ỨNG DỤNG CATIA TRONG THIẾT KẾ KHUÔN MẪU

đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

Mục lục
Mục lục .
1
Lời Nói Đầu.
5
Phần A: Tổng Quan Về Chế Tạo Sản Phẩm Nhựa Plastic 7
I. Giới Thiệu Về Chất Dẻo Polymer ...
1. Định nghĩa ......
2. Phân loại chất dẻo ...
3. Tính chất cơ bản của chất dẻo Polymer ..........
3.1. Tính chất cơ lý của nhựa ..
3.2. Tính chất hoá học của vật liệu nhựa .

8
8
8
10
10
12

II. Các Loại Chất Dẻo Thờng Gặp Và ứng Dụng . 12
1. Nhựa nhiệt dẻo 12
2. Nhựa nhiệt rắn 13
III. Các Phơng Pháp Gia Công Sản Phẩm Chất Dẻo .
1. Công nghệ cán
2. Công nghệ phủ chất dẻo ..
3. Công nghệ đùn

4. Công nghệ gia công chi tiết rỗng
5. Công nghệ gia công ép & Gia công ép phun ..
6. Công nghệ tạo xốp chất dẻo
7. Công nghệ gia công hàn chất dẻo ...
8. Công nghệ dán chất dẻo ..

14
14
14
14
14
14
15
15
15

IV. Máy ép Phun Nhựa (Injection Machine) . 15
1. Cấu tạo máy ép phun .. 15
2. Phân loại các loại máy phun nhựa .. 17
2.1. Máy ép phun với vít chuyển động qua lại theo đờng .. 17
2.2. Máy ép phun dùng Piston - Vít hai giàn ... 17
2.3. Máy Piston phun một giàn 18
2.4. Máy Piston phun hai giàn . 18
3. Chu kỳ phun nhựa của máy ép phun nhựa dùng vít chuyển động qua
lại
18
4. Các thông số của máy ép phun nhựa .. 19
4.1. Lực kẹp . 19
4.2. Dung tích phun . 19
4.3. Tỷ lệ hoá dẻo 19

4.4. Mức độ phun 20
4.5. áp lực phun .. 20
4.6. Khoảng mở của máy . 20
Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 1


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

V. Đờng Lối Thiết Kế Khuôn Sản Phẩm Chất Dẻo .. 20
1. Định nghĩa .. 20
2. Các bộ phận chính của khuôn và chức năng của chúng .. 20
3. Yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép sản phẩm nhựa 22
4. Cơ sở dữ liệu cần thiết trớc khi thiết kế khuôn . 22
5. Các kiểu khuôn phổ biến 22
5.1. Khuôn hai tấm .. 22
5.2. Khuôn ba tấm ... 23
5.3. Khuôn nhiều tầng . 24
6. Các hệ thống cơ bản của khuôn .. 24
6.1. Hệ thống cấp nhựa 24
6.2. Hệ thống đẩy 30
6.3. Hệ thống làm nguội khuôn ... 32
6.4. Lõi mặt bên .. 34
7. Các chi tiết cơ bản của khuôn . 34
7.1. Chốt dẫn hớng và bạc dẫn hớng ...
34
7.2. Các bộ định vị .. 35

7.3. Miếng ghép .. 35
7.4. Sự thoát khí ... 35
7.5. Lắp ráp và lỗ để lắp bulông vòng . 35
8. Phơng pháp thiết kế khuôn 35
8.1. Sự tiếp cận hệ thống để thiết kế khuôn . 36
8.2. Ước tính độ co . 36
8.3. Xác định kích thớc lòng khuôn và các tấm 36
9. Sử dụng và bảo quản khuôn 37
9.1. Lắp đặt khuôn .. 37
9.2. Hoạt động của khuôn .. 37
9.3. Lu giữ khuôn ..
38
Phần B: Khai Thác Và Sử Dụng Phần Mềm Công Nghiệp CATIA ..... 39
I. Tổng Quan Về Phần Mềm Thiết Kế Cơ Khí CATIA ..
1. Giới thiệu phần mềm CATIA .
2. Cấu trúc phần mềm CATIA
2.1. Mechanical Design ..
2.2. Analysis & Simulation .
2.3. Machining

40
40
40
41
42
42

II. Sơ Đồ Thiết Kế Khuôn Sử Dụng Phần Mềm CAD/CAM CATIA 42
III. Product Design (Các module thiết kế sản phẩm) . 44
IV. Core & Cavity Module (Tạo bề mặt lõi và lòng khuôn) .. 44

V. Mold Tooling Design (Module thiết kế khuôn) 49
VI. Machining Module (Module gia công CNC) ... 68
1. Vào môi trờng Module và các thiết lập ban đầu ... 68
Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 2


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

2. Các chu trình gia công phay Milling Operation . 71
2.1. Pocket Operation (Phay hốc) 71
2.2. Profile Contouring Operation (Phay Contour) .. 78
2.3. Roughing Operation (Phay thô bề mặt phức tạp) . 79
2.4. Sweep Roughing Operation (Gia công thô bề mặt phức tạp) ... 81
2.5. Sweep Operation (Gia công tinh bề mặt phức tạp) ... 85
2.6. Zlevel Machining (Gia công tinh gia công các vách đứng) . 88
2.7. Drilling Operation (Gia công khoan lỗ) ... 89
3. Mô phỏng quá trình gia công (Replay Toolpath) 91
4. Xuất mã gia công (Post - Processor) . 95
a. Tạo mã NC APT - Code .. 96
b. Tạo mã NC Cldata .. 97
c. Tạo mã NC G - Code ... 97
VII. Analysis Module (Module phân tích FEM) 99
1. Thiết kế mô hình chi tiết . 100
2. Gán vật liệu cho chi tiết .. 100
3. Tạo thuộc tính cho chi tiết .. 102
4. Tạo thuộc tính liên kết (Connection Properties) . 102

5. Các kiểu phần tử - Chia lới phần tử hữu hạn 104
5.1. Các kiểu phần tử ... 104
5.2. Chia lới phần tử hữu hạn 107
6. Tạo các ràng buộc khống chế . 108
6.1. Tạo ràng buộc khống chế kẹp chặt Clamps .. 108
6.2. Tạo ràng buộc khống chế bề mặt trợt Surface Slider .. 108
6.3. Tạo ràng buộc khống chế kiểu mối lắp cầu Ball Joints 108
6.4. Tạo ràng buộc khống chế mối lắp trợt Slider.. 108
6.5. Tạo ràng buộc khống chế trợt & quay Sliding Pivot .. 109
6.6. Tạo ràng buộc khống chế quay Pivot ... 109
7. Đặt các tải tĩnh (Static Load) .. 110
7.1. Tạo các khối lợng tĩnh cho vật thể Mass 110
7.2. Tạo các ngoại lực tĩnh Force Static .. 111
8. Giải bài toán phần tử hữu hạn (Compute) ... 113
8.1. Xác định đờng dẫn chứa Files kết quả phân tích 113
8.2. Thực hiện tính toán (Compute) . 113
9. Mô phỏng kết quả tính toán 113
9.1. Mô phỏng sự biến đổi lới phần tử Visualization
Deformations 113
9.2. Mô phỏng trờng ứng suất Von Mises Stresses ... 114
9.3. Mô phỏng sự biến dạng Visualization Displacements 115
9.4. Mô phỏng ứng suất chính Visualization Principal Stress . 115
9.5. Mô phỏng sai lệch tính toán Visualizing Precisions 116
10. Tạo báo cáo HTML kết quả tính toán (Report) 117
PhầnC: Thiết Kế Khuôn Nhựa Cho Sản Phẩm Đáy Nồi Cơm Điện 119

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 3

đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

I. Giới Thiệu Sản Phẩm Và Phân Tích Sản Phẩm ..
1. Giới thiệu sản phẩm - Hình ảnh sản phẩm .
2. Phân tích sản phẩm .
II. Thiết Kế Khuôn ép Nhựa Cho Sản Phẩm ..
1. Bản vẽ sản phẩm .
2. Các dữ liệu ban đầu .
3. Tính toán thiết kế dựa trên các số liệu ban đầu ...
3.1. Tính toán khối lợng sản phẩm
3.2. Tính toán hệ thống làm mát .
3.3. Tính toán lực kẹp khuôn ..
4. Thiết kế kết cấu khuôn
5. Nguyên lý hoạt động của khuôn .

120
120
120
121
121
121
122
123
123
123
125
130

Phần D: ứng dụng phơng pháp phần tử hữu hạn FEM (Finite Element
Method) Trong Kiểm Nghiệm Khuôn Mẫu Bằng Phần Mềm
CATIA. 132
I. Bài Toán Kiểm Nghiệm Sức Bền Khuôn. 133
II. Thiết Lập Bài Toán Phần Tử Hữu Hạn...
1. Mô hình bài toán.
2. Thiết lập các điều kiện biên của bài toán.
3. Mô hình mô phỏng kết cấu 3D

134
134
135
136

III. Giải Bài Toán & Xử Lý Kết Quả . 138
1. Phơng án 1.
138
2. Phơng án 2.
142
Phần E: ứng Dụng CAD/CAM CATIA Gia Công Bề Mặt Lòng
Khuôn..
148
I. Giới Thiệu Công Nghệ CAD/CAm.. 149
II. Phân Tích Các Nguyên Công Gia Công Lòng Khuôn ...
1. Bản vẽ lòng khuôn ..
2. Các bớc gia công lòng khuôn
3. Mô hình phay lòng khuôn ...
4. Thiết lập kế hoạch gia công
5. Chọn dụng cụ để gia công ..

6. Chọn các thông số công nghệ .

150
151
151
152
153
153
155

Kết Luận
Tài Liệu Tham Khảo

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 4


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

Lời nói đầu
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc, các ngành
công nghiệp kỹ thuật đóng vai trò hết sức quan trọng, trong đó ngành công
nghiệp vật liệu chất dẻo là một trong những ngành giữ vai trò quan trọng trong
nền kinh tế quốc dân. Ngày nay, trên thế giới cũng nh ở Việt Nam, nhu cầu
các sản phẩm chất dẻo trong kỹ thuật cũng nh trong dân dụng ngày càng tăng.
Dựa trên cơ sở khoa học kỹ thuật công nghệ, thành tựu và sự phát triển mạnh
mẽ của ngành vật liệu Polymer, các nhà sản xuất chất dẻo đã đa ra thị trờng

một số lợng lớn chất dẻo phong phú về chủng loại, có nhiều tính chất và ứng
dụng khác nhau và có những u nhợc điểm nhất định. Tính chất chung của chất
dẻo là nhẹ, bền, đẹp, dễ gia công, tạo đợc nhiều mẫu mã đa dạng hơn, giá
thành rẻ hơn các vật khác có cùng công dụng cho nên nó có tính chất thay thế
một số vật liệu truyền thống nh gỗ, thép Do sự xuất hiện một số l ợng lớn
chất dẻo nên hàng loạt sản phẩm có nguồn gốc chất dẻo đợc sản xuất và vật
liệu chất dẻo rất đa dạng và phong phú. Giá trị sử dụng của loại sản phẩm này
đã xâm nhập vào mọi lĩnh vực của nền kinh tế và trong dân dụng. Nhu cầu và
chất lợng của sản phẩm cũng nh ứng dụng của nó ngày càng tăng. Hiện nay,
vấn đề chất lợng và đa ra ứng dụng của loại vật liệu này một cách rộng rãi
trong toàn nền công nghiệp và dân dụng là vấn đề quan trọng và cần thiết.
Chất lợng và giá thành chính là yếu tố quyết định đến khả năng cạnh tranh của
các doanh nghiệp sản xuất và gia công. Việc xác định nhu cầu thị trờng cần
phải tìm hiểu trớc. Để có sự phong phú và đa dạng, chất lợng cao của sản
phẩm trên thị trờng cần phải có hàng loạt các phơng pháp công nghệ, máy
móc, thiết bị, dây truyền,... gia công chất dẻo ngày càng hoàn thiện và cải tiến
với sự ứng dụng của khoa học hiện đại nh điện tử, tin học... Để nâng cao sản
xuất, chất lợng và giảm giá thành sản phẩm là những yếu tố kỹ thuật phải gắn
liền với yếu tố kinh tế. ở nớc ta, ngành công nghiệp sản xuất và gia công vật
liệu chất dẻo bắt đầu phát triển. Dần đa ra thị trờng nhiều sản phẩm phong phú
và đa dạng, chất lợng và độ phức tạp của sản phẩm ngày càng hoàn thiện hơn.
máy móc và thiết bị hiện nay ngày càng đợc cải tiến. Trong tơng lai ngành
công nghiệp chất dẻo có xu hớng ngày càng phát triển. Nếu có chiến lợc phát
triển lâu dài thì ngành công nghiệp chất dẻo của nớc ta sẽ có rất nhiều triển
vọng.
Để thực hiện đợc những yêu cầu phát triển đó thì công nghệ thiết kế và
chế tạo ra các loại khuôn mẫu đang là một nhu cầu cấp thiết cần phải đợc giải
quyết, đào tạo và chuyển giao mà không ai khác đó chính là những nhiệm vụ
của các kỹ s Công Nghệ Chế Tạo Máy phải đảm nhiệm.
Để góp phần nhỏ bé của mình vào công cuộc phát triển của ngành công

nghiệp chất dẻo của Việt Nam. Sau một thời gian tìm hiểu và dới sự hớng dẫn
tận tình của thầy giáo TS. Hoàn Vĩnh Sinh. Em đã chọn đề tài "ứng dụng phần
mềm công nghiệp CATIA trong thiết kế, kiểm nghiệm và gia công khuôn
mẫu" làm đề tài tốt nghiệp.

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 5


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

Do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thiết kế và tính toán em
không tránh khỏi những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế nên
em rất mong có sự hớng dẫn chỉ bảo của các thầy để em có thể củng cố và
hoàn thiện kiến thức của mình khi bớc vào thực tế sản xuất trong tơng lai.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Hoàng Vĩnh Sinh
đã tận tình hớng dẫn, dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.
Nhân đây, em cũng xin chân thành cám ơn các thầy, các cô trong bộ môn Gia
Công Vật Liệu Và Dụng Cụ Công Nghiệp nói riêng và khoa Cơ Khí cùng toàn
thể các thầy các cô trong trờng đại học Bách Khoa Hà Nội trong suốt thời gian
qua đã dạy dỗ em thành ngời có tri thức để có thể cống hiến và phục vụ xã hội
trong tơng lai.
Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2006
Sinh Viên Thực Hiện

Vũ Bá Nguyện

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 6


®å ¸n tèt nghiÖp

øng dông Catia thiÕt kÕ khu«n mÉu

PhÇn A:

Tæng Quan VÒ C«ng NghÖ
ChÕ T¹o S¶n PhÈm Nhùa
Plastic

Sinh viªn thùc hiÖn: Vò B¸ NguyÖn CTM7 - K46 - §HBKHN

Trang 7


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

I. Giới Thiệu về chất dẻo polymer:
1. Định Nghĩa: Nhựa - chất dẻo (Plastics) là loại vật liệu đợc tạo thành bởi
nhiều phân tử (các polyme). Nó có thể đợc tổng hợp hoặc thay đổi từ từ nhiều
thành phần nhỏ (Gọi là các Monome). Chất dẻo là vật rắn (trong trờng hợp
nào đó nó có thể ở trạng thái chảy lỏng trong quá trình gia công). Chữ Plastics
bắt nguồn từ chữ Hy Lạp Plastikoss có thể tạo hình dạng bằng phơng pháp

đúc. Chất dẻo có thể đợc minh hoạ bằng sự phân loại theo biểu đồ phân loại về
vật liệu hữu cơ nh sau:
Vật liệu hữu cơ

Vật liệu cao phân tử

Sợi

Cao su

Nhựa nhiệt dẻo
(Tái sinh được)

Vật liệu thấp phân tử

Chất dẻo (nhựa)

Chất kết dính

Nhựa nhiệt rắn
(Không tái sinh được)

Các vật liệu cao phân tử (Polyme) đợc cấu tạo từ những thành phần cấu
trúc giống nhau gọi là đoạn mạch thành phần (Monome). Các Monome đợc
liên kết lặp đi lặp lại nhiều lần tạo thành một phân tử rất lớn gọi là Cao phân
tử (Polyme). Ví dụ Polyetylen(Nhiều Etylen) đợc tạo thành qua phản ứng
trùng hợp các Monome Etylen nh sau:
Trùng hợp
n[CH2=CH2]
[-CH2 - CH2-]n lần

Các mắt xích [- CH2 - CH2 -] gọi là mạch thành phần (hay

Monome). Hiện nay trên thế giới Cao phân tử có nguồn gốc từ thiên
nhiên và từ nhân tạo. Cao phân tử Polyme từ thiên nhiên gồm có:
Cellulo; Len; Cao su thiên nhiên Cao phân tử Polyme nhân tạo đợc
tổng hợp từ các Monome. Và nguyên liệu nhựa là một loại cao phân tử đợc tổng hợp từ các hoá chất cơ bản của công nghiệp dầu khí và đợc tạo
thành nhờ các quá trình phản ứng nh: Trùng hợp; Trùng phối; Trùng ngng; Đồng trùng hợp và các Polyme hỗn hợp. Cấu tạo, cấu trúc phân tử,
thành phần hoá học, các phản ứng hoá học của Polyme là các yếu tố
quyết định các tính chất cơ - lý - hoá của từng loại vật liệu chất dẻo. Sau
đây là bảng
2. Phân Loại Chất Dẻo: Dựa trên cơ sở các tính chất cơ lý đặc biệt
của chất dẻo, ngời ta phân các chất dẻo đợc sản xuất theo các phơng

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 8


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

pháp trên ra: Nhựa nhân tạo, Cao su, Vật liệu tạo sợi, Vật liệu tạo màng,

Phân loại các chất cao phân tử căn cứ vào trọng lợng của các phân tử
nh bảng sau:
Phân Loại
Trọng Lợng Phân Tử
Thấp phân tử
Trọng lợng phân tử < 1000

Cao phân tử thờng
Trọng lợng phân tử từ 1.000 - 100.000
Cao phân tử có trọng lợng phân Trọng lợng phân tử từ 100.000 - 800.000
tử lớn
Siêu cao phân tử
Trọng lợng phân tử trên 1.000.000
Các tính chất của chất dẻo đợc điều chế từ một nhóm đơn phân tử nh
nhau chủ yếu do độ dài của mạch phân tử quyết định. Nếu cùng một loại vật
liệu cao phân tử nh nhau, khi phân tử lợng của chúng khác nhau thì tính chất
của chúng sẽ khác nhau.
Phân loại dựa trên cấu trúc hoá học của mạch các phân tử chát dẻo có:
+ Các Polime mạch cacbon (trong mạch chỉ có các phân tử cacbon) với
các nhóm chính là các Polime dạng Polivinol, Poliviniliden, Polidien.
+ Các Polime dạng không đồng nhất (dị tính) trong mạch chính của nó
ngoài các mạch Cacbon còn có các nguyên tử khác nh Oxi; Nitơ; Sunfua; Clo;
đó là các Poliete; Polieste; Poliamid; Poliurethan; Polisunfit
+ Các Polime có mạch vô cơ trong mạch chính đợc cấu tạo bởi các
nguyên tử Silic và Ôxi và các nhóm phụ là các chất hữu cơ nh là nhóm
Polixilixan(Silikon).
Phân loại dựa theo công nghệ, ngời ta chia ra 2 nhóm chất dẻo là: Chất
dẻo nhiệt dẻo và chất dẻo nhiệt rắn.
+ Nhựa nhiệt dẻo là vật liệu Polime có khả năng lập lại nhiều lần quá
trình chảy mềm dới tác dụng của nhiệt và trở nên cứng rắn (định hình) khi đợc
làm nguội. Trong quá trình tác động của nhiệt nó chỉ thay đổi tính chất vật lý
chứ không có phản ứng hoá học xảy ra. Là loại nhựa có khả năng tái sinh (tái
chế) nhiều lần. Ví dụ nhựa Polyetylen PE; Nhựa Polypropylen PP; Polystyren
PS; PVC; ABS; PMMA; PA ; PET; PC
+ Nhựa nhiệt rắn là vật liệu Polime khi bị tác động của nhiệt, hoặc các
giải pháp xử lý hoá học khác sẽ trở nên cứng rắn (định hình sản phẩm). Nói
cách khác dới tác động của nhiệt, chất xúc tác hay chất đóng rắn và áp suất

nhựa loại này sẽ xảy ra phản ứng hoá học chuyển từ cấu trúc mạch dài sang
cấu trúc không gian 3 chiều (khác nhựa nhiệu dẻo có cấu trúc mạch dài). Nh
vậy Nhựa nhiệt rắn sau khi nóng chảy sẽ đóng rắn và nó không còn khả năng
chuyển thành trạng thái chảy mềm ra dới tác dụng của nhiệt nữa. Do đặc tính
này mà Nhựa nhiệt rắn không có khả năng tái sinh các loại phế phẩm, phế liệu
hoặc các sản phẩm đã qua sử dụng. Ví dụ nhựa Phenolic; Nhựa Urea;
Melamin; Alkyd; Polyester không no; Epoxy; Polyurethane
Phân loại theo trạng thái sắp xếp chuỗi mạch phân ra nhựa kết kinh
hoặc không kết tinh (vô định hình):

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 9


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

+ Polyme kết tinh là các Polyme mà các chuỗi mạch đợc sắp xếp gần
khít nhau theo một trật tự nhất định (không phải toàn khối đều sắp xếp nh vậy
mà vẫn có 1 số "pha" vô định hình). Các loại Polyme kết tinh thờng đục mờ.
+ Polyme vô định hình là các Polyme mà các chuỗi mạch củ nó không
sắp xếp theo một trật tự nhất định nào. Các loại Polyme này thờng có độ trong
suốt. Ví dụ nhựa vô định hình PMMA còn có độ trong suốt hơn cả thuỷ tinh
vô cơ. Có thể dùng các phơng pháp gia công để cho một loại Polyme kết
tinh(đục mờ, bán trong) thành Polyme có nhiều pha vô định hình hơn (trong
suốt hơn) ví dụ nh phơng pháp làm lạnh nhanh,...
Phân loại nhựa theo công dụng. Trong thực tế sản xuất và sử dụng, Thờng đợc chia làm 3 loại:
+ Nhựa thông dụng: Đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới, có u điểm là

giá thành thấp và dễ gia công thành sản phẩm. PE; PP; PS; ABS; PVC;
PMMA; Phenolic; Urea; Melamin
+ Nhựa kỹ thuật: Là loại nhựa có nhiều đặc tính u việt hơn nhựa thông
dụng nh độ bền kéo, bền va đập, độ kháng nhiệt Nh ng giá thành thờng đắt
hơn, điều kiện gia công khó khăn và nghiêm ngặt hơn. Thờng dùng để sản
xuất các chi tiết máy hoặc các chi tiết có yêu cầu tính năng cao. PA; PC;
POM; PPS; PBT
+ Nhựa kỹ thuật chuyên dùng: Là loại nhựa có tọng lợng phân tử rất
cao ( 1.000.000). Mỗi loại chỉ đợc sử dụng trong một số lĩnh vực riêng biệt.
ở Việt Nam, loại nhựa này cha đợc sử dụng vì tính năng cao nhng giá thành
cũng rất cao. PPS; LCP; PI; PTFE; PAI
+ Nhựa hỗn hợp: Để phối hợp các tính năng u việt của các loại nhựa và
hạn chế những tính năng yếu kém của nó, ngời ta tạo ra những loại Nhựa hỗn
hơn (Copolyme) nh các loại PC/PET; PC/ABS; PA/PP Các loại nhự hỗn hợp
này có tính năng vợt trội so với từng loại nhựa riêng lẻ.
3. Tính Chất Cơ Bản Của Chất Dẻo Polyme:
3.1. Tính chất cơ lý của nhựa: Bao gồm các tính chất sau:
- Phân tử lợng và độ trùng hợp: 2 t/c này phụ thuộc lẫn nhau. Nếu phân
tử lợng càng lớn thì độ trùng hợp càng cao đồng thời độ bền cơ lý, hoá cũng
tăng tuy nhiên càng bất lợi trong gia công do nhiệt độ chảy và độ nhớt sẽ
khác.
- Trọng lợng thể tích: Đo bằng g/cm3.
- Tỷ trọng nhựa: Nhựa có đặc điểm tơng đối nhẹ. Thờng dao động từ
0,9-2,0g/cm3. Độ kết tinh càng cao thì tỷ trọng càng cao.
- Chỉ số nóng chảy(MI)(gam): Là chỉ số thể hiện tính lu động khi gia
công vật liệu nhựa.
- Độ hút ẩm(hấp thụ nớc): Là mức hút nớc của nhựa. Độ hấp thụ nớc
thấp thì tốt hơn do nớc hấp thụ sẽ giảm một số t/c cơ lý của nhựa.
- Độ chịu lạnh: Một số loại nhựa có độ chịu lạnh không tốt lắm. Có loại
nhựa chịu đợc độ lạnh -1200 (nhựa PE ở 0C này là nhiệt độ giòn gãy). Cần biết

đặc tính chịu lạnh của vật liệu để thiết kế tủ lạnh và các loại máy lạnh.

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 10


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

- Độ co rút của nhựa: Là % chênh lệch giữa kích thớc của sản phẩm sau
khi lấy ra khỏi khuôn đợc ổn định, định hình và kích thớc của khuôn. Là chỉ
số quan trọng khi thiết kế khuôn để tạo ra những sản phẩm có độ chính xác
cao. Mức độ co rút của các loại nhựa khác nhau là khác nhau. Nhựa kết tinh
có độ co rút lớn hơn nhiều lần so với nhựa vô định hình (không kết tinh). Sau
đây là bảng độ co rút của một số loại nhựa:
Stt Nhựa
Độ co (%)
Mật độ (g/cm3)
1
PS
0,3 - 0,6
1,05
2
ABS
0,4 - 0,7
1,06
3
LDPE

1,5 - 5,0
0,954
4
HDPE
1,5 - 3,0
0,92
5
PP
1 - 2,5
1,15
6
PVC mềm
> 0,5
1,38
7
PVC cứng
0,5
1,38
8
PMMA
0,1 - 0,8
1,18
9
POM
1,9 - 2,3
1,42
10 PPO
0,5 - 0,7
1,06
11 PC

0,8
1,2
12 PA6
0,5 - 2,2
1,14
13 PA6,6
0,5 - 2,5
1,15
- Tính cách điện của vật liệu nhựa: Đa số là các chất cách điện tốt,
nghĩa là dẫn điện rất kém hoặc là không dẫn điệm. Đợc dùng trong các sản
phẩm điện gia dụng hoặc trong các thiết bị điện tử Ví dụ nh dây điện,
- Tính truyền nhiệt: Đa số có độ truyền nhiệt kém. Nhựa truyền nhiệt
thấp hơn 500 - 600 lần so với kim loại. Do tính truyền nhiệt kém nên nhựa
không dùng để chế tạo các chi tiết máy ở đó cần có sự tản nhiệt nhanh Nếu
thực sự cần thiết phải trộn thêm nh Graphit; bột kim loại
- Độ bền kéo: Là đặc trng cho sự chống đối ngoại lực kéo của vật liệu.
Độ bền kéo đứt là tỷ số của lực kéo và tiết diện ngang nhỏ nhất của mẫu thử
trớc khi kéo đo bằng N/mm2. Ví dụ PE có độ bền kéo đứt là 8 - 10 N/mm2.
- Độ giãn dài: Luôn liên hệ với cờng độ kéo. Đo bằng tỷ lệ giữa độ dài
khi lực kéo tăng lên đến điểm đứt trên độ dài ban đầu khi vật liệu cha bị kéo.
Độ giãn dài đo bằng %. Vật liệu có độ giãn dài lớn thì vật liệu đó có tính dẻo
lớn. Ví dụ PS là vài %; trong khi đó PA là 150%.
- Độ bền nén: Là tỷ lệ giữa lực nén cần thiết để làm vỡ mẫu thử đặt dới
nó khi chất tải nén. Đo bằng N/mm2. Thờng là lớn hơn độ bền kéo.
- Độ bền uốn: Là đặc trng cho sự chống đối của vật liệu dới tác dụng
của lực uốn. N/mm2.
- Độ cứng: Biểu thị khả năng chống lại tác dụng của một vật rắn để
không bị nứt, vỡ hoặc sứt mẻ bền mặt. Thờng đo bằng thiết bị đo độ cứng
Shore A,D hoặc thiết bị đo Rockwell; Brinell.
- Độ dai va đập: Biểu thị khả năng chống lại một tải trọng rơi xuống, va

đập vào sản phẩm mà không vỡ. KJ/m2.

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 11


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

- Mođul đàn hồi: Đặc trng cho tính chất của vật liệu mà dới tác dụng
của lực đã cho xem mẫu thử biến dạng tới mức nào. Ký hiệu là E (N/mm 2). Ví
dụ PE có E = 130 - 1000 N/mm2. Thép có E = 2.104 N/mm2.
- Độ chịu mài mòn: Là sự chống lại tác dụng bào mòn của lực làm hao
mòn vật liệu (%). Với những sản phẩm nhựa nh giầy dép thì đây để đánh giá
giá trị sử dụng của sản phẩm.
3.2. Tính chất hoá học của vật liệu nhựa:
- Tính chịu hoá chất: Khác với kim loại, đa số các loại nhựa thờng bền
khi chịu tác động của môi trờng khí quyển. Hơn thế nữa chúng còn bền đối
với các loại hoá chất nh Axit, kiềm, muối và nhiều hoá chất khác nữa. CHú ý
rằng với Polyme không phân cực thì dễ hoà tan trong dung môi không phân
cực. Ví dụ PS tan trong Benzen Toluen. Polyme phân cực thì dễ hoà tan trong
dung môi phân cực. Ví dụ Polyvinyl Butyral tan trong Alcol. Polyme phân cực
không hoà tan trong dung môi không phân cực. Độ hoà tan giảm khi Polyme
có độ trung hợp cao (trọng lợng phân tử lớn) và có độ kết tinh cao.
- Tính chịu thời tiết khí hậu: Tính chiẹu thời tiết khí hậu là tính thay đổi
về chất lợng và độ bền của vật liệu nhựa và sản phẩm dới tác dụng của ánh
sáng (tia cực tím); nhiệt độ; không khí Nói chung các loại nhựa đã qua sử
dụng đều ít nhiều bị giảm chất lợng và độ bền. Ví dụ PE; PS; PP có tính

kháng tia cực tím UV kém. PVC dễ biến màu dới tác dụng ánh sáng mặt trời.
PC, Epoxy bền thời tiết tốt. Đặc biệt là PTFF, cực kỳ bền với thời tiết. Quá
trình giảm độ bền của nhựa dới tác dụng của thời tiết gọi là quá trình lão hoá
của nhựa. Để giảm sự lão hoá, cần thêm một số phụ gia.

II. Các Loại Chất Dẻo Thờng Gặp và ứng dụng:
1. Nhựa Nhiệt Dẻo:
- Polyetylen (PE): Đục mờ, chịu hoá chất tốt, cách nhiệt, cách điện tốt,
dễ nhuộm màu. Thờng dùng sản xuất các loại màng, túi xốp, túi đựng hoá
chất, thực phẩm, sản xuất chai lọ, sợi, ống dẫn nớc
- Polypropylen (PP): Tính chất cơ học cao, độ bóng cao, bán trong,
không màu, tính chất hoá học tốt, cách điện tốt, gia công ép phun tốt. Dùng để
sản xuất các loại vật dụng thông thờng, vỏ hộp, các chi tiết điện dân dụng
- Polyvinyl Clorit (PVC): Có tỷ trọng cao hơn các loại nhựa khác, có độ
trong suốt cao, cách điện tốt, độ bền cơ lý cao, độ bền nhiệt thấp 60 0 - 850. Dễ
tạo màu sắc, dễ in ấn, khó cháy, chịu va đạp kém. Đợc dùng bọc dây cáp điện,
màng mỏng, đĩa hát, ống nhựa, chất dính
- Nhựa Polyestyren (PS): Dòn, dễ rạn nứt, chịu va đạp kém, chịu hoá
học kém, tan trong Benzen. Chủ yếu dùng cho chế tạo các sản phẩm gia dụng
rẻ tiền trong suốt nh hộp, cốc,, bao bì xốp, cách nhiệt
- Nhựa AS: Trong suốt, có tính bền trong xăng, thờng làm vỏ ắcquy, vỏ
bật lửa.
- Nhựa ABS: Độ bền va đập cao, thờng dùng làm vỏ tivi, vỏ máy giặt;
cánh quạt điện, vỏ máy ảnh.
- PolyAmit PA (lynon): Sử dụng để làm các loại màng mỏng, bao bì
cho thực phẩm, sợi, ống các loại, bọc dây cáp điện
Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 12

đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

- Nhựa Polycacbonat (PC): Khó cháy, cách điện tốt ở nhiệt độ cao, đọ
bền nhiệt tốt, tính chống ma sát kém, chịu hoá chất kém. Thờng dùng làm các
loại tấm tuỷ tinh an toàn, ống dùng trong y tế, chai sữa, nón bảo hộ, kính che
mắt, dụng cụ y tế, hộp, nắp
- Nhựa Acrylic: Độ trong suốt cao, tính chiụ thời tiết cao, nhuộm màu
tốt, độ bền cơ học cao, khó bị xớc bề mặt. ứng dụng làm các chi tiết thay thế
cho tuỷ tinh, làm một số chi tiết cho ôtô, xe máy
2. Nhựa Nhiệt Rắn: Gồm một số loại sau:
- Nhựa Melamine: Không màu, độ cứng cao, độ bền cao, đẹp nên thờng
dùng làm đồ trang trí, dụng cụ gia đình
- Nhựa Polyeste: Thờng gọi là Plastics bền hoá, dùng làm kính. Rất nhẹ
và bền. Thờng dùng chế tạo vỏ ô tô, thuyền, thùng, ống và mũ bảo hiểm xe
máy
- Nhựa Phenol, Ure: Không màu, trong suốt có thể nhuộm màu. Dùng
làm dụng cụ cho ăn uống.
- Nhựa Epoxy: Có thể tạo hình ở nhiệt độ thờng và áp lực thờng, đặc
biệt là bám dính rất tốt trên kim loại và bê tông, tính chịu nhiệt, dung môi,
chịu nớc và cách điện tốt. Dùng trong công nghiệp, vật liệu tăng bền sợi thuỷ
tinh và sợi cácbon, vật liệu cách điện.
- Nhựa Silicon: Có tính cách điện và chịu nhiệt độ cao, có tính phát nớc,
ứng dụng làm con dấu, li khuôn, phát nớc, cách điện, chịu dầu và chịu nhiệt.
Để có thể tạo ra đợc các sản phẩm có tính năng tốt, rẻ tiền, chất lợng
cao các kỹ s cần phải tìm hiểu kỹ nhiều tính năng, tác dụng, tính chất của
các loại nhựa và các phơng pháp gia công để có thể chọn vật liệu và thiết lập
các phơng pháp gia công hợp lý nhất. Sau đây là một số bảng nêu lên tính chất

gia công của một số vật liệu nhựa:
Bảng Nhiệt Độ Gia Công Các Loại Nhựa:
Nhiệt độ
Nhiệt độ cuối
Stt Nhựa
Tên đầy đủ
0
khuôn ( C) Piston - Vít (0C)
1 PP
Polypropylen
10 - 80
220 - 235
2 PS
Polystyrene
10 - 75
200 - 280
3 ABS
Styrene co-polymers
10 - 80
220 - 270
4 PVC
Polyvinyle chtorid
20 - 60
170 - 200
5 PMMA Polymethyl Metacrylate
30 - 70
190 - 240
6 PA6
Polyamide (Nilon 6)
50 - 80

250 - 280
7 PA6,6 Polyamide (Nilon 6,6)
50 - 80
250 - 280
8 PPO
Polyphenylnene. Oxide
40 - 80
300 - 330
9 PC
Poly Carbonate
70 - 115
300 - 350
10 POM
Poly Acetatic Resins
60 - 90
190 - 210
11 LDPE Low Density Polythelene
50 - 70
160 - 260
12 HDPE High Density Polythelene
30 - 70
75 - 110
Ghi chú: Nhựa ABS dễ bị ôxy hoá trong khuôn nếu gián đoạn sản xuất
quá 15 phút. Sản phẩm nhựa nhiệt dẻo dễ bị phá huỷ, rữa nát nếu gặp nhiệt độ
cao. Bảng dới đây cho nhiệt độ phá huỷ của một số chất dẻo nhiệt.
Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 13

đồ án tốt nghiệp

Stt
1
2
3
4
5

Nhựa
ABS
PA6,6
PS
PP
PVC

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

Nhiệt độ phá huỷ (rữa nát) 0C
310
320 330
250
280
180 220

iii. các phơng pháp gia công sản phẩm chất dẻo:
1. Công Nghệ Cán: Là phơng pháp sản xuất công nghiệp gia công chất dẻo
dùng để chế tạo sản phẩm dạng tấm hoặc màng. Máy cán thờng có 4 đến 5
trục cán xếp theo hình chữ I, F, L, Z Th ờng sử dụng các loại vật liệu cán nh
PVC cứng, mềm; ABS; PS

2. Công Nghệ Phủ Chất Dẻo: Là công nghệ tráng phân lớp với quá trình
phủ bọc lớp chất dẻo lên vật liệu cốt dạng tấm mềm, dễ uốn (vải, giấy, sợi tự
nhiên, sợi tổng hợp). Tráng phủ có các phơng pháp sau:
- Phơng pháp phết.
- Phơng pháp tráng phân lớp bằng trục trụ.
- Phơng pháp tẩm nhúng.
- Tráng phủ bằng máy đùn.
- Tráng phủ bằng máy cán.
- Tráng phủ bằng phơng pháp điện tiếp xúc.
3. Công Nghệ Đùn: Từ chất dẻo dạng bột hoặc hạt, ta thu đợc sản phẩm
liên tục nhờ thiết bị máy đùn. Máy đùn gồm thiết bị tạo hình, chỉnh hình, bộ
phận kéo, thu và cắt sản phẩm. Vật liệu đợc dùng trong gia công đùn là các
chất dẻo nh PVC; PP; PE
4. Gia Công Chi Tiết Rỗng: Có thể dùng các phơng pháp đùn thổi, đúc ly
tâm, ghép 2 nửa vỏ. Công nghệ tạo hình rỗng đợc chia làm 2 giai đoạn là
đùn chất dẻo ra bằng khí nén áp lực sau đó dùng áp lực khí thổi khối chất dẻo
trong lòng khuôn hai nửa. Vật liệu chủ yếu cho gia công vật thể rỗng là
Polyetylen PE (85%) dùng để chế tạo các loại hộp, chai lọ, can nhựa hay các
loại sản phẩm đóng gói.
5. Gia Công ép & Gia Công ép Phun:
Quá trình ép là quá trình gia công vật liệu đã dẻo hoá sơ bộ hoặc nung
nóng sơ bộ để tạo viên và định lợng sản phẩm vào trong khuôn. Sau đó ở nhiệt
độ đủ xác định sau khi khôn đóng, dới áp lực sẽ ép vật liệu thành sản phẩm.
Công nghệ ép phun thì vật liệu sẽ đợc đa vào nung nóng trong các
khoang nung nóng riêng đến khi vật liệu nhựa chảy ra, dới tác dụng của Piston
vật liệu sẽ đợc đẩy ra qua miệng phun vào khoang khuôn kín định hình sản
phẩm. Sau khi nhựa định hình và đóng rắn, khuôn mở ra và đẩy sản phẩm ra
ngoài. Máy gia công gọi là máy ép phun (Injection Machine).
Cả 2 phơng pháp trên hiện nay đợc sử dụng rất rộng rãi đặc biệt là công
nghệ ép phun, có thể gia công các chi tiết từ nhỏ đến lớn. Thờng dùng các loại

nhựa là PE; PP;

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 14


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

6. Công Nghệ Tạo Xốp Chất Dẻo: Xốp chất dẻo là kiểu đặc biệt của hệ
thống phối hợp khi không khí hoặc một loại khí nào đó đợc đa vào trong chất
dẻo. Xốp chất dẻo có các tính chất là: Mật độ nhỏ, nội ứng suất nhỏ, khả năng
cách nhiệt rất tốt, cách điện tốt, gia công dễ dàng, kinh tế. Vật liệu thờng dùng
là PolyStyrol và Polyurethan. Để tạo tạo xốp chất dẻo, ngời ta thờng sử dụng
chất dẻo lẫn vật liệu cơ bản trong 3 dạng sau:
- Nhựa nhiệt dẻo trong trạng thái nóng chảy.
- Bột nhão và các Polyme hạt.
- Hai hoặc nhiều vật liệu ở trạng thái lỏng giữa chúng xảy ra phản ứng
hoá học.
7. Công Nghệ Gia Công Hàn Chất Dẻo: Là quá trình mà liên kết chất dẻo
đợc thực hiện nhờ áp lực với việc sử dụng vật liệu hàn hoặc không sử dụng vật
liệu hàn. Về mặt lý thuyết hầu hết chất dẻo đều có thể hàn đợc nhng trong
thực tế, chất dẻo có phân tử lợng lớn thì rất khó hàn. Để hàn vật liệu bằng chất
dẻo phải đa vật liệu về trạng thái nóng chảy, trong quá trình hàn cần giữ gìn
sao cho mối hàn thu nhận có ứng suất nhỏ.
Có thể hàn bằng khí nóng; Hàn bằng dụng cụ đốt nóng; Hàn bằng dòng
điện cảm ứng; Hàn bằng đốt nóng tiếp xúc; Hàn bằng dòng điện cao tần
8. Công Nghệ Dán Chất Dẻo: Quá trình dán là quá trình ghép nối các phần

của chi tiết chất dẻo, bằng phơng pháp này có thể tạo ra các mối ghép nối khó
tháo gỡ đợc. Phơng pháp thờng dùng cho các vật liệu không thể hàn đợc nh
thuỷ tinh Acril Khi thực hiện dán cần phải xử lý sơ bộ bề mặt bằng điện
hoá, làm sạch và làm nhám bề mặt, phơng pháp dán có thể ghép mối chịu đợc
tải trọng lớn mà các phơng pháp khác không làm đợc.
Ngoài các phơng pháp trên, ở Việt Nam và trên thế giới hiện nay có
nhiều các phơng pháp khác gia công chất dẻo một cách năng suất và kinh tế
nh phơng pháp tạo hình chân không, phơng pháp dập, cắt gọt

iv. máy ép phun nhựa (injection machine):
Một công đoạn không thể thiếu trong quá trình công nghệ chế tạo sản phẩm
nhựa Plastic là công đoạn ép phun nhựa vào lòng khuôn nhựa để điền đầy lòng
khuôn tạo ra sản phẩm trên máy ép phun (Injection Machine). Nh vậy máy ép
phun có vai trò rất quan trọng trong việc chế tạo sản phẩm nhựa Plastic. Máy
ép phun có nhiệm vụ đỡ và kẹp chặt khuôn nhựa, nung chảy nhựa nhiệt dẻo và
ép phun với áp suất cao vào trong lòng khuôn nhựa. Sau đó giữ khuôn để nhựa
nóng chảy trong khuôn nguội và định hình sản phẩm thì mở khuôn và hệ
thống đẩy sẽ đẩy sản phẩm nhựa ra ngoài. Chu kỳ nh vậy liên tục lặp đi lặp lại
để sản suất hàng loạt các sản phẩm nhựa. Nếu muốn sản xuất một san phẩm
khác thì ngời ta sẽ chế tạo các khuôn khác và gá khuôn đó lên máy ép phun và
tiếp tục sản xuất. Trong phần này, em xin trình bày một số nét chính trong
việc tìm hiểu, nghiên cứu tính năng, tác dụng, nguyên lý hoạt động của máy
ép phun nhựa nhiệt dẻo.
1. Cấu Tạo Máy ép Phun:
Các phần nguyên lý của máy phun nhựa:

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 15

đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

- Bộ phận kẹp gồm có: Đầu xy lanh thuỷ lực chính; Cơ cấu khuỷu
(đòn); Xà Knock-Out.
- Các tấm gồm: Các tấm di động; Các tấm tĩnh tại.
- Cụm phun: Đầu xilanh thuỷ lực chính; Xi lanh phun; Vít xuắn phun;
ống phun mỏ vịt; Hộp bánh răng; Đai nhiệt; Bơm thuỷ lực chính và động cơ.
- Bảng điều khiển trung tâm: Van kiểm tra thuỷ lực (áp suất); Hệ thống
kiểm tra nhiệt (nhiệt độ); Hệ thống kiểm tra thời gian (thời gian chu kỳ).
- Các phụ tùng khác: Công tắc giới hạn (N.C/N.O); Báo sự cố; Chỉ thị
nhiệt độ dầu thuỷ lực; RPM gauge (máy đo) đồng hồ đo vòng quay; Van kiểm
tra nớc.

Hình ảnh một máy ép phun nhựa

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 16


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

2. Phân Loại Các Loại Máy Phun Nhựa:
- Máy phun nhựa nhiệt dẻo.
- Máy phun nhựa đặt nhiệt.

Các loại máy phun nhựa:
- Máy phun nhựa thẳng đứng.
- Máy phun nhựa nằm ngang.
Các kiểu máy phun nhựa:
- Đờng phun: Phun chiều trục (đờng từng đoạn); Phun theo đờng.
- Hệ thống kẹp: Chuyển động thuỷ lực; Chuyển động cơ - thuỷ lực.
2.1. Máy ép phun với vít chuyển động qua lại theo đờng:

Sơ đồ đầu phun của máy ép phun dùng xuắn vít
Sự phun nhựa đợc thực hiện bởi một vít quay mà nó chuyển động lùi và
tiến trong xylanh nung nóng, là một vít quay, nó tạo ra sự chuyển động của
vật liệu hạt từ phễu nguyên liệu và buộc vật liệu đi dọc theo thùng xilanh
nóng. Khi vật liệu đến cuối của vít thì vít chuyển động ngợc lại để tích vật liệu
lại. Vào lúc đó vít lại tiến lên mạnh mẽ và hoạt động giống nh một Piston, ép
nhựa phun vào khuôn qua vòi phun với áp lực phun cao.
2.2. Máy ép phun dùng Piston - Vít 2 giàn:
Hoạt động của vít chuyển động qua lại sẽ hạn chế lợng vật liệu có thể đợc dẻo hoá do thể tích chứa vật liệu nhựa nóng chảy cuối vít có giới hạn. Tuy
nhiên, sự hạn chế này có thể khắc phục đợc bằng việc sử dụng Piston - Vít 2
giàn. ở đây vật liệu di đông trên toàn bộ chiều dài của vít qua 1 van nạp vào
trong khoang phun. Cũng ở đây, Piston phun bắt buộc phải lùi lại. Van bắng
đạn sẽ đợc mở ra khi Piston phun tiến lên phía trớc và vật liệu đợc phun vào
khuôn.

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 17


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

2.3. Piston phun một giàn: Là loại cũ nhất đợc biết đến, nó hoạt động
nh sau: Từ phễu hạt đợc đa đến xilanh phun. ở đây chuyển dộng lên phía trớc
của Piston buộc các hạt đi tới bộ phận mở rộng (màng phun). Xung quanh
súng phun (Spreader) sẽ là băng nhiệt, nó sẽ làm chảy hạt. Chúng đi qua giữa
xilanh và màng phun vào mỏ vịt.
2.4. Piston 2 giàn: Nó gồm 2 cụm Piston, cái này đặt phía trên cái kia,
một cái để dẻo hoá vật liệu và dẫn vật liệu đến cho xilanh kia mà ở đó Piston
thứ 2 sẽ hoạt động nh một Piston bắn đạn và đẩy vật liệu dẻo vào khuôn.
3. Chu Kỳ Phun Nhựa Của Máy ép Phun Nhựa Dùng Vít Chuyển
Động Qua Lại:
Đơn giản nhất và cũng thờng gặp nhất là khuôn 2 nửa mà chúng đợc bắt
trực tiếp vào các tấm kẹp khuôn của máy ép phun. Hai chi tiết cơ bản có ở mọi
khuôn ép phun là: Nửa khuôn ở phía trớc vòi phun và nửa khuôn ở phía đóng
khuôn. Ngời ta có thể gọi chúng là chày và cối. Quá trình chế tạo 1 sản phẩm một chu kỳ cho ở hình sau:
Pha 1: Kẹp chặt khuôn và phun vào.

Chất dẻo lỏng đơc ép vào khuôn kín. Cụm đóng khuôn cần phải tác
dụng vào khuôn một lực lớn (lực kẹp khuôn) để không có 1 tí chất dẻo lỏng
nào chảy ra từ các khe của khuôn. Chất chảy lỏng đi từ cụm hoá dẻo vào 1
máy xoắn vít với 1 trục xoắn có thể xê dịch hớng trục mà nó hoạt động nh 1
Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 18


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

cái Piston, đợc ép vào lòng khuôn. Cụm hoá dẻo phải liên kết chặt chẽ vơi
khuôn, nhờ đó chất dẻo lỏng không bị mất mát.
Pha 2: Thời gian dừng với áp lực đuổi theo.

Trên cơ sở sự phân cách về nhiệt giữa khuôn và cụm dẻo hoá, cả 2 đều
có mức nhiệt rất khác nhau, liên kết này chỉ đợc duy trì 1 lúc cho đến khi chất
dẻo lỏng không còn khả năng chảy nữa. Sau khi điền đầy khuôn chất dẻo bắt
đầu đông cứng lại và khi đó thể tích của nó sẽ co lại đôi chút. Bằng cách ép
tiếp và điền đầy tiếp, thể tích đợc bổ xung cho đủ, do đó phải duy trì áp lực lên
chất dẻo lỏng cho đến lúc nó đông cứng song.
Pha 3: Mở khuôn và đẩy sản phẩm ra ngoài.

Vì quá trình hoá dẻo cần một thời gian nhất định, trục xoắn bát đầu ép
vật liệu qua sự quay của nó, để tạo ra từng liều lợng nhằm làm chảy nó ra và
xếp đặt nó trớc khi phun. Trục xoắn tạo ra không gian trống bằng cách nó trợt
lùi lại dọc trục trong xylanh phun, chống lại áp lực đó. Khi vật đợc phun đông
đặc lại, cụm hoá dẻo rời khỏi khuôn, nhờ đó chất dẻo lỏng ở vòi phun không
bị đông đặc lại. Cụm đóng khuôn sẽ tiếp tục đóng cho đến khi sản phẩm đông
đặc đến mức có thể đợc tống ra ngoài.
4. Các Thông Số Của Máy Phun Nhựa:
4.1. Lực kẹp (tấn): Đợc tính bởi số tấn của lực khoá khuôn.
Lực kẹp khuôn Fc đợc tính bằng công thức: Fc = 1,15.Pi.A với
Pi(Kg/cm2) là áp lực phun; A(cm2) là diên tích bề mặt.
4.2. Dung tích phun: Đợc quy định cho dung tích mỗi lần bắn.
4.3. Tỷ lệ hoá dẻo: Thể tích của vật liệu đợc hoá dẻo trong thời gian cho
trớc.

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 19


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

4.4. Mức độ phun: Đó là tốc độ lớn nhất Max mà toàn bộ chất dẻo dự
kiến có thể đợc phun qua ống mỏ vịt ở áp suất cho trớc.
4.5. áp lực phun: Đối với máy Piston thì đây là áp lực ở Piston phun. Đối
với vít chuyển động qua lại áp lực này là ở vật liệu phía trớc của vít.
4.6. Khoảng mở của máy: Khoảng mở cho phép của máy khi mở khuôn.

V. đờng lối thiết kế khuôn sản phẩm chất dẻo:
1. Định Nghĩa: Khuôn là một dụng cụ để định hình một sản phẩm nhựa. Nó
đợc thiết kế sao cho có thể đợc sử dụng cho một số lợng chu trình yêu cầu.
Kích thớc và kết cấu của khuôn phụ thuộc yêu cầu cũng là một yếu tố
rất quan trọng để xem xét bởi vì yêu cầu sản xuất loạt nhỏ không cần đến loại
khuôn nhiều lòng khuôn hoặc loại khuôn có kết cấu cao cấp.
2. Các Bộ Phận Chính Của Khuôn Và Chức Năng Của Chúng:
Khuôn là một cụm nhiều chi tiết lắp với nhau, ở đó nhựa đợc phun vào,
đợc làm nguội rồi đẩy sản phẩm ra.
Sản phẩm đợc tạo hình giữa hai phần của khuôn. Khoảng trống ở giữa
hai phần khuôn đợc điền đầy nhựa và nó sẽ mang hình dáng sản phẩm. Phần
lõm vào sẽ xác định hình dạng ngoài của sản phẩm đợc gọi là lòng khuôn,
phần xác định hình dạng bên trong của sản phẩm đợc gọi là lõi.
Khoảng trống giữa lòng
khuôn và lõi khuôn

Lòng khuôn

Lõi khuôn

Phần tiếp xúc lõi và lòng khuôn gọi là đờng phân khuôn. Ngoài ra
khuôn còn có các bộ phận khác:
1. Tấm kẹp trớc
10. Chốt đẩy
2. Tấm khuôn trớc
11. Tấm giữ
3. Vòng định vị
12. Tấm đẩy
4. Bạc cuống phun
13. Bạc dẫn hớng chốt
5. Sản phẩm
14. Chốt hồi về
6. Bộ định vị
15. Bạc mở rộng
7. Tấm đỡ
16. Chốt đỡ
8. Khối đỡ
17. Tấm khuôn sau
9. Tấm kẹp phía sau
18. Bạc dẫn hớng
19. Chốt dẫn hớng

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 20

đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

Kết cấu cơ bản của một bộ khuôn phun nhựa:
2

3

4

5

6

1
19
18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

1. Tấm kẹp phía trớc: kẹp phần cố định của khuôn vào máy ép phun.
2. Tấm khuôn phía trớc: là phần cố định của khuôn tạo thành phần
trong và phần ngoài của sản phẩm.
3. Vòng định vị: đảm bảo vị trí thích hợp của vòi phun với khuôn.
4. Bạc cuống phun: nối vòi phun và kênh nhựa với nhau qua tấm kẹp
phía trớc và khuôn trớc.
5. Sản phẩm.
6. Bộ định vị: đảm bảo cho sự phù hợp giữa phần cố định và phần
chuyển động của khuôn.
7. Tấm đỡ: giữ cho mảnh ghép của khuôn không bị rơi ra ngoài.
8. Khối đỡ: dùng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía sau để
cho tấm đẩy hoạt động đợc.
9. Tấm kẹp phía sau: kẹp phần chuyển động của khuôn vào máy ép
phun.
10. Chốt đẩy: dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở.
11. Tấm giữ: giữ chốt đẩy vào tấm đẩy.
12. Tấm đẩy: đẩy chốt đẩy đồng thời với quá trình đẩy.
13. Bạc dẫn hớng chốt: để tránh hoa mòn và hỏng chốt đỡ, tấm đẩy và
tấm giữ do chuyển động mạnh giữa chúng.

14. Chốt hồi về: làm cho chốt đẩy có thể quay trở lại khi khuôn đóng
lại.
15. Bạc mở rộng: dùng làm bạc kẹp để tránh mài mòn, hỏng tấm kẹp
phía sau khối ngăn và tấm đỡ.
16. Chốt đỡ: dẫn hớng chuyển động và đỡ cho tấm đỡ 5 tránh cho tấm
đỡ khỏi bị cong do áp lực đẩy cao.
Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 21


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

17. Tấm khuôn sau: là phần chuyển động của khuôn, tạo nên phần trong
và phần ngoài của sản phẩm.
18. Bạc dẫn hớng: để tránh mài mòn nhiều hoặc làm hỏng tấm khuôn
sau vì bạc dẫn hớng có thể thay đợc.
20. Chốt dẫn hớng: Dẫn phần chuyển động tới phần cố định của khuôn
để liên kết chính xác hai phần của khuôn.
3. Yêu Cầu Kỹ Thuật Đối Với Khuôn ép Sản Phẩm Nhựa:
- Đảm bảo độ chính xác về kích thớc, hình dáng, biên dạng của sản
phẩm.
- Đảm bảo độ bóng cần thiết cho cả bề mặt của lòng khuôn và lõi để
đảm bảo độ bóng của sản phẩm.
- Đảm bảo độ chính xác về vị trí tơng quan giữa hai nửa khuôn.
- Đảm bảo lấy đợc sản phẩm ra khỏi khuôn một cách dễ dàng.
- Vật liệu chế tạo khuôn phải có tính chống mòn cao và dễ gia công.
- Khuôn phải đảm bảo độ cứng vững khi làm việc, tất cả các bộ phận

của khuôn không đợc biến dạng hay lệch khỏi vị trí cần thiết khi chịu lực ép
lớn (vài trăm tấn).
- Khuôn phải có hệ thống làm lạnh bao quanh lòng khuôn sao cho lòng
khuôn phải có một nhiệt độ ổn định để vật liệu dễ điền đầy vào lòng khuôn và
định hình nhanh chóng trong lòng khuôn từ đó rút ngắn chu kỳ ép và tăng
năng suất.
- Khuôn phải có kết cấu hợp lý không quá phức tạp sao cho phù hợp với
khả năng công nghệ hiện có.
4. Cơ Sở Dữ Liệu Cần Thiết Trớc Khi Thiết Kế Khuôn:
Bản vẽ chi tiết với đầy đủ kích thớc và các yêu cầu kỹ thuật nh:
- Vật liệu chế tạo chi tiết (loại nhựa).
- Vật liệu của lòng khuôn (do khách hàng yêu cầu).
- Độ chính xác của chi tiết bao gồm độ chính xác về kích thớc,
độ chính xác về hình dáng hình học và vị trí tơng quan giữa các bề mặt.
- Số lợng chi tiết yêu cầu.
- Các bề mặt làm việc và không làm việc của các chi tiết.
Các thông số kỹ thuật của máy ép nh :
- Lực ép lớn nhất của máy ép có thể ép đợc.
- Khối lợng vật liệu lớn nhất mà máy có thể gia công đợc.
- Kích thớc bàn máy để lắp khuôn.
- áp lực phun lớn nhất của máy.
- Khoảng mở tối đa và tối thiểu của máy.
- Kích thớc lỗ định vị khuôn trên bàn máy.
Số lợng lòng khuôn của bộ khuôn cần thiết kế: Theo yêu cầu của khách
hàng hoặc theo yêu cầu của sản lợng cũng nh giá thành khuôn, giá thành sản
phẩm.
5. Các Kiểu Khuôn Phổ Biến:
5.1. Khuôn hai tấm:

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 22


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

Phơng pháp dùng hai tấm rất thông dụng trong hệ thống khuôn, vì nó
đơn giản. Tuy nhiên, đối với sản phẩm loại lớn không bố trí đợc miệng khuôn
ở tâm, hoặc sản phẩm có nhiều miệng phun hoặc khuôn nhiều lòng khuôn, cần
nhiều miệng phun ở tâm thì kết cấu khuôn có thể thay bằng hệ thống khuôn ba
tấm.
Tấm kẹp
sau

Hệ thống Tấm khuôn di
đẩy
động

Lõi

Sản
phẩm

Tấm cố
định

Bạc cuống
phun

Lòng
khuôn
5.2. Khuôn ba tấm:
Khuôn 3 tấm cũng đợc sử dụng khi cần thiết khi bố trí cổng nhựa ở
trung tâm hoặc nhiều cổng nhựa cho các đờng chảy riêng vào trong lòng
khuôn. Đối với những chi tiết vách mỏng có dòng chảy nhựa rộng và dài. Hai
hoặc nhiều cổng nhựa có hớng vào trong chi tiết có thể tạo nên lu lợng dòng
chảy bằng nhau và tránh đợc hiện tợng phân luồng dòng chảy. Khuôn 3 tấm
rất phù hợp với nhiều trờng hợp.
Khuôn ba tấm gồm:
- Khuôn sau.
- Khuôn trớc
- Hệ thống thanh đỡ
Nó sẽ tạo ra hai khoảng sáng khi nó mở ra, một khoảng sáng để lấy sản
phẩm ra và khoảng sáng kia để lấy kênh nhựa ra.
Nhợc điểm của hệ thống khuôn 3 tấm là khoảng cách giữa vòi phun của
máy và lòng khuôn rất dài, nó làm giảm áp lực khi phun khuôn và tạo ra nhiều
phế liệu của hệ thống kênh nhựa.
Đối với những khuôn phức tạp, độ cứng vững của các phần khuôn là rất
quan trọng và khi lắp rắp phải cẩn thận và bảo đảm từng bớc lắp ráp diễn ra
suôn sẻ. ứng suất đợc gây ra bởi lực kẹp khuôn có thể đủ lớn và có thể là
nguyên nhân gây ra các biến dạng. Chúng cần đợc kiểm tra sử dụng phân tích
sức bền vật liệu để duy trì bảo đảm những biến dạng của khuôn không vợt quá
lợng biến dạng cho phép của khuôn. Trong trờng hợp đặc biệt, khi lực kẹp vợt
quá mức cho phép thì có thể làm biến dạng những chi tiết của khuôn, biến
dạng đó đủ để co giãn đàn hồi trở lại, lúc đó sự đẩy ra lớn hơn độ co của nhựa
và kết quả là bị kẹt. Đối với họ khuôn bố trí nhiều lòng khuôn, các lòng khuôn
đợc bố trí ở nhiều nơi khác nhau, cố gắng đảm bảo vị trí các khoảng cách giữa
Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 23


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

các lòng khuôn bằng nhau càng tốt để tạo lực lực ép đều trên khuôn. Sự cân
bằng tốt nhất khi tổng momen của lực ở các sản phẩm về trục của khuôn bằng
không.
Tấm di động

Tấm giữa

Tấm cố định

5.3. Khuôn nhiều tầng:
Khi yêu cầu một số lợng sản phẩm lớn và để giữ giá thành sản phẩm
thấp, hệ thống khuôn nhiều tầng đợc chế tạo để giữ lực kẹp của máy thấp
(nghĩa là sử dụng cho loại máy có kích thớc nhỏ). Với loại hệ thống khuôn
này chúng ta có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn.
Lõi

Lòng khuôn

Lòng khuôn

Lõi

6. Các Hệ Thống Cơ Bản Của Khuôn:
6.1. Hệ thống cấp nhựa:
Nguyên liệu nhựa chảy vào lòng khuôn qua hệ thống cấp nhựa. Hệ
thống cấp nhựa gồm: Cuống phun, kênh nhựa, cổng nhựa.
Mục đích của hệ thống cổng nhựa là dẫn vật liệu chảy đều và với áp
suất và nhiệt độ tối thiểu giảm dần tới mỗi lòng khuôn, hoặc tới điểm xa hơn
tại một lòng khuôn lớn. Chảy đều về bản chất có nghĩa là bằng tỷ lệ chảy qua
mỗi cổng nhựa. Điều này có nghĩa là bằng áp suất tại điểm cuối của mỗi cổng
nhựa, nó đúng cho tất cả các lòng khuôn. Trong trờng hợp của một họ khuôn,
tổng lợng chảy có thể khác ở mỗi lòng khuôn, nhng trong một nhánh đợc thiết
Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 24


đồ án tốt nghiệp

ứng dụng Catia thiết kế khuôn mẫu

kế chính xác, thì sự điền đầy vào lòng khuôn sẽ hoàn toàn khác nhau trong
cùng một thời gian. Khi sử dụng một hệ thống đo áp suất trong lòng khuôn,
chuyển từ lúc bơm tới việc duy trì hoặc thành sản phẩm đợc điều khiển bởi bộ
chuyển đổi trong lòng khuôn. Hệ thống này hoạt động tốt khi tất cả lòng
khuôn đợc điền đầy cùng lúc. Tuy nhiên một lòng khuôn đợc điền đầy trớc và
cổng nhựa của nó đông lại trớc khi pha đông đợc bắt đầu bởi phần tử cảm biến
áp suất trong lòng khuôn khác, nó có thể do thiếu hụt kết hợp với việc điền
đầy không đủ và tỷ trọng thấp. Qua lúc đông đặc cũng có thể vẫn xảy ra nếu
dòng chảy không cân bằng nhau.
Do đó bớc đầu tiên trong thiết kế nhiều lòng khuôn là bố trí xắp đặt
dòng chảy bằng nhau, mỗi dòng chảy tỷ lệ với mỗi lòng khuôn sao cho tất cả

các lòng đợc điền đầy nh nhau trong cùng một thời gian. Nếu tất cả lòng
khuôn là nh nhau thì sẻ làm giảm giá trị bằng lợng giảm áp suất từ cuống
phun tới mỗi đầu ra của cổng nhựa. Trong trờng hợp đơn giản này, một cách
trình bày cân bằng tự nhiên có chiều dài và kích cỡ bằng nhau đối với tất cả
các máng dẫn. Số lòng khuôn đối với khuôn cân bằng tự nhiên là 2, 4, 6, 8, 16,
18, 24, 32, 48, 64, 72, 96 v.v và vòng tròn miệng phun đợc đặt ở giữa. Không
gian đủ cần phải ở giữa lòng khuôn để cho phép làm mát đều trên khuôn.
Trong nhiều trờng hợp phức tạp, khuôn cũng cân bằng từng phần hoặc cân
bằng giả tạo .
Nguyên liệu chảy vào lòng khuôn qua hệ thống cấp nhựa là một quá
trình hoạt động nh sau :
Trớc tiên nguyên liệu nhựa ở trạng thái nóng chảy đợc đổ vào cuống
phun và hệ thống kênh nhựa dẫn đến lòng khuôn. Khi nhựa nóng chảy điền
vào lòng khuôn thì chúng nhanh chóng đợc đông đặc lại tạo thành một lớp vỏ
mỏng (do lòng khuôn có nhiệt độ thấp). Lúc đầu lớp nhựa đông đặc lại rất
mỏng vì thế nhiệt mất đi rất nhanh, sau một thời gian lớp nhựa đông đặc đạt đợc một độ dày nhất định thì nhiệt thu đợc từ nhựa và ma sát do dòng chảy cân
bằng với lợng nhiệt mất đi, nh vậy đã đạt đợc trạng thái cân bằng nhiệt.
Vì nhựa là một chất dẫn nhiệt kém nên lớp vỏ đông đặc sẽ đóng một vai
trò là lớp cách nhiệt cho lõi trong của nhựa nóng chảy và giữ nhiệt cho lõi
trong. Do đó mà nguyên liệu nhựa vẫn có thể chảy qua lõi giữa trong quá trình
phun. Nếu tốc độ phun tăng (áp lực phun lớn) thì lớp nhựa đông lại sẻ bị mỏng
đi do nhiệt ma sát sinh ra lớn
Để có đợc một lớp cách nhiệt bằng phẳng thì không nên để có góc nhọn
làm cản trở dòng chảy. Hơn nữa vùng làm nguội chậm khó qua đợc ở cuối
cuống phun và kênh nhựa tốt nhất là làm giống nh dùng vật liệu cứng, điều
này cho phép nhựa nóng chảy chảy qua đợc.
Cuống phun:
- Cuống phun là chỗ nối giữa vòi phun của
M
in

máy phun và kênh nhựa.
0.1
- Với khuôn hai tấm cuống phun nên có một
nấc nhỏ để phù hợp với chỗ không ăn khớp, nh
hình bên:

Sinh viên thực hiện: Vũ Bá Nguyện CTM7 - K46 - ĐHBKHN

Trang 25