CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Tính cấp thiết của đề tài Trong thời đại Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước hiện nay, thì sản phẩm nhựa ngày càng phổ biến rộng rãi và đa dạng, dần dần chiếm hữu thị trường. Hầu như trong mọi thời khắc, mọi thời điểm hằng ngày đều bắt gặp sản phẩm từ nhựa. Và trong thời gian sắp tới, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, sản phẩm nhựa sẽ phát triển hơn nữa, dần dần cải tiến phương pháp sản xuất, máy móc và dây chuyền hoạt động để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Một số vật dụng được làm từ nhựa như: thau, nồi, vỏ điện thoại, xe máy, ống…đến các thiết bị y tế, nghiên cứu khoa học.
Với sự phát triển không ngừng của ngành nhựa thì song song với đó là ngành công nghệ ép phun cũng không ngừng phát triển. Vì vậy, việc ứng dụng nghiên cứu kiến thức khuôn ép nhựa giúp cải thiện sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế là điều cần thiết. Ngành Công nghệ kỹ thuật Cơ khí của Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tập trung vào việc đào tạo về CAD/CAM/CNC và lĩnh vực khuôn mẫu. Vậy nên trong những năm gần đây chất lượng đào tạo của ngành đã tiến bộ rõ rệt, những sinh viên không ngừng tiến hành thiết kế và chế tạo ra các bộ khuôn bằng mica, hay cả những bộ khuôn hoàn chỉnh bằng thép và đã ép ra những sản phẩm thực tế.
Để nâng cao hiệu quả dạy – học và đồng thời trang bị kiến thức đẩy đủ hơn về chuyên ngành khuôn mẫu nên nhóm đã cùng nhau đi đến chọn đề tài đồ án là về lĩnh vực khuôn mẫu (thiết kế - chế tạo – ép phun). Thông qua việc tìm hiểu nhu cầu của thị trường và việc phát triển cảu đồ dân dụng bằng nhựa nên nhóm đã quyết định chọn đề tài “ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM KHUÔN RAU CÂU ”. Với đề tài này nhóm sẽ học hỏi được nhiều hơn về kiến thức và kinh nghiệm thực tế về thiết kế - chế tạo – gia công bộ khuôn hoàn chỉnh và công đoạn ép phun ra sản phẩm. Yêu cầu của đề tài Thiết kế hợp lý, tiết kiệm vật liệu nhưng vẫn đảm bảo chức năng.
1 do an Các chi tiết của bộ khuôn sau khi gia công xong phải đảm bảo những tính yêu cầu như: độ chính xác về kích thước, độ bền, độ bóng, tính chịu lực. Lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn, và bộ khuôn hoạt động tốt trong quá trình ép phun. Vị trí tương quan các tấm khuôn và các chi tiết tiêu chuẩn chính xác. Dung sai kích thước đạt yêu cầu tùy thuộc vào kích thước cụ thể (trong bảng dung sai kích thước).
Đối với sản phẩm: (Yêu cầu về kỹ thuật – thẩm mỹ) Bề mặt trong lòng và đáy của sản phẩm: yêu cầu độ bóng cao. Chiều sâu của khuôn đủ để tạo hình khi đổ rau câu Vật liệu nhựa dùng thích hợp và có tính thẩm mỹ tốt, đảm bảo an toàn vệ sinh. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: có thể vận dụng các kiến thức về ép nhựa để đưa vào thực tiễn, giúp nghiên cứu và thiết kế bộ khuôn hoàn chỉnh. Ý nghĩa thực tiễn: tạo ra sản phẩm có tính kinh tế, cạnh tranh phù hợp với người lao động.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Thiết kế sản phẩm và hoàn thành bộ khuôn dựa trên phần mềm. Dùng phần mêm Moldflow Insight 2016 để phân tích dòng chảy nhựa. Tiến hành gia công các tấm khuôn. Ép thử ra sản phẩm và kiểm tra hoạt động của bộ khuôn trên máy ép SW- 120B.
Giới hạn đề tài Do chỉ dừng lại ở mức độ Đồ án tốt nghiệp nên chúng em quyết định chọn thiết kế sản phẩm “ Khuôn rau câu” và chỉ phân tích dựa trên phần mềm, sau đó tiến hành gia công và ép thử. Phương pháp nghiên cứu 1.1 Phương pháp luận: tìm hiểu lý thuyết sau đó thiết kế, chế tạo sản phẩm.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể Để thực hiện đề tài này nhóm sinh viên đã tiến hành bằng các phương pháp: 2 do an Phương pháp quan sát: quan sát thực tế từ những mô hình có sẵn, những đoạn video và những bộ khuôn thực tế đã được học để đưa ra bộ khuôn cho đề tài. Đồng thời quan sát quá trình gia công thực tế và lắp ráp bộ khuôn. Phương pháp tham khảo tài liệu: các tài liệu liên quan đến đồ án, nguồn từ thư viện sách, internet, thầy cô và bạn bè.
Dự đoán: luôn đưa ra những giả thiết về mặt hư hại, gặp khó khăn có thể xảy ra trong quá trình thiết kế cũng như gia công, từ đó có thể rút kinh nghiệm để hoàn thiện bộ khuôn. Kế t cấ u của Đồ án tốt nghiệp Giới thiệu tổng quan về đề tài. Thiết kế sản phẩm trên phần mềm Creo Parametric 3.0 Phân tích sản phẩm trên phần mềm Moldflow Insight 2016. Thiết kế các tấm khuôn.
Gia công các tấm khuôn. Lắp ráp và ép thử. 3 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về khuôn và công nghệ ép phun Khái niệm về khuôn [2] Khuôn là cụm gồm nhiều chi tiết lắp ráp với nhau để tạo thành một khối hoàn chỉnh và có khả năng hình thành nên sản phẩm. Giữa 2 tấm khuôn sẽ có 1 khoảng trống và có hình dạng nhất định, và đó chính là phần giúp hình thành nên sản phẩm của quá trình ép phun.
Bao gồm 2 phần khuôn chin ́ h: 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. Giới thiệu về công nghệ ép phun Hiểu một cách đơn giản nhất, thì công nghệ ép phun là quá trình dòng nhựa nóng chảy điển đầy vào lòng khuôn. Sản phẩm sẽ được lấy ra ngoài nhờ hệ thống tháo khuôn và hệ thống đẩy sẽ giúp đẩy sản phẩm ra ngoài sau quá trình làm nguội sản phẩm của máy.
Khả năng công nghệ Tạo ra những sản phẩm có hình dạng phức tạp. Có sự khác nhau giữa hình dạng bên trong và bên ngoài của sản phẩm. Có khả năng tự động hóa cao. Sau ép phun sản phẩm có độ bóng cao và không cần gia công lại.
Có thể tạo ra nhiều sản phẩm với màu sắc khác nhau. Yêu cầu kỹ thuật đối với bộ khuôn Khuôn ép nhựa đòi hỏi rất nhiều yêu cầu và tập trung chủ yếu vào các yêu cầu sau: độ chính xác về hình dạng - kích thước, độ cứng, độ nhẵn bóng của các bề mặt chi tiết trong khuôn. Độ chính xác về hình dạng – kích thước. Độ chính xác về hình dạng - kích thước là điều quan trọng nhất của bộ khuôn.
Nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành sản phẩm của quá trình ép phun. Khi gia công 4 do an các tấm khuôn, các tấm khuôn phải đảm bảo độ chính xác tuyệt đối, bất kỳ 1 sai lệch nào cũng có thể dẫn đến hư hỏng trong quá trình phun ép sản phẩm. Vì thế cần phải có 1 chu trình công nghệ và có chế độ cắt hợp lý khi gia công. Độ cứng, độ nhẵn bóng.
Độ cứng của các chi tiết trong bộ khuôn cũng ảnh hưởng đến độ bền của khuôn. Việc các tấm khuôn quá mỏng cũng ảnh hưởng tới quá trình ép. Khuôn ép làm việc liên tục với tần suất cao, áp suất lớn trong suốt quá trình làm việc nên có thể dẫn đến mài mòn hoặc cong vênh các tấm khuôn làm cho các tấm khuôn bị hư hỏng. Vì thế, cần chọn đúng loại vật liệu và chọn độ dày thích hợp cho từng tấm khuôn để có thể nâng cao độ bền cho bộ khuôn.
Chu kỳ ép phun [2] Gồm 4 giai đoạn: Giai đoàn kẹp ( Clamping phase ): khuôn được đóng lại. Giai đoạn phun ( Injection phase ): nhựa được điền đầy lòng khuôn. Giai đoạn làm nguội ( Cooling phase ): nhựa được đông lại trong lòng khuôn. Giai đoạn đẩy ( Ejector phase ): đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn.
Clamping Injection Cooling Ejector Hình 2.1 Chu kỳ ép phun 2.2 Vật liệu nhựa dùng trong công nghệ ép phun [4] Mỗi một sản phẩm hay một chu trình ép phun đều có những tin ́ h chất đặc trưng và yêu cầu kỹ thuật khác nhau, ví dụ: độ dẻo, độ bóng bề mặt, màu sắc, độ cứng,…. Vì vậy cần cho ̣n loa ̣i vật liệu nhựa thić h hợp để tránh những sai hỏng trong quá trình ép cũng như đảm bảo được yêu cầu về cơ tính cũng như thẩm mỹ của sản phẩm. 5 do an Nhựa nhiệt dẻo: là loa ̣i nhựa chảy mềm thành chất lỏng dưới tác dụng của nhiệt độ cao và đóng rắn la ̣i khi làm nguội. Nhựa nhiệt dẻo gồm nhiều chuỗi phân tử liên kết với nhau bằng các liên kết Van der Waals yếu, liên kết hydro, tương tác giữa các nhóm phân cực và cả sự xếp chồng của các vòng thơm.
Một số loại nhựa nhiệt dẻo hay sử dụng: nhựa PP, nhựa PVC, nhựa ABS, nhựa PE… 2.1 Polypropylen ( PP ) Polypropylen hay còn gọi là nhựa PP là một loại polymer là sản phẩm của phản ứng trùng hợp Propylen. Thuộc tính: Công thức phân tử: (C3H6)x Tỷ trọng: PP vô định hình: 0.85 g/cm3 PP tinh thể: 0.95 g/cm3 Độ giãn dài: 250 - 700 % Độ bền kéo: 30 - 40 N/mm2 Độ dai va đập: 3.9 kJ/m2 Điểm nóng chảy : ~ 165 °C Tính chất: Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng vững, không mềm dẻo như nhựa PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi. Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ. Trong suốt, độ bóng bề mặt cao cho khả năng in ấn cao, nét in rõ.
Nhựa PP không màu không mùi, không vị, không độc. PP cháy sáng với ngọn lửa màu xanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống mùi cao su. Chịu được nhiệt độ cao hơn 1000C. Tuy nhiên nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì PP (1400C), cao so với PE - có thể gây chảy hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài, nên thường ít dùng PP làm lớp trong cùng.
Có tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác. Ứng dụng: Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm , không yêu cầu chống oxy hóa một cách nghiêm nhặt.