Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu giới thiệu Chương 2: Tổng quan về vật liệu chất dẻo polymer Chương 3: Thiết kế chi tiết và khuôn ép nhựa chi tiết ổ điện hai chấu Chương 4: Lập quy trình gia công khuôn 1. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Để thực hiện đề tài này em sẽ tiến hành đi khảo sát sản phẩm nhựa trên thị trường và nhu cầu sử dụng, tham khảo tài liệu về thiết kế chi tiết, thiết kế khuôn ép nhựa cho chi tiết trên phần mềm. Tính toán thiết kế và lập trình gia công khuôn ép nhựa cho chi tiết thiết kế. Tổng quan về chất dẻo polymer 1.
Khái niệm Chất dẻo hay còn gọi là nhựa (Plastic) hay Polymer, là các hợp chất cao phân tử được hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một hay nhiều loại nguyên tử hay nhóm nguyên tử (Monome, đơn vị cấu tạo của Polymer) liên kết với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một loạt các tính chất mà chúng không thay đổi đáng kể khi lấy đi hay vào một vài đơn vị cấu tạo. Nó có thể được phun vào khuôn, được nghiền vụn lại và lập lại quá trình đó một số lần. Tuy nhiên vật liệu dẻo sẽ bị mất phẩm chất (độ bền, cơ tính, …) khi quá trình đó lặp đi lặp lại nhiều lần. Phân loại Có nhiều cách phân loại Polymer dưới đây ta chỉ ra các cách thường dùng - Theo nguồn gốc: + Polymer tự nhiên : Cao su, xenlulo, protein.
+ Polymer nhân tạo : PE, PP, PS… - Theo cấu trúc hình học: + Polymer mạch thẳng. + Polymer mạch nhánh: Polymer mạch nhánh dạng lưới, Polymer mạch nhánh dạng không gian. - Theo ứng dụng: + Polymer thông dụng: Dùng để sản xuất các chi tiết khối kỹ thuật đòi hỏi tính chất cơ lý hóa cao hơn. Ví dụ như: PP, PE, PMMA… + Polymer kỹ thuật: Dùng để sản xuất các chi tiết kỹ thuật đòi hỏi tính chất cơ lý hóa cao hơn.
Ví dụ như: PA, PC, PF (teflo)… - Theo tính chất chịu nhiệt: + Polymer nhiệt dẻo: Polymer mạch thẳng dưới tác dụng của nhiệt độ nó bị chảy dẻo ra, khi làm nguội nó rắn lại, quá trình này được lặp đi lặp lại. Loại Polymer này có ưu điểm tái sinh được, nên người ta dùng làm đồ gia dụng. + Polymer nhiệt rắn: Hay còn gọi là Polymer đặc nhiệt là loại Polymer mạng không gian, dưới tác dụng của nhiệt độ hay chất đóng rắn, nó trở nên cứng, quá trình này không lặp lại. Ưu điểm của loại này là có cơ tính tốt, nên được dùng nhiều trong kỹ thuật.
Tính chất cơ bản của Polymer Một số tính chất cơ học quan trọng của vật liệu nhựa: độ bền kéo, độ dãn dài, độ cứng, độ dai va đập, chống mài mòn, module đàn hồi… Độ bền cơ học Độ bền cơ học là khả năng chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của các lực cơ học. 9 Độ bền của một sản phẩm làm bằng vật liệu Polymer phụ thuộc nhiều yếu tố như: - Chế độ trùng hợp, loại xúc tác, phụ gia… - Phương pháp gia công. - Kết cấu hình dạng sản phẩm… Thông số cơ bản phản ánh độ bền Polymer Giới hạn bền (𝜎b) là giá trị ứng suất mà mẫu bị phá hoại trong những điều kiện đã cho. Giới hạn bền có thể được xác định theo một số loại biến dạng khác nhau như biến dạng kéo đứt, biến dạng nén, biến dạng uốn… tương ứng là độ bền kéo đứt, độ bền nén, và độ bền uốn….
Độ bền kéo đứt là khả năng chịu lực của vật liệu khi bị kéo dãn bằng một lực xác định ở tốc độ kéo dãn xác định cho đến lúc đứt. Độ bền uốn là khả năng chịu lực của vật liệu khi chịu uốn. Độ bền nén là khả năng chịu lực của vật liệu khi bị nén. Giới hạn bền của Polymer phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường thử nghiệm và thời gian tác dụng của lực nên khi so sánh độ bền các Polymer với nhau phải so sánh ở cùng điều kiện thử nghiệm.
Độ biến dạng tương đối € là giá trị biến dạng đến cực đại tại thời điểm đứt. Độ biến dạng cực đại tương đối cũng phụ thuộc loại biến dạng, tốc độ biến dạng và nhiệt độ. Nói phép suy luận vật liệu đang ở trạng thái nào khi đứt. Ví dụ: khi vật thể dòn bị đứt, độ biến dạng cực đại tương đối không vượt quá vài %, còn trạng thái mềm cao.
Trong trường hợp kéo đơn trục, độ biến dạng tương đối cực đại có thể là độ dãn dài khi đứt. Độ dai va đập Hiện trạng chống lại tải trọng động của chất dẻo thường có thể phân tích bằng kết quả kiểm tra độ dai va đập. Thực hiện trên thiết bị Charpy – dùng con lắc dao động (búa) để phá vỡ mẫu thử được kẹp chặt hai đầu, xác định công va đập riêng trên 1 đơn vị diện tích mẫu thử (kJ/m2). 10 Module đàn hồi Đặc trưng cho độ cứng của vật liệu hoặc đặc trưng cho tính chất của vật liệu, mà dưới tác dụng của một lực đã cho thì sự biến dạng của mẫu thử xảy ra đến mức nào.
Vật liệu đàn hồi lý tưởng, trong quá trình chịu tải, cho đến giới hạn chảy thì độ dãn dài tỷ lệ thuận với ứng suất. Hệ số tỷ lệ chính là module đàn hồi, ký hiệu là E (N/mm2). Một số tính chất vật lý của nhựa: tỷ trọng, chỉ số nóng chảy, độ nhớt, co rút, tính cách điện, truyền nhiệt… Tỷ trọng của nhựa Tỷ trọng thể hiện một phần tính chất của nguyên liệu nhựa, đơn vị: (g/cm3). Vật liệu nhựa tương đối nhẹ, tỷ trọng dao động từ 0.
Tỷ trọng: lực kéo đứt, nhiệt độ biến mềm, độ kháng hóa chất, ngược lại lực va đập và độ nhớt giảm. Tỷ trọng phụ thuộc vào độ kết tinh: độ kết tinh cao thì tỷ trọng cao.1: Tỷ trọng một số nguyên liệu nhựa thông dụng Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3) Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3) PELD 0.200 Chỉ số nóng chảy Là chỉ số thể hiện tính chảy hay khả năng chảy của vật liệu, rất cần thiết trong quá trình chọn lựa nguyên vật liệu và công nghệ gia công. Chỉ số nóng chảy càng lớn thể hiện tính lưu động của nhựa càng cao và càng dễ gia công. Chỉ số chảy cao: - Trọng lượng phân tử thấp, dễ chảy.
11 - Dùng nhiệt độ, áp suất gia công thấp. - Dễ gia công và sản phẩm đạt chất lượng hơn. Chỉ số chảy thấp: - Vật liệu khó chảy, sản phẩm dễ bị khuyết tật. Độ co rút của nhựa Là tỷ lệ % chênh lệch kích thước của sản phẩm sau khi đã lấy khỏi khuôn được định hình và ổn định kích thước so với kích thước của khuôn.2: Độ co rút của một số loại nhựa STT Nhựa Mật độ (g/cm3) Hệ số co rút 1 PVC 1.03 Tính cách điện Đa số các loại nhựa cách điện tốt nên được ứng dụng trong các thiết bị điện gia dụng, thiết bị viễn thông, vô tuyến truyền hình… 12 Bảng 1.3: Nhiệt độ phá hủy của một số loại nhựa Nhựa Nhiệt độ phá hủy ABS 310°C PA6,6 320°C – 330°C PS 250°C PP 280°C PVC 180°C – 220°C Độ cứng Độ cứng của chất dẻo cũng đo được bằng phương pháp thông thường như kim loại.
Tuy nhiên người ta hay sử dụng phương pháp đo độ cứng Brimell (HB) do nó có thể đo được độ cứng của các vật liệu mềm mà không làm biến dạng hay làm phá hủy mẫu đo. Độ bền hóa học Do đặc điểm cấu tạo vững bền nên Polymer bền với các tác nhân hóa học như kiềm, acid… Để đánh giá độ bền hóa học người ta đánh giá khả năng liên kết yếu nhất của Polymer bị phá vỡ bởi các mặt trên. Một số loại Polymer thường gặp và các ứng dụng của chúng Chất dẻo trong kĩ thuật thường được phân loại theo phương pháp công nghệ gồm có nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. Nhựa nhiệt dẻo Là loại chất dẻo có khả năng lặp lại nhiều lần quá trình chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt độ và trở lên cứng rắn khi được làm nguội.
Trong quá trình tác động nó chỉ thay đổi tính chất vật lý chứ không có phản ứng hóa học xảy ra. Nhựa PE (polyethylene) - Tính chất: + Mờ và màu trắng, nhiệt độ mềm thấp và lực kéo thấp. + Dễ cháy và có mùi parafin. + Độ kháng nước cao, kháng hóa chất và tính cách nhiệt và điện tốt.
+ Độ giãn dài lớn và dòn ở nhiệt độ thấp, hệ số giãn nở cao. - Ứng dụng: 13 + Những sản phẩm cần có độ bền kéo cơ học: Búa nhựa, vật liệu cách điện và nhiệt, bồn tắm, ống dẫn nước. + Sản phẩm cần kháng dung môi và dầu nhớt: thùng chứa dung môi, chai lọ, màng mỏng bao bì. + Sản phẩm dùng cho cách điện: làm vật liệu chịu tần số cao, băng keo cách điện.
Nhựa PP (polypropylene) - Tính chất + Không màu, bán trong suốt. + Là chất dẻo có trọng lượng nhẹ. + Độ bền kéo, độ cứng cao hơn PE. + Kháng nhiệt tốt hơn PE, đặt biệt tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao.
+ Dòn ở nhiệt độ thấp, dễ phà hủy bởi UV. + Dễ cháy, tính chất cách điện tần số cao tốt. + Tính ứng suất nứt tốt, tính chất bám dính kém. + Tính chất gia công ép phun tốt.
- Ứng dụng: + Dùng độ cứng: nắp chai nước ngọt, nắp bút mực, hộp nữ trang, két bia. + Dùng kháng hóa chất: chai lọ thuốc y tế, màng mỏng bao bì, ống dẫn, nắp thùng chứa dung môi. + Dùng cách điện tần số cao: vật liệu cách điện tần số cao, vật kẹp cách điện. + Dùng trong ngành dệt, sợi dệt PP.
Nhựa PS (plystyrene) - Tính chất: + Vô định hình. + Độ bền cao, chịu va đập kém. + Tính chất cơ học: không màu, trong suốt, dễ tạo màu, độ cơ bền thấp, độ giãn dài tốt, độ bền va đập kém. 14 + Tính chất nhiệt: nhiệt độ biến dạng thấp, tạo khí đen.
- Ứng dụng: + Sản phẩm rẻ tiền, sản phẩm nhựa tái sinh như ly, hộp. + Cách điện tần số cao dùng làm vỏ hộp điện, ống, vật liệu cách điện. Nhựa ABS (Poly acrylonitrile butadiene styrene) - Tính chất: + Tính chất cơ học: có màu trắng đục – bán trong suốt, có độ nhớt và độ bền va đập cao hơn PS. + Tính chất nhiệt: nhiệt độ biến dạng do nhiệt: 60 – 120 cháy được.
Ứng dụng: + Trong các sản phẩm cách điện, trong kỹ thuật điện tử và thông tin liên lạc (vỏ và các linh kiện bên trong).