CHUYÊN đề THIẾT kế KHUÔN CHO sản PHẨM NHỰA BẰNG SOLIDWORKS và SOLIDCAM

Trang 1

MỤC LỤC


Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay các sản phẩm từ nguyên liệu nhựa được sử dụng rộng rãi trong hầu hết
các lĩnh vực. Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam đã đạt được tốc độ tăng trưởng,
sản phẩm nhựa ngày càng phổ biến. Tuy vậy, việc đào tạo các cán bộ kỹ thuật, cán
bộ quản lý, đội ngũ cơng nhân cịn nhiều bất cập. Bên cạnh đó, đi đơi với việc phát
triển ngành nhựa là việc phát triển ngành khuôn. Để tạo ra một sản phẩm nhựa đạt
chất lượng và kinh tế địi hỏi người kỹ thuật phải có kiến thức về sản phẩm nhựa và
phải nắm vững phương pháp để gia công. Đặc biệt, kỹ sư thiết kế phải nắm vững
những nguyên tắc trong việc thiết kế khuôn và những u cầu kỹ thuật trong việc
tạo khn, vì chất lượng và giá thành sản phẩm phụ thuộc vào đặt tính kỹ thuật của
khn.
Sau một thời gian rèn luyện và tìm hiểu, dưới sự chỉ bảo tận tình của thầy Đặng
Xuân Phương. Đến nay em đã hoàn thành CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP. Trong q
trình thiết kế và tính tốn tất nhiên sẽ có nhiều điều sai sót do thiếu tính thực tế và
kinh nghiệm thiết kế, em rất mong được thầy chỉ bảo tận tình và đóng góp ý kiến đễ
những lần thiết kế sau và trong thực tế sau này khi ra ngồi làm việc em sẽ có nhiều
kinh nghiệm và hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.

Nha Trang , ngày .. tháng .. năm 2020

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thanh Sang

Trang 3

CHƯƠNG 1. QUY TRÌNH THIẾT KẾ KHN
Quy trình thiết kế khuôn xây dựng theo sơ đồ 1.1

Sơ đồ 1.1. Quy trình thiết kế khn
Trong q trình thiết kế khn, các bước trên không nhất thiết tiến hành độc lập
mà phải phối hợp linh hoạt với nhau để đạt kết quả tốt nhất.
Tại chương 1 này ta chỉ đi tìm hiểu nhu cầu thực tế của thị trường và thiết kế sản
phẩm cịn tính tốn và thiết kế của các mục còn lại sẽ được thực hiện tại chương 2
của chuyên đề.


Trang 4

1.1 NHU CẦU THỰC TẾ
Với nhu cầu hiện nay việc chơi game không đơn thuần chỉ dành cho giải trí
nữa. Sự phát triển của game kéo theo những nghề mới ra đời như stremer, gamer.
Theo đó nhu cầu về trang thiết bị, máy chơi game củng không ngừng phát triển
theo.
Với riêng dòng máy chơi game mới nhất của Sony Interactive Entertainment
phát triển là PS4 đã bán được 102,8 triệu chiếc trên tồn cầu. Và cịn những hãng
cạnh tranh khác như Wii U, Switch của Nintendo và Xbox One của Microsoft thể
hiện mức độ canh tranh trên thị trường máy chơi game ở thời điểm hiện tại.
Vì vậy tiền năng của các thiết bị phụ trợ như tay cầm chơi game củng có tiềm
năng rất lớn trong thị trường game.
1.2 THIẾT KẾ SẢN PHẨM
Sản phẩm mặt trước máy tay cầm chơi game PS2 được thiết kế dựa trên nguyên
mẫu là tay cầm chơi game PS2 của Sony Interactive Entertainment.

Được dựng 3D trên phần mềm SolidWorks 2017. Được chỉnh sửa tối ưu cho
việc thiết kế hệ thống kênh dẩn và hệ thống làm mát được trình bày ở chuyên đề 1.
Ta được thiết kế hoàn chỉnh của mặt trước tay cầm chơi game như hình 1.2-1.3.


Trang 5

Hình 1.2. Bản vẽ 2D mặt trước tay cầm chơi game

Hình 1.3. Bản vẽ 3D mặt trước tay cầm chơi game


Trang 6

Hình 1.4. Bản vẽ 3D mặt sau tay cầm chơi game


Trang 7

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA KHUÔN
2.1 TÍNH TỐN SỐ LỊNG KHN
Ta có thể cân nhắc để chọn số lịng khn phù hợp với các thơng tin sau :
+ Kích thước máy ép phun.
+ Yêu cầu về chất lượng sản phẩm.
+ Kết cấu và kích thước khn.
+ Số lịng khn thơng thường được thiết kế theo dãy số sau : 2, 4, 6, 8, 12, 16,
24, 32, 48, 64, 96, 128. Vì các lịng khn sẽ dể dàng được sắp xếp theo hình chữ
nhật hoặc hình trịn.
Số lịng khn tính theo số lượng sản phẩm trong đơn đặt hàng :
Trong đó :

n : Số lịng khn tối thiểu trên khuôn.
L : Số sản phẩm trong một lô sản xuất (L= 1.500.000 sản phẩm/năm)
K : Hệ số do phế phẩm, K=1/(1-k). Với k là tỉ lệ phế phẩm. (k=15%)
tc : Thời gian của một chu kỳ ép phun (s), (30,2s) [ chuyên đề 1, trang
45
hình 4.35]
tm: Thời gian hồn tất lơ sản phẩm này (ngày), (305 ngày)
vì (360 ngày - 60 ngày lễ + chủ nhật=305 ngày)
Vậy ta có số lịng khn trong một khn được tính như sau:
= = 2,02
Vậy n = 2 (lịng khn)
Vậy số lượng chi tiết đúc ta chọn là 2 chi tiết.
2 chi tiết phân bố trong lịng khn.


Trang 8

2.2 CHỌN LOẠI KHN
Chọn kiểu bơm trực tiếp thơng qua hệ thống rãnh dẫn và kênh dẫn vào lịng
khn, và lấy sản phẩm bằng ống đẩy và chốt đẩy. Với việc bố trí 2 lịng khn, thì
hệ thống kênh dẩn sẽ phức tạp hơn, khuôn 1 tấm không thể lấy kênh dẩn ra. Vậy ta
chọn kiểu khuôn 3 tấm là FUTABA FC.

Hình 2.1. Kết cấu khn FC
Về phần vật liệu làm khuôn, ta lấy theo tiêu chuẩn FUTABA là thép C45.
Riêng tấm đực và tấm cái: hai tấm này cần đạt độ bóng bề mặt vì vậy ta chọn vật
liệu là thép P20.
2.3 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CÁC TẤM KHN
Lựa chọn khn phải thỏa mãn được 2 u cầu:
-

Khn đủ kích thước, khơng vượt q kích thước lọt lịng của máy
Khơng gian thoải mái cho việc bố trí lịng khuôn, kênh dẩn và hệ thống làm
mát

Khuôn được lựa chọn theo tiêu chuẩn FUTABA, mã 5070 [3, trang 672-673]
Với kích thước các tấm khn như sau:
T: Tấm kẹp trước (Hình 2.2)


Trang 9

Hình 2.2.
A: Tấm khn âm (Hình 2.3)

Hình 2.3.
B: Tấm khn dương (Hình 2.4)

Hình 2.4.


Trang 10

C: Khối đỡ (Hình 2.5)

Hình 2.5.
E: Tấm giữ (Hình 2.6)

Hình 2.6.
F: Tấm đỡ (Hình 2.7)

Hình 2.7.


Trang 11

L: Tấm kẹp sau (Hình 2.8)

Hình 2.8.
2.4 BỐ TRÍ LỊNG KHN
Sau khi chọn số lịng khn, chúng ta cần bố trí các lịng khn sao cho hiệu
quả và tối ưu. Trên thực tế, người ta thường bố trí các lịng khn theo kinh nghiệm
mà khơng có bất kì một sự tính tốn hay mơ phỏng nào.
Nhưng nếu làm như vậy đôi khi ta gặp phải một số lỗi trên sản phẩm. Đặc biệt
với những khn có các lịng khn khác nhau, làm ta phải sửa lại khn do đó rất
tốn kém về thời gian và chi phí. Do đó để tránh lỗi này ta mơ phỏng q trình điền
đầy của từng lịng khn mà khơng có hệ thống kênh dẫn để biết chúng được điền
đầy như thế nào.
Khi ấy ta sẽ thiết kế hệ thông dẫn nhựa để tạo sự cân bằng động cho từng lịng
khn. Thơng thường có ba cách bố trí: bố trí theo vịng trịn, bố trí theo dãy và bố
trí đối xứng.


Trang 12

Với khn có 2 lịng khn ta bố trí như hình 2.9

Hình 2.9. Bố trí lịng khn
2.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH DẪN
2.5.1 Thiết kế miệng phun

2.5.1.1 Khái niệm và phân loại:
Miệng phun là phần nằm giữa kênh dẫn nhựa và lịng khn.
Các kiểu miệng phun thơng dụng được tổng hợp như sau:
Bảng 2.1. Phân loại miệng phun
Tên gọi
1. Miệng
phun trục
tiếp

Cách dùng
- Thường dùng cho các khn
có 1 lịng khuôn.
- Vật liệu được điền trực tiếp
không qua hệ thống kênh dẩn.

Hình ảnh


Trang 13

2. Miệng
phun điểm
chốt

- Thông dụng với cấu trúc
khuôn 3 tấm hoặc cho loại
khn có nhiều lịng khn
- Hệ thống kênh nhựa thường là
hình thang hay hình thang hiệu
chỉnh để tiện cho việc gia công

và lắp chốt kéo miệng phun ra
khi mở khn.

3. Miệng
phun cạnh

- Dùng cho sản phẩm có thành
mỏng hoặc trung bình, kết cấu
đơn giản và khơng cần độ chính
xác cao.
- Miệng phun kiểu cạnh được
đặt trên mặt phân khn và điền
đầy lịng khn từ bênh hơng.
- Dùng cho khn 2 tấm có
nhiều lịng khn. Khi thiết kế
sản phẩm nhỏ và cần cắt kênh
dẩn ở mặt bênh.

4. miệng
phun kiểu
đường ngầm

5. Miệng
phun kiểu
băng

- Dùng cho các sản phẩm lớn và
phẳng, giảm độ công vênh cho
sản phẩm nhờ sự phân bố đều

6. Miệng
phun kiểu
đĩa

- Dùng cho các chi tiết trụ rỗng,
có u cầu cao về độ đồng tâm
và khơng có đường hàn miệng
phun


Trang 14

2.5.1.2 Tính tốn và thiết kế miệng phun
Vị trí miệng phun đã được chọn ở [chuyên đề 1, trang 17-18] là phần giữa của
sản phẩm và để đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm ta đặt miệng phun ở cạnh của
sản phẩm.(Hình 2.10)

Hình 2.10. Vị trí miệng phun
Ta chọn loại miệng phun là miệng phun cạnh. Loại miệng phun này đáp ứng
được các yêu cầu về vi trí miệng phun đã chọn và kết cấu của chi tiết.
Theo kích thước thiết kế khun dùng [1, trang 31, hình 1.2.2.26] ta có:

Hình 2.11.


Trang 15

Chọn R = 6 mm
L = 0,8x6 = 4,8 mm
I = 0,7 mm

C = 1,5 mm
T = 4 mm
Độ cơn 10O
Từ các số liệu trên ta có bản vẽ miệng phun như hình 2.12:

Hình 2.12. Bản vẽ 2D miệng phun


Trang 16

2.5.2 Thiết kế kênh dẫn
2.5.2.1 Khái niệm và phân loại
Kênh dẫn nhựa là đoạn nối giữa cuống phun và miệng phun. Làm nhiệm vụ
đưa nhựa vào lịng khn.
Phân loại kênh dẫn nhựa dựa trên tiết diện và ưu, nhược điểm của chúng:
Bảng 2.2. Phân loại kênh dẫn nhựa
Loại kênh dẫn
1. TIẾT DIỆN TRỊN

Ưu điểm
- Diện tích bề mặt cắt nhỏ
nhất.
- Ít mất nhiệt, ít ma sát.
- Có lõi nguội chậm giúp
duy trì nhiệt và áp xuất.

Nhược điểm
- Khó gia cơng vì gia
cơng trên hai nửa khn
nhưng hiện nay máy gia

công CNC đã khắc phục
được nhược điểm này

2. TIẾT DIỆN HÌNH
THANG HIỆU CHỈNH

- Chỉ xếp sau kênh dẫn
tiết diện trịn về tính
năng.
- Gia cơng trên một nửa
khn.

- Tốn nhiều vật liệu hơn.
- Mất nhiệt nhanh hơn
kênh trịn do diện tích bề
mặt lớn hơn.

3. TIẾT DIỆN HÌNH
THANG

- Gia cơng trên một nửa
khn.

- Tốn nhiều vật liệu.

4. TIẾT DIỆN HÌNH
CHỮ NHẬT VÀ NỬA
HÌNH TRỊN

- Gia cơng dễ.

- Do tiết diện nguội
khơng đều nên làm tăng
ma sát, áp xuất khơng
đều.
- Khó thốt khn, ma sát
lớn


Trang 17

2.5.2.1 Tính tốn và thiết kế kênh dẫn
Chọn loại kênh dẫn có tiết diện hình thang như hình 2.13. Loại kênh dẩn này
đảm bảo việc gia công dễ dàng, dễ thiết kế và phù hợp với sự phân bố 2 lịng khn
ở mục 2.4.

Hình 2.13. Kênh dẫn có tiết diện hình thang
Theo cơng thức [1, trang 20, bảng 1.2.2.1] ta có:
D = Tmax + 1.5 = 4 + 1,5 = 5,5 mm (Với Tmax là bề dày thành lớn nhất của chi
tiết)
W = 1,25 x D = 1,25 x 5,5 = 6,875 mm
A= 50 (với A từ 50 -100)
Khi thiết kế kênh dẫn cần đảm bảo với các mục tiêu sau:
+ Phù hợp với sự phân bố 2 lòng khuôn ở mục 2.4.
+ Giảm đến mức tối thiểu sự thay đổi tiết diện
+ Nhựa trong kênh thốt khn dễ dàng
+ Kích thước kênh dẫn là ngắn nhất.
Từ số liệu và các mục tiêu trên ta thiết kế kênh dẫn như hình 2.14 và hình 2.15.

Trang 18

Hình 2.14. Bản vẽ 2D kênh dẫn

Hình 2.15. Bản vẽ 3D kênh dẫn


Trang 19

2.5.3 Thiết kế cuống phun
2.5.3.1 Khái niệm và phân loại
Cuống phun là chỗ nối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, có nhiệm vụ
đưa dịng nhựa từ vịi phun của máy đến kênh dẫn hoặc trực tiếp đến lịng khn
(đối với khn khơng có kênh dẫn).
Hệ thống cuống phun được sử dụng thơng thường nhất có bạc cuống
phun, thường dùng bạc cuống phun để dễ thay thế và gia cơng.
Có 2 loại bạc cuống phun là loại có 2 bulơng như hình 2.16 và 4 bulơng
như hình 2.17. Ngồi ra để tăng tuổi thọ của khn, gắn lị xo dưới cuống phun để
giảm va chạm có hại cho khn và vịi phun như hình 2.18.

Hình 2.16. Bạc cuống phun dùng 2
bulơng

Hình 2.17. Bạc cuống phun dùng 4
bulơng

Hình 2.18. Cuống phun có lị xo giảm xóc


Trang 20

2.5.3.2 Tính tốn và thiết kế cuống phun
Kích thước của cuống phun phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Khối lượng, độ dày thành của sản phẩm, loại vật liệu nhựa được sử
dụng.
+ Độ dài của cuống phun phải phù hợp với bề dày của các tấm khuôn.
+ Cuống phun được thiết kế sao cho có độ dài hợp lý, đảm bảo dịng nhựa ít
bị mất áp lực nhất trên đường đi.
Theo cách tính kích thước cuốn phun [1, trang 16, hình 1.2.2.7] ta có:

Hình 2.19.
Trong đó:
r = 1-2mm
dF ≥ Smax + 1mm
ds ≥ dN + 1,5mm ( với Dn là đường kính miệng phun của máy phun)
≥ 1 O - 4O
Thiết kế bạc cuốn phun dựa trên các công thức như trên và theo tiêu chuẩn
FUTABA ta được bản vẽ bạc cuốn phun như hình 2.20.
Khi lắp khn lên máy ép phun, để đầu lò máy ép và bạc keo được đồng
tâm, người ta gắn thêm một vòng định vị phía trên cùng của khn, vịng định vị
này sẽ được định tâm vào một lỗ định tâm có sẵn trên tấm thớt của máy ép. Vòng
định vị được chọn dựa trên cở sở của bạc cuốn phun và theo tiêu chuẩn FUTABA.
Từ đó ta được bản vẽ của vịng định vị như hình 2.21.


Trang 21

Hình 2.20. Bạc cuốn phun theo tiêu chuẩn FUTABA

Hình 2.21. Vòng định vị theo tiêu chuẩn FUTABA

Trang 22

2.6 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐẨY SẢN PHẨM
2.6.1 Khái niệm
Hệ thống đẩy sản phẩm là hệ thống các chốt đẩy, có cơng dụng đẩy sản phẩm
ra ngồi khi sản phẩm trong khn được làm nguội và bị dính trong lịng khn.
Cấu tạo của hệ thống đẩy sản phẩm như hình 2.22 bao gồm: Tấm đỡ, tấm đẩy,
tấm giữ, gối đỡ, chốt đẩy chốt hồi.

Hình 2.22. Cấu tạo chung của hệ thống đẩy
2.6.2 Thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm
Chọn hệ thống đẩy dùng chốt đẩy như hình 2.23 vì hệ thống này được sửa
dụng phổ biến, đơn giản, dễ gia cơng.

Hình 2.23. Hệ thống đẩy và hình dạng các chốt thông dụng


Trang 23

Thiết kế chốt đẩy và chốt hồi cần đảm bảo các tiêu chí sau:
+ Hành trình đẩy bằng chiều sâu lớn nhất của sản phẩm theo hướng mở khuôn
cộng thêm 5÷10 mm.
+ Phần đỉnh của chốt đẩy về lý thuyết nằm ngang bằng với lịng khn,
nhưng thực tế, có thể là trên hoặc dưới 0,05 ÷ 0,1 mm. Tốt nhất là đặt thấp hơn
khoảng 0,02 ÷ 0,04 mm.
+ Bố trí chốt tốt nhất là ở cạnh hoặc gân của sản phẩm.
+ Đường kính chốt thường 1 ÷ 25mm chiều dài thường nằm trong khoảng 150
÷ 500mm.

Từ các tiêu chí trên ta thiết kế 12 chốt đẩy chia đều cho 2 lịng khn và 4 chốt
hồi. Thơng số của chốt đẩy được thể hiện qua bản vẽ hình 2.24 và chốt hồi là bản vẽ
hình 2.25.

Hình 2.24. Bản vẽ chốt đẩy


Trang 24

Hình 2.25. Bản vẽ chốt hồi
2.7 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG VÀ ĐỊNH VỊ
Hệ thống dẫn hướng và định vị bao gồm: chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng.
Chức năng chính của chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng là đưa khuôn sau vào
khuôn trước thẳng hàng với nhau. Chốt dẫn hướng nằm ở khuôn trước và bạc dẫn
hướng nằm ở khuôn sau.
Khi lựa chọn loại khuôn hệ thống dẫn hướng đã được chọn theo tiêu chuẩn của
nhà sản xuất khn. Vì vậy chốt định hướng và bạc dẩn hướng sẽ theo tiêu chuẩn
FUTABA với khuôn mã FC 5070.


Trang 25

Hình 2.26. Chốt dẫn hướng

Hình 2.27. Bạc dẫn hướng của khuôn Cavity