CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP NHỰA VÀ KHUÔN MẪU 1.1 Lịch sử phát triển 1.1 Trên thế giới Ngành khuôn nhựa trên thế giới ra đời và phát triển từ rất lâu đời, từ khi nhu cầu cần thiết của con người về sản phẩm làm ra từ vật liệu nhựa, như đồ dùng bằng nhựa (cốc nhựa, chậu, ghế…), vỏ các thiết bị máy móc cũng làm bằng nhựa (xe, máy, quạt…). Ở những đất nước phát triển tiên tiến như Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc đã ứng dụng các tiến bộ của công nghệ từ lâu không chỉ cho ngành công nghiệp sản xuất khuôn mẫu mà cho tất cả các lĩnh vực khác. Họ đã hình thành các tổ hợp sản xuất chất lượng cao như thiết kế chế tạo khuôn dập nóng, dập nguội, khuôn đúc áp lực, khuôn dập tự động,. Chuyên cung cấp các dịch vụ nhiệt luyện cho các công ty chế tạo khuôn khác, thiết kế các chi tiết tiêu chuẩn để phục vụ quá trình chế tạo khuôn mẫu như các khối khuôn, lò so, trụ dẫn, cao su ép nhãn, bộ đế khuôn,.
Tất cả đều đạt tiêu chuẩn và độ chính xác cao. Ngoài ra, họ còn cung cấp các phần mềm sử dụng trong sản xuất khuôn mẫu như CAE, CAD, CAM,… Những mô hình hiện đại, tiên tiến trên giúp các quá trình sản xuất tự động hóa, ứng dụng CNC để nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm để xuất khẩu đi khắp thế giới.2 Tình hình làm khuôn tại Việt Nam Hiện nay công việc làm khuôn tại Việt Nam vẫn còn nhiều nguyên công mà người công nhân còn phải thực hiện rất thô sơ ví dụ như nguyên công mài bóng thường được người làm khuôn dùng các loại bột cứng (bột kim cương, bột ôxít nhôm…) và được trà sát bằng vải những nguyên công này thường mất rất nhiều thời gian và làm giảm năng suất làm khuôn và làm tăng giá thành của bộ khuôn. Như vậy mặc dù ngành công nghiệp khuôn mẫu ở nước ta thời gian gần đây phát triển rất mạnh nhưng so với thế giới thì vẫn còn rất non trẻ và đang tiếp cận dần với tốc độ phát triển của ngành công nghiệp thế giới. Các phần mềm tuy mới được đưa vào Việt Nam trong những năm gần đây nhưng nó đã tạo được sự quan tâm thu hút của nhiều công ty, doanh nghiệp lớn nhỏ và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghệ chế tạo các bộ khuôn mẫu.
Trang bị máy công cụ gia công điều khiển số CNC để chế tạo khuôn mẫu phục vụ cho cơ sở ngày càng phổ biến ở các doanh nghiệp. Đặc biệt ở các doanh nghiệp miền Bắc có thể kể đến các công ty và các Viện tiếp cận sớm nhất với máy CNC và chế tạo khuôn mẫu như: Viện IMI, Công ty HAMECO, VINASHIOKI,… song sản phẩm của họ vẫn ở mức đơn giản, chất lượng thấp, tuổi thọ ngắn. Kĩ thuật CAD/CAM có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế và chế tạo ra các bộ khuôn mẫu phức tạp và có độ chính xác cao. Rất nhiều công ty như kim khí Thăng Long, nhựa Hà Nội, Hoà Phát, HAMECO… Đã đầu tư vào các phần mềm CAD/CAM như: Solidworks, CATIA, Cimatron, Pro/E, MasterCam… Sản xuất của các Công ty trên có sự đóng góp rất lớn của hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM.
Hiện nay hầu hết các trường đại học, cao đẳng đã đưa vào giảng dạy môn học CAD/CAM-CNC với các kiến thức mới và được cập nhật khá thường xuyên như trường ĐHBK Hà Nội, trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội, Trường cao đẳng sư phạm Hưng Yên,…Vì vậy, sinh viên theo học Cơ khí đã sớm được tiếp cận với những kiến thức mới, và máy móc hiện đại liên quan trong quá trình học tập. Chính vì tình hình phát triển và sản xuất khuôn mẫu như trên mà chúng em đã mạnh dạn tìm hiểu nghiên cứu đề tài về thiết kế và gia công khuôn ứng dụng các phần mềm CAD/CAM/CAE để phục vụ cho tốc độ phát triển rất cao của ngành công nghiệp khuôn ép phun tại Việt Nam.1 Các loại máy ép nhựa Máy phun nhựa thẳng đứng Hình 1. Máy phun nhựa thẳng đứng Máy phun nhựa nằm ngang Hình 1. Máy phun nhựa nằm ngang Máy phun nhựa thủy lực Máy ép nhựa kìm khuôn bằng thủy lực là loại máy ép nhựa dùng hệ thống thủy lực để mở khuôn và đóng khuôn và duy trì lực kẹp đó.
Hệ thống thủy lực cũng làm cho trục vít quay, chuyển động tới lui và tạo lực cho chốt đẩy…Hệ thống này bao gồm: bơm, van, motor, đường ống đẫn và thùng chứa dầu,… Hình 1. Máy ép nhựa thủy lực Máy phun nhựa điện Máy ép nhựa điện là dòng máy ép nhựa sử dụng động cơ Servo để điều chỉnh mở khuôn, đóng khuôn và kìm khuôn, đẩy chốt lói. Một số máy này còn được trang bị động cơ servo để điều kiển chuyển động tới lui của trục vít… Theo như mình được biết thì loại máy ép nhựa điện có mặt trên thi trường vào khoảng năm 2005 tại Nhật Bản. Máy ép nhựa thủy lực 1.2 Cấu tạo máy ép nhựa Sumitomo SE180EV – C450 1.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun Hình 1.
Các phần chính trong hệ thống hỗ trợ ép phun Thân máy Hệ thống thủy lực Hệ thống điện Hệ thống làm nguội a. Thân máy Là hệ thống liên kết và giữ các hệ thống và bộ phận máy lại với nhau làm cho máy hoạt hoạt động ổn định và chắc chắn. Hệ thống thủy lực Cung cấp lực để đóng và mở khuôn tạo ra và duy trì lực kẹp làm cho trục vít quay và chuyển động tới lui tạo lực cho chốt đẩy và sự trượt của lõi mặt bên. Hệ thống này bao gồm: bơm, van, motor, đường ống đẫn và thùng chứa dầu,… c.
Hệ thống điện Cung cấp điện cho motor điện và hệ thống điều khiển nhiệt cho khoang chứa nhựa thông qua các vòng nhiệt (heater band) đảm bảo toàn hệ thống hoạt động ổn định thông qua hệ thống dây dẫn và tủ điều khiển (electric power cabinet). Hệ thống làm nguội Hệ thống làm nguội khuôn ép nhựa quyết định thời gian chu trình ép phun. Nhiệt độ nóng chảy của nhựa được đưa vào khuôn thường ở khoảng 150 C – 300 C. Với mức nhiệt độ này khi nhựa vào lòng khuôn sẽ làm khuôn o o nóng lên.
Lúc này, hệ thống làm mát có vai trò giải nhiệt khuôn và làm cho nhựa dần dần cứng lại. Nếu hệ thống làm nguội hoạt động không hiệu quả làm cho nhiệt độ trong khuôn không ngừng tăng lên thì điều đó đồng nghĩa với việc chu trình ép nhựa kéo dài thời gian, dẫn đến giảm năng suất tạo thành phẩm. Hệ thống phun Hình 1. Hệ thống phun Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy nhựa, phun nhựa lỏng vào khuôn và định hình sản phẩm.
Hệ thống này có các bộ phận sau: Phễu cấp nhựa (Hopper) Trục vít (Screw) Bộ hồi tự hở (Barrel) Vòi phun (Nozzle) a. Phễu cấp nhựa Chứa vật liệu nhựa dạng viên để cấp vào khoang trộn. Trục vít Có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa chảy vào lòng khuôn. Trục vít có cấu tạo gồm 3 vùng: vùng cấp nhựa, vùng nén và vùng định lượng.
Bộ hồi tự hở hay van hồi tự mở Bộ phận này gồm vòng chắn hình nêm, đầu trục vít và seat. Chức năng tạo ra dòng nhựa bắn vào khuôn.8 Van hồi tự mở Khi trục vít lùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển về hướng vòi phun và cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít. còn khi trục vít di chuyển về phía trước thì ngược lại.2 Hệ thống kẹp Hệ thống kẹp có chức năng đóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm thoát khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép phun. Hệ thống kẹp Hệ thống này gồm các bộ phận: + Cụm đẩy của máy (Machine ejectors) + Cụm kìm (Clamp cylinders) + Tấm di động (Moveable platen) + Tấm cố định (Stationary platen) + Những thanh nối (Tie bars) d.
Cụm đẩy (Machine ejectors) Gồm động cơ servo, tấm đẩy và cần đẩy. Chúng có chức năng tạo ra lwujc đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn. Cụm kìm (Clamp cylinders) Dùng cơ cấu trục khuỷu. Hệ thống này có chức năng cung cấp lực để đóng mở khuôn và lực để giữ khuôn (kìm khuôn) đóng trong suốt quá trình phun.
Cụm kìm dùng cơ cấu khuỷu f. Tấm di động (Moveable platen) Là một tấm thép lớn với bề mặt có nhiều lỗ thông với tấm di động của khuôn. Chính nhờ các lỗ thông này mà cần đẩy có thể tác động lực vào tấm trên khuôn. Tấm này di động còn các lỗ ren để kẹp tấm di động của khuôn.
Tấm này di chuyển tới lui dọc theo 4 thanh nối trong quá trình ép phun. Tấm di động và vị trí của nó trên máy ép phun g. Tấm cố định (Stationary platen) Cũng là một tấm thép lớn có nhiều lỗ thông với tấm cố định của khuôn. Ngoài 4 lỗ dẫn hướng và các lỗ ren để kẹp tấm cố định của khuôn tương tự như tấm di động, tấm cố định còn có thêm lỗ vòng định vị để định vị tấm cố định của khuôn và đảm bảo sự thẳng hàng giữa cần đẩy và cụm phun (vòi phun và bạc cuống phun).
Tấm cố định và vị trí của nó trên máy ép phun h. Thanh nối (Tie bars) Có khả năng co giãn để chống lại áp suất phun khi kìm tạo lực. Ngoiaf ra chúng còn có tác dụng dẫn hướng cho tấm di động. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển giúp người vận hành máy theo dõi và điều chỉnh các thông số gia công như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, vận tốc và vị trí của trục vít, vị trí của các bộ phận trong hệ thống.
Hệ thống điều khiển 1.3 Nguyên lý làm việc Gồm 04 giai đoạn: 1. Giai đoạn kẹp: khuôn được đóng lại. Giai đoạn phun: nhựa điền đầy vào khuôn. Giai đoạn làm nguội: nhựa được làm đặc lại trong khuôn.
Giai đoạn đẩy: đẩy sản phẩm nhựa trong khuôn.1 Giai đoạn kẹp Cụm đầu kìm đóng khuôn tạo ra áp lực rất lớn để chống lại áp cao từ dòng nhựa bắn vào khuôn. Điều này rất quan trọng vì nếu lực kìm không chống lại nổi áp lực phun thì khuôn sẽ bị hư hại và sản phẩm nếu có ép phun được đi nữa thì cũng gặp nhiều khuyết tật. Diễn biến gian đoạn kẹp 1.2 Giai đoạn phun Trong suốt giai đoạn này xảy ra 3 quá trình. Đầu tiên, nhựa nóng chảy được phun vào khuôn rất nhanh do trục vít tiến về phía trước.