Thiết kế khuôn mẫu

ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC

KHOA CƠ KHÍ

TÀI LIỆU GIẢNG DẠY

THIẾT KẾ KHUÔN MẪU

(BẬC CAO ĐẲNG)

(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

TP.HCM - 03/2013

MỤC LỤC

Chương 1: Tổng quan về công nghệ ép phun ................................................... 1

1.1.Công nghệ ép phun ............................................................................. 1

1.2.Máy ép phun ....................................................................................... 4

Câu hỏi ôn tập

Chương 2: Cơ bản về khuôn nhựa .................................................................. 13

2.1. Sơ lược về lịch sử nhựa .................................................................... 13

2.2. Phân loại khuôn nhựa, máy và nguyên tắc hoạt động ...................... 14

2.3. Khuôn và các thành phần cơ bản của khuôn .................................... 18

Câu hỏi ôn tập

Chương 3: Ứng dụng ViSi trong thiết kế khuôn .......................................... 43

3.1. Phân tích sản phẩm .......................................................................... 43

3.2. Tách khuôn và thiết kế Insert ........................................................... 54

3.3. Thiết kế kênh nhựa ........................................................................... 57

3.4. Thiết kế kết cấu ................................................................................ 67

3. 5. Chèn các chi tiết khuôn ................................................................... 79

3. 6. Thiết kế kênh làm mát ..................................................................... 93

3.7. Trình bày bản vẽ khuôn ................................................................. 102

                   Câu hỏi ôn tập

1

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

Mục tiêu:

- Khái quát công nghệ và chu trình ép phun.

- Cấu tạo máy ép phun.

1.1 . CÔNG NGHỆ ÉP PHUN:

1.1.1. Khái niệm về công nghệ ép phun:

Một cách đơn giản nhất, công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng

chảy điền đầy lòng khuôn. 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 kỳ phản ứng hòa học nào.

1.1.2. Chu trình ép phun :

Chu trình ép phun gồm bốn giai đoạn.

 Giai đoạn kẹp (Claming phase): Khuôn đóng lại

 Giai đoạn phun (Injection phase): Nhựa điền đầy vào khuôn.

 Giai đoạn làm nguội (Cooling phase): Nhựa đông đặc lại trong khuôn.

 Giai đoạn đẩy (Ejector phase) : Đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn.

Hình 1.1. Chu kỳ ép phun.

1.1.2.1. Giai đoạn kẹp :

Lúc đầu phần di động của khuôn di chuyển nhanh đến phần cố định nhưng

sau đó chậm dần cho đến khi khuôn đóng hoàn toàn ( không xảy ra tiếng động

lớn ). Khi khuôn đã đóng cũng là lúc áp lực kìm rất lớn được tạo ra để chống lại

áp cao từ dòng nhựa bắn vào lòng khuôn. Điều này rất quan trọng vì nếu áp lực

kìm không chống lại nổi áp lực phun thì khuôn sẽ bị hư hại và sản phẩm có ép

được chắc chắn sẽ gặp khuyết tật.

2

Hình 1.2. Diễn biến giai đoạn kẹp

1.1.2.2. Giai đoạn phun :

Hình 1.3 . a)Quá trình phun nhanh b)Quá trình định hình

Đầu tiên nhựa nóng chảy và phun vào lòng khuôn rất nhanh do trục vít tiến

về phía trước. Khi lòng khuôn gần như được điền đầy khoảng 95% lòng khuôn

thì quá trình định hình sản phẩm diễn ra trong lòng khuôn có nhiệt độ thấp hơn.

Nhựa nóng sẽ nguội dần và xảy ra hiện tượng co rút. Do đó, một lượng nhựa

khoảng 5% sẽ được phun vào để bù trừ vào sự co rút cho tới khi miệng phun bị

đông cứng lại. Quá trình này ngăn không cho dòng chảy ngược.của nhựa qua

miệng phun.

3

1.1.2.3. Giai đoạn làm nguội :

Hình 1.4 . Giai đoạn làm nguội khuôn.

Giai đoạn này bắt đầu sau khi quá trình định hình kết thúc. Khuôn vẫn đóng

và nhựa nóng trong lòng khuôn được làm nguội cho đến khi đủ độ đông cứng, để

có thể đẩy rời khỏi khuôn. Trong suốt giai đoạn này trục vít vẫn quay và lùi lại để

chuẩn bị cho lần phun kế tiếp. Thời gian tiêu tốn trong giai đoạn này phụ thuộc

vào lượng nhựa mà ta ép.

1.1.2.4. Giai đoạn đẩy :

Đây là giai đoạn cuối của quá trình ép phun. Lúc này phần di động của

khuôn sẽ mở ra, đồng thời tấm đẩy của khuôn sẽ bị cần đẩy của máy đẩy về phía

trước để sản phẩm bị rớt ra ngoài khỏi khuôn. Khi sản phẩm rời ra khỏi khuôn

thì cần đẩy sẽ hồi về để sẵn sàng cho một chu kỳ kế tiếp.

Hình 1.5. Giai đoạn đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.

4

1.2. MÁY ÉP PHUN:

1.2.1. Cấu tạo chung :

Máy ép phun gồm các bộ phận cơ bản sau.

Hình 1.6. Cấu tạo của máy ép phun.

1.2.2. Hệ thống hỗ trợ ép phun (Injection press support system):

Đây là hệ thống giúp vận hành máy,hệ thống này gồm bốn hệ thống con.

 Thân máy (frame)

 Hệ thống điện (Electrical system)

 Hệ thống thủy lực ( Hydraulic system)

 Hệ thống làm nguội (cooling system)

Hình 1.7. Hệ thống hỗ trợ ép phun.

1.2.2.1.Thân máy : Liên kết các hệ thống trên máy với nhau.

1.2.2.2.Hệ thống thủy lực: Đây là hệ thống cung cấp lực đẩy đóng mở khuôn,

tạo ra và duy trì lực kẹp, làm cho trục vít quay và chuyển động tới lui, tạo lực

đẩy cho chốt và sự trượt bên trong.

5

Hình 1.8. Hệ thống thủy lực

1.2.2.3.Hệ thống điện: Cung cấp nguồn cho môtơ điện (Electric system) và hệ

thống điều khiển nhiệt cho khoang chứa vật liệu nhờ băng nhiệt (Heater band)

và đảm bảo sự an toàn cho sự vận hành máy bằng công tắc. Hệ thống này gồm

tủ điện (electrical power cabinet) và hệ thống dây dẫn.

Hình 1.9. Hệ thống điện

1.2.2.4. Hệ thống làm nguội: Cung cấp nước hay dung dịch để làm nguội khuôn

và ngăn không cho nhựa thô ở cuống phểu (feed throat) nóng chảy. Vì khi nhựa

ở cuống phểu nóng chảy thì phần nhựa thô phía trên khó chảy vào khoang chứa

liệu. Bộ điều khiển nước (Water temperature controller) cung cấp một lượng

nhiệt, áp suất, dòng chảy thích hợp để làm nguội nhựa trong khuôn.

6

Hình 1.10. Hệ thống làm nguội

1.2.3. Hệ thống phun :

Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua hệ thống cấp nhựa,

nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và định hình sản phẩm. Hệ

thống này gồm các bộ phận.

 Phểu cấp liệu (Hopper)

 Khoang chứa liệu (Barrel)

 Các băng gia nhiệt (Heater band)

 Trục vít (Screw).

 Bộ tự hồi (Non – return – assembly).

 Vòi phun (Nozzle)

Hình 1.11. Hệ thống phun

Các hệ thống phun:

1.2.3.1. Phiểu cấp liệu (Hopper): Chứa vật liệu dạng viên để cấp cho khoang

trộn.

1.2.3.2. Khoang chứa liệu (Baress): Chứa nhựa và để vít trộn chuyển động qua

lại bên trong nó. Khoang trộn được gia nhiệt nhờ các băng cấp nhiệt. Nhiệt độ xung

quanh khoang chứa liệu cung cấp từ 20% đến 30% nhiệt độ cần thiết để làm chảy

lỏng vật liệu nhựa.

7

1.2.3.3. Băng gia nhiệt.(Heater band): Giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu để

nhựa bên trong khoang luôn ở trạng thái dẻo.

1.2.3.4. Trục vít(Screw): Nằm trong lòng, khoang chứa liệu và là bộ phận hóa dẻo

và đẩy nguyên liệu trong lòng vào khuôn.

Trục vít có cấu tạo gồm 3 vùng:

Hình 1.12. Cấu tạo của trục vít.

 Vùng nhập liệu(feed zone): Ở gần phểu nhập liệu dùng để chuyển nguyên

liệu về phía trước, nguyên liệu mềm và bắt đầu chảy (50%L).

 Vùng nén ép (transition zone): Ở giữa trục vít, dùng để nén nguyên liệu

dòng (25%L).

 Vùng định lượng ( Metering zone): Trộn vào và tạo đồng nhất trước khi

phun vào khuôn (25% L).

1.2.3.5. Bộ hồi tự mở hay van tự mở (Non – return – assemdly or non – return

– valve): Bộ phận này gồm có vòng chắn hình nêm đầu trục vít nó có chức năng tạo

ra dòng nhựa bắn vào khuôn. Khi trục vít nùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển

về hướng vòi phun và cho phép nhựa chảy về phía đầu trục vít. Còn trục vít di

chuyển về phía trước thì vòng chắn hình nêm xẽ di chuyển về phía phễu và đóng

kín với seat không cho nhựa chảy về phía sau.

Hình 1.13. Bộ hồi tự mở

8

1.2.3.6.Vòi phun: Có chức năng nối khoang trộn với cuống phun và phải có hình

dạng bịt kín khoang trộn và khuôn. Trong quá trình phun nhựa lỏng vào khuôn

vòi phun phải thẳng hàng với bạc cuống phun và đầu vòi phun nên được lắp kín

với phần lõm của bạc cuống phun thông qua vòng định vị để đảm bảo nhựa

không bị phun ra ngoài và tránh mất áp.

Hình 1.14. Vị trí của vòi phun trong hệ thống phun.

1.2.4. Hệ thống kẹp:

Hệ thống kẹp có chức năng đóng mở khuôn tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá

trình làm nguội và đẩy sản phẩm rời ra khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép

phun.

Hệ thống này bao gồm các bộ phận :

+ Cụm đẩy của máy (Machanis ejectors).

+ Cụm kìm (Clamp cylinder).

+ Tấm di động (Moveable platen).

+ Tấm cố định (Stationary platen).

+ Những thanh nối (Tie bars).

Hình 1.15. Hệ thống kẹp

9

1.2.4.1. Cụm đẩy (Mechanic ejectors):

Gồm xy lanh thủy lực, tấm đẩy, cần đẩy. Chúng có chức năng tạo ra lực đẩy tác

động vào tấm đẩy trên khuôn để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn.

Hình 1.16. Cụm đẩy

1.2.4.2. Cụm kìm (Clamp cylinder):

Có hai loại chính dùng cơ cấu trục khuỷu và xy lanh thủy lực. Hệ thống này có

chức năng cung cấp lực để đóng mở và lực giữ khuôn, đóng khuôn trong suốt quá

trình phun.

Hình 1.17. Cụm kìm

1.2.4.3. Tấm di động (Moveable platen):

Đây là tấm thép lớn với bề mặt có nhiều lỗ thông, chính nhờ các lỗ thông này mà

cần đẩy có thể tác động lực vào tấm đẩy trên khuôn, ngoài ra tấm di động còn có

10

các lỗ ren để kẹp tấm di động của khuôn. Tấm này di chuyển tới lui dọc theo 4

thanh nối trong quá trình ép phun.

Hình 1.18. Tấm đẩy di động và vị trí của nó trên máy ép phun

1.2.4.4. Tấm cố định (Stationary platen):

Hình 1.19. Tấm cố định và vị trí của nó trên máy ép phun

Cũng là một tấm thép lớn có nhiều lỗ thông. Ngoài 4 lỗ dẫn hướng và các lỗ

ren để kẹp tấm cố định của khuôn tương tự như tấm di động. Tấm cố định còn có

thêm lỗ vòng định vị để đảm bảo sự thẳng hàng giữa vòi phun vàbạc cuống phun.

1.2.4.5.Các thanh nối (Tie bars):

Nó có chức năng dẫn hướng cho tấm di động .