CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ HÌNH HỌC SẢN PHẨM NHỰA 1. Yêu cầu hình học đối với sản phẩm nhựa trong khuôn ép phun. Các nguyên tắc cơ bản để thiết kế sản phẩm nhựa. Phân tích kết cấu của sản phẩm 4.
Dựng hình chi tiết mẫu bằng phần mềm 3D 1. YÊU CẦU HÌNH HỌC ĐỐI VỚI SẢN PHẨM NHỰA TRONG KHUÔN ÉP PHUN • 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,… thì không nên sửa đổi ngay hình học sản phẩm mà nên ưu tiên thay đổi các thông số gia công hay chọn lại vật liệu nhựa. • Nếu việc thay đổi các thông số gia công vẫn không cải thiện được các vấn đề trên thì mới 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.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,… 1.1 GÓC THOÁT KHUÔN • 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 (25.8 mm) góc côn nên tăng lên là 2° mỗi bên. • Góc côn cần thiết đối với nhựa Polyolefins và Acetals và có kích thước nhỏ góc côn chỉ khoảng 0.5°, • 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°. ➢ Chú ý: 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.2 BỀ DÀY SẢN PHẨM NHỰA • Bề dày sản phẩm ảnh hưởng trực tiếp không chỉ tới độ cứng vững, tính cách điện, tính chịu nhiệt, mà còn ảnh hưởng đến thẩm mỹ và giá thành sản phẩm.
Tuy nhiên, cần tránh thiết kế thành chi tiết quá dày vì nhiều lý do. • 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.2 BỀ DÀY SẢN PHẨM NHỰA • Cần tránh thiết kế thành chi tiết quá dày vì nhiều lý do. • Thứ nhất, khi tăng bề dày thành sản phẩm thời gian chu kỳ nguội tăng • Thứ hai, tiết diện quá dày sẽ tạo nên bọng rỗng, túi khí và vết lõm. • Thứ ba, sự truyền nhiệt sẽ tốt nhất khi sản phẩm có bề dày đồng đều.
Nếu phần vật liệu bên trong lõi sản phẩm nguội chậm hơn phần vật liệu trên bề mặt, sẽ tạo nên sự co rút không đồng đều trên sản phẩm, co rút không đồng đều và quá mức sẽ gây ra cong vênh.3 CÁC ĐẶC ĐIỂM KHÁC • Góc bo • Gân tang cứng • Sản phẩm có vấu lồi • Sản phẩm có undercut • Sản phẩm có ren 2. CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA 1. Làm cho dòng đồng hướng 2. Làm cân bằng dòng 3.
Phân bố đều áp xuất trong khuôn 4. Ứng xuất trượt cực đại 5. Kiểm soát vị trí đường hàn, đường nối 6. Tránh nghẽn dòng 2.
CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA 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. 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. CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA Phân bố áp xuất Phân bố áp xuất có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm do: 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 dòng đến cuối dòng chảy. CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA Ứng xuất trượt cực đại Khi ép phun, ứng xuất trượt không vượt quá một giá trị cho phép, giá trị này phụ thuộc vào vật liệu ép phun.
Vị trí đường hàn và đường nối Đường hàn hay đường nối 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. PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA SẢN PHẨM • Phân tích kết cấu của sản phẩm nhựa nhằm mục đích xem xét kết cấu đảm bảo các yêu cầu cho khuôn nhựa. Tránh thiết kế khuôn phức tạp, giá thành cao, thậm chí khó gia công hoặc phần mềm không tách được khuôn… • Khi thiết kế bằng phần mềm, dùng các lệnh để kiểm tra và phân tích sản phẩm … 4. DỰNG HÌNH CHI TIẾT MẪU BẰNG PHẦN MỀM UNIGRAPHICS NX11 1.
Tổng quan về Unigraphics siemens NX11.0 • NX, tên trước đây là NX Unigraphics hay thường được viết tắt là U–G, là một gói phần mềm CAD/CAM/CAE được phát triển đầu tiên bởi Unigraphics, nhưng từ năm 2007 thì do Siemens PLM Software phát triển. • NX là một trong những phần mềm nổi tiếng nhất hiện nay trong lĩnh vực thiết kế CAD, mô phỏng CAE và tạo chương trình gia công CAM cho máy CNC – cung cấp giải pháp tổng thể CAD/CAM/CAE/PLM, tạo khả năng liên kết linh hoạt giữa các khâu trong quá trình sản xuất từ thiết kế CAD, phân tích CAE và mô phỏng gia công CAM. DỰNG HÌNH CHI TIẾT MẪU BẰNG PHẦN MỀM UNIGRAPHICS NX11 • 2. Dùng các lệnh dựng hình 3D của chi tiết sản phẩm nhựa.
• Bước 1: Khởi tạo 1 file mới • Vào New sau đó chọn Model, chọn đường dẫn lưu file, chọn OK • Bước 2: Dùng các lệnh để tạo skecht • …. • Sau đây là ví dụ: THE END OF CHAPTER 1 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA 2.1 Quy trình thiết kế 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với các chi tiết của khuôn 2.3 Tính số lòng khuôn, chọn loại khuôn 2.4 Tính toán ước lượng lực kẹp khuôn 2.5 Ước lượng áp suất trung bình của khuôn. Chọn máy phun ép nhựa theo Catalo 2.1 QUY TRÌNH THIẾT KẾ Quy trình sản xuất khuôn Quy trình thiết kế khuôn 2.1 QUY TRÌNH THIẾT KẾ 2.2 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CÁC CHI TIẾT CỦA KHUÔN Độ chính xác về hình dáng Nâng cao độ chính xác về hình dáng là nhằm đảm bảo sản phẩm được sản xuất ra có chất lượng cao, không cong vênh, có mỹ thuật theo yêu cầu của người thiết kế sản phẩm, đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng. Độ chính xác về kích thước Đối với những khuôn nhựa kỹ thuật cao, thì độ chính xác về mặt kích thước rất quan trọng.
Thông thường các sản phẩm nhựa này được lắp với nhau hoặc lắp với các phần khác, do đó các chi tiết khuôn ở phần tạo hình cho việc lắp ráp này cần được chế tạo rất chính xác.2 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CÁC CHI TIẾT CỦA KHUÔN Độ cứng của các chi tiết trong khuôn Độ cứng của các chi tiết trong khuôn có liên quan chặt chẽ đến các yếu tố khác như khả năng chống mài mòn, khả năng chịu lực ép, không bị biến dạng… độ cứng cũng góp phần làm cho chi tiết dễ đánh bóng, chống hoen rỉ khi làm việc trong môi trường ẩm ướt. Độ bóng Đối với các chi tiết tạo hình sản phẩm (phần chày, phần cối, các miếng ghép, …). Để sản phẩm trong suốt, bằng phẳng thì độ bóng của chi tiết phải như tấm gương (độ nhám bề mặt < 0,05Ra). Độ bóng đạt được do thành phần Crôm, độ tinh khiết cũng như độ cứng cần thiết của vật liệu làm khuôn.
Do vậy, khi chọn vật liệu để chế tạo các chi tiết tạo hình, phải quan tâm nhiều đến thành phần Crôm, khả năng đạt độ cứng đến mức cần thiết và độ biến dạng ít sau khi nhiệt luyện.3 TÍNH SỐ LÒNG KHUÔN, CHỌN LOẠI 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 2.4 TÍNH TOÁN ƯỚC LƯỢNG LỰC KẸP KHUÔN • Trong một khuôn thì áp xuất cần thiết dùng để điền khuôn và nén ép sẽ là áp xuất bên trong lòng khuôn. Áp xuất trung bình tác động vuông góc vào lòng khuôn đến đường giáp mí khuôn là tổng lượng áp suất được dùng để kẹp khuôn không gây ra hiện tượng bavia. Lực kẹp khuôn cần phải thắng được áp suất đẩy khuôn. • Việc tính toán cụ thể được hướng dẫn trong giáo trình và tra bảng.5 ƯỚC LƯỢNG ÁP SUẤT TRUNG BÌNH CỦA KHUÔN Áp suất trung bình qua lòng khuôn phụ thuộc vào một số yếu tố sau.
Hai yếu tố quan trọng nhất là loại vật liệu và độ nhớt lúc nhựa chảy lỏng. Một yếu tố chính nữa là tỉ lệ độ dày và chiều dài của dòng chảy trong lòng khuôn (tỉ lệ L/T). Tỉ lệ này được xác định bằng chiều dài từ cổng phun đến cuối sản phẩm chia cho bề dày trung bình.5 ƯỚC LƯỢNG ÁP SUẤT TRUNG BÌNH CỦA KHUÔN Thông thường thì áp suất trung bình của các loại nhựa thường là 2- 3 tấn/inch2. Với vật liệu khó chảy (có độ nhớt cao) thì áp xuất này là 4÷6 tấn/inch2.
Điều này có nghĩa là áp suất lòng khuôn trung bình từ 8000÷12000 Psi. Các loại vật liệu khó chảy là polycarbonate, polysulfone, polymide. Khi tính toán lực kẹp khuôn thì cần dựa trên loại vật liệu gia công. Một số lực kẹp khuôn tiêu chuẩn được đưa ra trong bảng sau.
Một số loại nhựa đặc biệt có thể lấy từ nhà sản xuất. Viết tắt Tên đầy đủ Maximum L/T Tonnage Ratio (0.