc song song hay vừa nối tiếp vừa song song là không quan trọng, mà quan trọng là bố trí sao cho phù hợp với quy luật dòng chảy. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  37 Cần tính toán tiết diện lỗ nước sao cho nguồn nước cung cấp đủ cho cả hệ thống. Thông thường thì đường nước thường thiết kế với P.T 1/8 hoặc P.T 1/4. Kênh làm nguội phải được khoan có độ nhám để tạo dòng chảy rối sẽ giúp trao đội nhiệt tốt hơn dòng chảy tầng 3-5 lần. Dòng chảy tầng Dòng chảy rối Hình 2.36. So sánh dòng chảy rối và dòng chảy tầng Đường kính kênh làm nguội phải lớn hơn 8mm (8 hoặc 10) để dễ gia công và phải giữ nguyên như vậy để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau do đường kính các kênh làm nguội khác nhau.Các kênh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt nhưng cần chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn. Cần ưu tiên thiết kế đường nước cho những vị trí trên sản phẩm có thành dày đột ngột, khi thiết kế cần liên hệ với khách hàng, để nếu có thể thì giảm bớt độ dày của thành cho cân đối. Những trường hợp gặp những chỗ trên Cavity dạng tấm mỏng, nếu có khoan đường nước thì tính hiệu quả cũng không cao, phải chọn giải pháp khác, đó là chọn hợp kim khác thay thế, có khả năng giải nhiệt nhanh hơn. Cần lưu ý làm mát cả những tấm khuôn quan trọng, mặc dù nơi đó không có sản phẩm (ví dụ như khuôn ba tấm thì nên thiết kế đường nước giải nhiệt cho cả tấm lấy xương keo, vì trong khuôn ba tấm, tấm lấy xương keo thường mỏng hơn tấm kẹp, nên chịu ảnh hưởng nhiệt nhiều hơn, giãn nở nhiều hơn so với tấm kẹp nên dễ gây biến dạng chốt; do đó, khó mở khuôn Nên chia hệ thống làm nguội ra nhiều vùng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  38 Đặc biệt chú ý đến việc làm nguội những phần dày của sản phẩm. Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng. Lưu ý đến hiện tượng cong vênh do sự co rút khác nhau khi bề dày sản phẩm khác nhau. 2.4.4 Các kiểu kênh làm nguội khuôn a. Hệ thống làm lạnh có vách ngăn (Baffle system) Đây là 1 hệ thống đơn giản cho việc làm lạnh những lõi nhỏ, mặc dù những dãy vách ngăn này có thể sử dụng trong những lõi lớn hơn. Khoan những lỗ vào tấm core và những dải đồng được chèn vào bên trong. Nó phải được lắp đặt phù hợp với lỗ để dòng chảy không bị rò rỉ khi đi qua. Ở đáy của những lỗ khoan được bịt kín bằng những nút bịt Hình 2.37. Hệ thống làm lạnh vách ngăn b. Hệ thống kiểu vòi phun (Fountain system) Hệ thống kiểu vòi phun cho năng xuất cao hơn so với kiểu vách ngăn (Baffe) và giúp phân bố giải nhiệt đều khắp trên khuôn Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  39 Hình 2.38. Hệ thống làm nguội một vòi phun c. Thiết kế hệ thống dạng lỗ góc (Angle holed design) Với kiểu thiết kế này, sẽ rất nguy hiểm nếu phoi trong quá trình khoan những lỗ góc bị kẹt lại tại những bề mặt giao nhau dẫn đến hạn chế dòng chảy của chất làm nguội chảy qua lõi. Hình 2.39. Hệ thống dạng lỗ góc d. Hệ thống làm lạnh dạng lỗ từng bước (Stepped hole design) Hệ thống này thì dễ thiết kế hơn so với hệ thống Angled hole, nhưng nhược điểm của hệ thống này là sau khi những lỗ được khoan phải bịt một đầu lại để điều chỉnh dòng chảy; tuy nhiên đôi khi, có thể bị hỏng dẫn đến rò rỉ. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  40 Hình 2.40. Hệ thống dạng lỗ từng bước 2.4.5 Tính lưu lượng nước làm nguội Cần thiết phải biết lưu lượng nước làm nguội vì nó trực tiếp liên quan đến đường kính của kênh nguội sẽ được thiết kế. Lưu lượng nước làm nguội được tính theo công thức sau: 25 p ... gD Q  (2.1) 8.. L Trong đó, Δp: Tổn thất áp dọc đường trong kênh nguội. g: Hệ số gia tốc trọng trường, g = 9.81(m/s2). L: tổng chiều dài của kênh nguội. D: đường kính kênh nguội. λ: hệ số tổn thất Tổn thất áp dọc đường trong kênh nguội (∆p): Tổn thất áp dọc đường trong kênh nguội được định nghĩa như sau: + ∆p = Pvào - Pra + Pvào , Pra: áp xuất vào và áp xuất ra khỏi hệ thống làm nguội. Đường kính kênh nguội D: Việc tính toán đường kính kênh nguội rất quan trọng. Hệ thống giải nhiệt có làm việc hiệu quả hay không phụ thuộc rất nhiều vào đường kính kênh nguội. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  41 Theo thực nghiệm, có thể lựa chọn lưu lượng nước tối thiểu yêu cầu tương ứng với đường kính kênh nguội như bảng 2.3 sau để luôn thoả mãn yêu cầu trạng thái chảy rối của dòng. Bảng 2.3. kích thước kênh và lưu lượng nước tối thiểu Đường kính kênh nguội (mm) Lưu lượng nước tối thiểu (lít/phút) 8 2.84 10 3.14 14 5.11 16 5.68 20 6.82 25 9.46 2.4.6 Thời gian làm nguội Thời gian làm nguội được hiểu là thời gian từ lúc khuôn bắt đầu chịu tác động của áp suất giữ khuôn cho đến trước khi mở khuôn ra. Thời gian làm nguội có thể được xem như là ộm t hàm số của: nhiệt độ khuôn, nhiệt độ chảy dẻo, tính chất vật liệu đem phun ép, và chiều dày của sản phẩm. Trường hợp đơn giản, tính thời gian làm nguội với độ dày thành sản phẩm từ 1÷4 mm, nhiệt độ thành khuôn dưới 60ºC có thể sử dụng công thức: Tc = Smax(1+2.Smax) (2.2) Trong đó, Smax: thành dày nhất của sản phẩm Trường hợp nhiệt độ thành khuôn cao hơn 60ºC thì thời gian làm nguội cộng thêm khoảng 30%. 2.5 CƠ CẤU DẪN ĐỘNG CÓ CỤM DI TRƯỢT SLIDE Cơ cấu dẫn động có cụm di trượt được dùng trong kết cấu khuôn cho sản phẩm có undercut (Hình 2.41). Undercut là đặc điểm hình dạng sản phẩm bị vướng, ngăn không cho lấy Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  42 sản phẩm theo hướng mở khuôn. Phân loại có undercut mặt ngoài và mặt trong Undercut trong Undercut ngoài Undercut thành bên Undercut dạng tròn xoay Hình 2.41. Các dạng Undercut. Nguyên lý tháo undercut được thể hiện ở hình 2.42. Khuôn ở trạng thái đóng Khuôn ở trạng thái mở Hình 2.42. Nguyên lý tháo undercut. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  43 Những bề mặt có undercut trên sản phẩm được tách thành những bề mặt lõi riêng biệt và rút theo hướng khácới v hướng mở khuôn để giải phóng sản phẩm. Hệ thống dùng để tháo undercut thường chiếm khoảng 15÷30% giá thành bộ khuôn cũng như tăng giá thành sản phẩm ép nhựa. Đối với những undercut nhỏ và vật liệu đủ dẻo thường dùng phương pháp đẩy cưỡng bức để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn mà không cần dùng các hệ thống lõi mặt bên. 2.5.1 Cụm di trượt cho Undercut mặt ngoài Hệ thống di trượt (slides) thường được sử dụng để tháo undercut phía ngoài. Chuyển động trượt được tác động bởi cơ cấu cơ khí. Hình 2.43: Tháo undercut mặt ngoài sử dụng lõi trượt Một hệ thống trượt cơ bản gồm các thành phần như hình sau: Hình 2.44: Kết cấu lắp ghép chốt xiên Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  44 - Chốt xiên: chức năng dùng để tác động di chuyển khối trượt. Góc nghiêng của chốt xiên hợp với phương đứng thường khoảng 5→28°. Độ lớn của góc nghiêng và chiều dài chốt quyết định hành trình trượt của lõi mặt bên. - Lõi trượt: là một phần của khuôn tạo hình chi tiết, thường trượt trên tấm chống mòn và được giữ trong hệ thống ray dẫn hướng. - Ray dẫn: giữ lõi trượt, đảm bảo cho lõi trượt chuyển động chính xác và nhẹ nhàng không có bất kì sự xê dịch nào. - Cơ cấu giữ: giữ lõi trượt tại thời điểm khuôn mở hoàn toàn. - Khối nêm: khóa lõi trượt đứng yên trong quá trình phun ép. Nêm chịu toàn bộ lực ép, chốt xiên không chạm vào lõi trượt trong suốt quá trình này. Khoảng trượt và góc nghiêng của chốt xiên như sau: S : độ sâu phần cắt ngang S1: hành trình khoảng trượt α: góc nghiêng của lõi trượt.  : góc nghiêng của chốt xiên. S1 = S + 5mm α= + ( 2º - 5º ); nhưng < 20º Để tránh lõi trợt và khối khoá vớng vào nhau trong quá trình đóng vàở m khuôn, ta phải thiết kế sao cho góc nghiêng của chốt xiên nhỏ hơn so với của khối khoá. Ngoài ra, lỗ chốt xiên đợc làm lớn hơn chốt 0,5mm để bù cho sai số gia công. Có nhiều kiểu chốt đẩy xiên khác nhau từ những nhà sản xuất. Chốt đẩy xiên đơn được dùng phổ biến. Góc của chốt đẩy xiên không nên vượt quá 28° vì sẽ làm góc đẩy yếu, ngược lại nếu sử dụng góc nhỏ (1÷5°) sẽ hạn chế hành trình tháo undercut Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  45 2.5.2 Cụm di trượt cho Undercut mặt trong Chốt xiên (lifter) thường được dùng để tháo undercut phía trong. Khi tấm đẩy tiến về phía trước, lõi tháo lỏng di chuyển theo hướng đẩy chi tiết để tháo phần undercut Hình 2.46: Tháo undercut mặt trong sử dụng chốt đẩy xiên Một hệ tháo undercut trong cơ bản gồm các thành phần như hình sau: Trong đó: B : Chiều dài phần cắt ngang. α : Góc nghiêng của cần Khoảng dịch A = B + (3 – 5) mm Hình 2.47: Kết cấu cụm chốt xiên Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  46 2.6 MỘT SỐ KẾT CẤU KHUÔN ĐIỂN HÌNH 2.6.1 Khuôn hai tấm Khuôn 2 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa bên hông sản phẩm và khi mở khuôn thì chỉ có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa. Đối với khuôn 2 tấm thì có thể thiết kế cổng vào nhựa sao cho sản phẩm và kênh dẫn nhựa tự động tách rời hoặc không tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa (xương keo) được lấy ra khỏi khuôn. Phương pháp dùng khuôn hai tấm rất thông dụng trong hệ thống khuôn ép phun.Khuôn gồm có hai phần: khuôn trước (khuôn âm) và khuôn sau (khuôn dương). Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo nhưng khuôn hai tấm thường chỉ sử dụng để tạo ra những sản phẩm dễ bố trí cổng vào nhựa. Hình 2.48: kết cấu khuôn hai tấm 2.6.2 Khuôn ba tấm Khuôn 3 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn được bố trí trên 2 mặt phẳng và khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm ra và khoảng mở kia để lấy kênh nhựa. Do đó, nếu lấy sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn dùng hệ thống đẩy thì phải bố trí 2 hệ thống nên kết cấu khuôn sẽ phức tạp và lớn hơn khuôn 2 tấm. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  47 Đối với khuôn 3 tấm thì sản phẩm và kênh dẫn nhựa luôn tự động tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa được lấy ra khỏi khuôn. Đối với sản phẩm loại lớn cần nhiều miệng phun hoặc khuôn nhiều lòng khuôn cần nhiều miệng phun thì có thể dùng khuôn ba tấm. Nhược điểm của hệ thống khuôn 3 tấm là khoảng cách giữa vòi phun của máy và lòng khuôn dài nên có thể làm giảm áp lực phun khi nhựa vào lòng khuôn. Có thể khắc phục điều này bằng cách dùng hệ thống kênh dẫn nhựa nóng. Hình 2.49: Kết cấu khuôn ba tấm Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  48 2.6.3 Khuôn nhiều tầng Khi yêu cầu số lượng sản phẩm lớn và để giử giá thành sản phẩm thấp, hệ thống khuôn nhiều tầng được chế tạo để giử lực kẹp của máy thấp(nghĩa là dùng cho loại máy có kích thước nhỏ) với loại hệ thống này ta có hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn. Hầu hết khuôn nhiều tầng ứng dụng hệ thống hotrunner vì đãm bảo nhựa đến các tầng và không bị nguội. Nếu dùng kênh dẫn nguội ta phải thiết kế một hệ thống đẩy cuống phun và kênh dẫn phức tạp rất khó thực hiện. Hình 2.50: Kết cấu khuôn 3 tầng Trong khuôn nhiều tầng, vấn đề cách nhiệt giữa các tấm khuôn rất quan trọng. Tấm dẫn nhựa nóng và tấm khuôn âm (hoặc dương) không được tiếp xúc trực tiếp với nhau để đảm bảo là tấm dẫn keo nóng không bị nguội nhựa và tấm sản phẩm thì không nóng lên, vì trong khuôn nhiều tầng sử dụng hệ thống Hot Runner nên các tấm sản phẩm phải có nhiệt độ thấp để cho quá trình làm nguội nhựa khi vào lòng khuôn được nhanh, từ đó tăng chu kỳ sản xuất và tăng năng xuất. Kết cấu cơ bản của khuôn nhiều màu yêu cầu các cụm chi tiết như khuôn cơ bản. Đặc trưng rõ ràng nhất của khuôn nhiều màu là có nhiều cổng phun. Sản phẩm tạo ra có nhiều màu sắc khác nhau. Chương 2: Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa  49 Hình 2.51: Kết cấu cơ bản khuôn nhiều màu Khác với khuôn 2 tấm hay khuôn 3 tấm, khuôn nhiều màu ngoài chuyển động mở khuôn cơ bản, khuôn nhiều màu thường còn có chuyển động quay, hay tịnh tiến theo phương vuông góc với phương mở khuôn. Khuôn nhiều màu được ứng dụng sản xuất các sản phẩm nhiều màu. Hoặc mang tính bản quyền. Hoặc thay thế các sản phẩm cần ghép với nhau từ nhiều loại vật liệu. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày chức năng nhiệm vụ các chi tiết cơ bản trong khuôn. 2. Trình bày phạm vi ứng dụng các loại cổng phun. 3. Trình bày chức năng, nguyên lý hoạt động của cụm di trượt 4. Kiểm nghiệm khoảng trượt cho cụm di trượt với khoảng chạy Chốt tạo hình là t=18.8; hành trình và góc nghiêng chốt xiên là L=53 và α =180 Chương 3: Cơ bản về thiết kế khuôn  50 Chương 3 : CƠ SỞ THIẾT KẾ KHUÔN 3.1 NHỮNG NGUYÊN TÁC THIẾT KẾ KHUÔN 3.1.1 Góc thoát khuôn Để dễ dàng tháo sản phẩm khỏi lòng khuôn, mặt trong cũng như mặt ngoài sản phẩm phải có độ côn nhất định theo hướng mở khuôn. Yêu cầu này cũng cần áp dụng đối với các chi tiết như gân gia cường, vấu lồi, rãnh, (góc thoát khuôn) a Hình 3.1: Góc thoát khuôn trên sản phẩm Ở các khuôn có lõi ngắn hay lòng khuôn nông (nhỏ hơn 5 mm) góc côn ít nhất khoảng 0.25° mỗi bên, khi chiều sâu lòng khuôn và lõi tăng từ 1 đến 2 inch (25.4 ÷ 50.8 mm) góc côn nên tăng lên là 2°ỗ m i bên. Góc côn cần thiết đối với nhựa Polyolefins và Acetals và có kích thước nhỏ góc côn chỉ khoảng 0.5°, nhưng đối với sản phẩm có kích thước lớn, góc côn yêu cầu có thể tới 3°. Với vật liệu cứng hơn như Polystyrene, Acrylic, ngay cả đối với sản phẩm có kích thước nhỏ, góc côn tối thiểu cũng phải là 1,5°. Cần chú ý rằng góc côn càng nhỏ, yêu cầu lực đẩy càng lớn; do đó, có thể làm hỏng sản phẩm nếu sản phẩm chưa đông cứng hoàn toàn. Khi không thiết kế góc thoát khuôn hay thiết kế không đúng thì ma sát giữa bề mặt sản phẩm và mặt khuôn sẽ rất lớn. Khi đó, sản phẩm sẽ bị kẹt lại trong Chương 3: Cơ bản về thiết kế khuôn  51 khuôn hoặc nếu đẩy ra ngoài đi chăng ữn a thì bề mặt sản phẩm cũng sẽ bị lỗi bởi lực chốt đẩy quá lớn làm thụn bề mặt. Hình 3.2: Góc nghiêng trên sản phẩm 3.1.2 Bề dày Rút ngắn thời gian chu kì ép phun và chế tạo khuôn. Khi thiết kế hình dáng hình học sản phẩm hợp lý (bề dày đồng nhất, các đoạn chuyển tiếp,...) tránh được các lỗi trên sản phẩm và tăng thời gian điền đầy rút ngắn thời gian chu kì ép phun và chế tạo khuôn. - Giảm giá thành sản phẩm và khuôn. - Tiết kiệm vật liệu mà vẫn mang lại hiệu quả sử dụng cho sản phẩm. - Tránh được các khuyết tật như: cong vênh, lỗ khí, vết lõm, đường hàn,.. Chương 3: Cơ bản về thiết kế khuôn  52 3.1.3 Dòng đồng hướng 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 3.1.4 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 (flowpath) cân bằng, có nghĩa là điền đầy với cùng áp xuất và thời gian. 3.2 TIẾP CẬN HỆ THỐNG ĐỂ THIẾT KẾ KHUÔN Thiết kế khuôn đúng phương pháp là phải có một trình tự, có tổ chức, có danh mục kiểm tra từng bước một cách có hệ thống của các qui tắc thiết kế cơ bản hướng dẫn cho người thiết kế trước khi bắt đầu thiết kế. Điều rất cần thiết trong thiết kế khuôn là phải tham khảo ý kiến của người sử dụng, người làm khuôn, phòng kiểm tra chất lượng và người đóng gói khuôn, Việc lựa chọn miệng phun, thoát khí, phương pháp tháo khuôn điều rất quan trọng. Sau khi đã có số liệu về máy, về loại sản phẩm, người thiết kế có thể bắt đầu phân tích kiểu khuôn sẽ thiết kế. Ở giai đoạn này nên tham khảo ý kiến với phòng sản xuất về máy nào, hoặc phương pháp gia công nào nên sử dụng trong bản thiết kế này. Những gợi ý về thiết kế cơ khí cũng nảy sinh trong quá trình thảo luận. Độ co của vật liệu sản phẩm phụ thuộc vào dạng vật liệu sử dụng, cũng cần được thảo luận với khách hàng. Nhà thiết kế khuôn cần có sự trao đổi với nhà thiết kế sản phẩm về chỗ đặt đường phân khuôn, chỗ đặt miệng phun, chỗ đặt chốt đẩy. Khi thiết kế khuôn phải đặc biệt chú ý đảm bảo cho sản phẩm không dính vào mặt không mong muốn của Chương 3: Cơ bản về thiết kế khuôn  53 khuôn. Sau khi trao đổi, nhà thiết kế bắt tay vào việc thiết kế khuôn với những thông tin có trong bản vẽ sản phẩm. Để thiết kế được một bộ khuôn hoàn chỉnh và tốt, thì ta phải nắm rõ các thông tin liên quan đến máy và bộ khuôn sẽ được lắp lên là điều quan trọng nhất trong thiết kế khuôn. Cụ thể, chúng ta phải tìm hiểu các hệ thống sau: - Số liệu về máy phun nhựa như: áp lực phun, lực kẹp, lượng nhựa một lần phun, kích thước các tấm, khoảng mở lớn nhất và nhỏ nhất. Các yếu tố này sẽ quyết định và chi phối nên kích thước tổng quát, cấu tạo chi tiết của bộ khuôn. - Loại khuôn: khuôn có kênh dẫn nguội, kênh dẫn nóng, khuôn có cắt sau, khuôn nhiều tầng,... Vấn đề này phụ thuộc vào qui mô, mức độ tự động hóa của phân xưởng ép. Ví dụ, yêu cầu khách hàng cần thiết kế khuôn cho sản phẩm tuy nhỏ nhưng được dùng trên máy lớn, thì ta nên thiết kế khuôn nhiều tầng có kênh dẫn nóng để tăng năng xuất sản xuất nhiều hơn. - Lòng khuôn và lõi: liền khối hoặc lắp ghép, lắp ghép thứ cấp và thiết kế lắp ghép. Cụ thể, tại những vị trí khuôn khó gia công, hay dễ hư hỏng thì cần dùng kiểu lắp ghép nhằm dễ thay thế khi hư hỏng hay dễ gia công. - Bố trí các lòng khuôn: số lòng khuôn, sự bố trí, vị trí phụ thuộc vào công suất máy ép - Thiết kế hệ thống phun: tùy tuộc vào kiểu của máy ép phun mà có thể phun trực tiếp hoặc gián tiếp, có bạc phun hay không. - Hệ thống tháo khuôn: chốt đẩy, tấm đẩy, vòng đẩy, 3.3 ƯỚC TÍNH ĐỘ CO RÚT SẢN PHẨM Độ co rút nhựa (Độ co ngót nhựa ) hay tỷ lệ co rút nhựa (Shrinkage) là yếu tố quan trọng hàng đầu trong thiết kế khuôn nhựa. Đó là hiện tượng thể tích vật lý của nhựa thay đổi khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Đối với khuôn ép nhựa. Độ co rút của nhựa trong khuôn ép là quá trình thay đổi thể tích của sản phẩm trước và sau quá trình làm mát. Chương 3: Cơ bản về thiết kế khuôn  54 Mức độ co rút trong khuôn ép nhựa được xác định bằng thông số vật lý của nhựa kết hợp với kinh nghiệm của người thiết kế khuôn đối với từng loại nhựa khác nhau. Hiểu một cách đơn giản là để làm ra một sản phẩm bằng công nghệ ép phun thì người thiết kế chỉ cần làm cho lòng khuôn lớn hơn sản phẩm mong muốn một tỷ lệ nào đó để khi sản phẩm được ép ra, co lại đúng với kích thước mà người thiết kế mong muốn. Độ co ngót nhựa nói chung thường dao động từ 2/1000 – 20/1000. Nếu ép yếu tố co rút được thể hiện bằng ký hiệu α, nó có thể được định nghĩa bởi phương trình sau: α = (L0−L) / L0 Ở đây, L0: kích thước lòng khuôn (mm) L: (mm) kích thước sản phẩm ở nhiệt độ lý tưởng (thường 20ºC). Các yếu tố ảnh hưởng đến độ co rút nhựa trong thiết kế khuôn. - Nhiệt độ lòng khuôn. Nhiệt độ gia nhiệt khuôn và thời gian làm mát ảnh hưởng nhiều đến độ co rút của nhựa. Thường thì nhiệt độ càng lớn thì độ co ngót vật liệu càng có xu hướng tăng lên. - Áp lực dòng chảy và thời gian bảo áp. Áp suất để đẩy nhựa trong lòng khuôn được duy trì trong thời gian bao lâu (Thời gian bảo áp) sẽ ảnh hưởng đến độ co ngót của nhựa. Áp lực càng cao và thời gian giử áp suất đó càng dài thì độ co ngót của nhựa càng giảm. - Độ dày thành sản phẩm. Sản phẩm có thành càng dày thì độ co rút càng cao. Đo đó để sản phẩm bằng nhựa ít bị biến dạng người ta thường cố gắng thiết kế sản phẩm có độ dày - Cổng nhựa vào ( Kiểu Gate ). Cổng nhựa càng lớn thì độ co rút càng nhỏ. Kiểu gate củng ảnh hưởng đến độ co rút. Thông thường side gate có xu hướng co rút nhỏ hơn so với point gate hay submarine gate. Chương 3: Cơ bản về thiết kế khuôn  55 - Các chất phụ gia. Để thay đổi tính chất vật lý của nhựa như độ cứng chẳng hạn, người ta thường trộn vào trong đó những chất phụ gia là sợi thủy tinh Độ co ngót nhựa sẽ giảm nếu tỷ lệ thủy tinh trong vật liệu tăng lên. - Hệ số co rút. Hệ số co rút một số người còn gọi là hệ số của từng loại nhựa được xác bằng đặc tính vật lý của nhựa đó. Thông số này thường được gắn liền với thông tin nhựa mà nhà sản xuất đưa ra. Có một số loại nhựa có 2 hệ số nerai theo 2 đó là hệ số co rút theo hướng vuông góc với dòng chảy và hệ số co rút theo hướng song song với dòng chảy. Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật vật liệu nhựa Nhiệt độ khuôn Áp lực phun Loại nhựa Hệ số co rút (%) (OC) (MPa) ABS 0.4 – 0.9 50 – 80 54 – 171 PS 0.4 – 0.7 20 – 60 68 – 206 AS 0.2 – 0.7 50 – 80 68 – 250 PP 1.0 – 2.5 20 – 90 68 – 137 HDPE 2.0 – 6.0 10 – 60 68 – 137 PMMA 0.1 – 0.4 40 – 90 68 – 137 EVA 0.7 – 1.2 50 – 80 103 – 274 Độ co rút của nhựa trong thiết kế khuôn nhựa là yếu tố quan trọng nhất. Để đạt được kích thước và hình dáng sản phẩm như mong muốn thì cần tính chính xác tỷ lệ co rút của nhựa. Chương 3: Cơ bản về thiết kế khuôn  56 3.4 PHÂN BỐ SẢN PHẨM VÀ XÁC ĐỊNH LÒNG KHUÔN Thông thường, có thể tính số lòng khuôn cần thiết trên khuôn theo các cách sau: - Tính theo số lượng lô sản phẩm - Tính theo năng xuất phun của máy - Tính theo năng xuất làm dẻo của máy - Tính theo lực kẹp khuôn của máy - Tính theo kích thước bàn kẹp của máy ép 3.4.1 Số lòng khuôn tính theo số lượng lô sản phẩm L.. k t c n  (3.1) tm Trong đó: n: Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn L: số sản phẩm trong một lô sản phẩm k: tỷ lệ phế phẩm (tùy từng công ty) (%) tc: thời gian chu kỳ ép phun của một sản phẩm (s) tm: thời gian yêu cầu phải hoàn thành 1 lô sản phẩm (ngày) 3.4.2 Số lòng khuôn tính theo năng xuất phun của máy Năng xuất phun của máy cũng là nhân tố ảnh hưởng đến số lòng khuôn. S n  0.8 (3.2) W Trong đó: n: số lòng khuôn tối đa trên khuôn S: năng xuất phun của máy (g/1lần phun) W: trọng lượng của sản phẩm (g) Chương 3: Cơ bản về thiết kế khuôn  57 3.4.3 Số lòng khuôn tính theo năng xuất làm dẻo của máy P n  (3.3) X .W Trong đó: n: số lòng khuôn tối đa trên khuôn P: năng xuất làm dẻo của máy (g/phút) X: tần số phun (ước lượng) trong mỗi phút (1/phút) W: trọng lượng của sản phẩm (g) 3.4.4 Số lòng khuôn tính theo lực kẹp khuôn của máy SP. n  (3.4) Fp Trong đó: n: số lòng khuôn tối đa trên khuôn Fp: lực kẹp khuôn tối đa của máy (N) S: diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm theo hướng đóng khuôn (mm2) P: áp xuất trong khuôn (Mpa) 3.4.5 Số lòng khuôn theo kích thước tấm gá đặt trên máy ép Sau khi tính được số lòng khuôn thỏa các điều kiện trên, tiến hành thiết kế sơ bộ (ước lượng) kích trước bao của tấm khuôn, xem bộ khuôn sau khi hoàn thành có thể gá lên máy ép đó hay không? Nếu không thì sắp xếp lại cách bố trí lòng khuôn hoặc giảm số lòng khuôn (tính lại xem có kịp thời gian giao hàng không) hoặc tìm máy ép khác (tính lại số lòng khuôn với máy ép mới). CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày các nguyên tắc trong thiết kế khuôn. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ co rút sản phẩm? Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  58 Chương 4 : CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CAE TRONG THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH GIA CÔNG VÀ PHÂN TÍCH DÒNG CHẢY NHỰA 4.1 KHÁI NIỆM CAD - Computer Aided Design: Thiết kế trợ giúp bằng máy tính. Mục tiêu của lĩnh vực CAD là tự động hóa từng bước, tiến tới tự động hóa cao hơn trong thiết kế sản phẩm. CAM - Computer Aided Manufacturing: Chế tạo sản xuất có sự trợ giúp của máy tính. Mục tiêu của CAM là: Mô phỏng quá trình chế tạo, lập trình chế tạo sản phẩm trên các mấy công cụ tự động CNC (Computer Numerical Control –Điều khiển số dùng máy tính). Quá trình CAM được thực hiện trên hệ thống máy công cụ điều khiển số NC, CNC. CAE - Computer Aided Engineering: Kĩ thuật mô hình hóa và tạo mẫu nhanh trong thiết kế, chế thử sản phẩm. Công nghệ CAE bao gồm: - Phân tích ứng suất trên những thành phần sử dụng FEA (Phân tích phần tử hữu hạn) - Động lực học tính toán chất lỏng, tính toán phân tích luồng nhiệt và lỏng - Mô phỏng cơ khí - Động lực học Lĩnh vực CAD/CAM đa phần là phục vụ cho công tác thiết kế và chế tạo khuôn mẫu. Muốn thiết kế một bộ khuôn tốt đòi hỏi hai vấn đề quan trọng: thứ nhất là kết cấu khuôn phải đúng và làm ệvi c ổn định. Vấn đề này đa phần người làm khuôn Việt Nam mình giải quyết tốt, vì chỉ cần liếc qua một kết cấu có sẵn hoặc tham khảo trên bất kỳ sách hướng dẫn thiết kế khuôn mẫu nào là có thể làm được. Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  59 4.2 ỨNG DỤNG CAD TRONG THIẾT KẾ KHUÔN Phần thiết kế với sự trợ giúp của máy tính – CAD đã được học và nghiên cứu nhiều trong các môn học trước. Trong phần nội dung bài giảng này sẽ chủ yếu tập trung ứng dụng mảng CAD trong phần mềm Creo trong việc tách khuôn sản phẩm nhựa. Chi tiết thiết kế được tạo sẵn trước như hình: Hình 4.1. Chi tiết khay Trình tự tiến hành tách khuôn được tiến hành như sau: Mở creo và chọn môi trường làm việc: Vào menu File / New / Manufacturing và chọn lựa chọn Mold cavity Nhập chi tiết cần gia công: Vào menu MOLD / Mold Model / Assemble / Ref Part / Chi tiết gia công / Open / OK Tạo cơ cấu trượt mặt bên theo kiểu Gather Click icon Mold Volume sau đó vào menu Edit > Gather volume VOL GATHER > Define > GATHER STEPS > Done (chấp nhận 2 tùy chọn mặc định Select và Close) Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  60 GATHER SEL > Surf & Bnd > Done Chọn bề mặt như hình và chú ý dưới thanh trạng thái của Pro/E đưa ra thông báo Specify bounding surfaces to limit the surfaces Click chọn thành bên của chi tiết Hình 4.2: Chọn mặt trượt bên FEATURE REFS > Done Refs > SUR BND > Done Return CLOSE LOOP > Define > CLOSURE > Cap Plane & All Loop > Done Xuất hiện dòng thông báo Select or create a plane to cap the gathered volume Chọn mặt ngoài cùng bên phải của phôi CLOSURE > Done > CLOSE LOOP > Done/Return > VOL GATHER >Done Kết quả được 1 volume như hình sau Hình 4.3: Tạo thể tích cho UnderCut Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  61 Click để kết thúc quá trình tạo Slide Tạo đường silhouette và mặt phân khuôn Skirt Tương tự như những bài trước. Chú ý dùng tùy chọn Slide để loại bỏ đường curve không cần thiết khi tạo đường Silhoutte Curve Tách khuôn Click nút trên thanh công cụ Mold/Cast Manufacturing SPLIT VOLUME > Two volumes > All Wrkpcs > Done Chọn mặt phân khuôn Skirt. Click OK trong menu Select và click OK trong hộp thoại Split Xuất hiện hộp thoại Properties, bạn có thể click OK để chấp nhận tên mặc định hoặc click nút Shade để coi hình dạng của volume được tách ra và đặt tên (CORE hay CAVITY) cho dễ nhớ Thực hiện tương tự cho volume thứ hai Hình 4.4: Khuôn được tách Tách phần con trượt ra khỏi tấm khuôn dưới Click nút trên thanh công cụ Mold/Cast Manufacturing SPLIT VOLUME > One volume > Mold Component > Done Trong hộp thoại Search Tool, chọn đúng thể tích khuôn cần tách sau đó đóng hộp thoại Search Tool Chọn mặt phân khuôn là phần con trượt tạo lúc ban đầu Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  62 Trong menu ISLAND LIST, chọn đánh dấu chọn Island 2 và click Done Sel Click OK để đóng của số Split Đặt tên cho thể tích khuôn mới là SLIDE Xuất ra các tấm khuôn và mở khuôn Từ menu MOLD > Mold Comp > Extract Xuất hiện hộp thoại Create Mold Component, click nút để chọn tất cả các tấm khuôn và click OK Click Done/Return trong menu MOLD COMP để hoàn tất việc tách khuôn Kết quả được như hình Hình 4.5: Phần con trượt được tách Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  63 4.3 ỨNG DỤNG CAM TRONG LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT Bước 1: Tạo file mới gia công Khởi động creo chọn New/ Manufacturing/ NC Assembly/ đặt tên cho thư mục làm việc Name Pick chuột chọn OK thoát khỏ hộp thoại New ngay lập tức xuất hiện cửa sổ New File Option chọn dơn vị là mmns_mfg_nc Hình 4.6: Thiết lập ban đầu Chọn Ok để thoát khỏi hộp thoại New File Option. Giao diện chính của Modul/MFG xuất hiện Bước 2: Tiến hành nhập chi tiết gia công : Trên Menu Manager chọn Mfg Model/Assemble/Ref Model/ chọn thư mục lấy file cần gia công pick Ok. Chi tiết xuất hiện như hình dưới: Hình 4.7: Chèn chi tiết gia công Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  64 Sau đó chọn chi tiết gia công khuon_tren_bai9 như hình sau Hình 4.8: Hộp thoại chèn chi tiết Chi tiết gia công khuon_tren_bai9 được hiển thị như hình Hình 4.9: Chi tiết gia công được chèn vào Chọn Default để định nghĩa vị trí chuẩn cho mẫu chọn để kết thúc lệnh bạn chọn Ok/Done/Return, như vậy ta đã thực hiện xong phần nhập chi tiết gia công Bước 3: Tạo phôi cho quá trình gia công Việc tạo phôi đựơc thực hiện theo 2 cách: Cách 1: (nhanh nhất) pick chuột vào biểu tượng tạo phôi tự động bên phải màn hình. Cách 2: Vào Mfg Model/Create/Workpiece/đặt tên phôi. Tiếp tục ta chọn Solid/Protruction/Extrude/Done để tiến hành vẽ phôi. Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  65 Chọn để thoát khỏi môi trường tạo phôi Chi tiết sau khi lồng phôi Hình 4.10: Tạo phôi cho chi tiết gia công Bước 4: Thiết lập gốc toạ độ cho quá trình gia công: tạo hệ tọa độ tại mặt trên tâm chi tiết như hình sau Hình 4.11: Thiết lập gốc tọa độ gia công Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  66 Bước 5: Chọn máy gia công Từ Menu/MANUFACTURE chọn Mfg Setup cửa sổ Operation Setup xuất hiện Pick chuột chọn biểu tượng hộp thoại khai báo máy Machine Tool Setup xuất hiện ở đây ta chọn máy là Mill (Máy phay) số trục là 3Axis/ Apply/ Ok như hình bên Hình 4.12: Thiết lập máy gia công Bước 6: Khai báo dao cắt. Thực hiện: Machine Tool Setup > Tool Manager. Hình 4.13: Thiết lập thông số dao Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  67 Bước 7: Chuẩn bị chu trình (gồm chọn chuẩn máy và mặt phẳng an toàn). Thực hiện: Operation > Ok. Hình 4.14: Thiết lập mặt phẳng an toàn Bước 8: Tạo các chu trình gia công như gia công Mill Face, Mill Volume,... Bước 9: Mô phỏng chuyển động chạy dao. Thực hiện: trên cây lệnh click chuột phải vào chu trình Roughing, chọn Play Path. Hình 4.15: Mô phỏng phay mặt phẳng Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  68 Hình 4.16: Mô phỏng phay thể tích Bước 10: Xuất chương trình NC. Thực hiện: Chọn chu trình > Pay Path > File > Save as MCD > output > chọn Post Processer. Vào thư mục làm việc mở file *.tap, đó chính là chương trình NC mà phần mềm tự động tạo ra. 4.4 ỨNG DỤNG CAE TRONG PHÂN TÍCH TỐI ƯU DÒNG CHẢY Để tạo được sản phẩm nhựa tốt là phải nắm rõ thuyết lưu biến nhựa, các vấn đề áp suất, nhiệt độ, độ nhớt, vận tốc dòng chảy của nhựa trong khuôn, Những vấn đề này nghe có vẻ mơ hồ nhưng cực kỳ quan trọng trong công tác thiết kế. Vì đa phần những lỗi phát sinh trên sản phẩm như điền không đầy (Short shot), đường hàn (Welding line), Ba via (Flash), cháy nhựa (Burn), cong vênh (Warpage), nứt gãy (Crack), trầy sướt (Splay), đều là do vấn đề thứ hai này mà ra. Câu hỏi đặt ra cho vấn đề này thường là: “Làm sao chọn vị trí và kích thước cổng bơm nhựa tối ưu? Hệ thống làm mát nhưậ v y đạt chưa? Cổng thoát khí nên đặt ở chổ nào? Sản phẩm này ép ra bị co rút bao nhiêu, co nhiều nhất ở đâu, kích Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  69 thước sai lệch cho những vị trí lắp ghép là bao nhiêu? Tại sao sản phẩm ép ra để trong kho khoảng một tháng lại bị rạn nứt? Khắc phục như thế nào? .... Và câu hỏi thường làm cho người làm khuôn lúng túng, kể cả những người đã có ấm y chục năm trong nghề. Thực tế trên thế giới người ta vẫn đang cố gắng trả lời các câu hỏi mà chúng ta cũng đang quan tâm, nhưng có ẽl đáp án tối ưu nhất chỉ có thể là kỹ thuật mô phỏng CAE. Giải pháp CAE giúp người ta mô phỏng các công đoạn từ thiết kế đến sản xuất ngay trên máy tính trước khi đưa vào sản xuất thực tế, dự đoán trước các vấn đề có thể phát sinh, tối ưu hóa bảng vẽ thiết kế, gia công, lắp ráp, do đó hạn chế đến mức tối thiểu rủi ro phát sinh. CAE trong lĩnh vực khuôn mẫu cho phép ta tính toán kết cấu và sức bền của khuôn, mô phỏng dòng chảy của nhựa trong khuôn từ đó dự đoán trước các vấn đề phát sinh, đề suất giải pháp xử lí tối ưu. Do đó hạn chế được số lần thử khuôn, chất lượng sản phẩm ép ra được đảm bảo. Độ chính xác của những phân tích CAE phụ thuộc vào độ chính xác của phần mềm tính toán, khả năng thao tác phần mềm và kinh nghiệm chuyên môn của những kỹ sư CAE, mà phần mềm CAE là những phần mềm đắt và ít phổ biến bằng các phần mềm CAD/CAM khác. Số lượng người sử dụng không nhiều do đòi hỏi kinh nghiệm chuyên môn. Xu hướng mô phỏng CAE đang phát triển mạnh mẽ trên thế giới, và tại Việt Nam cũng không thể nằm ngoài xu hướng đó. Khai thác và ứng dụng các phần mềm CAE vào sản xuất là một nhu cầu cấp thiết đặt ra cho các nhà sản xuất nước ta hiện nay 4.4.1 Giới thiệu chung về phần mềm Moldflow: Moldflow là hãng chuyên cung cấp các phần mềm và giải pháp trong lãnh vực phân tích, mô phỏng, tối ưu hóa điều kiện công nghệ ứng dụng trong ngành sản xuất ra sản phẩm nhựa bằng công nghệ ép phun. Moldflow của hãng AutoDesk là sản phẩm hàng đầu sử dụng công nghệ mô phỏng chuyên sâu để kiểm tra tính hợp lý của bản thiết kế chi tiết và khuôn, cung Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  70 cấp những thông số cần thiết hỗ trợ việc thiết kế khuôn mẫu để sản xuất ra các chi tiết nhựa có chất lượng. Là một phần mềm CAE, Moldflow phân tích chuyên sâu quá trình đúc phun và dùng để dự đoán và giải các bài toán sản xuất trước khi chúng được đưa vào thực tế. Moldflow có khả năng mô phỏng các quá trình phun nhựa, nén đặc, làm mát và những hiện tượng xảy ra cho vật đúc như co nhiệt, cong vênh. Moldflow sử dụng một công nghệ dựa trên lưới phần tử hữu hạn cho phép ta tiến hành mô phỏng trên nền 3D cho mọi chi tiết nhựa từ thành mỏng tới vật rất dày hoặc vật có cả thành mỏng lẫn thành dày. Moldflow có những điểm mạnh như: - Dễ triển khai trong nhóm làm việc - Thực hiện cả quá trình phân tích kết cấu lẫn phân tích dòng chảy nhựa - Có giao diện CAD mạnh. - Moldflow có thể sử dụng được tất cả các loại mô hình hình học CAD, bao gồm mô hình midplane truyền thống, mô hình khung dây, mô hình mặt cong, mô hình vậtthể đặc có thành mỏng và thành dày. - Với mọi thiết kế hình học, người dùng dễ dàng thực hiện công việc mô phỏng trong môi trường trực quan và tích hợp. Một số chức năng của Moldflow: - The shear modulus result: mô tả ứng mô đun trượt của sản phẩm sau khi đúc - The shear rate, bulk result: xác định độ lớn của tốc độ trượt ở mỗi mặt cắt. - The shear stress at wall result: mô tả ứng suất cắt ở chỗ tiếp xúc nhựa lỏng và nhựa đông đặc. - The temperature at flow front result: mô tả nhiệt độ ở đầu dòng chảy trong quá trình đúc. - The bulk temperature result: mô tả nhiệt độ nhựa ở các vùng khác nhau trong lòng khuôn theo thời gian. Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  71 - The pressure at injection location result: là một biểu đồ mô tả áp suất ở đầu phun trong các thời điểm khá nhau khi điền đầy và nén chặt. - The time to freeze result: chỉ ra tổng thời gian cần thiết từ lúc khuôn được điền đầy tới lúc nhiệt độ của nhựa bằng nhiệt độ đẩy. - The frozen layer fraction result: mô tả chiều dày của các lớp nhựa được làm nguội mô tả dưới hệ số nhân (0÷1) so với chiều dày của chi tiết. - The % shot weight result: là một biểu đồ mô tả tổng khối lượng nhựa được phun vào lòng khuôn. - The air traps result: mô tả những vị trí mà cản khí có thể xảy ra.. - The bulk temperature at end of fill result: biểu diễn nhiệt độ lòng khuôn ở thời điểm cuối của quá trình điền đầy. - The clamp force centroid result: biểu diễn trọng tâm của lực kẹp lớn nhất lên chitiết. - The clamp force result: là một đồ thị mô tả lực kẹp theo thời gian trong hai giai đoạn điền đầy và nén chặt. - The flow rate, beams result: biểu diễn khối lượng và tốc độ nhựa được chuyển vào kênh dẫn để tới lòng khuôn. - The frozen layer fraction at end of fill result: mô tả chiều dày của lớp nhựa đôngvào cuối giai đoạn điền đầy. - The Poisson's ratio (fiber) result: thể hiện hệ số Poisson của sản phẩm nhựa. - The pressure at end of fill result: mô tả sự phân bố áp suất trong lòng khuôn tạithời điểm cuối quá trình điền đầy. - The recommended ram speed result: mô tả tốc độ trục vít theo đề nghị. - The weld lines result: biểu diễn nơi mà đường hàn có thể xuất hiện. Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  72 4.4.2 Trình tự phân tích, tối ưu thiết kế bằng Moldflow Plastics Insight Hình 4.17: Sơ đồ trình tự phân tích trong Moldflow Trong phần ví dụ cụ thể này, ta sẽ phân tích cho chi tiết sản phẩm khay cá được thiết kế sẵn. Thiết lập các điều kiện ban đầu - File/Import: để nhập sản phẩm cần mô phỏng. Ok và đặt tên cho Project ta được chi tiết trong môi trương Moldflow như sau Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  73 Hình 4.18: Chi tiết khay cá được chèn vào Moldflow - Vào Menu Analysis để chọn quá trình cần phân tích. Ở đây ta chọn quá trình ép phun nhựa nhiệt dẻo như hình dưới Hình 4.19: Thiết lập quá trình phân tích nhiệt dẻo Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  74 Trong Analysis vào Set Analysis Sequence để chọn các quá trình cần mô phỏng như quá trình điền đầy, vị trí cổng phun, phân bố nhiệt, áp suất,... Hình 4.20: Chọn quá trình phân tích vị trí cổng phun Vào Select Material để chọn vật liệu nhựa với đầy đủ các thông số kỹ thuật. Đề tài này vật liệu PEHD được chọn để nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm Hình 4.21: Thông số nhựa khuyến nghị của nhà sản xuất Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  75 - Vào Set Process Setting hình bên để thiết lập các thông số ép phun: áp suất phun, nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nhựa, số cổng phun,...như hình dưới Hình 4.22: Hộp thoại thiết lập thông số ép phun - Tạo lưới cho sản phẩm như hình bên bằng cách vào Create Mesh/Generate Mesh Khi đó xuất hiện hộp thoại thông số của lưới như hình dưới Hình 4.23: Hộp thoại thiết lập lưới phần tử Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  76 - Sau khi tạo lưới xong, chúng ta tiến hành kiểm tra thuộc tính của lưới, sửa lỗi của lưới nhằm đạt được kết cấu lưới tốt nhất bằng cách vào hộp thoại Mesh statistics Hình 4.24: Chỉnh sửa lưới tự động 4.4.3 Mô phỏng các quá trình a. Mô phỏng vị trí cổng phun Vào menu AnalysisSet Analysis SequenceGate Location. Trong bảng công cụ bên trái, double click vào dòng chữ Analyze Now ! Quá trình mô phỏng trên Moldflow cho ta được kết quả Gating suitablity như hình sau Hình 4.25: Phân tích vị trí cổng phun Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  77 Theo biểu đồ vị trí thích cổng phun, thì tại vị trí màu đỏ tại vị trí tâm sản phẩm là vị trí thích hợp nhất cho cổng phun. Đây cũng là vị trí cổng phun được chọn cho kết cấu khuôn này. Tương tự ta chọn các quá trình khác, và tiến hành phân tích ta sẽ có được các kết quả mô phỏng. b. Một số kết quả mô phỏng - Độ cong vênh Hình 4.26: Độ cong vênh sản phẩm - Rổ khí Hình 4.27: Rổ khí trên sản phẩm Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE  78 - Đường hàn sản phẩm Hình 4.28: Vị trí đường hàn sản phẩm - Tỷ lệ cu rút sản phẩm Hình 4.29: Tỷ lệ co rút sản phẩm  79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. TS Vũ Hoài Ân, Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa, Viện máy và dụng cụ công nghiệp, 1994. [2]. PGS.PTS Hoàng Trọng Bá, Sử dụng vật liệu phi kim loại trong ngành Cơ khí, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1995 [3]. TS Phạm Minh Sơn, ThS. Trần Minh Thế Uyên, Giáo trình thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa, NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH [4]. Jerry M Fischer (2003), Handbook of Molded Part Shrinkage and Warpage, William Andrew, Inc. [5]. M. Joseph Gordon (2006), Total Quality Process Control for Injection Molding, John Wiley & Sons, Inc.