CHƯƠNG 1. Giới thiệu đề tài Một trong những thành tựu quang trọng nhất của khoa học kỹ thuật là sự phát triển mạnh mẽ của ngành vật liệu polymer, sự phát triển nay đem tới một bước ngoặc lớn cho rất rất nhiều ngành khoa học liên quan. Song song với đó là sự phát triển của quy trình ép phun cũng như ngành cơ khí chế tạo khuôn và máy ép phun, điều này đã trở thành động lực cho quá trình sáng tạo, cải tiến và phát triển của lĩnh vực thiết kế, chế tạo khuôn ép phun. Lĩnh vực thiết kế, khuôn mẫu cho sản phẩm nhựa là một lĩnh vực còn rất mới mẽ đối với nước ta, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo khuôn ép phun cho các sản phẩm có kết cấu phức tạp hoặc có kích thước nhỏ phục vụ cho các ngành khoa học tế vi.
Tuy còn mới mẻ những cùng với sự phát triển của các ngành cơ khí chính xác và các phần mền tính toán, thiết kế, mô phỏng phục vụ cho cơ khí, lĩnh vực thiết kế, chế tạo khuôn ép phun như có thêm bước đệm cho sự phát triển vượt bậc của mình trong tương lai không xa. Nhận thấy khả năng phát triển rất lớn của lĩnh vực này, các tổ chức khoa học, các công ty, doanh nghiệp, xưởng cơ khí phục vụ trong lĩnh vực chế tạo sản phẩm nhựa đã nghiên cứu, phát triển và đầu tư cho lĩnh vực thiết kế, chế tạo khuôn ép phun. Đồng thời các trường đại học, cao đẳng đã đưa vào trong giản dạy các bộ môn nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khuôn ép phun tạo tiền đề cho các đề tài nghiên cứu của sinh viên với mục đích là tạo ra đội ngũ kỹ sư lành nghề phục vụ cho sự phát triển của lĩnh vực này. Với mục đích tiếp cần, tìm hiểu và nghiên cứu trong lĩnh vực còn mới mẽ này nhóm chúng em đã tiếp nhận ứng dụng của siêu âm vào khuôn ép nhựa của công ty có liên kết với nhà trường và đã đề xướng đề tài “ Thiết Kế, Chế Tạo Khuôn Ép Phun Sản Phẩm Có Tích Hợp Bộ Siêu Âm ”.
Giới thiệu sản phẩm Sản phẩm có kích thước từ micro đến nano do quy trình ép phun tạo ra đang được phát triển và ứng dụng một cách rộng rãi trong các ngành điện tử, y học, sinh học, hóa học và môi trường trong đó có sản phẩm mạch vi lưu mà nhóm đang nghiên cứu và thực hiện việc thiết kế, chế tạo khuôn ép. Dưới đây là một số ứng dụng của mạch vi lưu có kích từ micro dến nano mà nhóm đã tìm hiểu được. Đầu tiên, Các mạch vi lưu có kích thước micro được ứng dụng vào trong công nghệ làm mát chip điện tử bằng chất lỏng. Trước đây khi các vi mạch điện tử 1 do an còn đơn giản thì việc làm mát vi mạch điện tử thường là làm mát bằng không khí nhằm đảm bảo tính an toàn cho vi mạch và tránh rò rỉ điện ra ngoài mạch tuy nhiên hiện nay với các vi mạch điện tử có đến vài chục tới hàng ngàn chíp xử lý thông tin thì việc làm mát bằng không khí không còn đáp ứng được công việc làm mát của vi mạch nữa.
Chính vì lý do này nên công nghệ làm mát bằng chất lỏng đã được quan tâm đến, tiên phong là các hãng điện tử lớn trên thế giới như ASUS, IBM… hệ thống kênh dẫn chất lỏng làm mát đến vị trí chíp cần làm mát là các rãnh có kích thước mirco phân bố trên bề mặt tấm nhựa chịu nhiệt. Có hai cách làm mát bằng chất lỏng đó là làm mát gián tiếp và trực tiếp, hình ảnh dưới đây minh họa hai cách làm mát này: Hình 1.1: Mô hình làm mát gián tiếp và trực tiếp Trên mô hình ta có thể thấy cách làm mát gián tiếp là sử dụng kênh dẫn lưu chất kín chạy dọc theo vị trí làm mát, chất lỏng làm mát không tiếp xúc với chíp, các chíp trên vi mạch điện tử được cách ly với kênh làm mát bởi lớp dẫn nhiệt tốt. Ở cách làm mát trực tiếp cách kênh dẫn được bố trí một cách hợp lý nhất, các kênh dẫn này đi qua các chíp trên vi mạch điện tử, lưu chất theo kênh dẫn đi đến vị trí chíp và tiếp xúc trực tiếp với chúng để làm mát. Ở cách này đòi hỏi chất lỏng làm mát là các chất lỏng đặc biệt có khả năng cách điện và không gây phản ứng lý- hóa với chíp hay vi mạch điện tử.
Đây là một số sản phẩm thực tế của hãng IBM theo phương pháp làm mát bằng chất lỏng cách gián tiếp : 2 do an Hình 1.2: Hệ thống kênh dẫn làm mát dạng micro chip của IBM (http://www.com ) Đây là sản phẩm thực tế của hãng ASUS theo phương pháp làm mát bằng chất lỏng cách gián tiếp: Hình 1.3: Hệ thống làm mát mang tên Aw Asus Maximus Vi Impact Z87 Welcher Ram.com/asus-maximus-vi-impact) 3 do an 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Qua quá trình tìm hiểu đã thấy sự ứng dụng của siêu âm trong nhiều lĩnh vực đặc biệt có nghiên cứu cho rằng dòng chảy nhựa được làm nóng cục bộ trong quá trình điền đầy do hấp thụ năng lượng sóng siêu âm, ngoài ra sóng siêu âm còn có thể làm giảm ma sát của dòng chảy vào khuôn. Vì lý do dó nhóm em dưới sự chỉ đạo của khoa và các thầy đã nghiên cứu, tìm hiểu ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá trình điền đầy của dòng nhưa. Với đề tại “Thiết kế chế tạo bộ khuôn ép nhựa có tích hợp bộ siêu âm” hi vọng sẽ đẩy kỹ thuật ép phun lên một tầm cao mới.
Phạm vi giới hạn đề tài Do những điều kiện khách quan cũng như chủ quan mà đề tài chỉ nghiên cứu trong phạm vi giới hạn sau: Giới thiệu về sóng siêu âm, nguyên lý hoạt động, cách tạo sóng siêu âm. Tổng quan về khuôn ép nhựa. Thiết kế sản phẩm, đầu siêu âm tính toán tách khuôn. Thiết kế, lắp ráp bộ khuôn trên phần mềm Creo 3.0 Gia công bộ khuôn, đầu siêu âm.
Lắp ráp khuôn và ép thử sản phẩm trên máy ép. Nghiên cứu đánh giá sự thay đổi của quá trình điền đầy khi có và không có siêu âm khi có cùng điều kiên ép (áp suất, nhiệt độ, thời gian,…) như nhau. Mục tiêu đề tài Tóm tắt lý thuyết. Tính toán, thiết kế đầu siêu âm Xây dựng mô hình bộ khuôn ép nhựa cho sản phẩm.
Gia công chế tạo bộ khuôn, đưa ra bộ khuôn thực tế. Ép thử sản phẩm. So sánh hai sản phẩm có và không có tác dụng của siêu âm. Phương pháp nghiên cứu Ngoài sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn thì các phương pháp nghiên cứu chủ yếu là: Tham khảo tài liệu: Nhiều loại tài liệu kể cả tiếng việt và tiếng anh về khuôn ép nhựa và sóng siêu âm để có một nền tảng kiến thức hoàn chỉnh, có cái nhìn tổng quan chính xác về ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá trình điền đầy của nhựa.
4 do an Truy cập mạng Internet: Internet là tài liệu phong phú và hữu ích cho con người. Nó chứa đựng nhiều thông tin mới nhất, những tiến bộ của khoa học kỹ thuật. Tự nghiên cứu: sau khi đã tham khảo tài liệu, ý kiến của giảng viên hướng dẫn và tìm thông tin trên internet, chúng em phải tự nghiên cứu đưa ra phương pháp thiết kế, chế tạo phù hợp với khả năng, để có thể tích hợp bộ siêu âm một cách tối ưu nhất trong khả năng có thể vào bộ khuôn. 5 do an CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ KHUÔN ÉP NHỰA 2.
Khái niệm chung về khuôn • Khuôn là cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau để tạo thành một bộ khuôn hoàn chỉnh. Sản phẩm được tạo hình giữa 2 phần khuôn, khoảng trống giữa 2 phần đó là hình dạng của sản phẩm cần tạo. • Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình. Khuôn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần cũng có thể là nhiều lần.
• Khuôn bao gồm hai chính: • Phần cavity (khuôn cái, khuôn cố định): được gá lên tấm cố định của máy ép nhựa. • Phần core (khuôn đực, khuôn di động): được gá lên tấm di động của máy ép nhựa.1: Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng. Kết cấu chung 1 bộ khuôn Ngoài core và cavity thì trong khuôn còn rất nhiều bộ phận khác. Các bộ phận này lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn: • Hệ thống dẫn hướng và định vị: chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, chốt hồi… • Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa… • Hệ thống đẩy sản phẩm: chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ… • Hệ thống lõi mặt bên: lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên, xylanh thủy lực… • Hệ thống thoát khí.
• Hệ thống làm nguội: đường nước, rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối… 6 do an 1 – tấm kẹp trước 6 – bạc cuống phun 11 – chốt hồi 16 – tấm giữ 2 – sản phẩm nhựa 7 – khóa khuôn cái 12 – gối đỡ 17 – chốt định vị 3 – đường làm 8 – khóa khuôn đực 13 – tấm kẹp sau 18 – lò xo nguội 4 – vòng định vị 9 – bạc dẫn hướng 14 – ty lói 19 – đấu nối 10 – chốt dẫn 5 – kênh dẫn nhựa 15 – tấm đẩy 20 – tấm kẹp sau hướng Bảng 2.1: Kết cấu chung của 1 bộ khuôn 7 do an 2. Phân loại khuôn ép phun 2. Khuôn 2 tấm (2 plates mold) Khái niệm Khuôn 2 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa nằm ngang mặt sản phẩm và khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa. Có thể thiết kế cổng vào nhựa sao cho sản phẩm và kênh dẫn nhựa tự động tách rời hoặc không tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa (xương keo) được lấy ra khỏi khuôn.
Khuôn 2 tấm được sử dụng rất thông dụng trong hệ thống khuôn ép phun. Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo nhưng chỉ sử dụng khuôn 2 tấm cho những sản phẩm dễ bố trí cổng vào nhựa.2: Cấu tạo khuôn 2 tấm Ưu điểm − Khuôn 2 tấm tiết kiệm vật liệu hơn,do kênh dẫn nhựa ở bên hông.