CHƯƠNG 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngành khuôn mẫu Việt Nam đang ngày càng có nhiều cơ hội phát triển mạnh mẽ. Nhu cầu ở rất nhiều lĩnh vực công nghiệp sản xuất hiện nay đều cần đến khuôn mẫu. Có thể nói rằng chế tạo khuôn mẫu là ngành công nghiệp phụ trợ mang tính chất nền móng cho sự phát triển công nghiệp hiện đại.[17] Ở Việt Nam hiện nay, trong hệ đào tạo cao đẳng và đại học của những trường đào tạo về kỹ thuật nói chung, về cơ khí nói riêng, cụ thể là công nghệ khuôn mẫu thì chỉ đếm được trên đầu ngón tay số trường có tổ chức đào tạo cơ bản về Khuôn đối với sinh viên.
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM là 1 trong số trường có các môn học chuyên nghành cho sinh viên có cơ hội hiểu và bước đầu đam mê với nghành Khuôn. Với tình hình khí hậu ngày càng nóng lên, tình trạng thiếu điện trầm trọng càng làm tăng nhu cầu cần giải khát tại mỗi gia đình. Tỷ lệ hộ sử dụng tủ lạnh, với mức tăng 48,9% lên tới mức 80,5%. Thì việc việc làm đá, tích trữ đá viên có sẵn để sử dụng hàng ngày là nhu cầu thiết yếu trong tủ lạnh của mỗi gia đình.
Trên thị trường hiện nay, khay làm đá hay cốc làm đá có đa dạng các loại từ hình dáng, vật liệu,màu sắc…nhờ đó người dùng có thêm nhiều lựa chọn phù hợp hơn cho tủ lạnh của mình. Tuy nhiên những sản phẩm này hầu hết đều có xuất sứ từ Trung Quốc, có giá thành rẻ, chất lượng tạm ổn so với giá thành. Đây cũng là cơ hội cũng là thách thức đói với nhóm khi quyết định chọn đề tài “ Thiết kế, chế tạo khuôn ép phun (Sản phẩm Khay làm đá tủ lạnh loại nhỏ)” Bên cạnh đó thông qua đề tài này nhóm cũng muốn vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế để thiết kế, chế tạo, lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn ép phun hoàn chỉnh. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Vận dụng những kiến thức đã học về khuôn ép phun, sử dụng phần mềm NX, Creo Parametric, Cimatron, Moldex3D Studio trong việc thiết kế khuôn ép phun, sản phẩm, phân tích dòng chảy nhựa, xuất bản vẽ 2D, bản vẽ lắp ráp.
Vận dụng những kiến thức gia công vào thực tiễn để gia công hoàn thành bộ Khuôn ép phun. - Ý nghĩa thực tiễn: Sau khi hoàn thành khuôn có thể ép ra sản phẩm hoàn chỉnh, có đầy đủ các công năng, có thể thương mại hóa với giá thành cạnh tranh. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1 - Nghiên cứu thiết kế, gia công, lắp ráp bộ khuôn ép phun - Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lí hoạt động của bộ khuôn ép phun - Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lí hoạt động của máy ép phun - Nghiên cứu các loại nhựa trên thị trường Từ đó có thể thiết kế, gia công, lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn và ép thử với loại nhựa phù hợp 1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.
Đối tượng nghiên cứu - Bộ khuôn ép phun - Máy ép phun - Máy gia công CNC - Vật liệu kim loại - Vật liệu nhựa - Công nghệ CAD/CAM/CNC 1. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về khuôn ép nhựa, máy ép nhựa, công nghệ ép phun - Nghiên cứu tổng quan các vật liệu nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt cứng, polymer có trên thị trường - Nghiên cứu tổng quan về máy CNC, công nghệ gia công CNC, dụng cụ cắt, chế độ cắt - Nghiên cứu tổng quan về vật liệu kim loại, cơ tính, khả năng gia công cắt gọt 1. Phương pháp nghiên cứu đề tài ➢ Phương pháp khảo sát: Khảo sát nhu cầu thị trường về khay làm đá, khảo sát mẫu khay đá được sử dụng nhiều nhất, khảo sát mong muốn của khách hàng về vật liệu, kiểu dạng khay làm đá. ➢ Phương pháp tham khảo: - Tham khảo các tài liệu về kỹ thuật ép phun, kết cấu khuôn ép phun, máy ép phun, công nghệ gia công CNC, vật liệu - Tham khảo các thông tin thì internet, sách, tài liệu.
- Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn, bạn bè. ➢ Sử dụng phần mềm NX để thiết kế sản phẩm thiết kế khuôn ép phun và xuất bản vẽ 2 ➢ Sử dụng phần mềm Moldex3D Studio để chọn cổng phun, phần tích dòng chảy nhựa. ➢ Sử dụng phần mềm Creo Parametric và Cimatron để gia công 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHÊ ÉP PHUN 2.
Giới thiệu về công nghệ ép phun - Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lòng khuôn. Một khi nhựa 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 cứ một phản ứng hóa học nào. [13] - Quá trình ép phun được thực hiện được trên nhiều loại vật liệu, phần lớn là kim loại vật liệu đàn hồi, vật liệu pha trộn và phổ biến nhất là nhựa dẻo và nhựa nhiệt rắn. - Các ứng dụng: Công nghiệp ép phun được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt trong ngành sản xuất nhựa, có thể dễ dàng quan sát thấy xung quanh ta có rất nhiều sản phẩm nhựa như: ghế, thau, bàn, chai, lọ,…[14] ➢ Quy trình ép phun:[3] Chu trình xử lý cho quá trình ép phun rất ngắn, thường từ 2s đến 2 phút bao gồm 4 giai đoạn: - Giai đoạn 1 kẹp: Trước khi bơm vật liệu nhựa vào khuôn, hai nửa khuôn phải đóng chặt bằng bộ phận kẹp.
Một nửa khuôn được gắn vào máy ép phun và một nửa được phép trượt. - Giai đoạn 2 tiêm: Nguyên liệu thô được đưa vào máy và tiến về phía trước khuôn bằng bộ phận phun. Nhựa bị nung nóng dưới nhiệt và áp suất của máy. Nhựa nóng chảy sau đó được bơm vào khuôn rất nhanh và tích tụ các gói áp lực và giữ nguyên liệu.1 Quá trình ép phun giai đoạn 1 4 - Giai đoạn 3 làm mát: Làm mát bộ phận khuôn để nhựa nóng chảy chuyển sang trạng thái nguội và hóa rắn.
Ở giai đoạn này hệ thống làm mát của máy sẽ hoạt động để làm nguội khuôn đồng thời làm rắn nhựa nóng chảy trong khuôn. - Giai đoạn 4 đẩy ra: Đây là giai đoạn cuối cùng của quy trình ép. Hệ thống thủy lực sẽ mở kéo một nửa khuôn ra một khoảng để đẩy sản phẩm ra ngoài qua hệ thống đẩy của khuôn. Sau đó về lại trang thái đóng để chuẩn bị cho chu kỳ ép mới.2 Quá trình ép phun giai đoạn 2 2.
Phân loại máy ép phun 2. Phân loại máy ép phun phương thức truyền dẫn [16] Gồm 2 loại như sau: - Máy ép nhựa điện: Loại máy sử dụng động cơ Servo để điều chỉnh, đóng mở, duy trì lực kẹp khuôn và đẩy chốt.3 Máy ép nhựa điện - Máy ép nhựa thủy lực: Là loại máy sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp 5 ép nhựa tại Việt Nam. Loại máy này dùng hệ thống thủy lực để đóng-mở duy trì lực kẹp khuôn.4 Máy ép nhựa thủy lực 2. Phân loại ép nhựa theo cơ chế vận hành [16] Chia thành 2 loại: - Máy ép nhựa tự động: Loại thiết bị có khả năng hoạt động 100% sau khi khởi động, khi sử dụng sẽ không cần bất cứ tác động nào của con người.
- Máy ép nhựa bán tự động: Có tính chất tự hoạt động một phần sau khi khởi động, một phần con người tác động vào. Phân loại máy ép nhựa theo vị trí khuôn: [16] - Máy ép nhựa ngang: Một phần của máy, bộ phận khuôn và vòi phun nằm trên trục trung tâm và khuôn được mở ra theo hướng nằm ngang. - Máy ép nhựa dọc (ép đứng): Các bộ phận khuôn nằm trên trục trung tâm theo chiều dọc và khuôn mở ra theo hướng thẳng đứng. - Máy ép nhựa nghiêng: Bộ phận khuôn và các bộ phận vòi phun không nằm trên trục trung tâm mà tạo thành một góc lệch tâm.
Hướng phun và giao diện nằm trên cùng bề mặt phun. Phân loại máy ép nhựa theo kích thước: - Kích thước lớn: Loại máy này được sử dụng với lực ép lớn dao động từ 50 đến hơn 450 tấn. - Kích thước nhỏ: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự như máy lớn, khác biệt phần lớn về kích thước và lực ép. Tổng quan về khuôn ép phun 6 2.
Khái niệm về khuôn ép nhựa [17] - 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 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 phần chính: • Phần cavity (khuôn cố định): được gá lên tấm cố định của máy ép nhựa. • Phần core (khuôn di động): được gá lên tấm di động của máy ép nhựa. - Ngoài ra, khoảng trống giữa cavity và core (phần tạo sản phẩm) được điền đầy bởi nhựa nóng chảy. Sau đó nhựa được làm nguội, đông đặc lại rồi lấy ra khỏi khuôn bằng hệ thống lấy sản phẩm.
Yêu cầu kỹ thuật chung của khuôn ép nhựa [19] - Đảm bảo độ chính xác về kích thước, hình dáng biên dạng sản phẩm. - Đảm bảo độ bóng cần thiết cho cả lòng khuôn và lõi để đảm bảo độ bóng của sản phẩm. - Đảm bảo vị trí chính xác về tương quan giữa 2 nửa khuôn. - Đảm bảo lấy sản phẩm ra khỏi khuôn một cách dễ dàng.
- Vật liệu chế tạo khuôn phải có tính chống mòn cao và dễ gia công. - Khuôn phải đảm bảo độ cứng khi làm việc tất cả bộ phận của khuôn không được biến dạng hoặc lệch khỏi vị trí cần thiết khi chịu lực ép lớn (vài trăm tấn) Khuôn phải có hệ thống làm lạnh bao quanh lòng khuôn sao cho lòng khuôn phải có nhiệt độ ổn định để vật liệu dễ điền đầy vào lòng khuôn và định hình nhanh chóng trong lòng khuôn từ đó rút ngắn chu kì ép và tăng năng suất. - Khuôn phải có kết cấu hợp lý không quá phức tạp sao cho phù hợp với khả năng công nghệ hiện có 2. Cấu tạo của khuôn ép nhựa Khuôn ép nhựa bao gồm hai phần chính là phần di động (khuôn đực) và phần cố định (khuôn cái): - Phần cố định (khuôn cái): phần này được gắn vào thành máy ép nhựa và sẽ luôn luôn cố định tại vị trí được gắn trong suốt quá trình phun ép.