CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Khuôn ép nhựa. Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy khuôn. Một khi nhưa được làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn được mở ra và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy.
Trong quá trình này, không có bất kỳ một phản ứng hóa học nào. Nhu cầu thực tế và hiệu quả kinh tế mà công nghệ ép phun mang lại. Bằng cách quan sát thông số thường nhất, có thể thấy có rất nhiều sản phẩm nhựa xung quanh. Từ sản phẩm đơn giản là dụng cụ học tập như: thước, viết, compa hay đồ chơi trẻ em., cho đến nhửng sản phẩm phức tạp như: bàn, ghế, vỏ vi tính, ti vi hay chi tiết dùng trong ô tô xe máy., đều được làm bằng nhựa.
Hầu hết các sản phẩm này có hình dáng và sản phẩm phong phú và chúng góp phần làm cho cuộc sống trở nên đẹp và tiện nghi hơn. Với các tính chất như: độ dẻo dai, nhẹ, có thể tái chế, không có nhửng phản ứng hóa học với không khí trong điều kiện bình thường…vật liệu nhựa đã thay thế các loại vật liệu khác như: sắt, nhôm, gang, đồng thau…đang ngày cạn kiệt trong tự nhiên. Do đó, có thể nói rằng nhu cầu sử dụng vật liệu nhựa trong tương lai sẽ rất lớn. Điều khiển nhiệt độ khuôn.
Hiện nay, trong lĩnh vực khuôn phun ép nhựa, điều khiển nhiệt độ khuôn tối ưu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lượng bề mặt khuôn. Nhìn chung, nếu nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cao, quá trình điền đầy nhựa sẽ được dễ dàng hơn, và trong hầu hết các trường hợp, chất lượng bề mặt sản phẩm sẽ được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của các tấm khuôn tăng cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài, và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian, giá thành sản phẩm cũng sẽ gia tăng. Vì vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép là: gia nhiệt cho bề mặt khuôn đến nhiệt độ yêu cầu, nhưng vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép không quá dài.
Tốc độ gia nhiệt được cải tiến đáng kể khi phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn được sử dụng. Quá trình điền đầy của nhựa vào lòng khuôn được cải thiện khi bề mặt khuôn được phủ 1 lớp cách nhiệt. Phương pháp này có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25oC. Sau đó, hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại, được nghiên cứu và ứng dụng cho khuôn ép.
1 do an Hình 1.1: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại. Ngoài ra, nhằm đáp ứng yêu cầu gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn đã được nghiên cứu và đánh giá. Với phương pháp này, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể được tăng từ 60oC đến 120oC trong thời gian 2s. Tuy nhiên, quá trình gia nhiệt này sẽ đạt tới trạng thái bảo hòa khi thời gian gia nhiệt kéo dài hơn 4s.
Ưu điểm của phương pháp “gas heating” là tốc độ gia nhiệt rất cao, và thời gian chu kỳ của sản phẩm sẽ được rút ngắn. Tuy nhiên, thiết kế của khuôn phun ép cần được thực hiện lại nhằm tích hợp hệ thống gia nhiệt vào.2: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng. 2 do an Tương tự với các phương pháp gia nhiệt bề mặt, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ, đã được ứng dụng nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đường hàn cũng như các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa.3: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ. Trong các phương pháp, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được kết hợp với lưu chất giải nhiệt nhằm điều khiển nhiệt độ khuôn.
Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác như: - Tốc độ gia nhiệt cao. - Thời gian gia nhiệt ngắn có thể kéo dài. - Dễ dàng thiết kế hệ thống giải nhiệt cho khuôn. Tính cấp thiết đề tài.
Chính nhu cầu thị trường rộng lớn đã tạo ra cơ hội cho những doanh nghiệp sản xuất nói chung và đội ngũ kỹ sư thiết kế nói riêng. Tuy nhiên cơ hội lớn cũng đồng nghĩa với thách thức lớn được đặt ra, với những sản phẩm khó điền đầy trong quá trình ép phun, vì thế phải tìm những phương án để có thể giải quyết vấn đề này. Mục đích tìm hiểu và học hỏi về quá trình chế tạo một bộ khuôn hoàn chỉnh và khắc phục nên nhóm đã quyết định chọn đề tài “ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP PHUN TÍCH HỢP BỘ GIA NHIỆT CẢM TỪ ” cho đồ án lần này. Sản phẩm là những chi tiết khó điền đầy được trong quá trình ép phun, những sản phẩm micro với hình dáng cực nhỏ nhưng có công dụng đặc biệt không thể thay thế, các chi tiết này nhất thiết làm bằng vật liệu nhựa nên đòi hỏi công nghệ ép phun phải có hướng phải quyết trong vấn đề này Khi nhóm nghiên cứu về các sản phẩm micro thì nó được ứng dụng rất nhiều trong đời sống như trong y tế, công nghệ thông tin, cơ khí…nhóm đã ấn tượng với sản phẩm mới được đưa ra thị trường trong lĩnh vực công nghệ thông tin đó là sản phẩm với đầy đủ các yếu tố sản phẩm mới lạ, ứng dụng rộng rãi, đặc biệt kích thước micro khó có thể 3 do an thành công trong quá trình ép phun, chiếc Khay Sim trong chiếc điện thoại sony Z5.
Đồng thời thông qua đề tài này, nhóm mong muốn áp dụng những kiến thức đã được học trên ghế nhà trường vào những đề tài thực tế, kiểm nghiệm lại những kiến thức bằng chính những thực nghiệm của mình, tạo điều kiện tiếp xúc, tích lũy kinh nghiệm, bỗ sung những kiến thức còn thiếu trước khi ra trường và bắt đầu tham gia sản xuất. Nhóm thực hiện cũng mong muốn góp chút công sức của mình để có thêm tài liệu tham khảo về đề tài khuôn mẫu cho những sinh viên khác có nhu cầu muốn tìm hiểu. Mục tiêu nghiên cứu đề tài. - Thiết kế sản phẩm, thiết kế một bộ khuôn cho sản phẩm Khay Sim.
- Thiết kế cuộn dây gia nhiệt cảm ứng từ. - Chế tạo và ép thử sản phẩm. - Đánh giá kết quả đạt được. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu.
- Đề tài được nghiên cứu theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực hành. - Kiến thức đã học, kiến thức thực tế. - Các đề tài nghiên cứu khoa học. - Tài liệu: Sách, Báo 1.
Kế hoạch thực hiện. Tuần Công việc -Nhận đề tài. -Tìm hiểu về máy gia nhiệt cao tần. -Nghiên cứu tìm hiểu nguyên lý gia nhiệt bằng cảm ứng từ.
Tuần 1 + 2 -Nghiên cứu về sản phẩm cần được gia nhiệt. -Kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật cho sản phẩm. -Nghiên cứu kết cấu khuôn kết hợp với hệ thống gia nhiệt. Thiết kế, chế tạo cuộn dây gia nhiệt cho khuôn và thử Tuần 3 + 4 nghiệm gia nhiệt.
Tính toán, thiết kế đưa cuộn dây gia nhiệt vào khuôn. Tuần 5 Thiết kế hệ thống gá đặt cho cuộn dây gia nhiệt. Tính toán, thiết kế sản phẩm ép phù hợp với cuộn dây Tuần 6 gia nhiệt. 4 do an Tuần 7 + 8 Hoàn chỉnh bộ khuôn.
Xuất bản vẽ và lập quy trình gia công. Tuần 9 + 10 +11 Gia công hoàn chỉnh bộ khuôn. Chế tạo hệ thống gá đặt cho cuộn dây gia nhiệt đưa vào khuôn. Lắp ráp và ép thử.
Tuần 11 + 12 Chỉnh sửa khuôn. Thử nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn. Tuần 12 + 13 Thử nghiệm ép nhựa kết hợp với gia nhiệt. Đánh giá sản phẩm ép sau khi sử dụng hệ thống gia Tuần 13 nhiệt.
Tuần 14 + 15 In ấn.1: Kế hoạch thực hiện. 5 do an CHƯƠNG 2.1 Giới thiệu về khuôn mẫu. Khuôn là dụng cụ hoặc thiết bị dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình, khuôn được thiết kế chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần và cũng có thể là nhiều lần. Kết cấu và kích thước của khuôn được thiết kế và chế tạo phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, chất lượng và số lượng sẩn phẩm cần tạo ra.
Ngoài ra còn có rất nhiều vấn đề khác cần phải quan tâm đến như các thông số công nghệ của sản phẩm (góc nghiêng, nhiệt độ khuôn, áp suất, gia công, .) tính chất vật liệu gia công (độ co rút, tính đàn hồi, độ cứng.) các chỉ tiêu về tính kinh tế của bộ khuôn. Khuôn sản xuất sản phẩm nhựa là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, được chia ra làm hai phần khuôn chính là: - Phần Cavity (phần khuôn âm) được gá trên tấm cố định của máy ép nhựa. - Phần Core (phần khuôn dương) được gá trên tâm di động của máy ép nhựa. Công nghệ ép phun: công nghệ ép phun là quá trình điền đầy lòng khuôn bằng dòng nhựa nóng chảy, sau đó làm nguội và lấy sản phẩm ra nhờ hệ thống đẩy.1 Các yêu cầu kỹ thuật đối với bộ khuôn.
Do được sử dụng trong sản xuất hàng loạt nên yêu cầu kỹ thuật của bộ khuôn rất cao: - Độ chính xác kích thước: đảm bảo cho sản phẩm sau khi ép đúng với thiết kế. - Độ song song, độ phẳng giữa các bề mặt: đảm bảo cho quá trình lắp ráp khuôn và quá trình ép thử được chính xác, không xảy ra hiện tượng ba via. - Độ bóng bề mặt: đảm bảo cho sản phẩm ép ra đạt được độ bóng theo yêu cầu. - Độ cứng vững, độ bền: vì được sử dụng trong môi trường công nghiệp, làm việc nhiều lần ở nhiệt độ cao, lực ép lớn vv.2 Chu trình ép phun.
Một chu trình ép phun thường bao gồm 4 giai đoạn: - Kẹp chặt. - Phun nhựa, giữ áp. - Đẩy sản phẩm.2 Vật liệu trong công nghệ ép phun. Vật liệu thường được sử dụng trong công nghệ ép phun là nhựa.
Nhựa là sản phẩm nhân tạo dựa trên cơ sở các polyme hữu cơ. Khi nung nóng nhựa này sẽ chảy dẻo, dưới áp lực cao chúng tạo thành hình dáng nhất định và giữ nguyên hình dạng đó khi nguội lại. Có 2 cách phân loại vật liệu nhựa: Phân loại theo hiệu ứng nhiệt: 6 do an Nhựa nhiệt dẻo: khi nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy, nhựa chảy mềm ra sau đó khi hạ nhiệt độ thì đông cứng trở lại và có khả năng tái sinh. Nhựa nhiệt rắn: khi gia nhiệt thì biến đổi trạng thái, chuyển sang trạng thái rắn sau đó khi ngừng gia nhiệt thì đông cứng và không tái sinh được.