MỞ ĐẦU Nhựa công nghiệp là vật liệu thân thiện đối với môi trường, có thể tái chế, tái sử dụng. Nhựa làm tăng năng suất sử dụng năng lượng, giảm hao hụt, tăng tốc độ sử dụng nguyên liệu,… Ngành nhựa công nghiệp giúp chúng ta phát triển ngày càng nhiều mặt hàng có chất lượng tốt, giảm áp lực vào việc sử dụng các tài nguyên thiên nhiên. Cụ thể: Tạo ra nguồn năng lượng mới: Từ nguyên liệu polycarbonate, tạo ra nguồn năng lượng tái sử dụng được. Đồng thời chế tạo ra nguồn năng lượng mặt trời nhằm tiết kiệm chi phí tối đa cho người sử dụng Tiết kiệm và lọc nước: Nhựa được ứng dụng trong việc xây dựng bể nước và dự trữ nước, nhằm tạo ra một thiết bị đựng nước an toàn và tiện dụng.
Nhựa giúp tiết kiệm nhiên liệu, năng lượng và tài nguyên thiên nhiên: Máy bay và xe được làm từ các nguyên liệu hỗn hợp, giúp chúng trở nên nhẹ nhàng và an toàn. Do sử dụng ít năng lượng nên giảm thiểu tối đa khí thải – nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính. Nếu không có nhựa, các gói hàng hóa sẽ rất nặng, từ đó gia tăng chi phí sản xuất, năng lượng sử dụng cũng như lượng chất thải. Có thể tạo ra các vật liệu khác nhau: Bắp, mía và lúa mì có thể được dùng như nguồn nguyên liệu ban đầu sản xuất nhựa, vì thế sẽ là giảm sự phụ thuộc vào những nguồn tài nguyên sản xuất nhựa không phục hồi được.
Bảng thống kê số kg nhựa tiêu thụ trên đầu người từ 2010-2015 (Nguồn: Hiệp hội Nhựa Việt Nam) 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thực trạng ngành khuôn ép nhựa: Quá trình sản xuất công nghiệp không chỉ đòi hỏi sản xuất nhanh chóng, có độ chính xác cao và bền đẹp, để có một sản phẩm như ý muốn mất rất nhiều thời gian trong khi mọi hoạt động kinh doanh sản xuất không cho phép mất quá nhiều thời gian để làm ra một sản phẩm. Đó là lý do tại sao mà chúng ta cần đến đến ngành công nghiệp sản xuất khuôn mẫu. Khuôn mẫu hiểu theo cách khái quát là dụng cụ, thiết bị dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình, mỗi khuôn thường được chế tạo cho một chu trình đúc, ép sản phẩm nào đó, có thể là một lần hoặc nhiều lần. Kết cấu và kích thước của khuôn phụ thuộc vào kích thước, hình dáng, chất lượng, số lượng của sản phẩm cần tạo ra.
Công nghệ khuôn mẫu vượt trội hơn hẳn so với các phương pháp gia công khác, tạo ra năng suất cao, số lượng sản phẩm lớn để đáp ứng được nhu cầu về sự đa dạng sản phẩm từ đơn giản đến phức tạp với thời gian triển khai, sản xuất nhanh. Như vậy việc sản xuất khuôn mẫu là gián tiếp thúc đẩy sản xuất công nghiệp. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, ngành công nghiệp nhựa dù còn non trẻ so với các ngành công nghiệp lâu đời khác như cơ khí, điện – điện tử, hoá chất, dệt may v.v… nhưng đã có sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Ngành nhựa giai đoạn 2010 – 2015, là một trong những ngành công nghiệp có tăng trưởng cao nhất Việt Nam với mức tăng hàng năm từ 16% – 18%/năm (chỉ sau ngành viễn thông và dệt may), có những mặt hàng tốc độ tăng trưởng đạt gần 100%.
Với tốc độ phát triển nhanh, ngành nhựa đang được coi là một ngành năng động trong nền kinh tế Việt Nam. Sự tăng trưởng đó xuất phát từ thị trường rộng, tiềm năng lớn và đặc biệt là vì ngành nhựa Việt Nam mới chỉ ở bước đầu của sự phát triển so với thế giới và sản phẩm nhựa được phát huy sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống bao gồm sản phẩm bao bì nhựa, sản phẩm nhựa vật liệu xây dựng, sản phẩm nhựa gia dụng và sản phẩm nhựa kỹ thuật cao. Năm 2015, ngành nhựa sản xuất và tiêu thụ gần năm triệu tấn sản phẩm. Nếu sản phẩm nhựa tính trên đầu người năm 1990 chỉ đạt 3,8 kg/năm thì nay đã tăng lên 41 kg/năm.
Mức tăng này cho thấy nhu cầu sử dụng sản phẩm của ngành nhựa ở trong nước ngày một tăng lên. Nhiều doanh nghiệp tạo dựng được những thương hiệu sản phẩm uy tín trong nước như: ống nhựa của Bình Minh, Tiền Phong, Minh Hùng; bao bì nhựa của Rạng Đông, Tân Tiến, Vân Ðồn; chai PET và chai ba lớp của Oai Hùng, Ngọc Nghĩa, Tân Phú. Sản phẩm của ngành nhựa rất đa dạng và ngày càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành. Trong lĩnh vực tiêu dùng, sản phẩm từ nhựa được sử dụng làm bao bì đóng gói các loại, các vật dụng bằng nhựa dùng trong gia đình, văn phòng phẩm, đồ chơi v.
Trong các ngành kinh tế khác, các sản phẩm từ nhựa cũng được sử dụng ngày càng phổ biến; đặc biệt trong một số ngành, nhựa còn trở thành một nguyên liệu thay thế cho các nguyên liệu truyền thống, như trong xây dựng, điện – điện tử, thiết kế nội thất văn phòng. 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mục đích nghiên cứu: Tìm hiểu chung về khuôn ép nhựa. Đưa ra quy trình gia công tấm khuôn âm và tấm khuôn dương thực tế. Ứng dụng các phần mềm CAD, CAM, CAE trong quá trình tính toán thiết kế và gia công hoàn thiện bộ khuôn M22AK.
Phạm vi nghiên cứu: Mô phỏng dòng chảy nhựa và đông đặc của sản phẩm nắp chai nhựa có ren trên phần mềm Moldflow Adviser 2021 (CAE). Thiết kế tấm khuôn âm, tấm khuôn dương cho sản phẩm nắp chai nhựa có ren và lập trình gia công trên phần mềm NX11, NX 12. Lập trình và gia công tấm khuôn âm, tấm khuôn dương cho sản phẩm nắp chai nhựa có ren trên các máy phay, tiện. 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG QUAN VỀ KHUÔN ÉP NHỰA 1.1 Khái niệm về khuôn 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 hoặc nhiều lần.
Kết cấu và kích thước khuôn được thiết kế và chế tạo phụ thuộc và hình dáng, kích thước, chất lượng và số lượng sản phẩm cần tạo ra. Ngoài ra, còn có rất nhiều các 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 chi tiết lắp ghép với nhau, được chia ra thành hai phần khuôn chính: Phần Core (phần khuôn đực, khuôn dương, phần khuôn di động): được gá trên tấm di dộng của máy ép nhựa. Phần Cavity (phần khuôn cái, khuôn âm, phần khuôn cố định): được gá trên tấm cố định của máy ép nhựa.
Ngoài ra, khoảng trống giữa Core và Cavity được điền đầy bằng nhựa nóng chảy. Sau đó, nhựa được làm nguội, đông đặc lại rồi lấy ra khỏi khuôn bằng hệ thống lấy sản phẩm hoặc thao tác bằng tay. Sản phẩm thu được sẽ có hình dạng của lòng khuôn. Tấm Cavity Lòng khuôn Mặt phân khuôn Tấm Core Hình 1.
Tấm core và cavity ở trạng thái đóng 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2 Phân loại khuôn ép phun Dựa vào kết cấu bộ khuôn và mục đích sử dụng ta có thể phân loại khuôn như sau Theo số tầng lòng khuôn a) Khuôn một tầng b) Khuôn nhiều tầng Theo loại kênh dẫn a) Khuôn dùng kênh dẫn nóng b) Khuôn dùng kênh dẫn nguội Theo cách bố trí kênh dẫn a) Khuôn hai tấm b) Khuôn ba tấm 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm Khuôn cho sản phẩm một màu Khuôn cho sản phẩm nhiều màu Tấm tháo Hệ thống kênh Lòng khuôn 1 dẫn nóng Vòi phun 1 Vòi phun 2 Lòng khuôn 2 Hình 1. Kết cấu của bộ khuôn Ngoài ra, còn có cách phân loại như sau: Theo lượng nguyên liệu cho một lần phun tối đa: 1, 2,…, 56,…, 120 oz (1 oz = 28,3495 gram). Phân loại theo phương đặt đầu phun nhựa: nằm ngang, thẳng đứng. Theo lực kẹp khuôn: Bảng 1.
Phân loại theo lực kẹp khuôn Lực kẹp khuôn Kích thước tương đối 25 – 100 tấn Nhỏ 100 – 500 tấn Vừa 500 – 1000 tấn Lớn Trên 1000 tấn Rất lớn 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.3 Kết cấu chung của một bộ khuôn Ngoài core và cavity ra, trong bộ khuôn ba tấm còn có nhiều bộ phận khác. Các bộ phận này lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn, bao gồm: Hệ thống dẫn hướng và định vị: gồm tất cả các chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị, chốt hồi,. có nhiệm vụ giữ đúng vị trí làm việc của hai phần khuôn khi ghép với nhau để tạo lòng khuôn chính xác. Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: gồm bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa và miệng phun làm nhiệm vụ cung cấp nhựa từ đầu phun máy ép vào trong lòng khuôn.
Hệ thống đẩy sản phẩm: gồm các chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ, khối đỡ,. có nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi ép xong. Hệ thống lõi mặt bên: gồm lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên, xy lanh thủy lực,. làm nhiệm vụ tháo những phần không thể tháo ra được ngay theo hướng mở của khuôn (undercut).
Hệ thống thoát khí: gồm có những rãnh thoát khí, có nhiệm vụ đưa không khí tồn đọng trong lòng khuôn ra ngoài, tạo điều kiện cho nhựa điền đầy lòng khuôn dễ dàng và giúp cho sản phẩm không bị bọt khí hoặc bị cháy. Hệ thống làm nguội: gồm các đường nước, các rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối,… có nhiệm vụ ổn định nhiệt độ khuôn và làm nguội sản phẩm một cách nhanh chóng.1 Hệ thống cấp nhựa nguội (cool runner) a. Tổng quan về hệ thống cấp nhựa nguội Đặc điểm Một hệ thống dẫn nhựa cơ bản bao gồm các thành phần: Cuống phun (sprue) Kênh dẫn nhựa (runner) Kênh dẫn phụ Đầu nguồi chậm Cổng vào nhựa (gate) Sản phẩm Nguyên tắc hoạt động Hệ thống kênh dẫn nhựa có chức năng phân phối nhựa chảy dẻo từ vòi phun đến các lòng khuôn. Sự thiết kế, hình dạng và kích thước của nó ảnh 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP hưởng đến tiến trình điền đầy khuôn cũng như chất lượng của sản phẩm.
Thông thường, đối với khuôn có một lòng khuôn thì hệ thống cấp nhựa chỉ cần cuống phun.