Thiết kế và chế tạo hệ thống kênh dẫn nhựa - hệ thống làm nguội và hệ thống định vị dẫn hướng

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA

HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ
THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

GVHD:Ths. TRẦN MINH THẾ UYÊN

Mục Lục


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

HỆ THỐNG LÀM NGUỘI TRONG KHUÔN ÉP NHỰA

I.

1. Vai trò
• Giảm thời gian làm nguội (chiếm 60% chu kì ép) nhưng phải đảm bảo chất lượng sản
phẩm tăng năng xuất.
• Khuôn có nhiệt độ ổn định, làm tuổi thọ khuôn cao lên đồng thời hạn chế phế phẩm.
2. Cấu tạo của hệ thống làm nguội

•
•
•
•
•

•
•
•

Hình 1: Thành phần hệ thống làm nguội.
D: Bơm
C: Ống cung cấp chất làm nguội
G: Vách làm nguội
E: Kênh dẫn nguội
F: Ống dẫn
B: Khuôn
A: Bể chứa dd làm nguội
H: Bộ điều khiển nhiệt độ

3. Phương pháp chế tạo và tính toán hệ thống làm nguội
a. Một số chất làm nguội:
• Vd: Chất đóng bang (glycol/nước) nhiệt độ làm việc -20 – 0 oC; nước làm lạnh 0-90
o
C…vvv (Bảng 1.8/GT.TKCTKPEN, trang 91).
b. Độ dẫn nhiệt của kim loại
• Vd: Vật liệu làm khuôn thép Ni – Cr 30-60 W/m.k (độ dẫn nhiệt); nhôm 197 W/m
(Bảng 1.9/GT.TKCTKPEN, trang 91).
Page 2


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

c. Quy luật thiết kế kênh làm nguội

•

Chú ý độ dày của sản phẩm, bố trí kênh dẫn nguội gần thành dày của sản phẩm.

•
•
•
•

Hình 2: Bố trí kênh dẫn nguội làm đồng đều và không đồng đều
Giải nhiệt tốt khi kênh dẫn nguội đặt gần mặt phân khuôn.
Đường kính kênh dẫn nguội không đổi.
Một đầu vào một đầu ra, chênh lệch ít (1-5 0 oC).
Chia kênh dẫn nguội nhiều vòng làm nguội.
Page 3


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

•
•
•

Dòng chất làm nguội chảy lien tục.
Bố trí lênh dẫn nguội đồng đều hai phí core and cavity.
Kênh dẫn nguội phải được khoan có độ nhám để tạo dòng chảy rối trao đổi nhiệt tốt
hơn dòng chảy tầng 3-5 lần.

Hình 3: Kênh dẫn nguội không nên quá dài
Dòng chảy rối Raynold:
Trong đó:

• : tỷ trọng riêng của chất làm nguội kg/m3
• : hệ số nhớt kênh làm nguội (m2/s)
• : đường kính kênh dẫn nguội (m)
• : vận tốc trung bình của dòng chất làm nguội (m/s)

Bảng 1: Trạng thái dòng chảy dựa trên Raynold

Page 4


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Bảng 2: Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế

Hình 4: Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế
d. Làm nguội lõi khuôn
1. Hệ thống làm lạnh có vách ngăn (Baffe system)

Hình 5: Hệ thống làm lạnh có vách ngăn
2. Hệ thống kiểu vòi phun (Fountain system)

Page 5


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 6: Hệ thống kiểu vòi phun
3. Hệ thống làm lạnh dạng lỗ góc(Angle hole design)

Hình 7: Hệ thống làm lạnh dạng lỗ góc

4. Hệ thống làm nguội dạng lỗ từng bước(stepped hole design)
5. Hệ thống làm nguội dạng xoắn ốc(spiral cooling)

Page 6


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 9: Hệ thống làm nguội dạng xoắn ốc
6. Các dạng giải nhiệt khác

Page 7


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 10: làm nguội bằng khí

Hình 11: làm nguội bằng ống dẫn nhiệt
PP

Vách
ngăn

Vòi phun

Lỗ góc

Lỗ từng
bước

Xoắn ốc

Dạng khác

Cơ
cấu

Page 8


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Đặc
điểm

Cải
tiến

Làm lạnh
lõi nhỏ

Năng xuất
cao hơn
Phân bố
giải nhiệt
đều hơn

Cải tiến so
với pp vách

ngăn

Khó chế
tạo (Phôi
bị kẹt
trong qt
chế tạo

Tương tự
pp lỗ góc

Đường
làm nguội
đều
Năng xuất
cao hơn

Thanh nhiệt
ngoài giải nhiệt
còn là lõi
khuôn
Ống dẫn nhiệt
và thanh nhiệt
nước truyền
nhiệ giải nhiệt
cho khuôn

Dễ chế tạo Hiệu quả
hơn,nhưng nhất so với
phải có

các pp
nút bịt

e. Làm nguội lòng khuôn
1. Một số hệ thống bố trí kênh nguội làm lạnh trên lòng khuôn

Hình 12: Hệ thống làm lạnh cavity dạng tròn

Hình 13: Một số hệ thống làm lạnh các dạng khác.

Page 9


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

2. Các bố trí hệ thống làm nguội trên lòng khuôn.

Hình 14: Bố trí kênh dẫn nguội theo từng kênh riêng biệt

Hình 15: Bố trí kênh dẫn nguội dạng vòng một cấp

Page 10


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 15: Bố trí kênh dẫn nguội dạng vòng nhiều cấp

f. Các chi tiết sử dụng trong hệ thống làm nguội
1. Các nút chỉnh dòng (pressure plugs)

• Dùng để khóa hay điều khiển dòng chảy của chất làm nguội theo ý của người
thiết kế.

Page 11


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 16: Một số loại các nút chỉnh dòng

2. Nút và que làm lệch hướng dòng(driverting plug and rod)

Page 12


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 17 : Một số loại nút và que làm lệch hướng dòng

3. Cascade water junction
• Dùng để làm nguội các lõi được cấy vào khuôn hoặc những vùng khó thiết kế
kênh làm nguội
Page 13


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 18 : Một số loại cascade water junction
4. Vách tròn (bubbler tube)
• Là loại ống dùng làm nguội những lõi nhỏ được cấy vào khuôn

Page 14


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 19 : Một số loại vách tròn
5. Vách phẳng hoặc vách xoắn(baffle or sprical baffle)
• Dùng để làm nguội 2 thành phần. Vách phẳng sẽ giúp chất làm nguội chạy lên
xuống bên trong các lỗ khoan và tạo ra dòng chảy rối bên trong chúng để quá
trình làm nguội diễn ra nhanh hơn.

Page 15


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hinh 20 : Một số loại vách phẳng hoặc vách xoắn
6. Ống dẫn nhiệt (thermal pin)
• Dùng để làm nguội lõi cấy hoặc các lõi trược trên mặt bên.

Hình 21 : Làm nguội bằng ống dẫn nhiệt
7. Đầu gối chuyển tiếp(elblow)
• Dùng để kết nối ống dẫn chất làm nguội với kênh dẫn làm nguội

Page 16


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hinh 22 : Một số loại đầu gối chuyển tiếp
8. Đầu nối(connector)
• Dùng để kết ống dẫn chất làm nguội với kênh dẫn làm nguội

Hình 22: Một số đầu nối
9. Ống phân phối chất làm nguội.

Page 17


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 23: Ống phân phối
g. Tính lưu lượng nước làm nguội
• Cần phải biết lưu lượng nước làm nguội vì nó trực tiếp lien quan đến đường kính
của kênh nguội sẽ được thiết kế. Lưu lượn nước làm nguội được tính:

Q= với
Trong đó:
• : Tổn thất áp dọc đường trong kênh nguôi
• : Hệ số tổn thất
• : Tổng chiều dài kênh dẫn nguội
• : Đường kính kênh nguội
• : Hệ số gia tốc trọng trường.
Suy ra

= với
Trong đó:
• : Độ nhám tuyệt đối
• : Đường kính kênh dẫn nguội

• Nhận xét : tổn thất áp tỷ lệ nghịch với đường kính kênh nguội, đường kính càng lớn
thì sự mất áp càng nhỏ.
Theo thực nghiệm : có thể dựa vào bảng dưới đây để chọn các giá trị phù hợp.
Đường kính kênh dẫn nguội(mm)
8
10
14
16
20
25

Lưu lượng nước tối thiểu(lít/phút)
2.84
3.41
5.11
5.68
6.82
9.46

Page 18


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

h. Tính toán thời gian làm nguội
• Thời gian làm nguội được hiểu là thời gian từ lúc khuôn bắt đầu chiu tác động của
áp suất giữ khuôn cho đến khi khuôn mở ra.
• Là hàm số của nhiệt độ khuôn, nhiệt độ chảy dẻo, tính chất vật liệu đem phun ép, và
chiều dày của sản phẩm.
• Trường hợp tính thời gian làm nguội với sản phẩm dày từ 1- 4mm, nhiệt độ khuôn

dưới 600C có thể sử dụng công thức sau:
với : thành dày nhất của sản phẩm.
Ví dụ:
, thành sản phẩm dày 2.5mm
Trường hợp nhiệt độ khuôn cao hơn 600C thì:

với
Với
•
•

h : Chiều dày của sản phẩm(m)
: Độ khếu tán nhiệt

i. Thời gian làm nguội một số chi tiết

Page 19


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 24: Thời gian làm nguội một số dạng chi tiết
j. Kết luận:
• Nhiệt độ khuôn là thành phần quan trọng nhất ảnh hưởng đến định hình và chất
lượng sản phẩm.

Page 20


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

•

Thời gian làm nguội được xác định chủ yếu dựa vào nhiệt độ khuôn, không thế rút
ngắn thời gian làm nguội bằng cách giảm nhiệt độ mà phải từ khâu thiết kế sản
phẩm(độ dày không cần thiết…), thiết kế khuôn nhựa(vật liệu khuôn, kênh nhựa,
đường nước làm nguội…)
II.

•

HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG VÀ ĐỊNH VỊ

Có rất nhiều pp để định vị hai tấm khuôn, phụ thuộc vào hình dạng của chi tiết, độ
chính xác của sản phẩm, tuổi thọ của khuôn.
Các cách chọn:
• 1.Không sử dụng định vị trong khuôn
• 2.Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng
• 3.Khóa côn giữa lòng khuôn và lõi khuôn
• 4.Khóa côn giữa nhóm lòng khuôn và lõi khuôn
• 5.Khóa nêm
• 6.Kết hợp 1 với 3,4,5 hoặc 6
a. Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng
• Chức năng chính của chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng là đưa khuôn sâu vào khuôn
trước thẳng hàng với nhau.
• Chốt dẫn hướng nằm khuôn trước và bạc dẫn hướng nằm khuôn sau.
• Độ dài của chốt dẫn hướng phải dài hơn miếng ghép cao nhất để tranh hỏng hóc khi
đóng khuôn đặc biệt khi lắp ráp.
1. Các loại chốt dẫn hướng

2. Các loại bạc dẫn hướng

Page 21


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Hình 25 : Bạc dẫn hướng thẳng không vai và có vai

3. Cách lắp bạc dẫn hướng và chốt dẫn hướng

Page 22


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

Khi chốt được cài đặc trên tấm hỗ trợ, ổ đỡ có
Chốt được cài đặt trên ổ đỡ nhanh
thể gỡ bỏ từ khuôn mà không gỡ bỏ tấm này. Dễ chóng, khi ổ đỡ gỡ bỏ từ khuôn chuẩn.
bảo dưỡng
Lắp ráp hoàn chỉnh bị loại bỏ
Hình 26: Lắp bạc dẫn hướng và chốt dẫn hướng
• Việc lắp ráp các chốt dẫn hướng trong khuôn rất quan trọng.
• Trong một khuôn bình thường có thể 4 chốt dẫn hướng, đơn giản 2,3 chốt.
• Những khuôn lớp có tới 6 chốt (khác đường kính) tránh gay ra hỏng hóc cho lòng và
lõi khuôn

Bảng 3: Bảng tra kích thước trục dẫn hướng
b. Cơ cấu định vị
• Thông thường các chốt dẫn hướng có thể giữ được một độ thẳng hàng sơ bộ, nhưng với

khuôn chính xác thì dung sai của các chốt dẫn hướng là quá lớn vì thế cần có định vị
Page 23


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

•

Sản phẩm lớn phải có bộ định vị (chịu lực ép bề mặt…)

1. Cơ cấu định vị mặt côn
• Ứng dụng chính cho lòng khuôn rộng và sâu với sản phẩm thành mỏng
• Để tránh bịt trên mặt côn và nâng cao tuổi thọ của khuôn, nên tôi bề mặt ở chổ
tiếp xúc của mặt côn hay lắp vào nó khối lắp ghép đã tôi bề mặt

Hình 27: Cơ cấu định vị mặt côn
2. Cơ cấu định vị chính xác bằng mặt
Lợi ích:
• Nâng cao tuổi thọ, lợi nhuận cho việc sửa chữa

Page 24


HỆ THỐNG LÀM NGUỘI VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DẪN HƯỚNG

1 Tấm khuôn cố định
2 Nêm định vị mặt bên
3 tấm khuôn di động
Mặt vát đơn vị chính xác

1 Tấm khuôn cố định
2 Nêm hai mặt bên
3 tấm khuôn di động
Mặt vát đôi vị chính xác

1 Nêm mặt bên
2 Nêm chống ăn mòn
Mặt định vị có tấm chống ăn
mòn

c. Vị trí của chốt và bạc dẫn hướng
• Việc dặc các chốt và bạc dẫn hướng trong khuôn cũng rất quan trọng
• Hai Phần khuôn đặt ngược nhau sẽ gây hỏng hóc lòng và lõi khuôn
• Sử dụng chốt đường kính khác nhau(1 chốt có đk khác hoặc 1 lỗ xê dịch so với các lỗ
còn lại) hệ thống thân khuôn tiêu chuẩn

TÀI LIỆU THAM KHẢO
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN PHUN ÉP NHỰA( T.S PHẠM
SƠN MINH – THS TRẦN MINH THẾ UYÊN)

Page 25