Đặt vấn đề Hiện nay, trên thế giới các sản phẩm nhựa đƣợc sử dụng rông rãi trong quốc phòng, điện tử, ô tô, giao thông vận tải, vật liệu xây dựng, bao bì nông nghiệp, sinh hoạt hàng ngày, và tất cả các lĩnh vực của đời sống nhờ vào khả năng dễ dàng thay đổi kiểu dáng, màu sắc sản phẩm. Ngành công nghiệp sản xuất, gia công ép nhựa ở nƣớc ta hiện đang rất phát triển. Khi mà hầu hết sác sản phẩm vật dụng từ công nghiệp đến tiêu dùng đều làm từ nhựa. Các sản phẩm nhựa gia dụng Các sản phẩm nhựa kỹ thuật Hình 1.1: Những sản phẩm của ngành công nghệ ép nhựa Đánh giá đƣợc tiềm năng phát triển của ngành công nghệ ép nhựa nên nhóm thực hiện quyết định chọn đề tài thiết kế chế tạo bộ khuôn ép phun cho sản phẩm đế điều chỉnh chân bàn.
Thông qua đó là để củng cố kiến thức và áp dụng lý thuyết chuyên môn đƣợc học vào thực tế, tạo cơ sở cho công việc và quá trình nghiên cứu về sau.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu Sản phẩm đế điều chỉnh chân bàn là một sản phẩm phụ trợ có vai trò rất quan trọng trong việc giúp điều chỉnh chiều cao bàn ghế một cách nhanh chóng và ổn định. Đây là sản phẩm mới, có tiềm năng phát triển cao gắn liền với sự đa dạng hóa của các chủng loại bàn ghế nội thất. Hiện nay, trên thị trƣờng có rất nhiều loại sản phẩm đế điều chỉnh chân bàn với những kiểu dáng, màu sắc và kích thƣớc khác nhau sẽ tƣơng thích với từng loại bàn ghế hoặc thiết bị cần điều chỉnh chiều cao để đạt độ cân bằng cần thiết. 4 do an Hình 1.2: Các loại đế điều chỉnh chiều cao chân bàn Thông qua giáo viên hƣớng dẫn, nhóm thực hiện quyết định chọn thiết kế, chế tạo bộ khuôn ép phun cho chi tiết nút điều chỉnh chiều cao hình oval.3: Nút điều chỉnh chiều cao chân bàn hình oval Sau khi đánh giá tổng quan về hình dáng sản phẩm, nhận thấy chi tiết có undercut mặt ngoài là gân bám và undercut mặt trong là ren M10.
Nhóm sẽ thay đổi thiết kế ren trong của sản phẩm bằng đai ốc M10 để tăng độ bền cho ren và giảm độ phức tạp của bộ khuôn ép. Còn lại hình dáng và kích thƣớc nguyên bản của sản phẩm sẽ đƣợc giữ nguyên. Kiểm tra độ bền của sản phẩm khi thay đổi thiết kế theo quan điểm ứng suất cho phép. Yêu cầu kỹ thuật: Sản phẩm chịu đƣợc tải trọng 50 kg/1 chi tiết.
Điều kiện bền: | | [ ] 5 do an | | : Ứng suất lớn nhất sinh ra trong quá trình làm việc | | ( ) Nz: Lực tác dụng lên sản phẩm F: Diện tích bề mặt chịu lực [σ]: Ứng suất cho phép [ ] : Ứng suất nguy hiểm n: Hệ số an toàn, chọn n = 2 | | ( ) [ ] Vật liệu Ứng suất kéo (kg/cm2) Phenolic 500÷800 Urea resin 400÷900 Melamineformaldehyde 500÷900 Unsaturated 210÷700 Epoxy, epoxide 3200÷4300 High density PE 220÷390 Low density PE 80÷160 Bảng 1.1: Giá trị ứng suất kéo các loại vật liệu nhựa Tra bảng, ( ) [ ] .4: Tiết diện phần vật liệu nhựa chịu lực bao quanh đai ốc M10 6 do an Kiểm tra trên phần mềm Creo Parametric, diện tích bề mặt sản phẩm chịu ảnh hƣởng của lực tác dụng gần bằng 1. Ta có: ( ) [ ] [ ] Nhƣ vậy tải trọng cho phép tác dụng lên sản phẩm khi thay đổi thiết kế xấp xỉ 155 (kilogam) lớn hơn gấp 3 lần so với yêu cầu kỹ thuật đề ra. Kết luận: Sản phẩm vẫn làm việc ổn định trong điều kiện tải trọng cho phép khi thay thế thiết kế ren nhựa trên sản phẩm bằng ren đai ốc M10.3 Kết quả dự kiến đạt đƣợc Tạo bản vẽ thiết kế cho bộ khuôn ép. Thiết kế, chế tạo đƣợc bộ khuôn ép phun hoàn chỉnh.
Tiến hành ép thử khuôn tạo ra sản phẩm. Đánh giá mức độ hoàn thiện của khuôn ép và chất lƣợng của sản phẩm sau khi ép. Điều chỉnh lại thiết kế để cải thiện chất lƣợng bộ khuôn cũng nhƣ sản phẩm.4 Giới hạn đề tài Do có sự hạn chế về thời gian và kinh phí thực hiện đề tài nên nhóm thực hiện tập trung chế tạo cho hệ thống chốt xiên và lõi trƣợt có thể hoạt động để tháo đƣợc undercut trên sản phẩm. Lòng khuôn đƣợc chế tạo hoàn toàn bằng phƣơng pháp gia công phay nên chất lƣợng một vài bề mặt trên sản phẩm không đƣợc hoàn thiện tốt.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp kế thừa Kế thừa có chọn lọc tài liệu và các đề tài nghiên cứu ở trong nƣớc cũng nhƣ nƣớc ngoài có liên quan đến đề tài thực hiện.
Phƣơng pháp thực nghiệm Vận dụng kiến thức thu thập đƣợc từ môn học thiết kế chế tạo khuôn mẫu và thực tập thiết kế chế tạo khuôn mẫu. Kết hợp với sự hƣớng dẫn tận tình của thầy Trần Chí Thiên (giảng viên khoa Cơ khí chế tạo máy, trƣờng đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh) để nhóm thực hiện đề tài chọn đƣợc phƣơng án thiết kế hợp lý nhất. 7 do an Chƣơng 2.1 Tổng quan về công nghệ ép phun Khái niệm: Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lòng khuôn. Một khi nhựa đƣợc làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn đƣợc mở ra và sản phẩm đƣợc đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy, trong quá trình này không có bất cứ một phản ứng hóa học nào.
Công nghệ này mang lại hiệu quả kinh tế cao, thời gian tạo ra sản phẩm nhanh, thích hợp cho sản xuất hàng loạt. Hiện nay, ngành công nghệ ép phun có nhiều phát triển vƣợt bậc, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của việc ứng dụng CAD/CAM/CNC-CAE vào thiết kế và lập quy trình sản xuất, ngành công nghiệp nhựa đang dần khẳng định đƣợc vị trí của mình trong nền công nghiệp nƣớc nhà. Các yếu tố cơ bản của công nghệ ép phun là máy ép, khuôn ép và nguyên liệu hạt nhựa.2 Giới thiệu chung về máy ép phun Nguyên tắc làm việc của máy ép phun: Phun nhựa nóng chảy với một áp lực lớn vào bộ phận định hình (khuôn) đảm bảo nhựa nóng đƣợc điền đầy và đƣợc làm nguội để tạo ra hình dạng sản phẩm. Phân loại: Theo phƣơng thức truyền dẫn máy có thể đƣợc chia làm nhiều loại: điện, thủy lực, cơ khí-thủy lực (kết hợp).
Theo cơ chế vận hành đƣợc chia làm tự động và bán tự động. Theo hƣớng chuyển động của trục vít đƣợc chia thành hai loại phổ biến: máy ép ngang và máy ép đứng. Ngoài ra còn có máy ép nghiên và máy ép phun nhiều chế độ quay (ít phổ biến). Máy ép ngang: Đây là loại máy phổ biến nhất.
Hệ thống trục ép thủy lực và các bộ phận vòi phun nằm trên trục trung tâm và khuôn đƣợc mở ra theo hƣớng nằm ngang. Đặc điểm: Kích thƣớc máy ngắn gọn, dễ vận hành và bảo trì, trọng tâm máy thấp, cài đặt máy ổn định, sản phẩm sau khi hoàn thành dễ dàng đƣợc lấy ra nhờ trọng lƣợng của sản phẩm do đó dễ dàng thực hiện hoạt động tự động hoàn toàn (full auto). Hiện nay đa số máy ép phun sử dụng loại máy này. 8 do an Hình 2.1: Máy ép ngang YIZUMI UN200SM Máy ép dọc (ép đứng): Hệ thống trục thủy lực và vòi phun nằm trên trục trung tâm theo chiều dọc và khuôn đƣợc mở ra theo hƣớng thẳng đứng.
Đặc điểm: Bệ máy nhỏ, dễ dàng để đặt chèn, thuận tiện trong việc tháo lắp khuôn, vật liệu từ phếu vào các sản phẩm nhựa có thể đƣợc đồng đều hơn. Sản phẩm lấy ra không dễ dàng và phải thực hiện bằng tay, do đó khó thực hiện đƣợc hoạt động tự động.2: Máy ép đứng JY-250ST 9 do an 2.3 Những loại vật liệu nhựa thích hợp sử dụng cho máy ép phun Vật liệu thƣờng đƣợc dùng trong công nghệ ép phun là nhựa. Ngoài ra có thể thêm vào chất độn và các chất phụ gia giúp tăng cơ tính cho sản phẩm. Phân loại nhựa: gồm hai loại là nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn.
Nhựa nhiệt dẻo đƣợc phân thành hai loại tinh thể và phi tinh thể (các phân tử nhựa phân bố đều nhau theo một kiểu mạng thì gọi là tinh thể. Còn kiểu phi tinh thể là các phân tử bố trí không đồng đều khi ở trạng thái rắn). Nhựa nhiệt dẻo có thể chảy lỏng trở lại sau khi gia nhiệt và có thể ép phun lại sau khi làm nguội và đông đặc. Cho nên dù đã qua nguội và đông đặc, nhựa nhiệt dẻo vẫn có thể tái sử dụng để ép phun lần nữa.
Nhựa nhiệt rắn là loại nhựa có thể chảy lỏng trở lại (một lần duy nhất) sau khi gia nhiệt trong một khả năng dẻo nhất định. Tuy nhiên, đi kèm với quá trình gia nhiệt, các phân tử của nhựa có thể biến đổi hóa học và trở thành chất không tan trong bất kỳ loại dung môi nào. Tính chất một số loại nhựa nhiệt dẻo kết tinh: PE (Polyetylene): Vật liệu từ PE có tính chảy lỏng tốt, khoảng nhiệt độ khuôn rộng, bền nhiệt. Tuy nhiên có độ co rút cao, dễ bị cong vênh và biến dạng.3: Hạt nhựa PE PP (Polypropylene): Đặc tính của nhựa PP gần giống nhƣ PE.
Có khả năng chảy lỏng tốt và sự co rút lớn. Khi ép phun trong điều kiện áp suất thấp vật liệu nhựa PP rất dễ cong vênh và biến dạng. 10 do an Hình 2.4: Hạt nhựa PP PA (Polyamide hay Nylon): Khác với những loại nhựa nhiệt dẻo khác, độ nhớt của PA rất nhạy nhiệt. Điểm nóng chảy của PA rõ ràng và chính xác hơn, nhiệt độ định hình cao hơn những vật liệu khác.
PA là vật liệu nhựa có tính hút ẩm cao. Cần thời gian sấy đủ lâu. Tính chất một số loại nhựa nhiệt dẻo không kết tinh: Bao gồm các loại nhựa họ styrene: PS, AS, ABS …v. Phạm vi ứng dụng rộng, dễ ép phun.
PS (GPPS) thƣờng đƣợc sử dụng nhất vì khả năng chảy lỏng tốt hơn. PS tổng hợp (HIPS) có khả năng chảy lỏng tốt nhất, nhƣng loại PS cƣờng lực thì độ chảy kém hơn và chứa nhiều cao su hơn. GPPS giòn và dễ bị phá vỡ khi thoát khuôn. ABS dễ dàng thay đổi màu sắc vì có chứa Acrylonitrile.
Khả năng chảy lỏng của ABS kém hơn PS, nhƣng thƣờng đƣợc sử dụng để ép các sản phẩm có yêu cầu mạ điện.5: Hạt nhựa PS và ABS PMMA (Poly methyl methacrylate): Độ nhớt khi nóng chảy của PMMA cao hơn PS, vì vậy khả năng ép còn kém hơn PS.