Giáo trình công nghệ khuôn mẫu

TRẦN MINH THẾ UN
PHẠM SƠN MINH

GIÁO TRÌNH

CƠNG NGHỆ KHN MẪU

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2022


2


LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp nhựa Việt Nam đã có
những bước tiến mạnh mẽ, với tốc độ tăng trưởng khá cao. Sản phẩm nhựa rất
đa dạng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Tiếp nhận xu hướng
chuyển dịch sản xuất sang Việt Nam cùng sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ sản xuất. Ngành công nghiệp nhựa đã và đang từng bước khẳng định vị
thế trên nền thị trường nội địa, hỗ trợ tốt cho các ngành sản xuất và lắp ráp.
Ngành nhựa Việt Nam cũng như ngành nhựa thế giới sử dụng ba cơng
nghệ sản xuất chính là ép thổi, ép đùn và ép phun. Trong số đó, ép phun được
coi là linh hoạt và phổ biến nhất. Ép phun có thể tạo ra nhiều loại sản phẩm với
tốc độ sản xuất nhanh, độ chính xác cao và hình dạng phức tạp. Với cơng nghệ
ép phun, để một sản phẩm hồn thiện đến tay người tiêu dùng là một quá trình
phức tạp, trong đó giai đoạn thiết kế, chế tạo khn là vô cùng quan trọng. Một
bộ khuôn đưa vào sản xuất đòi hỏi quá nhiều kiến thức cũng như kinh nghiệm.
Chính điều này đã tạo nên những thách thức và cũng được coi như một cơ hội
cho đội ngũ các kỹ sư trong lĩnh vực khn mẫu.
Với mục đích giúp người đọc làm quen và có khả năng đưa ra các

quyết định chính xác trong việc thiết kế, chế tạo, bảo dưỡng khn phun
ép nhựa, nhóm tác giả đã biên soạn cuốn sách này với sự giúp đỡ tận tình
của các đồng nghiệp – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, nhằm
dùng làm tài liệu học tập cho mơn học THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHN
PHUN ÉP NHỰA, dùng cho sinh viên Đại học và học viên Cao học thuộc
nhóm ngành Kỹ thuật Cơ khí.
Giáo trình Giáo trình Cơng nghệ khn mẫu được hồn thành với
sự đóng góp:
• Chương 1 và 2: Phạm Sơn Minh
• Chương 3 và 4: Trần Minh Thế Uyên
• Chương 5: Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Un
Trong q trình biên soạn, khơng thể tránh khỏi những thiếu sót.
Nhóm tác giả rất mong nhận được sự góp ý của người đọc để các lần biên
soạn sau được hồn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin vui lịng gửi về địa
chỉ email: hoặc
TP Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2022, Nhóm tác giả
3


4


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................3
Chương 1: CÔNG NGHỆ PHUN ÉP NHỰA ..................................11
1.1 CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ KHUÔN CƠ BẢN ..................11
1.1.1 Dòng đồng hướng .....................................................................11
1.1.2 Cân bằng dòng ..........................................................................11
1.1.3 Phân bố áp suất .........................................................................12

1.1.4 Ứng suất trượt cực đại ..............................................................12
1.1.5 Vị trí đường hàn ........................................................................12
1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẾN QUÁ
TRÌNH ÉP PHUN ..................................................................................12
1.2.1 Độ dày sản phẩm đồng nhất .....................................................13
1.2.2 Cân bằng hình học ....................................................................13
1.2.3 Các góc nhọn bên trong ............................................................13
1.2.4 Góc nghiêng thốt khn..........................................................13
1.2.5 Cạnh mỏng................................................................................13
1.2.6 Tỷ lệ hình học ...........................................................................14
1.2.7 Loại và vị trí cổng vào nhựa .....................................................14
1.2.8 Diện tích bề mặt sản phẩm ép phun ..........................................14
1.2.9 Dung sai sản phẩm ép phun ......................................................15
1.2.10 Bề mặt hoàn thiện của sản phẩm ép phun ..............................15
1.3 QUY TRÌNH THIẾT KẾ ................................................................16
1.3.1 Quy trình sản xuất khn..........................................................16
1.3.2 Quy trình thiết kế khn ...........................................................17
1.3.3 Quy trình thiết kế sản phẩm......................................................18
1.3.4 Quy trình thiết kế hệ thống kênh dẫn .......................................19
1.3.5 Quy trình thiết kế hệ thống làm nguội ......................................20
1.4 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ KHN ...................................................20
1.5 U CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CHI TIẾT CỦA BỘ
KHN ..................................................................................................22
1.5.1 Độ chính xác về hình dáng .......................................................22
1.5.2 Độ chính xác về kích thước ......................................................23
1.5.3 Độ cứng của các chi tiết trong khuôn .......................................23
1.5.4 Độ bóng ....................................................................................23
5

Chương 2: THIẾT KẾ KHUÔN PHUN ÉP NHỰA ........................24
2.1 TỔNG QUÁT ...................................................................................24
2.1.1 Khái niệm về khuôn..................................................................25
2.1.2 Phân loại khuôn ép phun ..........................................................26
2.1.3 Kết cấu chung của một bộ khuôn .............................................29
2.2 MỘT SỐ LOẠI KHN ................................................................30
2.2.1 Khn hai tấm ..........................................................................30
2.2.2 Khn ba tấm............................................................................31
2.2.3 Khuôn nhiều tầng......................................................................33
2.2.4 Khuôn cho sản phẩm nhiều màu...............................................36
2.3 TÍNH SỐ LỊNG KHN ..............................................................36
2.3.1 Số lịng khn tính theo số lượng lơ sản phẩm ........................37
2.3.2 Số lịng khn tính theo năng suất phun của máy ....................37
2.3.3 Số lịng khn tính theo năng suất làm dẻo của máy ...............37
2.3.4 Số lịng khn tính theo lực kẹp khn của máy .....................38
2.3.5 Số lịng khn theo kích thước tấm gá đặt trên máy ép ...........39
2.4 HỆ THỐNG CẤP NHỰA NGUỘI .................................................41
2.4.1 Tổng quan về hệ thống cấp nhựa nguội ....................................41
2.4.2 Đặc điểm và chức năng các bộ phận của hệ thống kênh
dẫn nguội..................................................................................................43
2.4.3 Ví dụ .........................................................................................73
2.5 HỆ THỐNG KÊNH DẪN NHỰA NÓNG......................................75
2.5.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, lợi ích và hạn chế ......................................75
1.5.2 Cấu trúc và chức năng của hệ thống Hot Runner .....................78
2.5.3 Đặc điểm, cách tính và bố trí các thành phần ...........................79
2.6 HỆ THỐNG LẤY SẢN PHẨM ....................................................104
2.6.1 Các cách lấy sản phẩm ra khỏi khuôn ....................................104
2.6.2 Khái niệm hệ thống đẩy ..........................................................104
2.6.3 Nguyên lý chung.....................................................................105
2.6.4 Các hệ thống đẩy thường dùng ...............................................105

2.6.5 Điều khiển hệ thống đẩy .........................................................111
2.6.6 Một số điểm cần lưu ý khi thiết kế hệ thống đẩy ...................113
2.6.7 Ví dụ về tính tốn hệ thống đẩy ..............................................113
2.7 HỆ THỐNG LÀM NGUỘI ...........................................................118
2.7.1 Tầm quan trọng và mục đích của hệ thống làm nguội............118
2.7.2 Một số cách gia – giải nhiệt cho khuôn ..................................119
2.7.3 Độ dẫn nhiệt của kim loại .......................................................119
2.7.4 Các thành phần của hệ thống làm nguội trong khuôn
ép nhựa ...................................................................................................119
6


2.7.5 Quy luật thiết kế kênh dẫn nguội ............................................120
2.7.6 Thiết kế kênh làm nguội .........................................................123
2.7.7 Làm nguội lõi khuôn...............................................................124
2.7.8 Làm nguội lịng khn............................................................130
2.7.9 Các chi tiết sử dụng trong hệ thống làm nguội .......................133
2.7.10 Tính lưu lượng nước làm nguội ............................................138
2.7.11 Tính tốn thời gian làm nguội...............................................140
2.7.12 Thời gian làm nguội của một số dạng chi tiết.......................142
2.7.13 Kiểm soát nhiệt độ khuôn .....................................................143
2.8 HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG VÀ ĐỊNH VỊ ..................................143
2.8.1 Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng .........................................144
2.8.2 Cơ cấu định vị.........................................................................148
2.8.3 Vị trí của chốt và bạc dẫn hướng ............................................150
2.9 HỆ THỐNG THỐT KHÍ ............................................................150
2.9.1 Khái niệm ...............................................................................150
2.9.2 Các lưu ý khi thiết kế hệ thống thốt khí ................................151
2.9.3 Phân tích hệ thống thốt khí ...................................................153
2.9.4 Các kiểu thốt khí ...................................................................159

2.10 HỆ THỐNG THÁO UNDERCUT..............................................172
2.10.1 Giới thiệu ..............................................................................172
2.10.2 Undercut mặt ngoài ..............................................................174
2.10.3 Undercut mặt trong ...............................................................181
2.10.4 Xylanh thủy lực tháo undercut .............................................184
2.10.5 Ren trong (hoặc undercut trong dạng trịn xoay) ..................186
2.10.6 Ren ngồi (hoặc undercut ngồi dạng trịn xoay) .................189
2.11. CAE ..............................................................................................191
2.11.1 Giới thiệu về CAE ................................................................191
2.11.2 Lợi ích của ứng dụng CAE ...................................................192
2.11.3 Tổng quan về CAE ...............................................................193
2.11.4 Thơng số đầu vào của việc phân tích dịng chảy (CAE)
trong công nghệ ép phun ........................................................................195
2.11.5 Kết quả của việc phân tích mơ phỏng dịng chảy .................197
2.11.6 Sai số giữa kết quả phân tích cae với thực tế ép sản phẩm ........198
Chương 3: CHẾ TẠO KHUÔN .......................................................199
3.1 VẬT LIỆU LÀM KHUÔN ÉP NHỰA .........................................199
3.1.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn vật liệu làm khn .......199
3.1.2 Đặc tính của vật liệu thép công cụ ..........................................200
7


3.1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố hợp kim đến đặc tính của thép
cơng cụ ...................................................................................................201
3.1.4 Hợp phần hóa học của vật liệu thép được sử dụng cho
khuôn......................................................................................................201
3.1.5 Ảnh hưởng của hợp kim lên thép cơng cụ ..............................202
3.1.6 Quy trình lựa chọn vật liệu thép chung ..................................205
3.1.7 Vật liệu đối với hệ thống dẫn hướng và định vị .....................205
3.1.8 Vật liệu làm thân khuôn..........................................................206

3.1.9 Vật liệu cho các miếng ghép và tấm khuôn cho khuôn âm
và khuôn dương .....................................................................................206
3.1.10 Đặc tính của một số loại thép dùng để làm khn ép phun.......207
3.2 THAM KHẢO MỘT SỐ LOẠI THÉP CHẾ TẠO KHUÔN
NHỰA ...................................................................................................208
3.2.1 Thép 1055 ...............................................................................208
3.2.2 Thép 2311 (thép chế tạo khuôn đã xử lý nhiệt) ......................209
3.2.3 Thép 2083 (thép không gỉ chế tạo khuôn) ..............................209
3.2.4 Thép NAK 80 (thép chế tạo khuôn đã xử lý nhiệt) ................210
3.2.5 Thép SKD11 ...........................................................................211
3.2.6 Thép SKD61 (thép chế tạo khn dập nóng) .........................212
3.2.7 Nhơm ......................................................................................212
3.3 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO KHUÔN .............................................214
3.3.1 Giới thiệu về quy trình chế tạo khn ....................................214
3.3.2 Quy trình thiết kế chế tạo khuôn ép phun...............................215
3.3.3 Giới thiệu các công nghệ gia công .........................................223
3.3.4 Gia công các tấm khuôn .........................................................225
3.4 XỬ LÝ BỀ MẶT LỊNG KHN ...............................................235
3.4.1 Kỹ thuật đánh bóng khn......................................................235
3.4.2. Quy trình hồn thiện bề mặt khn .......................................240
3.5 QUY TRÌNH LẮP RÁP KHN .................................................248
3.6 THỬ KHN.................................................................................252
3.6.1 Trình tự các bước ....................................................................252
3.6.2 Các thông số gia công của một số vật liệu nhựa ....................253
3.6.3 Các bước lắp đặt khuôn ..........................................................255
3.6.4 Thiết lập thông số ép...............................................................257
3.6.5 Ép thử - Kiểm tra sản phẩm ....................................................258
3.6.6 Hiệu chỉnh thông số ép ...........................................................259
3.6.7 Sửa chữa và thay đổi khuôn ép ...............................................259
8

Chương 4: BẢO TRÌ KHN .........................................................265
4.1. CHĂM SÓC VÀ BẢO QUẢN KHN ...................................265
4.1.1. Chăm sóc và bảo quản khn ................................................265
4.1.2. Lập kế hoạch bảo trì ..............................................................270
4.2. SỬA CHỮA VÀ THAY THẾ KHN ÉP...............................283
4.3. TRÌNH TỰ LẮP CÁC TẤM KHN .....................................288
4.3.1. Mục đích ................................................................................288
4.3.2. Dụng cụ sử dụng ....................................................................288
4.3.3. Đo độ nghiêng của Guide Pin ................................................289
4.3.4. Lắp tấm cố định M02.............................................................290
4.3.5. Lắp tấm di động M03 ............................................................292
4.3.6. Lắp khối định vị của tấm M03...............................................294
4.4. QUY TRÌNH NHẬN BẢO TRÌ KHN ................................295
Chương 5: KHUYẾT TẬT SẢN PHẨM NHỰA VÀ CÁCH
KHẮC PHỤC .......................................................................................297
5.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG NGHỆ ÉP PHUN..........297
5.1.1. Nhiệt độ .................................................................................297
5.1.2. Tốc độ phun ...........................................................................297
5.1.3. Áp suất phun ..........................................................................299
5.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG
SẢN PHẨM ..........................................................................................300
5.3. SỰ CO RÚT ..................................................................................300
5.3.1. Hiện tượng co rút ...................................................................300
5.3.2. Co rút sau khi ép phun ...........................................................308
5.3.3. Cách xử lý co rút và cong vênh .............................................310
5.4. CÁC KHUYẾT TẬT SẢN PHẨM VÀ CÁCH KHẮC
PHỤC ...................................................................................................................................311
5.4.1. Sản phẩm bị sai lệch kích thước lắp ghép .............................311

5.4.2. Sản phẩm bị cong vênh..........................................................317
5.4.3. Lỗ trống .................................................................................323
5.4.4. Sản phẩm có các vết lõm (Sink mark) ...................................329
5.4.5. Sản phẩm thiếu nhựa .............................................................332
5.4.6. Sản phẩm bị ba via (Flash) ....................................................335
5.4.7. Sản phẩm có đường hàn ........................................................339
5.4.8. Sản phẩm có vết dịng chảy ...................................................342
5.4.9. Bề mặt bong tróc, có vết xước ...............................................346
5.4.10. Các vết rạn nứt (Cracking) ..................................................350
5.4.11. Sản phẩm có vết cháy đen ...................................................356
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................... 359
9


10


Chƣơng 1
CÔNG NGHỆ PHUN ÉP NHỰA
Mục tiêu chương 1: Giới thiệu công nghệ ép phun
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng trình bày:
1) Các ngun tắc thiết kế khuôn cơ bản.
2) Ảnh hưởng của thiết kế sản phẩm đến chất lượng sản phẩm.
3) Quy trình thiết kế, chế tạo khn
1.1 CÁC NGUN TẮC THIẾT KẾ KHN CƠ BẢN
 Làm cho dòng đồng hướng
 Làm cân bằng dịng chảy nhựa
 Phân bố đều áp suất trong khn
 Kiểm sốt vị trí đường hàn, tụ khí
 Tránh nghẽn dịng

1.1.1 Dịng đồng hƣớng
Hướng của dịng chảy có ảnh hưởng đến sự co rút sản phẩm theo
các hướng, dẫn đến sự co rút sản phẩm theo các hướng khác nhau. Khi
thiết kế sản phẩm nên bố trí cho dịng nhựa chảy theo cùng một hướng và
cùng trên một đường thẳng.
1.1.2 Cân bằng dòng
Dòng chảy được gọi là cân bằng khi các điểm cuối cùng của khuôn
được điền đầy trong cùng một thời gian. Cân bằng dòng làm cho định
hướng đồng đều, co rút đồng đều, ít bị ứng xuất nội và cong vênh sản
phẩm. Điều đó cũng làm giảm chi phí do sử dụng ít ngun liệu.
Vì vậy, khi thiết kế sản phẩm phải chú ý sao cho tất cả các dịng
chảy cân bằng, có nghĩa là điền đầy với cùng áp suất và thời gian.
1.1.3 Phân bố áp suất
Phân bố áp xuất có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm do:

11


Phân bố áp
suất

Vận tốc
điền khn

Ứng suất
trượt

Định
hướng

Co ngót,
chịu lực

Hình 1.1. Phân bố áp suất có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
Như vậy, muốn sản phẩm tốt phải tạo cho phân bố áp xuất đều từ
đầu đến cuối dòng chảy.
1.1.4 Ứng suất trƣợt cực đại
Khi ép phun, ứng suất trượt không vượt quá một giá trị cho phép,
giá trị này phụ thuộc vào vật liệu ép phun.
1.1.5 Vị trí đƣờng hàn
Đường hàn hình thành do sự gặp nhau của các dịng nhựa khác nhau
khi chảy trong khn, có cả vùng dày lẫn vùng mỏng, nhựa sẽ điền đầy
vùng dày trước điều này dẫn đến nghẽn dòng tại vùng mỏng.
1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẾN QUÁ TRÌNH
ÉP PHUN
Xem thêm trong sách Giáo trình Thiết kế cơ cấu đàn hồi trên sản
phẩm nhựa và Thiết kế phát triển sản phẩm phun ép nhựa.
Người thiết kế sản phẩm phải có kiến thức về thiết kế sản phẩm sản
xuất bằng công nghệ ép phun, bởi vì nó có thể tạo ra các vấn đề trong quá
trình ép phun; đồng thời, cũng phải biết các tính chất của vật liệu nhựa
nhiệt dẻo, quy trình ép phun nói chung, thiết kế khn và chất lượng chế
tạo khuôn và thiết kế sản phẩm cần thiết để sản xuất sản phẩm ép phun
nhựa nhiệt dẻo theo nhu cầu khách hàng. Sản xuất các sản phẩm nhựa
nhiệt dẻo có chất lượng cao địi hỏi phải thực hiện đúng ngay từ khâu
thiết kế. Khi thiết kế các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo, người thiết kế sản
phẩm phải dự đốn được một số vấn đề tiềm ẩn có thể xuất hiện trong
quá trình ép phun. Các yêu cầu thiết kế sản phẩm bao gồm độ dày đồng
đều, vị trí đường phân khuôn để cân bằng việc loại bỏ nhiệt từ cả hai bên
của các long khn, các góc bên trong phải liên tục, loại bỏ các cạnh sắc,
loại bỏ các lỗ sâu (lõi mỏng dài), lựa chọn vị trí cổng vào nhựa và xác

định dung sai kích thước.

12


1.2.1 Độ dày sản phẩm đồng nhất
Với sự thay đổi đột ngột về độ dày của thành sẽ tạo ra các vấn đề
về thiết kế khuôn đối với hệ thống kiểm sốt nhiệt độ của khn. Thay đổi
độ dày của thành làm cho việc duy trì nhiệt độ đồng đều trong các lịng
khn trong chu kỳ ép phun, sự thay đổi độ dày của một phần sản phẩm sẽ
không cho phép các thành làm mát với tỷ lệ phù hợp, thành dày sẽ co lại
nhiều hơn thành mỏng, gây cong vênh một phần, lỗ rỗng dễ xuất hiện trên
mặt cắt thành dày hơn, kiểm sốt kích thước kém, thời gian chu kỳ dài.
1.2.2 Cân bằng hình học
Vị trí của lịng khuôn phải được cân bằng trên cả hai mặt của
đường phân chia khn. Cả hai nửa của lịng khn phải cùng một thể
tích nhựa nóng chảy để làm mát đồng đều trong lịng khn. Nếu một
bên của lịng khn được phun nhiều nhựa hơn bên còn lại, bên này sẽ
trở nên nóng hơn. Mặt nóng hơn của lịng khn sẽ có xu hướng dính vào
các điểm nóng sâu, gây cong vênh và thời gian chu kỳ dài.
1.2.3 Các góc nhọn bên trong
Góc nhọn tạo ra ứng suất cao trên phần nhựa nhiệt dẻo; chúng cũng
tập trung ứng suất trong lòng khn. Nên thay thế các góc nhọn trong
thiết kế bằng bán kính bo trong ít nhất 0,8 mm. Nếu một góc nhọn là
khơng thể tránh khỏi, hãy giảm bán kính và đánh bóng khu vực bề mặt
này; Ngồi ra, các khu vực lịng khn này phải được thiết kế với các
insert để có thể tháo rời để dễ dàng sửa chữa.
1.2.4 Góc nghiêng thốt khn
Các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo nên được thiết kế có góc nghiêng
thốt khn cho thành bên. Cần có góc nghiêng thốt khn trên tất cả

các thành bên theo hướng mở khuôn hoặc kéo lõi. Nếu khơng có góc
nghiêng thốt khn, các sản phẩm ép phun bằng nhựa nhiệt dẻo dính
vào bề mặt lịng khn, gây ra xước bề mặt hoặc sản phẩm bị biến dạng
khi được lấy ra khỏi khuôn. Trong nhiều trường hợp, sản phẩm sẽ khơng
được đẩy ra hết, vì vậy khn đóng lại trên sản phẩm và gây ra hư hỏng.
1.2.5 Cạnh mỏng
Tránh việc sử dụng cạnh mỏng, do đòi hỏi thép mỏng và dễ gãy.
Trong lịng khn, các cạnh mỏng có xu hướng bị vỡ và sứt mẻ, dẫn đến
bảo trì khuôn và thời gian chết. Các cạnh mỏng bị gãy và sứt mẻ không
13


được phát hiện sẽ gây ra các vấn đề ba via khi nhựa nhiệt dẻo chảy vào
khe hở. Các cạnh mỏng trở nên cực kỳ nóng và mất nhiều thời gian hơn
để làm mát vì các kênh nước làm mát khơng thể được đưa đến đây, do
đó, làm tăng thời gian chu kỳ phun ép.
1.2.6 Tỷ lệ hình học
Tránh sử dụng lõi nhỏ dài. Chiều cao của lõi không không nên vượt
quá 4 lần độ dày cơ sở lõi. Trong quá trình ép phun, áp suất phun sẽ làm
biến dạng (chệch hướng) các lõi hẹp dài, bởi vì chúng đóng vai trò là
dầm ép phun, gây ra hiện tượng hở dịng và có thể làm hư hại khn.
Trong các trường hợp quan trọng, một phân tích cấu trúc của khn có
thể được thực hiện dựa trên mơ phỏng lực và độ võng cho phép. Lõi có
chiều cao lớn phải được thiết kế lại bằng cách sử dụng các lõi insert để
giảm khả năng bị hỏng và dễ dàng sửa chữa.
1.2.7 Loại và vị trí cổng vào nhựa
Cổng vào nhựa là một thành phần quan trọng trong quá trình ép
phun. Cổng ảnh hưởng đến loại khuôn cần thiết cho ứng dụng (hai tấm,
ba tấm, kênh dẫn nóng và khn nhiều tầng). Vị trí của cổng xác định độ
co rút của sản phẩm, dịng chảy, kích thước sản phẩm, độ cong vênh và

đường hàn. Cổng có chức năng như một van nhiệt giữa kênh dẫn nhựa và
lịng khn. Nhiệt độ được tăng xung quanh khu vực cổng bằng tốc độ
phun, áp suất và nhiệt độ nóng chảy. Cổng cho phép nhựa chảy vào lịng
khn; cổng nguội đi khi nhựa ngừng di chuyển, đóng cổng trong khi
nhựa bên trong lịng khn nguội đi dưới áp lực bão áp.
1.2.8 Diện tích bề mặt sản phẩm ép phun
Hệ thống đẩy khuôn cung cấp một lực đồng nhất để đẩy sản phẩm
ép phun ra khỏi khuôn. Lực đẩy phá vỡ chân không giữa thành bề mặt
bên trong của sản phẩm và lịng khn và đẩy các sản phẩm ra khỏi
khn. Diện tích bề mặt đẩy của sản phẩm nên được đặt theo hướng di
chuyển của khuôn, nơi thường đặt hệ thống đẩy. Người thiết kế sản phẩm
nên chỉ định các khu vực bề mặt đẩy có tiết diện lớn không quan trọng
đối với chức năng của sản phẩm. Loại hệ thống đẩy phụ thuộc vào cấu
hình hình học của sản phẩm ép phun và độ dày thành, độ cứng, tốc độ kết
tinh và nhiệt độ nóng chảy của nhựa nhiệt dẻo. Ví dụ, các lỗ hoặc dấu vết
khuyết tật trên bề mặt bên ngoài của sản phẩm ép phun có thể xuất hiện
bởi các chốt đẩy có đường kính nhỏ đẩy vào mặt cắt ngang có thành
14


mỏng của sản phẩm ép phun nhựa nhiệt dẻo khi đẩy sản phẩm ra khỏi
khuôn.
1.2.9 Dung sai sản phẩm ép phun
Một cái nhìn thực tế về chi phí dung sai thường giúp tránh chi phí
ép phun cao mà khơng ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm. Có thể
khơng hợp lý khi chỉ định dung sai nhỏ (độ chính xác cao) trong khi nó
được thiết kế để hoạt động trong một loạt các điều kiện bình thường.
Thay đổi kích thước do nhiệt độ gây ra có thể lớn gấp 3 đến 4 lần. Dung
sai cho các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo đã được phát triển bởi ngành công
nghiệp ép phun nhựa. Mục đích của các thơng số kỹ thuật này là để hỗ

trợ nhà thiết kế sản phẩm có được một phân tích nhanh và sơ bộ cho các
yếu tố dung sai ép phun khác nhau.
Hiểu được những hạn chế của quy trình này và biết cách kiểm sốt
dung sai tốt là kết quả của việc áp dụng các nguyên tắc thiết kế sản phẩm
nhựa nhiệt dẻo, làm việc với các nhà thiết kế khuôn và khuôn, nhận thức
được các quy tắc quản lý trong công nghệ nhựa và áp dụng các cơng
nghệ mới nhất cho q trình ép phun.
1.2.10 Bề mặt hoàn thiện của sản phẩm ép phun
Bề mặt hoàn thiện ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, chi phí
khn, chu kỳ khn và thời gian giao hàng. Hồn thiện bề mặt được sử
dụng để nâng cao tính thẩm mỹ bề mặt của sản phẩm ép phun. Bất kỳ
thông số kỹ thuật đánh bóng nào phải tham khảo sản phẩm ép phun chứ
không phải bản thân khuôn. Chỉ định hồn thiện bề mặt khn khơng
nhất thiết tạo ra kết quả mong đợi trên thành phẩm ép phun. Mặc dù u
cầu đối với sản phẩm có độ bóng cao địi hỏi phải có độ bóng cao trên bề
mặt lịng khn, các yếu tố khác, chẳng hạn như nhựa, cổng vào nhựa,
nhiệt độ nóng chảy của nhựa và khn, tốc độ phun và thốt khí trong
khn ảnh hưởng đến bề mặt của sản phẩm. Để sản phẩm hồn thiện có
độ bóng cực cao, các loại thép được sử dụng để gia cơng lịng khn cần
được chỉ định để đảm bảo tuổi thọ hợp lý của lịng khn đánh bóng
trong sản xuất.

15


1.3 QUY TRÌNH THIẾT KẾ
1.3.1 Quy trình sản xuất khn

Hình 1.2. Quy trình sản xuất khn
Chu trình layout trong thiết kế khuôn mẫu ép nhựa:

a) Xác định sản phẩm
- Sản phẩm lắp ngồi hay lắp trong?
- Độ bóng phía khn âm và khuôn dương bằng bao nhiêu?
- Phạm vi ứng dụng của sản phẩm? (sản phẩm tiêu dùng hay sản
phẩm kỹ thuật?)
- Để chọn loại nhựa sử dụng phù hợp, tránh độc hại,…
b) Xác định năng suất khn
- Tính số lượng sản phẩm trong khn?
- Kích thước sản phẩm?
- Kích thước khuôn?
- Thời gian sử dụng?
- Chu kỳ ép?
c) Xác định cách bố trí sản phẩm
Dọc, ngang, trịn xoay,…?
d) Xác định kích thước sơ bộ vỏ khn

16


Từ cách bố trí sản phẩm và kích thước sản phẩm. Tính ra kích
thước sơ bộ lõi khn. Tính ra kích thước sơ bộ vỏ khn.
e) Xác định cỡ máy ép
Chọn máy ép phải căn cứ vào kích cỡ khn, khoảng mở máy ép,
khoảng mở khuôn, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, khả năng của công ty
(hiện tại công ty có những loại máy ép nào…?).
1.3.2 Quy trình thiết kế khn

Tính số
lịng khn

Nhu cầu thực tế

Thiết kế sản phẩm

Thiết kế hệ thống
kênh dẫn

Bố trí các
lịng khn

Chọn loại khn

Thiết kế hệ thống
làm nguội

Thiết kế hệ thống
đẩy sản phẩm

Thiết kế hệ thống
thốt khí

Mơ phỏng phân
tích (CAE)

Tính tốn sức bền
khn

Chọn vật liệu làm
khn

Hồn chỉnh thiết kế

Thiết kế hệ thống
dẫn hướng và
định vị

Hình 1.3. Quy trình thiết kế khn
Trong q trình thiết kế khuôn, các bước trên không nhất thiết
tiến hành độc lập mà phải phối hợp linh hoạt với nhau để đạt kết quả
tốt nhất.
Trong thực tế sản xuất, quy trình thiết kế khuôn được tiến hành như sau:
Nhận bản vẽ (giấy hoặc file: 2D, 3D) > Layout > Thuyết minh
phương án > Xử lý sản phẩm > Tách khuôn ra các thành phần > Xử lý
lõi khuôn > Tạo bản vẽ lắp ráp > Tạo bản vẽ chi tiết > Thiết kế và chế
tạo bản vẽ điện cực dùng EDM > Duyệt > Kiểm tra bản vẽ > Phát
hành bản vẽ > Xuất file.
1.3.3 Quy trình thiết kế sản phẩm
17


Hình 1.4. Quy trình thiết kế sản phẩm
Trong quá trình phân tích sản phẩm, nếu áp suất cần cho quá trình
điền đầy cao hay xuất hiện các khuyết tật như: sản phẩm không được
điền đầy, bị bavia, xuất hiện đường hàn... khơng nên sửa đổi ngay hình
học sản phẩm mà nên ưu tiên thay đổi các thông số ép hay chọn loại vật
liệu nhựa.
Nếu việc thay đổi các thông số gia công vẫn không cải thiện được
các vấn đề trên thì nghĩ đến việc thay đổi hình học của chi tiết. Vì khi
thay đổi hình học sản phẩm có thể sẽ ảnh hưởng đến nhiều chi tiết lắp
khác có liên quan, đồng thời phải xem xét đến tính thẩm mỹ và độ bền

của chi tiết.

18


1.3.4 Quy trình thiết kế hệ thống kênh dẫn

Mơ hình sản phẩm 3D
Yêu cầu thẩm mỹ

Xác định vị trí miệng phun

CAE
Các chỉ tiêu kỹ thuật:
 Rỗ khí
 Đường hàn
 Độ cong vênh

Đạt
Kích thước, kiểu miệng phun

Số lịng khn

Bố trí các lịng khn
Thiết kế hệ thống kênh dẫn:
 Cuống phun
 Kênh dẫn
 Cổng vào nhựa

Mơ hình hóa 3D

Các thơng số ép
Khơng đạt

CAE
Các yêu cầu kỹ thuật:
 Áp suất, thời gian điền đầy
 Phân bố nhiệt độ đồng đều
 Cong vênh trong giới hạn

Khơng đạt

Đạt
Hồn chỉnh thiết kế
Hình 1.5. Quy trình thiết kế hệ thống kênh dẫn

19


1.3.5 Quy trình thiết kế hệ thống làm nguội
Sản phẩm

Hệ thống dẫn nhựa

Hệ thống đẩy

Thiết kế hệ thống làm nguội

CAE






Yêu cầu kỹ thuật:
Phân bố nhiệt độ
Độ cong vênh
Chênh lệch nhiệt độ

Khơng đạt

Đạt
Hồn chỉnh hệ thống làm nguội

Hình 1.6. Quy trình thiết kế hệ thống làm nguội
1.4 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ KHUÔN
Nhu cầu thực tế

Thiết kế sản phẩm và
nhập hệ số co rút

Thiết kế hệ
thống kênh dẫn

Bố trí
các lịng khn

Chọn loại khuôn

Thiết kế hệ
thống làm nguội

Thiết kế hệ thống
đẩy sản phẩm

Thiết kế hệ thống
thốt khí

Chọn vật liệu
làm khn

u cầu kỹ thuật
của các tấm khuôn

Thiết kế hệ thống
dẫn hướng, định
vị và các chi tiết
tiêu chuẩn

Tính số lịng
khn

Hồn chỉnh thiết kế

Hình 1.7. Trình tự thiết kế khuôn
- Công việc, các số liệu đặt hàng như thiết kế từng phần, số lượng,
vật liệu sản phẩm.
20


- Số liệu về máy phun nhựa như: áp lực phun, lực kẹp, lượng nhựa

một lần phun, kích thước các tấm, khoảng mở lớn nhất và nhỏ nhất.
- Loại khuôn: khn bình thường, khn có cắt sau.
- Thiết kế cơ khí như: độ dày các tấm, phân bố các lỗ.
- Độ co rút: xác định tính chất vật liệu, độ dày thành chi tiết,…
- Vật liệu khuôn: loại vật liệu của từng chi tiết, độ cứng, độ bóng.
- Lịng khn và lõi: liền khối hoặc lắp ghép, lắp ghép thứ cấp và
thiết kế lắp ghép.
- Bố trí các lịng khn: số lịng khn, sự bố trí, vị trí.
- Thiết kế hệ thống phun: trực tiếp hoặc gián tiếp, thiết kế bạc phun.
- Mặt cắt ngang của kênh dẫn nhựa: tròn, hình thang, kênh dẫn
nhựa nóng hoặc kênh có cách nhiệt.
- Hệ thống miệng phun: màng, vòng, đường phun, lưỡi, bản, flash,
chậu, chốt ngầm, định vị miệng phun,…
- Điều khiển nhiệt: thiết kế đường nước, số lớp,…
- Hệ thống tháo khuôn: chốt đẩy, tấm đẩy, vòng đẩy,…
- Dẫn hướng và định vị tấm: định vị bằng cơn, trụ dẫn, chốt vịng
định vị,…
- Sự thốt khí: rãnh dẫn, rãnh thốt, chốt, màng mỏng,…
- Các chi tiết ghép nối: bu lông dài, bộ kích động thủy lực mặt bên,
máy dẫn động bằng hệ thống khơng có ren,…
Thiết kế khn đúng phương pháp là phải có một trình tự, có tổ
chức, có danh mục kiểm tra từng bước một cách có hệ thống của các quy
tắc thiết kế cơ bản hướng dẫn cho người thiết kế trước khi bắt đầu thiết
kế. Điều rất cần thiết trong thiết kế khuôn là phải tham khảo ý kiến của
người sử dụng, người làm khn, phịng kiểm tra chất lượng và người
đóng gói khn,… Việc lựa chọn miệng phun, thốt khí, phương pháp
tháo khn điều rất quan trọng.
Sự xem xét chủ yếu trong thiết kế khuôn là phải có sự tin cậy hồn
tồn rằng khn sẽ làm việc đúng như định trước. Nếu có nghi ngờ gì thì
phải giải quyết trước khi thiết kế khn vì điều chỉnh trên bản vẽ sẽ dễ

hơn rất nhiều so với sửa bộ khuôn thực tế.
Trước khi chấp nhận một đơn đặt hàng để chế tạo khuôn, khách
hàng cùng với kỹ sư chịu trách nhiệm chính về thiết kế chế tạo bộ khuôn
21


đó phải thảo luận với nhau về thiết kế từng phần, về chất lượng vật liệu
khuôn, về gia công tinh các bề mặt, các yêu cầu về dung sai và về mọi
thông tin khác.
Các thông tin liên quan đến máy và bộ khuôn sẽ được lắp lên là
điều quan trọng nhất trong thiết kế khn.
Sau khi đã có số liệu về máy, về loại sản phẩm, người thiết kế có
thể bắt đầu phân tích kiểu khn sẽ thiết kế. Ở giai đoạn này nên tham
khảo ý kiến với phòng sản xuất về máy nào, hoặc phương pháp gia công
nào nên sử dụng trong bản thiết kế này. Những gợi ý về thiết kế cơ khí
cũng nảy sinh trong q trình thảo luận.
Độ co của vật liệu sản phẩm phụ thuộc vào dạng vật liệu sử dụng,
cũng cần được thảo luận với khách hàng.
Để khuôn được kinh tế cần sử dụng mọi chi tiết tiêu chuẩn hóa
như: các chi tiết lắp ghép, đầu nối, các chi tiết phụ trợ cho khuôn và các
phụ tùng thay thế.
Cấu trúc khuôn phụ thuộc nhiều vào số lượng sản phẩm cần thiết.
Thông thường trước khi bắt đầu thiết kế khn, nhà thiết kế phải có
những thông tin sau:
- Một bản vẽ sản phẩm rõ ràng, có nói đến vật liệu được phun vào
khn.
- Kiểu máy gia cơng sẽ dùng để nhà thiết kế có thể đảm bảo việc
lắp ráp khn.
- Số lượng lịng khn.
Nhà thiết kế khn cần có sự trao đổi với nhà thiết kế sản phẩm về

chỗ đặt đường phân khuôn, chỗ đặt miệng phun, chỗ đặt chốt đẩy. Khi
thiết kế khuôn phải đặc biệt chú ý đảm bảo cho sản phẩm không dính vào
mặt khơng mong muốn của khn. Sau khi trao đổi, nhà thiết kế bắt tay
vào việc thiết kế khuôn với những thơng tin có trong bản vẽ sản phẩm.
1.5 YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI CHI TIẾT CỦA BỘ KHN
1.5.1 Độ chính xác về hình dáng
Nâng cao độ chính xác về hình dáng là nhằm đảm bảo sản phẩm được
sản xuất ra có chất lượng cao, khơng cong vênh, có mỹ thuật theo yêu cầu
của người thiết kế sản phẩm, đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng.
Độ chính xác về hình dáng cịn góp phần vào q trình nâng cao
năng suất sản xuất sản phẩm (như khn có góc nghiêng chính xác, bề
mặt đạt độ nhám theo thiết kế thì sản phẩm sẽ đạt chất lượng cao và nhựa
dễ dàng chảy vào cũng như dễ lấy ra khỏi khuôn,…) đồng thời cũng nâng
cao tuổi thọ của khuôn.
22


1.5.2 Độ chính xác về kích thƣớc
Đối với những khn nhựa kỹ thuật cao, thì độ chính xác về mặt
kích thước rất quan trọng. Thông thường các sản phẩm nhựa này được
lắp với nhau hoặc lắp với các phần khác, do đó các chi tiết khn ở phần
tạo hình cho việc lắp ráp này cần được chế tạo rất chính xác.
Độ chính xác cao của chi tiết sẽ làm cho các phần khuôn lắp với
nhau một cách dễ dàng, các phần sẽ nằm đúng vị trí, việc định vị hai
phần khn với nhau được thực hiện một cách chính xác và hồn hảo,
các mặt phân khn ăn khớp với nhau, sản phẩm nhựa được tạo ra sẽ
không bị bavia cũng như không bị biến dạng do độ dày mỏng khác nhau
của sản phẩm (do khoảng tạo hình giữa chày và cối không đều) gây ra.
1.5.3 Độ cứng của các chi tiết trong khuôn
Độ cứng của các chi tiết trong khuôn có liên quan chặt chẽ đến các

yếu tố khác như khả năng chống mài mòn, khả năng chịu lực ép, khơng
bị biến dạng,…
Khả năng chống mài mịn: mức độ chống mài mịn của khn tùy
thuộc vào loại nhựa dùng để ép, chế độ làm việc lâu dài của khuôn. Để
nâng cao khả năng chống mài mịn của khn thì bề mặt cần nhiệt luyện,
thấm nitơ, cacbon, hay mạ crôm,…
Khả năng chịu lực ép không bị biến dạng: trong suốt quá trình làm
việc, khn nhựa ln bị lực ép (lực kẹp khuôn, áp lực phun) dồn vào
những bề mặt của bộ phận khn, do đó kết cấu khn phải đủ bền để
tránh gây biến dạng làm hư khn.
Ngồi ra, độ cứng cũng góp phần làm cho chi tiết dễ đánh bóng,
chống hoen rỉ khi làm việc trong môi trường ẩm ướt.
1.5.4 Độ bóng
Chỉ tiêu về độ bóng đối với các chi tiết tạo hình sản phẩm (phần chày,
phần cối, các miếng ghép,…). Để sản phẩm trong suốt, bằng phẳng thì độ
bóng của chi tiết phải như tấm gương (độ nhám bề mặt < 0,05Ra). Độ bóng
đạt được do thành phần Crơm, độ tinh khiết cũng như độ cứng cần thiết của
vật liệu làm khuôn. Do vậy, khi chọn vật liệu để chế tạo các chi tiết tạo hình,
phải quan tâm nhiều đến thành phần Crôm, khả năng đạt độ cứng đến mức
cần thiết và độ biến dạng ít sau khi nhiệt luyện.

23


Chƣơng 2
THIẾT KẾ KHUÔN PHUN ÉP NHỰA
Mục tiêu chương 2: Giới thiệu về việc thiết kế khuôn mẫu
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng trình bày:
1) Khái niệm khuôn, loại và cấu trúc của bộ khuôn.
2) Tính số lịng khn.

3) Tính tốn thiết kế hệ thống cấp nhựa nguội
4) Tính tốn thiết kế hệ thống cấp nhựa nóng
5) Tính tốn thiết kế hệ thống lấy sản phẩm
6) Tính tốn thiết kế hệ thống làm nguội khn
7) Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn hướng và định vị
8) Tính tốn thiết kế hệ thống thốt khí
9) Tính tốn thiết kế hệ thống tháo undercut
10) CAE là gì? ứng dụng của CAE
2.1 TỔNG QUÁT
Chương này cung cấp thông tin thực tế để lập kế hoạch xây dựng
khuôn sản xuất phun nhựa nhiệt dẻo. Nó thảo luận về chức năng của
khuôn, loại khuôn, đế khuôn, loại thiết kế khuôn phổ biến, thông số kỹ
thuật khuôn, các nguyên tắc thiết kế khuôn cơ bản.
Khuôn ép nhựa nhiệt dẻo dường như là một miếng thép rất đắt
tiền, với giá thành của một số khuôn cao hơn so với khuôn ép phun.
Tuy nhiên, về lâu dài, khuôn chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong chi phí
bộ phận. Lập kế hoạch tốt trong q trình xây dựng các khn bao
gồm rất nhiều giao tiếp giữa người thiết kế sản phẩm, kỹ sư dụng cụ,
kỹ sư q trình, nhà thiết kế khn mẫu, người xây dựng khuôn mẫu
và đại diện kỹ thuật nhà cung cấp nhựa. Quá trình ép phun nhựa nhiệt
dẻo rõ ràng bao gồm việc sử dụng khuôn cần thiết để sản xuất sản
phẩm cuối cùng. Điều quan trọng là phải có một số hiểu biết về thiết
kế sản phẩm, nhựa nhiệt dẻo, quy trình ép phun và thơng tin kỹ thuật
cần thiết để thiết kế.
24


Khn ép nhựa nhiệt dẻo là gì? Nói một cách đơn giản, nó là một
tập hợp các tấm thép và các thành phần khuôn khác, khi được lắp ráp và
lắp đặt đúng cách trong máy ép phun, có khả năng sản xuất các sản phẩm

ép phun cần thiết từ một vật liệu nhiệt dẻo nhất định.
Phần lớn các khuôn ép nhựa nhiệt dẻo được chế tạo bằng thép công
cụ chất lượng cao, được thiết kế và chế tạo bởi các nhà sản xuất khn
mẫu đủ tiêu chuẩn, có khả năng chịu được áp suất phun cao và nhiệt độ
tăng cao của quy trình cùng với các chu kỳ thường tạo ra quá trình ép
phun một quá trình sản xuất khả thi về kinh tế.
Khn ép nhựa nhiệt dẻo địi hỏi một ống lót rãnh rót để cung cấp
sự xâm nhập của nhớt chảy vào khoang. Bởi vì khn phải được gắn vào
máy ép phun, phải cung cấp cho việc kẹp khuôn đúng cách vào trục máy
và để đẩy phần ép phun ra.

Hình 2.1. Bộ khn ép nhựa điển hình
2.1.1 Khái niệm về khuôn
Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phương
pháp định hình, khn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số
lượng chu trình nào đó, có thể là một lần và cũng có thể là nhiều lần.
25