Bài Giảng Đồ Án Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa

Đồ án nghiên cứu đồ án thiết kế khuôn mẫu, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Tác giả: Ts. Nguyễn Công Nguyên
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa
• Đề tài: Hướng Dẫn Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa
• Loại tài liệu: Bài Giảng Đồ Án
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ HÌNH HỌC SẢN PHẨM NHỰA
• 1.1. 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
• 1.2. Dựng hình chi tiết mẫu bằng phần mềm 3D
• 2. 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
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA BẰNG MOLD WIZARD NX11

Tóm tắt

I. Hướng Dẫn Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa Đầy Đủ

Thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa là một quy trình phức tạp, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về hình học sản phẩm, vật liệu và công nghệ sản xuất. Quy trình này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn quyết định đến hiệu quả sản xuất. Việc nắm vững các nguyên tắc thiết kế khuôn sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu chi phí.

1.1. Tổng Quan Về Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa

Thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa bao gồm nhiều bước từ việc phân tích yêu cầu sản phẩm đến việc lựa chọn vật liệu và công nghệ phù hợp. Các yếu tố như hình học sản phẩm, góc thoát khuôn và bề dày sản phẩm cần được xem xét kỹ lưỡng.

1.2. Quy Trình Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa

Quy trình thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa bao gồm các bước như phân tích kết cấu, dựng hình chi tiết mẫu và kiểm tra các thông số kỹ thuật. Mỗi bước đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao.

II. Các Vấn Đề Thách Thức Trong Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa

Trong quá trình thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa, nhiều thách thức có thể phát sinh. Những vấn đề này có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Việc nhận diện và giải quyết kịp thời các vấn đề này là rất quan trọng.

2.1. Vấn Đề Về Hình Học Sản Phẩm Nhựa

Hình học sản phẩm nhựa có thể gây ra nhiều vấn đề như không điền đầy khuôn, xuất hiện bavia hay đường hàn. Việc điều chỉnh hình học sản phẩm cần được thực hiện cẩn thận để không ảnh hưởng đến các chi tiết lắp khác.

2.2. Thách Thức Về Vật Liệu Làm Khuôn

Lựa chọn vật liệu làm khuôn là một thách thức lớn. Vật liệu cần đảm bảo độ bền, khả năng chống mài mòn và độ chính xác cao. Việc không chọn đúng vật liệu có thể dẫn đến hỏng hóc và tăng chi phí sản xuất.

III. Phương Pháp Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa Hiệu Quả

Để thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Những phương pháp này giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế và sản xuất.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Thiết Kế CAD CAM

Phần mềm CAD/CAM như Unigraphics NX11 giúp thiết kế khuôn mẫu một cách chính xác và nhanh chóng. Việc sử dụng phần mềm này giúp giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả sản xuất.

3.2. Tối Ưu Hóa Quy Trình Thiết Kế Khuôn

Tối ưu hóa quy trình thiết kế khuôn bao gồm việc phân tích chi phí, thời gian và chất lượng sản phẩm. Việc này giúp giảm thiểu lãng phí và nâng cao hiệu quả sản xuất.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa

Thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp. Những ứng dụng này giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Công Nghiệp Ô Tô

Trong ngành công nghiệp ô tô, thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa được sử dụng để sản xuất các linh kiện như bảng điều khiển, vỏ xe. Việc này giúp giảm trọng lượng và chi phí sản xuất.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Đồ Gia Dụng

Thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa cũng được áp dụng trong sản xuất đồ gia dụng như hộp đựng, bình nước. Những sản phẩm này cần đảm bảo tính thẩm mỹ và độ bền cao.

V. Kết Luận Về Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa

Thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo. Việc nắm vững các nguyên tắc thiết kế và ứng dụng công nghệ hiện đại sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.

5.1. Tương Lai Của Thiết Kế Khuôn Mẫu Sản Phẩm Nhựa

Tương lai của thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của công nghệ mới. Việc áp dụng công nghệ 4.0 sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

5.2. Những Xu Hướng Mới Trong Thiết Kế Khuôn

Xu hướng mới trong thiết kế khuôn mẫu sản phẩm nhựa bao gồm việc sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường và công nghệ in 3D. Những xu hướng này sẽ giúp giảm thiểu tác động đến môi trường và nâng cao tính bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Tài liệu "Bài giảng Đồ án Thiết kế Khuôn mẫu" do TS. Nguyễn Công Nguyên biên soạn là học liệu chuyên ngành thuộc chương trình đào tạo kỹ sư các ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử và Công nghệ Chế tạo máy. Giáo trình đóng vai trò là tài liệu hướng dẫn cốt lõi cho học phần Đồ án Thiết kế Khuôn mẫu hoặc môn học Công nghệ Khuôn mẫu ép phun nhựa tại các trường đại học kỹ thuật.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc trang bị cho người học năng lực tổng hợp để giải quyết trọn vẹn quy trình phát triển khuôn ép nhựa:

• Nắm vững các nguyên tắc hình học và tiêu chuẩn kỹ thuật đối với sản phẩm nhựa trong công nghệ ép phun.
• Thiết lập cơ sở lý thuyết để tính toán các thông số công nghệ: số lòng khuôn, lực kẹp khuôn, áp suất trung bình của lòng khuôn và lựa chọn máy ép phun từ catalogue kỹ thuật.
• Ứng dụng thành thạo phần mềm CAD/CAM/CAE (cụ thể là module Mold Wizard trên nền tảng Siemens NX) để mô hình hóa, phân tích kết cấu, tách khuôn và thiết kế bộ vỏ khuôn tiêu chuẩn.

Cấu trúc giáo trình đi từ việc chuẩn hóa hình học chi tiết, tính toán cơ sở kỹ thuật đến quy trình tự động hóa thiết kế bộ khuôn trên máy tính. Điểm đặc trưng của giáo trình là sự liên kết trực tiếp giữa các yêu cầu công nghệ đúc phun thực tế và các công cụ mô hình hóa số, giúp sinh viên chuyển hóa các thông số lý thuyết thành sản phẩm kỹ thuật cụ thể.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung bài giảng được chia thành 3 chương chuyên đề với cấu trúc logic từ thiết kế chi tiết đến hoàn thiện bộ khuôn:

• Chương 1: Thiết kế hình học sản phẩm nhựa:

  • Yêu cầu hình học trong khuôn ép phun: Phân tích nguyên tắc xử lý khi phát sinh khuyết tật (ưu tiên thay đổi thông số gia công hoặc vật liệu trước khi thay đổi hình học chi tiết).
  • Góc thoát khuôn (Draft Angle): Quy chuẩn góc côn theo chiều sâu và loại nhựa (lòng khuôn nông $< 5\text{ mm}$ tối thiểu $0.25^\circ$; sâu từ $1 - 2\text{ inch}$ tăng lên $2^\circ$; Polyolefins/Acetals kích thước nhỏ lấy $0.5^\circ$; sản phẩm lớn lấy $3^\circ$; vật liệu cứng như Polystyrene, Acrylic lấy tối thiểu $1.5^\circ$).
  • Bề dày sản phẩm: Tác động của bề dày tới độ cứng vững, chu kỳ nguội, hiện tượng bọng rỗng, túi khí, vết lõm và biến dạng cong vênh do co rút không đồng đều.
  • Các kết cấu đặc biệt: Thiết kế góc bo, gân tăng cứng, vấu lồi, phần undercut và ren.
  • 6 nguyên tắc thiết kế dòng chảy: Làm cho dòng đồng hướng, cân bằng dòng (flowpath cân bằng áp suất và thời gian), phân bố đều áp suất, kiểm soát ứng suất trượt cực đại theo vật liệu, kiểm soát vị trí đường hàn/đường nối và chống nghẽn dòng tại vùng mỏng.
  • Mô hình hóa hình học: Dựng hình 3D chi tiết trên môi trường Unigraphics NX 11.0.

• Chương 2: Cơ sở lý thuyết về thiết kế khuôn ép nhựa:

  • Quy trình thiết kế và sản xuất khuôn: Chuẩn hóa trình tự các bước triển khai kỹ thuật.
  • Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết khuôn: Độ chính xác hình dáng, độ chính xác kích thước lắp ghép, độ cứng chống mài mòn và độ bóng bề mặt tạo hình (yêu cầu độ nhám bề mặt $\text{Ra} < 0.05,\mu\text{m}$, hàm lượng Crom và độ bền sau nhiệt luyện).
  • Xác định số lòng khuôn: 5 phương pháp tính (theo sản lượng lô, năng suất phun, năng suất làm dẻo, lực kẹp khuôn và kích thước bàn kẹp máy).
  • Tính toán thông số công nghệ: Ước lượng lực kẹp khuôn và áp suất trung bình trong lòng khuôn ($8000 - 12000\text{ Psi}$ tương đương $2 - 6\text{ tấn/inch}^2$).
  • Dữ liệu tra cứu vật liệu và tỷ lệ dòng chảy ($L/T$): Bảng tra cứu thông số $L/T$ cực đại và áp suất kẹp khuôn yêu cầu cho các loại nhựa:

Ký hiệu vật liệu	Tên đầy đủ vật liệu	Tỷ lệ $L/T$ cực đại	Lực kẹp yêu cầu ($\text{tấn/inch}^2$)
PEI	Polyether Imide	$70 - 140$	$4 - 6$
ABS	Acrylonitrile-Butadiene-Styrene	$50 - 200:1$	$2.5 - 4$
PET	Polyethylene Terephthalate (Filled)	$80 - 200$	$4 - 6$
CAB	Cellulose Acetate Butyrate	$300 - 40:1$	$1 - 2$
PMMA	Polymethyl Methacrylate	$130 - 150$	$2 - 4$
HDPE	High Density Polyethylene	$200 - 250$	$1.5 - 3$
PC	Polycarbonate	$30 - 100$	$3 - 5$
TPER	Thermoplastic Polyurethane	$200 - 250$	$1 - 2$

• Chọn máy phun ép nhựa: Đánh giá kích thước, năng suất làm dẻo, năng suất phun, tốc độ phun, áp suất phun theo catalogue của nhà chế tạo.

• Chương 3: Thiết kế khuôn ép nhựa bằng Mold Wizard NX11:

  • Quy trình tách khuôn 9 bước:
    1. Khởi tạo dự án (Initialize Project): Thiết lập đường dẫn, gán vật liệu (ví dụ Polystyrene - PS với hệ số co ngót $1.006$).
    2. Xác định gốc tọa độ khuôn (Mold CSYS): Đặt tại tâm mặt phân khuôn.
    3. Tạo phôi (Workpiece): Thiết lập kích thước phôi (ví dụ $145 \times 145\text{ mm}$, khoảng cách Core $-30\text{ mm}$, Cavity $95\text{ mm}$).
    4. Bố trí số lòng khuôn (Cavity Layout): Chọn kiểu mảng thẳng Linear ($2 \times 2 = 4$ lòng khuôn), sử dụng các công cụ Start Layout, Edit Insert Pocket, Transform, Auto Center.
    5. Phân vùng Cavity/Core.
    6. Thiết kế mặt phân khuôn (Design Parting Surface).
    7. Tạo các vùng kín (Define Region).
    8. Tách các tấm Cavity và Core (Define Cavity and Core).
    9. Thiết kế vỏ khuôn (Mold Base Library): Chọn kết cấu khuôn 3 tấm tiêu chuẩn FUTABA kiểu DC (tấm kẹp Cavity $A = 120\text{ mm}$, tấm kẹp Core $B = 60\text{ mm}$, khối đỡ $C = 142\text{ mm}$ gồm tấm kẹp pin $25\text{ mm} +$ tấm đẩy $30\text{ mm} +$ khoảng đẩy $70\text{ mm} +$ khoảng cách an toàn $7\text{ mm}$).

                             Khoảng an toàn (7 mm)
                      TỔNG CHIỀU CAO KHỐI ĐỠ C = 142 mm

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố hệ thống lý thuyết liên ngành bao gồm:

• Cơ học lưu chất và lưu biến học Polyme: Hiện tượng biến dạng dẻo, tổn thất áp suất dọc theo chiều dài dòng chảy, quy luật dòng chảy đẳng nhiệt và phi đẳng nhiệt trong kênh dẫn.
• Truyền nhiệt và nhiệt động học: Quy luật truyền nhiệt trong thành sản phẩm, ảnh hưởng của gradient nhiệt độ đến quá trình kết tinh và sự co rút bất đẳng hướng.
• Dung sai và công nghệ chế tạo máy: Tiêu chuẩn hóa độ nhám bề mặt, độ cứng vật liệu sau nhiệt luyện, các chuỗi kích thước lắp ghép giữa các tấm khuôn và cơ cấu dẫn hướng.

Kỹ năng phát triển

• Năng lực tính toán kỹ thuật: Xác định chính xác thông số lực kẹp, áp suất điền đầy, tỷ lệ $L/T$, tính toán số lòng khuôn tối ưu theo công suất thiết bị.
• Kỹ năng thiết kế trên phần mềm chuyên nghiệp: Thao tác độc lập trên module Mold Wizard NX11 để xử lý bề mặt phức tạp, thiết lập mặt phân khuôn, nhân bản lòng khuôn và cấu hình hệ thống vỏ khuôn tiêu chuẩn.
• Năng lực phân tích và giải quyết lỗi: Đánh giá lỗi hình học (undercut, góc thoát khuôn không đủ, chênh lệch chiều dày thành), dự đoán vị trí hình thành đường hàn và bọt khí trên mô hình 3D.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình tiếp cận theo dự án (Project-Based Learning), kết hợp chặt chẽ giữa việc tính toán thông số lý thuyết và thực hành thiết kế chi tiết trên phần mềm máy tính.

• Phương pháp tiếp cận sư phạm: Bài giảng đi từ phân tích tính công nghệ của sản phẩm $\rightarrow$ xây dựng cơ sở tính toán $\rightarrow$ thực hiện quy trình thiết kế kỹ thuật. Phương pháp này rèn luyện cho sinh viên tư duy kỹ thuật logic, tránh việc thao tác phần mềm mà thiếu cơ sở kiểm chứng thông số.
• Bài tập và Đồ án môn học: Sinh viên được giao nhiệm vụ thực hiện một đồ án hoàn chỉnh từ file mẫu (như ví dụ DATN_2020_top_000 được đề cập trong bài giảng). Quá trình thực hiện đòi hỏi người học phải tự chọn vật liệu, tính toán lực kẹp, lập bảng thông số và xuất mô hình 3D bộ khuôn.
• Phương pháp đánh giá:
  • Đánh giá quá trình: Kiểm tra việc thực hiện các bước tách khuôn, xác định hướng mở khuôn và xử lý mặt phân khuôn trên phần mềm.
  • Đánh giá tổng kết: Thẩm định thuyết minh tính toán (lực kẹp, số lòng khuôn, chọn máy ép theo catalogue) và bản vẽ kết cấu chi tiết của bộ khuôn ép nhựa hoàn chỉnh.
• Hướng dẫn tự học: Sinh viên cần chủ động tra cứu sổ tay vật liệu để lấy các hệ số co ngót cụ thể (như PS là $1.006$), đối chiếu các thông số máy ép từ catalogue thực tế của các nhà sản xuất để hoàn thiện phương án thiết kế.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Chuyển đổi từ thiết kế thủ công sang công cụ số: Khác với các tài liệu truyền thống tập trung vào bản vẽ 2D, giáo trình tích hợp module chuyên dụng Mold Wizard NX11, cung cấp công cụ tự động hóa quy trình phân tích và tách khuôn.
• Chuẩn hóa công nghiệp: Hướng dẫn ứng dụng trực tiếp thư viện vỏ khuôn tiêu chuẩn FUTABA (nhật bản) kiểu DC 3 tấm. Các thông số về chiều dày tấm kẹp Cavity, Core và khối đỡ $C$ được tính toán khớp với các linh kiện tiêu chuẩn trên thị trường.
• Dữ liệu thực nghiệm đa dạng: Cung cấp bảng dữ liệu lực kẹp và tỷ lệ $L/T$ chi tiết cho 8 nhóm vật liệu nhiệt dẻo phổ biến (PEI, ABS, PET, CAB, PMMA, HDPE, PC, TPER), hỗ trợ tính toán kỹ thuật mà không cần tra cứu nhiều tài liệu rời rạc.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học: Phục vụ trực tiếp cho sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ chế tạo máy, Công nghệ Kỹ thuật Ô tô hoặc Cơ điện tử đang làm Đồ án Thiết kế Khuôn mẫu hoặc Khóa luận tốt nghiệp.
• Yêu cầu tiên quyết: Người học cần hoàn thành các học phần: Vẽ kỹ thuật cơ khí, Dung sai và lắp ghép, Vật liệu học, Sức bền vật liệu và Kỹ thuật CAD/CAM cơ bản.
• Giảng viên và Kỹ sư: Giảng viên có thể sử dụng giáo trình làm đề cương giảng dạy chi tiết cho học phần Đồ án Công nghệ. Kỹ sư thiết kế tại các nhà máy sản xuất khuôn có thể sử dụng làm tài liệu quy chuẩn quy trình thao tác trên phần mềm NX Mold Wizard.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Tài liệu được biên soạn phục vụ sinh viên khối ngành kỹ thuật cơ khí làm đồ án thiết kế khuôn mẫu, đồng thời là tài liệu tra cứu kỹ thuật cho kỹ sư mới tiếp cận công nghệ thiết kế khuôn ép phun trên phần mềm Siemens NX.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần có kiến thức về vật liệu polyme (tính chất co ngót, nhiệt độ chảy), sức bền vật liệu, dung sai lắp ghép và kỹ năng dựng hình khối 3D cơ bản trên phần mềm CAD.

3. Điểm đặc trưng trong phương pháp thiết kế của giáo trình là gì?

Tài liệu kết hợp giữa phương pháp tính toán lý thuyết công nghệ ép phun truyền thống (áp suất, tỷ lệ $L/T$, lực kẹp) với quy trình tự động hóa thiết kế 9 bước bằng công cụ Mold Wizard NX11 và vỏ khuôn tiêu chuẩn FUTABA.

4. Làm thế nào để tự học giáo trình hiệu quả?

Người học nên kết hợp đọc hiểu lý thuyết về góc thoát khuôn, bề dày sản phẩm ở Chương 1 và 2 song song với việc thực hành từng bước trên phần mềm NX theo các hướng dẫn ở Chương 3.

5. Giáo trình có tích hợp dữ liệu thiết bị thực tế không?

Có. Giáo trình hướng dẫn cách thức thu thập và phân tích các thông số từ catalogue máy ép phun công nghiệp (năng suất phun, năng suất làm dẻo, lực kẹp) để lựa chọn thiết bị tương thích với bộ khuôn thiết kế.

---

Kết luận

Bài giảng "Đồ án Thiết kế Khuôn mẫu" của TS. Nguyễn Công Nguyên hệ thống hóa toàn diện các nguyên lý công nghệ ép phun nhựa và quy trình thiết kế khuôn hiện đại. Nội dung tài liệu kết nối chặt chẽ giữa cơ sở cơ học, vật liệu với công nghệ mô hình hóa số CAD/CAE. Lộ trình học tập đề xuất là nắm vững các ràng buộc hình học sản phẩm $\rightarrow$ thực hiện tính toán cơ sở kỹ thuật $\rightarrow$ làm chủ quy trình 9 bước tách khuôn và cấu hình vỏ khuôn tiêu chuẩn trên module Mold Wizard NX.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.